BAB 3
Pengukuran Viskositas dan Gel Strength
1. Tujuan Percobaan
1. Memahami fungsi lumpur dalam proses pemboran.
2. Memahami tentang cara pengukuran nilai viskositas relatif lumpur
pemboran dengan menggunakan marsh funnel.
3. Memahami tentang cara menentukan nilai viskositas nyata (apparent
viscosity), plastic viscosity, yield point, dan gel strength dengan
menggunakan fann VG meter.
4. Memahami rheology lumpur pemboran.
5. Mengetahui efek penambahan thinner dan thickener pada lumpur
pemboran.
6. Memahami prinsip dan cara kerja peralatan praktikum, yaitu marsh
funnel dan fann VG meter.
7. Memahami perubahan sifat lumpur pemboran akibat penambahan
berbagai jenis aditif.
2. Dasar Teori
Viskositas dan gel strength merupakan bagian yang pokok dalam
sifat-sifat rheology fluida pemboran. Pengukuran sifat-sifat rheology fluida
pemboran penting mengingat efektivitas pengangkatan cutting merupakan
fungsi langsung dari viskositas. Sifat gel pada lumpur juga penting pada
saat round trip sehingga dapat mencegah cutting mengendap didasar
sumur yang dapat menyebabkan kesukaran pengeboran selanjutnya.
Viskositas dan gel strength merupakan sebagian dari indikator baik
tidaknya suatu lumpur.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 28
Fluida pemboran dalam percobaan ini adalah lumpur pemboran.
Lumpur pemboran ini mengikuti model-model rheology Bingham Plastic,
Power Law. Diantara ketiga model ini, Bingham Plastic merupakan model
yang sederhana untuk fluida Non-Newtonian. Yang dimaksud fluida non-
Newtonian adalah fluida yang mempunyai harga viskositas tidak konstan,
bergantung pada besarnya geseran (shear rate) yang terjadi.
Pada setiap shear rate tertentu fluida mempunyai jumlah viskositas
yang biasa disebut dengan apparent viscosity dari suatu fluida pada shear
rate tersebut.
Berbeda dengan fluida newtonian yang mempunyai viskositas
konstan, fluida Non-Newtonian memperlihatkan suatu yield stress suatu
jumlah tertentu dari tahanan dalam yang harus diberikan agar fluida
mengalir seluruhnya.
Dalam percobaan ini pengukuran viskositas yang sederhana
dilakukan dengan menggunakan alat marsh funnel. Viskositas ini adalah
jumlah detik yang dibutuhkan lumpur sebanyak 0,9463 liter untuk mengalir
keluar dari corong marsh funnel. Bertambahnya viskositas ini direfleksikan
dalam bertambahnya apparent viscosity. Untuk fluida Non-Newtonian,
informasi yang didapatkan dengan marsh funnel memberikan suatu
gambaran rheology fluida yang tidak lengkap sehingga biasa digunakan
untuk membandingkan fluida yang baru (awal) dengan kondisi sekarang.
Viscosity plastic Yield point adalah bagian dari resistensi untuk
mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel. Gaya tarik menarik ini
disebabkan oleh muatan-muatan pada permukaan partikel yang didespersi
dalam fasa fluida. Gel strength dan yield point keduanya merupakan
ukuran dari gaya tarik menarik antar partikel. Gaya tarik menarik dalam
suatu sistem lumpur. Bedanya, gel strength merupakan ukuran gaya tarik
menarik yang statik sedangkan yield point merupakan ukuran gaya tarik
menarik yang dinamis.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 29
Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang
penting untuk laminar flow. Viskositas plastik (plastic viscosity) seringkali
digambarkan sebagai bagian dari resistensi untuk mengalir yang
disebabkan oleh friksi mekanik. Istilah thick mud digunakan untuk lumpur
dengan viskositas tinggi (kental) dan sebaliknya adalah thin mud (encer).
