Pengukuran Viskositas dan Gel Strength

Pengukuran Viskositas dan Gel Strength

 

4.1         Tujuan

1.    Mengetahui nilai dari viskositas relatif lumpur.

2.    Menentukan viskositas nyata, Plastic Viscosity dan Yield Point.

3.    Mempelajari rheologi lumpur pemboran.

4.    Menghitung nilai Gel Strength pada lumpur.

5.    Mengetahui perbedaan antara viskositas dengan Gel Strength.

 

4.2         Dasar Teori

Lumpur pemboran memiliki sifat antara lain yaitu viskositas dan Gel Strength. Efektifitas dari pengankatan Cutting atau serpihan-serpihan formasi merupakan fungsi langsung dari viskositas.

Viskositas merupakan suatu keengganan dari suatu fluida atau zat cair untuk dapat mengalir atau bergerak. Dalam hal ini viskositas dapat diakatakan sebagai kekentalan dari suatu fluida atau zat cair. Semakin tinggi harga dari viskositas suatu  fluida maka akan semakin kental  fluida tersebut dan semakin susah bagi fluida tersebut untuk mengalir atau bergerah. Begitu juga sebaliknya jika nilai dari viskositas semakin kecil maka akan semakin cair fluida tersebut dan semakin mudah baginya untuk mengalir.

 

Sama halnya dalam lumpur pemboran. Semakin besar nilai viskositasnya maka akan semakin kental lumpur yang dihasilkan. Lumpur yang terlalu kental akan susah untuk mengalir atau bergerak. Karena lumpur kental dan susah untuk bergerak maka akan mengakibatkan kerja pompa akan menjadi sangat berat. Selain itu viskositas yang terlalu tinggi dapat menyebabkan Pressure Loss yang tinggi, Penetration turun, Lost Circulation, Swabbing, dan masalah lainnya.

Akan tetapi nilai viskositas yang terlalu rendah juga akan menimbulkan masalah dalam operasi pemboran. Viskositas yang terlalu rendah dapar mengakibatkan pengankatan Cutting yang tidak sempurna dan pengendapan Cutting pada lubang bor.

Selain viskositas sifat Gel Strength pada lumpur pemboran juga berperan penting, karena pada saat proses Round Trip atau saat mencabut maupun memasukkan rangkaian pipa pemboran berlangsung proses sirkulasi lumpur pemboran akan dihentikan dan sifat Gel Strength dari lumpurlah yang mencegah Cutting atau serpihan - serpihan formasi turun dan mengendap kembali di dasar lubang bor yang dapat mengakibatkan kerusakakan pemboran selanjutnya.

Lumpur pemboran pada percobaan kali ini mengikuti model rheologi Bingham Plastic dan Power Law. Dimana model Bingham Plastic merupakan model sederhana untuk fluida Non - Newtonian.

Berbeda dengan fluida Newtonian yaitu fluida yang viskositasnya konstan atau tetap. Fluida Non Newtonian memperhatikan Yield Stress tertentu dari tahanan dalam yang harus diberikan agar fluida dapat mengalir.

Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas dalam percobaan ini adalah Marsh Funnel. Cara kerjanya adalah dengan menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan 0,946 liter lumpur agar keluar dari corong Marsh Funnel. Data yang didapatkan dari pengukuran menggunakan Marsh Funnel akan memberikan gambaran rheologi fluida sehingga dapat digunakan untuk membandingkan fluida awal dengan kondisi sekarang.

Pengukuran viskositas dengan menggunakan Marsh Funnel dilakukan dengan cara menghitung waktu untuk mengalirkan fluida dengan menggunakan Stopwatch dan dinyatakan dalam satuan detik sesuai dengan waktu uang tertera pada Stopwatch.

Plastic Viscosity merupakan nilai dari suatu tahanan terhadap aliran yang disebabkan oleh adanya gesekan antara sesama benda padat didalam lubang bor dan merupakan salah satu parameter kenaikan Solid dalam lumpur.

Yield point merupakan nilai dari suatu tahanan terhadap aliran akibat dari adanya gaya elektro kimia antara padatan dengan padatan, cairan dengan cairan maupun padaran dengan cairan.

