Teknik Penyemenan (Cementing) Jilid I

TEKNIK PENYEMENAN CEMENTING JILID 1 cementing line

a CEMENTING HEAD

pin 2 pin 1

b

LUMPUR PENDORONG

c

lumpur

permukaan

casing yang sudah tersemen sebelumnya top plug

casing yg mau disemen

bottom plug foot collar

dinding lubang

SEMEN shoe track SEMEN casing shoe

DISUSUN OLEH : IR. KASWIR BATU CEPU, 1999

KATA PENGANTAR

i

Penyemenan merupakan faktor yang sangat penting dalam operasi pemboran. Keberhasilan suatu operasi pemboran sangat tergantung kepada keberhasilan penyemenan sumur. Buku Teknik Penyemenan ini merupakan Jilid I, yang berisikan tentang fungsi dari penyemenan, komponen-komponen bubur semen, dan parameter-parameter atau sifatsifat dari bubur semen, dan metda penyemenan. Untuk mendalami teknik penyemenan lebih lanjut, dapat dibaca pada buku Teknik Penyemenan Jilid II. Buku ini dapat merupakan pegangan bagi pekerja pemboran dan mahasiswa di Jurusan Teknik Perminyakan, karena isinya merupakan hal-hal yang harus dikuasai. Buku0buku Teknik Penyemenan saat ini sulit didapat yang sudah berbahasa Indonesia. Sedangkan kebutuhan pengetahuan tentang teknik penyemenan sangat diperlukan bagi pekerja pemboran dan mahasiswa di Jurusan Teknik Perminyakan. Itulah sebabnya penulis berusaha membuat buku-buku dibidang pemboran minyak dan gas bumi, maupun panas bumi. Mudah-mudahan yang Maha Kuasa memberikan kekuatan dan waktu kepada penulis untuk lanjutan buku ini dan untuk membuat buku-buku Teknik Pemboran untuk topiktopik yang lain. Semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca dan bagi diri penulis sendiri. Cepu, Desember 1995 Hormat dari penulis.

ii PENGUMUMAN

Bersama ini kami khabarkan bahwa telah terbit Buku-buku Teknik Pemboran sebagai berikut: 1. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid I 2. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid II 3. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid III 4. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid IV 5. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid V 6. Teknik Pencegahan Semburan Liar ( Well Control ) Jilid VI 7. Teknik Pencegahan Semburan Liar (Well Control) Latihan Soal-soal dan Kuncinya 8. Peralatan Pencegahan Semburan Liar ( BOP ) Jilid I 9. Lumpur Pemboran Jilid I 10. Lumpur Pemboran Jilid II 11. Hirdolika Pemboran Jilid I 12. Hidrolika Pemboran Jilid II 13. Peralatan Pemboran Jilid I 14. Peralatan Pemboran Jilid II 15. Perhitungan Teknik Pemboran Jilid I 16. Perhitungan Teknik Pemboran Jilid II 17. Perhitungan Teknik Pemboran Jilid III 18. Fishing Jilid I 19. Fishing Jilid II 20. Casing Jilid I 21. Cementing Jilid I 22. Pemboran Lurus Jilid I 23. Pemboran Berarah Jilid I 24. Mud Loss Jilid I 25. Pipa Terjepit Jilid I iii 26. Pemboran Lepas Pantai ( Offshore Drilling ) Jilid I 27. Latihan Soal Teknik Pemboran Jilid I 28. Latihan Soal Peralatan Pemboran Jilid I

Bagi anda yang berminat untuk mempunyai buku-buku tersebut diatas dapat menghubungi: IR. KASWIR BADU --------------------Jl. Dumai No. 154 Nglajo Cepu Telp.

: 0296. 422130

HP

: 08155033761

Rek

: BNI cabang Cepu 252000005733.901

Harga buku perbuah adalah Rp. 40.000,Terima kasih atas perhatiannya.

Hormat penulis. ------------------

iv DAFTAR

ISI HAL

KATA PENGANTAR

…………………………………………………………………

i DAFTAR ISI iv

………………………………………………………………..

DAFTAR GAMBAR

………………………………………………………………..

vi I.

PENDAHULUAN

…………………………………………………………………

1 II.

FUNGSI PENYEMENAN ………………………………………………………………. 3

III.

BUBUR

PENYEMENAN

………………………………………………………………… 3.1.

10

Bubuk Semen …………………………………………………………………

11 3.1.1. Komponen

Bubuk

Semen

.……………………………………..

11 3.1.2. Klasifikasi

Bubuk

Semen

.……………………………………….

12 3.2.

Sifat-sifat Bubur Semen ……………………………………………………

15 3.2.1. Strength

……………………………………………………………….

15 3.2.2. Water Cement Ratio ……………………………………………… 15 3.2.3. Berat Jenis …………………………………………………………… 17 3.2.4. Thickening

Time

……………………………………………………

21 3.2.5. Filtration

Properties

……………………………………………….

21 3.2.6. Perforating

Qualities

………………………………………………

22 3.2.7. Permeabilitas 22

Semen

……………………………………………..

3.2.8

Sulfate

Resistance

………………………………………………….

22 3.3.

Additive

…………………………………………………………………………… 23 3.3.1. Extender ……………………………………………………………….. 23 3.3.2. Retarder

………………………………………………………………..

30 3.3.3. Accelerator

…………………………………………………………….

32 3.3.4. Filtration Loss Additive ……………………………………………. 36 3.3.5. Lost Circulation Additive ………………………………………….. 37 3.3.6. Friction Reducer ……………………………………………………… 38 3.3.7. Contamination

Additive

…………………………………………….

38 v DAFTAR ISI ( LANJUTAN ) Halaman 3.3.8. Weight 39

3.4.

Material

……………………………………………………

Semen

………………………………………………………………… 3.5.

Khusus 40

Pengaruh Temperatur dan Tekanan Terhadap Semen …………………………………………………………….. 42

PENUTUP ………………………………………………………………………………………………. 44 DAFTAR …………………………………………………………………………………… 45

PUSTAKA

vi DAFTAR GAMBAR

Hal.

GB. 1 Semen Menahan Cairan Corosif

4

GB. 2 Semen Mencegah Hubungan Antar Formasi

5

GB. 3 Mengisi Annulus Yang Tidak Penuh

6

GB. 4 Semen Menyumbat Perforasi Ynag Salah

7

GB. 5 Semen Menutup Perforasi Yang Melewatkan Air

8

GB. 6 Semen Menyumbat Formasi Yang Tidak Produktif

9

GB. 7 Semen Sebagai Fondasi Whipstock

10

1 I. PENDAHULUAN Penyemenan pada sumur minyak dan gas maksudnya adalah pendorongan bubur semen ( cemen slury ) ke dalam lubang sumur, kemudian dibiarkan di sana sampai bubur semen tersebut mengeras. Pendorongan bubur semen ke dalam sumur melalui casing, bubur semen keluar dari casing shoe dan kemudian bubur semen terus naik annulus antara casing dengan dinding lubang ataupun annulus antara casing dengan casing, dan dibiarkan bubur semen mengeras di sana. Penyemenan casing seperti ini disebut dengan Primaru Cementing.

Adakalanya pendorongan bubur semen adalah dengan menggunakan drill pipe atau tubing ke dalam lubang, bubur semen keluar dari casing shoe dan naik ke annulus antara casing dengan dinding lubang sampai ke permukaan. Penyemenan ada juga yang dilakukan secara bertingkat, dengan kata lain penyemenan tidak sekaligus. Penyemenan annulus bagian bawah bubur semen keluar melalui casing shoe, dan penyemenan kolom annulus diatasnya melalui suatu sambungan yang disebut dengan dual stage cementing collar. Penyemenan dengan menggunakan drill pipe serta penyemenan bertingkat ini di kelompokkan juga ke dalam Primary Cementing. Selain penyemenan-penyemenan yang disebutkan di atas masih terdapat penyemenanpenyemenan dalam bentuk lain. Seperti penyemenan untuk memperbaiki primary cementing, memperbaiki casing yang bocor, menutup lubang perforasi, menutup formasi sebelum pembelokan lubang ( sebagai landasan alat pembelok lubang) dan lain-lain. Penyemenan-penyemenan ini dikelompokkan ke dalam Secondary Cementing.

