design prod csg

1

Desain Production Casing Geothermal 2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perencanaan pemboran, desain production casing

termasuk bagian dari desain casing keseluruhan yang dipersiapkan

sebelum operasi pemboran dan berhubungan langsung dengan fluida

produksi pada sumur geothermal. Optimalisasi desain dilakukan

dengan mempertimbangkan lingkungan geothermal yang memiliki

ciri khusus temperatur tinggi dan kandungan H2S. Temperatur tinggi

akan menyebabkan adanya thermal stress yang mempengaruhi

material casing dan H2S akan menyebabkan korosi pada casing.

1.2 Tujuan

Dapat mengetahui penerapan metode Design Production

Casing di lapangan khususnya di Chevron Geothermal Salak Ltd area

Sukabumi yang meliputi fungsi, mekanisme kerja serta standar yang

digunakan.

1.2.1 Umum

1) Untuk menyelesaikan tugas Kerja Praktik sebagai syarat

kelulusan mata kuliah.

2) Menjadi putra daerah yang dapat berkontribusi dan

kompetensi dengan potensi yang ada.

2


1.2.2 Khusus

1) Mengenal secara langsung klasifikasi serta fungsi Casing

yang digunakan pada sumur Geothermal.

2) Memahami prosedur perencanaan Casing Design di lapangan Geothermal.

3) Memahami perhitungan-perhitungan pada Casing design dengan berdasar pada teori dan pengaplikasian.

4) Memahami beberapa masalah Casing Design yang kemungkinan terjadi di lapangan Geothermal.

5) Mengetahui metode-metode secara langsung Casing Design yang diterapkan pada sumur Geothermal.

6) Mengetahui ruang lingkup dan fasilitas di Geothermal.

1.3 Manfaat

1.3.1 Untuk Mahasiswa :

Dapat menambah wawasan dan ilmu pengetahuan yang

bersifat implementasi.

Menjalin hubungan baik dengan pegawai Chevron

Geothermal Salak.

1.3.2 Untuk Akamigas Balongan :

Terbinanya kerja sama antara Akamigas Balongan dengan

Perusahaan tempat Kerja Praktik untuk meningkatkan

kemampuan SDM yang dibutuhkan di dunia kerja.

3


Meningkatkan kapasitas dan kuantitas serta kualitas

pendidikan dengan melibatkan tenaga terampil dari

pembimbing di lapangan.

Tersusunnya kurikulum yang sesuai dengan kebutuhan

nyata di lapangan.

1.3.3 Untuk Perusahaan :

Dapat menjadi wadah tenaga mahasiswa untuk membantu

kegiatan operasional.

Dapat bekerja sama dari tenaga pembimbing akademik

untuk memberikan masukan yang relevan dengan kegiatan

manajemen operasional institusi tempat praktik.

Dapat berkontribusi dan memajukan kesejahteraan

masyarakat sekitar wilayah perusahan.

Memberikan kesempatan kerja dan apresiasi kepada

masyarakat sekitar perusahan dalam memajukan

pendidikan.

1.4 Ruang Lingkup

Walau pada dasarnya Pengeboran Migas dan Geothermal sama

namun proses pengeboran konvensional di industri migas (minyak dan

gas) tidak begitu saja dapat diaplikasikan untuk pengeboran sumur

geothermal. Proses pengeboran sumur geothermal pada dasarnya

serupa dengan proses pengeboran pada sumur minyak/gas, baik

ditinjau dari tahapan proses, teknologi/alat-alat, serta ahli

4


pengeborannya (SDM). Alat-alat yang digunakan mulai dari Rig

Equipment, Drilling Tools, hingga Casing & accessories sebenarnya

dibawa dari industri oil & gas dengan sedikit penyesuaian. Pun

demikian dengan SDM di lapangan (crew lapangan), mayoritas

berasal dari dunia migas.

