BAB IV

PENGUJIAN RHEOLOGI SUSPENSI SEMEN

4.1. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan plastic viscosity dan yield point semen pemboran dengan

menggunakan fann vg meter

2. Memahami rheology semen pemboran

3. Mengetahui efek penambahan zat additif terhadap rheology suspensi

semen

4.2. DASAR TEORI

Pengujian rheologi suspensi semen dilakukan untuk menghitung hidrolika

operasi penyemenan. Penggunaan dari hubungan yang tepat pada perkiraan

kehilangan tekanan akibat friksi dan sifat-sifat aliran suspensi semen sangat

tergantung dari besaran pengukuran parameter rheologi dilaboratorium.

Ada dua tipe alat yang digunakan pada pengukuran rheologi suspensi semen,

yaitu Capillary Pipe Rheometers dan Coaxial Cylinder Rotational Viscometer.

Yang sering digunakan pada pengukuran rheology dilaboratorium adalah

Rotational Viscometer atau yang lebih dikenal dengan Rheometer/Fann VG

Meter.

Viskositas dan gel strength merupakan bagian pokok dalam sifat-sifat

rheology fluida pemboran. Yang dimaksud dengan fluida non-newtonian adalah

fluida yang mempunyai viskositas yang tidak konstan, karena tergantung dari

besarnya geseran (shear rate) yang terjadi. Berbeda dengan fluida newtonian yang

mempunyai viskositas konstan, fluida non-newtonian memperlihatkan suatu yield

stress dengan jumlah tertentu dari tahanan dalam yang harus diberikan agar fluida

dapat mengalir seluruhnya.

Viskositas plastik (plastic viscosity) seringkali digambarkan sebagai bagian

dari resistensi untuk mengalir yang disebabkan oleh friksi mekanik.

Yield point adalah bagian dari resistensi untuk mengalir yang dipengaruhi

oleh gaya tarik-menarik antar partikel. Gaya tarik-menarik ini disebabkan oleh

muatan-muatan pada permukaan partikel yang didispersi dalam fasa fluida.

Gel strength dan yield point keduanya merupakan ukuran gaya tarik-

menarik. Bedanya, gel strength merupakan ukuran gaya tarik-menarik yang statis

sedangkan yield point merupakan gaya tarik-menarik yang dinamis.

Dalam operasi penyemenan sebenarnya yang dimaksud dengan konsistensi

(consistency) adalah viskositas, hanya dalam pengukuran terdapat sedikit

perbedaan prinsip. Sehingga penggunaan konsistensi ini dapat dipakai untuk

membedakan viskositas pada operasi penyemenan dengan viskositas pada operasi

pemboran (lumpur pemboran).

Viskositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan. Viskositas

semen diukur dengan fann vg meter (multi speed rotational). Seperti pada

Stormer, pada alat ini digunakan dua silinder, tetapi putaran silinder dilakukan

oleh mesin synchonous yang dapat diatur jumlah putaran permenitnya (rpm) yaitu

3, 6, 300 dan 600 rpm dan torque yang perlu untuk putaran tersebut dapat dibaca

pada dial. Dengan alat ini (yang telah distandardisasi ukurannya), maka hasil

pengurangan torque antara ukuran 600 rpm dan 300 rpm merupakan plastic

viscosity semen dalam satuan cp (centipoise) sedangkan hasil pembacaan torque

pada 300 rpm dikurangi dengan plastic viscosity merupakan yield point semen

dalam satuan . Metode pengukuran viskositas dan yield point dengan alat

ini disebut metode ‘2 titik’.

dimana:

μp = plastic viscosity, cp

Yp = yield point,

= dial reading pada 600 rpm

= dial reading pada 300 rpm

Viskositas yang terlalu tinggi akan menyebabkan:

Penetration rate turun

Pressure lost tinggi karena terlalu banyaknya gesekan

Pressure surge yang berhubungan dengan lost circulation dan swabbing

berhubungan dengan terjadinya blow out

Sukar melepaskan gas dan cutting dari lumpur saat dipermukaan

Sedangkan viskositas yang terlalu rendah menyebabkan:

