Pada umumnya operasi penyemenan bertujuan untuk melekatkan casing pada dinding lubang sumur, melindungi casing dari masalah-masalah mekanis sewaktu opersai pemboran (seperti getaran), melindungi casing dari fluida formasi yang bersifat korosi dan untuk memisahkan zona yang satu terhadap zona yang lain di belakang casing.
Umumnya, dibagi menjadi dua, yaitu Primary Cementing (Penyemenan utama) dan Secondary Cementing (Penyemenan Kedua atau Penyemenan perbaikan).
Primary Cementing adalah penyemenan pertama kali yang dilakukan setelah casing diturunkan ke dalam sumur. Sedangkan Secondary Cementing adalah penyemenan ulang untuk menyempurnakan primary cementing atau memperbaiki penyemenan yang rusak.
2.1. Primary Cementing
Pada Primary Cementing, penyemenan casing pada dinding lubang sumur dipengaruhi oleh jenis casing yang akan disemen.
Penyemenan Conductor Casing bertujuan untuk mencegah terjadinya kontaminasi fluida pemboran dengan formasi.
Penyemenan Surface Casing bertujuan untuk melindungi air tanah agar tidak tercemar dari fluida pemboran, memperkuat dudukan surface casing sebagai tempat dipasangnya alat BOP (Blow Out Preventer), untuk menahan beban casing yang
terdapat di bawahnya, dan untuk mencegah terjadinya aliran fluida pemboran atau fluida formasi yang akan melalui surface casing.
Penyemenan Intermediate Casing bertujuan untuk menutup tekanan formasi abnormal atau mengisolasi daerah lost circulation.
Penyemenan Production Casing bertujuan untuk mencegah terjadinya aliran antar formasi ataupun aliran fluida formasi yang tidak diinginkan, yang akan memasuki sumur, untuk mengisolasi zona produktif yang akan diproduksikan fluida formasi (perforated completion), dan juga untuk mencegah terjadinya korosi pada casing yang disebabkan oleh material-material korosif.
2.2. Secondary Cementing
Apabila didapati kurang sempurnanya atau ada kerusakan pada primary cementing, maka dilakukanlah secondary cementing. Secondary cementing dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu :
2.2.1 Squeeze Cementing
Pada tahap ini bertujuan untuk :
Mengurangi water-oil ratio, water- gas ratio atau gas-oil ratio. Menutup formasi yang sudah tidak produktif lagi.
Menutup zona lost circulation.
Memperbaiki kebocoran yang terjadi di casing.
2.2.2 Re – cementing
Dilakukan untuk menyempurnakan primary cementing yang gagal dan untuk memperluas perlindungan casing di atas top semen.
2.2.3 Plug – Back cementing
Penyemenan ini bertujuan untuk :
Menutup atau meninggalkan sumur (abandonment well)
Melakukan directional drilling sebagai landasan whipstock, yang dikarenakan adanya perbedaan compressive strength antara semen dan formasi maka akan mengakibatkan bit berubah arahnya.
Menutup zona air di bawah zona minyak agar water-oil ratio berkurang pada open hole completion.
2.3. KLASIFIKASI SEMEN
API mengklasifikasikan semen berdasarkan kelas, maksudnya guna mempermudah pemilihan dan penggolongan semen yang akan digunakan.
Pengklasifikasian semen ini didasarkan atas : Kedalaman sumur
Tekanan dan temperatur dasar sumur
Kandungan yang terdapat pada fluida formasi (misalnya sulfat dll) 1. KELAS A
Digunakan dari kedalaman 0 sampai 6000 ft, semen ini terdapat dalam tipe biasa (ordinary type), mirip dengan semen ASTM (American Standart Testing Material) C-150 type 1
2. KELAS B
Digunakan pada kedalaman 0 sampai 6000 ft, tahan terhadap kandungan sulfat menengah dan tinggi.
3. KELAS C
Digunakan dari kedalaman 0 sampai 6000 ft, mempunyai sifat high-early strength (proses pengerasan cepat). Semen ini tersedia dalam jenis moderat dan high sulfate resistant.
4. KELAS D
Digunakan untuk kedalaman 6000 ft sampai 12000 ft, untuk kondisi sumur yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi.
