< Previous 44 4. Filtrat Reducers : Starch CMC PAC Acrylate Bentonite Dispersant 5. Loss Circulation Materials : Granular Flake Fibrous Slurries 6. Aditif Khusus: Flocculant Corrosion Control Defoamer pH Control Lubricant Dalam memilih bahan kimia (additive) lumpur pemboran untuk menentukan komposisi dan perawatan sistem lumpur, maka seorang drilling engineer harus mampu menjawab permasalahan-permasalahan sebagai berikut : Apakah fungsi utama dari additif yang digunakan dalam lumpur, seperti viscosifier, flluid loss reducer ? Apakah aditif tersebut mempunyai sifat koloid, seperti viscositas dan gel ? Berapa batas maksimum temperatur terhadap stabilitas bahan tersebut ? Dimana jenis lumpur tersebut diaplikasikan ? 45 Bagaimana pengaruh akumulasi low density solid terhadap keefektifan bahan kimia yang digunakan ? Bagaimana toleransi aditif terhadap garam dan kalsium ? Berapakah range penambahan aditif yang direkomendasikan ? Berapa harga bahan kimia yang digunakan ? apakah cukup ekonomis ? Bagaimana cara menjaga kualitas dalam memproduksi aditif ? Apakah sudah dilakukan uji laboratorium maupun uji lapangan terhadap aditif yang akan digunakan ? Apakah bahan kimia tersebut dapat menyebabkan kerusakan formasi ? Dari berbagai pengalaman menunjukan bahwa bahan kimia/aditif lumpur harus dilakukan pengembangan secara komprehensif agar diskripsi kimia produk aditif-aditif sesuai dengan fungsi seperti yang tercantum dalam klasifikasinya jika suatu produk aditif telah didiskripsikan dengan lengkap, maka dapat dikelompokkan sesuai dengan fungsinya secara cepat. Tabel 4-1 menunjukan sistem klasifikasi aditif lumpur yang dibagi dalam tujuh kelompok. Berikut akan dijelaskan secara ringkas dari masing-masing kelompok aditif tersebut. 3.3.1. VISCOSIFIER (PENGENTAL) 3.1.3.1. Bentonite (Montmorillonite) Bentonite (Montmorillonite) secara alamiah dapat berfungsi untuk menaikan viscositas dan menurunkan fluid loss dari lumpur dasar air tawar (freshwater mud), dan jika dimodifikasi fungsinya juga sana jika digunakan dalam air asin maupun oil base mud. Bentonite termasuk anggota kelompok montmorillonite, yang meliputi montmorillonite, beidellite, nontronite, hectorite dan saponite. Biasanya bentonite yang digunakan dalam lumpur pemboran berasal dari Wyoming. South Dakota dan jenis- 46 jenis montmorillonite lainya. Rumus kimia bentonite adalah 0,33 Na (A11.07 Mg0.33 O3) 0,4 SiO2 H2O. Rumus kimia tersebut menunjukan bahwa ada sejumlah kation sodium dan magnesium digantikan oleh atom aluminium dalam strukturnya. Berbagai macam anggota kelompok Montmorillonite struktur geometris kristalnya satu dengan yang lain hampir sama, tetapi komposisi kimianya berbeda yang disebabkan karena substitusi kimia. Tabel 4-1. Basis bahan kimia lumpur VISCOSIFIER Bentonite Attapulgite Asbestos Polymer Lime or cement WEIGHTING MATERIAL Barite Iron oxides Galena Calcium carbonat Dissolved salt VISCOSITY REDUCING CHEMICAL Phosphate Tannate Lignite Lignosulfonate Sodium polyacrylate FILTRATION LOSS REDUCER Starch CMC Polyanionic cellulose Acrylate Bentonite Dispersant EMULSIFIER Oil in water Water in oil LOSS CIRCULAITION MATERIAL Granular Fibrous Flaked Slurry ADITIF KHUSUS Flocculant Corrosion control defoamer pH control Mud lubricant Antidefferential sticking material 47 3.3.1.2. Attapulgite Attapulgite dapat menghasilkan viscositas jika digunakan pada air asin. Viscositas yang dihasilkan oleh attapulgite terjdai antara mekanisme dan tidak terjadi proses hidrasi. Secara kimiawi, attapulgite adalah merupakan hydrous magnesium silicate. Struktur kristalnya yang unik putus menjadi partikel-partikel yang berbentuk seperti jarum pada saat mengalami gaya geser (shearing), dengan tingkat viscositasnya tergantung dari ukuran partikel-partikelnya. Partikel attapulgite yang ukuranya acak cenderung membentuk struktur menumpuk, sehingga menghasilkan viscositas yang penting dalam membersihkan serbuk bor didasar lubang. Akan tetapi partikel-partikel yang berbentuk seperti jarum tersebut tidak dapat berfungsi sebagai filtration control, sehingga untuk mengontrol filtration loss harus ditambahkan bahan-bahan seperti starch atau polyanionic cellulose. 