25 berlangsung selama 3
–6 jam. Reaksi sulfonasi adalah tahapan utama dalam proses pembuatan MES dimana pada proses ini ME direaksikan menjadi MESAMES. Reaksi sulfonasi melibatkan penyisipan
ion SO
3
kedalam struktur ME. Rantai karbon pada ME akan berikatan langsung dengan gugus sulfur dari SO
3
sehingga membentuk gugus RCHSO
3
HCOOCH
3
. Pada molekul RCHSO
3
HCOOCH
3
, gugus SO
3
bertindak sebagai gugus aktif bersifat aktif permukaan yang suka air, sementara itu ester asam lemak bersifat hidrofobik.
Reaksi sulfonasi membentuk produk antara berupa MESA methyl ester sulfonate acid. Selanjutnya, MESA yang telah dihasilkan mengalami proses aging. Proses aging berlangsung dalam
reaktor aging pada suhu 70-80°C selama 75 menit dengan putaran reaktor 150 rpm. Kemudian MESA mengalami proses netralisasi dengan penambahan NaOH 50. Proses netralisasi pada suhu 30-40°C
selama 40 menit. Setelah proses netralisasi, diperoleh surfaktan MES metil ester sulfonat. Methyl Ester Sulfonic Acid
MESA yang dihasilkan bersifat asam dan memiliki warna gelap dan kental. Hasil sulfonasi metil ester stearin disajikan pada Gambar 12. Pengukuran pH MESA stearin sawit
terukur 1.3 dan setelah proses netralisasi pH MES terukur 7.7.
Gambar 12. MESA dan MES stearin sawit Selama ini surfaktan MES dimanfaatkan untuk produk sabun dan deterjen, sehingga
disyaratkan produk dengan warna pucat, namun untuk aplikasi EOR tidak disyaratkan warna surfaktan yang pucat, sehingga pemucatan surfaktan MES stearin untuk aplikasi EOR tidak diperlukan.
Karakteristik surfaktan MES stearin sawit dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Karakteristik surfaktan MES stearin sawit
No. Karakteristik
Nilai Satuan
1 Warna
3.759 A
2 Densitas
0.9836 gcm
3
3 Viskositas
0.975 cP
4 pH
7.20 -
4.2 Formulasi Larutan Surfaktan MES Stearin Untuk EOR
Dalam penelitian ini, formula surfaktan MES stearin diformulasikan sepenuhnya menggunakan fluida air injeksi, air formasi, dan minyak bumi yang berasal dari Lapangan Ty untuk mendapatkan
nilai IFT terbaik dan sesuai dengan kebutuhan reservoir Lapangan Ty. Hal tersebut dikarenakan rancangan formula akan berbeda-beda untuk tiap-tiap sumurlapangan tergantung pada kondisi
geologisnya, selain itu jika formulasi dilakukan menggunakan fluida yang bukan berasal dari lapangan Ty maka hasil pengujian tersebut akan memberi hasil yang tidak sesuaitidak valid.
