STUDI PENENTUAN RANCANGAN FLUIDA INJEKSI KIMIA

STUDI PENENTUAN RANCANGAN FLUIDA INJEKSI KIMIA Oleh : Hestuti Eni, Suwartiningsih, Sugihardjo PPPTMGB LEMIGAS Jl. Ciledug Raya, Kav. 109, Cipulir - Kebayoran Lama, Jakarta Selatan 12230 Telp. (021)7394422-Ext.1431, Fax. (021)7222978 e-mail : hestuti@lemigas.esdm.go.id ABSTRAK Studi penentuan rancangan fluida injeksi kimia pada skala laboratorium telah dilakukan untuk menunjang implementasi teknologi pengurasan minyak tahap lanjut yang dipersiapkan untuk dapat mereaktivasi suatu lapangan minyak tua (brown field). Beberapa tahap pekerjaan telah dilaksanakan, yang meliputi: screening EOR (Enhanced Oil Recovery), sampling, screening surfaktan, screening polimer dan core flooding Experiment. Berdasarkan screening awal reservoar yang telah dilakukan terhadap beberapa reservoar (Xo, X, Y dan Z) dengan menggunakan kriteria standar yang lazim digunakan pada industri minyak, maka reservoar-reservoar tersebut sesuai untuk dilakukan injeksi surfaktan dan polimer. Lebih lanjut, untuk memastikan kandidat surfaktan yang digunakan mempunyai kompatibilitas dengan air formasi, maka juga telah dilakukan laboratory screening terhadap lima jenis surfaktan, yaitu S-A, S-B, S-C, S-D dan S- E. Screening surfaktan ini meliputi uji kompatibilitas, kelakuan fasa, dan tegangan antarmuka (interfacial tension reduction). Dari semua uji tersebut, surfaktan S-E dianggap paling memenuhi syarat untuk core flooding, yang ditunjukkan oleh hasil uji kompatibilitas dengan larutan yang terbentuk dan mengindikasikan tidak terjadi presipitasi. Walaupun uji kelakuan fasa menunjukkan terbentuknya fasa bawah, namun harga IFTnya sangat rendah dibandingkan surfaktan-surfaktan yang lain. Screening polimer yang dilakukan terdiri dari rheologi polimer, uji thermal stability, dan uji filtrasi. Kandidat polimer yang digunakan ada 2 macam, yaitu P-01 dan P-02. Dari rheologi polimer dan uji thermal stability, kedua jenis polimer lolos screening, akan tetapi pada uji filtrasi, laju alir polimer P-02 tidak konstan yang mengindikasikan terjadinya penyumbatan. Oleh karenanya, hanya Polimer P-01 yang memenuhi syarat untuk core flooding. Sehingga, studi ini menghasilkan rancangan fluida injeksi berupa surfaktan S-E dengan konsentrasi 3000 ppm dan polimer P-01 dengan konsentrasi 1000 ppm yang dipersiapkan untuk uji core flooding. Keywords : screening, surfaktan, polimer, rancangan fluida, injeksi (core flooding) PENDAHULUAN Peningkatan Pengurasan minyak tahap lanjut (EOR) merupakan usaha terkini untuk meningkatkan produksi minyak pada lapanganlapangan tua yang telah mengalami penurunan sangat tinggi mendekati angka 99% di beberapa lapangan. Pada kondisi ini, harus dilakukan implementasi teknologi pengurasan tahap lanjut agar dapat menaikkan produksi minyak. Mengingat sebagian besar lapangan minyak di Indonesia telah mengalami penurunan produksi produksi yang signifikan, dimana watercut sudah atau pada tahap akhir dari primary dan secondary

