BASE OIL BARU BUATAN DALAM NEGERI YANG TIDAK BERSIFAT TOKSIK UNTUK LUMPUR BERBAHAN DASAR MINYAK (OBM)

Transkripsi

1 IATMI PROSIDING, Simposium Nasional Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia (IATMI) 2005 Institut Teknologi Bandung (ITB), Bandung, November BASE OIL BARU BUATAN DALAM NEGERI YANG TIDAK BERSIFAT TOKSIK UNTUK LUMPUR BERBAHAN DASAR MINYAK (OBM) Rudi Rubiandini; Teknik Perminyakan ITB Widrajat A, danyakob W; Pertamina Galih C., Deni Efrial, dan Yosep Dimas; Teknik Perminyakan ITB ABSTRAK Seiring dengan bertambahnya kedalaman sumur yang ingin dicapai dalam melakukan pemboran sumur minyak dan gas, maka masalah yang dihadapi adalah makin tingginya temperatur karena gradient geothermal. Ditambah lagi apabila lapisan yang ditembus bermasalah dengan clay swelling. Untuk itu diperlukan lumpur pemboran yang bisa digunakan untuk menghadapi masalah-masalah tersebut. Salah satunya adalah lumpur berbahan dasar minyak atau Oil Based Mud (OBM). Seperti yang kita ketahui bahwa lumpur OBM memiliki kelebihan dibanding lumpur berbahan dasar air atau Water Based Mud (WBM) terutama dalam permasalahan yang dihadapi diatas. Tetapi penggunaan lumpur OBM memiliki dampak terhadap ekologi, karena bahan dasar (base oil) yang biasa digunakan adalah diesel oil atau solar. Karena tingginya kadar aromatic dalam diesel oil atau solar menyebabkan diesel oil tersebut bersifat toksik. Untuk itu diperlukan alternatif lain dalam penggunaan diesel oil untuk base oil OBM, maka digunakanlah mineral oil. Mineral oil merupakan produk dari hidrokarbon yang telah mengalami proses lebih lanjut sehingga kadar aromatik dapat dikurangi agar sifat toksiknya berkurang. Selama ini Indonesia dalam penggunaan lumpur OBM menggunakan mineral oil dari luar negeri. Maka dari itu Indonesia sedang mencoba produk mineral oil dalam negeri untuk digunakan sebagai base oil lumpur OBM. Dari hasil uji sifat fisik dan kimia, base oil tersebut memiliki nilai flash point dan viskositas kinematis yang tinggi, serta tidak bersifat toksik. Base oil tersebut juga diuji drilling fluid performance-nya dan hasilnya ternyata dapat diaplikasikan di lapangan. Penggunaan mineral oil dalam negeri tersebut diharapkan menjadi langkah awal dalam pengembangan produk dalam negeri. PENDAHULUAN Lumpur yang biasa digunakan untuk operasi pemboran sumur minyak dan gas serta panas bumi ada dua jenis, yaitu lumpur berbahan dasar air tawar (water base mud/wbm) dan lumpur berbahan dasar minyak (oil base mud/obm). Perbedaan utama pada kedua jenis lumpur tersebut adalah fasa kontinunya, untuk WBM fasa kontinunya air dan filtrat yang dihasilkan juga air, sedangkan OBM fasa kontinunya minyak. Penggunaan lumpur berbahan dasar minyak memberi keuntungan dibanding lumpur berbahan dasar air dalam hal berikut : - Stabil pada temperatur tinggi. - Sesuai untuk zona yang memiliki swelling potential yang tinggi. - Memiliki sifat pelumasan yang baik, cocok untuk directional drilling. - Tidak menyebabkan korosi pada peralatan pemboran. - Dapat digunakan sebagai packer fluid maupun completion fluid. - Stabil terhadap kontaminasi salt, H 2 S dan CO 2. - Dapat digunakan kembali (reusable). Sedangkan kekurangannya adalah bahwa penggunaan dari OBM memiliki pengaruh buruk pada lingkungan, karena biasanya digunakan diesel oil sebagai fasa kontinu dari OBM. Karena tingginya kadar aromatik dalam diesel oil atau solar menyebabkan diesel oil tersebut bersifat toksik. Untuk itu diperlukan alternatif lain dalam penggunaan diesel oil untuk base oil OBM, maka digunakanlah mineral oil. Mineral oil merupakan produk dari hidrokarbon yang telah mengalami proses lebih lanjut sehingga kadar aromatik dapat dikurangi agar sifat toksiknya berkurang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penggunaan mineral oil buatan 1

