## STUDI LABORATORIUM PEMILIHAN ADDITIF PENSTABIL SHALE DI DALAM SISTEM LUMPUR KCL-POLIMER PADA TEMPERATUR TINGGI
Zakky, Bayu Satyawira, Samsol Program Studi Teknik Perminyakan – Universitas Trisakti samsol@trisakti.ac.id

## Abstract
Mud is one of the things that is very supportive in drilling operations, the design of the mud can affect the  effectiveness  of  drilling  work,  the  costs  to  be  incurred,  up  to  when  the  well  is  in  production.  Of course what is expected from a mud usage is low expenditure and drilling with optimal results. Drilling mud  plays  a  very  important  role  in  a  drilling  operation.  Drilling  that  can  run  quickly,  safely  and economically is greatly influenced by the conditions and sludge system used. The condition referred to here  is  how  the  properties  or  rheology  of  the  mud.  Whereas  the  mud  system  referred  to  here  is  a certain type of mud that must be used with regard to the state of the formation and borehole. Muddy KCl-POLYMER  is  a  non-dispersed  mud,  where  the  hydration  and  dispersion  process  of  the  shale formation  drilled  must  be  maintained  or  maintained  as  much  as  possible.  There  are  several  ways  to achieve this, the most common of which is to limit the amount of water that reacts with the shale, by covering  the  cutting  produced  by  the  shale  with  the  polymer  as  soon  as  possible  to  prevent  further reactions  with  water.  In  this  study,  we  will  analyze  the  use  and  physical  properties  of  drilling  mud using  KCl-Polymer  sludge  which  is  carried  out  in  the  Trisakti  University  Laboratory  of  Petroleum Drilling and Production.

## Abstrak
Lumpur  merupakan  salah  satu  hal  yang  sangat  menunjang  di  dalam  operasi  pemboran,  desain lumpur  tersebut  dapat  mempengaruhi  efektifitas  kerja  pemboran,  biaya  yang  akan  dikeluarkan, sampai  kepada  saat  sumur  itu  telah  berproduksi.  Tentu  yang  diharapkan  dari  suatu  penggunaan lumpur  adalah  pengeluaran  yang  rendah  dan  melakukan  pemboran  dengan  hasil  yang  optimal. Lumpur  pemboran  memegang  peranan  yang  sangat  penting  di  dalam  suatu  operasi  pemboran. Pemboran  yang  dapat  berjalan  dengan  cepat,  aman,  dan  ekonomis,  sangat  dipengaruhi  oleh kondisi dan sistem lumpur yang digunakan. Kondisi yang dimaksud disini adalah bagaimana sifat- sifat  atau  rheologi  dari  lumpur  tersebut.  Sedangkan  sistem  lumpur  yang  dimaksud  disini  adalah lumpur jenis tertentu  yang  harus digunakan dengan  memperhatikan keadaan formasi dan lubang bor.Lumpur  KCl-POLIMER  merupakan  lumpur  non  disperse,  dimana  proses  hidrasi  dan  dispersi dari  formasi shale yang  dibor  harus  dijaga  atau  dipertahankan  semaksimal  mungkin.  Ada beberapa cara untuk mencapai hal ini, yang paling umum adalah dengan cara membatasi jumlah air  yang  bereaksi  dengan shale ,  dengan  cara  menyelimuti cutting yang  dihasilkan  oleh shale dengan polimer sesegera mungkin untuk mencegah reaksi lebih lanjut dengan air. Pada penelitian ini  akan  menganalisa  penggunaan  serta  sifat  -  sifat fisik  lumpur  pemboran  menggunakan  lumpur KCl-Polimer  yang  dilakukan  di  Laboratorium  Pemboran  dan  Produksi  Teknik  Perminyakan Universitas Trisakti.