5. KELAS E
Digunakan untuk kedalaman dari 6000 ft sampai 14000 ft, untuk kondisi sumur yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi.
6. KELAS F
Digunakan dari kedalaman 10000 ft sampai 14000 ft, untuk kondisi sumur yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi. Tersedia dalam jenis high sulfate resistent.
7. KELAS G
Digunakan pada kedalaman 0 ft sampai 8000 ft, merupakan semen dasar. Bila ditambahkan retarder semen ini dapat digunakan untuk sumur yang dalam dan range temperatur yang cukup besar.
8. KELAS H
Semen kelas ini digunakan dari kedalaman 0 ft sampai 8000 ft, ini juga merupakan semen dasar. Apabila ditambahkan accelerator dan retarder dapat digunakan pada range kedalaman dan temperatur yang besar.
2.4. SIFAT-SIFAT SEMEN 2.4.1 Densitas
Densitas suspensi semen didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah berat bubuk semen, air pencampur dan additif terhadap jumlah volume bubuk semen, air pencampur dan additif.
Dirumuskan sebagai berikut :
a w vk a w bk bs
V
V
V
G
G
G
D
+
+
+
+
=
...(2.1) dimana :Dbs = densitas suspensi semen Gbk = berat bubuk semen Gw = berat air
Ga = berat additif
Vbk = volume bubuk semen Vw = volume air
Va = volume additif
2.4.2 Thickening time dan viskositas
Thickening time adalah waktu yang diperlukan suspensi semen untuk mencapai konsistensi sebesar 100 Uc (Unit Of Consistency). Konsistensi sebesar
100Uc merupakan batasan bagi suspensi semen masih dapat di pompa lagi. Dalam penyemenan, sebenarnya yang dimaksud dengan konsistensi adalah viskositas. 2.4.3 Filtration loss
Filtration loss adalah peristiwa hilangnya cairan dari suspensi semen ke dalam formasi permeabel yang dilaluinya. Cairan ini sering disebut dengan filtrat. Apabila filtrat yang hilang terlalu banyak maka akan menyebabkan suspensi semen kekurangan air. Kejadian ini disebut dengan flash set.
2.4.4 Water Cement Ratio (WCR)
Water Cement Ratio (WCR) adalah perbandingan air yang dicampur terhadap bubuk semen sewaktu suspensi semen dibuat. Jumlah air yang dicampur tidak boleh lebih atau kurang, karena akan mempengaruhi baik-buruknya ikatan semen nantinya.
2.4.5 Waiting On Cement (WOC)
Waiting On Cement (WOC) atau waktu menunggu pengerasan suspensi semen adalah waktu yang dihitung saat wipper plug diturunkan sampai kemudian plug dibor kembali untuk operasi selanjutnya.
2.4.6 Permeabilitas
Permeabilitas diukur pada semen yang mengeras dan hampir sama dengan permeabilitas pada batuan formasi yang berarti sebagai kemampuan untuk mengalirkan fluida. P A L Q K ∆ = .
µ
...(2.2) dimana : k = permeabilitas, mdQ = laju alir, ml/s µ = viscositas air, cp L = panjang sampel, cm
A = luas permukaan sampel, cm2 ∆P = perbedaan tekanan, psi
2.4.7 Compresive Strength dan Shear Strength
Compresive Strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam menahan tekanan-tekanan yang berasal dari formasi maupun dari casing, sedangkan Shear Strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam menahan berat casing.
2.5. ADDITIF YANG DIGUNAKAN DALAM SUSPENSI SEMEN 2.5.1 Accelerator
Additif yang digunakan untuk mempercepat proses pengerasan suspensi semen. Selain itu dapat juga mempercepat naiknya strength semen dan mengimbangi additif lain, agar tidak tertunda poses pengerasan suspensi semennya. Contohnya : kalsium klorida, sodium klorida, gipsum, sodium silikat, dan air laut. 2.5.2 Retarder
Adalah additif yang dapat memperlambat proses pengerasan suspensi semen, sehingga suspensi semen mempunyai zat waktu yang cukup untuk mencapai kedalaman target yang diinginkan. Contohnya : lignosulfonat, senyawa-senyawa asam organik dan CMHEC (Carboxymethyl Hydroxymethyl Cellulose)
2.5.3 Extender
Additif yang berfungsi untuk menaikkan volume suspensi semen, yang berhubungan dengan mengurangi densitas suspensi semen tersebut. Contohnya : bentonite, attapulgite, sodium silikat, pozzolan, perlite dan gilsonite.
