ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN BRINE DAN NANOFERROFLUIDS TERHADAP FAKTOR PEROLEHAN PADA HEAVY OIL MELALUI PEMANASAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Revia Nanda Putra* Sudjati Rahmat** Sari Heavy oil merupakan minyak yang sangat berat dengan viskositas yang tinggi sehingga sangat sulit untuk mengalir ke permukaan. Padahal potensi heavy oil ini sangat besar sekali di dunia yaitu sekitar lebih dari dua kali potensi minyak konvensial (light oil). Untuk itu, keberadaan metode yang efektif dan ekonomis dalam membantu memproduksikannya ke permukaan sangat diperlukan dalam rangka memenuhi kebutuhan minyak global. Pemanasan induksi elektromagnetik telah menjadi metode yang cukup menjanjikan saat ini dengan mampu menghasilkan panas secara langsung di dalam reservoir tanpa adanya proses pembakaran. Namun , metode ini hanya bekerja dengan baik pada materi berkonduktivitas tinggi. Karena heavy oil memilki konduktivitas yang rendah maka digunakan brine dan nanoferrofluids sebagai stimultan dalam percobaan ini. Tujuan percobaan ini adalah untuk melihat pengaruh penggunaan beberapa stimultan terhadap perolehan minyak dengan menggunakan pemanasan induksi elektromagnetik. Selain itu juga akan dibandingkan perolehan heavy oil-nya pada berbagai konsentrasi brine yang berbeda. Hasil percobaan menunjukan bahwa core dengan 50 derajat salinitas brine memberikan perolehan yang paling besar yaitu sebesar 42 % dan 38 %. Sedangkan brine dengan 30 derajat salinitas memiliki perolehan sebesar 17-18 % dan yang paling rendah adalah brine dengan 20 derajat salinitas yang hanya mencapai 6 % dan bahkan ada yang 0 %. Dengan ditambahkannya nanoferrofluid ke dalam core mampu meningkatkan perolehan pada sampel heavy oil. Peningkatan terbesar terjadi pada core dengan brine 20 derajat salinitas yaitu terjadi peningkatan sebesar 34-40 %. Kata kunci : pemanasan induksi, brine, nanoferrofluids, heavy oil, faktor perolehan Abstract Heavy oil is kind of oil that have high viscosity so it is difficult to move to the surface. In fact, the potential of heavy oil is very huge in the world is about more than twice the potential of conventional oil . Therefore, it need some method which effective and economical to be applied in order to meet the global demands. Recently, induction heating has been promising method because of the ability to generate heat direcly without any combustion process in the reservoir. Yet, this kind of heating just work well on materials that have high conductivity and in contrary heavy oil has low conductivity. So, it is used brine and nanoferrofluids as a stimultan in this experiment. The main purpose of this experiment is to investigate the effect of using some stimultan toward recovery factor of heavy oil using induction heating. Beside that, also will be compared the recovery factor among some kind salinity degree of brine. The result of this experiment showed that cores with 50 degree of salinity brine give the highest recovery factor that is about 42 % dan 38 %. Meanwhile, brine with 30 degree of salinity has the recovery factor about 17-18 % and the lowest is brine with 20 degree of salinity which get recovery factor about 6% and even 0% . The existence of nanoferrofluids inside the core causes increasing the recovery factor of heavy oil. The largest increase occurred in the core with 20 degree of salinity brine which is an increase of 34-40 %. Keywords: induction heating, brine, nanoferrofluids, heavy oil, recovery factor *Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan ITB **Dosen Pembimbing Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan ITB
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
1
2.
I. PENDAHULUAN 1.1 Latarbelakang Kebutuhan dunia akan konsumsi minyak terus mengalami peningkatan dari tahun ke tahun seiring dengan semakin pesatnya perkembangan ekonomi global. Untuk itu para pelaku industri perminyakan harus terus berupaya untuk bisa memenuhi tuntutan tersebut. Namun permasalahannya adalah produksi minyak dibatasi oleh nilai recovery factor ( RF ), yaitu suatu ratio yang menunjukan jumlah minyak yang dapat diproduksikan ke permukaan. Nilai ini akan membatasi jumlah minyak yang bisa diproduksikan dengan mekanisme primery recovery-nya. Besar kecilnya nilai perolehan minyak ini sangat bergantung pada karakteristik reservoir dan fluida nya serta jenis driving mechanisme yang membantu memberikan tenaga dorong kepada minyak tersebut untuk mengalir ke permukaan. Untuk bisa meningkatkan produksi kumulatif minyak maka nilai perolehan ini harus ditingkatkan semaksimal mungkin. Caranya adalah dengan mengaplikasikan metode EOR (Enhanced Oil Recovery) pada reservoir tersebut. Prinsipnya dengan memberikan tenaga atau energi luar kepada reservoir sehingga diharapkan tenaga tersebut dapat membantu memberikan dorongan kepada minyak untuk mengalir kepermukaan. Metodenya antara lain : injeksi water,injeksi uap,insitu combustion, surfactant, polimer, MEOR dan sebagainya yang penerapannya tergantung kepada karakteristik reservoir, fluida reservoir dan pertimbangan keekonomian. Heavy oil adalah minyak berat yang memiliki viskositas yang sangat tinggi sehingga sangat sulit untuk mengalir. Padahal heavy oil memilki cadangan yang sangat besar yaitu lebih dua kali besar dari cadangan minyak biasa (ligh oil). Biasanya dilakukan injeksi uap dan pembakaran di tempat (insitu combustion) dalam memproduksikanya. Namun, dalam penerapannya sangat tidak efektif dan kurang ekonomis. Untuk itu diperlukan metoda yang lebih efisien dan ekonomis untuk menangani minyak berat ini. Dalam percobaan ini akan digunakan pemanasan elektrik dengan memanfaatkan prinsip pemanasan induksi oleh karena adanya garis-garis gaya magnet di sekitar kumparan berarus listrik. Untuk meningkatkan konduktivitas dari core maka akan digunakan brine dan nanoferrofluids sebagai stimultan. 1.2 Tujuan Adapun tujuan percobaan ini adalah: 1.