3.3.1.3. Asbestos Merupakan bahan viscosifier yang sangat efektif baik untuk lumpur air tawar (freshwater mud) maupun lumpur air asin (saltwater mud). Penggunaan mineral asbestos ini harus ekstra hati-hati, karena bersifat carcinogen yang sangat berbahaya bagi kesehatan. Viscositas yang dihasilkan oleh asbestos diperoleh secara mekanis dari gaya geser (shear) yang dihasilkan oleh struktur tumpukan serat-serat halus. Secara kimiawi, asbestos adalah merupakan calcium magnesium silicate. 3.3.1.4. Polimer Polimer yang digunakan dalam lumpur pemboran terdiri dari bahan-bahan alami maupun sintetis, dan biasanya mempunyai berat molekul yang tinggi. Polimer adalah merupakan aditif yang terdiri dari sejumlah molekul yang sangat banyak, membentuk perulangan satuan kecil yang disebut sebagai monomer. Polimer digunakan sebagai pengontrol filtration loss, viscositas, flokulasi dan penstabil shale. Polimer yang ditambahkan 48 kedalam lumpur pemboran akan menyebabkan sedikit perubahan kandungan padatan dalam lumpur. Secara umum ada tiga jenis polimer, yaitu : a) Extender, meliputi sodium polyacrylate (nama prosuknya BENEX) yang dapat berfungsi untuk menaikan viscositas dengan penggumpalan bentonite. b) Colloidal polymer, meliputi sodium carboxy methyl cellulos (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC) dan starch. (Istilah koloid berasal dari kata dalam bahasa Yunani yang berasal lem). CMC adalah polymer anionik yang dihasilkan dari cellulose yang treatment dengan menggunakan caustic soda dan dengan kemudian monochloro acetate. Berat molekulnya bervariasi antara 50.000 sampai 400.000. HEC dibuat dengan proses yang sama seperti pembuatan CMC, tetapi dengan menggunakan ethylene oxida setelah acustic soda. Kelebihan dari HEC adalah mampu menghidrat air garam. Starch pada dasarnya dihasilkan dari jagung atau kentang dan dibuat seperti agar-agar dengan proses pemanasan dan hydrochloric acid dan akhirnya dikeringkan. Berat molekul starch dapat mencapai 100.000 Starch digunakan untuk menaikan viscositas dan berfungsi sebagai bahan pengontrol air lapisan (filtration loss). Kelemahan dari starch adalah bahwa starch sangat mudah terserang bakteri pada nilai pH yang rendah. c) Polymer rantai panjang (long chain polymer), meliputi xanthan gum polymer. Xanthan gum polymer adalah larutan biopolymer yang dihasilkan dengan proses bakteri karbohidrat dan mempunyai berat molekul 5.000.000. Xanthan gum polymer sangat mudah diserang bakteri pada temperatur diatas 3000F. Keuntungan dari xanthan gum polymer ini juga tahan terhadap kontaminasi anhidrit, gypsum dan garam. 49 Karena semua jenis polimer tersebut dibuat secara kimiawi, maka harganya lebih mahal jika dibandingkan dengan bentonite dan bahan-bahan pengental lainya. Akan tetapi polimer tidak menaikan kadar padatan dalam lumpur dan juga tidak menaikan densitas lumpur. Secara umum, lumpur polimer menghasilkan densitas sampai 13 ppg. 3.3.1.5. Lime atau Semen Lime atau semen dapat juga dapat digunakan untuk mengentalkan lumpur atau menaikan viscositas. Naiknya viscositas terutama disebabkan oleh adanya proses flokulasi dari plat-plat clay, yang dihasilkan dari penggantian kation Na+ oleh kation Ca+2 3.3.2. MATERIAL PEMBERAT (WEIGHTING MATERIAL) Material pemberat adalah bahan-bahan yang mempunyai spesific gravity tinggi yang ditambahkan kedalam cairan untuk menaikan densitas fluida. Biasanya, material pemberat ditambahkan kedalam lumpur pemboran untuk mengontrol tekanan formasi. 