Laporan Resmi ASP

BAB I

PENDAHULUAN

Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas konstruksi sumur adalah sejauh

mana kualitas semen yang digunakan. Untuk itu perlu dilakukan studi

laboratorium untuk mengetahui komposisi dan sifat fisik semen. Diharapkan

dengan kualitas semen yang baik konstruksi sumur dapat bertahan lebih dari 20

tahun.

Pada umumnya operasi penyemenan bertujuan untuk :

1. Melekatkan casing pada dinding lubang sumur.

2. Melindungi casing dari masalah-masalah mekanis sewaktu operasi pemboran

(seperti getaran).

3. Melindungi casing dari fluida formasi yang bersifat korosi.

4. Memisahkan zona yang satu terhadap zona lainnya dibelakang casing.

Menurut alasan dan tujuannya, penyemenan dapat dibagi dua yaitu Primary

Cementing dan Secondary atau Remedial Cementing (penyemenan kedua atau

penyemenan perbaikan).

Primary Cementing adalah penyemenan yang pertama kali dilakukan setelah

casing diturunkan ke dalam sumur. Pada Primary Cementing, penyemenan casing

pada dinding lubang sumur dipengaruhi oleh jenis casing yang akan disemen.

Sedangkan Secondary Cementing adalah penyemenan ulang untuk

menyempurnakan primary cementing atau untuk memperbaiki penyemenan yang

rusak. Setelah operasi khusus semen dilakukan, seperti Cement Bond Logging

(CBL) dan Variable Density Logging (VDL), kemudian didapati kurang

sempurnanya atau ada kerusakan pada primary cementing maka dilakukan

secondary cementing.

Standar minimum yang harus dimiliki dari perencanaan sifat-sifat semen

didasarkan pada Brookhaven National Laboratory dan API Spec 10 “Specification

for Material and Testing for Well Cementing”.

Menurut alasan dan tujuannya penyemenan dibagi menjadi dua :

1

2

1. Primary Cementing

Adalah suatu penyemenan dimana langsung dilakukan setelah pemasangan

casing, kegunaan primary cementing diantaranya :

a. Melekatkan casing ke formasi

b. Melindung pipa dari tekanan – tekanan formasi

c. Menutup zona lost circulation

d. Membuat pemisah zona dibelakang casing

Penyemanan conductor casing bertujuan untuk mencegah terjadinya

kontaminasi fluida pemboran dengan formasi. Pada surface casing bertujuan

melindungi air tanah agar tidak tercemar dari fluida pemboran, memperkuat

kedudukan surface casing sebagai tempat dipasangnya alat BOP, untuk

menahan beban casing yang berada dibawahnya, dan untuk mencegah

terjadinya aliran fluida pemboran atau fluida formasi yang akan melalui

surface casing.

Penyemenen intermediate casing bertujuan untuk menutupi tekanan

formasi abnormal atau untuk mengisolasi daerah lost circulation.

Penyemenen production casing bertujuan untuk mencegah terjadinya

aliran antar formasi ataupun aliran fluida formasi yang tidak diinginkan, yang

akan memasuki sumur, untuk mengisolasi zona produktif yang akan

diproduksikan fluida formasi, dan juga untuk mencegah terjadinya korosi pada

casing yang disebabkan oleh material–material korosif.

2. Secondary Cementing

Adalah suatu cara dimana cemen slurry ditekan masuk kesuatu formasi

atau tidak disumur, gunanya antara lain :

Memperbaiki Primary Cementing yang tidak sempurna.

Mengurangi gas oil, water oil atau water gas ratio.

Memperbaiki casing yang patah.

Menutup zona lost circulation.

Membantu pada primary cementing bila fill up ( pengisian kolom yang

harus disemen ) tidak cukup.

3

Secondary cementing dapat dibagi menjadi 3 bagian :

a. Squezze Cementing, bertujuan untuk :

Mengurangi WOR, WGR, GOR.

Menutup formasi yang tidak lagi produktif.

Menutup zona lost circulation.

Memperbaiki kebocoran pada casing.

b. Re–Cementing

Dilakukan untuk menyempurnakan primary cementing yang gagal dan

untuk memperluas perlindungan casing diatas top Cement.

c. Plug Back Cementing, dilakukan untuk :

Menutup dan meninggalkan sumur.

Melakukan directional drilling sebagai landasan Whip Stock yang

dikarenakan adanya perbedaan Compressive Stregh antara semen dan

formasi maka akan mengakibtakan bit berubah arahnya.

Menutup zona air dibawah zona minyak agar WOR berkurang pada

open hole completion.

Densitas suspensi semen yang rendah sering digunakan dalam operasi primary

cementing,guna untuk untuk menghindari terjadinya fracture pada formasi yang

lemah. Untuk menurunkan densitas dapat dilakukan dengan hal-hal berikut :

1. Menambahkan clay atau zat –zat kimia silikat jenis extender

2. Menambahakan bahan –bahan yang dapat memperbesar volume suspensi

semen,seperti pozzolan

Sedangkan densitas suspensi semen sangat tinggi denggunakan bila tekanan

formasi cukup besar. Untuk memperbesar densitas dapat ditambahkan pasir atau

material –material pemberat ke dalam suspensi semen,seperti barite dan bentonite.

Pengukuran densitas di laboratorium berdasarkan dari data berat volume tiap

komponen yang ada dalam suspensi semen,sedangkan di lapangan dengan

menggunakan alat ” Pressurized mud balance ”.

4

Secara garis besar percobaan laboratorium analisa semen pemboran dapat

dibagi dalam beberapa kelompok kecil, yaitu :

1. Pembuatan suspensi semen dan cetakan sampel

2. Uji Rheologi suspensi semen

3. Uji sifat-sifat suspensi semen

4. Uji sifat-sifat batuan semen.

Uji sifat-sifat batuan semen pemboran sedikit berbeda dengan uji yang

lainnya, karena batuan semen yang terjadi merupakan fungsi waktu. Dengan

demikian sifat-sifat tersebut akan berbeda tergantung dari waktu

pengkondisiannya baik terhadap temperatur ataupun waktunya.

Perkins System

Perkins system sering juga disebut dengan penyemenan system plug atau

penyemenan sistem sumbat, karena didalam penyemenan ini menggunakan plug.

Terdapat dua plug, yaitu bottom plug dan top plug. Bottom plug memisahkan

Lumpur yang ada dalam casing dengan bubur semen sedangkan top plug

memisahkan bubur semen dengan Lumpur pendorong.

Peralatan yang digunakan pada penyemenan system perkns adalah sebagai

berikut:

1. Peralatan yang terletak di bawah permukaan adalah antara lain :

Casing Shoe

Casing shoe terletak di ujung rangkaian casing. Fungsi dari casing

shoe adalah untuk menuntut casing diwaktu penurunannya agar tidak

tersangkut. Casing shoe yang berfungsi hanya sebagai penuntut casing

diwaktu penurunannya disebut guide shoe. Casing yang diperlengkapi

dengan elap penahan tekanan balik disebut dengan float shoe.

Shoe Track

Shoe track adalah satu atau dua batang casing yang ditempatkan diatas

casing shoe. Shoe track berfungsi untuk menampung bubur semen yang

terkontaminasi oleh Lumpur pendorong. Kalau bubur semen yang

5

terkontaminasi oleh Lumpur pendorong masuk ke anulus maka ikatan

semen di annulus tidak baik.

Casing Collar

Salah satu alat downhole yang digunakan untuk mengkonfirmasi atau

mengkorelasi kedalaman menggunakan titik referensi yang diketahui pada

casing string.

Scratcher

Scratcher bertugas untuk mengikis mud cake. Bila mud cake tidak

terkikis maka ikatan semen dengan dinding lobang tidak baik, ini akan

membentuk channeling pada semen.

Stracher terdiri dari 2 macam, yaitu:

a) Rotating scratcher yang berfungsi untuk mengikis mud cake dengan

jalan memutar casing.

b) Reciprocating scratcher yang berfunfsi untuk mengikis mud cake

dengan jalan menaik – turunkan rangkaian casing.

Centralizer

Centralizer berfungsi membuat casing berada ditengah – tengah

lobang, kalau casing tidak berada ditengah – tengah lobang bor, maka

semen tidak rata tebalnya di sekeliling casing malahan ada annulus casing

yang tidak tersemen, kalau hal ini terjadi maka casing tidak akan ada yang

menahan dari serangan cairan korosif. Sehingga casing akan cepat bocor

atau terbentuk channeling dalam semen.

2. Peralatan yang terletak di atas permukaan adalah antara lain :

Cementing head

Cementing head adalah peralatan penyemenan yang dipasang diujung

casing teratas. Cementing head yang modern sekarang adalah plug

container dimana didalam plug container bisa dipasang langsung bottom

plug dan top plug, masing – masng plug akan ditahan oleh pin penahan.

6

Selain dari itu cementing head jenis dilengkapi dengan 3 buah saluran

yaitu :

a) Saluran Lumpur, saluran ini untuk sirculasi Lumpur untuk

membersikkan lubang bor

b) Saluran bubur semen, saluran ini dipakai diwaktu memompakan

bubur semen kedalam casing.

c) Saluran Lumpur pendorong, saluran ini digunakan mendorong sampai

top plug berimpit dengan bottom plug di casing collar.

Cementing line

Cementing pump

Pompa semen bertugas mengisap bubur semen yang telah dibuat dan

memompakan bubur semen ke cementing head melalui cementing line.

Slurry pan

Hopper dan mixer

Hopper adalah corong untuk memasukan bubuk semen dan additive,

air disalurankan dengan tekanan tiinggi dari bagian belakang mixer. Air

dengan bubuk semen dan additive diaduk hingga rata oleh mixer.

Tangki air

Poorboys System

Metode poorboys system ini disebut juga dengan penyemenan sistem tubing

atau tubing system. Dikatakan tubing system sering digunakan untuk penyemenan

casing berukuran 16 inch ke atas. Alasan dari penggunaan sistem poorboys

adalah:

1) Waktu

Waktu yang diperlukan untuk melakukan penyemenan dengan system

poorboys lebih singkat dibanding bila menyemen dengan sistem perkins.

Hubungan diameter casing besar waktu untuk pendorongan akan lebih

panjang.

7

2) Peralatan yang tersedia.

Bila casing besar, top plug yang mempunyai ukuran yang besar tidak ada

dipasaran. Kalau di pesan pada pabrik tentu harus segera khusus, sehingga

harganya mahal, dan bila ditinjau dari segi biaya tidak ekonomis.

3) Bubur semen

Bila menggunakan system perkins, tentu untuk casing yang besar akan

mempunyai shoetrack yang mempunyai volume yang besar pula. Di dalam

shoetrack nantinya setelah selesai penyemenan teris oleh semen, yang banyak

sekali, dan semen yang tertinggal di dalam shoetrack akan terbuang saja.

Tentu ini merupakan kerugian dari bubuk semen, sehingga system perkins

juga tidak ekonomis untuk menyemen casing yang berdiameter besar.

4) Lumpur pendorong

Lumpur pendorong yang digunakan tentu akan banyak sekali bla

menggunakan penyemenan dengan system sumbat, volume Lumpur

pendorong mulai dari permukaan sampai ke casing collar adalah sangat besar

volumenya untuk casing yang besar diameternya.

5) Pompa Lumpur pendorong.

Pompa Lumpur pendorong mungkin takkan sanggup mendorong Lumpur

pemboran yang besar volumenya.

Proses kerjanya adalah sebagai berikut. Casing yang akan disemen disambung

ujungnya dengan duplex float shoe. Shoe ini berfungsi menuntun casing agar

tidak tersangkutdalam penurunannya. Karna mempunyai float system, shoe dapat

menahan tekanan balik bubur semen dari annulus. Selain itu duplex float shoe

dilengkapi juga stinger socket. Pada bagian luar casing dilengkapi dengan

centralizer dan scratcher, yang bertugas agar casing tetap berada ditengah lubang

dan membersikan mud cake. di annulus drill pipe dengan casing juga dipasang

sebuah centralizer agar pemasangan stinger dengan stinger socket bisa tepat,

tubing dan drill pipe digunakan sebagai saluran bubur semen dan Lumpur

pendorong.

8

Penyemenan Bertingkat

Penyemenan bertingkat lebih populer disebut dengan stage cementing,

penyemenan ini dilakukan secara bertingkat atau secara bertahap. Tingkat pertama

dilakukan untuk menyemen casing bagian bawah sepanjang kolam semen tertentu,

kemudian dilanjutkan lagi untuk menyemen lagi casing yang lebih atas.

Penyemenan dengan cara ini bisa dlakukan untuk menyemen seluruh annulus

casing dari dari dasar lubang atau tidak seluruhnya. Mungkin beberapa ribu feat

dari dasr lubang. dan ada beberapa ribu atau ratus featpula dari permukaan, hal ini

tergantung kepada tujuan penyemenan itu dan kondisi dari formasi yang akan

disemen.

Alasan – alasan dilakukannya penyemenan bertingkat sebagai berikut :

1) Tekanan rekah formasi

Bila formasi didasar lubang mempunyai tekanan rekahan yang kecil tinggi

kolam semen tidak dapat terlalu besar, sebab dasar lubang tidak sanggup

menahan tekanan yang besar kita tahu bahwa berat jenis bubur semen adalah

cukup besar dan akan menyebabkan tekanan yang lebih besar, yang akan

menghancurkan formasi dari tekanan tersebut. Ha ini berlaku pula pada sumue

dalam

2) Menghemat pemakaian semen.

Bagian dari lubang bar tidak perlu seluruhnya disemen, bila formasi

lubang cukup keras dan kompak, tidak perlu disemen. Jadi dengan tidak

seluruhnya disemen maka akan menghemat semen.

3) Formasi lost

Formasi yang sangat lemah yang mana merupakan yaqng tidak tahan

terhadap tekanan, tidak perlu disemen bila formasi tersebut tidak menibulkan

bahaya yang lain cukup disemen bagian atas dan bawahnya saja.

Teknik penyemenan bertingkat ada beberapa cara, yaitu:

Regular two stage cementing.

Continuous tripping two stage cementing.

Continuous two stage cementing

BAB II

PEMBUATAN SUSPENSI SEMEN DAN CETAKAN SAMPEL

2.1. Tujuan Percobaan

1. Mengetahui dan memahami cara pembuatan suspensi semen

pemboran

2. Mengetahui cara pembuatan cetakan semen / sampel

3. Mengetahui pengkondisian suspensi semen.

2.2. Teori Dasar

Pada umumnya penyemenan bertujuan untuk melekatkan casing pada

dinding lubang sumur, melindungi casing dari masalah–masalah mekanis

sewaktu operasi pemboran (seperti getaran). Melindung casing dari fluida

formasi yang bersifat korosif, dan untuk memisahkan zona–zona yang satu

terhadap zona yang lain dibelakang casing.

Densitas suspensi semen didefenisikan sebagai perbandingan antara

jumlah berat bubuk semen,air pencampur dan addditif terhadap jumlah

volume bubuk semen,air pencampur dan additif.

Dirumuskan sebagai berikut :

Dimana :

Dbs = Densitas suspensi semen

Gbk = Berat bubuk semen

Gw = Berat air

Ga = Berat additif

Vbk = Volume bubuk semen,gallon

Vw = Volume air,gallon

9

Dbs=Gbk+Gw+GaVbk+Vw+Va

10

Va = Volume additive,gallon

Densitas suspensi semen sangat berpengaruh terhadap tekanan

hidrostatis suspensi semen didalam lubang sumur. Bila formasi tidak

sanggup menahan tekanan suspensi semen,maka akan menyebabkan

formasi pecah,sehingga terjadi lost cirulation.

Semen yang biasa digunakan dalam industri perminyakan adalah

semen Portland, dikembangkan oleh Joseph Aspdin tahun1842. Disebut

Portland karena mula-mula bahannya didapat dari pulau Portland Inggris.

Semen Portland ini termasuk semen hidrolis dalam arti akan mengeras bila

bertemu atau bercampur dengan air.

Semen portland mempunyai 4 komponen mineral utama, yaitu :

1. Tricalcium Cilicate

Tricalcium cilicate (3CaO.SiO2) dinotasikan sebagai C3S, yang

dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO2. Komponen ini merupakan

yang terbanyak dalam semen Portland, sekitar 40-45 % untuk semen

yang lambat proses pengerasannya dan sekitar 60-65 % untuk semen

yang cepat proses pengerasannya (high-early strength cement).

Komponen C3S pada semen memberikan strength yang terbesar pada

awal pengerasan.

2. Dicalcium Cilicate

Dicalcium cilicate (2CaO.SiO2) dinotasikan sebagai C2S yang juga

dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO2. Komponen ini sangat penting

dalam memberikan final strength seemn. Karena C2S ini

menghidarasinya lambat maka tidak berpengaruh dalam setting time

semen, akan tetapi sangat menentukan dalam kekuatan semen lanjut.

Kadar C2S dalam semen tidak lebih dari 20 %.

3. Tricalcium Aluminate

11

Tricalcium Aluminate (3CaO.Al2O3) dinotasikan sebagai C3A,

yang terbentuk dari reaki antara CaO dengan Al2O3.

Walaupunkadarnya lebih kecil dari komponen silikat (sekitar 15 %

untuk high-early strength cement dan sekitar 3% untuk semen yang

tahan terhadap sulfat), namun berpengaru terhadap rheology suspensi

semen dan membantu proses pengerasan awal pada semen.

4. Tetracalcium Aluminoferrite

Tetracalcium Aluminoferrite (4CaO.Al2O3.Fe2O3) dinotasikan

sebagai C4AF, yang terbentuk dari reaki antara CaO dengan Al2O3 dan

Fe2O3. Komponen ini hanya sedikit berpengaruh pada strength semen.

API menjelaskan bahwa kadar C4AF ditambah dengan 3 kali kadar

C3A tidak boleh lebih dari 24 % untuk semen yang tahan terhadap

kandungan sulfat yang tinggi. Penambahan kadar besi yang berlebihan

akan menaikkan kadar C3A dan berfungsi menurunkan panas hasil

reaksi/hidrasi C3A dan C2S.

2.2.1. Klasifikasi Semen

API telah melakukan pengklasifikasian semen kedalam beberapa kelas

guna mempermudah pemilihan dan penggolongan semen yang akan

digunakan. Pengklasifikasian ini didasrkan atas kondisi sumur dan sifat-

sifat semen yang disesuaikan dengan kondisi sumur tersebut. Kondisi

sumur tersebut meliputi kedalaman sumur, temperatur, tekanan dan

kandungan yang terdapat pada fluida formasi (seperti sulfat dan

sebagainya).

