P&T Demulsifier [PDF]

Citation preview

ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Pemakaian Demulsifier Untuk Pemisahan Emulsi Minyak dan Air di Oildfield Minas PT. Chevron Pacific Indonesia



Pendahuluan 1. Latar Belakang Proses produksi minyak dari formasi mempunyai kandungan air yang sangat besar bahkan bisa mencapai 90 %. Ini biasanya ditemukan di ladang-ladang minyak yang sudah lama umurnya, hal ini disebabkan karena minyak yang ada di reservoar sudah sulit diambil, mobilitasnya rendah dan viskositasnya tinggi sehingga perolehan minyak yang didapat menurun. Selain itu juga terdapat komponen-komponen lain seperti garam-garam, aspal, gas CO2 dan H2S. Komponen-komponen yang terbawa bersama dengan minyak ini menimbulkan permasalahan tersendiri pada proses produksi minyak bumi, air yang terdapat dalam jumlah besar tersebut dapat menimbulkan emulsi dengan minyak akibat adanya emulsifying agent dan pengadukan (agitasi) sehingga pemisahan minyak dan air sulit dilakukan jika hanya dengan proses fisis saja dan tentunya proses pemisahan yang diperlukan akan membutuhkan waktu yang lebih lama. Hal ini merupakan permasalahan bagi industri perminyakan terutama bagi produsen. Crude oil yang dijual dan dibeli harus sesuai dengan standar API gravitynya, dimana minyak dengan API gravity tinggi akan memiliki harga jual yang lebih tinggi. Air yang masih terkandung di dalam minyak dapat mengurangi API gravity dan ini juga akan berakibat pada berkurangnya standar harga penjualan. Berdasarkan pertimbangan masalah tersebut di atas, maka pihak produsen dalam hal ini PT. CPI secara kontiniu berusaha memperbaiki metode-metode yang ada untuk proses pemisahan minyak dan air ini. Ada sejumlah cara yang dilakukan, diantaranya dengan cara menekan air yang keluar bersama crude oil, menggunakan peralatan-peralatan mekanik seperti heaters treaters, separator dan menggunakan bahan kimia/chemical. 1



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Salah satu cara yang dilakukan untuk memisahkan minyak dan air di Oilfield Minas yaitu



dengan



pemakaian



bahan



kimia/chemical



(demulsifier



dan



reverse



demulsifier). Bahan kimia demulsifier dan reverse demulsifier termasuk jenis surface active agent (surfaktan) yang berfungsi untuk memecahkan dan memisahkan emulsi air dan minyak. Penggunaan demulsifier dan reverse demulsifier merupakan proses akhir untuk menyempurnakan proses pemisahan minyak dan air. Peranan pemakaian bahan kimia demulsifier ini tidak dapat dihindarkan karena keterbatasan kemampuan fasilitas produksi untuk bisa menghasilkan kualitas minyak dengan kandungan air (BS&W) sekecil mungkin yaitu < 0.25 % untuk ladang minyak Minas yang akan masuk ke shipping tank (inlet shipping tank) yang kemudian akan dikirim ke Dumai melalui pipa.



2. Emulsi Emulsi adalah bergabungnya dua senyawa kimia yang tidak saling larut sehingga membentuk suatu campuran yang sukar untuk dipisahkan. Air dan minyak dapat membentuk emulsi dengan adanya emulsifying agent. Air dalam reservoir dapat terikat sebagai emulsi atau berupa free water. Free water dapat dipisahkan dengan menggunakan proses fisis saja. Air yang membentuk emulsi dengan minyak bumi akan sulit dipisahkan. Terbentuknya emulsi ini tergantung kepada pengaruh tegangan permukaan (interfacial tension) di antara dua fasa. Suatu emulsi dapat menjadi sangat stabil dan akibatnya produktivitas sumur produksi (producer well) menurun. Pada kasus-kasus yang sangat hebat, emulsi dapat menutup sumur produksi. 2.1. Faktor-faktor terbentuknya emulsi yang stabil antara lain : 2.1.1. Terdapat dua macam cairan yang bersifat immiscible (tidak dapat bercampur satu dengan yang lainnya). 2.1.2. Adanya pengadukan (agitasi) yang melarutkan liquid yang satu terhadap liquid lainnya. Agitasi terjadi saat campuran melewati bottom hole pump, separator, gas lift, transfer pump, valves, flow chokes dan fitting-fitting pipa sehingga terbentuk emulsi. 2



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



2.1.3. Terdapat emulsifying agent dalam campuran tersebut. Pada kondisi normal, emulsifying agent dapat berupa resin, bahan organik atau mungkin berupa padatan-padatan halus yang membungkus butiran-butiran air dan mencegah agar butiran air yang tidak berkumpul dengan sesamanya. Butiran halus pada emulsi disebut internal phase (fase terdispersi). Butiran ini dapat berupa minyak atau air. Tingkat kesukaran pemecahan emulsi minyak dan air tergantung pada beberapa faktor, antara lain : sifat minyak dan air, jumlah agitsi atau shear, jumlah air dalam minyak atau jumlah minyak dalam air dan emulsifying agent. 2.2. Bentuk Emulsi Bentuk emulsi dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu : 2.2.1. Normal type emulsion (water in oil emulsion), pada emulsi jenis ini yang bertindak sebagai fase internal adalah air, sedangkan minyak merupakan fase eksternal. Oil Water



Gambar 1. Normal type emulsion 2.2.2. Reverse type emulsion (oil in water emulsion), pada emulsi jenis ini yang bertindak sebagai fase internal adalah minyak, sedangkan air merupakan fase eksternal. WATER Oil



3



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Gambar 2. Reverse type emulsion 2.2.3. Dual type emulsion, merupakan kombinasi dari normal type emulsion dan reverse type emulsion. Fase internal adalah minyak dalam air dan fase eksternal adalah minyak atau fase internalnya adalah air dalam minyak dan fase eksternalnya adalah air. 2.3. Klasifikasi Emulsi 2.3.1. Berdasarkan viskositasnya, emulsi dapat dibagi menjadi : 



Emulsi kental, jika jumlah droplet yang dihamburkan dalam cairan lebih banyak.