## Pendahuluan
Lumpur Pemboran merupakan bagian dari kegiatan pencarian minyak dan gas bumi yang dilakukan  baik  pada  saat  eksplorasi  maupun  saat  pengembangan.  Lumpur  pemboran mempunyai peranan yang sangat penting serta merupakan salah satu komponen utama yang menentukan kelancaran dan keberhasilan  suatu operasi pemboran. Sistem  lumpur yang digunakan pada suatu operasi pemboran harus disesuaikan dengan kondisi formasi serta litologi batuan yang ditembus. Hal ini dimaksudkan agar lumpur pemboran tersebut dapat berfungsi dengan baik serta dapat mencegah dan menanggulangi problem-problem yang  terjadi.  Lumpur  pemboran  berkembang  pesat  dengan  ditemukannya  jenis –  jenis lumpur  pemboran  dengan  karakteristik  yang  sangat  berbeda  satu  dengan  yang  lainnya, sebagai  akibat  dari  semakin  berkembangnya  aditif  yang  dapat  dipergunakan  untuk menjaga  kestabilan  lumpur  pemboran  pada  kedalaman  yang  berbeda,  salah  satunya adalah lumpur  KCl-Polimer. Keuntungan utama pemakaian KCl-Polimer zat-zat  ini dapat
mencapai  viskositas  maksimum  dengan  kandungan  padatan  yang  minimum.  Lumpur  ini tergolong  sistem  penghambat  ( inhibitif )  terhadap  shale  dan  tidak  terdispersi  ( non- dispersed ). Fungsi utama dari k-soltex adalah menstabilkan sifat fisik lumpur KCl-polimer didalam  temperatur  tinggi.  Dengan  ditemukannya  lumpur  polimer  ini,  maka  dihasilkan suatu  solusi  yang  lebih  efektif  bagi  biaya  operasi  pemboran.  Adapun  peralatan  yang digunakan antara lain adalah Mud Balance, Fann VG Meter, Marsh Funnel, API Filtration, Kertas  Lakmus,  Cawan  Titrasi,  Methylene  Blue  Test  Kit  yang  terdapat  di  Laboratorium Lumpur Pemboran dan Produksi Teknik Perminyakan Universitas Trisakti. Pada penulisan skripsi ini, Penulis memilih judul “Studi Laboratorium Pemilihan Additif Penstabil Shale di Dalam Sistem Lumpur KCL- Polimer pada Suhu Tinggi”.

## Problem Statement
Pada Penelitian ini dilakukan pengamatan mengenai pengaruh yang terjadi pada lumpur ketika  mengalami kontaminasi  oleh  serpihan  serbuk  bor,  serta  perubahan  temperature yang terjadi pada saat menembus kedalaman kedalaman yang berbeda saat melakukan pemboran. Dilakukan pengamatan perubahan parameter sifat fisik dan rheologi lumpur guna memepelajari penanggulangan yang dapat dilakukan untuk menjaga lumpur agar tetap dapat berfungsi dengan temperatur formasi yang berubah menjadi lebih tinggi.

## Teori Dasar
Densitas  atau  berat  jenis  sangat  penting  diketahui  untuk menentukan  besarnya  tekanan hidrostatik  kolom  lumpur  untuk  tiap  kedalaman.  Lumpur  harus  dikontrol  agar  dapat memberikan  tekanan  hidrostatik  yang  cukup  untuk  mencegah  masuknya  cairan  formasi kedalam  lubang  bor,  tetapi  tekanan  tersebut  tidak  boleh  terlalu  besar  karena  akan mengakibatkan formasi pecah dan lumpur hilang kedalam formasi. Oleh karena itu berat jenis  Lumpur  pemboran  perlu  direncanakan  sebaik-baiknya  dan  disesuaikan  dengan keadaan  tekanan  formasi.  Densitas  suatu  fluida  adalah  berat  fluida  dibagi  volumenya pada  temperatur  dan  tekanan  tertentu.  Satuan  dimensi  yang  dipakai  adalah  kg/l,  gr/cc dan lb/gal. Densitas lumpur adalah berat lumpur dibagi dengan volume lumpur atau dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :
Tekanan  hidrostatik  lumpur  di  dasar  lubang  adalah  fungsi  dari  berat  jenis  lumpur  itu sendiri. Tekanan hidrostatik lumpur di dasar lubang akan mempengaruhi kemampuan dari pada formasi di bawahnya yang akan dibor. Di lapangan berat jenis lumpur diukur dengan menggunakan  suatu  alat  yang  disebut  mud  balance . Semakin besar  tekanan  hidrostatik lumpur  maka  akan  semakin  mampat  dan  hal  ini  merupakan  hambatan  pahat  untuk mengoreknya. Oleh karena itu, maka kita harus menjaga tekanan hidrostatik dari lumpur agar stabil, sehingga tekanan hidrostatik lumpur tidak terlalu besar dan tidak terlalu kecil. Viskositas  adalah  tahanan  fluida  terhadap  aliran  atau  gerakan  yang  disebabkan  oleh adanya gesekan antara partikel pada fluida yang mengalir, yang mana disebabkan oleh adanya pergeseran antara :
 Partikel-partikel itu sendiri.
