Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK
FORMULASI SURFAKTAN SMES
SEBAGAI ACID STIMULATION AGENT
UNTUK APLIKASI DI LAPANGAN KARBONAT OK
VERRY PURNAMA
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Formulasi Surfaktan
SMES sebagai Acid Stimulation Agent untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK
adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing akademik serta
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun.
Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Bogor,
Oktober 2013
Verry Purnama
NIM F34090017
ABSTRAK
VERRY PURNAMA. Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent
untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK. Dibimbing oleh ERLIZA HAMBALI
dan PUDJI PERMADI.
Metil Ester Sulfonat (MES) merupakan salah satu jenis surfaktan anionik
yang memiliki kelebihan dalam hal daya deterjensi, tahan terhadap kesadahan,
bersifat terbarukan dan ramah lingkungan.
Kelebihan MES ini dapat
dimanfaatkan sebagai stimulation agent pada sumur-sumur minyak, sehingga
dapat meningkatkan produktivitas sumur minyak. Peningkatan produktivitas
sumur minyak dilakukan dengan cara membersihkan sumur minyak dan pori
batuan reservoir dari endapan scale yang terbentuk, memperbesar pori-pori batuan
reservoir, serta dapat mengubah sifat batuan menjadi water-wet. Penelitian ini
dilakukan untuk mendapatkan formula larutan surfaktan berbasis MES yang dapat
diaplikasikan sebagai acid stimulation agent yang merupakan salah satu metode
IOR. Formula yang diujikan adalah kombinasi dari surfaktan sodium MES, HCl,
dan CH3COOH. Hasil terbaik yang didapat dari larutan acid stimulation agent
adalah dengan nilai IFT < 10-2 dyne/cm, dengan kelarutan batuan mencapai 36%,
serta mampu mengubah sudut kontak batuan reservoir dari angka 420 menjadi 680
yaitu pada formula SMES 6% + HCl 7% + CH3COOH 2%.
Kata Kunci: Sodium Metil Ester Sulfonat, IFT, IOR, acid well stimulation
ABSTRACT
VERRY PURNAMA. Formulation of Surfactant SMES as Acid Stimulation
Agent for application in Carbonate Fields OK. Be mentored by ERLIZA
HAMBALI and PUDJI PERMADI.
Methyl Sulfonic Esters (MES) is one type of anionic surfactants which have
advantages in terms of its hardness, resistance to deterjensi, the character of
renewable and environmentally friendly. Excess MES this can be utilized as
stimulation agent in oil wells, so can increase productivity an oil well. Increased
productivity an oil well done by means of cleaning oil wells and pore a reservoir
fromsediment of scale formed, enlarging the pores of rocks and can changing the
nature of rocks being water-wet. This research was carried out to obtain the
formula of solution of surfactants-based MES that can be applied as acid
stimulation agent that is one method of IOR. Formula tested is a combination of
surfactants sodium MES, HCl, and CH3COOH. The formulation is done by
determining the optimum concentration of surfactant SMES and HCl gradually.
The best results obtained from the solution of acid stimulation agent was with
value of IFT < 10-2 dyne/cm with solubility of rock reaches 36%, and was can to
change the contact angle of the reservoir rocks of the contact angle number 420
became 680 in formula SMES 6% + HCl 7% and CH3COOH 2%.
Keywords : Sodium Methyl Sulfonic Esters, IFT, IOR, acid well stimulation
FORMULASI SURFAKTAN SMES
SEBAGAI ACID STIMULATION AGENT
UNTUK APLIKASI DI LAPANGAN KARBONAT OK
VERRY PURNAMA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi
Nama
NIIv1
: Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent
untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK
: Verry Pllrnama
: F340900 17
Disetlljlli oleh
Prof. Dr. Erliza Hambali
Pembimbing I
Tanggal Lulus :
Prof. Dr. Pudii Permadi
Peillbimbing II
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent
untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK
: Verry Purnama
: F34090017
Disetujui oleh
Prof. Dr. Pudji Permadi
Pembimbing II
Prof. Dr. Erliza Hambali
Pembimbing I
Diketahui oleh
Prof. Dr. Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang d ilaksanakan sejak bulan April 2013 sampai September 2013
ini ialah Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent untuk
Aplikasi di Lapangan Karbonat OK.
Terimakasih penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Erliza Hambali dan Prof.
Dr. Pudji Permadi selaku pembimbing, serta Dr. Mira Rivai, STP, MSi yang telah
banyak memberikan saran dan masukan. Disamping itu, penghargaan penulis
sampaikan kepada Ari Imam S., STP, MSi dan seluruh staff laboratorium
Surfaktant and Bioenergy Research Center (SBRC) LPPM-IPB, yang telah
membantu
selama penelitian dan dalam pengumpulan data. Ungkapan
terimakasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas doa
dan kasih sayangnya.
Semoga karya tulis ini bermanfaat.
Bogor,
Oktober 2013
Verry Purnama
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan dan Alat
Metode
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Surfaktan SMES
Analisis Fluida Lapangan OK
Kondisi Reservoir Lapangan OK
Formulasi Larutan Surfaktan Berbasis MES untuk Aplikasi IOR
Uji Kinerja Formula Larutan Surfaktan untuk Acid Stimulation Agent di
Lapangan OK
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
viii
viii
viii
1
1
2
2
3
3
3
3
6
6
7
10
10
14
21
21
21
22
24
49
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
Hasil analisis surfaktan SMES
Hasil analisis air injeksi lapangan OK
Hasil analisis air formasi lapangan OK
Hasil analisis minyak lapangan OK
6
8
8
10
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Skema metode stimulation dalam IOR
Hasil analisis tegangan antarmuka formula larutan surfaktan
Hasil analisis densitas formula larutan surfaktan
Hasil analisis pH dan salinitas formula larutan surfaktan
Hasil analisis densitas formula larutan surfaktan SMES + asam
Hasil analisis IFT formula larutan surfaktan SMES + asam
Hasil analisis densitas formula larutan surfaktan (Thermal Stability)
Hasil analisis IFT formula larutan surfaktan (Thermal Stability)
Hasil analisis sudut kontak minyak-batuan dengan perlakuan pertama
Hasil analisis sudut kontak minyak-batuan dengan perlakuan kedua
Hasil analisis kelarutan batuan
Hasil analisis kelakuan fasa formula larutan surfaktan SMES
Grafik kelarutan minyak-surfaktan dalam phase behavior
7
11
12
12
13
13
15
15
16
17
18
19
20
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Prosedur Analisis Surfaktan Sodium Metil Ester Sulfonat (SMES)
Prosedur Analisis Fluida Lapangan OK
Prosedur Analisis Kinerja Formula Surfaktan berbasis SMES
Data Hasil Analisis Formula Larutan Surfaktan SMES
Hasil Analisis Kinerja Formula Larutan Surfaktan SMES
Korelasi Antara Minyak yang Dapat Diproduksi dengan Nilai
Capillary Number
7 Peralatan Analisis Formula Larutan Surfaktan SMES
8 Sampel Formula Larutan Surfaktan SMES dan Batuan Karbonat
24
26
33
36
37
42
43
46
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Minyak bumi dikategorikan sebagai energi fosil yang mempunyai peranan
penting bagi suatu negara sebagai sumber perolehan devisa dan sebagai sumber
energi. Harga rata-rata minyak mentah Indonesia selama Januari 2013 naik
US$ 4,17 dibandingkan dengan Desember 2012. Pada Januari 2013, harga ICP
mencapai US$ 111,07 per barel, naik 3,9 persen dari harga akhir tahun lalu
sebesar US$ 106,90 per barel (Dirjen Minyak dan Gas Bumi, 2013). Salah satu
penyebab dari kenaikan tersebut adalah karena dalam beberapa tahun terakhir,
produksi minyak dunia konstan sementara permintaan akan minyak terus naik.
