Penggunaan Mata Bor Tricone yang Benar
Bagaimana litologi formasi memengaruhi kegagalan mata bor? Litologi formasi memengaruhi kinerja pengeboran dalam berbagai cara: memengaruhi laju penetrasi dan kedalaman pengeboran, dapat menghasilkan masalah pengeboran yang kompleks seperti kehilangan sirkulasi, semburan gas, runtuhan sumur, dan pipa macet, mengubah perilaku fluida pengeboran, dan memengaruhi kualitas lubang bor (penyimpangan lubang bor dan diameter yang tidak beraturan), yang pada gilirannya berdampak pada kualitas penyemenan. Menganalisis litologi dan perilaku pengeborannya sangat penting untuk memilih mata bor yang tepat dan menilai apakah penggunaannya masuk akal.
Tanah liat, batulumpur, dan serpihan batuan: Formasi ini mudah menyerap air bebas dari cairan pengeboran dan mengembang, mengurangi diameter lubang bor dan menciptakan hambatan penetrasi yang dapat menyebabkan pipa macet. Perendaman yang berkepanjangan juga dapat menyebabkan longsoran dan pembesaran lubang bor yang mengakibatkan keruntuhan. Gunakan air tawar atau lumpur dengan densitas rendah dan viskositas rendah jika memungkinkan. Serpihan batuan berkarbon memiliki kohesi yang lemah dan rentan terhadap keruntuhan. Formasi lunak yang kaya tanah liat dapat dibor dengan cepat tetapi rentan terhadap penggumpalan mata bor.
Batupasir: Sifat batupasir sangat bervariasi tergantung pada ukuran butir, komposisi mineral, dan jenis semen. Butir yang lebih halus, kandungan kuarsa yang lebih tinggi, dan semen silika atau kaya besi membuat batuan lebih keras dan lebih abrasif, sehingga meningkatkan keausan mata bor (misalnya, kuarsa arenit). Semen lempung, mika, atau feldspar yang lebih banyak membuat batuan lebih lunak dan lebih mudah dibor. Butir yang lebih kasar dan sementasi yang buruk meningkatkan permeabilitas dan meningkatkan risiko kehilangan fluida; lapisan filter tebal dapat terbentuk di dinding dan menyebabkan masalah adhesi dan lengket, yang mengakibatkan pengoperasian mata bor yang tidak normal.
Batuan konglomerat: Pengeboran di batuan konglomerat sering menyebabkan pantulan mata bor, getaran, dan kerusakan dinding lubang bor. Jika laju pemompaan rendah atau viskositas lumpur tidak mencukupi, partikel berukuran kerikil tidak mudah kembali ke permukaan; serpihan besar dapat merusak kerucut dan gigi mata bor.
Batu kapur: Biasanya keras dengan penetrasi lambat dan kedalaman pengeboran terbatas. Banyak batu kapur mengembangkan retakan, rongga, dan lubang; menemui hal ini dapat menyebabkan mata bor macet, erosi, kehilangan sirkulasi, dan kadang-kadang semburan atau ledakan. Batu kapur sangat memengaruhi penetrasi, laju mekanis, dan keausan mata bor. Lapisan keras dan lunak yang berselang-seling (misalnya batulumpur yang diselingi dengan batupasir keras) dan formasi yang sangat miring meningkatkan kemungkinan penyimpangan lubang bor; kerusakan mata bor lebih mungkin terjadi saat mengebor lubang yang sangat miring. Lapisan garam terlarut (gypsum, halit, dll.) dapat menurunkan sifat lumpur dan mengganggu kinerja mata bor normal.
Parameter Pengeboran dan Pengaruhnya Parameter pengeboran utama yang dapat dikendalikan dalam proses pengeboran adalah beban pada mata bor (weight on bit/WOB), kecepatan putar (rotary speed/RPM), dan laju sirkulasi lumpur. Parameter-parameter ini harus dipilih berdasarkan kondisi formasi, jenis mata bor, kemampuan rig pengeboran, dan keterampilan operator. Parameter pengeboran umumnya diklasifikasikan sebagai:
Parameter pengeboran yang dioptimalkan: parameter yang menghasilkan hasil ekonomi terbaik dalam kondisi tertentu.
Parameter pengeboran agresif (atau yang ditingkatkan): nilai yang lebih tinggi dari normal untuk mencapai tingkat penetrasi yang lebih besar.
Teknik pengeboran khusus: metode spesifik atau serangkaian parameter terbatas yang digunakan untuk tujuan tertentu.
Pilihan parameter yang berbeda memerlukan jenis mata bor yang berbeda; mata bor mengalami kegagalan melalui mekanisme yang berbeda dalam kondisi pengeboran yang berbeda dan harus ditangani sesuai dengan hal tersebut.
