ilmu dasar seorang calon Drilling and Completion Engineer

Kalau anda seorang mechanical engineer, sebagian ilmu dasar itu sudah anda miliki untuk menjadi seorang Drilling & Completion Engineer, tinggal dipoles dengan ilmu dasar yang menyangkut Geology dan Petroleum Engineeringnya..

Secara singkat, ilmu dasar yang diperlukan oleh seorang "calon" drilling engineer adalah sbb:

1. Fisika Dasar: yang menyangkut ilmu gaya dan prinsip2 tekanan (U-Tube, Hidrostatic Pressures, Pressure Gradient, dsb) --> semua ini sudah anda pelajari sejak di SMP.

2. Geometry: untuk mengukur dimensi ruang dari berbagai bentuk struktur (silinder, kotak, dan berbagai bentuk lainnya) --> ini seharusnya tidak jadi masalah buat seorang mechanical engineer.

3. Analisa dimensi --> karena berhubungan dengan unit / satuan yang nantinya akan menghasilkan "conversion factor". Apalagi di dunia drilling ada yang memakai satuan Amerika (American units, seperti: inch, feet, gallon, lbs, bbls, deg F, psi, dsb) dan ada yang memakai Satuan International (SI), seperti SG, meter, Pascal, deg C

4. Mekanika Dasar:

a. Mekanika Gaya: ini biasanya berhubungan dengan menghitung Rig Capacity, Stress, Tension, Collapse, Burst, Buckling (misalnya untuk casing design, drill string design, dsb)

b. Mekanika Fluida: ini berhubungan dengan tekanan hidrostatik, flow regimes (laminar, turbulent, termasuk untuk annular velocity, jet velocity, dsb), hidrolika (termasuk drilling hydraulics, hydraulic horse power, dsb), buoyancy principles, dsb

c. Mekanika Batuan (Rock Mechanics): ini berhubungan dengan borehole stability (agar lubang tidak runtuh), Mohr Circle basic principle, dsb

5. Kimia Dasar: ini berhubungan dengan type drilling fluid (Lumpur) yang akan dipakai, yang paling tepat untuk type sumur di daerah tertentu, yang menghasilkan lubang yang paling bagus (stabil) dengan minimum formation damage namun tetap dalam range biaya yang dapat dipertanggungawabkan. Disini perlu pemahaman tentang pH, sifat2 reaktif shale (lempung) terhadap air dan bagaimana mengatasinya dengan jenis dan sifat2 (property) Lumpur yang tepat, ada juga daerah di kedalaman tertentu yang mengandung kadar garam tinggi (salt dome) agar kita tau bagaimana mengatasinya, dsb. Seorang mud engineer harus menguasai prinsip2 dasar ini.

6. Electro Dasar / Radioactivity: pemahaman mengenai resistivity / conductivity dsb yang dikombinasikan dengan prinsip2 dasar radioactivity (misalnya yang berhubungan dengan Gamma Ray, Neutron Density, dsb). Hal ini untuk mengukur density batuan, porositynya, ada / tidaknya hydrocarbon dalam interval batuan tertentu, dsb. Seorang electric logging engineer harus menguasai prinsip2 dasar ini..

7. Tentu selain ilmu2 di atas, perlu pemahaman yang baik juga tentang prinsip2 dasar Petroleum Engineering dan Geology.

jenis batuan

Batuan-batuan di bumi (Jenis dan terbentuknya)

 Bagian luar bumi tertutupi oleh daratan dan lautan dimana bagian dari lautan lebih besar daripada bagian daratan. Akan tetapi karena daratan adalah bagian dari kulit bumi yang dapat kita amati langsung dengan dekat maka banyak hal-hal yang dapat pula kita ketahui dengan cepat dan jelas. Salah satu diantaranya adalah kenyataan bahwa daratan tersusun oleh beberapa jenis batuan yang berbeda satu sama lain. Dari jenisnya batuan-batuan tersebut dapat digolongkan menjadi 3 jenis golongan. Mereka adalah : batuan beku (igneous rocks), batuan sediment (sedimentary rocks), dan batuan metamorfosa/malihan (metamorphic rocks). Batuan-batuan tersebut berbeda-beda materi penyusunnya dan berbeda pula proses terbentuknya.

