KINERJA EXPANDING ADDITIVE BARU UNTUK ME
PRO CEED IN G SIM PO SIUM N ASIO N AL IATM I 2001
Yogyakarta, 3- 5 O ktober 2001
KINERJA EXPANDING ADDITIVE BARU UNTUK MENINGKATKAN
SHEAR BOND STRENGTH (Sb) SEMEN PADA KONDISI HTHP
Ir. Nur Suhascaryo, MT. 1, Ir. Eddy Wibowo 2, Ir. Budi Suroyo 3
1
2
TM-UPNV -Yogya
Vico Indonesia Balikpapan
3
Lemigas Jakarta
Key Words : Expanding Additive, Burnt and Shearbond Strength
ABSTRACT
The quality of well cement is very important in maximizing the rate of production from oil, gas and geothermal wells, caused need
to enhance physical properties of cement characteristics. In this case are shear bond strength and compressive strength value. The
expanding characteristics of cement while setting affected on good bonding between cement with casing and between cement with rock
formation to make effective zone isolation on annulus casing –formation. Hence the additive should be added in order to improve the
characteristics of cement.
What will be studied here is raising behavior of expanding cement characteristics used pure burnt MgO and CaO materials are
adding on cement samples API class G from one local manufactory and 35% BWOC silica flour in high temperature (100 – 150 oC)
and high pressure (2000 psi) condition such as curing variables. It has been proved that addition could raise the value of shear bond
strength cement without decreasing the compressive strength to a minimum API value. The comparation of this experiment have the best
composition of pure burnt MgO at 1400oC added on cement composition 5-10% @ 150oC, Sb ranges 1056-1447 psi and Cs ranges
1443-1551 psi.
1. PENDAHULUAN
Telah banyak upaya yang telah dilakukan untuk dapat
memperbaiki sistem penyekatan dari suspensi semen.
Diantaranya dengan pemakaian semen mengembang dengan
penambahan zat additive tertentu guna memperbaiki nilai shear
bond strength suspensi semen yang telah mengeras. Namun
demikian, usaha peningkatan nilai shear bond strength ternyata
di sisi lain akan menyebabkan penurunan nilai compressive
strength semen tersebut.
minyak, gas
perminyakan.
dan
panas
bumi
dalam
dunia
industri
Solusi penyemenan dengan melakukan usaha perbaikan sistem
penyekatannya melalui peningkatan nilai shear bond strength
semen, telah dilakukan beberapa peneliti terdahulu. Fokus
utama adalah pengembangan expanding additive baru, sebagai
kelanjutan dari hasil penelitian sebelumnya yaitu Rudi
Rubiandini R.S., dan Thomas Dooley.
2. SISTEM SEMEN MENGEMBANG
Berdasarkan latar belakang
di atas maka diidentifikasi
masalah, seperti : perlunya komposisi semen yang tepat dalam
menghadapi beberapa kondisi khususnya penyemenan, sampai
seberapa jauh proses penyemenan dapat disempurnakan
memanfaatkan perbaikan penyekatan suspensinya pada sistem
semen mengembang dan adakah zat additive lain yang dapat
diterapkan dalam usaha memperbaiki sistem penyekatan
semen, dengan menaikan shear bond strength tanpa
menurunkan nilai compressive strength-nya sampai melewati
batas yang perlu dikhawatirkan.
Penelitian ini dimaksudkan untuk mendapatkan kualitas
penyekatan semen yang baik dengan suspensi semen yang
tepat dengan pemakaian expanding additive atau dengan kata
lain mencari komposisi suspensi semen yang tepat melalui
pemakaian expanding cement dengan melakukan penambahan
zat additive yang dapat menaikkan shear bond strength tanpa
menurunkan harga compressive strength-nya sampai melewati
batas yang perlu dikhawatirkan.
Diharapkan setelah dilakukan penelitian ini, dapat dihasilkan
suatu komposisi semen alternatif berbasis sistem semen
mengembang, serta pengaruh penambahan zat additive
berbasis oksida dalam hal ini MgO dan CaO murni bakar
terhadap sistem penyekatan semen pada tekanan dan
temperatur tinggi. Sehingga pada akhirnya, hal ini menjadi
solusi alternatif menghadapi proses penyemenan sumur
IATM I 2001- 18
Penyemenan adalah suatu proses pendorongan sejumlah
suspensi semen ke dalam casing, kemudian melalui bagian
bawah sepatu casing mengalir naikke annulus antara casing
dan formasi. Kemudian suspensi semen ini akan mengeras
sehingga mengikat antara casing dengan formasi (dinding
lubang bor) atau casing dengan casing.
Tujuan utama dari operasi penyemenan adalah sebagai
pengisolasi zona-zona pada sumur pemboran untuk mencegah
masuknya atau merembesnya fluida formasi yang tidak
diinginkan ke dalam sumur pemboran sekaligus sebagai
material penyekat antara casing dan formasi. Kegagalan dalam
operasi penyemenan akan menimbulkan banyak permasalahan,
antara lain : menyebabkan kerusakan pada formasi produktif,
kehilangan sirkulasi lumpur, kecilnya laju produksi,
ketidaksempurnaan dalam melakukan stimulasi dan lain-lain.
Dilakukannya suatu operasi penyemenan pada sumur-sumur
minyak, gas dan panas bumi, secara umum bertujuan :
1.
Melekatkan casing dengan dinding formasi, agar casing
kuat dan kokoh sehingga dapat berfungsi dengan
sempurna.
2.
Melindungi casing dari pengaruh kondisi lingkungan
sekitarnya yang dapat merusak, seperti temperatur dan
tekanan tinggi, korosifitas fluida formasi.
3.
Menutup zona lost sirkulasi, zona blowout serta zonazona berbahaya lainnya.
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
4.
5.
6.
7.
8.
Mengisolasi zona-zona dibelakang casing, sehingga tidak
terjadi komunikasi antar zona.
Mencegah penyusupan gas atau fluida formasi
bertekanan tinggi ke ruang antar casing dan formasi
yang dapat mengakibatkan permasalahan yang berbahaya
di permukaan.
Memperbaiki casing yang pecah dan menutupi zona yang
tidak diperlukan.
Memperbaiki kesalahan letak perforasi.
Dan lain-lain.
2.1. Komponen Dasar Semen
Pada operasi penyemenan sumur pemboran minyak, gas dan
panas bumi suspensi semen yang digunakan terdiri dari
komponen dasar dan komponen tambahan. Komponen
dasarnya adalah semen portland, dikembangkan oleh Joseph
Aspdin (1824), dimana semen portland ini termasuk semen
hidrolis dalam arti akan mengeras bila bercampur dengan air.
Sedangkan komponen tambahannya merupakan macammacam additive yang dapat menjadikan semen memiliki
kinerja khusus yang sesuai dengan kebutuhan. Adapun
komponen dasar semen yang mampu menghidrat dan
membentuk struktur yang keras dan kuat adalah :
1.
Triclacium silicate (3CaO.SiO2 atau C3S)
yang dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO 2.
Komponen ini merupakan yang terbanyak dalam semen
portland, 40 – 45 % untuk semen yang lambat proses
pengerasannya dan sekitar 60 – 65 % untuk semen yang
cepat proses pengerasannya (high-early strength cement).
Komponen C3S pada semen memberikan strength yang
terbesar pada awal maupun akhir pengerasan, terutama
awal pengerasan.
2.
Dicalcium silicate (2CaO.SiO2 atau C2S)
yang juga dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO 2.
Komponen ini sangat penting dalam memberikan final
strength semen karena C2S ini menghidrasinya lambat
maka tidak berpengaruh dalam setting time semen, akan
tetapi sangat menentukan dalam kekuatan semen lanjut.
Kadar C2S dalam semen tidak lebih dari 20 %.
3.
Tricalcium aluminate (3CaO.Al2O3 atau C3A)
yang terbentuk dari reaksi antara CaO dan Al2O3.
Walaupun kadarnya lebih kecil dari komponen silikat,
sekitar 15 % untuk high-early strength cement dan
sekitar 3 % untuk semen yang tahan terhadap sulfat
karena hasil hidrasi C3A mudah diserang sulfat, namun
berpengaruh terhadap rheologi suspensi semen dan
membantu proses pengerasan awal pada semen tapi tidak
menyumbang kekuatan akhir semen.
4.
Tetra calcium aluminoferite (4CaO.Al2O3.Fe 2O3 atau
C4AF)
yang terbentuk dari reaksi CaO, Al2O3 dan Fe 2O3.
Komponen ini hanya sedikit pengaruhnya terhadap
strength semen. API menjelaskan bahwa bila kadar C4AF
ditambah dengan dua kali kadar C3A tidak boleh lebih
dari 24 % untuk semen yang tahan terhadap kandungan
sulfat tinggi. Penambahan oksida besi yang berlebihan
akan menaikkan kadar C4AF dan menurunkan kadar
C3A, dan berfungsi menurunkan panas hasil
reaksi/hidrasi C3S dan C2S.
Selain ke-4 dasar komponen yang ditemukan dalam klinker,
semen portland dalam bentuk akhirnya dapat mengandung
gypsum, alkali sulfat, magnesium, lime bebas dan zat
IATM I 2001- 18
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
penambah lainnya. Pada konsentrasi normal, material-material
ini tidak begitu mempengaruhi sifat set semen, tapi
mempengaruhi laju hidrasi, ketahan terhadap serangan sulfat
dan sifat bubur semen.
