1. ESTIMASI BIAYA PENGEBORAN DAN 2. PENILAIAN MATA BOR STANDARD IADC (INTERNATIONAL INTERNATIONAL STANDARD STANDARD DRILLING DRILLIN G CONTRACTORS )
1. ESTIMASI BIAYA PENGEBORAN
Pentingnya Penilaian Mata Bor • Merupakan komponen penting dalam biaya program pengeboran;
• Menentukan kecepatan Pengeboran (Rate of Penetration, ROP) Pemilihan Bit;
• Menentukan umur dan masa pakai waktu penggantian mata bor efisiensi;
• Menentukan tripping time efisiensi
Analisis Biaya Pengeboran (Drilling Cost Analysis) Merupakan bagian dari tugas pokok Drilling Engineer:
1. Merekomendasikan prosedur pengeboran yang aman dan penyelesaian sumur pada biaya operasi terendah. 2. Merekomendasikan operasi rig rutin, meliputi: a) b) c) d)
Pengelolaan drilling fluid Operasi pompa Pemilihan bit Menangani permasalahan selama proses pengeboran
Biaya Pengeboran • Cenderung meningkat secara eksponensial dengan peningkatan kedalaman. Sehingga akan lebih menguntungkan jika mempertimbangkan hubungan antara total biaya sumur (C) dengan kedalaman (D):
C = aebD
5
Drilling Cost vs. Time
DEPTH ft
TD DAYS or DOLLARS 6
C = aebD
Konstanta a dan b terutama tergantung kepada lokasi pengeboran. Catatan hasi bor dievaluasi dan ditentukan untuk memperdiksi biaya pengeboran selanjutnya. • Contoh berikut: kedalaman bor 7,500 ft 21,000 ft. • Berdasarkan data tersebut maka didapat: a = 1 X 105 dollar 5 e 2 X 10-4 D -4 -1 X C = 1 10 b = 2 X 10 ft . 7
C = 1 X 105 e 2 X 10-4 D
Teknik interpol asi kurva least-square dari 1978 sum ur unt uk mengestimasi biaya penyelesaian su mur. 8
Kecepatan Pengeboran (Rate of Penetration, ROP) Jika variasi litologi tidak terlalu besar, maka kecepatan pengeboran umumnya berkurang secara eksponensial sesuai kedalaman. Pada kondisi ini, berlaku ROP:
dD dt
= Ke
− 2.303a 2 D
Di mana K dan a2 adalah konstanta. 9
Faktor-Faktor yang mempengaruhi ROP 1. Keterampilan Operator (Personal efficiency) 2. Efisiensi Rig 3. Karakteristik Formasi Batuan a.
Kekuatan batuan (strength),
b. Kekerasan dan kemampugerusan (hardness and / or abrasiveness), c.
Kondisi tekanan formasi,
d. Elastisitas batuan, e. Kelengketan (stickiness atau balling tendency), f.
Kandungan Fluida (fluid content ),
g.
Tekanan antar pori, porositas dan permeabilitas
Faktor-Faktor yang mempengaruhi ROP 4. Faktor Mekanik a. b. c.
WOB (weight on bit) Jenis Bit (bit type) Kecepatan putar (rotary speed)
5. Faktor Hidrolik a. b.
Kecepatan semprotan pada nozzle (jet velocity), Pembersihan dasar lubang (bottom- hole cleaning )
6. Sifat Lumpur (Drilling fluid properties) a. b. c. d.
Berat lumpur (mud weight) Viskositas lumpur filtrate loss Kandungan padatan (solid content).