26 Pembuatan formula merupakan tahapan awal penelitian yang bertujuan untuk mendapatkan
formula surfaktan yang stabil dan memenuhi ketentuan untuk dapat diaplikasikan pada lapangan. Dalam formulasi larutan MES stearin, langkah pertama adalah mengamati kompatibilitas surfaktan
terhadap air injeksi Lapangan Ty uji kompatibilitas dengan cara melarutkan sejumlah surfaktan kedalam air injeksi, apabila surfaktan larut sempurna dan tidak terdapat presipitasiendapan yang
terbentuk, menandakan surfaktan cocokkompatibel terhadap air injeksiformasi lapangan Ty. Dilanjutkan dengan tahapan terstruktur dalam penentuan optimal salinitas dan optimal alkali untuk
formula surfaktan, diharapkan formula tersebut mampu menurunkan tegangan antar muka minyak- driving fluid
air formasiinjeksi mencapai nilai terrendah yang mencapai nilai ultra-low interfacial tension
10
-2
dynecm. Hal ini disyaratkan karena dengan nilai IFT yang sangat rendah akan memperbesar nilai capillary number, serta merubah kondisi batuan suka minyak oil wet menjadi
suka air water wet agar produksi minyak dapat mencapai potensi yang optimal. Dalam formulasi, MES stearin dilarutkan dalam air injeksi lapangan Ty dengan konsentrasi
MES 0.3. Penentuan konsentrasi MES pada 0.3 ini didasari dari penelitian terdahulu yang dilakukan oleh Hambali et al. 2009 bahwa nilai tegangan antarmuka IFT terbaikterkecil dari MES
diperoleh pada tingkat konsentrasi 0.3 di tingkat salinitasNaCl air injeksi 0-15.000 ppm. Dalam tahap formulasi, konsentrasi MES 0.3 surfaktan MES dari stearin sawit dilakukan pengujian nilai
optimal salinitas dengan menguji nilai IFT formula MES 0.3 pada tingkat salinitas pada 0-15000 ppm dengan interval 1000 ppm untuk mengetahui nilai optimal yang menurunkan tegangan antar
muka formula pada nilai terkecil. Penentuan optimal salinitas ditujukan untuk mendapatkan nilai salinitas optimal NaCl untuk larutan surfaktan dalam mendapatkan nilai IFT terbaikkecil. Penentuan
salinitas optimal juga dilakukan untuk melihat sejauh mana ketahanan surfaktan MES stearin terhadap pengaruh salinitas.
Dalam tahap formulasi diperbolehkan penambahan alkali, alkali yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah NaOH, dan Na
2
CO
3
dengan batas penggunaan maksimal 1. Penggunaan alkali ini bertujuan untuk membantu penurunan nilai tegangan antar mukaIFT pada formula MES 0.3
pada salinitas optimal air injeksi surfaktan dengan cara menekan konsentrasi ion Ca
2+
dalam larutan dan melalui pembentukan petroleum soap dari reaksi in situ dari asam naftenat minyak bumi. Dari
kedua alkali yang digunakan, dilakukan pemilihan alkali yang paling baik dan cocok terhadap larutan surfaktan MES stearin, karena belum dapat dipastikan penambahan alkali akan memberikan reaksi
menurunkan atau meningkatkan nilai IFT larutan surfaktan dan minyak lapangan Ty, jika alkali yang ditambahkan dapat menurunkan IFT mencapai nilai terendah yang dapat diperoleh, maka jenis alkali
tersebutlah yang terpilih dan dapat digunakan sampai batas maksimal 1. Formula dengan nilai ultra- low interfacial tension
10
-2
dynecm merupakan formula yang diharapkan dalam aplikasi EOR, formula tersebut selanjutnya akan di uji dengan menggunakan beberapa uji kinerja formula surfaktan
kelakuan fasaphase behaviour, thermal stability, filtration test, dan core flooding test. Pengujian salinitas optimal larutan surfaktan MES stearin sawit dilakukan pada tingkat
salinitas air injeksi 0-15000 ppm NaCl dengan interval 1000 ppm, dan minyak bumicrude oil lapangan Ty. Dari hasil pengukuran IFT didapati penurunan nilai IFT dihasilkan dengan penambahan
konsentrasi NaClsalinitas pada larutan surfaktan MES stearin 0.3. Nilai IFT larutan surfaktan MES stearin sebelum penambahan NaCl adalah 2.97E-02 dynecm, berubah menjadi 1.43E-02 dynecm
setelah penambahan tingkat salinitas 3000 ppm. Hasil pengukuran nilai IFT ini membuktikan bahwa nilai salinitas pada tingkat tertentu mempengaruhi nilai IFT suatu larutan surfaktan. Nilai IFT pada
tingkat salinitas 3000 ppm merupakan tingkat salinitas optimal dengan nilai IFT rata-rata terrendah yang diperoleh dari pengujian, sehingga nilai salinitas optimal larutan surfaktan MES stearin berada
27 ditingkat salinitas 3000 ppm. Pengaruh tingkat salinitas terhadap dari nilai IFT dapat di lihat pada
Gambar 13.
