Metode Pengeboran dan Jenis - Jenis Alat Sumur Bor

1. METODE PEMBORAN

Metode pemboran sumur air banyak macamnya, dari yang tradisional dengan bor tangan sampai dengan menggunakan mesin. Beberapa metode yang menggunakan mesin diantaranya adalah metode:

a)   Bor tumbuk atau dikenal dengan nama cable tool drilling juga disebut perkusi atau spudder. Pada dasarnya pemboran sumur air dengan metode ini adalah dengan cara mengangkat dan menjatuhkan berulang-ulang kali serangkaian alat pemboran ke dalam lubang bor.

Mata bor melumatkan atau menghancurkan batuan yang konsolidasi dan tidak terkonsolidasi (batuan lepas) dilumatkan menjadi partiel atau diurai bercampur dengan air tanah, membentuk bubur, atau lumpur di dasar lubang bor.

Jika tidak ada atau hanya sedikit air dari formasi yang ditembus, ditambahkan air untuk membentuk bubur. Akumulasi bubur meningkat seiring dengan hasil kemajuan pemboran pada giliranya akan mengurangi atau meredam kemampuan alat dalam menghancurkan batuan. Bila tingkat penetrasi menjadi tidak dapat diterima karena adanya redaman bubur cutting, secara periodik bubur diambil dari lubang bor oleh pompa pasir atau menggunakan alat yang disebut bailer. Pemboran dengan metode ini, sekarang di Indonesia sudah jarang dijumpai.

    b)  Pemboran Putar Sirkulasi Langsung

    Mata bor dipasang melekat pada ujung bawah dari serangkaian pipa bor yang disebut sebagai drill string, yang meneruskan aksi berputar dari mesin bor yang disebut sebagai rig ke mata bor.Mata bor yang mendapat beban dari drill string, menggiling dan melumatkan batuan menjadi partikel serbuk bor atau selanjutnya disebut cutting, yang bercampur dengan air atau lumpur, bubur dan serpihan batuan ini kemudian diambil dengan cara memompakan cairan pemboran untuk “menghanyutkan” cutting.

Gambar 1. Garis Besar Peralatan Pemboran Tumbuk

Cairan pemboran yang dipompakan mengambil cutting secara umum disebut sebagai fluida, dapat berupa air saja, campuran air dan lempung, sudah tentu termasuk udara didalamnya. Pemboran putar dengan fluida campuran air dan lempung serta sebagan kecil bahan tambahan, fluida ini dilapangan sering disebut sebagai lumpur pemboran atau lumpur saja. Selanjutnya dalam artikel ini apabila disebutkan sebagai fluida, maksudnya berlaku umum, jika disebutkan lumpur konotasinya adalah terbatas pada fluida yang terdiri dari campuran air dengan lempung (termasuk disini bentonite)  serta sedikit bahan tambahan (additives)  , fluida pemboran mempunyai banyak fungsi, karena itu, sering ditambahkan bahan pencampur (additives) yang akan dijelaskan kemudian.

Gambar 2. Garis Besar Peralatan Pemboran Putar Sirkulasi Langsung

Fluida dipompakan masuk melalui lubang dalam pipa stang bor atau  drill pipe sampai ke ujung mata bor dan keluar melalui lubang penyemprot (nozle) yang terdapat di mata bor, fluida mengalir disamping mendinginkan dan melumasi mata bor juga menghanyutkan partikel hancuran batuan yang digiling oleh mata bor dalam bentuk suspensi terbawa naik melalui ruang anulus yaitu ruang antara dril string dengan lubang sumur hasil pemboran, aliran fluida yang membawa muatan cutting meluap di permukaan dan mengalir melalui parit kedalam kolam pengendap kemudian sebagian besar cutting  mengendap turun terkumpul di dasar kolam, sedangkan cairan yang bersih dialirkan ke  kolam tempat cadangan lumpur dipompa dengan menggunakan pompa lumpur. 