recovery, sedangkan untuk menemukan lapanganlapangan baru sangat sulit karena daerah yang belum dieksplorasi kebanyakan berada di laut dalam yang beresiko tinggi. Oleh karena itu, pengembangan teknologi pengurasan tahap lanjut merupakan keharusan. Ada beberapa teknologi pengurasan tahap lanjut yang sudah dikembangkan para peneliti, disamping penemuan-penemuan baru yang terus berlanjut seperti injeksi mikroba dan fibro-seismik yang masih terus dikembangkan. Beberapa teknologi pengurasan tahap lanjut yang sudah dikembangkan meliputi beberapa jenis, yaitu: injeksi gas, injeksi panas, injeksi kimia, dan beberapa kombinasi darinya seperti WAG (water alternating gas), foam dan sebagainya. Injeksi miselar-polimer, merupakan teknologi EOR yang diharapkan dapat menaikkan produksi minyak. Injeksi bahan kimia ini sangat menjanjikan, terutama pada lapangan-lapangan dangkal yang tidak mungkin dilakukan injeksi gas CO 2 atau N 2 karena tekanan rekahnya yang rendah. Sebelum implementasi injeksi miselar polimer dilaksanakan di lapangan, perlu dilakukan beberapa tahap studi laboratorium, yaitu penentuan karakteristik batuan dan fluida reservoar, interaksi fluida injeksi dengan batuan/fluida reservoar, studi kelakukan fasa surfaktan dan rheologi polimer, serta percobaan pendesakan. dan Z. Tabel 1 menampilkan karakteristik reservoar X 0, X, Y, dan Z. Jika membandingkan data dari reservoar tersebut dengan kriteria screening, maka dapat disimpulkan bahwa reservoar X 0, X, Y, dan Z cocok dengan injeksi kimia. KARAKTERISTIK RESERVOAR Untuk melakukan uji laboratorium diperlukan percontoh minyak, batuan dan fluida reservoar dari struktur tersebut. Percontoh minyak dan air formasi diambil dari sumur (formasi BRF) dan sumur (formasi TAF). Sedangkan percontoh batuan dari struktur tersebut tidak ada, maka sebagai penggantinya diambilkan dari struktur yang terdekat. Komposisi dari percontoh batuan menunjukkan dominan kuarsa (sandstone). Sedangkan karakter minyaknya termasuk klasifikasi medium gravity, dengan API dibawah 30 dan viskositas sekitar 5 s-d 6 cp pada suhu 60 o C. Kandungan garam total equivalent NaCl dari air formasi kedua sumur tersebut berturut-turut adalah 15.601 mg/l dan 11.051 mg/l. Kandungan garam secara lengkap air formasi dari sumur dan ditunjukkan pada Tabel 2. SCREENING SURFAKTAN SCREENING EOR ( RESERVOAR ) Screening EOR dilakukan dengan mengacu pada EOR Screening Criteria Revisited oleh J.J Taber dkk, 1977, yang menerangkan kriteria parameter batuan dan sifat minyak untuk masingmasing metoda EOR. Sebenarnya metoda screening ini hanya sebagai guidance setiap saat dapat berubah tergantung perkembangan teknologi. Lapisan produktif di lapangan ini terdiri dari beberapa lapisan yang dominan yaitu: X 0, X, Y, Surfaktan adalah zat yang bersifat aktif permukaan, dimana apabila dilarutkan dalam air dan kontak dengan minyak cenderung akan terkonsentrasi pada antar muka minyak-air. Untuk meningkatkan recovery minyak secara optimum, sejumlah penelitian di laboratorium harus dilaksanakan, bukan saja pengukuran harga IFT sebagai parameter terpenting, tetapi juga parameter-parameter lain seperti uji kelakuan fasa, uji kompatibilitas, injektivitas, dan adsorbsi batuan, sebelum implementasi injeksi surfaktan di

