bab iii aspek penyemenan
TRANSCRIPT
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
1/18
15
BAB III
ASPEK PENYEMENAN
3.1. Sejarah dan Definisi Semen
3.1.1. Sejarah Semen di Industri Perminyakan
Semen yang umumnya digunakan dalam industri perminyakan adalah semen
Portland, yang ditemukan pertama kali dan dipatenkan oleh seorang penemu
berkebangsaan Inggris Joseph Aspdin (1824), ia membuat semen dengan cara
membakar batuan limestone dan batuan clay di dapurnya, kemudian menjadikannya
bubuk semen hidrolis yang berarti semen tersebut dapat mengeras juka bercampur
dengan air. Joseph Aspdin menamakan semen tersebut pertama kali didapatkan dari
pulau Portland, Inggris. Dengan penemuan ini,Joseph Aspdin telah meletakkan dasar
dari industry Portlanddewasa ini.
Kegiatan penyemenan dalam industry perminyakan digunakan pertama kali
pada tahun 1903 di Amerika oleh Frank F. Hill dari Union Oil Company untuk
menyumbat zona air di atas lapisan batu pasir yang mengandung minyak, pada salah
satu sumur minyak di lapangan Lompoc, California. Teknik penyemenan yang
digunakan adalah dengan menggunakan suatu boiler yang dirancang khusus untuk
mencampur bubuk semen Portland dan air yang disebut dengan neat cement
kemudian memasukkannya ke dalam sumur dengan menggunakan boiler tersebut.
Setelah 28 hari, pekerja meneruskan pengeboran pada lapisan batu pasir dan secara
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
2/18
16
efektif teknik tersebut telah mengisolasi zona air. Teknik ini menjadi hal yang tepat
guna dan segera menyebar ke seluruh lapangan di California pada waktu itu.
Pada tahun 1920, Erle P. Halliburton memperkenalkan dan memperoleh hak
paten untuk metoda penyemenan baru dengan menggunakan peralatan yang disebut
jet mixer, yang mampu mengatasi kendala pada proses pencampuran bubuk semen
Portland dan air dengan hasil yang memuaskan pada lapangan Hewit di Carter
Country, Oklahoma.
3.1.2. Defenisi Penyemenan
Semen merupakan suatu bahan yang bersifat hidrolis, yaitu bahan yang akan
mengalami proses pengerasan pada percampurannya dengan air ataupun larutan
asam. Salah satu jenis semen yang khas dan biasa aplikasikan dalam industri
perminyakan adalah semen portland (mula-mula ditemukan di pulau Portland,
Inggris) .
Cementing atau penyemenan adalah proses pendorongan bubur semen ke
dalam casing dan naik ke annulus yang kemudian didiamkan sampai semen tersebut
mengeras hingga mempunyai sifat melekat baik terhadap casing maupun formasi.
Proses penyemenan dilakukan pada sekeliling outside diameter casing yang telah
dimasukkan kedalam wellbor. Diameter lubang sumur bor lebih besar dari pada
diameter casing, karena itu untuk memperkuat posisi casing maka perlu dilakukan
penyemenan.
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
3/18
17
Kenaikan temperatur dan tekanan pada semen akan menaikan compressive
strength dari semen. Akan tetapi untuk temperatur diatas 230F compressive dari
semen turun. Penurunan dari strength disebut juga Strength retrogression.
Strength retrogression dapat pula terjadi karena penambahan air diwaktu
pembuatan semen terlalu banyak. Selain dari itu additive yang terlalu banyak dapat
menyebabkan retrogressionjuga.
Gambar 3.1. Pipa yang disemen di dalam formasi[8]
Prosedur untuk penyemenan dibagi menjadi dua, yaituprimary cementing dan
secondary cementing. Primary cementing adalah proses penyemenan yang dilakukan
segera setelah operasi pemboran selesai.
Penyemenan suatu sumur merupakan salah satu faktor yang tidak kalah
pentingnya dalam suatu operasi pemboran. Berhasil atau tidaknya suatu pemboran, salah
satu diantaranya adalah tergantung dari berhasil atau tidaknya penyemenan sumur
tersebut.
