TEORI DASAR PERENCANAAN CASING PEMBORAN
Suatu operasi pemboran minyak dan gas bumi dilaksanakan dengan tujuan untuk membuat lubang dimana pipa produksi dapat diletakkan. Pipa produksi yang berfungsi sebagai sebagai tempat memproduksikan memproduksikan hidrokarbon hidrokarbon didalam didalam lapisan bumi ini dipasang setelah tahap pemboran dan tahap pemasangan casing selesai dilak dilaksa sana naka kan. n. Pema Pemasan sanga gan n pipa pipa casin casing g terseb tersebut ut akan akan dises disesua uaik ikan an deng dengan an kedalaman target yang telah direncanakan. Perencanaan pembuatan casing atau desain casingini merupakan kegiatan penting yang termasuk pada lingkup teknik pemboran suatu sumur. Perencanaan Perencanaan casing sangat sangat erat hubunganny hubungannyaa dengan dengan besarnya besarnya tekanan, tekanan, baikyang disebabkan oleh tekanan hidrostatikdari lumpur ataupun bubur semen, yang menyangkut tekanan dari luar casing (collapse ( collapse pressure), pressure), dari dalam casing (burst pressure) pressure) dan beban tension. tension. Oleh karena itu dibutuhkan suatu alat yang berfungsi untuk dapat menahan tekanan tersebut. ters ebut. Alat yang dimaksud adalah pipa selubung atau casing . Pipa selubung yang terbuat dari material baja ini merupakan campuran besi baja dengan sejumlah karbon Fe !. Sebatangcasing Sebatangcasing disebut disebut dengan satu joint satu joint , ketika beberapa casingdisambung menjadi satu rangkaian dan dimasukan di dalam lubang lubang sumur, sumur, maka rangkaian rangkaian itu disebut disebut sebagai sebagai rangkaian rangkaian casingatau casing string . "ujuan "ujuan utama utama dari dari perenc perencanaa anaan n casing casing adalah adalah mendap mendapatka atkan n rangka rangkaian ian casing yang cukup kuat untuk melindungi sumur baik selama kegiatan pemboran berlangsung maupun pada saat berproduksi, berproduksi, dengan biaya termurah.
9
10
3.1 Fungsi Fung si Casing Casi ng
Sebagai salah satu komponen terpenting, casing memiliki berbagai fungsi yang menunjang keberhasilan kegiatan pemboran, yaitu# 3.1.1 3.1.1
Mence Mencegah gah Gugurn Gugurnya ya Dind Dinding ing Suur Suur..
Pada Pada lapisa lapisan n batu batuan an yang yang tidak tidak terk terkon onso soli lida dasi si deng dengan an baik baik,, maka maka saat saat pemboran menembus lapisan tersebut dapat menyebabkan terjadinya pembesaran lubang lubang bor. bor. Pembesaran Pembesaran
pada
lubang lubang
bor
ini
adalah akibat akibat
runtuhnya runtuhnya
dinding sumur, lebih jauh apabila lapisan lunak ini berselang$selingdenganlapisan keras makaakan memberikanefekpembelokanterhadap memberikanefekpembelokanterhadapdrill drill string . 3.1.! 3.1.!
Menu" Menu"u# u# $%na $%na Ber" Ber"e&a e&anan nan A'n%r A'n%ra( a( dan dan $%na $%na Loss. Loss.
%ona bertekanan abnormal adalah &ona yang dapat menyebabkan menyebabkan terjadinya well kick , yaitu masuknya fluida formasi ke dalam lubang bor. Sedangkan &ona loss adalah loss adalah &ona di mana lumpur pemboran menghilang masuk ke dalam formasi (invaded zone). 3.1. 3.1.3 3
Te#a" #a" )ed )edud udu& u&an an Wellhead, BOP* dan Pera(a"an Pr%du&si. 'epala sumur (wel (wellh lhea ead d) adal adalah ah peral peralata atan n yang yang digu diguna naka kan n untu untuk k
mengontrol sumur yang terdiri dari kepala pipa selubung, kepala pipa sembur, dan silang sembur. Blow sembur. Blow Out Preventer (OP) (OP) merupakan peralatan untuk mematikan sumur sumur yang yang berada berada dalam kondisi kondisi kick . uduka udukan n OP OP diletakan diletakan pada surface casing . 3.1.+ 3.1.+ Mence Mencegah gah ,u' ,u'un ungan gan An"ar An"ar F%ras F%rasi. i. !asing sangat dibutuhkan untuk memisahkan dua lapis &ona produktif. Sebagai Sebagai contoh contoh apabil apabilaa suatu suatu sumur sumur dapat dapat mengha menghasilk silkanm anminy inyak ak dan gas dari dari
11
lapisan yang berbeda dan dikehendakiuntuk diproduksi bersama$sama maka untuk memisahkan dua lapisan produktif tersebut dipasang casing dan packer. 3.! Ti#e Casing Casi ng
Suat Suatu u
oper operas asii
pembo embora ran n
memb embutuh utuhka kan n
rang rangka kaia ian n
casi casin ng
dalam alam
pelaksanaannya untuk mencapai kedalaman total yang diinginkan. *angkaian yang yang nant nantin iny ya akan akan dire direnc ncan anak akan an terd terdir irii dari dari bebe bebera rapa pa tipe tipe casi casing ngy yang ang dikl diklas asif ifik ikas asii
deng dengan an
kete keteta tapa pan n
inte intern rnas asio iona nal. l.
