Penjelasan Lengkap Lumpur Pemboran (Teori Dasar, Jenis Lumpur Pemboran, Jenis Water Base Mud, dan Sifat Fisik Lumpur Pemboran)

اَلسَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُه

(Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh)

Puji Syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala yang telah memberikan Rahmat, Karunia, Taufik dan Hidayah-nya kepada kita semua sehingga kita masih dapat hidup di Dunia ini, serta semoga kita semua selalu mendapat Inayah dan Lindungan dari Allah Subhanahu Wa Ta'ala. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

Shalawat, Salam serta Taslim kepada sang Revolusioner Dunia, Junjungan Alam Nabi Besar Sayyidina Maulana Muhammad Shallawlahu ‘Alaihi Wasallam yang telah membimbing kita dari zaman Kegelapan dan Kebodohan menuju zaman Terang Benerang, sangat jelas perbedaan antara Hak dan Bathil serta penuh dengan Ilmu Pengetahuan seperti saat ini.

Pada Artikel ini kami akan menjelaskan secara lengkap mengenai Lumpur Pemboran (Teori Dasar, Jenis Lumpur Pemboran, Jenis Water Base Mud, dan Sifat Fisik Lumpur Pemboran). Sebelum masuk ke Materi marilah kita membaca Ta‘awuz : أَعُوذُ بِاللَّهِ مِنَ الشَّيْطَانِ الرَّجِيمِ “A’udzu billahi minasy syaithonir rojiim” dan Basmalah : بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيم “Bismillahirraahmanirrahiim” Agar Bacaan yang dibaca menjadi Berkah dan Bermanfaat. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

Ada beberapa jenis Lumpur Pemboran yang biasa digunakan dalam operasi Pemboran Sumur Minyak yaitu Fresh Water Mud, Salt Water Mud, Oil Base and Oil Base Emulsion Mud, Oil in Water Emulsion Mud dan Gasseous Drilling Mud. dan pada artikel kali ini akan membahas tentang Jenis Lumpur Water Base Mud.

TEORI DASAR

Fluida pemboran menurut API (American Petroleum Institute) didefinisikan sebagai suatu fluida sirkulasi dalam operasi pemboran berputar yang memiliki banyak variasi fungsi, dimana merupakan salah satu faktor yang berpengaruh terhadap optimumnya operasi pemboran. Oleh karena itu, sangat menentukan keberhasilan suatu operasi pemboran. Fluida pemboran merupakan fluida non-newtonian yang artinya fluida yang mempunyai viskositas tidak konstan, yaitu viskositasnya tergantung dari besarnya shear rate yang terjadi. Pada setiap shear rate tertentu, fluida mempunyai viskositas yang disebut apparent viscosity (viskositas semu).

Lumpur pemboran harus didesain sesuai tekanan pada formasi yang ditembus, selain itu sifat-sifat lumpur harus diperhatikan karena lapisan-lapisan atau formasi-formasi yang akan ditembus oleh lumpur bermacam-macam atau berubah-ubah maka sifat-sifat lumpur harus disesuaikan dengan cara menambahkan zat kimia yang sesuai.

Lumpur berbahan dasar air sangat baik digunakan selama operasi pemboran, selain memiliki nilai ekonomis, lumpur berbahan dasar air mudah dicampurkan dengan additive lainnya, sehingga memungkinkan lumpur dapat mengatasi masalah-masalah pemboran. Disamping memiliki kelebihan, lumpur berbahan dasar air pun memiliki kekurangan-kekurangan dalam realisasinya, khususnya ketika pemboran menembus zona batuan shale. Air tidak bersifat clay blocking yang berarti mudah untuk didispersikan oleh mineral clay, sehingga dapat menyebabkan masalah-masalah baru ketika pemboran berlangsung, seperti bit balling, rekah formasi, differensial pipe sticking, lost circulation maupun problem kick yang disertai blow out apabila tidak segera ditangani.