Fluida sebagai sebagai media sirkulasi bahan dasarnya dapat berupa air (water base fluid) yang umum digunakan untuk pemboran air, dan dapat berupa minyak (oil base fluid) yang umumnya untuk pemboran minyak. 

Gambar 3. Garis Besar Peralatan Pemboran Putar Sirkulasi Terbalik

Fluida berbasis air, untuk mendapatkan hasil lubang sumur yang optimal menggunakan berbagai macam bahan pencampur (additiv), diantaranya bentonite, polimer, udara, CMC, barite dan lain sebagainya yang akan dijelaskan kemudian. Pemboran dengan metode putar sirkulasi langsung ini yang sangat umum dan paling banyak dilakukan dalam pemanfaatan air tanah di Indonesia.

Metode putar sirkulasi langsung dapat juga menggunakan udara sebagai fluida pemboran. Beberapa ahli memisahkan metode ini dari metode pemboran berbasis air, sehingga ada yang menyebutkan terdapat juga metode pemboran putar berbasis udara (Air base) dalam hal ini udara bertekanan tinggi ditiupkan dari kompresor melalui drill string menuju mata bor dan meniup cutting melalui anulus ke permukaan untuk membuang cutting.

C) Pemboran Putar Sirkulasi Terbalik

Pemboran putar sirkulasi terbalik ini pada prinsipnya sirkulasi dalam pengambilan serbuk bor (cutting) dilakukan dengan menyedot bubur campuran fluida dengan cutting. Pompa sentrifugal yang cukup besar kapasitasnya menyedot fluida bersama-sama cutting. Media fluida berupa air, baik yang berasal dari air formasi batuan atau air yang ditambahkan dialirkan masuk melalui anulus sampai ke ujung mata bor di bawah permukaan disedot melalui lubang mata bor masuk kedalam drill pipe disedot ke pompa sentrifugal di permukaan dan di curahkan ke kolam tandon air, dalam kolam tersebut cutting di endapkan dan air bersih kembali dimasukkan ke ruang anulus untuk disirkulasikan kembali.

Pipa hisap pompa dan drill pipe yang digunakan pada metode ini dengan demikian harus memiliki diameter yang cukup besar, biasanya berukuran 6 inci, mata bor yang digunakan juga cukup besar, biasanya antara 10 sampai 22 inci. 

2. LANGKAH - LANGKAH PEMBORAN

Di Indonesia, kondisi geologi dan hidrogeologi pada daerah pengembangan pemanfaatan air tanah umumnya memiliki karakter yang hampir sama. Kebanyakan irigasi air tanah berkembang pada daerah aluvial, lithologi atau batuan dengan umur relatif muda atau berumur kuarter. Daerah pengembangan pemanfaatan air tanah untuk irigasi kebanyakan kondisi batuanya belum kompak, atau pada daerah dengan litologi produk vulkanisme yang juga relatif muda dan belum kompak, namun pada daerah aluvial yang banyak pemanfaatan air tanah, susunan formasi batuan sangat bervariasi ukuran butirnya, berselang seling antara batuan berbutir kasar sampai batuan sedimen berbutir halus atau lempung.

Dari kondisi tersebut, maka metode rotary direct circulation mud flush yang paling banyak dilakukan, karena dinilai paling sesuai dengan kondisi geologisnya.

Untuk selanjutnya dalam modul ini, dengan alasan untuk pengembangan pemanfaatan air tanah untuk irigasi dan air baku air minum, hanya akan dibahas metode pemboran putar sirkulasi langsung atau searah berbasis air dengan beberapa pencampur (additives). Perencanaan pekerjaan pemboran dan kontruksi sumur dengan metode pemboran putar sirkulasi langsung atau searah berbasis air dengan bahan pencampur (additive) meliputi perencanaan untuk :

