Top Banner
Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 1 H H i i d d r r o o l l i i k k a a F F l l u u i i d d a a P P e e m m b b o o r r a a n n TUJUAN Memahami Pola-Pola Aliran Fluida Pemboran Laminer Turbulen Memahami Jenis-Jenis Fluida Pemboran Newtonian Fluid Non-Newtonian Fluid Mengenali Perhitungan Kecepatan Aliran Pompa Memahami Perhitungan Kehilangan Tekanan Pada Sistem Sirkulasi Memahami Konsep Bit Hydraulic dan Optimasinya Bit Hydraulic Horse Power Bit Hydraulic Impact Jet Velocity
31

185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Jan 01, 2016

Download

Documents

Syahrul Huda
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 1

HHHiiidddrrrooollliiikkkaaa FFFllluuuiiidddaaa PPPeeemmmbbbooorrraaannn

TUJUAN

Memahami Pola-Pola Aliran Fluida Pemboran

Laminer

Turbulen

Memahami Jenis-Jenis Fluida Pemboran

Newtonian Fluid

Non-Newtonian Fluid

Mengenali Perhitungan Kecepatan Aliran Pompa

Memahami Perhitungan Kehilangan Tekanan Pada Sistem Sirkulasi

Memahami Konsep Bit Hydraulic dan Optimasinya

Bit Hydraulic Horse Power

Bit Hydraulic Impact

Jet Velocity

Page 2: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

2 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

1. Rheology Fluida Pemboran

1.1 Sifat Aliran

Jenis aliran fluida pada pipa ada dua, laminer dan turbulen. Pada aliran laminer

(viscous) gerak aliran partikel-partikel fluida yang bergerak pada rate yang lambat,

adalah teratur dan geraknya sejajar dengan aliran (dinding).

Pada aliran turbulen, fluida bergerak dengan kecepatan yang lebih besar

dan partikel-partikel fluida bergerak pada garis-garis yang tak teratur sehingga

terdapat aliran berputar (pusaran, Eddie current) dan shear yang terjadi tidak

teratur.

Selain dari kedua aliran ada satu aliran yang disebut "plug flow", yaitu

aliran khusus untuk fluida aliran plastis dimana shear (geser) terjadi di dekat

dinding pipa saja, dan ditengah-tengah aliran terdapat aliran tanpa shear, seperti

suatu sumbat. Untuk menentukan aliran tersebut turbulen atau laminer

digunakan Reynold Number :

VdN 928Re ..................................................................................................... (1)

dimana :

= Density fluida, ppgV

V = Kecepatan aliran, fpsd

d = Diameter pipa, in

= Viscositas, cp

Dari percobaan diketahui bahwa untuk NRe > 3000 adalah turbulen dan NRe <

2000 adalah laminer, diantaranya adalah transisi.

1.2. Jenis-jenis Fluida Pemboran

Fluida pemboran dapat dibagi dua kelas:

1. Newtonian

2. Non-newtonian, yang terdiri dari:

a. Bingham plastis

b. Powerlaw

c. Powerlaw dengan yield stress

1.2.1. Newtonian Fluids

Adalah fluida dimana viscositasnya hanya dipengaruhi oleh tekanan dan

temperatur, misalnya air, gas dan minyak yang encer.

Dalam hal ini perbandingan antara shear stress dan shear rate adalah

konstan, dinamakan (viscositas). Secara matematis ini dapat di nyatakan dengan:

dr

dVr

g c

.............................................................................................(2)

dimana :

= gaya shear per unit luas (shear stress), lb/100 ft2

Page 3: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 3

dVr/dr = shear rate, 1/sec

gc = convertion constant

1.2.2. Non-Newtonian Fluids

Setiap fluida yang tidak bersifat adanya perbandingan tetap antara shear

stress dan shear rate, disebut non newtonian fluids.

a. Bingham Plastic

Umumnya fluida pemboran dapat dianggap bingham plastic, dalam hal ini

sebelum terjadi aliran harus ada minimum shear stress yang melebihi suatu

harga minimum , yang disebut "yield point". Setelah yield point dilampaui,

maka penambahan shear stress lebih lanjut akan menghasilkan shear rate

yang sebanding, disebut juga "plastic viscosity". Bingham plastic

dinyatakan sebagai:

dr

dVr

gc

p

y

........................................................................... (3)

Selain viscositas plastik ini, didefinisikan pula apparent viscosity (viskositas

semu) untuk Bingham plastic fluids, yaitu perbandingan antara shear stress

dan shear rate, yang tidak konstan melainkan bervariasi terhadap shear

stress. Gambar 1 menunjukan skema dari grafik aliran fluida Newtonian

dan Bingham plastic.