FormasiBatuan
Pipa
Selubung
Semen
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
4/18
18
Penyemenan sumur secara integral, merupakan salah satu aspek yang sangat
penting dalam suatu operasi pemboran, baik sumur minyak maupun gas. Semen
tersebut digunakan untuk melekatkan rangkaian pipa selubung dan mengisolasi zona
produksi serta mengantisipasi adanya berbagai masalah pemboran.
Perencanaan penyemenan meliputi :
a. Perkiraan kondisi sumur (ukuran, temperatur, tekanan, dsb.)
b. Penilaian terhadap sifat lumpur pemboran
c. Pembuatan suspensi semen (slurry design)
d. Teknik penempatan
e. Pemilihan peralatan, seperti centralizers, scratchers, danfloat equipment
Program perencanaan penyemenan secara tepat, merupakan hal pokok yang
akan mendukung suksesnya operasi pemboran.
Pada dasarnya operasi penyemenan bertujuan untuk :
1. Melekatkan pipa selubung pada dinding lubang sumur,
2. Melindungi pipa selubung dari masalah-masalah mekanis sewaktu operasi
pemboran (seperti getaran),
3. Melindungi pipa selubung dari fluida formasi yang bersifat korosi, dan
4. Memisahkan zona yang satu terhadap zona yang lain dibelakang pipa selubung.
Penyemenan lubang sumur perlu dilakukan terutama untuk menyekat zona-
zona pada sumur pemboran sehingga dapat mencegah masuk atau merembesnya
fluida formasi yang tidak diinginkan ke dalam lubang sumur pemboran. Dengan
penyekatan yang baik maka diharapkan dapat diperoleh produksi yang optimal.
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
5/18
19
Pelaksanaan penyemenan yang salah akan dapat menyebabkan terbentuknya
channel semen, adanya produksi air/gas yang tidak diinginkan dan korosi pada pipa.
Untuk mencegah timbulnya problema tersebut maka diperlukan pengetahuan yang
luas tentang prinsip-prinsip dasar dan perhitungan dalam melaksanakan penyemenan.
Semen yang digunakan dalam industri perminyakan adalah dalam bentuk
material bubuk semen tanpa additives adalah semen portland. Bahan dari semen
tersebut adalah limestone, clay dan senyawa besi (Fe2O3) ditambah gypsum sejumlah
tertentu untuk memperlambat setting time dan untuk meningkatkan kekerasan semen.
Portland Cementadalah semen yang biasa dipakai pada operasi penyemenan
sumur dalam industri perminyakan. Portland cementini akan mengeras bila bertemu
dengan air. Semen ini dibuat dari bahan dasar calcareous seperti : limestone, marl,
karang-karangan dan argillaceous seperti clay, shale, slate yang diproses pada rotary
kiln (tempat pembakaran berputar) dengan temperatur 2600 2800F.
3.1.3. Proses Pembuatan Semen
Pembuatan semen Portlanddibedakan dalam dua proses, yaitu dry proses dan
wet process. Perbedaan antara dua proses ini terletak pada proses peleburan material-
material mentahnya. Setelah melewati salah satu proses di atas, material-material
tersebut akan melalui proses pembakaran, pendinginan dan penggilingan untuk
kemudian dipak.
Secara garis besar semen dapat diklasifikasikan menjadi empat tahap pokok,
yaitu :
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
6/18
20
1. Proses peleburan
ada dua jenis proses peleburan semen yaitu proses basah (wet process) dan
proses kering (dry process)
2. Proses pembakaran
3. Proses pendinginan dan
4. Proses penggilingan.
1. Proses Peleburan
Dry Process
Material mentah sama-sama dihancurkan lalu dianalisis komposisinya.
Setelah didapat komposisi kimia yang sesuai, campuran tersebut dibawa ke kiln.
Campuran ini biasanya berukuran 100 200 mesh agar kontak antar partikel yang
terjadi dapat maksimal.
Wet Process
Proses ini lebih rumit dibandingkan dengan dry process karena lebih
membutuhkan energi lebih besar untuk menguapkan air di kiln. Material calcareous
dicampur air agar kerikil-kerikilnya keluar. Kemudian kedua material mentah ini
digiling dalam wet grinding mill dan setelah didapat komposisi kimia yang
diinginkan, campuran siap-siap dibawa ke kiln.
