Pemanfaatan bentonit dalam kegiatan pemboran, dan pelindung lingkungan

Bentonit

Merupakan salah satu jenis batuan dgn komposisi utama min lempung (85%) terdiri

dari mineral montmorilonit (Mg2Al10Si24O60(OH)12(Na,Ca))

Secara Perdagangan ada 2 jenis bentonit:

1.Natrium Bentonit

2.Kalsium, Magnesium Bentonit

Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan alu-munium silikat

hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempung yang kurang

memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan melalui pengolahan

tertentu. Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam fulling atau pembersih bahan wool

dari lemak.

Natrium Bentonit

Mengandung relatif banyak ion Na+ dibandingkan ion Ca++ and Mg++, kandungan

Na2O>2%, sering dipakai sebagai Galian. bahan tambahan cat, tinta cetak, pencegah

kebocoran pd dam, Lumpur pemboran. Mempunyai pengembangan yg besar bila di+ air shg

dlm suspensi akan menambah kekentalan pH= 8,5-9,8

Ca, Mg Bentonit

Pengembangan relatif kecil, mempunyai daya serap air dan bila dimasukan ke air

akan cepat mengendap tidak membentuk suspensi pH 4-7. 

Daya tukar ion akan cukup besar, sering dipakai:

Bahan penyerap, industri farmasi, zat pemutih, katalisator, perekat, pasir cetak,

perekat briket bb, campuran pakan ternak.

Genesa

Merupakan mineral montmorilonit dgn kelompoknya seperti montronit, saponit,

nektorit serta kwarsa, feldspar. Kenampakan dilapangan berwarna abu-abu, coklat muda agak

putih, putih kekuning-kuningan, kilap lilin bila diraba agak licin spt sabun, dalam kondisi

kering bentonit bersifat lunak dan akan membentuk pola rekah-rekah, dan dalam kondisi

basah bentonik bersifat seperti bubur.

berdasarkan tipenya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu :

Tipe Wyoming (Na-bentonit – Swelling bentonite)

Na bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila dicelupkan ke dalam

air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam keadaan kering berwarna putih

atau cream, pada keadaan basah dan terkena sinar matahari akan berwarna mengkilap.

Perbandingan soda dan kapur tinggi, suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8, tidak dapat

diaktifkan, posisi pertukaran diduduki oleh ion-ion sodium (Na+).

Mg, (Ca-bentonit – non swelling bentonite)

Tipe bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi

di dalam air, tetapi secara alami atau setelah diaktifkan mempunyai sifat menghisap yang

baik. Perbandingan kandungan Na dan Ca rendah, suspensi koloidal memiliki pH: 4-7. Posisi

pertukaran ion lebih banyak diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnesium. Dalam keadaan

kering bersifat rapid slaking, berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat. Penggunaan

bentonit dalam proses pemurnian minyak goreng perlu aktivasi terlebih dahulu.

Faktor pembentukan endapan ben-tonit hasil pelapukan adalah kondisi komposisi

mineral batuan, komposisi kimia dari air, dan daya lalu air pada batuan asal. Yang terakhir ini

dapat dikemukakan sebagai : iklim, berbagai relief dan tumbuh-tumbuhan yang berada di atas

batuan.

 

1. Proses Pelapukan

Hasil dekomposisi kimia batuan silica akibat pengaruh air tanah. Pembtkn akan lancar

bila batuan asal yg mrpkn bat beku asam mengandung unsure alumina tinggi (plagioklas,

kalium, feldspar, biotit) yg sangat berperan dlm pembtkn montmorilonit. Pd proses ini tjd

reaksi ion hydrogen dlm air tanah dgn min silikat. Ion H+ berasal dr pembusukan zat organic

oleh bakteri.

 

2. Proses Alterasi Hidrothermal

larutan hydrothermal yg menerobos celah/rekahan akan bereaksi dgn ddg bat. Pada

mulanya lar bersifat asam dgn kandungan Cl, S, CO2, Si krn bereaksi dgn dindng shg berubah

dr asam ke basa

Pd hydrothermal lemah, mineral yg kaya akan magnesia cenderung membutuhkan

khlorit, namun kehadiran unsure alkali dan alkali tnh mk akan membentuk montmorilonit,

kecuali kalium, mika, feromagnesia, feldspar. Tjdnya montmorilonit krn magnesium dan

kalium.

