Sifat Fisik Lumpur

Komposisi dan sifat–sifat lumpur bor sangat berpengaruh terhadap operasi pemboran, perencanaan casing, drilling rate dan komplesi. Misalnya pada daerah batuan lunak, pengontrolan sifat–sifat lumpur sangat diperlukan tetapi didaerah batuan–batuan keras sifat–sifat ini tidak terlalu kritis, sehingga air biasapun kadang–kadang dapat digunakan. Dengan ini dapat dikatakan bahwa sifat–sifat geologi suatu daerah menentukan pula jenis–jenis lumpur yang akan digunakan. Adapun sifat–sifat lumpur pemboran tersebut adalah : densitas, viscositas, gel strength, filtration loss dan mud cake, kandungan padatan, kandungan minyak dalam lumpur serta kandungan hidrogen.

1. Densitas

Densitas lumpur yang dipilih biasanya serendah mungkin untuk mencapai laju pemboran yang optimum tetapi bisa menahan tekanan formasi.  Selain itu densitas lumpur dijaga agar tidak melebihi  gradien rekah formasi, karena bisa menyebabkan hilangnya lumpur pada bagian formasi yang rekah. Densitas lumpur pemboran dinyatakan dalam berat fluida pemboran per satuan volume dan biasanya diukur menggunakan mud balance, dengan satuan ppg atau lb/ft³. Efek densitas lumpur terhadap laju pemboran terutama adalah adanya tekanan hidrostatik lumpur.
Dengan adanya tekanan hidrostatik ini akan timbul selisih tekanan antara tekanan hidrostatik dengan tekanan formasi.  Bila selisih tekanan ini besar, serbuk bor hasil pemboran akan sulit diangkat dari dasr lubang bor.  Keadaan ini disebut chip hold down effect.  Akibat dari keadaan ini, serbuk bor akan dibor ulang (regrinding/recutting) sehingga laju pemboran akan menurun.  Tekanan hidrostatik lumpur dapat dinyatakan sebagai :

Ph =0.052 x γ_m x D
dimana :
Ph  = tekanan hidrostatik, psi
γ_m    = densitas lumpur pemboran, ppg
D    = tinggi kolom lumpur, ft
Densitas dapat di bagi menjadi 3 bagian yaitu: EMW (Equivalent Mud Weight) yang artinya densitas yang berasal dari fluida formasi (statis), untuk mendapatkan densitas ini sebagai cerminan densitas lumpur. Densitas Lumpur yaitu densitas lumpur yang di rencanakan. ECD (Equivalent Circulation Density) yaitu densitas dari lumpur yang telah tersirkulasi. Dalam penggunaannya, kontrol terhadap densitas ini sangat penting, karena bila terlalu berat dapat menyebabkan hilang sirkulasi dan apabila terlalu ringan akan memyebabkan terjadinya kick dan semburan liar (blow-out). Berat jenis lumpur diukur secara periodik. Pengukuran adalah untuk lumpur yang mau dipompakan, sample diambil di suction tank.
Pengukuran yang lain adalah lumpur yang kembali dari dalam lubang, sample diambil di flow line. Bila berat jenis yang keluar lebih kecil dari pengukuran sebelumnya, berarti sumur sudah well kick. Jadi  sample lumpur yang diukur adalah  : lumpur yang mau dipompakan (disirkulasikan ), densitas lumpur, lumpur yang keluar dari dalam lubang, ECD.
Lumpur yang mau disirkulasikan perlu diukur agar berat jenis lumpur yang mau disirkulasikan sesuai dengan berat jenis lumpur yang direkomendasikan. Sedangkan   Lumpur yang keluar dari dalam lubang perlu diukur untuk melihat perubahan harga berat jenis lumpur. Bila berat jenis lumpur yang keluar lebih kecil dari pengukuran sebelumnya berarti sudah terjadi well kick. Alat untuk mengukur berat jenis umpur adalah mud balance.

2. Viskositas

Viskositas lumpur memegang peranan dalam pengangkatan cuttings dari dasar lubang ke permukaan.
Kalau viskositas lumpur rendah :

• Cutting tidak terangkat dengan sempurna yang artinya cutting akan terakumulasi di sekeliling rangkaian pemboran (drill collar). Sehingga rangkaian pemboran dapat terjepit
• Rate of penetration rendah (laju pemboran). Karena cuttings di bawah bit tidak cepat keluar, dan akibatnya cuttings dibor kembali.