Struktur butiran klinker bervariasi mengikuti material
mentahnya, ukuran butirannya dan pemanggangannya dan
pendinginannya. Variabel-variabel tadi mempengaruhi proses
kristalisasi, berbagai hasil akhir dan porositas dari butiran
klinker itu sendiri. Secara umum, C3S (alite), sebagai
komponen mayoritas mengkristal sebagai partikel butiran. C2S
(balite) mengkristal kecil-kecil, lebih bundar yang mana
tersebar di sekitar butiran C3S. C4AF membentuk fasa kontinu
di antara struktur butiran klinker.
Distrubusi permukaan dari komposisi yang berbeda penting
dalam menentukan sifat semen. Kelas semen tertentu dengan
spesifikasi yang sama dapat mempunyai kekuatan yang
berbeda. Ini biasanya disebabkan perbedaan proses kristalisasi.
2.2. Komponen Tambahan Semen
Komponen tambahan semen merupakan macam-macam
additive yang digunakan dalam operasi penyemenan untuk
memperoleh sifat khusus atau kinerja yang dibutuhkan.
Additive yang umum digunakan untuk bahan campuran pada
suspensi semen/slurry antara lain :
•
Retarder, digunakan untuk memperpanjang thickening
time.
•
Akselerator, digunakan untuk memperpendek thickening
time.
•
Weighting Agent, digunakan untuk menambah densitas
suspensi semen.
•
Ekstender, digunakan untuk mengurangi densitas
suspensi semen.
•
Dispersant, digunakan untuk menurunkan viskositas
suspensi semen.
•
Fluid Loss Control Agent, digunakan untuk mengurangi
filtrat (air bebas).
•
Lost Circulation Control Agent, digunakan untuk
mengurangi kehilangan suspensi semen ke formasi.
•
Special Additive, digunakan untuk keperluan khusus
dalam menanggulangi kasus tertentu.
Didalam penggunaan bahan additive tersebut pada suspensi
semen akan memberikan efek sampingan yang terjadi pada
parameter-parameter lainnya, walaupun memberikan sifat
tertentu yang diinginkan dari additive tersebut, sehingga perlu
dilakukan uji laboratorium untuk mengetahui interaksi yang
terjadi.
2.3. Semen Mengembang (Expanding Cement)
Selama bertahun-tahun industri kontruksi berusaha keras
menghadapi masalah penyusutan pada semen yang telah
mengering. Semen mengalami penyusutan volume setelah
mengering melewati waktu setting-nya. Penurunan ini akan
menyebabkan rekahan pada semen saat terjadinya
pengembangan tensile strength. Semen mengembang dibuat
untuk menghadapi masalah penyusutan volume dengan
membuat semen mengembang selama periode kritik ini.
Secara kimia, semen mengembang hampir sama dengan semen
portland biasa, kecuali adanya kandungan material anhydrous
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
kalsium
sulfoaluminat
(4CaO.3Al2O3.SO 3).
Sehingga
keuntungan dari adanya semen mengembang akan
menghasilkan ikatan yang lebih baik antara casing dengan
semen dan semen dengan formasi.
Ikatan yang baik antara semen dengan pipa dan antara semen
dengan formasi sangat penting untuk penyekatan zona yang
efektif. Ikatan yang buruk akan membatasi kinerja produksi
yang diinginkan, dan menurunkan tingkat keefektifan pada
perlakuan stimulasi. Hubungan antara zona dapat diakibatkan
oleh tidak cukupnya lumpur yang dipindahkan, penyemenan
yang buruk akibat mud cake yang tebal, ekspansi dan kontraksi
dari casing sebagai akibat dari adanya tekanan dalam atau
thermal stress, dan adanya kontaminasi semen dari fluida
pemboran atau formasi (Parker and Wahl, 1966; Beirute and
Tragresser, 1973). Dalam kondisi seperti ini, akan terjadi
mikroannulus pada ikatan semen dengan casing maupun semen
dengan permukaan formasi.
Sistem semen yang dapat mengembang setelah waktu setting
disimpulkan dapat mengurangi munculnya mikroannulus dan
meningkatkan hasil penyemenan primer. Peningkatan
penyekatan dihasilkan dari adanya ketahanan mekanik atau
pengetatan semen terhadap pipa dan formasi. Ikatan yang baik
dapat diperoleh bahkan pada saat lumpur masih berada di
casing atau permukaan formasi.
Sistem semen mengembang kebanyakan bergantung pada
pembentukan mineral ettringite (3CaO.Al2O3.3CaSO 4.32H 2O).
Kristal ettringite memiliki volume bulk yang lebih besar
daripada volume bulk bahan-bahan asalnya, berarti
pengembangan terjadi karena tekanan dalam yang mendesak
pada saat kristalisasi. Semen yang dicampur air membentuk
bubur akan mengembang setelah mengental yaitu pada saat
akan mengeras. Reaksi pengembangan yang terjadi ini
biasanya hilang setelah 4 minggu.
Kelemahan dari semen mengembang dengan dasar mineral
ettringite ialah tidak mampu bertahan pada temperatur tinggi
diatas 76 oC (170 oF) (Bour dkk., 1988). Ettringite tidak stabil
pada suhu tinggi, cenderung untuk berubah menjadi kalsium
sulfoaluminat terhidrat dan gypsum yang lebih padat (Lea,
1970).
2.4. Expanding Additive
Pengembangan suatu semen, yaitu penambahan ukuran bagian
luar semen, menurut Danjushevsky (1980) dapat terjadi
melalui beberapa proses :
•
Pada saat suspensi semen masih mampu mengalir, yang
diakibatkan efek kontraksi negatif secara kimiawi,
artinya melalui pembentukan hasil hidrat lain yang akan
menambah volume, seperti terlepasnya garam-garam saat
kristalisasi pada temperatur tinggi.
•
Pada saat semen mengeras melalui kristal asing seperti
CaO, MgO dan CaSO 4 dalam matriks semen.
•
Masuknya fluida formasi ke dalam kolom semen.
Adanya efek kontraksi negatif tidak memberikan efek
penambahan shear bond strength yang berarti, misalnya
dengan penambahan garam (NaCl), dikarenakan suspensi
semen masih mampu mengirimkan tekanan hasil reaksi ke
segala arah, sehingga tipe jenis ini tidak menjadi pilihan
sebagai expanding additive semen pemboran minyak, gas dan
panas bumi. Masuknya fluida formasi ke dalam kolom semen
IATM I 2001- 18
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
juga tidak termasuk dalam pilihan expanding additive, karena
sama sekali tidak bisa diatur dan tidak dapat dipersiapkan.
Sedangkan pengembangan pada saat semen sedang mengeras
yang diakibatkan pengembangan kristal-kristal asing yang
terbentuk, sehingga dapat memberikan pengembangan matriks
dan meningkatkan shear bond strength.
Yang dimaksud dengan expanding additive dalam penelitian
ini adalah additive yang dapat mengakibatkan proses
pengembangan matriks semen akibat adanya pengembangan
kristal asing yang dikandungnya, seperti di atas. Hal ini
disebabkan pada kondisi seperti di atas, reaksi pengembangan
dapat diatur dengan cara memilih bahan, mengatur temperatur
bakar, dan tingkat kehalusan material yang digunakan.
Pengaturan saat pengembangan dumulai sangatlah penting
untuk diperhatikan, karena sangat menentukan keberhasilan
peningkatan shear bond strength.
Bila pengembangan matriks semen terjadi pada saat suspensi
semen mulai mengeras, maka kemungkinan diperoleh
pengembangan matriks yang nyata, bila memenuhi beberapa
syarat sebagai berikut :
•
Peningkatan tekanan kristal asing tidak terlalu besar atau
tidak lebih besar dari kekuatan matriks itu sendiri,
supaya tidak terjadi retakan-retakan.
•
Tegangan yang dihasilkan dari kumpulan tekanan kristal
asing tersebut tersebar ke segala arah, tidak hanya pada
satu arah tertentu.
•
Proses pengerasan semen belum selesai atau masih bisa
membuat ikatan antar butir, sehingga memungkinkan
pengikatan kembali antar butir semen dalam matriks, bila
ada ikatan yang terlepas oleh dorongan tekanan kristal
asing tersebut.
Bila pengembangan terjadi terlalu cepat, shear bond strength
yang meningkat tidak akan terjadi. Sebaliknya bila terlalu
lambat dibandingkan dengan kecepatan pengerasan semen
akan memungkinkan terjadinya retakan-retakan.
Dalam kasus suspensi semen mengisi lubang annulus sumur
pemboran yang volumenya terbatas, maka tekanan-tekanan
hasil pengembangan matriks berubah menjadi peningkatan
shear bond strength antara semen dengan casing dan semen
dengan dinding lubang. Akibat lain adalah mengecilnya poripori matriks yang menjadi penyebab menurunnya
permeabilitas semen mengeras.
Penggunaan semen mengembang pada industri perminyakan
saat ini menurun. Beberapa masalah berkenaan dengan
penggunaan semen mengembang dalam industri perminyakan
(Beirute, dkk., SPE 18027) adalah :
1.
Keterbatasan temperatur, semen mengembang sangat
sulit untuk diperlambat. Konvensional retarder
(lignosulfonat) tidak bekerja dengan baik pada semen
jenis ini. Peningkatan temperatur juga akan menurunkan
pengembangan.
2.
Sedikitnya pengetahuan akan kinerja semen jenis
mengembang ini pada kondisi sebenarnya di lapangan.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Pengujian laboratorium terhadap suatu komposisi semen
sangat diperlukan untuk memperoleh kualitas semen yang
diharapkan. Persiapan pengujian di laboratorium meliputi
beberapa tahapan kerja, yaitu :
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
•
•
•
•
•
•
Persiapan peralatan.