1. Kelas A

Semen kelas A ini digunakan dari kedalaman 0 (permukaan)

sampai 6000 ft. Semen ini terdapat dalam tipe biasa (ordinary type)

saja dan mirip dengan semen ASTM C-150 tipe I.

2. Kelas B

12

Semen kelas B digunakan dari kedalaman 0 sampai 6000 ft dan

tersedia dalam jenis yang tahan terhadap kandungan sulfat menengah

dan tinggih (moderate and high sulfat resistant).

3. Kelas C

Semen kelas C digunakan dari kedalaman 0 sampai 6000 ft dan

mempunyai sifat high-early strength (proses pengerasan cepat). Semen

ini tersedia dalam jenis moderate dan high sulfat resistant.

4. Kelas D

Semen kelas D digunakan untuk kedalaman dari 6000 ft sampai

12000 ft dan untuk kondisi sumur yang memiliki tekanan dan

temperatur tinggi. Semen ini tersedia juga dalam jenis moderate and

high sulfat resistant.

5. Kelas E

Semen kelas E digunakan untuk kedalaman dari 6000 ft sampai


temperatur tinggi. Semen ini tersedia juga dalam jenis moderate and

high sulfat resistant.

6. Kelas F

Semen kelas F digunakan untuk kedalaman dari 10000 ft sampai


temperatur tinggi. Semen ini tersedia juga dalam jenis high sulfat

resistant.

7. Kelas G

Semen kelas G digunakan untuk kedalaman 0 sampai 8000 ft dan

merupakan semen dasar. Bila ditambahkan retarder, semen ini dapat

dipakai untuk sumur yang dalam dan range temperatur yang cukup

besar. Semen ini tersedia dalam jenis moderate and high sulfat

resistant.

13

8. Kelas H

Semen kelas H digunakan dari kedalaman 0 sampai 8000 ft dan

merupakan semen dasar pula. Dengan penambahan acclerator dan

retarder, semen ini dapat digunakan pada range temperatur dan

kedalaman yang besar. Semen ini hanya tersedia dalam jenis moderate

sulfate resistant.

9. Kelas J

Semen kelas J untuk kedalaman 0 sampai 8000 ft dan merupakan

semen dasar pula seperti Kelas G dan H. Semen ini hanya tersedia

dalam jenis moderate sulfate resistant. Didalam dunia perminyakan

semen ini jarang digunakan.

2.2.2. Pembuatan Semen

Suspensi semen yang digunakan pada suatu operasi penyemenan

sumur pemboran terdiri dari komponen dasar berupa semen Portland, air

dan additive sebagai zat penambah. Semen portland tersusun atas bahan-

bahan dasar tertentu yang sangat berpengaruh terhadap karakteristik semen

yang diinginkan. Ada dua macam bahan dasar yang dibutuhkan dalam

menghasilkan semen Portland, yaitu material calcareous (limestone, chalk,

marl yang mengandung CaCO3 dan CaO) dan material argillaceous (clay,

shale, slate, ash yang mengandung SiO2, Al2O3 dan Fe2O3). Pembuatan

semen portland dibedakan dalam dua proses, yaitu dry process dan wet

process, dibedakan berdasarkan proses peleburan material-material

dasarnya. Setelah melewati salah satu proses di atas, material-material

tersebut akan melalui proses pembakaran, proses pendinginan dan proses

penggilingan untuk kemudian dicetak

Pembuatan semen portland melalui beberapa tahap berikut :

1. Proses Peleburan

Dalam bagian ini ada 2 cara yang umum digunakan, yaitu :

14

Dry Process

Pada awal proses ini, clay dan limestone sama-sama dihancurkan,

lalu dikeringkan di rotary dries. Hasilnya dibawa ke tempat

penggilingan untuk dileburkan. Kemudian hasil peleburan ini

masuk ketempat penyaringan dan partikel-partikel yang kasar

dibuang dengan system sentrifugal. Hasil saringan ini ditempatkan

di beberapa silo (tempat berbentuk tabung yang tertutup) dan

setelah didapat komposisi kimia yang diinginkan kemudian akan

melalui proses pembakaran di klin. Campuran ini biasanya

berukuran 100 – 200 mesh agar kontak antar partikel-partikel yang

terjadi dapat maksimal. Proses pembuatan semen melalui Dry

Process dapat dilihat pada Gambar dibawah ini..

GAMBAR 2.1. Proses Pembuatan Semen Melalui Dry Process

Wet Process

Material-material mentah dicampur dengan air, lalu dimasukkan ke

tempat penggilingan (grinding mill). Campuran ini kemudian

dipompa melalui vibrating screen. Material-material yang kasar

dikembalikan ke penggilingan, sementara campuran yang lolos

yang berupa susupensi ditampung pada suatu tempat berbentuk

kolom-kolom. Di tempat ini, suspensi mengalami proses rotasi dan

pemampatan sehingga didapat campuran yang homogen. Di tempat

ini pula komposisi kimia suspensi diubah-ubah untuk didapatkan

komposisi yang diinginkan sebelum dibawa ke klin.

15

GAMBAR 2.2. Proses Pembuatan Semen Melalui Wet Process

2. Proses Pembakaran

Proses pembakaran (lihat Gambar 2.3. dilakukan setelah melalui salah satu

proses peleburan di atas (dry process atau wet process), campuran masuk

ke dalam “rotary klin” Di klin, campuran ini berputar-putar kemudian

dipanaskan perlahan-lahan melalui beberapa proses temperatur seperti

berikut (API Spec. 10, Material and Testing for Well Cement) :

100 oC = pembebasan air bebas.

200 oC = dehidroksilasi mineral-mineral clay.

900 oC = kritalisasi mineral-mineral clay yang mengalami

dehidroksilasi dan dekomposisi CaCO3.

900 – 1200 oC = reaksi antara CaCO3 atau CaO dengan aluminosilicates.

1250 – 1280 oC = mulai terbentuk fasa liquid.

> 1280 oC = fasa liquid terus terbentuk dan komponen-komponen

semen terjadi.

GAMBAR 2.3. Proses Pembakaran

16

3. Proses Pendinginan

Setelah pembakaran dilakukan proses pendinginan kualitas

“klinker”, produk yang dihasilkan dari rotary klin sangat tergantung

dari kecepatan dan metode pada proses pendinginan. Bila laju

pendinginan lambat, akan dihasilkan produk yang baik dimana akan

terjadi proses kristalisasi dari klinker akan meningkatkan kekuatan

semen. Sedangkan bila laju pendinginan cepat akan dihasilkan produk

seperti gelas yang dapat mempersukar klinker digiling, ini dapat

mengakibatkan kekuatan semen cepat naik tetapi tidak lama.

Proses pendinginan sebenarnya telah dimulai ketika temperatur

mulai menurun dari clinkering temperature. Kualitas clinker dan

selesainya pembuatan semen sangat tergantung dari laju pendinginan-

perlahan sekitar 4-5 oC (7-8 oC) sampai suhu 1250 oC, kemudian cepat

sekitar 18-20 oC (32-36 oF) permenit.

4. Proses Penggilingan

Pada tabung penggiling ada bola-bola baja, yang dapat

mengakibatkan sekitar 97-99 % energi yang masuk diubah menjadi

panas. Selama proses penggilingan ini biasanya ditambahkan gypsum

sekitar 3 – 5 % yang berguna untuk mengontrol pembebasan CaO dan

untuk menghindari flash setting. Oleh karena itu diperlukan

pendinginan, karena jika terlalu panas akan banyak gypsum ynag

menghidrasi menjadi kalsium sulfat hemidrat (CSH2). atau larutan

anhidrit (CS). Akhirnya dari proses penggilingan didapat bubuk semen

yang diinginkan. Bubuk semen yang dihasilkan kemudian ditempatkan

di silo-silo dan dipak.

17

GAMBAR 2.4. Proses Penggilingan

Selain komponen dasar, ada juga komponen tambahan dalam

pembuatan semen pemboran. Komponen tambahan semen merupakan

macam-macam additive yang digunakan dalam operasi penyemenan untuk

memperoleh sifat khusus atau kinerja yang dibutuhkan. Additive yang

umum digunakan untuk bahan campuran pada suspensi semen/slurry

antara lain :

A. Retarder

adalah additive berfungsi untuk memperlambatkan atau

memperpanjang thickening time. Hal ini diperlukan untuk menyemen

surat bertemperatur tinggi, atau untuk sumur yang dalam atau kolom

penyemenan yang panjang. Atau bila air banyak terisap oleh

penambahan additive lain sehingga thickening time berkurang.

Sebagaimana telah disebut diatas bahwa bila thickening time lebih

kecil dari waktu pemompaan bubur semen maka bubur semen akan

mengeras sebelum sampai ke tempat yang diinginkan.

Bahan-bahan yang bertindak sebagai retarder adalah sebagai berikut :

1. Calcium ligno sulfonate

Pengaruh calcium ligno sulfonate terhadap thickening dapat

terjadi Dimana bentonite adalah 12% untuk kedalaman tertentu.

Kalau secara normal thickening time akan berkurang untuk

pertambahan temperatur. Temperatur akan naik dengan

bertambahnya kedalaman lobang.

18

Modified lignin adalah retarder untuk temperatur yang tinggi.

Dan juga dapat sebagai additive untuk menurunkan viskositas dari

bubuk semen.

Bahan ini terutama digunakan untuk :

Pozzolan lime

Semen kelas D dan E

Modified lignin tidak perlu menambahkan air yang banyak. Bahan

ini dianjurkan untuk kedalaman 12.000 ft keatas atau untuk

temperatur 2600F lebih. Pada tabel berikut ini diperlihatkan

modified lignin sebagai retarder untuk kadalaman 12.000 ft sampai

18.000 ft. Untuk penyemenan casing dan squeeze cementing dalam

keadaan statis maupun saat dinamis, untuk semen kelas D atau F.

Dengan kenaikan kedalaman sumur dan penambahan berbagai

harga modified lignin didapatkan thickening time bubur semen

antara 3 – 4 jam.

2. CMHEC

CMHEC adalah singkatan dari Carboxy Methyl Hidroxy Etyl

Cellulose. Bahan ini digunakan untuk temperatur yang ekstrim.

CMHEC memerlukan banyak air dalam pencampurannya.

3. Garam NaCl

Konsentrasi NaCl yang dicampurkan harus lebih besar dari

lima persen (5%). Kalau 1.5 sampai 3% NaCl mempercepat

thickening time. NaCl berguna juga untuk memperbaiki ikatan

semen untuk menyemen formasi garam. Untuk formasi shale

digunakan juga air garam formasi shale tidak mengisap air dari

bubuk semen. Sebab formasi shale menghisap air tawar.

Additive ini dapat pula menaikkan berat jenis bubur semen.

Umumnya digunakan 3.1 lb untuk setiap gallon air.

19

B. Accelerator

Adalah additive untuk mempercepat thickening time. Pada

umumnya accelerator ditambahkan bbila menyemen sumur yang

dangkal. Kalau tidak ditambahkan accelerator terlalu lama menunggu

bubur semen menjadi keras.

Bahan-bahan yang bertindak sebagai accelerator adalah :

1. Calcium chlorida (CaCl2)

2% CaCl2 dapat melipat duakan compressive strength semen

dalam tempo 24 jam, pada temperatur 1200F. Umumnya calcium

chloride yang ditambahkan berkisar antara 2% sampai 4%.

2. Natrium chlorida (NaCl)

Natrium chlorida atau garam dapur, dapat bertindak sebagai

retarder dan dapat juga sebagai accelerator. Hal ini tergantung

kepada konsentrasi garamnya.

Penambahan NaCl akan menurunkan thickening time prosentase

penambahan NaCl 2 dan 4%.

3. Densified cement

Densified cement maksudnya bubur semen yang dikurangi

WCR-nya. Dengan mengurangi air yang dicampurkan dalam

membuat bubur semen, maka dihasilkan semen yang padat.

Dengan demikian akan didapatkan berat jenis bubur semen

yang lebih besar dan thickening bubur semen yang lebih kecil.

Pengurangan air yang dicampurkan dalam membuat bubur

semen boleh dilakukan kalau sudah memakai friction loss reducer.

Kalau tidak akan menyebabkan friksi diannulus besar. Jadi dengan

kata lain bila mengurangi air yang dicampurkan dalam membuat

bubuk semen harus diiringi oleh penambahan friction reducer.

Agar tidak banyak gesekan diannulus. Tabel berikut ini

memperlihatkan penambahan friction reducer bila air yang

dicampurkan dikurangi dan memperlihatkan berat jenis bubuk

semen yang dihasilkan dan juga yield bubur semen.

20

C. Weighting Agent,

Digunakan untuk menambah densitas suspensi semen. Weight

material ditambahkan dalam bubur semen bila akan menyemen

formasi bertekanan tinggi. Untuk menaikkan berat jenis bubur semen

ditambahkan dalam pembuatan semen antara lain:

1. Ilmenite merupakan bahan yang tertarik sebagai weight material.

Material ini adalah inert solid dan tidak memberikan pengaruh

terhadap thickening time. Rumus kimia dari ilmenite adalah

FeTiO3, mempunyai SG 4.7. Distribusi ilmenite dalam bubur

semen dapat merata atau uniform. Berat jenis bubur semen yang

terjadi dapat mencapai 22 ppg.

2. Barite merupakan bahan yang paling umum digunakan menaikkan

berat jenis bubur semen, maupun lumpur pemboran. SG dari barite

adalah 4.3 dan dapat menaikkan berat jenis bubur semen menjadi

18 ppg. Kata lain untuk barite adalah barium sulfate. Dalam

penambahan barite, perlu diiringi dengan penambahan air untuk

membasahi partikelnya, karena barite mempunyai surface area

yang besar. Air ini dapat juga melarutkan retarder dari bubuk

semen. Sehingga thickening timenya jadi singkat. Penambahan air

yang banyak dapat menurunkan compressive strength dari semen.

3. Pasir yang digunakan untuk menaikkan berat jenis bubur semen

umumnya adalah pasir ottawa (ottawa sand). Berat jenis yang

terjadi dapat mencapai 18 ppg. Biasanya digunakan untuk

penyemenan lobang untuk pemasangan whipstock dan untuk plug

job yang lain. SG dari ottawa sand adalah 2.6 sehingga untuk

menaikkan berat jenis bubur semen diperlukan pasir yang banyak.

4. Densified cement

Bubur semen yang dikurangi air dalam pembuatannya akan

memberikan berat jenis bubur semen yang lebih tinggi. Dalam

pembuatannya harus diiringi dengan menambahkan friction

reducer, 0.75 sampai 1 % berat bubuk semen.

21

5. Sodium chlorida

Untuk menaikkan berat jenis bubur semen yang kecil saja, dapat

ditambahkan natrium chlorida. Kenaikan yang diperoleh 0.5 ppg

sampai 1 ppg.

D. Ekstender,

adalah additive untuk menaikkan volume dari bubuk semen. Pada

umumnya penambahan extender diiringi dengan penambahan air.

Kenaikan volume tidak seimbang dengan kenaikan berat bubur semen.

Sehingga akan cepat penurunan berat jenis bubur semen.

Bahan-bahan yang termasuk sebagai extender adalah :

1. Bentonite

Bentonite merupakan bermineral clay. Sifat utamanya adalah

dapat mengisap air dengan banyak, sehingga volume bubur semen

yang terjadi bisa naik sampai 10 kali. Akibatnya berat jenis bubur

semen dapat turun lebih besar. Penambahan bentonite harus

diiringi dengan penambahan air. Untuk 2% bentonite kira-kira

penambahan air adalah 1.3 gallon per sack.

Pengaruh lain akibat penambahan bentonite adalah :

Yield semen naik

Biaya lebih murah

Perforating qualities baik

Compressive strength semen naik

Permeabilitas semen naik

Viskositas bubur semen naik

Untuk temperatur 2300F ke atas penambahan bentonite sangat

drastis menurunkan strength semen dan menaikkan permeabilitas

semen. Pada tabel berikut terlihat pengaruh penambahan bentonite

terhadap compressive strength.

2. Pozzolan

22

Pozzolan merupakan extender yang tidak terlalu banyak

menurunkan compressive strength semen. Sedangkan pengaruh

penambahan pozzolan terhadap bubur semen adalah sama dengan

penambahan bentonite. Umumnya campuran bubuk semen dengan

pozzolan adalah 50% berbanding 50% dan biasanya bentonite 2%.

Semen yang dibuat dari campuran bubuk semen dan pozzolan

disebut dengan pozzolan cement.

3. Diatomaceous earth

Bahan ini berasal dari silika suatu sedimen. Diatomaceous

earth mempunyai surface area yang besar, sehingga memerlukan

banyak air dalam pembuatan bubur semen.

Umumnya dicampurkan antara 10% sampai 40%, dari berat bubuk

semen. Dipasaran sering disebut dengan :

Diacel D, buatan philips pet.co

Letepoz 2, buatan Dowell sclumberger.

4. Gilsonite

Gilsonit tidak memerlukan banyak air. Sehingga menurunkan

compressive strength semen akan lebih kecil dibandingkan dengan

extender yang lain, untuk pengurangan berat jenis yang sama.

Penambahan air 2 gal per 50 lb, gilsonite.

5. Expanded perlite

Expanded merupakan extender yang berasal dari vulkanik.

Umumnya ditambahkan juga bentonite 2% sampai dengan 6%

untuk mencegah pemisahan air.

Pada umumnya juga penambahan perlu penambahan air yang

banyak, dibawah tekanan expended perlite bertindak sebagai

spons. Sehingga bubur semen akan mempunyai berat jenis yang

lebih besar dan volume yang lebih kecil untuk kondisi bertekanan

dibandingkan dengan kondisi permukaan.

23

E. Dispersant, digunakan untuk menurunkan viskositas suspensi semen.

F. Fluid Loss Control Agent, digunakan untuk mengurangi filtrat (air

bebas).

G. Lost Circulation Control Agent, digunakan untuk mengurangi

kehilangan suspensi semen ke formasi.

H. Special Additive, digunakan untuk keperluan khusus dalam

menanggulangi kasus tertentu.