Untuk melihat kemampuan induktor elektromagnetik dalam memanaskan masingmasing stimultan
3.
Untuk melihat pengaruh penggunaan stimultan dalam meningkatkan nilai perolehan heavy oil melalui pemanasan induksi elektromagentik Untuk membandingkan nilai perolehan pada berbagai brine yang berbeda derajat salinitasnya dan nilai perolehan dengan menggunakan nanoferrofluids
1.3 Batasan Penelitian Dalam percobaan ini dibatasi hanya stimultan dan konsentrasi brine yang akan mempengaruhi pencapaian nilai perolehan sampel heavy oil. Stimultan yang digunakan adalah brine dan nanoferrofluids. Sedangkan brine yang digunakan ada 3 jenis konsentrasi yang berbeda yaitu brine dengan 50, 30, dan 20 derajat salinitas.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengenalan EOR Enhanced Oil Recovery atau Peningkatan Perolehan Minyak Tingkat Lanjut adalah perolehan minyak yang berasal dari salah satu atau beberapa metode pengurasan yang menggunakan energi luar reservoir. Energi yang dipakai adalah salah satu atau gabungan dari energi mekanik, energi kimiawi dan energi panas1. Tujuannya adalah untuk membantu meningkatkan perolehan minyak setelah driving mechanism yang bekerja pada reservoir tersebut sudah tidak mampu lagi dalam memberikan tenaga untuk mendorong minyak ke permukaan. Jenis-jenis metodenya1 adalah: 1. 2.
3. 4.
Injeksi tak bercampur, seperti injeksi air dan injeksi gas Injeksi tak tercampur, seperti injeksi gas CO2, injeksi gas tak reaktif, injeksi gas diperkaya dan injeksi gas kering Injeksi kimiawi, seperti injeksi alkalin, injeksi polimer, dan injeksi surfactant Injeksi termik,seperti injeksi air panas, injeksi uap dan pembakaran di tempat.
Proses pemilihan metode tersebut sangat tergantung pada faktor-faktor berikut1: Karakteristik reservoir Mekanisme pendorong Cadangan minyak tersisa Viskositas minyak Khusus untuk minyak berat (heavy oil) dilakukan thermal recovery dalam membantut meningkatkan nilai RF-nya. Pada prinsipnya thermal recovery ini memanfaatkan energi panas dalam menurunkan
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
2
viskositas heavy oil. Sehingga dengan penurunan viskositas akan membuat heavy oil lebih mudah untuk diproduksikan ke permukaan.
akan terbentuk oil bank yang besama-sama akan bergerak menuju sumur produksi.
Thermal recovery ada dua jenis metode5: 1.Steam processes Huff and puff Metode ini membutuhkan injeksi uap panas kedalam reservoir untuk menurunkan viskositas dari minyak. Uap panas di injeksikan langsung melalui sumur produksi. Proses memanaskan minyak disekitar lubang sumur menggunakan prinsip konduksi sehingga untuk bisa memanaskan minyak dalam skala reservoir membutuhkan waktu tertentu. Untuk itu selama proses ini berlangsung maka sumur di tutup sementara waktu. Setelah beberapa hari maka sumur bisa dibuka kembali untuk selanjutnya minyak diproduksikan ke permukaan. .Metode ini hanya mampu mencapai RF sebesar 20% dari IOIP.
Gambar 2 : Metode Steamflood 2.In situ combustion Metode ini membutuhkan pembakaran beberapa minyak di dalam reservoir untuk menciptakan uap panas dan gas. Metode ini direkomendasikan untuk reservoir dengan permeabilitas yang besar. Prosedurnya dengan menurunkan pemantik ke dasar sumur injeksi dan oksigen diinjeksikan untuk membantu menciptakan pembakaran. Akibat dari pembakaran yang terjadi maka minyak yang tidak terbakar akan menjadi lebih mobile karena penurunan viskositas. Dan steam yang terbentuk akibat dari pembakaran ini juga membantu mendorong minyak menuju sumur produksi. Sedangkan gas yang terbentuk akan bekerja sebagaimana solution gas drive mechanisme membantu memberikan tenaga dorong bagi minyak.
Gambar 1: Metode Huff and Puff
Steamflood Metode ini membutuhkan injeksi uap secara kontiniu melalui sumur injeksi. Metode ini sangat cocok untuk reservoir yang memiliki permeabilitas yang bagus dan sangat direkomendasikan untuk yang tidak memiliki dual porosity seperti adanya fracture karena hal ini akan mengakibatkan uap yang diinjeksikan akan dengan mudah mengalir ke sumur produksi sehingga tidak cukup untuk memanaskan minyaknya. Saat diinjeksikan ke dalam reservoir maka uap tersebut akan membentuk “bank” yang bergerak menyebar menjauhi sumur injeksi menuju sumur pruduksi. Dan perlahan akan mengalami kondensasi membentuk hot water yang akan membentu menurunkan viskositas minyak sehingga lebih mudah untuk mengalir. Dibelakang “bank” ini akan terbentuk juga
Gambar 3 : Metode In Situ Combustion 2.2 Pemanasan Induksi Elektromagnetik Metode pemanasan listrik telah menjadi alternatif baru dalam membantu memproduksikan heavy oil ke permukaan. Prinsip metode ini sangat sederhana yaitu dengan merubah energi listrik menjadi energi panas di dalam reservoir. Energy panas yang terbentuk akan dimanfaatkan untuk memanaskan heavy oil agar viskositasnya menjadi lebih rendah. Adapun sumber tenaga listriknya berupa arus bolak balik (AC) atau arus langsung (DC) yang berasal dari permukaan dan ditransmisikan lewat kabel atau selubung (casing) dalam sumur. Salah satu metode dalam pemanasan elektrik ini adalah pemanasan induksi elektromagnetik. Pemanasan tipe ini memanfaatkan gelombang elektromagnetik berupa
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
3
garis-garis medan magnet untuk memanaskan material yang memiliki konduktivitas.