Berdasarkan publikasi OPEC (Organization of Petroleum Exporting Countries)
pada bulan Juni 2013, diperkirakan terjadi peningkatan permintaan minyak
mentah dunia tahun 2013 sebesar 0,8 juta barel per hari sehingga mencapai 90,2
juta barel per hari pada kuartal III-2013. Pada tahun 2010, Indonesia menempati
posisi 18 dunia dalam hal konsumsi minyak bumi dengan pemakaian sebesar 1,3
juta barrel minyak per hari (CIA, 2012) dan pemakaian ini terus meningkat dari
tahun ke tahun. Bila kebutuhan minyak bumi dunia (Indonesia) yang terus
meningkat tidak diimbangi dengan produksi yang mencukupi, maka akan
mendatangkan krisis energi. Krisis energi tersebut akan mengganggu roda
perekonomian dunia.
Krisis energy (BBM) yang terjadi dapat diatasi dengan cara meningkatkan
produktifitas minyak bumi. Peningkatan produktifitas tersebut dapat dilakukan
dengan cara memperlancar aliran minyak pada sumur produksi. Cara ini dapat
dilakukan karena penurunan produktifitas bisa disebabkan oleh adanya
penyumbatan pada sumur produksi minyak. Penyumbatan ini bisa disebabkan
oleh terbentuknya scale yang dapat menghambat aliran minyak pada sumur
produksi. Perlakuan untuk mencegah, mengurangi atau mengatasi scale ini adalah
dengan melakukan stimulasi sumur minyak (oil well stimulation).
Oil well stimulation atau stimulasi sumur minyak bumi merupakan salah
satu cara untuk meningkatkan produktivitas sumur minyak bumi. Stimulasi
merupakan penghilangan penyumbatan pada saluran dalam batuan reservoir agar
minyak dan gas dapat mengalir. Salah satu metode stimulasi yang bisa digunakan
adalah dengan injeksi bahan kimia untuk melarutkan scale yang terbentuk pada
batuan atau pun pada dinding sumur produksi. Water well stimulation merupakan
salah satu metode improved oil recovery (IOR) yang bertujuan untuk
meningkatkan produktivitas sumur minyak dengan cara melarutkan scale yang
terbentuk.
Surfaktan yang digunakan sebagai bahan acid stimulation agent untuk
menghilangkan scale harus mampu menurunkan tegangan antarmuka, mencegah
pembentukan emulsi dan mampu memecah emulsi yang telah terbentuk
sebelumnya, menjadikan batuan reservoir bersifat water wet dengan
mempertimbangkan salinitas dan pH air yang terlibat, tidak mengganggu batuan
formasi dan menjaga aktivitas permukaan pada kondisi reservoir.
Surfaktan yang biasa digunakan dalam metode IOR adalah petroleum
sulfonate yang merupakan turunan dari minyak bumi. Kelemahan surfaktan
tersebut adalah sifatnya yang tidak terbarukan, tidak ramah lingkungan dan
memiliki ketahanan yang buruk terhadap kondisi sadah, sedangkan kelebihannya
2
adalah mempunyai kinerja maksimal dalam menurunkan tegangan antarmuka,
bahkan dilaporkan mencapai 0,1 NN/m atau 10-4 dyne/cm (Salager, 2002).
Surfaktan lain yang dapat dipalikasikan pada proses IOR adalah surfaktan yang
diperoleh dari olein minyak kelapa sawit yang disebut dengan metil ester sulfonat.
Sifatnya yang terbarukan, dapat didegradasi oleh lingkungan (biodegradable), dan
karakteristik deterjensi yang baik menjadi keunggulan surfaktan MES. Namun
bila dibandingkan dengan petroleum sulfonate, MES memiliki kinerja yang lebih
rendah dalam menurunkan tegangan antarmuka. Surfaktan MES merupakan
surfaktan anionik yang dihasilkan melalui proses sulfonasi antara metil ester dari
minyak nabati atau lemak hewani (Roberts, 2008). Beberapa faktor penting yang
menentukan kualitas surfaktan MES yang dihasilkan diantaranya yaitu rasio mol
reaktan, suhu reaksi, lama reaksi, konsentrasi gugus sulfat yang ditambahkan,
waktu netralisasi, jenis dan konsentrasi katalis, pH dan suhu netralisasi (Foster,
1997). Menurut MacArthur et.al. (2002), suhu dapat meningkatkan laju reaksi,
namun peningkatan suhu yang terlalu tinggi menyebabkan MES yang terbentuk
terhidrolisis dan meningkatkan pembentukan komponen disalt yang tidak
diinginkan.
Untuk mendapatkan formula yang dapat menghilangkan scale dan
menghasilkan tegangan antarmuka sesuai untuk aplikasi IOR di lapangan karbonat
bersalinitas dan bersuhu tinggi, maka penelitian ini melakukan formulasi larutan
SMES yang diharapkan mampu menurunkan tegangan antarmuka dan mengubah
sifat batuan formasi menjadi water-wet.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan formula acid stimulation agent yang mampu menurunkan
interfacial tention (IFT) dan dapat mengubah wettability batuan karbonat atau
limestone.