2.3. Peralatan dan Bahan

2.3.1. Peralatan

1. Timbangan

2. Cetakan Sampel

3. Kantong Plastic

4. Mixer

5. Stop Watch

6. Mud Balance

2.3.2. Bahan

1. Semen

2. Additive ( Bentonite dan Barite )

3. Air

Gambar 2.5. Mixer

24

Gambar 2.6. Timbangan

Gambar 2.7. Mud Balance

Gambar 2.8. Cetakan Kubik

25

Gambar 2.9. Silinder Casing 2 x 1 inch

Gambar 2.10. Stopwatch

Biasanya sampel suspensi semen yang dipersiapkan sebanyak

600 ml. Mixer dioperasikan pada kecepatan 4000 rpm untuk 15 detik

(dimana seluruh padatan semen dicampurkan ke dalam campuran

air) dilanjutkan dengan putaran 12000 rpm selama 35 detik. Karena

bubur semen sangat abrasif pengamatan dengan seksama terhadap

pisau mixer sangat penting.

2.4. Prosedur Percobaan

2.4.1. Prosedur Pembuatan Sampel

1. Timbang bubuk semen x gram, dengan timbangan.

2. Ukur air dengan WCR (Water Cement Ratio) yang diinginkan, harga

WCR tersebut tidak boleh melebihi batas air maksimum atau kurang

26

dari batas air minimum. Kadar air maksimum adalah air yang

dicampurkan ke dalam semen tanpa menyebabkan terjadinya

pemisahan lebih dari 3.5 ml, dalam 250 ml suspensi semen jika

didiamkan selama 2 jam pada temperatur kamar. Sedang kadar air

minimum adalah jumlah air yang dapat dicampurkan ke dalam semen

untuk memperoleh konsistensi maksimum sebesar 30 cc.

3. Jika menggunakan additif, lakukan prosedur sebagai berikut :

a. Jika additive berupa padatan, timbang berdasarkan % berat yang

dibutuhkan. Sebagai contoh penambahan tepung silica dalam %

BWOC, dengan berat total semen dan silica seberat 349 gram

adalah :

Slika 10 % BWOC dengan berat = 10

100×349 gr=34.9 gr

Bubuk semen + Silika =(349−34.9 ) gr=314.1 gr

b. Jika additive berupa cairan, % penambahan dilakukan dengan

mengukur volume additive berbanding dengan volume air yang

diperlukan. Sebagai contoh 1.5 % HR-13-L, dengan volume total

air sebesar 1000 ml, adalah :

Volume HR-a3-L yang diperlukan = 1.6100

×1000 ml=15 ml

4. Campur bubuk semen dengan additive padatan pada kondisi kering,

kemudian air dan additif larutan masukkan ke dalam mixing container

dan jalankan mixer mixer pada kecepatan rendah 4000 RPM dan

masukkan campuran semen dan additif padatan kedalamannya tidak

lebih dari 15 detik, kemudian tutup mixing container dan lanjutkan

pengadukan pada kecepatan tinggi 12000 RPM selama 35 detik.

2.4.2. Cetakan Sampel

Untuk kebutuhan pengujian digunakan tiga buah bentuk cetakan

sampel sebagai berikut :

27

1. Cetakan Pertama

Berupa kubik berukuran 2 x 2 in, cetakan sampel ini digunakan untuk

pengukuran compressive strength standar API.

2. Cetakan Kedua

Berupa silinder casing berukuran tinggi 2 in, dan diameter dalamnya 1

in. Cetakan sampel ini digunakan untuk pengukuran shear bond

strength antara casing dan semen, serta pengukuran permeabilitas

dengan casing.

3. Cetakan Ketiga

Berupa core silinder berukuran tinggi 1 – ½ in dan diameter luarnya 1

in. Cetakan sampel ini digunakan untuk pengukuran permeabilitas

semen dengan casing dan pengukuran compressive strength.

2.4.3. Pengkondisian Suspensi Semen

Pengkondisi suspensi semen dimaksudkan untuk mensimulatorkan

kondisi tekanan dan temperatur yang diinginkan. Pengkondisian dapat

dilakukan dengan tekanan atmosphere dan temperatur sampai 90⁰ C

dengan menggunakan water bath. Pengkondisian pada tekanan dan

temperatur operasi dapat dilakukan dengan alat Pressure Curing Chamber.

2.5. Pembahasan

Dalam pelaksanaan percobaan diatas kita menggunakan semen dalam

x gram yang ditimbang, harga WCR yang diinginkan tidak boleh melebihi

batas air maksimum tau kurang dari batas air minum. Kadar maksimum

yang dimasud yaitu apabila air yang dicampurkan kedalam semen tanpa

menyebabkan pemisahan lebih dari 3.5 ml, dalam 250 ml suspensi semen

jika didiamkan selama2 jam pada temperatur kamar. Sedangkan kadar air

minimum jumlah air yang dapat dicampurkan kedalam semen untuk

memperoleh konsisten maksimum sebesar 30 cc. Prosedur yang digunakan

28

jika ingin menggunakan additif berupa padatan, timbang % berat yang

dibutuhkan. Jika menggunakan additif cairan, % penambahan dilakukan

dengan mengukur volume additif berbanding dengan volume air yang

diperlukan. Setelah bubuk semen dengan additif dicampur kemudian air

dan additif dimasukan kedalam mixing container dan dijalankan dengan

kecepatan 4000 RPM. Kemudian tutup mixing container dengan


Semen yang dibuat dipergunakan pada percobaan penentuan shear

band dan compressive strength maka ditambahkan kedalamnya additive

(barite) sebesar 2 gram. Semen yang telah dibuat dimasukkan kedalam

cetakan yang telah tersedia.

Cetakan sampel pertama yang berupa kubik berukuran 2 x 2 inchi,

yang akan digunakan dalam percobaan pengukuran compressive streght

sebelum sampel suspensi semen dituangkan terlebih dahulu pada cetakan

diolesi vaselin yang berguna untuk melicinkan batuan semen saat akan

dilepas dari cetakan.

Cetakan sampel kedua adalah cetakan berupa silinder yang akan

dipergunakan dalam pengukuran shear band strength, pada pengukuran

shear band strength kita akan mengukur kemampuan semen untuk

menahan tekanan secara horizontal dan vertical.

Cetakan ketiga berupa core silinder 11/2 in dan diameter luarnya 1 in.

Sampel yang digunakan untuk pengukuran permeabilitas semen dengan

casing dan pengukuran compressive strength.

Setelah memasukkan semen kedalam masing-masing cetakan, tutup

cetakan dengan penutupnya dan memasukkan kedalam plastik kemudian

diletakkan didalam ember yang berisi air. Hal ini dilakukan agar cetakan

yang kita buat cepat mengeras.

29

2.6. Kesimpulan

1. Pembuatan suspensi semen dan cetakan semen ini perlu dilakukan

dalam penentuan shear bond dan compressive strength.

2. Pembuatan suspensi semen dan cetakan semen yang baik akan sangat

mendukung nilai dari shear band dan compressive strength yang akan

ditentukan kemudian.

3. Pada umumnya operasi penyemanan bertujuan untuk melekatkan

casing pada dinding lubang bor, melindung casing dari masalah–

masalah mekanis dari suatu operasi pemboran yang bersifat korosif.

4. Pembuatan suspensi semen yang baik berpengaruh terhadap nilai

porous pada semen.

5. Hasil Pembuatan suspensi semen juga dipengaruhi oleh kandungan

additif didalamnya.

BAB III

PENGUJIAN DENSITAS SUSPENSI SEMEN


1. Memahami cara pembuatan suspensi semen.

2. Mengetahui pengaruh penambahan additive terhadap densitas semen.

3. Mengetahui hubungan penambahan massa additif terhadap massa jenis

suspensi semen.

3.2. Teori Dasar

Densitas suspensi semen didefinisikan sebagai perbandingan antara

jumlah berat bubuk semen, air pencampur dan additif terhadap jumlah

volume bubuk semen, air pencampur dan additif.

Persamaannya sebagai berikut :

Densitas suspensi semen yang rendah sering digunakan dalam operasi

prymary cementing dan remedial cementing, guna menghindari terjadinya

fracture pada formasi yang lemah. Untuk menurunkan densitas dapat

dilakukan dengan hal-hal berikut :

1. Menambahkan clay atau zat-zat kimia silikat jenis extender.

2. Menambahkan bahan-bahan yang dapat memperbesar volume suspensi

semen, seperti pozzolan.

Sedangkan densitas suspensi semen yang tinggi digunakan bila

tekanan formasi cukup besar atau formasi sloughing (tanggal), dimana

densitas maksimum dapat dicapai dengan semen murni menggunakan

water content minimum yang diinginkan antara 17,5 – 19 lb/gal. Water

content rendah akan memudahkan pencampuran sampai 19 lb/gal dengan

bantuan dispersant, tetapi jarang digunakan dalam primary cementing.

30

ρ semen=W s+W add+W air

V s+V add+V air

31

Untuk menurunkan densitas dapat dilakukan dengan menambahkan clay

atau zat-zat kimia silikat jenis extender atau menambahkan bahan-bahan

yang dapat memperbesar volume suspensi semen seperti pozzolan,

ceramic microsphere atau nytrogen. Heavy sluries (suspensi semen berat)

digunakan pada penyemenan primer, dimana selalu pemberatnya adalah

material densitas tinggi, diukuti dengan normal atau sedikit dikurangi

prosentase airnya.

densitas suspensi semen yang tinggi digunakan bila tekanan formasi

cukup besar. Untuk menaikkan densitas dapat ditambahkan pasir atau

material-material pemberat ke dalam suspensi semen, seperti barite.

Densitas suspensi semen sangat berpengaruh terhadap tekanan tekanan

hidrostatis suspensi semen di dalam lubang sumur.bila formasi tidak

sanggup menahan tekanan suspensi semen, maka formasi akan pecah dan

terjadi loss circulation.

Densitas suspensi semen sangat berpengaruh terhadap PH suspensi

semen didalam lubang sumur, misalnya formasi akan pecah dan terjadi

loss circulation apabila formasi sudah tidak mampu menahan formasi.

Oleh karena itu untuk menjaga densitas semen ada beberapa hal yang

perlu dilakukan yaitu apabila densitas cukup tinggi maka dapat diturunkan

dengan menambahkan clay atau zat-zat kimia silikat jenis extender.Selain

itu dapat pula dilakukan pembesaran volume suspensi semen dengan

menambahkan bahan tertentu. Sebaliknya apabila densitas suspensi semen

sangat rendah maka dapat ditambahkan pasir atau material-material

pemberat ke dalam suspensi semen.

Pengukuran densitas di laboratorium berdasarkan dari data berat dan

volume tiap komponen yang ada dalam suspensi semen, sedangkan di

lapangan dengan menggunakan Pressurized Mud Balance. Densitas

suspensi semen diukur dengan pressurized Mud Balance. Untuk

menentukan besarnya densitas, kita perlu mengetahui jenis formasi, tipe

penyemenan, kemampuan pompa, permeabilitas batuan semennya itu

sendiri. Batasan densitas ini ditentukan oleh API.

32


3.3.1. Peralatan

1. Timbangan

2. Mixer

3. Mud Balance

3.3.2. Bahan

1. Semen

2. Additive (Barite/Bentonite)

3. Air

Gambar 3.1. Mud Balance

Gambar 3.2. Timbangan Digital

33

Gambar 3.3. Multi Mixer

Gambar 3.4. Semen


Prosedur percobaan yang dilakukan adalah :

1. Mengkalibrasi peralatan pressured mud balanced sebagai berikut :

a. Membersihkan peralatan mud balanced

b. Mengisi cup dengan air hingga penuh lalu ditutup dan dibersihkan

bagian luarnya

c. Meletakkan kembali mud balanced pada kedudukan semula

d. Rider ditempatkan pada skala 8,33 ppg

e. Meneliti nuvo glass, bila tidak seimbang kalibrasikan screw sampai

seimbang.

34

2. Mempersiapkan suspensi semen yang diukur dan density suspensi

semen dapat menggunakan rumus :

Dimana :

ρ = Massa jenis suspensi semen

Ws = Berat bubuk semen

Wad = Berat additive

Wair = Berat air

Vs = Volume bubuk semen

Vad = Volume Additif

Vair = Volume Air

3. Masukkan suspensi semen kedalam cup balanced, kemudian cup

ditutup dan semen yang melekat pada dinding bagian luar dibersihkan

sampai bersih.

4. Letakkan balance arm pada kedudukan semula, kemudian atur rider

hingga seimbang, baca harga skala sebagai densitas suspensi semen.

3.5. Data dan Perhitungan

Contoh Perhitungan :W air : 276 grW semen : 600 grW additive : 0 gr

V air :m /V=276 gr

1 grcc

=276 cc

V semen :m /V= 600 gr

3,14 grcc

=191,083 cc

ρ semen=W s+W add+W air

V s+V add+V air

35

Massa jenis suspensi semenW air+Ws+WaddV air+Vs+Vadd

=(276+600+0 ) gr

(276+191 , 0828+0 ) cc=1 , 87547 gr

cc

Densitas Suspensi Semen

1,87547 grcc

x 8,33=15 ,62267 ppg

Tabel 3.1. Hasil Pengujian Densitas Suspensi Semen

Semen (gr)

Air (ml)

Additif Massa Jenis suspensi semen (gr/ml)

Berat Jenis suspensi semen (ppg)

Barite Bentonite

Gr Volume additive Gr Volume

additive600 276 0 0 1.8754 15.623600 276 0.75 0.173 1.8773 15.63600 276 1.5 0.346 1.8791 15.638600 276 2.25 0.52 1.8809 15.645600 276 3 0.693 1.8827 15.653600 276 0 0 1.8754 15.623600 276 0.75 0.283 1.8764 15.627600 276 1.5 0.566 1.8773 15.63600 276 2.25 0.85 1.8782 15.634600 276 3 0.132 1.8792 15.638600 276 3.75 0.415 1.8801 15.642600 276 4.5 0.698 1.881 15.646600 276 5.25 1.981 1.882 15.65600 276 6 2.264 1.8829 15.654600 276 6.75 2.247 1.8838 15.658600 276 7.5 2.83 1.8848 15.662

36

Grafik 3.1Hubungan Barite Vs SG Semen

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.515.6

15.61

15.62

15.63

15.64

15.65

15.66

15.623

15.63

15.638

15.645

15.653

Penambahan Barite vs SG semen

barite

Barite (gram)

SG S

emen

(ppg

)

Grafik 3.2Hubungan Bentonite Vs SG Semen

0 1 2 3 4 5 6 7 815.6

15.61

15.62

15.63

15.64

15.65

15.66

15.67

15.62315.627

15.6315.634

15.63815.642

15.64615.65

15.65415.658

15.662

Penambahan Bentonite vs SG semen

Bentonite

Bentonite (gram)

SG S

emen

(ppg

)

37

Grafik 3.3

Grafik Penambahan Additive Vs SG Semen (ppg)

0 1 2 3 4 5 6 7 815.6

15.61

15.62

15.63

15.64

15.65

15.66

15.67

15.62315.627

15.6315.634

15.63815.642

15.64615.65

15.65415.658

15.662

Penambahan Additive vs SG semen

baritebentonite

Additive (gram)

SG Se

men

(ppg

)

Grafik 3.4

Grafik Penambahan Additive Vs SG Semen (gr/ml)

0 1 2 3 4 5 6 7 81.87

1.872

1.874

1.876

1.878

1.88

1.882

1.884

1.886

1.87541.8764

1.87731.8782

1.87921.8801

1.8811.882

1.88291.8838

1.8848

Penambahan Additive vs SG semen

baritebentonite

Additive (gram)

SG Se

men

(gr/

ml)

38

3.6. Pembahasan

Densitas merupakan salah satu faktor yang sangat diperhitungkan

dalam penyemenan. Densitas semen ini berkaitan erat dengan tekanan

hidrostatis karena berkaitan dengan rumus Ph = 0.052 x ρ x h yang mana

densitas berbanding lurus dengan tekanan hidrostatik. Semakin besar ρ

maka Ph juga semakin besar, begitu pula sebaliknya. Tekanan hidrostatik

ini yang mengendalikan fluida pada lubang bor. Sehingga kesetimbangan

tekanan tetap terjaga dan juga untuk mencegah terjadinya kick. Namun

jika densitasnya terlalu besar, maka formasi akan pecah dan

mengakibatkan loss circulation.

Pada percobaan ini diperagakan contoh pengendalian densitas semen.

Sebagai pengendalinya adalah zat additive. Zat additive yang digunakan

pada percobaan ini adalah barite dan bentonite. Dalam hal ini digunakan

zat additive barite dengan berbagai berat antara 0 gr sampai 3 gr dan

bentonite dengan berbagai berat antara 0 gr sampai 7.5 gr, semen yang

digunakan 600 gr dan airnya 276 ml.

Dalam pengujian densitas semen ini perlu diketahui ukuran besar

specific gravity semen (ppg) dari masing-masing additive seperti barite

dan bentonite, dimana dalam percobaan ini telah diketahui harga densitas

barite,bentonite,semen dan juga berat air dan berat semen atau volume

air,sedangkan volume semen perlu dihitung dulu dengan cara nilai dari

berat semen dibagi dengan densitas semen.Begitu pula dengan volume

masing-masing additive (barit dan bentonit) dihitung dengan cara nilai

berat masing-masing additive dibagi dengan nilai dari densitas masing-

masing additive.Setelah volume additive tersebut diketahui selanjutnya

yang dilakukan adalah perhitungan SG semen dengan cara berat air

ditambah berat semen dan ditambahkan berat additive,kemudian hasil dari

penjumlahan tersebut dibagi dengan hasil dari penjumlahan antara volume

air dengan volume semen dan volume additive. Setelah nilai SG dari

masing-masing additive didapatkan maka perbandingannya dapat

39

diketahui. Dari perhitungan tersebut didapatkan densitas semen awal

sebesar 1.87547 gr/cc dan ketika ditambah 0.75 gr barite naik menjadi

1.8773 gr/cc sedangkan ketika ditambah 0.75 gr bentonite naik menjadi

1.8764 gr/cc.

Berdasarkan percobaan dapat dilihat bahwa setiap penambahan barite

menyebabkan kenaikan densitas suspensi semen yang lebih cepat

dibandingkan dengan penambahan bentonite, Walaupun kedua additive ini

mempunyai fungsi yang sama sebagai bahan yang dapat meningkatkan

densitas ternyata barite lebih baik karena dengan berat yang sama dengan

bentonite, barite lebih mempunyai pengaruh yang lebih besar terhadap

penambahan densitas daripada bentonite, hal ini dibuktikan dengan hasil

grafik bahwa garis linear pada penambahan barite lebih cenderung keatas

dibandingkan dengan garis linear penambahan bentonite.