2. Proses Pembakaran
Setelah melalui salah satu proses peleburan di atas (dry process atau wet
process), campuran masuk ke dalam rotary kiln dan dipanaskan perlahan-lahan
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
7/18
21
melalui beberapa proses temperatur seperti berikut (API Spec. 10A, Material and
Testing for Well Cement):
100 C = pembebasan air bebas
200 C = dehidroksilasi mineral-mineral clay
900 C = kristalisasi mineral-mineral clay yang mengalami
dehidroksilasi dan dekomposisi CaCO3.
900 1200 C = reaksi antara CaCO3 atau CaO dengan
aluminosilicates.
1250 1280 C = mulai terbentuk fasa liquid.
> 1280 C = fasa liquid terus terbentuk, komponen-
komponen semen terjadi.
3. Proses Pendinginan
Kualitas clinker, produk yang dihasilkan dari rotary kiln sangat tergantung
dari kecepatan dan metode proses pendinginan. Bila laju pendinginan lambat, akan
dihasilkan produk yang baik dimana terjadi proses kristalisasi dari clinker akan
meningkatkan kekuatan semen. Sedangkan bila pendinginan cepat akan dihasilkan
produk seperti gelas yang mempersulit clinker digiling, ini dapat mengakibatkan
kekuatan semen cepat naik tetapi tidak lama.
4. Proses Penggilingan
Setelah clinker didinginkan perlahan-lahan dan ditempatkan di silo-silo,
kemudian akan mengalami proses penggilingan. Selama proses penggilingan ini
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
8/18
22
biasanya ditambahakan gypsum sekitar 3 5 % untuk mengontrol pembebasan CaO
guna mengheindari flash setting. Bubuk semen yang dihasilkan kemudian
ditempatkan di silo-silo dan dipak.
3.2. Operasi Penyemenan
Ketika lubang sumur minyak telah dilakukan pemboran dan kemudian pipa
(casing) dimasukkan ke dalam annulus, barulah semen berperan sangat penting untuk
melindungi sumur dari formasi yang berbahaya atau supaya casing tetap stabil.
Casing sebaiknya mempunyai permukaan yang tidak terlalu kasar dan mempunyai
kekerasan tertentu yang digunakan sesuai dengan standar operasinal menurut API.
Bubur semen dipompakan ke dalam lubang sumur minyak, kemudian mengisi
bekas ruang yang kosong di bottom hole (open hole), serta semen mengisi antara
casing dengan casing yang dipompakan sampai ke permukaan. Kemudian dibiarkan
sampai semen tersebut mengeras dan mengikat dengan formasi atau casing.
Umumnya casing ini dipasang dari permukaan sampai kedalaman yang
dikehendaki. Susunan casing yang dipasang biasanya terdiri dari :
1) Conductor casing
Merupakan pekerjaan awal penyemenan yang bertujuan untuk memperkokoh
sumur agar tidak runtuh dan untuk menghindari terjdinya kerusakan-kerusakan dari
lubang sumur selama dilaksanakan pemboran selanjutnya. Pada umumnya diameter
casing yang digunakan adalah 24 inch.
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
9/18
23
Gambar 3.2. Conductor Casing[8]
2) Surface casing
Fungsi dari surface casing adalah untuk menjaga dinding sumur agar tidak
runtuh, menjaga air penduduk atau air formasi tidak terkontaminasi dengan fluida
dari aktifitas pemboran serta sebagai kedudukan alat BOP. Biasanya diameter casing
yang digunakan dalam pemasangan surface casingberukuran 18 5/8 atau 13 3/8.
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
10/18
24
Gambar 3.3. Surface casing[8]
3) Intermediate casing
Setelah pemasangan surface casing langkah selanjutnya memasang
intermediate casing dengan jalan menambah lubang bor dengan alat yang disebut bit
atau mata bor. Intermediate casing bertujuan untuk mengatasi atau mengisolasi
adanya formasi-formasi yang mengganggu aktifitas pemboran diameter casing yang
biasa digunakan adalah 13 3/8, 10 3/4.
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
11/18
25
Gambar 3.4.Intermediet casing[8]
4) Production casing
Production casing merupakan penyemenan tahap akhir dari primary
cementing, dimana tujuannya adalah untuk tempat akumulasi fluida formasi sebelum
diproduksi ke permukan. Casing ini biasanya berukuran 7 atau 10 3/4.
