Wednesday, October 26, 2005

Makalah WOP VI - DP & JH

EVALUASI PENGGUNAAN PAHAT 8 ½” PADA PEMBORAN
SUMUR-SUMUR DI DOH JAWA BAGIAN TIMUR

Dian Permana, Jufrihadi, A. Purwanto DS


ABSTRAK
Salah satu usaha yang dilakukan Pertamina DOH Jawa Bagian Timur dalam upaya mencapai target produksi minyak diatas 3000 BOPD adalah menambah titik serap dan menemukan cadangan minyak baru melalui kegiatan pemboran sumur, baik eksplorasi maupun pengembangan, utamanya di struktur-struktur marginal seperti Kawengan, Ledok, Nglobo, Banyubang, Gabus, Tungkul, Semanggi dan Banyuasin.
Sumur-sumur di Pertamina DOH Jawa Bagian Timur umumnya diproduksikan melalui casing 7” yang dibor menggunakan pahat 8 ½” dengan kedalaman antara 500 m sampai 900 m. Parameter keberhasilan operasi pemboran salahsatunya ditentukan melalui optimalisasi penggunaan pahat 8 ½” pada trayek produksi, yang akhirnya akan menekan biaya operasi.
Dalam operasi pemboran, proses pemotongan dan penghancuran batuan oleh pahat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti karakteristik dan jenis batuan, jenis pahat, parameter pemboran serta reology dan hydrolika lumpur yang digunakan.
Penggunaan pahat 8 ½” di Pertamina DOH Jawa Bagian Timur dievaluasi berdasar pada faktor-faktor seperti footage, ROP, Cost Per Foot (CPF) serta kondisi pahat. Studi dari evaluasi ini diharapkan bisa menjadi bahan acuan untuk “drilling design” utamanya dalam pemilihan pahat yang lebih cocok dengan karakter batuan di lapangan-lapangan Pertamina DOH Jawa Bagian Timur. Hasil evaluasi memperlihatkan pahat-pahat TCB dengan IADC 1.3.3, 1.3.4 dan 1.3.7 mempunyai “cost per foot” paling rendah, berkisar 6.05 – 10.41 US$/ft dengan kondisi pahat yang masih layak pakai. Sedangkan untuk PDC, perbandingan antara PDC berkode IADC M 323 dan S 324 menunjukkan bahwa M 323 mempunyai cost per foot yang lebih rendah dibandingkan dengan S 324.

I. PENDAHULUAN

Pemilihan pahat yang tepat akan mampu memberikan kontribusi yang signifikan dalam upaya meminimalisasi biaya operasional. Dalam operasi pemboran, kemampuan pahat dalam memotong dan menghancurkan batuan dipengaruhi oleh faktor antara lain karakteristik batuan, jenis pahat yang digunakan, parameter bor seperti Weight On Bit dan putaran pahat (Revolution Per Minute) serta rheology dan hidrolika lumpur.
Ada dua variabel yang diperhatikan guna mencapai penggunaan pahat yang optimal, yaitu variabel tetap dan variabel tidak tetap. Batuan dengan jenis dan karakternya dikategorikan sebagai variabel alam yang bersifat tetap, sedangkan jenis pahat dan parameter pemboran merupakan variabel yang dapat diubah guna mendapatkan laju pemboran yang terbaik. Karakteristik batuan, baik jenis, kuat tekan dan kuat geser batuan, cendrung berubah seiring perubahan formasi yang ditembus oleh pahat.
Adanya perbedaan karakteristik batuan ini membutuhkan pahat dengan kualifikasi sesuai guna memperoleh laju pemboran yang optimal dalam menembus formasi batuan. Pahat yang umum digunakan dalam operasi pemboran di lapangan Pertamina DOH Jawa Bagian Timur, khususnya untuk trayek produksi adalah jenis Tree Cone Bit 8 ½” serta pahat PDC (Polycristaline Diamond Compact) berdiameter 8 ½”.
Semua parameter yang dievaluasi dan mempengaruhi laju penetrasi pemboran pada akhirnya akan berpengaruh terhadap biaya pemboran secara keseluruhan.

II. GEOLOGI REGIONAL

Wilayah kerja Pertamina DOH Jawa Bagian Timur disusun oleh enam formasi, yaitu Formasi Mundu, Ledok, Wonocolo, Bulu, Ngrayong dan Formasi Tawun.
Formasi Wonocolo, Bulu, Ngrayong dan Tawun identik dengan shale yang diselingi oleh batugamping dan lanau. Shale pada formasi-formasi ini dicirikan dengan penampakan warna abu-abu kecoklatan sampai abu-abu muda, lunak sampai setengah lunak, pipih sampai agak pipih serta adanya jejak laminasi karbon dengan sedikit pirit, foram dan kapuran.

