PRAKTIKUM

LUMPUR DAN SUSPENSI SEMEN PEMBORAN

MODUL 7

Pembuatan dan Pengukuran Sifat Rheologi, Kestabilan Emulsi, serta Water Oil Ratio dari Oil Base Mud

Nama : Ade Anggi Naluriawan Santoso

NIM : 12209027

Dosen : Prof. Dr.-Ing. Ir. Rudi Rubiandini R. S

Asisten : 1. F.X. Asriwan (12208008)

2. Fahrudin (12208067)

Tanggal Penyerahan : 17 April 2012

LABORATORIUM PEMBORAN

PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN

FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012

1. Tujuan PercobaanTujuan dari percobaan modul ini adalah:a. Mengetahui komponen pembentuk dan fungsi utama OBMb. Mampu menjelaskan fungsi aditif yang dipakai saat membuat lumpur OBMc. Mampu menyiapkan lumpur OBMd. Mampu menentukan densitas OBMe. Mampu menentukan viskositas relatif lumpur OBMf. Mampu menentukan apparent viscosity, Plastic Viscosity, Yield Point, dan Gel Strength

lumpur OBMg. Mampu mengukur water oil ratio dari lumpur OBMh. Mampu mengukur kestabilan lumpur OBMi. Mengetahui pengaruh dari sifat-sifat lumpur OBM yang diuji terhadap operasi pemboran

2. Alat dan BahanAlat yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah:a. Timbangan digital f. Pressurized Mud Balanceb. Multi Mixer g. Emulsion Stability Testerc. Cup h. Fann VG Viscometerd. Aging Cell i. OFI Retort Kite. Rolling Oven

Bahan yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah:a. Base Oil e. Lime b. Water f. CaCl2

c. Primary emulsifier g. Viscosifierd. Secondary emulsifier h. Aditif lainnya

3. Data Percobaana. Data Komposisi Bahan

Komposisi Sample 1 Sample 2Diesel oil 250 ml 280 ml

Primary Emulsifier 15 ml 10 mlSecondary emulsifier 12 ml 10 ml

NaHCO3 12 gr 10 grAir 50 ml 20 ml

Unigel 8 gr 15 grCaCl2 20 gr 18 grBarite 8 gr 25 gr

b. Data Fann VG

33,5 39 42 51 250 30042,5 52 60 81 500 900

c.

Sampel 1 Sampel 2θ 600 67 85θ 300 39 52θ 200 28 40θ 100 17 27

θ 6 5 10θ 3 3 9

Gel Strength -10 sec 5 9Gel Strength -10 min 7 15

d. Data Pressurized Mud Balance Densitas sampel 1: 7,7 ppgDensitas sampel 2: 7,9 ppg

e. Data Emulsion Stability Tester

f. Data OFI Retort Kit

4. Pengolahan Data (Sampel 17 dan 18)1) Sampel satu Fann VG viscometer

Plastic Viscosity:PV = θ600 – θ300

PV = 67 – 39 = 28 cp

Yield Point:YP = θ300 -PV

YP = 39 – 28 = 11 lb/100ft2

Gel Strength: Saat t = 10 s, GS = 5 lb/100ft2

ES TesterV 1 808 1980V 2 891 1981V 3 918 1947V 4 918 1971V 5 932 1915

OFI Retort KitVoil 5,5 6,5

Vwater 1,5 0,5V liquid 7 7

Saat t = 10 menit, GS = 7 lb/100ft2

Apparent Viscosity (saat rpm = 600):

μa=300∗θ600

600

μa=300∗67

600μa=33.5cp

Emulsion Stability Tester

vmud=808+891+918+918+932

5¿893,4 volt

Water oil ratiototal volume = 7 ml (100 %)volume air = 1,5 ml (21,43 %)volume oil = 5,5 ml (78,57 %)

Maka WOR = volumewatervolumeoil

=1,55,5x 100 %=27,27 %

2) Sampel 2 Fann VG viscometer

Plastic Viscosity:PV = θ600 – θ300

PV = 85 – 52 = 33 cp

Yield Point:YP = θ300 -PV

YP = 52 – 33 = 19 lb/100ft2

Gel Strength: Saat t = 10 s, GS = 9 lb/100ft2

Saat t = 10 menit, GS = 15 lb/100ft2

Apparent Viscosity (saat rpm = 600):