3.7. Kesimpulan

1. Pembuatan suspensi semen tidak terlepas dari proses dispersi dan

penambahan additive untuk memaksimalkan kualitas dari semen

tersebut.

2. Dari percobaan diketahui bahwa penambahan additive berupa Barite

dan Bentonite akan memperbesar harga densitas dari semen tersebut.

3. Hubungannya berbanding lurus karena semakin besar massa additive

yang ditambakan maka semakin besar pula massa jenis suspensi

semen tersebut.

4. Penambahan addirive barite akan lebih cepat menaikkan densitas

suspensi semen dari pada penambahan bentonite..

5. Densitas dari suspensi semen sangat perlu diperhatikan karena sangat

berpengaruh dalam proses penyemenan.

BAB IV

PENGUJIAN RHEOLOGI SUSPENSI SEMEN


1. Mengetahui perbedaan penambahan additif barite dan bentonite dalam

suspense semen.

2. Mengetahui harga plastic viscosity dan yield point dari suspense

semen.

3. Menentukan additif yang digunakan untuk.pengujian rheologi

suspense semen.

4.2. Teori Dasar

Pengujian rheologi suspensi semen dilakukan untuk menghitung

hidrolika operasi penyemenan. Penggunaan dari hubungan yang tepat pada

perkiraan kehilangan tekanan akibat friksi dan sifat-sifat aliran, suspensi

semen sangat tergantung dari besaran pengukuran parameter rheologi di

laboratorium. Dimana salah satu sifat penting dari hidrolika pemboran

adalah rheologi fluida pemboran yang meliputi sifat sifat aliran.

Ada dua tipe dasar alat yang di gunakan untuk pengukuran rheologi

dewasa ini, yaitu : Capillary Pipe Rheometers dan Coaxial Cylinder

Rotational Viscometer, yang di gunakan pada pengukuran rheologi di

laboratorium adalah Rotational Viscometer yang lebih di kenal dengan

Rheometer atau Fann VG meter dapat di lihat pada gambar 3

Jenis–jenis fluida pemboran dapat dibagi menjadi dua kelas, yaitu:

1. Fluida Newtonian

Adalah fluida yang viscositasnya tidak dipengaruhi oleh

temperatur dan tekanan, dengan kata lain adalah fluida yang

viscositasnya konstan. Misalnya air, gas, dan minyak yang encer.

2. Fluida Non Newtonian

Yang dimaksud dengan fluida Non Newtonian adalah fluida yang

mempunyai viscositas tidak konstan, bergantung pada besarnya

40

41

geseran (shear rate) yang terjadi. Fluida Non Newtonian

memperlihatkan suatu yield stress suatu jumlah tertentu dari tahanan

dalam yang harus diberikan agar fluida dapat mengalir seluruhnya.

Fluida non Newtonian terdiri dari: Bingham Plastic, Power Law,

Power Law dan Yield Stress.

Fluida non Newtonian terdiri dari:

1. Bingham Plastic adalah suatu model pendekatan fluida Non-

Newtonian dimana viscositasnya akan sangat tergantung pada

shear stress dari fluida tersebut,dimana semakn lama viscositasnya

akan menjadi konstan.

2. Power Law

3. Yield Stress merupakan batas kemampuan maksimum material u/

mengalami pertambahan panjang (melar) sebelum material tsb

mengalami fracture (patah) mengikuti hukum Hooke

Berikut ini adalah beberapa istilah yang selalu diperhatikan dalam

penentuan rheologi suatu semen pemboran :

1. Viscositas plastic (plastic viscosity) seringkali digambarkan sebagai

bagian dari resistensi untuk mengalir yang disebabkan oleh friksi

mekanik.

2. Yield point adalah bagian dari resistensi untuk mengalir oleh gaya tarik

menarik antar partikel. Gaya tarik menarik ini disebabkan oleh

muatan–muatan pada permukaan partikel yang didispersi dalam fasa

fluida.

3. Gel Strength adalah pembentukan padatan karena gaya tarik–menarik

antara plat–plat clay jika didiamkan, dalam keadaan statis dimana clay

dapat mengatur diri. Oleh karena itu, dengan bertambahnya waktu

(yang terbatas) maka harga gel strength akan bertambah. Gel strength

juga disebut gaya tarik–menarik yang statis.

42

Alat yang digunakan untuk mengetahui sifat rheology adalah Fann VG

Vicometer yang dilengkapi cup heater untuk menaikkan temperatur

suspensi semen. Suspensi semen yang akan dites ditempatkan sedemikian

rupa sehingga mengisi ruang antar bob dan rotor sleeve. Pada saat rotor

berputar, maka suspensi semen akan menghasilkan torque pada bob

sebanding dengan viscositas suspensi semen. Untuk menentukan plastic

viscosity (µp) dan yield point (Yp) dalam satuan lapangan digunakan

persamaan Bingham Plastic :

Dimana :

µp = Plastic Viscosity, Cp

Yp = Yield point, lb/100ft2

C600 = Dial reading pada 600 rpm

C300 = Dial reading pada 300 rpm


4.3.1. Peralatan

1. Fann VG Meter

2. Gelas Ukur

3. Mixer

4. Timbangan

5. Stop Watch

4.3.2. Bahan

1. Bubuk Semen kelas A

2. Air

μp=C600−C300

Y pv=C300−μp

43

3. Bentonite

4. Barite

Gambar 4.1. Fann VG Meter

Gambar 4.2. Gelas Ukur

Gambar 4.3. Mixer

44



Gambar 4.6. Bentonite

45


1. Isi bejana dengan suspensi semen yang telah disiapkan sampai batas

yang telah ditentukan.

2. Letakan bejana pada tempatnya, skala atur kedudukannya sedemikian

rupa sehingga rotor dan bab tercelup ke dalam semen menurut batas

yang telah ditentukan.

3. Gerakkan rotor pada posisi high dan tempatkan kecepatan rotor pada

kedudukan 600 rpm. Pemutaran terus dilakukan sehingga kedudukan

skala (dial) mencapai keseimbangan. Catat harga yang ditunjukkan

skala sebagai pembacaan 600 rpm.

4. Tentukan kecepatan menjadi 300 rpm dan catat skala sebagai pembaca

300 rpm.

5. Hitung besarnya Plastic Viscosity dan Yield Point dengan

menggunakan persaman :

µp = C600 – C300

Yp = C600 - µp

Dimana : µp = Plastic Viscosity

Yp = Yield Point, lb/ 100 ft2

C300 = Dial Reading pada 300 rpm

C600 = Dial Reading pada 600 rpm


Contoh Perhitungan :

Semen kelas A

WCR = 46 %

Plastic Viscosity (μp) = C600 – C300

= 154 – 136

= 18 Cp

Yield Point (Yp) = C300 – μp

= 136 – 18

= 118 lb/100 ft2

46

Tabel 4.1.

Tabulasi Pengujian Rheologi Suspensi Semen

Semen (gr)

Air (ml)

Additif (gr)C300 C600 μp (cp) γp

(lb/100ft²)Barite Bentonite

600 276 0 136 154 18 118

600 276 2 173 216 43 130

600 276 4 188 236 48 140

600 276 6 203 261 58 145

600 276 0 173 241 68 105

600 276 2 163 226 63 100

600 276 4 155 216 61 94

600 276 6 131 176 45 86

Grafik 4.1

Grafik Penambahan additive Vs Plastic Viscosity

0 1 2 3 4 5 6 70

10

20

30

40

50

60

70

80

6863 61

45

18

4348

58

Penambahan additive vs plastic viscosity

bariteBentonite

addtive (gram)

plas

tic vi

scos

ity(cp

)

Grafik 4.2

47

Grafik Penambahan additive Vs Yield Point

0 1 2 3 4 5 6 70

20

40

60

80

100

120

140

160

105 100 9486

118130

140 145

Penambahan additive vs yield point

baritebentonite

additive (gram)

Yiel

d po

int(l

b/10

0ft2

4.6. Pembahasan

Pada pengujian rheologi suspensi semen ini digunakan komposisi

semen 600 gram, barite dan bentonite antara 0 gr sampai 6 gram dan air

276 mL. Suspensi semen yang sudah jadi lalu dimasukkan ke dalam

bejana pada alat Fann VG Meter untuk diukur Plastic Viscosity dan Yield

Pointnya. Dari percobaan dengan 0 gr barite didapat dial reading pada 600

rpm dan 300 rpm yaitu 154 rpm dan 136 rpm. Kemudian dilakukan

perhitungan, diperoleh Plastic Viscosity sebesar 18 Cp (pengurangan C600

dengan C300) serta Yield Point 118 lb/100 ft2 (pengurangan C300 dengan

µp). Dari percobaan dengan 0 gr bentonite didapat dial reading pada 600

rpm dan 300 rpm yaitu 241 rpm dan 173 rpm. Kemudian dilakukan

perhitungan, diperoleh Plastic Viscosity sebesar 68 Cp serta Yield Point

105 lb/100 ft2.

Terlihat pada tabel bahwa penambahan barite menyebabkan kenaikan

plastic viscosity, sedangkan bentonite menyebabkan plastic viscosity

48

menurun, sedangkan penambahan barite menyebabkan yield point

cenderung naik dan dengan penambahan bentonite cenderung turun

Dari grafik penambahan additive vs plastic viscosity menunjukkan

adanya fluktuasi. Dimana pada grafik Bentonite menunjukkan

kecenderungan untuk relative menurun. Secara teoritis dengan

bertambahnya bentonite maka viscositasnya semakin besar (µp naik).

Sedangkan pada penambahan barite menunjukkan kenaikan.

Grafik penambahan yield point vs bentonite menunjukkan

kecenderungan menurun, sesuai dengan teori, bahwa penambahan

bentonite menyebabkan penurunan yield point. Sedangkan pada grafik

penambahan yield point vs barite menunjukkan kecenderungan kenaikan.

Aplikasi di lapangan untuk pengujian rheologi semen ini adalah untuk

menghitung hidrolika operasi penyemenan yang sangat menentukan dalam

operasi pemboran. Dalam hal ini, rheologi semen berhubungan dengan

perkiraan kehilangan tekanan akibat friksi dan sifat–sifat aliran dalam

penyemenan. Untuk memperoleh keberhasilan dalam penyemenan, harus

disesuaikan dengan keadaan formasi.

4.7. Kesimpulan

1. Sifat fisik fluida sangat berpengaruh dalam proses sirkulasi semen,

penambahan barite akan memperbesar harga plastic viscosity dan

yield point, sedangkan penambahan bentonite akan memperkecil

harga plastic viscosity dan yield point.

2. Dari perhitungan diperoleh harga Plastic Viscosity (μp) =18 Cp dan

Yield Point (Yp) =118 lb/100 ft2 .

3. Umumnya additif yang digunakan untuk pengujian rheology semen

yaitu barite dan bentonite karena additif ini dapat berpengaruh

terhadap sifat-sifat rheologi semen serta kualitas dari suspensi semen

tersebut.

4. Rheologi suspensi semen merupakan parameter yang digunakan untuk

menentukan hidrolika operasi penyemenan serta hubungan dari

49

perkiraan kehilangan tekanan akibat friksi dan sifat-sifat aliran yaitu

viskositas dan yield point.

5. Ada 2 tipe dasar alat yang digunakan yaitu Capillary Pipe Rheometers

dan Coaxial Cylinder Rotational Viscosity

BAB V

PENGUJIAN THICKENING TIME


1. Mengukur thickening time suatu suspensi semen.

2. Mengetahui alat yang digunakan untuk mengukur thickening time.

3. Mengetahui pengaruh penambahan additif NaCl dan CMC terhadap

thickening time.

5.2. Teori Dasar

Thickening time didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan

suspensi semen untuk mencapai konsistensi sebesar 100 UC (Unit of

Consistency). Konsistensi sebesar 100 UC merupakan batasan bagi

suspense semen masih dapat dipompa lagi. Thickening time suspensi

semen dirancang untuk melampaui waktu pemompaan dan waktu kerja

sesuai dengan kebutuhan operasional, Sehingga thickening time sering

juga disebut dengan pumpability. Dilapangan periode ini umumnya

bermacam-macam dari satu jam hingga 50% lebih dari waktu operasi

penyemenan. Dalam penyemenan yang di maksud dengan konsistensi

adalah viskositas, namun dalam pengukurannya ada sedikit perbedaan

prinsip .sehingga penggunaan konsistensi ini dapat dipakai untuk

membedakan viskositas pada operasi penyemenan dengan viskositas

pada operasi pemboran (lumpur pemboran).

Sifat bubur semen ini sangat perlu, karena waktu pemompaan

bubur semen harus selalu lebih kecil dari thickening time. Kalau tidak

bubur semen tidak akan sampai ke tempat penempatannya, dan akan

mengeras di dalam casing. Hal ini merupakan kejadian yang sangat fatal,

dan tidak boleh terjadi.

Semen yang dipakai pada teknik pemboran gas dan panas bumi

merupakan suspensi dari serbuk semen dengan jumlah air banyak dan

50

51

mempunyai viskositas yang relatif rendah.Thickening time semen ini

sangatlah penting , waktu pemompaan harus lebih kecil dari thickening

time, karena bila tidak akan menyebabkansuspensi semen mengeras lebih

dahulu. Sebelum sesudah suspense semen mencapai target yang

diinginkan dan bila mengeras didalam casing merupakan kejadian yang

sangat fatal dalam oprasi pemboran selanjutnya.

Untuk sumur-sumur yang dalam dan untuk kolam penyemenannya

yang panjang, diperluakn waktu pemompaan yang lama sehingga

Thickening time harus diperpanjang, untuk memeperpanjang atau

memperlambat Thickening time perlu ditambah retarder kedalam suspensi

semen, seperti kalsium lignosulfat, carboxymenthyl hydroxyethyl

cellulose dan senyawa-senyawa organik.

Pada sumur-sumur yang dangkal maka diperlukan thickening time

yang tidak lama, karena selain target yang akan dicapai tidak terlalu

panjang, juga untuk mempersingkat waktu. Untuk mempersingkat

thickening time, dapat ditambah accelerator kedalam suspensi semen.

Yang termasuk accelerator adalah kalsium klorida, sodium klorida,

gypsum, sodium silikat, air laut dan additif yang tergolong dalam

dispersant.

Perencanaan besarnya thickening time bergantung kepada kedalamen

sumur dan waktu untuk mencapai daerah target yang akan disemen

dilaboratorium, pengukuran thickening time menggunakan alat high

pressure high temperature consistometer (HPHT). Disimulasikan pada

kondisi temperature dan tekanan sirkulasi. Thickening time suspense

semen dibaca bila pada alat diatas telah menunjukkan 100 Uc untuk

setandar API. Namun ada perusahaan lainyang menggunakan angka 70 Uc

(seperti pada hudbay) dengan pertimbangan factor keselamatan,

kemudiaan dieksrapolasi ke 100 uc.

GRAFIK 5.2.1. Thickening Time vs Tekanan Pengkondisian5

Bc=T−78,220,02

52

GRAFIK 5.2.2. Thickening Time vs Temperatur Pengkondisian5

Perhitungan konsistensi suspensi semen dilaboratorium ini dilakukan

dengan mengisi sampel kedalam silinder, lalu diputar konstan pada 150

rpm kemudiaan dibaca harga torsinya. Dan harga konsistensi suspensi

semen dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Dimana :

Bc = Konsistensi suspense semen

T = Pembacaan harga torsi,g-cm

Peralatan yang digunakan untuk mengukur thickening time suspensi

semen adalah Atmospheric Consistometer digunakan untuk kondisi

tekanan atmosphere dan temperature sampai 220oF, sedangkan HPHT

Consistometer umumnya digunakan pada tekanan sampai 2500 psi dan

BHCT 500oF

53


5.3.1. Peralatan

1. Atmospheric Consistometer

2. Stop Watch

3. Mixer

4. Timbangan

5.3.2. Bahan

1. Bubuk semen

2. NaCl

3. CMC

4. Air

Gambar 5.1. Atmospheric Consistometer


54

Gambar 5.3. Mixer


Gambar 5.5. NaCl

55

Gambar 5.6. Semen Portland


Pengujian dengan Atsmospheric Consistometer :

1. Siapkan peralatan dan stop watch, sebelum dilakukan pengujian

kalibrasi peralatan yang akan digunakan. Kalibrasi dan pengujiannya

sebagai berikut :

2. Hidupkan switch master dan set temperature pada skala yang

diinginkan.

3. Tuangkan suspensi semen kedalam slurry container sampai ketinggian

yang ditunjukkan oleh batas garis.

4. Paddel yang teah dilapisi grease dipasang pada lid yang telah terpasang

paddel pada slurry container dan masukkan kedalam atmospheric

consistometer.

5. Hidupkan motor dan stop watch dan skala petunjuk dalam selang

waktu tertentu sampai jarum torsi menunjukkan angka 70 BC.


Tabel 5.1

Pengujian Thickening Time

56

Semen (gr)Air (ml)

Additive (gr)Thickening Time (uc)

NaCl CMC

600 276 0 16

600 276 1 18

600 276 2 24

600 276 3 25

600 276 0 17

600 276 1 16

600 276 2 12

600 276 3 10

Grafik 5.1

Grafik Penambahan Additive Vs Thickening Time

57

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

5

10

15

20

25

30

17 16

1210

1618

24 25

Penambahan Additive vs thickening time

NaClCMC

Additive (gram)

Thick

enin

g tim

e (u

c)

5.6. Pembahasan

Pada percobaan thickening time ini dilakukan dengan contoh

perhitungan menggunakan komposisi: semen 600 gram, additive NaCl 1

gram dan 276 mL air. Suspensi semen yang telah terbentuk dimasukkan ke

dalam slurry cup sampai batas dan dimasukkan ke dalam Atmospheric

Consistometer, yang merupakan salah satu alat yang dipakai untuk

mengukur konsistensi suspensi semen. Dan didapat nilai thickening

timenya yaitu 18 uc pada 1 gram NaCl. Sedangkan pada 1 gram CMC

didapat nilai Thickening time 16 uc.

Additive yang dipakai dalam percobaan ini yaitu NaCl dan CMC.