III. TEORI

Faktor Yang Mempengaruhi Laju Pemboran

a. Karakteristik Batuan

Beberapa macam karakteristik batuan yang berpengaruh pada laju pemboran antara lain adalah:

v Drillability
Drillability memperlihatkan tingkat kemudahan suatu batuan untuk dibor. Pada umumnya drillability suatu batuan akan semakin berkurang seiring bertambahnya kedalaman serta semakin kompak dan keras suatu batuan.

v Hardness
Hardness suatu batuan menunjukan tingkat ketahanan suatu batuan terhadap goresan. Mohs membuat 10 tingkat skala kekerasan mulai dari Talc dengan tingkat kekerasan 1 sampai Intan dengan tingkat kekerasan 10, namun secara umum kekerasan batuan dikelompokkan menjadi tiga bagian yaitu: Batuan lunak dengan skala Mohs dibawah 4 (Fluorite), batuan sedang dengan skala mohs antara 4 sampai 7 (Fluorite sampai Quartz) dan batuan keras dengan skala Mohs besar dari 7 (Quartz).

v Abrassiveness
Abrassiveness merupakan sifat menggores dan mengikis batuan yang dapat menyebabkan keausan pada gigi-gigi pahat. Setiap batuan mempunyai sifat abrasivitas yang berbeda-beda. Batuan beku mempunyai tingkat abrsivitas yang besar. Hal ini dikarenakan cutting hasil gerusan mata bor umunya berbentuk runcing, tajam dan pipih, sehingga dibutuhkan pahat dengan “gauge” yang punya pelindung khusus.

v Fracturing
Fracturing yang dimaksud merupakan rekahan alami yang terdapat pada lapisan produktif. Ketika mata bor memasuki zona ini, laju pemboran akan bertambah secara mendadak, kondisi ini dapat mempercepat kerusakan pada bantalan dan ”bearing” pahat.

b. Pengaruh Parameter Bor

Parameter yang dimaksud adalah:

v Weight On Bit (WOB) dan Banyaknya Putaran Pahat (RPM)
WOB dan RPM merupakan faktor mekanik yang berpengaruh langsung terhadap laju pemboran. Beban pada pahat merupakan suatu beratan yang diberikan agar dapat menembus suatu formasi batuan. Pengaturan WOB juga ditujukan untuk mendapatkan kondisi ”string” yang kaku sehingga mengurangi deviasi lubang. Dalam kondisi normal, WOB diberikan berkisar antara 60 – 80%. RPM sendiri menyatakan banyaknya putaran pahat per menit. Peningkatan RPM yang melebihi kecepatan putaran kritisnya akan dapat menimbulkan getaran (vibrasi) pada drill string sehingga pemboran menjadi tidak efektif.
Jika kedua parameter bor ini dioptimalkan, laju penetrasi akan bertambah sampai pada suatu batas tertentu, dan apabila telah melampui batas tersebut tidak akan terjadi peningkatan laju penetrasi, (Gambar 1).


v Bit Hydraulic
Faktor hidrolika sangat berpengaruh dalam mencapai laju pemboran yang optimal. Hidrolika pahat disini didefinisikan sebagai penggunaan debit aliran dan tenaga yang ditimbulkan oleh semburan lumpur melalui nozzle kedalam lubang bor guna membersihkannya dari cutting. Ada beberapa hal yang mempengaruhi hidrolika pahat, yaitu:

1. Tenaga dan kapasitas pompa lumpur
Kemampuan kerja pompa lumpur tergantung dari diameter liner, panjang stroke dan jumlah stroke per menit (SPM). Besarnya tenaga pompa dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:


Dimana :
Q = debit aliran lumpur
P = total tekanan sirkulasi
Em = effisiensi mekanik pompa

2. Jet velocity dan ukuran nozzle.
Pembersihan cutting dari lubang bor merupakan faktor yang sangat penting. Cutting yang tertinggal dalam lubang bor akan menyebabkan kerja pahat menjadi terganggu saat menggerus formasi karena akan terjadi proses re-grinding. ”Jet velocity” tidak membor lubang akan tetapi membantu membersihkan cutting dari dasar lubang. Luas penampang nozzle sangat berpengaruh pada besar kecilnya jet velocity suatu pahat. Besarnya pengaruh tersebut diperlihatkan pada persamaan berikut :


Dimana :
Vn = jet velocity, ft/dt
Q = debit lumpur, gpm
An = luas penampang nozzle, inch

Semakin kecil ukuran nozzle maka akan semakin tinggi jet velocity suatu pahat.