μa=300∗θ600

600

μa=300∗85

600μa=42.5cp

ES Tester

vmud=1980+1981+1947+1971+1915

5=1958,8 volt

Water oil ratiototal volume = 7 ml (100 %)volume air = 0,5 ml (7,14 %)volume oil = 6,5 ml (92,86 %)

Maka WOR = volumewatervolumeoil

=0,56,5x 100 %=7,7 %

3) Tabel hasil perhitungan Tipe Gel Strength

Parameter OBMSampel 1 Sampel 2

Densitas (ppg) 7,7 7,9PV (cp) 28 33Yb (lb/100 ft2) 11 19GS 10 detik (lb/100 ft2) 5 9GS 10 menit (lb/100 ft2) 7 15ES tester (volt) 893,4 1958,8Tipe gel strength Low flat Low flatWOR (%) 27,27 7,7

5. Analisis dan Pembahasana. Analisis Keberjalanan Praktikum

Pada praktikum kali ini kami menggunakan lumpur jenil oil base mud dimana lumpur ini menggunakan oil sebagai fasa kontinunya dan air sebagai fasa terdispersinya. Hari pertama praktikum, kami membuat lumpur OBM ini dulu. Komponen-komponen dari OBM adalah

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

14

16

Tipe Gel strength

sample 1sample 2

time (minutes)

Gel s

tren

gth

(lb/1

00 sq

ft)

base oil, Water, CaCl2, Primary emulsifier, secondary emulsifier dan wetting agent, Viscosifier, fluid Loss Control, Lime, dan Weighting agent. Lumpur OBM ini harus dibuat sehari sebelumnya karena lumpur ini membutuhkan waktu 16-20 jam agar bisa dipakai untuk percobaan. Proses pembuatannya sendiri juga agak berbeda karena harus mengikuti urutan prosedur yang ada, jika tidak maka hasil dari OBM kita optimum.

Prosedur pembuatan OBM ini sendiri adalah sebagai berikut:a) Campurkan diesel oil dengan primary emulsifier kemudian masukkan dalam mixer

selama 5 menit. b) Tambahkan secondary emulsifier sambil tetap diaduk di dalam mixer.c) Tambahkan NaHCO3 sebagai pengatur alkalinitasd) Tambahkan water yang fungsinya sebagai penghidrasi organophilic clay.e) Tambahkan unigel dimana unigel berfungsi sebagai viscosifier (zat yang digunakan untuk

membuat suspensi dan menjaga kapasitas suspensi di dalam Oil Base Mud).f) Tambahkan CaCL2 y yang fungsinya sebagai larutan brine pada OBM dimana fungsi

larutan brine sendiri memberikan salinitas kepada Oil Base Mud.g) Terakhir tambahkan barite yang fundsinya sebagai weighting agent.

Setelah semua prosedur ini dilakukan, kemudian OBM dimasukkan ke dalam aging cell dan setelah itu masukkan ke dalam rolling oven. Dua alat ini digunakan untuk mensimulasikan kondisi sebenarnya di dalam lubang bor dimana lubang bor memiliki tekanan dan temperatur tinggi. Temperatur yang kita pakai di dalam rolling oven adalahh 176ᵒC (350ᵒF). Kita tunggu lumpur sampai keesokan harinya.

Hari kedua praktikum kami mengeluarkan lumpur OBM dari aging cell dan rolling oven. Setelah itu kita akan mengukur Rheologi, Kestabilan Emulsi, serta Water Oil Ratio dari Oil Base Mud dengan menggunakan alat Fann VG Viscometer, OFI retort kit, Emulsion Stability Tester, dan Pressurized Mud balance. Praktikum kali ini termasuk cepat karena kita memulai pada jam 2 dan selesaisampai sekitar jam 8. Tetapi di tengah tengah praktikum, saya ijin karena harus menghadiri rapat di kongres pada jam 7 sehingga saya harus meninggalkan praktikum. Pada waktu saya meninggalkan lab, hanya tinggal percobaan OFI retort kit saja.

b. Analisis Alat dan BahanAlat pertama yang kita gunakan adalah rolling oven dan aging cell. Roller Oven adalah

alat yang digunakan untuk menentukan efek suhu pada fluida pemboran saat disirkulasikan di wellbore. Di dalam roller oven ini kita akan menggunakan aging cells yang dapat menunjukkan efek thermal pada viskositas dan bagaimana perilaku berbagai macam aditif pada temperatur tinggi. Prinsip Roller Oven adalah memutar dan memanaskan fluida yang ada di dalam aging cells yang merepresentasikan keadaan saat lumpur disirkulasi. Aging Cell adalah wadah bertekanan yang diisi dengan sampel yang akan diuji pada temperatur yang lebih tinggi dari titik didih air dan tetap dalam keadaan cair. Sel ini dapat digunakan pada temperatur statis atau mode dinamis pada roller oven selama minimum 16 jam.