Waktu Pengeboran (Drilling time) Waktu pengeboran, t d , pada kedalaman tertentu dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut: K
∫
td
dt
0
= ∫
D
e
2.303 a 2D
dD
0
Integrasi dan penyelesaian untuk td menghasilkan:
t d
1 =
2.303a2 K
(e
2.303a2 D
−
1) 12
Dengan mem-plot Kedalaman vs. waktu pengeboran (sumur2 sebelumnya): 1) Memungkinkan kita untuk memprediksi biaya pegeboran sumur baru dengan akurat. 1. Digunakan untuk evaluasi prosedur pengeboran baru, untuk mengurangi waktu pengeboran)
13
Contoh - Cost per foot t hr
R fph
D ft
5 10 20 25 30 35 40
90 475 80 900 60 1,600 50 1,875 40 2,100 30 2,275 20 2,400
Total Cost $ 36,950 47,800 69,200 79,750 90,200 100,550 110,800
Cf $/ft 77.80 53.10 43.30 42.50 43.00 44.20 46.20
14
Cost per ft untuk seluruh bit run 80
70
60 Minimum Cost
50
40 15
Berdasarkan tabel dan grafik tersebut, maka prosedur ekonominya:
1. Dapat menarik/mengganti bit setelah digunakan 25 jam ($42.50/ft) karena biaya bor setelah 30 jam adalah $43.00/ft 2. Penentuan jenis bit yang digunakan akan menjadi sangat penting.
16
Faktor penentu ROP Variabel:
Jenis mata bor Berat
mata bor Kecepatan putaran (rpm) Kemampuan membersihkan dasar lubang Sifat lumpur yang digunakan • Peningkatan berat dan kecepatan putar bit akan meningkatkan drilling rate meningkatkan waktu pemakaian (umur) bit.
Faktor Tetap: Kekerasan Tekanan
batuan
formasi 17
Pemilihan Bit tergantung kepada: • Catatan penggunaan bit pada pengeboran sebelumnya
• Prediksi formasi geologi (litologi) yang akan dibor
• Drilling costs $/bit... • Drilling cost in $/ft
18
40,000 lbf Contoh d =10”
Bit Weight x 1,000 lb/in
19
Umur Bit
Rotary Speed, RPM
20
EFET TEKANAN BALIK P_bit = Kons tan= 550 psi
21
Efek t ekanan balik (Back Pressu re effect) 0 - 5,000 ps i
Hydrostatic Pressure, 1 000’s of psi
22
Efek Lump ur Bor mud v s. gas
Drilled with m ud
Drilled with gas
Drilling Time, days
23
EFFECT OF DRILLING FLUID water vs. air
Rotating Time, hours
24
25
Efek padatan dalam lump ur bor
26
Gradien Tekanan Hidrostatik (Hydrostatic Pressure Gradient) Fresh Water Pressure Gradient = 0.433 psi/ft Density of Fresh Water
= 8.33 lb/gal
Hydrostatic Pressure (at 12,000 ft depth): with water:
p = Gw * Depth (vertical depth) = 0.433 psi/ft * 12,000 ft = 5,196 psi 27
Tekanan Hidrostatik Dengan densiti lumpur 14 lb/gal :
p = GM * Depth
ρMud = * 0.433 psi/ft * Depth 8.33 Pressure
=
0.052 * Mud Weight * Depth
= 0.052 *14.0 *12,000 = 8,736 psig (5,196 psi with water) 28
Kebutuhan Tekanan Hidrostatik (Hydrostatic Pressure Required) Berapa berat lumpur yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan tekanan pori 10,000 psig kedalaman vertikal 12,000 ft? Required Mud Weight Required Mud Weight
Pressure =
0.052 * Depth 10,000 =
0.052 * 12,000
MW = 16.03 lb/gal 29
Perhitungan Biaya Pengeboran (Drilling Cost Estimation) Cb + Cr ( tb + tc + tt ) Cf = ∆D Cf drilling cost, $/ft =
$ ft ∆D = footage drilled
Cb cost of bit, $/bit =
Cr
=
fixed operating cost of rig, $/hr
tb
=
total rotating time, hrs
tc
=
total non-rotating time, hrs
tt
=
with bit, ft/bit
total trip time (round trip), hrs 30
Contoh Perhitungan dalam Pemilihan Mata Bor •
Suatu program pemilihan mata bor diajukan untuk pengeboran sumur baru dengan menggunakan data unjuk kerja bit sumur terdekat.
•
Data diperoleh dari catatan drilling performance pada penggunaan 3 buah mata bor dalam pengeboran formasi batugamping dengan kedalaman 9,000 ft.
