Arif Eka Rahmanto 1 of 26
STUDY PENGARUH KUAT TEKAN SEMEN PEMBORAN CLASS – G
DENGAN PEMAKAIAN ADDITIVE
CFR-2 DAN LIGNOSULFAT
TERHADAP VARIASI WAKTU DAN TEMPERATUR
Arif Eka Rahmanto,Trisakti University
Abstract
Dalam kegiatan pemboran tidak akan pernah lepas dari proses cementing. Terutama untuk pemboran dalam lebih dari 6000 ft serta sumur sumur panas bumi. Dimana pada kondisi tertentu dibutuhkan sement yang tahan temperature tinggi dan sudah pasti harus memiliki kekuatan atau ketahanan semen yang tinggi pula.
Oleh karna itu sebagai seorang enginer sangat perlu mengetahui sifat – sifat fisik sement. Terutama yang berkaitan dengan kuat tekan ( compressive strength ). Untuk itu kita dapat melakukan percobaan uji tekanan dengan menggunakan semen class – G, Sement type ini sangat bagus untuk penyemenan suhu yang tinggi serta memiliki ketahanan yang cukup bagu dan sesuai dengan standart international yaitu API Spec. 10 ( America Petroleum Institut )dan ASTM ( America Society for Testing Material ). Untuk mendapatkan hasil yang
baik maka kita dapat menambahkan beberapa additive sebagai pembanding uji kuat tekan. Additive yang di bandingkan adalah : CFR – 2 ( Cement Fraction Reducers ), Lignosulfonat Diharapkan dengan adanya uji kuat tekan ini dapat dijadikan sebagai salah satu sumber referensi dalam perencanaan penyemenan khususnya untuk sumur MIGAS. Sehingga kegagalan dalam proses cementing dapat di minimallisir.
1. Pendahuluan
Arif Eka Rahmanto 2 of 26 formasi guna memcegah timbulnya
komunikasi antar zone yang satu dengan
yang lainya. Dalam melakukan penyemenan kita harus mempertimbangkan
beberapa faktor yaitu :
1. Perencanaan yang matang. 2. Pelaksanaan teknis yang baik. 3. Peralatan yang memadai. 4. Bahan - bahan yang digunakan.
Kegagalan dalam suatu kegiatan penyemenan merupakan suatu kerugian yang sangat besar, baik berupa kerugian material, waktu, tenaga, maupun biaya. Selain dari 4 faktor diatas. Maka ada beberapa syarat yang perlu di perhatikan dalam proses penyemenan, adalah sebagai berikut :
Terdapatnya kolom semen yang cukup pada selang kedalaman yang telah di tentukan.
Letak casing harus tepat ditengah – tengah sumur.
Kualitas daya ikat semen yang baik terhadap casing maupun lubang sumur.
Pemilihan seman dan additif harus tepat sesuai dengan kedalaman serta kondisi formasi.
Adapun tujuan melakukan kegiatan cementing pada suatu sumur antara lain untuk :
1. Melindungi dan melekatkan casing pada dinding formasi.
2. Menutup daerah hilang sirkulasi dan mengisolasi lapisan dibelakang casing agar tidak terjadi komunikasi antar lapisan.
3. Mencegah penyusupan gas atau fluida formasi yang bertekanan tinggi ke celah antara casing dan formasi, yang dapat menimbulkan masalah yang yang membahayakan dipermukaan
4. Menutup sumur yang ditinggalkan. 5. Memperkecil gas ratio dan water
ratio.
6. Memperbaiki casing yang pecah.
7. Memperbaiki kesalahan letak perforasi.
8. Menutup zona yang tidak di butuhkan.
Arif Eka Rahmanto 3 of 26 Adapun gaya yang berkerja pada casing (
selubung ) sumur minyak meliputi :
1. Gaya horizontal, yaitu gaya yang disebabkan oleh tekanan formasi. 2. Gaya vertikal, yaitu gaya yang
disebabkan oleh berat rangkaian pipa selubung disamping gaya lainnya, seperti goncangan selama pemboran dan gaya selama melakukan perforasi.
Salah satu sumber kegagalan proses penyemenan ini adalah karena kurang memperhitungkan gaya di dalam selubung sumur minyak. Gaya yang dimaksud adalah :
1. Shear Bond Strength .
2. Compressive Strength.
Pada kedalaman dan temperatur tertentu, gaya tersebut akan sangat besar sehingga dapa menyebabkan kerusakan pada sement. Untuk itu sangat perlu untuk dilakukanya penelitian terhadap Shear Bond strength dan Compressive Strength.
Compressive Strength ( Kuat Tekan )
yang merupakan salah satu gaya di dalam selubung sumur serta merupakan bagian yang sangat berpengaruh karena pada umumnya compressive strength
mempunyai harga lebih besar dari pada harga shear bond strength.
Oleh sebab itu Penelitian ini lebih memfokuskan diri pada compressive strength dengan menggunakan bubur
semen ( slurry ) yang sesuai dengan ketentuan uji laboratorium serta ketentuan internasional yaitu API ( America Petroleoum Institut ) serta ASTM ( America Society for Testing Material ).
Adapun tema atau judul penelitian ini adalah study pengaruh kuat tekan semen pemboran kelas G terhadap pemakaian additive Lignosulfonat dan Cement Fraction Reducers – 2 ( CFR-2) dengan Variasi Temperatur ( 150 F – 250 F ) dan waktu ( 16 jam – 168 jam ). Penelitian ini akan dilakukan pada laboratorium teknik pemboran Universitas Trisakti.
