## STUDI LABORATORIUM PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PEMANASAN KARBON CANGKANG KELAPA SAWIT DAN ARANG BATOK KELAPA TERHADAP STRENGHT SEMEN PEMBORAN

## Novrianti
Program Studi Teknik Perminyakan, Fakultas Teknik, Universitas Islam Riau Jalan Kaharuddin Nst No.113 Marpoyan Pekanbaru 28284
novrianti@eng.uir.ac.id

## Abstrak
Penyemenan merupak an salah satu proses  penting dalam pemboran. Kualitas semen yang baik  ak an dapat mengurangi masalah-masalah yang sering terjadi dalam operasi pemboran sek aligus ak an menjamin daya tahan lubang bor agar dapat bertahan lebih lama. Penelitian ini bertujuan   untuk  mengamati pengaruh variasi temperature pemanasan k arbon cangk ang k elapa sawit dan arang batok  k elapa terhadap  strength semen  pemboran.  Penelitian  ini    fok us  pada  compressive  strength  dan  shear  bond  strength  yang merupak an dua parameter yang mencermink an k ualitas k ek uatan semen. Nilai compressive strength dan shear  bond  strength  diperoleh  dari uji pembebanan biak sial. Sebelum melak uk an tes, berbagai sampel semen dengan variasi temperature pemanasan yang berbeda dari additive disiapk an untuk  pencampuran, pengeringan dan proses pengerasan. Hasil dari tes menunjuk k an bahwa  nilai compressive strength dan shear  bond  strength  optimum  untuk   masing  –  masing additive diperoleh pada temperature pemanasan 700 0 C. Nilai compressive strength dan shear bond strength semen dengan tambahan additive arang batok k elapa lebih tinggi dibandingkan dengan semen yang ditambahk an additive k arbon cangkang k elapa sawit.
Kata kunci : Compressive Strenght, Shear Bond Strenght, Penyemenan, Cangk ang Kelapa Sawit, Arang Batok Kelapa

## Abstract
Cementing is one of the important processes in the drilling. A good quality bonding of cement  will be able to reduce the problems that often occur in drilling operations at the same time  can prolong the oil- well lifetime. This study aimed to observe the effect of heating temperature variation oil palm shell carbon and coconut shell charcoal on the strength of cement. This study focuses on the compressive strength and shear bond strength which are the two parameters that reflect the quality of cement strength. Value compressive strength and shear bond strength is obtained from biaxial loading test. Before conducting the test,  various samples of cement with different heating temperature variation of additive prepared for mixing, drying and hardening process. The results of the tests showed that the compressive strength and shear bond strength optimum  for  each  additive  obtained  at  temperatures  of  700 o C.  Compressive  strength  and  shear  bond strength of cement with the addition of charcoal additive is higher than the cement additive added carbon palm shell.
Keywor ds : Compressive Strenght, Shear Bond Strenght, cementing, Palm Shel l Carbon , Coconut Shell Charcoal

## 1. Pendahuluan
Operasi penyemenan merupakan salah satu aspek penting  dalam  kegiatan  eksploitasi  minyak  dan  gas bumi  yang  berfungsi  untuk  melekatkan  casing  pada dinding  lubang  sumur,  melindungi  casing  dari masalah-masalah  mekanis  sewaktu  operasi  pemboran berlangsung,  melindungi  casing  dari  fluida  formasi yang  bersifat  korosi dan untuk sebagai pemisah antar lapisan  formasi  di  belakang  casing  (Burgoyne,  Adam T. Jr, 1986).
Keberhasilan operasi penyemenan dapat mengurangi jumlah pekerjaan work over dan memperpanjang lifetime sumur  migas.  Kegagalan dalam  operasi  penyemenan  akan  berakibat  buruk dalam  tahap  produksi  sehingga  kualitas  ikatan semen perlu  diperhatikan.  Baik  atau  tidaknya  kualitas  ikatan semen  dapat  ditentukan  dari  nilai compressive strength dan shearbond  strength suatu  semen. Compressive  strength didefinisikan  sebagai  kekuatan semen  dalam  menahan  tekanan  yang  berasal  dari formasi  dan  casing  atau  menahan  tekanan  pada  arah
Jurnal Teknik Patra Akademika Vol 7. No.2 Desem ber 2016 horizontal sedangkan shear bond strength didefinisikan  sebagai  kekuatan  semen dalam menahan berat casing atau menahan tekanan pada arah vertikal.
Berbagai penelitian telah dilakukan untuk meningkatkan  kekuatan  semen  pemboran  dengan menambah  material  yang  bersifat  pozzolanik  pada semen  bersama  –  sama  dengan  tambahan  bahan kimiawi  pada  campuran  bubur  semen.  Salah  satu upaya  yang  dilakukan  adalah  melakukan  penelitian dan  percobaan  menggunakan  partikel nanosilica (SiO2),  Oksida  besi  (Fe 2 O 3 ),  dan  aluminium  oksida (Al 2 O 3 )  telah  banyak  digunakan  untuk  meningkatkan strength dan  mengurangi filtration  loss pada  saat operasi  penyemenan.(V.  Ershadi,  2011).  Menurut ASTM  C618-93  bahan additive yang  mempunyai komposisi  kimia  silica  oksida  (SiO 2 ),  Oksida  besi (Fe 2 O 3 ),  dan  aluminium  oksida  (Al 2 O 3 )  lebih  tinggi dari 70%  dapat dimanfaatkan sebagai bahan additive. Indonesia  memiliki  sumber  daya  alam  yang melimpah.  Jenis  tumbuhan  yang  banyak  terdapat  di Indonesia  dan  dapat  digunakan  sebagai  aditif  antara lain  cangkang  kelapa  sawit  (  Palm  shell  carbon)  dan arang batok kelapa (coconut shell charcoal). Cangkang kelapa  sawit  memiliki  kadar  silika  sekitar  92%  (Tjutju Nurhayati  et  al.,  2005).  Hal  ini  mengindikasikan bahwa  cangkang  kelapa  sawit  dapat  menjadi  material pozzolanik .  Material pozzolan dapat  bereaksi  dan menambah compressive  strength semen  (Erik  B. Nelsson, 1990). Penelitian dari Patcharin Worathanakul  et  al.(2009)  menyimpulkan  bahwa kadar  silika  dapat  ditingkatkan  dengan  proses pemanasan. Menurut Hawley (1999) proses pemurnian  arang  terjadi  pada  temperature  500 o C. Kadar  karbon  meningkat  mencapai  90%.  Namun pemanasan diatas temperatur 700°C, hanya menghasilkan gas hidrogen.
Arang  batok  kelapa  memiliki  kandungan  kimia oksida  silika(SiO 2 ),  oksida  besi  (Fe 2 O 3 ),  dan  oksida aluminium  (Al 2 O 3 )  dan  bersifat  pozzolan  karena kandungan  kimia silika dan aluminia pada arang batok bertemu  dengan  zat  kapur  dan  air,  akan  membentuk masa yang padat dan ikatan yang keras dan tidak dapat terlarut  kembali  dalam  air.  Selain  itu  arang  batok kelapa  bersifat light  weighting  material yaitu  additif yang  dapat  menurunkan  densitas  suspensi  semen (Imam  Pranadipta, 2010).
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  menggunakan cangkang  kelapa  sawit  dan  arang  batok  kelapa  yang dipanaskan  dengan  variasi  untuk  membandingkan efektivitas  kedua  aditif  dalam  meningkatkan strength semen pemboran.