2. Mendapatkan informasi kinerja formula acid stimulation agent yang
dihasilkan
Ruang Lingkup Penelitian
1. Formulasi surfaktan SMES dari Olein sawit dengan aditif lainnya untuk
fluida dari lapangan OK
2. Analisis formula surfaktan yang dihasilkan meliputi pH, viskositas, densitas,
dan salinitas
3. Uji kinerja formula larutan surfaktan berbasis SMES untuk lapangan OK
yang meliputi IFT, wettability, uji kelarutan batuan dan phase behaviour
3
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Kegiatan penelitian dilaksanakan pada bulan April 2013 sampai dengan
September 2013 di Laboratorium Surfaktan dan Polimer - Pusat Penelitian
Surfaktan dan Bioenergi (Surfactant and Bioenergy Research Center LPPM-IPB),
Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah surfaktan sodium metil
ester sulfonat yang terbuat dari minyak olein sawit dan fluida dari lapangan
minyak, HCl, CH3COOH, aquades, dan bahan-bahan lain untuk analisa.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah timbangan analitik,
peralatan gelas, pipet mohr, pipet serologis, gelas piala, gelas ukur, oven, pH
meter, spinning drop tensiometer,densitymeter, viskosimeter, phase behavior
apparatus, spektrofotometer, magnetic stirrer, hot plate, filter holder, kamera,
erlenmeyer, ampul, sentrifuge, buret, labu takar, refraktometer, serta alat-alat lain
yang dibutuhkan untuk analisis.
Metode
Pelaksanaan penelitian “Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid
Stimulation Agent untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK“ dilakukan
dengan tahapan-tahapan sebagai berikut.
1.
Analisis surfaktan SMES dari Olein sawit
Analisis ini dilakukan untuk mengetahui sifat fisiko-kimia surfaktan SMES
dari Olein sawit dan fluida dari lapangan OK. Pengujian yang dilakukan terhadap
surfaktan SMES adalah pengukuran pH (SBRC, 2012), pengukuran densitas
dengan menggunakan density meter DMA 4500M, penentuan viskositas (SNI 064558-1998), dan bahan aktif surfaktan anionik (SBRC, 2012). Prosedur analisis
surfaktan dapat dilihat pada Lampiran 1.
2.
Analisis Sifat Fisik-kimia Fluida dari Lapangan OK
Analisis ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik fluida dari lapangan
OK. Fluida lapangan OK terdiri dari air injeksi/formasi dan minyak. Prosedur
analisis fluida reservoir dapat dilihat pada Lampiran 2.
a)
Analisis sifat fisik-kimia air injeksi/formasi
Analisis untuk air injeksi/formasi terdiri dari pengukuran pH (SBRC,
2012), turbidity (SMEWW 21th (2005): 2120-Color.C), total suspended solid
(SMEWW 21th (2005): 2540D), total dissolved solid (SMEWW 21th (2005):
2540C), conductivity (SMEWW 21th (2005): 2510B), hardness (SMEWW
21th (2005): 2340-Hardness.C), chloride (SMEWW 21th (2005): 4500-Cl.C),
free chlorine (SMEWW 21th (2005): 4500-Cl.Chlorine.B), iron (SMEWW
21th (2005): 3111 B), dan calcium (SMEWW 21th (2005): 3111 B).
4
b)
Analisis minyak
Analisis untuk minyak yang akan dilakukan terdiri dari pengukuran
viskositas (SNI 06-4558-1998), pengukuran densitas menggunakan density
meter DMA 4500M, warna, wujud, dan uji asphaltene (SBRC, 2013). Uji
asphaltene dilakukan untuk mengetahui ada tidaknya kandungan aspal pada
minyak, dimana kandungan aspal mengindikasikan minyak tersebut bersifat
polar.
3.
Data Reservoir Lapangan Minyak
Tahapan ini dilakukan untuk mengumpulkan dan menganalisis data
sekunder mengenai fluida dan kondisi reservoir lapangan OK. Data sekunder
diperoleh melalui penelusuran studi pustaka yang bersangkutan.
4.
Formulasi larutan surfaktan berbasis SMES
Tahapan ini dilakukan untuk membuat formula surfaktan SMES terbaik
untuk aplikasi IOR. Tahapan yang dilakukan untuk pembuatan formula tersebut
adalah pemilihan konsentrasi optimal surfaktan SMES dengan variasi konsentrasi
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 % yang mampu menghasilkan nilai IFT terkecil,
penambahan konsentrasi HCl dengan variasi konsentrasi 3, 5, 7 dan 9 % serta
penambahan CH3COOH sebanyak 2%. Pemilihan konsentrasi HCl optimal ini
didasarkan pada kemampuannya dalam membantu menurunkan nilai IFT dan
mampu melarutkan endapan karbonat yang terbentuk yang dapat memperbesar
pori-pori batuan reservoir. Parameter uji pada tahapan ini adalah pengukuran IFT
menggunakan spinning drop tensiometer, pH (SBRC, 2012), densitas dengan
menggunakan density meter DMA 4500M, dan salinitas menggunakan
salinitymeter.
5.
Uji kinerja formula larutan surfaktan berbasis SMES
Tahapan ini dilakukan untuk memperoleh informasi kinerja formula larutan
surfaktan berbasis SMES untuk aplikasi IOR di lapangan OK. Uji laboratorium
pada tahapan ini adalah IFT menggunakan spinning drop tensiometer, thermal
stability (SBRC LPPM-IPB, 2012), phase behavior dan wettability. Prosedur
analisis uji kinerja formula yang akan dilakukan disajikan pada Lampiran 3.
a)
Uji IFT
Uji ini dilakukan untuk mengetahui kinerja surfaktan dalam menurunkan
tegangan antarmuka minyak-air. Formula surfaktan yang mempunyai kinerja
baik adalah formula yang mampu menurunkan tegangan antarmuka sebesar <
10 -2 dyne/cm.
b) Thermal Stability Test
Uji ini dilakukan untuk mengetahui ketahanan panas dari formula
surfaktan yang telah dibuat. Pada uji ini surfaktan diharapkan mampu
mempertahankan nilai IFT dengan kecenderungan stabil atau peningkatan nilai
IFT yang sangat kecil. Uji thermal stability dilakukan selama waktu tertentu
pada suhu reservoir yaitu 121oC.
5
Phase Behavior
Uji ini dilakukan untuk mengetahui jenis emulsi yang terjadi antara
surfaktan dan fasa minyak, fasa yang diharapkan adalah fasa tengah
(mikroemulsi) yang mengindikasikan rancangan fluida mudah terdispersi
(teremulsifikasi). Kelarutan minyak terhadap fasa surfaktan juga menjadi
indikasi kinerja surfaktan. Uji kelakuan fasa ini dilakukan pada suhu reservoir
tempat dimana air formasi yang digunakan berasal yaitu 121oC. Pengamatan
dilakukan secara periodik selama waktu tertentu.
c)
Wettability
Uji ini dilakukan untuk mengetahui sudut kontak antara cairan (minyak)
atau formula surfaktan dengan batuan. Hasilnya akan memperlihatkan kinerja
formula surfaktan dalam mengubah sifat batuan. Analisis sudut kontak ini
dilakukan melalui dua perlakuan dan tiap perlakuannya dilakukan tiga tahap
perendaman yang berbeda.
d)
e)
Uji Kelarutan Batuan Karbonat
Uji kelarutan ini dilakukan untuk mengetahui kinerja formula acid
stimulation agent dalam melarutkan batuan karbonat. Dalam hal ini diharapkan
batuan karbonat tidak hancur atau rusak, akan tetapi melarutkan sebagian
batuannya dengan tujuan memperbesar pori-pori batuan. Sehingga dengan
bertambah besarnya pori-pori batuan, minyak yang terperangkap dalam poripori tersebut semakin mudah untuk dialirkan melalui sumur produksi.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Surfaktan SMES
Surfaktan merupakan bahan aktif permukaan.Surfaktan ini memiliki gugus
hidrofilik dan gugus hidrofobik sehingga dapat mempersatukan campuran yang
terdiri dari air dan minyak. Aktifitas surfaktan diperoleh karena sifat ganda dari
molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air
(hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak (hidrofobik).
Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau netral. Sifat
rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antarmuka udaraair, minyak-air dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana gugus
hidrofilik berada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak
dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak.
Analisis surfaktan SMES yang dilakukan meliputi kadar bahan aktif,
densitas, pH, dan viskositas. Hasil dari analisis tersebut disajikan pada Tabel 1
berikut.
Tabel 1. Hasil analisis surfaktan SMES
Parameter
Kadar bahan aktif SMES (%)
Densitas (g/cm3)
Viskositas pada suhu 60 0C (cP)
Nilai pH
Hasil
30,54
0,9403
1,92
7 ± 0,2
Kadar bahan aktif dapat menunjukkan jumlah surfaktan anionik yang
terdapat pada SMES. Salah satu metode untuk pengukuran bahan aktif surfaktan
adalah teknik titrasi menggunakan surfaktan kationik sebagai penitran, yang
dikenal dengan teknik titrasi dua fasa (Schmitt 2001). Prinsip metode titrasi dua
fasa didasarkan pada reaksi antagonis, yaitu surfaktan anionik akan bereaksi
dengan surfaktan kationik yang memiliki muatan berlawanan untuk membentuk
garam (pasangan ion) yang tidak larut air (Matesic-Puac et al., 2004). Garam yang
terbentuk diekstrak oleh lapisan kloroform sehingga membentuk warna biru tua
pada lapisan kloroform. Campuran kemudian dititrasi menggunakan surfaktan
kationik N-cetyl pyridinium chloride. Selama titrasi warna biru akan bergerak
menuju lapisan cairan (larutan surfaktan dalam akuades) secara perlahan.
Perpindahan warna terjadi secara cepat pada akhir titrasi. Akhir titrasi dicapai
ketika warna kedua lapisan memiliki intensitas yang hampir sama.
Densitas merupakan perbandingan berat dari suatu volume sampel pada
suhu 25°C dengan berat air pada volume dan suhu yang sama. Pengaruh suhu
terhadap densitas suatu zat cair tidak dapat diabaikan karena cairan akan
meregang mengikuti peningkatan suhu yang terjadi. Sementara viskositas suatu
cairan merupakan sifat fluida yang dipengaruhi oleh ukuran molekul dan gaya
antarmolekul. Densitas umumnya dikaitkan dengan viskositas dimana cairan yang
lebih padat akan mempunyai viskositas yang lebih tinggi. Untuk analisis
viskositas, suhu yang digunakan adalah 60 0C. Hal ini dilakukan karena SMES
pada suhu ruang wujudnya padat. Sehingga pengukuran viskositas pada suhu
ruang tidak bisa dilakukan.
7
Nilai pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan
tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu bahan. Nilai pH
didefinisikan sebagai logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen (H+) yang
terdapat dalam larutan (Fessenden, 1995). Hasil analisis pH SMES dengan pH
Meter Schoot pada suhu 39 °C adalah 7.
Teknologi Improved Oil Recovery (IOR)
Improved Oil Recovery merupakan metode peningkatan perolehan minyak
bumi. Menurut Taber (1997), proses produksi minyak bumi dapat dikelompokkan
menjadi 3 fase, yaitu fase primer (primary phase), fase sekunder (secondary
phase) dan fase tersier (tertiary phase). Pada fase primer diterapkan proses alami
yang tergantung pada kandungan energi alam pada reservoir dan proses stimulasi
menggunakan metode asam (acidizing), metode fracturing dan metode sumur
horizontal (horizontal wells). Pada fase sekunder diterapkan proses immiscible gas
flood dan waterflood. Fase primer dan sekunder ini merupakan metode
peningkatan perolehan minyak yang disebut IOR. Skema dari metode stimulation
disajikan pada Gambar 1.
Stimulation
Water Based
Stimulation
Acidizing
Stimulation
Fracturing
Oil Based
Stimulation
Oil Well
Cleaning
Gambar 1. Skema metode stimulation dalam IOR
Analisis Fluida Lapangan OK
Air formasi adalah air yang terkumpul bersama minyak dan gas di dalam
lapisan reservoir, terletak pada kedalaman lebih dari 1000 m dan terletak di bawah
zona minyak. Air formasi itu sendiri merupakan fluida reservoir yang tercampur
dan terangkat bersama minyak bumi ke permukaan yang bersifat asin dengan
salinitas rata-rata di atas air laut. Di dalam air formasi mengandung beberapa
unsur yang dapat ditemukan dalam jumlah besar yaitu Ca2+ (kalsium), Na+
(natrium), dan Cl- (Chlor). Sedangkan yang disebut dengan air injeksi adalah air
formasi yang telah diolah untuk diinjeksikan kembali ke dalam batuan reservoir
melalui sumur injeksi untuk meningkatkan perolehan minyak pada fase sekunder
(water flooding). Air injeksi yang digunakan dapat berasal dari air laut, air sungai,
danau, air suling, sumur resapan ataupun dari air formasi itu sendiri yang
sebelumnya dilakukan proses pengolahan terlebih dahulu. Air formasi pada
umumnya mengandung berbagai kation dan anion.Kandungan kation yang
terdapat dalam air formasi adalah natrium (Na+), kalsium (Ca2+), magnesium
(Mg2+), barium (Br2+), dan besi (Fe2+). Sedangkan untuk kandungan anion pada
umumnya adalah klorida (Cl-), sulfat (SO42-), karbonat (CO32-), dan bikarbonat
8
(HCO3-). Hasil analisis air injeksi Lapangan OK disajikan pada Tabel 2 dan hasil
analisis air formasi Lapangan OK disajikan pada Tabel 3.
Tabel 2. Hasil analisis air injeksi Lapangan OK
Parameter
Hasil
Satuan
pH
8,0
Densitas
0,9927
g/cm3
Turbidity
3,68
Pt Co
TSS
TDS
Conductifity
Salinitas
Hardness, CaCO3
28
19990
21,95
22,6
860,69
mg/L
mg/L
mΩ/cm
ppt
mg/L
19005,03
mg/L
Ammonia, NH3-
24,11
mg/L
Sulphate, SO42Free Clorin, Cl2
108,01
SEBAGAI ACID STIMULATION AGENT
UNTUK APLIKASI DI LAPANGAN KARBONAT OK
VERRY PURNAMA
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Formulasi Surfaktan
SMES sebagai Acid Stimulation Agent untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK
adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing akademik serta
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun.
Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Bogor,
Oktober 2013
Verry Purnama
NIM F34090017
ABSTRAK
VERRY PURNAMA. Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent
untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK. Dibimbing oleh ERLIZA HAMBALI
dan PUDJI PERMADI.
Metil Ester Sulfonat (MES) merupakan salah satu jenis surfaktan anionik
yang memiliki kelebihan dalam hal daya deterjensi, tahan terhadap kesadahan,
bersifat terbarukan dan ramah lingkungan.
Kelebihan MES ini dapat
dimanfaatkan sebagai stimulation agent pada sumur-sumur minyak, sehingga
dapat meningkatkan produktivitas sumur minyak. Peningkatan produktivitas
sumur minyak dilakukan dengan cara membersihkan sumur minyak dan pori
batuan reservoir dari endapan scale yang terbentuk, memperbesar pori-pori batuan
reservoir, serta dapat mengubah sifat batuan menjadi water-wet. Penelitian ini
dilakukan untuk mendapatkan formula larutan surfaktan berbasis MES yang dapat
diaplikasikan sebagai acid stimulation agent yang merupakan salah satu metode
IOR. Formula yang diujikan adalah kombinasi dari surfaktan sodium MES, HCl,
dan CH3COOH. Hasil terbaik yang didapat dari larutan acid stimulation agent
adalah dengan nilai IFT < 10-2 dyne/cm, dengan kelarutan batuan mencapai 36%,
serta mampu mengubah sudut kontak batuan reservoir dari angka 420 menjadi 680
yaitu pada formula SMES 6% + HCl 7% + CH3COOH 2%.
Kata Kunci: Sodium Metil Ester Sulfonat, IFT, IOR, acid well stimulation
ABSTRACT
VERRY PURNAMA. Formulation of Surfactant SMES as Acid Stimulation
Agent for application in Carbonate Fields OK. Be mentored by ERLIZA
HAMBALI and PUDJI PERMADI.
Methyl Sulfonic Esters (MES) is one type of anionic surfactants which have
advantages in terms of its hardness, resistance to deterjensi, the character of
renewable and environmentally friendly. Excess MES this can be utilized as
stimulation agent in oil wells, so can increase productivity an oil well. Increased
productivity an oil well done by means of cleaning oil wells and pore a reservoir
fromsediment of scale formed, enlarging the pores of rocks and can changing the
nature of rocks being water-wet. This research was carried out to obtain the
formula of solution of surfactants-based MES that can be applied as acid
stimulation agent that is one method of IOR. Formula tested is a combination of
surfactants sodium MES, HCl, and CH3COOH. The formulation is done by
determining the optimum concentration of surfactant SMES and HCl gradually.
The best results obtained from the solution of acid stimulation agent was with
value of IFT < 10-2 dyne/cm with solubility of rock reaches 36%, and was can to
change the contact angle of the reservoir rocks of the contact angle number 420
became 680 in formula SMES 6% + HCl 7% and CH3COOH 2%.
Keywords : Sodium Methyl Sulfonic Esters, IFT, IOR, acid well stimulation
FORMULASI SURFAKTAN SMES
SEBAGAI ACID STIMULATION AGENT
UNTUK APLIKASI DI LAPANGAN KARBONAT OK
VERRY PURNAMA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi
Nama
NIIv1
: Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent
untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK
: Verry Pllrnama
: F340900 17
Disetlljlli oleh
Prof. Dr. Erliza Hambali
Pembimbing I
Tanggal Lulus :
Prof. Dr. Pudii Permadi
Peillbimbing II
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent
untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK
: Verry Purnama
: F34090017
Disetujui oleh
Prof. Dr. Pudji Permadi
Pembimbing II
Prof. Dr. Erliza Hambali
Pembimbing I
Diketahui oleh
Prof. Dr. Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang d ilaksanakan sejak bulan April 2013 sampai September 2013
ini ialah Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid Stimulation Agent untuk
Aplikasi di Lapangan Karbonat OK.
Terimakasih penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Erliza Hambali dan Prof.
Dr. Pudji Permadi selaku pembimbing, serta Dr. Mira Rivai, STP, MSi yang telah
banyak memberikan saran dan masukan. Disamping itu, penghargaan penulis
sampaikan kepada Ari Imam S., STP, MSi dan seluruh staff laboratorium
Surfaktant and Bioenergy Research Center (SBRC) LPPM-IPB, yang telah
membantu
selama penelitian dan dalam pengumpulan data. Ungkapan
terimakasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas doa
dan kasih sayangnya.
Semoga karya tulis ini bermanfaat.
Bogor,
Oktober 2013
Verry Purnama
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan dan Alat
Metode
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Surfaktan SMES
Analisis Fluida Lapangan OK
Kondisi Reservoir Lapangan OK
Formulasi Larutan Surfaktan Berbasis MES untuk Aplikasi IOR
Uji Kinerja Formula Larutan Surfaktan untuk Acid Stimulation Agent di
Lapangan OK
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
viii
viii
viii
1
1
2
2
3
3
3
3
6
6
7
10
10
14
21
21
21
22
24
49
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
Hasil analisis surfaktan SMES
Hasil analisis air injeksi lapangan OK
Hasil analisis air formasi lapangan OK
Hasil analisis minyak lapangan OK
6
8
8
10
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Skema metode stimulation dalam IOR
Hasil analisis tegangan antarmuka formula larutan surfaktan
Hasil analisis densitas formula larutan surfaktan
Hasil analisis pH dan salinitas formula larutan surfaktan
Hasil analisis densitas formula larutan surfaktan SMES + asam
Hasil analisis IFT formula larutan surfaktan SMES + asam
Hasil analisis densitas formula larutan surfaktan (Thermal Stability)
Hasil analisis IFT formula larutan surfaktan (Thermal Stability)
Hasil analisis sudut kontak minyak-batuan dengan perlakuan pertama
Hasil analisis sudut kontak minyak-batuan dengan perlakuan kedua
Hasil analisis kelarutan batuan
Hasil analisis kelakuan fasa formula larutan surfaktan SMES
Grafik kelarutan minyak-surfaktan dalam phase behavior
7
11
12
12
13
13
15
15
16
17
18
19
20
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Prosedur Analisis Surfaktan Sodium Metil Ester Sulfonat (SMES)
Prosedur Analisis Fluida Lapangan OK
Prosedur Analisis Kinerja Formula Surfaktan berbasis SMES
Data Hasil Analisis Formula Larutan Surfaktan SMES
Hasil Analisis Kinerja Formula Larutan Surfaktan SMES
Korelasi Antara Minyak yang Dapat Diproduksi dengan Nilai
Capillary Number
7 Peralatan Analisis Formula Larutan Surfaktan SMES
8 Sampel Formula Larutan Surfaktan SMES dan Batuan Karbonat
24
26
33
36
37
42
43
46
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Minyak bumi dikategorikan sebagai energi fosil yang mempunyai peranan
penting bagi suatu negara sebagai sumber perolehan devisa dan sebagai sumber
energi. Harga rata-rata minyak mentah Indonesia selama Januari 2013 naik
US$ 4,17 dibandingkan dengan Desember 2012. Pada Januari 2013, harga ICP
mencapai US$ 111,07 per barel, naik 3,9 persen dari harga akhir tahun lalu
sebesar US$ 106,90 per barel (Dirjen Minyak dan Gas Bumi, 2013). Salah satu
penyebab dari kenaikan tersebut adalah karena dalam beberapa tahun terakhir,
produksi minyak dunia konstan sementara permintaan akan minyak terus naik.