2 Bubur semen atau cement slurry merupakan campuran dari tepung semen, air dan additive. Untuk mendapatkan ikatan penyemenan yang baik, maka ditambahkan bahanbahan tertentu ke dalam bubur semen. Bahan-bahan yang ditambahkan ini disebut dengan additive. Kadang-kadang penyemenan menggunakan semen khusus, kalau penyemenan dengan bahan-bahan yang biasa menemukan kegagalan. keistimewaan, dan tentu harga bahannya akan mahal.

Semen khusus mempunyai

3 II. FUNGSI PENYEMENAN Fungsi penyemenan ditinjau dari Primary Cementing dan Secondary Cementing. Fungsi Primary Cementing adalah sebagai berikut: -

Melekatkan casing dengan formasi.

-

Melindungi casing dari berkarat.

-

Mencegah hubungan formasi-formasi di belakang casing.

-

Melindungi casing dari tekanan formasi.

-

Menutup zone-zone atau formasi-formasi yang membahayakan operasi pemboran selanjutnya.

Fungsi Secondary Cementing adalah sebagai berikut: -

Memperbaiki primary cementing yang tidak baik, atau tidak sempurna.

-

Memperbaiki casing yang bocor.

-

Menutup lubang perforasi yang salah.

-

Menutup lubang terbuka yang tidak diinginkan.

-

Sebagai landasan bagi peralatan pembelokan lubang.

Dengan mengisi ruang annulus dengan semen maka casing akan kokoh di dalam lubang. Casing yang berada didepan formasi mengandung cairan yang bersifat korosif, seperti magnesium sulfat, barium chlorida, kalau tidak disemen akan berkarat, dan lama kelamaan casing bocor. Ini akan merugikan dalam dunia perminyakan. Dengan adanya semen diantara casing dengan dinding lubang, maka cairan formasi yang korosif tidak kontak dengan casing, tapi kontak dengan semen. Disini perlu juga diperhatikan bahwa semen yang ditempatkan didepan formasi yang mengandung cairan korosif harus tahan terhadap cairan tersebut. Gambarannya dapat dilihat pada gambar 1. Dibelakang casing bisa terdapat formasi-formasi yang mempunyai tekanan yang berbeda-beda. Bila formasi-formasi ini mengandung fluida maka kalau tidak terdapat semen dibelakang casing yang mengisolasi formasi-formasi ini, maka fluida dari formasi 4 yang satu dapat mauk ke dalam formasi yang lain. Lubang, semen akan mengisolasi formasi-formasi tersebut. Sehingga fluida dari formasi tertahan oleh semen. Gambarannya dapat dilihat pada gambar 2.

SEBELUM DISEMEN

LUMPUR

SEMEN

FORMASI YG MENGANDUNG CAIRAN COROSIF

FORMASI YG MENGANDUNG CAIRAN COROSIF

CASING

CASING

SESUDAH DISEMEN

Gb.1. Semen Menahan Cairan Korosif Kalau terdapat formasi yang membahayakan operasi pemboran, seperti formasi lebah (zone loss), formasi bertekanan tinggi, formasi shale yang mudah runtuh, dan formasi yang berbahaya yang lain, sebaiknya setelah menembus formasi tersebut, dipasang casing, dan disemen. Sehingga formasi tersebut tidak mempengaruhi operasi pemboran selanjutnya.

5 CASING

CASING LUMPUR

FORMASI 2

FORMASI 2

FORMASI 1

FORMASI 1

KALAU TIDAK DISEMEN

SEMEN

SETELAH DISEMEN

Gb.2. Semen Mencegah Hubungan Antar Formasi

Selesai penyemenan dilakukan pengujian terhadap hasil penyemenan yang telah dilakukan. Apabila hasil penyemenan tidak baik atau kurang sempurna, maka dilakukan penyemenan ulang dengan jalan menekankan bubur semen ke bagian yang tidak sempurna tadi, melalui lubang perforasi yang sudah dibuat sebelumnya. Gambarannya dapat dilihat pada gambar 3.

6 BUBUR SEMEN

ANNULUS

ANNULUS

CASING CASING DINDING LUBANG

DINDING LUBANG PUNCAK SEMEN

ANNULUS TIDAK PENUH

PERFORASI

ANNULUS DIPENUHI DENGAN SEMEN

Gb.3. Mengisi Annulus Yang Tidak Penuh

Apabila casing bocor, perlu menyumbat dengan jalan menekankan bubur semen ke bagian yang bocor tersebut, melalui lubang perforasi yang sudah dibuat sebelumnya. Sehingga tidak terjadi aliran dari formasi. Kesalahan perforasi dapat juga terjadi, sehingga terproduksi fluida formasi yang tidak dikehendaki. Untuk ini perforasi yang salah itu harus disumbat dengan semen dengan jalan menekankan bubur semen ke formasi yang salah tersebut, agar menghindari terproduksinya fluida yang tidak diinginkan itu. Gambarannya dapat dilihat pada gambar 4. 7

CASING

TUBING

SEMEN

CASING

TUBING

SEMEN

PACKER PERFORASI

PACKER PERFORASI

MINYAK

MINYAK

AIR

AIR

Minyak dan gas terproduksi bersama

SEMEN

Setelah perforasi yang salah disemen, air tidak terproduksi lagi secara bebas. Gb.4. Semen Menyumbat Perforasi Yang Salah Di awal produksi suatu sumur, produksi air masih kecil. Tetapi setelah sumur berproduksi cukup lama, air berproduksi cukup besar, karena permukaan air dengan

minyak naik ( WOC naik). Untuk mengurangi produksi air yang cukup banyak itu maka lubang perforasi yang mengeluarkan air tersebut disemen kembali. Gambarannya dapat dilihat pada gambar 5.

8

CASING

TUBING

SEMEN

CASING

TUBING

TUBING

SEMEN

SEMEN

PACKER

CASING

PACKER

PACKER

PERFORASI

PERFORASI

PERFORASI

MINYAK

MINYAK

MINYAK

AIR

AIR

AIR

SEMEN DIAWAL PRODUKSI AIR TIDAK MINYAK DAN AIR TERPRODUKSI PERFORASI YANG MELEWATKAN IKUT TERPRODUKSI SECARA BERSAMA - SAMA KARENA AIR DISEMEN, SEHINGGA SUDAH BEBAS WOC SUDAH NAIK TERHALANG.

Gb.5. Semen Menutup Perforasi Yang Melewatkan Air

Setiap sumur tidak selalu berhasil dalam menemukan minyak atau gas, dan mungkin yang ditemukan hanya air asin. Lubang yang telah dibuat tidak boleh dibiarkan terbuka begitu saja, sehingga harus disemen untuk mencegah kemungkinan menyemburkan air asin di kemudian hari. Gambaran tentang yang disebutkan tadi dapat dilihat pada gambar 6.

9

TUBING

SEMEN

DINDING LUBANG

FORMASI TIDAK

FORMASI TIDAK

PRODUKSI

PRODUKSI

SUMUR DRY HOLE

FORMASIYANG TIDAK PRODUKTIF DISMBAT DENGAN SEMEN

Gb.6. Semen Menyumbat Formasi Yang Tidak Produktif Untuk pemboran berarah atau disebut dengan directional drilling dilakukan pembelokkan dari pembelokan dari sumbu vertikal. Bila alat yang digunakan adalah whipstock dan

dasar lubang lunak, maka dasar lubang harus disemen dahulu untuk langganan bagi whipstock. Kalau tidak whipstock akan terperosok ke dasar lubang. Untuk jelasnya lihat gambar 7.