2 dalam negeri tersebut sebagai base oil lumpur berbahan dasar minyak. Metodologinya adalah pengujian sifat fisik dan kimia dari base oil tersebut yang meliputi flash point, aniline point, boiling point, kemudian hasilnya akan dibandingkan dengan saraline. Apabila base oil tersebut memenuhi, maka pengujian selanjutnya adalah uji sifat rheology lumpur OBM dengan base oil yang telah diuji sifat fisik dan kimianya. Hasil akhir penelitian ini adalah mineral oil buatan dalam negeri tersebut dapat digunakan sebagai base oil untuk lumpur OBM yang tidak bersifat toksik. KOMPONEN OIL MUD Lumpur berbahan dasar minyak (OBM) biasa digunakan untuk operasi pemboran yang sulit. Perbedaan utama lumpur berbahan dasar air dan lumpur berbahan dasar minyak adalah pada fasa kontinunya. Lumpur OBM menggunakan oil sebagai fasa kontinu. Komponen utama lumpur OBM adalah minyak atau base oil, air, CaCl 2, primary emulsifier, viscosofier, fluid loss control, lime, material pemberat, secondary emulsifier dan wetting agent. 1. Base oil Oil merupakan komponen utama dan sebagai fasa kontinu dalam lumpur OBM. Sifat fisik dan kimia dari oil antara lain : Flash Point menunjukan temperatur ketika oil tersebut mulai terbakar. Flash point yang rendah akan lebih mudah terbakar. Jadi, base oil tersebut harus memiliki flash point yang tinggi. Aniline Point menunjukan kemampuan dari base oil untuk bereaksi dengan karet yang dapat menyebabkan rubber swelling. Lebih tinggi aniline point akan bersifat kurang melarutkan karet. Karena peralatan pemboran seperti, BOP seal, piston pompa, packer dll kebanyakan terbuat dari bahan karet, sehingga aniline point dari base oil harus tinggi. Boiling Point menunjukan temperatur tertinggi dari base oil mulai mendidih. Boiling point ini berhubungan dengan ketahanan dari base oil terhadap temperatur. Makin tinggi boiling point dari base oil, maka ketahanan dari base oil tersebut terhadap temperatur makin kuat. Hasil pengujian sifat fisik dan kimia ditunjukan pada Tabel 1. Dari hasil pengujian sifat fisik dan kimia dari base oil dengan menggunakan mineral oil tersebut dapat digunakan sebagai base oil, karena dari hasil pengujian diperoleh bahwa memiliki nilai flash point maupun aniline point yang tinggi dengan base oil pembandingnya adalah saraline. 2. Air Air ini digunakan untuk menghidrasi clay atau sebagai viscosifier guna pengaturan rheology. 3. CaCl 2 CaCl 2 dilarutkan dalam air sebagai brine untuk salinitas. 4. Primary emulsifier Primary Emulsifier untuk membentuk emulsi yang stabil. Emulsifier memungkinkan terjadinya dispersi dari dua fluida yang tidak saling campur, membentuk fasa internal dan eksternal. 5. Viscosifier Viscosifier digunakan untuk membuat suspensi dan menjaga kapasitas dari suspensi di dalam lumpur minyak. 6. Fluid loss control Digunakan untuk menjaga integritas lubang, melindungi shale yang sensitif terhadap air. 7. Lime Lime [Ca(OH) 2 ] untuk mengontrol alkalinitas dan mengaktifkan emulsifier pada fasa internal (air) dalam emulsi. 8. Material pemberat Material pemberat (Barite) untuk menaikan densitas lumpur guna mengontrol tekanan formasi. 9. Secondary emulsifier dan wetting agent Secondary Emulsifier dan Wetting Agent digunakan agar solid dalam sistem menjadi oil-wet. UJI LABORATORIUM Pengujian lumpur yang dilakukan di laboratorium yaitu melakukan pengukuran terhadap sifat fisik dan rheology lumpur OBM dengan menggunakan base oil yang telah diuji sifat fisik dan kimianya. Komposisi lumpur diperlihatkan di Tabel 2 dimana untuk keduanya (saraline dan mineral oil) memiliki komposisi dengan takaran yang sama. Maksud dari pengujian pada tahap kedua ini adalah untuk mengetahui kecocokan dari base oil tersebut terhadap aditif-aditif yang digunakan untuk OBM, dimana hasil pengujian tersebut dibandingkan terhadap saraline yang sudah terbukti cocok terhadap aditif untuk OBM. 2

