Casing Pemboran Minyak

Definisi Casing Pada Pemboran Minyak

Casing adalah suatu pipa baja yang di letakan ke dalam lubang sumur pemboran minyak yang bertujuan untuk melindungi lubang sumur dari berbagai ketidak stabilan yang terjadi di dalam lubang sumur pemboran.

Casing merupakan material termahal pada sebuah sumur, sehingga casing yang digunakan ini investasinya cukup besar. Pemilihan ukuran casing, berat, grade dan type threadnya merupakan masalah yang paling penting dipandang dari segi engineering. 

Fungsi Casing Pemboran

Secara umum casing dalam pemboran memiliki fungsi sebagai berikut

• Mencegah runtuhnya dinding sumur
• Mencegah terkontaminasinya air tanah terhadap lumpur pemboran
• Menutup zona lost atau zona rekah
• Mengisolasi dari zona bertekanan abnormal
• Mencegah kontak langsung antara sumur dengan formasi yang ditembus
• Membuat diameter sumur tetap
• Sebagai dudukan untuk BOP dan Peralatan produksi lainnya

Susunan Casing pemboran

Pada dasarnya terdapat 5 jenis casing dalam pemboran sumur minyak yang dibagi berdasarkan fungsinya. Berikut 5 jenis casing pemboran

1. Conductor Casing

Merupakan rangkaian casing pendek (90 - 150 ft) berdiameter 16” sampai 30”. Umumnya berfungsi sebagai :

• Pipa selubung pada tanah yang lembek atau lunak seperti di rawa-rawa atau lepas pantai (sering disebut stove pipe). 
• Mencegah rusaknya struktur tanah di dasar menara bor 
• Melindungi drillstring dari air laut saat di Offshore
• Melindungi casing-casing berikutnya dari korosi
• dapat juga digunakan untuk menyangga beban wellhead di lokasi dimana dukungan tanah tidak kuat. 

Biasanya pemasangan pipa ini dilakukan dengan mendorongnya dengan sebuah alat yang disebut dengan pipe driveer atau vibrating hammer.

2. Surface Casing

Surface casing adalah casing yang dimasukkan ke dalam lubang bor melalui casing conductor. Kedalaman dari surface casing ini sangat bergantung dari kedalaman formasi yang tidak solid (unconsolidated formation). Karena temperatur, tekanan dan fluida yang korosif cenderung meningkat bersamaan dengan kedalaman lubang bor, pemilihan jenis besi casing (grade) harus disesuaikan dengan kondisi sumur. Umumnya surface casing memiliki ukuran diameter antara 9-5/8 in sampai dengan 20 in. 

Berikut merupakan fungsi utama surface casing :

• Melindungi dari air tanah agar tidak terkontaminasi 
• Menutup unconsolidated formation dan zona-zona lost circulation. 
• Sebagai tempat dudukan peralatan BOP 
• Melindungi/menjaga “build” section pada sumur berarah. 
• Menyediakan tempat untuk melakukan “leak-off test”.
• Mempertahankan kestabilan lubang bor 
• Melindungi zona-zona lemah dan secara tidak langsung 
• Mengontrol kick 
• Menyanggah berat semua rangkaian casing ketika di run di bawah surface casing

3. Intermediate Casing

Intermediate casing adalah casing yang biasanya digunakan untuk mencegah / mengatasi masalah yang akan timbul dengan formasi selama pekerjaan pemboran. Pemakaian intermediate casing disebut juga dengan protective casing, karena fungsi utamanya adalah menutupi formasi yang lemah. Casing ini mula-mula digunakan untuk melindungi dari formasi yang bertekanan abnormal, dimana lumpur yang berat digunakan untuk mengontrol tekanan. Biasanya intermediate casing ini ukuran diameternya antara 9 5/8 in sampai dengan 13 5/8 in.

Fungsi Intermediate casing : 

• Menutup zona-zona yang akan menimbulkan masalah dalam pemboran (gas zones, lost circulation zones, dll
• Melindungi pada formasi yang bertekanan abnormal. 
• Menghindari lost circulation atau stuck pipe pada formasi yang lemah. 
• Mengisolasi zona garam atau zona yang menyebabkan problem, seperti heaving dan sloughing shale.