1. Pengangkatan cutting tidak maksimal

2. Material-material pemberat lumpur terendapkan

Gel strength adalah pembentukan padatan karena gaya tarik-menarik antara

plat-plat clay jika didiamkan dan ini bukan sifat dalam aliran tetapi dalam

keadaan statis dimana clay dapat mengatur diri. Maka dengan bertambahnya

waktu (yang terbatas) maka akan bertambah pula gel strength. Gel strength jangan

dikacaukan dengan yield point (minimum shear stress yang harus dilampaui

sebelum ada geseran) walaupun yield point yang tinggi berhubungan dengan gel

strength yang tinggi. Sifat yield point adalah sifat dinamis (ada aliran atau gerak)

sedang sifat gel strength adalah sifat statis (tak ada gerakan atau diam). Seperti

apa yang telah dapat diduga sebelumnya, pada umumnya viskositas yang tinggi

berhubungan dengan strength yang tinggi pula, hal ini dikarenakan oleh sifat

viskositas maupun gel strength yang berhubungan dengan sifat tarik-menarik

antar plat-plat pada clay.

4.3. ALAT DAN BAHAN

4.3.1. Alat

1. Timbangan digital

2. Blender

3. Fann vg meter

4. Gelas ukur

5. Stop watch

4.3.2. Bahan

1. Semen portland

2. Air

3. Sodium Silika

4.3.3 Gambar Alat

Gambar 4.1 Fann VG Meter

(Sumber : Laboratorium Analisa Semen Pemboran )

Gambar 4.2 Blender

(Sumber : Laboratorium Analisa Semen Pemboran )

Gambar 4.3 Timbangan Digital

(Sumber : Laboratorium Analisa Semen Pemboran )

4.4. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Mengisi bejana dengan suspensi semen yang telah disiapkan sampai batas

yang telah ditentukan

2. Meletakkan bejana pada tempatnya, mengatur skala kedudukan

sedemikian rupa sehingga rotor dan bob tercelup kedalam semen menurut

batas yang telah ditentukan

3. Menggerakkan rotor pada posisi high dan menempatkan kecepatan rotor

pada kedudukan 600 rpm. Pemutaran terus dilakukan sehingga

kedudukan skala (dial) mencapai keseimbangan. Mencatat harga yang

telah ditunjukkan skala sebagai pembacaan 600 rpm

4. Menurunkan kecepatan menjadi 300 rpm dan mencatat skala sebagai

pembacaan 300 rpm

5. Menghitung besarnya plastic viscosity dan yield point dengan

menggunakan persamaan:

dimana:

μp = plastic viscosity, cp

Yp = yield point,

= dial reading pada 600 rpm

= dial reading pada 300 rpm

4.5. HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN

4.5.1. Hasil Percobaan

Tabel IV-1.

Tabulasi Hasil Pengujian Rheology Suspensi Semen

Plug

Volume

Air

(ml)

Berat

Semen

(gram)

AdditivePV

(cp)

YP

(lb/100ft2)Bentonite

(gram)

Barite

(gram)

A 276 600 0 45 75

B 305 600 2 19.5 132.5

C 319.8 600 3 27 141

D 334.5 600 4 13 84

E 349.14 600 5 19 104

F 278.4 600 2 15 109

G 278.76 600 5 20 175

H 280 600 8 36 163

I 282.07 600 11 30 150

J 284 600 14 30 155

4.5.2. Perhitungan

Tipe semen = Portland kelas A

Berat semen = 600 gr

Additive yang digunakan = Barite

Berat additive = 2 gr

Vol. Air yang digunakan = WCR x Berat Semen

=

Vol. Penambahan air =

= 2,4 ml

Vol. Penambahan air total = Vol. air + Vol. penambahan air

= 276 ml + 2,4 ml

= 278,4 ml

C300 semen = 154 cp

C600 semen = 173 cp

PV (Plastic Viscosity) = C600 – C300

= 173 – 154

= 19 cp

YP (Yield Point) = C300 – PV

= 154 – 19

= 135 lb/100 ft2

4.6. PEMBAHASAN

Dalam percobaan pengujian rheologi ini penambahan barite dan bentonite

akan berpengaruh terhadap viskositas dari bubur semen karena sifat dari kedua zat

additif tersebut.

Extender adalah additif yang berfungsi untuk meningkatkan volume suspensi

semen, yang berhubungan dengan mengurangi densitas suspensi semen sehingga

akan menurunkan viskositas. Adapun yang termasuk extender yaitu bentonite.