3 1. Parameter-Parameter Yang Diukur Sebelum dilakukan pengujian, sampel lumpur OBM telah dikondisikan di rolling oven selama 16 jam pada temperatur 350 o F. Berikut ini adalah parameter yang diujikan : 1. Rheology : Plastic viscosity, yield point dan gel strength. Diuji pada temperatur 175 o F 2. Densitas lumpur 3. HPHT filtration o F & ΔP=500 psi 4. Oil Water Ratio (OWR) 5. Emulsion Stability (ES) 6. Water Phase Salinity (WPS) Viskositas plastis (PV) merupakan ukuran ketahanan dari fluida lumpur pemboran untuk mengalir. Viskositas plastis diperoleh dari pengurangan dial reading pada 600 rpm terhadap dial reading pada 300 rpm. Pengujian rheology dilakukan dengan menggunakan alat Fann viscometer model 35 (Gambar 1). Satuan dari PV adalah centipoise (cp). Yield point adalah kemampuan dari fluida lumpur untuk mengangkat cutting. Harga yield point (YP) didapat dari pengurangan harga PV terhadap dial reading pada 300 rpm. Satuan dari YP adalah lb/100ft 2. Gel strength adalah kemampuan dari lumpur pemboran untuk menahan cutting pada kondisi statis. Penentuan salinitas dari lumpur pemboran penting, karena berhubungan dengan gaya hidrasi osmotic dari formasi. Salinitas lumpur tersebut dinyatakan dalam water phase salinity. Salinitas dari lumpur harus cukup tinggi untuk mencegah terjadinya hidrasi shale. Pengujian kestabilan emulsi (Emulsion Stability) bertujuan untuk mengetahui kestabilan dan tipe dari emulsi, apakah water-in-oil atau oil-in-water. Pengujian kestabilan emulsi dilakukan dengan menggunakan alat Emulsion Stability Tester (Gambar 2). Harga ES yang tinggi mengindikasikan bahwa emulsi makin stabil. Harga ES minimum yang disyaratkan adalah 400 volt. 2. Peralatan yang Digunakan Peralatan yang digunakan antara lain : 1. Timbangan digital 2. Multi mixer 3. Aging Cell 4. Rolling Oven 5. Fann Viscometer Model 35 (Gambar 1) 6. Emulsion Tester (Gambar 2) 7. Retort Kit 8. Mud Balance Pressurized 9. HPHT Filtration Loss 10. HPHT Fann Viscometer Model 70 (Gambar 3) 3. Hasil Uji Lumpur OBM Berikut ini adalah perbandingan hasil uji lumpur dengan base oil mineral oil dan saraline sebagai pembandingnya. Seperti ditunjukan pada Tabel 3. a. Harga plastic viscosity (PV) lumpur dengan mineral oil lebih besar dibanding dengan lumpur saraline. Hal ini disebabkan karena viskositas kinematis dari mineral oil yang digunakan lebih besar dari saraline. b. Harga emulsion stability (ES) dari lumpur saraline lebih besar dari mineral oil. Kedua lumpur OBM tersebut memiliki harga ES lebih besar dari 400 volt dari harga yang disyaratkan. c. Volume HPHT filtrat dari lumpur mineral oil lebih kecil dari saraline. Makin sedikit filtrat yang dihasilkan akan lebih bagus, karena filtrat yang berlebihan menyebabkan kerusakan pada formasi. d. Water phase salinity lumpur keduanya memiliki harga diatas 250 kppm dari syarat minimum. 4. Pengujian Rheology Lumpur dengan HPHT Fann Viscometer Model 70 Penentuan rheology lumpur pada kondisi HPHT bertujuan mengetahui kelakuan dari lumpur terhadap perubahan temperatur. Alat yang digunakan adalah Fann viscometer model 70 (Gambar 3). Alat ini bisa bekerja pada tekanan sampai psi dan temperatur 500 o F. Hasil pengujian sifat rheology lumpur OBM dengan menggunakan mineral oil ditunjukan pada Tabel 1. Dengan kenaikan temperatur nilai plastic viscosity, yield point dan viskositas apparent cenderung menurun, tetapi masih memiliki harga hingga temperatur 350 o F (Grafik 1). Dari hasil pengujian tersebut menunjukan bahwa lumpur berbahan dasar minyak tahan hingga temperatur tinggi. 5. Pengujian Toxicity Mineral oil merupakan produk hidrokarbon yang telah mengalami proses lebih lanjut untuk mengurangi kadar aromatik sehingga sifat toksiknya berkurang. Sifat toksik yang rendah menjadi salah satu alasan digunakannya mineral oil sebagai base fluid untuk lumpur dalam operasi pemboran sebagai pengganti diesel oil yang memiliki kadar aromatik yang tinggi 3

