Perhitungan Aerated Drilling Perhitungan Lumpur Arated Drilling
Lumpur aerasi merupakan lumpur yang memberikan kondisi balance atau sedikit underbalance yang terdiri dari fasa gas dan fasa cairan. Densitas lumpur aerasi antara 4 – 6.95 ppg. Fasa Fasa gas yang diinjeksikan ke ke dalam lumpur dasar berfungsi untuk mengurangi densitas lumpur dasar yang digunakan. Tekanan underbalance !ub" adala# sebesar $%% – 5%% psi.
Volume Gas injeksi
&as merupakan 'uida yang kompresibel( kompresibel( se#ingga )olumenya akan beruba# ter#adap peruba#an tekanan dan temperature. Dengan demikian jika * scf gas diinjeksikan di permukaan( maka pada suatu kedalam dengan tekanan dan temperature temperature tertentu )olume gas tersebut akan menjadi+
Vgp = Vgs
((T_2
. P_1!(T_2 P_1!(T_ 2 . P_2
,eterangan + -gp
)olume gas pada suatu kedalaman D"( cuft
-gs
)olume gas pada kondisi permukaan s"( scf
T*
temperature temperature permukaan permukaan s"( /o /o
T$
temperature temperature rata – rata pada suatu kedalaman kedalaman d"( /o /o 0D1$" 2 3T T*
!*
tekanan permukaan( psia
!$
tekanan rata – rata pada suatu kedalaman( psi 0D 2 3!" !*1$
3T
gradient temperature( temperature( oF1*%% ft
3!
gradient tekanan( tekanan( psi1ft
Densitas gas juga akan beruba# ter#adap kondisi tekanan dan temperature pada kedalaman tertentu. ikia gra)ity gas 7" *( maka densitas gas 8gs " pada kondisi permukaan adala# +
8gs $:% 2 7 2 !;*"1T;*
8gp 8gs T;* . !;$"1T;$ . !;* ""
,eterangan + 8gs
densitas gas pada kondisi permukaan( scf
8gp
densitas gas pada kondisi suatu kedalaman( pcf
7
gra)ity gas
T*
temperatur permukaan s"( /o
T$
temperatur rata – rata pada suatu kedalaman( /o
!*
tekanan permukaan( psia
!$
tekanan rata – rata pada suatu kedalaman( psi 0D 2 3!" !*1$
Dengan demikian )olume gas yang diinjeksikan di permukaan untuk menurunkan densitas lumpur sampai didapat kondisi yang diinginkan dapat di#itung 8= . >=
8* . >* 8gp . >gp
8= . >* >gp " >gp
8* . >* 8gp . >gp
8;* . " >;* " ? 8;= . " >;*" "18;= ? " 8;gp " "
,eterangan + 8=
densitas lumpur aerasi( ppg
>=
laju )olumetric gas injeksi( gpm
8*
densitas lumpur dasar( ppg
>*
laju alir lumpur dasar( gpm
8gp
densitas pada kondisi suatu kedalaman( ppg
>gp
laju )olumetrik gas injeksi pada kondisi kedalaman( gpm
@esarnya densitas lumpur aerasi 8=" yang diinginkan dapat ditentukan dengan cara mengurangi #arga tekanan formasi !f " dengan #arga tekanan underbalance !ub" yang kemudian dikonfersi menjadi berat lumpur ppg".
!= !f – !ub
,eterangan + !=
tekanan yang diakibatkan lumpur aerasi( psi
!f
tekanan formasi( psi
!ub
tekanan underbalance( psi
7etela# didapat laju )olumetrik gas injeksi pada suatu kedalaman( maka selanjutnya adala# menentukan laju )olumetrik gas injeksi di permukaan dengan persamaan dibaAa# ini +
>gs >gp T;* . !;$"1T;$ . !;* ""
,eterangan + >gs
laju )olumetrik gas injeksi di permukaan( scfm
T*
temperatur permukaan s"( /o
T$
temperatur rata – rata pada suatu kedalaman( /o
!*
tekanan permukaan( psia
!$
tekanan rata – rata pada suatu kedalaman( psi 0D 2 3!" !*1$
"raksi #air Dalam Lumpur Aerated Drilling
@erdasarkan persamaan diatas maka fraksi )olume gas di dalam drillstring akan berkurang dengan semakin bertamba#nya kedalaman bertamba# tekanan dan temperature". 7ebaliknya( fraksi )olume gas akan bertamba# ketika naik ke permukaan di dalam annulus.