Setelah menggunakan rolling oven dan aging cell, kita gunakan pressurized mud balance. Prinsip Pressurerized Mud Balance adalah mengukur densitas fluida dengan memanfaatkan keseimbangan antara cup mud balance dengan ride yang bebas bergerak serta memperhatikan gelembung yang ada untuk keseimbangan. Alat ini terdiri dari sebuah mud cup yang tetap dimana dia disambungkan dengan sebuah lengan yang di ujung lebgan satunya berguna sebagai penyeimbang beban. Selanjutnya alat tersebut juga memiliki rider yang berguna sebagai pengukur nilai dari densitas fluida yang terukur pada alat. Perbedaan Pressurized mud balance dengan mud balance yang biasa adalah di sini kita menambahkan

tekanan ke dalam cup disertai penambahan fluida juga dengan cara diinjeksikan. Tujuannya adalah agar cup semua terisi dengan fluida, tidak ada gas yang terdapat di dalamnya. Ini digunakan agar hasil pengukuran yang kita peroleh bisa menjadi lebih teliti dan lebih bisa dipercaya.

Alat selanjutnya yang kita gunakan adalah Emulsion Stability Tester. Emulsion Stability Tester meruapakan instrumen gelombang sinus. Alat ini akurat, kompak, dan portabel dan dugankan di laboratorium untuk mengukur kekuatan listrik relatif fluida pengeboran memiliki fase kontinu berupa minyak. EMS terdiri dari satu meter dan probe, dan beroperasi pada empat baterai alkalin 9 volt yang mudah didapat. Dua standar kalibrasi (tinggi dan rendah) termasuk dengan setiap unit untuk memastikan akurasi. Prinsip Emulsion Stability Tester adalah mengindikasikan kestabilan emulsi saat breakthrough voltage saat emulsi menjadi konduktif.

Kemudian kita gunakan alat OFI retort kit. Retort adalah alat yang digunakan untuk memisahkan dan mengukur volume air, minyak, dan padatan yang terkandung dalam sampel cairan pengeboran. Sebuah volume sampel yang diketahui dipanaskan untuk menguapkan komponen cairan yang kemudian dikondensasikan dan dikumpulkan dalam sebuah silinder bertingkat. Volume cairan ditentukan dari pembacaan fasa minyak dan fase air pada silinder bertingkat. Total volume padatan, baik tersuspensi dan terlarut, diperoleh dengan mencatat perbedaan dari volume total sampel versus volume cairan akhir yang dikumpulkan. Perhitungan yang diperlukan untuk menentukan volume padatan yang tersuspensi karena setiap padatan terlarut akan disimpan di dalam retort. Volume relatif dari padatan gravitasi rendah dan bahan yang berat juga mungkin dapat dihitung. Prinsip OFI Retort Kit adalah menggunakan perbedaan titik didih antara fasa kontinu dengan terdispersi dan solid contentnya

Alat terakhir yang kita gunakan adalah fann VG Viscometer. Viskometer menentukan karakteristik aliran minyak dan fluida pengeboran dalam hal shear rate dan shear stress pada berbagai waktu dan suhu berkisar pada tekanan atmosfer. Kecepatan dengan mudah berubah dengan tombol kontrol, dan nilai shear stress yang ditampilkan pada dial. Sebuah pemanas cangkir digunakan untuk menaikkan suhu uji sampel. RPM motor viskometer terus dipantau dan secara otomatis untuk mempertahankan shear rate konstan di bawah daya input yang bervariasi dan kondisi shear fluida pengeboran. Delapan kecepatan yang diuji (shear rate dalam RPM) adalah sebagai berikut: 3 (Gel), 6, 30, 60, 100, 200, 300, dan 600. Sebuah kecepatan pengadukan yang lebih tinggi juga disediakan. Kecepatan dapat diubah dengan pilihan tombol kontrol, tanpa menghentikan motor. Prinsip Fann VG Meter adalah pembacaan shear stress yang direpresentasikan olh dial reading yang diakibatkan oleh shear stress yang diberikan fluida kepada bob karena fluida diberikan shear rate oleh rotary sleeve.