4 sehingga bersifat sangat toksik. Pengujian toxicity dilakukan dengan metode lethal concentration (LC 50 ) dengan hewan uji yang digunakan adalah udang windu (Gambar 4). Sebelum pengujian, masing-masing base oil dicampur dengan air laut dengan perbandingan 1:9 (oil:air laut). Campuran diaduk selama 5 menit dan didiamkan selama 1 jam. Larutan uji yang telah disiapkan berupa SPP ( Suspended Particulate Phase) kemudian didekantasi dan digunakan sebagai media uji. Dengan SPP ini dibuat beberapa pengenceranpengenceran dengan air laut/tawar untuk pengujian penentuan LC 50. Masukan hewan uji sebanyak 10 ekor kedalam setiap wadah uji. Pemasukan hewan uji dilakukan secara acak. Hasil pengujian ditabelkan pada Tabel 5. Dari hasil pengujian terlihat bahwa sampai konsentrasi diatas mg/l, hewan uji yang mati tidak mencapai 50 % sehingga untuk konsentrasi > mg/l termasuk dalam kategori non-toxic (Tabel 4). KESIMPULAN 1. Mineral oil buatan dalam negeri tersebut dapat digunakan sebagai base oil untuk lumpur OBM dan cocok dengan aditif yang ada di pasar. 2. Emulsion stability, sifat rheology dan filtration loss dapat dengan mudah diatur dengan mineral oil dalam komposisi lumpur OBM. 3. Mineral oil buatan dalam negeri tersebut tidak bersifat toksik sehingga aman terhadap ekologi. DAFTAR PUSTAKA 1. N.N. (1965), NL Baroid Mud Technology Handbook, NL Baroid/NL Industries Inc.,Houston, Texas. 2. N.N. (1984), Standard Procedure for Field Testing drilling Fluids, API Specification 13, Dallas. 3. Rubiandini, Rudi. (2001), Diktat Kuliah & Praktikum Teknik Pemboran, Penerbit ITB, Bandung. 4. McNaughton, Peter, Oil Mud In South East Asia, Paper SPE Smith, Martin., Advances in API/ISO Oil Mud Chemical Analysis Field Procedures, Paper SPE Tabel 1. Sifat Fisik dan Kimia Base Oil Parameter Mineral Oil Saraline Specific Gravity Flash Point, o F Pour Point, o F Aniline Point, o F Viskositas Kinematis,cSt Initial Boiling Point, o F Final Boiling Point, o F Kadar Aromatic, % Kadar Sulfur, % Color L0.5 0 Tabel 2. Komposisi Lumpur Material Mineral Oil Saraline Base Oil 195.0cc 195.0cc Primary Emulsifier 10.0gr 10.0gr Lime 6.0gr 6.0gr Fluid Loss Control 3.0gr 3.0gr Secondary Emulsifier 8.0gr 8.0gr Water 47.0cc 47.0cc CaCl gr 33.0gr 4

5 Viscosifier 12.0gr 12.0gr Wetting Agent 1.5gr 1.5gr Rheology Control 3.0gr 3.0gr Temperature 2.0gr 2.0gr Stabilizer Weighting Agent 295.0gr 295.0gr Tabel 3. Hasil Uji Komposisi Lumpur OBM Parameter Satuan Saraline Mineral Oil Specific Gravity Plastic Viscosity@175 o F cp Yield Point@175 o F lb/100ft Gel strength 10 /10 lb/100ft 2 53/84 25/57 HPHT Filtrate cc Water Phase Salinity kppm, Cl OWR % 75/25 83/17 Electrical Stability volt Tabel 4. Kategori Sifat Fisik Kategori Konsentrasi, mg/l Very Toxic <100 Toxic Moderate Toxic Low Toxic Non Toxic > Tabel 5. Hasil Pengujian Toxicity (LC 50 ) 5

6 Conc (ppm) Test Number of Survivor Cont Saraline Mineral Oil Letter 24 hours 48 hours 72 hours 96 hours 24 hours 48 hours 72 hours 96 hours A B A B A B A B A B A B A B Tabel 6. Rheology Pada Kondisi HPHT dengan Fann 70 RPM Temperature ( 0 F) PV (cp) YP(lb / 100 ft 2 ) μ a (cp)

7 Fann 70 PV (cp) Temperature ( o F) Fann YP (lb/100ft o F) Temperature ( o F) μ Fann μ a (cp) Temperature ( o F) Grafik 1. Pengukuran Plastic Viscosity, Yield Point dan Aparent Viscosity 7

8 Gambar 1. Fann Viscometer Model 35 Gambar 2. Emulsion Stability Tester 8

9 Gambar 3. HPHT Fann Viscometer 70 Gambar 4. Pengujian Toksisitas 9