Flp -;lp1-;T -;tp1-;gp -;lp " Flp F;lo10F;lo *?F;lo ""1!1!;o " "
Fgp -;gp1-;T -;gp1-;gp -;lp " Fgp F;go10F;go *?F;go ""1!1!;o " "
Fgp Flp *
keterangan + Flo
fraksi lumpur dasar pada komdisi permukaan( B
Fgo
fraksi gas pada kondisi permukaan( B
Flp
fraksi lumpur dasar pada kondisi kedalaman( B
Fgp
fraksi gas pada kondisi kedalaman( B
-go
)olume gas pada kondisi permukaan( B
-gp
-olume gas pada kondisi kedalaman( cfm
-t ! !o
total )olume( cfm tekanan pada kedalaman tertentu( psi tekanan atmosfer( psi
Viskositas Lumpur Aerated Drilling
-iskositas lumpur aerasi adala# keta#anan lumpur aerasi ter#adap aliran( dengan satuan centipoise. Cntuk menentukan besarnya )iskositas 'uida dua fasa pada setiap kedalaman yang mempunyai tekanan dan temperatur yang berbeda dapat dicari dengan menggunakan persamaan dibaAa# ini+
= Fgp . gp " * – Fgp " . l
keterangan + = gp l Fgp
)iskositas lumpur aerasi( cp )iskositas gas( cp )iskositas lumpu dasar( cp fraksi gas pada kondisi kedalaman( B
Eal ini berarti ba#Aa )iskositas lumpur aerasi pada suatu kedalaman akan beruba# tergantung dari fraksi )olume gasnya. 7emakin dalam suatu pemboran( maka )iskositas lumpur aerasi dalam drillstring akan semakin besar karena fraksi )olume gas dalam lumpur aerasi semakin berkurang. 7ebaliknya ketika lumpur aerasi bersirkulasi menuju permukaan( )iskositas lumpur aerasi di annulus akan semakin berkurang( karena didalam annulus fraksi gas bertamba#.
$e%epatan Dan Pola Aliran Lumpur Aerated Drilling
,ecepatan lumpur aerasi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini +
Dalam drillstring -p" + -p >;=114" . 〖D;ip〗G$ " ( fpm
Dalam annulus -ann" + -ann >;=114" . 〖D;# "〗G$ ? 〖D;op〗G$ " " ( fpm
,eterangan + -p
kecepatan lumpur aerasi dalam drillstring( fpm
>=
laju alir lumpur aerasi( cfm
Dip
diameter dalam drillpipe( inci %.%H:: ft"
D#
diameter lubang bor( inci %.%H:: ft"
Dop
diameter luar drillpipe( inci %.%H:: ft"
Dengan mengeta#ui kecepatan lumpur aerasi maka pola aliran lumpur aerasi dapat diperkirakan dengan menggunakan bilangan /eynold +
Cntuk aliran drillstring + I/e *5(4 . D;ip . 8;= . -;!"1J;=
Cntuk aliran di annulus + I/e *5(4 . D;ep . 8;= . -;ann"1J;=
,eterangan + I/e Dip Dep
bilangan /eynold diameter dalam drillpipe( inci %.%H:: ft" diameter #idrolika annulus( inci %.%H:: ft"
8=
densitas lumpur aerasi( ppg
-p
kecepatan lumpur aerasi dalam drillstring( fpm
=
)iskositas lumpur aerasi( cp
-ann
kecepatan lumpur aerasi dalam annulus( fpm
7ecara teoritis( aliran akan + laminar jika I/K $%%%( transisi jika $%%% I/e 4%%% dan turbulen jika I/e M 4%%%
&etode Poettman Dan 'regmann
7elain dengan cara diatas gas laA"( penentuan )olume gas yang diinjeksikan dapat dilakukan dengan metode !oettman dan @ergmann. Dengan membaca graNk !oettman dan @ergmann. 7elain itu bisa juga dengan mengunakan per#itungan sebagai pengganti graNk.
7 4$ . D . 8;l "? H%H . !;=? !;s ""14(%* . T;$ " . 〖 ln〗!;=1!;s " ? %(%64 . D"
,eterangan + 7
)olume udara scf " yang diinjeksikan per barrel lumpur dasar
D
kedalaman( ft
8l
densitas lumpur dasar( ppg
!=
tekanan yang diakibatkan lumpur aerasi( psi
!7
tekanan atmosfer( psi
T$
temperatur rata – rata pada suatu kedalaman( /o
Pengangkatan er)uk 'or
7ala# satu faktor yang menyebabkan terjepitnya pipa dan #ilang sirkulasi adala# karena kurang optimumnya pembersi#an lubang bor ole# 'uida pemboran. @eberapa faktor yang mempengaru#i kemampuan 'uida pemboran untuk mengangkat serbuk bor melalui annulus adala#+ • • • • •
,ecepatan menggelincir slip" serbuk bor didalam annulus -ann" /#eologi 'uida pemboran ,ecepatan putaran pipa dan /O! ,emiringan lubang bor !ola aliran 'uida pemboran dan serbuk bor
@erdasarkan pengalaman dibanyak lapangan( konsentrasi kritis serbuk bor Pc" di dalam lubang bor yang diijinkan adala# tidak lebi# dari 4 B agar tidak terjadi masala# pemboran yang ber#ubungan dengan pembersi#an lubang bor. @erarti dibutu#kan kecepatan kritis -c " untuk mengeluarkan serbuk bor dari lubang bor agar konsentrasi serbuk bor di dalam annulus tidak melebi#i konsentrasi kritis Pc"
-c /O!16% . P;c " ( fpm
,eterangan + -c /O! Pc
,ecepatan kritis( fpm /ate of penetration( ft1#r konsentrasi kritis
7ementara serbuk bor sendiri mempunyai kecenderungan untuk bergerak berlaAanan ara# dengan 'uida pemboran atau disebut dengan kecepatan terminal serbuk bor -t".