Prosedur pengujian.
Persiapan material semen dan additive.
Pembuatan suspensi semen.
Pengkondisian suspensi semen.
Pengujian kualitas semen.
Persiapan peralatan dan material merupakan langkah awal
yang harus dikerjakan sebelum dimulainya suatu penelitian
atau riset.
Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini, meliputi :
densitas dan rheologi untuk suspensi semen serta pengujian
compressive strength dan shear bond strength pada semen
mengeras.
3.1. Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan antara lain :
•
Semen klasifikasi API Kelas G produksi PT. Indocement
Tunggal Prakarsa.
•
Bubuk additive Silika produksi PT. Halliburton
Indonesia.
•
Bubuk additive MgO dan CaO murni yang telah dibakar
pada temperatur 1000 dan 1400 oC selama 2 jam,
kemudian digiling dengan kehalusan 2800 – 3200
cm2/gr.
•
Aquadest yang digunakan sebagai fluida pencampur dan
pengkondisian.
3.2. Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian meliputi :
•
Timbangan elektrik.
•
Gelas ukur.
•
Mixer dengan dua kecepatan tipe propeler.
•
Stop watch.
•
Cetakan sampel.
•
Pressure curing chamber.
•
Hydraulic pressure.
3.3. Prosedur Pengujian dan Persiapan Additive
Pembuatan suspensi semen dimulai dengan persiapan peralatan
dan material semen, adapun spesifikasi peralatan dan prosedur
pengujian dilakukan berdasarkan API Spec. 10 pada Appendix
A. Percobaan yang dilakukan pada penelitian ini terhadap
suspensi semen mengembang dapat dilihat pada Gambar 1.
Sedangkan persiapan additive untuk bahan MgO dan CaO
murni dilakukan dengan membakar batuan dolomit dan kalsit
sesuai temperatur yang diinginkan dengan lama waktu
pembakaran tertentu (dalam penelitian ini, selama 2 jam),
terhitung sejak temperatur yang diinginkan tersebut tercapai.
Kemudian hasil pembakaran tersebut ditumbuk hingga
mencapai kehalusan yang dikehendaki.
Dari hasil pembakaran diperoleh tingkat kemurnian dari
masing-masing additive tersebut, dimana CaO 1000 oC sebesar
63,99%, CaO 1400 oC sebesar 72,35%, MgO 1000 oC sebesar
91,12% dan MgO 1400 oC sebesar 97,42%.
IATM I 2001- 18
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari pengujian yang telah dilakukan di laboratorium diperoleh
hasil pengujian densitas dan rheologi serta hasil pengetesan
compressive strength dan shear bond strength semen terlihat
pada tabel di Lampiran.
4.1. Compressive Strength
Fenomena yang terjadi pada semen dasar dan semen silika
sebagai pembanding kelakuan dan kinerja dari semen
mengembang yang digunakan terlihat bahwa semakin
bertambah temperatur CS semen dasar semakin rendah dan
berbeda dengan semen silika dimana semakin tinggi
temperatur semakin tinggi besar harga CS, hal ini disebabkan
oleh terbentuknya mineral α-C2SH gel yang lebih padat
sehingga mengakibatkan volume semen menyusut, maka
terjadi perubahan pada semen dasar (lemah dan poros).
Sedangkan adanya penambahan silika pada semen dasar
memberikan kestabilan pada semen akibat terbentuknya
mineral tubermorite pada kondisi temperatur tinggi sehingga
memberikan strength yang tinggi dan permeabilitas yang
rendah.
Untuk semen mengembang pada penambahan additive MgO
1000 oC dengan bertambahnya temperatur memberikan
peningkatan pada besar harga CS tersebut tetapi kenaikan yang
signifikan terjadi pada penambahan additive 1.5 dan 3%, hal
ini diakibatkan masih kecilnya proses pengembangan yang
terjadi pada konsentrasi tersebut sehingga memberikan tingkat
kerapatan yang lebih baik dari penambahan additive pada 5
dan 10%.
Begitu pula yang terjadi pada penambahan additive MgO 1400
o
C dengan bertambahnya temperatur akan mengalami kenaikan
besar harga CS-nya, tetapi untuk bahan additive ini hasil dan
performance-nya lebih baik dari bahan MgO 1000 oC,
dikarenakan tingkat kemurnian dari bahan additive tersebut.
Hal serupa juga diperlihatkan pada penggunaan bahan additive
CaO murni baik dengan temperatur bakar 1000 maupun 1400
o
C, dimana dengan bertambahnya temperatur akan mengalami
kenaikan harga CS-nya. Tetapi kinerja dan besar harga yang
diperoleh dari bahan tersebut memberikan hasil yang lebih
baik pada CaO 1000 oC. Selain itu, pengaruh adanya silika
flour pada suspensi semen akan memberikan tingkat ketahanan
dan kestabilan yang lebih baik pada temperatur tinggi.
4.2. Shear Bond Strength
Besar harga SBS pada semen dasar dan semen silika
memperlihatkan kelakuan yang sama seperti pada besar harga
CS.
Pada semen mengembang dengan penambahan MgO dan CaO
murni diharapkan mampu memberikan nilai SBS yang besar
tanpa mengurangi nilai CS yang sesuai dengan standar API.
Kondisi tersebut diatas berhasil diperoleh dalam penelitian ini,
dimana untuk penambahan additive MgO 1000 oC dan 1400 oC
memperlihatkan adanya peningkatan harga SBS dengan
bertambahnya temperatur
seiring dengan peningkatan
konsentrasi penambahan additive tersebut. Harga SBS yang
signifikan terjadi pada konsentrasi 5 dan 10% penambahan,
dikarenakan proses pengembangan semen mulai optimal
terjadi. Tetapi harga SBS pada bahan MgO murni
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
memperlihatkan hasil yang lebih baik pada pembakaran 1400
o
C.
Untuk bahan CaO murni baik pembakaran 1000 maupun 1400
o
C kurang memberikan kanaikan harga SBS yang signifikan,
disebabkan oleh tingkat kemurnian bahan tersebut setelah
pembakaran lebih rendah dari bahan additive MgO murni,
walaupun memberikan kecenderungan yang sama seperti MgO
murni, dimana dengan bertambahnya temperatur akan
memberikan kenaikan harga SBS tersebut.
Dalam penelitian ini juga diperlihatkan pengaruh mud cake
yang ada pada dinding formasi terhadap besar harga SBS yang
dicapai pada saat setting semen mulai terjadi, lihat gambar
pada Lampiran. Dengan adanya mud cake pada dinding
formasi akan memperkecil besar harga SBS, dimana daya
ikatan semen dengan dinding formasi terhalangi oleh mud
cake, hal inilah yang akan mengurangi besar harga SBS semen
tersebut.
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
”Attenuation of Casing Cemented With Coventional and
Expanding Cements Across Heavy Oil and Sandstone
Formations”, SPE 18027.
3. BOUR, D.I., EAST LE., : “Expansion Anti-Fluid
Migration Technology Salles South Texas Fluid Migration
Problems”, IADC/SPE- 17259, Dallas, Texas, March
1988, p.653-658.
4. BURGOYNE., ADAM T. Jr. : “Applied Drilling
Engineering”, SPE., USA., 1986.
5. DOWELL
SCHLUMBERGER.,
:
“Cementing
Technology”, Published by Nova Communications Ltd,
London, England (1984).
6. P.N. PARKER., W.W. WAHL.: “Expanding Cement-A
New Development in well Cementing”, Member of AIME.,
Dowell Div. Of The Dow Chemical Co, Tulsa, Okla, May
1996.
Untuk lebih memberikan sifat yang diinginkan, khususnya
pada semen mengembang perlu adanya pengujian lain selain
pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini, seperti
pengukuran Thickening time, Fluids loss, Free water content
agar dapat sesuai dengan standar yang berlaku pada API Spec.
7. RUDI RUBIANDINI RS. : “Pengaruh Elektrolit dan
Temperatur Pada Rheology Suspensi Semen”, Lembaga
Penelitian-ITB, 1992.
5. KESIMPULAN
8. RUDI RUBIANDINI RS. : “Semen Penyekat Lubang
Sumur Minyak, Gas dan Panas Bumi Yang Bertemperatur
Dan Bertekanan Tinggi”, Laporan Penelitian Perguruan
Tinggi Hibah Bersaing, 1994/1995.
Dari hasil penelitian di laboratorium dan analisa penelitian
pada Bagian IV dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Compressive strength semakin menurun apabila prosentasi
komposisi bahan additive MgO murni semakin besar
dalam suspensi semen.
2. Bahan CaO murni cenderung memberikan peningkatan
compressive strength yang lebih baik, khususnya pada
bahan CaO 1000 oC dan cenderung turun untuk bahan
CaO 1400 oC.
3. Peningkatan shear bond strength sangat baik terutama untuk
temperatur tinggi pada bahan additive MgO 1400 oC,
dimana makin tinggi temperatur semakin baik
peningkatannya.
4. Shear bond strength pada bahan additive CaO murni kurang
menunjukkan adanya peningkatan yang signifikan.
5.
MgO murni merupakan bahan expanding additive terbaik
dari seluruh bahan yang digunakan untuk temperatur 100
– 150 oC.
6.
Komposisi optimum untuk bahan MgO murni adalah 5 –
10 % dan komposisi optimum untuk bahan CaO murni
adalah 1.5 – 3 %.
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan inipula kami mengucapkan terima kasih
kepada ketua tim RUT VII ITB Bpk. DR. Ing Ir. Doddy
Nawangsidi & DR. Ing. Ir. Rudi Rubiandini RS. Atas
kesertaan kami selaku anggota tim peneliti.