2. Bahan dan Metode
Persiapan peralatan dan bahan pengujian merupakan  proses  awal  yang  dilakukan  sebelum penelitian dimulai, dilanjutkan dengan pengujian basic cement  slurry sesuai  standard  API,  lalu  menguji pengaruh  penambahan  aditif    cangkang  kelapa  sawit dan  arang  batok  kelapa  yang  dipanaskan  dengan
variasi temperatur pemanasan terhadap strength semen pemboran.
Karbon  cangkang  kelapa  sawit  yang  digunakan merupakan  karbon  cangkang  kelapa  sawit  produksi CV.  Berkat  Jaya  dari  wilayah  Sampit  –  Kalimantan Tengah  sebanyak  3  kilo  gram.  Karbon  cangkang kelapa  sawit  yang  telah  ada  kemudian  dihaluskan menggunakan  blender  dan  disaring  menggunakan sieve analysis dengan ukuran 200 mesh. Sieve analysis yang  digunakan  adalah  alat  yang  terdapat  di Laboratorium  Teknik  Perminyakan  Universitas  Islam Riau.  Komposisi  kimia  yang  terdapat  pada  karbon cangkang sawit dapat dilhat pada table 1.
Tabel  1. Komposisi  Kimia  Cangkang    Kelapa
Sawit  ( Efrando  S, 2012) Senyawa  Kimia Persentase (% ) MgO 4.9 Al 2 O 3 2.2 SiO 2 30.1 P 2 O 5 19.6 SO 3 3.28 K 2 O 17.5 CaO 14.6 Fe 2 O 3 5.08 CuO 0.388 ZnO 2.30
Cangkang  kelapa  sawit  yang  sudah  disaring dipanaskan pada  temperatur pemanasan yang berbeda –  beda  yaitu  400 0 C,500°C,  600°C,  700°C,  800°C  dan 900°C  dengan menggunakan oven furnace.
Tabel  2. Komposisi Kimia  Arang Batok Kelapa Unsur  Kimia Kandungan  (% ) MgO 2.5 Al 2 O 3 1.2 SiO 2 45.07 P 2 O 5 9.77 SO3 3.12 C 4.96 K2O 6.59 CaO 24.2 Cr2O3 0.27 Fe2O3 1.8 CuO 0.27 ZnO 0.13 Rb2O 0.12
Arang  batok  kelapa  yang  digunakan  peneliti didapatkan  dari  Pabrik  Arang  Ipan  Pekanbaru, sebanyak  25  kilogram  arang  batok  kelapa.  Arang batok  kelapa  yang  telah  ada,  kemudian  dihaluskan
menggunakan  blender  dan  disaring  menggunakan sieve  analisis  dengan  ukuran  200  mesh.  Komposisi kimia  dan  sifat  fisik  arang  batok  kelapa  dapat  dilihat pada table 2 diatas :
Arang  batok  kelapa  yang  digunakan  ini  adalah arang  batok  kelapa  yang  telah  dipanaskan  dengan temperatur  pemanasan  400°C,  500°C,  600°C,  700°C, 800°C  dan 900°C.
Komposisi suspense sample semen yang digunakan  dapat  dilihat  pada  table  3  dan  table  4. Semen  Dasar  (SD)  terdiri  dari  semen  dan  aditif pendukung  lain  seperti  bentonite dan kalsium klorida. Suspense  semen  dibuat  dengan  cara  memasukkan  air terlebih  dahulu  ke  dalam cement  mixer .  Menyalakan mixer dengan  kecepatan  rendah  (4000 ± 200 rpm) lalu memasukkan  semen,  aditif  dan cangkang kelapa sawit atau  arang  batok  kelapa  kemudian  melanjutkan pengadukan  dengan  kecepatan  tinggi  (1200  ±  500 rpm)  selama  10-15  menit.  Setelah  suspense  semen selesai  dibuat,  suspense  dituangkan  kedalam  cetakan cetakan kubik dan cetakan silider yang kemudian akan digunakan  untuk  pengujian compressive strength dan shearbond  strength .  Tutup  cetakan  sampel  dengan aluminium foil dan  kemudian  dengan  plastik  hingga rapat  lalu  rendam  dalam water  bath temperature controller pada  temperatur  140 F.      Diamkan  selama 24  jam,  setelah  24  jam  sampel  diangkat  dari water bath  temperature  controller kemudian  buka  sampel dari  cetakan  kubik dan silinder. Selanjutnya akan diuji pembebanan  dengan  menggunakan  alat hydraulic press .  Uji  pembebanan  ini  dilakukan  sampai  sample pecah.  Tekanan  pada  saat  sample  pecah  itu  dicatat sebagai data pembebanan maksimum untuk menentukan compressive  strength dan shear  bond strength.
Tabel  3. Temperatur  Cangkang  Kelapa  Sawit  dalam Suspense semen
Sampel Komposisi Variasi Temperatur Pemanasan Karbon Cangkang Kelapa S awit (PS C) S1