Penambahan NaCl ke dalam suspensi semen akan mempercepat proses

thickening time/ pengerasan suspensi semen. Hal itu terjadi karena NaCl

bersifat mengikat H2O sehingga jumlah volume air dalam suspensiakan

berkurang dan menyebabkan suspensi semen cepat mongering. NaCl

termasuk accelerator yang mempercepat thickening time. Selain itu

accelerator juga bisa berupa CaCl2, Gypsum.

Pada grafik CMC vs thickening time diperoleh fluktuasi yang besar

(naik turun), padahal seharusnya bertambahnya CMC akan menurunkan

thickening time (memperlambat), dimana sifat CMC adalah sebagai

58

pengental. Suspensi semen yang kental viscositasnya besar, sehingga

untuk mengeras akan lambat/ lama.

Dari grafik tersebut terdapat perpotongan pada titik 0.35 dan memiliki

thickening time yang sama yaitu 20,5 uc.

Aplikasi di lapangan pengujian thickening time adalah untuk

menentukan setting waktu pemompaan, dimana waktu pemompaan harus

lebih kecil dari thickening time. Jika tidak, dapat mengakibatkan suspensi

semen akan mengeras terlebih dahulu sebelum seluruh suspensi semen

mencapai target yang diinginkan.

5.7. Kesimpulan

1. Berdasarkan table di atas salah satu nilai rhickening time suatu

suspense semen yaitu sebesar 16 uc

2. Additif NaCl berfungsi mempercepat thickening time sedangkan

additif CMC berfungsi untuk memperlambat thickening time. Selain

dapat dipengaruhi oleh additif, thickening time juga dapat dipengaruhi

oleh rate pompa.

3. Alat yang digunakan adalah Atmospheric Consistometer untuk

kondisi tekanan atmosfir dan temperature sampai 220°F, sedangkan

HPHT digunakan pada tekanan sampai 2500 Psi dan temperature

(BHCT) 500°F.

4. Thickening time didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan suspensi

semen untuk mencapai konsistensi 100 uc yang merupakan batasan

suspensi semen yang masih dapat dipompa kembali.

5. Thickening time sangat penting karena dapat mengetahui waktu

pemompaan yang harus lebih kecil karena bila tidak suspensi akan

mengeras lebih dahulu.

BAB VI

PENGUJIAN FREE WATER


1. Mengetahui harga free water pada 2 fasa dalam suspensi semen.

2. Mengetahui definisi free water dan free water level.

3. Mengetahui tentang WCR (Water Cemen Ratio).

4. Mengetahui alat yang digunakan dalam percobaan.

5. Mengetahui dampak yang timbul bila free water melebihi batas air

maksimum.

6.2. Teori Dasar

Free water adalah air bebas yang terpisah dari suspensi semen. Apabila

harga free water ini terlalu besar melebihi batas air maksimum, maka akan

terjadi pori-pori pada semen. Ini akan mengakibatkan semen mempunyai

permeabilitas yang besar.Tabel 6.1

API Class Cement

API Class Cement

Water ( % ) by Weight of Cement

WaterGal per Sack

Liter per Sack

A dan B 46 5.19 19.6C 56 6.32 23.9D, E, F dan H 38 4.29 16.2G 44 4.97 18.8J (Centative) - - -

Dalam penentuan harga free water ini, hal yang perlu diperhatikan adalah

WCR (Water Cemen Ratio, yaitu perbandingan air yang dicampur

terhadap bubuk semen sewaktu suspensi dibuat). Jumlah air yang

dicampurkan tidak boleh lebih dari kadar air maksimum atau kurang dari

batas air minimum karena akan mempengaruhi baik buruk ikatan

sementingnya. Pertimbangan yang dipakai dalam kita menentukan angka

59

60

WCR adalah kehalusan butiran bubuk semen, karakteristik aliran slurry

saat dipompakan, kekuatan pompa, densitas bubur semen, permeabilitas

batuan semen.

Pada umumnya perbandingan berat air dengan semen berkisar antara

0,4 sampai 0,6 untuk membuat suspensi konvensional. Striebel dan

Czernin dalam hasil penelitiannya menunjukkan bahwa WCR sebesar 0,25

sampai 0,26 adalah merupakan kebutuhan minimum suspensi semen untuk

melakukan hidrasi komplit dari jenis semen portland, dengan istilah

chemically-bund-water. Karena secara hukum fisika, air mempunyai dua

kutub elektron maka dibutuhkan air sebanyak 0,15 untuk memberikan

peluang pada elektron-elektron untuk mengarahkan dirinya sesuai dengan

kebutuhan. Sehingga air minimum total sebanyak 0,4. Dimana ini

bertujuan untuk memberi efek pada suspensi semen untuk tetap dapat

dipompakan (viskositasnya rendah) sehingga konsekuensinya batuan

semen yang terbentuk akan mempunyai porositas dan permeabilitas yang

relatif besar.

Batasan air dalam suspensi didefinisikan sebagai kadar minimum dan

Kadar maksimum air.

1. Kadar Minimum Air

Kadar air minimum adalah jumlah air yang dicampurkan tanpa

menyebabkan konsistensi suspensi semen lebih dari 30 UC selama 20

menit pertama pada temperatur 80 oF (27 oC). Bila air yang

ditambahkan lebih kecil dari kadar minimumnya, maka akan terjadi

gesekan (friksi) yang cukup besar di annulus sewaktu suspensi semen

dipompakan dan juga akan menaikkan tekanan di annulus. Kadar air

yang normal adalah bila konsistensi semen menunjukkan angka sekitar

11 Bc.

2. Kadar Maksimum Air.

61

Adalah batas air yang dicampurkan ke dalam campuran suspensi semen

tanpa menyebabkan pemisahan lebih dari 3.5 mL dalam 250 mL suspensi

semen, bila didiamkan selama 2 jam pada temperature kamar. Kadar

maksimum air yang diberikan setiap kelas semen adalah sebanding

dengan jumlah sisa partikel semen dalam suspensi hingga initial set

terjadi. Laju pengendapan untuk kelas-kelas semen sebagian besar

tergantung pada luas permukaan, komposisi kimia dan WCR.

GRAFIK 6.2.1 Water Cement Ratio Terhadap Densitas


6.3.1. Peralatan

1. Mixer

2. Timbangan

3. Gelas Ukur

6.3.2. Bahan

1. Semen kelas A

2. Air

3. Bentonite

4. Barite

62

Gambar 6.1. Mixer



63

Gambar 6.4. Semen

Gambar 6.5. Bentonit

Gambar 6.6. Barite

64


1. Gunakan tabung ukur, kemudian isi tabung tersebut dengan suspensi

semen yang akan diukur kadar airnya sebanyak 250 ml

2. Diamkan selama 2 jam sehingga terjadi air bebas pada atas tabung,

catat harga air bebas yang terbentuk.

3. Air bebas yang terjadi tidak boleh lebih dari 3,5 ml


Semen kelas A

WCR = 46 %

Tabel 6.2

Hasil Percobaan terhadap Free Water @ 2 hours

Semen (gr)

Air (ml) Additive (gr) Free Water @ 2 hours (ml)Bentonite Barite

600 276 0 0,5600 276 1 0600 276 2 0600 276 3 0600 276 4 0600 276 5 0,75600 276 6 0600 276 7 0600 276 0 0600 276 1 0,25600 276 2 0,1600 276 3 0600 276 4 0600 276 5 0600 276 6 0600 276 7 0

Grafik 6.1

65

Penambahan Additive Vs Free Water @ 2 Hours

0 1 2 3 4 5 6 7 80

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0

0.25

0.1

0 0 0 0 0

0.5

0 0 0 0

0.750000000000007

0 0

Additive Vs Free Water

BentoniteBarite

Additife (gram)

Free

Wat

er (m

l)

6.6. Pembahasan

Pada percobaan free water ini kita menggunakan contoh perhitungan

600 gram semen, 276 ml air dan 1 gram Bentonite dan 1 gram barite.

Setelah dua jam free water diamati dengan membaca kandungan air dari

skala gelas ukur. Diperoleh free water sebanyak 0 ml pada bentonite dan

0.25 ml pada barite dalam waktu 2 jam.

Dari grafik penambahan bentonite vs free water menunjukkan adanya

fluktuasi. Dimana pada awal grafik meningkat, kemudian menurun. Secara

teoritis, bentonite berfungsi sebagai penghisap/pengabsorb air, sehingga

kadar free water akan berkurang bila bentonite yang ditambahkan semakin

banyak. Namun bila free water terlalu sedikit, menyebabkan semen

memiliki friksi yang besar terhadap lubang bor, akibatnya formasi bisa

retak atau pecah. Jumlah air yang terlalu sedikit akan menyulitkan

pemompaan, sedangkan bila terlalu banyak akan menurunkan kekuatan

semen karena naiknya permeabilitas semen. Jadi kadar air yang terdapat

dalam suspensi semen harus berada antara kadar minimum dan kadar

maksimum.

66

Grafik penambahan Barite vs Free water menunjukkan kecenderung

kenakan di awal, dan di akhir dengan datar. Secara teori, Barite dapat

menurunkan free water. Sehingga, bila Barite yang ditambahkan semakin

banyak, maka free water yang diperoleh semakin sedikit. Free water yang

terlalu besar dapat menghasilkan pori–pori pada semen yang berarti bahwa

permeabilitasnya besar akibatnya semen kurang kokoh.

6.7. Kesimpulan

1. Harga free water tidak boleh lebih besar dari kadar maksimum karena

dapat mengakibatkan semen yang kurang baik untuk menyekat lubang

dari fluida formasi. Dan harga free water tidak boleh lebih kecil dari

kadar minimum karena akan berpengaruh pada ikatan semen.

2. Free water adalah air bebas yang terlepas dari suspensi semen,

sedangkan free water level adalah zona dimana hanya terdapat air

saja, tidak ada lagi minyak yang bercampur didalamnya.

3. WCR adalah perbandingan air yang dicampur dengan bubuk semen

pada saat suspensi akan dibuat.

4. Peralatan yang digunakan yaitu: mixer, timbangan, dan gelas ukur.

5. Apabila free water lebih dari batas maksimum maka akan terjadi

ekspansi pada suspensi semen yang memperbesar pori-pori semen

sehingga mengakibatkan nilai permeabilitas semen besar pula.

BAB VII

PENGUJIAN FILTRATION LOSS


1. Mengetahui faktor yang mempengaruhi filtration loss.

2. Mengetahui additif yang digunakan dalam pengujian filtration loss.

3. Mengetahui akibat yang terjadi ketika filtrat hilang/masuk ke formasi.

7.2. Teori Dasar

Bervariasinya water content yang diberikan ke dalam suspensi semen

akan mempengaruhi sifat-sifat suspensi semen seperti thickening time,

rheologi compressive strength dan lain-lain. Dengan demikian, pada media

permeabel jika diberikan suspensi semen murni akan mengalami

kehilangan air akibat filtrasi, sampai hanya tertinggal intertitial water saja.

Sehingga suspensi semen akan mengering dan sulit dipompakan. Dari

penjelasan diatas maka dapat dikatakan bahwa Filtration Loss adalah

peristiwa hilangnya cairan dalam suspense semen kedalam formasi

permeable yang dilaluinya. Cairan ini sering disebut dengan filtrate,

filtrate yang hilang tidak boleh terlalu banyak, karena akan menyebabkan

suspense semen kekurangan air. Kejadian ini disebut dengan flash set.

Bila suspensi semen mengalami flash set maka akan mengakibatkan

naiknya viskositas suspensi dan pembentukkan filtrat cake dengan cepat.

Hal ini akan menimbulkan friksi di annulus, menurunnya final strength

semen dan juga dapat mengakibatkan pecahnya formasi dan lost

circulation.

Pengontrolan fluid loss merupakan bagian yang penting selama

squeezing. Hal ini untuk menghindari dehidrasi suspensi semen yang

terlalu cepat dalam pipa dan untuk memberikan distribusi suspensi semen

yang seragam ke dalam semua lubang perforasi. Tentu saja sejumlah water

lost diinginkan jika suspensi semen membentuk filter cake yang

diinginkan untuk menyumbat lubang perforasi.

67

68

Pengujian filtration loss di laboratorium menggunakan alat filter press.

Pada kondisi temperature sirkulasi dengan tekanan 1000 psi. Namun filter

loss mempunyai kelemahan yaitu temperatur maksimm yang bisa

digunakan hanya sampai 28 oC (180oF). Filtration loss diketahuidari

volume filtrat yang ditampung dalam sebuah tabung atau gelas ukur

selama 30 menit masa pengujian.

Pada primary cementing, filtration loss yang diikinkan sekitar 150 –

250 cc yang diukur selam 30 menit dengan menggunakan saringan

berukuran 325 mesh dan tekanan 1000 psi. sedangkan pada squeeze

cementing, filtration loss yang diijinkan sekitar 55 – 65 cc selama 30

menit. Namun filter loss mempunyai kelemahan yaitu temperatur

maksimum yang bisa digunakan hanya sampai 82 º C ( 180º F ).Filtration

loss diketahui dari volume filtrat yang ditampung dalam sebuah tabung

atau gelas ukur selama 30 menit,masa pengujian. Bila waktu pengujian

tidak sampai 30 menit,maka besarnya filtrion loss dapat diketahui dengan

rumus :

dimana :

F30 = filtrat pada 30 menit ,ml

Ft = filtrat pada t menit , ml

t = waktu pengukuran

Pada primary cementing, filtration loss yang diikinkan sekitar 150 –

250 cc yang diukur selam 30 menit dengan menggunakan saringan

berukuran 325 mesh dan tekanan 1000 psi. sedangkan pada squeeze

cementing, filtration loss yang diijinkan sekitar 55 – 65 cc selama 30

menit. Jadi dapat disimpulkan bila formasi yang akan di lalui oleh

bubur semen merupakan formasi yang porous dan permeable, maka perlu

penambahan additive yang sesuai sebalum bubursemen dipompakan, atau

dengan kata lain sebelum dilakukan penyemena.

F30=Ft (5,477 /√t )

69

Untuk mengontrol besar kecilnya filtration loss dapat digunakan :

1. Fluid Loss Control Agents.

Yaitu additif-additif yang berfungsi mencegah hilangnya fasa

liquid semen ke dalam formasi sehingga terjaga kandungan cairan

dalam suspensi semen. Additive – additive yang termasuk kedalam

fluid loss control agents diantaranya polymer, CMHEC, dan latex.

2. Lost Circulation Control Agents.

Yaitu additive yang berguna mengontrol hilangnya suspensi semen

ke dalam formasi yang lemah atau bergua. Biasanya Material loss

circulation yang dipakai pada pemboran digunakan pula dalam

suspensi semen. Additive yang termasuk dalam lost circulation control

agents diantaranya gilsonite, cellophane flakes, gipsum, bentonite, dan

nut shells.


7.3.1. Peralatan

1. Mixer

2. Timbangan

3. Gelas Ukur

4. Stop Watch

5. Filter Press

7.3.2. Bahan

1. Semen

2. Bentonite

3. Kerosine

4. Air

70

Gambar 7.1. Stop Watch


Gambar 7.3. Filter Press

71


Gambar 7.5. Mixer

Gambar 7.6. Semen

72


Gambar 7.8. Barite

Gambar 7.9. Kerosine

73


1. Persiapkan alat filter proses dan segera pasang filter paper secepat

mungkin dan letakkan gelas ukur dibawah silinder untuk menampung

fluid filtrate.

2. Tuangkan suspense semen ke dalam silinder dan segera tutup rapat.

Kemudian alirkan udara atau gas N2 dengan tekanan 1000 psi.

3. Catat volume filtrate sebagai fungsi waktu dengan stop watch, interval

pengamatan setiap 2 menit pada 10 menit pertama, kemudian setiap 5

menit untuk 20 menit selanjutnya. Catat volume filtrate pada menit ke-

25.

4. Harga filtration loss diketahui dari volume filtrate yang ditampung

dalam gelas ukur selama 30 menit massa pengujian. Bila waktu

pengujian tidak sampai 30 menit, maka besarnya filtration loss dapat

diketahui dengan rumus :

dimana :

F30 = filtrat pada 30 menit ,ml

Ft = filtrat pada t menit , ml

t = waktu pengukuran

5. Hentikan penekanan udara atau gas N2, buang tekanan udara dalam

silinder dan sisa suspense semen yang di dalam silinder tuangkan

kembali ke dalam breaker.



Semen Dasar

Filtration loss @ 30 menit percobaan = 91 ml

F30=Ft (5,477 /√t )

74

Filtration loss @ 30 perhitungan

F30=FLpercobaan x 5,677√ t

=91 ml x 5,677√30

=94.322 ml

Semen + 1 gr Bentonite:

Filtration loss @ 30 menit percobaan = 198 ml

Filtration loss @ 30 perhitungan

F30=FLpercobaan x 5,677√ t

=1 98 ml x 5,677√30

=205.230 ml

Tabel 7.1

Hasil Pengujian Filtration Loss

Semen (gr)

Air (ml

)

Additive Filtration loss @ 30

menit Percobaan

(ml)

Filtration loss @ 30

menit Perhitungan

(ml)Bentonite Kerosine

600 276 0 91 94,322600 276 1 198 205,230600 276 2 92 95, 359600 276 3 113,5 117,644600 276 4 82.5 85,512600 276 5 127 131,637600 276 6 198 205,230600 276 7 87 90,167600 276 0 141.5 146,667600 276 2 58.5 60,636600 276 4 137.5 142,521600 276 6 108.15 112,099600 276 8 109.5 113,498600 276 10 110.15 114,172600 276 12 111 115,053600 276 1 106.5 110,388

Grafik 7.1

75

Grrafik Penambahan Additive Vs Filtration Loss @ 30 percobaan

0 2 4 6 8 10 12 14 160

50

100

150

200

250

141.5

58.5

137.5

108.15 109.5 110.15 111 106.591

198

92113.5

82.5

127

198

87

Penambahan additive vs filtration loss @ 30 menit percobaan

bentonitekerosine

additive(gram)

filtra

tion l

oss @

30 m

enit

perco

baan

(ml)

Grafik 7.2

Grrafik Penambahan Additive Vs Filtration Loss @ 30 perhitungan

0 2 4 6 8 10 12 14 160

50

100

150

200

250

146.667

60.636

142.521

112.099 113.498 114.172 115.053 110.38894.322

205.23

95.359117.644

85.512

131.637

205.23

90.176

Penambahan additive vs Filtration loss @ 30 menit perhitungan

bentonitekerosine

additive(gram)

filtr

ation

loss

@ 3

0 m

enit

perh

itung

an (m

l)

7.6. Pembahasan

Pada percobaan ini menggunakan semen 600 gr, air 276 ml, dan pada

contoh perhitungan pada additif bentonite 1 gr didapat nilai FL 30 menit

percobaan 198 ml dan nilai perhitungannya 205,230 ml.