b.Power Law Fluids

Untuk pendekatan power law dilakukan dengan menganggap kurva

hubungan shear stress terhadap shear rate pada kertas log-log mengikuti

garis lurus yang ditarik pada shear rate 300 rpm dan 600 rpm (lihat

Gambar 2). Untuk ini power law dinyatakan sebagai:

n

dr

dVrK

........................................................................................ (4)

c. Power Law Fluids dengan Yield Stress

Persamaan yang digunakan adalah:

n

ydr

dVrK

Page 4: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

4 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

Gambar 1. Grafik Shear Stres vs Shear Rate Fluida Newtonian dan Bingham16)

Gambar 2. Power Law Fluids16)

Page 5: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 5

2. Kecepatan Alir Pompa

Pada pompa lumpur pemboran, yang dimaksud dengan pompa adalah bagian unit

penggeraknya tidak terlalu menjadi permasalahan, karena apapun jenisnya tidak banyak

bedanya terhadap unit pompa yang dipakai, misalnya memakai mesin uap, listrik, motor

bensin, diesel dan lain-lain.

Unit pompa dikenal dua jenis dilihat dari mekanisme pemindahan dan

pendorongan lumpur pemboran, yaitu pompa sentrifugal dan pompa torak (piston).

Yang sering dipakai dalam pemboran adalah tipe torak karena mempunyai beberapa

kelebihan dari sentrifugal, misalnya dapat dilalui fluida pemboran yang berkadar

solid tinggi dan abrasive, pemeliharaan dan sistem kerjanya tidak terlalu rumit atau

keuntungan dapat dipakainya lebih dari satu macam liner sehingga dapat mengatur

rate dan tekanan pompa yang diinginkan. Dilihat dari jumlah pistonnya, pompa bisa

simplex (1 piston), duplex (2 piston), triplex (3 piston) dengan arah kerja dapat

berupa single acting (1 arah kerja) atau double acting (2 arah kerja).

Kemampuan pompa dibatasi oleh Horse Power maksimumnya, sehingga

tekanan dan kecepatan alirnya dapat berubah-ubah seperti yang ditunjukkan dalam

persamaan:

1714

.QPHP .........................................................................................................................................(5)

dimana :

HP = Horse power yang diterima pompa dari mesin

penggerak setelahDikalikan efisiensi mekanis dan safety, hp

P = Tekanan Pemompaan, psi

Q = Kecepatan alir, gpm

Bila mempunyai hp maksimum, tekanan pompa maksimum dapat dihitung bila

kecepatan alir maksimum telah ditentukan dengan persamaan.

eddxSxNxQ pistlin

22200679.0 ...............................................................................................(6)

dimana :

S = Panjang stroke, inchs

N = Rotasi per menit, rpm

dpist = Diameter tangkai piston, inchs

dlin = Diameter liner, inchs

e = Effisiensi volumetrik

2.1. Kecepatan Alir Anulus.

Dalam proses pemboran langsung, bit yang dipakai selalu menggerus batuan

formasi dan menghasilkan cutting, sehingga semakin dalam pemboran berlangsung

semakin banyak pula cutting yang dihasilkan. Supaya tidak menumpuk di bawah lubang

dan tidak menimbulkan masalah pipe sticking maka cutting tersebut perlu diangkat ke

permukaan dengan baik, yaitu banyaknya cutting yang terangkat sebanyak cutting yang

dihasilkan.

Page 6: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

6 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

Dalam proses rotary drilling lumpur baru masuk lewat dalam pipa dan keluar ke

permukaan lewat anulus sambil mengangkat cutting, seperti terlihat pada Gambar 3

sehingga perhitungan kecepatan minimum yang diperlukan untuk mengangkat cutting

ke permukaan (slip velocity) dilakukan di anulus.

Gambar 3. Pengangkatan Cutting 19)

Kecepatan slip adalah kecepatan minimum dimana cutting dapat mulai terangkat

atau dalam praktek merupakan pengurangan antara kecepatan lumpur dengan

kecepatan dari cutting.

Vs = VM - Vp ....................................................................................................... (7)

dimana :

Vs = Kecepatan slip, ft/menit

VM = Kecepatan lumpur, ft/menit

Vp = Kecepatan partikel, ft/menit

Dengan memasukkan kondisi yang biasa ditemui dalam operasi pemboran maka

didapatkan kecepatan slip sebesar:

15.92

m

cdcVs

........................................................................................ (8)

Begitu pula rate minimum yang harus dipilih sebesar:

Page 7: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 7

A

Cadh

dp

ROP

m

cdcQ

2

5.0

136

15.92min

................................ (9)

dimana :

dc = Diameter cutting terbesar, inchs

c = Densitas cutting, ppg

m = Densitas lumpur, ppg

Vs = Kecepatan slip, ft/min

Qmin = Rate minimum, ft3/min

ROP = Kecepatan Penembusan, ft/jam

Ca = Volume cutting di anulus, %

dp = Diameter pipa, inchs

dh = Diameter lubang, inchs

A = Luas anulus, ft3/ft

Pada kondisi pemboran yang normal, aliran di anulus laminer seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Tipe Aliran Fluida Selama Pemboran 19)

Pada kondisi seperti itu dinding lubang yang belum tercasing mempunyai

selaput tipis sebagai pelindung yang disebut mud-cake, agar selaput yang berguna

tersebut tidak terkikis oleh aliran lumpur, harus diusahakan aliran tetap laminer. Untuk

mencegah terjadinya aliran turbulen, dapat diindikasikan dengan bilangan Reynold .

