Deteksi
Keausan Alat pada Proses Pengeboran Sumber Alam
Abstract: In this paper we applied
change point detection methods for failures detection in the drilling process.
We calculated the change points on three drilling parameters, i.e., the weight
on bit, top drive torque and rate of penetration. Using the concept of
reliability, we measured the time between change points as the time between
failures. The minimum of mean time between change points from those three
parameters is suggested to be the time for monitoring the drilling process.
Keywords: Change point detection,
drilling, mean time between failures.
Pendahuluan
Dalam
industri pengeboran minyak ataupun sum-ber daya alam yang lain, proses
monitoring merupa-kan hal krusial yang harus dilakukan. Biaya yang sangat mahal
dan teknologi kompleks yang berada pada industri ini membutuhkan proses
monitoring yang handal sehingga deteksi keausan alat, seperti mata bor (bit)
dapat diketahui sedini mungkin.
Berbagai
metode telah dikembangkan untuk men-jawab tantangan di atas. Messaoud dan Weihs
[9] menggunakan nonlinear time series untuk memoni-tor proses pengeboran.
Secara umum Messaoud [8] meneliti tentang penggunaan statistical process
con-trol dalam proses pengeboran. Theis [10] memodel-kan amplitude dari
getaran yang ditimbulkan saat pengoboran dengan time series analysis dan
stochastic differential equation.
Secara
mekanikal monitoring proses pengeboran dapat dilakukakan dengan konsep Mechanical
Spe-cific Energy. Pada konsep ini perbandingan antara input energy terhadap
output energy pada saat pengeboran dimonitor (Dupriest dan Koederitz
[2], Kumar [7]).
Pada
makalah ini, monitoring pada proses pengebor-an dilakukan dengan pendekatan change
point pada parameter-parameter yang diperhatikan pada proses pengeboran.
Waktu untuk memonitor proses pengeboran ini ditentukan dengan menggunakan
minimum mean time between change points dari parameter-parameter yang
digunakan pada proses pengeboran. Mean time between change points ini
dapat dianggap sebagai mean time between failures pada konsep keandalan.
Setelah mengevaluasi reservoir,
selanjutnya taham mengembangkan reservoir. Yang pertama dilakukan adalah
membangun sumur(well-construction)meliputi pemboran(drilling), memasang tubular
sumur(casing) dan penyemenan(cementing). Lalu proses completion untuk membuat
sumur siap digunakan. Proses ini meliputi perforasi yaitu perlobangan dinding
sumur, pemasangan seluruh pipa-pipa dan katup produski beserta asesorisnya
untuk mengalirkan minyak dan gas ke permukaan, pemasangan kepala sumur(well
head) dipermukaan, pemasangan berbagai peralatan keselamatan, pemasangan pompa
kalau diperlukan,dsb. Jika dibutuhkan metode stimulasi juga dilakukan dalam
fase ini. Selanjutnya well-evaluation untuk mengevaluasi kondisi sumur dan
formasi didalam sumur. Teknik yang paling umum dinamakan logging yang
dapat dilakukan pada saat sumur masih dibor ataupun sumurnya sudah
jadi. Sumur - sumur perminyakan umumnya dikenal 3 macam, yaitu:
- Sumur eksplorasi(wildcat) adalah sumur yang dibor untuk menentukan apakah terdapat minyak atau gas disuatau tempat yang sama sekali baru.
- Sumur konfirmasi(confirmation well), sumur tersebut dibuat setelah sumur eksplorasi telah menemukan minyak dan gas. Biasanya sumur tersebut digunakan unutk memastikan apakah kandungan hidrokarbonnya cukup untuk dikembangkan.
- Sumur pengembangan(development-well) adalah sumur yang dibor di suatu lapangan minyak yang telah ada. Bertujuan untuk mengambil hidrokarbon semaksimal mungkin dari lapangan tersebut.
Metode
Penelitian
Parameter
Pengeboran
Terdapat
banyak parameter yang harus diperhati-kan pada proses pengeboran (Gambar 1).
Dalam makalah ini hanya akan dipilih tiga parameter saja yaitu Weight on Bit
(WOB), Top Drive Torque (TDR) dan Rate of Penetration (ROP).
Pada uji dependensi, ketiga parameter dapat digunakan untuk mewakili proses
monitoring pada proses pengeboran. Tentu-nya hal ini masih dapat dikembangkan
untuk pene-litian selanjutnya.
WOB
merupakan jumlah gaya ke bawah yang ditempatkan pada bit(mata bor). TDR
merupakan gaya balik (turning force) yang diterapkan pada poros atau
mekanisme lain yang berputar ataupun cenderung berputar. Hal umum yang perlu
diketahui adalah beban axial (lebih dikenal dengan WOB) dan torque merupakan
parameter yang sangat penting pada proses pengeboran. Keduanya mempengaruhi
arah dan kemiringan bor serta ekonomi dari proses pengeboran tersebut. TDR
sangat dipengaruhi oleh rotation per minute (RPM) yang dipilih dan juga
dipengaruhi oleh desain dari Bottom Hole Assembly (BHA).
ROP
adalah kecepatan proses pengeboran yang dicatat per menit. Tujuan (Objective)
dari strategi pengeboran adalah memaksimumkan ROP dan memaksimumkan lifetime
dari mata bor (drilling bit).
Hasil dan Pembahasan
Beberapa
masalah sering terjadi pada saat proses pengeboran, diantaranya adalah torque
yang terlalu tinggi, problem pada pompa, bit mencapai dasar, problem pada
hidrolik, dan sebagainya.