Penerapan Casing Design di Chevron Geothermal Salak akan

menjadi topik utama dalam pengoptimalisasian produksi dan hal-hal

yang paling mendasar sebagai bagaian dari operasi pemboran pada

Geothermal yang berjalan dengan baik dan aman. Adapun batasan dan

ruang lingkup yang akan disesuaikan di lapangan yaitu diantaranya:

tekanan burst, kondisi tekanan pada saat terjadi well-kick, surface

casing, intermediate casing, production casing, tekanan collapse,

beban tension, beban aksial, memahami perhitungan-perhitungan pada

pendesainan casing, disain surface casing, disain intermediate casing,

disain production casing, beban tension, deviasi lubang serta beban

biaksia serta pengaruh thermal stress dan H2S.

Pembahasan materi Kerja Praktik Design Production Casing

Geothermal ini membahas tentang Pertimbangan thermal stress dan

korosi yang harus digunakan dalam desain production casing sumur

geothermal sebagai optimalisasi biaya. Dan ketika Production casing

mengalami kondisi plastic deformation pada saat produksi.

5


BAB II

TEORI DASAR

Rangkaian casing string yang biasa digunakan dalam proses

pemboran dan penyelesaian sumur geothermal adalah :

1. Conductor Pipe

2. Surface Casing

3. Intermediate Casing

4. Drilling Liner

5. Perforated Production Liners

6. Tieback Production Casing

Production casing dalam rangkaian ini adalah gabungan dari drilling

liner dan tieback production casing (penyelesaian dengan dua tahap). Pada

sumur geothermal di lapangan X, production casing diselesaikan dengan

dua tahap karena formasi yang ditemui di bawah intermediate casing shoe

merupakan zona loss. Apabila pada zona loss ini production casing

dilakukan dengan single string dari permukaan, maka semen tidak akan

pernah bisa mencapai permukaan karena semen akan mengalami loss.

Secara umum, desain casing yang dilakukan pada rangkaian casing

mempertimbangkan tiga kriteria utama yaitu Burst, Collapse, dan Tension.

Namun, khusus untuk desain production casing pada sumur geothermal,

dibutuhkan tambahan pertimbangan yang berkaitan dengan ciri khas sumur

geothermal, yaitu:

6


1. Thermal stress yang merupakan pertimbangan untuk memperkirakan

material casing sehingga casing masih dalam kondisi yang aman

walaupun memasuki kondisi plastik.

2. Korosi yang merupakan pertimbangan untuk memilih grade casing

yang cocok dalam lingkungan asam akibat adanya kandungan H2S.

2.1 Thermal Stress

Thermal stress adalah tegangan yang terjadi pada casing akibat

perubahan temperatur. Thermal stress akan membuat casing

mengembang (memuai dan menyusut) dan akan mengalami failure

pada suatu kondisi temperatur tertentu. Salah satu keunikan pada

sumur geothermal adalah temperatur tinggi. Temperatur tinggi akan

mempengaruhi material casing dan menyebabkan efek plastic

deformation. Plastic deformation adalah efek stress pada casing

sehingga casing akan berada dalam kondisi plastis. Thermal stress dan

Plastic deformation berhubungan dengan yield strength casing. Yield

strength menunjukkan ketahanan casing untuk tetap mempertahankan

bentuk awalnya (tidak failure) pada keadaan tension dan compression.

Nilai yield strength casing bergantung pada material casing dan akan

mengalami penurunan seiring dengan peningkatan temperatur.

Pertimbangan thermal stress akan diaplikasikan hanya pada drilling

liner dan casing tieback yang berperan sebagai production casing.

7


2.2 Perhitungan Thermally Induced Axial Stress

Induced axial strain ( axial), pada casing disebabkan oleh

perubahan temperatur (T), yang dapat ditentukan dari koefisien

thermal expansion (), dengan menggunakan persamaan :

axial = T .................................................................(1)

Jika casing disemen dan konstan pada posisinya, dan jika axial

stress kurang dari yield stress, maka perubahan axial stress ( axial),

dapat ditentukan dari hubungan :

axial = -E T T ........................................................(2)

dimana:

E = Youngs Modulus, untuk peningkatan temperatur memiliki

tanda negatif yang berarti kondisi compressive stress.