"ipe ipe
casi casing ng
berd berdas asar arka kan n
pemakaiannya adalah sebagai berikut# 3.2.1
Stove Pi Pipe
Stov Stovee pipe pipe adalah adalah pipa pipa konduk konduktor tor yang yang dipakai dipakai pada pada pembor pemboran an lepas lepas pantai (offshore). offshore). Stove Stove pipe pipe berfungsi sebagai pipa pondasi, mencegah dinding form formasi asi yang yang lemah lemah dekat dekat perm permuk ukaan aan muda mudah h runt runtuh uh,, untu untuk k meng mengua uatk tkan an permukaan tanah tempat kedudukan dari kaki rig. Stove Stove pipe bukan merupakan tempat dari wellhead assembl dan dipasang dengan cara ditumbuk. Stove pipe ini mempunyai ukuran dari + in. sampai -+ in.
3.2. 3.2.2 2
Cond Conduc ucto torr Casi Casing ng
!onduc !onductor tor casing casing adal adalah ah casing casing string pertama pertama yang akan dijalankan, dijalankan, sehingga memiliki diameter terbesar. Fungsinya adalah untuk menutup formasi tak terkonsolidasi pada kedalaman dangkal yang, dengan sirkulasi lumpur terus mene meneru rus, s, akan akan hany hanyut ut.. Form Formasi asi perm permuk ukaa aan n memu memung ngki kina nan n untu untuk k memi memili liki ki
12
kekuatan yang rendahuntuk pecah dan dapat dengan mudah dilampaui oleh tekanan hidrostatik yang diberikan oleh cairan pengeboran saat mengebor lubang di bagian yang lebih dalam. Pada kedalaman dimana formasi permukaan lebih kuat dan kurang mungkin terkikis, pipa konduktor mungkin tidak diperlukan. 3.2.3
Surface Casing
Surface !asing dijalankan setelah konduktor dan umumnya ditetapkan pada sekitar /// $ 0// ft di ba1ah permukaan tanah atau dasar laut. Fungsi utama dari surface casing adalah untuk menutup setiap lapisan pasir yang mengandung air ta1ar ( fresh water sand) dan mendukung kepala sumur dan OP peralatan. 'edalaman pengaturan casing string ini penting di daerah dimana diperkirakannya terdapat tekanan abnormal yang tinggi. 2ika casing diatur terlalu tinggi, formasi ba1ah casing mungkin tidak memiliki kekuatan yang cukup untuk memungkinkan baik untuk shut"in dan mematikan saat terjadinya gas influ# ketika pemboran bagian lubang berikutnya. 3.2.4
Intermediate Casing
Pemakaian intermediate casing disebut juga dengan protective casing , karena fungsi utama casingini ialah menutup formasi$formasi yang dapat menimbulkan kesulitan selama operasi pemboran berlangsung, seperti sloughing shale$ lost circulation, tekanan abnormal, kontaminasi lumpur dan lain sebagainya. Suatu sumur dapat mempunyai lebih dari satu intermediate casing , tergantung dari kondisi yang dihadapi selama pemboran.
13
3.2.
Production Casing
!asingini disebut juga dengan oil string . Production casing dapat dipasang melalui pa zone, di$ set tepat di atas pa zone (untuk open"hole completion atau sebelum menjalankan liner ), atau dipasang sampai ke dasar formasi produktif sebagai perforated casing completion. "ujuan utama casing ini adalah untuk mengisolasi inter3al produksi dari formasi lain dan4atau bertindak sebagai saluran untuk pipa produksi . !asingini berfungsi untuk memisahkan lapisan yang mengandung minyak dari lapisan$ lapisan lainnya dan melindungi alat$alat produksi yang terdapat di ba1ah permukaan seperti pompa dan sebagainya. 3.2.!
Liner
%iner memiliki fungsi yang sama dengan production casing , tetapi tidak dipasang hingga ke permukaan. Panjang liner lebih pendek dan harganya lebih murah dibandingkan production casing . Apabila pada akhir operasi pemboran diperoleh ukuran lubang yang sangat kecil, sementara sumur tidak terlalu dalam maka diperlukan casingdengan toleransi yang sangat kecil. 5ntuk persoalan semacam ini akan dipergunakan liner.6ambar . adalah penampang rangkaian casing pada operasi pemboran.