Diharapkan dengan dilakukan penelitian ini, maka hasil yang akan didapat adalah kuat tekan ( Compressive Strength) yang optimal dengan menggunakan additiv tertentu pada variasi temperatur dan waktu.
Arif Eka Rahmanto 4 of 26 beberapa kesimpulan sebagaimana yang
seharusnya dipenuhi dari hasil perbandingan kuat tekan sement terhadap pemakaian additiv dengan variasi temperatur dan waktu. Sehingga bisa dijadikan bahan pertimbangan dalam merencanakan kegiatan pemboran di suatu lapangan.
2. TEORI DASAR
Dalam sebuah kegiatan pemboran sumur minyak, gas. Tidak terlepas dari tahapan penyemenan yang bertujuan untuk melekatkan casing pada dinding sumur. Sebelum melakukan proses tersebut maka terlebih dahulu dibuat bubur sement ( Slurry).
Bubur sement adalah campuran yang berasal dari air, bubuk semen tertentu serta additiv. Bubuk sement yang digunakan adalah sement kelas G yang telah sesuai dengan standart API spec 10, yang khusus untuk sement pemboran.
2. 1 Kegiatan Penyemenan ( cementing ) Pada dasarnya kegiatan penyemenan bertujuan untuk melekatkan casing pada dinding lubang sumur, melindungi casing dari pengaruh fluida pemboran yang bersifat korosi dan memisahkan zona satu dengan zona yang lainnya. Oleh sebab itu penyemenan Kegiatan penyemenan yang
paling umum dapat di kelompokan menjadi 2 macam yaitu :
2. 1. 1 Primary Cementing
Adalah suatu kegiatan penyemenan yang dilakukan untuk pertama kali setelah casing diturunkan kedalam lubang sumur.Tujuan dilakukanya primary cementing adalah :
Melekatkan casing ke batuan formasi.
Melindungi casing terhadap tekanan formasi.
Menutup zona lost circulation.
Mencegah karat pada casing.
Mencegah runtuhnya formasi.
Membuat pemisah antar zona – zona.
Dari tujuan tersebut diatas maka terdapat beberapa tahapan yang umum dilakukan pada saat Primary Cementing yang terdiri dari :
Arif Eka Rahmanto 5 of 26 meletakan BOP ( Blow Out
Preventer ) dan rangkaian well head. • Penyemenan Surface casing, adalah :
casing yang terletak lebih dalam dari pada Conductor casing. Berfungsi menjaga formasi agar tidak runtuh, serta menutupi zona – zona yang tidak rata ( caving zone). Selain itu juga berfungsi untuk menjaga lubang sumur dari tekanan di luar casing maupun di dalam casing.
• Penyemenan Intermediate casing. Adalah : penyemenan yang dilakukan lebih dalam lagi dari pada tahap surface casing. Berfungsi sebagai pemisah antara zona stabil dan unstabil, untuk mengatasi masalah zona loss, melindungi formasi sumur, sebagai pembatas zona air dengan minyak.
• Penyemenan Production casing. Adalah : penyemenan dilakukan setelah tahap intermediate casing atau penyemenan tahap akhir. Berfungsi untuk melindungi zona produksi minyak atau gas, serta sebagai pengontrol lapisan yang akan di produksi, serta sebagai pelindung dari korosi. Pada umumnya diameter casing produksi lebih kecil dari pada
casing – casing pada tahapan sebelumnya.
2. 1. 2 Secondary Cementing
Adalah kagiatan penyemenan yang dilakukan setelah primary cementing, atau dengan kata lain penyemenan tahap ke 2. Tujuan penyemenan ini adalah :
Memperbaiki penyemenan jika ada kerusakat pada tahap Primary Cementing .
Memisahkan zona produktif dengan zona non – produktif.
Dalam secondary Cementing dapat dibagi dalam beberapa tahapan yaitu :
• Squeieze Cementing, adalah : kegiatan tahap 2 dalam penyemenan yang bertujuan untuk memperbaiki hasil penyemenan pada primary cementing jika kurang memuaskan dan memperbaiki kebocoran yang terjadi pada casing. Kegiatan penyemenan ini dapat dilakukan selama operasi pemboran berlangsung, komplesi maupun saat workover.
Arif Eka Rahmanto 6 of 26 menyempurnakan primary cementing
yang gagal dan untuk memperluas perlindungan casing diatas top sement.
• Plug-back Cementing, adalah : termasuk penyemenan tahap kedua yang terakhir kali dilakukan setelah primary cementing selesai. Tujuan Plug-back Cementing adalah : Menutup atau meninggalkan sumur ( abandonmet well ), Untuk menutup zona air agar dapat mengurangi water oil ratio pada open hole completion.
2.2. Komposisi Semen
Pada umumnya terdapat 4 (empat) senyawa kimia yang berperan sebagai senyama aktif dalam semen. Bila semen mengalami hidrasi, sennyawa ini memberikan pengaruh besar dalam pembentukan kekuatan semen keringnya. Senyawa-senyawa tersebut antara lain :
1. Tricalcium Aluminate (C3A)
C3A terbentuk dari perpaduan CaO dan Al203. Meskipun C3A tidak memberikan pengaruh besar pada kekuatan akhir semen keringnya, tetapi berperan penting dalam pembentukan kekuatan awal semen (early strength).
Pada saat pembentukannya dapat dikontrol dengan menghindari kerusakan semen akibat Sulfat. Magnesium atau Sodium Sulfat bereaksi dengan lime membentuk Magnesium atau Sodium Hidroksida dan Kalsium Sulfat. Kalsium Sulfat ini bereaksi dengan C3A menghasilkan Kalsium Sulphoaluminate yang memiliki ukuran partikel yang lebih besar.
