BAB IV

FILTRATE DAN MUD CAKE

4.1. TUJUAN PERCOBAAN

Mempelajari pengaruh komposisi Lumpur bor tehadap filtration loss

dan mud cake.

Mengenal dan memahami alat-alat dan prinsip kerja Filter Press.

4.2. DASAR TEORI

Ketika terjadi kontak antara Lumpur pemboran dengan batuan porous,

batuan tersebut akan bertindak sebagai saringan yang memungkinkan fluida dan

partikel-partikel kecil melewatinya. Fluida yang hilang kedalam batuan disebut

“filtrate”, sedangkan lapisan partikel-partikel besar tertahan dipermukaan batuan

disebut “filter cake”. Proses filtrasi diatas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan

tekanan positif kearah batuan. Pada dasarnya ada dua jenis filtrat yang terjadi

selama operasi pemboran, yaitu static filtation dan dynamic filtration. Static

filtration terjadi jika lumpur pemboran berada dalam keadaan diam dan dynamic

filtration terjadi ketika lumpur pemboran sedang disirkulasikan.

Apabila filtration loss dan pembentukan mud cake tidak dikontrol, maka ia

akan menimbulkan berbagai masalah, baik selama operasi pemboran maupun

dalam evaluasi formasi dan tahap produksi. Mud cake yang tipis akan merupakan

bantalan yang baik antara pipa pemboran dan permukaan lubang bor. Mud cake

yang tebal akan terjepit pipa pemboran sehingga sulit diangkat dan diputar,

sedangkan filtratnya akan menyusup ke formasi dan dapat menimbulkan damage

pada formasi.

Dalam percobaan ini akan dilakukan pengukuran volume filtration loss dan

tebal mud cake untuk static filtration. Standar prosedur yang digunakan adalah

APIRP 13B untuk LPLT (Low Pressure Low Temperature). Lumpur ditempatkan

dalam silinder standar yang bagian dasarnya dilengkapi kertas saring dan diberi

tekanan sebesar 100 psi dengan lama waktu pengukuran 30 menit. Volume filtrat

ditampung dengan gelas ukur dengan cubic centimeter (cc).

Persamaan untuk volume filtrate yang dihasilkan dapat diturunkan dari

persamaan Darcy, persamaannya adalah sebagai berikut :

Vf = A[ 2k ( cc

cm −1)μ

Δ PT ]12

Dimana :

A : Filtration Area

k : Permeabilitas Cake

Cc : Volume fraksi solid dalam mud cake

Cm : Volume fraksi solid dalam lumpur

P : Tekanan filtrasi.

t : Waktu filtrasi = viskositas filtrate.

Pembentukan mud cake dan filtration loss adalah dua kejadian dalam

pemboran yang berhubungan erat, baik waktu kejadiannya maupun sebab dan

akibatnya. Oleh sebab itu, maka pengukurannya dilakukan secara bersamaan.

Persamaan yang umum digunakan untuk static filtration loss adalah :

Q2 = Q1 x ( t2

t1)

12

Dimana:

Q1 : Fluida loss pada waktu t 1

Q2 : Fluida loss pada waktu t 2

4.3. PERALATAN DAN BAHAN

4.3.1. Alat

Filter Press

Mud Mixer

Gelas ukur 50 cc dan 350 cc

Jangka Sorong

Filter Paper

Stopwatch

4.3.2. Bahan

Bentonite

Aquadest

Additive Spersene

Additive PAC-L

4.3.3. Gambar Alat

Keterangan:

1. T-Screw 6. Base Cup

2. Pressure Inlet 7. Support Rod

3. Top Cup 8. Thumb Screw

4. Frame 9. Graduated Cilinder

5. Cell 10. Support

Gambar 4.1. Filter Press

(www.gtep.civ.puc-rio.br/imagens/fotos_labs/lirf19.jpg)

810

1

2

5

6

7

4

3

9

Gambar 4.2. Jangka Sorong

(http://upload.wikimedia.org/commons/thumb/9/94/Messschieber.jpg)

Gambar 4.3. Filter Paper

(http://www.shamanshop.net/store/proddetail.cfm/ItemID/65050.0/

CategoryID/2500.0/SubCatID/5715.0/file.htm)

Keterangan:

1. Mixer Cup

2. Mixer Hanging

3. Mixer

Gambar 4.4. Multimixer

(http://www.geocities.com/nostalgia_diner/hambeachmilkshake3cream.jpg)

1 2 3

Gambar 4.5. Stopwatch

(www.grabbag.wordpress.com/files/2006/03/stopwatch.jpg)

4.4. PROSEDUR PERCOBAAN

4.4.1. Prosedur Operasi Standar

4.4.1.1. Filter Press

a. Letakkan rubber gasket di atas base cup.

b. Letakkan screen di sebelah atasnya.

c. Pasang filter paper, atur serapat mungkin.

d. Letakkan rubber gasket di atas filter paper, pasang mud cup.

e. Letakkan rubber gasket di atas silinder dan terakhir pasang top cap.

f. Tuang lumpur ke dalam silinder lalu tutup rapat.

g. Pasang silinder pada filter press.

h. Letakkan gelas ukur tepat di bawah silinder.

i. Alirkan udara dengan tekanan 100 psi.

j. Catat volume filtrat dengan interval yang telah ditentukan.

k. Setelah batas waktu, hentikan penekanan udara, buang tekanan udara

dalam silinder (bleed off) .

l. Tuangkan sisa lumpur ke dalam breaker.

m. Ambil filter paper dan tentukan tebalnya.

n. Lepas susunan peralatan pada silinder, cuci dengan air bersih dan

keringkan.