14
6ambar . Penampang !asing Pemboran+) 3.3 )(asi-i&asi CasingBerdasar&an S"andar API
7enurut standar yang dikeluarkan oleh AP8, spesifikasi dari casingbisa dibedakan berdasarkan pada diameter, berat nominal, grade dan range length. 3.3.1
Diae"er Casing
Spesifikasi dari diameter casing meliputi outsidediameter (O) casing dan nominal ketebalan dinding casing yang mendefinisikan sifat unit berat. "oleransi ketebalan dinding casing minimum adalah 9:,0; dari nominal
15
ketebalan dinding casing. Sedangkan untuk ukuran diameter luar (O) casing diantaranya adalah -$4+<, 0<, :<, :$049<, 9$049<, =$049 <,$49<, <, dan +/<. iameter casing dibedakan menjadi macam, yaitu diameter luar (O), diameter dalam (8), dan drift diameter. iameter luar (O) dari casing diukur pada bagian tubuh casing, bukan pada bagian sambungan. Sedangkan diameter dalam (8) casing diukur pada bagian dalam dari casing. Alat yang biasa digunakan untuk mengukur diameter dalam dari casing disebut &rift 'andrel (sering disebut sablon atau rabit), dengan diameter 49< lebih kecil dari insidediameter . 7aksimum 8 casing dikontrol oleh O casing dan minimum ketebalan dinding casing. Sedangkan untuk minimum 8 casing dikontrol oleh drift diameter. &rift diameter adalah diameter maksimal suatu benda yang dapat dimasukan ke dalam casing. &rift diameter lebih kecil dari diameter dalam. &rift diameter digunakan untuk menentukan nominal pahat yang berperan untuk melanjutkan pemboran berikutnya, setelah suatu pipa selubung terpasang. 3.3.!
Bera" N%ina( erat nominal suatu casing adalah berat rata$rata casing beserta
coupling nya persatuan panjang. Pada umumnya, berat nominal casing adalah antara =,0/$,/ dengan satuan pound per feet atau ppf (lb4ft). erat nominal dan diameter luar merupakan indikasi ketebalan pipa dari casing. 7aka berat nominal dan ketebalan casing menentukan ukuran besar diameter dalam dan ukuran kapasitas 3olume dari casing. Semakin tebal suatu casing pada ukuran yang sama berarti semakin berat casing tersebut seperti pada tabel .. "abel . !ontoh erat !asing )
16
3.3.3
6rade !asing
O in.
8 8n.
>eight ?b4ft
?$9/
=.+0
9.00
0.0
P$/
=.+0
9.9
-:
@$9/
=.+0
9.:00
-.0
'$00
=.+0
9.90
-/
Ti#e Sa'ungan Casing
Alat yang digunakan untuk menyambung casing disebut coupling . !oupling dapat dibedakan berdasarkan diameter, grade dan bentuk ulirnya.alam membicarakan masalah coupling , terdapat beberapa istilah, diantaranya adalah joint strength dan bod ield . al ini mengakibatkan terjadinya penurunan kapasitas beban tension yang dapat ditanggung pada sambungan, untuk dapat menghasilkan effisiensi joint casing menjadi //; maka dinding casing pada bagian ulir sama dengan luas penampang dinding casing.Sambungan pada casing bekerja seperti gigi yang yang saling menggigit satu dengan yang lain. Pada rencanaan pipa selubung sumur, perhitungan beban tension harus benar diperhatikan terutama pada kekuatan setiap sambungan casing. al ini disebabkan karena pada bagian sambungan merupakatan titik terlemah, kecuali jika digunakan coupling yang mempunyai efisiensi //;.eberapa jenis casing yang ditinjau dari penyambung (coupling ) dan ulir (thread ) menurut AP8 adalah sebagai berikut #
17
a. "ound #hread Coupling ound hread !oupling mempunyai ulir seperti B,. "ipe sambungan ini
ada dua macam yaitu %ong hread !oupling (%!)yang memiliki / ulir per inchi panjang coupling d an Short hread !oupling (S!) dengan 9 ulir per inch. ?"! mempunyai tension length /; lebih kuat daripada S"!. Cfisiensi kedua coupling ini kurang dari //;. '. $utress #hread Coupling Sambungan jenis ini memiliki bentuk ulir sepert trapesium dan mempunyai lima ulir per inchi panjang coupling dan effisiensi joint $nya adalah //;. entuk ulir yang demikian akan mengurangi kemungkinan terjadinya slip. Buttres hread !oupling digunakan untuk tension load yang besar atau untuk rangkaian casing yang panjang. c. %&treme Line #hread Coupling Sambungan jenis ini memiliki ulir yang menyatu dengan badan casing. hread atau ulirnya berbentuk trape&ium atau persegiempat. 5lirnya berjumlah lima setiap inch. *#treme line casing ini memiliki ketahanan yang besar terhadap kebocoran dalam penyambungannya. entuk ulir ini juga cocok digunakan pada temperature dan tekanan yang tinggi, contohnya pemakaian pada drill string . 6ambaran untuk ketiga jenis dan tipe sambungan casing tersebut dapat dilihat pada gambar .+ berikut#
18
6ambar .+ 2enis 5lir !asing) 3.3.+
Panang Casing
Panjang casing sebenarnya telah distandarisasi dan diklasifikasikan oleh AP8, namun dapat memungkinkan apabila panjang casing disesuaikan dengan kebutuhan pemakaian. !ontoh klasifikasi panjang joint casing sesuai standard AP8 adalah pada tabel .+ berikut# "abel .+ ange Panjang !asing -)
19
3.3./
*ange
?ength (ft)
A3erage ?ength (ft)
$+0
++
+
+0$-
-D
-+
'rade Casing
'ualitas atau kekuatan mutu bahan suatu casing dapat terlihat dari gradenya. Setiap grade mempunyai komposisi kimia yang berbeda E beda, sehingga nilai phsical propert yang dimilikinya pun berbeda E beda juga. Semakin tinggi nilai grade dari casing maka nilai ield strenght yang dimilikinya pun akan semakin tinggi juga. +ield strength didefinisikan sebagai besarnya beban tension minimum, di mana terjadi penguluran /.0; dari panjang pipa, kecuali pada grade P/ yang sebesar /.0; dari panjang pipa. 'ekuatan dari suatu casing erat kaitannya dengan nilai grade dari casing tersebut, terutama pada besarnya ukuran tension yang dapat diterima oleh suatu casing. 2enis casing yang dipilih juga harus berdasarkan tekanan minimum ield strenght dan tekanan ultimate tensile strenght . 7inimum ield strenght adalah titik di mana mulai terjadinya kerusakan pada casingdan ultimate tensile strenght adalah point ketika casing benar E benar akan mengalami kerusakan. "abel .