Oleh sebab itu penggantian ruang C3A menyebabkan semen mengalami ekspansi dan pecah. Untuk itu semen yang dikenal dengan High Sulphate Resistant (HSR) cement, kandungan C3A harus dijaga agar berada dibawah 3%. Tetapi untuk mendapatkan kekuatan semen awal (early strength) yang tinggi, kandungan C3A ini masih diperbolehkan mencapai 15%.
2. Tricalcium silicate (C3S)
Arif Eka Rahmanto 7 of 26 3. Dicalcium Silicate (C2S)
Senyawa ini juga dihasilkan oleh reaksi antara CaO dan SiO2, sangat penting dalam pembentukan kekuatan akhir semen. Karena C2S mengalami proses hidrasi yang lambat, maka tidak mempengaruhi waktu pengerasan awal semen.
4. Tetracalcium Aluminoferrite (C4AF)
C4AF dibentuk dari CaO, Al203, Fe203. Senyawa ini hanya memberikan pengaruh kecil pada kekuatan semen. Untuk semen dengan daya tahan terhadap sulfat yang tinggi, spesifikasi API menetapkan bahwa jumlah kandungan C4AF dan dua kali kandungan C3A tidak boleh melampaui 24%.
Dari penjelasan diatas maka, ke empat senyawa tersebut adalah dasar dari penentuan type atau kelas pada sement. Untuk lebih jelas mengenai komposisi senyawa semen portland tersebut dapat di lihat pada tabel 2.1.
Selain Standart Portland kita juga dapat menggunakan standart ASTM dan api yang Terdiri dari beberapa tipe serta komposisi semen. Adapun penjelasan
mengenai data ASTM dan API dapat dilihat pada tabel 2.2
2.3 Additive semen
Berbagai jenis additive telah banyak digunakan dalam penyemenan sumur-sumur minyak dan gas dengan mempertimbangkan kondisi sumur seperti kedalaman, temperatur, dan tekanan.
Beberapa operator menggunakan berbagai jenis additive semen untuk berbagai kebutuhan, antara lain untuk :
• Menambah dan mengurangi berat bubur semen.
• Menambah volume bubur semen dengan biaya yang relatif rendah. • Mempercepat atau memperlambat
waktu pengerasan (thickening time). • Meningkatkan kekuatan.
• Mengurangi water loss.
• Menaikan daya tahan semen terhadap cairan korosif.
• Mencegah hilangnya sirkulasi bubur semen.
Oleh sebab itu maka, ada beberapa additive yang sering digunakan dalam proses pemboran, yaitu :
2.3.1 Accelerators
Arif Eka Rahmanto 8 of 26 penyemenan sumur dangkal, dimana
temperaturnya masih rendah. Accelerator yang biasa digunakan adalah Calcium Chloride (CaCl2), Sodium Chloride (Salt-NaCl), Gypsum Cement, Sodium Silicate (Na2SiO2), air laut.
Cara lain untuk mempercepat proses pengerasan bubur semen adalah dengan memperbesar densitas semen atau mengurangi jumlah air.
2.3.2 Light Weight Additive
Additive ini berfungsi untuk membuat bubur semen lebih ringan. Digunakan untuk penyemenan pada formasi yang lemah dan tidak kuat menahan berat kolom semen. Light weight additive yang biasa digunakan adalah :
Bentonite Gilsonite, Coal, Expanded parlite, Nitrogen, Microsphere, Diatomaceous Earth, Artificial pozzolan dan Sodium Silicate (Na2SiO2).
2.3.3 Heavy Weight Additive
Additive ini berfungsi untuk pemberat bubur semen. Additive ini digunakan untuk penyemenan pada formasi yang memiliki tekanan cukup tinggi, sehingga tekanan dalam kolom semen mampu mengimbangi tekanan formasi.
Heavy weight additive harus memiliki sifat :
• Memiliki specific gravity antara 4,5 – 5,0.
• Memerlukan sedikit air.
• Tidak memperkecil kekuatan (strength) dari semen.
• Mempunyai efek sangat kecil terhadap waktu pemompaan semen. • Dapat digabungkan dengan additive
lain
• Tidak mengganggu kegiatan Well Logging.
2.3.4 Retarder
Retarder adalah additive yang digunakan untuk memperpanjang waktu proses pengerasan bubur semen. Biasanya additive ini digunakan untuk penyemenan sumur-sumur dalam yang bertemperatur tinggi. Sehingga bubur semen tidak mengeras sebelum target tercapai.
Arif Eka Rahmanto 9 of 26 retarder dan membawanya terpisah dari
bubur semen.
2.3.5 Lost Circulation – Control Agents Additive jenis ini digunakan untuk menanggulangi kehilangan bubur semen pada saat proses penyemenan. Ada dua cara untuk menanggulangi kehilangan bubur semen. Pertama dengan mengurangi densitas bubur semen dan yang kedua adalah dengan menambahkan material penyumbat, seperti serbuk gergaji, bubur kayu, plastik, gilsonit, cellophane, dan mika kadang-kadang digunakan bentuk suspensi dari campuran bentonite dan minyak diesel. Cara lain adalah dengan menambahkan nitrogen kedalam system lumpur.
2.3.6 Filtration Control Agents
Additive ini digunakan untuk mencegah terjadinya pengerasan bubur semen sebelum waktunya, melindungi formasi yang sensitif dan memperbaiki Squeeze Cementing.