lapangan. Screening dilakukan pada lima jenis surfaktan, yaitu : S-A, S-B, S-C, S-D dan S-E. Uji Kompatibilitas Uji kompatibilitas merupakan uji screening paling awal untuk mengetahui apakah suatu jenis surfaktan compatible dengan air formasi suatu reservoar. Kelima jenis surfaktan tersebut dilarutkan dalam air formasi dari sumur dan masing-masing dengan konsentrasi 0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20%, dan 0.30%. Larutan surfaktan S-A berwarna putih susu (milky color) dan keruh mengindikasikan adanya presipitasi yang berarti tidak kompatibel dengan air formasi dari kedua sumur tersebut. Sedangkan larutan surfaktan S-B dengan air formasi dari sumur terlihat untuk semua konsentrasi tetapi dalam air formasi dari sumur terlihat hanya pada konsentrasi 0.05% dan 0.10%. Tabel 3 disajikan seluruh hasil uji kompatibilitas surfaktan S-A dan S-B. membentuk (lower phase) yang berarti bahwa ketiga surfaktan terlarut dalam fasa air. Dari hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa ketiga jenis surfaktan tersebut masih lolos screening tahap uji kelakuan fasa, dengan catatan hasil uji IFT harus cukup rendah, yaitu sekitar 10-3, sehingga dapat dilakukan uji selanjutnya. Uji Tegangan Antarmuka Tegangan antar muka antara minyak/air dengan mikroemulsi merupakan salah satu paremeter utama dalam EOR. Pengukuran nilai tegangan antarmuka menggunakan alat spinning drop tensiometer pada suhu sekitar 60 o C. Hasil pengukuran tegangan antarmuka untuk ketiga jenis surfaktan tertera pada Tabel 5. Berdasarkan seluruh hasil pengukuran tegangan antar muka menunjukkan surfaktan S-E dengan konsentrasi 3000 ppm mempunyai harga IFT yang paling kecil. Uji kompatibilitas surfaktan S-C, S-D dan S-E menghasilkan larutan yang untuk semua konsentrasi dari kedua air formasi. Gambar 1 menunjukkan hasil uji tersebut. Uji Kelakuan Fasa Larutan surfaktan hasil uji kompatibilitas, masing-masing dicampur minyak dari sumur dan dengan volume yang sama, yaitu 3 ml. Campuran tersebut ditutup rapat dalam botol, dikocok, kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 80 o C selama 2 x 24 jam. Setelah itu, diamati fasa yang terbentuk dari campuran tersebut. Fasa yang mempunyai IFT terendah adalah fasa tengah, namun demikian masih dimungkinkan untuk digunakan dalam flooding apabila IFT juga rendah (ultra low interfacial tension). Uji kelakuan fasa hanya dilakukan pada surfaktan yang lolos screening uji kompatibilitas, yaitu surfaktan S-C, S-D dan S-E. Hasil dari uji ini diperlihatkan pada Tabel 4 dan Gambar 2. Seluruh hasil tersebut SCREENING POLIMER Selain surfaktan, polimer juga diperlukan untuk proses chemical flooding, yaitu sebagai fluida pendorong minyak untuk memperbaiki mobilitas rasio. Pada kajian ini, beberapa uji screening seperti rheologi polimer, uji thermal stability dan uji filtrasi dilakukan terhadap 2 (dua) jenis polimer, yaitu P-01 dan P-02. Rheologi Polimer Uji rheologi polimer bertujuan untuk memastikan bahwa viskositas tidak berubah secara signifikan dengan berubahnya shear rate, mengingat larutan polimer yang digunakan termasuk jenis fluida non-newtonian/ pseudoplastic, yaitu jenis fluida yang harga viskositasnya merupakan fungsi shear rate. Selain itu, uji ini juga untuk menentukan konsentrasi polimer yang optimal untuk core flooding, yaitu konsentrasi dimana viskositas larutan polimer