Emulsi encer, jika jumlah droplet yang dihamburkan dalam cairan lebih sedikit.



2.3.2. Berdasarkan stabilitasnya dapat dibedakan atas : 



Emulsi stabil, jika emulsi tersebut tidak dapat dipisahkan sebelum diberikan demulsifing agent.







Emulsi yang tidak stabil, jika emulsi tersebut dapat berpisah sendiri tanpa diberikan demulsifying agent.



2.4. Kestabilan Emulsi Stabilitas emulsi merupakan suatu ketahan emulsi untuk menahan tenaga yang akan memecahkan emulsi tersebut, hal ini tergantung pada : 2.4.1. Emulsifying Agent Merupakan faktor yang ikut menentukan kestabilan emulsi. Tanpa emulsifying agent tidaklah mungkin terjadi kestabilan emulsi tersebut, yang mana tenaga tiap-tiap agent berpengaruh terhadap kestabilan emulsi. Emulsifying agent yang terdapat dalam reservoir bermacam-macam jenisnya. Ia akan membentuk tingkat kestabilan emulsi yang berbeda-beda sesuai dengan jenis emulsifying agent yang ada dan pengaruh lingkungan dimana emulsi itu terbentuk.



4



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Emulsifier menstabilkan emulsi dengan cara : 



Mengurangi tegangan permukaan.







Membentuk batas.







Mensuspensikan internal.



2.4.2. Viskositas Minyak dengan viskositas yang tinggi (lambat mengalirnya) akan cenderung memegang butiran air yang lebih besar jika dibandingkan dengan minyak yang viskositasnya rendah. Dengan demikian minyak dengan viskositas yang tinggi akan memerlukan waktu yang lama untuk melepaskan droplet airnya. Hal ini disebabkan karena butiran-butiran air akan membutuhkan waktu yang lama untuk bergabung dan mengendap ke bawah. 2.4.3. Specific gravity Yang dimaksud adalah berat zat dalam cairan pada volume tertentu, jadi bukan gravity API. Perbedaan gravity yang besar akan menyebabkan waktu pemisahan yang lebih cepat. Dengan pengertian yang sama dapatlah dimengerti bahwa untuk minyak yang berat (SG besar, derajad API kecil) akan lama cenderung menyimpan air droplet yang lebih lama. Semakin besar perbedaan specific gravity antara air dan minyak yang membentuk emulsi, maka akan semakin cepat ia dipecahkan dan sebaliknya, semakin kecil perbedaan specific gravitynya, maka akan semakin sulit untuk dipisahkan. 2.4.4. Persentase Air Jika persentase air bertambah besar, maka diperlukan agitasi yang lebih kuat untuk untuk mencapai kestabilan emulsi. Emulsi dengan persentase air yang besar akan mempunyai droplet volume yang besar, masing-masing droplet akan bergabung antara satu dengan yang lain membentuk tetesan air yang lebih besar lagi, sehingga 5



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



akan terjadi pemisahan antara minyak dengan air yang disebabkan karena beratnya sendiri. Sehingga dapat dikatakan bahwa pada umumnya persentase air yang lebih besar akan cenderung membentuk emulsi yang tidak stabil. Kandungan air lebih 50 % cenderung akan membentuk reverse emulsi. 2.4.5. Umur emulsi Jika emulsi terjadi pada tangki dan tidak ditreat, maka sejumlah air akan mengendap karena gaya beratnya sendiri dan kemudian minyak dengan prosentase yang kecil, persentase kecil ini akan menstabilkan emulsi. Oleh karena itu beberapa emulsi menjadi lebih stabil dan sukar ditreating sesudah beberapa waktu tertentu. Emulsi akan mudah dipisahan apabila dilakukan disaat ia baru saja terbentuk diwaktu memproduksi minyak dari sumur. 2.5. Mekanisme Timbulnya Problem Emulsi Problem emulsi umumnya timbul pada saat air mulai terproduksi bersama minyak. Air yang tidak dapat bercampur dengan minyak dinamakan air bebas dan dengan mudah dipisahkan dengan cara pengendapan, tanpa bantuan pemanasan dan bahan kimia pemecah emulsi. Pengilangan (refinery) tidak dapat mentolelir minyak yang mengandung kadar air yang tinggi karena akan menimbulkan kerusakan pada beberapa peralatan misalnya karat. Dengan demikian problem emulsi harus dipecahkan dan untuk itu telah dilakukan beberapa macam cara, seperti: pemanasan, cara arus listrik, pemberian additive kimia ataupun secara kombinasi agar problematik seperti pengurangan kapasitas laju produksi, kerusakan pada peralatan produksi, dan transportasi dapat dicegah dan diatasi.