76

Filtration loss adalah peristiwa hilangnya cairan dari suspensi semen

ke dalam formasi permeable yang dilaluinya. Cairan yang hilang ini

disebut filtrat dimana jumlah filtrat yang hilang tidak boleh terlalu banyak

karena akan menyebabkan suspensi semen akan kekurangan air. Peristiwa

ini disebut flash set. Bila suspensi semen ini mengalami flash set maka

akan menyebabkan friksi di annulus dan juga dapat mengakibatkan

pecahnya formasi.

Penambahan bentonite pada dasarnya akan menurunkan jumlah

filtration loss. Hal ini dapat terjadi karena bentonite bersifat menghisap air

sehingga kandungan air dalam suspensi semen tetap terjaga. Akan tetapi

penambahan bentonite ini perlu diperhitungkan secara tepat untuk

memperoleh hasil yang diharapkan.Aplikasinya di lapangan, bila filtration

loss terlalu besar, maka akan dapat menyebabkan pecah formasi karena

banyak cairan atau filtrate suspensi semen yang hilang ke formasi, hal

tersebut bisa mengakibatkan terjadinya lost circulation.

7.7. Kesimpulan

1. Akibat filtration loss pada semen adalah pengerasan semen kurang

kompak karena kurang air sehingga semen terlalu kental.

2. Salah satu fungsi dari cementing adalah mencegah filtration loss agar

tidak ada filtrat yang hilang ke formasi.

3. Filtration loss dipengaruhi oleh adanya water loss.

4. Penambahan bentonite serta kerosene dapat mempengaruhi besar-

kecilnya Filtration loss.

5. Filtrat yang terlalu banyak hilang akan menyebabkan suspensi semen

kekurangan air sehingga terjadi flash set.

BAB VIII

PENGUJIAN COMPRESSIVE STRENGTH


1. Mengetahui cara perhitungan compressive strength suspense semen.

2. Mengetahui pengaruh yang ditimbulkan dari penambahan additive

terhadap Compressive Strength.

3. Mengetahui definisi Compressive Strength.

8.2. Teori Dasar

Strength pada semen terbagi dua, yaitu Compressive Strength dan

Shear Strength. Compressive Strength didefinisikan sebagai kekuatan

semen dalam menahan tekanan-tekanan yang berasal dari formasi maupun

dari casing. Sedangkan Shear Strength didefinisikan sebagai kekuatan

semen dalam menahan berat casing. Jadi compressive strength menahan

tekanan-tekanan dalam arah horizontal dan shear strength semen menahan

tekanan-tekanan dari arah vertical.

Comperssive strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam

menahan tekanan – tekanan yang berasal dari formasi maupun dari casing..

Umumnya compressive strenth mempunyai harga 8 – 10 kali lebih dari

harga shear strength. Penggujian compressive strength di laboratorium

menggunakan alat Curring Chamber dan Hydraulic Mortar.

Curing chamber dapat mensimulasikan kondisi lingkungan semen

untuk tempertur dan tekanan tinggi sesuai dengan temperatur dan tekanan

formasi. Hydrualic mortar merupakan mesin pemecah semen yang sudah

mengeras dalam curing chamber. Strength minimum yang

direkomendasikan oleh API untuk dapat melanjutkan operasi pemboran

adalah 6,7 Mpa (1000 psi).

Untuk mencapai hasil penyemenan yang diinginkan maka strength semen

harus :

Melindungi dan menyokong casing.

77

78

Menahan tekanan hidrolik yang tinggi tanpa terjadi perekahan.

Menahan goncangan selama operasi pemboran dan produksi.

Menyekat lubang dari fluida formasi yang korosif.

Menyekat antar lapisan yang permeabel.

Ikatan semen yang baik adalah tujuan utama dari penyemenan primer.

Bearden dan Lane (1961) merancang percobaan sederhana untuk

menentukan shear bond strength semen pada pipa. Mereka menyimpulkan

bahwa shear bond strength sangat tergantung dari berbagai faktor.

Kenaikkan tensile strength menaikkan shear bond strength (walaupun

keduanya tidak mempunyai hubungan khusus, (Farris)) yang mana

bergantung pada komposisi semen, temperatur dan tekanan pengkondisian

serta waktunya. Selain itu juga kekasaran permukaan casing dan hadirnya

pengotor lumpur atau minyak.

Becker dan Peterson, 1963 menyatakan bahwa shear bond Strength

dipengaruhi oleh gaya adhesi (sifat kebasahan permukaan), derajat hidrasi

semen. Berlaku secara umum bahwa kuat tarik semen besarnya sekitar

1/12 dari compressive strength. Mengikuti anggapan ini, Farris

menyimpulkan bahwa compresive strength yang paling rendah (100 psi)

diperlukan untuk mendukung casing.

Nilai compressive sangat dipengaruhi oleh temperatur pengkondisian,

tekanan pengkondisian, lama waktu pengerasan, kadar air semen (WCR),

kehalusan butiran semen dan merupakan fungsi langsung dari

permeabilitas batuan semen. Pada temperatur tinggi, harga compressive

strength semen dipengaruhi oleh kehalusan bubuk silika yang

ditambahkan. Sebagai gambaran pengaruh temperatur dan tekanan untuk

lama waktu 24 jam terhadap compressive strength dapat dilihat pada grafik

8.2.1

79

GRAFIK 8.2.1.Compressive Strength Terhadap Tekanan5

Dari grafik 8.2.1 dapat dilihat bahwa tekanan pengkondisian di atas

2000 psi sudah tidak memberikan kenaikkan compressive strength yang

berarti, jadi untuk tujuan praktis pengkondisian suatu percobaan, dapat

dipergunakan tekanan kurang lebih 1000 psi sebagai simulasi kondisi

bawah sumur.

Semen/casing menerima beban compressive strength dan tensile yang

sangat tinggi dari batuan di sekitarnya. Setelah pemboran, kondisi batuan

tidaklah stabil. Batuan mempunyai yield di bawah kondisi strain tektonis

dan ini diterimakan kepada semen dan casing. Pada kondisi ini semen dan

casing tidak lebih daripada lapisan yang menyelubungi suatu lubang yang

menerima beban dari dua arah, luar dan dalam. Menurut Cheatam, semen

dalam annulus di antara lapisan garam dan casing menerima kompresi oleh

tekanan lapisan garam. Hal ini akan mengurangi pemancaran stress ke

casing. Pengurangan ini besarnya sekitar 5 % untuk casing 8 5/8 in di

lubang 12 in

Setelah batuan semen dilepas dari cetakan, kemudian ditempatkan

pada alat hydraulik press dimana diisi sampel akan ditekan secara axial

sampai batuan pecah. Compressive strength dapat ditentukan dengan

melihat harga pada saat terjadi peretakan (pecah) menyilang dari sampel

yang diuji.

Pada saat sampel ditempatkan pada hydraulik press untuk pengukuran

strength semen, harga pembebanan diatur tergantung pada antisipasi harga

80

strength dari sampel semen. Pengukuran compressive strength semen

dirancang untuk mendapatkan beberapa indikasi mengenai

kemampuan semen untuk mengisolasi lapisan batuan dan untuk

melindungi serta menyokong casing.Dalam lubang pemboran, kekuatan

semen sangat dipengaruhi oleh pembebanan triaxial yang complex dan

failure stress merupakan pembebanan utama dari penilaian untuk standard

compressive strength ( Neville, 1981 )

Seperti sifat-sifat suspensi semen yang lain, compressive strength

dipengaruhi juga oleh additive. Adapun additive itu berfungsi untuk

menaikkan compressive strength dan juga untuk menurunkan compressive

strength. Additive untuk menaikkan compressive strength diantaranya

adalah kalsium klorida, pozzolan, barite, sedangkan additive untuk

menurunkan compressive strength adalah bentonite, sodium silikat. Dalam

percobaan kali ini digunakan bentonite dan NaCl sebagai zat additive.

Dalam mengukur compressive strength digunakan alat hidraulic press.


8.3.1. Peralatan

1. Hidraulic pump

2. Motor

3. Bearing Block Machine Hydraulic Mortar

4. Monometer pengukur tekanan

8.3.2. Bahan

1. Semen

2. Bentonite

3. NaCl

4. Air

81

Gambar 8.1. Hydraulic Pump

Gambar 8.2. Semen


82

Gambar 8.4. NaCl


1. Bersihkan permukaan sampel dari tetesan air dan pasir atau gerusan

butiran agar tidak menempel pada bearing blok mesin penguji.

2. Periksa permukaan sampel apakah sudah benar-benar rata, apabila

belum ratakan dengan menggunakan gerinda.

3. Letakkan sampel semen dalam blok bearing dan atur supaya tepat

ditengah-tengah permukaan blok beraing di atasnya dan blok beraing

di bawahnya, sampel semen harus berdiri vertikal.

4. Perkiraan tekanan maksimum retak (pecah), apabila lebih dari 3000 psi

(skala manometer) beri pembebanan awal setengah tekanan

maksimum, bila kurang dari 3000 psi pembebanan awal tidak

diperlukan.

5. Perkiraan laju pembebanan sampai maksimum tidak kurang dari 20

detik dan lebih dari 80 detik.

6. Hidupkan motor penggerak pompa dan jangan lakukan pngaturan

(pembetulan) pada kontrol testing selama pembebanan sampai

didapatkan pembebanan maksimum ketika batuan pecah.

7. Catat harga pembebanan maksimum tersebut.

8. Lakukan perhitungan compressive strength semen, dengan

menggunakan rumus :

CS = k x P (A1 / A2)

83

Dimana :

CS = Compressive Strength semen, psi

P = Pembebanan maksimum, psi

A1 = Luas penampang block bearing dari hydraulic mortar, in2

A2 = Luas permukaan sampel semen, in2

K = Konstanta koreksi, funsi dari perbandingan tinggi (t) terhadap

diameter (D)

Tabel 8.1

Perbandingan t / D terhadap koefisien faktor

t/d Koefisien Faktor

1.75 0.981.5 0.96

1.25 0.93

1 0.87



1. Diameter Bearing = 6,5 in

Jari-jari Bearing (r1) = 3,25 in

a. Semen + 0 gr Bentonite

Tinggi (t) = 4,1 cm

= ( 4,1 x 0,39937 ) in = 1,614 in

Diameter (d) = 0,96 in.

Jari-jari sampel (r2) = D / 2

= 0,96 in / 2 = 0,480 in

t / d = 1,61417 in / 0,96 in = 1,681

Pembebanan )P) = 255 Psi.

A1 = 3,14 x ( r1 )2 = 3,14 x ( 3,25 in )2

= 33,166 in2

0,96

1,75

0,98 K

1,681

1,5

84

A2 = 3,14 x ( r2 )2 = 3,14 x ( 0,480 in )2

= 0,723 in2

Koefisien Faktor

Menggunakan Interpolasi :

1,75−1,6811,75−1,5

= 0,98−K0,98−0,96

0,0690,25

=0,98−K0,02

0,0138=0,245−0,25 K

0,25 K ¿0,254−0,0138

¿0,24362

0,25

K=0,974

Compressive Strength = K x P x ( A1 / A2)

= 0,975 x 255 psi (33,16625 in2 / 0,723 in2)

= 11.393,416 psi


Jari-jari Bearing (r1) = 3,25 in

b. Semen + 2 gr NaCl

Tinggi (t) = 4,1 cm

= ( 4,1 x 0,39937 ) in = 1,614 in

0,96

1,75

0,98 K

1,598

1,5

85


Jari-jari sampel (r2) = D / 2

= 1,01 in / 2 = 0,505 in

t / d = 1,61417 in / 1,01 in = 1,598


A1 = 3,14 x ( r1 )2 = 3,14 x ( 3,25 in )2

= 33,166 in2

A2 = 3,14 x ( r2 )2 = 3,14 x ( 0,505 in )2

= 0,801 in2

Koefisien Faktor


1,75−1,5981,75−1,5

= 0,98−K0,98−0,96

0,1520,25

=0,98−K0,02

0,00304=0,245−0,25 K

0,25 K ¿0,254−0,00304

¿0,24196

0,25

K=0,968

3. Compressive Strength = K x P x ( A1 / A2)

= 0,968 x 148 psi (33,16625 in2 / 0,801 in2)

= 5.931,592 psi

86

Tabel 8.2

Hasil Pengujian Compressive Strength

Semen (gr)

Air (ml)

Additive (gr) Pembebanan (psi)

Diameter Bearing

(in)

D r1 (in) r2 (in) t (in) t / D Koefisien faktor

(K)

A1 (in) A2 (in) Compresive Strength

(psi)Bentonite NaCl (in)600 276 0 255 6.5 0.96 3.25 0.48 1.614 1.681 0.974 33.166 0.723 11393.42600 276 0.5 248 6.5 1.01 3.25 0.51 1.614 1.598 0.968 33.166 0.801 9940.028600 276 1 247 6.5 1.06 3.25 0.53 1.614 1.523 0.961 33.166 0.882 8925.752600 276 1.5 240 6.5 1.11 3.25 0.56 1.614 1.454 0.954 33.166 0.967 7852.83600 276 2 233 6.5 1.16 3.25 0.58 1.614 1.391 0.946 33.166 1.056 6922.711600 276 2.5 229 6.5 1.21 3.25 0.61 1.614 1.333 0.939 33.166 1.149 6206.891600 276 3 227 6.5 1.26 3.25 0.63 1.614 1.28 0.934 33.166 1.246 5643.49600 276 3.5 224 6.5 1.31 3.25 0.66 1.614 1.232 0.925 33.166 1.347 5101.703600 276 1.5 139 6.5 0.96 3.25 0.48 1.614 1.681 0.974 33.166 0.723 6210.528600 276 2 148 6.5 1.01 3.25 0.51 1.614 1.598 0.968 33.166 0.801 5931.528600 276 2.5 149 6.5 1.06 3.25 0.53 1.614 1.523 0.961 33.166 0.882 5384.361600 276 3 169 6.5 1.11 3.25 0.56 1.614 1.454 0.954 33.166 0.967 5529.701600 276 3.5 181 6.5 1.16 3.25 0.58 1.614 1.391 0.946 33.166 1.056 5377.728600 276 4 201 6.5 1.21 3.25 0.61 1.614 1.333 0.939 33.166 1.149 5447.97600 276 4.5 219 6.5 1.26 3.25 0.63 1.614 1.28 0.934 33.166 1.246 5444.6600 276 6 223 6.5 1.31 3.25 0.66 1.614 1.232 0.923 33.166 1.347 5078.928

87

Grafik 8.1

Grafik Penambahan Additive Vs Compressive Strength

0 1 2 3 4 5 6 70

2000

4000

6000

8000

10000

12000

6210.5285931.5285384.3615529.7015377.7285447.975444.6 5078.928

11393.416

9940.0288925.752

7852.836922.711

6206.8915643.49

5101.703

Penambahan Additive vs Compressive strength

bentoniteNaCl

Additve(gram)

Com

pres

sive

stre

ngth

(Psi)

8.6. Pembahasan

Pengujian compressive strength merupakan pengujian yang dilakukan

untuk mengetahui kekuatan semen dalam menahan tekanan-tekanan yang

berasal dari formasi maupun dari casing atau dapat disebut menahan

tekanan dalam arah horizontal.

Dari hasil percobaan dapat lihat bahwa setiap penambahan additive

Bentonite , nilai compressive strength menurun secara signifikan dan

cukup drastis, sedangkan pada penambahan NaCl, perubahan compressive

strength lebih stabil tetapi juga menurun, hal ini disebabkan pada

penambahan bentonite, nilai compressive strength yang dihasilkan

mempunyai selisih yang cukup besar, sedangkan pada penambahan NaCl

nilai compressive strength yang dihasilkan mempunyai selisih yang tidak

terlalu besar.

88

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa dengan penambahan massa

additive yang sama 1,5 gram sampai dengan 3,5 gram pada Bentonite dan

NaCl, bentonite akan lebih memperbesar harga Compressive Strength dari

pada NaCl. API merekomendasikan bahwa setiap penambahan 1%

bentonite perlu ditambahkan pula 5,3 % air (BWOC), yang berlaku untuk

seluruh kelas semen. Pengaruh dari penambahan bentonite adalah yield

semen meningkat, kualitas perforasi lebih baik, permeabilitas naik,

viscositas naik dan Compressive Strength menurun. Untuk temperature di

atas 110oC (230oF) penambahan bentonite akan menyebabkan turunnya

Compressive Strength secara drastis.

Dalam percobaan ini menggunakan penambahan additiv yaitu

Bentonite dan NaCl,pada percobaan ini nilai CS (Psi) telah diketahui

begitu pula diameter sample,selain itu jari-jari bearing telah

ditentukan.Setelah data-data yang diperlukan telah lengkap maka

dilanjutkan dengan mencari perbandingan (t/d) terhadap koefisien faktor,

(t/d) yang dimaksud adalah tinggi sample dibagi dengan diameter

sample,kemudian menentukan masing-masing harga K nya atau koefisien

faktor.Selanjutnya menentukan nilai A1 dengan cara 3.14 dikalikan jari-

jari bearing yang telah dikuadratkan dan menentukan nilai A2 dengan cara

yang sama tetapi yang digunakan adalah jari-jari tiap sample.Setelah data

terkumpul maka compressive strength dapat ditentukan dengan cara

koefisien faktor dikalikan CS (psi) dan dikalikan dengan hasil pembagian

antara nilai A1 dan A2.

Dari hasil percobaan diketahui pada semen dasar harga compressive

strength-nya adalah 11393,416 psi yang berarti semen tersebut

mempunyai kemampuan untuk menahan tekanan sebesar 11393,416 psi

yang berasal dari selisih tekanan formasi dengan tekanan yang berasal dari

casing.

89

8.7. Kesimpulan

1. Rumus yang digunakan untuk menghitung compressive strength

adalah K x P x ( A1 / A2)

2. Penambahan additif bentonite dan NaCl akan memperkecil

compressive strength, namun dengan menggunakan penambahan yang

sama. harga CS lebih besar dengan bentonite dibanding NaCl.

Apabila luas permukaan sampel kecil makan CS semakin besar

begitupun sebaliknya. Penambahan additif bentonite berbanding

terbalik terhadap compressive strength.