10 LUMPUR

RANGKAIAN PEMBORAN

WHIPSTOCK

SEMEN

Gb.7. Semen Sebagai Fondasi Whipstock

III. BUBUR SEMEN (CEMENT SLURY) Bubur semen terdiri dari: -

Zat cair

-

Bubuk semen

-

Additive.

Zat cair yang digunakan pada umumnya adalah air, dan ada juga yang menggunakan minyak pada semen khusus. Tujuan dari zat cair disini adalah agar bubur semen yang terjadi dapat dipompakan. 11 Bubuk semen merupakan padatan yang mempunyai sifat menyemen. Dan additive merupakan bagian yang ditambahkan untuk mendapatkan sifat-sifat semen yang diinginkan. Sifat-sifat dari bubur semen yang dibuat harus disesuaikan dengan kondisi formasi yang akan disemen, agar hasil penyemenan sesuai dengan yang inginkan. 3.1. Bubuk semen. Bubuk semen ditempatkan dalam karung atau sack. Berat dari 1 (satu) sack semen adalah 94 lbs pada umumnya. Sedangkan berat jenis dari bubuk semen adalah berkisar antara 3.1 sampat 3.2 gr/cc. Bubuk semen yang dipakai dalam penyemenan sumur minyak atau gas berbeda dengan semen yang digunakan untuk bangunan. Sumur minyak mempunyai karakteristikkarakteristik tertentu, sehingga bubur semen harus mempunyai sifat-sifat tertentu, sehingga mana komponen-komponennya harus disesuaikan pula. American Petroleum Institute telah membuat standar dari bubuk semen yang digunakan untuk menyemen sumur minyak dan gas bumi. 3.1.1. Komponen Bubuk Semen komponen bubuk semen terdiri dari oksida-oksida calcium, silicate, besi dan aluminium. Komponen bubuk semen tersebut adalah sebagai berikut: -

Tri Calcium Silicate.

-

Di Calcium Silicate.

-

Tri Calcium Aluminate.

-

Tetra Calcium Alumino Ferrite.

3.1.1.1. Tri Calcium Silicate -

Rumus kimianya adalah 3Ca0 Si02

-

Kodenya adalah C3S

-

Komponen ini memberikan strength yang besar.

12 3.1.1.2. Di Calcium Silicate. -

Rumus kimianya 2Ca0 Si02.

-

Kodenya adalah C2S.

-

Komponen ini tidak tahan terhadap sulfate. Sulfate merupakan cairan formasi yang korosif, yang dapat menyebabkan casing berkarat.

3.1.1.3. Tri Calcium Aluminate -

Rumusnya kimianya adalah 3Ca0 A1203

-

Kodenya adalah C3A

-

Komponen ini tidak tahan terhadap sulfate. Sulfate merupakan cairan formasi yang korosif, yang adapt menyebabkan casing berkarat,akibat dari sulfate terhadap semen yang mempunyai tri calcium aluminate yang berprosentase besar akan melunakkansemen. Oleh sebab itu tri calcium aluminate yang dicampurkan tidak lebih besar dari 3%.

3.1.1.4. Tetra Calcium Alumino Ferrite -

Rumus kimianya adalah 4Ca0 A1203 Fe203

-

Kodenya adalah C4AF

-

Komponen ini memberikan panas hidrasi yang rendah.

3.1.2. Klasifikasi Bubuk Semen. American Petroleum Institute ( API ) dan American Society for Testing Material (ASTM), telah membuat strandard bubuk semen yang digunakan untuk sumur minyak dan gas. Di sini yang diberikan adalah klasifikasi oleh API saja. Standardisasi oleh API tersebut adalah sebagai berikut: a. Kelas A. -

Semen ini dapat digunakan sampai kedalaman 6.000 ft

-

Tidak tahan terhadap sulfate.

-

Semen ini sama dengan semen untuk bangunan.

-

13 b. Kelas B -

Dapat digunakan dari permukaan sampai 6.000 ft

-

Bubuk semen ini tahan terhadap sulfate, tersedia untuk tingkat moderate sampai tinggi.

c. Kelas C -

Dapat dipakai sampai kedalaman 6.000 ft

-

Mempunyai strength awal yang tinggi.

-

Tersedia semen yang tahan terhadap sulfate dan juga yang tidak tahan terhadap sulfate.

-

Semen yang tahan terhadap sulfate adalah dari tingkat moderate sampai tinggi.

d. Kelas D -

Digunakan untuk kedalaman 6.000 ft sampai 10.000 ft

-

Digunakan untuk temperatur dan tekanan formasi yang moderate sampai tinggi.

-

Tersedia untuk semen yang tidak tahan terhadap sulfate. Dan yang tahan terhadap sulfate dari tingkat moderate sampai tinggi.

e. Kelas E -

Digunakan untuk kedalaman 6.000 ft sampai 14.000 ft.

-

Digunakan untuk temperatur dan tekanan yang tinggi.

-

Tersedia tipe yang tidak tahan terhadap sulfate, dan yang tahan terhadap sulfate untuk tingkat tinggi.

f.

Kelas F. -

Digunakan untuk kedalaman 10.000 ft sampai 16.000 ft.

-

Utnuk menyemen formasi dengan temperatur dan tekan yang sangat tinggi.

14 g. Kelas G.

-

Semen kelas G merupakan semen dasar, yang dapat dipakai sampai kedalaman 8.000 ft.

-

Kalau diinginkan untuk kondisi yang lain maka dapat ditambah dengan additive yang sesuai.

-

Tersedia untuk ketahanan terhadap sulfate untuk tingkat moderate sampai tinggi.

h. Kelas H. -

Semen kelas H juga merupakan semen dasar, sama seperti semen kelas G.

-

Tersedia untuk tingkat moderate sulfate resistance.

Kelas semen dari A sampai F merupakan semen yang tidak ditambahi dengan additive dalam penggunaannya, sedangkan untuk kelas G dan H ditambahi dengan additve bila diperlukan. 3.2. Sifat-sifat Bubur Semen Bubur semen yang dibuat harus disesuaikan sifat-sifatnya dengan keadaan, formasi yang akan disemen. Sifat-sifat bubur semen yang dimaksud adalah sebagai berikut: -

Strength

-

Water Cement ratio

-

Berat Jenis

-

Thickening Time

-

Filtration Properties

-

Permeabilitas

-

Perforating qualities.

-

Sulfate Resistance.

15 3.2.1 Strength Bubur semen setelah ditempatkan pada tempat yang diinginkan harus mempunyai strength tertentu. Sebetulnya strength dari semen yang diinginkan sama dengan

strength dari formasi yang akan disemen, maka umumnya diambil suatu patokan bahwa bila strength dari semen mencapai 500psi dengan waiting on cement 24 jam, maka strength semen sudah cukup baik. Dan pemboran sudah dapat dilanjutkan. Waiting On Cement (WOC) diukur diwaktu plug diturunkan sampai plug dapat dibor kembali. 3.2.2. Water Cement Ratio water Cement Ratio adalah perbandingan air yang dicampurkan dengan bubuk semen di waktu membuat bubur semen. Air yang dicampurkan tidak boleh terlalu banyak dan tidak boleh kurang, karena akan memberikan ikatan semen yang tidak baik dengan formasi. Batasannya diberikan dalam bentuk kadar maksimum air dan kadar minimumnya. Kadar minimum air adalah jumlah air yang dicampurkan tanpa menyebabkan consistency dari bubur semen lebih dari 30 poise. Kalau air yang ditambahkan lebih kecil dari kadar minimumnya, gesekan-gesekan di annulus diwaktu memompakan bubur semen akan menjadi besar dan menaikkan pressure di annulus. Bila formasi yang dilalui tidak tahan maka formasi bisa rekah. Kadar maksimum dari air yang dicampurkan dicari sebagai berikut: Bila diambil dalam tabung bubur semen sebanyak 250 ml, didiamkan selama 2 jam terjadilah air bebas pada bagian atas dari tabung. Air bebas ini tidak boleh lebih dari 2,5 ml. Kalau air dicampurkan melebih maksimumnya, tentu pemisahan air bebas setelah 2 jam akan lebih dari 2,5 ml. Akibatnya akan terbentuk kantong-kantong air di dalam semen. Diwaktu semen mengeras air akan keluar sehingga timbul rongga-rongga di dalam semen. Hal ini tidak diinginkan karena menyebabkan semen mempunyai permeabilitas. 16 Jadi air yang dicampurkan dalam membuat bubur semen harus berada antara kadar minimum dan kadar maksimum. Menurut Allen T.O dan Robert A.P jumlah air yang dicampurkan untuk kelas-kelas semen tertentu, yang disesuaikan dengan berat jenis, temperatur dan kedalaman tertentu pula. Untuk jelasnya lihat tabel-1