JENIS – JENIS LUMPUR PEMBORAN

Jenis-jenis lumpur pemboran yang biasa digunakan dalam operasi pemboran yaitu:

1. Fresh Water Mud

Jenis lumpur ini yang fasa cairnya air tawar dengan kadar garam kecil (kurang dari 10000 ppm = 1% berat garam). Fresh water mud juga dibagi lagi menjadi beberapa jenis yang diantaranya adalah :

a. Spud Mud

Spud Mud adalah lumpur yang digunakan pada pemboran awal atau bagianatas bagi conduktor casing. Fungsi utamanya adalah untuk mengangkat cutting dan membuka lubang di permukaan.

b. Natural Mud

Natural Mud dibentuk dari pecahan-pecahan cutting dalam fasa cair, sifat-sifatnya bervariasi tergantung formasi yang di bor. Lumpur ini digunakan untukpemboran yang cepat seperti pemboran pada surface casing.

c. Bentonite – treated Mud

Bentonite – treated Mud mencakup sebagian besar dari tipe-tipe air tawar. Bentonite adalah material paling umum yang digunakan untuk koloid inorganik yang berfungsi mengurangi filtrate loss dan mengurangi tebal mud cake. Bentonite juga dapat menaikkan viscositas.

d. Phospate treated Mud

Phospate tread Mud mengandung polyphospate untuk mengontrol viscositas gel strength dan juga dapat mengurangi filtrate loss serta mud cake dapat tipis.

e. Organic Colloid treated Mud

Organic Colloid trate Mud terdiri dari penambahan pregelatinized starch atau carboxymethyl cellulose pada lumpur yang digunakan untuk mengurangi filtration loss pada fresh water mud.

f. Red Mud

Red Mud mendapatkan warnanya dari warna yang dihasilkan oleh treatment dengan cautic soda dan gueobracho (merah tua). Jenis lumpur ini adalah alkaline tannate treatment dengan penambahan polyphosphate untuk lumpur dengan pH dibawah 10.

g. Calcium Mud

Calcium Mud yaitu lumpur yang mengandung larutan calcium (di sengaja). Calcium bisa ditambah dengan bentuk slake lime (kapur mati), semen, plaster (CaSO₄) atau CaCl₂.

2. Salt Water Mud

Jenis lumpur ini dengan bahan dasar garam untuk membor pada formasi garam massive/salt dome atau lapisan formasi garam. Filtrate lossnya besar dan mud-cakenya tebal bila tidak ditambah organic colloid, pH lumpur di bawah 8, oleh karena itu perlu preservative untuk menahan fermentasi starch. Jika salt mudnya mempunyai pH yang lebih tinggi, fermentasi terhalang oleh basa. Suspensi ini bias diperbaiki dengan penggunaan attapulgite sebagai pengganti bentonite.

3. Oil Base and Oil Base Emulsion Mud

Lumpur ini mengandung minyak sebagai fasa kontinyunya. Kadar air diatur rendah hanya berkisar 3 – 5 % volume. Karena filtratenya minyak, sehingga tidak akan menghidratkan shale atau clay yang sensitif baik pada formasi biasa ataupun formasi produktif. Kegunaan terbesar adalah pada completion dan workover sumur. Kegunaan lain adalah untuk melepasakan drill pipe yang terjepit, mempermudah pemasangan casing dan liner. Oil base mud ini harus ditempatkan pada suatu tanki besi untuk menghindarkan kontaminasi air. Rig harus dipersiapkan agar tidak kotor dan bahaya api berkurang.

4. Oil in Water Emulsion Mud

Jenis lumpur ini terdiri dari fasa yang tersebar sedangkan air merupakan fasa kontinyu. Air juga merupakan filtrate. Sebagai bahan dasar bisa digunakan baik fresh maupun salt water muds. Sifat-sifat fisik yang dipengaruhi emulsifikasi hanyalah berat lumpur, volume filtrate ,tebal mud cake dan pelumasan. Segera setelah emulsifikasi filtrate loss berkurang. Keuntungannya adalah bit yang lebih tahan lama, penetration rate naik, pengurangan korosi pada drilling string, perbaikan pada sifat-sifat fisik lumpur (viscositas dan tekana pompa boleh atau dapat dikurangi, water loss turun, mud cake turun, mud cake tipis) dan mengurangi balling (terlapisnya bit oleh padatan lumpur). Viscositas dan gel lebih mudah dikontrol bila emulsifiernya juga bertindak sebagai thinner (pengencer).

5. Gasseous Drilling Mud

Lumpur ini bahan dasarnya adalah udara kering dan digunakan pada formasi kering atau keras. Lumpur bisa juga merupakan aerated drilling mud artinya pencampuran antara air dan udara atau gas.