 

3. Proses Transformasi (Devitrivikasi)

ubahan dr abu vulkanis yg mempunyai komposisi gelas akan mjd mineral lempung

(devitrivikasi) akan lebih sempurna bila tjd pd danau, cekungan sedimentasi. Min gelas

penyusun utama dr abu vulkanis terendapkan krn proses ubahan bercampur dgn batuan

sedimen laut lainnya (batupasir).

 

4. Proses Pengendapan/sedimen Kimia

Montmorilonit dpt terbentuk sebagai Galian endapan dlm suasana basa (alkalis) dlm

suatu cekungan di mana karbonat dan silica mempunyai sifat alkalis pH tinggi, spt antapulgit,

speolit, montmorilonit (mengandung larutan silica) yg dlm beberapa hal dpt terendapkan

sebagai Galian flint, kritobalit atau senyawa aluminium, magnesium

Sifat Bentonit:

1. Komposisi dan jenis mineral dapat diketahui dgn pengujian difraksi sinar x

2. Sifat kimia, dgn alvalisis sifat kimia tdk langsung dpt menentukan kualitas bentonit

(hanya sebagai Galian pembanding saja sebab komp hampir sama dgn illit maupun

kaolinit)

3. Sifat teknologi, erat kaitannya dgn pemanfaatannya seperti : sifat pemucatan, plastis,

suspensi, mengikat dan melapisi

4. Pertukaran ion, sifat ini menentukan jml air (uap air) yg dpt diserap bentonit. Hal ini

disebabkan krn struktur kisi2 krismin montmorilonit serta adanya unsur (ion+Kayion)

yg mudah tertukar maupun menarik air. Kation / ion Na mpy daya serap air > Mg, Ca,

K dan H. Mk jk dimasukan ke dlm air akan mengembang dan mbtk larutan koloid.

Bila air dikeluarkan akan mbtk masa yg kuat, liat dan keras serta tdk tembus air

disamping itu bersifat lembab atau thn thd reaksi kimia. Krn itulah bentonit digunakan

dlm pemboran sebab bentonit melapisi dinding dan mampu menahan rembesan air.

Sifat Fisis Bentonit

1. Kapasitas pertukaran kation/cation excange capacity

Krn struktur kisi-kisi montmorilonit ion dan kation yg mudah tertukar dan menarik air

(ion Na) menyebabkan bentonit segar mengembang bila dimasukan dlm air, semakin tinggi

harga cec mk mutu semakin baik dan bentonit ini dpt digunakan untuk menyumbat kebocoran

dan pemboran

2. Daya serap

Adanya ruang pori antar ikatan min lempung serta ketidakseimbangan muatan listrik

dlm ion2nya mk bentonit dpt digunakan sebagai Galian penyerap berbagai keperluan

3. Luas permukaan

biasa dinyatakan sebagai Galian jml luas permukaan kristal/ butir bentonit yg berbtk

tepung setiap gram berat (m2/gr). makin luas makin besar zat yg melekat, mk bentonit dpt

dipakai sebagai Galian pembawa dlm insektisida, pengisi kertas, plastik. 

4. Rheologi

apabila bentonit dicampur dgn air dan dikocok mk akan mjd agar-agar, namun bila

didiamkan akan mengeras spt semen (tiksotropi)

a. Apabila kekentalan dan daya suspensinya baik mk bentonit ini baik utk Lumpur

pemboran, industri cat, kertas

b. Apabila teksotropinya sangat baik mk baik utk pelapis maupun pelindung fondasi.

5. Sifat mengikat dan melapisi

Kemampuan bentonit mengikat bijih/logam dan mat lai membuat bentonit dpt

digunakan utk pengikat pellet konsentrat/ bijih, pelekat cetakan logam

6.sifat plastis:

digunakan sebagai Galian pencampur keramik maupun dempul kayu

Komposisi Kimia Standar

55,40% SiO2, 20,10% Al2O3, 3,7% Fe2O3, 0,49% CaO, 2,49% MgO, 2,76% Na2O3,

0,60% K2O, 13,5 % habis terbakar

Penyebaran Bentonit

1. Jabar : karangnunggal, manonjaya, kowalu (tasikmalaya). Sukabumi, subang, bojong

manik

2. Jateng: sangiran, sragen, wonosegoro, smg

3. DIY : Manggulan

4. Jatim: Pacitan, trenggalek, mlg, ponorogo, tulungagung

5. Sumut: pangkalan brandan, sumalungun

6. Sumsel: Muara Tiga

7. Sulut : Manado

8. Kalteng : Barito putera

Kegunaan Bentonit

1. Lumpur pemboran

Fungsi Utama :

menaikan daya suspensi air pembilas, pembawa kotoran ke atas, pendingin dan

pelumas matabor, menahan kotorasn bor agar tetap berada dlm cairan pembilas shg tdk

mengendap walaupun kegiatan pemboran berhenti, menahan tekanan air gas maupun minyak

yg keluar dr formasi batuan yg ditembus.