Kemudian untuk analisis bahan di sini kita menggunakan diesel oil sebagai base oil. Kemudian bahan lain yang dipakai adalah primary emulsifier yang berguna untuk membentuk emulsi kemudian ada secondary emulsifier dimana dia berfungsi sebagai wetting agent. Selanjutnya kita menggunakan viscosifier juga yang berfungsi untuk membuat suspensi dan menjaga kapasitas suspensi di dalam Oil Base Mud. Selanjutnya ada juga Lime dan CaCl2 yang masing masing berguna sebagai pengontrol alkalinitas dan sebagai larutan brine. Bahan lainnya yang kita gunakan adalah fluid loss control untuk menanggulangi adanya loss ketika kita memakai lumpur OBM ini. Ini digunakan karena melihat dari fasa kontinu yang kita gunakan adalah diesel oil dimana diesel oil ini termasuk mahal harganya sehingga untuk mengurangi resiko kerugian yang lebih besar akibat hilangnya diesel oil kita, maka perlu adanya aditif fluid loss control. Yang terakhir adalah barite yang berfungsi sebagai weighting agent.

c. Analisis Pengolahan data dan Pembahasan

Analisis yang kita lakukan pertama kali adalah analisis hasil pengolahan data alat pressurized mud balance kita. Dari kedua sampel didapatkan nilai densitas OBM kita masing-masing adalah 7,7 ppg untuk sampel 1 dan 7,9 untuk sampel 2. Dari sini kita bisa melihat bahwa nilai densitas OBM yang kita buat ini lebih kecil dari densitas lumpur standard WBM. Dari sini bisa kita analisis bahwa lumpur OBM yang kita buat ini bisa digunakan untuk operasi underbalance drilling dimana pengertian underbalance drilling adalah kita memakai tekanan hidrostatis lumpur yang lebih kecil daripada tekanan formasi. Kemudian dari kedua sampel diatas kenapa nilai densitas sampel 2 ini lebih besar daripada sampel satu adalah karena penambahan barite ke dalam komponen lumpur kita yang lebih banyak ditambahkan ke dalam sampel 2 sehingga lumpur OBM sampel 2 akan mempunyai densitas yang lebih besar. Ini dikarenakan fungsi barite sendiri yang merupakan weighting agent yang akan sangat mempengaruhi perubahan densitas dari lumpur untuk setiap penambahannya.

Analisis kedua yang dibahas adalah hasil dari percobaan menggunakan Fann VG viscometer. Dari tabel pengolahan data bisa diketahui bahwa untuk sampel satu mempunyai PV yang lebih kecil daripada sampel 2, YP yang lebih kecil daripada sampel 2, dan GSnya pun lebih kecil daripada sampel 2. Kemudian untuk semua ampel OBM ini mempunyai nilai PV yang lebih besar daripada lumpur standard WBM, hal ini dipengaruhi oleh adanya penambahan Unigel yang berfungsi sebagai Viscosifier sehingga nilai viskositasnya akan naik. Dari situlah bisa dianalisis bahwa pada sampel 2 penambahan viscosifiernya lebih banyak sehingga nilai viskositas hasil pengukurannyapun makin besar untuk sampel 2. Dengan nilai GS yang besar ini juga akan membuat si lumpur OBM ini mempunyai kemampuan menahan cutting dalam kondisi statis. Kemudian dari gambar diketahui bahwa kedua sampel mempunyai jenis gel strength low flat karena seiring dengan pertambahan waktu kenaikan gel strengthnya tidah terlalu drastis sehingga lebih cenderung mendekati sifat low flats.