2.1 Pengaruh berat pada mata bor (WOB) WOB merupakan kondisi penting untuk memecah batuan di permukaan mata bor. Besarnya WOB menentukan mode dan karakteristik pemecahan batuan serta secara langsung memengaruhi laju penetrasi dan keausan mata bor. Di bawah beban aksial dan torsi rotasi, gigi pemotong aus, tumpul, atau rusak karena menekan dan memotong batuan, yang jelas memengaruhi penetrasi. Seiring peningkatan WOB, penetrasi umumnya meningkat, tetapi bantalan dan gigi pemotong aus lebih cepat, yang pada gilirannya memengaruhi penetrasi. Hubungan antara WOB dan penetrasi berubah melalui tiga tahap yang berbeda:
Tahap retakan permukaan: Ketika WOB (Weight on Bit) kurang dari kekerasan indentasi batuan, gigi pemotong tidak dapat menembus tetapi hanya mengikis permukaan batuan. Keausan tinggi dan penetrasi rendah, meskipun penetrasi meningkat secara proporsional dengan peningkatan WOB.
Tahap kelelahan-patah: Ketika WOB mendekati kekerasan indentasi batuan, aksi berulang dari gigi menghasilkan banyak retakan permukaan dan fragmentasi progresif terjadi bahkan tanpa penetrasi penuh.
Tahap retakan massal: Ketika WOB melebihi kekerasan indentasi batuan, mata bor menembus dan menghasilkan retakan massal; pengeboran menjadi efisien dan ini adalah rezim pengeboran normal. Oleh karena itu, WOB yang diterapkan harus cukup untuk memungkinkan mata bor menembus dan menghasilkan fragmentasi massal.
Penggandaan WOB (Weight on Bit) dalam pengujian pada mata bor tricone menunjukkan bahwa batuan yang berbeda memberikan respons yang berbeda: batuan sedang-keras (kelas batuan 6–7) menunjukkan peningkatan laju penetrasi terbesar; batuan yang lebih lunak (kelas 4–5) dan lebih keras (kelas 8–9) menunjukkan peningkatan yang lebih kecil. Pengeboran formasi lunak yang lengket dapat menyebabkan jembatan lumpur dan mata bor menempel, sehingga WOB harus relatif rendah. Pada formasi yang sangat abrasif, WOB yang tidak mencukupi menyebabkan keausan mata bor prematur, sehingga WOB harus ditingkatkan secara tepat. Saat menghadapi formasi yang retak, pantulan mata bor sering terjadi dan WOB harus dikurangi untuk menghindari kerusakan atau pengelupasan gigi. Oleh karena itu, WOB adalah parameter kritis yang harus menyeimbangkan penetrasi gigi yang cukup dengan meminimalkan keausan gigi.
2.2 Pengaruh kecepatan putar (RPM) Kecepatan putar mengukur seberapa cepat mata bor dengan diameter tertentu berputar. Karena perilaku pemecahan batuan dan pengaruh WOB bervariasi dengan kekerasan batuan, pengaruh RPM pada pemecahan batuan dan penetrasi mekanis harus memperhitungkan litologi dan faktor waktu pemecahan batuan.
RPM pada formasi lunak: Pada formasi lunak, sangat plastis, dan abrasi rendah (misalnya, lapisan seperti tanah liat), ketebalan serpihan sama dengan kedalaman penetrasi gigi dan keausan gigi minimal. Dengan WOB (Weight on Bit) dijaga konstan, RPM dan laju penetrasi mekanis meningkat secara proporsional.
RPM pada formasi sedang keras dan keras: Pada formasi ini, kekerasan dan daya abrasi indentasi lebih tinggi; gigi lebih cepat tumpul, area kontak meningkat, dan waktu perambatan retakan serta deformasi memanjang. Penetrasi melambat dan dibutuhkan WOB (Work of Bit) yang lebih tinggi. Meningkatkan RPM pada formasi keras dapat memperpanjang waktu pemecahan batuan per putaran, sehingga RPM yang berlebihan dapat mencegah patahan sempurna sebelum gigi terlepas, mengurangi penetrasi efektif dan mempercepat keausan. Oleh karena itu, RPM tidak boleh ditingkatkan secara berlebihan pada formasi sedang keras atau keras.
Perbedaan RPM antar jenis batuan: Setiap jenis batuan memiliki kurva respons karakteristik dan RPM pembatas. Pada tanah liat, laju penetrasi meningkat secara proporsional dengan RPM; pada batuan keras dan sangat abrasif, penetrasi meningkat lebih lambat dengan RPM karena waktu pemecahan batuan yang lebih lama dan RPM pembatas yang lebih rendah—melebihi batas tersebut justru dapat mengurangi penetrasi.
Hasil pengujian dari penggandaan RPM pada mata bor tricone menunjukkan bahwa untuk batuan kelas 4 (misalnya, marmer) laju penetrasi meningkat sekitar 93%, sedangkan untuk granit porfiritik kelas 9 peningkatannya hanya sekitar 28%. Dari kelas 4 hingga kelas 9, peningkatan penetrasi dengan RPM menurun mengikuti kurva. Dengan demikian, peningkatan RPM menguntungkan formasi lunak dengan abrasi rendah tetapi menawarkan keuntungan terbatas pada formasi keras dengan abrasi tinggi.
