PENINGKATAN PEROLEHAN MINYAK DENGAN INJEKSI GAS CO 2 DAN SURFAKTAN SECARA SEREMPAK

Transkripsi

1 IATMI PROSIDING, Simposium Nasional Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia (IATMI) 2005 Institut Teknologi Bandung (ITB), Bandung, November SARI PENINGKATAN PEROLEHAN MINYAK DENGAN INJEKSI GAS CO 2 DAN SURFAKTAN SECARA SEREMPAK Letty Brioletty; PPPTMGB LEMIGAS Septoratno Siregar; Teknik Perminyakan ITB Edward ML Tobing; PPPTMGB LEMIGAS Penggunaan foam sebagai pengontrol conformance bidang front pada proses pendesakan injeksi fluida ke dalam reservoir minyak, merupakan salah satu cara untuk meningkatkan perolehan minyak. Pada prinsipnya, pendesakan foam untuk menstabilkan bidang front atau memperlambat terjadinya fingering pada bidang front, dan pada gilirannya foam tersebut akan meningkatkan effisensi penyapuan secara horizontal maupun vertical. Sebagai kajian awal, telah dilakukan serangkaian percobaan di laboratorium untuk menemukan kombinasi optimum antara surfaktan dan gas CO 2 (komposisi dalam Volume Pori) yang diinjeksikan secara serempak kedalam media berpori. Selanjutnya diamati juga seberapa besar pengaruh surfaktan membantu gas CO 2 untuk dapat bercampur dengan minyak selama proses pendesakan berlangsung. Model media berpori yang dikembangkan adalah sand pack yang mempunyai dimensi panjang 215 cm, diameter 1.5 cm, porositas %, permeabilitas (Ka) 2697 md dan ukuran batu pasir 100 mesh. Kondisi pendesakan dilakukan pada tekanan 2205 psig dan suhu 74 o C. Minyak mentah yang digunakan mempunyai densitas 50.1 o API. Sedangkan surfaktan sebagai pembentuk foam termasuk jenis yang larut dalam air (water soluble). Dan foam dalam percobaan ini terbentuk secara mekanis yaitu dengan mengalirkan larutan surfaktan dan gas CO 2 secara serempak melalui media berpori tersebut. Empat rangkaian percobaan pilihan dilakukan dengan menggunakan komposisi perbandingan 1(satu) untuk surfaktan dan 4(empat) untuk gas CO 2, yaitu 0.05 Volume Pori 1 surfaktan dengan 0.2 Volume Pori gas CO 2, 0.1 Volume Pori surfaktan dengan 0.4 Volume Pori gas CO 2, 0.15 Volume Pori surfaktan dengan 0.6 Volume Pori gas CO 2, dan 0.2 Volume Pori surfaktan dengan 0.8 Volume Pori gas CO 2. Berdasarkan percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa, pertambahan perolehan minyak yang optimum adalah sebesar 6.82 persen Volume Pori untuk kombinasi pendesakan 0.15 Volume Pori surfaktan dan 0.6 Volume Pori gas CO 2. I. PENDAHULUAN Gas CO 2 merupakan fluida pendesak yang sangat ideal untuk beberapa jenis minyak, karena gas tersebut dapat bercampur dengan minyak pada zona transisi untuk mencapai pendesakan atau efisiensi penyapuan yang sempurna. Hal ini telah terbukti pada skala mikroskopis di laboratorium dengan menggunakan slimtube (6, 7, 8). Kenyataan di lapangan menunjukkan bahwa sangat jarang ditemukan efisiensi penyapuan yang tinggi seperti pada skala mikrokopis di laboratorium, walaupun pada kondisi tekanan tercampur (6, 9). Pada tekanan dan suhu reservoir, harga viskositas gas CO 2 sepuluh sampai limapuluh kali lebih rendah dibandingkan dengan viskositas minyak. Dengan perbandingan harga viskositas tersebut, maka bidang front yang terbentuk pada injeksi gas CO 2 dalam reservoir minyak dengan mudah membentuk viscous atau gas fingering. Gas fingering tersebut bergerak lebih cepat dari minyak dan air, dan cenderung mengalir pada bagian batuan yang lebih permeable, sehingga akan memotong jalur fluida reservoir oleh gas CO 2 saat injeksi berlangsung. Gas fingering ini tidak hanya menurunkan efisiensi penyapuan, tetapi juga