Berdasarkan publikasi OPEC (Organization of Petroleum Exporting Countries)
pada bulan Juni 2013, diperkirakan terjadi peningkatan permintaan minyak
mentah dunia tahun 2013 sebesar 0,8 juta barel per hari sehingga mencapai 90,2
juta barel per hari pada kuartal III-2013. Pada tahun 2010, Indonesia menempati
posisi 18 dunia dalam hal konsumsi minyak bumi dengan pemakaian sebesar 1,3
juta barrel minyak per hari (CIA, 2012) dan pemakaian ini terus meningkat dari
tahun ke tahun. Bila kebutuhan minyak bumi dunia (Indonesia) yang terus
meningkat tidak diimbangi dengan produksi yang mencukupi, maka akan
mendatangkan krisis energi. Krisis energi tersebut akan mengganggu roda
perekonomian dunia.
Krisis energy (BBM) yang terjadi dapat diatasi dengan cara meningkatkan
produktifitas minyak bumi. Peningkatan produktifitas tersebut dapat dilakukan
dengan cara memperlancar aliran minyak pada sumur produksi. Cara ini dapat
dilakukan karena penurunan produktifitas bisa disebabkan oleh adanya
penyumbatan pada sumur produksi minyak. Penyumbatan ini bisa disebabkan
oleh terbentuknya scale yang dapat menghambat aliran minyak pada sumur
produksi. Perlakuan untuk mencegah, mengurangi atau mengatasi scale ini adalah
dengan melakukan stimulasi sumur minyak (oil well stimulation).
Oil well stimulation atau stimulasi sumur minyak bumi merupakan salah
satu cara untuk meningkatkan produktivitas sumur minyak bumi. Stimulasi
merupakan penghilangan penyumbatan pada saluran dalam batuan reservoir agar
minyak dan gas dapat mengalir. Salah satu metode stimulasi yang bisa digunakan
adalah dengan injeksi bahan kimia untuk melarutkan scale yang terbentuk pada
batuan atau pun pada dinding sumur produksi. Water well stimulation merupakan
salah satu metode improved oil recovery (IOR) yang bertujuan untuk
meningkatkan produktivitas sumur minyak dengan cara melarutkan scale yang
terbentuk.
Surfaktan yang digunakan sebagai bahan acid stimulation agent untuk
menghilangkan scale harus mampu menurunkan tegangan antarmuka, mencegah
pembentukan emulsi dan mampu memecah emulsi yang telah terbentuk
sebelumnya, menjadikan batuan reservoir bersifat water wet dengan
mempertimbangkan salinitas dan pH air yang terlibat, tidak mengganggu batuan
formasi dan menjaga aktivitas permukaan pada kondisi reservoir.
Surfaktan yang biasa digunakan dalam metode IOR adalah petroleum
sulfonate yang merupakan turunan dari minyak bumi. Kelemahan surfaktan
tersebut adalah sifatnya yang tidak terbarukan, tidak ramah lingkungan dan
memiliki ketahanan yang buruk terhadap kondisi sadah, sedangkan kelebihannya
2
adalah mempunyai kinerja maksimal dalam menurunkan tegangan antarmuka,
bahkan dilaporkan mencapai 0,1 NN/m atau 10-4 dyne/cm (Salager, 2002).
Surfaktan lain yang dapat dipalikasikan pada proses IOR adalah surfaktan yang
diperoleh dari olein minyak kelapa sawit yang disebut dengan metil ester sulfonat.
Sifatnya yang terbarukan, dapat didegradasi oleh lingkungan (biodegradable), dan
karakteristik deterjensi yang baik menjadi keunggulan surfaktan MES. Namun
bila dibandingkan dengan petroleum sulfonate, MES memiliki kinerja yang lebih
rendah dalam menurunkan tegangan antarmuka. Surfaktan MES merupakan
surfaktan anionik yang dihasilkan melalui proses sulfonasi antara metil ester dari
minyak nabati atau lemak hewani (Roberts, 2008). Beberapa faktor penting yang
menentukan kualitas surfaktan MES yang dihasilkan diantaranya yaitu rasio mol
reaktan, suhu reaksi, lama reaksi, konsentrasi gugus sulfat yang ditambahkan,
waktu netralisasi, jenis dan konsentrasi katalis, pH dan suhu netralisasi (Foster,
1997). Menurut MacArthur et.al. (2002), suhu dapat meningkatkan laju reaksi,
namun peningkatan suhu yang terlalu tinggi menyebabkan MES yang terbentuk
terhidrolisis dan meningkatkan pembentukan komponen disalt yang tidak
diinginkan.
Untuk mendapatkan formula yang dapat menghilangkan scale dan
menghasilkan tegangan antarmuka sesuai untuk aplikasi IOR di lapangan karbonat
bersalinitas dan bersuhu tinggi, maka penelitian ini melakukan formulasi larutan
SMES yang diharapkan mampu menurunkan tegangan antarmuka dan mengubah
sifat batuan formasi menjadi water-wet.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan formula acid stimulation agent yang mampu menurunkan
interfacial tention (IFT) dan dapat mengubah wettability batuan karbonat atau
limestone.
2. Mendapatkan informasi kinerja formula acid stimulation agent yang
dihasilkan
Ruang Lingkup Penelitian
1. Formulasi surfaktan SMES dari Olein sawit dengan aditif lainnya untuk
fluida dari lapangan OK
2. Analisis formula surfaktan yang dihasilkan meliputi pH, viskositas, densitas,
dan salinitas
3. Uji kinerja formula larutan surfaktan berbasis SMES untuk lapangan OK
yang meliputi IFT, wettability, uji kelarutan batuan dan phase behaviour
3
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Kegiatan penelitian dilaksanakan pada bulan April 2013 sampai dengan
September 2013 di Laboratorium Surfaktan dan Polimer - Pusat Penelitian
Surfaktan dan Bioenergi (Surfactant and Bioenergy Research Center LPPM-IPB),
Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah surfaktan sodium metil
ester sulfonat yang terbuat dari minyak olein sawit dan fluida dari lapangan
minyak, HCl, CH3COOH, aquades, dan bahan-bahan lain untuk analisa.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah timbangan analitik,
peralatan gelas, pipet mohr, pipet serologis, gelas piala, gelas ukur, oven, pH
meter, spinning drop tensiometer,densitymeter, viskosimeter, phase behavior
apparatus, spektrofotometer, magnetic stirrer, hot plate, filter holder, kamera,
erlenmeyer, ampul, sentrifuge, buret, labu takar, refraktometer, serta alat-alat lain
yang dibutuhkan untuk analisis.