2. Pengecoran logam

praktis utk pembuatan alat cetak, sebab bentonit mpy daya ikat yg baik tahan thd temp

tinggi, daya tahan cukup tinggi. Dlm perdagangan bentonit disebut Wyoming sedang bentonit

sintesis disebut brekbond

3. Pembuatan pellet

Sifat daya ikat bentonit, plastisitas dan daya serap utk menhilangkan kelembaban.

4. Teknik Sipil

Sifat yg digunakan yaitu larutan bentonit apabila dikocok akan tetap cair seperti agar-

agar tetapi akan mengental dan membeku bila didiamkan

5. Pakan ternak

a. campuran pakan ayam cukup digiling 160 mesh dan dicampurkan ke pakan ayam

sebanyak 6% shg dpt menghilangkann bau, daging lebih baik, pakan lebih ekonomis

dan tdk mengganti alas kandang

b. Untuk pakan penguat sapi perah, bentonit sebanyak 6% dicampur dgn ampas tahu

dedak, mollases, urea, kedekai goring, jagung dgn perbandingan ttu. Bila sapi rusak

diberi pakan penguat ini 1 kg/ hari maka dlm waktu 2 minggu akan

menghasilkan susu sekitar 11 liter.

Lumpur Pemboran

Lumpur umumnya campuran dari tanah liat (clay), biasanya bentonite, dan air yang

digunakan untuk membawa cutting ke atas permukaan. Lumpur berfungsi sebagai lubrikasi

dan medium pendingin untuk pipa pemboran dan mata bor. Lumpur merupakan komponen

penting dalam pengendalian sumur (well-control), karena tekanan hidrostatisnya dipakai

untuk mencegah fluida formasi masuk ke dalam sumur. Lumpur juga digunakan untuk

membentuk lapisan solid sepanjang dinding sumur (filter-cake) yang berguna untuk

mengontrol fluida yang hilang ke dalam formasi (fluid-loss). Sistem yang paling penting di

rig adalah sistem sirkulasi lumpur pemboran. lumpur pemboran dipompakan ke dalam pipa

bor yang akan disemprotkan keluar melalui nozzle pada pahat dan kembali ke permukaan

melalui ruang antara pipa dan lubang.

Lumpur pemboran akan mengangkat potongan-potongan batu yang dibuat oleh pahat (disebut

cuttings) ke permukaan. Hal ini mencegah penumpukan serbuk bor di dasar lubang. selama

pemboran, lubang sumur selalu penuh terisi lumpur pemboran untuk mencegah mengalirnya

fluida seperti air, gas atau minyak dari batuan bawah tanah ke lubang sumur. Jika minyak

atau gas dapat mengalir ke permukaan saat pemboran, akan menyebabkan kebakaran. Bahkan

jika hanya air yang mengalir saja dapat menggugurkan lubang dan membuat kita kehilangan

sumur. dengan adanya lumpur pemboran, fluida ini tertahan berada di dalam batuan.

pemboran sumur di lepas pantai hampir sama dengan pemboran di daratan. Untuk sumur

wildcat di lepas pantai, rig dinaikkan di atas barge, anjungan (platform) terapung, atau kapal

yang dapat berpindah. apabila lapangan lepas pantai sudah ditentukan, anjungan (platform)

produksi akan dipasang untuk membor sumur-sumur lainnya dan memproduksi migas.

Karena lumpur pemboran menjaga agar migas tetap berada di dalam batuan, cadangan migas

bawah tanah pun dapat dibor tanpa mengindikasikan adanya migas, sehingga diperlukan

evaluasi sumur dengan cara menurunkan peralatan rekam wireline.

Truk alat rekam dipanggil, menurunkan tabung berisi instrumen yang disebut sonde ke dalam

lubang sumur. ketika sonde diangkat keluar lubang, instrumen akan merekam secara elektrik,

suara dan radioaktif sifat-sifat batuan dan fluida yang dilaluinya. Pengukuran ini direkam

pada kertas panjang bergaris yang disebut well log. well log ini memberi informasi tentang

komposisi lapisan batuan, pori-pori, dan fluida yang mungkin ada di dalamnya. Dari hasil

pembacaan well log, sumur dapat saja ditutup dan ditinggalkan sebagai sumur kering atau

diselesaikan untuk diproduksikan. pemasangan pipa produksi adalah cara awal

menyelesaikan sumur. untuk memasang pipa, pipa baja panjang yang bergaris tengah besar

(disebut selubung atau casing) dimasukkan ke dalam sumur. Semen basah dipompakan ke

dalam ruang antara casing dan dinding sumur hingga mengeras untuk menjaga lubang sumur.

pada kebanyakan sumur, pemasangan casing bertahap yang disebut casing program dilakukan

sebagai berikut: bor sumur, pasang casing, bor lebih dalam, pasang casing lagi, bor lebih

dalam lagi, dan pasang casing lagi. Fungsi Lumpur Pemboran.

