TEKNOLOGI PEMBORAN HORISONTAL.

Presentasi berjudul: "TEKNOLOGI PEMBORAN HORISONTAL."— Transcript presentasi:

1 TEKNOLOGI PEMBORAN HORISONTAL

2 Saat sekarang ini pemboran horizontal dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori yang menggunakan build rate yang berbeda yaitu pemboran horizontal dengan menggunakan short radius, medium radius dan long radius (konvensional), Lihat Gb. 1 Gb.1 Tipe Pembentukan Lubang Horisontal

3 Long Radius Long radius atau konvensional sumur horizontal mempunyai build- rate °/100 Ft dan build radiusnya ft. Sudut inklinasi pada pemboran ini dapat mencapai 60°. Pemboran long radius mempunyai 3 bagian (phase) mulai dari ujung kepala sumur sampai pada ujung sumur bagian bawah. Phase 1 adalah pemboran vertikal sampai KOP (Kick of Point). Phase 2, pemboran berarah dari KOP sampai titik target, dan phase 3 adalah pemboran yang mempunyai arah horizontal. Ketiga phase tersebut dapat dilihat dengan jelas pada gambar 2.

4

5 Perlengkapan yang biasa digunakan untuk mencegah timbulnya masalah mekanik lubang sumurur dapat mengikuti seperti yang ada di bawah ini dengan pertimbangan-pertimbangan lithologi, perencanaan sumur, logistik dan harga sewa rig yaitu : 1. Measurement While Drilling (MWD) 2. Steerable Motor 3. Sistem Rig Top Drive 4. Oil Base Mud 5. Logging dengan bantuan drill pipe 6. Gaya puntir RDM untuk coring 7. Stabilizer dengan bilah yang halus (smooth blades) dan tepinya yang tajam, dan/atau stabilizer yang tidak berputar untuk peralatan downhole yang berputar 8. Mechanical Drilling Jars 9. PDC Bits

6 Masalah yang ada hubungannya dengan sumur horizontal long radius dapat digolongkan dalam dua kelompok utama yaitu : Pertama Masalah karena kelengkungan lubang sumur yang besar dan gaya berat yang dapat mengakibatkan gesekan (friksi), penembusan lubang, kecenderungan akan melencengnya sudut, macet diferential (differential sticking), macet mekanik (mechanical sticking) dan mengendapnya cutting. Kedua Toleransi vertikal yang dihubungkan dengan jenis penembusan daerah target, penilaian geologi reservoir, type dan ketebalan reservoir dan yang lain yang berpengaruh dengan perencanaan dan bentuk sumur horizontal.

7 Medium Radius ARCO telah mengembangkan pemboran horizontal dengan teknik medium radius dengan memodifikasi pemboran berarah yang konvensional. Teknik pemboran ini biasa digunakan untuk formasi yang mempunyai permeabilitas rendah, reservoir rekahan dengan didasarkan apabila pemboran ini cukup ekonomis. Setelah suatu evaluasi tentang pemboran horizontal dilakukan, maka ARCO pada tahun 1983 memulai proyek pemboran horizontalnya dengan teknik lubang sumur dari vertikal ke horizontal dengan jari-jari kelengkungan sumur 286 feet yang setara dengan kelengkungan medium radius pada build rate 20 °/100 ft, dan kemudian dapat di bor sepanjang 1000 ft ke arah lateral. Proyek ini cukup berhasil tetapi perkembangannya menghendaki penggunaan peralatan pemboran yang tidak standar (baru).

8 Gaya puntir yang tinggi diberikan oleh motor dengan susunan Bent Housing di atas bantalan stabilizer dan Bent Sub di bawah Dump Valve dan di bawah String stabilizer. Jari-jari kelengkungan dapat dikontrol dengan merubah ukuran motor dan ukuran lubang bor yang telah ditetapkan. Medium radius menggunakan peralatan survey, MWD, dan steering yang konvensional. Peralatan ini dapat memberikan gambaran arah dan data survey dari phase build up. Pembuatan build pertama-tama dimulai dari Whipstock atau semen plug sampai batas target. Build dapat juga dibuat pada lubang terbuka tetapi dapat menimbulkan masalah dalam pembentukan laju perubahan sudut dari lintasan yang akan dibentuk (lihat gambar 3).