2.5.4 Weighting agents
Adalah additif yang berfungsi menaikkan densitas semen, biasanya digunakan pada sumur-sumur yang mempunyai tekanan formasi yang tinggi. Contohnya : hematite,ilmenite, barite dan pasir.
2.5.5 Dispersant
Dispersant merupakan additif yang dapat mengurangi viscositas suspensi semen. Additif-additif yang termasuk dalam dispersant antara lain : polymelamine sulfonate, polynapthatalena sulfonate
2.5.6 Fluid-Loss Control Agents
Merupakan additif yang berfungsi mencegah hilangnya fasa liquid semen kedalam formasi, sehingga terjaga kandungan cairan pada suspensi semen. Additif yang termasuk kedalam fluid-loss control agents diantaranya polymer, CMHEC dan latex.
2.5.7 Lost Circulation Control Agents
Lost Circulation Control Agents merupakan additif-additif yang mengontrol hilangnya suspensi semen ke dalam formasi yang lemah atau bergua (rekahan). Additif yang termasuk kedalam lost circulation control agents diantaranya gilsonite, cellophane flakes, gypsum, bentonite, dan nut shells
2.5.8 Specially Additives
Ada bermacam-macam additif lainnya yang dikelompokkan sebagai specially additives, diantaranya silika, mud kill, radioactive tracers, fibers, antifoam agents dan lainnya.
2.6. PERALATAN PENYEMENAN 2.6.1 Pumping unit
Suatu pompa yang dilengkapi dengan beberapa peralatan :
Displacement tank, adalah tangki untuk menampung cairan pendorong ( lumpur ) yang dilengkapi dengan ukuran.
Pressure recorder, adalah alat untuk mencatat tekanan pemompaan. Alat pengaduk semen dengan air ( mixing water ).
Densometer, adalah alat pengukur berat jenis bubur semen. 2.6.2 Silo
Ada dua macam silo :
Pneumatic silo, tempat penampung semen kering yang bekerja dengan tekanan.
Gravity silo, adalah tempat penampung semen yang bekerja dengan berat semen itu sendiri.
2.6.3 Cuting bottle
Tempat menampung semen kering dari sak semen sebelum dipindah ke silo dengan sistem ditekan menggunakan air compressor
2.6.4 Air compressor
Guna memberikan tekanan untuk memindahkan semen kering dari cutting bottle ke silo atau ke tempat pengadukan.
2.6.5 Mixing tank
Tangki tempat mengaduk air dengan additive semen atau mengaduk bubur semen.
2.6.6 Pith Tank
Tangki yang dilengkapi dengan blender untuk mengaduk semen kering. 2.6.7 Centrifugal pump
Pompa kecil yang digunakan untuk memindahkan air pengaduk atau bubur semen ke pompa besar, sebelum di pompakan ke sumur.
2.6.8 Cementing head
Cementing head dipasang di selubung sebagai tempat plug, sebelum didorong ke selubung.
2.7. METODE DALAM PENYEMENAN 2.7.1 Teknik penyemenan selubung
Tujuan :
Melindungi selubung dari korosi
Memisahkan antara lapian-lapisan yang berbeda tekanan dan kandungan.
Mencegah adanya under ground blow out pada waktu pemboran trayek selanjutnya.
Penyemenan selubung dapat dilakukan dengan beberapa sistem tergantung dari kondisi formasi dan kedalaman yang akan di semen.
2.7.1.1 Penyemenan dengan menggunakan stinger
Biasanya dilakukan untuk penyemenan selubung conductor yang berdiameter besar ( 20’’, 133/
8’’ ) dan di set tidak terlalu dalam. Peralatannya : Duplex shoe, stinger, pipa bor, centralizer. Langkah-langkahnya :
Masuk selubung sampai kedalaman yang diinginkan dilengkapi dengan duplex shoe dan centralizer.