• Mobilisasi, persiapan site, alat, dan bahan termasuk perijinan lokal.
• Pemasangan peralatan mesin bor, menara bor, pompa lumpur, kompresor dan alat bantu
• Pemasangan pipa konduktor termasuk pemboran atau penggalian lubang untuk pipa konduktor, penggalian kolam lumpur.
• Pemboran lubang pandu atau pilot hole diameter antara 4” - 8 3/4" dengan kedalaman sampai rencana akhir pemboran dan pengambilan contoh batuan (cutting) tiap meter kedalaman dari awal sampai akhir pemboran.
• Loging geofisik dapat menggunakan Logging Resistivity dan Self Potential Log. Jika memungkinkan dilakukan gamma ray logging atau jika terdapat artesian akuifer digunakan juga water flow logging 
• Desain dan konstruksi sumur termasuk pemasangan konstruksi pipa sumur, meliputi pemilihan material konstruksi sumur pemasangan dan ketegak lurusan  pipa produksi dan  pengisian gravel pack, untuk irigasi  berdiameter tidak kurang dari 6", untuk air baku dan air minum disesuaikan kebutuhan, antara 3” – 4 “ bagi skala pedesaan, pemasangan bail plug/sumbat bawah dan reducer.
• Pencabutan pipa konduktor sementara, penyemenan atau grouting.
• Pemasangan tutup sumur, patok tanda sumur, dan kunci pengaman
• Pengisian semen atau "grouting" kedalam rongga disekeliling pipa jambang.
• Pembongkaran mesin bor.
• Pengembalian site/ pemulihan site lokasi pemboran. 

3. JENIS - JENIS ALAT BOR

Jenis rig atau mesin bor yang digunakan dapat dipilih sesuai kondisi medan, dan ketersediaan alat, jika kondisi jalan dan jalan masuk ke lokasi cukup baik, rata dan mampu dilewati truck maka rig yang digunakan adalah truck mounted, atau tractor mounted. Tetapi bila kondisi medan tidak mungkin dilalui kendaraan berat, maka dapat digunakan jenis skid mounted yang dapat menyeret dirinya ke titik lokasi dengan menggunakan kabel baja serta memanfaatkan drum liner/ sand liner yang ada pada rig atau mesin bor tersebut.

Rencana jalan yang dilewati atau route harus di cek kondisinya, apakah terdapat jembatan yang tidak mampu dilewati mobilisasi (terutama jika menggunakan mesin bor alat berat). Kemungkinan perlu tidaknya perkuatan jembatan/ gorong-gorong yang akan dilalui. Kondisi jalan berlumpur atau berbatu yang mungkin perlu perekayasaan perkerasan atau perataan.

Persiapan site adalah mempersiapkan lokasi pemboran sedemikian sehingga peralatan dapat masuk dengan mudah, aman dan tertata rapi sehingga memudahkan dan cukup leluasa melakukan kegiatan operasional pemboran. Lokasi pekerjaan harus dibebaskan dari kondisi becek, berlumpur atau berdebu, bila perlu dilakukan penimbunan, perataan dan perkerasan.

Persiapan alat pemboran sedapat mungkin dibuatkan list atau tabel nama peralatan, jumlah dan kondisinya. Peralatan yang akan dibawa ke lapangan, peralatan khususnya mesin-mesin harus di cek terlebih dahulu, sehingga peralatan langsung dapat digunakan di lapangan. 

Persiapan bahan meliputi bahan bahan lumpur pemboran berupa bentonite termasuk bahan additive-nya untuk menanggulangi kesulitan yang tiba tiba muncul di lapangan. Bahan konstruksi, casing, screen, pump cassing, reducer, centralizer, bottom plug, gravel pack, kawat las, lem pipa, mur-baut, bahan bakar, pelumas, air accu  dan lain sebagainya.