9 Medium Radius Angle Building Assembly

10 Downhole motor digunakan pada saat akan membor lubang ke arah horizontal. Downhole motor mempunyai 2 sambungan miring stabilizer bent housing. Bagian horizontal ini dapat juga di bor dengan menggunakan rotary drilling.

11 Short Radius Keberhasilan pemboran horizontal dengan cara short radius biasanya menggunakan beberapa hal seperti di bawah ini : Laju perubahan sudut (build rate) °/ft Drill collar yang mempunyai sambungan fleksibel Downhole Motor Pada tahun tujuh puluhan ARCO dan Texas Estern Corp. memperlihatkan lebih jauh tentang kemungkinan dilakukannya pemboran lubang horizontal di lapan-gan.

12 Sistem pemboran yang lama seperti knuckle joint yang terletak di atas near bit stabilizer atau reamer masih digunakan. Whipstock digunakan untuk pemben-tukan sudut awal yang dikehendaki. Near bit stabilizer (stabilizer yang terletak dekat bit) atau reamer berfungsi sebagai penumpu (pendulum) yang dapat mengarahkan bit agar bisa diarahkan sesuai dengan lintasan kurva yang diren-canakan. Sistem pemboran terdiri dari perlengkapan pemboran yang tidak ber-putar, drill pipe yang fleksibel, dan stabilizer.

13 Penggunaan komponen-komponen sistem untuk membelokkan lubang vertikal ini disesuaikan dengan program pemboran yang berupa kurva dan sudut belok yang diinginkan. Peralatannya terdiri dari dua bagian yaitu : 1. Pipa yang fleksibel, pipa ini berfungsi untuk meneruskan gaya puntir yang berasal dari drillstring yang diputar pada permukaan menuju bit. 2. Shell fleksibel yang tidak berputar, berfungsi untuk melengkungkan pipa fleksibel di atas. Gaya berat menuju bit juga diteruskan melalui shell ini oleh gaya dorong bearing yang terletak pada bagian atas dan bawah bagian elemen ini. Shell yang tidak berputar ini dapat bekerja karena mempunyai sebuah kopling yang terletak di atas trust bearing.

14

15 KEUNTUNGAN MASING-MASING TIPE PEMBORAN

16

17

18 BUILD CURVE DESIGN Adanya bagian pertambahan sudut menimbulkan persoalan dalam pemboran, masalah yang timbul berhubungan erat dengan efek friksi, gravitasi dan pe-ngangkatan cutting serta karakteristik formasi yang akan ditembus ditambah dengan kegagalan mekanis peralatan yang digunakan dalam pemboran berlangsung. Penggambaran bagian pertambahan sudut dilakukan dengan metoda radius of curvature. Metoda ini menganggap segmen-segmen lubang bor berupa suatu lingkaran yang menyinggung dua titik survey yang mempunyai sudut kemiringan tertentu. Perumusan yang dipergunakan dalam perancangan ini adalah sebagai berikut ini :

19

20

21

22

23 Tipe desain lintasan lubang bor, terdiri dari:
Interval perhitungan disesuaikan dengan laju pertambahan sudut, yaitu 100 ft. Hasil perhitungan tiap bagian lubang digambarkan dalam bentuk proyeksi vertikal dan horizontal, yang selanjutnya dijadikan pembanding hasil perhitungan data survey operasi pemboran di lapangan. Tipe desain lintasan lubang bor, terdiri dari: Single build curve design adalah cara pembentukkan build up rate dengan satu lengkungan dengan build rate yang konstan dan dengan menggunakan jari-jari kelengkungan sumur yang konstan (lihat gambar 7 ).

24 B = BUILD RATE (DEG/1000)

25 Contoh 1 : True vertical target (TVD) suatu pemboran 8000 ft, dengan BUR yang direncanakan sebesar 18.3°/100 ft. BUR minimum dan maksimum yang diperbolehkan adalah 17.^/100 ft dan 19.3°/WO ft, dengan sudut target horizontal sebesar 93 °. Tentukanlah : a. Berapa radius lengkungan lintasan lubang bor (R). b. Berapa displacement sampai EOC, (D). c. Berapa TVD pada lengkungan, (H). d. Pada kedalaman berapa posisi kick of point (KOP). e. Berapa beda TVD dengan BUR minimum. f. Berapa beda TVD dengan BUR maksimum.