Batuan beku atau sering disebut igneous rocks adalah batuan yang terbentuk dari satu atau beberapa mineral dan terbentuk akibat pembekuan dari magma. Berdasarkan teksturnya batuan beku ini bisa dibedakan lagi menjadi batuan beku plutonik dan vulkanik. Perbedaan antara keduanya bisa dilihat dari besar mineral penyusun batuannya. Batuan beku plutonik umumnya terbentuk dari pembekuan magma yang relatif lebih lambat sehingga mineral-mineral penyusunnya relatif besar. Contoh batuan beku plutonik ini seperti gabro, diorite, dan granit (yang sering dijadikan hiasan rumah). Sedangkan batuan beku vulkanik umumnya terbentuk dari pembekuan magma yang sangat cepat (misalnya akibat letusan gunung api) sehingga mineral penyusunnya lebih kecil. Contohnya adalah basalt, andesit (yang sering dijadikan pondasi rumah), dan dacite 


Batuan sediment atau sering disebut sedimentary rocks adalah batuan yang terbentuk akibat proses pembatuan atau lithifikasi dari hasil proses pelapukan dan erosi yang kemudian tertransportasi dan seterusnya terendapkan. Batuan sediment ini bias digolongkan lagi menjadi beberapa bagian diantaranya batuan sediment klastik, batuan sediment kimia, dan batuan sediment organik. Batuan sediment klastik terbentuk melalui proses pengendapan dari material-material yang mengalami proses transportasi. Besar butir dari batuan sediment klastik bervariasi dari mulai ukuran lempung sampai ukuran bongkah. Biasanya batuan tersebut menjadi batuan penyimpan hidrokarbon (reservoir rocks) atau bisa juga menjadi batuan induk sebagai penghasil hidrokarbon (source rocks). Contohnya batu konglomerat, batu pasir dan batu lempung. Batuan sediment kimia terbentuk melalui proses presipitasi dari larutan. Biasanya batuan tersebut menjadi batuan pelindung (seal rocks) hidrokarbon dari migrasi. Contohnya anhidrit dan batu garam (salt). Batuan sediment organik terbentuk dari gabungan sisa-sisa makhluk hidup. Batuan ini biasanya menjadi batuan induk (source) atau batuan penyimpan (reservoir). Contohnya adalah batugamping terumbu.

Batuan metamorf atau batuan malihan adalah batuan yang terbentuk akibat proses perubahan temperature dan/atau tekanan dari batuan yang telah ada sebelumnya. Akibat bertambahnya temperature dan/atau tekanan, batuan sebelumnya akan berubah tektur dan strukturnya sehingga membentuk batuan baru dengan tekstur dan struktur yang baru pula. Contoh batuan tersebut adalah batu sabak atau slate yang merupakan perubahan batu lempung. Batu marmer yang merupakan perubahan dari batu gamping. Batu kuarsit yang merupakan perubahan dari batu pasir.Apabila semua batuan-batuan yang sebelumnya terpanaskan dan meleleh maka akan membentuk magma yang kemudian mengalami proses pendinginan kembali dan menjadi batuan-batuan baru lagi. 

Proses-proses tersebut berlangsung sepanjang waktu baik di masa lampau maupun masa yang akan datang. Kejadian alam dan proses geologi yang berlangsung sekarang inilah yang memberikan gambaran apa yang telah terjadi di masa lampau seperti diungkapkan oleh ahli geologi “JAMES HUTTON” dengan teorinya “THE PRESENT IS THE KEY TO THE PAST”

operasi migas

PENGETAHUAN DASAR OPERASI HULU MIGAS DAN ASPEK K3PL

1.INTRODUKSI
Minyak dan gas bumi (Migas) atau disebut juga hidrokarbon dapat berupa :

- Cairan misalnya, crude oil, solar, bensin dsb.
- Gas misalnya , gas alam
- Padatan misalnya asphal

1.1. Keunggulan Migas
1. Mempunyai nilai kalor tinggi
2. Dapat menghasilkan berbagai macam bahan bakar , misalnya:bensin,solar,kerosin, aftur, afgas, bbg, dsb.
3. Dapat menghasilkan berbagai macam minyak pelumas.
4. Sebagai bahan baku industri petrokimia.
5. Yang bersifat padat (aspal) dapat untuk pengerasan jalan.