 Partikel-partikel padatan itu sendiri.
 Partikel padatan dengan molekul zat cair.
 Molekul-molekul zat cair.
Pada  lumpur  bor,  viskositas  merupakan  suatu  tahanan  terhadap  aliran  lumpur  yang memegang  peranan  dalam  pengangkatan  serbuk  bor  ke  permukaan.  Semakin  kental lumpur  maka  pengangkatan  cutting  makin  baik.  Apabila  lumpur  tidak  cukup  kental maka pengangkatan serbuk bor kurang sempurna dan akan mengakibatkan serbuk bor tertinggal  didalam  lubang  bor  sehingga  menyebabkan  rangkaian  pipa  pemboran  akan terjepit. Akan tetapi apabila lumpur mempunyai viskositas yang besar sekali maka akan dapat mengakibatkan problem  pada pemisahan cutting permukaan.  Menurut Poiseille, viskositas lumpur dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
jadi,  viskositas  merupakan  faktor  perbandingan  antara shear  stress (tegangan  geser) dengan shear rate (laju pegeseran). Selain itu Poiseille juga menyatakan:
Jika viskositas konstan dan berupa garis lurus (tidak berubah shear stress dan shear rate nya) maka fluida tersebut dinamakan “Newtonian Fluida”
Jika  viskositas  berubah  terhadap shear  rate, maka  fluida  tersebut  dinamakan  “Non Newtonian Fluida” seperti pada gambar 2.3.
Sedangkan lumpur merupakan fluida Non Newtonian. Pada fluida Non Newtonian dikenal dengan  adanya plastic  viscosity , yield  point dan apparent  viscosity . Plastic  viscosity adalah  suatu  tahanan  terhadap  aliran  yang  disebabkan  oleh  adanya  gesekan-gesekan antara padatan dalam lumpur, padatan cairan dan gesekan antara lapisan cairan, dimana plastic  viscosity merupakan  hasil  torsi  dari  pembacaan  pada  alat  viscometer. Torsi  pada putaran  600  rpm  dikurangi  torsi  pada  putaran  300  rpm, yield  point adalah  gaya  elektro kimia antara padatan-padatan, cairan-cairan, cairan-padatan pada zat kimia dalam kondisi dinamis yang berhubungan dengan pola aliran, pengangkatan serpih, kehilangan tekanan di annular dan kontaminasi.
Yield  point merupakan  hasil  dari  torsi  pada  putaran  300  rpm  dikurangi plastic  viscosity, sedangkan apparent  viscosity adalah  keadaan  dimana  fluida  Non  Newtonian,  dimana apparent  viscosity merupakan  hasil  torsi  pada  putaran  600  rpm  dibagi  dua  dan  dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:
Didalam operasi pemboran seringkali viskositas lumpur naik, hal ini disebabkan karena:  Flokulasi (penggumpalan)  
 Padatan-padatan tertentu didalam lumpur 
Yield Point merupakan angka yang menunjukan shearing stress yang diperlukan untuk mensirkulasi  lumpur  kembali,  dengan  kata  lain  lumpur  tidak  akan  dapat  bersikulasi sebelum  diberikan shearing  stress sebesar yield  point.  Yield  point sangat  penting diketahui untuk perhitungan hidrolika lumpur, dimana yield point mempengaruhi tekanan diwaktu  lumpur  bersirkulasi.  Untuk  dapat  menentukan  yield  point  lumpur  bor  dapat digunakan Stromer Viscometer ataupun Fann VG Meter.