26 Simple Tangent Build Curve
Simple tangent build curve adalah cara pembentukan bagian pertambahan sudut dengan melalui beberapa fasa, yaitu : 1. Lengkungan pertama, dengan laju pertambahan sudut dan jari-jari kelengkungan sudut tertentu, yang kemudian dilanjutkan dengan, 2. Bagian tangential, yaitu bagian/seksi dengan kemiringan yang konstan, dan 3. Bagian lengkungan kedua dengan laju pertambahan sudut dan jari kelengkungan lubang bor tertentu yang sama. Besarnya pertambahan sudut serta jari-jari untuk lengkungan pertama dan kedua besarnya sama. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 5 sampai gambar 8.

27 Simple Tangent Build Curve

28 Complex Tangent Build Curve
Adalah suatu cara pembentukan bagian pertambahan sudut yang hampir sama dengan metoda Single Tangent Build Curve, tetapi pada type ini laju pertambahan sudut dan jari-jari lengkungan lubang bor fasa pertama dan kedua besarnya berbeda. (lihat gambar 9 ) Dalam merubah BUR dari suatu alat BHA yang mempunyai BUR tertentu dapat dilakukan dengan cara memutar pipa pemboran ke kiri atau ke kanan yang biasa disebut dengan Tool Face Angel (O). Besarnya tool face angel tersebut tergantung dari besarnya build rate total (Bt) dan build rate yang direncanakan (Bv), seperti terlihat dalam persamaan berikut:

29 Akibat adanya perputaran alat maka akan diperoleh suatu perubahan azimuth (Az) dengan besarnya Dog-leg (DL) yang lebih besar dari pertam­bahan sudut inklinasi. Complex Tangent Build Curve

30 Contoh 2 : Suatu pemboran sumur horizontal dengan TVD target sebesar 9000 ft membentuk bagian tangensial dengan sudut 50° dan panjang 120 ft, dengan sudut target 90 °.BUR alat yang digunakan sebesar 8° sampai 9.5°/100 ft. Tentukan : a. Desain lengkungan dengan BUR 8°/100 ft, tentukan KOP dan D. b. Jika BUR pada lengkungan pertama 9.5°/100 ft berapa panjang tangensial yang harus dibor.

31 Ideal Build Curve Ideal build curve adaiah metoda pembentukan daerah pertambahan sudut dengan menggunakan satu lengkungan yang mulus, tetapi dengan laju pertambahan sudut dan jari kelengkungan sumur yang berbeda (lihat gambar 10). dimana : . DL = Dog leg yang terbentuk (derajat) Θ1 = Sudut inklinasi awal (derajat) Θ2 = Sudut inklinasi akhir (derajat) Az = Azimuth yang terbentuk

32 Ideal Build Curve

33 Contoh 3: Suatu pemboran horizontal dengan kedalaman target 9000 ft dengan BUR pertama sebesar 8°/100 ft, panjang bagian tangensial sebesar 120 ft dengan sudut kemiringan 50°. Sedangkan BUR kedua sebesar 6.5°/100 ft. Tentukan : a. Berapa besar KOP b. Berapa sudut tool-face c. Berapa sudut azimuth di EOC d. Berapa total dog leg di lengkungan ke dua

34 Contoh 4: Suatu perencanaan pemboran akan menggunakan model ideal build curve yaitu dengan BUR lengkungan pertama dari kemiringan 0° sampai 30° sebesar 10°/100ft dan BUR lengkungan kedua dari kemiringan 30° sampai 90° sebesar 8.5°/100ft. Tentukan : a. Berapa BUR minimum sebenarnya yang dapat dipakai b. Bila BUR pertama dicoba 9.6°/100 ft, berapa BUR kedua c. Berapa sudut tool face yang harus dilakukan pada kasus no. b

35 Bottom Hole Assembly (BHA)
Bottom hole assembly (BHA) adalah serangkaian kombinasi peralatan bawah permukaan yang dipasang pada rangkaian drill string sehingga diperoleh suatu performansi yang baik dalam membentuk kemiringan atau arah dari lintasan lubang bor. Susunan BHA dapat terdiri dari : bit, reamer, peralatan survey, drill collar, non-magnetik drill collar, down hole motor, bent-sub, heavy wall drillpipe (HWDP), jars dengan pola susunan tertentu mengikuti prinsip-prinsip fulcrum, pendulum atau stabilisasi.

