4 Sistem Sirkulasi

MODUL 4 SISTEM SIRKULASI 4.1. PENDAHULUAN Tujuan utama dari sistem sirkulasi pada suatu operasi pemboran adalah untuk mensirkulasikan fluida pemboran (lumpur bor) ke seluruh sistem pemboran, sehingga lumpur bor mampu mengoptimalkan fungsinya. Sistem sirkulasi pada dasarnya terdiri dari empat komponen, yaitu : 1. Fluida pemboran (lumpur bor), 2. Tempat persiapkan, 3. Peralatan sirkulasi, dan 4. Conditioning area. 4 . 2 . L U M P U R P E M B O R A N ( DRILLING FLUID, MUD) Fluida pemboran merupakan suatu campuran cairan dari beberapa komponen yang dapat terdiri dari : air (tawar atau asin), minyak, tanah liat (clay), bahan-bahan kimia, gas, udara, busa maupun detergent. Di lapangan fluida dikenal sebagai "lumpur" (mud). Lumpur pemboran merupakan faktor yang penting serta sangat menentukan dalam mendukung kesuksesan suatu operasi pemboran. Kecepatan pemboran, efisiensi, keselamatan dan biaya pemboran sangat tergantung pada kinerja lumpur pemboran. Fungsi lumpur dalam suatu operasi pemboran antara lain adalah sebagai berikut :  Mengangkat cutting ke permukaan.  Mendinginkan dan melumasi bit dan drill string.  Memberi dinding lubang bor dengan mud cake.  Mengontrol tekanan formasi.  Menahan cutting dan material pemberat sirkulasi lumpur dihentikan.  Melepaskan pasir dan cutting dipermukaan.  Menahan sebagian berat drill pipe dan cutting (bouyancy efect).  Mengurangi effek negatif pada formasi.  Mendapatkan informasi (mud log, sampel log).  Media logging. 4.2.1. Komposisi Lumpur Pemboran. Komposisi lumpur pemboran ditentukan oleh kondisi lubang bor dan jenis formasi yang ditembus oleh mata bor. Ada dua hal penting dalam penentuan komposisi lumpur pemboran, yaitu :  Semakin ringan dan encer suatu lumpur pemboran, semakin besar laju penembusannya.  Semakin berat dan kental suatu lumpur pemboran, semakin mudah untuk mengontrol kondisi dibawah permukaan separti masuknnya fluida formasi bertekanan tinggi (dikenal sebagai "kick"). Bila keadaan ini tidak dapat diatasi maka akan menyebabkan semburan liar (blowout). Sistem Sirkulasi

4- 1

S I S T E M

4.2.2. Jenis Lumpur Pemboran Penentuan lumpur pemboran yang digunakan dalam suatu operasi pemboran didasarkan pada kondisi bawah permukaan dari formasi yang sedang ditembus. Fluida pemboran yang umum digunakan dalam suatu operasi pemboran dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu : 1. Water - based mud 2. Oil - based mud 3. Air or Gas - based mud a. Water-Base Mud Pada lumpur pemboran jenis water-base mud, zat komponen yang paling banyak digunakan adalah water base mud (kurang lebih 80%). Komposisi lumpur ini terdiri dari air tawar atau air asin, clay dan chemical additives. Komposisi ini ditentukan oleh kondisi lubang bor. Pedoman operasional dalam pembuatan water base mud secara umum adalah sebagai berikut :  Surface drilling operasional, digunakan lumpur biasa (natural mud) dengan sedikit additive paling banyak digunakan.  Hard subsurface drilling operations, bila menembus formasi keras (porositas rendah) digunakan lumpur encer.  Soft subsurface drilling operations, bila menembus formasi bertekanan tinggi (porositas tinggi), digunakan lumpur berat. Water based mud merupakan jenis lumpur yang paling umum digunakan karena murah, mudah penggunaanya dan membentuk "filter cake" (kerak lumpur) yang berguna untuk lubang bor dari bahaya gugurnya dinding lubang bor. b. Oil - Based Mud Digunakan pada pemboran dalam, hot holes, formasi shale, dan sebagainya. Lumpur ini lebih mahal, tetapi akan mengurangi terjadinya proses pengaratan (korosi) yang dapat mengakibatkan kerusakan fatal pada rangkaian pipa bor. c. Air or Gas - Based Mud Keuntungan dari lumpur jenis ini terutama adalah dapat menghasilkan laju pemboran yang lebih besar. Karena digunakan kompressor, kebutuhan peralatan dan ruang lebih sedikit. 4 . 3 . T E M PAT P E R S I A PA N ( PREPARATION AREA) Ditempatkan pada tempat dimulai sisten sirkulasi. Tempat persiapan lumpur pemboran terdiri dari peralatan-peralatan yang diatur untuk memberikan fasilitas persiapan atau "treatment" lumpur bor. Peralatan yang digunakan untuk persiapan pembuatan lumpur pemboran meliputi :  Mud house , merupakan gudang untuk menyimpan additives. Sistem Sirkulasi

