Kerusakan Formasi dan Sumur

Kontak antara formasi dengan fluida lain adalh dasar yang menyebabkan kerusakan formasi. Adapun yang dimaksud fluida disini adalah lumpur pemboran, fluida workover, fluida perforasi ataupun dari fluida reservoir itu sendiri dimana karakteristik reservoirnya telah berubah. Beberapa kemungkinan mekanisme terjadinya kerusakan formasi meliputi :

1.  Penyumbatan yang berasosiasi dengan padatan.

Penyumbatan oleh padatan dapat terjadi pada permukaan formasi, lubang perforasi atau pada formasi itu sendiri. Penyumbatan oleh padatan tersebut berupa material pemberat, clay, material loss circulation, pengendapan scale dan asphalt.

2.  Padatan sangat kecil.

Padatan yang dimaksud berupa oksida besi atau partikel silikat lain. Padatan ini sering terbawa oleh aliran dan akhirnya terendapkan dalam pori-pori pada permeabilitas relatif formasi dan akan berkembang menjadi penyumbat yang serius.

Klasifikasi Mekanisme Kerusakan Formasi

Mekanisme yang menyebabkan terjadinya kerusakan formasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Penyumbatan partikel pada ruang pori

Ketika partikel-partikel halus melalui media berpori, seringkali terendapkan di saluran rongga pori yang mengakibatkan penurunan permeabilitas. Partikel-partikel besar yang tertransport ke permukaan media porous akan menutup pori-pori permukaan dan membentuk filter cake eksternal. Partikel kecil yang melewati media porous dapat menempel pada permukaan badan pori yang menyebabkan penurunan kecil permeabilitas atau dapat menutup rongga pori yang secara efektif menyumbat ruang pori. Penutupan dapat terjadi ketika partikel kira-kira berukuran 1/3 hingga 1/7 dari rongga pori atau lebih.

2. Migrasi partikel halus

Partikel halus yang menyebabkan penymbatan dapat berasal dari luar atau media porous itu sendiri. Pergerakan partikel halus kemungkinan disebabkan oleh perubahan komposisi kimia air atau secara mekanik yaitu karena gaya gesek pergerakan fluida. Kerusakan formasi sering disebabkan oleh dispersi partikel lempung halus ketika salinitas air konat menurun atau komposisi kimia berubah.

3. Presipitasi kimia

Presipitasi padatan dari garam (senyawa anorganik) atau minyak mentah (senyawa organik) dalam formasi dapat menyebabkan kerusakan formasi hebat ketika padatan tersebut menymbat ruang pori. Presipitasi dapat juga terjadi akibat perubahan tekanan dan temperatur di sekitar lubang sumur atau alterasi komposisi fasa oleh fluida injeksi.

Presipitasi anorganik dikarenakan adanya ion bivalen seperti kalsium atau barium, yang berkombinasi dengan karbonat atau sulfat. Ion-ion dalam larutan air konat di reservoir mula-mula berada pada kesetimbangan kimia dengan mineral formasi. Perubahan komposisi air garam/formasi menyebabkan presipitasi.

Awalnya air formasi jenuh dengan kalsium bikarbonat, peningkatan konsentrasi pada sisi kiri persamaan di atas atau penurun konsentrasi pada sisi kanan akan mendorong reaksi ke kanan dan kalsium karbonat terpresipitasi.

Penambahan ion kalsium dan penghilangan CO₂ akan menyebabkan presipitasi. Jadi injeksi fluida dengan kandungan kalsium tinggi seperti fluida komplesi CaCl₂ pada reservoir dengan konsentrasi bikarbonat tinggi akan menimbulkan kerusakan formasi. Begitu juga dengan penurunan tekanan di sekitar lubang sumur yang menyebabkan pembebasan CO₂ dari air formasi sehingga terjadi presipitasi.