Ada dua anggapan mengenaai viskositas yang telah menyatakan
bahwa apabila terjadi pada suatu peristiwa:
1. Viskositas suatu lumpur yang terlalu tinggi maka akan menyebabkan:
a. Penetration turun,
b. Pressure loss tinggi.
c. Pressure surges yang berhubungan dengan loss circulation dan
swabbing yang berhubungan dengan bahaya blow out.
d. Sukar melepasnya gas dan cutting dari lumpur saat di permukaan
(conditioning equipment).
2. Viskositas lumpur yang terlalu rendah akan menyebabkan:
a. Pengangkatan cutting tidak baik.
b. Material pemberat lumpur diendapkan.
Gel strength adalah pembentukan padatan karena gaya tarik
menarik antara plat-plat clay kalau didiamkan dan ini bukan dalam sifat
aliran/gerakan melainkan statis. Maka dari itu dengan bertambahnya waktu
maka nilai pada gel strength akan bertambah besar. Pada operasi
pemboran gel strength harus normal karena apabila terlalu kecil
menyebabkan terendapnya cutting/pasir saat sirkulasi berhenti.
Dalam penentuan Harga Shear Stress dan Shear Rate.
Harga shear stress dan shear rate yang masing-masing dinyatakan dalam
bentuk penyimpangan skala penunjuk (dial reading) dan RPM motor, harus
diubah menjadi harga shear stress dan shear rate dalam satuan dyne/cm2
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 30
dan detik-1 agar diperoleh harga viskositas dalam satuan cp
(centipoise). Adapun persamaan tersebut sebagai berikut:
…………………………………………….……………………..(Persamaan 3.1)
…
……………………………………………….…………...…(Persamaan 3.2)
Keterangan :
= shear stress (dyne/cm2).
= shear stress (detik-1).
C = dial reading (derajat).
RPM = revolution per minute dari rotor.
Penentuan Harga viskositas nyata (Apparent Viscosity)
viskositas nyata (a) untuk setiap harga shear rate dihitung berdasarkan
hubungan:
………………………..….……..…………………………..(Persamaan 3.3)
………………………………………………………….(Persamaan 3.4)
Untuk menentukan plastic viscosity (p) dan yield point (Yp) dalam
field unit digunakan persamaan bingham plastic sebaagai berikut:
…………………………………………………………..(Persamaan 3.5)
Dengan memasukkan persamaan (3.1) dan (3.2) kedalam
persamaan (3.5) didapat:
……………………………………………………………....(Persamaan 3.6)
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 31
= 5,077 x C
= 1,704 x RPM
a = ❑❑ x100
a=300xCRPM
p = C600 - C300
p =C600−C 300Y 600−Y 300
………………………………………………………………….(Persamaan 3. 7)
Keterangan :
p = plastic viscosity (cp).
Yp = yield point bingham (lb/100ft2).
C600 = dial reading pada 600 RPM (derajat).
C300 = dial reading pada 300 RPM (derajat).
Harga gel strength dalam 100 lb/ft2 diperoleh secara langsung dari
pengukuran dengan alat fann VG meter. Simpangan skala penunjuk akibat
digerakkannya rotor pada kecepatan 3 RPM, langsung menunjukkan harga
gel strength 10 detik atau 10 menit dalam 100 lb/ft2.
3. Alat dan Bahan
3.1 Alat Yang Digunakan
Tabel 3.1
Alat-alat Laboratorium Beserta Fungsinya
No Nama Alat Fungsi Alat
1.
Gambar 3.1 Cup Mixer
Berfungsi sebagai wadah pada
saat mencampurkan (mixing)
bahan-bahan lumpur pemboran.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 32
Yp = C300 – p
2.
Gambar 3.2 Cup Mud Funnel
Untuk menampung lumpur pada
saat menentukan viskositas
relatif.
3.