3. Compressive strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam

menahan tekanan-tekanan yang berasal dari formasi maupun beban

casing, tekanan tersebut berarah horizontal.

4. Nilai compressive strength sangat berpengaruh terhadap ketahanan

semen untuk melindungi casing di zona formasi.

5. Alat yang digunakan yaitu: Hydraulic Pump, Bearing Block Machine

Hydraulic Mortar, dan Manometer.

BAB IX

PENGUJIAN SHEAR BOND STRENGTH


1. Mengetahui pengaruh penambahan additif terhadap shear bond

strength

2. Mengetahui definisi dari shear bond strength

3. Mengukur shear bond strength pada suatu sampel suspensi semen.

9.2. Teori Dasar

Shear bond strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam

menahan tekanan–tekanan yang berasal dari berat casing atau menahan

tekanan – tekanan dalam arah yang vertikal..Sedangkan Compressive

strength adalah kekuatan semen dalam menahan tekanan yang berasal dari

arah horizontal.

Dengan lubang pemboran,semen sangat dipengaruhi oleh pembebanan

trixial yang kompleks dan failure stress merupakan pembebanan utama

dari penelitian untuk stndard compressive streght dari ikatan antara

semendengan casing atau semen dengan formasi batuan . untuk itulah

dilakukan pengukura shear bpnd sterght semen.

Pengukuran shear bond strength ini dilakukan karena pada saat

pengukuran compressive strength tidak menunjukkan harga shear strength

dari ikatan antara semen dengan casing atau semen dengan formasi batuan.

Pengukuran shear bond strength di laboratorium dilakukan dengan

menggunakan Hydraulic Press. Pengukuran shear bond strength

dapat

diketahui dengan melihat harga tekanan pada saat terjadi peretakan

(pecah)

menyilang dari sampel yang diuji dimana harga pembebanan

diatur

91

tergantung pada antisipasi harga strength dari sampel semen.

Untuk mencapai hasil penyemenan yang diinginkan maka strength

semen

harus mampu untuk :

a. Menahan tekanan hidrolik tinggi tanpa terjadi perekahan.

b. Melindungi dan menyokong casing.

c. Menahan goncangan selama operasi pemboran dan perforasi .

d. Menyekat lubang dari fluida formasi yang korosif.

e. Menyekat antar lapisan yang permeabel.

Penilaian penyemenan biasanya berdasarkan compressive strength atau

tensile strength dari batuan semen, dengan assumsi bahwa materialnya

memenuhi syarat untuk pembentukan strength yang baik serta

menghasilkan suatu ikatan yang kuat. Pada kenyataan dilapangan bahwa

assumsi diatas tidak selalu benar. Untuk itulah diperlukan suatu pengujian

di laboratorium terhadap kualitas semen .

Untuk mencapai hasil penyemenan yang diinginkan maka strength

semen harus mampu untuk, melindungi dan menyokong casing, menahan

tekanan hidrolik tinggi tanpa terjadi perekahan, menahan goncangan

selama operasi pemboran dan perforasi, menyekat lubang dari fluida

formasi yang korosif, menyekat antar lapisan yang permeabel.Shear bond

strength terukur antara semen dengan dinding formasi dan semen

dengan diding casing. Kekuatan ikat semen terhadap dinding casing sangat

dipengaruhi oleh dinding casing seperti k Pengukuran shear bond strength

ini dilakukan karena pada saat pengukuran compressive strength tidak

menunjukkan harga shear strength dari ikatan antara semen dengan casing

atau semen dengan formasi batuan.

Pengukuran shear bond strength di laboratorium dilakukan dengan

menggunakan Hydraulik Press. Pengukuran shear bond strength dapat

diketahui dengan melihat harga tekanan pada saat terjadi peretakan (pecah)

92

menyilang dari sampel yang diuji dimana harga pembebanan diatur

tergantung pada antisipasi harga strength dari sampel semen.


9.3.1. Peralatan

1. Pompa Hydraulik

2. Motor

3. Bearing block hydraulic mortar

4. Manometer

5. Mold Silinder

6. Batang Pendorong

9.3.2. Bahan

1. Semen

2. Bentonite

3. NaCl

4. Air

Gambar 9.1. Hydraulic Pump

93

Gambar 9.2. Semen


Gambar 9.4. NaCl

94


1. Bersihkan permukaan sampel dan permukaan mold dari tetesan air dan

pasir atau gerusan butiran semen agar tidak menempel pada bering

block mesin penguji.

2. Letakkan mold silinder yang berisi sampel semen pada holder silinder

penyangga yang yang didudukkan pada bearing block hydraulik bagian

bawah. Posisi sampel harus berdiri vertikal.

3. Dudukan pendorong pada permukaan sampel semen dan turunkan

posisi bearing block hydraulik bagian atas dengan memutar tangki

pengontrol spiral.

4. Perkirakan laju pembebanan sampai maksimum taidak kurang dari 20

detik dan tidak lebih dari 80 detik. Jangan lakukan pengaturan

(pembetulan) pada kontrol testing motor selama pembebanan sampai

jadi pergeseran sampal semen dari casing sampal.

5. Catat harga pembebanan gesr maksimum, kemudian shear bond

strength dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Dimana :

SBS = Shear bond strength, psi

A1 = Luas Bearing Block Hydraulik Mortar, in2

D = Diameter dalam casing sample (semen), in

h = Tinggi sample semen,in

p = Pembebanan maksimum, psi

k = Konstanta koreksi, fungsi dari perbandingan tinggi

(t) terhadap diameter (D)

SBS = k x p [A1 / (π D h)]

0,96

1,75

0,98 K

1,598

1,5

95

Penentuan nilai Konstanta koreksi dapat menggunakan tabel 8.1

Perbandingan t / D terhadap Koefisien faktor.

Tabel 9.1

Perbandingan t / D terhadap koefisien faktor

t/d Koefisien Faktor

1.75 0.981.5 0.96

1.25 0.93

1 0.87




Jari-jari Bearing (r1) = 3,25 in.

a. Semen + 0,5 gr Bentonite

Tinggi (t) = 4,1 cm

= ( 4,1 x 0,39937 ) in = 1,614 in


t / d = 1,61417 in / 1,01 in = 1,598


A1 = 3,14 x ( r1 )2 = 3,14 x ( 3,25 in )2

= 33,166 in2

Koefisien Faktor


0,93

1,5

0,96 K

1,333

1,25

96

1,75−1,5981,75−1,5

= 0,98−K0,98−0,96

0,1530,25

=0,98−K0,02

0,00304=0,245−0,25 K

0,25 K ¿0,254−0,00304

¿0,24196

0,25

K=0,968

Shear Bond Strength = K x P x [ A1 / ( π.D.h) ]

= 0,968 x248 psi x ¿

= 1.000,219 psi


Jari-jari Bearing (r1) = 3,25 in.

b. Semen + 4 gr NaCl

Tinggi (t) = 4,1 cm

= ( 4,1 x 0,39937 ) in = 1,614 in


t / d = 1,61417 in / 1,21 in = 1,333


A1 = 3,14 x ( r1 )2 = 3,14 x ( 3,25 in )2

= 33,166 in2

Koefisien Faktor


97

1,5−1,3331,5−1,25

= 0,96−K0,96−0,93

0,1670,25

=0,96−K0,03

0,00501=0,24−0,25 K

0,25 K ¿0,24−0,00501

¿0,23499

0,25

K=0,939

Shear Bond Strength = K x P x [ A1 / ( π.D.h) ]

= 0,939 x201 psi x ¿

= 389,492 psi

98

Tabel 9.2

Hasil Pengujian Shear Bond Stremgth

Semen (gr)

Air (ml) Additive (gr) Pembebanan (psi)

Diameter Bearing

(in)

D r1 (in) A1 (in)2 h (in) t (in) t / D Koefisien faktor

(K)

∏ D h Shear Bond Strength

(psi)Bentonite NaCl (in) in2

600 276 0 255 6.5 0.96 3.25 33.1663 2.01 1.614 1.681 0.974 6.0499 1359.55600 276 0,5 248 6.5 1.01 3.25 33.1663 2.51 1.614 1.598 0.968 7.9507 1000.219600 276 1 247 6.5 1.06 3.25 33.1663 3.01 1.614 1.523 0.961 10.0085 785.798600 276 1,5 240 6.5 1.11 3.25 33.1663 3.51 1.614 1.454 0.954 12.2233 620.716600 276 2 233 6.5 1.16 3.25 33.1663 4.01 1.614 1.391 0.946 14.5951 500.504600 276 2,5 229 6.5 1.21 3.25 33.1663 4.51 1.614 1.333 0.939 17.1239 416.2600 276 3 227 6.5 1.26 3.25 33.1663 5.01 1.614 1.28 0.934 19.8097 360.476600 276 3,5 224 6.5 1.31 3.25 33.1663 5.51 1.614 1.232 0.925 22.6525 303.2600 276 1,5 139 6.5 0.96 3.25 33.1663 1.73 1.614 1.681 0.974 5.22094 861.033600 276 2 148 6.5 1.01 3.25 33.1663 2.23 1.614 1.598 0.968 7.07856 671.853600 276 2,5 149 6.5 1.06 3.25 33.1663 2.73 1.614 1.523 0.961 9.09319 522.642600 276 3 169 6.5 1.11 3.25 33.1663 3.23 1.614 1.454 0.954 11.2648 474.977600 276 3,5 181 6.5 1.16 3.25 33.1663 3.73 1.614 1.391 0.946 13.5934 417.99600 276 4 201 6.5 1.21 3.25 33.1663 4.23 1.614 1.333 0.939 16.0791 389.402600 276 4,5 219 6.5 1.26 3.25 33.1663 4.73 1.614 1.28 0.934 18.7217 362.512600 276 6 223 6.5 1.31 3.25 33.1663 5.23 1.614 1.232 0.923 21.5213 318.007

99

Grafik 9.1

Grafik Penambahan Additive Vs Shear Bond Strength

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

861.033

671.853522.642474.977417.99 389.402362.512318.007

1359.55

1000.219

785.798

620.716500.504

416.2 360.476303.2

Penambahan additive vs shear bond strength

BentoniteNaCl

additive(gram)

Shea

r bon

d st

reng

th (p

si)

9.6. Pembahasan

Percobaan ini dimulai dengan membersihkan permukaan sampel dan

permukaan mold dari tetesan air dan pasir atau gerusan butiran semen

agar tidak menempel pada bearing block mesin penguji, kemudian

meletakkan mold silinder yang berisi sampel semen pada holder

silinder penyangga yang didudukkan pada bearing block hy draulic

bagian bawah dimana posisi sampel harus berdiri vertical.

Setelah itu lalu mendudukkan batang pendorong pada permukaan

sampel semen dan menurunkan posisi bearing block hy draulic bagian

atas dengan memutar tangkai pengontrol spiral dan memperkirakan

laju pembebanan sampai maksimum tidak kurang dari 20 detik dan

tidak lebih dai 80 detik. Jangan melakukan pengaturan (pembetulan)

pada control testing motor selama pembebanan sampai terjadi

pergeseran sampel semen dari casing sampel. pada saat terjadi

pergeseran merupakan harga pembebanan yang maksimum.

Shear Bond strength merupakan kemampuan semen menahan tekanan

secara vertical yang digunakan untuk menahan tekanan karena berat casing

100

dalam pengujiannya semen bubur semen yang digunakan ditambah dengan

additive bentonite dan barite. Strength pada semen terbagi dua yaitu

compressive strength dan shear bond strength. Compressive strength

adalah kekuatan semen dalam menahan tekanan yang berasal dari arah

horizontal. Sedangkan shear bond srength adalah kekuatan semen dalam

menahan tekanan-tekanan dari arah vertikal.

Semen yang baik adalah semen yang mempunyai harga shear bond

strength tinggi karena semen mempunyai kekuatan untuk mampu menahan

tekanan-tekanan yang berasal dari berat casing yang ditimbulkan atau

tekanan – tekanan dalam arah yang vertikal. Dari hasil percobaan dapat

dilihat bahwa penambahan bentonite dan NaCl dapat menurunkan harga

shear bond strength.

Pada percobaan ini digunakan additif bentonite dan NaCl data pada

Shear Bond Strength sama dengan data pada Compressive strength tetapi

pada percobaan ini diketahui nilai h pada contoh perhitungan pada

bentonite 0,5 gram yaitu sebesar 2,51 in dan nilai k = 0.968 sehingga

didapat nilai dari Shear Bond strength yaitu sebesar 1.000,219 psi.

9.7. Kesimpulan

1. Penambahan bentonite dan NaCl akan memperkecil SBS, namun

dengan penambahan yang sama, harga SBS lebih besar jika ditambah

NaCl disbanding bentonite.

2. Shear bond strength didefinisikan sebagai kekuatan semen untuk

menahan tekanan berat casing sevara vertical.

3. Apabila diameter dalam casing semakin besar maka nilai SBS semakin

kecil danbegitupun sebaliknya.

4. Pengukuran SBS dapat diketahui dengan melihat harga tekanan saat

terjadi peretakan (pecah)

5. Berdasarkan hasil pengukuran suatu sampel suspense semen diatas,

diperoleh nilai SBS sebesar 1.000,219 Psi.

BAB X

PENGUJIAN LUAS PERMUKAAN BUBUK SEMEN


1. Mengidentifikasi luas permukaan bubuk semen dengan pengaruh

densitas.

2. Mengetahui hubungan antara viskositas dengan luas permukaan

bubuk semen.

3. Mengetahui pengaruh pengujian luas permukaan bubuk semen.

4. Mengetahui hubungan porositas dengan nilai OPS.

5. Mengetahui alat untuk mengukur suspensi semen di laboratorium.

10.2. Teori Dasar

Sifat fisik batuan apabila ditambahkan suatu liquid mempunyai sifat

fisik yang berbeda sebelum ditambahkan dengan liquid tersebut, hal ini

disebabkan karena suatu padatan mempunyai densitas yang lebih besar

dari pada liquid sehingga mengakibatkan adanya perbedaan sifat fisik

setelah ditambahkan dengan liquid, oleh karena itu penting untuk

dilakukannya suatu pengujian luas permukaan butir padatan

Pengujian luas permukaan bubuk semen sangat berpengaruh pada

kekuatan suspensi semen dalam menahan tekanan formasi dan tekanan

casing. Semakin besar luas permukaan bubuk suatu semen, maka ukuran

partikel semen semakin kecil dan semen tersebut semakin kompak.

Dengan demikian semakin besar pula kemampuan semen tersebut untuk

menahan tekanan. Pengukuran suspensi semen di laborarorium

menggunakan alat Blaine Permeameter. Sebelum menentukan luas

permukaan bubuk semen, kita harus menentukan faktor-faktor yang

berpengaruh terhadap luas permukaan bubuk semen.

Penentuan luas permukaan butir semen (OSP) dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan ini :

102

Dimana :

=Porositas semen

t =Waktu pengukuran dengan Blaine Permeameter

s =Densitas semen

=Viscositas udara


10.3.1. Peralatan

1. Blaine Permeameter

2. Pignometer

3. Timbangan

4. Toluen

10.3.2. Bahan

1. Semen

Gambar 10.1. Blaine Permeameter

Ops= 23,2 x √ϕ3 x √tρ s x (1−ϕ ) x√ μ

103

Gambar 10.2. Pignometer


Gambar 10.4. Semen

104

Gambar 10.5. Toluene


Menentukan luas permukaan butir semen (Ops) :

1. Densitas semen (ρs) = X gr/cc

2. Temperatur ruang = 24.5 0C/ 78 0F (misal)

3. T = 24.5 0C/ 78 0F → Viskositas udara = 0.0001828 (dari tabel)

4. √μ = 0.01352

5. μ = 0.01352 → ϕ = 0.354 (dari tabel)

6. Waktu pengukuran dengan blaine permeameter = 35,7 detik (misal)

7. t = 35.7 detik → √t = 5.9749

Ops=(23 .2 x√Φ3 x√ t ) / {ρs x (1−Φ ) x√ μ}


μ @ 80oF = 0,04467 lb/ft.hour

μ @ 100oF = 0,04594 lb/ft.hour

Φ 468 Rn = 0,55648

Φ 500 Rn = 0,58233

105

1. Densitas Semen (ρs) = 1,377 gr/cc

2. Temperatur ruang = 27oC = 80,6oF

= (80,6 + 460) Rn = 540,6 Rn

3. Waktu pengukuran dengan Blaine Permeameter = 30 detik

√ t = √30 = 5,477

4. Viscositas udara (μu) :

¿(Tu−T80 ) x ( μ100−μ80 )

(T 100−T80 )+μ80

¿(80,6−80)o F x (0,04594−0,04467) lb

ft . h(100−80)o F

+0,04467 lbft . h

¿0,0447081 lbft . h

5. Porositas Udara (Φu) :

¿(Tu−T 468) x ( ϕ500−ϕ468)

( T500−T 468 )+ϕ468

¿(540,6−468 ) Rn x (0,58233−0,55648)

(500−468 ) Rn+0,55648

¿0,615

6. Luas Permukaan butir semen ( OPS ) :

¿ 23,2 x √ϕ3 x√ tρs x (1−ϕ ) x √μ

¿23,2 x √(0,615)3 x √30 s

1,377 grcc

x (1−0,615 ) x√0,0447081 lbft . h

106

¿346,708 cm2

gram

Grafik 10.1

Grafik Viscositas Vs Temperature

75 80 85 90 95 100 1050.044

0.0445

0.045

0.0455

0.046

0.0465

0.04467

0.04594

Viscositas Vs Temperature

Viscositas Vs Temperature

Temperatur (oF)

Visc

osita

s (lb

/ft.h

)

Grafik 10.2

Grafik Porositas (Φ) Vs Temperature

107

465 470 475 480 485 490 495 500 5050.54

0.5450.55

0.5550.56

0.5650.57

0.5750.58

0.585

0.55648

0.58233

Φ Vs Temperature

Φ Vs Temperature

Temperature (Rn)

Poro

sitas

(Φ)

10.6. Pembahasan

Pengujian luas permukaan dilakukan untuk mengetahui besarnya luas

permukaan semen, hal pertama yang harus dilakukan yaitu menentukan

densitas bubuk semen dan kemudian menentukan luas permukaan butir

semen. Namun pada percobaan ini yang dilakukan hanyalah penentuan

luas permukaan butir semen karena densitasnya telah diketahui.Untuk

menentukan luasnya permukaan butir semen diperlukan data

temperatur, viskositas, porositas dan waktu pengukuran, dimana

temperatur ruang dikondisikan Reamur,setelah data terkumpul maka

perhitungan luas permukaan butir semen dapat dilakukan dengan cara

23.2 dikalikan nilai akar dari porositas cubic dikalikan nilai waktu yang

diakarkan,setelah itu hasil perkalian tersebut dibagi dengan perkalian

antara densitas semen dikali 1 yang telah dikurangi harga porositas,

kemudian dikalikan dengan nilai viscositas yang telah diakarkan.