sedikit lebih tinggi di atas minyak, sehingga proses pendesakan minyak menjadi efektif. Injeksi larutan polimer sebagai salah satu metode EOR dimaksudkan untuk menghindari fingering yang kadang terjadi pada injeksi air. Fingering terjadi karena viskositas air sebagai fluida pendesak lebih rendah dibanding fluida minyak yang didesak. Efektifitas penyapuan dapat ditingkatkan dengan penambahan polimer ke dalam air injeksi agar mobilitas air injeksi mengecil. Kedua jenis polimer, P-01 dan P-02 tersebut diperlakukan dengan cara yang sama. Masingmasing polimer dilarutkan dalam air formasi dari sumur dan dengan konsentrasi 500, 1000, 1500 dan 2000 ppm. Setiap larutan polimer tersebut diukur viskositas masing-masing pada 6, 12, 30, 60, 100 dan 120 rpm. Pengukuran viskositas polimer yang dibutuhkan adalah pada suhu reservoar, yaitu 106,11 o C untuk sumur dan 103,9 o C untuk sumur. Tetapi pengukuran tersebut tidak dapat dilakukan secara langsung pada suhu reservoar, karena pada suhu tersebut, larutan polimer akan mendidih. Hal ini jelas akan mempengaruhi pengukuran harga viskositas secara signifikan. Oleh karena itu, pengukuran viskositas dilakukan pada suhu ruangan ( 25 o C ), 70 o C dan 90 o C, kemudian dari hasil yang didapat, dilakukan ekstrapolasi harga viskositas pada suhu masing masing reservoar. Gambar 3 memperlihatkan hasil plot viskositas terhadap shear rate. Berdasarkan hasil plot tersebut, harga viskositas kedua jenis polimer tidak berubah secara signifikan dengan berubahnya shear rate. Jadi, kedua jenis larutan polimer tersebut masuk dalam kriteria larutan polimer yang dapat diimplementasikan dalam metoda EOR. Dari plot konsentrasi vs viskositas, didapatkan konsentrasi yang optimum untuk core flooding adalah 1000 ppm untuk polimer P-01 ( untuk kedua sumur ), sedangkan polimer P-02 masingmasing 600 dan 1100 ppm untuk sumur dan Uji Thermal Stability Salah satu faktor yang mempengaruhi efektivitas larutan polimer selama mengalir dalam media berpori adalah degradasi polimer, yaitu terputusnya rantai molekul polimer menjadi unitunit yang lebih kecil. Ini merupakan fenomena kehilangan berat molekul polimer yang tentunya akan menyebabkan pengurangan viskositas. Salah satu jenis degradasi polimer adalah degradasi thermal yang disebabkan oleh suhu yang tinggi. Oleh sebab itu, dalam kajian ini, perlu dilakukan uji thermal stability. Uji ini dilakukan untuk mengetahui kestabilan viskositas larutan polimer, jika dipanaskan sampai pada suhu tertentu, dalam hal ini suhu reservoar. Uji dilakukan pada larutan polimer P-01 dan P-02 dengan air formasi (Tres = 106,1 o C) dan (Tres = 103,9 o C) pada konsentrasi 500 ppm. Keempat larutan polimer tersebut dimasukkan dalam botol tertutup rapat dan dipanaskan pada suhu reservoir selama 24 jam. Setelah itu, dilakukan pengukuran kembali harga viskositas polimer tersebut. Untuk uji ini, diambil data harga viskositas polimer sebelum dan sesudah dipanaskan (Tabel 6). Plot harga viskositas terhadap suhu terdapat pada Gambar 4 yang menunjukkan tidak ada perubahan yang signifikan dari harga viskositas larutan polimer antara sebelum dan sesudah dipanaskan. Dengan demikian, viskositas kedua jenis polimer tersebut stabil terhadap perubahan suhu. Uji Filtrasi Penurunan harga permeabilitas batuan dapat terjadi selama uji core flooding dengan menggunakan larutan polimer. Untuk mengantisipasi kejadian tersebut, dilakukan uji filtrasi. Uji dilakukan dengan menggunakan kertas saring (membran) berukuran 3 mikron, yaitu dengan cara mencatat waktu yang diperlukan untuk melewatkan sejumlah fluida melalui kertas saring tersebut..

