Underbalanced Drilling

Underbalanced drilling (UBD) adalah metode pemboran dimana tekanan hidrostatik kolom fluida pemboran yang dipakai akan lebih kecil daripada tekanan formasi, sehingga akibatnya akan ada aliran gas,  air maupun hidrokarbon dari formasi ke lubang sumur secara terus-menerus.

Penggunaan metode UBD biasanya pada daerah bertekanan subnormal karena mampu meminimalisasi dan menghindari terjadinya problem hilang lumpur (loss circulation) dan terjadinya pipa terjepit (differential pipe sticking). Selain itu dimaksudkan untuk menghindari terjadinya kerusakan formasi, serta pemboran dapat berlangsung secara efektif dan efisien ( meningkatkan laju penembusan pahat, meningkatkan hasil penilaian formasi dan pengurangan penggunaan biaya lumpur ).

Identifikasi zona yang sesuai dengan penggunaan metode UBD

Pada umumnya suatu operasi pemboran memiliki harapan agar dapat dilakukan secara efektif dan efisien sehingga diperoleh suatu hasil yang optimum. Pada kenyataannya tidak semua metode pemboran ternyata cocok dengan kondisi daerah dimana pemboran tersebut dilakukan. Sehingga identifikasi pada daerah operasi pemboran merupakan hal yang harus diperhatikan dalam pelaksanaan operasi pemboran agar didapatkan hasil yang optimum. Demikian pula pada pemboran underbalanced, aplikasi metode ini akan berpotensial terhadap hasil yang optimum apabila dilakukan pada daerah-daerah, seperti :

1.      Depleted Reservoir (subnormal pressure)

Depleted reservoir (daerah subnormal pressure), dimana gradien tekanannya lebih rendah dibandingkan dengan tekanan hidrostatik kolom fluida pemboran. Jika digunakan metode conventional maka daerah ini berpotensial terjadinya fenomena lumpur masuk kedalam reservoir (hilang lumpur) dan pipa terjepit. Hilang lumpur ini terjadi jika besarnya lubang pori lebih besar dari ukuran partikel lumpur pemboran. Ukuran lubang pori yang mengakibatkan terjadinya hilang sirkulasi ini berada pada kisaran 0,1 - 1,00 mm. Biasanya terjadi pada daerah yang memiliki lapisan dengan permeabilitas sangat besar, rekah-rekah, seperti sandstone dan unconsolidated sand.

2.      Reservoir rekahan

Reservoir dengan rekahan alami ini biasanya memperlihatkan hilang fluida pemboran yang sangat besar.  Kehilangan fluida ini akan membuat masalah pemboran seperti well control atau memberikan terjadinya mechanical sticking, karena tekanan hidrostatik fluida pemborannya lebih besar dari tekanan formasinya.  Sedangkan pada operasi pemboran underbalanced tekanan didesain lebih kecil dari tekanan formasi.

3.      Formasi yang terdiri atas batuan yang keras

Salah satu faktor yang dapat meningkatkan laju penembusan pahat pada batuan adalah densitas fluida pemboran. Studi laboratorium dan lapangan memperoleh kesimpulan bahwa semakin ringan densitas fluida pemboran yang dipakai, laju penembusan pahat akan semakin cepat, karena dengan semakin kecilnya perbedaan tekanan atau differential pressure, yaitu (ph-pf) akan semakin kecil bahkan pada UBD, perbedaan tekanan tersebut akan berharga negatif. Laju penembusan juga terpengaruh oleh kekuatan batuan (compressive strength) yang ditembus, dengan menurunkan perbedaan tekanan yang dimaksud, maka kekuatan batuan tadi akan menurun dan pahat bor dapat dengan mudah menembus lapisan batuan. Contoh untuk formasi ini adalah Limestone padat (batu gamping) dan jenis batuan yang faktor sementasinya besar (consolidated sand).

4.      Formasi dengan permeabilitas besar

Salah satu penyebab terjadinya pipa terjepit adalah mud cake, yang terjadi jika perbedaan (selisih) antara tekanan hidrostatik lumpur pemboran dan tekanan g

formasi menjadi sangat besar pada saat melewati formasi yang porous dan permeabel, seperti batu pasir (sandstone) dan batu gamping (limestone).