Senyawa organik yang biasa menyebabkan kerusakan formasi adalah wax/lilin (parafin) dan aspaltin. Presipitasi wax terjadi ketika temperatur turun atau komposisi kimia minyak berubah karena pembebasan gas akibat penurunan tekanan. Aspaltin merupakan golongan aromatik dengan berat molekul tinggi dan senyawa naftena yang terdispersi secara koloid dalam minyak mentah (Schechter, 1992). Kondisi koloid stabil dengan adanya resin dalam minyak mentah, ketika resin hilang, aspaltin terflokulasi hingga menciptakan partikel yang cukup menyebabkan kerusakan formasi. Perubahan kimia dalam minyak yang menurunkan konsantrasi resin yang dapat menimbulkan pengendapan aspaltin.

4. Emulsi, perubahan permeabilitas relatif dan wetabilitas

Kerusakan formasi dapat disebabkan oleh perubahan fluidanya sendiri seperti perubahan viskositas minyak atau permeabilitas relatif. Namun sifatnya sementara karena fluida bergerak dan secara teoritis dapat digerakkan dari sekitar lubang sumur. Emulsi air dalam minyak di sekitar lubang sumur dapat menyebabkan kerusakan formasi karena viskositas emulsi lebih besar daripada viskositas minyak. Biasanya emulsi terbentuk oleh percampuran secara mekanik minyak dan air, yang merusak salah satu fasanya dalam bentuk gelembung kecil yang terdispersi dalam fasa lainnya. Pembentukan emulsi mungkin secara kimia melalui pemasukan surfactan atau partikel halus yang cenderung menstabilkan gelembung kecil.

Peningkatan saturasi air di sekitar lubang sumur dapat menurunkan permeabilitas minyak sehingga menimbulkan kerusakan formasi, yang disebut blok air. Unsur kimia tertentu dapat mengubah wetabilitas formasi sehingga merubah permeabilitas relatif secara keseluruhan dalam formasi. Jika formasi water wet berubah menjadi oil wet maka permeabilitas relatif minyak mengalami penurunan besar di sekitar lubang sumur.

5. Mekanik

Kerusakan formasi dapat juga diakibatkan penghancuran fisik atau kompaksi batuan saat perforasi, ataupun keruntuhan material formasi lemah di sekitar lubang sumur. Keruntuhan tersebut mungkin terjadi pada formasi yang rapuh atau formasi yang menjadi lemah karena acidizing.

6. Biologis

Sumur yang diinjeksi air akan rentan terhadap kerusakan formasi akibat bakteri di lingkungan sekitar lubang sumur. Bakteri yang terinjeksi, terutama anaerobik dapat tumbuh cepat dalam formasi dan menyumbat ruang pori dengan bakteri itu sendiri atau dengan presipitasi yang dihasilkan oleh aktifitas organisme. Untuk mencegah kerusakan formasi biologis tersebut maka air injeksi dirawat dengan bactericides.

Penyebab Terjadinya Kerusakan Formasi

Adanya formation damage (kerusakan formasi) dan pengurasan permeabilitas efektif minyak pada zona produktif disekitar lubang bor akan menyebabkan kerusakan formasi. Kerusakan ini dapat terjadi pada waktu pemboran, well completion, dan operasi produksi. Penurunan permeabilitas ini akibat adanya material lain yang masuk kedalam porositas batuan dan naiknya produksi air dan gas (Schechter R.S., 1992; Allen T.O., 1982).

1. Kerusakan Formasi Akibat Operasi Pemboran

Untuk menahan dinding lubang bor agar tidak runtuh pada saat operasi pemboran digunakan lumpur pemboran. Pada beberapa kasus lumpur pemboran masuk kedalam formasi. Masalah yang akan timbul adalah untuk formasi yang mengandung clay sehingga akan terjadi reaksi kimia antara filtrat lumpur pemboran dengan clay disekitar lumpur pemboran. Akibat reaksi kimia ini akan menyebabkan pengembangan, dehidrasi atau terdepresinya sebagian lempung yang mengakibatkan tertutupnya porositas batuan. Hal ini sering disebut dengan clay blocking.