TABEL – 1 WATER CEMENT RATIO Kelas

WCR

Berat Jenis

Kedalaman

Temperatur

Semen A B C D E F G H

gl/sk 5.2 5.2 6.3 4.3 4.3 4.3 5.0 4.3

ppg 15.6 15.6 14.8 16.3 16.3 16.3 15.8 16.3

ft 0 - 6000 0 - 6000 0 - 6000 6000 – 12000 6000 - 14000 10000 - 16000 0 - 8000 0 - 8000

Statis, F 80 – 170 80 – 170 80 – 170 170 – 260 170 – 290 230 –320 80 – 200 80 – 200

Pada tabel – 2 tertera juga tentang kadar maksimum dan kadar minimum air yang ditambahkan. TABEL – 2 Kadar Maksimum dan Kadar Minimum Air Kelas

Kadar Maks.

Berat Jenis

Kadar Min.

Berat Jenis

Semen A B C

air, gl/sk 5.5 7.9 4.4

ppg 15.39 13.92 16.36

air, gl/sk 3.9 6.32 3.15

ppg 16.89 14.80 17.84 17

Akibat lain pengurangan jumlah air yang dicampurkan adalah sebagai berikut: -

Berat Jenis serta compressive strength naik.

-

Viskositas bubur semen naik.

-

Volume bubur semen berkurang.

3.2.3. Berat Jenis Berat Jenis dari bubur semen sangat penting juga diperhatikan. Karena sangat berpengaruh terhadap tekanan bubur semen. Bila formasi tidak sanggup menahan tekanan pendorong bubur semen, maka formasi akan rekah, akibatnya bubur semen akan masuk ke dalam rekahan yang terjadi.

Berat jenis bubur semen tergantung kepada bubuk semen, air yang dicampurkan serta additive. Secara rumus dapat dituliskan sebagai berikut: Gbk + Gw + Ga BJ

=

-------------------

………………………………

(3-1) Bs

Vbk + Vw + Va

Dimana

:

BJ

=

Berat Jenis bubur semen

Gbk

=

berat bubuk semen

Gw

=

berat air

Ga

=

berat additive

Vbk

=

volume bubuk semen

Vw

=

volume air yang dicampurkan.

Va

=

volume additive yang dicampurkan.

bs

18 Contoh soal Untuk membuat bubur semen diperlukan air 5,2 ga/sak. Bubuk semen yang diperlukan adalah 500 sak. Berapa gallon air yang diperlukan. Penyelesaian Air yang diperlukan adalah

:

WCR x Jumlah sak semen

:

5.2 gal/sak x 500 sak

:

2600 gal.

Contoh Bubur semen dibuat dari air (5.2 gal/sak, 8.4 ppg), dan tepung semen (SG=3.1, 94 lg/sak). Berapakan berat jenis bubur semen yang terjadi?

Penyelesaian Berat Jenis

:

5.2 gal/sak x 8.4 lb/gal

:

43.68 lb/sak

Berat tepung semen :

94lb/sak

Berat Jenis tepung semen

: 3,1 x 8.33 ppg : 25.823 ppg

volume tepung semen

: 94 lb / sak

=

3.64 gal/sak

25.823 lb/sak volume air

: 5.2 gal/sak

volume bubur semen yang terjadi

: 5.2 gal/sak

+ 3.64 gal/sak

: 8.84 gal/sak Berat jenis bubur semen yang terjadi: Berat bubur semen yang terjadi

137.68 lb/sak

----------------------------------------

=

Volume bubur semen yang terjadi

----------------- =

15.57 ppg

8.84 gal/sak 19

Secara tabulasi: Komponen Air

Volume, gal / sak 5.2

Berat, lbs /sak 43.68

Tepung

3.64

94.00

Semen Bubur

8.84

137.68

Semen 137.68 Berat jenis bubur semen

=

-------- = 15.57 8.84

Bubur semen sering memakai bantonite sebagai additive. Komposisinya dalam % berat tepung semen.

Contoh: Bubur semen dibuat dari air (5.2 gal/sak, 8.4 ppg), dan tepung semen (SG=3.1, 94 lb/sak). Serta bentonite (SG= 2.61 ; 2%). Berapakah berat jenis bubur semen yang terjadi? Penyelesaian. Berat air

:

5.2 gal/sak x 8.4 lb/sak

:

43.68 lb/sak

Berat tepung semen : 94 lb/sak Berat bentonite : 0.02 x 94lb/sak

=

Berat bubur semen yang terjadi

:

1.88 lb/sak

43.68 lb /sak + 94 lb/sak + 1.88 lb/sak = 139.56/lb/sak. Berat jenis tepung semen

:

3.1 x 8.33 ppg

:

25.823 ppg 20

Volume tepung semen

:

94 lb/sak ----------------- = 3.64 gal/sak 25.823 lb/sak

Berat Jenis bentonite Volume bentonite

:

2.6 x 8.33 ppg

:

21.658 ppg

:

1.88 lb/sak ----------------

= 0.087 gal/sak

21.568 lb/sak Volume air

:

5.2 gal/sak

Volume bubur semen yang terjadi: 5.2 gal/sak + 3.64 gal/sak + 0.087 gal/sak = 8.927 gal/sak Berat Jenis bubur semen yang terjadi : Berat bubur semen yang terjadi ---------------------------------------Volume bubur semen yang terjadi

139.56 lb/sak =

----------------- = 15.63 ppg 8.927 gal/sak

Secara Tabulasi Komponen

Volume, gal / sak

Berat, lbs / sak

Air

5.2

43.68

Tepung

3.64

94.00

0.087 8.927

1.88 139.56

Semen Bentonite Bubur semen

139.56 Berat jenis bubur semen

=

------------------

= 15.63 ppg

8.927

21 3.2.4. Thickening Time thickening Time adalah waktu yang diperlukan bagi bubur semen untuk mencapai consistency 100 Uc. Consistency 100 Uc merupakan batasan bagi bubur semen untuk dapat dipompakan lagi. Sehingga thickerning time sering juga disebut dengan pumpability. Sifat bubur semen ini sangat perlu, karena waktu pemompaan bubur semen harus selalu lebih kecil dari thickening time. Kalau tidak bubur semen tidak akan sampai ke tempat penempatannya, dan akan mengeras di dalam casing. Hal ini merupakan kejadian yang sangat fata, dan tidak boleh terjadi. Untuk sumur-sumur yang dalam atau dengan kata lain untuk kolom semen yang sangat panjang, tentu waktu pemompaan bubur semen akan lama, untuk keadaan seperti itu perlu untuk memperpanjang thickening time. Sebaliknya untuk sumur yang dangkal perlu untuk memperpendek thickerning time. Kalu tidak pengerasan bubur semen akan sangat lama, dan ini merupakan kehilangan waktu. Untuk memperpanjang atau memperpendek thickening time adalah dengan jalan menambahkan additive ke dalam bubur sumur.

