PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN TERHADAP DESAIN PARAMETER HIDROLIKA PADA MANAGED PRESSURE DRILLING JENIS CONSTANT BOTTOM HOLE PRESSURE TUGAS AKHIR

PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN TERHADAP DESAIN PARAMETER HIDROLIKA PADA MANAGED PRESSURE DRILLING JENIS CONSTANT BOTTOM HOLE PRESSURE TUGAS AKHIR

PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN TERHADAP DESAIN PARAMETER HIDROLIKA PADA MANAGED PRESSURE DRILLING JENIS CONSTANT BOTTOM HOLE PRESSURE TUGAS AKHIR Oleh: ARIAN DITO PRATAMA NIM 12206062 Diajukan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNIK pada Program Studi Teknik Perminyakan PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2011 PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN TERHADAP DESAIN PARAMETER HIDROLIKA PADA MANAGED PRESSURE DRILLING JENIS CONSTANT BOTTOM HOLE PRESSURE TUGAS AKHIR Oleh: ARIAN DITO PRATAMA NIM 12206062 Diajukan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNIK pada Program Studi Teknik Perminyakan Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan Institut Teknologi Bandung Disetujui oleh: Pembimbing Tugas Akhir, Prof. Dr. Ing. Ir. Rudi Rubiandini R.S PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN TERHADAP DESAIN PARAMETER HIDROLIKA PADA MANAGED PRESSURE DRILLING JENIS CONSTANT BOTTOM HOLE PRESSURE Oleh: Arian Dito Pratama* Prof. Dr.-Ing. Ir. Rudi Rubiandini R.S** *Mahasiswa Teknik Perminyakan ITB **Pembimbing/Dosen Teknik Perminyakan ITB Sari Managed pressure drilling (MPD) adalah sebuah metode pemboran dimana tekanan dasar lubang dijaga sedemikian rupa untuk menghindari beberapa masalah yang sering muncul selama operasi pemboran konvensional. Masalahmasalah tersebut terutama berkaitan dengan peningkatan non-productive time yang tidak dibutuhkan selama operasi pemboran, seperti untuk penanggulangan loss circulation, kick, pipe sticking, dan lain sebagainya. Salah satu metode MPD yang berkembang adalah constant bottom hole pressure drilling (CBHP). CBHP dikembangkan untuk menangani pemboran pada zona dengan pressure window yang sempit. Metode ini diterapkan dengan menjaga agar tekanan dasar lubang tetap konstan dengan cara memberikan tekanan balik di permukaan selama sirkulasi lumpur dihentikan untuk mengkompensasi besarnya kehilangan tekanan yang terjadi pada saat lumpur disirkulasikan. Karena digunakan pada zona dengan pressure window yang sempit, maka operasi CBHP sangat sensitive terhadap perubahan tekanan di dasar lubang. Tekanan di dasar lubang merupakan tekanan hidrostatik yang diberikan oleh lumpur selama operasi pemboran baik itu pada saat system disirkulasikan maupun pada saat sirkulasi dihentikan. Semakin dalam formasi, maka semakin besar tekanan dan temperature lingkungan yang dapat mengakibatkan perubahan karakter pada lumpur yang digunakan. Oleh sebab itu, pengaruh temperature dan tekanan pada desain CBHP harus sangat diperhatikan. Kata kunci: temperatur, tekanan, kehilangan tekanan, tekanan dasar lubang, ECD, ESD, laju pompa optimum, tekanan balik di permukaan. Abstract Managed pressure drilling (MPD) is a method of drilling where the bottom-hole pressure is kept to be constant in order to handle various problems that can occur in conventional drilling