2 mempercepat terjadinya breakthrough atau terproduksinya gas CO 2 secara dini. Jadi, terdapat dua hal yang mengurangi ketidakefektifan injeksi gas CO 2, yaitu : (1). Permeabilitas reservoir yang bervariasi, dan (2). Perbandingan mobilitas fluida pendesak dan fluida didesak kurang menguntungkan. (1) Selain hal diatas, injeksi gas CO 2 kurang efektif bila daerah pencampuran minyak dan gas CO 2 yang cukup luas dan jumlah hidrokarbon ringan yang cukup banyak, sehingga tidak terjadi pencampuran secara miscible (5). Sehingga komponen hidrokarbon berat akan terpisah dan terperangkap pada batuan reservoir di daerah penyapuan (2). Salah satu metoda untuk mengurangi penggunaan gas CO 2 secara kontinu adalah dengan slug gas CO 2 dan air. Tujuan metoda tersebut adalah untuk mengurangi fingering gas CO 2 dengan cara memperlambat mobilitas gas CO 2. Selain dapat memperlambat mobilitas gas CO 2, akan tetapi minyak dapat terjebak akibat peningkatan mobilitas air dan menurunkan ektraksi komponen hidrokarbon dari minyak. (1) Selain metoda diatas, penggunaan campuran gas CO 2 -Surfaktan dalam bentuk foam semakin banyak diterapkan pada teknologi Enhanced Oil Recovery (EOR). Hal tersebut dilakukan untuk mengontrol mobilitas CO 2 yang dapat menyebabkan ketidakstabilan pada bidang front dan dapat menyebabkan terjadinya breakthrough gas CO 2 secara dini, terutama untuk reservoir yang heterogen. Dua keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan pendesakan CO 2 Surfactant tersebut, yaitu : (1). Dapat mengurangi atau menekan terjadinya fingering pada formasi yang disebabkan oleh ketidak-stabilan pada pendesakan di bidang front, dan (2). Dapat mengurangi adanya channeling yang dapat terjadi karena formasi batuan yang bersifat heterogen. Hasil penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa perubahan aliran pada pendesakan gas CO 2 -Surfaktan dalam bentuk foam dapat menurunkan pengaruh segregasi gas pada bidang front, sehingga akan memperlambat mobilitas gas CO 2 dan dapat meningkatkan efisiensi pendesakan. Dan karena foam terdiri dari 85 % sampai 95 % gas, berarti hanya ada sejumlah kecil air yang dapat mengurangi gerakan gas CO 2. Kedua faktor ini yang akan menaikkan tingkat perolehan minyak karena adanya perbaikan perbandingan (1,3, 4) mobilitas. Pada pendesakan gas CO 2 -surfaktan akan terjadi foam like dispersion gas dalam fasa cair. Campuran ini akan menghasilkan lamellae/bubble film yang terdiri dari sejumlah gas yang diselimuti oleh cairan tipis. Foam tersebut masuk kedalam pori batuan dengan laju yang lebih lambat dibandingkan bila gas CO 2 tersebut diinjeksikan tanpa surfaktan. Selain itu, foam tersebut dapat meningkatkan saturasi gas yang terperangkap, dan saturasi minyak akan berkurang. Dengan demikian bila semakin banyak saturasi gas yang terperangkap, maka dapat mengurangi mobilitas gas. Disamping itu, penggunaan foam pada teknologi EOR dapat menurunkan tegangan antar muka air-minyak dan meningkatkan derajat kebasahan minyak pada permukaan batuan. Jadi hanya foam saja yang dapat mengatasi kondisi dimana saturasi minyak rendah atau saturasi air tinggi, dan hal tersebut sangat berpengaruh pada zona yang akan tersapu oleh air (waterflood zones). II. LANGKAH KERJA PERCOBAAN Untuk menghasilkan kualitas foam antara %, maka dibutuhkan komposisi pencampuran surfaktan dan gas CO 2 yang tepat yaitu 1 bagian untuk surfaktan dan 4 bagian untuk gas CO 2. Empat komposisi yang dikembangkan adalah 0.05 Volume Pori (VP) surfaktan dan 0.2 Volume Pori (VP) gas CO 2, 0.1 Volume Pori (VP) surfaktan dan 0.4 Volume Pori (VP) gas CO 2, 0.15 Volume Pori (VP) surfaktan dan 0.6 Volume Pori (VP) gas CO 2, serta 0.2 Volume Pori (VP) surfaktan dan 0.8 Volume Pori (VP) gas CO 2. Percobaan dilakukan dengan mengembangkan model media berpori berbentuk sand pack yang mempunyai dimensi panjang 215 cm dan diameter 1.5 cm dengan ukuran batu pasir sebesar 100 mesh. Porositas sand pack tersebut sebesar %, dan permeabilitas absolut (Ka) 2697 md. Dan rangkaian peralatan percobaan dapat dilihat pada gambar-1. Kondisi pendesakan dilakukan pada tekanan 2205 psig dan suhu 74 o C. Densitas minyak mentah yang digunakan adalah 50.1 o API. Sedangkan surfaktan sebagai pembentuk foam termasuk jenis yang larut dalam air (water soluble). Foam dalam percobaan ini terbentuk secara mekanis yaitu dengan mengalirkan larutan surfaktan dan gas CO 2 secara serempak dengan laju alir masingmasing 16 cc/jam dan 4 cc/jam yang kemudian diikuti dengan menginjeksikan air formasi 2