Tiga
parameter yang akan diuji pada makalah ini dicatat setiap menit dan setiap
masalah yang me-nyebabkan proses pengeboran berhenti juga dicatat pada data
tersebut. Hal ini dimungkinkan karena pada proses pengeboran monitoring
dilakukan seca-ra terus menerus.
Konsep
yang digunakan dalam penentuan change point adalah dengan membandingkan
rata-rata se-belum dan rata-rata setelah terjadinya change point.
Hipotesa yang digunakan dalam penentuan posisi change point adalah
sebagai berikut:
Ho:
Rata-rata data sebelum dan setelah change point adalah sama
H1:
Rata-rata data sebelum dan setelah change point adalah tidak sama
Hawkins-Deng
[6] menggunakan konsep dari Mann-Whitney yang menggunakan T-statistik
dari sudent-t statistik sebagai dasar penolakan atau penerimaan
hipotesa. Change point ditentukan dengan mem-bandingkan T-statistik
dengan limit ( ). Posisi change point dilihat dari nilai T-statistik
yang paling dekat dengan nilai limit yang diperoleh dari tabel Hawkins-Deng
[6]. Nilai limit ini dipengaruhi oleh tiga hal yaitu tingkat signifikansi,
derajat kebebasan dan tipe pengujian (satu arah ataupun dua arah). Pada kasus
pengeboran ini digunakan tingkat signifikan sebesar 1% ( ). Derajat kebebasan
ditentukan berdasarkan jumlah warm up data yang digunakan. Pada kasus
ini warm up data yang di-gunakan adalah 14 data, sehingga nilai derajat
kebebasannya adalah 13. Jenis pengujian yang digu-nakan adalah pengujian dua
arah. Berdasarkan tiga hal tersebut, nilai limit dalam proses pengeboran
ini adalah 3.
Change point didapatkan dari simulasi yang dilaku-kan dengan menggunakan software
R. Simulasi di-lakukan pada ketiga parameter yang ada, yaitu WOB, TDR, dan
ROP dengan masing-masing meng-gunakan 1877 data, pada waktu tertentu data
tersebut ditandai dengan catatan tentang kerusa-kan yang terjadi pada saat itu.
Pengujian
dimulai dari data ke-15 (empat belas data digunakan sebagai warm-up).
Pada blok data pertama ini (n = 15) dilakukan perhitungan T-Statistik
pada persamaan (5), untuk k = 1,...,15. Nilai T-Statistik ini
dibandingkan dengan limit yang telah ditentukan yaitu 3. Selanjutnya, nilai n
di-tingkatkan satu persatu, dan pengujian T-Statistik dilakukan
untuk nilai k yang bersesuaian. Peng-ujian ini dihentikan sebelum data
kerusakan yang sesungguhnya terjadi, dan seluruh nilai change point yang
terjadi pada periode tersebut dicatat. Tabel 1 memberikan gambaran tentang
prosedur perhitungan T-statistik pada 1 periode kerusakan. Pada periode
pertama ini kerusakan terjadi pada menit ke-172. Change point pertama
yang terjadi pada WOB terdeteksi pada data ke-11 atau 161 menit sebelum
kerusakan yang sebenarnya terjadi, sedangkan pada TDR adalah pada data ke-14
atau 158 menit sebelum kerusakan yang sebenarnya terjadi dan pada ROP adalah
pada data ke-26 atau 146 menit sebelum kerusakan pertama terjadi.
Pada
Tabel 1 terlihat bahwa WOB memberikan sinyal change point paling banyak
bila dibandingkan dengan TDR dan ROP, WOB juga memberikan sinyal terdekat,
yaitu 1 menit sebelum kerusakan terjadi. Proses perhitungan ini berulang untuk
setiap periode kerusakan yang tercatat pada data.
Plot
T-statistik terhadap indeks sinyal dan nilai limit untuk WOB, TDR dan ROP,
masing-masing dapat dilihat pada Gambar 3 – Gambar 5. Pada Gambar 3 terlihat
bahwa terdapat titik yang telah melebihi batas yang telah ditentukan. Hal ini
mengindikasikan bahwa telah terjadi change point pada saat itu.
Simulasi
untuk mencari titik change point ini dilakukan pada seluruh data yang
ada dari ketiga parameter. Terdapat 75 titik change point pada data WOB,
47 titik change point pada data TDR, dan 80 titik change point pada
data ROP. Data TDR memiliki titik change point yang lebih sedikit karena
data pada parameter ini lebih halus dan tidak bergejolak dibandingkan dengan
parameter yang lain.
Waktu
untuk memonitor proses pengeboran ditentu-kan dengan memperhatikan selang waktu
terjadi change point pada ketiga parameter yang diamati. Pada penelitian
ini digunakan konsep mean time between failure (MTBF) untuk menentukan
waktu tersebut. MTBF ini ditentukan berdasarkan distri-busi yang bersesuaian
untuk masing-masing para-meter.
Simpulan
Metode
non-parametric change point dapat diguna-kan untuk mendeteksi lebih awal
kerusakan atau keausan pada proses pengeboran. Informasi change point pada
tiga parameter yang diamati, juga akan digunakan sebagai dasar penentuan selang
waktu pemeriksanaan untuk mencegah terjadinya kerusa-kan pada proses
pengeboran. Pada kasus ini proses pemeriksaan yang perlu dilakukan adalah
setiap 52 menit sekali.
Penelitian ini masih
dapat dilanjutkan dengan mem-bangun model untuk mendeteksi kerusakan pada
alat-alat pengeboran secara real time.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar