COMPRESSIVE STRENGTH DAN SHEAR STRENGTH

Strength pada semen terbagi menjadi dua yaitu compressive strength dan shear stregth. Compressive strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam menahan tekanan-tekanan yang berasal dari formasi maupun dari casing, sedangkan shear strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam menahan berat casing. Jadi compressive strength menahan tekanan-tekanan dalam arah horisontal dan shear strength menahan tekanan-tekanan pada arah vertikal. Compressive strength dipengaruhi oleh besarnya kandungan air dalam suspensi semen dan lamanya waktu pengkondisian (curing time). Dalam mengukur strength semen seringkali yang diukur adalah compressive strength, sedang shear strength kurang diperhatikan. Umumnya compressive strength mempunyai harga 8 – 10 kali lebih dari harga shear strength. Pengujian compressive strength di laboratorium dilakukan dengan menggunakan alat “Curing Chamber” dan water curing bath, untuk kemudian diuji kekerasannya dengan menggunakan hydraulic chamber. Curing chamber dapat mensimulasikankondisi semen untuk tekanan dan temperatur tinggi sesuai dengan temperatur dan tekanan formasi. Hydraulic chamber merupakan mesin pemecah semen yang sudah mengeras dalam curing chamber. Compressive strength minimum dirokemendasikan oleh API untuk dapat melanjutkan operasi pemboran adalah 500 psi. Sedang shear strength yang baik tidak kurang dari 100 psi, sehingga casing dapat terikat dengan kokoh. Dalam keadaan ini pemboran sudah dapat dilanjutkan. Dari segi teknis, strength semen diharuskan memenuhi persyaratan sebagai berikut :

a. Kuat menahan pipa selubung.

b. Mengisolasi zona-zona permeabel.

c. Menahan goncangan-goncangan pemboran dan tidak pecah karena perforasi.

d. Mencegah terjadinya kontak antara casing dengan fluida formasi.

CEMENTING

Penyemenan pada sumur pemboran adalah suatu proses pencampuran (mixing) dan pendesakan (displacement) bubur semen (slurry) melalui casing sehingga mengalir ke atas melewati annulus di belakang casing sehingga casing terikat ke formasi . Pada umumnya penyemenan bertujuan untuk melekatkan casing pada dinding lubang bor, melindungi casing dari masalah-masalah mekanis sewaktu pemboran berlangsung (seperti torsi yang tinggi dan lain-lain), melindungi casing dari fluida formasi yang bersifat korosif dan untuk memisahkan zona yang lain di belakang casing. Penyemenan merupakan faktor yang paling penting dalam operasi pemboran sehingga dapat mereduksi kemungkinan-kemungkinan permasalahan secara mekanis sewaktu melakukan pemboran pada trayek selanjutnya.

Menurut alasan dan tujuannya,penyemenan dapat dibagi menjadi dua yaitu: Primary cementing (penyemenan utama) dan secondary cementing (penyemenan yang kedua atau perbaikan). Primary cementing adalah adalah proses penyemanan yang dilakukan pertama kali setelah casing di turunkan ke dalam lubang bor. Sedangkan secondary cementing adalah penyemenan yang dilakukan dikarenakan tidak sempurnanya penyemenan pertama (gagal).

Macam-Macam Sistem Primary Cementing

            Terdapat beberapa sistem dalam penyemenan utama, dan itu semua tegantung dari kondisi dan jenis casing yang akan disemen.

3.2.1    Penyemenan Poor Boy

          Yaitu penyemenan dengan menggunakan Tubing sebagai pengantar Cement Slurrykedalam lubang sumur, biasanya dipakai untuk penyemenan Stove Pipe dan Conductor Casing.Pada Stove Pipe dengan memasang Pipa Tubing pada annulus lubang yang pertama dibor dengan Stove Pipe, sedangkan untuk Conductor Casing dengan memasukkan Pipa Tubing kedalam Casing dan digantung dengan Cementing Head.

3.2.2. Penyemenan Dengan Stinger

                       Yaitu penyemenan dengan menggunakan Stinger dan Drill Pipe (DP), sedangkan Shoe yang dipakai adalah Duplex Shoe. Biasanya dipakai untuk penyemananConductor Casing karena Casing ini memiliki ukuran diameter besar sehingga dengan systemini diperlukan volume displace sedikit ( sepanjang DP) dan waktunya lebih cepat

3.2.3    Penyemenan Perkins

Yaitu penyemenan dengan menggunakan Bottom dan Top Plug,pada ujung Casing dipasangFloat Shoe dan Float Collar, sedangkan pada puncak Casing dipasang Plug Container/Cementing Head. Biasanya untuk penyemanan Surface,Intermediate dan Production Casing.