DAFTAR PUSTAKA
1. BAIRUTE R.M., ART TRAGESSER., : “Expansive and
Shrinkage Characteristics Of Cements Under Actual Well
Conditions”, SPE of AIME, The Western Co, August
1973.
2. BAIRUTE R.M., Amoco Production Co., and M.A.
Wilson and F.L. SABINS, Haliburton Services., :
IATM I 2001- 18
9. RUDI RUBIANDINI RS. : “Perubahan Sifat Fisik Semen
Pada Temperatur dan Tekanan Tinggi, Serta Kandungan
CO2 dan H2S Tinggi”, Jurnal Teknologi Minyak dan Gas
Bumi, Nomor 1, Volume II/1995.
10. RUDI RUBIANDINI RS. dan HERIANTO : “
Investigasi Laboratoris Penanggulangan Compressive
Strength Retrogration Semen Pemboran Sampai
Temperatur 300 oC “, IATMI, 1994.
11. THOMAS DOOLEY P. : “Perilaku Expanding Additive
dari Bahan Magnesit pada Perubahan Compressive
Strength dan Shear Bond Strength Semen”, Tugas Akhir
Sarjana tak diterbitkan Jurusan Teknik Perminyakan
Fakultas Teknologi Mineral, ITB., 1996.
12. WAYNE, A. WALKER., and CALVIN, D
SAUNDERS., Member AIME : “Strength of Oil Well
Cements And Additives Under High Temperatur Well
Conditions”, Paper 390-G, 1954.
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
LAMPIRAN
Tabel 3
Hasil Penelitian Semen
Tabel 1.
Hasil Pengujian Densitas Suspensi Semen
Additive
Komposisi
Semen Dasar
S. Dasar + 35 % Silika
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC
Komposisi
Additive
(%BWOC)
0
0
1.5
3.0
5.0
10.0
1.5
3.0
5.0
10.0
1.5
3.0
5.0
10.0
1.5
3.0
5.0
10.0
Densitas
(ppg)
MgO10000oC
MgO14000oC
CaO10000 oC
CaO14000 oC
16.00
15.75
15.75
15.50
16.10
15.85
15.85
15.90
15.65
16.00
15.80
15.75
15.65
16.00
15.65
15.50
15.60
15.60
Keterangan “
Baik untuk digunakan
Tidak Baik untuk digunakan
Tabel 2
Hasil Pengujian Rheologi Suspensi Semen
Komposisi
θ 600
Semen Dasar
Semen Silika
S. Dasar + 35% Silika + 1.5% MgO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 3.5% MgO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 5.0% MgO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 10 % MgO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 1.5% MgO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 3.0% MgO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 5.0% MgO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 10 % MgO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 1.5% CaO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 3.0% CaO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 5.0% CaO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 10 % CaO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 1.5% CaO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 3.0% CaO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 5.0% CaO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 10 % CaO 1400 o C
181
110
112
104
140
185
123
103
107
118
120
100
117
126
111
132
133
147
IATM I 2001- 18
Rheologi Suspensi Semen
GS
µP
τy
10”
122
59
63
11
72
38
34
9
78
34
44
14
84
20
64
14
105
34
70
15
144
41
103
18
80
43
37
11
69
34
35
10
74
33
41
10
83
35
48
11
78
42
36
10
65
35
20
10
76
41
45
9
85
41
44
10
72
39
33
9
86
46
40
8
88
45
43
10
95
52
43
13
θ 300
100
+
+
Temperatur (oC)
115
135
+
+
+
+
-
GS 10'
18
13
22
23
20
20
18
19
21
34
14
11
17
26
10
11
13
17
150
+
+
-
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
IATM I 2001- 18
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
100 C
3016
3500
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
100C
3016
3500
3000
3000
2500
2500
1577
2000
2000
1129
1500
1243
1171
1475
1444
1129
928
1060
1500
928
1000
1000
500
500
0
0
115 C
3500
3000
2513
2124
2500
2500
2000
1547
1456
1271
969
500
0
Se
1.5%
DSR
Silika
3%
5%
10%
135 C
3500
3000
1878
2500
1613
2000
1537
1285
1564
1271
1509
1000
1000
Se
2158
1500
1176
1500
1234
1500
971
1000
COMPRESSIVE STRENGTH (psi)
2000
COMPRESSIVE STRENGTH (psi)
115C
3500
2513
3000
500
0
3106
3500
135C
2673
3000
2372
2341
1878
2500
2000
1285
1500
1000
500
500
0
0
3064
3183
3500
150 C
3500
3081
2973
150 C
3000
2238
3000
2500
2238
2500
2000
1691
1543
2000
1500
1243
1500
886
1077
886
1000
1000
500
500
0
Se
DSR
0
Se
Se
DSR
Silika
1.5%
3%
5%
Se
Silika
1.5%
10%
3%
5%
10%
Jenis Semen
Jenis Semen
Gambar 4.
Grafik Compressive Strength Semen MgO 1000 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
Gambar 6.
Grafik Compressive Strength Semen CaO 1000 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
3016
3500
100 C
3016
3500
100 C
3000
2500
3000
1523
2000
2500
1129
1177
1500
922
1313
1129
1500
2000
1147
916
1000
784
767
1000
500
500
0
0
115 C
3500
115 C
3500
2513
3000
2513
3000
2500
2500
1174
1132
500
0
Se
Se
Silika
1.5%
3%
5%
10%
135 C
3500
3000
2500
1878
2000
1285
1397
1372
1378
1234
1398
1171
1000
1000
DSR
1271
1500
1362
1502
1500
1000
500
0
COMPRESSIVE STRENGTH (psi)
1271
1224
1500
COMPRESSIVE STRENGTH (psi)
1543
2000
2000
500
0
3500
135 C
3000
2500
1878
1730
1449
2000
1285
1145
1241
1500
1000
500
0
150 C
3500
3500
150 C
3000
2238
3000
2238
2500
2128
2108
2500
1752
1436
2000
1551
1500
886
886
1000
1000
500
500
0
Se
DSR
Se
Silika
1.5%
3%
5%
10%
Jenis Semen
Gambar 5.
Grafik Compressive Strength Semen MgO 1400 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
IATM I 2001- 18
1500
2000
1536
1443
1500
0
Se
DSR
Se
Silika
1.5%
3%
5%
10%
Jenis Semen
Gambar 7.
Grafik Compressive Strength Semen CaO 1400 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
100 C
1600
1400
1200
1200
770
1000
847
760
688
692
770
1000
800
800
495
600
600
536
486
308
308
287
400
400
10
200
20
10
19
10
38
29
20
10
200
29
20
19
0
0
115 C
115 C
1600
1600
1400
1400
1200
1200
835
835
1000
747
1000
772
676
622
800
581
800
514
482
440
440
600
600
313
400
400
19
200
19
19
29
39
0
135 C
1600
1400
1200
859
765
1000
892
855
714
800
385
600
400
29
29
200
10
19
19
19
200
SHEAR BOND STRENGTH (psi)
19
SHEAR BOND STRENGTH (psi)
100 C
1600
1400
57
0
19
19
29
29
29
0
135 C
1600
1400
1200
765
1000
605
800
615
546
492
385
600
400
29
30
29
48
30
200
49
0
150 C
1600
1600
150 C
1400
1179
1400
1200
1200
1000
923
897
783
1000
600
400
98
39
115
78
20
Se
Se
Silika
39
78
78
39
106
0
0
DSR
20
39
200
400
200
669
588
441
600
441
697
588
571
800
571
800
1.5%
3%
5%
Se
Se
DSR
Silika
1.5%
3%
5%
10%
10%
Jenis Semen
Jenis Semen
Gambar 8.
Grafik Shear Bond Strength Semen MgO 1000 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
Gambar 10.
Grafik Shear Bond Strength Semen CaO 1000 C pada Berbagai
Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
100 C
1600
1400
1000
100 C
1600
1008
1200
1400
770
1200
695
593
800
783
770
1000
515
600
10
19
19
10
504
482
600
145
200
656
800
308
400
308
38
400
10
200
0
10
19
19
30
10
0
115 C
1600
115 C
1600
1400
1074
1400
1200
1200
835
1000
784
893
835
1000
666
581
800
788
720
800
440
578
440
600
600
192
400
19
19
200
38
19
400
48
19
19
135 C
1600
1400
1116
1200
884
853
819
765
1000
800
600
385
205
400
29
29
200
29
77
39
0
1447
1600
1056
900
20
20
1600
135 C
1400
1043
1200
832
765
1000
795
800
481
385
600
400
29
200
29
20
29
1400
1200
896
150 C
783
1000
736
700
800
571
504
571
441
600
441
600
249
400
39
400
39
29
20
200
20
20
30
49
39
200
88
30
38
29
0
1000
800
28
19
0
1600
150 C
1400
1200
SHEAR BOND STRENGTH (psi)
SHEAR BOND STRENGTH (psi)
200
0
0
0
Se
Se
DSR
Silika
1.5%
3%
5%
Se
Se
DSR
Silika
1.5%
3%
5%
10%
10%
Jenis Semen
Jenis Semen
Gambar 9.
Grafik Shear Bond Strength Semen MgO 1400 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
IATM I 2001- 18
Gambar 11.