Additive ini harus memenuhi syarat-syarat tertentu, antara lain :
Dapat membentuk lapisan film menutup dinding yang permeable;
Dapat membentuk emulsi apabila bercampur dengan zat cair, sehingga filtrat tidak mudah lolos;
Dapat bertindak sebagai bridging agent (penghambat), contoh dari additive ini adalah : bentonite, latex, organic polymer;
2.3.7 Friction Reducer
Additive ini berfungsi untuk mengurangi kekentalan bubur semen, serta membuat turbulensi aliran bubur semen pada laju pemompaan yang rendah. Friction reducer juga sering dikenala dengan nama cement dispersant.
2.3.8 Dispersants
Dispersant juga dapat disebut sebagai 'Friction reducers'. Dispresant dapat ditambahkan ke slurry , untuk slurry tipis yang cukup yang dapat ditempatkan ke dalam turbulenceat rendah annular velocities (pompa harga), atau ke slurry tanpa menggunakan weightin agent. dispersants yang terdiri dari lignin turunannya, asam organik, dan / atau organik Polimer sintetik. Ukuran distribusi, reactivity dari semen adalah tahapan, dan particle konsentrasi slurry di dalam menentukan kekuatan yang electrostatik bonding.
Arif Eka Rahmanto 10 of 26 (gellation) atau kurang bonding kekuatan
(solid pemisahan). Selama hydration reaksi pada permukaan partical, ionisasi dari permukaan molekul induces lemah, menyebabkan massa dari perticles dapat menggumpalkan (flocculate).
2.4. Bahan Penelitian.
Dalam penelitian ini kita mengggunakan bahan yang sesuai dengan standart API dan ASTM. Campuran bubur sement yang akan kita uji adalah bubuk semen kelas G,
2. 4. 1 Klasifikasi Semen
Pengklasifikasian bubuk semen didasari atas kondisi sumur dan sifat – sifat semen yang disesuaikan dengan kondisi sumur tersebut, seperti : kedalaman sumur, temperature, tekanan, dan kandungan yang terdapat pada fluida formasi. Pengklasifikasian semenyang paling sering digunakan adalah :
1. ASTM (America Society for Testing Material), Klasifikasin terbagi menjadi 5 jenis ( I, II, III, IV, V ).
2. API (America Petroleoum Institut), Klasifikasi terbagi menjadi 8 jenis, yaitu : A, B, C, D, E, F, G, H.
Akan tetapi Kelas / jenis tersebut memiliki persamaan yaitu untuk API kelas A, B dan C sama dengan ASTM kelas I, II, II. Sedangkan kelas IV dan V tidak ada hub dengan API. Pada beberapa kelas semen terbagi lagi memjadi beberapa macam ketahanan semen terhadap Sulfat, yaitu :
• Ordinary ( O)
• Moderate Sulfat Resistance ( MSR)
• High Resistance ( HSR)
Sement yang biasa di dalam kemasan karung atau sack, dengan berat per sack semen pada umumnya 94 lb dan memiliki berat jenis 3.12 gr/cc. Standarisasi untuk bubuk semen ini sesuai dengan API Spec 10 yang dikhusukan untuk semen pemboran. Adapun klasifikasi jenis semen menurut API adalah :
Kelas A : Digunakan untuk penyemenan selubung sampai kedalaman maksimum 1830 meter (6000 ft) dengan temperatur 80° C. Semen ini hanya dalam bentuk ordinary atau dengan kata lain semen biasa yang digunakan hanya untuk kondisi normal saja.
Arif Eka Rahmanto 11 of 26 menengah dan tinggi ( Moderat Sulfat
Resistant and High Sulfat Resistant) . tipe semen B ini lebih sedikit mengandung C3A dibandingkan denganseman tipe A.
Kelas C : Digunakan pada sumur dengan kedalaman maksimum 1830 meter (6000 ft) dengan temperatur 80° C . Tipe ini dapat digunakan pada kondisi membutuhkan sifat kekuatan awal yang tinggi. Terdapat tipe Ordinary, MSR dan HSR .
Kelas D : Digunakan untuk sumur dengan kedalaman 1830 meter (6000 ft) sampai kedalaman maksimum 3050 meter (10000 ft) dengan kondisi temperatur dan tekanan sedang. Terdapat 2 jenis produk yaitu tidak tahan Sulfat dan tah terhadap Sulfat.
Kelas E : Digunakan untuk sumur dengan kedalaman 3050 meter (10000 ft) sampai kedalaman maksimum 4270 meter (14000 ft) dengan kondisi Temperatur dan tekanan tinggi.
Kelas F : Digunakan untuk sumur dengan kedalaman 3050 meter (10000 ft) sampai kedalaman maksimum 4880 meter (16000 ft) dengan kondisi temperatur dan tekanan tinggi.
Kelas G : Digunakan sebagai semen pemboran dasar untuk kedalaman 2440 meter (8000 ft), dapat juga digunakan dengan akselerator dan retarder. Jenis semen
ini mengandung Silikat Kalsium. Dapat digunakan pada MSR (Moderat Sulfat Resistant) dan HSR ( High Sulfat Resistant).
Kelas H : Digunakan sebagai semen
pemboran dasar untuk kedalaman maksimum sampai 2440 meter (8000 ft) dapat digunakan dengan penambahan akselerator dan retarder . Jenis semen ini hampir sama dengan Tipe semen kelas G yang membedakan hanya pada butiran semen kelas H lebih besar. Dipasaran hanya tersedia dalam bentuk MSR (Moderat Sulfat Resistant)
Kelas J : Digunakan untuk semen dasar pemboran untuk kedalaman 3660 meter (12000 ft) sampai kedalaman maksimum 4880 meter (16000 ft) pada kondisi temperatur dan tekanan yang amat tinggi atau dapat digunakan dengan penambahan akselerator dan retarder.
