BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada industri minyak dan gas di sektor hulu terdapat beberapa tahap yang dilakukan dalam proses eksplorasi hingga produksi sumber minyak dan gas. Berawal dari pencarian lokasi sumber cadangan, perhitungan biaya eksplorasi, hingga proses drilling dan completion sumur. Dalam proses eksplorasi tersebut melibatkan berbagai pihak termasuk owner company, oil service company, EPC company, well service company, dll. Pemilik sumur dalam hal ini owner company harus memiliki hak konsesi legal atas sumur yang dimiliki. Pada proses eksplorasi, sumur minyak atau gas dibor hingga mencapai reservoir di mana terdapat cadangan minyak atau gas tersebut. Sumur minyak atau gas dilapisi dengan casing dan disemen untuk memperkokoh sumur dan menghindari kontaminasi dari dalam sumur ke formasi tanah di sekitarnya. Casing tersebut dicekam oleh casing hanger dan digantung pada wellhead. Wellhead adalah komponen di atas sumur yang berfungsi sebagai tempat menggantungkan casing string dan tubing string dan juga sebagai konstruksi dasar dari sumur. Selama proses pengeboran berlangsung, drilling fluid dipompakan melalui drill bit dan disirkulasikan untuk membersihkan cuttings, mendinginkan dan melumasi drill bit, dan mengontrol tekanan sumur. Ketika tekanan formation fluid lebih besar dibanding tekanan drilling fluid maka formation fluid akan masuk ke dalam sumur sehingga terjadi kick. Jika tekanan formation fluid jauh lebih besar dibanding drilling fluid maka aliran formation fluid yang masuk ke sumur tidak terkontrol sehingga terjadi blowout. Untuk mengatasi blowout, selama proses pengeboran berlangsung Blow Out Prevention (BOP) dipasang di atas wellhead. Sehingga ketika aliran formation fluid yang masuk ke sumur tidak terkontrol maka BOP akan menahan aliran tersebut. Setelah sumur dibor hingga kedalaman yang sesuai, selanjutnya dilakukan proses well completion agar sumur tersebut siap untuk produksi. Kemudian BOP dilepas dan Xmas tree dipasang di atas wellhead untuk mengatur aliran minyak atau gas selama proses produksi.
Gambar 1.1 Xmas tree, wellhead, casing string, dan reservoir pada proses produksi minyak dan gas BOP dipasang di atas wellhead dan dihubungkan menggunakan BOP Riser. Pada ujung BOP Riser terdapat flange yang digunakan sebagai koneksi antara wellhead dengan BOP Riser.
Gambar 1.2 Susunan wellhead dan BOP Wellhead dibagi menjadi tipe Conventional-Wellhead dan Unitized- Wellhead. Unitized Wellhead dibagi menjadi tipe Unitized Wellhead System dan Splitter-Unitized Wellhead System. Splitter-Unitized Wellhead System terbagi menjadi Two in One dan Three in One, Two in One digunakan pada Dual Completion dan Three in One digunakan pada Triple Completion. Pada Two in One Splitter-Unitized Wellhead System, desain ditujukan untuk mendapatkan hasil optimum di mana efisiensi space dan material menjadi pertimbangan. Karena pertimbangan tersebut, maka setiap single wellhead pada desain Two in One Splitter-Unitized Wellhead System tidak berbentuk circularwellhead namun menjadi berbentuk D-Wellhead. Desain BOP Riser menyesuaikan dengan wellhead, sehingga jika wellhead berbentuk D-Wellhead maka flange yang digunakan berbentuk D-Flange. Pada saat memasang koneksi antara wellhead dengan D-Flange diperlukan torque yang diaplikasikan pada bolt agar gasket dapat terdeformasi karena tertekan oleh gasket groove. Gasket yang terdeformasi pada gasket groove berfungsi untuk sealing pada koneksi tersebut, sehingga aliran yang melewati koneksi tersebut tidak bocor keluar.