20
!asing ,rade and Properties 0)
API Grade
0ie(d S"reng"h #si2
Tensi(e S"reng"h ('s2
Min.
Ma.
,4+5
-/.///
9/.///
/.///
64//
00.///
9/.///
:0.///
)4//
00.///
9/.///
=0.///
C47/
:0.///
=/.///
=0.///
8495
9/.///
=0.///
=0.///
N495
9/.///
/.///
//.///
P4115
/.///
-/.///
+0.///
:41/5;
0/.///
9/.///
/.///
3.+ Perencanaan Casing
al pertama yang dilakukan pada perencanaan casing adalah seleksi kedalaman di mana casing di$run dan disemen, disebut sebagai casing setting depth. !asing pada suatu pelaksanaan pemboran akan diaplikasikan pada kedalaman yang sudah ditargetkan sesuai dengan hasil perhitungan, yang kemudian disusul dengan proses penyemenan.
21
alam mendesain dan merencanakan sumur, kita perlu mengetahui bagaimana cara mendesainsusunan casing yang akan digunakan. Sistem perencanaan casing meliputi beberapa faktor penting, diantaranya yaitu# a. "ekanan pori (pore pressure) atau sering juga disebut sebagai "ekanan Formasi (formation pressure)."ekanan rekah4gradient rekah (-racture gradient). b. ari data$data pore pressure dan fracture gradient , didapatkan setting depth dari tiap$tiap bagian casing. c. Perencanaan untuk beban$beban yang akan dialami oleh rangkaian casing. eban$beban tersebut adalah beban beban collapse$ beban burst$ dan
beban
tension. eberapa faktor diatas perlu diperhatikan sehingga dalam mendesain suatu sumur eksplorasi dapat ditentukan perencanaan desain casing yang efektif dan efisien, khususnya dalam mendesain ukuran lubang bor yang akan dikerjakan. 7endapatkan perencanaan secara ekonomis, rangkaian casing sering terdiri atas beberapa bagian kelas baja, ketebalan dinding, dan jenis coupling yang berbeda$ beda. engan desain casing yang tepat maka biaya pemboran akan menjadi lebih ekonomistanpa melupakan faktor keamanan. 3.+.1
Te&anan P%ri dan Te&anan F%rasi
"ekanan formasi didefinisikan sebagai tekanan pada fluida formasi yang terjebak di dalam rongga atau pori$pori batuan. "ekanan formasi juga bisa disebut sebagai tekanan pori (pore pressure)$ tekanan ini menahan sebagian berat batuan yang berada diatasnya (overburden)$ dan bagian lainnya yang ditahan oleh butir$ butir batuannya. Suatu tekanan formasi dapat dikatakan normal apabila nilainya
22
sama dengan tekanan hidrostatis lumpur. C3aluasi tekanan formasi merupakan bagian dari perencanaan sumur pada pelaksanaan operasi pemboran yang aman. Oleh karena itu, perlu untuk mengetahui tekanan formasi dan gradient tekanan, sehingga berat lumpur dapat dioptimalkan. "ekanan
hidrostatik
(hdrostatic
pressure)
memiliki
arti
dimana
tekanannya diakibatkan oleh beban fluida yang berada di atasnya. al ini dikarenakan sebagian besar tekanan o3erburden ditahan oleh matriks batuan. "ekanan hidrostatik dapat dirumuskan sebagai berikut# P /./0+ G 7> G epth HHHHHHHHHHHHH.HHHHH.. (.) imana# $ $ $
P "ekanan hidrostatik, psi epth 'edalaman, ft 7> 7ud >eight, ppg Saat merencanakan atau melakukan proses pemboran sumur akan lebih mudah bila nilai tekanan hidrostatik disamakan sebagai nilai gradient tekanan (pressure gradient). 6radien tekanan adalah besarnya kenaikan tekanan per unit dari kedalaman 3ertikal, sebagai contoh adalah psi4ft. Perlu diingat bah1a densitas fluida yang dihitung dalam ppg atau S6 juga merupakan gradien. @amun apabila pressure gradient dipakai untuk menghitung besarnya tekanan di lubang sumur, harga yang biasa dipakai adalah *uivalent 'ud /eight (C7>) dalam ppg. @ilai tekanan formasi (pori) itu sendiri dapat diklasifikasikan sebagai gradient tekanan yang umumnya diklasifikasikan menjadi# a. Te&anan P%ri N%ra((normal pore pressure)