Gambar 3.3 Fann VG Meter
Untuk mengetahui nilai nilai dari
viskositas nyata dan gel strength
suatu lumpur pemboran.
4.
Gambar 3.4 Gelas Kimia
Berfungsi untuk tempat
melarutkan suatu zat.
5.
Gambar 3.5 Gelas Ukur
Berfungsi untuk menghitung
volume suatu fluida.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 33
6.
Gambar 3.6 Marsh Funnel
Berfungsi untuk menentukan
visikositas relatif.
7.
Gambar 3.7 Mud Mixer
Berfungsi sebagai pengaduk
otomatis putarannya mengikuti
low, medium, dan high
tergantung setiap komponen
material lumpurnya.
8.
Gambar 3.8 Stopwatch
Berfungsi untuk menghitung
waktu dalam satuan detik.
9.
Gambar 3.9 Timbangan
Berfungsi untuk menimbang
material-material yang akan
dipakai untuk membuat lumpur,
dinyatakan dalam satuan gram.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 34
3.2 Bahan Yang Digunakan
a.Aquadest 350 mL.
b.Bentonite 22,5 gr.
c. CMC-LV 0,3 gr.
3.3 Gambar Rangkaian Alat
Marsh Funnel Rheometer
4. Prosedur Percobaan
4.1 Membuat Lumpur Untuk Mencari Viskositas Relatif.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 35
Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
Memasukkan aquadest sebanyak 350 mL ke dalam cup mixer.
Menambahkan bentonite ke dalam cup mixer yang sudah berisi
aquadest seberat 22,5 gram.
Menyimpan cup mixer ke bawah multi mixer, lalu menyalakan multi
mixer agar campuran tadi teraduk dengan kecepatan low selama 20
menit.
4.2 Membuat Lumpur Untuk Mencari NIlai Viskositas Nyata dan Gel
Strength.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 36
Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.
Memindahkan lumpur ke dalam gelas kimia.
Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
Memasukan aquadest sebanyak 350 mlke dalam cup mixer.
Mengaduk campuran tersebut dengan menggunakan multi mixer
selama 15 menit dengan kecepatan low.
Menambakan bentonite seberat 22,5 gr ke dalam cup mixer yang
sudah berisi aquadest
Mematikan multi mixer dan pindahkan lumpur yang sudah jadi ke
dalam gelas kimia.
Mengaduk kembali campuran yang sudah ditambahkan CMC-LV
dengan kecepatan low selama 5 menit.
Menambahkan CMC-LV seberat 0,1 gram ke dalam campuran
aquadest dan bentonite yang sudah tercampur.
4.3 Mencari Viskositas Relatif Lumpur
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 37
Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.
Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
Memasukan lumpur ke dalam cup marsh funnel sebanyak 946 ml atau
garis singgung yang ada di cup.
Mencatat hasil yang diperoleh dari waktu yang diperlukan untuk
mengalir dalam satuan detik.
Membuka jari tangan agar lumpur mengalir ke dalam cup sambil
menghitung berapa lama waktu yang diperoleh sampai lumpur habis
dialirkan.
Menutup bagian marsh funnel (corong) dengan jari tangan.
Menuangkan lumpur ke dalam marsh funnel tepat melalui saringan
yang ada pada marsh funnel.
Membersihkan dan dan merapihkan alat dan bahan yang telah
digunakan.
4.4 Mencari Viskositas Nyata dan Gel Strength.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 38
Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
Memasukan lumpur ke dalam cup sampai batas tepi yang sudah ada
pada cup mixer.
Meletakkan cup pada rheometer dengan kedudukannya rotor dan bob
tercelup lumpur.
Mengulangi langkah pengadukkan (mixing) pada kecepatan low 300
RPM, high 200 RPM, low 100 RPM, high 6 RPM, low 3 RPM.
Mengaduk lumpur dengan menggunakan rheometer dengan
kecepatan high dan skala 600 RPM, kemudian lihat nilai yang
diperoleh dan mencatatnya.
