PROBLEMA SCALE DI BEBERAPA LAPANGAN MIGAS

Transkripsi

1 PROBLEMA SCALE DI BEBERAPA LAPANGAN MIGAS Oleh : Lestari, MG Sri Wahyuni dan Ratnayu Sitaresmi Jurusan Teknik Perminyakan, Universitas Trisakti ABSTRAK Scale adalah suatu problema yang umum dijumpai pada operasi lapangan migas. Scale adalah problema produksi dalam sistim air, karena perubahan tekanan,suhu dan ph sehingga membentuk endapan atau padatan baik direservoir ataupun sepanjang pipa alir produksi minyak dan gas bumi. Sebagai bahan dalam penelitian ini adalah : Adanya masalah scale CaCO3 terjadi di lapangan A, B, C, D, E, F dan G, dengan range SI, ,3822 atau Is Terjadinya scale CaSO4 dan BaSO4 terjadi di lapangan C, dengan range S s/ d Permasalahan scale akan dapat menjadi serius apabila tidak ditangani sedini dan seefektif mungkin. Penanggulangan scale pada umumnya dilakukan dengan cara penginjeksian scale inhibitor ataupun metode pengasaman. PENDAHULUAN Problema yang umum dihadapi di Industri Perminyakan pada saat produksi minyak dan gas adalah masalah scale. Scale adalah problema produksi dalam sistim air, karena perubahan tekanan, suhu dan ph sehingga keseimbangan ionion melebihi kelarutannya dan membentuk endapan atau padatan baik di reservoir, formasi produktif ataupun sepanjang pipa alir produksi minyak dan gas bumi, baik di bawah atau diatas permukaan. Demikian pula jika terjadi dua pencampuran dari dua jenis air yang incompatible (berlainan sifat) sehingga batas kelarutan senyawa yang ada dalam campuran air formasi tersebut terlampaui maka akan terbentuk endapan scale. Macam-macam scale yang terjadi tergantung pada komposisi air formasi (kandungan ion dalam air formasi). Dari hasil analisa air formasi dapat diperoleh besaran atau kadar tiap-tiap ion penyusun air formasi. sehingga dengan beberapa metode perhitungan dapat dihitung kecenderungan air membentuk scale yang dapat dilakukan dengan beberapa metoda antara lain: metoda Scaling Index (SI) oleh Stiff Davis, Skillman dan McDonald. Adanya scale atau padatan di dalam reservoir dapat menurunkan permeabilitas batuan sehingga menurunkan produksi minyak. Jika scale menempel pada pipa alir akan menyebabkan kerusakan pipa selain menghambat laju produksi minyak dan gas bumi. Ada beberapa cara penanggulangan scale sesuai dengan jenis serta dimana endapan tersebut terbentuk. Penanggulangan scale meliputi pencegahan dan penghilangan scale apabila sudah terlanjur terjadi dapat dilakukan secara mekanis maupun kimiawi. Metode penanggulangan scale yang umum dilapangan adalah.penginjeksian scale inhibitor dan pengasaman. Dengan mengetahui jenis scale dan cara pencegahan dan penanggulangan scale dari beberapa lapangan migas dapat digunakan sebagai data base untuk menangani masalah scae di lapangan minyak dan gas yang lain Keberhasilan penanggulangan scale adalah dengan cara membandingkan laju produksi sebelum dilakukannya treatment dengan laju produksi