3. Pressure Loss pada Pahat
Besarnya ”pressure loss” pada pahat juga ditentukan oleh nozzle yang digunakan. Hubungan ini diperlihatkan melalui persamaan berikut:

=

Dimana:
∆Pb= pressure loss pada pahat, psi
ρ = densitas lumpur, ppg
An = luas penampang nozzle, inch
Q = laju aliran Lumpur, gpm

4. Bit Hydraulic Horse Power (BHHP)
BHHP merupakan besarnya tenaga yang dibutuhkan untuk membersihkan lubang dari cutting, dimana besarnya tergantung dari energi fluida yang keluar dari pahat. BHHP ditentukan oleh jumlah tenaga yang tersedia (horse power pompa). BHHP dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini,


Dimana :
∆Pb= pressure loss pada pahat, psi
Q = laju aliran Lumpur, gpm

c. Derajat Kerusakan Pahat

Identifikasi derajat keausan pahat dapat ditinjau dari beberapa segi yaitu :

1. Kerusakan / keausan gigi pahat
Keausan dan ketumpulan gigi pahat dinyatakan dalam perdelapan bagian dari ketinggian gigi pahat yang telah aus. Keausan ini disimbolkan dengan “T” (Teeth), dimulai dari T1 sampai T8. Derajat keausan gigi pahat diperlihatkan pada tabel I.

2. Posisi Cone terhadap tempat kedudukannya
Posisi cone terhadap tempatnya dinyatakan dengan notasi “B” (Bearing). Batasan ”bearing” ini diperlihatkan pada tabel II.

3. Pengecilan Diameter Pahat
Pahat yang telah dipakai seringkali mengalami pengecilan diameter, yang biasanya disebabkan oleh gesekan dengan formasi, terutama formasi dengan tingkat abrsive yang tinggi. Untuk menandai adanya pengecilan diameter pahat, digunakan notasi “G” (gauge) dan notasi ”I” (In-gauge) bila tidak terjadi pengecilan diameter pahat.