5.      Formation damage

Formasi yang berpotensi mengalami kerusakan (formation damage), bila dibor dengan metode overbalanced drilling.  Salah satu penyebab kerusakan formasi (formation damage) adalah karena penggunaan lumpur yang terlalu berat sehingga partikel padatan lumpur (innert solids) akan masuk ke dalam formasi produktif. Partikel padatan dan filtrat lumpur pemboran yang masuk ke formasi akan menyebabkan beberapa hal, yaitu :

-          Menutup pori-pori formasi produktif.

-          Meningkatkan water content pada formasi yang mengandung minyak sehingga saturasi minyak menurun dan akhirnya ditempati oleh air.

-          Partikel clay pada formasi produktif mengembang dan menutup permeabilitas formasi.

-          Dengan adanya kerusakan formasi tersebut tentunya akan meningkatkan biaya stimulation suatu sumur dan berakibat terganggunya produktifitas formasi.

Semua jenis batuan memiliki kemungkinan menjadi tempat terjadinya hilang lumpur, akan tetapi formasi yang lemah dan bergua-gua adalah yang paling sering. Pada formasi yang lunak seperti batupasir, hilang lumpur pada prinsipnya diakibatkan oleh tingginya permeabilitas dan kemungkinan terjadinya rekahan. Pada batuan keras, seperti batu gamping, dolomit dan serpih yang keras, hilang lumpur terjadi sebagai akibat adanya vugs, caverns, rekahan alami dan induced fracture.

Perencanaan Lumpur Pemboran Underbalanced

Pada pemboran UBD, besarnya tekanan hidrostatik fluida yang digunakan lebih kecil dari tekanan formasi. Untuk itu digunakan fluida pemboran yang memiliki harga densitas relatif rendah, seperti : gas, udara kering (O₂), busa (foam), gas yang dilarutkan kedalam fluida cairan (aerated liquid) dan beberapa jenis fluida fasa cair lainnya. 

Dalam perencanaan lumpur perlu diperhatikan komposisi fluida underbalanced sehingga nantinya lumpur tersebut sesuai dengan formasi yang akan ditembus. Tekanan lumpur underbalanced 200-500 psi dibawah tekanan formasi. Sifat fisik dari lumpur underbalanced perlu diperhatikan karena nantinya akan berpengaruh pada tekanan hidrostatik dan pembersihan lubang sumur.Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan lumpur underbalanced antara lain :volume fluida injeksi, densitas lumpur, fraksi cairan dan gas dalam lumpur(lumpur aerasi),viskositas lumpur, kecapatan serta pola aliran lumpur. Pada pemboran dengan menggunakan lumpur aerasi, gas yang diinjeksikan ke dalam lumpur berfungsi untuk meringankan berat lumpur dasar tersebut sampai didapat berat yang diinginkan untuk memberikan kondisi underbalanced terhadap formasi yang sedang dibor. Sedangkan salah satu fungsi lumpur aerasi yang bersirkulasi adalah untuk mengeluarkan serbuk bor dari lubang bor. Volume gas berpengaruh terhadap kondisi temperatur dan tekanan pada sutu kedalaman. Dengan demikian fraksi udara atau nitrogen dan lumpur dasar akan berubah terhadap kedalaman. Perubahan fraksi ini akan mempengaruhi perubahan densitas dan viskositas lumpur pada setiap kedalaman.

Selain masalah fluidanya, dalam merencanakan suatu pemboran UBD perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut agar keberhasilan UBD dapat dicapai secara optimum. Perencanaan itu meliputi peralatan yang akan digunakan untuk menunjang pemboran UBD, baik dibawah maupun dipermukaan sumur, desain wellhead, drill string, casing dan pemilihan bitnya. Untuk wellhead, drill string, casing dan bit pada prinsipnya sama dengan pemboran dengan menggunakan kondisi overbalanced  (konvensional), hanya saja mengalami sedikit modifikasi yang disesuaikan dengan jenis fluida yang akan digunakan.