JENIS – JENIS WATER BASE MUD

1. Spud Mud

Spud mud digunakan unruk memberi formasi bagian atas bagi conductor casing. Fungsi utamanya mengangkat cutting dan membuka lubang di permukaan (formasi atas). Volume yang digunakan biasanya sedikit dan dapat dibuat dari air dan bentonite (yield 100 bbl/ton) atau clay air tawar yang lain (yield 35-50 bbl/ton). Tambahan bentonite atau clay perlu dilakukan untuk menaikkan viscositas dan gel strength bila membor pada zona-zona loss. Kadang-kadang perlu lost circulation material. Densitas harus kecil saja.

2. Natural Mud

Natural mud dibentuk dari pecahan-pecahan cutting dalam fase cair. Sifat-sifatnya bervariasi tergantung dari formasi yang dibor. Umumnya tipe lumpur ini digunakan untuk pemboran yang cepat seperti pemboran pada surface casing. Dengan bertambahnya kedalaman pemboran, sifat-sifat lumpur yang lebih baik diperlukan dan natural mud ini di treated dengan zat-zat kimia dan aditif-aditif koloid. Beratnya sekitar 9.1-10.2 ppg dan viscositasnya 35-45 detik.

3. Bentonite Trated Mud

Mencakup sebagian besar dari tipe-tipe lumpur air tawar. Bentonite adalah material yang paling umum digunakan untuk membuat colloid inorganic untuk mengurangi filter loss dan mengurangi tebal mud cake. Bentonite juga menaikkan viscositas dan gel yang mana dapat dikontrol dengan thinner.

4. Phospate Trated Mud

Mengandung polyphosphate untuk mengontrol viskositas dan gel strength. Penambahan zat ini akan berakibat pada terdispersinya farksi-fraksi clay colloid padat sehingga densitas lumpur dapat cukup besar tetapi viscositas dan gel stenghtnya rendah. Ia mengurangi filter loss serta mud cake dapat tipis. Tannin sering ditambahkan bersama-sama dengan polyphosphate untuk pengontrolan lumpur.

Polyphosphate tidak stabil pada temperatur tinggi (Sumur-sumur dalam) dan akan kehilangan efeknya sebagai thinner (Polyphosphate yang malah menyebabkan terjadinya flokulasi). Juga polyphosphate mud sukar dikontrol pada densitas lumpur tinggi (yang sering berhubungan dengan pemboran dalam). Dengan penambahan-penambahan zat kimia air, densitas lumpur dapat dijadikan 9-11 ppg. Polyphosphate mud juga menggumpal bila terkenan kontaminasi NaCl, calcium sulfate atau kontaminasi semen dalam jumlah banyak.

5. Ionic Colloid Trated Mud

Terdiri dari penambahan pregelatinized starch atau carboxymethilecellulosa pada lumpur. Karena koloid organik tidak selalu sensitif terhadap flokulasi seperti clay, maka pengendalian filtrasinya pada lumpur yang terkontaminasi dapat dilakukan dengan koloid organik ini baik untuk mengurangi filtration loss pada fresh water mud. Dalam kebanyakan lumpur penurunan filtration loss lebih banyak dilakukan dengan koloid organik dari pada inorganic.

6. Red Mud

Red mud mendapatkan warnanya dari warna yang dihasilkan oleh treatment dengan soda kaustik dan quabracho (merah tua). Istilah ini akan tetap digunakan walaupun nama-nama koloid yang dipakai sekarang ini mungkin menyebabkan warna abu-abu kehitaman. Umumnya istilah ini digunakan untuk lignin-lignin tertentu dan humic thinner selain untuk tannin alkalinitas. Suatu jenis lain lumpur ini adalah alkaline tannate treatment dengan penambahan polyphosphate untuk lumpur-lumpur dengan pH dibawah 10. Perbandingan alkaline, organik, dan polyphosphate dapat diatur sesuai dengan kebutuhan setempat. Alkaline-alkaline treated mud mempunyai range pH 8-13. Alkaline tannate denngan pH kurang dari 10 sangat sensitif terhadap flokulasi karena kontaminasi garam. Dengan naiknya pH maka lebih sukar unrtk flokulasi. Untuk pH lebih dari 11.5, pregelatinizied starch dapat digunakan tanpa bahaya fermentasi. Dibawah pH ini, preservative harus digunakan untuk mencegah fermentasi (meragi) pada fresh water mud. Jika diperlukan densitas lumpur yang tinggi lebih murah bila digunakan treatment yang menghasilkan calcium treated mud dengan pH yang tingginya 12 atau lebih.