2.6. Pencegahan Problem Emulsi



6



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Merupakan suatu tindakan yang dilakukan sebelum terjadinya emulsi. Dapat diatasi dengan mengurangi laju emulsi dan sebaiknya dilakukan usaha-usaha agar tidak terjadi pembentukan emulsi tersebut, usaha-usaha yang dilakukan sebagai berikut : 2.6.1. Menghindari/mencegah terproduksinya air bersama-sama dengan minyak. 2.6.2. Mengurangi agitasi dalam air sewaktu berproduksi. 2.6.3. Memisahkan air dari minyak secepatnya setelah sampai dipermukaan. 2.6.4. Menghindari masuknya air filtrat/lumpur bor ke dalam lapisan produktif sewaktu pemboran. Untuk dapat menanggulangi masalah produksi air dengan tepat, maka perlu diketahui asal dari sumber air tersebut. Bila air berasal dari bawah, maka produksi air dapat dicegah dengan cara menyumbat dasar sumur (plug back). Apabila air datangnya dari lapisan lain, misalnya ada kebocoran casing atau semen, maka harus dilakukan penutupan pada lubang-lubang tersebut. Sedangkan apabila masalah air disebabkan karena naiknya WOC, maka perlu dilakukan perbaikan perforasi bagian bawah. Bila air dan minyak datang dari satu lapisan, maka working barrel dari pompa atau kaki tubing pada sumur flowing harus dipasang diatas puncak formasi produktif dan di permukaan air secepatnya harus dipisahkan dari minyak dengan alat Free Water Out Tank (FWOT). 2.7. Penanggulangan problem emulsi Merupakan suatu usaha yang dilakukan setelah tinmbulnya problem emulsi. Penanggulangan ini dilakukan dengan menggunakan fasilitas-fasilitas yang ada pada produksi minyak bumi dan dapat juga digunakan bahan-bahan kimia. Suatu cara untuk menanggulangi problem emulsi adalah dehidrasi (proses pemecahan emulsi), antara lain meliputi : 2.7.1. Metoda Mekanik 



Gravity settling



7



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Metode ini bekerja atas dasar pemanfaatkan perbedaan gravitasi antara minyak dan air. Semakin besar perbedaannya, maka semakin cepat pula dipisahkan. Selain itu metoda ini dipengaruhi oleh viskositas dan ukuran emulsi. Semakin besar viskositas, semakin sukar emulsi dipisahkan. Dan semakin kecil ukuran emulsi, semakin sulit juga untuk dipisahkan. Proses pemisahan minyak dan air terjadi di wash tank. Wash tank ini sudah dirancang untuk pemisahan 2 fasa, yaitu fasa minyak dan fasa air. Untuk proses pemisahan minyak dan air ada standar API gravity yang harus dipenuhi, terutama oleh PT. CPI. Semakin tinggi API gravitynya, semakin tinggi harga jual minyak. Untuk memperoleh minyak dengan API gravity yang tinggi, harus dilakukan proses pemisahan minyak dan air secara sempurna. Agar proses pemisahan dapat terjadi secara sempura, maka waktu tinggal fluida di dalam wash tank ini disetting berkisar antara 2 – 4 jam. Lamanya fluida di dalam wash tank ini disebut dengan retention time. 



Pemanasan Pengaruh panas pada emulsi akan mengakibatkan : o Naiknya daya larut minyak terhadap emulsifying agent dan naiknya kecepatan kecepatan berdifusi zat tersebut ke dalam minyak. o Menurunkan viskositas, ketebalan dan gaya kohesi dari film. o Mempercepat gerakan partikel. o Menurunkan viskositas minyak. o Uap air yang mengalir keluar akan memecahkan lapisan tipis minyak di sekeliling air.







Centrifugal Cara ini kurang dikenal sebab mahal biayanya dan penggunaannya terbatas. Gaya yang dihasilkan itu tinggi, dengan kecepatan putar



8



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



13.000 kali gaya gravitasi. Umumnya di sini akan diendapkan juga pasir dan padatan lain yang terkandung. 



Filtering Prinsip kerja dari metoda ini adalah memisahkan air dan minyak di bawah pengaruh tekanan melalui suatu media pourus. Cairan yang dapat lewat adalah cairan yang bersifat membasahi susunan filter tersebut. Sebagai bahan filter biasanya digunakan: excelsior, pasir, diatomaceous earth, ditambah dengan alat penekan filter. Kalau diperlukan alat ini dapat dikombinasikan dengan pemanasan dan penambahan demulsifier.



2.7.2. Metoda Listrik Metoda ini merupakan metoda yang paling efisien dan paling sering digunakan di lapangan, di samping metoda kimia. Apabila emulsi diletakkan di bawah pengaruh suatu medan potensial yang tinggi, maka butiran-butiran air di dalam emulsi akan bermuatan listrik karena induksi, dimana masing-masing merupakan kutub polar. Muatan induksi tersebut akan menimbulkan reorientasi pada molekul-molekul polar dan membentuk lapisan film yang kurang stabil. Gaya elektrostatik di antara partikel-partikelnya akan cukup kuat untuk memecahkan film tersebut, sehingga dengan demikian mereka akan saling bergabung dan mengendap karena gravitasi. 2.7.3. Metoda Kimia Merupakan



suatu



cara



penanggulangan



problem



emulsi



dengan



pemakaian bahan-bahan kimia (chemical) seperti pemakaina demulsifier dan reverse demulsifier. Keefektifan penggunaan bahan kimia untuk memecahkan emulsi sangat dipengaruhi oleh temperatur emulsi yang akan di-treat dan settling time-nya. Bahan kimia yang diinjeksikan pada emulsi dapat memecahkan emulsifying agent yang membungkus butiranbutiran air. Sedangkan panas dapat mengurangi kekentalan emulsi dan mempercepat gerakan molekul-molekul emulsi. Bahan-bahan kimia ini



9



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



dipompakan ke dalam fluida dalam jumlah tertentu secara terus menerus, sehingga menyebabkan ia larut dalam fluida atau emulsi. Demulsifier adalah zat kimia yang larut di dalam minyak terabsorbsi ke batas antar muka dan mempunyai kemampuan untuk melawan kerja dari emulsifying agent. Maka penambahan demulsifier pada emulsi akan mengakibatkan terabsorbsinya zat tersebut ke batas antar muka, memecahkan film emulsifying agent dan atau mengusir emulsifying agent tersebut ke arah minyak. Dengan demikian butiran akan saling bergabung, dan kemudian mengendap. 



