7/28/2019 Pembahasan Kcl Phpa

1/5

BAB V

PEMBAHASAN

Formasi shale yang banyak mengandung mineral lempung yang reaktif terhadap air yaitu

mineral dari kelompok smectite (montmorillonite) dan vermicullite akan selalu mengembang

bila terinvasi oleh air dari luar. Proses pengembangan lempung ini disebabkan oleh plate-plate

dari lempung yang terikat secara lemah. Muatan-muatan ion yang tidak seimbang dan lemahnya

ion-ion positif terikat oleh atom pusatnya semakin mendukung kuatnya proses pengembangan

lempung. Mekanisme dari luar yang mendukung terjadinya clay swelling adalah invasi air filtrat

lumpur yang kemudian dihidrasi mineral clay dalam formasi. Proses hidrasi terjadi menurut

proses hidrasi osmosis dan hidrasi permukaan. Hidrasi osmosis yang mempunyai peran lebih

besar dalam proses swelling, dimana dalam hidrasi osmosis shale akan menyerap air dalam

jumlah besar, sehingga akan menyebabkan lemahnya ikatan antar plat-plat lempung dalam

shale.

Formasi shale yang mengandung clay yang mempunyai kemungkinan mengembang

yang ditemui dalam operasi pemboran akan menimbulkan berbagai masalah yang merugikan.

Permasalahan ini dimulai dengan masuknya filtrat lumpur ke dalam formasi shale yang

kemudian diikuti pengembangan lempung. Pengembangan lempung akan menimbulkan

berbagai masalah yang meliputi mud making shale, ketidakstabilan lubang pemboran

(sloughing, caving) dan formation damage. Hal-hal tersebut diikuti berbagai masalah yang

merugikan yaitu pembesaran lubang pemboran, terjepitnya pipa pemboran, rheology lumpur

pemboran yang tidak stabil, panjangnya rig time, hasil penyemenan yang buruk, jumlah sak

semen yang bertambah, mempersulit operasi logging dan resolusi hasil log yang kurang bagus

dan lain-lainnya.

Kerusakan formasi terjadi pada formasi produktif, terutama formasi batupasir yang di

dalamnya mengandung shale yang tersebar secara struktural dan dispersi akibat invasi flitrat

lumpur. Formasi damage disebabkan oleh mengembangnya shale yang akan mengurangi volume

pori-pori batuan dan formation damage dapat juga disebabkan oleh migrasi solid fine yang akan

menutup pore throat. Formation damage akan menghambat laju aliran fluida produksi dari

formasi ke lubang pemboran (skin effect).

Untuk mengatasi permsalahan ini telah dibuat berbagai program perencanaan lumpur

pemboran yang pada intinya dibagi dua yaitu lumpur dasar minyak dan lumpur dasar air yang

telah banyak digunakan di lapangan.

Studi yang dilakukan di laboratorium ini adalah menganalisa lumpur KCl-PHPA yang

telah banyak digunakan untuk mengatasi masalah shale reaktif di lapangan.

7/28/2019 Pembahasan Kcl Phpa

2/5

Lumpur KCl-PHPA adalah lumpur dasar air tawar dimana digunakan additif utama KCl

dan PHPA sebagai penstabil shale, tanpa mengurangi peranan material-material pembentuk

lumpur lainnya.

KCl dalam air tawar akan terurai menjadi ion K+ dan CL-. Dalam menstabilkan mineral

shale ion-ion K+ akan menggantikan kedudukan ion Na+ dan dalam plate-plate lempung ion-ion

K+ akan terikat jauh lebih kuat dibandingkan ikatan antar ion Na+ dengan plate lempung atau

antar plate lempung dengan air, sehingga daya tolak menolak antar plate-plate lempung dalam

air akan berkurang atau ikatan antar plate-nya akan senakin kuat. Disamping mekanisme

tersebut, ion-ion K+ dengan jari-jari atomnya yang besar akan menutup microfracture sehingga

mengurangi hidrasi osmosis shale. Keterlibatan partialy hydrolized polyacrilamide (PHPA)

dalam menstabilkan shale adalah kemudahannya larut dalam lumpur yang mengandung

elektrolit dan adanya muatan negatif pada bagian yang terhidrolisa akan meningkatkan daya

rekat dan adsorbsi polimer terhadap partikel-pertikel lempung. Adsorbsi polimer PHPA oleh

plate-plate lempung ditingkatkan dengan kehadiran potasium chloride diatas 2% (7 ppb).

Adsorbsi polimer akan mengurangi swelling dengan cara melingkupi plate-plate lempung

bersama dalam kelompok-kelompok yang mengurangi kemungkinan berhubungan dengan air.