23
"ekanan formasi normal memiliki nilai yang sama dengan tekanan hidrostatiknya, yaitu apabila besarnya tekanan yang dikandung cairan pengisi rongga formasi sama dengan tekanan kolom cairan yang ada di dalam dasar formasi sampai ke permukaan. 7aka apabila formasinya terbuka dan dapat mengisi kolom yang kedalamannya sama dengan kedalaman formasi, maka tekanan di ba1ah formasi akan sama dengan tekanan formasi serta tekanan di permukaan sama dengan nol. "ekanan formasi normal tidak selalu konstan. esarnya tekanan pore pressure memiliki nilai yang ber3ariasi atas konsentrat garam yang terlarut, tipe fluida, gas yang terkandung, dan gradien tekanan. !ontohnya apabila kandungan konsentrat garam terlarutnya bertambah, harga normal pore pressurenya pun akan ikut bertambah. Pada formasi air ta1ar besarnya gradien tekanan hidrostatiknya sebesar /,- psi4ft atau =,9 'Pa4m dan untuk formasi air asin gradient tekanan hidrostatiknya sebesar /,-0 psi4ft atau /,- 'Pa4m.7aka apabila suatu formasi memiliki gradient tekanan hidrostatik sebesar /.= psi4ft dengan kedalaman /// ft, maka formasi tersebut memiliki tekanan formasi normal sebesar =/ psi. Penentuan tekanan formasi dapat dilakukan dari analisa log dengan menggunakan data *F", 0eutron log dan &ensit log atau dari data &rill Stem est (S"). '. Te&anan P%ri A'n%ra((a*normal pore pressure)
1bnormal Pore Pressure didefinisikan sebagai tekanan pori yang nilainya lebih besar dari tekanan hidrostatik. Pada kondisi yang sering dijumpai, tekanan formasi memiliki nilai lebih besar dari tekanan normal yang menyebabkan
24
terjadinya tekanan abnormal (abnormal pressure). al ini disebabkan karena kompaksi batuan oleh sedimen yang berada di atasnya sedemikian rupa sehingga air yang keluar dari lempeng tidak langsung dapat menghilang dan tetap berada dalam
batuan semula.
"ekanan
overburden yang
ada
cukup
membuat
terkompresinya 3olume pori dari batuan sedimen, karena cairan berada di dalamnya maka akan mengalir menuju daerah yang lebih porous dan permeable. arga tekanan abnormal ini didapat dari komponen hidrostatik normal ditambah dengan tekanan tambahan tersebut. isebut juga sebagai overpressure atau geopressure$ tekanan abnormal inilah alasan diperlukannya peralatan seperti OP. esarnya gradient tekanan overburden normal biasanya dianggap sebesar psi4ft, yaitu diambil dengan menganggap berat jenis batuan rata$rata sebesar +, dikalikan dengan berat jenis air. engan besarnya nilai gradient tekanan air adalah /,- psi4ft, maka gradient tekanan o3erburden sebesar +, G /,- psi4ft ,/ psi4ft. *umus umum tekanan o3erburden sebagai berikut.
σ vb =0.052 × ρ b × D
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH(.+)
imana # $ $ $
σ vb
"ekanan overburden, psi
epth, ft
ρb
ensitas bulk, ppg
c. Te&anan F%rasi Su'n%ra( (a*normal pore pressure)
25
"ekanan formasi subnormal adalah tekanan yang terjadi akibat tekanan pori yang lebih kecil dari tekanan hidrostatik normalnya. engan kata lain gradient tekanan subnormalnya lebih kecil dari gradien tekanan air ta1ar, sehingga menyebabkan formasi tersebut mempunyai pori$pori yang dan mengakibatkan besarnya permeabilitas formasi tersebut. "ekanan ini disebabkan oleh gaya$gaya yang bekerja pada lapisan stratigrafi, tektonik, dan histori geokimia areanya atau dapat pula karena pekerjaan produksi fluida reser3oir.
3.+.!