Dengan menggunakan nilai 6.67 x 10-6/ 0F sebagai koefisien

rata-rata thermal expansion dan 30 x 106 psi untuk nilai Youngs

Modulus baja pada temperatur 100 0F, perubahan pada axial stress

dapat diperkirakan dari persamaan sederhana :

axial = -200 T ..........................................................(3)

8


Persamaan di atas diasumsikan bahwa hasil koefisien thermal

expansion dan Youngs modulus tetap konstan melampaui rentang

temperatur operasi.

Dexter Pazziuagan dari PGI memberikan beberapa masukan

data untuk koefisien thermal expansion pada 100 0F dan 650 0F yang

dapat diasumsikan bernilai sama untuk semua jenis material casing

(Tabel 1).

Tabel 1. Nilai Thermal Expansion dan Youngs Modulus (100 0F 650 0F)

(Pazziuagan, 2000)

Dengan mengasumsikan trend yang linier dari 100 0F sampai

650 0F dan mengambil nilai rata-ratanya, persamaan untuk

memperkirakan perubahan pada axial stress menjadi :

axial = -224 T ..........................................................(4)

Persamaan (4) merupakan persamaan axial stress yang

direkomendasikan pada lingkungan geothermal dan digunakan secara

subjektif.

100 0F 650

0F

Thermal Expansion 6.67 x 10-6

/ 0F 9.00 x 10

-6/

0F

Youngs Modulus 30 x 10

6 psi 27.3 x 10

6 psi

9


2.3 Desain Plastic Deformation

Pada kondisi plastic deformation, beban temperatur tidak

memberikan proses regangan yang melebihi batas temperatur

maksimumnya. Desain yang dihasilkan mengacu pada nilai yield

strength casing maksimum dalam keadaan compression pada

temperatur maksimum. Contohnya yaitu secara teori, thermal induced

compressive stress pada tieback casing akan melebihi nilai yield

strength maksimum casing jika menggunakan casing L-80. Namun,

saat casing mencapai nilai yield maksimum, compressive stress akan

tetap konstan walaupun temperatur meningkat secara efektif dan

memendekkan panjang casing. Saat casing didinginkan, casing akan

menjadi lebih pendek daripada panjang awalnya dan tensile stress

akan terjadi seiring dengan penurunan temperatur.

Tahap awal analisa plastic deformation adalah mengeplot

kurva thermal stress dan yield strength reduction dalam satu chart

(Gambar 1). Yield strength reduction adalah penurunan nilai yield

strength casing akibat kenaikan temperatur yang mempengaruhi

material casing. Nilai persentasi penurunan ini berasal dari penelitian

yang dapat dilihat pada Tabel 2.

Titik temu antara dua kurva tersebut menunjukkan bahwa titik

tersebut merupakan temperatur maksimum casing untuk tidak

mengalami deformasi. Temperatur maksimum ini merupakan titik

awal casing akan mengalami kondisi plastic deformation. Pada

10


temperatur maksimum ini, casing akan memiliki nilai yield strength

baru yang dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan thermal

stress.

Dari titik temperatur maksimum ini, nilai yield strength akan

tetap konstan walaupun casing mengalami pemanasan melebihi

temperatur maksimumnya karena casing telah memasuki kondisi

plastik.

Gambar 1. Plot garis Thermal Stress dan

Reduction Yield Strength

11


Tabel 2. Persentasi pengurangan nilai Yield Strength

pada temperatur tertentu

Grafik analisa plastic deformation dapat dibentuk setelah

mendapatkan temperatur maksimum (Gambar 2).