3.3.2.1. Barite (barium Sulfate) Barite (BaSO4) adalah bahan mineral alami yang mempunyai spesific gravity antara 4,2 sampai 4,6 dengan indeks kekerasan 3, kualitasnya sangat dipengaruhi oleh kadar kontamin, berwarna putih, abu-abu atau coklat. Pada umumnya barite yang diproduksikan di U.S.A berasal dari arkansas yang ditemukan bercampur dengan silikat, sehingga diperlukan proses pemisahan. Barite yang ditemukan di Missouri bercampur dengan clay dan formasi-formasi lunak, sehingga hanya diperlukan pencucian sebelum dihancurkan.endapan-endapan barite banyak dijumpai diseluruh dunia termasuk Indonesia. Barite digunakan untuk menaikan densitas dari semua jenis lumpur. Densitas lumpur yang tinggi sampai 20 lb/gal dapat diperoleh dengan menambahkan barite seperti yang direkomendasikan dalam API Spesification. 50 Keuntungan dari penggunaan barite adalah dapat menaikan densitas lumpur sehingga cukup untuk mengontrol tekanan formasi, sedangkan kerugiannya adalah suspensi barite memerlukan viscositas yang lebih tinggi, dan barite dalam packer fluid yang tinggi akan menyebabkan pengendapan, sehingga menyebabkan kesulitan dalam pekerjaan workover. 3.3.2.2. Oksida Besi (Fe2O3) Oksida besi mempunyai spesific gravity bervariasi antara 4,9 sampai 5,3 dengan indeks kekerasan 7, berwarna coklat sampai hitam. Pada awal sejarah lumpur pemboran, oksida besi banyak digunakan sebagai material pemberat lumpur. Pada perkembangan selanjutnya diketahui bahwa ternyata bahan ini cenderung dapat menaikan filtration loss dan ketebalan mud cake. Selain itu oksida besi ini dapat merusak kulit dan pakaian. Kondisi ini menyebabkan oksida besi sampai saat tidak banyak digunakan. Kerugian yang lain dari penggunaan oksida besi adalah kemungkinan efek abrasi terhadap pahat, drillstring, dan liner pompa lumpur. 3.3.2.3. Galena Galena atau lead sulfide (PbS) mempunyai spesific gravity yang bervariasi antara 6,8 sampai 6,9 dengan indeks kekerasan 2,5 berwarna abu-abu sampai hitam. Bahan ini jarang digunakan, kecuali dalam kondisi darurat jika diperlukan densitas lumpur yang tinggi sampai 32 lb/gal. Pada umumnya galena tidak cocok dalam operasi pemboran karena adanya problem suspensi. 3.3.2.4. Calcium Carbonate Calcium carbonat atau limestone (CaCO3) mempunyai spesific gravity 2,7 dengan indeks kekerasan 3. bahan ini digunakan terutama untuk mendapatkan densitas lumpur sampai 10,8 lb/gal pada oil-base mud dan fluida workover. Calcium carbonate dapat dijumpai dalam tiga grade, 51 yaitu : halus, sedang, dan kasar. Karena bahan ini larut dalam asam, maka dapat digunakan sebagai lost circulation material, calcium carbonate lebih ekonomis daripada bahan-bahan lainya. Calcium carbonate lebih mudah tersuspensi dari pada barite, dan lebih mudah diambil dari formasi untuk mengurangi kerusakan formasi. 