•
Tentukan jenis mata bor yang harus dipilih jika: • • •
Biaya operasi rig = $400/hr, Waktu pengeboran (tripping time)= 7 jam, Waktu penyambungan = 1 menit/sambungan. 31
Jika diasumsikan bahwa setiap bit telah digunakan di sumur terdekat dengan biaya minimum per foot adalah sebagai berikut:
Bit
Bit Cost ($)
Rotating Time (hours)
Connection Time (hours)
A B C
800 4,900 4,500
14.8 57.7 95.8
0.1 0.4 0.5
Mean Penetration Rate (ft/hr) 13.8 12.6 10.2
Bit mana yang direkomendasikan untuk digunakan? 32
Penyelesaian: Cost per foot (Cf) pengeboran untuk tiap mata bor dihitung dengan menggunakan persamaan, untuk Bit A: C f
C f
=
=
C b + C r (t b + t c + t t )
$
∆ D
ft
800 + 400(14.8 + 0.1 + 7) 13.8(14.8)
=
$46.81/ft. 33
Dengan cara yang sama, untuk Bit B,
Cb + Cr ( tb + tc + tt ) Cf = ∆D Cf =
4,900 + 400(57.7 + 0.4 + 7) 12.6(57.7)
$ ft =
$42.56 /ft.
34
Untuk Bit C:
Cb + Cr ( tb + tc + tt ) Cf = ∆D Cf =
4,500 + 400(95.8 + 0.5 + 7) 10.2(95.8)
=
$ ft $46.89 /ft. 35
Kesimpulan: Bit A: $46.81 /ft Bit B: $42.56 /ft Bit C: $46.89 /ft Biaya pengeboran minimum diperoleh dengan menggunakan Bit B. meskipun harga bit termahal, tetapi masa pakai dan ROP cukup baik untuk diterapkan. 36
2. PENILAIAN MATA BOR STANDARD IADC (INTERNATIONAL STANDARD DRILLING CONTRACTORS)
Faktor Penentu Pemilihan Bit 1. Jenis Formasi batuan (keras , lunak) 2. Berat Bit 3. Biaya Operasi Bit: a. Kecepatan penembusan (ROP) b. Umur pakai c. Efektifitas & mutu produksi lubang (full sized atau full-gauge hole)
Wight on Bit (WOB)
d e e p S y r a t o R
d c
e
b a
Weight on bit
KODE BIT MENURUT IADC
STANDARD PENILAIAN IADC Digit Pertama: • Kode: 1, 2, dan 3 untuk jenis Biji Mata Bor Baja (STEEL TOOTH BITS): 1 Formasi Lunak, 2 Formasi Medium, and 3 Formasi
for hard formations.
• Kode 4, 5, 6, 7 dan 8 untuk jenis Mata Bor Insert Bits bahan Tungsten Carbida (TUNGSTEN CARBIDE INSERT BITS): 4 Formasi Paling Lunak, 8 Formasi
Paling Keras.