Untuk mendapatkan hasil yang baik pada treating bahan kimia ini, ada beberapa hal yang harus menjadi bahan pertimbangan, yaitu : o Pemilihan injection point Tempat penginjeksian harus dipilih pada tempat yang cukup mendapat pengocokan agar bahan kimia ini dapat bercampur dengan emulsi secara baik, sehingga bahan kimia dapat berhubungan langsung dengan masing-masing butiran air atau minyak dalam emulsi dan menetralisir lapisan tipis emulsifying agent yang membungkus masing-masing butiran.



Chemical Drum



Ken co sight glass



Switch Board



Electric Cable Under ground



Electric Motor



½ Valve



Conduit Elbow



Injector Head ½ strainer



Chemical pump (Gear Box)



¼” Line check ½” Valve



Stinger



P IP E LINE



10



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Gambar 3. Injection Point o Penyelidikan dan percobaan yang cermat harus dilakukan sebelum menentukan tempat yang tepat untuk



pemasangan



chemical pump. o Pemilihan bahan kimia (chemical) yang cocok, maksudnya adalah bahan kimia yang akan diinjeksikan harus sesuai dengan karakteristik fluida yang diproduksi dari reservoir, apakah mengandung lebih banyak minyak, air atau unsur-unsur lain yang terkandung dalam di dalam fluida terproduksi tersebut. o Jika posisi injeksi sangat jauh dari GS, maka untuk menghindari terputusnya kinerja dari bahan kimia (demulsifier) sebelum sampai ke GS ditambahkan titik/spot injection sehingga didapatkan rantai injection yang efektif sampai di wash tank nantinya.



Gambar 4. Contoh Inject Chemical di Suatu Area 



Berdasarkan kebutuhannya, ada beberapa sistem yang dapat dipakai untuk penentuan tempat pengiinjeksian bahan kimia, yaitu: o Down the hole system Pada down the hole system, zat demulsifier diinjeksikan ke dalam sumur melalui annulus tubing-casing. Cara ini dianjurkan untuk sumur-sumur gas lift dan sumur-sumur pompa yang menghasilkan emulsi sangat kental. o Flow line system



11



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Pada flow line system, zat demulsifier diinjeksikan pada well head atau pada tempat-tempat sebelum separator. Di sini emulsi masih mudah dipecahkan. o Tank system Pada tank system zat demulsifier diinjeksi pada flow line antara settling tank dengan treater sebelum tangki penimbunan. Di sini umumnya emulsi lebih kental. Peralatan yang digunakan untuk menginjeksikan bahan kimia adalah positive displacement type plunger pump. . 3. Demulsifier 3.1. Cara Kerja Demulsifier Demulsifier dapat diartikan sebagai surface active agent (surfactant) yang membantu melawan kegiatan emulsifier atau membantu memecah lapisan permukaan butiran. Pada dasarnya demulsifier bekerja berlawanan arah dengan emulsifier. Cara kerja demulsifier, yaitu sebagai berikut : 3.1.1. Floculation Demulsifier jenis ini bekerja dengan menggabungkan butir-butir internal fase. Jika lapisan emulsinya lemah, maka butiran-butiran tersebut akan bergabung dan menyatu dengan kontiniu fase. 3.1.2. Coalescence Demulsifier jenis ini bekerja dengan merusak lapisan pada permukaan butir, sehingga butir-butir emulsi akan bergabung dan menyatu dengan kontiniu fase. 3.1.3. Solid wetting Dalam kebanyakan crude oil, solid seperti iron sulfide, clay, drilling mud dan parafin dapat membuat emulsi lebih rumit. Dengan bantuan wetting agent



12



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



solid yang sudah water wet akan tercuci oleh air dan jatuh sehingga akan membentuk proses demulsifikasi. 3.2. Jenis-jenis Demulsifier Umumnya demulsifier yang digunakan di ladang minyak merupakan campuran (blending) dari berbagai komponen dengan karakteristik masing-masing untuk mencapai unjuk kerja chemical yang diinginkan. Demulsifier diinjeksikan ke dalam pipa aliran masuk fluida yang terproduksi dari sumur minyak, sebelum memasuki tangki pemisah di gathering station (GS). Secara sederhana fungsi demulsifier ini adalah untuk memecahkan emulsi, sehingga proses pemisahan minyak dan air lebih mudah dan lebih cepat. Oleh karena itu bahan kimia ini dikenal dengan sebutan emulsion breaker. Demulsifier digunakan untuk sistem emulsi normal dimana air terdispersi dalam minyak (water in oil). Penginjeksian demulsifier dilakukan di sumur produksi (producer well) dan diteruskan ke gathering station tempat dilakukannya pemisahan antara minyak dan air. Peranan pemakaian bahan kimia demulsifier ini tidak dapat dihindarkan karena keterbatasan kemampuan fasilitas produksi untuk bisa menghasilkan kualitas minyak dengan kandungan air sekecil mungkin (BS&W di bawah 0,5 %). Penginjeksiannya menggunakan tangki yang dilengkapi pompa atau disebut juga dengan demulsifier chemical tank. Demulsifier chemical tank ini berfungsi sebagai tempat penyimpanan bahan kimia cair dan juga sebagai tangki umpan (feeder tank) untuk pompa bahan kimia. Adapun demulsifier yang sering digunakan adalah : 3.2.1. Polyglycol eter, baik untuk flokulasi tetapi sering over treat (terbentuknya kembali emulsi dan reemulsifikasi). 3.2.2. Polyglycol ester, dikenal dengan kemampuannya mendehidrat crude oil. Baik untuk flokulasi. 3.2.3. Oxyalkilated Resin-Low Oxide, baik untuk semua proses dan baik untuk penggumpalan. Terkadang cenderung over treat terutama pada minyak mentah dengan gravity yang tinggi.