3.2.4      Penyemenan Multi Stage

            Yaitu penyemenan Casing dalam satu trayek dilakukan  lebih dari satu kali  dengan cara bertahap/bertingkat, menggunakan peralatan khusus yaitu DSCC, Plugs khusus, danFloat Collar khusus. Pertimbangan dilakukan penyemenan Multi Stage adalah Casing yang disemen panjang dan atau adanya zona loss pada lubang sumur tersebut. Biasanya untuk penyemenan  Intermediate dan Production Casing.

3.3       Fungsi Semen

            Penyemenan adalah proses pendorongan bubur semen ke dalam casing dan naik ke annulus yang kemudian didiamkan sampai semen tersebut mengeras hingga mempunyai sifat melekat baik terhadap casing maupiun formasi.

            Secara lebih spesifik, fungsi penyemenan dalam suatu pemboran adalah :

v  Melindungi casing / liner dari tekanan yang dating dari bagian luar casing yang dapat menimbulkan collapse (mengkerut)

v  Mencegah adanya migrasi fluida yang tidak diinginkan dari satu formasi ke formasi yang lain.

v  Melindungi casing dari fluida yang bersifat korosif

Untuk memenuhi Fungsi-fungsi tersebut di atas, maka semen pemboran harus memenuhi beberapa syarat :

v  Semen setelah ditempatkan harus mempunyai kekuatan atau strength yang cukup besar dalam waktu tertentu

v  Semen harus memberikan daya ikat casing dengan formasi yang cukup baik.

v  Semen tidak boleh terkontaminasi dengan fluida formasi ataupun dengan fluida pendorong

v  Semen harus impermeable (permeabilitas harus nol)

3.4      Komposisi Kimia Pembuatan Semen

           Semen yang digunakan dalam industry perminyakan adalah semen Portland, kemudian dikembangkan oleh joseph aspdin tahun 1824. Disebut Portland karena asal mula bahannya berasal dari pulau Portland Inggris. Semen ini termasuk semen hidrolis dalam arti akan mengeras apabila bertemu atau bercampur dengan air. Semen Portland mempunyai 4 komponen mineral utama, yaitu :

v  Tricalcium silicate (3CaO SiO­₂ )

Dinotasikan sebagai C₃S yang dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO₂ da merupakan komponen terbanyak dalam Portland semen, sekitar 40-45% untuk semen yang lambat proses pengerasannya, dan 60-65% untuk semen yang cepat proses pengerasannya. Komposisi ini memberikan strength yang terbesar pada awal pengerasan.

v  Dicalcium Silicate (2CaO SiO₂)

Dinotasikan sebagai C₂S yang juga dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO₂, memberi pengaruh terhadap strength semen akhir. C₂S menghidrasi sangat lambat sehingga tidak berpengaruh dengan setting time semen, tetapi sangat berpengaruh dalam kekuatan semen lanjut dan kadarnya tidak lebih dari 20%.

v  Tricalcium Aluminate (3CaO Al₂ O₃ )

Dinotasikan sebagai C₃A yang terbentuk dari reaksi CaO dan AL₂O₃ kadarnya 15% untuk high early Strength dan 3% untuk terhadap kandungan sulfate, namun berpengaruh terhadaprheologi suspense dan membantu proses pengerasan awal semen.

v  Tetracalcium Aluminoferrite (4CaO AL₂O₃ Fe₂o₃)

Dinotasikan sebagai C₃AF yang terbentuk dari reaksi CaO₂Al₂O₃ dan Fe₂O₃. Kadarnya tidak boleh lebih dari 24% untuk semen yang tahan terhadap kandungan sulfate tinggi. Penambahan oksida besi yang berlebihan akan menaikan kadar C₄AF dan menurunkan kadar C₃A dan menurunkan panas hasil reaksi /hidrasi C₂S dan C₃S.

3.5       Klasifikasi Semen

            API telah melakukan pengklasifikasian semen kedalam beberapa kelas guna mempermudah pemilihan dan penggolongan semen yang akan digunakan, pengklasifikasian ini berdasarkan pada kondisi sumur, temperature, tekanan dan kandungan yang terdapat pada fluida formasi.