DIGIT KEDUA DIGIT KEDUA K EDUA:: • 1, 2, 3 dan 4 adalah rincian lebih lanjut dari formasi, di mana: 1 Formasi Paling Lunak
Keras dan Sulit. Sul it. 4 Formasi Paling Keras
DIGIT KETIGA: 1 s/d 7 Digit ini mengklasifikasikan Bit berdasarkan berdasarkan jenis bantalan/seal bantalan/seal dan proteksi khusus terhadap gauge
Kode Digit Ketiga: • 1. Standard open bearing roller bit ai r-cooled • 2. Standard open bearing roller bit, air-cooled • 3. Standard open bearing roller bit with gauge protection which is defined as carbide inserts in the heel of the cone • 4. Sealed roller bearing bit protection • 5. Sealed roller bearing bit with gauge protection • 6. Journal sealed bearing bit protection • 7. Journal sealed bearing bit with gauge protection
DIGIT KEEMPAT: Berisi kode huruf tentang deskripsi tambahan mengenai kondisi mata bor: A. Air Application R. Reinforced Welds C. Center Jet S. Standard Steel Tooth D. Deviation Control X. Chisel Insert E. Extended Jet Y. Conical Insert G. Extra Gage Protection Z. Other Insert Shape J. Jet Deflection
Contoh
Jenis-jenis bantalan (bearing) Umumnya ada empat (4) jenis disain bantalan yang digunakan dalam mata bor tricone: 1. STANDARD BEARING BIT ROLLER OPEN: Pada bit ini kerucut bit berputar bebas. Jenis bit ini memiliki barisan depan bantalan berebentuk bola dan bantalan rol di deretan belakang. 2. STANDARD OPEN BEARING ROLLER BIT FOR AIR DRILLING: Kerucut mirip dengan # 1, tetapi memiliki injeksi udara langsung ke kerucut untuk mendinginkan bantalan. Air mengalir ke kerucut melalui bagian dalam pin. (Bit ini bukan untuk aplikasi lumpur). 3. SEALED BEARING ROLLERS BITS: Bit ini memiliki segel O-Ring dengan reservoir minyak untuk pendingin bantalan. Segel bertindak sebagai penghalang lumpur dan cutting untuk melindungi bantalan. 4. JOURNAL BEARING ROLLER BITS: Bit ini didinginkan dengan minyak / oli di bagian hidung bantalan, segel O-Ring segel dan dimaksudkan untuk kinerja maksimum.
PENILAIAN KEAUSAN MATA BOR
1. Gigi Kode T 2. Bearing Kode B 3. Gouge Wear Kode Angka (inch)
1. GIGI Gigi dibagi menjadi 8 Tingkat Keausan
• Roller Steel teeth: T3 berarti berati 3/8 dari gigi telah aus
• Tungsten Carbide Insert bit: T3 berarti 3/8 gigi telah aus atau lepas
2. BEARING • B3 - berarti sekitar 3/8 dari bearing yang ada telah rusak
3. Gouge Wear (Diameter Lubang) • Bit mengalami keausan di sekeliling Bit sehingga diameternya lubang yang dihasilkan mengecil.
• Diameter diukur dengan “Gauge Ring” (dinyatakan dalam inch)
Cara mengukur: Cara 1: 2 buah cone kontak dgn dinding ring, diukur x 2/4 Cara 2: seluruh cone diposisikan di tengah ring gauge, hasil pengukuran x 2.
Kondisi Keausan Bit
JENIS-JENIS MATA BOR
https://www.youtube.com/watch?f eature=player_detailpage&v=h4Q R8fqXCfE
Secara umum jenis-jenis bit dapat dikelompokkan seperti berikut 1. Roller Cone Bit – Milled Tooth Bit gigi tetap – Inserted Tooth Bit
gigi
bisa diganti
2. Fixed Cutter Bit (Drag Bit) 3. Diamond Bit
ROLLER CONE •
• • •
Roll Roller er Bi Bitt ter terdi diri ri dari dari dua dua atau atau tiga kerucut dengan gigi yg mencuat. Saat ini yg umum digunakan di dalam industri adalah ‘threecone bit’ Gigi me menerapkan ga gaya yg yg melebihi tekan kekuatan batu. Dil Dilengk engka api ala alatt pemb pember ers siha ihan hidrolik dengan menggunakan nozel Gigi Gigi-g -gig igii dap dapat at diga digant ntii (bes (besar ar dan panjangnya)sesuai panjangnya)sesuai dengan tingkat kekerasan batuan yang akan dibor.