Grafik Shear Bond Strength Semen CaO 1400 C pada Berbagai
Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
Yogyakarta, 3- 5 O ktober 2001
KINERJA EXPANDING ADDITIVE BARU UNTUK MENINGKATKAN
SHEAR BOND STRENGTH (Sb) SEMEN PADA KONDISI HTHP
Ir. Nur Suhascaryo, MT. 1, Ir. Eddy Wibowo 2, Ir. Budi Suroyo 3
1
2
TM-UPNV -Yogya
Vico Indonesia Balikpapan
3
Lemigas Jakarta
Key Words : Expanding Additive, Burnt and Shearbond Strength
ABSTRACT
The quality of well cement is very important in maximizing the rate of production from oil, gas and geothermal wells, caused need
to enhance physical properties of cement characteristics. In this case are shear bond strength and compressive strength value. The
expanding characteristics of cement while setting affected on good bonding between cement with casing and between cement with rock
formation to make effective zone isolation on annulus casing –formation. Hence the additive should be added in order to improve the
characteristics of cement.
What will be studied here is raising behavior of expanding cement characteristics used pure burnt MgO and CaO materials are
adding on cement samples API class G from one local manufactory and 35% BWOC silica flour in high temperature (100 – 150 oC)
and high pressure (2000 psi) condition such as curing variables. It has been proved that addition could raise the value of shear bond
strength cement without decreasing the compressive strength to a minimum API value. The comparation of this experiment have the best
composition of pure burnt MgO at 1400oC added on cement composition 5-10% @ 150oC, Sb ranges 1056-1447 psi and Cs ranges
1443-1551 psi.
1. PENDAHULUAN
Telah banyak upaya yang telah dilakukan untuk dapat
memperbaiki sistem penyekatan dari suspensi semen.
Diantaranya dengan pemakaian semen mengembang dengan
penambahan zat additive tertentu guna memperbaiki nilai shear
bond strength suspensi semen yang telah mengeras. Namun
demikian, usaha peningkatan nilai shear bond strength ternyata
di sisi lain akan menyebabkan penurunan nilai compressive
strength semen tersebut.
minyak, gas
perminyakan.
dan
panas
bumi
dalam
dunia
industri
Solusi penyemenan dengan melakukan usaha perbaikan sistem
penyekatannya melalui peningkatan nilai shear bond strength
semen, telah dilakukan beberapa peneliti terdahulu. Fokus
utama adalah pengembangan expanding additive baru, sebagai
kelanjutan dari hasil penelitian sebelumnya yaitu Rudi
Rubiandini R.S., dan Thomas Dooley.
2. SISTEM SEMEN MENGEMBANG
Berdasarkan latar belakang
di atas maka diidentifikasi
masalah, seperti : perlunya komposisi semen yang tepat dalam
menghadapi beberapa kondisi khususnya penyemenan, sampai
seberapa jauh proses penyemenan dapat disempurnakan
memanfaatkan perbaikan penyekatan suspensinya pada sistem
semen mengembang dan adakah zat additive lain yang dapat
diterapkan dalam usaha memperbaiki sistem penyekatan
semen, dengan menaikan shear bond strength tanpa
menurunkan nilai compressive strength-nya sampai melewati
batas yang perlu dikhawatirkan.
Penelitian ini dimaksudkan untuk mendapatkan kualitas
penyekatan semen yang baik dengan suspensi semen yang
tepat dengan pemakaian expanding additive atau dengan kata
lain mencari komposisi suspensi semen yang tepat melalui
pemakaian expanding cement dengan melakukan penambahan
zat additive yang dapat menaikkan shear bond strength tanpa
menurunkan harga compressive strength-nya sampai melewati
batas yang perlu dikhawatirkan.
Diharapkan setelah dilakukan penelitian ini, dapat dihasilkan
suatu komposisi semen alternatif berbasis sistem semen
mengembang, serta pengaruh penambahan zat additive
berbasis oksida dalam hal ini MgO dan CaO murni bakar
terhadap sistem penyekatan semen pada tekanan dan
temperatur tinggi. Sehingga pada akhirnya, hal ini menjadi
solusi alternatif menghadapi proses penyemenan sumur
IATM I 2001- 18
Penyemenan adalah suatu proses pendorongan sejumlah
suspensi semen ke dalam casing, kemudian melalui bagian
bawah sepatu casing mengalir naikke annulus antara casing
dan formasi. Kemudian suspensi semen ini akan mengeras
sehingga mengikat antara casing dengan formasi (dinding
lubang bor) atau casing dengan casing.
Tujuan utama dari operasi penyemenan adalah sebagai
pengisolasi zona-zona pada sumur pemboran untuk mencegah
masuknya atau merembesnya fluida formasi yang tidak
diinginkan ke dalam sumur pemboran sekaligus sebagai
material penyekat antara casing dan formasi. Kegagalan dalam
operasi penyemenan akan menimbulkan banyak permasalahan,
antara lain : menyebabkan kerusakan pada formasi produktif,
kehilangan sirkulasi lumpur, kecilnya laju produksi,
ketidaksempurnaan dalam melakukan stimulasi dan lain-lain.
Dilakukannya suatu operasi penyemenan pada sumur-sumur
minyak, gas dan panas bumi, secara umum bertujuan :
1.
Melekatkan casing dengan dinding formasi, agar casing
kuat dan kokoh sehingga dapat berfungsi dengan
sempurna.
2.
Melindungi casing dari pengaruh kondisi lingkungan
sekitarnya yang dapat merusak, seperti temperatur dan
tekanan tinggi, korosifitas fluida formasi.
3.
Menutup zona lost sirkulasi, zona blowout serta zonazona berbahaya lainnya.
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
4.
5.
6.
7.
8.
Mengisolasi zona-zona dibelakang casing, sehingga tidak
terjadi komunikasi antar zona.
Mencegah penyusupan gas atau fluida formasi
bertekanan tinggi ke ruang antar casing dan formasi
yang dapat mengakibatkan permasalahan yang berbahaya
di permukaan.
Memperbaiki casing yang pecah dan menutupi zona yang
tidak diperlukan.
Memperbaiki kesalahan letak perforasi.
Dan lain-lain.
2.1. Komponen Dasar Semen
Pada operasi penyemenan sumur pemboran minyak, gas dan
panas bumi suspensi semen yang digunakan terdiri dari
komponen dasar dan komponen tambahan. Komponen
dasarnya adalah semen portland, dikembangkan oleh Joseph
Aspdin (1824), dimana semen portland ini termasuk semen
hidrolis dalam arti akan mengeras bila bercampur dengan air.
Sedangkan komponen tambahannya merupakan macammacam additive yang dapat menjadikan semen memiliki
kinerja khusus yang sesuai dengan kebutuhan. Adapun
komponen dasar semen yang mampu menghidrat dan
membentuk struktur yang keras dan kuat adalah :
1.
Triclacium silicate (3CaO.SiO2 atau C3S)
yang dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO 2.
Komponen ini merupakan yang terbanyak dalam semen
portland, 40 – 45 % untuk semen yang lambat proses
pengerasannya dan sekitar 60 – 65 % untuk semen yang
cepat proses pengerasannya (high-early strength cement).
Komponen C3S pada semen memberikan strength yang
terbesar pada awal maupun akhir pengerasan, terutama
awal pengerasan.
2.
Dicalcium silicate (2CaO.SiO2 atau C2S)
yang juga dihasilkan dari kombinasi CaO dan SiO 2.
Komponen ini sangat penting dalam memberikan final
strength semen karena C2S ini menghidrasinya lambat
maka tidak berpengaruh dalam setting time semen, akan
tetapi sangat menentukan dalam kekuatan semen lanjut.
Kadar C2S dalam semen tidak lebih dari 20 %.
3.
Tricalcium aluminate (3CaO.Al2O3 atau C3A)
yang terbentuk dari reaksi antara CaO dan Al2O3.
Walaupun kadarnya lebih kecil dari komponen silikat,
sekitar 15 % untuk high-early strength cement dan
sekitar 3 % untuk semen yang tahan terhadap sulfat
karena hasil hidrasi C3A mudah diserang sulfat, namun
berpengaruh terhadap rheologi suspensi semen dan
membantu proses pengerasan awal pada semen tapi tidak
menyumbang kekuatan akhir semen.
4.
Tetra calcium aluminoferite (4CaO.Al2O3.Fe 2O3 atau
C4AF)
yang terbentuk dari reaksi CaO, Al2O3 dan Fe 2O3.
Komponen ini hanya sedikit pengaruhnya terhadap
strength semen. API menjelaskan bahwa bila kadar C4AF
ditambah dengan dua kali kadar C3A tidak boleh lebih
dari 24 % untuk semen yang tahan terhadap kandungan
sulfat tinggi. Penambahan oksida besi yang berlebihan
akan menaikkan kadar C4AF dan menurunkan kadar
C3A, dan berfungsi menurunkan panas hasil
reaksi/hidrasi C3S dan C2S.
Selain ke-4 dasar komponen yang ditemukan dalam klinker,
semen portland dalam bentuk akhirnya dapat mengandung
gypsum, alkali sulfat, magnesium, lime bebas dan zat
IATM I 2001- 18
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
penambah lainnya. Pada konsentrasi normal, material-material
ini tidak begitu mempengaruhi sifat set semen, tapi
mempengaruhi laju hidrasi, ketahan terhadap serangan sulfat
dan sifat bubur semen.
Struktur butiran klinker bervariasi mengikuti material
mentahnya, ukuran butirannya dan pemanggangannya dan
pendinginannya. Variabel-variabel tadi mempengaruhi proses
kristalisasi, berbagai hasil akhir dan porositas dari butiran
klinker itu sendiri. Secara umum, C3S (alite), sebagai
komponen mayoritas mengkristal sebagai partikel butiran. C2S
(balite) mengkristal kecil-kecil, lebih bundar yang mana
tersebar di sekitar butiran C3S. C4AF membentuk fasa kontinu
di antara struktur butiran klinker.