4- 2

R

S I K U L A S I

     

Steel mud pits/tank , merupakan bak penampung lumpur di permukaan terbuat dari baja. Mixing hopper , merupakan peralatan yang digunakan untuk menambah additive ke dalam lumpur. Chemical mixing barrel , merupakan peralatan untuk menambah bahanbahan kimia kedalam lumpur. Bulk Storage bins , merupakan bin yang berukuran besar digunakan untuk menambah additive dalam jumlah yang banyak. Water tank , merupakan tangki penyimpan air yang digunakan pada tempat persiapan lumpur. Reserve pit , merupakan kolam yang besar digunakan untuk menampung kelebihan lumpur.

4 . 4 . P E R A L ATA N S I R K U L A S I (CIRCULATING EQUIPMENT) Peralatan sirkulasi merupakan komponen utama dalam sistem sirkulasi. Peralatan ini mengalirkan lumpur pemboran dari peralatan sirkulasi, turun kerangkaian pipa bor dan naik ke anullus serbuk bor kepermukaan menuju conditioning area sebelum kembali ke mud pits untuk sirkulasi kembali. Peralatan sirkulasi terdiri dari beberapa komponen alat, yaitu : 1. Mud pit 2. Mud pump 3. Pump discange and return lines 4. Stand pipe 5. Rotary house 4.5. CONDITIONING AREA Ditempatkan dekat rig. Area ini terdiri dari peralatan-peralatan khusus yang digunakan untuk "Clean up" (pembersihan) lumpur bor setelah keluar dari lubang bor. Fungsi utama peralatan-peralatan ini adalah untuk membersihkan lumpur bor dari serbuk bor (cutting) dan gas-gas yang terikut. Metode pokok yang digunakan untuk memisahkan cutting dan gas ada dua macam, yaitu : 1. Menggunakan prinsip gravitasi, dimana lumpur dialirkan melalui shale shaker dan setting tanks, dan 2. Secara mekanik, dimana peralatan-peralatan khusus yang dipasang pada mud pits dapat memisahkan lumpur dan gas. Peralatan yang digunakan pada conditioning area terdiri dari :  Setting tank , merupakan bak terbuat dari baja digunakan untuk menampung lumpur bor selama conditioning.  Reserve pits , merupakan kolam besar yang digunakan untuk menampung cutting dari dalam lubang bor dan kadang-kadang untuk menampung kelebihan lumpur bor.  Mud - Gas separator , merupakan suatu peralatan yang memisahkan gas yang terlarut dalam lumpur bor dalam jumlah yang besar.

Sistem Sirkulasi

4- 3

S I S T E M

R

S I K U L A S I

  

S I S T E M

Shale Shaker , merupakan peralatan yang memisahkan cutting yang besarbesar dari lumpur bor. Degasser , merupakan peralatan yang memisahkan butir-butir pasir dari lumpur bor. Desilter , merupakan peralatan yang memisahkan partikel-partikel cutting yang berukuran paling halus dari lumpur bor.