Pengujian dilakukan karena suatu padatan mempunya i densitas

yang lebih besar daripada liquid sehingga mengakibatkan adanya

perbedaan sifat fisik setelah ditambahkan dengan liquid dimana salah satu

108

sifat fisik padatan adalah ukuran butiran, semakin halus ukuran butiran

maka semakin luas permukaan butiran sehingga pertukaran ionnya

semakin tinggi sedangkan apabila suatu butiran mempunyai ukuran butiran

yang kasar maka semakin sempit luas permukaan sehingga mempunyai

pertukaran ionnya semakin rendah.

Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh besarnya luas

permukaan bubuk semen sebesar 546,708 cm2 /gr. Dan grafik viskositas

vs temperature menunjukkan bahwa ketika tempetratur yang makin besar,

garis linear atau viscositas menurun secara konstan, sedangkan pada grafik

porositas vs temperature, memperlihatkan kenaikan porositas yang konstan

tapi tidak terlalu drastic dan diperlihatkan dengan kenaikan garis yang

linear. Selain itu faktor yang perlu diperhatikan dalam percobaan ini

adalah waktu pengukuran dengan blaine permeameter sebab waktu

tersebut digunakan dalam perhitungan untuk menghitung besarnya

permeabilitas dari sampel semen. Dimana waktu pembacaan pada baline

permeameter harus lebih besar dari 20 detik, jika kurang dari 20 detik daya

ikat semen kurang baik. Daya ikat semen dikatakan baik jika waktu

pembacaan pada blaine permeamater antara 20–30 detik.

10.7. Kesimpulan

1. Mengidentifikasi luas permukaan bubuk semen bahwa semakin besar

densitas semen maka luas permukaannya akan semakin kecil.

2. Hubungannya berbanding terbalik, jadi semakin besar nilai viskositas

udara maka akan semakin kecil luas permukaan bubuk semen (OPS)

3. Pengujian luas permukaan bubuk semen sangat berpengaruh pada

kekuatan suspensi semen dalam menahan tekanan formasi dan tekanan

casing. Semakin besar luas permukaan bubuk semen maka ukuran

partikel semen semakin kecil dan semen tersebut semakin kompak. Hal

tersebut akan berpengaruh pula terhadap nilai porositas serta

permeabilitas dari semen tersebut.

109

4. Porositas berbanding lurus terhadap nilai Ops.

5. Pengukuran di laboratorium menggunakan alat Blaine Permeameter

BAB XI

PEMBAHASAN UMUM

Dalam Suatu operasi pemboran penyemenan salah satu unsur yang sangat

diperhatikan karena baik buruknya suatu penyemenan akan berdampak pula pada

keadaan formasi dan casing sebagai pelindung lubang bor. Suspensi semen

memiliki sifat-sifat tertentu dimana sifat dari suspensi semen akan mempengaruhi

proses penyemenan maupun hasil dari penyemenan yang kita lakukan. Sifat-sifat

dari suspensi semen diantaranya adalah densitas, thickening time, filtration loss,

free water, compressive strength, dan shear bond strength.

Dalam pelaksanaan percobaan diatas kita menggunakan semen dalam x gram

yang ditimbang, harga WCR yang diinginkan tidak boleh melebihi batas air

maksimum tau kurang dari batas air minum. Kadar maksimum yang dimasud

yaitu apabila air yang dicampurkan kedalam semen tanpa menyebabkan

pemisahan lebih dari 3.5 ml, dalam 250 ml suspensi semen jika didiamkan

selama2 jam pada temperatur kamar. Sedangkan kadar air minimum jumlah air

yang dapat dicampurkan kedalam semen untuk memperoleh konsisten maksimum

sebesar 30 cc. Prosedur yang digunakan jika ingin menggunakan additif berupa

padatan, timbang % berat yang dibutuhkan. Jika menggunakan additif cairan, %

penambahan dilakukan dengan mengukur volume additif berbanding dengan

volume air yang diperlukan. Setelah bubuk semen dengan additif dicampur

kemudian air dan additif dimasukan kedalam mixing container dan dijalankan

dengan kecepatan 4000 RPM. Kemudian tutup mixing container dengan


Dari data percobaan ini dapat dilihat bahwa semakin besar penambahan massa

additive semakin besar pula nilai densitas suspensi semen yang didapat. Dan jika

dilihat dari grafik penambahan barite nilai desitas suspensi semennya lebih besar

peninkatannya dibanding nilai dari additive bentonite.

Pada pengujian thickening time dilakukan pengukuran seberapa besar

consistensi dari suspensi semen yang kita buat dengan melakukan penambahan

additive NaCl dan CMC pada suspensi semen. Pengukuran dilakukan selama 50

111

menit untuk mendapat gambaran conistensi suspensi semen. Jika diketahui

besarnya consistensi semen kita dapat merancang pemompaan dan waktu kerja

sesuai dengan kebutuhan operasional dimana waktu pemompaan harus lebih kecil

dari thickening timenya agar semen tidak mengeras sebelum mencapai target. Dari

grafik penambahan NaCl vs thickening time menunjukkan fluktuasi yang tidak

terlalu besar (cenderung datar). Secara teori, semakin banyak NaCl yang

ditambahkan, maka thickening time akan meningkat (naik), karena sifatnya

sebagai pengencer. Suspensi semen yang encer viscositasnya kecil sehingga

waktu pengerasan semakin cepat.

Pengujian free water dilakukan untuk mengetahui batas harga WCR yang

tidak boleh melebihi kadar air maksimum yaitu 3,5 ml jika lebih dari kadar air

maksimum akan menyebabkan terjadinya ruang pori pada suspensi semen yang

menyebabkan permeabilitas besar. Jika permeabilitas besar maka akan terjadi

kontak fluida antar formasi dengan annulus juga strength semen berkurang.

Dalam pengujian ini digunakan additive bentonite dan NaCl. Dari grafik

penambahan bentonite vs free water menunjukkan adanya fluktuasi. Dimana

pada awal grafik meningkat, kemudian menurun. Secara teoritis, bentonite

berfungsi sebagai penghisap / pengabsorb air, sehingga kadar free water akan

berkurang bila bentonite yang ditambahkan semakin banyak. Namun bila free

water terlalu sedikit, menyebabkan semen memiliki friksi yang besar terhadap

lubang bor, akibatnya formasi bisa retak atau pecah.

Filtration Loss adalah peristiwa hilangnya cairan suspensi semen kedalam

formasi permeable yang dilaluinya. Maka dalam pengujian filtration loss dihitung

besarnya filtrat yang keluar dari filterpress, filtrat merupakan fluida dari suspensi

semen yang masuk kedalam formasi. Jika terlalu banyak filtrat keluar maka

suspensi semen kekurangan cairan sehingga menyebabkan friksi di annulus dan

berakibat pecahnya formasi. Penggunaan additive mempengaruhi banyak

sedikitnya filtrat, dalam percobaan digunakan Bentonite dan NaCl, bentonite

memiliki sifat mengikat air sehingga semakin banyak digunakan semakin sedikit

filtrat yang keluar dari filterpress sedangkan NaCl dapat memperbesar filtration

loss. Penambahan bentonite pada dasarnya akan menurunkan jumlah filtration

112

loss. Hal ini dapat terjadi karena bentonite bersifat menghisap air sehingga

kandungan air dalam suspensi semen tetap terjaga. Akan tetapi penambahan

bentonite ini perlu diperhitungkan secara tepat untuk memperoleh hasil yang

diharapkan.

Pengujian Compressive strength dilakukan untuk mengetahui kekuatan dari

semen padat untuk menahan tekanan horizontal yang berasal dari formasi ataupun

casing, dalam pembuatan sample semen bubur semen ditambah dengan additive

bentonite dan barite. Menurut teori, penambahan bentonite akan menyebabkan

penurunan strength semen. Sedangkan penambahan barite dapat menaikkan

strength semen. Dalam mengukur strength semen, sering kali yang diukur adalah

compressive strength. Umumnya compressive strengrh mempunyai harga 8-10

kali lebih dari harga shear strength. Strength minimum yang direkomendasikan

API untuk dapat melanjutkan operasi pemboran adalah 6,7 MPa (1000psi). Untuk

mencapai hasil penyemenan yang diinginkan maka strength semen harus mampu

melindungi dan menyokong casing, menahan goncangan selama operasi

pemboran, menyekat lubang dari fluida formasi yang korosif serta menyekat antar

lapisan yang permeable.

Shear Bond strength merupakan kemampuan semen menahan tekanan secara

vertical yang digunakan untuk menahan tekanan karena berat casing dalam

pengujiannya semen bubur semen yang digunakan ditambah dengan additive

bentonite dan barite. Semen yang baik adalah semen yang mempunyai harga

shear bond strength tinggi karena semen mempunyai kekuatan untuk mampu

menahan tekanan-tekanan yang berasal dari berat casing yang ditimbulkan atau

tekanan – tekanan dalam arah yang vertikal.Berdasarkan teori, fungsi dari

penambahan barite dapat meningkatkan harga shear bond strength, tetapi pada

percobaan yang dilakukan ada sedikit ketidakcocokkan dengan teori yang ada.

Luas permukaan bubuk semen dapat dihitung dan dijadikan sebagai acuan

dalam pemilihan semen yang baik. karena semakin besar luas permukaan bubuk

semen berarti butiran semen semekin kecil dan ikatan antar ionnya pun semakin

erat dengan demikian padatan semen yang akan dihasilkan akan memiliki

permeabilitas yang kecil, jika semen berpermeabilitas kecil akan mencegah

113

adanya fluida formasi yang mungkin bisa masuk melewati pori semen yang

terbentuk dan dapat menyebabkan terjadinya korosi pada casing. Pengujian luas

permukaan butir padatan dilakukan karena suatu padatan mempunyai densitas

yang lebih besar daripada liquid sehingga mengakibatkan adanya perbedaan sifat

fisik setelah ditambahkan dengan liquid dimana salah satu sifat fisik padatan

adalah ukuran butiran, semakin halus ukuran butiran maka semakin luas

permukaan butiran sehingga pertukaran ionnya semakin tinggi sedangkan apabila

suatu butiran mempunyai ukuran butiran yang kasar maka semakin sempit luas

permukaan sehingga mempunyai pertukaran ionnya semakin rendah.

BAB XII

KESIMPULAN UMUM

1. Pembuatan suspensi semen dan cetakan semen ini perlu dilakukan dalam

penentuan shear bond dan compressive strength.

2. Pembuatan suspensi semen dan cetakan semen yang baik akan sangat

mendukung nilai dari shear band dan compressive strength yang akan

ditentukan kemudian.

3. Densitas dari suspensi semen sangat perlu diperhatiakan karena sangat

berpengaruh dalam proses penyemenan.

4. Pengukuran Densitas berguna untuk mengetahui tekanan hidrostatik suspensi

semen di dalam lubang sumur. Bila tekanan hidrostatik yang dihasilkan

suspensi semen terlalu besar maka akan mengakibatkan formasi pecah,

sehingga terjadi loss circulation, dan jika tekanan hidrostatik yang dihasilkan

suspensi semen terlalu kecil maka akan mengakibatkan collapse.

5. Pada percobaan Densitas ini semakin besar penambahan massa barite dan

bentonite maka akan semakin memperbesar nilai dari densitas suspensi

semen.

6. Penggunaan additive barite cenderung akan lebih cepat meningkatkan nilai

densitas bila dibandingkan dengan penggunaan additive bentonite.

7. Pengujian rheologi suspensi semen bertujuan untuk menghitung hidrolika

operasi penyemenan yang mana rheologi semen ini berhubungan dengan

perkiraan kehilangan tekanan akibat friksi dan sifat-sifat aliran yang bisa

menentukan keberhasilan dalam penyemenan. Untuk memperoleh hasil

penyemenan yang baik yang disesuaikan dengan keadaan dalam formasi.

8. Semakin besar penambahan massa additive barite ke dalam suspensi maka

nilai plastic viscosity-nya semakin besar, sebaliknya semakin besar

penambahan bentonite maka plastic viscosity-nya semakin kecil.

9. Dari grafik hubungan penambahan additive vs plastic viscosity, terlihat

bahwa terdapat titik potong antara kurva barite dan bentonite, ini

115

menunjukkan kedua additive tersebut (barite & bentonite) mempunyai plastic

viscosity yang sama yaitu 55 cp ketika massa keduanya = 5 gram.

10. Semakin besar penambahan massa additive barite ke dalam suspense maka

nilai Yield point-nya semakin besar, sebaliknya semakin besar penambahan

bentonite maka nilai yield point-nya semakin kecil.

11. Dari grafik hubungan penambahan additive vs Yield point, kedua zat additive

tersebut tidak menunjukkan titik potong. Hal ini menunjukkan barite &

bentonite tidak mempunyai nilai Yp yang sama.

12. Thickening Time adalah waktu yang diperlukan suspensi semen mencapai

konsistensi 100 UC (Unit of Consistensi). Pengujian Thickening Time dalam

aplikasinya yaitu untuk menentukan setting waktu pemompaan, dimana

waktu pemompaan harus lebih kecil dari Thickening Time-nya.

13. Thickening time dipengaruhi oleh jumlah additive dan rate pompa. Additive

NaCl berfungsi untuk mempercepat thickening time, dimana sifat NaCl

adalah sebagai pengencer (accelerator), sehingga semen cepat mengeras.

Additive CMC berfungsi memperlambat thickening time, dimana sifat CMC

adalah sebagi pengental (retarder), sehingga semen lama mengeras.

14. Pengujian Free Water dilakukan untuk mengetahui batas harga WCR yang

tidak boleh melebihi kadar air maksimum atau kurang dari kadar

minimumnya.

15. Dalam Free Water jika air yang ditambahkan lebih dari kadar air maksimum

akan menyebabkan terjadinya ruang pori pada suspensi semen yang

menyebabkan permeabilitas besar. Jika permeabilitas besar maka akan terjadi

kontak fluida antar formasi dengan annulus dan strength semen akan

berkurang. Apabila air yang ditambahkan kurang akan berakibat semen

mempunyai daya ikat yang besar dan berakibat retaknya atau pecahnya

formasi.

16. Free water didefinisikan sebagai kandungan air bebas yang terpisah dari

suspensi semen. Pada penambahan additive bentonite mengalami kenaikan

pada tahap awal yaitu sebesar 0.5 ml dan setelah itu mengalami penuruanan

yang menunjam dan setelah itu mengalami kenaikan lagi pada massa 5 gr

116

dengan nilai free water 0.75 ml. pada barite tahap awal mengalami kenaikan

yaitu dengan nilai free water 0.25 ml dan setelah itu mengalami penurunan

pada penambahan 1 gram kemudian mendatar dalam perhitungan waktu 2

jam.

17. Filtration loss adalah peristiwa hilangnya cairan suspensi semen yang masuk

ke dalam formasi permeable yang dilaluinya. Bila filtration loss terlalu besar,

maka akan dapat menyebabkan pecah formasi karena banyak cairan atau

filtrate suspensi semen yang hilang ke formasi, hal tersebut bisa

mengakibatkan terjadinya lost circulation.

18. Bentonite merupakan lost Circulation Control Agent merupakan additive

yang digunakan untuk mengontrol hilangnya suspensi semen ke dalam

formasi yang lemah.

19. Compressive strength adalah kekuatan semen dalam menahan tekanan–

tekanan yang berasal dari formasi maupun casing dalam arah horizontal.

Penambahan Bentonite dan NaCl akan memperkecil harga Compressive

Strength.

20. Pada additif bentonite harga Compressive Strength yang didapat semakin

besar nilai/massa yang ada maka semakin kecil nilai Compressive Strength

yang didapat begitu juga dengan additif NaCl pada suatu suspensi semen.

Tetapi dengan menggunakan penambahan yang sama, harga Compressive

Strength lebih besar jika menggunakan bentonite dibandingkan NaCl.

21. Nilai Compressive Strength dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain :

penambahan additive, pembebanan, ukuran penampang semen, ukuran

bearing dan koefisien faktor. Nilai Compresive Strength sangat berpengaruh

terhadap ketahanan dari semen untuk melindungi casing dari zona formasi

(horizontal)

22. Shear Bond Strength adalah kekuatan suspensi semen untuk menahan berat

dari casing dalam arah vertical. Semen yang baik adalah semen yang

mempunyai harga shear bond strength tinggi. Pengujian Shear Bond Strength

untuk mengetahui kekuatan suspensi semen untuk menahan berat dari casing

dalam arah vertikal. Pada additive bentonite semakin besar massa yang ada

117

maka semakin kecil nilai Shear Bond Strength yang didapat, begitu juga

dengan additive NaCl pada suatu sampel semen.

23. Nilai Shear Bond Strength dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain :

penambahan additive, pembebanan, diameter dalam casing sampel (semen),

luas bearing block hydraulic mortar, tinggi sampel semen dan koefisien

faktor. Nilai Shear Bond Strength sangat berpengaruh terhadap ketahanan

dari semen tuk menahan semen secara vertikal.

24. Percobaan pengujian luas permukaan bubuk semen dilakukan untuk

mengetahui daya ikat semen terhadap casing.dan penentuan kekuatan semen.

Dari percobaan pengujian luas permukaan bubuk semen dapat diperoleh luas

permukaan bubuk semen sebesar 359,036 cm2/gram sehingga sampel semen

tersebut memiliki ukuran butir yang cukup halus dan memiliki kekuatan yang

cukup baik.

25. Luas permukaan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :

Densitas semen yaitu semakin besar nilai densitas semen maka semakin

kecil nilai ops.

Temperatur ruang yaitu semakin tinggi nilai temperatur maka akan

mempengaruhi naiknya nilai porositas dan viskositas udara.

Viscositas udara yaitu semakin tinggi nilai viscositas udara maka akan

semakin kecil nila ops.

Porositas yaitu semakin tinggi nilai ops juga akan semakin berbanding

besar.

Semakin lama pengukuran dengan blaine parameter maka ops juga akan

naik.

Laporan Resmi ASP

Documents