d. Kode IADC

Pada tahun 1972 IADC membuat daftar klasifikasi ”Rolling Cutter Bit” dengan maksud untuk mempermudah dalam pemilihan pahat. Rolling Cutter Bit atau Tree Cone Bit terdiri dari dua jenis yaitu:
1. Milled Tooth Bit
2. Tungsten Carbide Insert Bit
Kode IADC terdiri dari tiga angka, dimana masing-masing angka menunjukkan arti yang berbeda.
Penggolongan Tree Cone Bit terdiri dari tiga angka, misalnya IADC 1.2.3, digit pertama menunjukkan jenis gigi yang terdiri lagi dari delapan tingkatan; angka 1 sampai 3 menunjukkan jenis ”Milled Tooth”, angka 4 menunjukkan jenis pahat khusus, dan angka 5 sampai 8 menunjukkan jenis ”Insert Bit”.
Digit kedua menunjukkan tingkat kekerasan dari tiap-tiap jenis formasi yang mampu ditembus oleh pahat dengan jenis gigi yang ditunjukkan digit pertama tadi, yaitu lunak, sedang dan keras. Sedangkan angka ketiga menunjukkan ciri-ciri khusus bantalan dan rancangan lainnya yang detailnya dibedakan berdasarkan delapan tingkatan (Tabel III).
Sebagai contoh: Pahat Rolling Cutter Bit dengan IADC 5.2.7 mempunyai arti sebagai berikut; angka 5 menunjukkan jenis gigi merupakan ”insert” yang digunakan untuk membor formasi lunak sampai sedang dengan ”compressive strength” batuan rendah. Angka 2 menunjukkan bahwa pahat digunakan untuk formasi dengan kekerasan sedang. Angka 7 menunjukan bahwa pahat tersebut dilengkapi “friction bearing” dan “gauge protection”.
Penentuan bentuk gigi-gigi pahat disesuaikan dengan formasi yang akan dibor. Untuk formasi lunak giginya lebih panjang dan runcing dengan jumlah yang lebih sedikit serta kerucut dan bantalannya lebih kecil, sedangkan untuk formasi yang keras bentuk giginya lebih pendek dan besar serta kerucut dan bantalannya lebih besar.
Pada ”Tungsten Carbide” gigi-giginya berbentuk kancing atau “button” dengan bentuk cendrung membundar. Gigi-gigi ditanamkan pada permukaan kerucut pemotongnya.
Sama halnya dengan pahat “Roller Cone”, kemampuan penetrasi pahat PDC (Polycristalline Diamond Compat) juga dipengaruhi oleh karakteristik batuan, beban pada pahat (WOB), banyaknya putaran pahat per menit (RPM) serta hydrolika lumpur.
Dengan parameter yang sesuai pahat PDC mampu lebih cepat membor formasi dibanding dengan pahat lain, dengan konsekuensi timbulnya torsi yang besar. Torsi yang terlalu besar dapat menimbulkan in-efisiensi biaya operasional, dimana ”footage” pahat akan semakin kecil. Untuk mereduksi torsi pada PDC ini, dilakukan evolusi seperti memperbesar sudut ”Back rakes”, memperkecil ukuran ”cutter” serta menambahkan ”gage” khusus pada pahat (Gambar 2).
Pahat PDC bisa di ”re-run” selama cutting elemen yang terpakai tidak lebih dari 50%. Rusaknya ”cutter” pada pahat PDC juga dapat disebabkan oleh perubahan formasi secara tiba-tiba, ”junk” di dalam lubang, penambahan WOB yang berlebihan dan ”broken formation”.
Sedangkan body pahat bisa rusak karena adanya penambahan kecepatan aliran fluida pada pahat dan abrasi akibat bergeseran dengan material cutting yang keras.
Derajat keausan pahat PDC utamanya dilihat dari sisa ”cutter” pada pahat. Cutter yang aus dibedakan atas delapan tingkatan dengan skala 0 sampai 8. Angka 0 menunjukkan bahwa cutter masih utuh dan belum terpakai, sedangkan angka 8 menunjukkan cutter telah habis dipakai (Gambar 3). Keausan Bearing atau seals untuk pahat PDC dinotasikan dengan ”X”, sedangkan untuk ”Gauge” tetap ditentukan menggunakan dengan ”Ring Gauge” dengan notasi sebagai berikut:
- ”IN” digunakan jika pahat masih dalam kondisi ”In-Gauge”.
- Sedangkan kondisi ”Undergauge” bila ukuran ”Cutter” mendekati 1/16”.
Toleransi ”API” untuk gauge pada ”fixed cutter” dan ”roller cone” diperlihatkan pada tabel IV.

e. Biaya Pemboran Per Foot (Cost Per Foot)

Biaya pemboran per foot setiap pahat yang digunakan guna mengetahui pahat jenis mana yang bisa memberikan tingkat efisiensi paling tinggi. Cost per foot dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut:

Rumus:



Dimana:
CPF = Biaya pemboran per foot, $/ft
CR = Biaya sewa rig, $/jam
CB = Harga pahat, $
TR =Waktu pemboran, jam
TT = Trip time, jam
F = Interval yang dibor, ft

IV. EVALUASI PEMAKAIAN PAHAT 8 ½”

Pemakaian pahat 8 ½” pada pemboran sumur-sumur di lapangan Cepu (struktur Kawengan, Ledok, Nglobo dan Banyubang) secara keseluruhan umumnya menggunakan type “milled tooth” dengan kode IADC 111, 114, 124, 134, 135, 137, 211, 216, 217, 311, serta type “Insert” dengan kode 527 dan 537. Dari perhitungan cost per foot (Tabel V) terdapat tiga pahat yang mempunyai biaya rendah yaitu pahat dengan kode IADC 135 (US$ 6,05/ft), kode IADC 134 (US$ 7,83/ft) dan kode IADC 137 (US$10,41/ft), dengan rata-rata parameter bor yang digunakan adalah: WOB 5 – 7 Ton, RPM 100 – 120, footage 1212 ft, umur pahat 30 – 32 jam, ROP 5 mnt/mtr. Sedangkan lithology yang ditembus adalah clay, pasir kuarsa, sisipan serpih dan batu gamping, dengan kekerasan lunak sampai medium.
Ukuran nozzle yang dipakai adalah 14/32”, 16/32” dan 18/32”. Dari ketiga nozzle yang dipakai tersebut, BHHP optimum didapat pada ukuran nozzle 14/32”: 74 – 75% dan ukuran nozzle 16/32”: 55%. Dengan pengertian bahwa semakin besar daya yang diberikan fluida terhadap batuan formasi, semakin besar pula efek pembersihannya. Demikian pula semakin besar rate yang terjadi di pahat (jet velocity), semakin besar efektivitas pembersihan dasar lubang bor.
Berdasarkan perhitungan cost per foot pada tabel VI, PDC dengan kode IADC M323 mempunyai biaya lebih rendah yaitu US$ 5,49 / ft, dibandingkan PDC dengan kode IADC S 324 yaitu sebesar US$ 10,54 / ft. Kedua tipe PDC tersebut digunakan dalam sumur eksplorasi MTS-P1, GBS-P1 dan BNA-P1 dengan lithologi formasi yang ditembus adalah dominan clay dan batu gamping.