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
12/18
26
Gambar 3.5. Production Casing[8]
Gambar 3.6.Liner casing[8]
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
13/18
27
Namun untuk sumur-sumur dilapangan minyak DSF (Duri Steam Flooding)
yang mempunyai kedalaman target pemboran yang relatif dangkal umumnya hanya
dilakukan dua tahap penyemenan yaitu, penyemenan surface casing kemudian
dilanjutkan dengan penyemenanproduction casing.
Pada dasarnya kegunaan casingpada sumur minyak adalah :
1) Mencegah runtuhnya dinding sumur bor
2) Mencegah tercemarnyafresh water formation oleh lumpur pemboran
3) Tempat memasang alat pencegah semburan liar
4) Menghubungkan permukaan dengan lapisan produktif
5) Menutup formasi yang akan menimbulkan kesulitan terhadap operasi pemboran.
Casing yang dipasang dalam perencanaannya harus dapat menahan gaya-gaya
yang bekerja pada casing dengan biaya serendah mungkin. Gaya-gaya yang bekerja
pada casing adalah :
1) Tension load, yaitu beban tarik yang disebabkan oleh berat rangkaian casing itu
sendiri. Sambungan casing akan menahan beban ini, untuk itu kekuatan
sambungan (joint strength) harus lebih besar dari beban tarik yang terjadi.
2) External Pressure, yaitu tekanan dari luar casing seperti tekanan hidrostatis fluida
di luar casing. Casing collapse resistance harus lebih besar dari external pressure
yang terjadi agar casing tidak collapse.
3) Internal / Burst Pressure, yaitu tekanan yang terjadi di dalam casing oleh karena
tekanan formasi lebih besar dari tekanan hidrostatis fluida di dalam casing.
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
14/18
28
Casing burst pressure harus lebih besar dari internal pressure yang terjadi agar
casing tidak pecah.
Proses penyemenan dilakukan dengan beberapa langkah yaitu :
1. Tahap I : Melakukan pemboran dengan menggunakan bit atau mata bor
pada kedalaman tertentu. Selanjutnya dengan memompakan
lumpur buatan yang telah dicampur additive tertentu yang dapat
mengangkat cutting, mempertahankan formation pressure,
mempertahankan integritas bore hole (mengangkat mud cake).
2. Tahap II : Pemasangan casing kedalam lubang bor (run casing).
3. Tahap III : Selanjutnya memompakan spacer ke dalam lubang bor. Spacer
ini berfungsi sebagai pemisah antara lumpur dan semen,
pengangkat lumpur.
4. Tahap IV : Memompakan semen kedalam sumur
5. Tahap V : Displacement yaitu memompakan air atau fluida ke dalam
lubang sumur sampai semen mencapai kedalaman annulus
tertentu.
3.3. Fungsi penyemenan
Pada dasarnya penyemenan sumurmerupakan faktor penting di dalam
kegiatan perminyakan. Penyemenan ini dilakukan di annulus dalam suatu lubang
pengeboran yang akan dipasanag casing. Atau pada annulus-annulus yang akan
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
15/18
29
dilakukan penyemenan ulang, karena adanya kerusakan yang disebabkan oleh
pengaruh formasi atau bonding (ikatan) semen itu kurang sempurna.
Fungsi semen pemboran dalam suatu pemboran dari sumur adalah:
a. Melekatkan casing pada dinding formasi, agar kokoh dan kuat sehingga casing
dapat berfungsi dengan sempurna.
b. Melindungi casing / linerdari tekanan yang datang dari bagian luar casing yang
dapat menimbulkan collapse.
c. Mencegah adanya migrasi fluida yang tidak diinginkan dari satu formasi ke
formasi lain, menutup zona lost circulation dan mengisolasi zona-zona di
belakang casing sehingga tidak terjadi hubungan antar lapisan, serta menutup
zona yang tidak diperlukan.
d. Melindungi casing terhadap pengaruh lingkungan sekitar yang dapat merusak,
seperti cairan formasi yang bersifat korosif, tekanan dan temperatur.
e. Mengurangi kemungkinan terjadinya semburan liar atau blow out melalui
annulus, melindungi casing terhadap tekanan formasi dan mencegah penyusupan
gas atau fluida formasi bertekanan tinggi ke ruang antara casing dengan formasi
yang bisa menyebabkan kebakaran di permukaan.
f. Memperbaiki casing yang pecah
g. Memperkecil gas oil ratio dan water oil ratio.
