what is Cementing in oil and gas Field ?

Pengenalan Dasar Cementing

Oleh : Arif Eka Rahmanto

Berbagai jenis semen belakangan ini telah dikembangkan. Jenis semen yang banyak digunakan sekarang ini adalah jenis semen Portland. Semen jenis ini dibuat dengan cara mencampurkan batu gamping dengan lempung dan diproses pada suhu yang tinggi.

Semen Portland ini dikembangkan oleh yoseph aspdin pada tahun 1824, dan pertama kali digunakanpaa sumur minyak tahun 1903 dengan tujuan untuk menutup air. Pada saat itu digunakan semen konstruksibiasa dan harus menunggu sampai 28 hari sebelum dilakukan pengetesan dan pemboran selanjutnya. Kemudian untuk mengatasi masalah yang di jumpai pada penggunaan semen Portland pada waktu pemboran dalam, industri semen memodifikasi semen biasa dan menyesuaikannya dengan kondisi sumur minyak.

Komposisi Sement Pemboran ?

Pada umumnya terdapat 4 (empat) senyawa kimia yang berperan sebagai senyama aktif dalam semen. Bila semen mengalami hidrasi, sennyawa ini memberikan pengaruh besar dalam pembentukan kekuatan semen keringnya. Senyawa-senyawa tersebut antara lain :

1. Tricalcium Aluminate (C3A)
   C3A terbentuk dari perpaduan CaO dan Al203.
2. Tricalcium silicate (C3S)
   Senyawa ini dibentuk oleh reaksi antara CaO dan SiO2.
3. Dicalcium Silicate (C2S)
   Senyawa ini juga dihasilkan oleh reaksi antara CaO dan SiO2.
4. Tetracalcium Aluminoferrite (C4AF)
   C4AF dibentuk dari CaO, Al203, Fe203.
   
   

Semen merupakan salah satu bahan dasar penting untuk penyemenenan selubung sumur minyak, gas, dan panas bumi. Keberhasilan penyemenan pada dasarnya ditentukan oleh dua hal, yaitu :

• Kwalitas bahan penyemenan yang terdiri dari semen dasar (Neat Cement)
• Aditif. Komposisi bahan-bahan additif yang digunakan untuk optimalisasi penyemenan.

Operasi penyemenan yang tidak sempurna dapat menimbulkan banyak masalah, antara lain sulitnya mengontrol produksi pada tiap-tiap lapisan formasi produktifnya. Oleh karna itu type penyemenan terbagi menjadi 2 bagian yaitu :

1. Primary Cementing adalah penyemenan yang pertama kali dilakukan setelah casing diturunkan kelubang sumur. Primary Cementing juga terbagi menjadi beberapa bagian yaitu :

• Penyemenan Conductor Casing.
• Penyemenan Surface Casing.
• Penyemenan Intermediate.
• Penyemenan Production Casing.

2.Secondary Cementing adalah penyemenan tahap kedua atau penyemenan ulang untuk menyempurnakan primary cementing . Secondary Casing juga terdiri dari beberapa bagian yaitu :

• Squeeze Cementing : Penyemenan yang bertujuan untuk memperbaiki kebocoran atau kerusakan pada casing atau juga memperbaiki penyemenan pada Primary cementing yang belum sempurna.
• Re - Cementing : Untuk memperluas perlindungan casing diatas top semen serta menyempurnakan penyemenan pertama.
• Plug Back Cememting : tujuan untuk menutup atau meninggalkan sumur (Abandonment Well) Dan menutup zona air dibawah zona produksi minyak.

Setelah melakukan tahap tersebut maka tujuan penyemenan yang kita harapkan dapat tercapai. Adapun tujuan dari penyemenan yang kita lakukan antara lain :

1. Melindungi dan melekatkan casing pada dinding formasi.
2. Menutup daerah hilang sirkulasi dan mengisolasi lapisan dibelakang casing agar tidak terjadi komunikasi antar lapisan.
3. Mencegah penyusupan gas atau fluida formasi yang bertekanan tinggi ke celah antara casing dan formasi, yang dapat menimbulkan masalah yang yang membahayakan dipermukaan.
4. Menutup sumur yang akan ditinggalkan.
5. Memperbaiki casing yang rusak.
6. Memperbaiki kesalahan pada waktu perforasi.
   