Gel strength  merupakan nilai dari suatu sifat luida dimana fluida atau zat cair akan menjadi lebih kental dalam keadaan diam dan semakin lama akan semakin mengental. Sifat inilah yang berguna untuk menahan Cutting pada saat sirkulasi berhenti.

Thick Mud dan Thin Mud adalah dua istilah yang biasa digunakan untuk menggambarkan fiskositas dari suatu fluida. Thick mud itu sendiri merupakan jenis fluida yang memiliki viskositas yang tinggi (kental). Sedangkan Thin Mud merupakan fluida dengan nilai viskositas yang rendah dan dapat mudah mengalir (encer).

Alat yang digunakan dalam melakukan percobaan pengukuran viskositas yang lebih sederhana adalah Marsh Funnel. Hasil dari percobaan pengukuran viskositas dinyatakan dalam jumlah detik yang dibutuhkan lumpur sebanyak 0,9463 liter untuk mengalir keluar dari corong Marsh Funnel. Dari hasil tersebut akan terlihat berapa waktu yang dibutuhkan lumpur saat mengalir pada corong Marsh Funnel apakah memiliki viskositas tinggi atau viskositas rendah.

Penentuan besarnya harga Shear Stress dan Shear Rate dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

..................................................................( Persamaan 4.1 )

..................................................................( Persamaan 4.2 )

 

 

Keterangan :

                   = Shear Stress (dyne/)

                  = Shear Rate ()

           C       = Dial Reading (derajat )

           RPM = Revolution Per Minute dari Rotor (rpm)

Penentuan viskositas nyata untuk setiap harga Shear Rate dihitung berdasarkan hubungan :

 ...………..........……………………......(Persamaan 4.3)

 ………………………………...............(Persamaan 4.4)

Penentukan Plastic Viscosity dan Yield Point dalam Field Unit digunkan persamaan Bingham Plastic :

 

                            ..............................................................(Persamaan 4.5)

 

 

 

 

Dengan memasukan persamaan 4.1 dan 4.2 ke dalam persamaan  4.5 maka di dapat :

......................................................(Persamaan 4.6)..............…………………............(Persamaan 4.7)

Keterangan         :

                    = Plastic Viscosity (cp)

                     = Yield Point Bingham (lb/100

C₆₀₀                  = Dial Reading pada 600 RPM (derajat)

C₃₀₀                  = Dial Reading pada 300 RPM (derajat)

Harga Gel Strength dalam 100 lb/ diperoleh secara langsung dan pengukuran dengan alat Rheometer simpanan skala penunjuk akibat digerakkan rotor pada kecepatan 3 RPM langsung menunjukan harga Gel Strength 10 detik atau 10 menit dalam lb/100 . Dalam rheometer terdapar enam tingkatan putaran rotor yaitu 600 Rpm kecepatan High, 300 Rpm kecepatan Low, 200 Rpm kecepatan  High,100 Rpm kecepatan Low, 6 Rpm, kecepatan High, 3 Rpm kecepatan Low.

 

 

 

 

 

4.3         Alat dan Bahan

4.3.1        Alat yang Digunakan

Tabel 4.1

Alat – Alat Laboratorium Yang Digunakan Beserta Fungsinya

No	Nama dan Gambar Alat	Fungsinya
1.	Gambar 4.1 Cup Mixer	·      Sebagai wadah pada saat mencampurkan (Mixing) bahan-bahan lumpur.
2.	Gambar 4.2 Cup Mud Funnel	·      Untuk menampung lumpur yang akan di ukur viskositas relatifnya.
3.	Gambar 4.3 Rheometer	·      Untuk pengukuran fiskositas nyata, plastic viscosity (PV), yield point (YP), dan gel strength dari lumpur pemboran.
4.	Gambar 4.4 Gelas Kimia	·      Sebagai tempat melarutkan suatu zat.
5.	Gambar 4.5 Gelas Ukur	·      Menghitung volume suatu fluida.
6.	Gambar 4.6 Marsh Funnel	·      Menentukan viskositas relatif lumpur pemboran
7.	Gambar 4.7 Multi Mixer	·      Sebagai pengaduk otomatis putarannya meliputi low, medium, high tergantung setiap material lumpurnya.
8.	Gambar 4.8 Stopwatch	·      Untuk menghitung waktu dalam satuan detik.
9.	Gambar 4.9 Timbangan	·      Untuk menimbang material-material yang dipakai untuk membuat lumpur. Dinyatakan dengan satuan (gr).