Selain larutan polimer, air formasi juga diukur sebagai pembanding. Hasil uji filtrasi larutan polimer P-01 menunjukkan kemiringan garis (slope) yang relatif konstan. Hal ini berarti molekul-molekul polimer P-01 tidak mengakibatkan adanya penyumbatan. Namun, tidak demikian dengan larutan polimer P-02. Garis yang terbentuk cenderung mendatar, berarti mempunyai harga kemiringan tidak konstan, yang berarti ada kecenderungan terjadi penyumbatan molekul-molekul polimer saat melewati membran. Kemungkinan hal ini akan terjadi juga pada saat core flooding melewati batuan berpori yang tentunya sangat tidak diharapkan. Plot hasil pengukuran uji filtrasi larutan polimer dan air formasi dari sumur & ditampilkan pada Gambar 5. Berdasarkan hasil uji ini, maka polimer P-01 terpilih untuk core flooding. CORE FLOODING Studi ini menghasilkan rancangan fluida injeksi berupa surfaktan S-E dengan konsentrasi 3000 ppm dan polimer P-01 dengan konsentrasi 1000 ppm yang dipersiapkan untuk uji core flooding. KESIMPULAN Berdasarkan kajian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan : 1. Dari 5 jenis surfaktan yang telah discreening, surfaktan S-E dengan konsentrasi 3000 ppm mempunyai IFT paling rendah sehingga bisa dipertimbangkan untuk digunakan dalam uji core flooding. 2. Polimer P-01 terpilih untuk uji core flooding karena lolos semua uji screening. 3. Perlu tambahan jenis surfaktan yang akan diuji dengan cara menjalin kerja sama dengan vendor surfaktan agar diperoleh surfaktan dengan fasa tengah. 4. Perlu dilakukan kajian laboratorium lanjutan secara lebih rinci seperti uji adsorbsi dan core flooding experiment. DAFTAR PUSTAKA 1. Taber J.J., Martin F.D., Seright, R.S.,: "EOR Screening Criteria Revisited-Part 1 and Part 2: Introduction to Screening Criteria and Enhanced Recovery Field Projects", SPE Reservoir Engineering, Agustus 1997, hal 189-205. 2. Healy, R.N., Reed, R.L.,:"Immiscible Microemulsion Flooding", SPE 5817. SPEJ April 1977, hal. 129-139. 3. Salanger J.L., Borel M., Schechter R.S., Wade W.H., Vasquez E.,: "Optimum Formulation of Surfactant/Oil/Water Systems for Minimum Interfacial Tension or Phase Behavior", SPE 7054. SPEJ April 1979, hal. 107-115. 4. Holm L.W., Robertson S.D.,: Improved Micellar-Polimer Flooding with High ph Chemicals, SPE 7583, Okt. 1978.

TABEL 1. HASIL SCREENING RESERVOIR LAPISAN X 0, X, Y, DAN Z No Sifat Minyak dan Metoda Injeksi Sifat Minyak Dan Karakteristik Reservoar Karakteristik Reservoar Micelar, Alkali, Polimer Lapisan-Xo Lapisan-X Lapisan-Y Lapisan-Z 1 Gravity Minyak o API > 20 35 24 25 25 25.68 2 Viskositas Minyak cp < 35 13 2.94 3.00 3.00 2.00 3 Saturasi Minyak % > 35 53 67.00 58.35 54.00 63.24 4 Jenis Formasi SS/CB Disukai SS CB SS SS SS 5 Permeabilitas rata-rata md >10 450 160 820 500-6 Kedalaman ft, ss <9,000 3250 3795 3996 4051 4096 7 Suhu Reservoar o F <200 80 223 218 220-8 Tekanan Reservoar Awal psig 1450 1227 1583 1692 9 Tekanan Reservoar Sekarang psig 742 811 - - 10 Porositas rata - rata % 28.00 24.40 24.4 21 11 Saturasi air rata - rata % 25.5 27.5 27.5 35 12 OOIP MSTB 54542.11 1885.39 5229.82 3092.38 13 Np Komulatif Prod MSTB 5448.79 367.85 1332.42 83.7 