1.2. Kegiatan Operasi Hulu.
- Eksplorasi
- Pengeboran
- Eksploitasi / Produksi.

2. EKSPLORASI MIGAS
Eksplorasi migas adalah kegiatan untuk mendapatkan perangkap migas atau cadangan baru minyak dan gas bumi.
Pekerjaan eksplorasi melalui beberapa tahap;
1. Pendahuluan.
2. Pemetaan geologi (surface mapping).
3. Pemetaan bawah permukaan (sub surface mapping).
4. Pengeboran.

2.1 Tahap Pendahuluan.
a. Pemotretan dari udara
Dari hasil pemotretan dapat diperoleh data,
~ interpretasi geologi
~ bentuk batuan permukaan
~ macam batuan.
b. Topografi
Untuk mendapatkan penjelasan keadaan permukaan tanah.
(Peta topografi)

Aspek K3PL :
1). Personal preventive equipment (PPE)
2). Perintisan jalan.
3). Penebangan semak
4). Gangguan binatang buas, nyamuk, lintah
5). Keadaan alam.

2.2 Pemetaan Geologi (Surface Mapping).
Pemetaan geologi (surface mapping) adalah memetakan bagian-bagian yang tersingkap di permukaan bumi, dan menentukan keadaan struktur dari lapisan. Petugas harus menyusuri tebing, sungai , hutan, rawa dan sebagainya.

Aspek K3PL
1). Personal Preventive Equipment (PPE).
2). Binatang buas.
3). Gigitan binatang kecil.
4). Keadaan alam.

2.3 Pemetaan Bawah Permukaan (Subsurface Mapping).
Pemetaan bawah permukaan , adalah membuat peta geologi dengan metode geofisik ( misalnya ;gravimetris, dan seismik).
1). Gravimetris.
Penyelidikan dengan metode gravimetris ini berdasarkan variasi dari gaya gravitasi batuan , yaitu makin kedalam (dekat pusat bumi) massa suatu batuan akan bertambah besar.Dengan mengetahui variasi gravitasi diatas permukaan maka dapat diperkirakan struktur batuan dibawah permukaan bumi.
2). Seismik.
Pemetaan ini berdasarkan gelombang getaran, yakni pengukuran getaran gempa bumi buatan yang bersumber dari bahan peledak atau detonator.
Getaran ditangkap oleh geophone dan direkam oleh alat perekam (recorder).

Aspek K3PL :
v Handling detonator (handak)
v Efek getaran
v PPE

2.4 Pengeboran Eksplorasi.
1). Pengeboran stratigrafi.
Bertujuan untuk menentukan stratigrafi lapisan. Coring
dilakuakan terus menerus.
2). Pengeboran struktur.
Pengeboran struktur in bertujuan untuk menentukan batas batas
lapisan dengan pasti.
3). Pengeboran wildcat
Pengeboran ini bertujuan mencari minyak.
4). Pengeboran semi eksplorasi.
Bertujuan untuk menyelidiki lapisan minyak.
5). Pengeboran untuk mengetahui cadangan minyak.
Untuk mengetahui cadangan atau sisa cadangan hidrokarbon.

Aspek K3PL adalah semburan liar (blowout) dan hal ini akan dibicarakan
pada Bab. Pengeboran.

3. PENGEBORAN (DRILLING).
Pegeboran adalah membuat lubang sumur dengan tujuan untuk eksplorasi, eksploitasi /produksi atau pengembangan.
Metode pengeboran yang populer dengan menggunakan sistem bor putar (rotary drilling) , dimana rangkaian pipa bor (drilling string) mulai dari bawah terdiri : pahat (bit), pipa pemberat (drill collar), pipa bor (drill pipe), dan kelly.