Viskositas lumpur yang keluar dari dalam lubang akan bertambah bila menembus batuan yang reactive solid, karena cuttings akan bereksi  dengan air yang terdapat dalam lumpur. Misalnya clay yang bereaksi dengan air tawar akan menaikkan viskositas lumpur. Viskositas lumpur pemboran juga akan naik bila terkontaminasi oleh anhydrite dan gypsum. Selain dari itu  viskositas lumpur pemboran akan naik pula bila terlalu banyak padatan yang tidak bereksi (inert solid) di dalamnya. Karena padatan-padatan ini terkurung di antara padatan-padatan yang bereaksi.
Bila kenaikkan viskositas lumpur pemboran disebabkan oleh terlalu banyak padatan yang  tidak bereksi didalamnya, viskositas lumpur dapat diturunkan dengan jalan menambahkan fasa cair ke dalamnya, misalkan dengan menambahkan air. Untuk lumpur minyak fasa cair yang ditambahkan adalah minyak. Akan tetapi bila kenaikan viskositas lumpur pemboran disebabkan terjadinya reaksi padatan yang reaktif dengan fasa cair atau terkontaminasi, maka untuk menurunkan viskositas adalah dengan menambahkan thinner. Kalau lumpur terlalu kental (viskositas tinggi), akan mengakibatkan :

1. Sulit untuk melepaskan/memisahkan cuttings yang halus di permukaan. Cuttings yang lolos dari shale shaker  tidak bisa mengendap dalam settling tank.
2. Berat jenis lumpur akan bertambah, cutting yang inert solid dapat menaikkan berat jenis Lumpur.
3. Peralatan sirkulasi lumpur akan terkikis, cuttings yang berupa abrasive solid dapat mengikis peralatan sirkulasi lumpur.
4. Kerja pompa akan bertambah berat, viskositas yang tinggi akan menyebabkan pressure loss tinggi, sehingga tenaga untuk mensirkulasikan Lumpur menjadi tinggi.
5. Mengundang terjadi swab effect saat mencabut rangkaian pemboran dari dasar lubang. Dengan viskositas Lumpur tinggi Lumpur yang berada di atas bit terlambat turun ke bawah bit. Ruang di bawah bit akan vakum, dan fluida formasi akan terisap masuk lubang,  Sehingga terjadi well kick. Untuk menurunkan viskositas lumpur ditambahkan thinner.

Mengingat viskositas Lumpur pemboran yang terlalu rendah, maupun yang terlalu tinggi menimbulkan masalah, maka viskositas Lumpur harus diukur secara periodik. Lumpur yang diukur adalah yang akan masuk ke dalam lubang dan yang kembali dari dalam lubang.
Viskositas lumpur diukur dengan : Marsh Funnel, Fann VG Meter (Viscosimeter ).

3. Gel Strength

Gelstrength adalah gaya tarik menarik antara partikel-partikel lumpur pemboran. Gelstrength disebut juga dengan daya agar atau daya pulut. Gelstrength  adalah sifat lumpur yang berperan untuk  menahan cuttings dan material pemberat lumpur pemboran tidak turun diwaktu lumpur tidak bersirkulasi. Sehingga cuttings dan material pemberat lumpur tidak menumpuk di annulus di sekeliling rangkaian pemboran.  Gel strength akan naik dengan bertambahnya waktu. Kalau gelstrength terlalu besar akibatnya adalah tekanan yang diperlukan untuk memulai sirkulasi kembali menjadi tinggi, dengan kata lain kerja pompa akan berat. Kalau dipaksakan memulai sirkulasi dengan tekanan tinggi, dapat memecahkan formasi bila formasi tidak kuat menerimanya. Formasi akan pecah (formation break down).
Untuk itu diperlukan break circulation setelah lumpur diam.Break circulatian maksudnya adalah memecah gel dari lumpur sebelum memulai sirkulasi kembali.  Lumpur diam yang cukup lama adalah saat dilakukan pencabutan rangkaian pemboran, sehingga gelstrength menjadi tinggi.
Untuk itu dilakukan break circulation sebagai berikut :

1. Turunkan rangkaian pemboran sampai bit di casing shoe,
2. Putar rangkaian
3. Jalankan pompa lumpur secara bertahap, sampai rate sirkulasi yang diperlukan.  Kalau rate pemompaan langsung ke rate yang diperlukan maka terjadi formation break down.  Lakukan satu sirkulasi penuh.
4. Matikan pompa
5. Turunkan rangkaian pemboran sampai bit di dasar lubang, dan ulangi langkah b sampai langkah c.