3.2.5. Filtration Properties karena bubur semen terdiri dari padatan dan cairan, cairan dari bubur semen dapat masuk ke dalam formasi-formasi permeable yang dilewatinya. Cairan atau umumnya air yang masuk ini disebut dengan filtrat. Filtrat ini tidka boleh terlalu banyak. Sebab akan membuat bubur semen kekurangan air. Kondisi seperti ini disebut dengan Flash Set. Bila bubur semen mengalami flash set maka akibatnya sama seperti kalau air yang dicampurkan membuat bubur semen lebih kecil dari kadar minimumnya, yang mana akan menyebabkan friksi di annulus naik, pressure loss naik dan tekanan bubur semen di annulus naik. Bila hal ini terjadi maka formasi akan pecah bila formasi tidak tahan. 22 Jadi dapat disimpulkan bila formasi yang akan dilalui oleh bubur semen merupakan formasi yang porous dan permeable, maka perlu penambahan additive yang sesuai sebelum bubur semen dipompakan, atau dengan kata lain sebelum dilakukan penyemenan. 3.2.6. Perforating Qualities semen yang keras atau dengan kata lain semen yang mempunyai strength yang besar tidak baik diperforasi, semen akan remuk. Sehingga dianjurkan untuk melakukan perforasi di saat semen belum keras betul. Disarankan juga, untuk kolom semen yang akan diperforasi jangan digunakan semen yang mempunyai strength awal yang tinggi. Kalau semen yang diperforasi pecah dan remuk, maka pada daerah batas minyak dengan air atau batas minyak dengan gas akan terproduksi fluida yang tidak kita ingingkan. Yang umum adalah cepat terproduksi air. Agar semen tidak mempunyai strength awal yang tinggi dapat ditambahkan additive yang sesuai. 3.2.7. Permeabilitas Semen

semen

diinginkan

tidak

mempunyai

permeabilitas.

Kalau

semen

mempunyai

permeabilitas, fungsi dari semen tidak terpenuhi atau semen tidak berfungsi. Permeabilitas semen dapat naik karena air yang dicampurkan dalam bentuk bubur semen terlalu banyak. Dan permeabilitas semen dapat juga naik karena berlebihan menambah additive. 3.2.8. Sulfate Resistance, Corrosion Resistance adanya formasi yang mengandung cairan-cairan perusak semen, seperti Na2S04; MgS04; MgC12. Semen akan lunak bila kena cairan-cairan diatas. Kalau semen lunak, berarti semen tidak berfungsi dalam hal menahan cairan formasi menuju casing, dan 23 casing akan berkarat. Oleh sebab itu dipilih semen yang tahan terhadap cairan yang disebutkan di atas. Cairan garam sulfate ataupun MgC12 diatas tidak melunakkan semen untuk temperatur tinggi. Jadi persoalan pelunakan semen sangat kritis untuk formasi-formasi dangkal. Melunaknya semen dikarenakan cairan garam di atas bereaksi dengan lime dan senyawa alumina. Karena itu tri calcium aluminate tidak boleh lebih dari 3%. 3.3. Additive Additive merupakan bahan-bahan yang ditambahkan dalam membuat bubur semen, untuk mendapatkan sifat-sifat bubur semen sesuai dengan yang diinginkan. Bubur semen yang dibuat dari bubuk semen dan air saja disebut dengan neat cement. 3.3.1 Exteder Extender adalah addiitive untuk menaikkan volume dari bubur semen. Pada umumnya penambahan extender diiringi dengan penambahan air. Kenaikkan volume tidak seimbang dengan kenaikkan berat bubur semen, sehingga akan cepat penurunan berat jenis bubur semen. Bahan-bahan yang termasuk sebagai extender adalah: -

Bentonite

-

Pozzolan

-

Diatomaceous Earth

-

Gilsonite

Bentonite Bentonite merupakan bermineral clay. Sifat utamanya adalah dapat menghisap air dengan banyak, sehingga volume bubur semen yang terjadi bisa naik sampai 10 kali. Akibatnya berat jenis bubur semen dapat turun lebih besar. 24 Penambahan bentonite harus diiringi dengan penambahan air. Untuk 2x bentonite kirakira penambahan air adalah 1.3 gallon per sack. Pengaruh lain akibat penambahan bentonite adalah: -

Yield semen naik

-

Biaya lebih murah

-

Perforating qualities baik.

-

Compressive strength semen menurun

-

Permeabilitas semen naik.

-

Viskositas bubur semen naik.

Untuk temperatur 230 derajat F ke atas penambahan bentonite sangat drastis menurunnya strength semen dan menaikkan permeabilitas semen. Pada tabel berikut terlihat pengaruh penambahan bentonite terhadap compressive strength. Tabel – 3 Pengaruh Penambahan Bentonite Terhadap Compressive Strength During Time

Temperatur

% Bentonite

Compressive

Jam 12 12 12 12

F 100 100 100 100

0 4 8 12

Strength, psi 1035 375 155 75

25 Tabel – 3 Pengaruh Penambahan Bentonite Terhadap Compressive Strength During Time

Temperatur

% Bentonite

Compressive

Jam 24 24 24 24

F 120 120 120 120

0 4 8 12

Strength, psi 3595 1380 610 510

Pozzolan Pozzolan merupakan extender yang tidak terlalu banyak menurunkan compressive strength semen. Sedangkan penambajan pozzolan terhadap bubur semen adalah sama dengan penambahan bentonite. Umumnya campuran bubuk semen pozzolan adalah 50% berbanding 30% dan biasanya bentonite 2%. Pengaruh campuran pozzolan bubuk semen dan bentonite terhadap compressive strength adalah seperti tabel 4. Untuk prosentase bentonite yang selain 2%, pengaruhnya terhadap compressive strength adalah seperti pada tabel 5.

26 Tabel – 4 Compressive Strength Semen Campuran Bubuk Semen Pozzolan dan Bentonite 50% : 50% : 50% Compressive strength, psi Temperatur derajat F During time Jam 6 12 18 24 72 CATATAN:

60 NS 25 60 100 375

80 NS 120 195 350 880

100 110 295 445 600 1210

120 235 490 660 815 1460

140 380 685 880 1125 2145

160 660 1250 1565 2300 3000

180 830 1520 2000 2880 3105

NS= Not Set = tidak melekat. Tabel 5.

Pengaruh penambahan pozzolan dengan perbandingan 50% : 50% dengan bubuk semen terhadap compressive strength untuk prosentase bentonite tertentu. Compressive strength, psi Temperatur derajat F Bentonite % 2 4 6 8

80 350 225 150 100

100 600 390 300 220

140 1125 600 550 425

Semen (bubur semen) yang dibuat dari campuran bubuk semen dan pozzolan disebut dengan pozzolan cement.

27 Pada tabel dibawah ini diperlihatkan jumlah air yang diperlukan untuk perbandingan pencampuran tertentu, dan berat jenis serta yield yang dihasilkannya.

Tabel 6.

Sifat-sifat bubur semen pada pozzolan cement

Pozzolan

Bubuk

Bentonite

Air

Berat jenis

Yield

% 0 50 50 50 50

Semen 100 50 50 50 50

% 0 2 4 6 8

gal/sack 5.20 5.75 6.95 7.66 8.37

slurry, ppg 15.60 14.15 13.60 13.30 13.10

cuft / sack 1.17 1.26 1.43 1.53 1.64

Selain pozzolan cement ada juga semen yang dibuat dari pencampuran pozzolan dengan tanpa bubuk semen. Di pasaran dikenal dengan nama Pozmix-140 cement, umumnya keluaran Halliburton. Semen ini berat lime 10% sampai 15% dari pozzolan. Campuran ini memberikan thickening time 3 sampai 4 jam, untuk range temperatur 140 derajat – 400 derajat F. Kebaikannya adalah strength tidak turun untuk temperatur di atas 230 derajat F. Diatomaceous Earth Bahan ini berasal dari silika suatu sedimen. Diatomiceous Earth mempunyai surface area yang besar, sehingga memerlukan banyak air dalam pembuatan bubur semen. Umumnya dicampurkan antara 10% sampai 40% dari berat bubuk semen. Di pasaran sering disebut dengan: -

Diecel D, buatan Phillips Pet. Co

-

Letepoz 2, buatan Dowell Schlumberger.