7. Calcium Mud

Lumpur ini mengandung larutan kalsium (disengaja). Kalsium bisa ditambah dalam bentuk slaked lame (kapur mati), semen, plaster (CaSO₄) dipasarkan atau CaCl₂ tetapi dapat pula karena pemboran semen, anhydrite dan gypsum. Calcium Mud dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :

a. Lime Treated Mud

Lumpur ini di treated dengan caustic soda atau organic thinner, hydrate lime dan untuk mendapat filter loss rendah, suatu koloid organik. Treatment ini menghasilkan lumpur dengan pH 11.8 atau lebih dan 60-100 (3-20 epm) ppm ion Ca dalam filtrate. Lumpur ini menghasilkan viscositas dan gel strength rendah, memberi suspensi yang baik bagi material-material pemberat, mudah dikontrol pada densitas sampai 20 ppg, toleran tehadap konsentrasi garam (penyebab flokulasi) yang relatif besar dan mudah dibuat dengan filter loss rendah. Keuntungannya terutama pada kemampuan untuk membawa padatan clay dalam jumlah besar pada viskositas lebih rendah dari pada dengan tipe-tipe lumpur lainnya. Kecuali tendensinya untuk memadat pada temperatur tinggi, lumpur ini cocok untuk pemboran dalam dan untuk mendapatkan densitas tinggi.

b. Gypsum Treated Mud

Lumpur ini berguna untuk membor formasi anhydrite dan gypsum, terutama bila formasinya interbedded (selang-seling) dengan garam dan shale. Treatmentnya adalah dengan ,mencampur base mud (lumpur dasar) dengan plaster (CaSO₄ dipasaran) sebelum formasi anhydrite dan gypsum dibor. Dengan penambahan plaster tersebut pada rate yang terkontrol, maka viscositas dan gel strength yang berhubungan dengan kontaminan ini dapat dibatasi. Setelah clay dilumpur bereaksi dengan ion Ca, tidak akan terjadi pengentalan lebih lanjut dalam pemboran formasi gypsum atau garam. Gypsum treated mud dapat dikontrol filtrate lossnya dengan organic colloid dan karena pH-nya rendah, maka presentative harus ditambahkan untuk mencegah fermentasi. Preservasi ini boleh dihentikan penambahannya bila garam yang dibor cukup untuk meberikan saturated salt water mud.

Suatu modifikasi dari gypsum treated mud adalah dengan penggunaan chrome lignosulfonate deflocculant yang memberikan kontrol pada karakteristik flat gels pada lumpur tersebut. Lumpur gypsum chrom lignosulfonate ini mempunyai sifat yang sama baiknya dengan lime treated mud. Penggunaan non-ionic surfactant dalam gysum chroms lignosulfonate mud menghasilkan pengontrolan yang lebih baik pada filtrate loss dan flow propertiesnya, selain toleransinya yang besar terhadap kontaminasi garam.

c. Calsium Salt

Selain hydrated lime dan gypsum telah digunakan tetapi tidak meluas. Juga zat-zat kimia yang memberikan supply cation multivalent untuk base exchange clay (pertukaran ion-ion pada clay), seperti Ba(OH)₂ telah digunakan.

8. Lignosulfonate Mud

Jenis lumpur ini terdiri dari air tawar (air asin), bentonite, chrome atau ferrochrome lignosulfonate, caustic soda, CMC atau starch stabil. Material optimal seperti lignite, minyak, lubricant dan surfactant dapat digunakan. Lumpur ini berfungsi sebagai thinner (pengencer). Pertimbangan menggunakan lumpur ini adalah:

a. Dapat berfungsi pada suhu yang sedang, yaitu 300 - 350 ^oF.

b. Toleransi tinggi pada kontaminasi oleh padatan bor seperti garam, anhydrite, gypsum dan semen.

c. Filtrate loss rendah.

d. Dengan konsentrasi tinggi dapat bersifat dispersive dan inhibitif.

e. Kelemahan dari lumpur ini adalah bersifat mendispersif yang cukup tinggi akan menimbulkan masalah baru pada sistem lumpur.

9. KCL Polimer Mud

Lumpur ini cocok digunakan untuk membor lapisan shale karena sifat sloughing-inhibiting (pencegahan peruntuhan shale) yang sangat baik yang dihasilkan dari penggunaan KCl dan Polimer pencegah. Pencegahan dengan KCl terlihat dari penempatan ion sodium pada shale oleh ion potassium dimana terikat dengan rapat sekali. Polimer pencegah adalah polimer anionic dimana mengikat diri pada tepi yang bermuatan positif dari lapisan shale yang terbuka dan mencegah shale kontak dengan air. Keuntungan menggunakan lumpur ini adalah :

a. Yield point tinggi.

b. Menciptakan stabilitas lubang bor.

c. Hidrolika bit baik dan kehilangan tekanan sirkulasi berkurang.

d. Kerugiannya adalah ketidakstabilan pada suhu di atas 250 ^oF.