4. Production Casing

Production casing adalah rangkaian casing terakhir dimasukkan ke dalam lubang bor. Ukuran production casing ini bergantung dari estimasi jumlah produksi dari sumur. Semakin tinggi produksi suatu sumur, maka akan semakin besar ukuran production casing yang akan digunakan. Biasanya production casing ukuran diameternya antara 13 in sampai dengan 7 in. casing ini dipasang di atas, atau di tengah-tengah atau di bawah pay zone, dimana mempunyai fungsi untuk mengalirkan migas dan sebagai penampung minyak dari reservoir sebelum dialirkan

Fungsi lainnya dari production casing :

• Mengisolasi zone produksi dari formasi yang lainnya 
• Memproteksi peralatan tubing produksi
• Menyediakan tempat berkumpulnya fluida yang akan diproduksi. 
• Menghubungkan formasi produksi dengan permukaan. 
• Menyediakan tempat untuk alat bantu produksi (submersible pump).

5. Liner

Liner adalah rangkaian dari casing produksi (production casing) yang dipasang dalam sumur pemboran namun tidak sampai kepermukaan. Umumnya liner dipasang pada intermediate casing dengan menggunakan packer atau slip. Casing ini tidak dipasang sampai permukaan, biasanya overlaping (berhimpitan) dengan intermediate casing dengan panjang 300 – 500 ft. 

Fungsi liner

• Menghemat biaya aktivitas pemboran
• Mengontrol gradien tekanan atau fracture. 

Ketika akan membuat lubang bor di bawah liner, hal yang perlu diingat adalah kekuatan casing diatasnya seperti intermediate casing terhadap gaya-gaya bursting dan collapse. Casing ini dapat juga dipasang sampai permukaan, jika diperlukan seperti dua intermediate string. Jika liner ini harus disambung sampai kepermukaan dengan menggunakan rangkaian casing lainnya, maka rangkian casing ini disebut dengan “Tie Back” string.

BACA JUGA :

Sistem Sirkulasi Teknik Pemboran Sumur Minyak dan Gas

Advanced Well Completion Engineering Handbook

Penjelasan Materi Well Completion

Ukuran Casing Pemboran

Spesifikasi Casing Pemboran

Menurut Adams, J Neal, beberapa spesifikasi casing yang perlu diperhatikan adalah : Diameter, BeratNominal, Tipe Sambungan, Grade serta Length Range.

Diameter

Casing mempunyai tiga macam diameter, yaitu Diameter luar (OD), Diameter dalam (ID), dan Drift diameter. Drift diameter adalah dimeter maksimal suatu benda yang dapat dimasukkan kedalam casing. Drift diameter lebih kecil dari diameter dalam (ID). Diameter ini untuk menentukan diameter bit untuk melanjutkan pemboran setelah terpasang suatu selubung (casing). Diameter casing diukur pada body casing, bukanlah pada sambungan casing atau pada coupling casing.

Berat Nominal 

Berat nominal suatu casing menyatakan berat rata-rata casing beserta couplingnya per satuan panjang. Pada umumnya, berat nominal casing dinyatakan dalam satuan pounds per foot (lbs/ft)

Tipe Sambungan / Coupling

Casing biasanya memiliki bagian yang disebut thread dan coupling. Thread adalah ulir yang terdapat pada bagian luar dari kedua ujung casing, sedangkan coupling adalah alat penyambung yang memiliki ulir di bagian dalamnya. Casing mempunyai tiga macam tipe sambungan, yaitu :

• Round Thread and Coupling, mempunyai bentuk ulir seperti V, dan mempunyai 8 sampai 10 ulir per inch. Tipe sambungan ini ada dua masam, yaitu Long Round Thread & Coupling (LCSG) dan Short Rount Thread & Coupling (CSG). Long thread & Coupling mempunyai tension strength 30% lebih kuat dari Short thread & coupling. 
• Buttress Thread and Coupling (BCSG), sambungan ini mempunyai bentuk ulir seperti trapezium dan mempunyai 5 ulir per in. Buttress thread and coupling digunakan untuk tension load yang lebih besar, atau untuk rangkaian selubung atau casing yang panjang. 
• Extreme Line Casing, sambungan ini mempunyai thread yang menyatu dengan body casing. Bentuk thread atau ulirnya berbentu trapezium atau square, dan mempunyai 5 ulir per in. Extreme line casing yang disebutkan diatas mempunyai ketahanan yang besar terhadap kebocoran. Diameter yang mempunyai 5 ulir tiap inch, adalah untuk ukuran 8 5/8 inch sampai 10 ¾ inch. Sedangkan untuk diameter yang lebih kecil dari 7 inch, mempunyai 6 ulir per inch.

