kuliah cementing 1

7/22/2019 Kuliah Cementing 1

1/55

AGENDA

SEMEN PEMBORAN

HIDROLIKA PENYEMENAN

TEKNIK PENYEMENAN

EVALUASI HASIL PENYEMENAN

ALAT-ALAT PENYEMENAN


2/55

Penyemenan merupakan salah satu faktoryang sangat penting dalam operasi well

completion. Dengan demikian sehingga tahapcompletion, produksi dan workover sangatdipengaruhi olehnya. Baik dari segi komposisi,sifat, fungsi dan juga berbagai additives yangdimasukkan kedalam semen.

Semen yang digunakan dalam wellcompletion juga dapat digunakan dalamberbagai kondisi baik kedalan , tekanan,temperatur, geometry lubang bor, sifat fisik

batuan dan fluida kimia dari formasi yangdijumpai.

Keberhasilan suatu penyemenan itu jugatergantung pada mutu dari semen itu sendiri dan

penunjanng lainnya yaitu peralatanpenyemenan.


3/55

SEMEN PEMBORAN

Fungsi Semen Pemboran

Secara prinsip , fungsi utama semen ada 2 :

Mencegah bergeraknya fluida di antara 2 formasi.

Membantu melindungi casing.

Selain itu, ada beberapa fungsi yang lain yaitu :

mencegah blow out melalui annulus dengan caramempercepat pengerasan semen.

Mencegah loss circulation dengan cara menutupdaerah loss.

Mencegah casing dari beban mengejut pada waktupemboran lebih aman.


4/55

KOMPOSISI SEMEN

MENURUT API : C3A :

merupakan fraksi yang memperbesar kecepatan hidrasi dan merupakansuatu unsur yang mengontrol initial set dan thickening time. Tetapi jugamenyebabkan semen mudah terpengaruh oleh gangguan sulfate. Semenyang mempunyai daya tahan tinggi terhadap sulfate, kadarnya ditentukanoleh C3A yaitu maksimum 3 % .

C4AF:merupakan fraksi hidrasi low heat (heat hydrationnya rendah) di dalamsemen dan akan memberi warna pada semen. Penambahan Fe2O3 yangberlebihan akan memperbesar jumlah C4AF dan memperkecil jumlah C3Adi dalam semen. Spesifikasi API menghendaki bahwa kadar C4AFditambah dua kali kadar C3A tidak melampaui 24 % untuk semen yangdaya tahan tinggi terhadap sulfate .

C3S : merupakan fraksi yang terbesar di dalam semen dan merupakanmaterial penghasil kekuatan. Fraksi ini bertanggung jawab terhadap earlystrength yaitu strength pada saat-saat pertama penempatan semen(berkisar antara 1-28 hari). Semakin besar persentase C3S maka high earlistrength semen semakin cepat.

C2S : merupakan fraksi yang mempunyai sifat menghidrasi lambat sekali(kecepatan pengerasan menjadi lambat) tetapi akan memperkuat strength

pada perpanjangan periode dan bersifat mendinginkan (cool) sementerhadap panas yang dibebaskan (head liberated).


5/55

KLASIFIKASI SEMEN Class : A (WCR = 0,46)

Digunakan dari permukaan sampai 6000 ft dengan temperatur 170Fbilamana special properties tidak dibutuhkan. Ini sama dengan semenASTM C150, type I.

Class : B (WCR = 0,46)

Digunakan dari permukaan sampai 6000 ft dengan temperatur 170F di

mana moderato sulfate resistance dibutuhkan. Ini sama dengan semenASTM C 150, type II.

Class : C (WCR = 0,56)

Digunakan dari permukaan sampai 6000 ft dengan temperatur 170F dimana dibutuhkan untuk kondisi yang high early strength. Tersedia dalamtype-type regular dan high sulfate resistance. Ini sama dengan semenASTM C 150, type III.