Dalam halaman berikut ini ditabelkan sifat-sifat Diatomaceous Earth Cement.

28 Tabel –7

sifat-sifat Diatomaceous Earth Cement.

Dia. Earth

Air

Berat Jenis

Yield

0 10 20 30

gal / sack 5.2 10.2 13.5 18.2

ppg 15.60 13.20 12.40 11.70

Cuft / sack 1.18 1.92 2.42 3.12

40

25.6

11.00

4.19

Gilsonite Gilsonite tidak memerlukan banyak air. Sehingga menurunkan compressive strength semen akan lebih kecil dibandingkan dengan extender yang lain, untuk pengukuran berat jenis yang sama. Penambahan air adalah 2 gal per 59 lb gilsonite. Pada halaman berikut ini diperlihatkan pengaruh penambahan gilsonite terhadap compressive strength semen. Tabel – 8

Pengaruh Gilsonite terhadap Compressive Strength

Gilsonite

Bentonite

lb/sk. Bk 0 25 50 0 25 50

% 0 0 0 4 4 4

80 F 2315 1250 730 485 365 275

100 F 2740 1660 960 830 605 485

140 F 6825 2725 1675 1805 1210 890

29 Expended Perlite Expended merupakan extender yang berasal dari vulkanik. Umumnya ditambahkan juga bentonite 2% sampai dengan 6% untuk mencegah pemisahan air. Pada umumnya juga penambahan perlu penambahan air yang banyak, dibawah tekanan expended perlite bertindak sebagai spons. Sehingga bubur semen akan mempunyai berat jenis yang lebih besar dan volume yang lebih kecil untuk kondisi bertekanan dibandingkan dengan kondisi di permukaan. Dengan tabel berikut ini dapat dilihat hubungan penambahan expanded perlite. Tabel 9 Bentonite

sifat-sifat bubur semen Perlite Semen. WCR

Berat Jenis,

Yiled

Berat jenis

Yield

%

gal /sack

ppg

ft / sack

ppg

ft3 / sack

2.53 2.68 2.85

13.4 13.2 12.9

2.32 2.46 2.64

1.87 2.02 2.19

14.1 13.7 13.4

1.77 1.91 2.09

Tekanan atmosfir 3000 psi Satu sack bubuk semen dan 1 cuft perlite 0 2 4

11.5 12.5 13.7

12.3 12.1 12.0

Satu sack bubuk semen dan ½ cuft perlite 0 2 4

8.5 9.5 10.7

12.3 13.0 12.7

Satu sack bubuk semen dan ¼ cuft perlite 0 2 4

7.0 8.0 9.2

14.0 13.7 13.2

1.55 1.69 1.86

30 14.6 14.1 13.1

1.49 1.64 1.81

30 3.3.2. Retarder Retarder adalah additive berfungsi untuk memperlambat atau memperpanjang thickening time. Hal ini diperlukan untuk penyemenan sumur bertemperatur tinggi, atau untuk sumur yang dalam atau kolom penyemenan yang panjang. Atau bila air banyak yang terisap oleh penambahan additive lain sehingga thickening time berkurang. Sebagaimana telah disebutkan di halaman terdahulu bhawa bila thickening time lebih kecil dari waktu pemompaan bubur semen, maka bubur semen akan mengeras sebelum sampai ke tempat yang diinginkan. Bahan-bahan yang bertindak sebagai retarder sebagai berikut: -

Calcium Ligno Sulfonate

-

Modified Lignin.

-

CMHEC

-

Garam (NaCl)

Calcium Ligno Sulfonate

Pengaruh Calcium Sulfonate terhadap thickening dapat dilihat pada tabel berikut. Dimana bentonite adalah 12%, untuk kedalaman tertentu. Kalau secara normal thickening time akan berkurang untuk pertambahan temperatur. Temperatur akan naik dengan bertambahnya lubang. Modified Lignin Modified lignin adalah retarder untuk temperatur yang tinggi. Dan juga dapat sebagai additive untuk menurunkan viskositas dari bubur semen. Bahan ini terutama digunakan untuk: -

Pozzolan lime.

-

Semen kelas D dan E.

Modified lignin tidak perlu menambahkan air yang banyak. Bahan ini dianjurkan untuk kedalaman 12000 ft ke atas atau untuk temperatur 260 derajat F lebih. 31 Pada tabel berikut ini diperlihatkan modified lignin sebagai retarder untuk kedalaman 12000 ft sampai 18000 ft untuk penyemenan casing dan squeeze cementing dalam keadaan statis maupun saat dinamis, untuk semen kelas D atau F. dengan kenaikan kedalam sumur dan penambahan berbagai harga modified lignin didapatkan thickening time bubur semen antara tiga sampai empat jam. CMHEC CMHEC adalah singkatan dari Carboxy Methyl Hidroxy Ethyl Cellulose. Bahan ini digunakan untuk temperatur yang ekstrim. CMHEC memerlukan banyak air dalam pencampurannya. Tabel 12

Thickening Time Bubur Semen dengan penambahan Modified Lignin. (Catatan untuk penyemenan casing)

Kedalaman

Temperatur

F

ft 12000 - 14000 14000 - 16000 16000 - 18000

Statis 260-290 290-320 320-350

dinamis 172-206 206-248 248-300

Retarder

Thickening

%

Jam

0.2 0.3 – 0.5 0.7 – 1.0

3–4 3–4 3-4

Diatas 18000

350 ke atas

3000 ke atas

1.0 ke atas

3–4

12000 - 14000 14000 – 16000 Di atas 16000

260-290 290-320 320 ke atas

231-242 242-271 271 ke atas

0.6 – 0.8 0.8 – 1.0 1.0 ke atas

3–4 3–4 3–4

Garam (NaCl) Konsentrasi NaCl yang dicampurkan harus lebih besar dari 5%. Kalau 1.5 sampai 3% NaCl mempercepat thickening time. NaCl berguna untuk memeperbaiki ikatan semen untuk menyemen formasi garam.

32 Untuk formasi shale digunakan juga air garam agar formasi shale tidak menghisap air dari bubur semen. Sebab formasi shale menghisap air tawar. Additive ini dapat pula menaikkan berat jenis bubur semen. Umumnya digunakan 3.1 lb untuk setiap gallon air. 3.3.3. Accelerator To accelerator maksudnya mempercepat. Accelerator artinya adalah additive untuk mempercepat thickening time. Pada umumnya accelerator ditambahkan bila menyemen sumur yang dangkal. Kalau tidak ditambahkan accelerator akan terlalu lama menunggu bubur semen menjadi keras. Bahan-bahan yang bertindak sebagai accelerator adalah: -

Calcium Chlorida

-

Natrium Chlorida

-

Desified Cement

Calcium Chlorida (CaCI2) 2% CaCI2 dapat melipat-duakan compressive strength semen dalam tempo 24 jam, pada temperatur 120 derajat F. umumnya Calcium Chlorida yang ditambahkan berkisar antara 2% sampai 4%. Diatas 4% strength semen bisa menjadi turun. Pengaruh penambahan CaCI2 terhadap thickening time adalah seperti pada tabel berikut.