Dengan bilangan reynold yang tidak lebih dari 2000 aliran akan tetap laminer, sehingga

batas tersebut dijadikan pegangan untuk menentukan kecepatan maksimum di anulus

yang disebut kecepatan kritik.

dpdhm

mYbdpdhPVPVVca

2

122 3.908.108.1

........................................ (10)

dimana :

Vca = Kecepatan kritik, ft/detik

PV = Plastic viscosity, cp

Yb = Yield point Bingham, lb/100 ft2

Page 8: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

8 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

Jadi kecepatan lumpur di anulus harus diantara kecepatan slip dan kecepatan

kritik. Bentuk aliran di dalam pipa dapat dilihat pada Gambar .5.

Gambar 5. Bentuk Aliran di Dalam Pipa

Page 9: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 9

3. Kehilangan Tekanan Pada Sistem Sirkulasi.

Dalam setiap aliran suatu fluida maka kehilangan tekanan akan selalu terjadi,

walaupun sangat halus pipa yang dipakai, begitu pula pada proses sirkulasi lumpur

pemboran pada seluruh sistem aliran, seperti yang terlihat pada Gambar 6. Dalam

menentukan besarnya tekanan yang hilang sepanjang sistim sirkulasi tersebut, bisa dilakukan

dengan dua cara, yaitu cara analitis dan cara praktis yang dipakai dilapangan.

Gambar 6. Kehilangan tekanan pada sistem sirkulasi 36)

3.1. Cara praktis

Dalam menghitung besarnya kehilangan tekanan dalam sistem sirkulasi lumpur

pemboran dengan menggunakan cara praktis yang biasa dipakai di lapangan, dilakukan

dengan menghitung tiap segmen dahulu, baru kemudian dijumlahkan secara total.

Segmen-segmen tersebut adalah : peralatan permukaan, drill collar, anulus Drill-

collar, Drill-pipe dan anulusnya.

a. Peralatan permukaan,

Peralatan permukaan ini biasanya dibagi menjadi 4 tipe rangkaian seperti yang

diperlihatkan pada Tabel 2, tiap tipe mempunyai koefisien tersendiri yang akan

dipakai dalam perhitungan sbb :

10..

mkkPloss rl

.................................................................................................. (11)

dimana :

k1 = Koefisien loss, lihat Tabel (2)

kr = Koefisien rate, lihat Tabel (1)

b.Drill-collar

Perhitungan untuk bagian dalam Drill-collar menggunakan rumus:

10.. .

LdckkPloss mrl ....................................................................................... (12)

dimana :

L = Panjang Drill-collar, ft

Page 10: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

10 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

c. Anulus Drill Collar

Untuk menghitung anulus drill collar seperti halnya drillcollar menggunakan

Tabel 3, rumus yang dipakai sama dengan drill collar.

d. Drill Pipe dan Anulusnya

Perhitungan drill pipe dengan anulus drill pipe dihitung bersama-sama

sekaligus, tidak seperti drill collar dipisahkan. Persamaan yang dipakai adalah

(12) dan yang dipakai untuk menentukan koefisien lossnya adalah Tabel 4.