2 setelah treatment. Apabila laju produksi setelah treatment mengalami kenaikan maka berarti penanggulangan scale berhasil PERUMUSAN MASALAH Adanya scale atau padatan di dalam reservoir dapat menurunkan permeabilitas batuan sehingga menurunkan produksi minyak. Jika scale menempel pada pipa alir akan menyebabkan kerusakan pipa selain menghambat laju produksi minyak dan gas bumi karena scale akan mempercepat proses korosi. MAKSUD DAN TUJUAN PENELITIAN Dengan mengetahui jenis scale dan cara pencegahan dan penanggulangan scale dari beberapa lapangan migas dapat digunakan sebagai data base untuk menangani masalah scale di lapangan minyak dan gas yang lain TINJAUAN PUSTAKA Scale merupakan permasalahan yang tidak bisa dihindarkan dan harus di tangani secara serius dan berkelanjutan. Adanya endapan scale dikarenakan air formasi yang mengandung ion-ion pembentuk scale, serta pengaruh tekanan, suhu dan ph. Didalam air formasi terlarut sejumlah ion antara lain kation ( Na+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+, dan Fe3+) dan anion ( Cl-, HCO3-, SO4-, CO32- ). Kation dan anion yang terlarut didalam air bila bergabung akan membentuk suatu senyawa atau komponen. Pada suatu kondisi tertentu, yaitu bila konsentrasi dari komponen atau senyawa tersebut telah melampaui kelarutan komponen tersebut, maka komponen tersebut tidak lagi larut tetapi terpisah dari pelarutnya dan mengendap sebagai padatan. Biasanya scale secara kimiawi diklasifikasikan sebagai tipe karbonat atau sulfate. Endapan mineral yang biasa terjadi antara lain adalah adalah CaSO 4 (gypsum), BaSO 4 (Barium Sulfat), dan CaCO 3 (Calcium Carbonate). Pembentukan scale akan bertambah dan menjadi lebih keras apabila contact time semakin lama. Turbulensi juga akan meningkatkan kesenderungan terbentuknya scale. Faktor lain yang mempengaruhi pembentukkan scale antara lain adalah: tekanan, suhu, salinitas. Jumlah CO 2 yang terlarut dalam air sebanding dengan tekanan partial CO 2. Bila tekanan partial CO 2 makin besar maka ph semakin kecil dan kelarutan CaCO3 bertambah besar sehingga kecenderungan pembentukan scale semakin kecil. Pada suhu yang semakin besar maka kerarutan CaCO 3 akan berkurang. Gambar (1) dibawah menunjukkan faktor-fakltor yang mempengaruhi kelarutan scale CaCO 3 yaitu, tekanan, suhu dan kadar garam.

3 GAMBAR 1. PENGARUH TEKANAN, SUHU, KADAR GARAM TERHADAP KELARUTAN CaCO 3 Kebanyakan endapan calcium sulfate yang didapatkan dilapangan minyak sebagai gypsum (CaSO4.2H2O) yang stabil pada temperatur 40 C atau kurang pada tekanan atmosfer. Calcium sulfate atau anhydrite biasanya tidak mengendap di downhole, melainkan didalam boiler atau heater treater. Pengendapan calsium sulfat dipengaruhi antara lain oleh temperatur dan adanya NaCl atau garam-garam terlarut yang lain Kelarutan gypsum bertambah dengan kenaikan temperatur sampai 40 C, kemudian akan menurun dengan kenaikan temperatur lebih lanjut. Dengan adanya NaCl atau garam-garam terlarut yang lain, selain dari ion calcium dan sulfate akan menambah kelarutan gypsum atau anhydrite, seperti halnya CaCO3, hingga konsentrasi garam 150 gr/lt. Apabila konsentrasi garam ( NaCl ) dalam sistem lebih dari 150 gr/lt, maka akan menurunkan kelarutan CaSO4 dan mengakibatkan kemungkinan pembentukan scale yang semakin besar. Gambar (2) menunjukkan pengaruh suhu, tekanan dan kadar garam pada kelarutan calsium sulfat.

4 GAMBAR 2. PENGARUH TEKANAN, SUHU, [NaCl] TERHADAP KELARUTAN CaSO 4 Di sumur-sumur minyak biasanya endapan stronsium sulfate jarang terjadi. Sifat kelarutan SrSO4 hampir mirip dengan BaSO4, tetapi SrSO4 lebih mudah larut dibandingkan dengan BaSO4. Kelarutan SrSO4 dipengaruhi oleh ionic strength seperti yang terlihat pada gambar (3). Barium sulfate adalah scale yang paling sukar larut Kelarutan barium sulfate dalam air dapat bertambah karena adanya garam lain yang terlarut. Kelarutan Barium Sulfat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan seperti yang ditunjukkan gambar (4) GAMBAR 3. PENGARUH IONIC STRENGTH TERHADAP KELARUTAN SrSO 2