36 Prinsip ini berhubungan erat dengan pengaturan jarak dari titik tangensial (titik sentuh peralatan dengan dinding sumur yang terdekat dengan bit) terhadap bit. Pengaturan itu dilakukan dengan menempatkan stabilizer pada jarak tertentu dari bit. Metoda trial & error serta modifikasi yang disesuaikan dengan kondisi formasi yang ditembus, merupakan cara yang cocok dalam menentukan pola susunan BHA, karena pola untuk suatu daerah belum tentu cocok untuk daerah operasi lainya. Prinsip fulcrum menunjukkan penempatan stabilizer dekat bit akan memperkecil jarak titik tangential dari bit. Ketika ada pembebanan, stabilizer akan menjadi titik tumpu peralatan dan memberikan efek menggeser pada arah bit sehingga memperbesar sudut kemiringan, seperti terlihat pada gambar 11. Pengaturan jarak penempatan dan ukuran stabilizer dapat diiakukan untuk mengatur laju pertambahan sudut disamping pembebanan pada bit.

37 Gambar 11 Prinsip Fulcrum

38 Sebaliknya prinsip pendulum memperlihatkan bila jarak titik tangential diperbesar dengan menempatkan stabilizer lebih jauh dari bit, maka gaya gravitasi cenderung menarik bit ke arah sumbu vertikal lubang. Efek ini menyebabkan sudut kemiringan mengecil. Gambar 12 memperlihatkan prinsip pendulum. Jarak dan ukuran stabilizer digunakan untuk mengatur penurunan sudut kemiringan lubang bor.

39 Gambar 12 Prinsip Pendulum

40 Prinsip stabilisasi digunakan untuk mempertahankan sudut kemiringan lubang bor yang telah dicapai.
Hal ini dapat dicapai dengan pola susunan BHA yang kekar untuk mengimbangi pembebanan dan titik tangential, perhatikan gambar 13.

41 Gambar 13 Prinsip Stabilisasi

42 Peralatan Downhole Drilling Motor (DHDM) DHDM adalah motor yang digunakan untuk menggerakkan bit. Peng-gunaan motor ini mempunyai keuntungan, antara lain : mengurangi penggunaan daya di permukaan, mengurangi ketergantungan opera­tor terhadap karakteristik mekanis rangkaian drill string, dan pengunaannya relatif ekonomis dibandingkan dengan pemboran konvensional. Penggerak utama dari motor ini adalah aliran fluida lumpur pembo­ran dipompakan dari permukaan menuju motor melalui drill string. Lumpur tersebut menggerakkan mekanisme motor. Dari mekan-isme motor, DHDM dibagi menjadi dua jenis yaitu : turbine motor dan positive displacement motor (RDM).

43 Turbine motor, terdiri dari rangkaian sudu-sudu yang dipasang derajat dari arah rotasi. Sudu-sudu tersebut menghasilkan gaya centrifugal hasil dari energi mekanik fluida. Karena diameter turbin cukup kecil, motor harus berputar dengan kecepatan tinggi, se-hingga motor ini cocok untuk digabung dengan PDC atau diamond bit. Positve displacement motor, digerakkan oleh pompa moineqau dengan rotor berbentuk helicoidal yang berperan sebagai rotor tersekat di dalam stator. Jika fluida dialirkan, rotor akan berputar untuk memberikan jalan kepada fluida untuk mengalir. Rotor bergerak karena ada perbedaan tekanan di dalam motor yang dihasilkan oleh lumpur (gambar 14).