Tabel 1. Koefisien rate

FLOW GPM

FLOW COEFF

FLOW GPM

FLOW COEFF

FLOW GPM

FLOW COEFF

FLOW GPM

FLOW COEFF

100 0.53 380 6.29 660 17.55 940 33.89

110 0.63 390 6.60 670 18.05 950 34.56

120 0.74 400 6.92 680 18.56 960 35.24

130 0.86 410 7.24 690 19.07 970 35.93

140 0.98 420 7.57 700 19.58 980 36.62

150 1.12 430 7.91 710 20.11 990 37.32

160 1.26 440 8.26 720 20.64 1000 38.02

170 1.41 450 8.61 730 21.17 1010 38.73

180 1.57 460 8.97 743 21.72 1020 39.45

190 1.73 470 9.34 750 22.26 1030 40.17

200 1.91 480 9.71 760 22.82 1040 40.90

210 2.09 490 10.09 770 23.38 1050 41.63

220 2.28 500 10.47 780 23.95 1060 42.37

230 2.47 510 10.87 790 24.52 1070 43.12

240 2.67 520 11.27 800 25.10 1080 43.87

250 2.89 530 11.67 810 25.69 1090 44.63

260 3.10 540 12.09 820 26.28 1100 45.39

270 3.33 550 12.51 830 26.88 1110 46.16

280 3.56 560 12.93 840 27.49 1120 46.94

290 3.80 570 13.36 850 28.10 1130 47.72

300 4.05 580 13.80 860 28.72 1140 48.51

310 4.31 590 14.25 870 29.34 1150 49.31

320 4.57 600 14.70 880 29.97 1160 50.11

330 4.84 610 15.16 890 30.61 1170 50.91

340 5.11 620 15.63 900 31.25 1180 51.73

350 5.40 630 16.10 910 31.90 1190 52.54

360 5.69 640 16.58 920 32.56 1200 53.37

370 5.98 650 17.06 930 33.22

Page 11: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 11

Tabel 2. Koefisien Loss Peralatan Permukaan

CASE STAND PIPE HOSE COEFICIENT

Length Feet

I.D Inchees

Length Feet

I.D Inches

1 40 3 45 2 19

2 40 3 – ½ 55 2 – ½ 7

3 45 4 55 3 4

4 45 4 55 3 3

CASE STAND PIPE HOSE COEFICIENT

Length Feet

I.D Inchees

Length Feet

I.D Inches

1 4 2 40 2 – 1/4 19

2 5 2– ½ 40 3 – 1/4 7

3 5 2-1/2 40 3 – 1/4 4

4 6 3 40 4 3

Page 12: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

12 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

Tabel 3. Koefisien Loss Drill-collar

Page 13: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 13

Tabel 7.4. Koefisien Loss Drill-Pipe

Page 14: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

14 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

4. Pembahasan HP Tekanan dan Rate Pompa

Pompa yang dipakai dalam sirkulasi lumpur pemboran biasanya menggunakan

pompa piston sehingga rate maksimum dengan suatu diameter liner tertentu adalah

persamaan (7-6). Harga sebesar ini tidak pernah tercapai karena faktor-faktor efisiensi

volumetrik, mekanik, dan lain-lain, sehingga effisiensi totalnya sekitar hanya 70% saja.

Besarnya HP merupakan pencerminan kekuatan suatu pompa, sehingga

sebagai pegangan awal harga yang dipegang tetap konstan adalah HP ini. Besarnya

effisiensi sekitar 70% saja.

Begitu pula tekanan maksimum dari pompa mengalami penurunan sekitar

65%. Untuk memenuhi kebutuhan yang diperlukan, penambahan rate atau tekanan

bisa dilakukan penggantian liner yang terdapat pada piston tersebut, sehingga rate

yang diinginkan dapat tercapai, tetapi konsekuensinya bila liner diganti dengan yang

lebih besar untuk menambah rate maksimum, akan terjadi penurunan tekanan

maksimum.

Begitu pula kejadian sebaliknya, bila tekanan maksimum diperbesar, rate

maksimum akan mengecil.

Page 15: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 15

5. Bit Hydraulics

Konsep hidrolika bit tidak lain mengoptimasikan aliran lumpur pada pahat pemboran,

sedemikian rupa sehingga dapat membantu laju penembusan (penetration rate).

Bila pada bit konvensional aliran fluida dengan sengaja menyentuh gigi bit, sehingga

gigi bit terbersihkan langsung oleh fluida yang masih bersih dan fluida yang sudah

mengandung cutting. Sedangkan pada jet bit, pancaran fluida diutamakan langsung

menyentuh batuan formasi yang sedang ditembus, sehingga fungsi fluida ini sebagai

pembantu melepaskan batuan yang masih melekat yang sudah dipecahkan oleh gigi bit,

kemudian fluida yang telah mengandung cutting tersebut menyentuh gigi bit sebagai fungsi

membersihkan dan mendinginkan bit.

Dengan kejadian tersebut, pada jet bit diharapkan tidak akan terjadi

penggilingan/pemecahan ulang (regrinding) pada cutting oleh gigi bit sehingga efektivitas

bit maupun laju penembusan dapat lebih baik.

Perbedaan pancaran terjadi antara bit konvensional dan jet bit dipasang nozzle, ialah

sebuah lubang yang mempunyai diameter keluaran lebih kecil daripada masukan sehingga

mempertinggi rate. Biasanya diameter nozzle tersebut diameternya tertentu dengan satuan

1/32 inches.

Faktor-faktor yang menentukan dan mempengaruhi hidrolika dan disainnya adalah :

a. Ukuran dan geometri sistem sirkulasi. Hal ini menyangkut variasi diameter sumur

maupun diameter peralatan dan kemampuan peralatan pompa.

b. Sifat fisik fluida pemboran.

c. Pola aliran. Pola aliran ini menyangkut pola aliran laminer yang diwajibkan pada

tempat-tempat tertentu serta pola aliran turbulen yang terpaksa diperbolehkan

pada tempat-tempat tertentu pula.