            Klasifikasi semen yang dilakukan API terdiri dari:

v  Kelas A

Semen kelas A ini digunakan dari kedalaman 0 (permukaan) sampai 6.000 ft. semen ini terdapat dalam tipe biasa (ordinary type) saja, dan mirip dengan semen ASTM C-150 tipe I.

v  Kelas B

Semen kelas B digunakan dari kedalaman 0 sampai 6.000 ft, dan tersedia dalam jenis yang tahan terhadap kandungan sulfat menengah dan tinggi (moderate dan high sulfate resistant)

v  Kelas C

Semen kelas C digunakan dari kedalaman 0 sampai 6.000 ft, dan mempunyai sifat high-early strength (proses pengerasannya cepat) semen ini tersedia dalam jenis moderatedan high sulfate resistant.

v  Kelas D

Semen kelas D digunakan untuk kedalaman dari 6.000 ft sampai 12.000 ft, dan untuk kondisi sumur yang mempunyai tekanan dan temperature tinggi. Semen ini tersedia juga dalam jenis moderate dan high sulfate resistant

v  Kelas E

Semen kelas E digunakan untuk kedalaman dari 6.000 ft sampai 14.000 ft, dan untuk kondisi sumur yang mempunyai tekanan dan temperature tinggi. Semen ini tersedia juga dalam jenis moderate dan high sulfate resistant

v  Kelas F

Semen kelas E digunakan untuk kedalaman dari 10.000 ft sampai 16.000 ft, dan untuk kondisi sumur yang mempunyai tekanan dan temperature tinggi. Semen ini tersedia dalam jenis highsulfate resistant.

v  Kelas G

Semen kelas G digunakan dari kedalaman 0 sampai 8.000 ft, dan merupakan semen dasar. Bila ditambahkan retarder semen ini dapat dipakai untuk sumur

RHEOLOGI SUSPENSI SEMEN

Rheology adalah penyelidikan mengenai aliran fluida serta pembentukan

fluida, hal ini akan menunjukkan hubungan antara laju aliran rata-rata (shear rate)

dengan tekanan aliran (shear stress) yang menyebabkan pergerakan tersebut.

Jenis-jenis aliran fluida dalam pipa adalah :

1. Aliran Turbulen, dimana fluida akan mengalir dengan gerakan memutar.

2. Aliran Laminar, dimana energi aliran terbesar terdapat pada bagian tengah dari

permukaan aliran.

3. Aliran Plug, aliran sejajar dan energi aliran tiap bagian sama besar.

Serta ada dua jenis aliran transisi, yaitu :

a. Aliran transisi antara pola aliran turbulen dengan aliran laminar.

75

b. Aliran transisi antara pola aliran plug dengan aliran laminar, dimana pergerakan

fluida bagian tengah (rezim aliran plug) akan berkurang seiring dengan

peningkatan laju aliran rata-rata.

Slurries mempunyai beberapa sifat tertentu dalam kaitannya sebagai fluida

sehingga mudah dipompakan pada operasi penyemenan. Rheology adalah

menyangkut aliran dan deformasi material sebagai akibat tekanan yang diberikan

padanya.

Viscositas adalah resistensi untuk mengalir suatu fluida yang merupakan rasio

perbandingan antara shear stress dan shear rate, dinyatakan dalam centipoises (cp)

atau dalam satuan SI adalah Pa s.

1 cp = 1 mPa.s

Fluida tidak dapat mengalir sampai telah melewati suatu stress minimum,

yang disebut sebagai yield stress, y  yaitu tahanan alir yang timbul karena gaya antar

partikel fluida. Gradien perubahan apparent viscosity terhadap shear rate disebut

plastic viscosity, p  yang timbul karena adanya pengaruh friksi mekanik pada fluida.

Berkaitan erat dengan slurries sebagai fluida yang dapat dipompakan

mengalir menuju tempat yang ditentukan, terdapat sifat-sifat penting yang disebut

thickening time. Thickening time adalah rentang waktu dimana suspensi semen masih

dalam bentuk fluida yang dapat dipompakan pada kondisi tekanan dan temperatur

tertentu. Thickening time dipegaruhi oleh beberapa variable diantaranya adalah

76 komposisi dan kehalusan butiran semen, serta persentase dan jenis additive. Sebagai

acuan bahwa suatu suspensi semen telah dalam keadaan bukan fluida, bila Unit of

Consistency (UC) sebesar 100 UC.