## Hasil dan Pembahasan
Lumpur KCl-Polimer yang digunakan pada analisa di laboratorium ini adalah jenis lumpur berbahan  dasar  air  ( Fresh  Water ).  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  melihat pengaruh penambahan additif Penstabil shale secara bertahap pada sistem lumpur KCl- Polimer,  terhadap  pengukuran  rheologi  lumpur  pada  berbagai  temperatur  pengukuran. Pada percobaan ini lumpur KCl-Polimer  yang berbahan dasar air ( fresh water ) diberikan penambahan  additif  penstabil  shale  dan  dipanaskan  dengan Thermo  cup,  dimana,  pada setiap pemakaian lumpur tersebut ada penambahan additif penstabil shale dan kemudian dilakukan  penambahan  shale  sebesar  5  gr  pada  setiap  komposisi  yang  ada.  Kemudian lumpur  yang  sudah  dibuat  dimasukan  kedalam  Thermo  cup  dan  diproses  dengan temperatur mulai dari 80  F (ruang), 180  F, dan 280  F. Hasil dari pengamatan kemudian dibandingkan dengan standar spesifikasi lumpur pengeboran. Pada percobaan ini dibagi dalam  2  komposisi  lumpur  dengan  penambahan  additf  penstabil  shale  dan  1  komposisi lumpur  dasar,  dengan komposisi  L.D  dengan  bahan fresh  water 336,6 ml, soda  ash 0,3 gr,  bentonite  12,5 gr,  KOH  1,5 gr,  KCL  10,5 gr,  Pac-LV  2 gr,  dan  Pac-HV  2,5 gr.  Untuk komposisi  L.A1  bahan  yang  digunakan  hampir  sama  dengan  komposisi  yg  digunakan pada  komposisi  L.D  hanya  saja  ada  perbedaan  pada  konsentrasi  fresh  water  menjadi 335,39  ml,  dan  penambahan  k-soltex  1,  3,  5  gr.  Kemudian  untuk  komposisi  L.B1  coba menaikkan  konsentrasi  fresh  water  menjadi  333,6  ml,  duranex  1,  3,  5  gr.  Yang  masing- masing lumpur tersebut kemudian mengalami perubahan temperatur yang hasil pengujian ini  kemudian  dibuat  menjadi  grafik  untuk  membandingkan  perubahan  sifat  fisik  lumpur sistem  lumpur  tersebut  dengan  temperatur  pengukuran.  Densitas  lumpur  pemboran merupakan  salah  satu  sifat  lumpur  yang  sangat  berpengaruh  karena  peranannya  yang berhubungan langsung dengan fungsi lumpur sebagai penahan tekanan formasi. Adanya densitas  lumpur  pemboran  yang  terlalu  besar  dapat  mengakibatkan  lumpur  hilang  ke dalam  formasi  (Loss  Circulation).  Sedangkan  jika  terlalu  kecil  maka  akan  menimbulkan semburan liar (Blow Out). Sehingga densitas lumpur harus disesuaikan dengan keadaan formasi yang akan ditembus Dari hasil pengujian dari Plastic Viscosity (PV) . Harga plastic viscosity ini didapat dari pengurangan antara viscosity dial reading ϴ600 dengan viscosity dial reading ϴ300. Harga PV standar API adalah 8-18 cp. Didapat komposisi yang bagus pada komposisi L.B2 karena tahan terhadap temperatur tinggiHasil pengujian Yield Point (YP)  untuk  masing-masing  komposisi  ,  harga  YP  didapat  dari  hasil  pengurangan  antara dial  reading ϴ300  dengan  PV.  Harga  YP  sesuai  standar  API  adalah  9-13  lb/100ft 2 . Berdasarkan  tabel  hasil  pengukuran  maka  dapat  dilihat  komposisi  yang  sesuai  dengan standar  API  pada  temperatur  tinggi  adalah  komposisi  L.B2.  Yield  point  untuk  masing masing  temperatur  untuk  komposisi  L.D,  L.A1,  L.A2,  L.A3,  L.B1,  dan  L.B3  tidak  dapat digunakan karena mempunyai nilai yang tidak sampai standar spesifikasi lumpur pemboran  dengan  nilai  8  dan  7  lbs/100ft 2 pada  suhu  130  dan  180  °F  Gel  Strength  10 detik  untuk  lumpur  L.D,  L.A1,  L.A2,  LA3  hanya  baik  pada  temperatur  280  °F  dengan harga berkisar antara 6 hingga 4. Sedangkan untuk komposisi L.B1 dan L.B2 adalah yang paling  baik  digunakan  karena  memenuhi  standar  lumpur  pemboran  dengan  harga berkisar  antara  2,5  hingga  2  pada  temperatur  80 o F  sampai  280  °F.  Apabila  temperatur dinaikkan maka harga Gel Strength akan turun dan akan mempengaruhi sirkulasi lumpur karena daya tahannya berkurang. Laju tapisan lumpur ini untuk semua komposisi lumpur yang  ujikan  ada  yang  tidak  dapat  digunakan  karena  laju  tapisannya  terlalu  besar  dan hanya mampu bertahan pada temperatur 230 sampai 280 °F (ruang)  pada lumpur  L.B1. Sedangkan untuk komposisi L.D, L.A1, L.A2, L.A3, L.B2, dan L.B3 dapat bertahan pada batas optimal water loss sesuai dengan standar spesifikasi yang digunakan untuk system lumpur  additif  penstabil  shale  Hasil  penelitian  mud  cake  pada  lumpur  ini  menunjukkan
kenaikan harga mud cake,  akan tetapi kendati water loss tinggi, maka semua komposisi dapat digunakan hingga temperatur 280 °F dengan harga kisaran 1 sampai 2,2 mm, yang memenuhi  batas  standar  harga mud  cake  lumpur  pemboran  yaitu  ≤  2,5  mm  pH  lumpur dengan dinaikkannya temperatur terjadi penurunan harga pH pada masing masing
komposisi,  komposisi  L.A1,  L.A3,  L.B1,  dan  L.B3  tidak  dapat  digunakan  karena  tidak memenuhi  batas  standar  harga  pH,  sedangkan  komposisi  L.D,  L.A2  dan  L.B2  memiliki komposisi yang ideal sesuai batas standar harga pH, yaitu 9 hingga 10 pada 280 °F.