3 kemedia berpori tersebut dengan laju alir sebesar 24 cc/jam sebanyak I VP. Selain percobaan diatas, dilakukan juga beberapa percobaan yang meliputi analisis sifat fluida reservoar, air formasi dan pengukuran tegangan permukaan surfaktan untuk menentukan konsentrasi optimum yang dapat menurunkan tegangan antar muka minyak dan air. Dari berbagai komposisi diatas dapat ditentukan komposisi yang optimum untuk meningkatkan perolehan minyak. Hal tersebut dapat diketahui dari plot antara perolehan minyak dan komposisi surfaktan dan gas CO 2. III. HASIL PERCOBAAN Setelah dilakukan pengukuran tegangan permukaan pada larutan surfaktan pada berbagai konsentrasi 100 ppm, 300 ppm, 500 ppm, 750 ppm dan 1000 ppm, maka harga optimum tegangan permukaan didapat dengan konsentrasi 500 ppm (tabel-1). Plot antara tegangan permukaan terhadap konsentrasi surfaktan dapat dilihat pada gambar-2. Selanjutnya dengan menggunakan surfaktan dengan konsentrasi 500 ppm ini dilakukan injeksi secara serempak dengan gas CO 2, untuk 4 (empat) rangkaian percobaan berdasarkan komposisi pencampuran yang telah dijelaskan sebelumnya. Pada percobaan pertama, dengan komposisi 0.05 Vol.Pori (VP) surfaktan dan 0.2 Vol.Pori (VP) gas CO 2 terlihat ada sedikit pertambahan perolehan minyak yaitu sebesar fraksi vol.pori, demikian juga pada saat diinjeksikan dengan air formasi sebesar 1 VP terdapat pertambahan perolehan minyak sebesar Percobaan injeksi foam ke 2 dengan komposisi 0.1 vol.pori surfaktan 0.4 vol.pori gas CO 2, terdapat pertambahan perolehan minyak lebih besar dibandingkan dengan percobaan pertama. Total pertambahan perolehan minyak setelah injeksi air formasi sebesar Selanjutnya pada percobaan ke 3 menghasilkan pertambahan perolehan minyak yang lebih besar dari percobaan ke-2 yaitu Peningkatan perbandingan komposisi antara vol.surfaktant dan gas CO 2 tidak selalu diikuti dengan pertambahan perolehan minyak yang semakin banyak. Hal ini ditunjukkan pada percobaan ke- 4, dimana perolehan minyak justru menurun yaitu fraksi vol pori. 3 IV. PEMBAHASAN Berikut ini akan dibahas ke 4 (empat) percobaan yang telah dilakukan (Tabel-2), yaitu: 4.1. Percobaan I Komposisi surfaktan & gas CO 2 yang diinjeksikan secara serempak pada percobaan ini adalah 0.05 VP surfactant dan 0.1 VP gas CO 2 yang kemudian diikuti oleh injeksi air formasi, terjadi pertambahan perolehan minyak yang relatif sangat kecil yaitu sebesar fraksi vol.pori (gambar-3). Hal ini disebabkan volume surfaktan sebagai penghasil foam terlalu kecil untuk mengontrol mobilitas gas CO 2. Terbukti disini bahwa foam sebagai blocking agents belum mampu menahan mobilitas gas CO 2 sehingga terjadi breakthrough gas CO 2 atau foam yang terdiri dari gas yang belum cukup banyak untuk meningkatkan jebakan gas jenuh dimana gas jenuh tersebut yang dapat menurunkan mobilitas Percobaan II Pada percobaan ke-2 ini dilakukan penambahan komposisi surfactant dan gas CO 2 yaitu masing-masing sebesar 0.1 VP dan 0.4 VP. Total pertambahan perolehan minyak sebesar (gambar-4). Disini mulai terlihat ada peningkatan pertambahan perolehan bila dibandingkan dengan percobaan ke-1. Hal tersebut disebabkan oleh gas jenuh yang terjebak sudah semakin banyak sehingga foam yang terbentuk dapat mengontrol mobilitas gas CO Percobaan III Total pertambahan perolehan minyak dengan komposisi 0.15 VP surfaktant dan 0.6 VP gas CO 2 sebesar Terjadi pertambahan perolehan yang tidak terlalu signifikan dibandingkan pada percobaan ke II (gambar-5) Percobaan IV Pada percobaan ini perolehan minyak sebesar , dan bila dibandingkan dengan percobaan III terjadi penurunan perolehan pertambahan minyak. Hal ini disebabkan karena penginjeksian 0.8 VP gas CO 2 hampir mendekati 1 VP sand pack, sehingga terjadi breaktrough gas CO 2 (gambar-6). Sementara itu 0.2 VP surfaktan sudah habis terpakai pada saat proses pencampuran untuk membentuk foam.

