ta-arvandi m (12205019)

Arvandi Mahry – 12205019

1

STUDI LABORATORIUM “APLIKASI SEMEN BANGUNAN DALAM PROSES PENYEMENAN DI SUMUR MINYAK DAN GAS BUMI”

Arvandi Mahry*

Dr.-Ing.Ir. Rudi Rubiandini. R.S. **

SARI

Semen dalam industri perminyakan mempunyai banyak kelas, tergantung dari keadaan formasi yang dihadapi dan temperature formasi itu sendiri. Di Indonesia, kelas semen yang sering digunakan untuk sumur minyak dan gas bumi adalah semen kelas G. Hal ini dikarenakan pembuatan semen untuk sumur minyak dan gas bumi memerlukan persyaratan-persyaratan tertentu sesuai dengan standar yang telah dibuat oleh API. Oleh karena itu, semen kelas G digunakan di hampir semua jenis sumur dimana sumur-sumur tersebut memiliki kondisi yang bermacam-macam, apakah itu sumur dalam ataupun sumur dangkal.

Penelitian kali ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan dari semen bangunan untuk menggantikan posisi dari semen kelas G sebagai semen untuk sumur minyak dan gas bumi. Penelitian ini mencakupi pengujian sifat-sifat dari semen itu sendiri, seperti densitas, rheology, thickening time, filtration loss, permeabilitas dan kekuatan semen.

Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa semen bangunan memiliki beberapa kemiripan sifat dengan semen kelas G yaitu harga densitas, volume filtrate, dan rheology. Untuk nilai thickening time, semen bangunan memiliki waktu thickening time yang lebih pendek daripada semen kelas G. Untuk pengukuran permeabilitas dan strength itu sendiri, perbedaan yang ada tidak terlalu signifikan. Oleh karena itu, semen bangunan bisa digunakan sebagai alternative pada proses penyemenan sumur minyak dan gas bumi.

Kata Kunci : Semen bangunan, strength, rheology, permeabilitas, volume filtrate, thickening time, semen kelas G.

ABSTRACT

In oil industry, cement has a lot of classes; depend on formation condition and formation temperature. In Indonesia, cement class which often used for oil and gas wells is Class G Portland cement. It’s caused by the manufacture of cement for oil and gas well requires certain condition in accordance with the standards that have been made by the API. Therefore, the class G cement is used in almost all types of wells which is the wells have a vary condition, whether it’s deep well or shallow well.

The objective of the research objectives is to assess the ability of construction cement to replace the position of class G sement as a oil and gas well cement. This research include testing of the properties of the cement it self, like a density, rheology, thickening time, filtration loss, permeability and strength of cement.

The result that we get from this research is the construction cement has some property similarities with the class G cement like the value of density, the volume of filtrate, and Rheology. For thickening time value, costruction cement’s thickening time has a much shorter time than the class G cement. For the value of permeability and strength itself, the difference is not significant. Therefore, construction cement can be used as an alternative to the process of cementing oil and gas wells.

Keywords: Construction Cement, Strength, Rheology, Permeability, Filtrate Volume, Thickening Time, Class G Cement.

*) Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan – Institut Teknologi Bandung

**) Pembimbing, Dosen Program Studi Teknik Perminyakan – Institut Teknologi Bandung


2

I. Pendahuluan

Pada umumnya operasi penyemenan bertujuan untuk melekatkan casing pada dinding lubang sumur, melindungi casing dari masalah-masalah mekanis sewaktu operasi pemboran (seperti getaran), melindungi casing dari fluida formasi yang bersifat korosi dan untuk memisahkan zona yang satu terhadap zona yang lain di belakang casing.

Menurut alasan dan tujuannya, penyemenan dapat dibagi dua, yaitu Primary Cementing (Penyemenan Utama) dan Secondary atau Remedial Cementing (Penyemenan Kedua atau Penyemenan perbaikan). Primary Cementing adalah penyemenan pertama kali yang dilakukan setelah casing diturunkan ke dalam sumur. Sedangkan secondary cementing adalah penyemenan ulang untuk menyempurnakan primary cementing atau memperbaiki penyemenan yang rusak.

Semen yang biasa digunakan dalam industri perminyakan adalah Semen Portland, dikembangkan oleh Joseph Aspdin Tahun 1824. Disebut Portland karena mula-mula bahannya didapat dari pulau Portland Inggris. Semen Portland ini termasuk semen hidrolis dimana semen akan mengeras bila bertemu atau bercampur dengan air.

Semen Portland mempunyai 4 komponen (Gambar 1) mineral utama, yaitu :

1. Tricalcium Silicate Tricalcium silicate (3CaO.SiO2) dinotasikan sebagai C3S, yang dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO2. Komponen ini merupakan yang terbanyak dalam semen Portland, sekitar 40-45% untuk semen yang lambat proses pengerasannya dan sekitar 60-65% untuk semen yang cepat proses pengerasannya (high-early strength cement). Komponen C3S pada semen memberikan strength yang terbesar pada awal pengerasan.

3CaO + SiO2 → 3 CaO.SiO2

2. Dicalcium Silicate Dicalcium silicate (2CaO.SiO2) dinotasikan sebagai C2S, yang juga dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO2. Komponen ini sangat penting dalam memberikan final strength semen. Karena C2S ini menghidrasinya lambat maka tidak berpengaruh dalam setting time semen, akan tetapi sangat menentukan dalam kekuatan semen lanjut. Kadar C2S dalam semen tidak lebih dari 20%.

2CaO + SiO2 → 2 CaO.SiO2

3. Tricalcium Aluminate Tricalcium aluminate (3CaO.Al2O3) dinotasikan sebagai C3A, yang terbentuk dari reaksi antara CaO dengan Al2O3. Walaupun kadarnya lebih kecil dari komponen silikat (sekitar 15% untuk high-early strength cement dan sekitar 3% untuk semen yang tahan terhadap sulfat), namun berpengaruh pada rheologi suspensi semen dan membantu proses pengerasan awal pada semen.

3CaO + Al2O3 → 3 CaO. Al2O3

4. Tetracalcium Aluminoferrite Tetracalcium aluminoferrit (12CaO.Al2O3.Fe2O3) dinotasikan sebagai C4AF, yang terbentuk dari reaksi CaO, Al2O3, dan Fe2O3. Komponen ini hanya sedikit pengaruhnya pada strength semen. API menjelaskan bahwa kadar C4AF ditambah dengan dua kali kadar C3A tidak boleh lebih dari 24% untuk semen yang tahan terhadap kandungan sulfat yang tinggi. Penambahan oksida besi yang berlebihan akan menaikan kadar C4AF dan menurunkan kadar C3A, dan berfungsi menurunkan panas hasil reaksi/hidrasi C3S dan C2S.

4CaO + Al2O3 + Fe2O3 → 4CaO.Al2O3.Fe2O3

Semen Portland terbuat dari bahan-bahan mentah tertentu, pemilihan bahan-bahan mentah tersebut sangat berpengaruh terhadap komposisi bubuk semen yang diinginkan. Ada dua macam bahan mentah yang dibutuhkan dalam menghasilkan semen Portland, yaitu :

a. Material Calcareous

Material ini berisi kalsium karbonat dan kalsium oksida yang terdiri dari limestone dan batuan semen.

• Limestone adalah batuan terbentuk dari sebagian besar zat- zat organik sisa (seperti kerang laut atau koral) yang terakumulasi. Limestone ini merupakan komponen dasar dari kalsium karbonat.

• Batu semen adalah batuan yang komposisinya serupa dengan semen batuan

• Kapur adalah Limestone kekuning-kuningan atau abu-abu dan halus yang sebagian besar berasal dari kerang-kerang laut.

• Marl atau tanah kapur adalah tanah yang rapuh dan mengandung bahan-bahan pokok kalsium karbonat.

• Alkali di sini berasal dari pembuangan zat-zat kimia pabrik yang mengandung kalsium oksida atau kalsium karbonat.

b. Material Argillaceous

Material ini berisi clay atau mineral clay.

• Clay adalah bahan yang bersifat plastis bila basah dan keras bila dipanaskan. Terdiri dari sebagian besar aluminium silikat dan mineral lainnya.

