PENGUKURAN VISCOSITAS DAN GEL STRENGTH

TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan viscositas relatif lumpur pemboran dengan Marsh Funnel.

2. Menentukan viscositas nyata (apparent viscosity), plastic viscosity, yield point dan gel strength lumpur pemboran dengan menggunakan Fann VG Meter.

3. Memahami rheologi lumpur pemboran.

4. Mengetahui efek penambahan thinner dan thickener pada lumpur pemboran.

DASAR TEORI

Viscositas dan gel strength merupakan bagian yang pokok dalam sifat-sifat rheologi fluida pemboran. Pengukuran sifat-sifat rheologi fluida pemboran penting mengingat efektivitas pengangkatan cutting merupakan fungsi langsung dari viscositas. Sifat gel pada lumpur juga penting pada saat round trip sehingga dapat mencegah cutting mengendap di dasar sumur yang dapat menyebabkan kesukaran pengeboran selanjutnya. Viscositas dan gel strength merupakan sebagian dari indikator baik tidaknya suatu lumpur.

Fluida pemboran dalam percobaan ini adalah lumpur pemboran. Lumpur pemboran ini mengikuti model-model rheologi Bingham Plastic, Power Law. Diantara ketiga model ini, Bingham Plastic merupakan model yang sederhana untuk fluida Non-Newtonian.
Yang dimaksud fluida non-Newtonian adalah fluida yang mempunyai harga viscositas tidak konstan, bergantung pada besarnya geseran (shear rate) yang terjadi. Gambar di bawah ini adalah suatu plot pada kertas koordinat rectangular dari viscositas vs shear rate untuk fluida ini. Pada setiap shear rate tertentu fluida mempunyai viscositas yang disebut apparent viscosity dari fluida pada shear rate tersebut.
Berbeda dengan fluida newtonian yang mempunyai viscositas konstan, fluida Non-Newtonian memperlihatkan suatu yield stress suatu jumlah tertentu dari tahanan dalam yang harus diberikan agar fluida mengalir seluruhnya.
Dalam percobaan ini pengukuran viscositas yang sederhana dilakukan dengan menggunakan alat marsh funnel. Viscositas ini adalah jumlah detik yang dibutuhkan lumpur sebanyak 0,9463 liter untuk mengalir keluar dari corong marsh funnel. Bertambahnya viscositas ini direfleksikan dalam bertambahnya apparent viscosity. Untuk fluida Non-Newtonian, informasi yang didapatkan dengan marsh funnel memberikan suatu gambaran rheology fluida yang tidak lengkap sehingga biasa digunakan untuk membandingkan fluida yang baru (awal) dengan kondisi sekarang.
Viskositas plastic Yield point adalah bagian dari resistensi untuk mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel. Gaya tarik menarik ini disebabkan oleh muatan-muatan pada permukaan partikel yang didespersi dalam fasa fluida. Gel strength dan yield point keduanya merupakan ukuran dari gaya tarik menarik antar partikel. Gaya tarik menarik dalam suatu sistem lmpur. Bedanya, gel strength merupakan ukuran gaya tarik menarik yang statik sedangkan yield point merupakan ukuran gaya tarik menarik yang dinamis.
a. Viscositas
Viscositas adalah tahanan fluida terhadap aliran atau gerakan yang penting untuk laminar flow. Viscositas plastik (plastic viscosity) seringkali digambarkan sebagai bagian dari resistensi untuk mengalir yang disebabkan oleh friksi mekanik. Istilah thick mud digunakan untuk lumpur dengan viscositas tinggi (kental) dan sebaliknya adalah thin mud (encer). Ada dua anggapan bahwa apabila :
1. Viscositas lumpur yang terlalu tinggi akan menyebabkan :
a. Penetration turun
b. Pressure loss tinggi
c. Pressure surges yang berhubungan dengan loss circulation dan swabbing yang berhubungan dengan bahaya blow out.
d. Sukar melepasnya gas dan cutting dari lumpur saat di permukaan (conditioning equipment)
2. Viscositas lumpur yang terlalu rendah akan menyebabkan
a. Pengangkatan cutting tidak baik
b. Material pemberat lumpur diendapkan
b. Gel Strength
Gel strength adalah pembentukan padatan karena gaya tarik menarik antara plat-plat clay kalau didiamkan dan ini bukan dalam sifat aliran / gerakan melainkan statis. Maka dari itu dengan bertambahnya waktu maka gel strengthnya akan bertambah besar. Pada operasi pemboran gel strength harus normal karena apabila terlalu kecil menyebabkan terendapnya cutting / pasir saat sirkulasi berhenti.
Penentuan Harga Shear Stress dan Shear Rate
Harga shear stress dan shear rate yang masing-masing dinyatakan dalam bentuk penyimpangan skala penunjuk (dial reading) dan RPM motor, harus diubah menjadi harga shear stress dan shear rate dalam satuan dyne/cm2 dan detik-1 agar diperoleh harga viscositas dalam satuan cp (centipoise). Adapun persamaan tersebut sebagai berikut :
 = 5,077 x C……………………………………………………….( 1 )
 = 1,704 x RPM………………………………………………...…( 2 )
dimana :
 = shear stress, dyne/cm2
 = shear stress, detik-1
C = dial reading, derajat
RPM = revolution per minute dari rotor
Penentuan Harga Viscositas Nyata (Apparent Viscosity)
Viscositas nyata (a) untuk setiap harga shear rate dihitung berdasarkan hubungan:
a = ………………………………………………….…..( 3 )
a = …………………………………………………..( 4 )
Penentuan Plastic Viscosity dan Yield Point.
Untuk menentukan plastic viscosity (p) dan yield point (Yp) dalam field unit digunakan persamaan Bingham plastic berikut :
p = ………………………………………………..( 5 )
Dengan memasukkan persamaan (1) dan (2) kedalam persamaan (5) didapat :
p = C600 – C300……………………………………………....( 6 )
Yp = C300 – p………………………………………………...( 7 )
Dimana :
p : Plastic Viscosity, cp
Yp : Yield Point Bingham, lb/100 ft2
C600 : dial reading pada 600 RPM, derajat
C300 : dial reading pada 300 RPM, derajat
Penentuan Harga Gel Strength
Harga gel strength dalam 100 lb/ft2 diperoleh secara langsung dari pengukuran dengan alat Fann VG Meter. Simpangan skala penunjuk akibat digerakkannya rotor pada kecepatan 3 RPM, langsung menunjukkan harga gel strength 10 detik atau 10 menit dalam 100 lb/ft2.

PERALATAN DAN BAHAN
Peralatan :
1. Marsh Funnel Timbangan
2. Gelas Ukur 500 ml
3. Fann VG Meter
4. Mud Mixer
5. Cup Mud Funnel
Bahan :
1. Bentonite
2. Aquadest
3. Bahan-bahan pengencer (thinner)


Untuk Pemaparan yang lebih lengkap beserta gambarnya, silahkan download disini