Additive untuk menaikkan dan menurunkan  harga gelstrength dan yield point lumpur pemboran tambahkan additive-additive seperti untuk viskositas lumpur. Alat untuk mengukur gelstrength lumpur pemboran sama dengan alat untuk mengukur viskositas lumpur, yaitu viscosimeter.

4. Filtration Loss dan Mud Cake

Filtration loss merupakan kehilangan sebagian dari fasa cair (air filtrat) lumpur pemboran karena masuk ke dalam formasi permeabel, sedangkan fasa padat akan tersaring di muka lapisan membentuk lapisan yang disebut dengan mud cake, yang berfungsi juga sebagai penguat dinding lubang bor, sehingga tidak mudah runtuh.  Naiknya filtration loss akan dapat melunakkan batuan formasi dan menurunkan compressive strength batuan.  Oleh karena itu makin besar harga filtration loss akan semakin besar laju pemboran.  Akan tetapi pada beberapa daerah, harga filtration loss tidak boleh terlalu tinggi untuk mencegah gugurnya lubang bor, .teruitama pada daerah formasi shale.   Selain itu pemboran dengan filtration loss yang besar dapat menyebabkan menebalnya mud cake yang dapat menyebabkan terjepitnya pipa bor dan filtratnya dapat menyusup ke dalam formasi yang bisa menyebabkan formation damage atau kerusakan formasi.  Kerusakan itu dapat berupa pengembangan clay, penyumbatan porositas di sekitar lubang bor ataupun penurunan permeabilitas efektif minyak. Maka dari itu filtration loss yang diinginkan adalah yang mempunyai keseimbangan, yaitu dapat memberikan laju pemboran yang maksimum tanpa menyebabkan problem gugur lubang bor.  Filtration loss diukur dengan menggunakan standard filterpress. Additive yang biasa dipakai untuk mengurangi filtration loss pada lumpur antara lain : bentonite, emulsified oil, dispersant, CMC dan starch.

5. Kandungan Padatan (solid Content)

Laju pemboran turun dengan naiknya solid content (kadar padatan dalam lumpur) yang mungkin disebabkan oleh partikel-partikel padatan menghalangi kontak antara gigi pahat dan batuan. Disamping itu Bila sand content tinggi : Saluran sirkulasi lumpur akan terkikis,  karena pasir bersifat abrasive. Berat jenis lumpur akan naik, karena inert solid berat jenis lumpur akan naik. Alat Ukurnya adalah Sand Content Set ( Sand content Kid).

6. Kandungan Minyak (Oil Content)

Kandungan minyak adalah banyaknya minyak yang terkandung dalam lumpur emulsi dimana air sebagai bahan dasarnya. Lumpur emulsi yang baik adalah lumpur dengan kadar minyak optimum lebih kurang sebesar 15% – 20% kadar minyak dalam lumpur emulsi mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap laju pemboran. Hal ini terutama karena minyak akan memberikan pelumasan sehingga pahat lebih awet, mengurangi pembesaran lubang bor dan mengurangi penggesekan pipa bor dengan formasi serta mengurangi kemungkinan terjadinya jepitan terhadap pahat. Akan tetapi setelah melewati kandungan minyak optimum tersebut, kenaikan kadar minyak akan menyebabkan penurunan laju pemboran, hal ini dikarenakan slip dari bit pada batuan formasi yang menjadi lebih licin oleh karena adanya pelumasan yang berlebihan. Alat ukur yang di pakai adalah Retort Kit.

7. Kandungan Hidrogen

Kandungan Hidrogen biasanya di sebut dengan kandungan pH secara kimia jika :

1. Nilai pH lebih kecil dari 7 bersifat asam
2. Nilai pH lebih besar dari 7 bersifat basa
3. Nilai pH = 7 bersifat netral

Akibat bila lumpur dalam kondisi asam yaitu rangkaian pemboran dan peralatan lain yang terbuat dari besi baja akan berkarat selain itu cuttings akan seperti bubur, sehingga sulit interpretasi jenis batuan yang ditembus. Additive yang digunakan untuk menaikan harga pH yaitu caustic soda dan pH lumpur yang baik berkisar antara 9-11. Alat ukur yang dipakai untuk menentukan pH adalah pH elektro glass, kertas lakmus.