   Oleh karna itu semen dapat diklasifikasikan atau dikelompokan menjadi beberapa type menurut API (API spec. 10) yaitu :

• Kelas A : Digunakan untuk penyemenan selubung sampai kedalaman 1830 meter (6000 ft) dan apabila sifat-sifat khusus dari formasi tidak disyarat.
• Kelas B : Digunakan untuk sumur sampai kedalaman 1830 meter (6000 ft) apabila kondisi formasi membutuhkan tahan sulfat sedang sampai tahan sulfat tinggi.
• Kelas C : Digunakan pada sumur dengan kedalaman 1830 meter (6000 ft) apabila kondisi membutuhkan sifat kekuatan awal yang tinggi.
• Kelas D : Digunakan untuk sumur dengan kedalaman 1830 meter (6000 ft) sampai kedalaman 3050 meter (10000 ft) dengan kondisi suhu dan tekanan sedang.
• Kelas E : Digunakan untuk sumur dengan kedalaman 3050 meter (10000 ft) sampai kedalaman 4270 meter (14000 ft) dengan kondisi suhu dan tekanan tinggi.
• Kelas F : Digunakan untuk sumur dengan kedalaman 3050 meter (10000 ft) sampai kedalaman 4880 meter (16000 ft) dengan kondisi suhu dan tekanan tinggi.
• Kelas G : Digunakan sebagai semen pemboran dasar untuk kedalaman 2440 meter (8000 ft), atau dapat digunakan dengan akselerator dan retarder untuk memperoleh batas jangkauan kedalaman sumur dan suhu yang lebuh luas.
• Kelas H : Digunakan sebagai semen pemboran dasar untuk kedalaman sampai 2440 meter (8000 ft) dan dapat digunakan dengan penambahan akselerator dan retarder untuk memperoleh batas jangkauan suhu dan kedalaman sumur yang lebih luas.
• Kelas J : Digunakan untuk semen dasar pemboran untuk kedalaman 3660 meter (12000 ft) samapai kedalaman 4880 meter (16000 ft) pada kondisi suhu dan tekanan yang amat tinggi atau dapat digunakan dengan penambahan akselerator dan retarder untuk memperoleh batas jangkauan sumur dan suhu yang lebih besar.

Dari Type - type semen diatas dapat ditambahkan campuran suatu bahan kimia tertentu yang dikenal dengan :

• Additive semen

Berbagai jenis additive telah banyak digunakan dalam penyemenan sumur-sumur minyak, gas dan panas bumi, dengan mempertimbangkan kondisi sumur seperti kedalaman, temperatur, dan tekanan.
Beberapa operator menggunakan berbagai jenis additive semen untuk berbagai kebutuhan, antara lain untuk :

1. Menambah dan mengurangi berat bubur semen.
2. Menambah volume bubur semen dengan biaya yang relatif rendah.
3. Mempercepat atau memperlambat waktu pengenjalan (thickening time).
4. Meningkatkan kekuatan.
5. Mengurangi water loss.

• Accelerators

Accelerators adalah zat yang dapat mempercepat proses pengerasan pada bubur semen, sehungga thickening time menjadi lebih singkat. Accelerator yang biasa digunakan adalah calcium chloride (CaCl2), sodium chloride (Salt-NaCl), gypsum cement, sodium silicate (Na2SiO2), air laut.
Cara Konvensional untuk mempercepat proses pengerasan bubur semen adalah dengan memperbesar densitas semen atau mengurangi jumlah air.

• Light Weight Additive

Additive ini berfungsi untuk membuat bubur semen lebih ringan. Digunakan untuk penyemenan pada formasi yang lemah dan tidak kuat menahan berat kolom semen.