Gradien Re&ah a"au Te&anan Re&ah "ekanan rekah adalah tekanan hidrostatik formasi maksimum yang dapat
ditahan tanpa menyebabkan terjadinya pecahnya rangkaian casing. esarnya gradient tekanan rekah diperngaruhi oleh besarnya tekanan o3erburden, tekanan formasi, dan kondisi kekuatan batuan. 6radien rekah (fracture gradient) perlu diketahui karena sangat berguna ketika meneliti kekuatan dasar selubung (casing), sedangkan bila gradient tekanan rekah tidak diketahui maka akan mendapat kesulitan dalam pekerjaan penyemenan dan penyelubungan sumur. Ada dua metode untuk menghitung gradient rekahan ini, yaitu metode leak"off test (?O") dan metode analisa stress. a. Lea+-ff #est 7etode ini menggunakan lumpur untuk menekan sumur hingga melebihi
tekanan formasi dan terjadi rekahan pada formasi. asil dari tekanan pada rekahan dicatat dan ditambahkan dengan tekanan hidrostatik lumpur pada lubang untuk mengetahui total tekanan yang dibutuhkan, sehingga terjadi rekahan pada
26
formasi. 7etode ini juga menggunakan %eak"off test untuk mengetahui gradient rekahannya. %eak"off test biasanya dilakukan setelah casing dipasang dan sebelum membor lubang (kedalaman) berikutnya. %eak"off test biasanya dilakukan pada sumur$sumur ekplorasi. ?O" dilakukan untuk menentukan tekanan maksimum dari formasi yang dapat menahan casing tanpa menyebabkan pecahnya atau merekahnya casing. Prosedur normal adalah dengan menutup sumur dengan OP ( Blow Out Preventer ) dan kemudian terjadi peningkatan tekanan pada sistem shut"in sampai a1al formasi menerima fluida dengan memasang tekanan secara perlahan pada drill pipe."ekanan direkam sebagai penambahan lumpur yang akan dipompakan ke dalam lubang. Penambahan lumpur biasanya ditentukan oleh ukuran stroke pompa. Pengukuran lumpur secara teratur biasanya tidak mempunyai kepekaan yang cukup dan pengukuran sebuah tekanan dilanjutkan sampai tekanan maksimum yang diinginkan tercapai atau tekanan dimulai pada garis permukaan yang menjauh. Pada titik ini pompa dihentikan. 'etika tekanan pada garis permukaan menjauh, ini menunjukan cairan (fluida) akan masuk 4 meresap ke dalam formasi yang menandakan formasi telah rekah. "ekanan lumpur harus dipasang secara perlahan karena sesaat setelah leak"off pressure dicapai, maka formasi akan merekah dan pecah. %eak"off test dilakukan hanya jika dibutuhkan. Pada kasus ini, tekanan harus dinaikan hingga jumlah maksimum yang dibutuhkan, sehingga tidak perlu sampai tekanan leak"off dicapai. iba1ah ini gambar . contoh grafik leak"off test
27
Leak-of
Leak-
'. Me"%de Ana(isa Stress
7etode ini menggunakan metode analisa stress untuk memprediksikan gradien rekahan. Ada beberapa metode yang sering digunakan, yaitu # . 7etode ubbert dan >illis. 7etode ini didasari atas teori rekah yang terjadi saat tekanan fluida yang dipakai melebihi banyaknya minimum effective stress dan tekanan formasi. 5ntuk gradien overburden, rasio poisson (3) dan tekanan formasi menjadiI
28
(
(v FG = /(1-v))(
)(
( σ v - Pf ❑ ❑
)/D)
)
+
Pf ❑ ❑
/D
HHHHHHHHH.HHHHHHH..
HH(.) imana# $ F6 -racture ,radient$ ppg $ 3 *asio Poisson Pf $ average fluid densit, ppg +. 7etode 7atthe1s dan 'elly. . 7etode Caton. -. 7etode !hristman. 3.+.3
Casing Setting epthCSD2
Perencanaan pertama dalam desain sumur adalah seleksi kedalaman dimana casing di$run dan di semen. &rilling engineer dalam perencanaan casing setting depth harus mempertimbangkan kondisi geologi, seperti# tekanan formasi dan fracture gradient , hole problem, dan hal$hal lainnya. @amun selama operasi pemboran berlangsung sering terjadinya masalah$ masalah seperti hilang sirkulasi lumpur (lost circulation). al ini diakibatkan oleh pecahnya formasi di ba1ah kaki casing oleh underground blow out 'edua masalah di atas sering timbul akibat perencanaan casing setting depth yang kurang tepat. 'esalahan dari program setting depth casing juga akan menyebabkan gagalnya rangkaian casing apabila hasilnya terlalu dalam atau terlalu dangkal.
29
6ambar . !asing Setting &epth -) 7enentukan kedalaman casing (casing setting depth) dia1ali dengan menentukan garis pore pressure gradient dan fracture gradient . ?angkah berikutnya adalah dengan menambahkan safet factor untuk trip margin pada pore pressure dan kick margin pada fracture gradient masing E masing sebesar /./+0 C7>, dilanjutkan dengan membuat garis mud gradient atau hdrostatic pressure. Setelah itu mulailah mendesain casing dengan metode Bottom 2p !asing &esign. esain ini akan dimulai dari ba1ah sumur ke permukaan dan setting depth didesain dengan safet factor limits. Proyeksi tekanan formasi dan gradient rekah bisa didapatkan melalui informasi offset well$ resistitit$ sonic$ dan radioaktif log, informasi pemboran dan lumpur, bersamaan dengan interpretrasi geologi, dapat dipersiapkan suatu e3aluasi tekanan formasi terhadap kedalaman.
3./Pe'e'anan Pada Casing
30
alam pelaksanaan operasi pemboran dibutuhkannya suatu rangkaian casing untuk mencapai kedalaman total yang diinginkan. ?angkah pertama dalam desain casing adalah penentuan jenis kondisi yang dapat membuat masing$masing kemampuan menahan beban mencapai harga terbesar serta penentuan distribusi beban tersebut terhadap kedalaman. Pada metoda ma#imum load$ burst merupakan kriteria pertama dalam menentukan pemilihan casing. asil sementara perencanaan ini kemudian diuji mengikuti urutan terhadap beban collapse, burst, dan terakhir beban tension.
3.1.1
Collapse Pressure !ollapse pressure adalah gaya yang bekerja dari luar casing yang menekan
casing pada saat berada di dalam sumur.