 

4.3.2        Bahan yang Digunakan

a.    Aquadest 350 ml

b.    Bentonite 22,5 gram

c.    CMC-LV 0,2 gr

 

4.3.3        Gambar Rangkaian Alat

Rheometer

Marsh Funnel

 

 

4.3         Prosedur Percobaan

4.4.1        Membuat Lumpur Dasar

 

 

 

 

		Merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.2        Menghitung Viskositas Relatif Pada Marsh Funnel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

		Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.3        Menghitung Viskositas Nyata Menggunakan Rheometer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

		Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.4        Menghitung Gel strength Menggunakan Rheometer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

		Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4         Hasil Pengamatan

Tabel 7.2

Hasil Pengamatan Viskositas dan Gel Strength

Bahan Lumpur	Komposisi	Satuan	Urutan Mix	Hasil Pengamatan (s)
Aquadest	350	mL	20’ L	102 detik
Bentonite	22,5	gram

Tabel 7.3

Hasil Pengamatan pH Pada Lumpur Pemboran

Bahan lumpur	Komposisi	Satuan	Urutan Mixing	Rheometer
				RPM	Hasil Pengamatan
Aquadest	350	mL	15’ Low	600	43
				300	31
				200	27
				100	21
Bentonite	22,5	gr		6	15
				3	13
CMC-LV	0,2	GR	5’ Low	AV	21,5
				PV	12
				YP	19
				GL 10”	15
				GL 10’	47

 

 

 

 

4.5         Pengolahan Data

4.6.1        Mencari AV (Apparent Viscocity)

   Diketahui      :

   R₆₀₀               = 43

   Ditanya         :

   AV               = ... ?

   Dijawab        :

   AV               =  

                         =   

                         = 21,5

4.6.2        Mencari PV (Plastic Viscosity)

   Diketahui      :

   a. R₆₀₀           = 43

   b. R₃₀₀              = 31

   Ditanya         :

   PV                = ... ?

   Dijawab        :

   PV                = R₆₀₀ – R₃₀₀

                                = 43 – 31

                         = 12

 

 

4.6.3        Mencari YP( Yield Point )

   Diketahui      :

   a. R₃₀₀               = 31

   b. PV            = 12

   Ditanya         :

   YP                = ... ?

   Dijawab        :

   YP                = R₃₀₀ - PV

                        = 31 -21

                         = 19

 

4.6         Pembahasan

Percobaan pengukuran viskositas dan gel strength bertujuan agar praktikan dapat mengetahui nilai viskositas relatif lumpur dengan menggunakan Marsh Funnel, menentukan viskositas nyata, Plastic Viscosity dan Yield Point menggunakan Rheometer, mempelajari rheologi lumpur pemboran, menghitung nilai Gel Strength pada lumpur, mengetahui perbedaan antara viskositas dan Gel Strength.

Viskositas merupakan suatu keengganan dari suatu fluida untuk dapat mengalir atau bergerak. Dalam hal ini viskositas dapat diakatakan sebagai kekentalan fluida. Semakin tinggi viskositas suatu fluida maka semakin kental fluida tersebut dan semakin susah bagi fluida tersebut untuk mengalir. Begitu juga sebaliknya jika nilai dari viskositas semakin kecil maka semakin cair fluida tersebut dan semakin mudah baginya untuk mengalir.

Selain viskositas sifat Gel Strength pada lumpur pemboran juga berperan penting, karena pada saat  Round Trip atau saat mencabut maupun memasukkan rangkaian pipa pemboran proses sirkulasi lumpur akan dihentikan dan Sifat Gel Strength dari lumpurlah yang mencegah Cutting atau serpihan - serpihan formasi turun dan mengendap kembali di dasar lubang bor yang dapat mengakibatkan merusakakan pemboran selanjutnya.