4.6. PEMBAHASAN Mengingat pentingnya sistem sirkulasi dalam suatu operasi pemboran, maka harus dioptimalkan fungsi kerjanya. Salah satu faktor yang sangat berpengaruh dalam sistem sirkulasi adalah Pompa Lumpur (slush pump). Pemilihan pompa lumpur untuk keperluan operasi pemboran harus tepat dan seekonomis mungkin. Secara umum, karakteristik dari pompa lumpur adalah sebagai berikut : 1. Tenaga mekanik 2. Panjang serta banyaknya langkah per menit 3. Diameter minimum / maksimum silinder 4. Kopel maksimum pada gear box 5. Debit 6. Tekanan maksimum, serta 7. Tenaga hidrolik

R

a. Tenaga dan Kecepatan pompa Pabrik pembuat pompa biasanya mencantumkan besarnya tenaga maksimum yang diperbolehkan untuk pompa pada kecepatan yang maksimum. Contoh : Pompa SN Marep DM 7118 dengan tenaga mekanik 400 pk pada 60 rpm.

Pm  C x  ....................................................................... (4-1)

atau kopel maksimal yang di perbolehkan, besarnya dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Pm x 60 2N

.......................................................................... (4-2)

dengan perbandingan 5/1, maka C dapat dihitung sebagai berikut : Cá

=

1 Pm x 60 x 5 2N 1

R

400 x 60 x 75

= 5 x 2 x  x 60 = 955 kgm Sistem Sirkulasi

4- 4

K U L A S I

S I S T E M

Tinjauan : Tenaga mekanik tersebut adalah hasil dari pada kopel dan kecepatan sudut yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

C

S I

S I K U L A S I

Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan hasil sebagai berikut : Putaran, Rpm 60 55 50 45 40 Tenaga, pk 400 371 338 303 269 b. Panjang Langkah dan Diameter Silinder Kedua karakter tersebut, panjang langkah dan diameter silinder, digunakan untuk menghitung debit aliran denga menggunakan persamaan :  d2  Q  0,0515 N L  D2   2 

....................................................... (4-3)

dimana,  Q = debit teoritis, lt/min  N = jumlah langkah per menit  L = panjang langkah, inch  D = diameter silinder, inch  d = diameter batang piston, inch c. Tekanan Kerja Maksimum Tenaga pompa maksimum persamaan sebagai berikut : Pmax 

F S

dapat

ditentukan

dengan

menggunakan

........................................................................ (4-4)

dimana,  Pmax = tekanan kerja pompa maksimum, kg/cm2.  F = gaya maksimum pada batang piston, kg.  S = penampang, cm3. catata n: Harga S dapat dihitung dengan persamaan : d  S  5,06  D 2   2 

.......................................................... (4-5)

dimana,  D = diameter silinder, inch  d = diameter batang piston, inch d. Tenaga Hidrolik dan Rendement Tenaga hidrolik dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Ph 

P . Qra 450

................................................................. (4-6)

dimana,  Ph = tenaga hidrolik, pk.  P = tekanan, kg/cm2.  Qrá = debit sebenarnya Hubungan antara tenaga hidrolik dengan rendement volumetric secara matematik adalah sebagai berikut :

Sistem Sirkulasi

4- 5

P . Qt Ph   v . 450

S I S T E M

............................................................ (4-7)

dimana,   = rendement volumetrik  Qt = debit teoritis Apabila  = 1, maka Persamaan (4-7), menjadi P . Qt 450

.............................................................. (4-8)

Ph   v . Phmax

............................................................. (4-9)

Phmax 

atau

R

Jika ditinjau dengan pendekatan secara mekanik, maka Phmax  m . Pm

........................................................... (4-10)

dimana,  m = rendement mekanik pompa,  Pm = tenaga mekanik yang masuk pompa atau dapat ditulis Ph   v . m . Pm

........................................................ (4-11)

S I K U L A S I

Jika tr = rendement transmisi dan P c = tenaga yang keluar dari convertiser, maka persamaan untuk Ph dapat ditulis sebagai berikut : Ph   tr . v . m . PC