6ambar ."ekanan !ollapse -) 2ika pengaruh tekanan diluar casing lebih besar daripada tekanan di dalam, maka casing akan mengalami collapse. "ekanan collapse (luar casing) berasal dari berat fluida pemboran sedangkan tekanan dalam casing berasal dari kolom lumpur sampai di ba1ah kaki casing akibat hilang sirkulasi. 3.1.! $urst Pressure
31
"ekanan burst adalah tekanan minimum yang dapat menyebabkan pecahnya casing. eban burst berasal dari tekanan kepala sumur, tekanan hidrostatik lumpur, tekanan pada saat penyemenan, stimulasi dan semua kondisi yang dapat menyebabkan harga tekanan Pi dikurang Pe menjadi positif. 5ntuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar .0, tekanan burst (dalam casing) berasal dari kolom fluida pemboran yang naik akibat kolom gas menekan karena underground blowout$ sedangkan tekanan luar berasal dari saturasi air asin.
6ambar .0 "ekanan Burst 0) 3.1.3
#ension Pressure
eban tension adalah beban yang ditimbulkan oleh berat rangkaian casing. Setiap sambungan casing harus menanggung berat rangkaian casing yang tergantung di ba1ahnya. 2adi beban tension terbesar terdapat di permukaan dan mengecil sampai nol di suatu titik pada rangkain casing. Pemboran pada umunya
32
tidaklah menghasilkan lubang yang benar$benar lurus, melainkan ada de3iasi. !asing yang dipasang pada lubang yang mengalami de3iasi ini akan memperbesar beban tension.
3.! Perencanaan Casing (Casing esign)
Perencanaan casing merupakan hal yang penting untuk mentukan rangkaian casing yang tepat untuk suatu sumur karena rangkaian casing inilah yang akan menahan tekanan dari dalam sumur baik tekanan dari luar sumur ataupun dari dalam sumur. Pada penjelasan fungsi casing, apabila casing mengalami kegagalan maka akan timbul permasalahan seperti gugurnya dinding sumurdan terkontaminasinya air tanah oleh lumpur. !asing ini juga berfungsi sebagai tempat kedudukan OP. Secara garis besar ada dua metoda yang dapat digunakan untuk mendesain casing, yaitu metoda ma#imum load . 7etoda ini mencari nilai safet factor (SF),yaitu angka keselamatan sebagai rasio minimum dari ketahanan casing. Angka keselamatan ini sangat penting menentukan jenis casing yang optimal untuk suatu sumur. Angka ini didapat dengan membandingkan rating tahanan casing dari katalog casing dengan tekanan dari pembebanan yang dihitung, dengan SF standar AP8 untuk masing$masing pembebanan yang terjadi pada casing yaitu # • • •
!ollapse /.90 E .+0 urst . "ension . $ .9 Selain itu hasil yang akan diperoleh adalah data perencanaan pemasangan
casing yang sesuai untuk kegiatan pemasangan casing tersebut, yaitutekanan
33
collapse, tekanan burst , beban tension, biaya dari penggunaan casing. ata ini dapat dicari dengan menggunakan metode 'a#imum %oad.
3.1.1
Me"%da /a&imum Load
?angkah pertama dalam desain casing adalah penentuan jenis kondisi yang dapat membuat masing$masing kemampuan menahan beban mencapai harga terbesar serta penentuan distribusi beban tersebut terhadap kedalaman. engan membuat kemampuan menahan masing$masing beban mencapai harga terbesar, maka akan diperoleh rangkaian casing paling kuat. Pada metoda beban maksimum, penentuan jenis kondisi dilakukan berdasarkan kondisi terburuk, yaitu# a. eban collapse maksimal terjadinya pada saat sumur mengalami lost circulation. b. eban burst maksimal saat sumur mengalami kick. Pada metoda ini collapse merupakan kriteria pertama dalam menentukan pemilihan casing yang dilanjutkan dengan burst. 5ntuk tekanan burst dan collapse selalu dihitung pada permukaan dan kaki casing, tekanan yang diambil merupakan tekanan yang terbesar antara kedua lokasi tersebut karena metoda ma#imum load mencari tekanan terbesar. 'emudian hasil dari perhitungan kedua beban tersebut P at surface dan P at shoe diplot ke dalam grafik, pada grafik tersebut akan ada burst line dan collapse line dimana
merupakan hasil dari
perhitungan. Selanjutnya perlu ditentukan rating collapse resistance dan burst resistance yang sesuai dari katalog casing seperti tabel ., dimana ketahanan dari
34
rating tersebut berada pada sebelah kanan collapse dan burst line. asil grafik dapat dicek dengan menghitung SF, apabila SF sama dengan atau lebih dari standar AP8 collapse dan burst makan rating casing tersebut optimal. 'emudian dilanjutkan mencari tension dengan spesifikasi casing yang sudah dipilih sebelumnya melalui burst dan collapse line. Apabila safet factor tension tidak memenuhi maka harus dicari kembali rating casing pada burst dan collapse, sehingga pada metode ini untuk mencari tension perlu diketahui terlebih dahulu kelas casing yang ingin digunakan ataupun yang akan die3aluasi untuk kemudian dioptimasi. 7etode inilah yang akan digunakan dalam analisa,e3aluasi dan optimasi desain casing pada tugas akhir ini. Perhitungan untuk mendapatkan SFdari collapse dan burst digunakan persamaan seperti di ba1ah ini. SF padacollapse =
$
- SF pada collapse = collapse ress!a"ce / !e#a"a" collapse
..............HH
(.-) SF pada Burst =
$
.........................................