Gambar 13. Pengaruh salinitas terhadap nilai IFT formula surfaktan MES dari stearin. Pada konsentrasi 3000 ppm nilai IFT yang berada pada nilai terendah, diduga pada konsentrasi
itu elektrolit dari NaCl ion Na
+
dan Cl
-
yang ditambahkan mampu menstabilkan mikroemulsi dan mempengaruhi kelakuan fasa larutan surfaktan, sehingga nilai IFT optimal dapat dicapai. Peningkatan
konsentrasi NaCl ion monovalent berhubungan erat dengan peningkatan kekuatan ikatan ionik surfaktan MES meningkat untuk mengikat dan mengadsorpsi ion divalent Ca
2+
dan Mg
2+
dari air injeksi kedalam micelle melalui pertukaran kation. Penambahan konsentrasi salinitas NaCl lebih tinggi
dari 3000 ppm tidak menyebabkan nilai IFT surfaktan MES menjadi lebih rendah daripada nilai yang dicapai pada 3000 ppm, hal tersebut menandakan konsentrasi NaCl optimal pada 3000 ppm. Demikian
pula dengan nilai densitas, penambahan tingkat salinitas yang makin besar akan meningkatkan nilai densitas formula.
Nilai densitas menyatakan kerapatan antar molekul dalam suatu material yang didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara massa dan volume material gcm
3
. Grafik nilai densitas larutan surfaktan pada tahap salinitas optimal dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Pengaruh salinitas terhadap densitas larutan surfaktan MES stearin dalam air injeksi Lapangan Ty.
Berdasarkan grafik di atas diketahui bahwa peningkatan salinitas berbanding lurus dengan nilai densitas larutan surfaktan. Semakin tinggi tingkat salinitas yang digunakan maka semakin tinggi pula
nilai densitas yang dihasilkan oleh larutan surfaktan. Peningkatan densitas mengindikasikan telah 0.00E+00
5.00E-03 1.00E-02
1.50E-02 2.00E-02
2.50E-02 3.00E-02
3.50E-02
3000 6000
9000 12000
15000
IF T
dy necm
Salinitas ppm
0.9820 0.9840
0.9860 0.9880
0.9900 0.9920
0.9940 0.9960
3000 6000
9000 12000
15000
Densi ta
s g
ra m
cm
3
Salinitas ppm
28 terjadinya peningkatan bobot molekul akibat adanya pengikatan senyawa lain. Nilai densitas larutan
surfaktan MES stearin 0.3 tanpa penambahan salinitasNaCl memiliki densitas 0.9841 grcm
3
, dan terjadi kenaikan nilai densitas larutan pada penambahan salinitas pada 0-15000 ppm dengan interval
1000 ppm dihasilkan densitas larutan yang berada pada kisaran nilai 0.9850 - 0.9946 grcm
3
. Kenaikan densitas larutan surfaktan akibat penambahan salinitas berpengaruh terhadap peningkatan
nilai IFT formula, dikarenakan perbedaan densitas antara larutan surfaktan dan densitas minyak yang semakin besar saat pengukuran nilai IFT. Perbedaan densitas antara fasa dua fasa tersebut
menyebabkan nilai IFT yang terukur makin meningkat dengan mengikuti persamaan Y=14.w
2
.D
3
. Δρ,
dimana y= IFT dynem, w= kecepatan angular rpm, D= radius droplet pada axis m, dan Aρ=perbedaan densitas antara dua fasa kgm
3
. Tahapan selanjutnya adalah tahap pemilihan alkali, dilakukan dengan mengkombinasikan
alkali NaOH natrium hidroksida atau Na
2
CO
3
natrium karbonat ke dalam larutan MES stearin 0.3 pada optimal salinitas. Diharapkan dengan penambahan diantara kedua alkali tersebut,
diharapkan menghasilkan nilai IFT formula surfaktan MES stearin yang sangat rendah yang mengindikasikan surfaktan MES memiliki kinerja yang baik. Kinerja yang baik tersebut didasarkan
pada kombinasi dari alkali dan surfaktan alkaline-surfactant flooding yang memungkinkan surfaktan dan alkali yang mampu untuk bekerja dengan sinergis dalam menurunkan IFT. Dari hasil pengukuran
nilai IFT, penambahan NaOH menghasilkan nilai IFT pada kisaran 2.67E-02 - 1.57E-01 dynecm, sementara penambahan Na
2
CO
3
menghasilkan kisaran IFT yang lebih rendah yaitu 7.88E-03 - 1.33E- 02 dynecm, berdasarkan nilai IFT yang dihasilkan, disimpulkan bahwa alkali baik yang cocok untuk
dikombinasikan pada surfaktan MES stearin adalah Na
2
CO
3
, grafik hasil pengukuran nilai IFT terhadap alkali NaOH dan Na
2
CO
3
dapat dilihat pada Gambar 15 dan Gambar 16.