• Heavy Weight Additive

Additive ini berfungsi untuk pemberat bubur semen. Additive ini digunakan untuk penyemenan pada formasi yang memiliki tekanan cukup tinggi, sehingga tekanan dalam kolom semen mampu mengimbangi tekanan formasi.

• Retarder
  Semen retarder adalah additive yang digunakan untuk memperpanjang waktu proses pengerasan bubur semen. Biasanya additive ini digunakan untuk penyemenan sumur-sumur dalam yang bertemperatur tinggi. Sehingga bubur semen tidak mengeras sebelum target tercapai.

• Lost Circulation – Control Agents

Additive jenis ini digunakan untuk menanggulangi kehilangan bubur semen pada saat proses penyemenan. Ada dua cara untuk menanggulangi kehilangan bubur semen, Yaitu :

1. Dengan mengurangi densitas bubur semen.
2. Dengan menambahkan material penyumbat, seperti serbuk gergaji, bubur kayu, plastik, dsb

Cara lain adalah dengan menambahkan nitrogen kedalam system Lumpur.

• Friction Reducer

Additive ini berfungsi untuk mengurangi kekentalan bubur semen, serta membuat turbulensi aliran bubur semen pada laju pemompaan yang rendah. Friction reducer juga sering dikenal dengan nama cement dispersant.

Bagaimana Sifat dasar semen itu sendiri ?

Adapun beberapa yang menjadi sifat dasar semen dan merupakan bagian yang penting untuk sebuah proses penyemenan yaitu :

1. Densitas

Rapat jenis dari bubur semen ( slurry) ditentukan oleh perbandingan campuran air dan bubuk semen, dimana makin tinggi kadar air maka makin kecil harga kerapatan bubur semen. Dapat dirumuskandengan persamaan :

Dbs = Gbk + Gw + Ga / Vbk + Vw + Va

Keterangan :

o Dbs = densitas suspensi semen
o Gbk = berat bubuk semen
o Ga = berat aditif
o Gw = berat air
o Vbk = volume suspensi semen
o Vw = volume air

o Va = volume aditif

2. Thickening Time

Thickening time ialah waktu yang diperlukan bubur semen untuk mencapai harga konsistensi 100 Bc. Persamaan umum :

Bc = (T - 78 x 2)/20

Keterangan :

Bc = konsistensi suspensi semen, (Uc)
T = harga torsi pada pembacaan alat, (g-cm)

3. Filtration Loss

Filtration loss adalah peristiwa hilangnya cairan dan suspensi semen kedalam formasi permeable yang dilaluinya. Ciran ini disebut dengan filtrat, filtrate kehilangan filtrate ini tidak boleh terlalu banyak, karena akan menyebabkan suspensi semen kekurangan air.

4. Water Cement Ratio (WCR)

Water cement ratio ialah perbandingan air yang dicampur dengan bubuk semen sewaktu suspensi semen dibuat. Jumlah air yang dicampurkan tidak boleh lebih atau kurang, karena akan mempengaruhi baik buruknya ikatan semen nantinya.

5. Waiting On Cement

Waiting On Cement atau waktu menunggu pengerasan suspensi semen yaitu waktu yang dihitung dari saat viper plug diturunkan kemudian plug dibor kembali untuk operasi selanjutnya. WOC ditentukan oleh berbagai faktor seperti tekanan dan temperatur sumur, WCR, kuat tekan dan aditif-aditif yang dicampur kedalam bubur semen yang pada umumnya sekitar 24 jam.

6. Permeabilitas

Permeabilitas diukur pada semen yang mengeras, maksudnya sama dengan permeabilitas batuan formasi yang berarti kemampuan suatu media untuk mengalirkan fluida. Semakin besar permeabilitas semen akan semakin banyak fluida yang melalui semen tersebut. Dalam hasil penyemenan permeabilitas yang diinginkan adalah tidak ada atau sekecil mungkin. Menurut rekomendasi dari API permeabilitas batuan semen adalah tidak boleh lebih dari 0,01 md.