Class : D (WCR = 0,38)

Digunakan pada kedalaman 6000 10.000 ft dengan temperatur 230F di

mana dijumpai kondisi yang mempunyai temperatur agak tinggi dantekanan tinggi. Tersedia dalam type regular dan high sulfate resistance.


6/55

Class : E (WCR = 0,38)

Digunakan pada kedalaman 600014.000 ft dengan temperature 290F dimana dijumpai kondisi yang mempunyai temperatur dan tekanan tinggi.Tersedia dalam type regular dan high sulfate resistant.

Class : F (WCR = 0,38)

Digunakan pada kedalaman 10.000 16.000 ft dengan temperatur 320Fdi mana dijumpai kondisi yang mempunyai temperatur dan tekanan sangattinggi. Tersedia dalam type regular dan high sulfate resistant.

Class : G dan H (WCR = 0,44)

Digunakan sebagai basic semen dari permukaan sampai 8000 ftkedalaman sesuai dengan pembuatannya atau dapat digunakan bersama-sama dengan accelerator dan retarder yang dipakai pada range kedalamandan temperatur yang besar. Tersedia dalam type moderato dan high sulfate

resistant.

Class : J

Digunakan pada kedalaman 12.000 16.000 ft untuk temperatur dantekanan yang luar biasa tinggi sesuai dengan pembuatannya atau dipakai

pada range kedalaman sumur yang besar dengan retarder. Hanya tersedia

dalam 1 jenis/macam. Temperatur yang dibutuhkan untuk mensetsemenini harus di atas 230F.


7/55

SIFAT-SIFAT FISIK SEMEN

A. Viscosity

Sedapat mungkin rendah agar didapatkan flow properties dan pendesakan lumpuryang baik. Semen adalah fluida non newtonian sehingga viscositas adalah fungsidari shear rate. Untuk menentukan karakteristik viscosity, dipakai Fann Viscometer.

B. Density (akan berkisar antara 10,822 ppg)

Density dari bubur semen ini harus cukup besar untuk mempertahankanpengontrolan sumur kecuali pada squeeze job.

Untuk density yang lebih rendah antara 10,815,6 ppg, material yang digunakanadalah campuran air sedang untuk density yang lebih besar antara 15,622 ppg,digunakan dispersent dan material pemberat seperti hematite.

C. PermeabilityDiharapkan semen mempunyai permeability yang kecil karena dengan permeabilityyang kecil maka tidak terjadi komunikasi diantara fluida pada saat semen telahmengeras.

Walaupun begitu factor lingkungan yang mempunyai temperature tinggi (di atas230F) akan menimbulkan strength retrogression (penurunan kekuatan) sehinggaharus ditambahkan silica fluor.


8/55

Karakteristik Semen

Thickening Time

Adalah waktu yang dibutuhkan oleh bubur semenuntuk bercampur dan mendesak bubur semen itu kedalam lubang bor dan naik ke annulus di belakang

pipa

Beberapa hal yang mempengaruhi thickening time :

Semakin tinggi temperatur maka semakin cepat

pengerasan semen. Ini merupakan faktor yang palingberpengaruh.

Semakin tinggi tekanan maka semakin cepatpengerasan semen.

Hilangnya air dari bubur semen mempercepatpengerasan semen.


9/55

Karakteristik Semen

Storage Stability

Semen yang disimpan dalam keadaan kering akan tetap baikuntuk waktu yang lama. Tetapi perubahan kecil dapat terjadi

pada kondisi lembab di mana akan mempengaruhi

thickening time pada situasi penyemenan yang kritis

Mixing Water

Fresh water adalah air yang baik untuk campuran semen,

begitu juga air laut tetapi harus diawasi thickening timenya.Fraksi inorganic akan mempercepat pengerasan semen


10/55

Additive atau zat tambahan

digunakan untuk memberi variasiyang lebih luas pada sifat-sifat bubur

semen dan ini penting dalam

perencanaan penyemenan.