Komposisi senyawa kimia untuk type semen menurut API berdasarkan ketahanan terhadap Sulfat, dpat dilihat pada tabel 2.3
2. 4. 2 LIGNOSULFONAT
Arif Eka Rahmanto 12 of 26 Gambar2.1
Lignosulfonate
yang sangat halus berwarna hitam kecoklatan. Adapun sifat fisik dari lignosulfonate adalah :
1. Bulk Density : 640 kg/m3 (40.0 lbs/ft3)
2. Temperature stability : 150 °C 3. Solubility : fresh and salt water 4. Kategory : Non – toxic
Lignosufonate yang digunakan dapat dilihat pada gambar 2.1 berbentuk butiran halus.
2.4.3 CFR – 2 ( Cementing Fraction Reducers )
Cementing Fraction Reducers adalah additive yang termasuk reaterder dan juga memiliki sifat dispersant, additive ini khusus
di gunakan untuk cementing. Tersedia dalam dua macam
CFR-2 yaitu serbuk dan liquid. Dapat dilihat pada Gambar.
Arif Eka Rahmanto 13 of 26 2.5 Sifat – Sifat Fisik Semen
Bubur semen yangakan digunakan pada kegiatan pemboran haruslah disesuaikan dengan sifat – sifat formasi yang akan disemen. Hal ini sangat berpengaruh pada keberhasilan suatu kegiatan
penyemenan. Adapun sifat – sifat dasar semen adalah : Densitas, Thickening Time, Filtration Loss, Water Cement Ratio (WCR), Waiting On Cement, Permeabilitas Compressive Strength , Shear Bond Strength,Viskositas, Hidrasi Semen.
Dari sifat – sifat fisik diatas tidak semuanya yang akan di uji atau di teliti. Tetapi penelitian ini lebih memfokuskhan atau
membahas tentang kuat tekan (Compressive Strength ).
2.5.1 Compressive Strength
Kekuatan pada semen dapat dibagi menjadi dua, yaitu compressive strength dan shear bond strength. Compressive strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam menahan tekanan-tekanan horizontal, sedangkan shear bond strength didefinisikan sebagai kemampuan semen untuk menahan tekanan/beban dari arah vertical. Pada temperatur tinggi akan terjadi gangguan pada kekuatan semen seiring dengan bertambahnya temperatur, hal ini lebih dikenal dengan “strength retrogetion”. Hal ini mengubah komposisi komponen semen dan menyebabkan kekuatan dari semen hilang.
Dalam mengukur kekuatan semen, sering kali yang diukur hanyalah compressive strength, hal ini dikarenakan
pada umumnya compressive strength mempunyai harga lebih besar dari pada harga shear strength. Pengujian compressive strength pada laboratorium dilakukan dengan menggunakan alat water bath dan mortar hidrolis. Kemampuan selubung semen dalam menahan tekanan dapat ditentukan dari persamaan :
F = 0,969 × Se × d × H Dimana :
F = Harga pembebanan maksimal sampai batuan semen begeser, lb
Se = Compressive strength batuan semen, psi
d = Diameter luar casing, inch H = Ketinggian kolom semen, ft
Arif Eka Rahmanto 14 of 26 1. Temperatur.
2. Kadar pemakaian air ( water cement ratio) pada bubur semen.
3. Jumlah additif yang dicampurkan. 4. Jenis atau type semen.
5. Pengkondisian semen pada laboratorium, yaitu proses dimana bubur semen yang telah dicetak dimasukhan kedalam alat Water Bath atau Curing Chamber pada temperatur, tekanan dan waktu tertentu.
Strength minimum yang di rekomendasikan oleh API ( America Petroleum Institute ) untuk dapat dilanjutkan pada tingkat operasi pemboran adalah 6, 7 mpa ( 1000 psi). Oleh karena itu untuk dapat mencapai strength yang diinginkan, maka semen harus memenuhi beberapa fungsi, diantarnya adalah :
1. Dapat melindungi dan menahan casing.
2. Menahan guncangan selama kegiatan pemboran berlangsung.
3. Menahan tekanan hidrolik yang tinggi.
4. Menyekat lubang dari fluida formasi yang korosif.
5. Menyekat antara lapisan yang permeable.
3. PENELITIAN
Dalam penelitian ini, kami menggunakan 4 aditive dengan variasi yang berbeda. Dapat dibagi menjadi 2 kelompok penelitian, Yaitu :
Additif Lignosufonat dan CFR -2 dengan variasi waktu 16 jam dan 168 jam.
3.1 PROSEDUR DAN PERALATAN
PENELITIAN COMPRESSIVE
STRENGTH
Pengujian ini dilakukan berdasarkan standart dan persyaratan yang telah di tentukan oleh API dan ASTM, serta pengkondisian disesuaikan dengan suhu yang sebenarnya pada saat kegiatan pemboran berlangsung. Persiapan pengujian di laboratorium antara lain dengan mempersiapkan peralatan, bubur semen yang disesuaikan dengan kebutuhan ( lihat lampiran A) dan prosedur kerja yang akan dilakukan.