3.1 Sistem Sirkulasi .
Lumpur bor yang salah satu fungsinya mengangkat serbuk bor (cutting) dari dasar sumur kepermukaanselalu dilakukan sirkulasi dengan menggunakan pompa lumpur.Kalau tidak serbuk bor akan menumpuk didasar lubang dan dapat menyebabkan rangkaian pipa bor terjepit.
Fungsi lumpur bor.
1. Mengangkat serbuk bor dari dasar lubang ke permukaan.
2. Menahan/melawan tekanan formasi.
3. Mendinginkan/melumasi pahat.
4. Mengurangi berat string.
5. Menahan serbuk bor sewaktu menyambung pipa bor.
6. Membentuk mud cake.
7. Sebagai tenaga penggerak pada turbo atau dyna drill.
Mud additives.
Adalah bahan-bahan yang ditambahkan kedalam lumpur bor , untuk mendapatkan sifat-sifat lumpur yang dikehendaki. Misalnya; mengatur SG, mengatur viscositas, mengurangi/mencegah hilang lumpur dsb.
Dengan demikian lumpur pemboran mengandung bahan kimia.

3.2 Pipa Selubung (Casing) dan Penyemenan.
Setelah kedalam lubang bor mencapai kedalaman tertentu, maka lubang sumur dipasang pipa selubung (casing) dan disemen.
Fungsi pipa selubung dan semen.
1. Memperkuat dinding lubang.
2. Mencegah kontaminasi terhadap air tawar.
3. Mengisolir lapisan produktif dengan lapisan lain.
4. Mencegah semburan liar dari lapisan lain melalui anulus.
5. Semen mencegah tekanan dari luar terhadap casing dan mencegah korosi.

3.3 Sistem Peralatan Angkat (Hoisting System)
Sistem peralatan angkat (hoisting system) adalah peralatan yang digunakan untuk mengangkat dan menurunkan rangkaian pipa bor .
Sistem alat angkat terdiri ; menara, draw work dan mesin penggerak, wire rope, crown block, dan traveling block. ( Gbr. 3.3 ).

3.4 Logging dan Perforasi.
Logging adalah satu pekerjaan dengan menggunakan alat log untuk mengetahui jenis dan sifat batuan serta kedalamannya. Dengan demikian dapat menentukan letak kedalaman lapisan yang mengandung minyak dengan tepat.
Perforasi adalah pekerjaan pelubangan casing agar minyak dan gas dapat mengalir dari formasi batuan ke lubang sumur.

Aspek K3PL
1. Gunakan PPE.
2. Semburan liar (blowout)
a. Tanda-tanda kick.
b. Pencegahan semburan liar.
c. Teknik pencegahan.
d. Peralatan semburan liar (blowout preventer).
3. Bahan peledak perforator
4. Dampak lingkungan bila terjadi blow out.
a. Korban jiwa/cacat
b. Kerusakan peralatan.
c. Rugi waktu
d. Terbakarnya hidrokarbon.
e. Rusaknya lingkungan akibat kebakaran.
f. Kemungkinan adanya gas beracun
g. Dsb.
5. Prosedur kerja yang salah.
6. Pengelolaan lumpur bor , limbah lumpur dan serbuk bor ( Per. Men. ESDM No.045 Th.2006)

4. TEKNIK PRODUKSI.
Cara untuk mengangkat minyak dari dasar sumur ke permukaanada beberapa metode sebagai berikut:
1. Sembur Alam (Natural flow).
2. Pengangkatan buatan (Artificial Lift)

4.1 Sembur Alam (Natural Flow).
Sumur dengan metode sembur alam ini minyak menyembur dengan sendirinya disebabkan tekanan reservoir masih cukup tinggi .
Sedangkan tekanan sebagai tenaga dorong pada reservoir berasal dari : air, gas, tekanan batuan,maupun gas yang larut dalam minyak.

4.2 Pengangkatan Buatan.
Sumur dengan metode pengangkatan buatan ini (artificial lift method) minyak dapat mengalir ke permukaan karena ada tenaga tambahan dari luar untuk mengangkatnya.
Sumur dengan metode pengangkatan buatan contohnya;
a. Sumur sembur buatan (Gas lift)
b. Pompa angguk (Sucker rod pump).
c. Pompa sentrifugal (Electrical submersible pump).

4.2.1 Sumur Sembur Buatan (Gas Lift).
Sumur dengan metode sembur buatan (gas lift) ini , untuk mengangkat minyak dari dasar sumur ke permukaan dengan bantuan gas injeksi. Gas diinjeksikan dari permukaan melalui anulus , kemudian masuk ke tubing melalui katup yang dipasang pada tubing. Gas kemudian bercampur dengan minyak sehingga SG nya menjadi kecil (ringan) dan minyak dapat menyembur ke permukaan.