• Shale adalah batuan fosil yang terbentuk dari gabungan clay, lumpur dan silt (endapan lumpur).


3

• Slate adalah batu tulis adalah batuan yang padat dan berbutir baik, yang dihasilkan dari pemampatan clay, shale dan batuan lainnya.

• Ash adalah abu yang merupakan produk pembakaran batu bara, memiliki kandungan silikat.

II. Sifat – Sifat Semen

Sifat-sifat semen yang perlu diperhatikan ketika melakukan operasi penyemenan ialah sifat bubur semennya dan sifat batuannya. Sifat bubur semennya yaitu perbandingan air/semen, densitas bubur semen, sifat fluid loss, karakteristik aliran, dan thickening time. Sifat batuannya yaitu compressive strength, shear bond strength, kemampuan penyekatan semen, dan penurunan kekuatan semen karena temperature dan ketahanan terhadap sulfat. Berdasarkan penelitian yang ada (Brook Haven National Laboratory, 1978), semen yang kita miliki harus memiliki sifat:

• Mempunyai densitas yang optimum • Mudah dicampur dan dipompa • Dapat membersihkan lumpur dengan baik • Menghasilkan batuan semen yang

impermeable (k < 0.001 md) • Dapat langsung membentuk kekuatan setelah

ditempatkan dalam lubang (CS > 1000 psi setelah 24 jam curing time)

• Kekuatan batuan semen yang tahan lama (tidak menurunnya kekuatan setelah lama pada temperature 750 oC dan bertemu dengan air asin)

• Dapat mengikat casing dan formasi dengan baik (SBS > 100 psi setelah 24 jam curing time)

2.1. Densitas

Densitas suspensi semen didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah berat bubuk semen, air pencampur dan aditif terhadap jumlah volume bubuk semen, air pencampur dan aditif.

Dirumuskan sebagai berikut :

awvk

awbkbs VVV

GGGD

++++

= .............. .................. (1)

Densitas suspensi semen sangat berpengaruh terhadap tekanan hidrostatis suspensi semen di dalam lubang sumur. Bila formasi tidak sanggup menahan tekanan suspensi semen, maka akan menyebabkan formasi pecah, sehingga terjadi lost circulation.

Densitas suspensi semen yang rendah sering digunakan dalam operasi primary cementing dan remedial cementing, guna menghindari terjadinya fracture pada formasi yang lemah. Untuk menurunkan densitas dapat dilakukan dengan hal-hal berikut:

• Menambahkan clay atau zat-zat kimia silikat jenis extender.

• Menambahkan bahan-bahan yang dapat memperbesar volume suspensi semen, seperti pozzolan.

Sedangkan densitas suspensi semen yang tinggi digunakan bila tekanan formasi cukup besar. Untuk memperbesar densitas dapat ditambahkan pasir atau material-material pemberat ke dalam suspensi semen, seperti barite.

Pengukuran densitas di laboratorium berdasarkan dari data berat dan volume tiap komponen yang ada dalam suspensi semen, sedangkan di lapangan dengan menggunakan alat 'pressurized mud balance'. Alasan digunakannya pressurized mud balance adalah karena semen memiliki buih yang cukup banyak sehingga pengukuran densitas perlu menggunakan bantuan pressure.

2.2. Thickening Time Dan Viskositas

Thickening time didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan suspensi semen untuk mencapai konsistensi sebesar 100 UC (Unit of Consistency). Konsistensi sebesar 100 UC merupakan batasan bagi suspensi semen masih dapat dipompa lagi. Dalam penyemenan, sebenarnya yang dimaksud dengan konsistensi adalah viskositas, cuma dalam pengukurannya ada sedikit perbedaan prinsip. Sehingga penggunaan konsistensi ini dapat dipakai untuk membedakan viskositas pada operasi penyemenan dengan viskositas pada operasi pemboran (lumpur pemboran).

Thickening time suspensi semen ini sangatlah penting. Waktu pemompaan harus lebih kecil dari thickening time, karena bila tidak, akan menyebabkan suspensi semen akan mengeras lebih dahulu sebelum seluruh suspensi semen mencapai target yang diinginkan. Dan bila mengeras di dalam casing merupakan kejadian yang sangat fatal dalam operasi pemboran selanjutnya.

Untuk sumur-sumur yang dalam dan untuk kolom penyemenan yang panjang, diperlukan waktu pemompaan yang lama, sehingga thickening time harus diperpanjang. Untuk memperpanjang atau memperlambat thickening time perlu ditambahkan retarder ke dalam suspensi semen, seperti kalsium lignosulfonat, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose dan senyawa-senyawa asam organik.

Pada sumur-sumur yang dangkal maka diperlukan thickening time yang tidak lama, karena selain target yang akan dicapai tidak terlalu panjang, juga untuk mempersingkat waktu. Untuk mempersingkat thickening time, dapat ditambahkan accelerator kedalam suspensi semen. Yang termasuk accelerator adalah kalsium klorida, sodium klorida, gipsum, sodium silikat, air laut dan aditif yang tergolong dalam dispersant. Gambar 2 adalah hubungan antara pumpability time dan temperature.


4

Perencanaan besarnya thickening time bergantung kepada kedalaman sumur dan waktu untuk mencapai

n dengan mengisi sampel

daerah target yang akan disemen. Di laboratorium, pengukuran thickening time menggunakan alat High Pressure High Temperature Consistometer (HPHT), disimulasikan pada kondisi temperatur dan tekanan sirkulasi. Thickening time suspensi semen dibaca bila pada alat diatas telah menunjukkan 100 UC untuk standar API, namun ada perusahaan lain yang menggunakan angka 70 UC (seperti pada Hudbay) dengan pertimbangan faktor keselamatan, kemudian diekstrapolasi ke 100 UC.

Perhitungan konsistensi suspensi semen di laboratorium ini dilakukakedalam silinder, lalu diputar konstan pada 150 rpm kemudian dibaca harga torsinya. Dan harga konsistensi suspensi semen dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

02.20........................................... (2)

2.3. ss

Filtrati n loss adalah peristiwa hilangnya cairan dari nsi m formasi permeabel yang

an juga dapat

si temperatur sirkulasi

arnya

2.78−=

TBc

Filtration Lo

osuspe semen ke daladilaluinya. Cairan ini sering disebut dengan filtrat. Filtrat yang hilang tidak boleh terlalu banyak, karena akan menyebabkan suspensi semen kekurangan air. Kejadian ini disebut dengan flash set.

Bila suspensi semen mengalami flash set maka akan mengakibatkan friksi di annulus dmengakibatkan pecahnya formasi dan lost circulation. Pengontrolan fluid loss merupakan bagian yang penting selama squeezing. Hal ini untuk menghindari dehidrasi suspensi semen yang terlalu cepat dalam pipa dan untuk memberikan distribusi suspensi semen yang seragam ke dalam semua lubang perforasi. Tentu saja sejumlah water lost diinginkan jika suspensi semen membentuk filter cake yang diinginkan untuk menyumbat lubang perforasi.

Pengujian filtration loss di laboratorium menggunakan alat filter press pada kondidengan tekanan 1.000 psi. Namun filter loss mempunyai kelemahan yaitu temperatur maksimum yang bisa digunakan hanya sampai 82 oC (180 oF). Filtration loss diketahui dari volume filtrat yang ditampung dalam sebuah tabung atau gelas ukur

Selama 30 menit masa pengujian. Bila waktu pengujian tidak sampai 30 menit, maka besfiltration loss dapat diketahui dengan rumus :

tFtFF tt

477.53030 == ....................... (3)

Pada primary cementing, filtration sekitar 150-250 cc yang diukur selama 30 menit

.4. Water Cement Ratio (WCR)

an air yang pu ktu suspensi

tiran bubuk semen,

antara 0.4 sampai 0.6 untuk membuat

mum air.

loss yang diijinkan

dengan menggunakan saringan berukuran 325 mesh dan pada tekanan 1.000 psi. Sedangkan pada squeeze cementing, filtration loss diijinkan sekitar 55 - 65 cc selama 30 menit.