Mengaduk kembali dengan kecepatan rotor RPM high selama 10 detik,
lalu catat hasil yang diperoleh, kemudian diamkan lumpur yang baru
diaduk selama 10 menit, lalu amati jarum pengukuran sampai diam
(tidak bergerak) sampai menunjukkan angka dan lalu catat sebagai
hasil pengamatan.
Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.
5. Hasil Pengamatan
Tabel 3.2
Hasil Pengamatan Viskositas Relatif Pada Lumpur Pemboran
Bahan
Lumpur
Dasar
Komposisi SatuanUrutan
Mixing
Hasil
Pengamatan
(detik)
Aquadest 350 mL20’ L 107 detik
Bentonite 22,5 gr
Tabel 3.3
Hasil Pengamatan Viskositas Nyata Dan Gel Strength Pada Lumpur
Pemboran
Bahan Lumpur Dasar
Komposisi
SatuanUrutan Mixing
Rheometer
RPM Hasil Pengamatan
Aquadest 350 ml
15’ L
600 49
300 35
200 29
Bentonite 22,5 gr 100 22
6 9
3 8
CMC-LV 0,1 gr 5’ L
AV 24,5 cp
PV 14 cp
YP 21 lb/100ft2
GL 10” 11
GL 10’ 25
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 39
6. Pengolahan Data
1. Mencari AV (apparent viscosity).
Diketahui : R600= 49 derajat
Ditanya : AV = …?
Jawab : AV = R600
2
= 49 2
= 24,5 cp
2. Mencari PV (plastic viscosity)
Diketahui : a. R600 = 49 derajat
b. R300 = 35
Ditanya : PV = …?
Jawab : PV = R600 - R300
= 49 – 35
= 14 cp.
3. Mencari YP (yield point)
Diketahui : a. R300 = 35 derajat
b. PV = 14 cp.
Ditanya : YP = …?
Jawab : YP = R300 – PV
= 35 – 14
= 21 lb/100ft2.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 40
7. Pembahasan
Dalam percobaan yang ketiga yang berjudul “Pengukuran Viskositas
dan Gel Strength” mempunyai beberapa asumsi mengenai pembacaan
volume suatu lumpur tidak keliru, tekanan percobaan harus konstan dalam
pembacaan rheometer, tidak ada kontaminasi lumpur dengan material
lainnya, tidak ada kesalahan alat serta fungsi dari kinerja alat, dan
pembuatan lumpur dipastikan tepat komposisinya.
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk memahami fungsi lumpur
dalam proses pemboran, memahami tentang cara pengukuran nilai
viskositas relatif lumpur pemboran dengan menggunakan marsh funnel,
memahami tentang cara menentukan nilai viskositas nyata (apparent
viscosity), plastic viscosity, yield point, dan gel strength dengan
menggunakan fann VG meter, memahami rheology lumpur pemboran,
mengetahui efek penambahan thinner dan thickener pada lumpur
pemboran, memahami prinsip dan cara kerja peralatan praktikum, yaitu
marsh funnel dan fann VG meter, memahami perubahan sifat lumpur
pemboran akibat penambahan berbagai jenis aditif.
Alat yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah cup mixer
yang berfungsi sebagai wadah pada saat mencampurkan (mixing) bahan-
bahan lumpur pemboran, cup mud funnel berfungsi untuk menampung
lumpur pada saat menentukan viskositas relatif, fann VG meter berfungsi
untuk mengetahui nilai nilai dari viskositas nyata dan gel strength suatu
lumpur pemboran, gelas kimia berfungsi untuk tempat melarutkan suatu
zat, gelas ukur berfungsi untuk menghitung volume suatu fluida, marsh
funnel berfungsi untuk menentukan visikositas relatif, mud mixer berfungsi
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 41
sebagai pengaduk otomatis putarannya mengikuti low, medium, dan high
tergantung setiap komponen material lumpurnya, stopwatch berfungsi
untuk menghitung waktu dalam satuan detik, dan timbangan berfungsi
untuk menimbang material-material yang akan dipakai untuk membuat
lumpur, dinyatakan dalam satuan gram.