Distrubusi permukaan dari komposisi yang berbeda penting
dalam menentukan sifat semen. Kelas semen tertentu dengan
spesifikasi yang sama dapat mempunyai kekuatan yang
berbeda. Ini biasanya disebabkan perbedaan proses kristalisasi.
2.2. Komponen Tambahan Semen
Komponen tambahan semen merupakan macam-macam
additive yang digunakan dalam operasi penyemenan untuk
memperoleh sifat khusus atau kinerja yang dibutuhkan.
Additive yang umum digunakan untuk bahan campuran pada
suspensi semen/slurry antara lain :
•
Retarder, digunakan untuk memperpanjang thickening
time.
•
Akselerator, digunakan untuk memperpendek thickening
time.
•
Weighting Agent, digunakan untuk menambah densitas
suspensi semen.
•
Ekstender, digunakan untuk mengurangi densitas
suspensi semen.
•
Dispersant, digunakan untuk menurunkan viskositas
suspensi semen.
•
Fluid Loss Control Agent, digunakan untuk mengurangi
filtrat (air bebas).
•
Lost Circulation Control Agent, digunakan untuk
mengurangi kehilangan suspensi semen ke formasi.
•
Special Additive, digunakan untuk keperluan khusus
dalam menanggulangi kasus tertentu.
Didalam penggunaan bahan additive tersebut pada suspensi
semen akan memberikan efek sampingan yang terjadi pada
parameter-parameter lainnya, walaupun memberikan sifat
tertentu yang diinginkan dari additive tersebut, sehingga perlu
dilakukan uji laboratorium untuk mengetahui interaksi yang
terjadi.
2.3. Semen Mengembang (Expanding Cement)
Selama bertahun-tahun industri kontruksi berusaha keras
menghadapi masalah penyusutan pada semen yang telah
mengering. Semen mengalami penyusutan volume setelah
mengering melewati waktu setting-nya. Penurunan ini akan
menyebabkan rekahan pada semen saat terjadinya
pengembangan tensile strength. Semen mengembang dibuat
untuk menghadapi masalah penyusutan volume dengan
membuat semen mengembang selama periode kritik ini.
Secara kimia, semen mengembang hampir sama dengan semen
portland biasa, kecuali adanya kandungan material anhydrous
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
kalsium
sulfoaluminat
(4CaO.3Al2O3.SO 3).
Sehingga
keuntungan dari adanya semen mengembang akan
menghasilkan ikatan yang lebih baik antara casing dengan
semen dan semen dengan formasi.
Ikatan yang baik antara semen dengan pipa dan antara semen
dengan formasi sangat penting untuk penyekatan zona yang
efektif. Ikatan yang buruk akan membatasi kinerja produksi
yang diinginkan, dan menurunkan tingkat keefektifan pada
perlakuan stimulasi. Hubungan antara zona dapat diakibatkan
oleh tidak cukupnya lumpur yang dipindahkan, penyemenan
yang buruk akibat mud cake yang tebal, ekspansi dan kontraksi
dari casing sebagai akibat dari adanya tekanan dalam atau
thermal stress, dan adanya kontaminasi semen dari fluida
pemboran atau formasi (Parker and Wahl, 1966; Beirute and
Tragresser, 1973). Dalam kondisi seperti ini, akan terjadi
mikroannulus pada ikatan semen dengan casing maupun semen
dengan permukaan formasi.
Sistem semen yang dapat mengembang setelah waktu setting
disimpulkan dapat mengurangi munculnya mikroannulus dan
meningkatkan hasil penyemenan primer. Peningkatan
penyekatan dihasilkan dari adanya ketahanan mekanik atau
pengetatan semen terhadap pipa dan formasi. Ikatan yang baik
dapat diperoleh bahkan pada saat lumpur masih berada di
casing atau permukaan formasi.
Sistem semen mengembang kebanyakan bergantung pada
pembentukan mineral ettringite (3CaO.Al2O3.3CaSO 4.32H 2O).
Kristal ettringite memiliki volume bulk yang lebih besar
daripada volume bulk bahan-bahan asalnya, berarti
pengembangan terjadi karena tekanan dalam yang mendesak
pada saat kristalisasi. Semen yang dicampur air membentuk
bubur akan mengembang setelah mengental yaitu pada saat
akan mengeras. Reaksi pengembangan yang terjadi ini
biasanya hilang setelah 4 minggu.
Kelemahan dari semen mengembang dengan dasar mineral
ettringite ialah tidak mampu bertahan pada temperatur tinggi
diatas 76 oC (170 oF) (Bour dkk., 1988). Ettringite tidak stabil
pada suhu tinggi, cenderung untuk berubah menjadi kalsium
sulfoaluminat terhidrat dan gypsum yang lebih padat (Lea,
1970).
2.4. Expanding Additive
Pengembangan suatu semen, yaitu penambahan ukuran bagian
luar semen, menurut Danjushevsky (1980) dapat terjadi
melalui beberapa proses :
•
Pada saat suspensi semen masih mampu mengalir, yang
diakibatkan efek kontraksi negatif secara kimiawi,
artinya melalui pembentukan hasil hidrat lain yang akan
menambah volume, seperti terlepasnya garam-garam saat
kristalisasi pada temperatur tinggi.
•
Pada saat semen mengeras melalui kristal asing seperti
CaO, MgO dan CaSO 4 dalam matriks semen.
•
Masuknya fluida formasi ke dalam kolom semen.
Adanya efek kontraksi negatif tidak memberikan efek
penambahan shear bond strength yang berarti, misalnya
dengan penambahan garam (NaCl), dikarenakan suspensi
semen masih mampu mengirimkan tekanan hasil reaksi ke
segala arah, sehingga tipe jenis ini tidak menjadi pilihan
sebagai expanding additive semen pemboran minyak, gas dan
panas bumi. Masuknya fluida formasi ke dalam kolom semen
IATM I 2001- 18
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
juga tidak termasuk dalam pilihan expanding additive, karena
sama sekali tidak bisa diatur dan tidak dapat dipersiapkan.
Sedangkan pengembangan pada saat semen sedang mengeras
yang diakibatkan pengembangan kristal-kristal asing yang
terbentuk, sehingga dapat memberikan pengembangan matriks
dan meningkatkan shear bond strength.
Yang dimaksud dengan expanding additive dalam penelitian
ini adalah additive yang dapat mengakibatkan proses
pengembangan matriks semen akibat adanya pengembangan
kristal asing yang dikandungnya, seperti di atas. Hal ini
disebabkan pada kondisi seperti di atas, reaksi pengembangan
dapat diatur dengan cara memilih bahan, mengatur temperatur
bakar, dan tingkat kehalusan material yang digunakan.
Pengaturan saat pengembangan dumulai sangatlah penting
untuk diperhatikan, karena sangat menentukan keberhasilan
peningkatan shear bond strength.
Bila pengembangan matriks semen terjadi pada saat suspensi
semen mulai mengeras, maka kemungkinan diperoleh
pengembangan matriks yang nyata, bila memenuhi beberapa
syarat sebagai berikut :
•
Peningkatan tekanan kristal asing tidak terlalu besar atau
tidak lebih besar dari kekuatan matriks itu sendiri,
supaya tidak terjadi retakan-retakan.
•
Tegangan yang dihasilkan dari kumpulan tekanan kristal
asing tersebut tersebar ke segala arah, tidak hanya pada
satu arah tertentu.
•
Proses pengerasan semen belum selesai atau masih bisa
membuat ikatan antar butir, sehingga memungkinkan
pengikatan kembali antar butir semen dalam matriks, bila
ada ikatan yang terlepas oleh dorongan tekanan kristal
asing tersebut.
Bila pengembangan terjadi terlalu cepat, shear bond strength
yang meningkat tidak akan terjadi. Sebaliknya bila terlalu
lambat dibandingkan dengan kecepatan pengerasan semen
akan memungkinkan terjadinya retakan-retakan.
Dalam kasus suspensi semen mengisi lubang annulus sumur
pemboran yang volumenya terbatas, maka tekanan-tekanan
hasil pengembangan matriks berubah menjadi peningkatan
shear bond strength antara semen dengan casing dan semen
dengan dinding lubang. Akibat lain adalah mengecilnya poripori matriks yang menjadi penyebab menurunnya
permeabilitas semen mengeras.
Penggunaan semen mengembang pada industri perminyakan
saat ini menurun. Beberapa masalah berkenaan dengan
penggunaan semen mengembang dalam industri perminyakan
(Beirute, dkk., SPE 18027) adalah :
1.
Keterbatasan temperatur, semen mengembang sangat
sulit untuk diperlambat. Konvensional retarder
(lignosulfonat) tidak bekerja dengan baik pada semen
jenis ini. Peningkatan temperatur juga akan menurunkan
pengembangan.
2.
Sedikitnya pengetahuan akan kinerja semen jenis
mengembang ini pada kondisi sebenarnya di lapangan.
3. METODOLOGI PENELITIAN
Pengujian laboratorium terhadap suatu komposisi semen
sangat diperlukan untuk memperoleh kualitas semen yang
diharapkan. Persiapan pengujian di laboratorium meliputi
beberapa tahapan kerja, yaitu :
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
•
•
•
•
•
•
Persiapan peralatan.
Prosedur pengujian.
Persiapan material semen dan additive.
Pembuatan suspensi semen.
Pengkondisian suspensi semen.
Pengujian kualitas semen.
Persiapan peralatan dan material merupakan langkah awal
yang harus dikerjakan sebelum dimulainya suatu penelitian
atau riset.
Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini, meliputi :
densitas dan rheologi untuk suspensi semen serta pengujian
compressive strength dan shear bond strength pada semen
mengeras.
3.1. Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan antara lain :
•
Semen klasifikasi API Kelas G produksi PT. Indocement
Tunggal Prakarsa.
•
Bubuk additive Silika produksi PT. Halliburton
Indonesia.
•
Bubuk additive MgO dan CaO murni yang telah dibakar
pada temperatur 1000 dan 1400 oC selama 2 jam,
kemudian digiling dengan kehalusan 2800 – 3200
cm2/gr.
•
Aquadest yang digunakan sebagai fluida pencampur dan
pengkondisian.
3.2. Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan pada penelitian meliputi :
•
Timbangan elektrik.
•
Gelas ukur.
•
Mixer dengan dua kecepatan tipe propeler.
•
Stop watch.
•
Cetakan sampel.
•
Pressure curing chamber.
•
Hydraulic pressure.
3.3. Prosedur Pengujian dan Persiapan Additive
Pembuatan suspensi semen dimulai dengan persiapan peralatan
dan material semen, adapun spesifikasi peralatan dan prosedur
pengujian dilakukan berdasarkan API Spec. 10 pada Appendix
A. Percobaan yang dilakukan pada penelitian ini terhadap
suspensi semen mengembang dapat dilihat pada Gambar 1.
Sedangkan persiapan additive untuk bahan MgO dan CaO
murni dilakukan dengan membakar batuan dolomit dan kalsit
sesuai temperatur yang diinginkan dengan lama waktu
pembakaran tertentu (dalam penelitian ini, selama 2 jam),
terhitung sejak temperatur yang diinginkan tersebut tercapai.
Kemudian hasil pembakaran tersebut ditumbuk hingga
mencapai kehalusan yang dikehendaki.
Dari hasil pembakaran diperoleh tingkat kemurnian dari
masing-masing additive tersebut, dimana CaO 1000 oC sebesar
63,99%, CaO 1400 oC sebesar 72,35%, MgO 1000 oC sebesar
91,12% dan MgO 1400 oC sebesar 97,42%.
IATM I 2001- 18
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari pengujian yang telah dilakukan di laboratorium diperoleh
hasil pengujian densitas dan rheologi serta hasil pengetesan
compressive strength dan shear bond strength semen terlihat
pada tabel di Lampiran.
4.1. Compressive Strength
Fenomena yang terjadi pada semen dasar dan semen silika
sebagai pembanding kelakuan dan kinerja dari semen
mengembang yang digunakan terlihat bahwa semakin
bertambah temperatur CS semen dasar semakin rendah dan
berbeda dengan semen silika dimana semakin tinggi
temperatur semakin tinggi besar harga CS, hal ini disebabkan
oleh terbentuknya mineral α-C2SH gel yang lebih padat
sehingga mengakibatkan volume semen menyusut, maka
terjadi perubahan pada semen dasar (lemah dan poros).
Sedangkan adanya penambahan silika pada semen dasar
memberikan kestabilan pada semen akibat terbentuknya
mineral tubermorite pada kondisi temperatur tinggi sehingga
memberikan strength yang tinggi dan permeabilitas yang
rendah.
Untuk semen mengembang pada penambahan additive MgO
1000 oC dengan bertambahnya temperatur memberikan
peningkatan pada besar harga CS tersebut tetapi kenaikan yang
signifikan terjadi pada penambahan additive 1.5 dan 3%, hal
ini diakibatkan masih kecilnya proses pengembangan yang
terjadi pada konsentrasi tersebut sehingga memberikan tingkat
kerapatan yang lebih baik dari penambahan additive pada 5
dan 10%.
Begitu pula yang terjadi pada penambahan additive MgO 1400
o
C dengan bertambahnya temperatur akan mengalami kenaikan
besar harga CS-nya, tetapi untuk bahan additive ini hasil dan
performance-nya lebih baik dari bahan MgO 1000 oC,
dikarenakan tingkat kemurnian dari bahan additive tersebut.
Hal serupa juga diperlihatkan pada penggunaan bahan additive
CaO murni baik dengan temperatur bakar 1000 maupun 1400
o
C, dimana dengan bertambahnya temperatur akan mengalami
kenaikan harga CS-nya. Tetapi kinerja dan besar harga yang
diperoleh dari bahan tersebut memberikan hasil yang lebih
baik pada CaO 1000 oC. Selain itu, pengaruh adanya silika
flour pada suspensi semen akan memberikan tingkat ketahanan
dan kestabilan yang lebih baik pada temperatur tinggi.
4.2. Shear Bond Strength
Besar harga SBS pada semen dasar dan semen silika
memperlihatkan kelakuan yang sama seperti pada besar harga
CS.
Pada semen mengembang dengan penambahan MgO dan CaO
murni diharapkan mampu memberikan nilai SBS yang besar
tanpa mengurangi nilai CS yang sesuai dengan standar API.
Kondisi tersebut diatas berhasil diperoleh dalam penelitian ini,
dimana untuk penambahan additive MgO 1000 oC dan 1400 oC
memperlihatkan adanya peningkatan harga SBS dengan
bertambahnya temperatur
seiring dengan peningkatan
konsentrasi penambahan additive tersebut. Harga SBS yang
signifikan terjadi pada konsentrasi 5 dan 10% penambahan,
dikarenakan proses pengembangan semen mulai optimal
terjadi. Tetapi harga SBS pada bahan MgO murni
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
memperlihatkan hasil yang lebih baik pada pembakaran 1400
o
C.
Untuk bahan CaO murni baik pembakaran 1000 maupun 1400
o
C kurang memberikan kanaikan harga SBS yang signifikan,
disebabkan oleh tingkat kemurnian bahan tersebut setelah
pembakaran lebih rendah dari bahan additive MgO murni,
walaupun memberikan kecenderungan yang sama seperti MgO
murni, dimana dengan bertambahnya temperatur akan
memberikan kenaikan harga SBS tersebut.
Dalam penelitian ini juga diperlihatkan pengaruh mud cake
yang ada pada dinding formasi terhadap besar harga SBS yang
dicapai pada saat setting semen mulai terjadi, lihat gambar
pada Lampiran. Dengan adanya mud cake pada dinding
formasi akan memperkecil besar harga SBS, dimana daya
ikatan semen dengan dinding formasi terhalangi oleh mud
cake, hal inilah yang akan mengurangi besar harga SBS semen
tersebut.
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
”Attenuation of Casing Cemented With Coventional and
Expanding Cements Across Heavy Oil and Sandstone
Formations”, SPE 18027.
3. BOUR, D.I., EAST LE., : “Expansion Anti-Fluid
Migration Technology Salles South Texas Fluid Migration
Problems”, IADC/SPE- 17259, Dallas, Texas, March
1988, p.653-658.
4. BURGOYNE., ADAM T. Jr. : “Applied Drilling
Engineering”, SPE., USA., 1986.
5. DOWELL
SCHLUMBERGER.,
:
“Cementing
Technology”, Published by Nova Communications Ltd,
London, England (1984).
6. P.N. PARKER., W.W. WAHL.: “Expanding Cement-A
New Development in well Cementing”, Member of AIME.,
Dowell Div. Of The Dow Chemical Co, Tulsa, Okla, May
1996.
Untuk lebih memberikan sifat yang diinginkan, khususnya
pada semen mengembang perlu adanya pengujian lain selain
pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini, seperti
pengukuran Thickening time, Fluids loss, Free water content
agar dapat sesuai dengan standar yang berlaku pada API Spec.
7. RUDI RUBIANDINI RS. : “Pengaruh Elektrolit dan
Temperatur Pada Rheology Suspensi Semen”, Lembaga
Penelitian-ITB, 1992.
5. KESIMPULAN
8. RUDI RUBIANDINI RS. : “Semen Penyekat Lubang
Sumur Minyak, Gas dan Panas Bumi Yang Bertemperatur
Dan Bertekanan Tinggi”, Laporan Penelitian Perguruan
Tinggi Hibah Bersaing, 1994/1995.
Dari hasil penelitian di laboratorium dan analisa penelitian
pada Bagian IV dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Compressive strength semakin menurun apabila prosentasi
komposisi bahan additive MgO murni semakin besar
dalam suspensi semen.
2. Bahan CaO murni cenderung memberikan peningkatan
compressive strength yang lebih baik, khususnya pada
bahan CaO 1000 oC dan cenderung turun untuk bahan
CaO 1400 oC.
3. Peningkatan shear bond strength sangat baik terutama untuk
temperatur tinggi pada bahan additive MgO 1400 oC,
dimana makin tinggi temperatur semakin baik
peningkatannya.
4. Shear bond strength pada bahan additive CaO murni kurang
menunjukkan adanya peningkatan yang signifikan.
5.
MgO murni merupakan bahan expanding additive terbaik
dari seluruh bahan yang digunakan untuk temperatur 100
– 150 oC.
6.
Komposisi optimum untuk bahan MgO murni adalah 5 –
10 % dan komposisi optimum untuk bahan CaO murni
adalah 1.5 – 3 %.
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan inipula kami mengucapkan terima kasih
kepada ketua tim RUT VII ITB Bpk. DR. Ing Ir. Doddy
Nawangsidi & DR. Ing. Ir. Rudi Rubiandini RS. Atas
kesertaan kami selaku anggota tim peneliti.
DAFTAR PUSTAKA
1. BAIRUTE R.M., ART TRAGESSER., : “Expansive and
Shrinkage Characteristics Of Cements Under Actual Well
Conditions”, SPE of AIME, The Western Co, August
1973.