13



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



3.2.4. Oxyalkilated Resins-Hight Oxide, cocok untuk sifat-sifat demulsifikasi dan menunjukkan karakteristik pembasahan yang baik. 3.2.5. Sulfonates, umumnya baik pada semua aksi dan cenderung tidak over treat. Sering ditambahkan juga bersama demulsifier lainnya. 3.2.6. Alkanolamine condensate, merupakan demulsifier yang kurang baik tetapi terkadang menunjukkan flokulasi dan penggabungan yang baik. 3.2.7. Oxyalkilated phenols, merupakan zat pembasah utama dengan sifat-sifat demulsifikasi yang buruk. 3.2.8. Oxyalkilated polymines, terkadang baik untuk flokulasi dan kurang cocok untuk



penggabungan



(coalescence),



umumnya



menunjukkan



kecenderungan yang kecil dan over treat. 3.3. Pelarut Demulsifier Umumnya demulsifier larut dalam minyak, maka pengenceran demulsifier dapat dilakukan dengan menggunakan bensin, minyak tanah atau avtur. Akan tetapi yang paling baik digunakan sebagai pelarut adalah pelarut aromatik seperti xylene, toluene atau benzena. Kareana itu bahan kimia ini dianjurkan disimpan di dalam wadah/tempat yang terbuat dari bahan plastik, karena pada umumnya bahan yang mengandung plastik tidak tahan terhadap pelarut aromatik, maka sebaiknya disimpan pada bahan metal.



Gambar 5. Demulsifier 3.4. Pemakaian Demulsifier Pemakaian demulsifier yang ideal akan memberikan hasil sebagai berikut :



14



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



3.4.1. Pemisahan air dari emulsi cepat, beberapa bahan kimia menunjukkan suatu pemisahan air dengan cepat sebelum semua air dilepaskan, sehingga menghasilkan BS&W yang tinggi. Beberapa bahan kimia lainnya dapat memisahkan air dengan lambat, tetapi akan menghasilkan minyak yang lebih (BS&W rendah). 3.4.2. Pemisahan sempurna antara air dan emulsi. 3.4.3. Treatment yang efektif pada dosis rendah. 3.4.4. Tidak ada residu berbahaya yang dapat mempengaruhi produksi minyak mentah atau refinery proses (pengolahan limbah). 3.4.5. Viskositas rendah. Rumus yang digunakan dalam pemberian bahan kimia dalam hal ini demulsifier adalah sebagai berikut : jumlah pemakaian chemical



ppm chemical = jumlah minyak yang diproses  1.000.000 ppm adalah bagian dalam satu juta (1/1.000.000) dalam satuan gallons per day (GPD). ppm chemical =



GPD  1.000.000 BOPD  42



1 Bbl = 42 gallons 4. Water Cut Water cut merupakan kandungan air yang terdapat dalam crude oil. Water cut ini dinyatakan dalam satuan BS&W (Base Sediment&Water). Dalam proses produksi minyak bumi, water cut ini sangat dihindari karena dapat menurunkan harga penjualan crude oil dipasaran. PT. CPI memiliki standar water cut yang terkandung dalam crude oil yaitu sebesar 0,5 %. Besarnya diameter tangki dan berapa rate yang masuk dalam tangki sangat mempengaruhi kandungan water cut. Selain itu, retention time di wash tank, unjuk kerja bahan kimia serta letak suction pump juga mempengaruhi kandungan dari water cut yang terdapat di dalam crude oil. Berikut prosedur operasi standar (Standard Operating Procedure/SOP) analisa water cut yaitu :



15



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Langkah Pekerjaan Yang Harus Dilakukan : 4.1. Persiapan : 4.1.1. Pastikan semua alat-alat keselamatan (PPE) yang standar : 1. Safety shoes 2. Safety hat 3. Safety hand gloves 4. Safety goggle 4.1.2. Pastikan semua perlengkapan telah tersedia : 1. Botol sampel 2. Tools 4.1.3. Pastikan semua prosedur keselamatan (JSA) telah dipahami oleh orang yang terlibat. 4.2. Pelaksaan : 1. Siapkan botol sampel yang bersih. 2. Pastikan tubing terpasang kuat. 3. Perhatikan arah angin dan pastikan posisi berdiri dengan benar. 4. Buka kran sampel dan biarkan beberapa saat sampai air dan minyak yang menempel/terperangkap dalam tubing terbuang. 5. Atur aliran (flash) sampai alirannya stabil/konstan. 6. Ambil/tampung sampel ke dalam botol lalu tutup kuat supaya tidak terkontaminasi. 7. Tutup kran sampel dan pastikan tidak ada kebocoran. 5. Kondisi Lapangan 5.1. Pemisahan Minyak di Oilfield Minas Minyak yang terproduksi dari sumur-sumur produksi (producer well) di ladang minyak Minas tersebut proses pemisahannya dibantu dengan pemakaian bahan kimia (chemical) yaitu demulsifier dan reverse demulsifier dalam menangani