Gambar 4. Mesin Bor (RIG) Model Skid Mounted Dengan Pemutar Spindle Head

Gambar 5. Mesin Bor (RIG) Model Truck Mounted Dengan Pemutar Rotary Head

Penataan bahan harus cukup aman dan tidak mengakibatkan kerusakan atau turunya mutu bahan. Penataan pipa pipa termasuk saringan harus disusun ditempat yang teduh rata dan tidak terinjak hewan, misalnya pipa PVC harus diganjal minimal 3 tempat sehingga tumpukan material rata horisontal tidak melengkung.

Gambar 6. Mesin Bor (RIG) Model Tractor Mounted Dengan Pemutar Rotary Head

Penyimpanan gravel pack tidak terganggu atau terinjak-injak orang atau hewan, dan tidak kebanjiran atau berceceran tercampur tanah atau lumpur. Bentonite dan bahan additives serta bahan lain yang peka terhadap hujan dan panas harus dibuatkan peneduh atau disimpan di direksi keet / gudang lapangan.

Perijinan masuk lokasi harus sudah tuntas diurus ke desa, warga pemukiman disekitar lokasi.

Untuk keperluan pekerjaan pemboran perlu penyediaan air untuk sirkulasi dan kebutuhan lain proses pemboran, harus dijamin kelancaran penyediaannya.  Mutu air harus bersih dan tawar, Air yang payau atau asam (air gambut) akan mempengaruhi kualitas lumpur pemboran sehingga dapat menimbulkan gangguan pengambilan cutting, keruntuhan lubang bor karena viskositas dan densitas lumpur berubah yang disebabkan adanya reaksi kimia antara air tersebut dengan bentonite. Bahkan air keruh, berpasir atau asam dapat merusak pompa lumpur dan ausnya mata bor.  Jumlah air yang disediakan harus dapat diperhitungkan kebutuhannya, jika lokasi pengambilan atau penyaluran air cukup jauh dan tersendat-sendat, perlu disiapkan tangki atau tandon air sementara didekat lokasi pemboran

TAHAPAN PERENCANAAN SUMUR BOR

(Dok. Pekerjaan Sumur Bor Perumahan Wakre - Kabupaten Supiori, Papua)

Kondisi ketersediaan air saat ini pada dasarnya sangatlah terbatas. Sementara itu, karena adanya pertambahan penduduk yang cepat dan adanya perkembangan pendapatan penduduk serta perkembangan diluar sektor pertanian, menyebabkan kebutuhan air semakin besar, baik secara kuantitatif dan kualitatif. Dengan demikian persaingan antar sektor dalam penggunaan air semakin kompetitif.

Pemanfaatan air pemukaan, seperti sungai, danau, waduk, embung dan lain-lain telah lama dilakukan masyarakat. Namun demikian, karena kebutuhannya belum proporsional dibandingkan dengan kesediaannya terutama di musim kemarau, maka sering kali tanaman yang dibudidayakan pada periode tersebut mengalami kekeringan. Berdasarkan fakta empiris tersebut, maka perlu dipikirkan alternatif lain untuk memenuhi kebutuhan air tanaman dari sumber air yang lain. Air tanah merupakan salah satu pilihan sumber air yang dapat dikembangkan untuk pertanian. 

Air tanah sebagai salah satu pemasok untuk memenuhi kebutuhan hidup sangat diperlukan, sebagai akibat tidak terpenuhinya kebutuhan tersebut oleh air permukaan. 

Penggunaan air tanah yang terus meningkat, dapat menyebabkan terjadinya pengambilan air tanah yang melebihi cadangan pada cekungan air tanah.

Untuk menjaga keseimbangan antara pengambilan dan imbuhan, pemanfaatan air tanah harus melalui tahapan-tahapan tertentu.

1. TAHAPAN STUDI HIDROGEOLOGI

Studi diharapkan dapat mengetahui kapasitas air tanah yang berada pada suatu cekungan air tanah, geometri luas dan tebal cekungan dan batas-batasnya, daerah imbuhan (recharger), potensi kemampuan cekungan air tanah untuk digunakan, prakiraan produktivitas sumur yang akan dibuat serta prakiraan jumlah sumur dan jarak antar sumur yang akan dibangun. Tahap studi hidrogeologi membahas dan menghitung debit optimum pada sumur bor. 