Terlihat pada tabel untuk kedalaman tertentu, dengan penambahan Calcium Chlorida (kenaikan prosentase Calcium Chlorida) maka thickening time bubur semen turun. Pengaruh thickening time terhadap compressive untuk 2% penggunaan akan memperkecil thickening time, akan tetapi penambahan 4% Calcium Chlorida lebih sedikit kenaikan compressive strengthnya dibandingkan dengan penambahan 4%. Hal ini dapat terlihat pada tabel 14, untuk percobaan dengan memakai bubuk semen kelas A, dengan penambahan Calcium Chlorida dua dan empat persen. 33 Tabel 13 Pengaruh Calcium Chlorida terhadap Thickening Time Bubur Semen Thickening Time, jam – menit % CaCI2

Kedalaman, 2000 4,00 3,15 2,38

0 2 4

ft

4000 3,48 2,30 1,55

6000 2,32 1,47 1,05

Tabel 14 Pengaruh Calcium Chlorida terhadap Compressive Strength Bubur Semen Compressive Strength, psi Curing Time

% CaCI2

Jam

Temperatur derajat F 60

6 12 18

0 0 0

80 NS 65 185

100 45 365 915

120 385 830 1525

905 1660 3060

Natrium Chlorida (NaCl) Natrium Chlorida atau garam dapur, dapat bertindak sebagai retarder dan dapat juga sebagai accelerator, hal ini tergantung kepada konsentrasi garamnya. Penambahan NaCl akan menurunkan thickening time prosentase penambahan NaCl 2 dan 4% adalah seperti pada tabel 15.

Pengaruh penambahan NaCl terhadap compressive strength untuk tekanan, temperatur dan waktu tertentu dilihat pada tabel 16. Dimana untuk penambahan NaCl untuk tekanan temperatur dan waktu yang sama akan menaikkan compressive strength semen.

34 Tabel 14 Pengaruh Calcium Chlorida terhadap Compressive Strength Bubur Semen (lanjutan) Compressive Strength, psi Curing Time

% CaCI2

Jam

Temperatur derajat F 60

24 48 6 12 18 24 48 6 12 18 24 48

0 0 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4

80 430 1040 115 505 750 1580 3050 155 610 900 1620 2850

100 1250 1398 300 1055 1325 2415 4385 360 1005 1395 2385 3715

120 1805 3490 1015 2400 3075 3910 6340 970 2090 2885 3490 4990

3815 5990 1800 3260 4210 5475 6525 1445 2715 3635 3665 4830

Desified Cement Desified cemen maksudnya bubur semen yang dikurangi WCR – nya. Dengan mengurangi air yang dicampurkan dalam membuat bubur semen, maka dihasilkan semen yang padat. Dengan demikian akan didapatkan berat jenis bubur semen yang lebih besar dan thickening bubur semen yang lebih kecil.

35 Tabel 15 Pengaruh Sodium Chlorida Terhadap Thickening Time Bubuk Semen Thickening Time, jam, menit Prosentase NaCl, % 0 2 4

Kedalaman, ft 1000 4.40 3.05 3.05

2000 4.12 2.27 2.35

4000

6000 2.30 1.52 1.35

2.25 1.13 1.20

Tabel 16 Pengaruh Sodium Chlorida terhadap Compressive Strength Bubur Semen Curing Time

Compressive Strength, % NaCl

Jam 12 24 12 24 12 24

0 0 2 2 4 4

psi

Tekanan dan Temperatur, psi, 60 ; 14,7 80 615 290 1230 280 1390

80 ; 14,7 560 1905 960 2260 1145 2330

F

95 ; 800 110 ; 1600 800 1120 2080 2925 1590 2600 3200 3420 1530 2575 3150 3400

Pengurangan air yang dicampurkan dalam membuat bubur semen boleh dilakukan kalau sudah memakai frictin loss reducer. Kalau tidak akan menyebabkan gesekan di annulus besar. Jadi dengan kata lain bila mengurangi air yang dicampurkan dalam membuat bubur semen harus diiringi oleh penambahan friction reducer, agar tidak banyak gesekan di annulus. 36 Tabel 17 dibawah ini memperlihatkan penambahan friction reducer bila air yang dicampurkan dikurangi, dan memperlihatkan berat jenis bubur semen yang dihasilkan dan juga yield bubur semen.

Tabel 17 Sifat-sifat bubur semen Desified cement Air

Frictin

Berat jenis

Yield

gal / sack 5,20 4,75 4,24 3,78 3,38 3,02

reducer (5) 0,00 0,75 1,00 1,00 1,00 1,00

ppg 15,6 16,0 16,5 17,0 17,5 18,00

cuft / sack 1,18 1,12 1,05 0,99 0,93 0,89

3.3.4. Filtration Loss Additive Karena bubur semen mengandung cairan di dalamnya, bila bubur semen melewati formasi yang porous dan permeable, maka air yang terdapat dalam bubur semen akan terisap ke daam formasi tersebut. Hal ini akan menyebabkan bubur semen kekurangan air. Akibatnya sudah diuraikan pada halaman terdahulu. Agar air dari bubur semen tidak banyak terisap oleh formasi maka dilakukan beberapa cara, caranya adalah sebagai berikut: -

Menambahkan material-material yang membentuk film yang dapat menutup permukaan formasi yang porous dan permeable.

-

Menambahkan material-material yang bila bertemua dengan air akan membetuk emulasi, yang dapat menghambat aliran masuk ke dalam formasi tersebut.

-

Menambahkan material-material yang dapat menyumbat pori-pori formasi. 37

Material-material yang ditambahkan tersebut umumnya adalah bentonite, latex, CMHEC dan organic polymer. Bentonite Bentonite bila ditambahkan ke dalam bubur semen akan membentuk filter cake yang bertindak sebagai film dalam menutupi permukaan formasi yang porous dan permeable. Latex

Latex bila ditambahkan dalam bentuk bubur semen akan membentuk film. Selain dari itu akan menjadikan semen mempunyai sifat perforating qualities yang baik, penahan korosi dan kontaminasi. CMHEC Carboxyl Methyl Hidrocyl Cellulose (CMHEC), juga merupakan bahan yang dapat membentuk film yang tipis pada permukaan formasi yang porous dan permeable, bila ditambahkan dalam pembuatan bubur semen. Karena CMHEC bertindak sebagai retarder, maka dianjurkan untuk menambahkan natrium silicate, bila tidak diinginkan thickening time yang lama. Ini dilakukan untuk temperatur dibawah 170 derajat F. Untuk temperatur di atas 170 derajat F tidak perlu. Karena pengaruh retarder tidak merugikan. 3.3.5 Lost Circulation Additive Material yang sering dipakai untuk mengurangi atau menanggulangi lost circulation pada lumpur, juga dipakai untuk mengatasi lost circulation pada semen. Bahan-bahan itu antara lain: -

Raw cotton

-

Bagasse

-

Wood fiber

-

Cellophase.

-

Asphalt 38

-

Sawdust

-

Mica

-

Dan lain-lain..

Gilsoite kadang-kadang digunakan juga, begitu juga perlite. Gilsonite dpandang sebagai bahan yang terbaik. Biasanya 5 sampai 25lb, ditambahkan tiap sack bubuk semen. 3.3.6. Friction Reducer Bahan ini digunakan untuk mengurangi tahana terhadap aliran bubur semen sampai ke tempat yang di inginkan.

Diusahakan aliran berbentuk turbulent, denganjalan memperbesar Reynold number. Additive sebagai friction reducer ini antara lain adalah organic dispersant, yang dapat menyebabkan aliran turbulent pada rate yang rendah. Selain itu dapat digunakan garam, calcium lignosulfonate dan cellulose material yang bermolekul tinggi. 3.3.7. Contamination Additive Additive ini dicampurkan guna menghindari kontaminasi bubur semen dengan lumpur. Bahan ini antara lain adalah: -

Mud Kil

-

Adtivated Charcoal.

Mud Kil. Mud-Kil adalah suatu bahan yang dapat menetralkan quobracho, tannine yang mana kimiawi-kimiawi ini bertindak sebagai retarder pada bubur semen.

39 Activated Charcoal Activated Charcoal adalah bahan untukmenghindari kontaminasi dengan lumpur. Bahan ini akan bertindak menghalangi pengaruh zat kimia perawat lumpur terhadap bubur semen. Umumnya activated charcoal yang ditmabahkan berkisar antara 3% sampai 5%. Kalau lebih dari 5% maka bahan ini bertindak sebagai accelerator terhadap bubur semen. Bahan ini tidak digunakan untuk retarder cement, karena akan memperpendek thickening time bubur semen. 3.3.8. Weight Materials. Weight Material ditambahkan dalam membuat bubur semen bila akan menyemen formasi bertekanan tinggi.