16



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



masalah emulsi, tidak perlu menggunakan bahan kimia lain seperti floculant dan coagulant karena pemisahan minyak Minas tergolong mudah karena memiliki API gravity yang tinggi. Bahan-bahan kimia ini disupply oleh perusahaan lain sebagai supplier, untuk itu bahan kimia tersebut harus dites terlebih dahulu sebelum dilakukan kontrak kerjasama dengan pihak perusahaan tersebut. Ada beberapa cara pengujian yang dilakukan terhadap bahan kimia yang akan digunakan oleh pihak perusahaan yaitu : 5.2. Bottle test Bottle test digunakan untuk menentukan zat kimia apa yang lebih efektif untuk memecahkan emulsi di oilfield. Hasi dari bottle test ini juga menunjukkan dosis pemakaian bahan kimia yang diberikan pada emulsi, sehingga didapatkan jumlah terkecil zat kimia yang dibutuhkan untuk memecahkan emulsi. Walaupun bottle test ini merupakan tes yang



statis tapi merupakan gambaran kondisi



sistem yang sebenarnya. Bottle test dapat juga digunakan untuk menyelidiki ketidaksesuaian bahan kimia. Ada tiga hal yang harus diperhatikan dalam melakukan bottle test, yaitu sebagai berikut : 1. Sampel yang digunakan pada bottle test harus betul-betul menunjukkan kembali sifat-sifat emulsi yang akan ditreat. 2. Sampel harus baru, sedapat mungkin langsung diambil dari field karena bahan-bahan



emulsi



dapat



berubah



dengan



cepat



sehingga



mempengaruhi proses treat (pengolahan). 3. Diperlukan kondisi yang sama dengan yang di lapangan pada saat pengadukan dan pemanasan. Setelah tiga prosedur di atas dilakukan, maka bahan kimia (demulsifier) yang paling efisien didasarkan pada beberapa kritertia di bawah ini, yaitu : 1. Kecepatan pemecahan emulsi, biasanya ditunjukkan dengan kecepatan water drop. 2. Sedikitnya kandungan dari fraksi minyak (water cut) yang dihasilkan. 3. Warna dan kejernihan dari lapisan minyak.



17



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



4. Sedikitnya keberadaan endapan dan selaput pada lapisan minyak dan air. Treatment ideal dari emulsi minyak mentah yaitu dengan adanya garis minyak yang tajam, bersih tanpa ada selaput dan endapan. Adapun prosedur penentuan bottle test adalah sebagai berikut : 1. Isi enam botol tes yang bersih dengan sampel minyak masing-masing 100 mL (oleh chemical production team yang kemudian diserahkan ke laboratorium), pilihlah botol yang paling bagus dan sama ukurannya. 2. Tutup botol tersebut dan tunggu beberapa saat, sehingga botol terbungkus lapisan emulsi. Beri tanda masing-masing botol. 3. Injeksikan masing-masing dengan salah satu jenis demulsifier yang akan diuji (50 – 70 ppm) cukup baik untuk konsentrasi awal. 4. Buka tutup botol tersebut dan tempatkan pada waterbatch sehingga temperaturnya sama dengan temperatur alami minyak pada titik penginjeksian. 5. Pada saat temperatur telah seimbang, botol ditutup kembali dikocokkocok agar terjadi pengadukan pelan untuk mendistribusikan demulsifier secara homogen melalui emulsi. 6. Buka tutup botol dan tempatkan kembali dalam waterbatch untuk mendapatkan perlakuan panas. Jika pada field temperaturnya 212 0F, maka atur suhu waterbatch pada 212 0F. 7. Amati warna minyak dalam botol, penampakan lapisan film minyak pada posisi atas botol dan penampakan air pada posisi bawah pada interval waktu tertentu (setiap 5 menit). 8. Catat semua hasil pengamatan. Catat berapa lapisan air yang terbentuk, dinyatakan dalam BS layer. 9. Jika observasi di atas menunjukkan masih adanya emulsi, ambil sampel dan lakukan 



Masukkan dalam tube centrifuge dan tambahkan gasoline atau hidrokarbon yang cocok sampai batas 50 %.



18



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009







Set thief pipet



pada bagian bawah 155 mL di atas tingkat



interface botol dengan jumlah air yang maksimum. 



Letakkan minyak dari botol ke dalam tube centrifuge sampai menunjukkan batas 100 %. Campur minyak dan gas dalam tube pengocok dan letakkan dalam centrifuge. Lanjutkan proses ini untuk mentreat semua proses.



10. Lakukan



penambahan



bahan



kimia



untuk



masing-masing



tube



centrifuge : 



Tambahkan 2 sampai 3 tetes zat kimia pada masing-masing tube centrifuge. Pada beberapa zat, 2 – 3 tetes saja dapat mengakibatkan reemulsi atau overtreat.







Kocok dengan kuat, pastikan bahwa lapisan BS dapat terpecah.







Panaskan tube pada suhu 1500 F jika ada masalah dengan parafin-base crude dan centrifuge. Jika perlu gunakan centrifuge yang panas.







Catat hasilnya pada laporan bottle test.