4.4.1.2. Jangka Sorong

a. Tarik jarum pada bagian bawah jangka sorong. Tusukkan pada mud cake.

b. Dorong skala gerak sampai ke mud cake.

c. Kencangkan dengan memutar mur pada jangka sorong.

d. Baca ketebalan mud cake dengan melihat pada skala. Lihat skala diam

yang berada sebelah kanan angka nol. Lalu cari garis yang berhimpit

antara skala diam dan skala gerak.

e. Bersihkan jangka sorong.

4.4.1.3. Gelas Ukur

a. Letakkan gelas ukur tepat di bawah silinder untuk menampung filtrat.

b. Baca volume filtrat tiap selang 2 menit sampai menit 15 dan 5 menit

setelahnya. Catat pula volume pada menit 7,5.

c. Cara membaca volume dengan melihat cekung bawah filtrat telah

menyentuh pada garis skala berapa ml.

d. Cuci gelas ukur hingga bersih.

4.4.1.4. Multimixer

a. Menyiapkan bahan-bahan untuk membuat lumpur.

b. Mengisi cup lumpur dengan air.

c. Mengkaitkan cup pada Multimixer dengan menekan pada penjepit atas

dan meletakkan cup pada penyangga bawah hingga mixer berputar

d. Memasukkan bahan-bahan solid yang akan digunakan.

e. Setelah campuran lumpur selesai dibuat, lepas cup dengan menaikkan

cup, kemudian tarik ke bawah.

f. Membersihkan mixer dengan memasang cup berisi air bersih lalu lap

hingga bersih

4.4.2. Prosedur Percobaan

1. Membuat lumpur :

Membuat lumpur dasar

22.5 bentonite + 350 cc aquadest.

Lumpur Dasar I : CMC-HV + LD

Lumpur Dasar II : Spersene + LD

2. Mempersiapkan alat filter press dan segera memasang filter paper dan

meletakkan gelas ukur dibawah silinder untuk menampung fluid filtrate.

3. Menuangkan campuran lumpur kedalam silinder dan segera menutup

rapat. Kemudian mengalirkan udara dengan tekanan 100 psi.

4. Segera mencatat volume filtrate sebagai fungsi dari waktu dengan stop

watch. Interval pengamatan setiap 2 menit pada 20 menit pertama,

kemudian 5 menit untuk 10 menit selanjutnya. Catat juga volume filtrate

pada menit 7.5.

5. Menghentikan penekanan udara, membuang tekanan udara dalam silinder

(bleed off) dan menuangkan kembali sisa lumpur dalam silinder kedalam

breaker.

6. Menentukan tebal mud cake yang terjadi dan mengukur pH-nya.

4.5. HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN

4.5.1. Hasil Percobaan

Tabel IV-1

Pengukuran Filtrasi dan Mud Cake

Plug

Lumpur Dasar Addittive Filter Press

Air

(ml)

Bentonit

e

(gram)

P

AC-

L

(gr)

Spersen

(gr)

Filtrate

Loss

(ml)

Mud Cake

(cm)pH

Asiste

n350 22.5 - -

12.53.25

9

A 350 22.5 3 - 9.6 3.95 9

B 350 22.5 5 - 4.4 4.0 8

C 350 22.5 7 - 3.2 2.85 8

E 350 22.5 9 - 3 4.4 8

F 350 22.5 11 - 2.2 2.85 8

G 350 22.5 - 3 23 4.25 8

H 350 22.5 - 5 5.8 1.25 8

I 350 22.5 - 7 4.2 2.45 8

J 350 22.5 - 9 5.8 1.7 9

K 350 22.5 - 11 4 1.1 8

L 350 22.5 - 13 5.4 2.45 9

4.5.2. Perhitungan

1. Lumpur dasar : (350 ml Air + 22,5 gr Bentonite)+ 8 gr Spersen

2. Volume filtrat = 9.5 ml

3. Tebal Mud Cake = 3.95 cm

4. Q1 = 4,8 ml

Q2 = 4,8× (30

7,5 )12

= 9,6 ml

5. PH = 9

4.6. PEMBAHASAN

Dalam sistem pemboran, lumpur mempunyai peran yang sangat penting.

Salah satunya adalah memberi dinding lubang bor dengan mud cake.

Pembentukan mud cake ini akan menyebabkan tertahannya aliran fluida masuk ke

formasi.

Pada percobaan “Filtrasi dan Mud Cake” ini bertujuan untuk mengetahui

filtrasi dan tebal mud cake yang dapat berpengaruh terhadap komposisi lumpur

pemboran. Sifat-sifat tersebut berperan dalam fungsi lumpur sebagai penahan

dinding lubang bor agar tidak runtuh, serta sebagai bantalan bagi Drill String

untuk mengurangi friksi antara Drill String dengan lubang bor.