4 Dari keempat pecobaan diatas menunjukkan bahwa terjadi pertambahan perolehan minyak yang optimum sebesar dengan komposisi 0.15 VP surfaktan dan 0.6 VP gas CO 2 (gambar-7). Hal ini membuktikan bahwa foam yang terbentuk dapat mencegah terjadinya segregasi pada bidang front yang akan memperlambat terjadinya breakthrough gas CO 2. Dari hasil pengukuran dan perhitungan menunjukkan bahwa terjadi penurunan mobilitas bila dibandingkan dengan sebelum diinjeksikan dengan foam. Dengan menurunnya mobilitas tersebut maka terjadi kenaikan effisiensi bidang penyapuan secara horizontal dan vertikal, yang dapat menaikkan pertambahan perolehan minyak (gambar-8 & tabel-2). V. KESIMPULAN DAN SARAN Hasil kajian laboratorium ini memberikan satu solusi dari sekian alternatip didalam industri perminyakan untuk meningkatkan pertambahan perolehan minyak. Dengan menggunakan surfaktan dan gas CO 2 yang diinjeksikan secara serempak dalam bentuk foam kedalam reservoar didapat beberapa keuntungan diantaranya: 1. Surfaktan yang digunakan relatip tidak terlalu banyak, lebih ekonomis dibandingkan dengan injeksi kimia. 2. Dapat memperlambat terjadi brakthrough gas CO 2 apabila injeksi hanya gas CO 2. Adapun saran yang dapat disampaikan adalah melakukan kajian laboratorium dengan menggunakan core sebenarnya, dan melihat pengaruh suhu dan tekanan, serta menggunakan surfaktan yang sesuai dengan kondisi reservoar. VI. KEPUSTAKAAN 1. Bernard, G.G., Holm, L.W., and Harvey, C.P. : Use of Surfactant to Reduce CO 2 Mobility in Oil Displacement, SPEJ (1980) 20, Campbell,B.T and Orr, F.M., Flow Visualization for CO 2 /Crude Oil Displacements, paper SPE presented at Third Joint SPE/DOE Symposium on EOR, Tulsa, April 4-7, Di Julio,S.S and Emanuel, A.S.: Laboratory Study of Foaming Surfactant for CO2 Mobility Control, SPE presented at the 57 th California Regional Meeting, Ventura, April 8-10, Fried,A.N, The Foam Drive Prosces for Increasing The Recovery of Oil, USBM Dept.of Investigations5866 (1961) 5. Gardner,J.W and Ypma,J.G.J., An Investigation of Phase Behavior Macroscopic Bypassing Interaction in CO 2 Flooding paper SPE presented at Third Joint SPE/DOE Symposium on EOR, Tulsa, April 4-7, Holm,L.W and Yosendal,V.A., Effect of Oil Compositions on Miscible-Type Displacement by Carbon Dioxide, Soc.Pet.Eng.J. (Feb.1982) Hutchinson,C.A. and Braun, P.H., Phase Relations of Miscible Displacement in Porous Media, AICHE J.(1961) Orr, F.M., Jr and Silva,M.K., Equilibrium Phase Compositions For CO 2 Hydrocarbon Mixtures: Measurements by a Continuous Multiple Contact Experiment, Part1, Soc.Pet.Eng.J.(April 1983) Yellig, W.F. and Metcalfe, R.S., Determination and Prediction of CO 2 Minimum Miscibility Pressure, J.Pet.Tech.(Jan.1980)