Gambar 2. Plot axial stress vs temperature

untuk desain plastic deformation

T (0F) Reduction (%)

300 12,5

400 17

500 22

600 27,5

12


Pada Gambar 2, titik awal temperatur adalah 100 0F yang

merupakan asumsi temperatur sementasi dengan nilai axial stress = 0.

Sebelum mencapai temperatur produksi, garis biru akan berhenti

pertama kali pada temperatur maksimum dan memulai kondisi plastic

deformation sampai temperatur produksi sumur (asumsi 500 0F).

Diatas nilai axial stress = 0, casing akan mengalami kondisi

compression karena ekspansi casing akibat peningkatan temperatur

tertahan oleh semen. Hal ini menunjukkan bahwa pada temperatur

produksi, casing akan mengalami kondisi compression. Terjadinya

kondisi plastic deformation mengubah kondisi material casing

sehingga saat sumur dimatikan, kondisi material casing tidak sama

dengan awalnya dan tidak akan kembali ke garis pertama melainkan

membentuk suatu garis baru (garis merah). Garis merah ini

menunjukkan penurunan temperatur dari temperatur produksi ke

temperatur kill (asumsi 80 0F). Di bawah nilai axial stress = 0, casing

akan mengalami kondisi tension karena penyusutan casing akibat

penurunan temperatur tertahan oleh semen (Gambar 3). Hal ini

menunjukkan bahwa pada temperatur kill, casing berada dalam

kondisi tension. Nilai safety factor untuk desain plastic deformation

ini ditentukan dari nilai awal yield strength (80.000 psi) relatif

terhadap nilai akhir axial stress pada temperatur kill.

13


Gambar 3. Ilustrasi kondisi compression saat peningkatan temperatur dan

kondisi tension saat penurunan temperatur

2.4 Pertimbangan korosi

Ada pertimbangan lain selain thermal stress pada desain

production casing 13 3/8 yaitu faktor korosi karena fluida

geothermal mengandung komposisi H2S yang signifikan dan cukup

untuk menyebabkan korosi pada production casing selama masa

produksi.

H2S merupakan gas yang sangat beracun dan dapat terbakar.

Gas ini memiliki densitas yang lebih berat dari udara dan cenderung

berakumulasi di bagian bawah daerah yang memiliki sedikit

pertukaran udara. Efek H2S ini membentuk lingkungan asam (sour

service) yang membuat casing akan lebih cepat mencapai kondisi

failure yang disebut Sulfide Stress Cracking (Gambar 4).

14


Gambar 4. Pengaruh H2S terhadap plastic deformation

Sour service dapat terjadi apabila terdapat tekanan parsial H2S

> = 0,05 psi dan kondisi pH = 4 (Gambar 5). Hasil penelitian

menunjukkan 0,05 psi ini merupakan tekanan parsial H2S minimum

untuk H2S larut dalam air. Semakin besar tekanan parsial H2S maka

semakin besar potensi terjadinya SSC pada casing. Tekanan parsial

H2S pada fluida produksi geothermal merupakan tekanan gas H2S

pada sistem campuran uap air dan gas H2S. Sebagai contoh, apabila

terdapat tekanan absolut fluida produksi sebesar 1.000 psi dan

kandungan gas H2S sebesar 0,005% dari total fluida produksi, maka

tekanan parsial H2S : P[H2S] = 0,05 psi. Pengertian lain tentang

tekanan parsial 0,05 psi ini yaitu adanya kandungan 5 ppm gas H2S

yang memiliki tekanan maksimum 10.000 psi.

15


SSC merupakan fenomena fisik dari sour service terhadap

casing yang merupakan failure getas akibat retakan dibawah

kombinasi tensile stress dan korosi dengan adanya air dan H2S

(Gambar 6). SSC terjadi karena adanya kombinasi H2S dengan air

serta pH rendah yang akan melepaskan hidrogen bebas (ion hidrogen).

Oleh karena ukurannya yang kecil, partikel hidrogen diadsorbsi oleh

material dan berinteraksi dengan baja yang menjadikannya getas.