Arif Eka Rahmanto 15 of 26 3.1.1 Pelaksanaan Pengujian Kuat Tekan
( Compressive Strength )
Pada pengujian compressive strength, didapatkan kekuatan dari semen kelas “G” terhadap additive CFR – 2 dan Lignosulfonat dengan variasi waktu dan temperature, mampu menahan tekan dan gaya dari arah vertikal maupun arah horizontal. Untuk menghitung kuata tekan semen digunakan persamaan berikut :
Kuat tekan =
Setiap kelas semen mempunyai spesifikasi tertentu pada slurry atau bubur semen, sebagaimana terlihat pada tabel (2.3), dalam pengujian ini semen yang digunakan adalah semen kelas “G” dimana penetuan komposisi bubur semen harus sesuai dengan standart API. Untuk itu semen kelas “G” harus memenuhi berat yang telah ditentukan oleh API . Air yang dipakai untuk mencampur bubur semen memiliki persentase air ( Water Cement Ratio) adalah 44% untuk semen kelas G dari berat
masing-masing. Spesifikasi peralatan dan prosedur pengujian dapat dilihat tabel API Spec. 10. 3.1.3 Analisa pengujian Kuat Tekan (Compressive Strength)
Percobaan kuat tekan adalah untuk mengetahui kekuatan dari semen dalam menahan gaya tekan dalam satuan pound square inch (psi). Dalam operasi dilapangan, kuata tekan sangat berhubungan dengan WOC (Wait On Cement).
Gaya yang dilakukan saat penekanan (lb) Luas permukaan sample kubus (inch²) * Dimana satuan kuat tekan adalah pound per square inch (psi)
3.1.2 Pembuatan Suspensi Semen dan Penambahan Additive
a. Peralatan percobaan kuat tekan :
1. Sciepher (pengukur ketebalan kubus sample semen)
2. Minyak pelumas
3. Strength testing machine 4. Cover plate kaca
5. Mold dengan ukuran 2×2 inchi 6. Water bath (150°F - 250°F ) atau
(65,5 - 121 °C)
7. Water curing bath non-pressure 8. Sieve 200 mesh
9. Alat timbang elaktric dan manual. b. Prosedur Pembuatan Kubus Sample :
− Siapkan cetakan semen dengan badan mold ( Cetakan ) sudah dilapisi dengan minyak pelumas. − Jika pemberian minyak pelumas
terlalu banyak akan mengotori slurry dan pada sudut mold sample.
Arif Eka Rahmanto 16 of 26 − Siapkan bubur semen kedalam
mold. Tutup mold dengan cover kaca.
− Masukan mold kedalam water bath selama waktu yang ditentukan (16 jam atau 1 minggu).
− 45 menit sebelum waktu akhir sample kubus harus diangkat dan didinginkan dalam air.
c. Prosedur pembuatan bubur semen : − Siapkan bubuk semen yang akan
digunakan sesuai dengan yang dinginkan menurut rencana pengujian ( lihat lampiran A).
− Ukur air dengan Water Cement Ratio (WCR) yang diinginkan dlam WCR = 44% untuk semen kelas G.
− Siapkan additive yang digunakan yaitu CFR -2 dan Lignosulfonat sesuai dengan rencana pengujian (lihat Lampiran A).
− Masukan bubuk semen dan additive yang digunakan kedalam mixer lalu campurkan dengan air dan D – 47 (deaformer) hanya beberapa tetes saja ( 2 – 4 tetes ) untuk mengatasi masalah gelembung udara agar gelembung udara tidak terikut dalam bubur semen.
− Jalankan mixer dengan kecepatan rendah, yaitu pada 4000 rpm dan masukan semen. Kemudian tutup mixing container dan lanjut kan pengadukan dengan menggunakan kecepatan 12000 rpm selama 35 detik. − Lalu tuangkan bubur semen tadi
kedalam cetakan.
d. Prosedur Pengujian Kuat Tekan : - Posisi sample kubus bagian yang diletakan dai atas adalah sisi yang sejajar dengan dinding mold sebelah kiri dan kanan.
- Sisi atas dari sample kubus menghadap ke praktikan
- Posisi sample kubus harus diagonal - Bila lebih dari satu mold perhatikan nomor urutnya.
- Catat kemempuan kuat tekan setiap sample dalam satuan lb.
Bahan yang digunakan adalah semen “G” dan peralatan yang digunakan untuk pengukuran kuat tekan ialah hydraulic pressure dengan peralatan antara lain pompa hidrolik, motor, bearing block machine, hidrolik mortar dan manometer pengukur tekanan. Peralatan yang digunakan antara lain :
1.Water Bath
Arif Eka Rahmanto 17 of 26 3. Alat pencampur semen (mixing container)
4.Cetakan semen ( mold )
Untuk alat yang digunakan pada pengujian kuat tekan berikut adalah penjelasanya :
1. Alat untuk menimbang bubuk semen adalah : timbangan yang terbagi menjadi 2 macam yaitu electric dan non electric. 2. Alat pencampur (mixer) ini mempunyai dua pilihan pengaturan kecepatan pengadukan, yaitu putaran rendah dan putaran tinggi. Alat ini juga mempunyai pengatur waktu otomatis yang akan menghentikan pengadukan pada waktu yang diinginkan. Bubur semen yang sudah tercampur dengan aditif dimasukan dalam suatu cetakan kubus dan dimasukan ke dalam perendam dengan pengatur temperatur agar proses hidrasi bubur semen sesuai dengan proses hidrasi bubur semen pada keadaan di dalam sumur.
3. Dalam percobaan ini memakai cetakan semen dengan ukuran 2×2 inchi dan mendapatkan 3 sampel lalu cetakan semen ini dimasukan kedalam water bath. Fungsi alat ini agar hasil bubur semen berbentuk kubus dan dapat dilakukan proses pengujian. 4. Water bath alat ini berguna untuk peredam dan mengkondisikan bubur semen seperti pada keadaan lubang sumur sebenarnya yaitu basah dan bertemperatur
tinggi. Temperatur yang digunakan antara (80°F - 250°F ) atau (26,6°C - 121 °C) menggunakan air secukupnya sampai cetakan semen terendam semua.