4.2.2 Pompa Angguk (Sucker rod pump).
Sumur dengan pompa angguk ini untuk mengangkat minyak dari dasar sumur ke permukaan dengan memasang pompa plunger yang dipasang di dalam sumur. Plunger dihubungkan dengan batang isap (sucker rod) ke permukaan yang digerakkan oleh pumping unit yang menggunakan tenaga penggerak dari motor .
Peralatan dibawah permukaan (subsurface equipment) terdiri;
Ø Pompa
Ø Sucker rod string
Ø Pipa Tubing
Peralatan diatas permukaan atau Pumping unit terdiri ;
Ø Motor penggerak (prime mover)
Ø Gear reducer , untuk menurunkan putaran tinggi ke putaran rendah sesuai spm (stroke per menit) pompa.
Ø Beam pumping , sebagai pengubah gerakan putar menjadi gerak naik turun.
Ø Well head

4.2.3 Pompa Sentrifugal (Electrical Submersible Pump) 
Untuk mengangkat minyak dari dasar sumur ke permukaan menggunakan pompa sentrifugal yang digerakkan oleh motor listrik dalam sumur.
Peralatan dibawah permukaan terdiri ;
Ø Motor listrik
Ø Kabel listrik
Ø Protector
Ø Intake
Ø Pompa sentrifugal
Ø Pipa Tubing
Peralatan dipermukaan terdiri;
Ø Well head
Ø Kabel listrik
Ø Junction box
Ø Switch board
Ø Transformator

Aspek K3PL:
1. Kebocoran minyak atu gas yang menyebabkan polusi atau kebakaran , tau keracunan gas.
2. Proteksi terhadap; tekanan tinggi, listrik tegangan tinggi, dan mesin yang bergerak.

5.PENGOLAHAN MINYAK DAN GAS DILAPANGAN
5.1 Fluida Sumur. 
Fluida yang keluar dari sumur minyak pada umumnya terdiri ;
1. Minyak (crude oil)
2. Air
3. Gas
4. Padatan
Tujuan pengolahan , untuk memisahkan komponen-komponen untuk mendapatkan;
· Minyak kering
· Gas kering
· Air bebas polusi.
5.2 Separator Minyak Dan Gas
Separator minyak dan gas adalah salah satu dari komponen proses yang fungsinya untuk memisahkan minyak dengan gas (separator dua fasa), atau memisahkan gas, minyak, dan air (separator tiga fasa).
5.3 Heater Treater
Adalah suatu komponen proses yang fungsinya untuk memisahkan minyak dengan air yang berupa emulsi dengan cara pemanasan.
5.4 Kompresor.
Kompresor adalah suatu komponen proses yang berfungsi untuk menaikkan tekanan gas
5.5 Gas Scubber
Gas scrubber adalah suatu komponen proses yang fungsinya untuk memisahkan cairan yang mesih terikut gas
5.6 Gas Dehydrator
Gas dehydrator adalah suatu komponen proses yang berfungsi untuk menyerap air yang terdapat pada gas.

Aspek K3PL;
1. Setiap saat dapat terjadi musibah (kebakaran , kecelakaan dsb), akibat tekanan, temperatur, bahan mudah terbakar, bahan/gas beracun dan lain-lain.
2. PPE
3. Safety devices (Level control, pressure control, temperature control, flow control, PSV, PSE, gas detector dsb.)
4. Flare, vent.
5. Pembuangan air limbah.

                                               Penyemenan (Cementing)



Penyemenan sumur digolongkan menjadi dua bagian : 

Pertama, primary cementing, yaitu penyemenan pada saat sumur sedang dibuat. Sebelum penyemenan ini dilakukan, casing dipasang dulu sepanjang lubang sumur. Campuran semen (semen + air + aditif) dipompakan ke dalam annulus (ruang/celah antara dua tubular yang berbeda ukuran, bisa casing dengan lubang sumur, bisa casing dengan casing). Fungsi utamanya untuk pengisolasian berbagai macam lapisan formasi sepanjang sumur agar tidak saling berkomunikasi. Fungsi lainnya menahan beban aksial casing dengan casing berikutnya, menyokong casing dan menyokong lubang sumur (borehole). 