Metode
Pelaksanaan penelitian “Formulasi Surfaktan SMES sebagai Acid
Stimulation Agent untuk Aplikasi di Lapangan Karbonat OK“ dilakukan
dengan tahapan-tahapan sebagai berikut.
1.
Analisis surfaktan SMES dari Olein sawit
Analisis ini dilakukan untuk mengetahui sifat fisiko-kimia surfaktan SMES
dari Olein sawit dan fluida dari lapangan OK. Pengujian yang dilakukan terhadap
surfaktan SMES adalah pengukuran pH (SBRC, 2012), pengukuran densitas
dengan menggunakan density meter DMA 4500M, penentuan viskositas (SNI 064558-1998), dan bahan aktif surfaktan anionik (SBRC, 2012). Prosedur analisis
surfaktan dapat dilihat pada Lampiran 1.
2.
Analisis Sifat Fisik-kimia Fluida dari Lapangan OK
Analisis ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik fluida dari lapangan
OK. Fluida lapangan OK terdiri dari air injeksi/formasi dan minyak. Prosedur
analisis fluida reservoir dapat dilihat pada Lampiran 2.
a)
Analisis sifat fisik-kimia air injeksi/formasi
Analisis untuk air injeksi/formasi terdiri dari pengukuran pH (SBRC,
2012), turbidity (SMEWW 21th (2005): 2120-Color.C), total suspended solid
(SMEWW 21th (2005): 2540D), total dissolved solid (SMEWW 21th (2005):
2540C), conductivity (SMEWW 21th (2005): 2510B), hardness (SMEWW
21th (2005): 2340-Hardness.C), chloride (SMEWW 21th (2005): 4500-Cl.C),
free chlorine (SMEWW 21th (2005): 4500-Cl.Chlorine.B), iron (SMEWW
21th (2005): 3111 B), dan calcium (SMEWW 21th (2005): 3111 B).
4
b)
Analisis minyak
Analisis untuk minyak yang akan dilakukan terdiri dari pengukuran
viskositas (SNI 06-4558-1998), pengukuran densitas menggunakan density
meter DMA 4500M, warna, wujud, dan uji asphaltene (SBRC, 2013). Uji
asphaltene dilakukan untuk mengetahui ada tidaknya kandungan aspal pada
minyak, dimana kandungan aspal mengindikasikan minyak tersebut bersifat
polar.
3.
Data Reservoir Lapangan Minyak
Tahapan ini dilakukan untuk mengumpulkan dan menganalisis data
sekunder mengenai fluida dan kondisi reservoir lapangan OK. Data sekunder
diperoleh melalui penelusuran studi pustaka yang bersangkutan.
4.
Formulasi larutan surfaktan berbasis SMES
Tahapan ini dilakukan untuk membuat formula surfaktan SMES terbaik
untuk aplikasi IOR. Tahapan yang dilakukan untuk pembuatan formula tersebut
adalah pemilihan konsentrasi optimal surfaktan SMES dengan variasi konsentrasi
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 % yang mampu menghasilkan nilai IFT terkecil,
penambahan konsentrasi HCl dengan variasi konsentrasi 3, 5, 7 dan 9 % serta
penambahan CH3COOH sebanyak 2%. Pemilihan konsentrasi HCl optimal ini
didasarkan pada kemampuannya dalam membantu menurunkan nilai IFT dan
mampu melarutkan endapan karbonat yang terbentuk yang dapat memperbesar
pori-pori batuan reservoir. Parameter uji pada tahapan ini adalah pengukuran IFT
menggunakan spinning drop tensiometer, pH (SBRC, 2012), densitas dengan
menggunakan density meter DMA 4500M, dan salinitas menggunakan
salinitymeter.
5.
Uji kinerja formula larutan surfaktan berbasis SMES
Tahapan ini dilakukan untuk memperoleh informasi kinerja formula larutan
surfaktan berbasis SMES untuk aplikasi IOR di lapangan OK. Uji laboratorium
pada tahapan ini adalah IFT menggunakan spinning drop tensiometer, thermal
stability (SBRC LPPM-IPB, 2012), phase behavior dan wettability. Prosedur
analisis uji kinerja formula yang akan dilakukan disajikan pada Lampiran 3.
a)
Uji IFT
Uji ini dilakukan untuk mengetahui kinerja surfaktan dalam menurunkan
tegangan antarmuka minyak-air. Formula surfaktan yang mempunyai kinerja
baik adalah formula yang mampu menurunkan tegangan antarmuka sebesar <
10 -2 dyne/cm.
b) Thermal Stability Test
Uji ini dilakukan untuk mengetahui ketahanan panas dari formula
surfaktan yang telah dibuat. Pada uji ini surfaktan diharapkan mampu
mempertahankan nilai IFT dengan kecenderungan stabil atau peningkatan nilai
IFT yang sangat kecil. Uji thermal stability dilakukan selama waktu tertentu
pada suhu reservoir yaitu 121oC.
5
Phase Behavior
Uji ini dilakukan untuk mengetahui jenis emulsi yang terjadi antara
surfaktan dan fasa minyak, fasa yang diharapkan adalah fasa tengah
(mikroemulsi) yang mengindikasikan rancangan fluida mudah terdispersi
(teremulsifikasi). Kelarutan minyak terhadap fasa surfaktan juga menjadi
indikasi kinerja surfaktan. Uji kelakuan fasa ini dilakukan pada suhu reservoir
tempat dimana air formasi yang digunakan berasal yaitu 121oC. Pengamatan
dilakukan secara periodik selama waktu tertentu.
c)
Wettability
Uji ini dilakukan untuk mengetahui sudut kontak antara cairan (minyak)
atau formula surfaktan dengan batuan. Hasilnya akan memperlihatkan kinerja
formula surfaktan dalam mengubah sifat batuan. Analisis sudut kontak ini
dilakukan melalui dua perlakuan dan tiap perlakuannya dilakukan tiga tahap
perendaman yang berbeda.
d)
e)
Uji Kelarutan Batuan Karbonat
Uji kelarutan ini dilakukan untuk mengetahui kinerja formula acid
stimulation agent dalam melarutkan batuan karbonat. Dalam hal ini diharapkan
batuan karbonat tidak hancur atau rusak, akan tetapi melarutkan sebagian
batuannya dengan tujuan memperbesar pori-pori batuan. Sehingga dengan
bertambah besarnya pori-pori batuan, minyak yang terperangkap dalam poripori tersebut semakin mudah untuk dialirkan melalui sumur produksi.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Surfaktan SMES
Surfaktan merupakan bahan aktif permukaan.Surfaktan ini memiliki gugus
hidrofilik dan gugus hidrofobik sehingga dapat mempersatukan campuran yang
terdiri dari air dan minyak. Aktifitas surfaktan diperoleh karena sifat ganda dari
molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air
(hidrofilik) dan bagian non polar yang suka akan minyak/lemak (hidrofobik).
Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau netral. Sifat
rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antarmuka udaraair, minyak-air dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana gugus
hidrofilik berada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak
dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak.
Analisis surfaktan SMES yang dilakukan meliputi kadar bahan aktif,
densitas, pH, dan viskositas. Hasil dari analisis tersebut disajikan pada Tabel 1
berikut.
Tabel 1. Hasil analisis surfaktan SMES
Parameter
Kadar bahan aktif SMES (%)
Densitas (g/cm3)
Viskositas pada suhu 60 0C (cP)
Nilai pH
Hasil
30,54
0,9403
1,92
7 ± 0,2
Kadar bahan aktif dapat menunjukkan jumlah surfaktan anionik yang
terdapat pada SMES. Salah satu metode untuk pengukuran bahan aktif surfaktan
adalah teknik titrasi menggunakan surfaktan kationik sebagai penitran, yang
dikenal dengan teknik titrasi dua fasa (Schmitt 2001). Prinsip metode titrasi dua
fasa didasarkan pada reaksi antagonis, yaitu surfaktan anionik akan bereaksi
dengan surfaktan kationik yang memiliki muatan berlawanan untuk membentuk
garam (pasangan ion) yang tidak larut air (Matesic-Puac et al., 2004). Garam yang
terbentuk diekstrak oleh lapisan kloroform sehingga membentuk warna biru tua
pada lapisan kloroform. Campuran kemudian dititrasi menggunakan surfaktan
kationik N-cetyl pyridinium chloride. Selama titrasi warna biru akan bergerak
menuju lapisan cairan (larutan surfaktan dalam akuades) secara perlahan.
Perpindahan warna terjadi secara cepat pada akhir titrasi. Akhir titrasi dicapai
ketika warna kedua lapisan memiliki intensitas yang hampir sama.
Densitas merupakan perbandingan berat dari suatu volume sampel pada
suhu 25°C dengan berat air pada volume dan suhu yang sama. Pengaruh suhu
terhadap densitas suatu zat cair tidak dapat diabaikan karena cairan akan
meregang mengikuti peningkatan suhu yang terjadi. Sementara viskositas suatu
cairan merupakan sifat fluida yang dipengaruhi oleh ukuran molekul dan gaya
antarmolekul. Densitas umumnya dikaitkan dengan viskositas dimana cairan yang
lebih padat akan mempunyai viskositas yang lebih tinggi. Untuk analisis
viskositas, suhu yang digunakan adalah 60 0C. Hal ini dilakukan karena SMES
pada suhu ruang wujudnya padat. Sehingga pengukuran viskositas pada suhu
ruang tidak bisa dilakukan.
7
Nilai pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan
tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu bahan. Nilai pH
didefinisikan sebagai logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen (H+) yang
terdapat dalam larutan (Fessenden, 1995). Hasil analisis pH SMES dengan pH
Meter Schoot pada suhu 39 °C adalah 7.
Teknologi Improved Oil Recovery (IOR)
Improved Oil Recovery merupakan metode peningkatan perolehan minyak
bumi. Menurut Taber (1997), proses produksi minyak bumi dapat dikelompokkan
menjadi 3 fase, yaitu fase primer (primary phase), fase sekunder (secondary
phase) dan fase tersier (tertiary phase). Pada fase primer diterapkan proses alami
yang tergantung pada kandungan energi alam pada reservoir dan proses stimulasi
menggunakan metode asam (acidizing), metode fracturing dan metode sumur
horizontal (horizontal wells). Pada fase sekunder diterapkan proses immiscible gas
flood dan waterflood. Fase primer dan sekunder ini merupakan metode
peningkatan perolehan minyak yang disebut IOR. Skema dari metode stimulation
disajikan pada Gambar 1.
Stimulation
Water Based
Stimulation
Acidizing
Stimulation
Fracturing
Oil Based
Stimulation
Oil Well
Cleaning
Gambar 1. Skema metode stimulation dalam IOR
Analisis Fluida Lapangan OK
Air formasi adalah air yang terkumpul bersama minyak dan gas di dalam
lapisan reservoir, terletak pada kedalaman lebih dari 1000 m dan terletak di bawah
zona minyak. Air formasi itu sendiri merupakan fluida reservoir yang tercampur
dan terangkat bersama minyak bumi ke permukaan yang bersifat asin dengan
salinitas rata-rata di atas air laut. Di dalam air formasi mengandung beberapa
unsur yang dapat ditemukan dalam jumlah besar yaitu Ca2+ (kalsium), Na+
(natrium), dan Cl- (Chlor). Sedangkan yang disebut dengan air injeksi adalah air
formasi yang telah diolah untuk diinjeksikan kembali ke dalam batuan reservoir
melalui sumur injeksi untuk meningkatkan perolehan minyak pada fase sekunder
(water flooding). Air injeksi yang digunakan dapat berasal dari air laut, air sungai,
danau, air suling, sumur resapan ataupun dari air formasi itu sendiri yang
sebelumnya dilakukan proses pengolahan terlebih dahulu. Air formasi pada
umumnya mengandung berbagai kation dan anion.Kandungan kation yang
terdapat dalam air formasi adalah natrium (Na+), kalsium (Ca2+), magnesium
(Mg2+), barium (Br2+), dan besi (Fe2+). Sedangkan untuk kandungan anion pada
umumnya adalah klorida (Cl-), sulfat (SO42-), karbonat (CO32-), dan bikarbonat
8
(HCO3-). Hasil analisis air injeksi Lapangan OK disajikan pada Tabel 2 dan hasil
analisis air formasi Lapangan OK disajikan pada Tabel 3.
Tabel 2. Hasil analisis air injeksi Lapangan OK
Parameter
Hasil
Satuan
pH
8,0
Densitas
0,9927
g/cm3
Turbidity
3,68
Pt Co
TSS
TDS
Conductifity
Salinitas
Hardness, CaCO3
28
19990
21,95
22,6
860,69
mg/L
mg/L
mΩ/cm
ppt
mg/L
19005,03
mg/L
Ammonia, NH3-
24,11
mg/L
Sulphate, SO42Free Clorin, Cl2
108,01