Additives Cement


11/55

Pengaruh additive terhadap sifat

semen:1. Menaikkan atau menurunkan density bubur semen.

2. Memperbesar compressive strength dari 200 ke 20.000 psi .

3. Mempercepat dan memperlambat pengerasan semen (settingtime).

4. Mengatur filtrasi semen, dalam hal ini memperkecil filtrasisemen sampai 25 cc/30 menit, pada kondisi filter pressure1.000 psi, 325 mesh.

5. Sifat-sifat aliran (flow properties) akan mempunyai rangevariasi yang luas.

6. Memperbesar tahanan (resistance) terhadap cairan korosif.

7. Mencegah hilangnya bubur semen ke dalam formasi.8. Memperkecil kekentalan (slurry viscosity).

9. Mengontrol permeability.

10. Mengontrol heat of hydration.

11. Memperkecil biaya.

12. Menaikkan atau menambah durability (sifat tahan lama).


12/55

Additive semen dapat digolongkan

sebagai berikut : Accelerator:

Ditambahkan untuk mempercepat tickening time dari semen

RetarderPemakaian retarder dipengaruhi oleh temperatur sumur, karenatemperatur mempercepat reaksi kimia antara semen dan air.Retarder digunakan untuk memperpanjang waktu pemompaan(thickening time) di mana naiknya temperatur lebihmempengaruhi thickening time daripada naiknya kedalaman atautekanan.

Light Weight AdditivePenambahan additive ini akan mempertinggi kolom cairan tanpamenyebabkan formation breakdown dan memperkecil biaya(cost).


13/55

Heavy weight additive ( bahan pemberat )

Bahan pemberat ini harus mempunyai

karakteristik :

Membutuhkan sedikit air.

Tidak mengurangi kekuatan semen.

Tidak merubah waktu pemompaan.

Mempunyai ukuran partikel yang sama.

Sedikit saja menambah bubur semen.

Chemically inert. Mempunyai SG antara 4.55.0 .

Tidak mengganggu terhadap well logging.


14/55

HIDROLIKA PENYEMENAN


15/55

Aliran pada semen terdiri dari 3

type, yaitu : Plug flow

adalah aliran yang laminer dan lambat sekali sehinggagesekan antara partikel hanya terjadi dibagian pinggirsedang ditengahtengah tidak terjadi gesekan antarapartikelpartikel.

Laminer flow

adalah aliran dimana arah gerakannya sejajar danmempunyai Reynold number lebih kecil dari 2000.

Turbulent flow

adalah aliran yang cepat dan bergolak dimanamempunyai Reynold number lebih besar dari 2000.


16/55



17/55


CBL (Cement Bond Log)

untuk mengetahui sifat ikatan cement,

apakah semen tersebut mampu

mengisolasi atau mencegah aliran dari

fluida didaerah penyemenan dan mampu

secara mekanik membantu casing di

dalam lubang bor.

Sif t ik t d i d t


18/55

Sifat ikatan daripada semen atau

bonding dapat dibedakan menjadi

dua Shear bondadalah sifat ikatan daripada semen yang secaramekanik membantu pipa casing didalam lubangbor. Shear bond ini ditentukan dengan ukuran

tekanan yang menyebabkan casing bergerakdidalam sarung semen (sheath of cement ) yangmengikatnya.

Hydraulic BondAdalah sifat atau kemampuan ikatan semenuntuk menghalangi / mencegah aliran dari fluidadidaerah penyemenan


19/55

ALATALAT PENYEMENAN


20/55

Peralatan Diatas Permukaan

( Surface Equipment ) Cementing unit

a. Mixer :yang umum dipakai adalah jet mixer, sedangkan yang lainadalah recirculating system. Pada jet mixer ini dipertemukan dua

aliran yaitu bubur semen dan air.b. Pompa semen :

dipakai untuk mengontrol rate dan tekanan. Jenis pompa yangdipakai dapat duplex double acting piston pump atau single actingtriplex plunger pump.

c. Engine ( motor penggerak ):

mempunyai fungsi untuk menggerakkan pompa.d. Hopper :

mempunyai fungsi utama untuk mengatur aliran dari semen keringagar merata.

e. Water tank :

berfungsi untuk tempat menampung atau menyimpan air yangdiperlukan untuk proses penyemenan.