Disamping studi tentang air tanah tersebut, diperlukan studi tentang kondisi sosial dan ekonomi masyarakatnya, untuk mengetahui prioritas kebutuhan air dan kesiapannya dalam memanfaatkan air tanah.

Teknik investigasi hidrogeologi setidaknya harus dilakukan beberapa hal diantaranya (Hiscock, K.M., 2005):

• Pengukuran muka air tanah
• Hidrograf muka air tanah dan barometrik selama beberapa tahun
• Pemetaan kontur muka air tanah
• Pengukuran presipitasi
• Pengukuran evapotranspirasi dan estimasinya 
• Kalkulasi Infiltrasi dan soil water 
• Estimasi imbuhan
• Estimasi lapangan dan analisis sifat akuifer
• Kualitasi air tanah daerah penelitian 
• Pemodelan 

a) Survei Geofisika 

  Survei geofisika dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya (Kovalevsky.V.S.et al, 2004) : 

• Metode Magnetis
• Metode Elektro magnetic 
• Metode Electrical Resistivity 
• Metode Polarissi Induksi
• Metode seismik 
• Metode Gravitasi 
• Metode Ground Penetrating Radar (GPR)
• Metode Bore Hole Logging  

b) Pemboran Sumur Eksplorasi

    Setelah dilakukan survey hidrogeologi dan geofisika untuk mengetahui kepastian dan ketepatan lapisan pembawa air (akuifer), selanjutnya perlu dilakukan pemboran sumur eksplorasi. Pemboran eksplorasi dengan diameter kecil sampai kedalaman yang diinginkan untuk mendapatkan sampel tanah (drilling cutting) dan data air dengan metode pemompaan uji tipe air lift test. 

Sumur eksplorasi ini setelah mendapat data yang cukup akurat kadang kadang hanya dikonstruksi dengan pipa diameter 6” sebatang sebagai tanda bahwa daerah ini pernah diteliti dengan cermat.

Beberapa sumur eksplorasi kadang juga dikonstruksi dengan pipa diameter 4” sampai dengan kedalaman susunan perlapisan akuifer yang difungsikan sebagai sumur pengamat (observation well), atau dapat juga dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan air dilingkunganya. 

c) Pemboran Sumur Uji

  Setelah pemboran eksplorasi selesai dilaksanakan dan hasilnya menunjukkan adanya potensi air tanah, maka dilakukan pembuatan/ pemboran sumur uji. Konstruksi sumur uji biasanya sama dengan pembuatan konstruksi sumur produksi yang akan dibuat pada tahap pengembangan berikutnya. Pembuatan sumur uji dapat dengan memanfaatkan sumur eksplorasi yang sudah ada, yang kemudian ditingkatkan menjadi sumur uji dengan melebarkan diameter sumur, dibor sampai dengan kedalaman serta dikonstruksi sesuai dengan terdapatnya lapisan akuifer.

Sumur uji dipergunakan untuk menguji akuifer daerah tersebut dengan pemompaan uji bertahap dan uji menerus selama 3 hari. Bahkan kadang bilamana diperlukan dapat dilakukan pemompaan uji menerus selama 7 hari menerus atau selama yang diinginkan oleh ahli hidrogeologi, atau sesuai kepentinganya. Pengujian jangka panjang bertujuan untuk mengetahui kondisi kemampuan akuifer secara regional (satu cekungan air tanah).