2.4 Brine Brine merupakan larutan yang dibuat dengan mencampurkan air dan garam dengan perbandingan tertentu. Besar kecilnya perbandingan antara air dan garam akan menentukan dalam derajat salinitas nya. Semakin tinggi derajat salinitasnya maka konduktivitasnya akan semakin tinggi 2.5 Nanoferrofluids
Gambar 4 : Pemanasan Induksi Mekanismenya: Jika kawat konduktor dibentuk kumparan dengan dialiri arus AC pada frekuensi tertentu (induktor) dan di dekatnya diletakkan materi yang memilki konduktivitas, maka materi tersebut akan menerima pengaruh gelombang elektromagnetik dari induktor berupa medan magnet lalu akibat medan magnet tersebut akan menghasilkan arus eddy dalam materi Setiap materi konduktiv biasanya memiliki hambatan listrik, dan arus yang mengalir dalam materi tersebut akan menghasilkan daya sebesar: P=I2×R, dimana P adalah daya, I untuk arus, dan R untuk hambatan, daya inilah yang keluar sebagai panas.
Nanoferrofluid adalah campuran koloid antara ferromagnetic atau ferrimagnetic pada skala nano. Partikelnya berukuran 10 nm atau lebih kecil yang dilapisi surfaktan seperti asam oleic/citric untuk menghindari aglomerasi dan gaya magnet. Karena partikelnya yang kecil dan dengan pelapisan itulah maka nanoferrofluids ini bisa bersifat cairan, terdispersi, dan tidak bersedimentasi2. Nanoferrofluids bersifat stabil artinya tidak akan terjadi agglomerasi dan pemisahan fasa pada medan magnet yang kuat. Nanoferrofluids mempunyai dua state2: 1.Solid : partikel besi dalam ukuran nano 2.Liquid : air atau minyak
Dalam pemanasan induktif electromagnet ini, arus eddy yang ditimbulkan tidak memerlukan kontak langsung antara reservoir dan induktor. Panas hanya timbul di zona dengan konduktivitas tinggi. Hal ini membuatnya lebih efektif dan menjadi layak pakai secara ekonomis dan teknis. Konduktivitas termal adalah kemampuan suatu material untuk mengantarkan panas yang ditandai dengan besaran W.K-1 m-1. Besar kecilnya nilai konduktivats ini bergantunga pada jenis materialnya3. 2.3 Heavy Oil
Gambar 5 : Nanoferrofluids
III. ALAT DAN BAHAN 3.1 Alat Peralatan-peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah :
Heavy oil adalah tipe crude oil yang sangat viskos dan sulit untuk mengalir. Derajat API-nya lebih kecil dari 20 atau lebih besar 0.933 dalam skala spesifik gravity4. Karekteristik umum heavy oil ini adalah4: high specific gravity, perbandingan H/C kecil, high carbon residu, kandungan asphaltine tinggi, mengandung metal, sulphur dan nitrogen.
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
Induktor elektromagnetik Slim tube apparatus Pompa vakum Timbangan elektrik Jangka sorong Stopwatch Infrared termometer Picnometer Gelas ukur
4
4.3 Uji Temperatur
Gelas kimia Tabung reaksi
Prosedurnya:
3.2 Bahan
1.
Bahan-bahan yang digunakan: 2.
Heavy oil Brine ( 50, 30, dan 20 derajat salinitas ) Nanoferrofluids Artificial core
3. 4.
IV. PROSEDUR PERCOBAAN 4.1 Pembuatan Larutan Brine
4.4 Penentuan RF
Larutan brine dibuat dengan mencampurkan air dengan garam berdasarkan perbandingan tertentu sesuai dengan besarnya derajat salinitas yang diinginkan. (Lihat tabel 8 pada lampiran) NaCl( l )
1.
densitasnya
Pembuatan Artificial Core Langkah-langkah dalam pembuatan core adalah sebagai berikut: 1.
NaCl( s ) + H2O( l )
Selanjutnya brine dihitung menggunakan picnometer.
Setiap stimultan (brine 20, 30, dan 50 derajat salinitas serta nanoferrofluids) dimasukan ke dalam tabung reaksi Setiap tabung reaksi yang sudah berisi masing-masing stimultan kemudian diletakkan di tengah lilitan kawat pada induktor Nyalakan induktor elektromagnetik Perubahan suhu pada masing-masing stimultan diamati setiap 10 detik selama 3 menit dengan menggunakan infrared thermometer.
dengan 2. 3.
Diamana: –
………… ( 1 )
4. 5. 6.
4.2 Pengukuran Propertis Heavy Oil
Densitas Untuk mengukur densitas heavy oil digunakan picnometer yang prosedurnya sama dengan pengukuran densitas brine di atas Viskositas Viskositas heavy oil diukur dengan menggunakan Fann VG Meter. Dengan alat ini didapatkan skala (dial) untuk masingmasing kecepatan rotor, yaitu 3, 6, 100, 200, 300 dan 600 RPM pada berbagai temperature. Sehingga didapatkan: …………………….( 2 ) Keterangan: μa : apparent viscosity (cp) θN : dial reading @ N RPM (derajat) N : kecepatan rotor (RPM) …………………( 3 ) Keterangan: μp : plastic viscosity (cp) θ600 : dial reading pada 600 RPM θ300 : dial reading pada 300 RPM
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
7.
8. 9. 10. 11. 12. 13. 2.
Siapkan pasir dengan ukuran yang seragam, dibersihkan dan kemudian dikeringkan didalam oven Siapkan semen bangunan biasa Siapkan cetakan core dari pipa paralon dengan diameter 1 inch dan panjang 2,5 inch sebanyak yang dibutuhkan Lapisi bagian dalam cetakan dengan gemuk Takar berat pasir sesuai kebutuhan Takar berat semen dengan perbandingan 20% dari berat total (pasir+semen) Campurkan dan beri air sedikit-sedikit sampai adonan tersebeut sudah keliatan sedikit basah Cetak dalam cetakan Keringkan selama 2 hari Keluarkan core dari cetakan Ratakan bagian atas dan bawah core Oven selama kurang lebih saru hari Catat ukuran core dan berat keringnya
Penjenuhan Core Core yang sudah jadi dijenuhkan dengan larutan brine selama kurang lebih 24 jam dengan menggunakan pompa vakum. Setelah itu dicacat berat basahnya Kemudian dihitung porositas core dengan menggunakan metode liquid saturation. Dimana: …………...( 4 ) …………...( 5 )
5
Volume tersebut kemudian dicatat sebagai heavy oil yang terproduksikan akibat pemanasan induksi elektromagnetik.
…………………... ( 6 ) 3.
Pendesakan Core Untuk menginjeksikan heavy oil ke dalam core yang sudah tersaturasi dengan brine digunakan slim tube apparatus dimana heavy oil-nya didorong dengan menggunakan Hg. Brine yang tersisa didalam core dianggap sebagai residual water saturation ( Swr ). Sedangkan pori yang ditinggalkan oleh brine tersebut diasumsikan terisi dengan sempuna oleh heavy oil. Sehingga oil saturation (So) adalah satu dikurangi Swr-nya. Karena heavy oil-nya beku dalam suhu ruangan maka saat diinjeksikan kedalam core heavy oil harus dipanaskan dulu dengan heater sampai pada suhu yang memungkinkan heavy oil tersebut berada pada posisi cair. Dalam hal ini cukup dipanaskan sampai suhu 40o C.
4.
5.
………….(7) Confining pressure diberikan dari samping core holder dan diposisikan sebagai tekanan overburden. Tekanan ini bertujuan selain menggambarkan kondisi reservoir sebenarnya juga bertujuan untuk mencegah heavy oil mengalir ke arah samping core holder.
V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Hasil Percobaan Densitas brine
Setelah proses injeksi selesai, core didinginkan selama kurang lebih setengah hari untuk mengembalikan ke suhu ruangan.
Tabel 1. Densitas brine Brine Densitas (gram/ml) 20 salinitas 1.0294 30 salinitas 1.0523 50 salinitas 1.0872
Pemanasan Core
Densitas dan viscositas heavy oil
Proses pemanasan core dilakukan dengan menggunakan inductor elektromagnetik. Core diletakan di tengah lilitan kawat pada inductor. Posisinya dikondisikan sedemikian rupa agar lilitan kawat tepat berada di area tengah core sehinga memungkinkan pemerataan pemanasan pada saat proses pemanasan berlangsung. Proses pemanasan dilakukan selama 3 menit. Rangkaian alatnya dapat dilihat pada gambar 9 dan 10 di bagian lampiran.
Densitas heavy oil diukur pada suhu 1050 F dan didapatkan hasil sebesar 0.969 gram/ml. Sedangkan viskositas nya dapat dilihat di tabel dibawah.
Produksi Core kemudian dipindahkan kedalam core holder. Agar heavy oil tidak cepat dingin saat berada di dalam core holder maka core holdernya dipanaskan dengan temperature 500 C. Temperatur ini tidak melebihi temperature core setelah dipanaskan. Untuk memudahkan heavy oil mengalir ke bawah maka diberikan tekanan dari atas sebesar 50 psi sedangkan confining pressure nya dipertahankan pada 150 psi. Proses pemindahan kedalam core holder bisa memakan waktu sekitar 1-2 menit. Sedangkan proses produksi sendiri dilakukan selama 5 menit. Heavy oil yang tertampung di dalam gelas ukur kemudian dihitung volumenya.
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
Tabel 2. Viskositas heavy oil Temperatur ( C ) Viscositas (cp) 29 75 48.9 43 60 30 82.2 22 Uji pemanasan terhadap stimultan Tabel 3. Uji pemanasan terhadap stimultan Time (s)
Heat Brine (C) 20 30 50
Heat Nanoferro fluid
10
23.6
25.4
26.2
27.8
20
24.2
26.4
27.4
29.6
30
25.2
27.6
29.2
31.2
40
26.2
28.6
30.8
32.8
50
27.6
30
32.6
34.4
60
28.8
31.6
34.2
36.6
70
30.6
32.8
36.2
38.2
80
31.6
34
38.4
40
6
90
33.4
35.4
39.8
41.8
5.2 Pembahasan
100
34.4
36.8
41.4
43.8
110
35.6
38
43.2
46.2
120
36.6
39.2
44.6
48.4
130
37.8
40.4
46.6
50
140
39.4
41.6
47.8
51.8
150
40.4
42.8
49.2
53.4
Heavy oil merupakan minyak dengan viskositas yang sangat tinggi sehingga memiliki tingkat resistensi yang besar untuk mengalir. Sehingga untuk mempermudah dalam memproduksikannnya ke permukaan, sangat penting untuk menurunkan viskositasnya. Dan pemanasan adalah salah satu cara yang dapat digunakan untuk menurunkan viskositas tersebut.
160
41.6
43.6
50.6
54.6
170
42.6
44.8
52.2
56.4
180
43.6
45.8
53.4
57.6
Metode yang biasa digunakan dalam hal ini adalah stimulasi uap dan pembakaran di tempat (in situ combustion). Sayangnya kedua metode tersebut memiliki beberapa kelemahan. Menurut Sahni (2000) ada beberapa kelemahan pada stimulasi uap, yaitu:
Faktor perolehan Tabel 4. RF pada core dengan brine 50 derajat salinitas V awal (ml)
V produksi (ml)
Faktor Perolehan
1
2.4
0.9
0.38
2
2.6
1.1
0.42
Nano1
1.9
0.9
0.47
No Core
Bila formasi sangat dalam dimana panas yang hilang di dalam sumur terlalu banyak dan yang tersisa tidak cukup memanaskan formasi reservoir. Formasi yang tipis (ketebalan <30m) sehingga sebagian besar panas hilang ke formasi tanpa minyak. Situasi dimana pembuatan dan injeksi uap tidak diterima oleh lingkungan Formasi dengan permeabilitas rendah dimana fluida yang diinjeksi susah untuk berpenetrasi ke dalam reservoir Sifat reservoir yang heterogen sehingga adanya permeabilitas yang tinggi atau rekahan membuat uap mengalami terobosan lebih dini (early breakthrough) yang tentunya mengurangi sapuan.
Tabel 5. RF pada core dengan brine 30 derajat salinitas No Core
V awal (ml)
V produksi (ml)
Faktor Perolehan
7
1.2
0.2
0.17
9
1.1
0.2
0.18
Nano2
1.9
0.8
0.42
Tabel 6. RF pada core dengan brine 20 derajat salinitas No Core
V awal (ml)
V produksi (ml)
Faktor Perolehan
11
1.2
0.08
0.06
12
1.1
0
0
Nano3
3
1.2
0.4
Keterangan: Core dengan label Nano1,2,dan 3 adalah core yang telah dicampurkan dengan nanoferrofluids.
Sedangkan pada in situ combustion selain susah dalam mengontrol muka api juga terkendala pada banyaknya gas kimia beracun yang dihasilkan dari proses pembakaran tersebut. Untuk itu diperlukan suatu metode alternatif untuk bisa mengatasi kekurangan dua metode itu. Pemanasan induksi elektromagnetik mampu mengatasi hal tersebut karena selain panasnya ditimbulkan langsung di reservoir sehingga meminimalisir heat loss juga tidak memerlukan pembakaran untuk menghasilkan panas sehingga lebih aman dalam penerapannya. Untuk menjalankan mekanisme pemanasan induksi elektromagnetik ini dalam percobaan hanya membutuhkan sebuah induktor berupa kumparan kawat konduktor yang dialiri oleh arus AC berfrekuensi rendah yaitu 50 kHz. Garis-garis gaya magnet atau medan magnet yang ditimbulkan disekitar kumparan tersebutlah yang nantinya mampu menghasilkan panas pada material-material yang mempunyai konduktivitas tinggi dengan sebuah mekanisme tertentu. Tidak perlu adanya kontak antara induktor dengan material untuk menghasilkan panas tersebut. Panas yang ditimbulkan hanya akan terjadi pada zone
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
7
yang konduktivitasnya tinggi sehingga lebih layak pakai secara ekonomis dan teknis.
tersebut lebih mudah untuk mengalir (viskositasnya mengecil).
Minyak adalah material yang memiliki resistivitas yang besar sehingga koduktivitasnya relatif kecil. Untuk itu, agar proses pemanasannya lebih maksimal dengan induktor elektromagnetik ini maka diperlukan material lain yang lebih konduktif sebagai perantara dengan harapan panas dari material ini nantinya akan di transfer ke minyak dalam hal ini heavy oil. Sehingga panas tersebut nantinya akan menurunkan viskositas dari heavy oil.
Stimultan
Sampel Heavy Oil Sampel heavy oil yang digunakan dalam percobaan ini berasal dari salah satu lapangan di Indonesia. Heavy oil ini memiliki densitas yang sangat tinggi yaitu 0.969 gram/ml pada suhu 105o F. Dan pada Tabel 2 dapat dilihat juga bahwa viskositasnya sebesar 75 cp pada temperatur 29 o C dan semakin menurun seiring dengan kenaikan temperatur. Sementara itu, pada temperature ruangan sampel heavy oil ini berada dalam kondisi beku dan tidak bisa bergerak atau mengalir sama sekali. Hal ini mengindikasikan bahwa sampel minyak ini merupakan heavy oil yang sangat viskos. Pada Gambar 6 dapat dilihat bahwa viskositas sampel menurun sangat signifikan sampai temperature 60oC sedangkan pada temperatur di atasnya penurunannya menjadi lebih sedikit. Hal ini berarti bahwa pemanasan hanya akan efektif sampai sekitar temperatur 60oC saja. Sedangkan diatas temperatur tersebut hanya akan menurunkan sedikit viskositas saja.
PV vs T 80
PV ( cp )
60 40 20 0 0 Gambar 6: Viskositas Temperatur
50
100
T(C)
Sampel
Untuk
Stimultan digunakan dalam percobaan ini sebagai media penghantar panas kepada heavy oil. Untuk itu, sangat penting untuk menggunakan material yang memilki konduktivias yang relatif besar. Selain itu juga harus memilki karakteristik yang memungkinkan untuk bisa dimasukan kedalam core. Brine merupakan larutan campuran antara garam dengan air pada perbandingan tertentu. Besar kecilnya kadar garam dalam larutan tersebut ditunjukan oleh derajat salinitas dimana semakin besar kadar garamnya maka derajat salinitas nya akan semakin besar pula. Salain itu semakin besar derajat salinitas akan semakin besar kemampuan brine tersebut dalam menghantarkan listrik sehingga akan semakin kecil resistivitinya. Semakin kecil resistivity menunjukan semakin besar konduktivitasnya. Besar kecilnya kadar garam dalam brine dapat dibedakan dengan derajat salinitas. Dimana semakin tinggi derajat salinitasnya maka menunjukan kadar garam yang semakin banyak dalam brine tersebut. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat di bagian lampiran. Selain itu, banyaknya kadar garam dalam brine dapat kita validasi dengan densitas dari brine tersebut. Karena semakin banyak kadar garamnya tentu saja akan semakin berat brine tersebut atau densitasnya akan semakin tinggi. Dari Tabel 1 dapat kita lihat bahwa brine dengan 50 derajat salinitas memiliki densitas yang paling besar yaitu sebesar 1.0872 gram/mililiter sedangkan brine dengan 20 derajat salinitas memilki densitas yang paling kecil yaitu sebesar 1.0294 gram/milliliter. Pada dasarnya nanoferrofluids adalah sebuah logam yaitu besi. Hanya saja karena partikel besi yang digunakan adalah dalam ukuran nanometer maka apabila dicampurkan dengan air tentu saja partikel besi tersebut tidak akan kelihatan secara kasat mata. Secara fisik larutan nanoferro ini tidak ada perbedaan dengan sampel minyak yang digunakan yaitu cair dan berwarna hitam pekat. Karena larutan ini adalah partikel besi maka tentu saja konduktivitasnya akan lebih tinggi dari pada brine.
Berbagai
Dari percobaan dapat dilihat bahwa pemanasan mampu menurunkan viskositas dari heavy oil tersebut. Hal ini diakibatkan karena pemanasan dapat meningkatkan energi kinetik masing-masing molekul sehingga berakibat pada perubahan dari fraksi-fraksi berat dari fluida menjadi fraksi-fraksi ringan yang kemudian menyebabkan jarak antara partikelnya semakin renggang, sehingga mengakibatkan fluida
Pada akhirnya kedua larutan tersebut digunakan selain karena memilki konduktivitas yang tinggi juga bersifat cair dan memilki partikel yang sangat kecil sehingga mudah dalam pengkondisiannya di dalam core. Temperatur Stimultan Pada bagian percobaan uji temperatur dibandingkan kecepatan pemanasan masing-masing stimultan dengan proses pemanasan induksi ini. Seperti yang dapat dilihat pada Tabel 3 ataupun pada Gambar 7 semakin
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
8
tinggi derajat salinitas dari larutan brine maka pemanasannya menjadi semakin lebih cepat. Dalam waktu pemanasan selama 180 detik, brine dengan 50 derajat salinitas mencapai temperature 53.40 C sedangkan brine dengan 30 derajat salinitas mencapai suhu 45.80 C dan temperature terendah dicapai oleh brine dengan 20 derajat salinitas yaitu sebesar 43.60 C saja. Sedangkan nanoferrofluids memilki temperatur yang paling tinggi dari semua stimultan yang digunakan yaitu sebesar 57.60 C.
Temperature vs Time 70 60
brine 20 salinity degree brine 30 salinity degree brine 50 salinity degree nanoferrofluid
Temperatur ( C )
50 40 30 20 10 0 0
100 Time ( s )
200
Gambar 7: Kelakuan Temperatur Untuk Setiap Stimultan Akibat Pemanasan Induksi Elektromagnetik Pemanasan induksi elektromagnetik sangat dipengaruhi oleh besarnya nilai konduktivitas suatu material. Semakin besar nilai konduktivitas suatu material maka pemanasan dengan induksi ini akan semakin cepat. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut: Elektron bebas adalah salah satu agen pembawa panas di dalam material, khusunya logam. Material berkonduktivitas tinggi berarti memilki lebih banyak elektron bebas Semakin banyak elektron bebas berarti akan memperbesar arus eddy yang mengalir di dalam material tersebut jika didekatkan pada induktor elektromagnetik Semakin besar arus eddy yang terbentuk tentu saja akan semakin besar panas yang dihasilkan Begitu juga halnya dengan brine. Seperti sudah dijelaskan sebelumnya bahwa semakin banyak kadar garam akan semakin tinggi konduktivitasnya. Sehingga dari hasil percobaan pada berbagai derajat salinitas brine tersebut didapatkan bahwa brine dengan 50 derajat salinitas memiliki temperatur yang paling tinggi diantara brine yang lain setelah dipanaskan selama 180 detik. Sedangakn nanoferrofluids karena
konduktivitasnya lebih tinggi daripada brine maka pemanasanya menjadi yang paling cepat. Walaupun perbedaannya tidak terlalu besar. Faktor Perolehan Heavy Oil Brine yang digunakan sebagai stimultan dalam percobaan ini dikondisikan sebagai Swr dalam core. Hal ini berarti brine yang ada di dalam core adalah brine yang sudah tidak bisa desak lagi oleh heavy oil saat proses pendesakan berlangsung. Kondisi ini mencoba untuk menggambarkan keadaan sebenarnya di dalam reservoir dimana di dalam reservoir akan selalu ditemukan saturasi air sisa yang mengandung garam bersamaan dengan hidrokarbon. Oleh karena brine selalu ditemukan bersamaan dengan minyak maka seharusnya nanoferrofluids harus diinjeksikan kedalam core yang sebelumnya telah dijenuhkan dengan brine terlebih dahulu. Sehingga nantinya bisa dibandingkan faktor perolehan antara core dengan brine saja dengan core yang telah diinjeksikan nanoferrofluids. Namun, pada percobaan ini nanoferrofluids tidak diinjeksikan kedalam core, tapi dicampurkan dengan adonan core sewaktu proses pembuatan core. Untuk satu cetakan core ditambahkan sekitar 1.5 ml nanoferrofluids. Jadi partikel-pertikel besi dari larutan ini akan menempel langsung pada butir-butir pasir pembuat corenya. Hal ini dilakukan karena nanoferrofluids secara fisik memilki kesamaan dengan sampel yang digunakan sehingga nantinya akan sangat menyulitkan dalam menentukan berapa volume minyak yang terproduksikan karena tidak bisa dengan jelas membedakan mana yang minyak dan mana yang nanoferrofluids. Untuk itu harus dibutuhkan sebuah metode untuk bisa mengidentifikasi keduanya terlebih dahulu. Dari Tabel 4, 5, dan 6 di atas dapat kita lihat bahwa core dengan kandungan brine yang paling besar (50 derajat salinitas) yaitu core 1 dan core 2 memiliki perolehan yang paling besar dari core dengan kandungan brine 30 dan 20 derajat salinitas yaitu sebesar 42% pada core 2 dan 38% pada core 1. Core dengan brine 30 derajat salinitas memilki perolehan sekitar 17-18% sedangkan perolehan pada core dengan brine 20 derajat salinitinas adalah yang paling kecil yaitu sekitar 6% bahkan ada yang 0 %. Nilai yang sangat kecil sekali jika dibandingkan dengan core 1 dan 2. Dari hasil percobaan tersebut menunjukan bahwa semakin tinggi kadar garam dalam brine maka akan memberikan perolehan minyak yang semakin besar pada pemanasan induksi ini. Hal ini berhubungan langsung dengan temperature yang berhasil digenerate di dalam core akibat adanya brine didalam core tersebut. Seperti dari percobaan sebelumnya bahwa brine dengan garam kadar yang tinggi akan
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
9
membuat pemanasannya lebih cepat. Maka, dengan semakin tingginya temperature yang berhasil digenerate maka akan berakibat semakin rendah viskositas heavy oil-nya (lihat gambar 6). Ini artinya akan membuat heavy oil menjadi lebih ringan dan lebih gampang untuk diproduksikan dibandingkan dengan brine dengan kadar garam yang lebih rendah. Selain itu brine dengan konduktivitas yang lebih tinggi memungkinkan untuk mentranfers panasnya ke heavy oil lebih cepat daripada yang konduktivitas yang lebih rendah. Kemudian dari hasil percobaan tersebut dapat kita lihat juga bahwa core yang telah dicampurkan dengan nanoferrofluids dan disaturasi dengan masing-masing brine mampu memberikan faktor perolehan yang lebih besar jika dibandingkan dengan perolehan pada core yang tidak dicampurkan dengan nanoferrofluids sama sekali. Untuk lebih jelasnya lihat pada gambar 8. Pada brine 20 derajat salinitas pencampuran nanoferrofluids pada core mampu mencapai perolehan sebesar 40 %. Hal ini meningkat sekitar 34 % dari core tanpa nanoferrofluids yang hanya memberikan perolehan maksimal sebesar 6 % saja. Sedangkan pada brine 30 derajat salinitas terjadi peningkatan perolehan sebesar 24 % sehingga perolehannya menjadi 42 %. Brine 50 derajat salinitas hanya terjadi sedikit peningkatan saja pada perolehannya yaitu cuma sebesar 5 % sehingga maksimal perolehannya mencapai 47 %.
Recovery Factor
0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
RF
RF pada stimultan brine + nanoferro RF pada stimultan brine
0
20 Brine 40
60
Gambar 8 : Grafik RF Sampel Heavy Oil Terhadap Berbagai Brine dan Nanoferrofluids Terjadinya peningkatan perolehan pada core dengan nanoferrofluids dapat terjadi karena keberadaan nanoferrofluids akan menambah panas yang terbentuk di dalam core. Sehingga panas yang terbentuk di dalam core akibat pemanasan induksi elektromagnetik ini menjadi lebih besar dari pada hanya terdapat brine saja di dalam core tersebut. Dengan bertambahnya panas yang terbentuk di dalam core tentu saja akan membuat
heavy oil-nya menjadi lebih encer lagi sehingga berakibat pada semakin banyaknya heavy oil yang dapat diproduksikan keluar dari dalam core. Banyaknya nanoferrofluids yang dicampurkan ke dalam masing-masing core adalah sama. Untuk itu, seharusnya hal ini memberikan peningkatan RF yang sama untuk setiap core waluapun brinenya berbeda karena panas yang dihasilkan oleh nanoferrofluids ini tentu saja akan sama untuk semua core pada setiap jenis brine. Namun, jika dilihat pada gambar 8 besarnya peningkatan perolehan berbeda untuk tiap brine yang digunakan. Peningkatan yang paling besar terjadi pada brine 20 derajat salinitas sedangkan yang paling kecil adalah pada brine dengan 50 derajat salinitas. Hal ini kemungkinan karena perolehan maksimal yang dapat dicapai dengan stimultan ini tidak bisa melebihi 50 %. Sehingga core tanpa nanoferrofluids dengan brine 50 derajat salinitas yang telah mencapai perolehan sebesar 42% dengan adanya penambahan nanoferrofluids tidak memberikan efek yang signifikan pada faktor perolehannya. Begitu juga sebaliknya pada brine dengan 20 derajat salinitas. Penambahan nanoferrofluids memberikan dampak yang sangat signifikan sekali pada faktor perolehannya karena memang dengan brine saja produksinya masih sangat kecil. Pada percobaan uji temperature sebelumnya membuktikan bahwa nanoferrofluids mampu menghasilkan panas yang lebih tinggi daripada brine karena memang konduktivitasnya lebih tinggi. Sehingga seharusnya core dengan nanoferrofluids dan brine 20 derajat salinitas menghasilkan perolehan minyak yang lebih besar dari pada core tanpa nanoferrofluids bahkan dengan brine 50 derajat sekalipun. Begitu juga seharusnya pada core dengan nanoferrofluids dan brine 30 derajat salinitas, perolehannya harus lebih besar dari pada core tanpa nanoferrofluids. Namun, dari tabel dapat kita lihat bahwa perolehannya hampir sama besarnya dengan core dengan brine 50 derajat salinitas tanpa nanoferrofluids. Hal tersebut dapat terjadi karena nanoferrofluids dicampurkan dengan pasir saat proses pembuatan core dilakukan seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Sehingga berakibat pada menempelnya partikelpartikel besi ukuran nano pada butir pasir core. Hal tersebut kemungkinan dapat berakibat dua hal: 1.
2.
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
Terjadinya penurunan permeabiliats core karena keberadaan partikel besi dalam ukuran nano pada pori core Panasnya lebih banyak terserap oleh core daripada yang ditransfer ke heavy oil karena partikelpartikel besinya lebih banyak kontak dengan butir pasir daripada dengan minyak sehingga panas dari nanofreeofluids tidak secara maksimal termanfaatkan di dalam core
10
Karakteristik Core
VII. SARAN DAN REKOMENDASI
Dalam satu brine yang sama pada core tanpa nanoferrofluids menghasilkan perolehan yang berbeda. Walupun perbedaan itu tidak terlalu besar. Namun, terdapatnya perbedaan perolehan tersebut menunjukan bahwa di antara core tersebut memilki karekteristik yang berbeda dalam skala mikro. Hal tersebut bisa terjadi karena walaupun core dibuat dengan bahan dan komposisi yang sama tapi dalam proses pembuatannya bisa saja berbeda. Misalnya saat proses pemanpatan pada cetakan, kekuatan yang diberikan mungkin berbeda sehingga ada core yang padat dan ada yang kurang padat. Sehingga menghasilkan core yang berbeda karakteristiknya. Terutama sekali adalah sifat permeabilitas dari core tersebut. Permeabilitas akan sangat menentukan pada saat proses produksi karena ini menunjukan kemampuan core untuk bisa mengalirkan minyak. Core dengan permeabilitas yang relatif besar akan mengalirkan minyak lebih mudah dibandingkan dengan core yang memilki permeabilitas yang lebih kecil. Namun sayangnya, permeabilitas tidak menjadi pertimbangan dalam percobaan ini karena tidak adanya alat yang tersedia di laboratorium yang memungkinkan untuk dilakukan pengukuran permeabilitas core dengan akurat.