operation. The problems are those which are related much to the increasing of the non-productive time which is not needed in a drilling operation, such as loss circulation, kick, pipe sticking, etc. One of the MPD method is constant bottom-hole pressure drilling (CBHP). CBHP was developed in order to do drilling operation more effectively in narrow pressure window zone. This method is applied by keeping the bottom hole pressure to be constant by giving surface back pressure when the circulation is stopped to compensate the friction pressure loss that occur when the mud is circulated. Because of being used in narrow pressure window zone, CBHP is very sensitive to pressure change at the bottom of the hole. The bottom hole pressure is the hydrostatic pressure that is given by the mud either when it is circulated or when the circulation is stopped. Along with the increasing of formation depth, temperature and pressure will be bigger which can affect the mud characteristic. Because of that, temperature and pressure effect on CBHP operation design should not be ignored. Keywords: temperature, pressure, pressure window, bottom hole pressure, ECD, ESD, optimum pump rate, surface back pressure. Arian Dito Pratama 12206062 Semester II 2010/2011 1 I. Pendahuluan Metode pemboran managed pressure drilling (MPD) merupakan metode pemboran yang didesain agar mampu menyelesaikan berbagai permasalahan yang selama ini kerap sulit diatasi pada pemboran konvensional, diantaranya penanganan narrow pressure windows zone, non-productive time, penanganan zona loss circulation, dan lain sebagainya. MPD sendiri merupakan sebuah teknik pemboran dimana tekanan lumpur di dasar sumur dijaga sedemikian rupa agar tetap konstan dengan teknik tertentu. Salah satu teknik yang dapat diterapkan adalah dengan pemberian sejumlah tekanan di permukaan untuk mengantisipasi perbedaan tekanan selama sirkulasi dihentikan. Teknik ini kemudian dikenal dengan nama constant bottom hole pressure (CBHP). Besarnya tekanan yang diberikan pun sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor, diantaranya adalah karakteristik fluida pemboran serta kondisi formasi meliputi tekanan dan temperature formasi. Pengaruh tekanan dan temperature pada optimasi desain operasi pemboran CBHP relatif cukup besar. Hal ini dikarenakan pengaruh temperature dan tekanan yang dapat merubah karakteristik fluida pemboran. Terlebih pada kondisi tekanan dan temperature tinggi, dimana karakteristik fluida formasi dapat berubah jauh misalnya densitas yang dapat berkurang sehingga menjadi lebih ringan dari kondisi permukaan, atau rheologi fluida yang menjadi lebih encer sehingga menaikan mengurangi besarnya kehilangan tekanan di annulus, dan lain sebagainya. Kondisi ini menyebabkan tekanan dasar lubang yang diberikan oleh lumpur terhadap formasi juga mengalami perubahan. Perubahan ini mungkin tidak cukup signifikan apabila terjadi pada operasi pemboran konvensional pada pressure window yang cukup lebar yang mana perubahan tekanan tersebut masih di dalam margin perbedaan tekanan antara gradient rekah formasi dan tekanan formasi itu sendiri. Namun demikian, pada zona pressure window yang sempit perubahan tekanan tersebut dapat berakibat cukup fatal. Lumpur yang tadinya didesain agar memberikan tekanan di antara margin tekanan rekah dan tekanan formasi, karena adanya pengaruh kondisi dasar lubang mengalami perubahan karakteristik yang mengakibatkan densitasnya berkurang melewati batas minimumnya berupa tekanan formasi. Kondisi ini dapat mengakibatkan kick pada operasi pemboran yang dapat berujung pada meningkatnya nonproductive time. Oleh sebab itu, pengaruh kondisi dasar lubang harus sangat

diperhatikan pada operasi pemboran constant bottom hole pressure yang daerah penerapannya merupakan daerah dengan pressure window yang sempit. II. Teori Dasar Hidrolika Pemboran dan Managed Pressure Drilling 2.1. Hidrolika pemboran Hidrolika pemboran merupakan salah satu faktor yang memegang peranan penting dalam menentukan kesuksesan suatu operasi pemboran. Efektivitas pengangkatan cutting, kehilangan tekanan di annulus yang menentukan tekanan bawah lubang pemboran, hingga efektivitas penghancuran batuan ditentukan oleh desain hidrolika yang dibuat. Maka dari itu, optimasi hidrolika dalam operasi pemboran harus sangat diperhatikan. 2.1.1. Dasar-dasar Pengangkatan Cutting Salah satu parameter yang harus diperhatikan dalam hidrolika pemboran adalah efektivitas pengangkatan cutting. Terdapat beberapa parameter yang berhubungan dengan efektivitas pengangkatan cutting ini, yaitu 20): a. Vslip (kecepatan slip) yaitu kecepatan kritik dimana cutting terendapkan ke permukaan. b. Vcut (kecepatan cutting) yaitu kecepatan cutting untuk naik ke permukaan c. Vmin (kecepatan minimum) yaitu kecepatan slip ditambah dengan kecepatan cutting sehingga cutting dapat terangkat ke permukaan tanpa terjadi penggerusan kembali. Secara umum hubungan antara kecepatan slip, kecepatan cutting, dan kecepatan minimum adalah sebagai berikut 20) : V cut = V min V sl... (2.1) dimana: Vsl = Kecepatan slip, ft/menit Vm = Kecepatan lumpur, ft/menit Vcut = Kecepatan cutting, ft/menit Pada persamaan di atas, kecepatan cutting dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut20)):... (2.2) dimana: ROP = laju penetrasi, ft/hr Arian Dito Pratama 12206062 Semester II 2010/2011 2 dp = diameter drill pipe, in dh = diameter lubang sumur, in C conc = konsentrasi cutting, % 6. kecepatan slip diperoleh melalui metode iterasi. Langkah-langkah interasi tersebut adalah sebagai berikut20): 1. 2.

3. Asumsikan nilai kecepatan slip awal, biasanya diambil sebesar 0.1 fpm Dengan menggunakan nilai kecepatan cutting yang telah dihitung sebelumnya dan kecepatan slip asumsi, maka dapat diperoleh kecepatan minimum lumpur dengan menggunakan persamaan (2.1) Lalu kemudian, hitung nilai apparent viscosity fluida pemboran dengan menggunakan persamaan berikut:... (2.3) dimana: PV = viskositas plastik, cp YP = yield point, lb/100 ft 4. Dengan menggunakan nilai viskositas apparent pada langkah (3) maka dapat dihitung nilai Reynold Number untuk selanjutnya ditentukan nilai friction factor dengan persamaan berikut:... (2.4) Selanjutnya dihitung friction factor (f), untuk Nre>300 f=1.5... (2.5) untuk 3