Kemudian kita beralih kepada hasil percobaan menggunakan OFI retort kit. Dari hasil percobaan diperoleh OWR sebesar 27,27% untuk sampel 1 dan 7,7% untuk sampel 2. Dari komposisi awal saja bisa kita ketahui bahwa perbandingan OWR sampel 1 dan 2 lebih banyak di sampel satu. DI sini perbandingan awalnya adalah sekitar 20% untuk sampel 1 dan 14,7% untuk sampel 2. Tetapi pada setelah kita uji dengan menggunakan OFI retort kit ini didapatkan perubahan nilainya. Ini bisa diakibatkan karena pada sampel 1 ini air lebih berikatan dengan kuat dibandingkan dengan oilnya sehingga oil yang keluar dari alat OFI ini lebih banyak daripada airnya sehingga memberikan perbandingan yang lebih tinggi daripada sebelumnya. Sedangkan untuk sampel 2 ini mengalami penurunan dikarenakan oil yang berikatan lebih kuat daripada airnya sehingga memberikan perbandingan OWR yang lebih kecil. Hal ini dikarenakan ada beberapa volume yang menghidrasi barite sehingga ketika dipanaskan masih tidak bisa terlepas sebagai uap yang terkondensasi. Selain itu juga, mungkin karena adanya kesalahan pada pembacaan skala dari gelas ukur. Dengan demikian sample 1 dan sample 2 merupakaninvert emulsion mud yang presentaseairnyaantara5 % – 50 %.

Analisis terakhir yang kita lakukan adalah analisis dari hasil percobaan dengan menggunakan alat emulsion stability tester. Dari sini hasil pengukuran untuk sampel 1 adalah 893,4 volt dan untuk sampel 2 adalah 1958,8. Hasil ini adalah hasil rata rata dari 5 kali pengukuran nilai voltasenya untuk setiap sampel. Di sini semakin tinggi nilai pengukurannya maka emulsi yang terjadi akan semakin stabil. Di sini bisa kita lihat bahwa sampel 2 memiliki kestabilan emulsi yang lebih bagus daripada sampel 1 karena nilai pembacaan sampel 2 lebih tinggi daripada sampel 1. Tetapi untuk menilai suatu sampel itu stabil atau tidak emulsinya adalah dari nilai pembacaannya yang minimal adalah 400 volt. Sehingga jika hasil pengukuran menunjukkan nilai lebih besar daripada 400 volt, sampel bisa dikatakan mempunyai emulsi yang lebih stabil. Faktor yang mempengaruhi kestabilan emulsi diantaranya penambahan air akan membuat emulsi semakin tidak stabil, kemudian banyaknya secondary emulsifier yang ditambahkan dan banyaknya kandungan solid pada

OBM juga mempengaruhi kestabilan emulsi. Dari hal hal di atas tadi ketika kita melihat komposisi bahan dari kedua sampel bisa kita lihat bahwa sampel 2 memakai air yang lebih sedikit dan diesel oil yang lebih banyak sehingga membuat emulsinya akan menjadi lebih sedikit. Kemudian ketika kita melihat jumlah secondary emulsifier yang digunakan sampel 2 juga lebih sedikit daripada sampel1 dan seharusnya ini membuat emulsi juga berkurang kestabilannya tetapi pengurangannya masih lebih kecil daripada penambahan yang terjadi.

6. KesimpulanKesimpulan yang bisa kita ambil dari hasil analisis dan pembahasan yang telah dilakukan

adalah:a. Primary emulsifier yang dipakai berfungsi untuk pembentuk emulsi pada lumpur OBM.

Secondary emulsifier berfungsi untuk sebagai wetting agent. Kemudian untuk Unigel berfungsi sebagai viscosifier. Selanjutnya ada Barite juga yang berfungsi sebagai weighting agent.

b. Densitas lumpur OBM sampel 1 adalah 7,7ppg dan untuk sampel 2 adalah 7,9 ppg. Densitas lumpur OBM lebih kecil daripada lumpur WBM.

c. Nilai PV, YP, dan GS untuk setiap sampel adalah:

Parameter OBMSampel 1 Sampel 2

PV (cp) 28 33Yb (lb/100 ft2) 11 19GS 10 detik (lb/100 ft2) 5 9GS 10 menit (lb/100 ft2) 7 15

d. Nilai water oil ratio dari lumpur OBM adalah:Sampel 1: 27,27 %Sampel 2: 7,7%

e. Lumpur OBM yang kita buat memiliki kestabilan emulsi yang baik. Hasil pengukuran menggunakan ES tester adalah sebagai berikut:Sampel 1: 893,4 voltSampel 2: 1958,8 volt

7. Daftar Pustaka Rubiandini, Rudi,.”Catatan Kuliah TM-230 Teknik Pemboran dan Praktikum”. Penerbit ITB.

Bandung.

Moore, Preston L.”Drilling Practice Manual”.The Petroleum Publishing Co.Tulsa.1974.

Amoco Production Company, “Drilling Fluids Manual”