Kerja aliran/pancaran lumpur keluar dari bit menuju batuan formasi merupakan

pokok pembicaraan dalam Bit Hydraulics, dengan kerja yang optimum maka diharapkan laju

penembusan (Penetration Rate) dapat ditingkatkan serta pengangkatan cutting seefektif

mungkin sehingga penggilingan kembali (Regrinding) seperti dijelaskan semula dapat

dikurangi sekecil mungkin.

Dalam usaha mengoptimasikan hidrolika ini, ada 3 (tiga) prinsip yang satu sama lain

saling berbeda dalam hal anggapan-anggapannya. Ketiga prinsip tersebut adalah :

1. Bit Hydraulic Horse Power (BHHP)

Prinsip dasar dari metoda ini menganggap bahwa semakin besar daya yang

disampaikan fluida terhadap batuan akan semakin besar pula efek pembersihannya,

sehingga metoda ini berusaha untuk mengoptimumkan Horse Power (daya), yang

dipakai di bit dari Horse Power pompa yang tersedia di permukaan.

2. Bit Hydaulic Impact (BHI)

Prinsip dasar dari metoda ini, menganggap bahwa semakin besar impact (tumbukan

sesaat) yang diterima batuan formasi dari lumpur yang dipancarkan dari bit semakin

besar pula efek pembersihannya, sehingga metoda ini berusaha untuk

mengoptimumkan impact pada bit.

3. Jet Velocity (JV)

Page 16: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

16 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

Metoda ini berprinsip, semakin besar rate yang terjadi di bit akan berarti semakin

besar efektivitas pembersihan dasar lubang, maka metoda ini berusaha untuk

mengoptimumkan rate pompa supaya rate di bit maksimum.

Pada dasarnya kemampuan pompa memberikan tekanan pada sistem sirkulasi adalah

habis untuk menanggulangi kehilangan tekanan (pressure loss) pada seluruh sistem sirkulasi

seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, padahal kehilangan tekanan di bit

merupakan parameter yang cukup menentukan dalam perhitungan optimasi hidrolika, untuk

itu maka kehilangan tekanan dibagi dua, yaitu kehilangan tekanan seluruh sistim sirkulasi

kecuali bit yang disebut sebagai Parasitic Pressure Loss (Pp) karena tidak menghasilkan apa-

apa, hanya hilang energi karena gesekan fluida saja. Bit pressure loss (Pb) adalah besarnya

tekanan yang dihabiskan untuk menumbuk batuan formasi oleh pancaran fluida di bit.

Dalam sistem sirkulasi juga seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa

akan terdapat dua jenis pola aliran yaitu laminer dan turbulen, dimana masing-masing pola

menempati tempatnya sendiri-sendiri. Di dalam pipa mulai dari stand pipe, swivel, kelly, drill

pipe dan drill collar akan terjadi pola aliran turbulen. sedangkan pada anulus antara drill

collar dan open hole biasanya dibiarkan turbulen tapi bila terjadi laminer lebih baik lagi,

anulus drill pipe dengan open hole maupun drill pipe dengan casing diwajibkan beraliran

laminer akan tetapi harus lebih besar dari rate minimum.

5.1. Optimasi dengan Perhitungan

Dalam menghitung optimasi hidrolika yang menyangkut penentuan rate

optimum, telah dijelaskan dalam bab sebelumnya. Sedangkan penentuan ukuran nozzle

yang merupakan fungsi dari densitas lumpur, rate optimum dan kehilangan tekanan di

bit dijabarkan dalam bentuk persamaan sebagai berikut:

5.02

10858

Pb

QA

optm ................................................................................................. (13)

dimana :

m = Densitas Lumpur, ppg

Qopt = Laju optimum, gpm

Pb = Pressure Loss di bit, psi

Sebelum melakukan perhitungan terlebih dahulu harus ditentukan besarnya

faktor pangkat (Z) dan konstanta kehilangan tekanan (Kp), dengan menggunakan

persamaan (14) atau (15) dan (16) atau (17), yaitu:

)/log(

)/log(

21

21

QQ

PPZ

pp .................................................................................................. (14)

)/log(

)/log(

12

12

QQ

PPZ

pp .................................................................................................. (15)

Z

p

pQ

PK

2

2 ................................................................................................................. (16)

Z

p

pQ

PK

1

1 ................................................................................................................. (17)

Page 17: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 17

Selain itu perlu diketahui terlebih dahulu rate minimum, rate maksimum, tekanan

maksimum pompa, daya maksimum pompa dan densitas lumpur.

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa perhitunganpun akan disajikan dalam

3 (tiga) konsep yang saling berbeda, yaitu : bit Hydraulic Horse Power (BHHP), bit

Hydraulic Impact (BHI) dan Jet Velocity (JV).