5 GAMBAR 4. PENGARUH TEKANAN, SUHU TERHADAP KELARUTAN BaSO 4 METODE PENELITIAN Mengidentifikasi adanya problem scale dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu analisa air formasi dan analisa X-Ray Difraction. Untuk memperkirakan tingkat kecenderungan air formasi membentuk scale, maka data-data tersebut harus diketahui terlebih dahulu melalui analisis air formasi di laboratorium untuk setiap contoh air formasi. PERHITUNGAN SCALING INDEX DENGAN METODA STIFF DAFIS Penentuan scaling indek dapat dicari dengan rumus : SI = ph K pca palk Dimana : SI = Scaling Index ph = ph air sebenarnya K = konstanta yang merupakan fungsi dari komposisi, salinitas dan temperature air. Harga K ini diperoleh dari hubungan grafik ionic strength dengan temperature pada gambar 5. Ionic Strength didapat dari perkalian faktor konversi ion dengan konsentrasi ion (mg/l ). Untuk menghitung Ionic Strength (G) digunakan persamaan sebagai berikut : Ionic Strength (G) = ½ ( C 1 Z C 2 Z 2 + C 3 Z CnZn 2 ) Dimana : G = Ionic strength C = Konsentrasi ion dalam mol/100 gr air Z = Valensi ion Untuk mencari harga pca dan palk digunakan persamaan-persamaan sebagai berikut: pca = log (1/ (mole Ca ++ /lt)) palk alkalinity/lt)) pca = Ln (Ca ++ ) = Log(1/ (equivalent total palk = Ln (CO3 = + HCO3 - ) total alkalinity = CO3 = + HCO3 -

6 GAMBAR 5. HUBUNGAN IONIC STRENGTH VS K K versus total ionic strength pada berbagai suhu untuk perhitungan kecenderungan pembentukan scale CaCO3 PERHITUNGAN SATURATION INDEX METODA ODDO DAN THOMPSON Saturation Indek dapat dihitung dengan rumus dibawah ini Is = [log (TCaAlk)] + ph (1.143x10-2 T) (4.72 x 10-6 T2) (4.37 x 10-5 P) (2.05 x µ 0.5 ) + (0.727 x µ ) Dimana : Is = Saturation Index TCa = konsentrasi Ca ++, moles/liter Alk = konsentrasi HCO3 -, moles/liter ph = ph air formasi T = suhu, o F P = Tekanan (psia) µ = ionic strength PERHITUNGAN KELARUTAN CaSO4 DAN BaSO4 METODE SKILLMAN MCDONALD DAN STIFF Perhitungan kelarutan CaCO 4 dapat dilakukan dengan rumus dibawah ini : S = 1000 [(X Ksp) 0.5 X] Dimana : S = kelarutan CaSO4 atau BaSO4, meq/l Ksp = knstanta kelarutan CaSO4 atau BaSO4 X = Selisih konsentrasi Ca ++ dan SO4 = atau Ba ++ dan SO4 =, molal S<S, scale cenderung terbentuk S=S, scale pada titik jenuh S<S, scale tidak terbentuk S = harga terkecil antara konsentrasi ion Ca ++ dan SO4 = atau antara Ba ++ dan SO4 = PENANGGULANGAN SCALE Ada beberapa metoda yang dapat digunakan untuk menanggulangi scale akan tetapi yang paling banyak dilakukan adalah injkesi scale inhibitor dan pengasaman.

7 Injeksi scale inhibitor. Adalah cara penanggulangan dengan menginjeksikan inhibitor yang sesuai dengan jenis scale yang ada. Jenis scale inhibitor antara lain :CAS ( Chelating Agent Solution ). Treatment dan EDTA (Ethilyene Diamine Tetra Acetic Acid) Treatment Keuntungan scale inhibitor : Banyak tersedia dipasaran Mempunyai sejarah kesuksesan yang baik di Indonesia Dapat bereaksi pada konsentrasi yang rendah. Pengasaman ( acid Job ) Adalah cara penanggulangan scale dengan menginjeksikan asam untuk melarutkan scale yang terjadi. Macam-macam metode pengasaman adalah : a. Matriks Acidizing, metode ini menginjeksikan asam dengan tekanan alir dibawah tekanan rekah formasi. Tujuannya untuk mendapatkan penetrasi radial yang uniform dari asam kedalam formasi. Kenaikan permeabilitas terjadi karena membesarnya pore spaces atau larutnya butir-butir pembuntu yang terkena asam b. Acid Fracturing, metode ini sama dengan matrik azidicing hanya berbeda pada tekanan injeksinya lebih besar dari tekanan rekah formasi. c. Acid Washing, metoda ini prinsipnya menginjeksikan asam untuk melarutkan scale. HASIL PENELITIAN Penelitian dilakukan pada contoh-contoh air yang diambil dari beberapa lapangan antara lain : 1. Lapangan A 5. Lapangan E 2. Lapngan B 6. Lapangan F 3. Lapangan C 7. Lapangan G 4. Lapngan D Hasil Analisa Air Lapangan A TABEL 1. HASIL ANALISA AIR SUMUR A-1 DAN SUMUR A-2 TEMPERATUR 206 o F, TEKANAN 1200 PSIA ph 7.25 Konstituen A-1 (mg/l) A-2 (mg/l) Sodium (Na+) Calcium (Ca++) Magnesium (Mg++) Barium (Ba++ ) Stronsium (Sr Iron (Fe3+) < Chloride (Cl-)