Kelebihan Insert Roller Cone 1. Dapat apat menan enanga gani ni berb erbagai agai kond kondis isii pengeboran 2. Dapa Dapatt dig digun unak akan an dala dalam m for forma masi si kera keras s dan dan lunak 3. Ting Tingka katt / kece kecepa pata tan n pene penetr tras asii tin tingg ggii 4. Lebi Lebih h mur murah ah dari daripa pada da bit bit pem pemot oton ong g tet tetap ap 5. Lebi Lebih h sens sensit itif if dal dalam am men mener erim ima a over overpr pres essu sure re formasi, sehingga dapat digunakan sebagai indikator formasi overpressure,
Kelemahan • Lebih Lebih mud mudah ah aus aus dib diban andin dingka gkan n deng dengan an bit bit PCD • Jam Bi Bitt (wa (wakt ktu u rot rotas asii Bit Bit)) kurang kurang
Milled Tooth • Gigi Gigi pan panja jang ng unt untuk uk for forma masi si lun lunak ak • Gigi Gigi pen pende dek k untu untuk k for forma masi si ker keras as • Cone Cone off off-s -set et di di soft soft-f -for orma masi si hasi hasill bit bit dalam dalam menggores aksi mencongkel • Dapa Dapatt meng mengas asah ah / memp memper erta taja jam m send sendir irii dgn menggunakan Hardfacing di satu sisi • Kece Kecepa pata tan n pen penge gebo bora ran n tin tingg ggii terutama dalam batuan lunak
FIXED DILLING BIT • Fixed cutter atau drag bits tidak memiliki bagian-bagian yang bergerak atau berputar (misal bearing)
KELEBIHAN FIXED BIT 1. Dapat mengebor lubang sangat panjang, jika kondisi pengeboran sesuai. 2. Masa pakai lama dan jam kerja tinggi, meskipun bekerja pada formasi sulit dan abrasif 3. Memungkinkan rotasi sedikit lebih tinggi, ketika diterapkan penggunaan motor lubang 4. Sebagai aturan praktis, keuntungan khususnya pada diamond bit dan roller bit adalah semakin dalam dan semakin kecil diameter lubang maka semakin cepat penetrasinya.
KELEMAHAN FIXED BIT 1. Peka terhadap material baja yang tertembus di dasar lubang, misal karena ada benda yang jatuh ke dalam lubang. 2. Harus dijalankan dengan hati-hati, lubang bor harus dicuci bersih. 3. Sulit dan sering gagal untuk mengebor formasi sangat lunak dan bergetah (Bit balling effect). 4. Harga lebih mahal.
Fixed Cutter Bits PDC BITS
full-diameter drilling
side-tracking
Bore hole opening (pengeboran awal ~ pilot hole)
Fixed Cutter Bits Twister Recommended for Milling Cement, Composite Plugs & Cast Iron Plugs
DIAMOND BIT
Diamond Bit • Diamond Bit memiliki desain yang sangat dasar dan tidak ada bagian yang bergerak. • Tubuh bit terbuat dari baja, dan elemen pemotongan yang tertanam dalam matriks dikeraskan dengan karbida - tungsten, yang memberikan gerusan optimal bit terhadap abrasi dan erosi.
Diamond Bit • Bubuk intan atau biji-bijian, dapat berupa berlian alami atau polikristalin-termal berlian yang stabil (sintetis). • Ukuran dari 8 - 115 mikrometer. • Diamond tersebut dapat berupa campuran atau - diresapi (impregnasi) atau tertanam dalam matriks karbida, baja atau tungsten. • Dapat diterapkan pada formasi batuan hingga suhu 1.200 º C. • Pada jenis bit yang tertanam dalam tubuh bit, ada kemungkinan untuk ditukar-ganti.
DIAMOND BIT (Impregnated) • Bit yang disisipi intan diresapi digunakan untuk memotong formasi batuan ultra-keras. • Menggunakan logam campuran (alloy) yang diperkuat dengan karbida dan intan sintetis berukuran sebesar biji jagung. • Hal ini memungkinkan bit untuk mengebor semua jenis formasi. • Bit intan Impregnasi ini dapat disesuaikan dengan pekerjaan mulai dari forrmasi sangat rusak (broken formation) yang kasar hingga formasi yang sangat halus, baik batuan konsolidasi maupun yang ultra-keras. • Penajaman sendiri (Bit resharpens) terbentuk karena putaran yang memperbaharui tepian sehingga menjadi tajam • Bit ini tidak dirancang untuk mengebor dari awal / overburden.