5. Alat pengujian kuat tekan ( compressive strength )
Alat ini digunakan untuk mengukur kemampuan semen terhadap tekanan yang diberikan. Alat yang digunakan ber merk CARVER dengan hasil pengukur terbagi menjadi 2 type yaitu dengan satuan TON dan POUND. Pada pengujian ini kita menggunakan satuan pound ( lbs).
3.2 Tata Cara Pelaksanaan Pengujian Ada beberapa pengerjaan yang dilakukan di laboratorium antara lain sebagai berikut : 1. Penyiapan bubur semen yang digunakan
Bubur semen yang telah disiapkan pada cetakan kemudian dilaksanakan Metode Curing terhadap perubahan temperature dan waktu . Untuk temperatur dilakukan pada 65,5°C dan 121°C selama waktu curing 16 jam dan 168 jam (1 minggu).
Arif Eka Rahmanto 18 of 26 Pengkondisian suspensi semen
dengan Water Bath. Dilaksanakan dalam water bath yang berupa bak air terbuka serta didalamnya dilengkapi oleh pemanas, serat peralatan pengontrol suhu yang berguna agar suhu dalam water bath tersebut merata diperlukan suatu sistem sirkulasi yang menerus. Prosedur pengkondisian di water bath adalah sebagai berikut :
o Isi water bath dengan air secukupnya.
o Aktifkan sistem kontroler, atur jarum penunjuk pada suhu pengkondisian yang diinginkan. Tunggu hingga suhu yang diinginkan tercapai.
o Setelah suhu yang diinginkan tercapai masukkan cetakan sampel yang berisi suspensi semen kedalaman water bath.
o Pengkondisian ini dilakukan selama 16 jam atau 168 jam ( 1 minggu) . Untuk cetakan sampel kubik standard 2×2 inchi, untuk pengkondisian 24 jam penempatan dalam water bath cetakan dibuka dan setelah dingin sampel diukur.
o Setelah 24 jam, angkat sampel dan didinginkan selama beberapa menit.
o Setelah sample dingin, pengujian kua tekan terhadap sampel dapat dilakukan.
3.3 Pengujian Kestabilan Kekuatan Semen dan Kuat Tekan
Kestabilan kekuatan dalam komposisi penyemenan pada suhu yang tinggi sangat berpengaruh, berdasarkan pengujian menunjukan kuat tekan akan bertambah sampai temperatur 121°C, dimana bila kurang dari temperature tersebut maka akan terjadi penurunan kekuatan semen yang disebabkan “strength retrogession”. Oleh karna itu pengujian ini menggunakan 2 jenis additive yaitu CFR – 2 ( Cement Fraction Reducers ), dan Lignosulfonat. Dari 2 additive tersebut dapat dilihat perbedaan kekuatan tekan yang berdasarkan variasi temperature dan waktu.
Pada pengujian terhadap kuat tekan dilakukan dengan peralatan Hidrolik Press dan jika lebih dari satu sampel yang diuji, maka sample lainnya diletakan dalam air dengan kondisi permukaan.
Prosedur pengujiannya adalah sebagai berikut :
1. Bersihkan permukaan sampel dari tetesan air dan pasir atau gerusan butiran semen agar tidak menempel pada bearing block mesin penguji. 2. Periksa permukaan sampel apakah
Arif Eka Rahmanto 19 of 26 permukaan sampel menentukan
persentatifnya data pengujian.
3. Sampel semen diletakan dalam blok bearing dan atur supaya tepat ditengah-tengah permukaan blok bearing diatasnya dan blok bearing dibawahnya.
4. Pompa tuas secara manual dan perhatikan jarum manometer sampai didapatkan pembebanan maksimum ketika batuan pecah. Kemudian dicatat harga pembebanan maksimum sampel tersebut.
5. Lakukan test pada 3 sampel lalu catat data rata – rata kekuatan tekan sampel, sesuai dengan additive yang digunakan.
Kemudian lakukan perhitungan kuat tekan semen dengan menggunakan rumus :
Cs = P × (A1/A2) Dimana :
Cs = compressive strength, psi P = Pembebanan maksimum, psi A1 = Luas penampang blok bearing dari hidrolik mortar, inchi²
A2 = Luas permukaan sampel, inchi²
4. HASIL PENELITIAN
Penelitian di bagi menjadi 2 kelompok, sehingga di daat hasil sebagai berikut :
4.1 Additive Lignosufonat dan CFR -2 dengan variasi waktu 16 jam dan 168 jam.
Dari hasil test pengujian menggunakan hydraulic press terhadap sampel semen kelas G dengan memakai 2 additive sebagai pembanding. Dapat dilihat hasil pengujian sebagai berikut :
1. Lignosulfonat pada temperature 150 º F (65,5 ºC ) dan waktu 16 jam. Data yang di peroleh adalah: compresive strength yang tertinggi didapat pada titik komposisi 0,2 % dengan nilai compresive strentgh 1475
psi/inch. Dapat dilihat pada tabel 4.1
2. CFR – 2 ( Cement Fraction Reducers ) pada variasi temperature dan waktu 150 º F ( 65,5 ºC ) dan 16 jam. Data yang di peroleh adalah : compresive strength yang tertinggi didapat pada titik komposisi 0,4 % dengan nilai compresive strentgh 2291,665 psi/inch. Dapat dilihat pada tabel 4.1.