5.2. Konsep BHHP

Langkah - langkah untuk menentukan optimasi adalah sebagai berikut :

a. Kondisi Tekanan Maksimum

1. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan

PmZ

ZPb

1

........................................................................ (18)

2. Hitung rate optimum dengan persamaan

Z

KpZ

PmQopt

1

)1(

............................................................ (19)

3. Perhatikan apakah Qopt lebih kecil dari rate maksimum (Qmax). Jika

tidak terpenuhi maka, Qopt = Qmax, sehingga

Z

optQKpPmPb . .................................................................................. (21)

4. Perhatikan apakah Qopt tersebut lebih besar dari rate minimum

(Qmin). Jika tidak terpenuhi, maka Qopt = Qmin, sehingga

Z

optQKpPmPb . .................................................................................. (20)

5. Hitung daya yang diperlukan di permukaan (HPs)

1714

. optQPmHPs ........................................................................................ (22)

6. Perhatikan apakah daya yang diperlukan di permukaan (HPs)

tersebut tidak lebih besar dari daya maksimum pompa (HPm). Jika

tidak terpenuhi, bisa dicoba dengan kondisi daya maksimum.

7. Hitung luas nozzle total yang optimum dengan persamaan

2

12

.10858

.

Pb

QA

optm .................................................................................... (23)

b. Kondisi Daya Maksimum

1.Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan:

min.min

.1714 ZQKpQ

HPmPb .......................................................... (24)

2. Hitung rate optimum (Qopt) dengan persamaan: Qopt = Qmin

Page 18: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

18 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

3. Hitung tekanan yang diperlukan di permukaan (Ps) dengan

persamaan:

min

.1714

Q

HPmPs .......................................................................................(25)

4. Perhatikan apakah Ps lebih kecil dari tekanan maksimum pompa

(Pm). Jika tidak terpenuhi, bisa dicoba dengan kondisi pertengahan.

5. Hitung luas nozzle total yang optimum dengan persamaan:

2

1

2

.10858

.

Pb

optQmA

c. Kondisi Pertengahan

1. Hitung rate optimum (Qopt) dengan persamaan :

Pm

HPmQopt

.1714

................................................................ (26)

2. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan :

Z

Pm

HPmKpPmPb

1714

............................................... (27)

3.Hitung luas Nozzle total yang optimum dengan persamaan :

2

1

2

.10858

.

Pb

QoptmA

.................................................................. (28)

5.3. Konsep BHI

Langkah-langkah untuk menentukan optimasi dalam konsep BHI adalah sebagai

berikut:

a. Kondisi Tekanan Maksimum

1. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan :

PmZ

ZPb

2 .........................................................................................(29)

2. Hitung rate optimum (Qopt) dengan persamaan :

Z

Kpz

PmQopt

1

)2(

2

............................................................................(30)

3. Perhatikan apakah Qopt lebih kecil dari rate maksimum (Qmak).Jika

tidak terpenuhi, Qopt = Qmak

Pb = Pm-Kp.Qzopt ................................................................................(31)

Page 19: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 19

4. Perhatikan apakah Qopt tersebut lebih besar dari rate minimum

(Qmin). Jika tidak terpenuhi, Qopt = Qmin

Pb = Pm - Kp.Qzopt .............................................................................. (32)

5. Hitung daya yang diperlukan di permukaan:

1714

.QoptPmHps ..................................................................................... (33)

6. Perhatikan apakah HPs lebih kecil dari Daya pompa maksimum

(HPm). Jika tidak terpenuhi, bisa dicoba dengan kondisi yang lain.

7. Hitung luas Nozzle total yang optimum dengan persamaan:

2

1

2

10858

.

Pb

QoptA m ................................................................................... (34)

a. Kondisi Daya Maksimum

1. Hitung rate optimum dengan menggunakan persamaan

1

1

)2(

1714

Z

KpZ

HpmQopt ......................................................................... (35)

2. Hitung tekanan yang diperlukan di permukaan (Ps).

Qopt

mHPs

1714.. ..................................................................................... (7-37)

3. Hitung kehilangan tekanan di bit dengan persamaan

Qopt

Hpm

Z

ZPb

1714

2

1 ........................................................................ (36)

4. Periksa Qopt tidak lebih besar dari Qmak. Jika tidak terpenuhi maka:

Qopt = Qmak

Qmak

Hpm

Z

ZPb

1714

2

1 ........................................................................ (38)

5. Periksa Qopt tidak lebih kecil dari Qmin. Jika tidak terpenuhi maka:

Qopt = Qmin

min

1714

2

1

Q

HPm

Z

ZPb ........................................................................ (39)

6. Perhatikan apakah Ps tidak lebih besar dari Pm.Jika tidak terpenuhi,

coba dengan kondisi pertengahan.

7. Hitung luas Nozzle total optimum, persamaan :

2

1

2

10858

.

Pb

QoptmA

Page 20: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

20 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

a. Kondisi Pertengahan

1. Hitung rate optimum dengan persamaan :

Pm

HPmQopt

.1714 ...................................................................................(40)

2. Hitung kehilangan tekanan di bit, dengan persamaan

Z

Pm

HPmKpPmPb

1714. ................................................................(41)

3. Hitung luas Nozzle total optimum, persamaan :

2

1

2

.10858

.