Bentonite bersifat menghisap air, sehingga volume suspensi semen bisa menjadi

10 kali dari volume sebelum penambahan bentonite. Pengaruh lainnya dari

penambahan bentonite adalah yield semen turun, compressive strength menurun

dan permeabilitas naik.

Weighting agents adalah additif yang berfungsi meningkatkan densitas

suspensi semen, sehingga viskositas suspensi semen juga akan meningkat. Salah

satu weighting agent adalah barite. Barite merupakan additif yang paling umum

digunakan, baik untuk suspensi semen maupun dalam lumpur pemboran.

Penambahan barite harus disertai pula dengan penambahan air untuk membasahi

permukaan partikel barite yang besar. Pada umumnya additive barite digunakan

untuk sumur yang bertekanan formasi tinggi.

Pada percobaan yang dilakukan diperoleh = 173cp dan = 154cp

sehingga diperoleh plastic viscosity sebesar 19 cp dan yield point sebesar 135

.

Dari grafik hasil percobaan yang telah dilakukan oleh seluruh plug

menunjukkan bahwa penambahan bentonite pada semen tidak selalu menurunkan

plastic viscosity begitu juga dengan yield point. Hal ini tidak sesuai dengan teori

yang menunjukkan bahwa penambahan bentonite pada semen dasar akan

menurunkan plastic viscosity dan yield point, begitu juga dengan penambahan

barite pada semen dasar. Dari hasil percobaan menunjukkan bahwa penambahan

barite juga tidak selalu meningkatkan plastic viscosity dan yield point.

Plastic viscosity dan yield point pengaruhnya kecil terhadap waktu alir karena

ada tekanan pompa. Namun keduanya berpengaruh besar dalam Nre (bilangan

Reynold) yang mana keduanya dapat menentukan apakah aliran bubur semen

tersebut termasuk dalam aliran laminer, plug flow, atau turbulen.

Berdasarkan persamaan bilangan Reynolds untuk fluida non-Newtonian,

terlihat bahwa variabel kecepatan (velocity) menentukan jenis aliran. Semakin

besar velocity pompa, maka besarnya bilangan Reynold akan meningkat pula.

Sebagai contoh, jika kecepatan pompa 8 BPM, menghasilkan Nre = 3000, maka

aliran yang terjadi mungkin turbulen. Oleh karena itu kita harus mengurangi

kecepatan pompa agar aliran suspense semun di annulus menjadi laminer. Dari

persamaan bilangan Reynolds untuk fluida non-newtonian ini pula dapat

dibuktikan bahwa untuk velocity dan densitas serta diameter casing tetap, maka

besarnya plastic viscosity dan yield point berbanding terbalik dengan bilangan

Reynoldnya.

Aplikasi lapangannya adalah untuk menghitung hidrolika operasi

penyemenan, desain casing yang nantinya sangat menentukan dalam operasi

pemboran maksudnya untuk menentukan daya pompa yang akan digunakan, bila

viskositas besar maka daya pompa yang digunakan juga besar dikarenakan

gesekan yang dapat ditimbulkan oleh suspensi semen saat dipompakan ke dalam

sumur akan besar juga, begitu sebaliknya.

4.7. KESIMPULAN

1. Dari hasil percobaan diperoleh :

C300 semen = 210 cp

C600 semen = 180 cp

PV (Plastic Viscosity) = 30 cp

YP (Yield Point) = 150 lb/100 ft2

2. Plastic viscosity dan yield point pengaruhnya kecil terhadap waktu alir

karena ada tekanan pompa. Namun keduanya berpengaruh besar dalam

Nre (bilangan Reynold) yang mana keduanya dapat menentukan apakah

aliran bubur semen tersebut termasuk dalam aliran laminer, plug flow, atau

turbulen.

3. Aplikasi lapangannya adalah untuk menghitung hidrolika operasi

penyemenan, desain casing yang nantinya sangat menentukan dalam

operasi pemboran maksudnya untuk menentukan daya pompa yang akan

digunakan, bila viskositas besar maka daya pompa yang digunakan juga

besar dikarenakan gesekan yang dapat ditimbulkan oleh suspensi semen

saat dipompakan ke dalam sumur akan besar juga, begitu sebaliknya.