2

Water cement ratio adalah perbandingdicam r terhadap bubuk semen sewasemen dibuat. Jumlah air yang dicampur tidak boleh lebih atau kurang, karena akan mempengaruhi baik-buruknya ikatan semen nantinya.

Pertimbangan yag dipakai dalam kita menentukan angka WCR adalah kehalusan bukarakteristis aliran slurry saat dipompakan, kekuatan pompa, densitas bubur semen dan permeabilitas batuan semen.

Pada umumnya perbandingan berat air dengan semen berkisarsuspensi konvesional. Striebel dan Czernin dalam hasil penelitiannya menunjukkan bahwa WCR sebesar 0.25 sampai 0.26 adalah merupakan kebutuhan minimum suspensi semen untuk melakukan hidrasi komplit dari jenis semen portland, dengan istilah chemically-bund-water. Secara hukum fisika, air mempunyai dua kutub elektron maka dibutuhkan air sebanyak 0.15 untuk memberikan peluang pada elektron-elektron untuk mengarahkan dirinya sesuai dengan kebutuhan sehingga didapatlah angka 0.4 sebagai WCR yang cukup agar semen dapat bereaksi dan sekaligus dapat dipompakan. Makin besar WCR yang digunakan, maka makin besar pula porositas dan permeabilitas dari batuan semen yang kita hasilkan.

Batasan jumlah air dalam suspensi semen didefinisikan sebagai kadar minimum dan kadar maksi

Kadar Minimum Air

Kadar minimum adicampurkan tanpa m

ir adalah jumlah air yang enyebabkan konsistensi suspensi

semen lebih dari 30 UC selama 20 menit pertama pada temperature 80 oF. Bila air yang ditambahkan lebih kecil dari kadar minimumnya, maka akan terjadi gesekan gesekan (friksi) yang cukup besar di annulus sewaktu suspensi semen dipompakan dan juga akan menaikan tekanan di annulus.

Kadar Maksimum Air

Kadar maksimum air dsebuah tabung yang b

icari sebagai berikut : Diambil erisi suspensi semen sebanyak

250 ml, kemudian didiamkan selama 2 jam sehingga terjadi air bebas pada bagian atas tabung. Air bebas yang terjadi tidak boleh lebih dari 3,5 ml. Bila air bebas yang terjadi melebihi 3,5 ml maka akan terjadi pori-pori pada semen. Dan ini mengakibatkan semen mempunyai permeabilitas yang besar. Kandungan air normal dalam suspensi semen yang direkomendasikan oleh API diberikan dalam Tabel 1. Kadar air yang terdapat dalam suspensi semen harus berada antara


5

kadar minimum dan kadar maksimumnya. Gambar 3 adalah hubungan antara water cement ratio (WCR) dengan densitas cement slurry .

2.5. Waiting on Cement (WOC)

ng gu pengerasan nsi tung saat wiper

.6. Permeabilitas

a semen yang mengeras, dan kn permeabilitas pada batuan

dalah tidak ada atau sekecil mungkin.

.7. Strength

gth en terbagi dua, yakni compressive r strength. Compressive strength

psi sudah tidak

di

mpresi

ur adalah compressive strength dari pada shear

emperatur dan tekanan tinggi

en harus:

drolik yang tinggi tanpa

i.

ng baik adalah tujuan utama dari 961) ukan

Waiti on cement atau waktu menungsuspe semen adalah waktu yang dihiplug diturunkan sampai kemudian plug dibor kembali untuk operasi selanjutnya. WOC ditentukan oleh faktor-faktor seperti tekanan dan temperatur sumur, WCR, compressive strength dan aditif-aditif yang dicampur ke dalam suspensi semen (seperti accelerator atau retarder), pada umumnya diambil angka sekitar 24 jam.

2

Permeabilitas diukur padberma a sama denganformasi yang berarti kemampuan untuk mengalirkan fluida. Semakin besar permeabilitas semen maka semakin banyak fluida yang dapat melalui semen tersebut, dan begitu pula untuk keadaan yang sebaliknya.

Dalam hasil penyemenan, permeabilitas semen yang diinginkan aKarena bila permeabilitas semen besar akan menyebabkan terjadinya kontak fluida antara formasi dengan annulus dan strength semen berkurang, sehingga fungsi semen tidak akan seperti yang diinginkan, yaitu menyekat casing dengan fluida formasi yang korosif. Bertambahnya permeabilitas semen dapat disebabkan karena air pencampur terlalu banyak, karena kelebihan aditif atau temperatur formasi yang terlalu tinggi.

2

Stren pada semstrength dan sheadidefinisikan sebagai kekuatan semen dalam menahan tekanan-tekanan yang berasal dari formasi maupun dari casing, sedangkan shear strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam menahan berat casing. Jadi compressive strength menahan tekanan-tekanan dalam arah horizontal dan shear strength semen menahan tekanan- tekanan dari arah vertikal. Nilai compressive strength dipengaruhi oleh temperatur pengkondisian, tekanan pengkondisian, lama waktu pengerasan, kadar air semen (WCR), kehalusan butiran semen dan merupakan fungsi langsung dari permeabilitas batuan semen. Pada temperature tinggi, harga compressive strength semen dipengaruhi oleh kehalusan bubuk silika yang ditambahkan. Sebagai gambaran pengaruh temperature dan tekanan untuk lama waktu 24 jam terhadap comperssive strength dapat dilihat pada gambar 4 dan 5.

Dari gambar dapat dilihat bahwa tekanan pengkondisian di atas 2000 memberikan kenaikkan compressive strength yang berarti, jadi untuk tujuan praktis pengkondisian suatu percobaan, dapat dipergunakan tekanan kurang lebih 1000 psi sebagai simulasi kondisi bawah sumur.

Semen/casing menerima beban compressive strength dan tensile yang sangat tinggi dari batuan sekitarnya. Setelah pemboran, kondisi batuan tidaklah stabil. Batuan mempunyai yield di bawah kondisi strain tektonis dan ini diterimakan kepada semen dan casing. Pada kondisi ini semen dan casing tidak lebih daripada yang menyelubungi suatu lubang yang menerima beban dari dua arah, luar dan dalam.

Menurut Cheatam, semen dalam annulus di antara di antara lapisan garam dan casing menerima kooleh tekanan lapisan garam. Hal ini akan mengurangi pemancaran stress ke casing. Pengurangan ini besarnya sekitar 5% untuk casing 8-5/8 in di lubang 12 in.

Dalam mengukur strength semen, seringkali yang diukstrength. Umumnya compressive strength mempunyai harga 8 - 10 kali lebih dari harga shear strength. Pengujian compressive strength di laboratorium dilakukan dengan menggunakan alat Curing Chamber dan Hydraulic Mortar.

Curing Chamber dapat mensimulasikan kondisi lingkungan semen untuk tsesuai dengan temperatur dan tekanan formasi. Hydraulic Mortar merupakan mesin pemecah semen yang sudah mengeras dalam Curing Chamber. Strength minimum yang direkomendasikan oleh API untuk dapat melanjutkan operasi pemboran adalah 6,7 MPa (1.000 psi)

Untuk mencapai hasil penyemenan yang diinginkan, maka strength sem

• Melindungi dan menyokong casing

• Menahan tekanan hiterjadinya perekahan.

• Menahan goncangan selama operasi pemboran dan perforas

• Menyekat lubang dari fluida formasi yang korosif.

• Menyekat antar lapisan yang permeabel.

Ikatan semen yapenyemenan primer. Bearden dan lane (1merancang percobaan sederhana untuk menentshear bond strength semen pada pipa. Mereka menyimpulkan bahwa shear bond strength sangat tergantung dari berbagai faktor. Kenaikkan tensile strength menaikkan shear bond strength (walaupun keduanya tidak mempunyai hubungan khusus, FARRIS) yang mana bergantung pada komposisi


6

semen, temperatur dan tekanan pengkondisian serta waktunya, selain itu juga kekasaran permukaan casing dan hadirnya pengotor Lumpur atau minyak.