................................................. (4-12)

Untuk pompa piston kerja ganda ada dua kemungkinan yang sering dilakukan, yaitu : 1. Dengan silinder besar, debit besar, dan tekanan rendah, serta 2. Dengan silinder kecill, debit kecil, dan tekanan tinggi

S I S T E M

R 5.4. KESIMPULAN

Sistem Sirkulasi

4- 6

S I K U L A S I

Dari uraian dan pembahasan diatas dapat di ambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Fluida pemboran sangat memegang peranan dalam operasi pemboran. Karena itu kesalahan dalam menggunakan komposisi lumpur dapat menimbulkan kerugian yang besar karena dapat menyebabkan terjadinya semburan liar. 2. Fluida pemboran yang dipakai dalam operasi pemboran tergantung dari jenis formasi yang ditembus dan kondisi lubang bor. 3. Salah satu faktor memperngaruhi sistem sirkulasi adalah Pompa Lumpur (slush pump), sehingga pemilihan pompa lumpur untuk keperluan operasi pemboran harus tepat dan seekonomis mungkin. 4. Secara umum, karakteristik dari pompa lumpur adalah sebagai berikut : Tenaga mekanik Panjang serta banyaknya langkah per menit Diameter minimum / maksimum silinder Kopel maksimum pada gear box Debit Tekanan maksimum, serta Tenaga hidrolik 5. Untuk mengoptimalkan kinerja pompa lumpur, dapat dilakukan penyusunan lumpur secar seri maupun paralel, dengan keterangan sebagai berikut :  Susunan Seri Dua pompa yang digunakan akan bekerja dan menghasilkan debit aliran secara bersamaan, sehingga debit aliran yang dihasilkan besar (penting), akan tetapi tekanannya rendah.  Susunan Paralel Pompa pertama akan menghasilkan debit aliran, dimana saluran tekanannya berfungsi sebagai saluran isap pompa yang kedua, sehingga debit aliran yang dihasilkan kecil, akan tetapi tekanannya tinggi (penting).

S I S T E M

R

Sistem Sirkulasi

4- 7

S I K U L A S I

M e n g a n g k a t c u tt in g k e p e rm u k a a n

M e la p is i d in d in g s u m u r M e n e m b u s flu id a fo r m a s i dengan M ud C ake d a la m lu b a n g b o r

M e m b e r s ih k a n lu b a n g b o r d e n g a n t e n a g a h id r o lik p a d a b it

S I S T E M

M e n d in g in k a n b it d a n r a n g k a ia n p ip a b o r

Gambar 4.1 Beberapa Fungsi Lumpur Pemboran

R

Sistem Sirkulasi

4- 8

S I K U L A S I

O p e n V a lv e

C l o s e V a lv e O pen V a lv e

C lo s e V a lv e

O pen V a lv e

H u b u n g a n P a r a le l

C lo s e V a lv e

H u b u n g a n S e ri

Gambar 4.2 Skema Aliran Pompa Lumpur

D esander

S haker Ta n k

D egasser

D e s ilte r

S I S T E M

M ix in g H o p p e r S lu s h P u m p S u c tio n T a n k

Gambar 4.3 Skema Recondition Area

Sistem Sirkulasi

R

4- 9

S I K U L A S I

o v e r flo w p ip e u p p e r h o u s in g fe e d f e e d s e c t io n lin e r b o tto m s e c tio n lin e r v a lv e h o ld e r v a lv e c l a m p r in g

Gambar 4.4 Penampang Desander (SWACO; underflow 6 inch dorrclone)

S I S T E M

Gambar 4.5 Desilter

Sistem Sirkulasi

R

4 - 10

S I K U L A S I

15 G o o s e -n e c k I n t. L in e - p ip e T h re a d E x t. L in e - p ip e T h re a d R o ta ry D r illin g H o s e

A P I S ta n d a rd R o ta r y C o n n e c t io n LH

S w iv e l S te m

S w iv e l S u b

Gambar 4.6 Swivel

Sistem Sirkulasi

4 - 11