Menurut Preston L. Moore (1974), lumpur pemboran mulai dikenal pada sekitar tahun

1900-an bersamaan dengan dikenalnya pemboran rotari. Pada mulanya tujuan utama dari

lumpur pemboran adalah untuk mengangkat serbuk bor secara kontinyu. Dengan

berkembangnya zaman, banyak fungsi-fungsi tambahan yang diharapkan dari lumpur

pemboran. Banyak additif dengan berbagai fungsi yang ditambahkan kedalamnya,

menjadikan lumpur pemboran yang semula hanya berupa fluida sederhana menjadi campuran

yang kompleks antara fluida, padatan dan bahan kimia. Dari adanya perkembangan dalam

penggunaan lumpur hingga saat ini, fungsi-fungsi utama dari lumpur pemboran yang

diharapkan adalah sebagai berikut:

1. Mengendalikan tekanan formasi.

2. Mengangkat serbuk bor kepermukaan dan membersihkan dasar lubang bor.

3. Memberi dinding pada lubang bor dengan mud-cake.

4. Melumasi dan mendinginkan rangkaian pipa pemboran.

5. Menahan padatan dari formasi dan melepaskannya dipermukaan.

Masing-masing fungsi akan dijelaskan satu persatu. Dan dalam penulisan ini yang berkaitan

erat dengan judul penulisan adalah fungsi yang nomor kedua dari kelima fungsi utama dari

lumpur pemboran tersebut.

1. Mengendalikan Tekanan Formasi Tekanan formasi umumnya adalah sekitar 0,465 psi/ft.

Pada tekanan yang normal, air dan padatan pada pemboran telah dapat untuk menahan

tekanan formasi ini. Untuk tekanan yang lebih kecil dari normal (sub-normal) densitas

lumpur harus diperkecil supaya perolehan hilang lumpur atau loss circulation tidak terjadi.

Tetapi sebaliknya untuk tekanan yang lebih besar dari tekanan normal maka penambahan

barite sebagai pemberat perlu dilakukan.

2. Mengangkat Serbuk Bor ke Permukaan dan Membersihkan Dasar Lubang Bor.

Pembersihan lubang bor adalah fungsi pokok dari lumpur pemboran. Fungsi ini juga

paling sering dilalaikan dan salah dinterpretasikan. Serbuk bor biasanya mempunyai SG

sekitar 2,3 samapai 3,0 dan rata-rata adalah 2,5. Jika serbuk bor lebih berat dari lumpur, maka

serbuk bor akan jatuh dengan kecepatan yang disebut dengan kecepatan slip. Kecepatan slip

dari serbuk bor dalam aliran fluida, dipengaruhi secara langsung oleh sifat fisik lumpur antara

lain kekentalan fluida. Jadi jika kecepatan lumpur di annulus dibatasi oleh kemampuan

pompa atau pembesaran lubang, maka lumpur perlu dikentalkan untuk mengurangi kecepatan

slip serbuk bor agar lubang bor tetap bersih.

Keberhasilan pengangkatan juga dipengaruhi oleh luasan permukaan atau bentuk

daripada partikel serbuk bor, semakin besar luasan dari partikel, maka gaya angkat fluida

meneruskan tenaga dorong dari pompa akan semakin bagus sehingga kecepatan slip serbuk

bor juga bisa dikurangi dengan memperbaiki sifat-sifat fisik lumpur, disamping itu juga

mengoptimalkan tekanan pemompaan. Bentuk fisik daripada partikel serbuk bor tergantung

juga kepada jenis formasi yang ditembus. Pada aliran laminer kecepatan fluida pada sisi

dinding lubang bor sangatlah kecil sehingga efek torsi mudah terjadi karena ujung alirannya

yang parabolik, hal ini akan menyebabkan serbuk bor mudah jatuh lagi ke dasar lubang bor,

ini akan dapat menghambat berhasilnya pengangkatan serbuk bor. Pengangkatan serbuk bor