Becker dan Peterson, (1963) menyatakan bahwa shear bond strength dipengaruhi oleh gaya adhesi (sifat

paling rendah (100 psi)

ive strength, Parcevaux dan Sault

asi

terbalik dengan kandungan

I. Rancangan Peralatan dan Percobaan Lab

mulasi model fisik sebagai

a dari peralatan ini antara lain:

nya

alve atau repture dish, peralatan

hu, yang berfungsi mengatur

ndingin fluida keluar dan

kanan serta

3.2. etakan Sampel

pel uji (semen keras)

kan berupa silinder casing yang mempunyai

berupa core silinder yang mempunyai

dian dikondisikan ke

dkebasahan permukaan), derajat hidrasi semen. Berlaku

secara umum bahwa kuat Tarik semen besarnya sekitar ½ dari compressive strength. Tensile strength semen selama 30 hari umumnya memiliki perilaku seperti dapat dilihat pada gambar 6.

Mengikuti anggapan ini, Farris menyimpulkan bahwa compressive strength yang diperlukan untuk mendukung casing seperti ditunjukkan pada tabel 2 dan 3 Namun demikian, praktek pemboran yang jelek akan dapat meruntuhkan selubung semen.

Shear bond strength tidak memiliki hubungan khusus dengan compress(1984). Namun, agar semen mempunyai kekuatan mengikat, ia harus mempunyai compressive strength yang cukup. Semen standart umumnya memiliki SBS 1000 psi, sedangkan semen dengan additive bond-enhancing agent (BA) mempunyai rentang SBS sekitar 1800 psi. Bila suatu reservoir mempunyai batuan dengan tensile strength lebih dari 1000 psi, maka untuk sistem semen standart akan terjadi bahwa ikatan semen-casing hancur terlebih dahulu sehingga terjadi mikro annulus. Hal ini terutama menjadi penyebab fluid loss pada saat melakukan hidraulic fracturing.

Permeabilitas semen dan shear bond strength semen adalah dua faktor yang mempengaruhi daya isolsemen. Sebagai gambaran, umunya semen mempunyai permeabilitas yang sangat kecil sekitar 0.001 md. Harga permeabilitas ini menjadi sangat berarti bila daerah sumur mengandung air korosif, gas korosif atau untuk sumur geotermal.

Sebagai aturan umum berlaku bahwa harga permeabilitas berbandingsolid campuran semen. Karena ikatan semen-casing merupakan sifat fisik, maka penyusutan semen ketika mengeras dan kontraksi casing ketika mendingin dapat merusak ikatan ini. Hal ini akan mengakibatkan terbentuknya mikro annulus yang cukup permeable untuk mengalirkan fluida. Dalam kasus ini, diperlukan adanya sistem mengembang ketika sedang mengeras.

II

3.1. Rancangan Peralatan Dan PeralatanLaboratorium

di

Karena penggunaan khusus pada penelitian ini, maka dirancang suatu alat si

ukur

modifikasi HPHT Curring Chamber (gambar 7). HPHT Curring Chamber dapat dipergunakan untuk berbagai ukuran core sampel dan dengan kemampuan melakukan variasi performance pada kondisi operasi

sampai temperature 120 oC dan 200 oC dan tekanan sampai 2000 psi.

Bagian-bagian utam

• Tabung simulator, yang didalamilengkapi dengan heater (pemanas) dan

thermocouple (alat pengukur suhu). Bagian ini digunakan untuk tempat pengkondisian semen keras dengan suatu fluida pengkondisi tertentu.

• Safety vkeamanan ini dapat membuang tekanan keluar dri rangkaian apabila tekanan pada rangkaian peralatan dan tabung melebihi batas maksimum tekanan operasi dari alat. Dengan demikian sistem keamanan kerja dapat terjaga.

• Controller sutemperature operasi pada tabung simulator selalu konstan. Prinsip kerja dari peralatan ini adalah mengontrol arus listrik yang masuk ke heater dan memutuskannya secara otomatis jika temperature yang diinginkan telah tercapai.

• Tabung petabung penerima fluida dari tabung simulator. Tabung fluida pendingin ini harus diisi dengan air dingin sehingga fungsinya untuk mendinginkan uap yang keluar dapat tercapai. Dengan adanya tabung pendingin ini maka fluida yang masuk ke dalam tabung penerima sudah berupa cairan.

• Manometer, pengukur tebeberapa valve untuk mengatur distribusi aliran fluida dan gas yang masuk serta keluar dari tabung silinder simulator.

C

Untuk memperoleh samdigunakan dua buah bentuk cetakan sampel, sebagai berikut:

1. Cetaameter dan tinggi yang beragam. Sampel yang

dihasilkan oleh cetakan ini diperlukan untuk pengukuran shear bond strength dengan menganalogikan cetakan sebagai casing dengan semen.

2. Cetakanan dan tinggi yang juga beragam . Sampel ini

digunakan untuk pengukuran compressive strength dan permeabilitas.

Cetakan sampel tersebut kemudalam HPHT Curing Chamber dan Water Bath.


7

3.3. Peralatan Laboratorium Lainnya.

n dalam

Mud Balance, untuk mengukur

ut di atas masih banyak alat-alat

.4. Pengujian Sampel

atis tertera pada gambar

dengan memakai Portland Semen

.4.1. Pengujian Compressive Strength

peng

an compressive strength dengan pe

CS =

Peralatan di laboratorium yang dipergunakapenelitian ini, selain peralatan khusus di atas adalah sebagai berikut:

• Pressurized densitas dari dari suspensi semen

• Fann-VG Viscometer, untuk mengukur rheology suspensi semen

• Consistometer, untuk mengukur thickening time dari slurry semen

• LPLT, untuk mengukur volume filtrate dari suspensi semen.

Selain alat-alat tersebpenelitian pembantu yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.

3

Pengujian sampel secara skem8, 9, 10, 11, 12, 13.

Percobaan dilakukanAPI kelas G type HSR dan semen bangunan, dengan variasi penambahan bubuk silica sebesar 35% BWOC, penambahan expanding additive berupa MgO sebesar 10% BWOC, media curring chamber dan water bath dipergunakan air tawar. Temperature pengujian yaitu 80 oC, 120 oC, dan 200 oC dengan tekanan tetap 2000 psi. waktu pengujian selama 1, 2, 3 hari.

3

Setelah sampel dilepas dari cetakan, maka ujian compressive strength dapat dimulai. Compressive strength dapat ditentukan dengan melihat harga tekanan maksimum pada saat terjadinya peretakan (pecah) menyilang dari sampel batuan semen yang diuji menggunakan alat hydraulic pres. Compressive strength ditentukan dengan melihat harga tekanan terbesar.

perhitungmenggunakan rsamaan sebagai berikut:

2

1.. APkA

(psi) ................... ............................. .(4)

k merupakan konstanta koreksi yang nilainya dapat

.4.2. Pengujian Shear Bond Strength

atan ikat

dilihat pada tabel 4.

3

Shear bond strength semen mengukur kekuantara semen dengan dinding lubang formasi dan antara semen dengan casing.

Pada pengujian ini dilakukan pengujian shear bond semen dengan casing, dengan asumsi dinding casing bersih.

Peralatan yang digunakan untuk pengukuran shear bond strength sama dengan alat yang digunakan pada pengukuran compressive strength, yaitu hydraulic press dengan penambahan holder dan batang silinder pendorong.

shear bond strength dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

SBS = HD

AP..

. 1

π.. .................................................... (5)

3.4.3. Pengujian Rheology Slurry Semen

Pengujian rheology suspensi semen dilakukan untuk perhitungan hidrolika operasi penyemenan nantinya.

Perhitungannya dilakukan dengan rumus:

μp = θ600 – θ300 .............................................. (6)

τy = θ300 - µp ........................................................... (7)

3.4.4. Pengujian Densitas Slurry Semen

Densitas suspensi semen merupakan sifat pertama yang diujikan di laboratorium untuk mengetahui berapa besar tekanan hidrostatis kolom semen. Alat yang digunakan untuk mengukur densitas suspensi semen adalah Pressurized Mud Balance

3.4.5. Pengujian Thickening Time

Thickening time adalah waktu yang dibutuhkan oleh semen untuk mengeras. Thickening time dari suspense semen didesain melebihi waktu pemompaan dan waktu pengerjaan. Di laboratorium untuk mengetahui besarnya harga thickening time digunakan alat atmospheric consistometer.