Perhitungan Pemeabilitas (K) Satuan (mD) dapat dihitung dengan persaman darcy :

k = O x w x c x L x 2 / A x 200

Keterangan :

K = Permeabilitas, md
O = Ukuran orifice
L = Panjang sample, cm
C = Mercury reading
A = Luas permukaan, cm²

W = Water reading
200 = Konstanta yang ditentukan waktu kalibrasi orifice

7. Compressive Strength

Kekuatan pada semen dapat dibagi menjadi dua, yaitu compressive strength dan shear bond strength.

• Compressive strength didefinisikan sebagai kekuatan semen dalam menahan tekanan-tekanan horizontal
• shear bond strength didefinisikan sebagai kemampuan semen untuk menahan tekanan/beban dari arah vertical.

Pada temperatur tinggi akan terjadi gangguan pada kekuatan semen seiring dengan bertambahnya suhu, hal ini lebih dikenal dengan “strength retrogetion”. Hal ini mengubah komposisi komponen semen dan menyebabkan kekuatan dari semen hilang.

8. Shear Bond Strength

Shear bond strength didefinisikan kekuatan semen dalam menahan berat casing. Harga shear bond strength ini dapat dihitung dengan cara mengukur gaya tekan (compressive strengt)

9 Viskositas

Pengukuran viskositas pada bubur semen menggunakan istilah konsistensi karena bubur semen merupakan fluida non-newtoian. Harga konsistensi ini dapat dipengaruhi oleh kadar air dalam bubur semen dan dapat pula diubah dengan menggunakan bahan adiktiv

10 Hidrasi Semen

Hidrasi semen Portland adalah suatu reaksi kimia yang berurutan antara clinker, kalsium sulfat dan air sampai akhirnya suspensi semen mengeras. Akan Tetapi ada beberapa parameter yang perlu ditambahkan. Hidrasi dapat di kelompokan menjadai 2 kelompok yaitu :

1. Hidrasi dengan temperatur rendah

2. Hidrasi denga n temperatur tinggi.

Beberapa dasar pertimbangan penyemenan ?

Ada beberapa dasar pertimbangan yaitu :

1. Lubang sumur
2. Fluida pemboran
3. Casing
4. Pekerjaan Rig
5. Komposisi Penyemenan
6. Campuran bahan bahan sement
7. Orang atau pekerja
8. Temperatur

Jadi ?

Semen terdiri dari berbagai campuran bahan kimia yang penggunaanya disesuaikan dengan kebutuhan. sifat semen sendiri sangat di pengaruhi oleh lingkungan, oleh karna itu pengambilan keputusan harus mempertimbangkan beberapa faktor yang telah dibahas diatas. ada beberpa tahap / proses cementing yang seca umum dapa di jabarkan , yaitu :

1. Tahap awal : Pengumpulan data, estimasi keekonomian, bahan yang di perlukan , dsbnya.

2. Tahap Pelaksanaan : Prosedur pengerjaan sangat bergantung pada personal pekerja yang melaksanakan SOP ( Standart Operasional Prosedur)

3. Tahap Pasca : perawawtan sumur, penmgecekan sumur, dsbnya.

Sumber tulisan :

1. API Apecification for Material and Testing for Well Cement”, API Spec 10, 4” Edition, 1988
2. Diktat Kuliah Teknik Pemboran II, Jurusan Teknik Perminyakan, Universitas, Trisakti
3. Penuntun Praktikum Teknik Lumpur Pemboran, Laboratorium Teknik Pemboran Dan Produksi, Jurusan Teknik Perminyakan, Jakarta, 2001
4. “ Cementing Technology”, Dowell Schlumberger., 1984
5. Dwight, K, Smith, “Cementing”, Monograph Volume 4 Of The Henry L Doherty Series, New York, 1976