Walaupun uji bottle test dapat digunakan untuk menentukan bahan kimia (demulsifier) yang sesuai dan lebih efektif untuk memecahkan emulsi, serta menentukan dosis yang akan diberikan di field. Bottle test ini masih harus diikuti dengan uji lapangan (field trial). Ini disebabkan karena uji bottle test adalah uji statis, sedangkan kita ketahui bahwa minyak di lapangan akan mengalir dalam pipa-pipa saluran dengan kecepatan tertentu. 5.3. Field Trial Setelah dilakukan bottle test oleh pihak laboratorium yang sampelnya diambil oleh production team, tahap selanjutnya



adalah proses field test. Field test



dimaksudkan untuk mennguji kemampuan demulsifier untuk beroperasi dalam sistem yang dinamis. Dalam field test, fleksibilitas demulsifier untuk perubahan proses dapat ditentukan. Data yang diperoleh nantinya akan digunakan untuk operasi secara keseluruhan. Demulsifier dites bersama-sama dengan sistem



19



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



pemisah (separator). Dari sini dapat diketahui respon dari bahan kimia tersebut pada satu atau lebih sumur dan memberikan ide berapa takaran atau dosis yang sebenarnya. Jika tahap ini berhasil, bahan kimia dapat digunakan untuk keseluruhan sistem dan pengoptimalnya untuk sumur yang berbeda dan laju alir yang berbeda pula. Parameter-parameter yang dapat dimonitor untuk mengetahui apakah bahan kimia ini bekerja atau tidak antara lain dengan mengukur water cut (BS&W) untuk kerja demulsifier. Dengan jangka waktu lebih kurang tiga minggu field test dilakukan dan selanjutnya akan diambil suatu optimasi dari bahan kimia itu sendiri. 5.4. Field Optimazation Setelah field trial berhasil, full-scale field optimazation (optimasi ladang keseluruhan) dapat dilaksanakan. Disini kerja bahan kimia dimonitor secara rutin terhadap kemungkinan efek samping dari kelebihan atau kekurangan dosis seperti yang serig terjadi pada separator (alat pemisah). Jika dua atau lebih produk lapangan digabung akan terjadi penurunan kerja demulsifier dan reverse demulsifier. Untuk mendapatkan kerja bahan kimia yang optimum, lokasi dan laju dapat digunakan untuk mengoptimasikan proses (oil recovery).



6. Penggantian Demulsifier Karakterisrik crude akan berubah sesuai dengan umur dari field itu sendiri. Kandungan air dalam field semakin lama juga semakin meningkat. Seperti halnya umur field dan peningkatan water cut, stabilitas emulsi, emulsifying agent, biasanya dipakai untuk meneliti kerja demulsifier setiap tiga tahun sekali di Oilfield Minas. Dalam beberapa kasus dimana tahap perubahan water cut mulai terlihat, hal ini dapat membuat kita lebih berhati-hati lagi dan lebih sering dalam meneliti kerja dari bahan kimia tersebut. Semua itu diperlukan untuk penentuan apakah kimianya masih optimum. Jika tidak, dilakukan lagi pemilihan demulsifier yang lain yang lebih efektif.



7. Hasil Analisa Data



20



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



7.1. Konsumsi Demulsifier di Oilfield Minas Proses pemakaian demulsifier dipakai secara kontiniu, karena apabila pemakaiannya berhenti maka pemisahan minyak di gathering station (GS) tidak optimal



bahkan



jauh



dari



standar-standar



yang



ditetapkan.



Dalam



pelaksanaannya di lapangan, demulsifier diinjeksikan jauh dari GS dan dekat dengan sumur produksi (well head), hal ini disebabkan karena demulsifier memiliki satuan waktu dan jarak kerja yang panjang sehingga nantinya pada saat crude oil memasuki wash tank, proses pemisahan sudah sempurna. Demulsifier diinjeksikan dengan menggunakan pompa yang ada pada masingmasing tangki, biasanya konsumsi demulsifier ini dinyatakan dalam satuan gallons. Pengecekan konsumsi demulsifier ini dilakukan setiap harinya oleh tim produksi (production team). 7.2. Berikut tabel data pemakaian atau konsumsi demulsifier (Quart/Day) untuk masing-masing area (GS).



8. Pembahasan Sebagaimana kita ketahui, emulsi merupakan masalah yang tidak dapat dihindari pada industri perminyakan. Emulsi akan selalu ada pada proses produksi minyak mentah (crude oil), karena bagaimanapun juga air akan banyak terbawa bersamasama dengan minyak yang keluar dari sumur produksi. Apalagi di Oilfield Minas ini, kandungan air bisa mencapai 90 % lebih dari jumlah fluida yang keluar dari perut bumi. Air tidak bisa dipisahkan dari minyak jika hanya mengandalkan proses fisis saja, karena air membentuk ikatan yang kuat sebagai emulsi di dalam crude oil.



