Fungsi & Sifat-sifat Lumpur

1. TUJUAN
1. Mengenali komponen-komponen dari lumpur pemboran
– fasa cair
– reactive solids
– inert solids
– fasa kimia
2. Memahami fungsi-fungsi lumpur
3. Memahami rheology lumpur pemboran
– densitas
– sand content
– viscositas
– gel strength
– filtration loss
– mud cake
4. Memahami sifat-sifat kimia lumpur pemboran
5. Memahami pengaruh kontaminan terhadap sifat fisik lumpur pemboran
6. Memahami sifat-sifat pelumasan lumpur pemboran
7. Mengenali jenis-jenis lumpur pemboran

2. PENDAHULUAN
Secara umum, lumpur pemboran dapat dipandang mempunyai empat komponen atau fasa, yaitu ;
a. fasa cair (air atau minyak); 75% lumpur pemboran menggunakan air.
Istilah oil-base digunakan bila minyaknya lebih dari 95%.
b. reactive solids, yaitu padatan yang bereaksi dengan air membentuk koloid (clay); dalam hal ini clay air tawar seperti bentonite mengisaqp (absorb) air tawar dan membentuk lumpur.
c. inert solids (zat padat yang tak bereaksi); ini dapat berupa Barite (BaSO4) yang digunakan untuk menaikkan densitas lumpur. Selain itu, juga berasal dari formasi-formasi yang dibor dan terbawa lumpur, seperti chert, pasir atau clay-clay non swelling, sehingga akan menyebabkan abrasi atau kerusakan pompa.
d. fasa kimia; merupakan bagian dari system yang digunakan untuk mengontrol sifat-sifat lumpur, misalnya dalam disperson (menyebarkan partikel-partikel clay) atau flocculation (pengumpulan partikel-partikel clay). Efeknya terutama tertuju pada peng ‘koloid’ an clay yang bersangkutan. Zat-zat kimia yang mendispersi (menurunkan viskositas/mengencerkan) misalnya : Quebracho, phosphate, sodium tannate, dll. Sedangkan zat-zat kimia untuk menaikkan viskositas, misalnya : C.M.C, starch, dan beberapa senyawa polimer.

3. FUNGSI LUMPUR PEMBORAN
Fungsi lumpur digunakan pada saat operasi pemboran berlangsung, antara lain ;
1. Mengangkat cutting ke permukaan. Mengangkat cutting tergantung dari :
– Kecepatan fluida di annulus
– Kapasitas untuk menahan fluida yang merupakan fungsi dari densitas, aliran (laminer atau turbulen), viskositas. Umumnya kecepatan 100-120 fpm.
2. Mendinginkan dan melumasi bit dan drill string
Panas dapat timbul akibat gesekan bit dan drill string yang kontak dengan formasi.
3. Memberi dinding pada lubang bor dengan mud cake
Lumpur akan membuat mud cake atau lapisan zat padat tipis di permukaan formasi yang permeable (lulus air).
4. Mengontrol tekanan formasi
Tekanan fluida formasi umumnya adalah di sekitar 0.465 psi/ft kedalaman.
Persamaan : Pm = 0.052. ρm. D
Dimana :
Pm = tekanan static lumpur, psi
ρm = densitas lumpur, ppg
D = kedalaman, ft
5. Membawa cutting dan material-material pemberat dapat menjadi suspensi bila sirkulasi lumpur dihentikan sementara.
6. Melepaskan pasir dan cutting di permukaan
Kemampuan lumpur untuk menahan cutting selama sirkulasi dihentikan terutama tergantung dari gel strength. Bahwa cutting/pasir harus dibuang dari aliran lumpur, karena sifatnya yang sangat abrasive (mengikis) pada pompa, fitting dan bit. Untuk ini biasanya kadar pasir maksimal boleh ada sebesar 2%.
7. Menahan sebagian berat drill pipe dan casing (Bouyancy effect)
8. Mengurangi efek negatif pada formasi
9. Mendapatkan informasi (mud log, sample log)
Dalam pemboran, lumpur kadang-kadang dianalisa untuk diketahui apakah mengandung hidrokarbon atau tidak (mud log), sedangkan sample log adalah menganalisa daripada cutting yang naik ke permukaan, untuk menentukan formasi apa yang di bor.
10.Media logging
Pada penentuan adanya minyak atau gas serta zone-zone air dan juga untuk korelasi dan maksud-maksud lain, diadakan logging (pemasukan sejenis alat antara lain alat listrik atau gamma ray/neutron), seperti electric logging, yang mana memerlukan media penghantar arus listrik di lubang bor.

