Horizontal & Extended-Reach Well – Hole Cleaning (Part#1)

Banyak sumur-sumur offshore yang horizontal dan Extended-Reach. Seru cuy . Canggih!

Semakin sini manusia semakin pintar saja. Siapa yang pernah menyangka kalau ngebor sumur bisa bolak-belok bahkan horizontal. Sebenernya sudah dari puluhan tahun yang lalu sih, tapi ya semakin hari memang semakin canggih, banyak sekali improvement nya.

Terkait hal tersebut, ada hal yang menarik untuk direview lagi. Daripada lupa, saya coba menuliskannya di “tallybook on-line” ini apa yang telah dipelajari beberapa bulan lalu. Hehe. Ceritanya waktu itu saya mendapatkan trenning dari anak perusahaannya Slamberzzzey, K&M Tech Group, tentang operational practices untuk well-well yang horizontal atau extended-reach. Mereka sudah lama membuat studi dan invest besar-besaran tentang segala hal di well horizontal dan ER well. Trainingnya di Surabaya bersama para Supervisors seperti Co-Man, TP, driller, DD, MWD, dan Mud Engineer. Menurut saya pribadi, short course ini sebenernya sedikit bikin shock karena beberapa berbeda dengan apa yang sudah dipelajari di mudschool atau praktek di lapangan. Semacam ada sudut pandang baru. Tapi, bagus juga materinya walaupun banyak banget, . Jadi, disini cuma mau mengulas bagian mud-related nya aja ya..hehe.

How the ERD-wells is look like 😯

Mari kita mulai!

Faktor yang berpengaruh terhadap hole cleaning :

1. Rotary Speed
2. Flowrate
3. Mud rheology
4. Hole size
5. Washout
6. Diameter DP
7. Angle
8. Flow regime (turbulent atau laminar)
9. Cutting size
10. MW
11. Pipe reciprocation
12. % sliding
13. Penetration rate
14. Wellbore stability
15. Mud colloids
16. Cutting dispersion

Hole Cleaning in Different Angle

Semua orang sudah tahu kalau untuk setiap kemiringan berbeda, mekanisme hole cleaning-nya juga beda. Nah untuk lebih jelasnya mari kita bahas satu per satu dengan asumsikan beberapa hal:

• Flow regime nya laminar. Katanya sih effectively, turbulent flow terbatas untuk yang very small hole size dengan air sebagai fluids nya (gak ada viscosity)
• Fokusnya pada lubang yang lebih beras dari 8.5” (12.25”, 17.5”)
• Cuttingnya real dan discrete, bukan yang gumbo.

Berikut adalah guideline hole cleaning untuk masing-masing kemiringan :

Hole Cleaning mechanism in different angle

Kurang dr 30:

Pada kondisi ini, mud bergerak ke atas, say 100 ft/min (annular velocity) dan gravity menariknya ke bawah, 5 ft/min (slip velocity). Jadi, cutting bergerak lebih lambat dibanding mud nya. Pada kondisi ini Mud Rheology controls efficiency of this. Gels Strength menjadi key mud property untuk suspend cutting.

Antara 30-65:

Pada zona ini, fluids velocity sebagian melawan gravity. Namun, jika di banding dengan yang high angle, cutting akan bergerak lebih jauh, namun tetap tidak bisa dikeluarkan sepenuhnya dari hole. Dengan demikian, zona ini memiliki hole cleaning yang lebih efisien dibanding horizontal. Seperti halnya horizontal well, cutting pada kondisi ini juga tidak bisa mengalami suspension. Cutting akan menumpuk dan berpotensi untuk Avalanche (longsoran) . Sebenarnya tidak otomatis bakal longsor, seperti halnya salju, walaupun miring tapi tidak otomatis longsor kan? Perlu ada trigger misalnya terlalu menumpuk dan terlalu tebal (karena ROP nya kencang misal) atau terganggu (bisa karena trip-in atau trip-out)

Lebih besar dari 65:

Pada zona ini semuanya sama dengan angle kecil, bedanya sekarang flownya horizontal. Gravity tetap menekan ke bawah, artinya tidak ada arah fluids velocity yang melawan gravity. Cutting tentunya akan jatuh dibawah (mungkin sekitar 1 atau 2 stand di depannya). Karena flownya laminar, cutting tidak akan pernah keluar dari lubang. Cutting cuma beberapa inch saja jatuh, maximal sebesar diameter DP, sehingga “hindered settling” akan terjadi lebih cepat. Cutting tidak akan pernah tersuspensi di high angle wellbore apapun bentuk mud nya. Para mud Engineer silakan untuk protes. hehe . Well, terima aja dulu, kan disini pake asumsi2 ceunah.