Untuk memenuhi fungsi-fungsi tersebut di atas, maka semen pemboran harus
memenuhi beberapa syarat, yaitu :
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
16/18
30
a. Semen slurry harus dapat dipompa sampai ke tempat tertentu (mempunyai
rheology yang baik).
b. Semen setelah ditempatkan harus mempunyai kekuatan atau strength yang cukup
besar dalam waktu tertentu (dapat dipompa selama kurang lebih 6 jam 500 psi).
c. Semen harus memberikan daya ikat casing dengan formasi yang cukup atau baik.
d. Semen tidak boleh terkontaminasi dengan kotoran (cairan formasi) maupun cairan
pendorong semen.
e. Semen harus stabil atau tidak mudah berubah strength-nya setelah beberapa
waktu dari penempatannya.
f. Semen harus impermeable (permeabilitas nol) yaitu tidak dapat mengalirkan dan
dialiri fluida, karena digunakan untuk menyekat dinding lubang pemboran
sehingga semen tidak mudah terkorosi akibat kontaminasi fluida formasi.
g. Semen harus tahan terhadap sulfate yang sering terdapat dalam cairan formasi.
h. Mempunyai thickening time yang sesuai dengan target penyemenan sumur.
Proses penyemenan didasarkan pada kondisi sumur yang mencakup hal-hal
sebagai berikut :
a. Kedalaman sumur
b. Temperatur
c. Tekanan
Pada kedalaman berbeda dengan formasi yang berbeda pula maka akan terjadi
perubahan temperatur dan tekanan. Untuk itu setiap formasi yang berbeda dibutuhkan
campuran additive yang berbeda pula. Untuk melanjutkan tahap penyemenan
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
17/18
31
selanjutnya maka semen harus dibiarkan mengeras terlebih dahulu, minimal
kekerasan yang harus dicapai oleh semen adalah 500 psi.
Setelah rangkaian casing diturunkan ke dalam lubang, ruang antara rangkaian
casing dengan dinding lubang diisi dengan bubur semen. Bubur semen ini dibiarkan
hingga keras membatu, sehingga mengikatkan rangkaian ke dinding lubang, dan
sumur menjadi kuat dan kokoh. Gambaran casing yang sudah disemen dapat dilihat
pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.7. Gambaran Rangkaian Casing yang Telah Disemen[8]
Penyemenan yang dilakukan setelah pemasangan casing di dalam disebut dengan
primary casing. Sedangkan penyemenan selain dari primary cementing
dikelompokkan ke dalam secondary cementing
Berdasarkan alasan dan tujuannya, penyemenan dapat dibagi dua, yaitu primary
cementing, dansqueeze cementing.
-
8/12/2019 Bab III Aspek penyemenan
18/18
32
3.3.1. Primary Cementing
Primary cementing adalah penyemenan pertama kali yang dilakukan setelah
casing diturunkan kedalam sumur. Padaprimary cementing, penyemenan casingpada
dinding lubang sumur dipengaruhi oleh jenis casing yang akan disemen. Penyemenan
conductor casingbertujuan untuk mencegah terjadinya kontaminasi fluida pemboran
(lumpur pemboran) dengan formasi. Penyemenan surface casing bertujuan untuk
melindungi air tanah agar tidak tercemar dari fluida pemboran, memperkuat
kedudukan surface casing sebagai tempat dipasangnya BOP. Untuk menahan beban
casing yang terdapat di bawahnya dan untuk mencegah terjadinya aliran fluida
pemboran atau fluida formasi yang akan melalui surface casing.
Penyemenan antara formasi dengan pipa selubung bertujuan untuk :
1. Melekatkan casing dengan formasi melindungi formasi yang akan dibor dari
formasi sebelumnya dibelakang pipa selubung yang mungkin bermasalah.
2. Mengisolasi formasi tekanan tinggi dari zona dangkal sebelumnya.
3. Melindungi daerah produksi dari water-bearing sands.
Suspensi semen biasanya ditempatkan dibelakang pipa selubung. Suatu
kondisi pemboran tertentu mungkin mengharuskan untuk penyemenan annulus tanpa
penyemenan annulus secara keseluruhan.
Penyebab yang umum adalah adanya zona lost circulation yang
memungkinkan semen bersirkulasi kembali keatas. Sebab lain yang mungkin adalah
kesalahan dalam pembuatan suspensi semen.