21/55


22/55

Alatalat di Bawah Permukaan

( Subsurface Equipment )a) Casing Shoe ( sepatu casing )

Dipasang pada ujung bawah casing dimanamempunyai fungsi umum sebagai guide.

Ada beberapa macam shoe yaitu :

Plain guide shoe

Digunakan untuk mengarahkan casing kedalam lubangbor terutama untuk formasi yang mudah runtuh

Float shoe

disamping berfungsi sebagai guide juga dapatmencegah aliran balik dari luar casing karena floatshoe dilengkapi dengan klep penahan tekanan balik.


23/55


24/55

Pemakaian float shoe mempunyai

keuntungan - keuntungan :

Merupakan klep yang efisien, mencegah

tekanan aliran balik, mencegah blow-out

melalui casing pada saat diturunkan.

Pada waktu masuk casing, terjadi aliran

lumpur diannulus, seolaholah

merupakan suatu sirkulasi, sedangkan

sirkulasi adalah penting sebelumpenyemenan.


25/55


26/55


27/55


( Subsurface Equipment )b) Collar

Collar adalah suatu sok penahan yangdipasang beberapa meter diatas shoe. Fungsiumumnya adalah menahan bottom plug dan

top plug.Collar mempunyai beberapa macam, yaitu :

Float collar :mempunyai fungsi yang pada umunya sama dengan

float shoe.Baffle collar with hole :

akan membantu sebagai pemberhentiancementing plug dan akan mengurangi

kontaminasi semen disekitar casing dan shoe.


28/55


29/55


( Subsurface Equipment )

c) Centralizer

Mempunyai fungsi untuk menempatkan casingtepat ditengahtengah lubang bor agardisekeliling dinding casing mempunyai jarakyang sama kedinding lubang bor.

d) Scratcher

Mempunyai fungsi untuk membersihkan

mudcake sehingga akan memperbaiki ikatansemen baik pada casing maupun padaformasi.


30/55Centralizer


31/55

SCRATCHER


32/55

Stage Cementing Tools

( Peralatan penyemenan bertingkat )

ECP ( External casing

packer )

Adalah packer yang

mengembang diluarcasing menutup

annulus casing dan

lubang bor.


33/55



a) Flexible flug, berfungsisebagai bottom plug.

Fungsi bottom flugadalah mencegah

kontaminasi antarabubur semen denganlumpur yang ada didalam sumur sertamembuat mud film

didalam casing.b) Trip plug, Berfungsi

untuk membuka stagesementing collar.


34/55



c) Shut off plug/Top plug

Fungsi shut off plugadalah sebagaipemisah bubur semendengan lumpurpendorongmembersihkan sisa-sisasemen yang tertinggaldidalam casing.


35/55

Squeeze Cementing Packer

Ada beberapa macam type packer yang

digunakan pada squeeze cementing,

diantaranya adalah drillable packer dan

retrievable packer.Fungsi kedua packer tadi adalah menahan

tekanan pada satu atau dua arah dan

mengarahkan tekanan tadi ke formasi sehingga

aliran bubur semen akan mengarah keformasiakibat dorongan tekanan tadi.


36/55


37/55


38/55


39/55


40/55


41/55

PERHITUNGAN CEMENT PADA PRIMARY CEMENTING

Diketahui : Casing 7, 23 ppf di set sampai kedlman 8000 ftDiameter hole = 9 in. Casing disemen dari dasar = 2000 ft.