Cutting Transport

belt conveyor concept of Hole Clening in high angle well

Ada konsep yang menurut saya terbilang baru untuk cutting transport. Pilosofisnya seperti belt conveyor 🙄 , tahu kan? High velocity fluids di bagian atas DP nya (anggap ini high angle hole) itu sepeti belt nya yang akan membuang cutting ke luar. Cutting akan bergerak jauh, lalu setelah itu jatuh kembali ke bawah  (ke low flow zone) karena gravity. Nah, sejauh mana cutting akan bergerak dipengaruhi oleh: Angle, Flowrate, RPM and fluids Rheology. Speed si conveyor nya adalah fungsi dari gravity. 🙂

Key factor untuk hole cleaning efficiency in High angle holes is ROTATION.

importance of rotation in high angle well

Mari kita simak cross section dari hole dan DP. Sebagian besar flow berada di atas pipa. Yang hijau di sebut dead zone yang membatasi antara high velocity mud (merah) dan cutting (cokelat). Rotation saja sebenernya sih tidak cukup, yang paling critical justru rotary speed nya. Dan sebenarnya bukan DP nya atau tool joint yang membersihkan lubang, tapi fluids film di sekitar DP atau biasa disebut “viscous coupling” ini lah yang punya peran penting. Dengan putaran yang cukup, cutting bed akan hancur dan pelan-pelan masuk dead zone, selanjutnya si high velocity akan membawanya ke luar, mirip seperti transport pada belt conveyor

Nah, pertanyaan selanjutnya yang muncul pasti “mesti diputar seberapa cepat tuh DP nya?” 🙄  kalau begitu. Ada hal lain yang menarik untuk dipelajari untuk menjawab pertanyaan itu. Here we go! 😯

Hole Cleaning Curve

Kurva di atas menunjukan hasil observasi (bukan theory) dan hasil pemodelan (warna biru). Pada 120 RPM, ada perubahan yang drastis pada cutting flow. Setelah itu terjadi pula pada 180 RPM. Katanya ini adalah hasil by accident (loh?! 😯 ). Ini tidak sesuai dengan hole cleaning experiment maupun modeling yang biasa dipakai. Kalau menurut pemodelan, pada 80-100 rpm sudah memberikan hasil baik, namun nyatanya tidak 😯 . Nah, jadi, kalau mau manut sama ilmu baru ini, nanti minimal 120 RPM supaya hole cleaningnya baik. Katanya instructor, K&M ini sudah invest duit yang sangat besar buat field test selama bertahun-tahun.

Kurva tersebut berlaku untuk big hole sebenarnya. Nah, untuk yang small hole, 70-80 rpm memberikan hasil yang sangat baik.

Small Hole beahvior

Summary nya ini:

Big hole (di atas 8.5”) :

Conveyor belt is ON at >120 RPM

Conveyor belt is OFF at <120 RPM

Small Hole (8.5” ke bawah)

Conveyor Belt is in “ High Gear” at  > 120 RPM

Conveyor Belt is in “Low Gear” at <120 RPM

Mud Rheology

Pertanyaan yang muncul adalah sebenarnya mud yang kental atau encer sih yang diperlukan 🙄 .  Untuk menjawab itu, mari kita awali dari arti rheology itu apa. Kan mud engineer selalu mengukur “resistance” reading di rheometer pada 600, 300, 200, 100, 6, 3 RPM tuh. Itu gak asal ngukur aja loh. Reading 600 dan 300 rpm itu merepresentasikan resistance di dalam DP, 200 dan 300 itu di annular drill collar, 600 itu di bit nozzle dan 6 dan 3 di annulus. Jadi hole cleaning dan ECD itu sebenarnya sangat sensitive terhadap nilai 3 dan 6 rpm. catet!

Trus YP apa dong?

Nah di modern mud system, YP has absolutely nothing to do with hole cleaning or ECDs. Jadi, Jangan pernah menyebutnya dalam mud program (bukan kata saya loh ya, ). Agak surprise ketika Pak Isntructor bilang itu. Ternyata mud property yang selama ini menjadi parameter untuk hole cleaning, ternyata tidak begitu menurut si K&M, terutama untuk well horizontal dan ERD. Saya sih tergantung clients nya, kalau mereka masih pake YP ya boleh, kalau mau pake 3 dan 6 rpm ya boleh juga. hehe. Tapi, menurut saya penjelasan mereka cukup masuk akal 🙂

Penjelasannya begini, bayangkan kurva Bingham Plastic Model. Kurva nya lurus menggunakan reading 600 dan 300-rpm. Dari situ, YP itu diperoleh dari hasil extrapolasi reading 600 dan reading 300 ke sumbu y, karena YP didefinisikan sebagai initial force untuk menggerakan mud. Unfortunately, this is an invalid assumption, because mud “shear thins”, meaning the rheology behavior is not linear. Perlu diingat, 3 dan 6 rpm reading is a measurement of low-shear viscosity. In this case, YP grossly over-estimated the actual low-shear viscosity.  Cukup terhenyak saya dengan pernyataan itu. Tapi itu benar.

Nah, balik ke pertanyaan, Is thick or thin mud preferred? 💡

is thick mud pf thin mud preferred ?

Jawabannya adalah depends on hole size:

For 17.5” & 12.25”: hole cleaning is the #1 priority

For 8.5”: ECDs are more important

• If mud is too thick: It tunnels up the high side of the hole. Viscous coupling is good, but… Dead zone becomes impenetrable for cuttings thrown up, while conveyor belt zone shrinks

• if mud is too thin: Lower ECD, but less effective coupling (harder to turn the conveyor belt on). Difficulties cleaning “vertical” hole portion

Nah, seberapa kental mud yang diperlukan, bisa dilihat dari 6 rpm reading nya.

6 RPM Recommended Range:

<12.25:     1 – 1.2   x Hole Size (Hole Cleaning)

               0.8  – 1.0  x Hole Size (ECD Management)

>12,25:  1   x Hole Size

bingung ga? hehe. Just suck it up 🙂

– to be continued –