Kendala yang dihadapi

Kendala-kendala yang sering dihadapi dalam pemboran underbalanced, seperti :

• Kestabilan sumur akan terganggu dan lubang akan gugur sehingga menyebabkan drill string terjepit.
• Adanya aliran air formasi menuju lubang sumur dapat menyebabkan penyumbatan pada annulus sumur karena penggunaan fluida dari gas sehingga air formasi dapat  membasahi serpih bor dalam annulus.
• Terjadinya ledakan didalam sumur, ini terjadi apabila menggunakan udara sebagai fluida pemboran.
• Kesulitan pada penggunaan MWD, Pada pemboran dimana menggunakan udara kering  dan gas sebagai fluidanya, karena tidak adanya media lumpur untuk  meneruskan pulse kepermukaan untuk mendapatkan data.

Hubungan antara UBD dengan formasi yang ditembus

Beberapa kondisi yang mendasari kita untuk merencanakan model Underbalanced Drilling tertentu berdasarkan formasi yang ditembus dan jenis fluida yang akan digunakan, yaitu :

1. Pada formasi yang terdiri atas batuan yang keras

Cara UBD yang  sebaiknya dipakai adalah dengan menggunakan udara kering sebagai fluida pemborannya, tetapi bila permeabilitasnya besar sehingga memungkinkan air formasi mengalir ke dalam lubang sumur, maka model mist drilling  atau mengebor dengan fluida pemboran yang dibuat menyerupai kabut bisa digunakan. Sedangkan pemboran dimana busa digunakan sebagai fluidanya atau foam drilling sangat baik digunakan pada formasi yang berpermeabilitas besar sehingga aliran air formasi mampu mencapai lubang sumur. Tapi jika terdapat aliran gas dari formasi ke dalam lubang sumur, nitrogen atau gas alam dapat digunakan sebagai fluida yang akan diinjeksikan kedalam sumur dengan menggunakan bantuan tubing berdiameter 1”- 2”  yang ditempatkan pada salah satu sisi luar casing (parasite tubing injection).

2. Pada formasi dengan porositas dan permeabilitas batuan yang besar

Bila terdapat aliran gas dari formasi ke dalam lubang sumur, maka penginjeksian nitrogen kedalam sumur yang berisi lumpur bor bisa digunakan sebagai fluida UBD. Dan jika aliran gasnya tidak dijumpai, maka fluida campuran antara cairan dan gas dapat digunakan. Sedangkan bila pipa terjepit terjadi pada formasi yang bertekanan sangat rendah dan formasinya keras, maka busa dapat digunakan sebagai fluida UBD. Untuk mencegah terjadinya pipa terjepit tersebut secara umum dapat digunakan semua jenis fluida yang direkomendasikan pada model UBD.

3. Pada formasi yang berpotensi mengalami kerusakan (formation damage)

Bila kerusakan formasi terjadi pada suatu reservoir yang mengalami penurunan tekanan dapat digunakan nitrogen atau crude oil sebagai fluida UBD. Adapun cara untuk mendapatkan kondisi UBD bila menggunakan fluida jenis ini adalah :

-          Dengan menginjeksikan fluida pemboran pada drill string melalui stand pipe, jika tekanan formasinya sangat rendah.

-          Parasite tubing injection, bila tekanan formasinya agak tinggi dan pemboran sumur membutuhkan MWD.

-          Temporary casing injection, jika tekanan formasi medium dan diperlukan laju gas yang cukup tinggi.

-          Busa, jika tekanan formasi kecil dan menggunakan sistem terbuka (jika tidak dijumpai kandungan gas H₂S pada formasi).

Bila kerusakan formasi terjadi pada reservoir dengan tekanan normal, disarankan menggunakan UBD dengan model flow drilling (menggunakan sistem tertutup bila ada gas H₂S dari formasi). Hilang lumpur atau kerusakan formasi pada reservoir fractured dan bertekanan normal, flow drilling dengan sistem terbuka tanpa ada H₂S dapat diterapkan. Bila kerusakan formasi pada reservoir yang bertekanan sangat tinggi, digunakan UBD dengan model Snubb Drilling.

Posted in: Drilling