3.4.6. Pengujian Volume Filtrat Slurry Semen

Pengontrolan filtrate suspense semen sangatlah penting, karena bila terjadi hilangnya filtrate ke dalam formasi yang permeable dapat menyebabkan naiknya viskositas semen dan terendapnya filtrate cake dengan cepat. Hal ini akan menimbulkan friksi di annulus dan juga dapat mengakibatkan pecahnya formasi.

Pengujian filtration loss di laboratorium menggunakan alat atmosphere filtration loss pada kondisi temperature yang disesuaikan dengan kondisi temperature lingkungan dengan tekanan 100 psi.


8

3.4.7. Pengujian Permeabilitas

Pengukuran permeabilitas semen membatu di laboratorium dengan menggunakan alat ultra permeameter 400 dengan confining pressure sebesar 300 psi. Pengukuran permeabilitas dengan Ultra Perm 400 dilakukan dengan menginjeksikan gas N2 melewati sampel dengan laju yang bervariasi, namun masih dalam rentang laju alir yang rendah, agar aliran tetap laminar sehingga dapat dihitung dengan persamaan darcy.

IV. Hasil Percobaan Dan Pembahasan

4.1. Hasil Percobaan

Hasil percobaan ditampilkan terangkum dalam gambar dan tabel. Gambar 14 dan tabel 5 menunjukkan hasil pengujian densitas. Gambar 15 dan tabel 6 menunjukkan hasil pengujian rheology suspensi semen. Gambar 16 dan tabel 7 menunjukkan hasil pengujian volume filtrate. Gambar 17 dan tabel 8 menunjukkan hasil uji consistometer. Gambar 18 dan tabel 9 menunjukkan hasil uji permeabilitas. Gambar 19, 20 dan tabel 10, 11 menunjukkan hasil uji compressive strength dan gambar 21, 22 dan tabel 12, 13 menunjukkan hasil uji shear bond strength.

4.2. Pembahasan Densitas

Dalam proses penyemenan, densitas merupakan hal yang penting karena berfungsi untuk menahan tekanan dari formasi. Untuk formasi yang bertekanan tinggi, maka kita akan menggunakan densitas yang besar, sebaliknya dengan formasi yang bertekanan kecil, maka kita akan mendesain suspense semen kita memiliki densitas yang cukup kecil agar tidak terjadi fracture (rekah) pada formasi kita.

Berdasarkan gambar 14, kita dapatkan densitas dari slurry semen kelas G lebih besar sedikit dari pada slurry semen bangunan, begitu pula dengan densitas dari komposisi lainnya yang menunjukkan bahwa besar dari densitas slurry yang menggunakan semen kelas G dan semen bangunan tidak memiliki perbedaan yang berarti. Bisa kita simpulkan bahwa densitas dari semen standard dan semen kelas G memiliki nilai yang mirip sehingga tidak terdapat perbedaan yang signifikan di antara keduanya. Jadi, berdasarkan hasil dari pengukuran densitas ini, kita bisa menyimpulkan bahwa semen bangunan bisa digunakan sebagai semen sumur-sumur minyak dan gas karena memiliki densitas yang sama dan sifat yang sama dengan semen kelas G. Jika kita menginginkan densitas dari slurry kita mengalami kenaikkan, kita bisa menambahkan weighting agent sebagai additive sesuai dengan nilai yang kita inginkan.

4.3. Pembahasan Rheology

Pada proses cementing, rheology dari semen biasanya tidak terlalu ditinjau mendalam karena slurry semen dialirkan hanya 1 kali, berbeda dengan lumpur yang dialirkan terus menerus selama proses pemboran berlangsung. Biasanya yang kita tinjau pada saat mendesain lumpur adalah viskositasnya. Berdasarkan API SPEC, viskositas dari slurry semen berkisar antara 100 – 200 cp dengan alat ukur Fann VG. Viskositas yang terlalu besar akan menyebabkan kerja pompa menjadi berat dan bisa menyebabkan terjadinya frac pada formasi yang bertekanan rendah. Sedangkan semen yang memiliki kekentalan yang terlalu rendah akan menyebabkan bercampurnya slurry semen dengan fluida lain di dalam sumur.

Berdasarkan gambar 15 dan tabel 6, kita bisa melihat bahwa viskositas yang dimiliki oleh semen kita masih dalam range yang ada. Yang menarik dari hasil yang kita teliti adalah semen bangunan memiliki viskositas yang lebih kecil dari semen kelas G. Hal ini kemungkinan disebabkan karena kandungan C3S yang dimiliki oleh semen kelas G sedikit lebih banyak dari pada semen bangunan, sehingga jumlah gel C-S-H yang terbentuk dari semen kelas G akan lebih banyak dari jumlah gel C-S-H yang.

Dari hasil terlihat bahwa semen yang ditambahkan dengan silica mempunyai viskositas yang paling tinggi dibandingkan dengan viskositas lainnya, hal ini disebabkan karena pada temperature ruang, silica masih berbentuk inert sehingga di dalam slurry silica berfungsi hanya sebagai pengotor saja. Berbeda dengan MgO yang memiliki nilai viskositas yang cukup kecil, hal ini kemungkinan disebabkan karena sifat dari MgO yang larut dalam air sehingga tidak membuat viskositas menjadi meningkat.

Oleh karena itu, bisa kita ambil kesimpulan bahwa dari aspek rheology, semen bangunan memiliki kemiripan dengan semen kelas G. Oleh karena itu, semen bangunan bisa kita gunakan sebagai semen sumur minyak maupun gas.

4.4. Pembahasan LPLT

Filtration loss adalah peristiwa hilangnya cairan dari suspensi semen ke dalam formasi permeabel yang dilaluinya. Cairan ini sering disebut dengan filtrat. Besar dari filtrate yang dikeluarkan harus kecil karena bisa mengakibatkan friksi yang ditimbulkan menjadi besar sehingga bisa menyebabkan formasi menjadi pecah.

Berdasarkan tabel 7 dan gambar 16 kita bisa melihat bahwa filtrate yang keluar dari semen kelas G maupun semen bangunan memiliki kemiripan nilai. Semen dengan komposisi MgO memiliki filtration yang relative sedikit dibandingkan dengan komposisi lainnya. Hal ini bisa disebabkan karena proses hidrasi dari semen MgO relative lebih cepat dari pada


9

komposisi lainnya, sehingga filtration loss yang terjadi juga relative sedikit nilainya.

Jika kita menginginkan filtration loss yang sedikit, kita bisa menambahkan aditif-aditif seperti bentonite, latex, CMHEC, dan aditif polymer lainnya.

Berdasarkan hasil percobaan ini, bisa kita ambil kesimpulan bahwa dari aspek filtration loss, semen bangunan memiliki kemiripan dengan semen kelas G. Oleh karena itu, semen bangunan bisa kita gunakan sebagai semen sumur minyak maupun gas.

4.5. Pembahasan Consistometer

Thickening time adalah waktu yang dibutuhkan oleh suspense semen untuk mencapai konsistensi sebesar 100 UC. Oleh Karena itu, waktu yang dibutuhkan kita untuk mensirkulasikan semen harus lebih kecil dari thickening time yang ada. Pengukuran thickening time dilakukan di lab berdasarkan temperature dan tekanan yang ada. Jika kita menginginkan thickening time yang besar, maka kita bisa menambahkan retarder ke dalam suspense kita. Contoh-contoh dari retarder adalah CMHEC, lignosulfonat, dan senyawa-senyawa selulosa lainnya. Sedangkan jika kita menginginkan thickening time yang kecil, maka kita bisa menambahkan accelerator ke dalam suspense kita. Contoh dari accelerator adalah zat – zat yang bersifat asin, seperti KCl, HCl, air laut, dll.