14 Sisa Cadangan MSTB 10913.84 80.87 27.33 111.12 TABEL 2. ANALISA AIR FORMASI DAN Com ponents O #14 O #25 m e q /l m g /l m e q /l m g /l CATIONS Sodium Na + 109.05 2,507.00 62.90 1,447.00 Calcium Ca +2 0.84 16.92 1.22 24.50 M agnesium Mg +2 3.06 37.20 2.45 29.80 Iro n Fe + 2 0.00 0.00 0.00 0.00 Barium Ba + 2 0.011 0.73 0.007 0.45 ANIONS Chlorida Cl - 274.17 9,720.00 242.57 8,600.00 Bicarbonate - HCO 3 39.79 2,527.80 32.27 1,969.08 Sulfate -2 SO 4 0.00 0.00 0.00 0.00 Carbonate -2 CO 3 3.20 96.00 10.64 319.20 Hydroxide OH - 0.00 0.00 0.00 0.00 TDS ( m g/l ) 13,000.00 11,100.00 Resistivity ( ohm -m ) 1.7990 1.7890 Sp.G r. at 60 o F/60 o F 1.0126 1.01 ph @ 77 o C 8.3 8.7 T otal Eq. NaCl Consentration 15,601.00 11,051.00 TABEL 3. UJI KOMPATIBILITAS SURFAKTAN S-A & S-B DENGAN AIR FORMASI konsentrasi 0.05% 0.10% 0.15% 0.20% S-A S-B makro emulsi makro emulsi sedikit endapan sedikit endapan makro emulsi makro emulsi sedikit endapan sedikit endapan makro emulsi makro emulsi sedikit endapan sedikit endapan sedikit endapan makro emulsi makro emulsi sedikit endapan sedikit endapan sedikit endapan

TABEL 4. UJI KELAKUAN FASA SURFAKTAN S-A, S-B DAN S-C Jenis Surfaktan Minyak & Air Formasi konsentrasi Uraian kelakuan fasa S-C 0.300 0.300 S-D 0.300, warna kecoklatan 0.300 keruh, warna kecoklatan keruh, warna kecoklatan S-E 0.300 0.300 keruh, warna kecoklatan TABEL 5. HASIL PENGUKURAN TEGANGAN ANTARMUKA Jenis Surfaktan S-C S-D S-E Minyak & konsentrasi IFT Air Formasi ( % ) dyne/cm 1.72E-01 1.62E-03 0.300 1.28E-01 1.22E-01 6.45E-02 0.300-1.04E-01 1.23E-01 0.300 1.18E-01 2.11E-02 6.95E-02 0.300 7.28E-02 1.32E-01 1.08E-02 0.300 4.75E-03 1.30E-02 3.83E-02 0.300 3.25E-03

TABEL 6. PERBANDINGAN VISKOSITAS POLIMER SEBELUM DAN SESUDAH DIPANASKAN Jenis Polimer Air Formasi Pemanasan Viskositas ( cp ) pada suhu ( o C ) 25 70 90 P-01 sebelum 3.9 2.25 1.7 sesudah 3.9 1.9 2.07 sebelum 8.22 4.95 4.12 sesudah 8.33 4.83 4.03 P-02 sebelum 9.18 5.3 3.4 sesudah 9.42 4.65 3.45 sebelum 3.5 1.77 1.68 sesudah 3.5 1.92 1.57 S-A 0,05 S-A 0,10 S-A 0,15 S-A 0,20 S-C 0,1% S-C 0,2% S-C 0,3% Keruh ( milky color ) Jernih GAMBAR 1. CONTOH HASIL UJI KOMPATIBILITAS SURFAKTAN DAN AIR FORMASI

0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 S-C S-D S-E GAMBAR 2. UJI KELAKUAN FASA SURFAKTAN DAN AIR FORMASI viskositas ( cp ) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Rheologi Polimer P-01 + AF 500 ppm 1000 ppm 1500 ppm 2000 ppm 0 20 40 60 80 100 120 140 shear rate ( s-1 ) viskositas ( cp ) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Rheologi Polimer P-02+ AF 500 ppm 1000 ppm 1500 ppm 2000 ppm 0 20 40 60 80 100 120 140 shear rate ( s-1 ) GAMBAR 3. RHEOLOGI POLIMER viskositas ( cp ) 10 8 6 4 2 0 Thermal Stability Polimer P-01 sebelum- sesudah- sebelum- sesudah- 0 20 40 60 80 100 suhu ( oc ) viskositas ( cp ) 10 8 6 4 2 0 Thermal Stability Polimer P-02 sebelum- sesudah- sebelum- sesudah- 0 20 40 60 80 100 suhu ( oc ) GAMBAR 4. UJI THERMAL STABILITY

Volume ( ml ) 600 500 400 300 200 100 0 Uji Filtrasi dengan Air formasi Air Formasi P-01 P-02 0 200 400 600 800 1000 1200 Time ( sec ) GAMBAR 5. UJI FILTRASI POLIMER DENGAN AIR FORMASI