3. Lignosulfonat pada temperature 250 º F (121 ºC ) dan waktu 16 jam. Data yang di peroleh adalah: compresive strength yang tertinggi didapat pada titik komposisi
Arif Eka Rahmanto 20 of 26
1666,665psi/inch. Dapat dilihat pada tabel 4.1
4. CFR – 2 ( Cement Fraction Reducers ) pada variasi temperature dan waktu 250 º F (121ºC ) dan 16jam. Data yang di peroleh adalah : compresive strength yang tertinggi didapat pada titik komposisi 0,3% dengan nilai compresive strentgh
1916,663 psi/inch. Dapat dilihat pada tabel 4.1.
Untuk penelitian 168 jam ( 1 minggu) kami hanya mengambil titik puncak dari masing masing komposisi additive, yaitu :
1. Lignosulfonate dengan komposisi 0,2 % (variasi 16 jam, temperatur 150 ºF) didapat harga compresive strength adalah :
• Untuk temperatur 150ºF dengan variasi waktu 168 jam didapat : 2291,665 psi/inch
• Untuk temperatur 250 ºF dengan variasi waktu 168 jam didapat :
2721,21 psi/inch
2. CFR – 2 dengan komposisi 0, % (variasi 16 jam, temperatur 150 ºF) didapat harga compresive strength adalah :
• Untuk temperatur 150ºF dengan variasi waktu 168 jam didapat : 1750
psi/inch
• Untuk temperatur 250 ºF dengan variasi waktu 168 jam didapat :
2312,5 psi/inch.
5. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan maka kita dapat menyimpulkan beberapa point berdasarkan additive yang digunakan seperti tersebut diatas yaitu aditif CFR-2 dan Lignosulfat terhadap variasi waktu dan temperature yang dimana juga dapat dilihat pada grafik terlampir agar mendapatkan penglihatan yang maksimal.
5.1. Additive Lignosufonat dan CFR -2 dengan variasi waktu 16 jam dan 168 jam.
Dari hasil penelitian maka didapat 7 point kesimpulan yaitu :
1. Semakin banyak penambahan % additive baik lignosulfonat maupun CFR -2 tidak lantas menaikan nilai Compressive Strenght ( Kuat Tekan ) 2. Titik puncak kuat tekan additive
tergantung dari % additive, waktu serta temperature.
Arif Eka Rahmanto 21 of 26 sampel yang baik akan menghasilkan
data yang akurat. Sampel yang baik adalah tidak adanya cacat atau lubang yang disebabkan oleh gelembung udara yang masuk atau kesalahan pada waktu proses menutup sampel. 4. Pada pengujian dengan variasi waktu
16 jam dan temperature 150 ºF – 250 ºF didapat besar yang tertinggi adalah CFR – 2 sedangkan Lignosulfat kurang bagus.
5. Pada Pengujian dengan variasi waktu 168 jam ( 1minggu ) didapat hasil dengan variasi temperature 150 ºF – 250 ºF, kuat tekan yang bagus adalah lignosufonat.
6. Dari Point 4 dan 5 maka lignosulfonat tidak cocok untuk temperature rendah dengan waktu yang rendah pula. Lignosulfonat bekerja dengan baik pada waktu dan temperature yang tinggi.
7. Dari point 6 maka CFR – 2 tidak bagus untuk temperature yang tinggi dan waktu yang lama, tetapi akan bekerja dengan baik pada temperature rendah dan waktu yang singkat.
6.
DAFTAR PUSTAKA
1. API Specification for Material and Testing for well cements, API Spec. 10, 4 Edition, 1988
2. ASTM Standart on Cement Manual Of Cemen Testing, Philadelphia (1975) Part 13.
3. Rabia, Hussain, Well Engineering & Construction,
4. Specification for Material and Testing for well cements, API Spec. 10, Dallas (Jan.1982)
Arif Eka Rahmanto 22 of 26
Arif Eka Rahmanto 23 of 26 Tabel 2.1
Tipe komposisi Semen Portland 1
Cement Class
C3S
Tricalcium silicate
C2S
Dicalcium Silicate
C3A
Tricalcium Aluminate
C4AF
Tetracalcium Aluminoferrite
A 53 24 8 8 B 47 32 5 12 C 58 16 8 8 D 26 54 2 12 E 26 54 2 12 F dan G 50 30 5 12 H 50 30 5 12
Tabel 2.2
Arif Eka Rahmanto 24 of 26 Tabel 2.3
Arif Eka Rahmanto 25 of 26 Tabel 4.1
Hasil Pengujian Compressive strength pada additive CFR -2 dan Lignosulfonat dengan variasi waktu 16 jam dan 168 jam dan Temperatur 150 F dan 250 F
perhitungan berdasarkan sampel
Komposisi CFR 2
penambahan Temperatur 150 °F Temperatur 250 °F
aditif ( % ) 16 jam 168 jam 16 jam 168 jam
0 1250 1957,5
0.1 1312,5 2020,415
0.2 1375 2083,333
0.3 1833,325 1916,663
0.4 2291,665 1750 1750 2312,5
0.5 1791,65 1666,625
0.6 1291,665 1583,25
0.7 1250 1416,5
Komposisi Lignosulfonat
penambahan Temperatur 150 °F Temperatur 250° F
aditif ( % ) 16 jam 168 jam 16 jam 168 jam
0 1250 1441,5
0.1 1362,5 1554
0.2 1475 2291,665 1666,665 2721,21
0.3 1466,665 1499,998
0.4 1458,3325 1333,333
0.5 1008,3325 1281,228
0.6 558,3325 1229,125
Arif Eka Rahmanto 26 of 26 GRAFIK PERBANDINGAN HASIL PENGUJIAN TERHADAP ADITIF