DIAMOND BIT SURFAFE SET
DIAMOND BIT – TUNGSTEN CARBIDE
TUNGSTEN CARBIDE • • • • • •
Bit gigi Carbide dirancang adalah bit inti ang dirancang untuk memotong formasi lunak dengan kerikil yang sangat kecil, serpih lengket atau tanah liat. Bit gigi karbida disediakan dalam 2 jenis, Sawtooth Penuh atau Tooth Terhuyung. Tungsten karbida sisipan secara selektif ditempatkan dalam matriks karbida. Waterways dirancang untuk debit optimum cairan dan bantuan dalam mengendalikan abrasi matriks untuk memaksimalkan efisiensi pemotongan dan penetrasi. Bit inti Carbide tidak dirancang untuk mengebor formasi keras dan dibangun dengan elemen pemotongan single layer. Bit inti Tuff-Kut umumnya digunakan untuk pengeboran formasi lunak seperti tanah liat, pasir, gips atau shale lembut. Meskipun demikian, Bit Tuff-Kut dapat digunakan untuk membersihkan fragmen baja dari lubang bor.
Mana Bit yang paling ideal?
Bagaimana menentukan Bit yang paling ekonomis?
IADC System • Operational since 1972 • Provides a Method of Categorizing Roller Cone Rock Bits • Design and Application related coding • Most Recent Revision
‘The IADC Roller Bit Classification System’
1992, IADC/SPE Drilling Conference
Paper # 23937
IADC Classification • 4-Character Design/Application Code – First 3 Characters are NUMERIC – 4th Character is ALPHABETIC
135M
or
447X
or
637Y
Sequence 135M
or
447X
or
• Numeric Characters are defined: – Series
1st
– Type
2nd
– Bearing & Gage
3rd
• Alphabetic Character defined: – Features Available
4th
637Y
Series 135M
or
447X
or
637Y
• FIRST CHARACTER • General Formation Characteristics • Eight (8) Series or Categories • Series 1 to 3 Milled Tooth Bits • Series 4 to 8 Tungsten Carbide Insert Bits The higher the series number, the harder/more abrasive the rock
Define Hardness Hardness
UCS (psi)
Examples
Ultra Soft
< 1,000
gumbo, clay
Very Soft
1,000 - 4,000
unconsolidated sands, chalk, salt, claystone
Soft
4,000 - 8,000
coal, siltstone, schist, sands
8,000 - 17,000
sandstone, slate, shale, limestone, dolomite
Hard
17,000 - 27,000
quartzite, basalt, gabbro, limestone, dolomite
Very Hard
> 27,000
marble, granite, gneiss
Medium
UCS = Uniaxial Unconfined Compressive Strength
Type 135M
or
447X
or
• SECOND CHARACTER • Degree of Hardness • Each Series divided into 3 or 4 ‘Types’ • Type 1
Softest Formation in a Series Increasing Rock Hardness
• Type 4
Hardest Formation in a Series
637Y
Bearing & Gage 135M
or
447X
or
637Y
• THIRD CHARACTER • Bearing Design and Gage Protection • Seven (7) Categories – – – – – – –
1. Non-Sealed (Open) Roller Bearing 2. Roller Bearing Air Cooled 3. Non-Sealed (Open) Roller Bearing Gage Protected 4. Sealed Roller Bearing 5. Sealed Roller Bearing Gage Protected 6. Sealed Friction Bearing 7. Sealed Friction Bearing Gage Protected
Features Available 135M
or
447X
or
637Y
• FOURTH CHARACTER • Features Available (Optional) • Sixteen (16) Alphabetic Characters • Most Significant Feature Listed (i.e. only one alphabetic character should be selected).
IADC Features Available • A - Air Application
• L - Lug Pads
• B - Special Bearing/Seal
• M - Motor Application
• C - Center Jet
• S - Standard Milled Tooth
• D - Deviation Control
• T - Two-Cone Bit
• E - Extended Nozzles • G - Gage/Body Protection • H - Horizontal Application • J - Jet Deflection
135M
or
• W - Enhanced C/S • X - Chisel Tooth Insert • Y - Conical Tooth Insert • Z - Other Shape Inserts
447X
or
637Y
Categorization - Summary • Convenient Categorization System • Design and Application Code • Know its Limitations • Use Carefully in Application Decisions – Consider other sources: offset bit records; dull grading; performance analysis.