Ketika terjadi perubahan temperatur maka gasket mengalami thermal stress di titik sealing, karena gasket tertahan oleh gasket groove dan tidak bisa mengalami ekspansi dengan bebas. Dengan demikian, total stress yang dialami gasket adalah mechanical stress yang berasal dari bolt torque dan thermal stress yang berasal dari perubahan temperatur. Perlu dilakukan analisis kemampuan material gasket dalam menerima mechanical stress dan thermal stress sehingga dapat diketahui apakah total stress yang diterima melebihi compressive strength material gasket atau tidak, dan dapat dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui apakah pada kondisi tersebut gasket masih sealing atau tidak. 1.2 Identifikasi Masalah PT Aker Solutions Batam sebagai perusahaan yang memproduksi Oil & Gas Surface Product berencana untuk mendesain D-Flange pada BOP Riser dengan ukuran diameter inner bore 13 5/8 in dan dapat menahan tekanan operasional sebesar 10.000 psi. Desain D-Flange pada BOP Riser tersebut akan diteliti kemampuan materialnya untuk dapat menahan total stress yang terjadi pada kondisi temperatur inner bore yang bervariasi yaitu 100 o F, 150 o F, 200 o F, 250 o F, 300 o F, 350 o F, 400 o F, 450 o F, 500 o F, 550 o F, 600 o F, dan 650 o F. Pada koneksi D-Flange dengan wellhead, area yang menerima stress paling besar adalah titik sealing. Untuk mengetahui kemampuan material D- Flange 13 5/8 10M dalam menerima total stress maka perlu dilakukan analisis untuk mengetahui nilai total stress yang terjadi pada gasket di titik sealing dan membandingkan dengan nilai compressive strength dari material gasket. Total stress yang terjadi merupakan penjumlahan dari mechanical stress yang dihasilkan bolt load dan thermal stress yang dihasilkan dari perubahan temperatur. Setelah didapatkan nilai total stress pada gasket di titik sealing, selanjutnya nilai tersebut dibandingkan dengan nilai compressive strength dari material gasket untuk mengetahui apakah material gasket mampu menerima total stress yang terjadi atau tidak.
1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dan asumsi yang digunakan dalam studi ini adalah: 1. Kondisi perpindahan kalor steady state, karena temperatur pengujian dianggap konstan. 2. Perpindahan kalor yang terjadi satu dimensi ke arah radial, karena tidak ada perbedaan temperatur ke arah axial dan tangensial. 3. Konduktivitas termal pada material konstan. 4. Pada sisi luar D-Flange terjadi perpindahan kalor secara konveksi. 5. Thermal stress yang terjadi satu dimensi. 6. Nilai compressive strength material sama dengan nilai tensile strength material. 7. Perpindahan kalor secara radiasi diabaikan. 8. Kontak antara gasket dan D-Flange dianggap perfect contact, karena gasket terdeformasi di dalam gasket groove pada D-Flange hingga mengakibatkan sealing. 9. Simulasi dilakukan pada setengah bagian D-Flange, karena D-Flange berbentuk simetris. 10. Simulasi thermal dilakukan pada koneksi D-Flange pada keadaan sebelum menerima bolt load, karena tool yang digunakan tidak dapat melakukan simulasi static. Sehingga koneksi D-Flange disimulasikan dalam keadaan sebelum gasket seating. 11. Analisis hanya dilakukan pada titik sealing pada arah radial tegak lurus terhadap permukaan datar D-Flange. 1.4 Perumusan Masalah 1. Bagaimana persamaan distribusi temperatur pada koneksi D-Flange tersebut? 2. Berapa temperatur pada titik sealing jika terjadi perubahan temperatur tersebut? 3. Berapa thermal stress yang terjadi pada titik sealing jika terjadi perubahan temperatur tersebut? 4. Berapa mechanical stress yang terjadi pada koneksi D-Flange tersebut?
5. Berapa total stress yang terjadi pada titik sealing jika terjadi perubahan temperatur tersebut? 6. Apakah material gasket mampu menerima total stress tersebut? 1.5 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah: 1. Mengetahui pengaruh perubahan temperatur pada inner bore terhadap temperatur pada titik sealing. 2. Mengetahui pengaruh perubahan temperatur pada inner bore terhadap kemampuan material gasket dalam menerima total stress. 1.6 Manfaat Penelitian 1. Memberikan referensi kepada PT. Aker Solutions Batam dalam perancangan D-Flange dengan adanya parameter perubahan temperatur. 2. Memperluas ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi perkembangan industri minyak & gas dan juga dunia pendidikan.