Grade

menyatakan mutu dari casing berdasarkan kepada yield strengthnya (lihat tabel 4-5). Yield strength, didefiniskan sebagai tensile stress dalam satuan psi yang memberikan perpanjangan (elongation) 0.5% dari panjang casing. Untuk P-110, adalah 0.6%.

Length Range

adalah panjang dari casing. Panjang dari casing diukur mulai dari ujung coupling sampai keujung thread, merupakan panjang casing bersama couplingnya (L). Panjang dari ujung coupling sampai batas thread dan body csing merupakan panjang pipa casing (Lp), sangat perlu dalam perencanaan casing string.

Pembebanan Pada Casing Pemboran

Casing harus direncanakan agar mampu menahan semua gaya yang bekerja padanya, gaya-gaya yang umum diperhitungkan dalam perencanaan casing adalah External Pressure, Internal Pressure dan Tension Load

1. Tekanan Collapse (External Pressure)

Dalam lubang bor, tekanan di luar casing mungkin akan lebih besar daripada di dalam casing karena adanya tekanan fluida formasi atau karena tekanan tinggi kolom fluida (hidrostatik) di antara casing lubang bor. Pada suatu keadaan dimana terkanan luar casing jauh lebih besar daripada tekanan dalam, maka casing cenderung akan collapse (meledak ke dalam). Jika collapse berhubungan dengan deformasi permanen, maka disebut plastic failure dan jika deformasi tidak permanen disebut elastic failure. Kemampuan casing menahan tekanan dari luar tanpa mengalami deformasi (permanen atau tidak permanen) disebut collapse resistance. Dalam perencanaan casing, agar tidak mengalami collapse maka dipilih casing yang mempunyai kekuatan yang melebihi tekanan yang datang dari luar tersebut.

Biasanya desain factor untuk collapse berharga antara 1.0 – 1.25 dimana memiliki hubungan : 

Pc = Pext x Nc

Keterangan 

Pc = collape resistance atau kekuatan casing menahan tekanan dari luar, psi 

Pext = tekanan yang datang ari luar casing, dalam hal ini tekanan external dianggap sama dengan tekanan tekanan hidrostatik lumpur. Tekanan hidrostatis lumpur dapat dihitung dengan persamaan

Ph = 0.052 x mud weight x tvd

dimana : 

Ph              = tekanan hidrostatik lumpur, psi 

0.052            = konstanta konversi satuan ρm

Mud Weight = densitas lumpur. Ppg 

TVD      = tinggi kolom lumpur

Karena external pressure diangggap sama dengan tekanan hidrostatik lumpur, maka tekanan terbesar yang datangnya dari luar berada di dasar lubang. Dengan  ini perencaaan casing yang terkuat dipasang pada bagian bawah.

Pembebanan Collapse

2. Tekanan Burst (Internal Pressure)

Tekanan Burst adalah tekanan minimum yang dapat menyebabkan pecahnya casing, yang berasal dari kolom fluida di dalam casing(Pi) dan di luar casing(Pe), kedua gaya bekerja dari arah yang saling berhadapan. Dimana Pi > Pe. Beban burst diakibatkan adanya tekanan yang berasal dari dalam casing (internal pressure) yang tidak mampu ditahan oleh casing. 

Internal pressure ini dapat terjadi ketika fluida formasi masuk ke dalam casing, demikian halnya pada keadaan serupa seperti saat melakukan squeezing dan fracturing, maka casing harus mampu menahan tekanan dari dalam yang cukup tinggi. Bagian terbesar yang terkena tekanan dari dalam ini adalah pada bagian atas rangkaian casing. Dan bila tekanan dalam tersebut sangat  besar dan tidak mampu ditahan oleh casing maka dapat mengakibatkan pecahnya casing secara membujur. Dalam beban burst, beban maksimum yang mengakibatkan burst adalah beban dari kolom gas yang mengisi seluruh panjang casing. Sehingga batasan tekanan maksimum hanya terdapat pada kaki casing sebesar tekanan injeksi