Class cement yg dipakai ; H dg density 15.6 ppg

Cement yg ada di casing sepanjang 80 ft diantara Float

Collar dan Float Shoe

Mixing water ; 5.2 gal / sack

Ditanyakan :

1. Volume cement yang dibutuhkan

2. Volume mixing water

3. Volume displacement mud

Jawaban :

Yield cement utk class H adl 1.18 cuft/sx ( cari di tabel Halliburton atau yg lain )


42/55

1. Penentuan vol. Cement :

- Cap anulus : 0.1745 cuft/ft ( cari di tabel Halliburton )

- Vol. Anulus = 0.1745 cuft/ft x 2000 ft = 349 cuft- Capacity casing : 0.2210 cuft/ft ( cari di tabel Halliburton )

- Vol. Casing = 0.2210 cuft/ft x 80 ft = 17.68 cuft

Jumlah vol. Cement = 349 cuft + 17.68 ft = 368.68 cuft

2. Penentuan sack semen = 366.68 cuft / ( 1.18 cuft/sx )= 310.75 sacks

3. Penentuan mixing water :

310.75 sacks x 5.2 gals/sack = laman1615.88 gals

= 1615.88 gals / ( 42 gals/bbls )

= 38.47 bbls

4. Penentuan mud displacement :

- cap casing : 0.0396 bbl/ft ( cari di tabel Halliburton )

- Kedalaman sampai F.C = 800080 = 7920 ft

- Vol. Mud displacement = 0.0396 bbl/ft x 7920 ft = 313.63 bbls


43/55

MENGHITUNG PENYEMENAN

2 TAHAP (Stage Cementing )DENGAN MEMAKAI DSCC

1. Tahap pertama dilakukan pada

kedalaman 669 m sampai 1751 m

dengan jenis semen Tail Slurry, dimanadata penyemenan tahap pertama

adalah :


44/55

Cas : 20 ;

Depth : 37 m

Cas : 13 3/8 ;

Depth : 300 m

Cas : 13 3/8 ; Depth

: 300 m

DSCC @ 669 m@ 669 m

Collar @ 1725 m

Collar @ 1725 m

Cas : 9 5/8 ;

Shoe @ 1750 m

Cas : 9 5/8 ;

Shoe @ 1750 m

Vol 3 (Vol Annulus)

Vol 3 (Vol Annulus)

Vol 1 (Vol

shoe track)

shoe track)

ol 1 (VVoVo

Vol 2 (Vol Pocket)TTD @ 1751 m

D @ 1751 m


45/55

Open Hole : 12 1/4"

Intermediate Casing (OD) : 9 5/8

Intermediate Casing (ID) : 8.835

Tambahan Volume : 50%

Tail Slurry

Tail slurry merupakan bubur semen yang memiliki

compressive strength kualitas baik dikarenakan additive

yang dipakai pada saat pembuatan slurry semen

memiliki kadar yang tinggi, dan thickening time yang

dibutuhkan oleh slurry semen tersebut lebih singkat

dibandingkan dengan lead slurry, serta fluid loss yang

dapat masuk kedalam formasi lebih sedikit

dibandingkan lead slurry.


46/55

Diketahui untuk tail slurry, slurry yield yang dimiliki adalah 1.203 cuft/sax

Pertama menghitung volume semen pada shoe track dengan kedalaman

25 m (82 ft)Volume semen (cuft) = (ID2) x 0.005454 x Depth

= (8.8352) x 0.005454 x 82

= 34.909 cuft

Kedua menghitung volume semen yang dibutuhkan untuk mengisi pocketdengan kedalaman = 1m (3.281 ft)

Volume semen (cuft) = (OD2) x 0.005454 x Depth

= (12.252) x 0.005454 x 3.281

= 2.69 cuft

Ketiga menghitung volume semen pada annulus dengan kedalaman =1081m (3546.761 ft)

Volume semen (cuft) = (OD2ID2) x 0.005454 x Depth

= ((12.25)2(9.625)2) x 0.005454 x

3546.761

= 1110.77 cuft


47/55

Kedua menghitung volume excess semen

pada annulusExcess semen dibutuhkan dikarenakan

dinding lubang bor yang diameternya

mengalami pelebaran akibat dari formasiyang tidak kompak.