5 Tabel - 1 PERHITUNGAN TEGANGAN PERMUKAAN Konsentrasi Surfactant ppm ppm ppm ppm ppm ppm d,mm 4,2 1,96 1,47 1,79 1,81 IFT,mN/m 5,12 2,72 0,28 0,11 0,14 0,22 Tabel-2 Total Pertambahan Perolehan Minyak Dengan Injeksi Surfaktan dan CO 2 Dan Pengaruhnya Terhadap Mobilitas Komposisi Surfactan & CO 2 Injeksi Surfaktan & CO 2 Injeksi Air Total Pertambahan Mobilitas VP fraksi vol pori Perolehan Minyak Foam 0.05 VP Surfaktan & 0.2 VP CO 2 0,0104 0,0148 0,0252 0, VP Surfaktan & 0.4 VP CO 2 0,0388 0,028 0,0668 0, VP Surfaktan & 0.6 VP CO 2 0,0575 0,0107 0,0682 0, VP Surfaktan & 0.8 VP CO 2 0,0423 0,0107 0,0530 0,72 5

6 Sand Pack with Heating Jacket CO 2 OIL SRF Pressure Transducer Gasometer Injection Pump Separator Liquid Scaled Glass Gambar-1. SAND PACK APPARATUS 10 8 IFT,mM/m Konsentrasi, ppm Gambar-2. Plot IFT vs Konsentrasi Surfactan 6

7 Pertambahan Perolehan Minyak, Injeksi Dengan 0.05 VP Surfactant & 0.2 VP CO 2,WAG Produksi Minyak, Injeksi air Injeksi CO 2 &Surfactan Injeksi air Vol.Injeksi, Gambar-3. Pertambahan Perolehan Minyak Injeksi Dengan 0.05 PV Surfactan & 0.2 PV CO 2, WAG Pertambahan Perolehan Minyak, Injeksi Dengan 0.10VP Surfactant & 0.40 VP CO 2,WAG Vol.Injeksi, Injeksi air Injeksi CO 2 &Surfactan Injeksi air Produksi Minyak, Gambar-4. Pertambahan Perolehan Minyak Injeksi Dengan 0.10 PV Surfactan & 0.4 PV CO 2, WAG 7

8 Pertambahan Perolehan Minyak, Injeksi Dengan 0.15 VP Surfactant & 0.6 VP CO 2,WAG Vol.Injeksi, Injeksi Air Injeksi CO2&Surfactan Injeksi Air Produksi Minyak, Gambar-5. Pertambahan Perolehan Minyak Injeksi Dengan 0.15 PV Surfactan & 0.6 PV CO 2, WAG 0.80 Pertambahan Perolehan Minyak, Injeksi Dengan 0.20 VP Surfactant & 0.80VP CO 2,WAG Vol.Injeksi, Injeksi Air Injeksi CO 2 &Surfactan Injeksi Air Produksi Minyak, Gambar-6. Pertambahan Perolehan Minyak Injeksi Dengan 0.2 PV Surfactan & 0.8 PV CO 2, WAG 8

9 0.1 Total Pertambahan Perolehan Minyak Total Pertambahan Perolehan M inyak Volume Surfactan, vol.pori Gambar-7 Total Pertambahan Perolehan Minyak Mobilitas Injeksi Surfactan Dan CO M obilitas Surfactan Dan CO2 Total Pertambahan Perolehan Minyak Total Pertambahan Perolehan Minyak, fraks vol.pori Volume Surfactan, vol.pori. Gambar-8 Pengaruh Komposisi Surfactan Dan Gas CO2 Terhadap Perolehan Minyak Dan Mobilitas 9

10 0.7 Pertambahan Perolehan Minyak (% PV) Injeksi Surfactant & CO2 Injeksi Air Komposisi Surfactan Dan CO 2 ` Gambar-9 Pertambahan Perolehan Minyak Dengan Injeksi Surfactan Dan CO2 Note: VP Surfaktan & 0.1 VP CO VPSurfaktan & 0.4 VP CO VPSurfaktan & 0.6 VP CO VPSurfaktan & 0.8 VP CO2 10