8 Bicarbonate (HCO3-) Sulfate (SO4=) TABEL 2. HASIL PERHITUNGAN SI DAN IS AIR FORMASI LAPANGAN A Sumur ph T(F) P(psia) SI Is A A

9 Hasil Analisa Air Lapangan B TABEL 3. HASIL ANALISA AIR SUMUR LAPANGAN B Konstituen Sumur B-1 (mg/l) B-2 (mg/l) B-3 (mg/l B-4 (mg/l) B-5 (mg/l) B-6 (mg/l) B-7 (mg/l) B-8 (mg/l) Sodium (Na+) 9, , , , ,363.1 Calcium (Ca++) Magnesium (Mg++) , Iron (Fe3+) Chloride (Cl-) 14, , , , ,465.0 Bicarbonate (HCO3-) Sulfate (SO4=) ,722.5 Carbonate (CO3-)

10 TABEL 4. VARIASI HARGA SCALING INDEX PADA SUMUR B TANGGAL NAMA SUMUR SCALING INDEX KETERANGAN 7/11/1991 B scale 26/11/1991 B scale 11/6/1982 B scale 12/6/1981 B scale 28/4/1981 B scale 3/4/1981 B scale 16/3/1981 B scale 21/5/1982 B scale Hasil Analisa Air Lapangan C TABEL 5. HASIL ANALISA AIR FORMASI LAPANGAN C Konstituen C-1 (mg/l) C-2 (mg/l) C-3 (mg/l) Sodium (Na+) Calcium (Ca++) Magnesium (Mg++) Barium (Ba++ ) Iron (Fe3+) Chloride (Cl-) Bicarbonate (HCO3-) Sulfate (SO4=)

11 Carbonate (CO3-) TABEL 6. NILAI SI CaCO3 PADA BERBAGAI SUHU SI (kelarutan CaCO3 pada berbagai suhu) SUHU O C C-1 C-2 C TABEL 7. NILAI S BaSO4 PADA BERBAGAI SUHU SUHU O F S (kelarutan BaSO4 pada berbagai suhu) C-1 C-2 C

12 TABEL 8. NILAI S CaSO4 PADA BERBAGAI SUHU SUHU ºF S (kelarutan CaSO4 pada berbagai suhu ) C-1 C-2 C

13 TABEL 9. HASIL ANALISA AIR LAPANGAN D Konstituen meq/l mg/l Sodium (Na+) Calcium (Ca++) Magnesium (Mg++) Barium (Ba++ ) Stronsium (Sr Iron (Fe3+) Chloride (Cl-) Bicarbonate (HCO3-) Sulfate (SO4=) Carbonate (CO3-) Scale Index (SI), air formasi lapangan D SI = 3.37

14 Hasil Analisa Air Lapangan E Konstituen Sodium- (Na+) Calcium (Ca++) Magnesium (Mg++) Barium (Ba++ ) Stronsium (Sr ) TABEL 10. HASIL ANALISA AIR FORMASI SUMUR E E-1 (mg/l) E-2 (mg/l) E-3 (mg/l) E-4 (mg/l) E-5 (mg/l) Iron (Fe3+) Chloride (Cl-) Bicarbonate (HCO3-) Sulfate (SO4=) Carbonate (CO3-) TABEL 11. PERHITUNGAN Is AIR FORMASI SUMUR E Sample/sumur Temp, Is E E E E

15 E Hasil Analisa Air Formasi Lapangan F. TABEL 12. KOMPOSISI AIR LAPANGAN F Komponen F-1 (mg/l) F-1 (mg/l) F-1 (mg/l) Sodium (Na+) Calcium (Ca++) Magnesium (Mg++) Iron (Fe3+) Chloride (Cl-) Bicarbonate (HCO Sulfate (SO4=) Carbonate (CO3-) TABEL 13. PERHITUNGAN IS PADA P = 1500 PSIA Temp,(F) IS F-1 IS F-2 IS F