Seberapa besar pengurangan swelling lempung yang terjadi tergantung pada konsentrasi KCl

dan PHPA dalam fasa cair lumpur. Hal ini telah dibuktikan melalui tes pengembangan clay

dengan alat Geonor Swelling Apparatus

Rheology dan Sifat Lumpur Lainnya

Hasil tes yang telah ditunjukkan dalam gambar 4-11 sampai gambar 4-37 menunjukkan

adanya pengaruh yang besar terhadap perubahan rheology dan sifat lumpur lainnya yang

disebabkan oleh perubahan konsentrasi KCl dan PHPA.

Viscositas

Berdasarkan hasil pengamatan terhadap viscositas baik itu viscositas plastik maupun viscositas

nyata, terlihat terjadi penurunan akibat penambahan konsentrasi KCl dalam lumpur pemboran.

Hal ini dapat dijelaskan dengan ditambahkannya KCl dalam lumpur yang kemudian terurai

menjadi ion K+ dan Cl-, dimana ion K+ akan menggantikan ion Na+ atau molekul air akan terikat

dalam plate-plate lempung dan Cl- akan menarik molekul-molekul air dari plate-plate lempung.

Dengan demikian gaya tolak-menolak antar plate-plate akan turun dan plate-plate clay akan

menggumpal dengan melepaskan air bebas di luar gumpalan-gumpalan tersebut. Adanya air

7/28/2019 Pembahasan Kcl Phpa

3/5

bebas inilah yang menurunkan viscositas lumpur (gambar 4-13 dan gambar 4-16). Proses

flokulasi ini dapat juga disebut sebagai berkurangnya sifat mengembang dan dispersi lumpur.

Dengan menambahkan polimer PHPA ke dalam lumpur maka viscositas akan naik, dimana

semakin banyak polimer ditambahkan viscositas semakin tinggi. Naiknya viscositas ini bukan

disebabkan karena terjadinya deflokulasi pada reaktive solid (bentonite), sebab polimer PHPA

sifatnya justru mengurangi swelling lumpur dengan membungkusnya dalam kelompok-

kelompok yang membatasi kontak antar reactive solid dengan air. Naiknya viscositas

disebabkan PHPA yang mempunyai molekul dengan rantai yang sangat panjang dimana bila

terlarut dalam air akan menaikkan viscositas, jadi yang menyebabkan naiknya viscositas lumpur

adalah naiknya viscositas air bebas karena melarutkan polimer.

Menaikkan harga viscositas ini sangat penting sebab viscositas rendah akan menyebabkan

mengendapnya cutting yang akan menimbulkan masalah-masalah yang merugikan.

Gel Strength

Gel strength adalah gaya tarik menarik antar plate-plate lempung untuk membentuk suatu

padatan dalam kondisi statik. Gel strength lumpur akan bertambah besar dengan bertambahnya

waktu (tak terbatas). Dari gambar 4-19 sampai gambar 4-24 terlihat jelas gel strength 10 menit

lebih besar dari gel strength 10 detik. Penambahan KCl akan menurunkan gel strength, baik itu

gel strength 10 detik maupun gel strength 10 menit. Gel strength yang rendah akan

menyebabkan terendapkannya cutting bila pompa dihentikan. harga gel strength dijaga

(ditingkatkan) dengan menambahkan PHPA. PHPA dengan rantai yang sangat panjang akan

meningkatkan jalinan antar plate-plate clay, sehingga meningkatkan harga gel strength.

Perubahan gel strength dari 10 detik ke 10 menit menunjukkan sifat thixotropic lumpur. Dari

gambar 4-19 sampai gambar 4-24 terlihat penambahan PHPA akan menaikkan perubahan gel

strength lumpur, yang berarti lumpur semakin cepat membentuk padatan (gel).

Yield Point

Yield point seperti halnya gel strength lumpur akan turun dengan ditambahkanya KCl dan akan

meningkat lagi dengan ditambahkannya PHPA. Yield point adalah gaya tarik menarik antar

partikel-partikel lempung dalam kondisi dinamik. Perbandingan viscositas plastik terhadap yield

point lumpur KCl-PHPA yang diukur berkisar dari 1 sampai 1,4. Hal ini menunjukkan bahwa

lumpur terjaga dari shear degradation (penurunan viscositas secara tajam oleh naiknya shear

rate, rpm). Batasan API terhadap perbandingan viscositas plastik dengan yield point yang baik

adalah dibawah 3.

7/28/2019 Pembahasan Kcl Phpa

4/5

Filtration Loss Dan Mud Cake

API volume filtrat lumpur akan naik dengan ditambahkanya KCl. KCl dalam lumpur akan

menyebabkan terflokulasinya bentonite dan melepaskan air bebas. Air bebas inilah yang

memperbesar volume filtrat. Ketika dicoba air + 10 ppb bentonite, API volume filtrat 23,6 ml.

Ketika ditambahkan 20 ppb, API volume filtrat meningkat secara luar biasa 156 ml dengan

meninggalkan mud cake lebih dari 1 cm. Sedangkan untuk air + 10 ppb bentonite + 1 ppb

PHPA, API volume filtratnya menurun menjadi 11,5 ml (gambar 4-50).