akan mendapatkan hasil yang lebih bagus dengan menggunakan aliran turbulen, karena

distribusi kecepatannya datar bukan parabolik seperti pada aliran laminer. Kekurangannya

adalah mudah terjadi pengikisan lubang bor bila formasi yang ditembus tidak kompak, hal ini

akan mengakibatkan runtuhnya dinding lubang bor yang menyebabkan semakin

mengendapnya serbuk bor dan tidak terangkatnya serbuk bor dengan baik. Lumpur dasar air

dapat dikentalkan dengan menambahkan bentonite, dengan menambahkan banyak padatan,

dengan flokulasi padatan atau dengan additif khusus. Jadi ada beberapa pilihan, dan

penentuan pilihan tergantung dari tujuan lain yang ingin dicapai. Bentonite adalah pilihan

yang murah, tetapi jika ada masalah hilang air, maka harus ditambah pengencer untuk

mencegah flokulasi. Hasil yang didapat mungkin hanyalah sedikit penambahan pada

kapasitas pengangkatan dan masalah dalam lubang tetap terjadi. Penambahan banyak padatan

akan menaikkan densitas, pilihan ini tidak dianjurkan jika tidak digunakan untuk tujuan

mengontrol tekanan. Penerapan flokulasi lumpur adalah pilihan yang mudah dan murah,

tetapi juga dibatasi oleh masalah hilang air. Additif khusus mungkin merupakan pilihan yang

paling tepat, tetapi hal ini akan menaikkan biaya lumpur.Lumpur pemboran yang baik untuk

pembersihan dasar sumur apabila memiliki karakteristik mengencer akibat gesekan (shear

thining) yang baik, karena semakin bersih lubang bor berarti semakin bagus pula

pengangkatan serbuk bornya sampai kepermukaan.

3. Memberi dinding Pada Lubang Bor Dengan Mud Cake.

Lumpur akan membuat mud cake atau lapisan zat padat tipis didinding formasi

permeabel (lulus air), pembentukan mud cake ini akan menyebabkan tertahannya aliran fluida

masuk ke formasi (adanya aliran yang masuk yaitu cairan plus padatan menyebabkan padatan

tertinggal/tersaring). Mud Cake yang dikehendaki adalah mud cake yang tipis karena dengan

demikian lubang bor tidak dipersempit dan cairan tidak banyak yang hilang. Sifat wall

building ini dapat diperbaiki dengan penambahan :

a. Sifat koloid drilling mud dengan bentonite.

b. Memberi zat kimia untuk memperbaiki distribusi zat padat dalam lumpur dan memperkuat

mud cake.

4. Melumasi dan Mendinginkan Pahat.

Panas yang ditimbulkan terjadi karena gesekan pahat serta drillstring dengan formasi.

Konduksi formasi umumnya kecil, sehingga sukar sekali menghilangkan panas dalam waktu

cepat, tetapi umumnya dengan adanya aliran lumpur telah cukup untuk mendinginkan sistem

serta melumasi pahat. Umur pahat bisa lebih lama sehingga biaya pergantian pahat bisa

ditekan, karena dengan tertembusnya formasi yang cukup keras, kalau tidak terlumasi dengan

baik, bit akan cepat tumpul sehingga daya tembusnya menjadi lambat dan memperlambat

proses pemboran. 5. Menahan Padatan Dari Formasi dan Melepaskannya di Permukaan.

Lumpur pemboran yang baik mempunyai sifat tixotropi yang menyebabkan partikel-partikel

padatan dapat dibawa sampai kepermukaan, dan menahannya didalam lumpur selama

sirkulasi berhenti. Kemampuan lumpur untuk menahan serbuk bor selama sirkulasi

dihentikan terutama tergantung terhadap gel strength, dengan cairan menjadi gel tekanan

terhadap gerakan serbuk bor kebawah dapat dipertinggi. Serbuk bor dapat ditahan agar tidak

turun kebawah, karena bila ia mengendap dibawah bisa menyebabkan akumulasi serbuk bor

dan pipa akan terjepit. Selain itu ini akan memperberat kerja pompa untuk memulai sirkulasi

kembali. Tetapi gel yang terlalu besar akan berakibat buruk juga, karena akan menahan

permbuangan serbuk bor dipermukaan (selain pasir). Penggunaan alat seperti desander dan

shale shaker dapat membantu pengambilan serbuk bor dari lumpur dipermukaan. Patut

ditambahkan bahwa pasir harus dibuang dari lumpur karena sifatnya yang abrassive pada

pompa, sambungan-sambungan