1.
2.
3.
4.
5.
VIII. DAFTAR PUSTAKA 1.
2. 3. VI. KESIMPULAN Adapun beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan di atas adalah: 1.
2.
3.
4.
5.
6.
Perlunya analisis permeabiliatas core sebagai faktor yang juga berpengaruh pada proses percobaan ini Perlunya membuat semua parameter yang digunakan dalam percobaan sama dengan kondisi reservoir sebenarnya. Sehingga hasil percobaan ini menjadi lebih aplikatif untuk diterapkan di lapangan Perlunya dilakukan cara yang tepat untuk bisa mengidentifikasi nanoferrrofluids dengan baik sehingga larutan ini bisa diinjeksikan kedalam core Perlunya ditemukan cara yang tepat untuk bisa memonitor temperature heavy oil selama proses pemanasan berlangsung. Perlunya modifikasi dalam prosedur percobaan sehingga lebih menggambarkan kondisi reservoir
4. 5.
Siregar, Septoratno, ”Teknik Peningkatan Perolehan”, Institut Teknologi Bandung, Januari 2000 http://en.wikipedia.org/wiki/Ferrofluid http://www.engineeringtoolbox.com/thermalconductivity-d_429.html http://en.wikipedia.org/wiki/Heavy_crude_oil http://www.pdo.co.om/pdoweb/tabid/277/Default. aspx
Brine dengan derajat salinity 50 memilki temperature yang paling besar setelah dipanaskan secara induksi jika dibandingkan dengan brine 30 dan 20 derajat salinitas. Sedangkan nanoferrofluids mencapai temperatur yang paling besar setelah dipanaskan dengan induksi elektromagnetik Semakin tinggi konduktivitas larutannya maka akan semakin cepat proses pemanasan induksi elektromagnetiknya Stimultan yang digunakan yaitu brine dan nanoferrofluids memiliki pengaruh yang positif terhadap perolehan sampel heavy oil Core dengan brine 50 derajat salinitas menghasilkan perolehan yang paling besar yaitu sebesar 42% dan 38 % serta mampu mencapai perolehan 47% saat dikombinasikan dengan nanoferrofluids Core dengan brine 20 derajat salinitas menghasilkan perolehan yang paling sedikit yaitu 6% dan 0%. Namun saat dikombinasikan dengan nanoferrofluid mampu mencapai perolehan sebesar 40% Penambahan nanoferroflids ke dalam core mampu meningkatkan perolehan sampel heavy oil. Namun, efeknya semakin tidak signifikan seiring dengan semakin tingginya kadar garam pada brine
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
11
LAMPIRAN Tabel 7. Data artificial core yang digunakan dalam percobaan
No Core
Diameter (cm)
Tinggi (cm)
Volume Bulk (cm3)
Volume Pori (cm3)
Porositas (%)
1
2.57
4
20.73
5.33
25.6
2
2.6
4.35
23.08
5.72
24.8
7
2.65
3.86
21.28
4.74
22.3
9
2.59
3.83
20.17
4.33
21.5
11
2.58
4.27
22.31
4.68
21
12
2.64
4.3
23.53
4.80
20.4
Nano1
2.6
4.26
22.60
5.04
22.3
Nano2
2.57
4.3
22.29
5.36
24
Nano3
2.56
4.38
22.53
5.78
25.7
Tabel 8. Tabel komposisi brine
No
Salo meter Degre es
Gram Salt per Liter of Water
Gram per Liter of Brine NaCl
Water
Liter Water per Liter of Brine
Volume brine
Volume water
Gram salt
ppm
1
0
0
0
997.91
1
0.1
0.1
0
0
2
10
27.0806
26.84
990.00
0.992
0.1
0.0992
2.68
8000
3
20
55.599
54.64
981.13
0.983
0.1
0.0983
5.46
17000
4
30
85.7954
83.63
972.15
0.974
0.1
0.0974
8.35
26000
5
40
117.788
113.6
962.20
0.964
0.1
0.0964
11.35
36000
6
50
151.699
144.6
886.35
0.953
0.1
0.0953
14.45
47000
7
60
187.887
176.7
938.95
0.941
0.1
0.0941
17.68
59000
8
70
226.231
210.05
926.61
0.929
0.1
0.0929
21.02
71000
9
80
267.092
256.42
913.07
0.915
0.1
0.0915
24.43
85000
10
90
310.828
280.15
899.41
0.901
0.1
0.0901
28.00
99000
11
100
357.920
317.18
884.31
0.886
0.1
0.0886
31.71
114000
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
12
Tabel 9 . Daftar konduktivitas berbagai material3
Thermal Conductivity - k - (W/mK) Temperature (oC)
Material/Substance
25
Air
0.024
Asphalt
0.75
Bitumen
0.17
Benzene
0.16
Carbon
1.7
Carbon dioxide
51
47
312
310
68
60
17
19
0.29 0.6 - 2.5
Cotton
0.03
Carbon Steel
54
Fiberglass
0.04
Gasoline
0.15
Gold
310
Granite
225
0.0146
Cement, portland Clay, saturated
125
1.7 - 4.0
Hardwoods (oak, maple..)
0.16
Iron
80
Kerosene
0.15
Limestone
1.26 - 1.33
Magnesium
156
Methane
0.030
Nitrogen
0.024
Oil, machine lubricating SAE 50
0.15
Olive oil
0.17
Plastics, solid Sand, dry Sand, moist Sand, saturated
0.15 - 0.25 0.25 - 2 2–4
Sandstone
1.7
Silicone oil
0.1
Silver
429
Snow (temp < 0oC)
0.05 - 0.25
Steel, Carbon 1%
43
Stainless Steel
16
Water, vapor (steam) Wood across the grain, yellow pine
0.016 0.147
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
13
Gambar 9: Rangkaian Peralatan Untuk Proses Pemanasan Induksi Elektromagnetik
Gambar 10 : Skema Percobaan
Revia Nanda Putra (12206075) Semester I 2010/2011
14