4. SIFAT-SIFAT LUMPUR PEMBORAN
Komposisi dan sifat-sifat lumpur sangat berpengaruh pada pemboran. Perencanaan casing, drilling rate dan completion dipengaruhi oleh lumpur yang digunakan saat itu. Berikut sifat-sifat lumpur, yaitu :
1. Densitas dan Sand Content
Densitas lumpur bor merupakan salah satu sifat lumpur yang sangat penting karena sebagai penahan tekanan formasi. Adanya densitas lumpur bor yang terlalu besar akan menyebabkan lumpur hilang ke formasi (lost circulation), sedangkan apabila terlalu kecil akan menyebabkan “kick”. Maka densitas lumpur harus disesuaikan dengan keadaan formasi yang akan dibor.
Dalam perhitungan asumsi-asumsi yang digunakan ;
1. volume setiap material adalah additive :
Vs + Vml = Vmb
2. jumlah berat adalah additive, maka ;
ρs x Vs + ρml x Vml = ρmb x Vmb
keterangan :
Vs = volume solid, bbl
Vml = volume lumpur lama, bbl
Vm = volume lumpur baru, bbl
ρs = berat jenis solid, ppg
ρml = berat jenis lumpur lama, ppg
ρmb = berat jenis lumpur baru, ppg

Sand Content yaitu tercampurnya serpihan-serpihan formasi (cutting) ke dalam lumpur pemboran yang dapat membawa pengaruh pada operasi pemboran, karena akan menambah densitas lumpur yang disirkulasikan, sehingga akan menambah beban pompa sirkulasi lumpur. Oleh karena itu, setelah lumpur disirkulasikan harus mengalami proses pembersihan terutama menghilangkan partikel-partikel yang masuk ke dalam lumpur selama sirkulasi. Alat-alat ini biasanya disebut “Conditioning Equipment”, yaitu : Shale saker, degasser, desander dan desilter.
Penggambaran sand content dari lumpur pemboran adalah persen volume dari partikel-partikel yang diameternya lebih besar dari 74 mikron. Jadi rumus yang digunakan untuk menentukan kandungan pasir (sand content) pada lumpur pemboran adalah :
n = (Vs/Vm) x 100
dimana :
n = kandungan pasir, %
Vs = volume pasir dalam lumpur, bbl
Vm = volume lumpur, bbl
2. Viskositas dan Gel Strength
Viskositas dan gel strength merupakan bagian pokok dalam sifat-sifat rheology fluida pemboran, yaitu viskositas sebagai keefektifan pengangkatan cutting dan gel strength digunakan pada saat dilakukan round trip.
Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan alat Marsh Funnel. Viskositas ini adalah jumlah detik yang dibutuhkan lumpur sebanyak 0.9463 liter (1 quart) untuk mengalir keluar dari corong Marsh Funnel.
Penentuan harga shear stress dan shear rate yang masing-masing dinyatakan dalam bentuk penyimpangan skala penunjuk (dial reading) dan RPM motor pada Fann VG viscometer, harus diubah menjadi harga shear stress dan shear rate dalam satuan dyne/cm2 dan detik-1 agar diperoleh harga viskositas dalam satuan cp (centipoise). Adapun persamaan yang digunakan :
ζ = 5.077 x C γ = 1.704 x N
dimana :
ζ = shear stress, dyne/cm2
γ = shear rate, detik-1
C = dial reading, derajat
N = revolution per minute RPM motor dari rotor

Untuk menentukan harga plastic viscosity (μp) dan yield point (Yp), yaitu :

μp = (ζ600- ζ300) : (ᵞ600-ᵞ300) atau μp = C600-C300

Yp = 300- μp
dimana :
μp = plastic viscosity, cp
Yp = yield point Bingham, lb/100ft2
C600 = Dial reading pada 600 RPM, derajat
C300 = Dial reading pada 300 RPM, derajat
3. Filtrasi dan Mud Cake
Ketika terjadi kontak antara lumpur pemboran dengan batuan porous, batuan tersebut akan bertindak sebagai saringan yang memungkinkan fluida dan partikel-partikel kecil melewatinya. Fluida yang hilang ke dalam batuan tersebut disebut “filtrate”, sedangkan lapisan partikel-partikel besar tertahan dipermukaan batuan disebut “filter cake”.
Apabila filtration loss dan pembentukan mud cake tidak dikontrol maka ia akan menimbulkan berbagai masalah, baik selama operasi pemboran maupun dalam evaluasi formasi dan tahap produksi. Mud cake yang tipis merupakan bantalan yang baik antara pipa pemboran dan permukaan lubang bor. Mud cake yang tebal akan menjepit pipa pemboran sehingga sulit diangkat dan diputar sedangkan filtratnya akan menyusup ke formasi dan dapat menimbulkan damage pada formasi.
Alat yang digunakan untuk menentukan filtration loss adalah Filtration Loss LPLT.

5. KONTAMINASI LUMPUR PEMBORAN
Salah satu penyebab berubahnya sifat fisik lumpur adalah adanya material-material yang tidak diinginkan (kontaminan) yang masuk kedalam lumpur pada saat operasi pemboran sedang berjalan. Kontaminasi yang sering terjadi adalah :
1. Kontaminasi Sodium Chlorida (NaCl)
Kontaminasi ini terjadi saat pemboran menembus kubah garam (salt dome)
2. Kontaminasi Gypsum
3. Kontaminasi Semen