2. LANGKAH PERENCANAAN SUMUR BOR

   Perencanaan sumur air tanah memerlukan beberapa hal atau langkah yang harus diperhatikan : 

2.1) Diameter Sumur 

   A) Besaran diameter casing yang digunakan sesuai dengan keperluan, 

   B) Jenis casing yang digunakan dapat berbahan metal, plastik atau serat gelas.                    Pemilihannya berdasarkan pertimbangan :  

• Harga barang atau pertimbangan ekonomis
• Kualitas air tanah untuk daerah dengan kualitas korosif dipilih pipa bahan plastik atau metal jenis stainless steel, bukan jenis low carbon. Pertimbangan lain mungkin diperlukan dengan mengingat kondisi lingkungan dan keperluannya. 
• Kemudahan dalam pemasangan, untuk pemboran dengan mesin bor yang cukup kuat dapat menggunakan material dari bahan metal. Penyambungan juga menjadi pertimbangan apakah tersedia mesin las untuk metal atau lem dan baut pasak untuk bahan plastik. 
• Kemudahan dalam pemeliharaan. Dalam periode tertentu secara berkala, sumur perlu dicuci atau di redevelopment untuk membersihkan kotoran. Proses development dengan tekanan tinggi atau dengaan pengocokan, akan sangat beresiko rusak pada sumur dengan material yang lemah.

2.2. Kedalaman Sumur

1. Tergantung pada berapa lapisan akuifer yang akan disadap dan potensi akuifernya. 
2. Penentuan jenis akuifer (tertekan atau tidak) berdasarkan data log bor
3. Besar debit rencana operasi juga menentukan kedalaman sumur. 

2.3. Penggunaan Screen 

Pemilihan bahan screen mempunyai pertimbangan yang sama dengan pemilihan casing, namun jumlah air yang dapat disadap oleh sumur dan umur sumur sangat tergantung dengan ukuran lebar celah screen disamping gravel pack.  Lebar celah atau slot opening yang terlalu lebar akan mengurangi kekuatan material meskipun diperoleh air dalam jumlah besar karena rasio Opening area yang besar. Pada screen dengan slot opening yang besar tetapi tidak sinkron dengan ukuran gravel pack dapat menyebabkan masuknya pasir atau material formasi batuan kedalam sumur, kemudian akan terpompa dan berakibat pompa menjadi lebih cepat rusak.

2.4. Gravel Pack 

Material berupa kerikil yang ditempatkan pada ruang anulus disekitar screen yang berguna sebagai filter untuk menahan material–material batuan pada akifer tidak masuk kedalam sumur dan terpompa. Gravel pack juga berfungsi menstabilkan lubang bor agar tidak runtuh. 

2.5. Development

Proses pembersihan sumur dari lumpur pemboran agar diperoleh produktivitas sumur yang tinggi. Proses development mempunyai banyak metode, yang umum digunakan adalah metode Air Jetting, dengan menggunakan alat kompresor ditiupkan udara bertekanan tinggi kedalam permukaan saringan sumur.

2.6 Grouting 

Suatu lapisan buatan (berupa lapisan semen) yang berfungsi untuk menahan konstruksi lubang bor, menahan rembesan air permukaan atau soil water yang tidak diinginkan masuk kedalam lubang bor, sekaligus sebagai penguat konstruksi sumur didekat permukaan tanah.

3. DATA PERENCANAAN YANG DIPERLUKAN

1. Evaluasi dan survey (di lapangan dan luar lapangan) dari semua informasi geologi, hidrologi, kualitas air, geomorfologi, pedologi, dan lain-lain dari area yang bersangkutan. 
2. Hasil pemetaan yang sebenarnya adalah koleksi dari data terbaru dan pengecekan data di lapangan, penerapan geologi, geofisika, kimia, geologi foto-kartografi dan metode lainnya. 
3. Data dasar kondisi hidrogeologi, saati ini sudah dirangkum dan tersimpul menjadi peta Cekungan Air Tanah. Didalam peta CAT disamping terlihat penyebaran tiap cekungan air tanah juga dapat diketahui ketebalan satuan akuifer pada tiap daerah CAT. 
4. Laporan hasil penelitian terdahulu, laporan-laporan pemboran disekitarnya. 

(Dok. Pekerjaan Sumur Bor Perumahan Wakre - Kabupaten Supiori, Papua)