Berdasarkan data penelitian yang ada (tabel 8 dan gambar 17), terlihat perbedaan yang besar antara thickening time dari semen bangunan dan semen kelas G. Hal ini disebabkan karena kandungan C3A pada semen bangunan lebih banyak dari semen kelas G, sehingga thickening time dari semen bangunan lebih kecil dari semen kelas G. Jika kita tambahkan retarder ke dalam semen bangunan, maka thickening time dari slurry semen kita akan menjadi tinggi.

Berdasarkan data lapangan yang penulis dapatkan, pada proses penyemenan surface casing dengan besar lubang 17.5 inch, OD casing sebesar 13-3/8 inch, kapasistas pompa sebesar 3-4 barrel / menit, maka didapatkan pumping time sebesar 30 menit. Kedalaman lubang yang digunakan sebesar 100-150 ft. Oleh karena itu, semen bangunan bisa digunakan untuk penyemenan sumur tersebut. Jika kita menginginkan penyemenan yang lebih dalam, maka kita perlu menambahkan retarder ke dalam suspense semen kita.

Oleh karena itu, jika kita menggunakan semen bangunan sebagai semen untuk sumur minyak dan gas, maka kita harus menambahkan retarder ke dalam slurry semen agar thickening time yang dimiliki menjadi tinggi.

4.6. Pembahasan Permeabilitas

Permeabilitas pada semen sama dengan permeabilitas pada formasi. Permeabilitas pada semen tidak diinginkan terjadi karena bisa mengakibatkan adanya hubungan antara casing dengan formasi atau antara formasi dengan formasi. Dengan kata lain, fungsi sebagai penyekat tidak berfungsi dengan baik. Permabilitas formasi diinginkan sekecil mungkin terjadi. API mensyaratkan bahwa semen yang baik memiliki permeabilitas kurang dari 0.001 md. Permeabilitas berhubungan dengan kekuatan dari semen itu sendiri,

Berdasarkan tabel 9, pada temperature 80 oC permeabilitas tertinggi diraih oleh komposisi semen I. Hal ini sesuai dengan nilai dari compressive strength semen I dimana nilainya merupakan yang tertinggi dibandingkan komposisi semen lainnya. Sedangkan pada temperature 120 oC. Untuk temperature 200 oC, nilai permeabilitas tertinggi juga diraih oleh komposisi semen I dan semen II.

Berdasarkan data yang ada, bisa disimpulkan bahwa permeabilitas berhubungan langsung dengan nilai compressive strengthnya. Makin besar nilai compressive strength, makin kecil permeabilitasnya, begitu juga sebaliknya.

4.7. Pembahasan Compressive Strength Dan Shear Bong Strength

Berdasarkan pustaka dan penelitian sebelumnya, menyatakan bahwa salah satu cara meningkatan compressive strength adalah dengan menambahkan silica ke dalam suspense semen yang kita miliki. Penambahan ini tidak bisa dilakukan jika temperature dari formasi kita bernilai kurang dari 110 oC karena pada temperature di bawah ini, silica belum bereaksi sehingga silica berfungsi sebagai impurities. Jika kita tetap menambahkan silica pada kondisi tersebut, maka compressive strength dari semen kita akan turun melebihi kekuatan semen standard (neat semen). Sedangkan untuk temperature melebihi 110 oC, penambahan aditif silica merupakan kebutuhan yang amat diperlukan. Pada temperature di atas 110 oC, semen yang tidak mengandung silica akan membentuk sebuah mineral yang bernama α-C2SH. Timbulnya α-C2SH akan menyebabkan volume semen menyusut sehingga mengganggu keutuhan semen yang ditandai dengan penurunan harga compressive strength. Timbulnya α-C2SH diakibatkan karena nilai C/S yang lebih besar dari 1 (1,5) (gambar 23). Dengan penambahan silica, akan membuat nilai dari C/S menjadi berkisar 1 sehingga pada temperature di atas 110 oC, mineral yang akan terbentuk adalah tobermorite, bukan α-C2SH. Mineral tobermorite berfungsi untuk menaikkan nilai dari compressive strength dari semen yang kita miliki.

Untuk shear bond strength sendiri, harganya tidak dipengaruhi oleh kenaikkan compressive strength, akan tetapi lebih dipengaruhi oleh kebasahan dari


10

permukaan terhadap semen, kekasaran permukaan perekatan, kualitas hidrasi semen, kontraksi volume secara kimia, dan kualitas perubahan sifat semen (Evans and Carter, 1962; Parcevaux and Sault; 1984). Akan tetapi compressive strength minimum tetap diperlukan untuk membentuk shear bond strength, di lain pihak, kenaikan compressive strength yang tinggi tidak menjamin adanya kenaikan pada shear bond strength. Peningkatan shear bond strength lebih banyak dipengaruhi oleh pengembangan compressive strength.

Peningkatan kekuatan shear stress semen yang terbentuk dari proses hidrasi semen dapat ditingkatkan dengan penambahan zat aditif yang tergolong dalam expanding additive dengan mengontrol reaksi yang terjadi dalam proses hidrasi tersebut lewat pengaturan tingkat temperature bakar dan tingkat kehalusan aditif yang digunakan.

4.7.1. Pembahasan Compressive Strength

Berdasarkan gambar 19 dan 20 yang ada, pada posisi temperature 80 oC, nilai compressive strength dari semen I menunjukkan angka yang tertinggi, berbeda dengan semen yang mengandung silica, yang menunjukkan nilai yang cukup rendah di antara keempat komposisi lainnya. Hal ini disebabkan karena pada temperature 80 oC silica belum bereaksi sehingga silica hanya berfungsi sebagai impurities saja. Seiring dengan kenaikkan temperature, maka compressive strength dari semen silica akan mengalami kenaikkan sehingga pada posisi temperature 200 oC, semen silica memiliki nilai compressive strength yang tertinggi dibandingkan yang lainnya. Hal ini disebabkan mineral tobermorite sudah muncul sehingga compressive strength dari semen akan meningkat.

Pada posisi temperature 120 oC, komposisi semen yang ada menunjukkan nilai yang menarik yaitu semua komposisi semen mengalami penurunan nilai compressive strength. Temperature 120 oC ini dapat dikatakan sebagai temperature transisi dimana tidak ada komposisi semen apapun yang dapat meningkatkan harga compressive strengthnya. Tambahan silica pada kondisi ini juga tidak membuat silica dalam keadaan yang optimal. Silica akan dalam keadaan optimal pada temperature selanjutnya yaitu pada temperature 200 oC. untuk temperature 200 oC dengan waktu pengondisian hari pertama, terdapat hasil yang menarik, yaitu nilai compressive strength semen bangunan dan semen kelas G (Semen I) yang berbeda jauh. Untuk semen bangunan, pada temperature 200 oC kekuatan semen sudah jauh mengalami penurunan dibandingkan dengan pada temperature sebelumnya. Sedangkan pada semen kelas G, untuk temperature 200 oC nilai compressive strength belum menunjukkan penurunan pada temperature sebelumnya, hal ini mungkin disebabkan karena kandungan C2S dan C3S dari semen bangunan

yang lebih sedikit dibandingkan dengan semen kelas G.

Penambahan MgO (semen III) sebagai aditif, hanya berfungsi pada temperature 80 dan 120 oC saja, sedangkan pada temperature 200 oC menunjukkan penurunan yang cukup berarti. Hal ini disebabkan karena MgO yang kita masukkan ke dalam semen memiliki ukuran butir yang amat seragam dan tidak mengalami pembakaran terlebih dahulu sehingga MgO yang terbentuk merupakan MgO yang benar-benar murni.

Untuk performa dari Semen IV, memiliki kemiripan dengan Semen II. Tujuan dari penulis menambahkan silica dan MgO dalam suatu slurry yang sama adalah agar kita bisa mendapatkan semen yang kuat dalam hal compressive strength dan shear bond strength. Dan jika kita lihat bentuk grafik dan range nilai dari semen II dan semen IV, bisa kita simpulkan semen II memiliki kemiripan dengan semen IV.

Untuk kondisi hari kedua ataupun hari ketiga (gambar 19 & 20), menunjukkan gejala yang sama dengan hari pertama. Selain semen silica (Semen II) dan Semen MgO+Silika (Semen IV), compressive strength pada semen lainnya akan mengalami penurunan nilai pada saat melewati temperature 120 oC sehingga pada kondisi tersebut penulis merekomendasikan untuk menggunakan aditif silica baik itu untuk semen bangunan ataupun semen kelas G.

4.7.2. Pembahasan Shear Bond Strength

Berdasarkan gambar 21 dan 22, semen bangunan dan semen kelas G menunjukkan karakter yang hampir sama, hanya nilai shear bond strength dari semen kelas G melebihi nilai dari semen bangunan. Jika kita lihat grafik keduanya antara semen bangunan dan semen kelas G, kita bisa lihat nilai semen III adalah relative tertinggi diantara komposisi semen lainnya pada temperature 80 oC dan 120 oC walaupun memang di hari kedua ataupun ketiga nilai keduanya tetap mengalami penurunan. Untuk temperature 200 oC, nilai semen III mengalami kemerosotan jauh dari temperature sebelumnya terutama di hari kedua. Hal ini bisa disebabkan karena MgO yang kita masukkan ke dalam semen memiliki butiran yang amat seragam dan tidak mengalami pembakaran terlebih dahulu di temperature yang tinggi sehingga MgO yang terbentuk merupakan MgO yang murni. Memang, untuk temperature 200 oC tidak ada komposisi semen yang sanggup bertahan dengan nilai minimum, semuanya hanya mampu bertahan di hari pertama saja, sedangkan untuk hari yang kedua semuanya bernilai di bawah 1000 psi walaupun nilai tersebut masih berada di atas nilai shear bond strength standard yaitu 100 psi.

Untuk semen I dan semen II, memiliki nilai yang cukup stabil pada temperature 80 oC dan 120 oC. Walaupun tidak memiliki nilai yang relative tinggi,


11

tetapi nilainya sudah berada pada kondisi di atas nilai minimum.

Sedangkan untuk semen IV, grafik ataupun range dari nilainya cenderung mengikuti grafik yang dibuat oleh semen III. Hal ini dikarenakan semen IV selain mengandung silica juga ditambahi oleh MgO seperti semen III, sehingga memiliki kemiripan dengan semen III.

V. Kesimpulan Dan Saran

5.1. Kesimpulan

1. Densitas semen bangunan memiliki kesamaan dengan densitas semen kelas G.

2. Rheology dari semen bangunan memiliki kemiripan dengan rheology semen kelas G walaupun cenderung lebih kecil semen bangunan dibandingkan semen kelas G.

3. Banyaknya volume filtrate yang keluar dari semen bangunan bernilai sama dengan volume filtrate semen kelas G.

4. Thickening time dari semen bangunan lebih kecil dari semen kelas G.

5. Semen bangunan bisa digunakan pada proses penyemenan surface casing dengan besar lubang 17.5 inch, OD casing sebesar 13-3/8 inch, kapasistas pompa sebesar 3-4 barrel / menit dengan Kedalaman lubang yang digunakan sebesar 100-150 ft, dan jika menginginkan kedalaman yang lebih, maka diperlukan penambahan retarder ke dalam suspense semen.

6. Permeabilitas merupakan fungsi dari compressive strength semen.

7. Semen bangunan maupun semen kelas G bisa digunakan sampai temperature 120 oC tanpa penggunaan silica.

8. Temperature 120 oC merupakan temperature transisi dimana tidak ada komposisi semen manapun yang dapat meningkat nilai compressive strengthnya.

9. Pada temperature di bawah 120 oC, penggunaan silica hanya membuat strength semen berkurang

10. Pada temperature di atas 120 oC, diharuskan menggunakan silica sebagai additive agar compressive strength tidak mengalami penurunan.

11. Aditif MgO alam yang tidak memiliki luas permukaan yang seragam dan belum dipanaskan pada temperature tertentu tidak akan kuat jika digunakan sebagai additive pengembang pada temperature tinggi.

5.2. Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya, lebih baik range waktu pengkondisian lebih banyak lagi

2. Coba digunakan alat pengujian compressive strength yang lebih canggih lagi yang bisa mengetahui nilai compressive strength yang real time.

3. Coba dilakukan pengujian strength semen dengan variable lainnya seperti fluida pengkondisi (air formasi), kandungan CO2 dan H2S yang tinggi, dll.

VI. Ucapan Terima Kasih

Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kepada Allah SWT sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan lancar. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada segenap keluarga, ibu, adik-adikku, luki, uwa-uwa dan saudara yang ada dimanapun.

Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Mas Rudi Rubiandini selaku dosen pembimbing atas bimbingannya dan ilmunya selama ini. Kepada semua dosen pengajar TM yang telah memberikan ilmu yang sangat berharga ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Pak Idi, Pak Didin, Pak Acep, Pak Oman, Pak Paryono, Pak Haryanta, Pak Rohenda, dan staff TU TM lainnya. Tanpa bantuan mereka penulis tidak akan bisa menyelesaikan TA ini dengan baik.

Penulis juga mengucapkan terima kasih atas kerja samanya. Kepada semua teman-teman TM angkatan 2005 (keluarga baru bagi penulis), Saudara-saudaraku TM 2006, TM 2007 dan TM 2008 yang banyak memberikan support, para cigadungers dan teman SMA 28, penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya atas dukungan dan semangatnya. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan berguna.

VII. Daftar Simbol

bsD = Densitas suspensi semen, ppg

bkG = Berat bubuk semen, lbs

wG = Berat air, lbs

aG = Berat aditif, lbs

bkV = Volume bubuk semen, gallon

wV = Volume air, gallon

aV = Volume aditif, gallon

cB = Konsistensi suspensi semen

T = Pembacaan harga torsi, g-cm

30F = Filtrat pada 30 menit, ml

tF = Filtrat pada t menit, ml

t = Waktu pengukur, menit

P = pembebanan maksimum, psi

A1 =luas penampang bearing block dari hydraulic mortar, in2

A2 = luas permukaan sampel, in2

k = kostanta koreksi

D = diameter dalam casing sampel semen, in

H = tinggi sampel semen, in

μp = viskositas plastic, cp

τp = yield point, lb/100 ft2

VIII. Daftar Pustaka

1. Suhascaryo, Nur.,:"Kajian Karakteristik Aditif Ekspanding Lokal Untuk Semen Dalam Negeri Pada Sumur-Sumur Migas", Disertasi, Jurusan Teknik Perminyakan ITB, Bandung, 2007.

2. Saroyo, Budi., “Studi Laboratorium Kemungkinan Penggunaan Semen Bangunan Untuk Penyemenan Sumur Minyak dan Gas Bumi Pada Kondisi Tekanan dan Temperatur Tinggi”, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Perminyakan UPN “Veteran”, 1999.

3. Rubiandini R.S., Rudi, "Handbook Drilling Engineering, Volume 1",Bandung, 2009.

4. Rubiandini R.S., Rudi, "Perubahan Sifat Fisik Semen Pada Temperatur dan Tekanan Tinggi, Serta Kandungan CO2 dan H2S Tinggi", Jurnal Teknologi Minyak dan Gas Bumi, Nomor 1, Volume II/1995.

5. Subroto, Wahjuadi.,"Perubahan Compressive Strength dan Shear Bond Strength Semen Sebagai Akibat Penambahan Additif dan Pengaruh Lingkungan", Tugas Akhir Sarjana, Jurusan Teknik Perminyakan ITB, Bandung, 1994.

6. Masyhuri, Ali., “Penelitian Expanding Additive MgO Murni Temperature Bakar 1200 oC Dengan Variasi Tingkat Kehalusan”, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Perminyakan ITB, Bandung, 2000.