## SD + PSC  400°C
S2

## SD + PSC  500°C
S3 SD + PSC   600°C S4

## SD + PSC  700°C
S5

## SD + PSC  800°C
S6
SD + PSC   900°C
Tabel  4 .  Temperatur  Arang  Batok  Kelapa  dalam Suspense semen
Sampel Komposisi  Variasi Temperatur Pemanasan  Arang Batok  Kelapa  (CSC) S1 SD + CSC  400°C S2 SD +  SCS  500°C S3 SD + CSC  600°C S4 SD + SCS  700°C S5 SD + SCS   800°C S6

## SD + SCS  900°C

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pengaruh  karbon  cangkang  kelapa  sawit  dengan temperatur  pemanasan  500°C,  600°C,  700°C,  800°C dan  900°C  dang  arang  batok  kelapa  dengan temperature  pemanasan  500°C,  600°C,  700°C,  800°C dan  900°C  terhadap compressive  strength dapat dilihat pada Gambar  1.
Gambar 1. Pengaruh Variasi Temperatur Pemanasan  Karbon  Cangkang  Kelapa  Sawit  dan
Arang  Batok  Kelapa  Terhadap  Compressive
Strenght
Gambar  1  menunjukkan  adanya  pengaruh  aditif cangkang kelapa sawit dan arang batok kelapa dengan variasi  temperature  pemanasan  terhadap  peningkatan compressive  strength .  Cangkang  kelapa  sawit  dan arang  batok  kelapa  dengan  temperatur  400°C  sampai 700°C  mengalami  peningkatan strength semen  setiap kenaikan  temperatur  pemanasan.  Pada  temperatur pemanasan  800°C  dan  900°C,  terjadi  penurunan  nilai compressive strength semen pemboran.
Aditif  cangkang  kelapa  sawit  dan  arang  batok kelapa yang dipanaskan dengan temperatur pemanasan 500°C,  mengalami  proses  pembentukan  arang  murni, sehingga kadar karbon aktif yang ada  meningkat 90 % dan  menyebabkan    daya  ikat  karbon  terhadap  semen semakin besar dan meningkatkan nilai strength semen. Tetapi  setelah  melewati  temperatur  optimum  700 0 C nilai compressive strength semen mengalami
penurunan, karena pada temperatur pemanasan di atas 700°C  kandungan  karbon  aktif  yang  terdapat  dalam aditif  mulai  berkurang  karena  adanya  gas  hydrogen. Nilai compressive strenght optimum dengan penambahan  aditif  cangkang  kelapa  sawit  yang dipanaskan pada temperatur pemanasan 700 0 C adalah 1378.16  psi  sedangkan compressive strenght optimum dengan  penambahan  aditif  arang  batok  kelapa  yang dipanaskan pada temperatur pemanasan 700 0 C adalah 1674.433  Psi.
Gambar  2  menunjukkan  pengaruh  campuran aditif  cangkang  kelapa  sawit  dan  arang  batok  kelapa temperature  pemanasan  500°C,  600°C,  700°C,  800°C dan 900°C  terhadap nilai shear bond strenght .
Gambar 2. Pengaruh Variasi Temperatur
Pemanasan  Karbon  Cangkang  Kelapa  Sawit  dan Arang  Batok  Kelapa  Terhadap  Compressive Strenght
Pengaruh  aditif  cangkang  kelapa sawit dan arang batok  kelapa  dengan  variasi  temperature  pemanasan terhadap  peningkatan shear  bond  strength semen pemboran  terlihat  pada  gambar  2.  Sama  halnya dengan compressive strength ,  cangkang kelapa sawit dan  arang  batok  kelapa  dengan  temperatur  400°C sampai  700°C  menyebabkan  peningkatan   shear bond strength semen  untuk  setiap  kenaikan  temperatur pemanasan.  Pada  temperatur  pemanasan  800°C  dan 900°C,  terjadi  penurunan  nilai shear  bond  strenght semen pemboran.
Nilai shear  bond  strenght optimum  dengan penambahan  aditif  cangkang  kelapa  sawit  yang dipanaskan pada temperatur pemanasan 700 0 C adalah 162.7  psi  sedangkan shear  bond  strenght optimum dengan  penambahan  aditif  arang  batok  kelapa  yang dipanaskan pada temperatur pemanasan 700 0 C adalah 192.87  Psi.
4. Kesimpulan
1. Temperatur  pemanasan  karbon  cangkang kelapa sawit  dan  arang  batok  kelapa  yang  berbeda mempengaruhi  kekuatan semen pemboran
2.        Penambahan  additive  karbon  cangkang  kelapa sawit kelapa (dengan variasi temperatur pemanasan) didapatkan strength semen optimum  @700°C  dengan  nilai Compressive
strenght 1378.16  Psi  dan  nilai shearbond strength sebesar 162.7 Psi
3.   Penambahan additive arang  batok  kelapa (dengan  variasi  temperatur  pemanasan  arang), didapatkan strength semen  optimum  @700°C dengan  nilai Compressive  strenght sebesar 1676,433  psi  dan Shear  bond  Strenght sebesar 192,876  psi.