Untuk menaikkan berat jenis bubur semen ditambahkan dalam pembuatan bubur semen antara lain: -

Ilmenite

-

Barite

-

Pasir

-

Densified cement

-

Garam (NaCl)

Ilmenite Ilmenite merupakan bahan yang terbaik sebagai weight material. Material ini adalah inert solid dan tidak memberikan pengaruh terhadap thickening time. Rumus kimia solid dari Ilmenite adalah FeTi03, mempunyai SG 4,7. Distribusi ilmenite dalam bubur semen dapat merata atau uniform. Berat Jenis bubur semen yang terjadi dapat mencapai 22 ppg. Barite. Barite merupakan bahan yang paling umum digunakan untuk menaikkan berat jenis bubur semen, maupun lumpur pemboran. Bubur semen menjadi 18ppg. Kata lain untuk barite adalah barium sulfate. 40 Dalam penambahan barite, perlu diiringi dengan penambahan air untuk membasahi partikelnya, karena barite mempunyai surface area yang besar. Air ini dapat juga melarutkan retarder dari bubur semen. Sehingga thickening time-nya jadi singkat. Penambahan air yang banyak dapat menurunkan compressive strength dari semen. Pasir Pasir yang digunakan untuk menaikkan berat jenis bubur semen umumnya adalah Pasir ottawa (Ottawa sand). Berat jenis yang terjadi dapat mencapi 18 ppg. Biasanya digunakan untuk menyemen lubang untuk pemasangan whipstock SG dari ottawa sand adalah 2,6 sehingga untuk menaikkan berat jenis bubur semen diperlukan pasir yang banyak.

Densified Cement Bubur semen yang dikurangi air dalam pembuatannya akan memberikan berat jenis bubur semen yang lebih tinggi. Dalam pembuatannya harus diiringi dengan menambahkan friction reducer 0,75 sampai 1% berat bubuk semen. Sodium Chlorida (Natrium Chlorida) Untuk menaikkan berat jenis bubur semen yang kecil saja, dapat ditambahkan natrium chlorida. Kenaikkan yang diperoleh 0,5 ppg sampai 1 ppg. 3.4. Semen Khusus Semen khusus mempunyai keistimewaan jika dibandingkan dengan semen-semen yang telah dijelaskan sebelumnya. Harganya lebih mahal. Oleh sebab itu semen khusus baru digunakan bila penyemenan dengan semen-semen lain gagal. Semen yang termasuk semen khusus antara lain: -

Diesel Oil Cement

-

Resin Cement. 41

-

Gypsum Cement.

-

Hight temperature cement.

-

Quick setting cement.

Diesel Oil Cemen (DOC) Diesel Oil Cement adalah bubur semen yang dibuat dari campuran bubuk semen dengan minyak diesel (kerosine) dan surfce active agent. Bubur semen yang terjadi tidak bersifat menyemen dan tidak mengeras. Bila bubur semen ketemu dengan air, maka minyak diesel akan terdorong oleh air, sehingga sekarang bubur semen merupakan campuran antara bubuk semen dengan air dan dapat bersifat mengeras. Jadi bubur semen ini mempunyai thickening time yang tidak terbatas. Atau waktu pemompaan nya tidak terbatas. Semen ini baik untuk menutup formasi gas atau air, dimana semen jenis lain gagal hasilnya.

Resin Cement. Resin Cement merupakan pencampuran bubuk semen dengan resin atau damar dan air. Keisitimewaan semen ini adalah bubur semen dapat menembus mud cake, sehingga ikatan semen formasi sangat baik. Berhubung harga damar atau resin mahal, maka semen ini jarang digunakan. Hight Temperature Cement. Dari istilahnya terlihat bahwa semen ini baik digunakan untuk menyemen formasi yang mempunyai formasi yang mempunyai temperatur tinggi. Dimana pada temperatur 400 derajat F masih memberikan strength yang baik. Yang mana semen yang lain untuk temperature yang mencapai 350 derajat ke atas, strength semen akan turun. Hight

temperature

cement

merupakan

pencampuran

bubuk

semen.

Dengan

penambahan HR-12,s emen ini dapat digunakan sampai temperatur 400 derajat F. 42 Quick Setting Cement Quick setting cement merupakan semen yang sangat cepat mengeras. Semen ini dibuat dari pencampuran bubuk semen dengan Plaster of Paris (CaS04 ½ H2O), dengan perbandingan 1:1. Semen ini baik digunakan untuk menutup formasi yang menimbulkan blowout dan lost circulation. Keistimewaan lain adalah bahwa semen ini mempunyai kekerasan awal (early strength) yang tinggi. Kekurangannya adalah bahwa semen ini hanya dapat menyemen formasi yang dangkal. Gypsum Cement Gypsum cement merupakan semen yang dibuat dari pencampuran gypsum (CaS04 2H2O) dengan bubuk semen. Semen ini mempunyai sifat sebagai berikut: -

Cepat mengeras

-

Mengembang setelah ditempatkan.

Oleh sebab itu semen ini baik untuk blowout dan circulation. 3.5. Pengaruh Temperatur dan Tekanan Terhadap Semen kenaikan temperatur dan tekanan akan menaikkan compressive strength dari semen. Akan tetapi untuk temperatur di atas 230derajat F, compressive strength dari semen turun. Penurunan strength dari semen disebut dengan strength retrogession dapat pula terjadi karena penambahan air diwaktu pembuatan bubur semen terlalu banyak. Selain dari itu additive yang terlalu banyak dapat menyebabkan strength restrogression pula. Contohnya bentonite yang ditambahkan terlalu banyak akan menyebabkan strength semen turun. 43 Itulah sebabnya bentonite harus dibatasi dan bentonite jangan digunakan untuk temperature yang lebih dari 230 derajat F. strength semen akan naik dengan bertambahnya waktu. Hal ini berlangsung sampai waktu setahun atau lebih. Setelah itu dari semen akan konstan.

44 PENUTUP Syukur Alhmdulillah penulis telah dapat menyelesaikan buku Teknik Penyemenan Jilid I ini tanpa halangan yang berarti. Semoga dengan mempelajari buku ini pembaca menguasai: -

Kegunaan penyemenan

-

Komponen-komponen bubur semen

-

Sifat-sifat bubur semen

-

Additive-additive yang diperlukan

-

Serta semen khusus.

Pada buku Penyemenan Jilid II pembaca akan dapat mempelajari kelanjutan jilid I ini. Terutama tentang cara-cara penyemenan untuk sumur migas dan peralatanperalatannya. Semoga Allah SWT memberikan kesempatan dan kemampuan kepada penulis. Terima kasih atas perhatian pembaca.

Cepu, April 1998 Hormat Penulis

45 DAFTAR PUSTAKA 1. Anon

:

“A Guisde to Oil and Well Cemen and Cementing

Additives”,

Petroleum

Equipment and Services, 1968 2. Baker Line

:

“Service Catalog”. A Baker Tools Company, San Antonii, 1981

3. Bambang, T

:

“Teknik Pemboran II”, Patra, ITB, Bandung, 1970

4. Brantly, J.E.

:

“Rotary Handing Handbook”, New York, 1961

5. Craft and Holden

:

“Well Design Drilling and Production”, New Jersey, 1962

6. Dowell Schlumberger

:

“Cementing Technology”, 1983

7. Halliburton

:

“Sales and Services Catalog”, Halliburton Company, Duncan, 1983

8. K. Smith, Dwight

:

“Cementing”, AJME, New York, 1976

9. Kaswir Badu

:

“Pipa Selubung dan Penyemenan”, PPT Migas, Cepu, 1987

10. Nel J. Adam

:

“Drilling Engineering”, Penn Well Books, PennWell

Publishing

Oklahoma, 1985

Company,

Tulsa,