2. BAIRUTE R.M., Amoco Production Co., and M.A.
Wilson and F.L. SABINS, Haliburton Services., :
IATM I 2001- 18
9. RUDI RUBIANDINI RS. : “Perubahan Sifat Fisik Semen
Pada Temperatur dan Tekanan Tinggi, Serta Kandungan
CO2 dan H2S Tinggi”, Jurnal Teknologi Minyak dan Gas
Bumi, Nomor 1, Volume II/1995.
10. RUDI RUBIANDINI RS. dan HERIANTO : “
Investigasi Laboratoris Penanggulangan Compressive
Strength Retrogration Semen Pemboran Sampai
Temperatur 300 oC “, IATMI, 1994.
11. THOMAS DOOLEY P. : “Perilaku Expanding Additive
dari Bahan Magnesit pada Perubahan Compressive
Strength dan Shear Bond Strength Semen”, Tugas Akhir
Sarjana tak diterbitkan Jurusan Teknik Perminyakan
Fakultas Teknologi Mineral, ITB., 1996.
12. WAYNE, A. WALKER., and CALVIN, D
SAUNDERS., Member AIME : “Strength of Oil Well
Cements And Additives Under High Temperatur Well
Conditions”, Paper 390-G, 1954.
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
LAMPIRAN
Tabel 3
Hasil Penelitian Semen
Tabel 1.
Hasil Pengujian Densitas Suspensi Semen
Additive
Komposisi
Semen Dasar
S. Dasar + 35 % Silika
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + MgO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1000 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC
S. Dasar + 35% Silika + CaO 1400 oC
Komposisi
Additive
(%BWOC)
0
0
1.5
3.0
5.0
10.0
1.5
3.0
5.0
10.0
1.5
3.0
5.0
10.0
1.5
3.0
5.0
10.0
Densitas
(ppg)
MgO10000oC
MgO14000oC
CaO10000 oC
CaO14000 oC
16.00
15.75
15.75
15.50
16.10
15.85
15.85
15.90
15.65
16.00
15.80
15.75
15.65
16.00
15.65
15.50
15.60
15.60
Keterangan “
Baik untuk digunakan
Tidak Baik untuk digunakan
Tabel 2
Hasil Pengujian Rheologi Suspensi Semen
Komposisi
θ 600
Semen Dasar
Semen Silika
S. Dasar + 35% Silika + 1.5% MgO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 3.5% MgO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 5.0% MgO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 10 % MgO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 1.5% MgO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 3.0% MgO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 5.0% MgO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 10 % MgO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 1.5% CaO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 3.0% CaO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 5.0% CaO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 10 % CaO 1000 o C
S. Dasar + 35% Silika + 1.5% CaO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 3.0% CaO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 5.0% CaO 1400 o C
S. Dasar + 35% Silika + 10 % CaO 1400 o C
181
110
112
104
140
185
123
103
107
118
120
100
117
126
111
132
133
147
IATM I 2001- 18
Rheologi Suspensi Semen
GS
µP
τy
10”
122
59
63
11
72
38
34
9
78
34
44
14
84
20
64
14
105
34
70
15
144
41
103
18
80
43
37
11
69
34
35
10
74
33
41
10
83
35
48
11
78
42
36
10
65
35
20
10
76
41
45
9
85
41
44
10
72
39
33
9
86
46
40
8
88
45
43
10
95
52
43
13
θ 300
100
+
+
Temperatur (oC)
115
135
+
+
+
+
-
GS 10'
18
13
22
23
20
20
18
19
21
34
14
11
17
26
10
11
13
17
150
+
+
-
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
IATM I 2001- 18
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
100 C
3016
3500
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
100C
3016
3500
3000
3000
2500
2500
1577
2000
2000
1129
1500
1243
1171
1475
1444
1129
928
1060
1500
928
1000
1000
500
500
0
0
115 C
3500
3000
2513
2124
2500
2500
2000
1547
1456
1271
969
500
0
Se
1.5%
DSR
Silika
3%
5%
10%
135 C
3500
3000
1878
2500
1613
2000
1537
1285
1564
1271
1509
1000
1000
Se
2158
1500
1176
1500
1234
1500
971
1000
COMPRESSIVE STRENGTH (psi)
2000
COMPRESSIVE STRENGTH (psi)
115C
3500
2513
3000
500
0
3106
3500
135C
2673
3000
2372
2341
1878
2500
2000
1285
1500
1000
500
500
0
0
3064
3183
3500
150 C
3500
3081
2973
150 C
3000
2238
3000
2500
2238
2500
2000
1691
1543
2000
1500
1243
1500
886
1077
886
1000
1000
500
500
0
Se
DSR
0
Se
Se
DSR
Silika
1.5%
3%
5%
Se
Silika
1.5%
10%
3%
5%
10%
Jenis Semen
Jenis Semen
Gambar 4.
Grafik Compressive Strength Semen MgO 1000 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
Gambar 6.
Grafik Compressive Strength Semen CaO 1000 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
3016
3500
100 C
3016
3500
100 C
3000
2500
3000
1523
2000
2500
1129
1177
1500
922
1313
1129
1500
2000
1147
916
1000
784
767
1000
500
500
0
0
115 C
3500
115 C
3500
2513
3000
2513
3000
2500
2500
1174
1132
500
0
Se
Se
Silika
1.5%
3%
5%
10%
135 C
3500
3000
2500
1878
2000
1285
1397
1372
1378
1234
1398
1171
1000
1000
DSR
1271
1500
1362
1502
1500
1000
500
0
COMPRESSIVE STRENGTH (psi)
1271
1224
1500
COMPRESSIVE STRENGTH (psi)
1543
2000
2000
500
0
3500
135 C
3000
2500
1878
1730
1449
2000
1285
1145
1241
1500
1000
500
0
150 C
3500
3500
150 C
3000
2238
3000
2238
2500
2128
2108
2500
1752
1436
2000
1551
1500
886
886
1000
1000
500
500
0
Se
DSR
Se
Silika
1.5%
3%
5%
10%
Jenis Semen
Gambar 5.
Grafik Compressive Strength Semen MgO 1400 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
IATM I 2001- 18
1500
2000
1536
1443
1500
0
Se
DSR
Se
Silika
1.5%
3%
5%
10%
Jenis Semen
Gambar 7.
Grafik Compressive Strength Semen CaO 1400 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
Kinerja Expanding Additive Baru untuk Meningkatkan Shear Bond Strength (Sb) Semen
Pada Kondisi HTHP
Nur Suhascaryo, Eddy Wibow o, Suroyo
100 C
1600
1400
1200
1200
770
1000
847
760
688
692
770
1000
800
800
495
600
600
536
486
308
308
287
400
400
10
200
20
10
19
10
38
29
20
10
200
29
20
19
0
0
115 C
115 C
1600
1600
1400
1400
1200
1200
835
835
1000
747
1000
772
676
622
800
581
800
514
482
440
440
600
600
313
400
400
19
200
19
19
29
39
0
135 C
1600
1400
1200
859
765
1000
892
855
714
800
385
600
400
29
29
200
10
19
19
19
200
SHEAR BOND STRENGTH (psi)
19
SHEAR BOND STRENGTH (psi)
100 C
1600
1400
57
0
19
19
29
29
29
0
135 C
1600
1400
1200
765
1000
605
800
615
546
492
385
600
400
29
30
29
48
30
200
49
0
150 C
1600
1600
150 C
1400
1179
1400
1200
1200
1000
923
897
783
1000
600
400
98
39
115
78
20
Se
Se
Silika
39
78
78
39
106
0
0
DSR
20
39
200
400
200
669
588
441
600
441
697
588
571
800
571
800
1.5%
3%
5%
Se
Se
DSR
Silika
1.5%
3%
5%
10%
10%
Jenis Semen
Jenis Semen
Gambar 8.
Grafik Shear Bond Strength Semen MgO 1000 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
Gambar 10.
Grafik Shear Bond Strength Semen CaO 1000 C pada Berbagai
Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
100 C
1600
1400
1000
100 C
1600
1008
1200
1400
770
1200
695
593
800
783
770
1000
515
600
10
19
19
10
504
482
600
145
200
656
800
308
400
308
38
400
10
200
0
10
19
19
30
10
0
115 C
1600
115 C
1600
1400
1074
1400
1200
1200
835
1000
784
893
835
1000
666
581
800
788
720
800
440
578
440
600
600
192
400
19
19
200
38
19
400
48
19
19
135 C
1600
1400
1116
1200
884
853
819
765
1000
800
600
385
205
400
29
29
200
29
77
39
0
1447
1600
1056
900
20
20
1600
135 C
1400
1043
1200
832
765
1000
795
800
481
385
600
400
29
200
29
20
29
1400
1200
896
150 C
783
1000
736
700
800
571
504
571
441
600
441
600
249
400
39
400
39
29
20
200
20
20
30
49
39
200
88
30
38
29
0
1000
800
28
19
0
1600
150 C
1400
1200
SHEAR BOND STRENGTH (psi)
SHEAR BOND STRENGTH (psi)
200
0
0
0
Se
Se
DSR
Silika
1.5%
3%
5%
Se
Se
DSR
Silika
1.5%
3%
5%
10%
10%
Jenis Semen
Jenis Semen
Gambar 9.
Grafik Shear Bond Strength Semen MgO 1400 C pada
Berbagai Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari
IATM I 2001- 18
Gambar 11.
Grafik Shear Bond Strength Semen CaO 1400 C pada Berbagai
Temperatur dengan Waktu Pengkondisian 1 Hari