Masuk pipa bor dengan ujung stinger, dudukkan stinger di duplex shoe.
Sirkulasi kondisikan lumpur.
Pompakan bubur semen ( cement slurry ).
Dorong bubur semen ( volume pendorongan sesuai dengan volume pipa bor yang dipakai).
Bebaskan stinger, cabut rangkaian pipa bor. Tunggu semen keras ( TSK )
2.7.1.2 Penyemenan satu tahap
Dilakukan apabila tekanan formasi cukup kuat untuk menahan tekanan hidrostatik bubur semen yang akan dipompakan di annulus.
Langkah-langkahnya :
Masuk selubung sampai kedalaman yang dikehendaki dilengkapi dengan float shoe, float collar, centralizer.
Sirkulasi di dasar ( break sirkulasi pada kedalaman-kedalaman tertentu ).
Jatuhkan bottom plug.
Pompakan bubur semen dengan lumpur ( volume pendorongan sama dengan volume selubung sampai float collar ).
Tunggu semen keras ( TSK ). 2.7.1.3 Penyemenan dua tahap
Peralatan : float hoe, float collar, E.C.P, DSCC, centralizer, flexible plug. Langkah-langkahnya :
Masuk selubung dilengkapi dengan FS, FC, ECP, DSCC, centralizer sampai kedalaman yang dikehendaki.
Sirkulasi kondisi lumpur.
Pompakan bubur semen “porsi pertama” didahului dengan cairan pendahulu.
Jatuhkan flexible plug.
Dorong semen dengan lumpur ( volume lumpur pendorong sama dengan isi selubung sampai dengan float collar ).
Jatuhkan trip plug buka DSCC, sirkulasi buang kontaminasi semen. TSK tahap pertama.
Pompakan bubur semen “porsi kedua” didahului dengan air pendahulu.
Jatuhkan shut off plug.
Dorong bubur semen dengan lumpur ( volume lumpur pendorong sama dengan isi selubung sampai DSCC ) tutup DSCC.
Tunggu semen keras ( TSK ). 2.7.2 Penyemenan liner
Pada penyemenan liner peralatan yang diperlukan agak berbeda dengan penyemenan selubung, karena untuk penyemenan liner diperlukan alat penggantung liner pada selubung sebelumnya
Langkah-langkahnya :
Masuk liner dilengkapi dengan liner hanger / liner packer sampai ± 5 m dari TD.
Sirkulasi kondisi lumpur. Sekatkan liner hanger.
Bebaskan setting tool dari liner hanger. Pompakan bubur semen.
Jatuhkan pump dow plug.
Dorong semen dengan lumpur ( vol. dorong = vol. DP + vol. liner sampai LC ).
Sekatkan liner packer.
Cabut setting tool ( sebelum cabut sirkulasi balik bersihkan kontaminasi semen ).
2.7.3 Penyemenan desak
Penyemenan desak dilakukan untuk beberapa keperluan, antara lain untuk menutup lapisan yang tidak produktif lagi atau perbaikan ikatan semen dibelakang selubung.
Beberapa cara penyemenan desak : 2.7.3.1 Penyemanan desak dengan penyekat
Cara kerja :
Masuk tubing dilengkapi penyekat dengan pipa ekor satu / dua batang tubing, gantung tubing ± 5 – 10 m di atas pelubangan yang akan disemen.
Sekatkan penyekat, lakukan uji alir ( injection rate ).
Bebaskan penyekat, aduk dan pompakan bubur semen sesuai dengan volume yang didapat dari uji alir.
Dorong bubur semen, setelah semen sampai ujung rangkaian, sekatkan penyekat desak semen ke pelubangan sampai tekanan maksimum yang diinginkan.
Bebaskan tekanan dan bebaskan penyekat.
Cabut rangkaian dan gantung kurang lebih 20 - 30 m di atas pelubangan.
Sirkulasi balik buang kontaminasi semen. Cabut habis rangkaian penyemenan. Tunggu semen keras.
2.7.3.2 Penyemenan desak dengan tubing ujung terbuka Cara kerja :
Masuk tubing ujung terbuka gantung di depan pelubangan yang akan di tutup.