Arvandi Mahry – 12205019 12


13

Gambar 1. Komponen Semen Portland

Gambar 2. Hubungan Antara Pumpability Time Dengan Temperature


14

Gambar 3. Water Cement Ratio (WCR) vs Densitas Cement Slurry

Gambar 4. Hubungan antara Compressive strength terhadap temperature

Gambar 5. Hubungan antara Compressive Strength terhadap Tekanan

Gambar 6. Tensile strength semen pada simulasi 2000 psi vs waktu


Gambar 7. Skema Rangkaian Peralatan HPHT Curing Chamber

Gambar 8. Skema Pengujian Compressive Strength dan Shear Bond Strength


Gambar 9. Skema Pengujian Thickening Time

Jenis Semen

bangunan

Kelas G

Temperature

Ruangan

WCR

0.44

Komposisi

SS

SS + 10% MgO

SS+35% silika

Gambar 10. Skema Pengujian Densitas


Gambar 11. Skema Pengujian Filtration Loss

Gambar 12. Skema Pengujian Rheology



15

15.2

15.4

15.6

15.8

16

SS SS + 35% Silika SS + 10% MgO

ppg

Densitassemen bangunan Semen kelas G

Gambar 14. Hasil Pengujian Densitas Slurry Semen

Gambar 13. Skema Pengujian Permeabilitas


20

Gambar 15. Hasil Uji Rheology Slurry Semen

Gambar 16. Hasil Uji Atmospher Filtration Loss Slurry Semen

Gambar 17. Hasil Uji Thickening Time Slurry Semen

0

10

20

30

40

50

SS SS + 35% Silika SS + 10% MgO SS + 35% Silika + 10% MgO

Plastic Visko

sity

Rheologysemen bangunan Semen kelas G

0

20

40

60

80

100

120

SS SS + 35% Silika SS + 10% MgO SS + 35% Silika + 10% MgO

V30

Filtration LossSemen bangunan Semen Kelas G

41 4634

48

120 123

86102

Semen Standard (SS) SS + 35% Silika SS + 10% MgO SS + 10% MgO + 35% Silika

Thickening TimeSemen Bangunan Semen Kelas G


21

Gambar 18. Permeabilitas Semen Kelas G dan Semen Bangunan

0

0.5

1

1.5

2

80 120 200

Perm

eabilitas (m

d)

celcius

Permeabilitas ‐ Semen BangunanSemen I Semen II Semen III Semen IV

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

80 120 200

Perm

eabilitas (m

d)

celcius

Permeabilitas ‐ Semen Kelas GSemen I Semen II Semen III Semen IV


22

Gambar 19. Grafik Perhitungan Compressive Strength Untuk Semen Bangunan

0

2000

4000

6000

8000

70 120 170 220

CS (p

si)

Temperature (C)

CS ‐ Semen bangunanpengkondisian 1 hari

semen 1 semen II semen III semen IV

2000

3000

4000

5000

6000

7000

70 120 170 220

CS (p

si)

Temperature (C)



2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

70 80 90 100 110 120 130

CS (p

si)

Temperature (C)




23

Gambar 20. Grafik Perhitungan Compressive Strength Untuk Semen Kelas G

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

70 120 170 220

CS (p

si)

Temperature (C)

CS ‐ Semen Kelas Gpengkondisian 1 hari


0

2000

4000

6000

8000

10000

70 120 170 220

CS (p

si)

Temperature (C)



2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

70 90 110 130

CS (p

si)

Temperature (C)




24

Gambar 21. Grafik Perhitungan Shear Bond Strength Untuk Semen Bangunan

500

1000

1500

2000

2500

70 120 170

SBS (psi)

Temperature (C)

SBS ‐ Semen Bangunanpengkondisian 1 hari


500

1000

1500

2000

2500

70 120 170

SBS (psi)

Temperature (C)



800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

70 90 110 130

SBS (psi)

Temperature (C)




25

Gambar 22. Grafik Perhitungan Shear Bond Strength Untuk Semen Kelas G

500

1000

1500

2000

2500

3000

75 125 175

SBS (psi)

Temperature (C)

SBS ‐ Semen Kelas Gpengkondisian 1 hari


750

1250

1750

2250

2750

75 125 175

SBS (psi)

Temperature (C)



700

1200

1700

2200

2700

3200

75 85 95 105 115 125

SBS (psi)

Temperature (C)




26

Gambar 23. Kondisi Komponen Kalsium Silika

Tabel 1. Kandungan Air Normal Dalam Suspensi Semen

API Class

Cement

Water (%) by

weight of

cement

Water

Gal

per-sack

L

per Sack

A and B 46 5.19 19.6

C 56 6.32 23.9

D, E, F and H 38 4.29 16.2

G 44 4.97 14.8

J (tentative) - - -


27

Tabel 2. Cement Bond Strength

Tabel 3 Daya Dukung Semen Terhadap Panjang Pipa


28

Tabel 4. Harga Konstanta (k)

t/d Konstanta (k)

2.00 1

1.75 0.98

1.50 0.96

1.25 0.93

1.00 0.87

Tabel 5. Hasil Pengujian Densitas Suspensi Semen

KOMPOSISI Densitas (ppg)

Semen Bangunan (SB) 15.7 Semen Kelas G (SKG) 15.8 SB + 35% Silika 15.8 SKG + 35% Silika 15.9 SB + 10% MgO 15.5 SKG + 10% MgO 15.4

Tabel 6. Hasil Pengujian Rheologi Suspensi Semen

KOMPOSISI RHEOLOGY SEMEN

θ600 θ300 μp τy Semen Bangunan (SB) 135 110 25 85 Semen Kelas G (SKG) 156 118 38 80

SB + 35% Silika 148 113 35 78 SKG + 35% Silika 161 115 46 69 SB + 10% MgO 125 107 18 89

SKG + 10% MgO 128 88 40 48 SB + 35% Silika + 10% MgO 145 119 26 93

SKG + 35% Silika + 10% MgO 157 110 47 63


29

Tabel 7. Hasil Pengujian Atmosphere Filtration Loss

Semen I Semen II Semen III Semen IV SB SKG SB SKG SB SKG SB SKG

V5 99.7 101 102 99 73 74.2 92 95.3 V6 101 102.5 103.5 101 74 75.3 93.5 96.5 V7.5 103 104.2 105.5 103 75.5 76.6 95 98 V8 103.4 105 106 103.5 76 76.9 95.5 98.5 V9 104.5 105.9 107 105.1 76.75 77.3 96.2 99.5 V10 105.2 106.5 108 106.5 77.5 77.7 97 100 V15 108.2 109.5 110.5 107.2 79.5 78.5 99.2 102 V20 110 111 112 108.9 79.6 78.9 100 103 V30 112.8 113 113 110.1 79.7 79 101 103.3

Tabel 8. Hasil Pengujian Thickening Time Pada T=194 oF

Semen I Semen II Semen III Semen IV SB SKG SB SKG SB SKG SB SKG

70 UC (menit) 41 120 49 123 34 86 48 102

Tabel 9. Hasil Pengujian Permebilitas Semen Keras

TEMPERATURE KOMPOSISI k air (md) SB SKG

80 oC

Semen I 0.8 0.99 Semen II 1.37 1.2 Semen III 1.39 1.28 Semen IV 1.43 1.39

120 oC


200 oC



30

Tabel 10. Hasil perhitungan Compressive strength untuk semen bangunan

Temp (oC) Komposisi

CS Max 1 Hari (Psi)

CS Max 2 Hari (Psi)

CS Max 3 Hari (Psi)

80

Semen 1 4964.763 3943.987 4694.377 Semen 2 3765.158 3240.941 2950.261 Semen 3 3969.312 3578.431 3151.225 Semen 4 3291.928 2935.272 3285.545

120


200

Semen 1 2775.238 2491.02 - Semen 2 6103.465 6021.581 - Semen 3 2741.271 2684.692 - Semen 4 4165.288 4197.224 -

Tabel 11. Hasil Perhitungan Compressive Strength Untuk Semen Kelas G

Temp (oC) Komposisi

CS Max 1 Hari (Psi)

CS Max 2 Hari (Psi)

CS Max 3 Hari (Psi)

80


120


200



Tabel 12. Hasil Perhitungan Shear Bond Strength Untuk Semen Bangunan

Temp (oC) Komposisi

SBS Max 1 Hari (Psi)



80


120


200


Tabel 13. Hasil Perhitungan Shear Bond Strength Untuk Semen Kelas G

Temp (oC) Komposisi




80


120


200


ta-arvandi m (12205019)

Documents