Kerusakan formasi lain akibat operasi pemboran yaitu berupa invasi partikel padatan pemboran kedalam formasi. Invasi lumpur pemboran dapat dibagi tiga yaitu:

A. Filtrasi Dinamik

Filtrasi dinamik adalah filtrasi yang terjadi pada saat sirkulasi lumpur serta pada saat drill string berotasi. Filtrasi ini mengandung air filtrat yang paling dominan hingga mencapai 10% – 90% dari volume filtratnya. Faktor-faktor yang mempengaruhi adanya filtrasi dinamik adalah:

§  Kecepatan aliran lumpur

§  Jenis lumpur

§  Tekanan filtrasi

§  Viskositas lumpur

§  Temperatur lumpur

Dengan adanya sirkulasi lumpur maka lumpur akan bersifat dinamik sehingga akan mengikis transisi dari shear strength rendah antara mud cake dan lumpur. Hal yang dimikian akan menyebabkan terjadinya pengendapan dari hasil kikisan sebelumnya.

B. Filtrasi Statik

Filtrasi statik adalah filtrasi dimana tidak terjadi sirkulasi lumpur pemboran dan rotasi drill string. Adapun faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya filtrasi statik adalah:

§  Jenis lumpur

§  Tekanan filtrasi

§  Viskositas lumpur

§  Temperatur lumpur

Terinvasinya filtrat lumpur kedalam formasi yang paling serius adalah pada saat permulaan dimana mud cake belum terbentuk. Terinvasinya filtrat lumpur pemboran disebut Surge Loss. Filtrasi pada saat pemboran akan melalui tiga tahap yaitu: 

1. Periode surge, yaitu sebelum terbentuknya cake pada dinding sumur.

     2. Periode transisi, yaitu filtrat cake sudah terbentuk tetapi belum sempurna      (tekanan gradien rekah belum sempurna).

 3. Periode gradien, yaitu saat volume filtrat sudah tetap atau tebal mud cake

sudah stabil.

C. Filtrasi Dibawah Bit

Filtrasi dibawah bit adalah filtrasi dinamik yang terinvasi melalui bawah bit, yang sebenarnya dianggap tidak serius. Invasi dibawah bit ini tergantung pada beberapa faktor:

§  Kecepatan lumpur pemboran

§  Porositas batuan

§  Permeabilitas

§  Perbedaan tekanan bit dengan formasinya

§  Radius sumur

2. Kerusakan Formasi Akibat Operasi Komplesi

Pada saat sumur selesai dikomplesi akan disertai adanya kerusakan formasi antara lain semen, perforasi, dan formation fracturing. Adanya invasi semen diakibatkan karena adanya rate sirkulasi yang tinggi, tidak adanya mud cake (disini lubang sumur dibersihkan dari mud cake sebelum operasi penyemenan dimulai), tekanan hidrostatik serta viskositas semen. Penurunan laju produksi sumur dapat diakibatkan oleh adanya penymbatan lubang perforasi oleh ion organik maupun anorganik sehingga tekanan turun dan temperatur naik.

Tingkat kekerasan formasi bertambah dengan adanya beban pada casing, semen serta runtuhnya formasi. Untuk formasi yang bersifat unconsolidated pada saat komplesi, pasir akan ikut terproduksikan bersama fluida hidrokarbon.

3. Kerusakan Formasi Akibat Operasi Produksi

Kerusakan formasi pada saat produksi dapat diakibatkan oleh beberapa faktor yang meliputi:

A.  Endapan Organik

Untuk jenis hidrokarbon berat seperti asphalt akan terendapkan didalam tubing, lubang perforasi, dan formasi karena adanya penurunan tekanan dan temperatur disekitar lubang bor selama proses produksi berlangsung. Fraksi hidrokarbon yang terendapkan akan membentuk kristal. Sebab lain adalah penurunan temperatur sehingga menyebabkan reaksi kimia antara minyak mentah dan asam organik.