Difusi hidrogen ke dalam metal yang dikatalis oleh ion sulfida

menghasilkan penggetasan hidrogen. Dua faktor kunci yang

mengaktivasi adalah temperatur rendah dan stress tinggi pada

material. Dalam keadaan kombinasi faktor-faktor ini, crack failure

dapat terjadi dalam material. Catatan utama yaitu crack failure ini

terjadi pada stress di bawah batas elastis material.

16


BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Dalam melaksanakan kerja praktek mahasiswa diharapkan mampu

melakukan studi kasus, yaitu mengangkat suatu masalah yang dihadapi

pada saat melakukan kegiatan magang di Chevron Geothermal Salak Ltd,

yang kemudian akan dikaji sesuai dengan bidang keahlian yang dimiliki.

3.1 Metode Pengambilan Data

Metode yang dilakukan pada saat Praktek Kerja Lapangan yaitu

dengan cara :

1) Orientasi Lapangan

2) Observasi Lapangan

3) Wawancara

4) Diskusi

3.2 Tempat dan Waktu Pelaksanaan

Tempat : Chevron Geothermal Salak Ltd

Alamat : Gunung Salak Sukabumi 43368 Jawa Barat

Waktu : 1 s.d 30 September 2014 (1 bulan)

17


3.3 Rencana Kerja Praktik

Waktu Kegiatan

Minggu

Pertama

Pengenalan keadaan atau kondisi perusahaan

secara umum dan studi literature mengenai

materi yang kami susun di Perusahaan.

Minggu

Kedua

Pengumpulan data tentang :

Kelengkapan metode casing design pada

lapangan di perusahaan.

Mengidentifikasi fungsi masing-masing alat.

Perawatan dan pengujian casing design yang diterapkan di lapangan.

Minggu

Ketiga

Pengumpulan data tentang :

Metode casing design pada geothermal.

Permasalahan metode casing design di

lapangan.

Manfaat penelitian selama Kerja Praktik.

Ikut serta dalam kegiatan materi yang di ambil.

Minggu

Keempat

Ikut serta dalam kegiatan di bidang materi

yang di ambil.

Penyusunan laporan Kerja Praktik.

18


BAB IV

PENUTUP

Demikianlah proposal ini dibuat, atas segala kesempatan yang

diberikan pada saya selaku mahasiswa Akamigas Balongan yang akan

melakukan Kerja Praktik (KP), akan dilakukan semaksimal mungkin karena

hal ini dapat menambah wawasan dan ilmu pengetahuan serta merupakan

syarat kelulusan mata kuliah.

Saya selaku penulis sekaligus pemohon, mengucapkan banyak terima

kasih kepada pihak yang membantu dalam penyelesaian Proposal Kerja

Praktik ini. Semoga proposal ini menjadi langkah awal yang lebih baik

menuju masa depan yang lebih cerah. Amin.

Pemohon,

SUTIKNO ALAMSYAH

111201215

19


DAFTAR PUSTAKA SEMENTARA

1. Adams, NJ, Drilling Engineering A Complete Well Planning Aproach.

2. Bourgoyne, A.T.Jr., Millheim, K.K., Chenevert, M.E., Young, F.S.Jr. 1991. Applied Drilling Engineering, Society of Petroleum Engineers, p. 330 348.

3. Casing/Tubing Design Manual, 2005. 4. Geothermal and Power Operations Geothermal Well Design

Guidelines, 2001. 5. Mian MA, Rudi RS, DR.Ir, Petroleum Production Equipment, LDI

Training Bandung, 2001. 6. Pazziuagan, D., 2000. Casing Stresses Caused by Temperature

Change, PGI Technical Memorandum. 7. Training Bandung, 2001. 8. V&M Steel Grades for Sour Service, 2011.

Desain Production Casing

LAMPIRAN

Desain Production Casing Geothermal

AMPIRAN

20

2014

AMPIRAN

design prod csg

Documents