3.3.2.5. Larutan Garam (Brine Solution) Diperoleh dengan menggunakan berbagai macam garam. Tabel berikut menyajikan densitas maksimum yang dapat dicapai dari setiap jenis garam. GARAM DENSITAS MAKSIMUM (ppg) Sodium Chloride (NaCI) 10.8 Cacium Chloride (NaCI2) 11.7 Zinc Chloride & Calcium Chloride (ZnCI2 dan CaCI2) 14.0 Zinc Chloride ZnCI2 17.0 Garam digunakan untuk menformulasikan solid free workover fluid. Sodium Chloride dapat digunakan secara ekonomis karena densitas agent tanpa perlu penambahan bentonite untuk kemampuan suspensinya. Lumpur ini efektif digunakan pada pemboran atau packer fluid. Calcium Chloride (CaCI2) pada umumnya digunakan sebagai material pemberat untuk packer fluids. Efek korosi dari penggunaan garam sebagai bahan additif harus dipertimbangkan, karena Calcium Chloride menimbulkan problem jika digunakan sebagai lumpur pemboran karena laju korosinya cukup menyolok jika berhubungan dengan udara. Selain itu, zinc chloride juga sangat korosif terhadap tubing dan casing. 3.3.3. VISCOSITY REDUCER/THINNER (PENGENCER) 52 Bahan pengencer (Thinner) lumpur pada prinsipnya digunakan untuk menurunkan viscositas lumpur dengan cara memutus ikatan plat-plat clay melalui tepi (edge) dan muka (face). Bahan pengencer tersebut kemudian menyambungkan dirinya dengan plat-plat clay, sehingga dapat menahan gaya tarik antar lembaran-lembaran clay. Ada berbagai jenis bahan pengencer untuk lumpur pemboran, yaitu : 3.3.3.1. Phosphate Phosphate bekerja dengan pengabsorbsian pada valensi tepi partikel clay yang terputus,sehingga menghasilkan keseimbangan listrik dan memungkinkan partikel-pertikel mengambang dengan bebas dalam larutan. Pengaruh pendispersian phosphate ini adalah karena muatan negatif plat-plat clay, yang memungkinkan plat-plat saling tolak menolak antara satu dengan yang lain setelah semua valensi tepi putus. Phosphate penggunaannya terbatas dalam lingkungan kontaminasi ion. Jika terdapat ion kalsium atau magnesium, bentuk kompleks polyphosphate atau terbentuk suatu ion metal orthophosphate yang tidak larut. Phosphate yang umum digunakan dalam aplikasi praktis pada lumpur pemboran ditunjukan pada tabel berikut : Nama Nama pH Batasan Kimia Umum Aditif Temperatur Sodium Acid Pyrophosphate SAPP 4.8 1500F Sodium Hexametaphosphate Calgon 6.8 1500F Sodium Tetraphosphate Barafos 7.5 1500F Tetra Sodium Pyrophosphate TSPP 10.0 1500F 53 Keuntungan dari phoaphate adalah karena merupakan thinner yang efektif untuk gel mud pada pemboran dangkal, dan dengan penggunaan yang hanya sedikit sudah efektif. Sedangkan kerugianya adalah : SAPP mempunyai pH 4.8 oleh karena itu, perlu ditambahkan caustic soda (NaOH) atau beberapa aditif hidroksil untuk menjaga pH lumpur diatas 7.0 Pada umumnya phosphate hanya dapat stabil pada temperature rendah Phosphate tidak mempunyai kemampuan untuk mengontrol fluid loss, seperti halnya thinner yang lain . Phosphate sebagai bahan pengencer dapat digunakan secara efektif pada berbagai harga pH, tetapi hanya mampu digunakan sampai tercantum 1500F a) Sodium acid pyrophosphate (SAPP) Sodium acid pyrophosphate (SAPP),atau salah satu dihydrogen pryphosphate (Na2H2P2O7) adalah merupakansalah satu dari berbagai jenis phosphate yang banyak digunakan. SAPP mempunyai spesifik gravity 1,85. dalam larutan 10% SAPP mempunyai pH sebesar 4. SAPP berbentuk serbuk berwana putih dengan kandungan impurities yang tidak dapat terlarut. SAPP ini tidak berbahaya bagi kesehatan, tetapi bersifat asam sehingga sangat korosif terhadap besi. SAPP sangat efektif jika digunakan sebagai pengencer pada lumpur alami (natural mud), yaitu lumpur yang teerbentuk dari padatan yang berasal dari formasi, dengan kadar padatan yang rendah, yaitu antara 5% vol sampai 8% vol. SAPP juga snagat efektif untuk menangani kiontaminan calcium . sedangkan kerugian dari penggunaan SAPP adalah sangat rentan terhadap kehadiran kontaminan garam yang dapat menyebabkan naiknya viscositas dan filtration loss, dan SAPP hanya mampu digunakan sampai temperatur 1500F, karena diatas temperatur tersebut akan berubah menjadi orthophosphate yang tidak dapat berfungsi sebagai pengencer. Next >