B. Endapan Silt dan Clay

Untuk formasi unconsolidated, problem sumur berupa terikutnya partikel padatan yang menyebabkan rusaknya formasi itu sendiri serta rusaknya peralatan produksi.

C.  Gas Blocking

Dengan diproduksikannya minyak akan diikuti dengan turunnya tekanan reservoir sampai dibawah tekanan bubble point (P_b) minyak sehingga akan menyebabkan gas lebih banyak keluar dari larutannya. Keluarnya gas dari larutan akan sebanding dengan laju produksi. Akumulasi gas pada lubang perforasi disebut dengan Gas Blocking.

D. Water Blocking

Water blocking dan water encroshment akan menyebabkan naikknya water oil ratio. Water encroshment dipengaruhi oleh permeabilitas batuan khususnya yang berlapis-lapis yang akan menyebabkan air terproduksi ke sumur bersama-sama dengan minyak. Water coning sensitif terhadap rate produksi serta stabil seiring dengan kenaikan permeabilitas terhadap saturasi air. Water coning akan terjadi melalui lapisan semen yang rekah, akibat adanya water blocking.

Penyebab Terjadinya Kerusakan Sumur

Problem mekanis yang terjadi pada suatu sumur perlu diperhatikan karena hal ini akan mempersulit pengontrolan sumurnya, sehingga apabila tidak diatasi sejak dini akan menimbulkan kafatalan.

Secara garis besar penyebab terjadinya kerusakan sumur dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu kerusakan yang terjadi pada bawah permukaan dan kerusakan yang terjadi pada atas permukaan.

1. Kerusakan yang Terjadi pada Bawah Permukaan

Kerusakan ini pada umumnya adalah:

a. Kebocoran casing/tubing

Penyebab terjadinya kebocoran casing/tubing ini adalah proses korosi dan collapse (sambungan pada casing). Korosi pada casing/tubing disebabkan adanya kandungan H₂S, CO₂, HCl, mud acid atau perbedaan potensial/kontak dua macam fluida yang berbeda kegaramannya sehingga menyebabkan pengikisan kimiawi (non-abrasi) pada dinding casing terutama bagian dalamnya, sehingga makin lama makin tipis dan akhirnya bocor.

Kebocoran casing itu selanjutnya dapat mengakibatkan terjadinya komunikasi zona-zona lain dengan zona produktif dan akan mengakibatkan laju produksi minyak turun.

b. Kerusakan primary cementing

Primary cementing adalah penyemenan pertama yang dilakukan langsung setelah casing dipasang begitu operasi pemboran selesai.

Tujuan primary cementing adalah:

§  Memisahkan lapisan yang akan diproduksi dengan yang tidak

§  Mencegah mengalirnya fluida dari satu lapisan ke lapisan yang lain

§  Melindungi pipa dari tekanan formasi

§  Menutup zona loss circulation

§  Mencegah proses korosi pada casing oleh fluida formasi

Sebab-sebab terjadinya kerusakan primary cementing adalah adanya tekanan yang besar pada operasi workover atau kualitas semen dan pengerjaannya yang kurang baik.

c.  Kerusakan peralatan produksi bawah permukaan

Kerusakan peralatan produksi bawah permukaan antara lain:

§  Tubing atau packer bocor

§  Kerusakan pada casing atau tubing

§  Kesalahan atau kerusakan pada artificial lift

§  Kerusakan pada plug

Adapun problem di atas harus ditangani sejak dini dengan melakukan recompletion (komplesi kembali secara keseluruhan sehingga baik/sempurna).

2. Kerusakan yang Terjadi pada Atas Permukaan

a. Penggantian atau modifikasi X-ma tree

Pekerjaan ini dilakukan untuk meningkatkan laju produksi dimana diinginkan hasil yang optimum dan efisien, serta diinginkannya produksi melalui dual completion.

b. Penggantian jenis bean atau choke

Hal ini berkaitan erat dengan keadaan pasaran minyak dunia yang sering berfluktuasi.