21



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Dalam usaha mengatasi permasalahan emulsi pada proses produksi minyak mentah dan meminimalisir kadar water cut yang terkandung di dalam crude oil yaitu sebesar 0,5 % serta untuk meningkatkan hasil produksi dan harga jual, maka PT. CPI khususnya distrik Minas melakukan berbagai upaya-upaya. Salah satu diantaranya yaitu dengan pemilihan pemakaian bahan kimia (demulsifier) yang diinjeksikan pada sumur produksi (well head) dan pipa-pipa saluaran sebelum masuk ke GS, sehingga diharapkan nantinya terjadi proses pemisahan antara minyak dan air secara optimal. Sebelum dilakukan penginjeksian bahan kimia demulsifier ini, perlu dilakukan uji coba terlebih dahulu, hal ini disebabkan karena Oilfield di setiap area itu memiliki karakteristik minyak yang berbeda. Jadi perlu diketahui dulu karakteristik, cara kerja dan mengetahui juga sistem atau tempat bahan kimia demulsifier itu bekerja, tujuannya adalah untuk menyesuaikan campuran bahan kimia demulsifier dengan karakteristik minyak. Setelah hal ini diketahui, baru bisa dilakukan penginjeksian demulisifier ini. Dari tabel konsumsi demulsifier pada tahun 2006, terlihat jelas bahwa konsumsi demulsifier terbesar terdapat di Area V dengan rata-rata sebesar 17 quart/day atau jika dikonversi ke dalam satuan gallon yaitu sekitar 4,25 gallon per harinya. Jika dibandingkan hasil BOPD (Barrel Oil Per Day) dan hasil air terproduksi BWPD (Barrel Water Per Day) pada Area V ini dengan Area lain di Oildfield Minas, hasilnya tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan, bahkan hasil produksinya hampir sama saja. Tetapi mengapa pada Area V ini jumlah pemakaian/konsumsi demulsifier begitu besar, ini tentu suatu permasalahan yang perlu untuk ditanggapi. Kemungkinan yang bisa kita simpulkan mengapa di Area V ini konsumsi demulsifier begitu besar antara lain disebabkan oleh : 8.1. Karena pada Area V ini banyak sumur produksi yang letaknya jauh dari pusat operasi (wash tank) sehingga ada kemungkinan putusnya rantai reaksi menyebabkan emulsi pada wash tank meningkat dan akibatnya injection rate demulsifier bertambah. 8.2. Area V ini adalah area yang letaknya paling jauh dari gathering station, sehingga setiap kegagalan pada proses penginjeksian akan sulit dan lama baru diketahui oleh petugas, sehingga demulsifier tersebut tidak terinjeksi lagi.



22



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



8.3. Lemahnya pengawasan/respon yang lambat dari petugas sehingga terjadi problem pada penginjeksian misalnya pompa injeksi mati, hal ini lah yang menyebabkan dosis injeksi demulsifier menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan area lain. Secara teoritisnya konsumsi demulsifier itu meningkat karena karakteristik minyak yang diproduksi di Area V ini lebih banyak mengandung emulsi. Dapat kita tinjau juga bahwa dalam sistem reservoir air-minyak, dimana fluida yang mengalir adalah hanya minyak dan air saja, maka fraksional aliran dikontrol oleh permeabilitas relatif dan viskositas masing-masing fluida. Pergerakan minyak yang didesak oleh air, pada proses produksi merupakan proses pengeringan (drainage), dimana fasa minyak sebagai fluida non wetting dan fasa air sebagai fluida wetting (pembasah). Kemungkinan lain yang terjadi adalah dengan diproduksinya fluida reservoir secara terus menerus sehingga harga saturasi air semakin tinggi. Dengan demikian maka harga permeabilitas relatif air akan semakin naik dan permeabilitas relatif minyak akan semakin turun. Hal ini menyebabkan laju produksi minyak semakin lama akan semakin turun dan laju produksi air akan semakin naik. Dengan kata lain water cut akan semakin tinggi. Akibat proses produksi fluida, batas minyak-air akan bergerak naik mendekati lubang sumur, karena batas minyak-air cukup stabil, air akan masuk secara merata pada setiap titik sepanjang sumur. Pada saat waktu tembus air tersebut, air akan terproduksi dalam jumlah besar sehingga menyebabkan harga water cut pada saat itu meningkat secara ekstrim dan emulsi yang terbentuk pun jumlahnya menjadi sangat tinggi. Hal ini lah yang menjadi kemungkinankemungkinan pemakaian demulsifier terbesar jumlahnya di Area V tersebut. Dalam kasus-kasus seperti ini, kondisi ini sebaiknya dilakukan evaluasi cadangan sumur



produksi



secara



volumetrik,



untuk



dibandingkan



dengan



produksi



kumulatifnya. Jika recovery masih tergolong rendah, maka ada kemungkinan terjadi penurunan kualitas produksi pada sumur produksi tersebut dan perlu diadakan perbaikan/rehabilitasi terhadap sumur produksi tersebut.



9. PENUTUP 9.1. Kesimpulan



23



ROS, Process & Treatment Team’s Documment, March 2009



Demulsifier merupakan surface active agent (surfactant) yang membantu melawan kegiatan emulsifier atau membantu memecah lapisan permukaan butiran. Pada dasarnya demulsifier bekerja berlawanan arah dengan emulsifier. Demulsifier ini diinjeksikan jauh dari GS, karena demulsifier memiliki satuan waktu dan satuan jarak kerja yang panjang. Dari analisa data konsumsi demulsifier pada tahun 2006, terlihat jelas bahwa konsumsi demulsifier terbesar terdapat pada area V. Area V ini merupakan area yang letaknya paling jauh dari GS dan rata-rata sumur produksinya terletak jauh dari pusat operasi pemisahan (wash tank), sehingga kemungkinan terjadi emulsi lebih besar pula dan berakibat pada besarnya konsumsi demulsifier di Area ini. 9.2. Saran Dari hasil analisa data konsumsi demulsifier pada tahun 2006, maka saran dari penulis antara lain : 9.2.1. Perlu pengawasan intensif terhadap fasilitas produksi terutama fasilitas produksi yang berhubungan dengan proses pemisahan emulsi minyak dan air (wash tank), karena apabila proses pemisahan terjadi secara sempurna maka akan dihasilkan minyak dengan API gravity yang tinggi dan harga penjualannya juga akan tinggi. 9.2.2. Perlu dilakukan kontrol yang efektif oleh petugas agar kinerja bahanbahan kimia (demulsifier) bisa optimal dan sesuai dengan target injeksi yang telah ditetapkan. 9.2.3. Penanganan yang cepat terhadap segala problem injeksi, misalnya pompa mati sehingga demulsifier tidak terinjeksi dan menyebabkan tingkat emulsi yang tinggi.



24