Dalam sistem lumpur dasar yang banyak digunakan di lapangan, lumpur telah diperbaiki dengan

berbagai additive diantaranya fluids loss reducer, sehingga penambahan KCl dalam lumpur

dasar hanya sedikit menaikkan API volume filtrat.

dari data hasil pengamatan terlihat penambahan PHPA akan menurunkan API volume filtrat.

Hal ini dapat diterangkan bahwa polimer akan terserap ke permukaan mud cake, melapisi mud

cake dan menurunkan permeabilitas mud cake. Dapat dilihat dalam gambar 4-29 sampai 4-33

lumpur KCl-PHPA yang telah banyak digunakan di lapangan ini memiliki API volume filtrat

yang kecil (berkisar antara 5 -7 ml). Volume filtrat yang kecil ini sangat diperlukan dalam

pemboran formasi shale. karena semakin kecil filtrat yang masuk maka akan semakin kecil

kemungkinan kontak antara air filtrat dengan clay reactive, yang berarti semakin kecil

kemungkinan terjadi masalah yang ditimbulkan akibat swelling. Volume filtrat yang kecil juga

menyisakan mud filtrat yang tipis dan keras, sehingga menghindari terjadinya pipe sticking.

pH Lumpur

Berdasarkan gambar 4-35 terlihat bahwa pH lumpur dasar akan turun baik itu dengan

ditambahkannya KCl atau PHPA secara sendiri-sendiri. Kemudian dari gambar 4-36 dan

gambar 4-37 terlihat penambahan PHPA pada lumpur dengan kandungan KCl, justru akan

menaikkan pH. Hal ini dapat dijelaskan bahwa mula-mula lumpur dasar yang mempunyai pH

tinggi (9,3 dan 9,8) akan turun dengan penambahan KCl yang merupakan garam normal (pH

KCl sekitar 7), kemudian penambahan PHPA yang merupakan polimer non-ionik yang telah

dihidrolisa sebagian (diberi ion OH-) akan menaikkan pH lumpur. Sedangkan dari data gambar

4-35 dapat menunjukkan bahwa polimer PHPA sebagai sistem tersendiri mempunyai pH yang

terletak antara pH lumpur dasar dan pH KCl.

Dari seluruh hasil uji rheology didapatkan untuk perlakukan yang berbeda, yaitu bahwa

berdasarkan API RP 13 B (didiamkan 24 jam) dan berdasarkan API RP 13 I (rolling oven 16

7/28/2019 Pembahasan Kcl Phpa

5/5

jam pada temperatur 150oF) didapatkan hasil yang berbeda. Untuk lumpur dengan beban

temperatur (API RP 13 I) terjadi penurunan terhadap rheologi lumpur. Hal ini dapat diterangkan

bahwa kenaikkan temperatur akan meningkatkan kecepatan reaksi kimia, dimana ikatan antara

air dengan clay terurai sebagian dan menghasilkan air bebas yang menurunkan rheology lumpur

secara keseluruhan.

Dispersi Shale

Shale yang terdispersi ke dalam lumpur akan menikkan laju pembentukkan solid (solid

build up), suatu hal yang sangat tidak dikehendaki terjadi pada lumpur polimer, karena akan

menimbulkan ketidakstabilan rheology lumpur pemboran. Penambahan KCL dan PHPA akan

mengurangi terdispersinya shale dalam lumpur. Mekanismenya seperti yang telah diuraikan di

depan, yang pada prinsipnya adalah meningkatkan ikatan antara plate-plate lempung dan

mengurangi kontak antara shale dengan air.

Kapasitas Pergantian Kation (CEC)

Berdasarkan tes methylene blue didapatkan CEC shale nilam sebesar 11 meq/100 ml,

yang berarti shale ini masuk dalam kelompok moderate (bound water) dengan kandungan

lempung illite dan lapisan campuran antara montmorillonite illite. Dalam kelompok ini shale

mempunyai kemungkinan untuk mengembang meskipun tidak terlalu besar, hal ini telah

dibuktikan dalam tes swelling.

Kapasitas pergantian kation turun dengan ditambahkanya KCl dalam lumpur, hal ini

disebabkan ion K+ dari KCl terikat lebih kuat dalm plate-plate lempung, sehingga lebih sulit

untuksaling bertukaran. Demikian pula dengan penambahan PHPA yang melingkupi partikel-

partikel lempung bentonite, sehingga mengurangi kontak antara plate-plate lempung dengan air

dan ini berarti mengurangi derajat pertukaran kation dalam lempung. Hal yang mungkin untuk

diperhatikan adalah bahwa tes methylene blue pada lumpur polimer dengan kandungan polimer

organik akan kurang baik hasilnya apabila penambahan Hydrogen Peroksida tidak tepat, karena

polimer organik akan ikut menyerap methylene blue.