Gel Strength  adalah sifat luida dimana fluida atau zat cair akan menjadi lebih kental dalam keadaan diam dan semakin lama akan semakin mengental. Sifat inilah yang berguna untuk menahan cutting pada saat sirkulasi berhenti.

Alat yang digunakan pada percobaan ini yaitu Cup Mixer untuk membuat lumpur dasar, Cup Mud Funnel untuk menampung lumpur dari Marsh Funnel, Rheometer untuk menghitung Rheology lumpur, gelas kimia untuk tempat lumpur dasar, gelas ukur untuk mengambil lumpur, Marsh Funnel untuk lumpur yang akan diukur viskositas relatifnya, Multi Mixer untuk mengaduk saat membuat lumpur dasar, Stopwatch untuk menghitung besar viskositas relatif lumpur, timbangan untuk menimbang Bentonite. Bahan yang digunakan yaitu Aquadest 350 ml sebagai pelarut, Bentonite 22,5 gr sebagai zat terlarut dan bahan dasar lumpur, CMC-LV 0,1 gr sebagai zat aditif dalam percobaan ini.

Terdapat 4 prosedur percobaan yang harus dilakukan. Yang pertama adalah membuat lumpur dasar. Langkah yang pertama Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan lalu Memasukan 350 ml Aquadest  dan 22,5 gr bentonite kedalam Cup Mixer, Melakukan Mixing di Multi Mixer dengan kecepatan Low selama 15 menit,  Menambah 0,2 gr CMC-LV kedalam Cup Mixer,  Melakukan Mixing selama 5 menit dengan kecepatan Low,  Menuangkan lumpur yang telah dibuat kedalam gelas kimia, Merapihkan alat dan bahan yang telah digunkan.

Prosedur yang kedua yaitu mengukur viskositas menggunakan Marsh Funnel. Langkah yang pertama menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, menutup lubang bagian bawah Marsh Funnel dengan jari memasukkan lumpur kedalam Marsh Funnel sampai menyentuh garis singgung yang ada didalam Marsh Funnel, membuka jari tangan agar lumpur mengalir kedalam marsh funnel sambil menghitung berapa lama waktu yang diperoleh menggunakan stopwatch sampai menyentuh garis singgung didalam Cup Marsh Funnel, mencatat hasil yang diperoleh dari waktu yang diperlukan untuk mengalir dalam satuan detik, membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.

Prosedur ketiga yaitu mengukur Shear Stress menggunakan Rheometer. Langkah yang pertama yaitu menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, mencampurkan lumpur dasar dan CMC-LV sebanyak 0,2 gram kedalam Cup Mixer lalu memixingnya kembali selama 5 menit dengan kecepatan Low,  memasukkan lumpur kedalam Cup Chamber sampai batas tepi yang sudah ada pada rheometer,  meletakkan cup pada Rheometer yang kedudukannya sampai lubang rotor tertutup oleh lumpur, menyalakan rheometer pada 600 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan high. lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer, menyalakan rheometer pada 300 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan Low. lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer, menyalakan Rheometer pada 200 RPM dengan posisi knop diatas dan kecepatan High. lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer,  menyalakan rheometer pada 100 RPM dengan posisi knop diatas dan kecepatan Low. lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer, Menyalakan Rheometer pada 6 RPM dengan posisi knop ditengah dan kecepatan High. Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer, Menyalakan rheometer pada 3 RPM dengan posisi knop ditengah dan kecepatan Low. Lihat skala yang ditunjukkan oleh Rheometer, mencatat hasil yang didapat dari skala Rheometer, Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan

Prosedur yang terahir yaitu mengukur gel strength menggunakan Rheometer. Langkah yang pertama yaitu menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan, mencampurkan lumpur dasar dan CMC-LV sebanyak 0,2 gram kedalam Cup Mixer lalu memixingnya kembali selama 5 menit dengan kecepatan Low, memasukkan lumpur kedalam Cup Chamber sampai batas tepi yang sudah ada pada Chup Chamber , meletakkan Cup pada Rheometer dengan kedudukannya, sampai lubang rotor terendam oleh lumpur, meletakkan Cup pada Rheometer dengan kedudukannya, sampai lubang rotor terendam oleh lumpur, Menyalakan rheometer pada 600 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan high selama 30 detik, Matikan  rheometer selama 10 detik, kemudian naikkan knok ke posisi 3 RPM kecepatan low, lalu lihat simpangan terjauh yang didapat, Menyalakan rheometer pada 600 RPM dengan posisi knop dibawah dan kecepatan high, selama 30 detik , Matikan rheometer selama 10 menit, kemudian naikkan knop ke posisi 3 RPM, Mencatat hasil yang didapat dari skala rheometer, Membersihkan dan merapihkan alat dan bahan yang telah digunakan.