Bahan yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah aquadest
350 ml, bentonite 22,5 gr, dan CMC-LV 0,3 gr.
Viskositas dan gel strength merupakan bagian yang pokok dalam
sifat-sifat rheology fluida pemboran. Pengukuran sifat-sifat rheology fluida
pemboran penting mengingat efektivitas pengangkatan cutting merupakan
fungsi langsung dari viskositas.
Viscosity plastic Yield point adalah bagian dari resistensi untuk
mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel. Gaya tarik menarik ini
disebabkan oleh muatan-muatan pada permukaan partikel yang didespersi
dalam fasa fluida.
Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang
penting untuk laminar flow. Apabila viskositas tinggi akan menyebabkan
penetration turun dan pressure loss tinggi sehingga menimbulkan blow out.
Dalam percobaan ini sebagai fasa liquid digunakan air tawar
sedangkan reaktif solid digunakan bentonite dengan komposisi 22,5 gr
bentonite dalam 350 cc air. Fungsi fasa liquid dalam lumpur adalah
sebagai fasa continiu dan memberikan viskositas awal sedangkan reaktif
solid dapat memberikan viskositas yang lebih besar.
Penggunaan multi mixer dalam pengadukan campuran lumpur
dimaksudkan agar terjadi pencampuran yang sempurna. Semua prosedur
pembuatan lumpur dalam percobaan ini adalah ditujukan untuk keperluan
laboratorium, sedangkan untuk keperluan lapangan dengan kwantitas yang
lebih besar secara prinsip adalah sama.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 42
Penggunaan fann VG meter berdasarkan prinsip momen puntir
(torsi) yang terjadi diantara rotor dan bob, sehingga dari kecepatan putaran
dan jenis fluida tertentu kita dapat menentukan simpangan yang terbaca
(dial reading) akibat torsi tersebut, yang selanjutnya digunakan untuk
menentukan rheology fluida seperti apparent viscosity, plastic viscosity,
yield point dan gel strength.
Dari data perhitungan menggunakan rheology dengan kecepatan
600 RPM didapat nilai sebesar 49, kecepatan 300 RPM didapat nilai
sebesar 35, kecepatan 200 RPM didapat nilai sebesar 29, kecepatan 100
RPM didapat nilai sebesar 22, kecepatan 6 RPM didapat nilai sebesar 9,
kecepatan 3 RPM didapat nilai sebesar 8. Nilai apparent viscosisty yang
diapat adalah sebesar 24,5 cp, plastic viscosity sebesar 14 cp, yield point
sebesar 21 lb/100 ft2, GL dalam waktu 10 menit sebesar 11, dan GL pada
10 detik didapat sebesar 25, sedangkan waktu yang didapat pada
viskositas relatif adalah selama 107 detik.
Apabila kita melihat pada data hasil perhitungan apparent viscosity,
shear rate yang makin besar justru menurunkan viskositas. dirarenakan
apparent viscosity merupakan rasio antara shear stress dan shear rate,
dan apabila shear rate meningkat, maka shear stress juga meningkat.