V. KESIMPULAN

Evaluasi penggunaan pahat 8 ½” memperlihatkan bahwa pahat dengan jenis ”Roller Cone” dan IADC 134, 135 dan 137 dapat memberikan kontribusi yang signifikan dalam menekan biaya operasional. Sedangkan pahat PDC yang memberikan kontribusi signifikan adalah pahat PDC dengan cutter size 19 mm dan 5 blade.


VI. DAFTAR PUSTAKA

1. G. Mensa-Wilmot, David T, 1997, ”Twin Edge Cutter (TEC) –Enhancing PDC Bit Development and Performance”, SPE IADC 37637.
2. G. Mensa-Wilmot, T. Kreep, I. Stephen, 1999, ”Dual Torque Consept Enhances PDC Bit Efficiency In Directional and Horizontal Drilling Program”, SPE IADC 52879.
3. Rubiandini. Rudy., DR. Ir, 2003, “Workshop Ahli Teknik Lapangan”, PT. Mulia Bahagia Abadi.
4. Stephen E. et all, 2001, “Geodiamond Dull Grading Manual”, Houston.















Tabel I. Derajat keausan gigi pada pahat “Roller Cone”

Ketumpulan gigi pahat
Bagian Tinggi Gigi yang telah Aus
T1
1/8
T2
2/8
T3
3/8
T4
4/8
T5
5/8
T6
6/8
T7
7/8
T8
Semua


Tabel II. Derajat Keausan “Bearing” Pada pahat “Roler Cone”

Kondisi Bantalan
Bagian Umur Bantalan yang telah digunakan
B1
1/8
B2
2/8
B3
3/8
B4
4/8
B5
5/8
B6
6/8
B7
7/8
B8
Semua


Tabel III. Spesifikasi untuk pahat dengan rancangan khusus

Notasi Angka
Keterangan
1
Standard Rolling Cutter Bit
2
Air (udara)
3
Gauge Insert
4
Roller Seal Bearing
5
Seal Bearing & gauge protction
6
Friction Seal Bearing
7
Friction Bearing & gauge protection
8
Directional

Tabel IV. Toleransi “API” untuk “Gauge” pahat “Fixed Cutter” dan “Roller Cone”

Nominal Bit Size (Inch)
Fixed Cutter
Roller Cone
6 ¾” and smaller
-0.015 to +0.00
-0.0 to +1/32
6 25/32” including 9
-0.020 to +0.00
-0.0 to +1/32
9 1/32” including 13 ¾”
-0.030 to +0.00
-0.0 to +1/32
13 25/32” including 17 ½”
-0.045 to +0.00
-0.0 to +1/32
17 17/32” and larger
-0.063 to +0.00
-0.0 to +1/32


Tabel V. Cost Per Foot Pahat 8 ½” (TCB)


Tabel VI. Cost Per Foot Pahat 8 ½” (PDC)






Gambar 1. Grafik hubungan antara penambahan beban pahat dengan laju penetrasi



Gambar 2. Grafik hubungan Torsi yang timbul karena pengaruh sudut ”Back Rack” terhadap WOB untuk pahat PDC (dari G. M. Wilmot, T. Kreep, I. Stephen, 1999)



Gambar 3. Derajat / tingkat keausan “Cutter” pahat PDC

2 Comments:

At 1:20 AM, Blogger Nur Hadi Amirudin said...

tabelnya tidak keliatan sama sekali, bisa tolong dicantumkan tabel yang lebih jelas? terima kasih.

 
At 1:21 AM, Blogger Nur Hadi Amirudin said...

tabelnya tidak keliatan sama sekali. Bisa tolong dicantumkan tabel yang lebih jelas? terima kasih

 

Post a Comment

<< Home