## Kesimpulan dan Saran
Dari  analisa  studi  laboratorium  penggunaan  lumpur  additif  penstabil  shale  untuk  mengatasi shale aktif, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1.  Pengukuran  densitas  terjadi  penurunan  untuk  setiap  komposisi  sesuai  dengan kenaikan temperatur, dengan harga yaitu antara 8,8 hingga 8,5 ppg sehingga semua komposisi lumpur dapat digunakan dari temperatur  ruang 80 °F sampai temperatur 280 0 F.
2.  Pengukuran  pada  Plastic  Viscosity  terjadi  penurunan  untuk  setiap  komposisinya, dengan  standar  spesifikasi  lumpur  pada  laboratorium  8 –  18  Cp  maka  yang memenuhi  syarat  adalah  L.B2  ,  karena  mempunyai  harga  yang  mampu  bertahan pada temperatur 280 °F.
3.  Untuk  Yield  Point  yang  masuk  dalam  spesifikasi  standar  lumpur  ideal  antara  9 hingga 13 lb/100ft 2 , yaitu komposisi lumpur L.B2 pada temperatur 80 hingga 280 °F. 4.  Pengukuran  Gel  Strength  10  detik  untuk  lumpur  additif  penstabil  shale,  komposisi
L.B1  dan  L.B2  yang  masuk  dalam  spesifikasi  standar  lumpur  karena  mampu bertahan  dari  temperatur  80  °F  sampai  temperatur  280 0 F  dengan  harga  antara  2 hingga 7 lb/100ft 2 . Pengukuran Gel Strength 10 menit untuk lumpur additif penstabil shale,  komposisi  L.B2  yang  memenuhi  standar  lumpur  ideal  antara  10  hingga  18 lb/100ft 2 dari temperature 80 °F sampai temperatur 280 0 F.

## Daftar Pustaka
El Bialy, M et.al, “Utilization of Non-damaging Drilling Fluid Composed of Potassium Formated Brine  and  Manganese  Tetra  Oxide  to  Drill  Sandstone  Formation  in  Tight  Gas  Reservoir”, SPE/IADC Middle East Drilling Technology Conference and Exhibition, 2011.
G rowcock, Frederick B And Patel, Arvin D, “The Revolution in Non-Aqueous Drilling Fluids”, AADE National Technical Conference and Exhibition, 2011.
Adebayo, Thomas A and Balogun, Omotola, “Alteration of oil-Based Drilling Mud Properties Due to Contact with CO2 Gas Kick During Drilling“ , 2011.
Diktat Kuliah Teknik Pemboran I, Universitas Trisakti.
Laboratorium  Teknik  Pemboran  dan  Produksi,  ”Penuntun  Praktikum  Lumpur  Pemboran”, 1980.
Rismanto,  Rizal  and  van  der  Zwaag,  Claas,  “Explorative  Study  of  NMR  Drilling  Fluids Measurement”, Annual Transactions of the Nordic Rheology Society vol. 15, 2007.
Sadya, Robani, “Diktat Kuliah Teknik Lumpur Pemboran”, Universitas Trisakti, 1984.
McFadyen,  Mike  et.al,  “New  Synthetic  Fluid  System  Provides  Stable  Cold-Temperature Rheologies”, 2002.