44 Positive Displacement

45 Steerable System Steerable system adalah sistem pemboran yang dapat dikontrol arah pemborannya secara langsung ketika melakukan pemboran. Sistem ini meliputi bit, bent-housing, DHM, MWD dan stabilizer yang sudah merupakan kombinasi BHA. Pemboran dengan steerable system dapat menggunakan dua cara yaitu : Sliding mode Rotary mode Sliding mode adalah mengebor dengan menggunakan DHDM sebagai penggerak bit. Cara ini dilakukan jika akan melakukan perubahan arah pemboran. Rotary mode adalah mengebor dengan menggu­nakan DHDM dan rotary table, untuk menggerakkan bit. Cara ini dilakukan jika akan membor lubang denga arah tidak berubah

46 Gambar 15 Steerable Sistem

47 Drill Collar Articulated Drill Collar (ADC) adalah drill collar dengan sistem fleksibel joint. Drill collar jenis ini biasanya digunakan untuk pemboran type short radius. Non Magnetic Drill Collar (NMDC), sering disebut dengan MONEL collar, hal ini disebabkan NMDC sering terbuat dari stainless steel. Monel terdiri dari 70 % nikel dan 30 % tembaga. Fungsi dari NMDC adalah tempat penempatan peralatan-perala-tan survey, sehingga dengan menggunakan NMDC akan mem­berikan atau tidak mengganggu orientasi magnet bumi sehingga dapat dibaca dengan baik oleh peralatan survey.

48 Pemilihan Konfigurasi Pembentukan Build Up Rate (BUR)
Pengaturan posisi motor dan stabilizer serta besar sudut bent- housing dan bent-sub, akan memberikan efek pada pembentukan besar build rate yang ingin dicapai. Persamaan-persamaan berikut dipergunakan untuk menentukan besar build rate suatu kombinasi BHA.

49

50 B' = Sudut equivalen untuk single bent-sub (derajat)
B1 = Sudut stabilizer 1 (derajat) B2 = Sudut stabilizer 2 (derajat) S1 = Jarak terkecil stabilizer 1 dengan lubang bor (in) S = Jarak terkecil stabilizer 2 dengan lubang bor (in) untuk penentuan pemilihan konfigurasi untuk pembentukan build up rate dari suatu type peralatan dapat mempergunakan beberapa persamaan yang telah diturunkan seperti berikut ini. Untuk memperjelas pemahaman masing-masing geometry type motor yang digunakan perhatikan gambar-gambardari masing-masing type tersebut(gambar 16, 17, 18, 19)

51 GEOMETRI MOTOR TIPE 1 Merupakan suatu rangkaian motor pembelok dimana bent- housing dengan menggunakan stabilizer yang ditempatkan pada posisi be-lokan/lengkungan dan bagian atas motor, ( gambar 16). Jumlah stabilizer pada type motor ini ada sebanyak 2 buah. Sedangkan build rate yang terbentuk tergantung pada ekivalen sudut stabilizer yang ditempatkan pada belokan tadi. Disamping itu ditentukan juga oleh jarak dari stabilizer yang ditempatkan di puncak belokan ke bit dan ke stabilizer kedua. Persamaan yang digunakan untuk menentukan sudut ekivalen.

52

53 Contoh 5: Diketahui diameter lubang bor 8 1/2", bent-housing yang dipergunakan selama pemboran mempunyai sudut 1 1/2 °. Clearance antara lubang dan stabilizer, S1 = 1/8" dengan jarak 5' dari bit dan S2 =1/8" dengan jarak 15' dari bit. Tentukan build up rate yang terbentuk ?

54 GEOMETRI MOTOR TIPE 2 Pada prinsipnya sama dengan type # 1. Perbedaannya terletak pada penempatan stabilizer pertama (gambar 17), yaitu ditempatkan di antara bit dengan bent-housing. Efek dari penempatan ini berpengaruh pada sudut ekivalen yang dibentuk oleh stabilizer pertama ini. Makin jauh penempatan stabilizer pertama dari bent-housing makin kecil sudut ekivalen yang terbentuk. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:

55

56 Contoh 6: Diketahui diameter lubang bor 8 1/2", bent-housing yang dipergunakan selama pemboran mempunyai sudut 1 1/2 ° dengan jarak bent 8 3/4' dari bit. Clearance antara lubang dan stabilizer, S1 - 1/8" dengan jarak 5' dari bit dan S2 = 1/8" dengan jarak 25' dari bit. Tentukan build up rate yang terbentuk ?