Namun peningkatan shear stress tidak sebesar shear ratenya sehingga
rasio keduanya (apparent viscosity) menurun. Ini membuktikan bahwa
lumpur yang diuji bukan fluida Newtonian yang mempunyai rasio shear
stress dan shear rate (viskositas nyata) tetap
Langkah pertama kali dalam percobaan kali ini adalah membuat
lumpur, pada percobaan ini menggunakan 2 jenis lumpur dasar, pada
pembuatan lumpur dasar untuk menentukan nilai viskositas relatif, yaitu
menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, menyampurkan
aquadest sebanyak 350 ml dengan bentonite seberat 22,5 gram, lalu
mengaduknya dengan menggunakan multi mixer selama 20 menit dengan
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 43
kecepatan low. Sedangakan lumpur untuk menentukan nilai viskositas
nyata dan gel strength, yaitu menyiapkan alat dan bahan yang akan
digunakan, mencampurkan aquadest 350 ml dengan bentonite 22,5 gram,
lalu mengaduknya dengan menggunakan multi mixer selama 15 menit
dengan kecepatan low, kemudian menambahkan CMC-LV 0,1 gram, lalu
mengaduknya kembali selama 5 menit dengan kecepatan low. Untuk
menentukan nilai viskositas relatif, yaitu memasukkan lumpur kedalam cup
lalu menuangkan ke dalam corong yang ada saringannya dengan lubang
corong ditutup dengan jari agar tidak mengalir terlebih dahulu, lalu alirkan
lumpur kedalam cup yang kosong yang isinya sudah dituangkan kedalam
corong sambil menghitung berapa lama waktu yang diperlukan untuk
mengalirkan lumpur dengan menggunakan stopwatch, sedangkan untuk
menentukan nilai viskositas nyata dan gel strength, yaitu mengaduk lumpur
yang berada didalam cup dengan menggunaka fann VG meter dengan
kecepatan yang sudah diperintahkan, lalu melihat hasil yang diperoleh
pada percobaan ini dengan cara menunggu jarum fann VG meter berhenti,
lalu catat nilai yang didapat untuk hasil pengamatan.
Pada percobaan kali ini terdapat beberapa kesalahan, yaitu mengisi
lumpur ke dalam cup yang tidak teliti, dan menentukan nilai viskositas
relatif yang tidak akurat.
8. Kesimpulan
Pada percobaan kali ini yang berjudul Pengukuran Viskositas dan
Gel Strength dapat diambil kesimpulan, bahwa:
1. Viskositas dan gel strength merupakan indicator baik atau b uruknya
suatu lumpur.
2. Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang
penting untuk laminar flow.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 44
3. Gel strength merupakan pembentukan padatan karena gaya tarik
menarik antar plat-plat clay.
4. Pada percobaan kali ini sebagai fasa liquid digunakan air tawar
(aquadest) dan reaktif solid digunakan bentonite.
5. Hasil pengamatan viskositas relatif pada lumpur pemboran adalah 107
detik.
6. Hasil pengamatan viskositas nyata dan gel strength pada lumpur
pemboran didapat:
a. Pada skala 600 RPM kecepatan high di dapat sebesar 49.
b. Pada skala 300 RPM kecepatan low di dapat sebesar 35.
c. Pada skala 200 RPM kecepatan high di dapat sebesar 29.
d. Pada skala 100 RPM kecepatan low di dapat sebesar 22.
e. Pada skala 6 RPM kecepatan high di dapat sebesar 9.
f. Pada skala 3 RPM kecepatan low di dapat sebesar 8.
g. Nilai apparent viscosity di dapat sebesar 24,5 cp.
h. Nilai plastic viscosity di dapat sebesar 14 cp.
i. Nilai yield point di dapat sebesar 21 lb/100 ft2.
j. Nilai GL 10 menit di dapat sebesar 11.
k. Nilai GL 10 detik di dapat sebesar 25.
7. Teori hasil ideal dengan hasil pengamatan sama.
8. Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
a. Cup mixer.
b. Cup mud funnel.
c. Fann VG meter.
d. Gelass kimia.
e. Gelas ukur.
f. Marsh funnel.
g. Mud mixer.
h. Stopwatch.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 45
i. Timbangan.
9. Bahan yang digunakan adalah:
a. Aquadest 350 mL.
b. Bentonite 22,5 gr.
c. CMC-LV 0,3 gr.
Laporan Resmi Praktikum Uji Lab Lumpur 46
Top Related