Gambar 15. Pengaruh alkali NaOH pada berbagai konsentrasi terhadap nilai IFT larutan surfaktan MES stearin pada salinitas 3000 ppm.
Dari hasil pengukuran diketahui bahwa nilai IFT seperti pada Gambar 15, dari grafik menunjukkan bahwa penambahan NaOH memberikan efek meningkatnya nilai IFT ketika
penambahan konsentrasi NaOH dalam larutan surfaktan. Berbeda halnya dengan penambahan alkali Na
2
CO
3
, pengukuran nilai IFT memberikan hasil yang lebih rendah nilai IFT tersebut telah memenuhi nilai IFT yang diharapkan untuk formulasi surfaktan untuk EOR 10
-3
dynecm. Hasil pengujian terhadap larutan surfaktan MES stearin yang ditambahkan alkali Na
2
CO
3
dapat dilihat di Gambar 13 dibawah ini.
0.00E+00 5.00E-02
1.00E-01 1.50E-01
2.00E-01 2.50E-01
3.00E-01
0.2 0.4
0.6 0.8
1
IF T
dy necm
Konsentrasi NaOH
29 Gambar 16. Pengaruh alkali Na
2
CO
3
pada berbagai konsentrasi terhadap nilai IFT larutan surfaktan MES stearin pada salinitas 3000 ppm.
Grafik perbandingan pengukuran nilai IFT kedua alkali tersebut dapat dilihat pada Gambar 17.
Gambar 17. Grafik perbandingan penambahan alkali NaOH dan Na
2
CO
3
terhadap nilai IFT larutan MES stearin pada salinitas 3000 ppm.
