Bagaimana sifat fisik drilling mud atau lumpur pemboran?

drilling mud

Lumpur atau drilling mud adalah salah satu elemen krusial dalam pemboran. Sifat dan komposisi lumpur bor sangat berpengaruh terhadap rencana pemboran. Bagaimanakah sifat fisik dari drilling mud?

Komposisi dan sifat–sifat lumpur bor sangat berpengaruh terhadap operasi pemboran, perencanaan casing , drilling rate dan completion . Misalnya pada daerah batuan lunak, pengontrolan sifat–sifat lumpur sangat diperlukan tetapi di daerah dengan batuan keras, sifat–sifat ini tidak terlalu kritis, sehingga air biasapun kadang–kadang dapat digunakan. Dengan demikian dapat disimpuulkan bahwa sifat–sifat geologi suatu daerah menentukan pula jenis–jenis lumpur yang akan digunakan. Adapun sifat–sifat lumpur pemboran tersebut adalah :

  1. Densitas
    Adalah berat suatu zat (lumpur) dalam suatu volume tertentu. Densitas biasanya ditulis dengan simbol “ρ”, dimensinya adalah : kg/m3, gr/cc, lb/cuft dan lb/gal.

    Untuk menentukan tekanan hidrostatis, densitas lumpur harus diketahui terlebih dahulu. Jadi tekanan hidrostatis didasar lubang bor merupakan fungsi dari densitas lumpur itu sendiri. Hal ini dapat ditulis dalam persamaan :

    Pm = 0.052 dm D

    Keterangan :
    Pm = tekanan hidrostatis lumpur, ksc
    dm = densitas lumpur, gr/cc
    D = kedalaman lubang bor, meter

    Berdasarkan rumus, densitas lumpur yang besar akan memberikan tekanan hidrostatis yang besar pula dan sebaliknya. Densitas lumpur pemboran diukur dengan alat mud balance . Pengukuran densitas dengan mud balance yaitu dengan mekalibrasi terlebih dahulu dengan menggeser rider ke angka 8,33 ppg atau 1 gr/cc, jika kalibrasi berhasil maka gelembung udara pada level glass akan berada ditengah-tengah. Setelah kalibrasi sesuai dengan densitas air, kemudian mengganti air dengan lumpur yang akan diukur sehingga akan terjadi penambahan berat kemudian menggeser rider sampai gelembung udara pada level glass berada ditengah-tengah, kemudian dicatat densitasnya sesuai skala yang tertulis pada arm balance.

image

  1. Viskositas
    Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang penting untuk laminar flow. Istilah thick mud digunakan untuk lumpur dengan viskositas tinggi (kental), sedangkan sebaliknya adalah thin mud (encer). Viskositas lumpur diukur dengan :

    • Marsh Funnel

    • Stormer Viscometer

    • Fann VG Viscometer ( multi speed rotational )

    Dalam pemboran viskositas lumpur dapat naik dan dapat turun karena dua hal, yaitu:

    • Flokulasi
      Pada flokulasi gaya tarik menarik antara partikel–partikel clay terlalu besar dan akan mengumpul atau menggumpal pada clay-nya. Dengan terjebaknya air bebas oleh partikel–partikel clay sehingga sistem kekurangan air bebas, akibatnya viskositas akan naik.

      Penggumpalan tadi dikarenakan oleh kenaikan jumlah partikel–partikel padat (jarak antar plat–plat lebih kecil) atau karena kontaminasi (anhydrite, gypsum, semen, garam yang menetralisir gaya tolak menolak antara muatan– muatan negative dipermukaan clay).

      Jika terjadi kontaminasi ion Ca digunakan soda abu (NaCO) untuk treating, sedangkan pada kontaminasi karena garam (NaCl) digunakan pengenceran dengan menambah dispersant setelah terlebih dahulu menaikkan pH lumpur dengan Caustic.

    • Terlalu banyak padatan
      Untuk pencegahannya hanyalah dengan cara pengenceran yang efektif atau dengan kata lain penurunan viskositas.

      Kebanyakan lumpur pemboran merupakan koloid ataupun emulsi yang mempunyai sifat seperti plastik atau non-newtonian . Sifat aliran fluida non-newtonian ini berbeda dengan fluida Newtonian (seperti air, minyak ringan dll) yaitu viskositasnya tidak konstan tetapi memiliki shear rate yang bervariasi.

      Sifat umum yang berlaku adalah fluida yang plastis harus melampaui nilai stress ( true yield point ) untuk menggerakkan fluida. Kemudian diikuti oleh penurunan slope dari zona transisi yang bentuk aliranya berubah dari aliran plug menuju aliran beviskositas (aliran laminar), viskositas fluida Newtonian adalah konstan searah dengan penambahan stress-strain . Maka, jika viskositas fluida plastis diukur dengan cara konvensional, perbandingan antara shear stress dengan shear rate , nilai yang diperoleh tergantung nilai yang diambil saat pengukuran.

  1. Gel strength
    Pada waktu lumpur dalam keadaan sirkulasi atau dinamis yang berperan adalah viskositas, sedangkan diwaktu sirkulasi berhenti yang memegang peranan adalah gel strength . Lumpur akan mengagar atau menjadi gel apabila tidak ada sirkulasi, hal ini disebabkan oleh gaya tarik menarik antara partikel padatan yang terkandung dalam lumpur, gaya mengegel ini disebut dengan gel strength .

    Pada saat lumpur berhenti sirkulasi lumpur harus mampu menahan cutting dan material pemberat lumpur agar tidak jatuh dan mengendap didasar lubang bor, namun gel strength juga didesain tidak terlalu tinggi karena dapat mengakibatkan kerja pompa menjadi berat untuk memulai sirkulasi kembali, selain itu dalam pemisahan cutting dipermukaan akan menjadi sulit karena gel strength yang terlalu tinggi.

    Harga gel strength dalam 100 lb/ft^2 diperoleh secara langsung dari pengukuran dengan alat fan VG meter. Simpangan skala petunjuk akibat digerakkannya rotor pada kecepatan 3 RPM, langsung menunjukkan harga gel strength 10 detik atau 10 menit dalam 100 lb/ft^2.

  2. Filtration Loss
    Ketika terjadi kontak antara lumpur pemboran dan batuan poros, batuan tersebut akan bertindak sebagai saringan yang memungkinkan fluida dan partikel-partikel kecil melewatinya. Fluida yang hilang kedalam batuan disebut filtrat sedangkan lapisan partikel-partikel besar bertahan dipermukaan disebut filter cake . Proses filtrasi diatas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan tekanan positif kearah batuan. Pada dasarnya ada 2 jenis filtration loss adalah kehilangan sebagian cairan lumpur (fasa kontiniyu) dan masuk ke dalam formasi, terutama formasi yang permeabel sehingga meninggalkan fasa padatannya didinding sumur dan membentuk mud cake.

    Biasanya, besarnya filtrat loss ditentukan di laboratorium dengan “ Standard Filter Pressure ”, dimana banyaknya filtrat dinyatakan dalam cc dan tebalnya mud cake dinyatakan dalam satuan per tiga puluh dua inchi.

    Dalam praktek di lapangan ternyata untuk statik filtration loss berlaku persamaan sebagai berikut :
    V2 = V1 (t2/t1)1/2
    dimana,
    V2 = filtration loss pada waktu t2, cc
    V1= filtration loss pada waktu t1, cc