Setelah melakukan percobaan diperoleh hasil pengamatan dan pengolahan data sebagai berikut. Pada percobaan pengukuran viskositas relatif hasil yang didapat yaitu 102 detik dan pada percobaan pengukutan viskositas nyata dan gel strength, shear stress pada R₆₀₀ adalah 43, pada R₃₀₀ adalah 31, pada R₂₀₀ adalah 27, pada R1₀₀ adalah 21, pada R₆ adalah 15, pada R₃ adalah 13 .Nilai gel strength 10 detik adalah 47 dan nilai gel strength 10 menit adalah 47. Nilai apparent viscosity semesar 21,5 poise, nilai plastic viscosity sebesar 12 poise dan nilai yield point adalah 19 lb/100 ft².

 

 

 

 

 

 

4.7         Analisa Kesalahan

Dari percobaan Pengukuran Viskositas dan Gel Strength terdapat beberapa kesalahan yaitu :

a.    Pada saat mengukur Gel Strengh yang 10 detik praktikan tidak fokus saat melihat simpangan terjauh skalanya sehingga harus di ulang.

b.    Melihat waktu pada Stopwatch kurang teliti pada saat mengukur viskositas relatif.

4.8         Kesimpulan

Setelah melakukan Pengukuran Viskositas dan Gel Strength dapat disimpulkan, yaitu :

1.    Nilai viskositas berdasarkan pengukuran dengan Marsh Funnel adalah 102 detik.

2.    Nilai Plastic Viscositynya adalah 12 poise dan nilai Yield Point adalah 19 lb/100 ft².

3.    Rheologi lumpur pemboran terdiri dari Plastic Viscosity, Yield Point, Gel Strength , Viskositas. Plastic Viscosity adalah tahanan terhadap aliran yang disebabkan oleh adanya gesekan antara sesama benda padat didalam lubang bor dan merupakan salah satu parameter kenaikan Solid dalam lumpur. Yield Point adalah tahanan terhadap aliran akibat dari adanya gaya elektro kimia antara padatan dengan padatan, cairan dengan cairan maupun padaran dengan cairan. Gel Strength  adalah sifat fluida dimana fluida atau zat cair akan menjadi lebih kental dalam keadaan diam dan semakin lama akan semakin mengental. Sifat inilah yang berguna untuk menahan Cutting pada saat sirkulasi berhenti. Viskositas merupakan suatu keengganan dari suatu fluida untuk dapat mengalir atau bergerak. Dalam hal ini viskositas dapat diakatakan sebagai kekentalan fluida. Semakin tinggi viskositas suatu fluida maka semakin kental fluida tersebut dan semakin susah bagi fluida tersebut untuk mengalir. Begitu juga sebaliknya jika nilai dari viskositas semakin kecil maka semakin cair fluida tersebut dan semakin mudah baginya untuk mengalir.

4.    Nilai Gel Strength pada lumpur Gel Strength 10 detik adalah 15, Gel Strength 10 menit adalah 47.

5.    Perbedaan viskositas dan Gel Strength adalah viskositas adalah sifat fluida yang menunjukkan keengganan fluida untuk mengalir. Viskositas dapat di sebut kekentalan fluida. Viskositas memiliki peranan dalam mengangkat Cutting selama proses sirkulasi berlangsung. Sedangkan Gel Strength adalah sifat fluida atau zat cair akan menjadi semakin kental apa bila berada dalam keadaan diam. Gel strength memiliki peranan untuk menahan cutting agar tidah turun ke dasar lubang bor selama proses sirkulasi berhenti.