IP = 0.052 x (Gf + Ni) x D

dimana : 

IP = tekanan injeksi, psi 
Gr = gradien tekanan rekah, ppg 
Ni = safety faactor, ppg 
D = kedalaman, ft

Dalam perencanaan casing, dipilih casing yang mempunyai kekuatan menahan internal pressure (disebut internal yield pressure) lebih besar dari interval pressure tersebut, yaitu :

Pi    = Pint x Ni

dimana : 

Pi = internal yield pressure, psi 
Pint = internal pressure, psi 
Ni = desain faktor

Bila Pi < Pint, maka casing akan mengalami bursting atau pecah. Besarnya internal pressure pada casing biasanya digunakan anggapan sama dengan besarnya tekanan formasi.

3. Beban Tension

Setiap sambungan pada casing harus mampu menahan berat rangkaian casing di bawahnya dan beban tarik (tension load) terbesar terjadi pada bagian paling atas dari rangkaian. Bagian terlemah terhadap beban tarik ini adalah pada bagian sambungan atau joint, sehingga beban yang ditanggungnya disebut juga dengan joint load. Kekuatan casing dalam menahan suatu beban tarik atau joint load disebut dengan joint strength.

Untuk menentukan harga kekuatan casing dalam menahan beban tarik, API menganjurkan rumus-rumus empiris sebagai berikut

Untuk casing round thread dengan ST&C

Fjs = 0.80 x Cs x Aj x (33.7 - de) x [24.45 + 1/(t-h)]

Untuk casing round thread dengan LT&C

Fjs = 0.80 x Cs x Aj x (25.58 - de) x [24.45 + 1/(t-h)]

dimana: 

Fjs, Fjl = Joint strength minimum. Lb

Cs, C1 = konstanta untuk casing yang bersangkutan, dari tabel 

Aj = luas penampang melintang dinding casing pada lingkar sempurna ulir yang terkecil (Root thread area), in3.

de = diameter luar (OD) casing, inch 

t = kebalan dinding casing, inch 

h = tinggi ulir, inch (pada round thread = 0.0715 inch) 

0.80 = angka perubahan joint strength rata-rata ke harga joint strength Minimum

Joint load suatu casing, dengan mengabaikan faktor pelampungan (bouyancy factor), dapat dicari dari berat casing yang menggantung pada sambungan yang menahannya, yaitu

W = Bn x L

dimana : 
W = tension load. Lb 
BN = berat nominal Casing, lb/ft 
L = pajang casing yang menggantung, ft

Dalam perencanaan casing, digunakan casing yang mempunyai FJ lebih besar dari W, yaitu :

F = W x Nj

dimana : 
Nj = harga desain factor.

Berdasarkan data statistik, harga Nj yang digunakan dalam perencanaan casing berkisar antara 1.6 – 2.0.

4. Beban Biaxial

Biaxial strees pada casing adalah casing dimana menerima dua gaya sekaligus yang saling mempengaruhi. Pada umumnya gaya biaxial strees yang dipertimbangkan dalam perencanaan casing adalah berupa gaya berat casing terhadap collapse resistancenya. 

Harga collapse resistance casing akan berkurang bila casing menerima gaya tarik, dimana gaya tarik casing berasal dari gaya berat rangkaian casing yang menggantung pada casing yang diselidiki. Oleh sebab itu, harga collapse resistance casing harus dikoreksi oleh berat casing yang menggantung padanya. Untuk menghitung penurunan collapse rating suatu casing pada beban tension tertentu dapat ditempuh dengan cara menentukan faktor beban biaxial (x), yaitu :

x = beban tension / body yield strength

Kemudian memasukkan harga x ini ke dalam tabel factor collapse strength (y), setelah itu dapat ditentukan collapse rating hasil koreksi terhadap beban tension, dengan persamaan :

Pcc = y x Pc

dimana : 
Pcc = collapse resistance yang telah dikoreksi, psi 
Pc = collapse resistance yang belum dikoreksi, psi 
Y = yield strength rata-rata, psi

Demikianlah Materi casing pemboran minyak dan gas bumi. silahkan jika ada teman teman yang ingin bertanya atau ingin menambahkan. penulis dengan senang hati menerima. Terima kasih semua

Salam

Vanalive Insight