Mud cake yang terlalu tebal akan menjepit pipa pemboran sehingga sulit

diangkat dan diputar, sedangkan filtratnya yang menyusup ke formasi akan dapat

menyebabkan kerusakan formasi. Sedangkan mud cake yang tipis merupakan

bantalan yang baik antara pipa pemboran dan permukaan lubang bor.

Pengukuran harga filtrat dan mud cake yang dihasilkan oleh suatu sampel

lumpur, digunakan alat LPLT (Low Pressure Low Temperature) Filter Press.

Prinsip kerjanya memberikan tekanan sebesar 100 psi pada lumpur untuk

mendapatkan Filtrat dan Mud Cake, Filtrat akan keluar melalui tube sedangkan

mud cake akan tertahan pada filter paper.

Pada percobaan pengukuran filtrat dan tebal mud cake, mula-mula lumpur

yang sebelumnya telah dibuat (Lumpur dasar + PAC-LV 2gr) dimasukkan

kedalam cell dan diberi tekanan sebesar 100 psi. Kemudian mencatat volume pada

interval waktu 2 menit pada 10 menit pertama kemudian interval 5 menit sampai

30 menit. Kita juga mengukur pada menit ke 7,5 karena pada menit tersebut

adalah menit pertama terbentuk mud cake. Kemudian ada istilah sprud loss ini

maksudnya adalah volume air yang keluar sebelum diberikan tekanan dan

sebelum terbentuk mud cake.

Dari hasil percobaan terebut diperoleh volume filtrat sebesar 9.5 ml, tebal

Mud Cake sebesar 3.95 cm dan pH sebesar 9. Apabila filtration terlalu besar dan

mud cake terlalu tebal, maka dapat ditambahkan zat-zat kimia seperti penambahan

koloid, yaitu bentonite yang menghidrat dan penambahan zat kimia untuk

memperbaiki ditribusi zat padat dalam lumpur seperti Starch, CMC, Cypon,

Minyak, Q-Broxin yang dapat memperkuat mud cake. Pada grafik 4.1

menunjukkan hubungan antara PAC-L dengan filtrate mengalami penurunan,

kenaikan dan penurunan kembali, begitu pula dengan spersen yang mengalami

kecendrungan untuk menurun kemudian naik pada hasil plug-plug akhir. Pada

grafik 4.2 menunjukkan hubungan antara tebal mud cake dan PAC-L mengalami

kenaikan dan penurunan, begitu pula dengan spersen yang mengalami kenaikan

dan penurunan. Pada grafik 4.3 menunjukkan hubungan antara pH dengan PAC-L

dan spersen yang cenderung konstan, hanya ada 1 plug yang mengalami kenaikan.

Kondisi grafik yang tidak sesuai dengan teori dan hasil dari setiap plug yang

berbeda-beda disebabkan karena ketelitian setiap praktikan berbeda-beda, alat

yang kurang bersih ketika digunakan dan perbedaan persepsi dalam membaca

hasil percobaan.

Aplikasi lapangan dari percobaan ini adalah, bahwa penentuan filtrat

lumpur sangat penting agar tidak menimbulkan masalah pengeboran. Dimana

semakin banyak filtrat, maka Mud Cake semakin tebal Mud cake yang terlalu

tebal akan menjepit pipa pemboran sehingga sulit diangkat dan diputar, sedangkan

filtratnya yang menyusup ke formasi akan dapat menyebabkan kerusakan formasi.

Sedangkan mud cake yang tipis merupakan bantalan yang baik antara pipa

pemboran dan permukaan lubang bor.

4.7. KESIMPULAN

1. Dari hail percobaan filtrasi dan mud cake dapat diperoleh :

Lumpur dasar : (350 ml Air + 22,5 gr Bentonite)+ 8 gr Spersen

Volume filtrat = 9.5 ml

Tebal Mud Cake = 3.95 cm

PH = 9

2. Komposisi dan additive lumpur pemboran berpengaruh terhadap Filtration i

dan Mud Cake.

3. Mud cake  adalah lapisan padatan yang melekat pada dinding lubang bor

dan terbentuk dari lumpur pemboran yang memadat akibat adanya filtrasi

(penyaringan), tekanan hidrostatik lumpur, tekanan reservoir dan suhu.

4. Aplikasi lapangan dari percobaan ini, untuk mengetahui serta mendesain

lumpur yang sesuai dengan keadaan formasi dari segi filtrasi dan

pembentukan Mud Cake.

Mud cake  yang terlalu tebal akan menjepit pipa pemboran sehingga

sulit diangkat dan diputar dan filtratnya yang menyusup ke formasi

akan menyebabkan kerusakan formasi. Tebal maksimal Mud Cake

pada skala laboratorium adalah sebesar 2mm.

Filtrat yang terlalu banyak akan mengakibatkan swelling pada

formasi yang mengandung clay untuk water base mud (lumpur

berbahan dasar air) dan pipe sticking.