SIFAT – SIFAT FISIK LUMPUR PEMBORAN

1. Berat Jenis

Berat jenis lumpur pemboran sangat besar pengaruhnya dalam mengontrol tekanan formasi, sebab dengan naiknya berat jenis lumpur maka tekanan lumpur akan naik pula.

D = W : V

Keterangan:

D : Berat jenis lumpur

W : Berat lumpur

V : Volume lumpur

Tekanan hidrostatik lumpur didefinisikan sebagai per satuan luas yang secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

Ph = 0.052 x h x D

Keterangan:

P : Tekanan hidrostatik lumpur

h : Tinggi kolom lumpur

D : Berat jenis Lumpur

2. Viskositas

Viskositas merupakan salah satu sifat lumpur yang menentukan daya tahan terhadap pergerakan, dimana tahanan ini terjadi disebabkan oleh pergesekan antar partikel-partikel dari lubang bor. Viskositas menyatakan kekentalan dari lumpur bor, dimana viskositas memegang peranan dalam pengangkatan serbuk bor ke permukaan. Makin kental lumpur, maka pengangkatan cutting kurang sempurna dan akan mengakibatkan cutting tertinggal di dalam lubang bor dan dapat mengakibatkan rangkaian pipa pemboran akan terjepit. Akan tetapi, bila lumpur pemboran mempunyai harga viskositas yang terlalu tinggi maka dapat mengakibatkan permasalahan pemboran seperti loss circulation.

3. Gel Strength

Diwaktu lumpur bersirkulasi besaran yang berperan adalah viskositas, sedangkan diwaktu sirkulasi berhenti yang memegang peranan adalah gel strength. Lumpur akan menjadi gel saat tidak ada sirkulasi. Hal ini disebabkan oleh gaya tarik-menarik antara partikel-partikel padatan lumpur.

Diwaktu lumpur berhenti bersirkulasi, lumpur harus mempunyai gel strength yang dapat menahan cutting dan material pemberat lumpur agar jangan turun, sehingga padatan tidak menumpuk dan mengendap di annulus, dan mencegah pipa terjepit. Akan tetapi, jika gel strength terlalu tinggi akan menyebabkan terlalu tinggi akan menyebabkan terlalu berat kerja lumpur untuk memulai sirkulasi kembali. Walaupun pompa mempunyai daya yang kuat, pompa tidak boleh mempompakan lumpur dengan daya yang besar karena formasi bisa pecah.

4. Yield Point

Bagian dari resistensi untuk mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel. Jadi Yield Point merupakan angka yang menunjukkan shearing stress yang diperlukan untuk mensirkulasikan lumpur kembali. Dengan kata lain lumpur tidak akan dapat disirkulasi sebelum diberikan shearing stress sebesar yield point. Yield Point sangat penting diketahui untuk perhitungan hidrolika lumpur, dimana yield point mempengaruhi hilangnya tekanan diwaktu lumpur sirkulasi.

5. Filtrasi dan Mud Cake

Ketika terjadi kontak antara lumpur dan batuan porous, batuan tersebut akan bertindak sebagai saringan yang memungkinkan fluida dan partikel-partikel kecil melewatinya. Fluida yang hilang ke dalam batuan disebut filtrate, sedangkan lapisan partikel-partikel besar tertahan di permukaan batuan disebut mud cake.

6. PH Lumpur

PH dipakai untuk menentukan tingkat kebasaan dan keasaman dari lumpur bor. PH dari lumpur yang dipakai berkisar 8.5-12. Jadi lumpur bor yang digunakan adalah dalam suasana basa. Lumpur sebaiknya tidak terlalu basa karena akan menaikkan viskositas dan gel strength dari lumpur.

Demikian Artikel mengenai Penjelasan Lengkap Lumpur Pemboran (Teori Dasar, Jenis Lumpur Pemboran, Jenis Water Base Mud, dan Sifat Fisik Lumpur Pemboran), kita akhiri dengan mebaca Hamdallah : الحَمْدُ لِلّٰهِ رَبِّ العَالَمِيْنَ “Alhamdulillahirabbil ’Alamin”.