- SF pada $%rs! = b%rs! ress!a"ce / !e#a"a" b%rs!
(.0)
3.7 A#(i&asi Me"%de /a&imum LoadPada Casing Pengaplikasian metode ma#imum load untuk pembebanan pada tiap casing
adalah sebagai berikut# 3.!.1 Surface Casing Perhitungan collapse dan burst pada surface casing adalah sebagai berikut# a. Collapse Pressure
35
Perhitungan collapse pressure dapat melalui beberapa tahap, yaitu# . "ekanan collapse di permukaan bernilai / psi, hal ini terjadi karena tidak ada gaya eksternal terhadap casing di permukaan. +. "ekanan collapse di !asing Shoe dapat digunakan rumus sebagai berikut# &P = ( '%d e*! × &SD) CP=
❑ 1++ ¿
(.) imana# $ !P $ 'ud /eight $ !S '. Tensi%n 8%ad
.HH.H..HHHHHHHHHHH..
!ollapse Pressure, psi 3 'ud /eight$ lb4cuft !asing Shoe &epth, ft
eban tension adalah beban yang ditimbulkan oleh berat rangkaian di tiap bebannya adalah # TesTekanan = ,0 ×burst "es "ekanan /; G burstHHHHHHHH. HHHHH.
(.0)
Berat Buoyant =berat diudara × BF erat uoyant berat di udara G F HHHHHHHH.HHH..
(.)
Berat diudara=CasingWeight x Casing Height erat di udara !asing /eight G !asing 4eight HHHH. H......
(.:)
ρ- / ρs) Buoyancy factor =¿ HHHHHHHHH..HHHH.. 1−¿ Buoyancy factor =¿ "otal "ension e
(.9)
36
π / ¿ 2 ¿ ! ¿ ×Tes Tekanan ............................. e = Berat Buoyant +¿ × ¿
(.=)
¿ ¿
e =Berat Buoyant +¿
casing /¿ ] Tensionratio=[ Totalberat "ekuatanbody HHHHH Tensionratio =¿ ressitance / ¿ totaltensile J HHHHHHH SF tension= ¿ SF tension= ¿
(.+/)
tension
(.+)
Setelah dihitung untuk beban collapse dan burst kemudian diplot ke dalam grafik yaitu collapse dan burst line dari kedalaman / ft E casing shoe, kemudian menentukan rating casing dari katalog casing standard. 5ntuk selanjutnya sama seperti yang sudah dijelaskan dengan mencari dan memastikan dengan menghitung SF, yang dilanjutkan dengan menghitung tension. Apabila semua SF tiap beban maka casing tersebut dapat digunakan tetapi di ba1ah standar SF AP8, maka casing tersebut tidak layak digunakan. c. $urst Pressure
Asumsi perhitungan burst load pada surface casing adalah tekanan burst pada kaki casing sama dengan tekanan injeksi. 'emudian bagian dalam dari casing terisi gas (dengan asumsi gradien kolom gas /. psi4ft), sedangkan bagian luar dari casing merupakan saturated salt water. 6radien formasi (6s1) pada &ona lost circulation
adalah /,-0 psi4ft (setara dengan berat lumpur 9,=- ppg).
37
Sehingga didapatkan persamaan untuk menghitung tekanan burst seperti di ba1ah ini. . "ekanan burst di permukaan 5nternal pressure 6 *#ternal pressure7. (.:) 5nternal Pressure(Pi) 5njection pressure E (6 pm G !S) HHHHHH.(.9) 5njection Pressure ( fracture gradient D SF) /,/0+ G !S HHHH.. (.=) imana# $ *#ternal Pressure(Pe) / psi $ 6 pm 6radien kolom gas, psi4ft +. "ekanan burst pada casing seat Pi 6 Pe K depth H.H.HHHHH. (./) Pe 6s1 G !S ...HHHHHHHHHHHHHHHHHHHH. (.) imana# $ 6s1 6radien salt water , psi4ft
3.!.2
Intermediate Casing
Perhitungan collapse dan burst pada intermediate casing adalah sebagai berikut# a. Collapse pressure Perhitungan collapse pressure dapat melalui beberapa tahap, yaitu# . "ekanan !ollapse pada Permukaan / +. "ekanan !ollapse pada Seat dihitung menggunakan persamaan HH.. (.) *. $urst pressure
Asumsi untuk burst pressure pada intermediate casing adalah pada sebagian dalam casing terisi oleh gas.
'arena adanya gas kick , gas mengisi
bagian ba1ah dari lubang bor dan menekan fluida pemboran ke atas. Selain itu OP dioperasikan untuk memberikan tekanan. 7aka perhitungan burst pada intermediate casing adalah sebagai berikut# . "ekanan burst pada surfacedihitung menggunakan persamaanHHH.....(.9) +. "ekanan burst pada seat inidihitung menggunakan persamaanHHH.. (.)
3.!.3
Liner
Perhitungan collapse dan burst pada liner adalah sebagai berikut#