## Daftar pustaka
American  Petroleum  Institute,  2002,  API Specification 10A.  Specification  for  well  cements  and Materials  for  Well  Cementing  Twenty-Third Edition.  Washington, D.C., USA.
Aris  Buntoro  &Rudi  Rubiandini.  2001.  The  Effect  Of Neat  Magnesium  Oxide  (MgO)  As  Expanding Additive  With  Burning  Temperature  1200  OC And  1300  OC  On  Cement  Shear  Bond  Strength At  High  Pressure  And Temperature. Proceeding of  The  5thInaga  Annual  Scientific  Conference And Exhibition.Yogyakarta Basuki  Kris Tri, dkk, Penurunan Konsentrasi CO dan NO2  pada  Emisi  Gas  Buang  Menggunak an Arang  Tempurung  Kelapa  yang  Disisipi  TiO2 ,
Seminar  Nasional  IV  SDM  Teknology  Nuklir, Yogyakarta  (25-26  Agustus 2008).
Burgoyne,  Adam  T.  Jr.  Applied  Drilling  Engineering,
SPE,  USA, 1986.  85-103
Hawley. The effect of heating on the manufracture   of activated charcoal. 1999
Nelson, E.  B.  (Ed.).  (1990). Well cementing . Newnes.
Nurhayati,  Tjutju.,  Desviana  and  Sofyan,  Kurnia.
2005.  Oil-Palm  Shell  as  the  Alternative  Raw Material  for  the  Integrated  Production  of Charcoal with  Pyroligneous Acid / Liquid.
Pranadipa,  Imam,  2010,  Utilization  of  Oil  Palm  Shell Charcoal  As  An  Extender  In  Oil  Well  Cement  : 34th Annual  Convention  And  Exhibition, Indonesian Petroleum Association.
Putri  Ali  S,  S.  2015.  Studi  Laboratorium  penggunaan additive  komposit  nanosilika  dan  cangkang kelapa sawit untuk meningkatkan strength semen pemboran. Tugas Akhir. Universitas Islam  Riau Siregar,  Efrando,  2012,  Studi  Pemanfaatan  Limbah Abu  Sekam  Padi  Dan  Arang  Cangkang  Kelapa Sawit  Sebagai  Light  Weight  Additive  Untuk Meningkatkan Strength Semen Pemboran, Universitas Islam  Riau,  Pekanbaru.
Subiyanto,  Bambang.,  Basri,  Hasan.,  Sari,  Linda  N.,
Triastuti  And  Rosalita,  Yetvi.  2007.  Komponen Kimia Cangkang Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis).LIPI,  Cibinong
Worathanakul,  Patcharin.,  Payubnop,  Wisaroot  and Muangpet,  Akhapon.  2009.  Characterization  for Post-treatment  Effect  of  Bagasse  Ash  for  Silica Extraction. World Academy of Science,
Engineering  and Technology.