Tambahan volume = 1110.77 x 50%

= 555.385 cuft


48/55

Ketiga menghitung total sax semen yang akan kita

gunakan untuk operasi penyemenan.

Total Vol. semen = Volume shoe track + Volumepocket + Volume Annulus +

volume excess

= 34.909 + 2.69 + 1110.77 + 555.385

= 1703.754 cuft

= 1703.754 x 0.1781 bbls

= 303.438 bbls

= ( 303.438 bbls/5.015 BBL/CFT)/ 1.203 cft/sax

= 1416.254 sax


49/55

2. Tahap kedua dilakukan pada kedalaman 669 m sampai permukaan

atau surface dengan jenis semen Lead Slurry, dimana data

penyemenan tahap pertama adalah :

Open Hole : 12 1/4"

Intermediate Casing (OD) : 9 5/8

Intermediate Casing (ID) : 8.835

Tambahan Volume : 50%


50/55

Lead Slurry

Lead slurry merupakan bubur semen yang memiliki

compressive strength kualitas sedang dikarenakan additive

yang dipakai pada saat pembuatan slurry semen memiliki

kadar yang tidak terlalu tinggi, dan thickening time yang

dibutuhkan oleh slurry semen tersebut lebih lama

dibandingkan dengan tail slurry, serta fluid loss yang dapat

masuk kedalam formasi lebih banyak dibandingkan tail

slurry.

Dik h i k l d l l i ld di iliki d l h 3 296


51/55

Diketahui untuk lead slurry, slurry yield yang dimiliki adalah 3.296

cuft/sax

Pertama menghitung volume semen pada annulus dengan kedalaman

= 669m (2194.989 ft)

Volume semen (cuft)

= (OD2ID2) x 0.005454 x Depth

= ((12.25)2(9.625)2) x 0.005454 x 2194.989

= 687.4 cuft

Kedua menghitung excess semen

Excess semen dibutuhkan dikarenakan dinding lubang bor yang

diameternya mengalami pelebaran akibat dari formasi yang tidak

kompak.

Tambahan volume = 687.4 x 50%

= 343.7 cuft


52/55

Ketiga menghitung total sax semen yang akan digunakan

untuk operasi penyemenan.

Total Volume semen = Volume semen +

Tambahan volume

= 687.4 + 343.7

= 1031.1 cuft

= 1031.1 x .1781 bbls

= 183.64 bbls

= (183.64 bbls/5.615 cft/bbl) / 3.296 cft/sax

= 312.83 sax


53/55

Perhitungan Volume Displacement Pada

Casing 9 5/8

Proses penyemenan dengan metode DSCC (Dual

Stage Cementing Collar) merupakan proses

penyemenan dengan dua tahap penyemenan

sehingga volume lumpur untuk displacement juga

dibutuhkan dua tahap perhitungan.


54/55

Volume Displacement Tahap Pertama

Diketahui kedalaman didalam casing yang akan diisi

lumpur adalah 1725 m (5660 ft) dengan diameter

dalam casing 8.835 in.

Maka :

Volume semen (cuft) = (ID2) x 0.005454 x Depth= (8.8352) x 0.005454 x 5660

= 2409.598 cuft

= 2409.598 x 0.1781 bbls= 429 bbls


55/55

Volume Displacement Tahap Kedua

Diketahui kedalaman didalam casing yang akan diisi lumpur

adalah 669 m (2195 ft) dengan diameter dalam casing

8.835 in.

Maka :

Volume semen (cuft)= (ID2) x 0.005454 x Depth

= (8.8352) x 0.005454 x 2195

= 934.46 cuft

= 934.46 x 0.1781 bbls= 166 bbls

kuliah cementing 1

Documents