Sirkulasi, lakukan uji alir dengan tutup PSL. Aduk dan pompakan bubur semen.
Dorong semen dengan lumpur sampai bubur semen ke formasi yang di tutup, sampai di dapat tekanan maksimum yang diinginkan.
Bebaskan tekanan, cabut tubing. Tunggu semen keras.
2.7.3.3 Penyemenan desak dengan menggunakan cement retainer ( CR ) Pada prinsipnya sama dengan penyemenan desak menggunaan packer hanya bedanya CR harus diset dahulu dan rangkaian penyemenan dilengkapi dengan stinger.
Cara kerja :
Sekatkan CR pada kedalaman di atas pelubangan yang akan di tutup. Masuk tubing dilengkapi dengan stinger, gantung di atas CR (1–2 m). Sirkulasi kondisi lumpur.
Aduk dan pompakan bubur semen.
Dorong bubur semen sampai ujung stinger.
Dudukkan stinger, desak semen ke pelubangan sampai tekanan maksimum.
Cabut habis tubing. Tunggu semen keras. 2.7.4 Penyemenan sumbat
Tujuannya adalah menempatkan sejumlah bubur semen untuk memisahkan lapisan yang sudah tidak produktif lagi dengan lapisan yang akan diproduksikan, atau untuk meninggalkan sumur karena sumur sudah tidak ekonomis.
Cara kerja :
Masuk tubing ujung terbuka sampai kedalaman sumbat akan ditempatkan.
Sirkulasi kondisi lumpur.
Aduk dan pompakan bubur semen. Dorong bubur semen.
Cabut dan gantung tubing di atas bubur semen. Sirkulasi balik buang sisa kontaminasi semen. Cabut habis tubing.
Tunggu semen keras.
2.8. DASAR PERHITUNGAN CEMENT SLURRY
Untuk mendapatkan hasil penyemenan yang baik hanya tergantung dari teknik / peralatan yang dapat bekerja dengan baik, akan tetapi harus dilakukan perhitungan perencanaan penyemenan. Adapun perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut.
2.8.1 Perhitungan kapasitas dan volume cement slurry.
Kapasitas / luas suatu ruang yang akan di semen dan volume annulus harus diketahui, jumlah volume annulus yang akan disemen sama dengan jumlah volume cement slurry yang dibutuhkan. Volume bubur semen dapat di hitung dengan persamaan : Volume casing Depth ID Vca g = × 4 . 1029 2 sin ...(2.3) Volume annulus Depth OD ID Vannulus × − = 4 . 1029 ) ( 2 2 ...(2.4) Dimana :
ID = inside diameter previous casing, inch OD = outside diameter casing, inch
1029.4 = konversi dalam satuan volume, bbl V = volume cement slurry, bbl
Depth = kedalaman / ft
2.8.2 Perhitungan yield dan jumlah semen
Jumlah sak semen dapat didefinisikan sebagai jumlah sak semen yang dibutuhkan dalam suatu proses penyemenan. Jumlah sak semen berbeda-beda pada tiap-tiap suspensi, tergantung dari yield semen yang diinginkan. Berat semen dalam satu sak umumnya adalah 94 lb. Sehingga jumlah sak semen dan yield semen dapat di hitung dengan rumus sebagai berikut :
Sakcement =vol.cementsluryield ry...(2.5)
481
.
7
additive water cementV
V
V
yield
=
+
+
...(2.6) dimana7.481 = konversi satuan dari gallon volume menjadi cuft volume 2.8.3 Perhitungan mixing water.
Mixing water adalah jumlah air yang dibutuhkan campuran semen dan additive untuk menjadi cement slurry. Perhitungan mixing water ditentukan dengan persamaan
Mixing water = total sak semen xmix water...(2.7) 2.8.4 Perhitungan volume displacementVolume displacement merupakan volume fluida pendorong yang dibutuhkan untuk mendorong suspensi semen dari dalam casing agar keluar ke annulus. Besarnya displacement volume merupakan volume casing dari permukaan sampai collar. Volume displacement ditentukan dengan persamaan
Displacement volume = Ccasing x Hcollar...(2.8) Dimana :
C = kapasitas casing, bbl H = kedalaman, ft