Dari Gambar 17 di atas menunjukkan perbandingan pengaruh peningkatan konsentrasi alkali Na
2
CO
3
NaOH pada larutan surfaktan MES stearin terhadap nilai IFT yang dihasilkan, hasil pengukuran IFT pada tingkat konsentrasi yang sama memberikan nilai IFT yang berbeda. Nilai IFT
lebih rendah diperoleh dari penambahan Na
2
CO
3
, sedangkan dengan penambahan NaOH nilai IFT cenderung meningkat pada tiap peningkatan konsentrasi. Dari hasil perbandingan nilai IFT tersebut
dapat disimpulkan bahwa penambahan Na
2
CO
3
dapat membantu menurunkan nilai IFT larutan surfaktan MES stearin dalam air injeksi lapangan Ty. Nilai terendah yang didapat dari penambahan
konsentrasi optimal Na
2
CO
3
berada pada konsentrasi 0.1 dengan nilai IFT rata-rata yang dihasilkan mampu mencapai 7.88E-03 dynecm, lebih rendah dibanding nilai tegangan antarmuka terbaik
sebelum penambahan alkali, yaitu sebesar 1.43E-02 dynecm. Penambahan konsentrasi Na
2
CO
3
lebih tinggi dari 0.1 tidak berdampak pada penurunan nilai IFT, bahkan nilai IFT cenderung mengalami
peningkatan. Dari hasil pengukuran nilai IFT tersebut dapat disimpulkan bahwa konsentrasi optimal alkali Na
2
CO
3
berada pada 0.1, dan formula larutan surfaktan MES stearin terpilih adalah larutan 0.00E+00
2.00E-03 4.00E-03
6.00E-03 8.00E-03
1.00E-02 1.20E-02
1.40E-02 1.60E-02
0.2 0.4
0.6 0.8
1
IF T
dy necm
Konsentrasi Na
2
CO
3
0.00E+00 5.00E-02
1.00E-01 1.50E-01
2.00E-01 2.50E-01
3.00E-01
0.2 0.4
0.6 0.8
1
IF T
dy necm
Konsentrasi
Natrium Hidroksida Natrium Karbonat
30 surfaktan MES dengan konsentrasi 0.3, pada salinitas 3000 ppm NaCl, dan alkali 0.1 Na
2
CO
3
, karena memiliki nilai IFT terbaik.
Salinitas optimal pada 3000 ppm membuat surfaktan MES stearin dapat digolongkan kedalam surfaktan yang memiliki kemampuan optimal pada tingkatan low salinity 10.000 ppm, hal tersebut
membuat surfaktan MES stearin tidak membutuhkan banyak NaCl untuk mengkondisikan formula pada salinitas optimalnya ekonomis. Begitupula dengan pada optimal alkali, hasil pengujian
menunjukkan bahwa penambahan 0.1 Na
2
CO
3
merupakan kombinasi konsentrasi optimal alkali untuk larutan surfaktan, sehingga formula dapat dikatakan merupakan formula yang ekonomis namun
memiliki kinerja baik dalam menurunkan nilai IFT. Sama halnya dengan peningkatan nilai densitas yang terjadi pada peningkatan konsentrasi NaClsalinitas, dengan peningkatan konsentrasi alkali yang
digunakan Na
2
SO
3
dan NaOH berdampak pada peningkatan densitas. Peningkatan densitas larutan surfaktan diakibatkan penambahan bobot molekul formula dari konsentrasi alkali yang juga
meningkat. Penambahan konsentrasi NaOH kedalam larutan MES stearin menyebabkan peningkatan pH yang cukup besar berkisar 9.23 - 10.31, hal tersebut dikarenakan NaOH merupakan basa kuat yang
memiliki alkalinitas yang tinggi sehingga ketika dilarutkan akan meningkatkan kekuatan ionik larutan dan meningkatkan pH larutan, dan menghasilkan kisaran densitas berkisar 0.9873 - 0.9956 grcm
3
. Sementara itu penambahan Na
2
CO
3
menghasilkan larutan kisaran pH 8.86 – 9.15 lebih rendah dari pH
yang dihasilkan oleh NaOH pada larutan serta menghasilkan densitas larutan yang juga lebih kecil yang berkisar pada 0.9868 - 0.9941 grcm
3
. Hasil pengukuran densitas larutan surfaktan MES stearin terhadap konsentrasi penambahan alkali dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18. Pengaruh konsentrasi alkali terhadap densitas larutan surfaktan MES stearin. Dari Gambar 18 diketahui bahwa penambahan NaOH menyebabkan kenaikan densitas yang
lebih besar dibandingkan dengan penambahan Na
2
CO
3
. Faktor densitas merupakan salah satu parameter yang dapat mempengaruhi nilai IFT antara fasa minyak dan larutan surfaktan, hal ini
berkaitan dengan selisih densitas antara fasa minyak dan surfaktan. Semakin kecilnya perbedaan densitas kedua fasa maka nilai IFT cenderung menghasilkan nilai IFT yang rendah.
4.3 Uji Kinerja Formula Surfaktan MES