57 GEOMETRI MOTOR TIPE 3 Motor jenis ini terdiri dari bent-housing dan bent-sub serta dua buah stabilizer (gambar 18). Stabilizer pertama ditempatkan di antara bit dengan puncak bent-housing. Sedangkan bent-sub ditempatkan diantara keduanya (bagian atas) dengan motor. Untuk menentukan sudut ekivalent pada stabilizer pertama, dipen-garuhi oleh jarak penempatan stabilizer pertama dan stabilizer kedua terhadap bit, bent-housing dan bent-sub.

58

59 Contoh 7: Diketahui diameter lubang bor 8 1/2", bent-housing yang dipergunakan selama pemboran mempunyai sudut 2 1/2 ° dengan jarak bent 12' dari bit, sedangkan bent-sub mempunyai besar sudut 3 1/2 ° dengan jarak 28' dari bit. Clearance antara lubang dan stabilizer, S1 = 1/8" dengan jarak 5' dari bit dan S2 =1/8" dengan jarak 36' dari bit. Tentukan build up rate yang terbentuk ?

60 GEOMETRI MOTOR TIPE 4 Type motor ini sama dengan motor type #3. Perbedaannya hanya antara stabilizer pertama dengan bit ditambah lagi sebuah bent-sub, yang fungsinya sebagai pengarah (gambar 19). Dengan penambahan ini akan mempengaruhi sudut ekivalen pada stabilizer pe­tama.Sudut ekivalen ditentukan dari persamaan :

61

62 Contoh 8 : Diketahui diameter lubang bor 8 1/2", tilted drive bushing 2 1/2 ° dengan jarak 5' dari bit, bent-housing yang dipergunakan selama pemboran mem-punyai sudut 3 1/2 ° dengan jarak bent 18' dari bit, sedangkan bent-sub mempunyai besar sudut 3 ° dengan jarak 33' dari bit. Clearance antara lubang dan stabilizer, S1 = 1/8" dengan jarak 1T dari bit dan S2 =1/8" dengan jarak 43' dari bit. Tentukan build up rate yang terbentuk ?

63 Contoh BHA Design Beberapa type BHA untuk beberapa jenis pemboran horizontal dapat dilihat seperti berikut ini : ANGLE BUILDING 9-7/8" • Component OD (inch) Length (feet) • Bit 9-7/80.90 • Steerable RDM 6-3/421.19 • Pony Collar 78.17 • Integral Blade Stab.9-3/44.46 • MWDMonel 6-1/429.24 • MWDPulser 6-1/46.45 • Monel Drill Collar 6-5/ • Drill Collar 6-3/ • Heavy Weight DC 4-1/ • Drill Pipe 4-1/2 ke permukaan

64 ANGLE BUILDING 6-1/2" • Component OD (inch) Length (feet) • PDC Bit 6-1/2 0.80 • Steerable PDM 4-3/ • Non-Magnetic Stab • MWDMonel 4-3/431.11 • MWDPulser Sub • Float Sub 5-3/8 1.35 • Flex. Non-Mag Collar 4-3/ • Nipple Sub 5-1/4 1.78 • Heavy Weight DC / • Drill Collar / • Heavy Weight DC / • Drill Pipe / ke permukaan

65 SHORT DIRECTIONAL 6-1/2" • Component OD (inch) Length (feet) • Bit 6-1/2 0.60 • Directional RDM 4-3/ • 1-1/2 Degree Bent Sub 4-3/4 1.34 • MWDMonel4-3/431.11 • MWDPulserSub53.35 • Float Sub 5-3/8 1.35 • Flex. Non-Mag.Collars 4-3/ • Nipple Sub 5-1/4 1.78 • Heavy-Weight DC 3-1/ • Drill collars 4-3/ • Heavy-Weight DC 3-1/ • Drill pipe 3-1/2 ke permukaan

66 LATERAL REACH 6-1/2" • Component OD inch Length (feet) • PDC Bit 6-1/2 0.80 • Steerable RDM 4-3/ • Pony Collar 4-3/4 6.79 • Integral Blade Stabilizer 6-3/8 2.92 • MWDMonel 4-3/ • MWD Pulser Sub • Float Sub 5-3/8 1.35 • Flex. Non-Mag. Collars 4-3/ • Nipple Sub 5-1/4 1.78 • Heavy-Weight DC3-1/ • Drill Collars 4-3/ • Heavy-weight DC 3-1/290.73 • Drill Pipe 3-1/2 ke permukaan

67 The End