Pb

QoptmA

5.4. Konsep JV

Langkah-langkah untuk menentukan optimasi dalam konsep Jet Velocity hanya

dibagi dua bagian.

a. Kondisi Tekanan Maksimum

1. Tentukan rate optimum dengan persamaan: Qopt = Qmin

2. Tentukan kehilangan tekanan di bit dengan persamaan:

ZQKpPmPb min. ............................................................................(42)

3. Hitung daya yang diperlukan di permukaan (HPs) dengan

menggunakan persamaan :

1714

min.QPmHPs .....................................................................................(43)

3. Perbaikan apakah HPs tidak lebih besar dari daya pompa maksimum

(HPm). Jika tidak terpenuhi, coba dengan kondisi daya maksimum.

4. Hitung luas Nozzle total dengan menggunakan persamaan:

2

1

2

10858

.

Pb

QoptmA

....................................................................................(44)

a. Kondisi Daya Maksimum

1. Tentukan rate optimum dengan menggunakan persamaan:

Qopt = Qmin

2. Hitung tekanan yang diperlukan di permukaan (Ps) dengan

menggunakan persamaan:

min

1714.

Q

HPmPs .......................................................................................(45)

3. Tentukan kehilangan tekanan di bit dengan menggunakan

persamaan:

Page 21: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 21

ZQKpQ

HPmPb min.

min

1714. ................................................................... (46)

4. Perhatikan apakah Ps tidak lebih besar dari tekanan maksimum

pompa (Pm).Jika tidak terpenuhi, kondisi optimum dalam konsep

Jet Velocity tidak tercapai.

5. Hitung luas total Nozzle dengan menggunakan persamaan

2

1

2

.10858

.

Pb

QoptmA

................................................................................... (47)

Sedangkan untuk merubah nilai luas total nozzle menjadi bentuk kombinasi

ukuran nozzle dalam satuan 1/32 inch dapat digunakan Tabel 5.

Tabel 5. Tabel Luas Total Kombinasi Nozzle

7.5.5. Evaluasi Hasil Optimasi

Untuk mengetahui apakah hasil optimasi yang telah dilakukan betul-

betul naik efeknya atau tidak, ditentukan dengan melihat parameter yang bisa

dievaluasi untuk masing-masing konsep, yaitu sebagai berikut:

a. Konsep BHHP

Evaluasi dapat dilakukan melalui Horse Power per Square Inches (HSI) di

bit.

A

QoptPbHSI

.1714

. ....................................................................................... (48)

2.1346

.

d

QoptPbHSI ....................................................................................... (49)

b. Konsep BHI.

Dalam mengevaluasi hasil optimasi pada konsep BHI, dilakukan dengan

menghitung bit Impact (BIF).

5.0.. PbQKiBIF ..................................................................................... (50)

Page 22: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

22 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

dikonversikan dengan kondisi lapangan, menjadi :

5.02 .10.73,1 PpmQBIF ...................................................................(51)

c. Konsep JV

Dalam konsep ini evaluasi bisa dilakukan melalui kecepatan aliran di bit

(Vb).

5.0.PbKvVb ............................................................................................(52)

dikonversikan dengan kondisi lapangan, menjadi :

An

QoptVb 321.0 .......................................................................................(53)

Hasil evaluasi yang didapat hanya dapat dipakai untuk membandingkan

satu kasus yang sama yang dikerjakan dengan metoda/konsep yang sama antara

kondisi lapangan yang sedang dipakai dengan perhitungan optimasi yang

didapat, sedangkan untuk membandingkan tiap konsep dengan konsep lainnya

tidak dapat dilakukan, karena satu sama lain seperti telah dijelaskan sebelumnya

mempunyai kelebihan-kelebihan pada konsep masing-masing.

Gambar 7. Diagram Alir Konsep BHHP 38)

Page 23: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 23

Gambar 8. Diagram Alir Konsep BHI 38)

Page 24: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

24 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

Gambar 9. Diagram Alir Konsep JV 38)

Gambar 10. Contoh Pemakaian Nomograph Pada Konsep JV 38)

Page 25: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 25

Gambar 11. Contoh Pemakaian Nomograph Pada Konsep JV 38)

Page 26: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

26 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

6. Contoh Soal

Contoh 1.