Kedua, remedial cementing, yaitu penyemenan pada saat sumurnya sudah jadi. Tujuannya bermacam-macam, bisa untuk mereparasi primary cementing yang kurang sempurna, bisa untuk menutup berbagai macam lubang di dinding sumur yang tidak dikehendaki (misalnya lubang perforasi yang akan disumbat, kebocoran di casing, dsb.), dapat juga untuk menyumbat lubang sumur seluruhnya. 

Semen yang digunakan adalah semen jenis Portland biasa. Dengan mencampurkannya dengan air, jadilah bubur semen (cement slurry). Ditambah dengan berbagai macam aditif, properti semen dapat divariasikan dan dikontrol sesuai yang dikehendaki. 

Semen, air dan bahan aditif dicampur di permukaan dengan memakai peralatan khusus. Sesudah menjadi bubur semen, lalu dipompakan ke dalam sumur melewati casing. Kemudian bubur semen ini didorong dengan cara memompakan fluida lainnya, seringnya lumpur atau air, terus sampai ke dasar sumur, keluar dari ujung casing masuk lewat annulus untuk naik kembali ke permukaan. Diharapkan seluruh atau sebagian dari annulus ini akan terisi oleh bubur semen. Setelah beberapa waktu dan semen sudah mengeras, pemboran bagian sumur yang lebih dalam dapat dilanjutkan. 

Untuk apa directional drilling dilakukan ? Secara konvensional sumur dibor berbentuk lurus mendekati arah vertikal. Directional drilling (pemboran berarah) adalah pemboran sumur dimana lubang sumur tidak lurus vertikal, melainkan terarah untuk mencapai target yang diinginkan. 

Tujuannya dapat bermacam-macam : 
Sidetracking : jika ada rintangan di depan lubang sumur yang akan dibor, maka lubang sumur dapat dielakkan atau dibelokan untuk menghindari rintangan tersebut. 
Jikalau reservoir yang diinginkan terletak tepat di bawah suatu daerah yang tidak mungkin dilakukan pemboran, misalnya kota, pemukiman penduduk, suaka alam atau suatu tempat yang lingkungannya sangat sensitif. Sumur dapat mulai digali dari tempat lain dan diarahkan menuju reservoir yang bersangkutan. 
Untuk menghindari salt-dome (formasi garam yang secara kontinyu terus bergerak) yang dapat merusak lubang sumur. Sering hidrokarbon ditemui dibawah atau di sekitar salt-dome. Pemboran berarah dilakukan untuk dapat mencapai reservoir tersebut dan menghindari salt-dome. 
Untuk menghindari fault (patahan geologis). 
Untuk membuat cabang beberapa sumur dari satu lubung sumur saja di permukaan. 
Untuk mengakses reservoir yang terletak di bawah laut tetapi rignya terletak didarat sehingga dapat lebih murah. 
Umumnya di offshore, beberapa sumur dapat dibor dari satu platform yang sama sehingga lebih mudah, cepat dan lebih murah. 
Untuk relief well ke sumur yang sedang tak terkontrol (blow-out). 
Untuk membuat sumur horizontal dengan tujuan menaikkan produksi hidrokarbon. 
Extended reach : sumur yg mempunyai bagian horizontal yang panjangnya lebih dari 5000m. 
Sumur multilateral : satu lubang sumur di permukaan tetapi mempunyai beberapa cabang secara lateral di bawah, untuk dapat mengakses beberapa formasi hidrokarbon yang terpisah. 

Pemboran berarah dapat dikerjakan dengan peralatan membor konvensional, dimana pipa bor diputar dari permukaan untuk memutar mata bor di bawah. Kelemahannya, sudut yang dapat dibentuk sangat terbatas. Pemboran berarah sekarang lebih umum dilakukan dengan memakai motor berpenggerak lumpur (mud motor) yang akan memutar mata bor dan dipasang di ujung pipa pemboran. Seluruh pipa pemboran dari permukaan tidak perlu diputar, pipa pemboran lebih dapat “dilengkungkan” sehingga lubang sumur dapat lebih fleksibel untuk diarahkan.