Dalam aliran laminar + -t 49H% . dc . 8;c ? 8;="1J;= "
Dalam aliran transisi + -t *5 . dc . Q8;P ? 8;= "G$1:"18;= . J;= "G*1:" R
Dalam aliran turbulen + -t 9$(6 Sdc 8;P ? 8;="18;= " "
@ilangan /einold untuk serbuk bor + I/ec *5(4 . 8;= . -;t . dc"1J;=
7ecara teoritis( aliran yang melalui serbuk bor akan l aminar jika I/ec *( aliran transisi jika * I/ec $%%%( aliran akan turbulen jika I/ec M $%%%. Dengan demikian pembersi#an lubang bor akan cukup baik jika kecepatan lumpur aerasi di annulus -ann" melebi#i kumulatif kecepatan kritis -c" dan kecepatan terminal -t" serbuk bor.
-ann M -c -t
,eterangan + -ann
kecepatan lumpur aerasi di annulus ( fpm
-c
kecepatan kritis( fpm
-t
kecepatan terminal ( ftm
,ecepatan terminal serbuk bor pada lintasan )ertikal berbeda dengan kecepatan terminal lintasan berara#. /udy dan kaAan – kaAan membuat suatu persamaan untuk kecepatan minimum lumpur di annulus untuk mengangkat serbuk bor yang terdapat dalam lubang bor pada lintasan berara#.
Cntuk U 45o + -min -c Q* . 6%% ?/!<" . :8;= """1$%$5%%R . -t( fpm
Cntuk V 45o + -min -c Q* 6%% ?/!<" . :8;= """145%%R . -t( fpm
,eterangan + -min kecepatan minimum( fpm -c
kecepatan kritis( fpm
-t
kecepatan terminal( fpm
8=
densitas lumpur( ppg
/O!
rate of penetration( ft1#r
@esarnya eNsiensi transport cutting ditentukan dengan -T
-ann ? -t
Kt
-;T1-;ann 2 *%%B
Dengan menggunakan persamaan /udy tersebut dapat diketa#ui apaka# pengangkatan serbuk bor dari annulus suda# baik atau belum. !engangkatan cukup baik( jika + -ann M -min !engangkatan serbuk kurang baik( jika + -ann -min
Cntuk optimasi /O! ditentukan dengan memper#atikan besarnya konsentrasi cutting( konsentrasi maksimum yang baik adla# 4 B.
Pa
/O! 2 〖D;#〗G$"1*4(* 2 K;t " 2 >"
,eterangan + /O!
/ate of penetration( ft1#r
-T
Putting transport( ft1min
Kt
KNsiensi cutting transport( B
Pa
,onsentrasi cutting dalam 'uida pemboran di annulus
D#
Diameter lubang bor( inc#
>
laju alir lumpur aerasi( gpm
Cntuk per#itungan indeks pengendapan cutting maka terlebi# da#ulu dicari kecepatan terminal seara# lubang sumur -ta" dan kecepatan terminal radial -tr" -ta *16% 2 -t 2 cos W -tr *16% 2 -t 2 sin W
Dengan adanya -tr cutting akan mengendap dalam Aaktu Ts( yang ditentukan dengan rumus berikut+ TsD! *1*$D;#?D;op""1-;tr TsDP *1*$D;#?D;oc""1-;tr
7edangkan jarak yang ditempu# sebelum cutting mengendap adala# Lc -ann – -ta" 2 Ts Cntuk indeks pengendapan cutting dapat di#itung dengan rumus+ !@X ,eterangan + D#
diameter lubang bor( inc#
Doc
diameter luar drillcollar( inc#
Dop
diameter luar drillpipe( inc#
-ann
kecepatan annulus
-t
kecepatan terminal serbuk bor