Kedalaman = 6000 ft

Rate minimum = 444 gpm

Rate maksimum = 762 gpm

Daya maksimum = 1388

Tekanan permukaan maksimum = 2145 psi

Densitas lumpur = 9.2 ppg

Dari Slow Pump Rate Test diperoleh:

Pp1 = 560 psi Q1 = 432 gpm

Pp2 = 155 psi Q2 = 211 gpm

Berdasarkan optimasi dengan konsep BHHP, BHI, dan JV dari data-data di atas,

tentukan:

1. Rate optimum

2. Tekanan permukaan yang digunakan

3. Kehilangan tekanan di bit

4. Kombinasi ukuran nozzle optimum

Page 27: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 27

2. Desain Hidrolika

Hole Geometry:

Kedalaman sumur = 10000 feet

Intermediate Casing = 9,625 inch OD, 9,0 inch ID, 7000 feet Depth

String Configuration:

Drill Pipe = 4,0 inch OD, 3,25 inch

IDDrill Collar = 4,0 inch OD, 2,75 ID, 400 feet

DepthBit Size = 8,5 inch, with Nozzle 15-15-15

Lumpur :

Densitas = 8,9 ppg

Viskositas Plastik = 50 cp

Yield Point = 25 lb/100 ft2

Pump Data :

Maximum HP = 1500

Maximum Pressure = 3500 psia

Maximum Rate = 900 gpm

Minimum Rate = 230 gpm

Low Pump Rate Test:

Normal Rate = 500 gpm,

Pressure = 1100 psia

Slow Rate = 250 gpm,

Pressure = 310 psia

Drilling Parameter :

Weight on Bit = 30000 lbs

Rate of Penetration = 150 fph

Cutting Diameter = 0,65 inch

Cutting SG = 2.635

Pertanyaan :

Dalam Optimisasi hidrolika, dimana diameter nozzle tidak mungkin diubah (tetap),

berapa rate pemompaan optimum yang harus dilakukan?

Page 28: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

28 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

3. Hidrolika Bit

Sebelum mengganti bit pada lubang 12 1/4 in, diketahui tekanan standpipe sbb:

Laju alir (gpm)

Tekanan Stamdpipe (psi)

300 500

400 850

500 1200

600 1700

650 1900

Kedalaman lubang adalah 6528 ft

Bit diharapkan membor sampai kedalaman 8000 ft

Data-data lain:

Ukuran nozzle = tiga buah (16/32) in

Berat lumpur = 8.7 ppg

Laju alir sekarang = 650 gpm

Max. alowable surface pressure =2500 psi

Tentukanlah parameter hidrolika optimum untuk bit berikutnya menggunakan kriteria

BHHP dan IF.

Page 29: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 29

DAFTAR PARAMETER DAN SATUAN

= Density fluida, ppg

V = Kecepatan aliran, fps

d = Diameter pipa, in

= Viscositas, cp

= Gaya shear per unit luas (shear stress)

dVr/dr = Shear rate

gc = Convertion constant

HP = Horse power yang diterima pompa dari mesin penggerak

setelah dikalikan effisiensi mekanis dan safety, hp

P = Tekanan Pemompaan, psi

Q = Kecepatan alir, gpm

S = Panjang stroke, inchs

N = Rotasi per menit, rpm

d = Diameter tangkai piston, inchs

D = Diameter liner, inch

se = Effisiensi volumetrik

Vs = Kecepatan slip, ft/menit

V1 = Kecepatan lumpur, ft/menit

Vp = Kecepatan partikel, ft/menit

dc = Diameter cutting terbesar, inchs

c = Berat cutting, ppg

m = Berat lumpur, ppg

Qm = Rate minimum, gpm

ROP = Kecepatan Penembusan

Ca = Fraksi volum cutting di anulus

dp = Diameter pipa, inchs

dh = Diameter lubang, inchs

A = Luas Anulus, in2

Vca = Kecepatan di annulus, ft/det

v = Viskositas plastik, cp

Yb = Yield point bingham, lb/100 ft2

kl = Koefisien loss

kr = Panjang drill collar, ft

Qopt = Laju optimum, gpm

Pb = Pressure loss di bit, psi

Kp = Konstanta kehilangan tekanan

Pp = Tekanan parasistik, psi

Pm = Tekanan maksimum, psi

HPm = Horse power maksimu, hp

Qmak = laju maksimum gpm

Z = faktor pangkat

Ps = Tekanan dipermukaan, psi

HPS = Horse Power di permukaan, hp

An = Luas Nozzle, in2

Page 30: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

30 Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran

DAFTAR PUSTAKA

1. Alliquander, "Das Moderne Rotarybohren", VEB Deutscher Verlag Fuer

Grundstoffindustrie,Clausthal-Zellerfeld, Germany, 1986 2. nn., "Principles of Drilling Fluid Control", Twelfth Edition, Petroleum Extension Service The

University of Texas of Austin, Texas, 1969. 3. Azar J.J., "Drilling in Petroleum Engineering", Magcobar Drilling Fluid Manual. 4. Moore P.L., "Drilling Practices Manual", Penn Well Publishing Company, Second Edition,

Tulsa-Oklahoma, 1986. 5. Rabia. H., "Oil Well Drilling Engineering : Principles & Practice", University of Newcastle

upon Tyne, Graham & Trotman, 1985.

Page 31: 185586595 Dril 006 Hydrolika Fluida Pemboran

Dril-006-Hidrolika Fluida Pemboran 31