16 TABEL 14. PERHITUNGAN IS PADA TEMPERATUR 122 F P, (psia) IS F-1 IS F-2 IS F Hasil Analisa Air Formasi Lapangan G TABEL 15. KOMPOSISI AIR FORMASI LAPANGAN G Konstituen G-1 (mg/l) G-2 (mg/l) G-3 (mg/l) G-4 (mg/l) G-5 (mg/l) Sodium (Na+) Calcium (Ca++) Magnesium (Mg++) Barium (Ba++ ) < Stronsium (Sr ) Iron (Fe3+) Chloride (Cl-)

17 Bicarbonate (HCO3-) Sulfate (SO4=) Carbonate (CO3-) TABEL 16. PERHITUNGAN HARGA SI DAN Is AIR FORMASI LAPANGAN G Sumur SI Is G-1 0.l G G G G PEMBAHASAN Range Scale beberapa lapangan minyak dan gas Dari hasil keseluruhan penentuan SI, Is dan S dari scale yang dianalisa pada ke 7 lapangan migas dapat ditentukan kisaran harga (range) masing-masing sebagai berikut : TABEL 15. NILAI RANGE SI, Is DAN S NO. LAPANGAN SCALE RANGE SI RANGE Is RANGE S 1 A CaCO B CaCO

18 3 C CaCO3 CaSO4, BaSO BaSO4 -> CaSO4 4 D CaCO E CaCO F CaCO G CaCO Jenis batuan dan scale serta penanggulangannya pada beberapa Lapangan Migas Jenis batuan setiap formasi akan menentukan jenis scale yang terbentuk serta cara penaggulangan yang dapat dilakukan. Dari hasil pengamatan pada ke 7 lapangan dapat dilihat bahwa jenis scale yang paling dominan adalah scale calsium carbonat sedang penenggulangan dengan injeksi scale inhibitor dan pengasaman. Hasil dapat ditabulasikan seperti pada tabel

19 TABEL 16. JENIS BATUAN, JENIS SCALE DAN CARA PENANGGULANGANNYA NO LAPANGAN FORMASI BATUAN JENIS SCALE PENANGGULANGAN 1 A Baturaja Carbonate, pasir, shale CaCO3 Squeze inhibitor, pengasaman ( HCl 34 %, S7271S,KCl ) 2 B Talang Akar Pasir,lempung,batubara, Scale CaCO3 lanau inhibitor(cas,edta) 3 C Lama,Gabus, Keras Pasir,serpih, lanau CaCO3 CaSO4, BaSO4 Scale inhibitor dan Pengasaman(SP- 3677SP,ATMT) 4 D Tuban Sandstone, carbonate CaCO3 Scale inhibitor (HCl,PRC) 5 E Sihapas Pasir, lempung, lanau, batu bara CaCO3 Scale inhibitor (Phosponate Scaletreat 5843, Gyptron 311 dan Stalin 308) 6 F Parigi Gamping, serpih CaCO3 Pengasaman dengan HCl dan surfactant solution serta crude oil 7 G Talang Akar Pasir,kalsit, dolomite CaCO3 Squezee Scale inhibitor (Scaletreat ESL CEATROS)

20 KESIMPULAN 1. Dari data analisa air formasi 7 lapangan migas yang diteliti dapat disimpulkan bahwa scale yang dominan adalah scale CaCO3, hanya satu lapangan yakni lapangan C yang terindikasi adanya scale CaSO4 dan BaSO4 dengan S berturut-turut dan Range Scale Index (SI), Saturation Index (Is), bervariasi, tetapi secara keseluruhan range SI, Is berturutturut adalah ( ) dan Penanggulangan scale secara kese;luruhan dengan injeksi scale inhibitor kecuali untuk scale CaSO4 dan Scale BaSO4 ditanggulangi dengan pengasaman DAFTAR PUSTAKA 1. Amyx; Petroleum Reservoir Engineering, Chapter 6 Mc Graw HillnBook Company, New York Lestari, Sumantri; Kimia Fisika Hidrokarbon, Bab VII, Teknik Perminyakan, Fakultas Teknologi Mineral, Universitas Trisakti, O Allen; Oil Field Water System 4. Tugas Akhir Mahasiswa ; Problema Scale pada Beberapa Lapangan Minyak dan Gas Bumi, Jurusan Teknik Perminyakan, FTKE, Universitas Trisakti.