PROSES PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA PADA BEBERAPA KASUS DI N GAS INDUSTRY E&P OIL

Bagas MW Bramantya FH Fadhillah Andi S Hero Santoso Jalmo Mulung Jagat M. Isa Iladerisman Syihan Taufani Zusri Jaifan Teknik Perminyakan, UPN Veteran Yogyakarta 2007

Untuk meningkatkan produksi minyak dan gas, pada saat ini banyak sekali penelitian penelitian yang telah dilakukan untuk menemukan sumber sumber cadangan yang baru maupun memaksimalkan produksi minyak dan gas dari suatu lapangan yang telah ada. Penemuan cadangan minyak dan gas bumi pada batuan karbonat, menambah potensi cadangan minyak dan gas dunia. ReservoIr karbonat memiliki porositas yang heterogen, yang disebabkan oleh reservoir scale, contohnya pada studI kasus reservoir karbonat di Black Creek Field, Mississipi. Peningkatan jumlah produksi minyak dan gas juga dilakukan melalui, pengontrolan flow line dari fluida produksi, pemanfaatan kembali heavy oil yang masih tertinggal dalam reservoir, dengan cara melakukan beberapa upaya meliputi injeksi gas atau bahan kimia dan pemanasan tertentu untuk menurunkan viscositas heavy oil (ini merupakan transfer panas dan massa). Pada fluida produksi yang mengalir sampai ke permukaan, water in Oil yang berbentuk Emulsi dapat dipecahkan dengan buih dari Thiourea Nitrosation.

y Di dalam dunia perminyakan, khususnya di bidang E&P Oil dan Gas,

banyak sekali proses melibatkan proses perpindahan panas dan masssa. Sehingga sebagai petroleum engineers kita diharuskan untuk memahami konsep dari perpindahan panas dan massa itu sendiri. y Perpindahan panas dan massa merupakan suatu proses perubahan panas dan massa dari suatu fasa fluida dari kondisi awalnya. Perpindahan panas terjadi dikarenakan proses pertukaran panas (penurunan/peningkatan) panas dari suatu fasa fluida akibat dari perbedaan temperature yang mempengaruhinya. Sedangkan perpindahan massa terjadi dikarenakan pencampuran dua fasa fluida yang saling bercampur sehingga massa fluida tersebut menjadi berubah (density,viscosity, dan velocity) dari kondisi awalnya. y Dalam paper ini akan dibahas beberapa contoh studi kasus yang telah dilakukan berbagai penelitian yang memperlihatkan proses transfer panas dan massa seperti transfer massa pada reservoir carbonat di mississipi, Studi tentang kelancaran aliran fluida, pemecahan emulsi water in oil dengan menggunakan busa dari Thiourea Nitrosation (reaksi dan transfer massa), dan tantangan pemanfaatan Heavy Crude Oil. Dari kasus ini semua dapat dilihat transfer panas dan massanya dari suatu media fluida.

y Pertukaran panas adalah suatu alat yang menghasilkan

perpindahan panas dari suatu fluida ke fluida yang lain. Contoh gambar 1:Air panas (T1) Air dingin(T2)

T akhir sama Wadah/BejanaGambar 1. Diagram Sederhana

y Klasifikasi perpindahan panas terbagi tiga yaitu Regenerator, Open Type

Exchanger, dan Recuperator. y Regenerator adalah penukar panas (heat exchanger) dimana aliran fluida panas dan dingin tidak saling melakukan kontak langsung tetapi dipisahkan oleh sebuah dinding yang berbentuk pipa atau datar. Regenerator terbagi menjadi 2 yaitu Single pass heat exchanger dan Multiple pass heat exchanger. y Persamaan Laju Perpindahan Panas : dq = U dA (T Dimana dq A U (T . (1)

y y y y

: : : :

Laju perpindahan panas Luas permukaan sepanjang permkaan perpindahan panas Konduktansi keseluruhan Beda suhu

y Perpindahan Massa merupakan suatu pertukaran massa yang terjadi karena

hadirnya dua fasa fluida yang saling bercampur. y Dasar dasar perpindahan massa meliputi perpindahan massa moleculer, Difusivitas gas, liquid dan solit; dan kapasitas perpindahan massa gas-cairan.

Mol Species A

Mol Species C

Mol Species B

y Transport massa secara makroskopis, dan tidak tergantung setiap konveksi

didalam sistem, disebut DIFFUSI MOLEKULER (molecular diffusion). y Menurut Wilke-Chang correlation difusifitas koefisien dari campuran A, persamaan sebagai berikut :D0

AB

7.4 v 10 8 (JM B )1/ 2 T ! 0.6 Q BV A

y y y y y y

Dimana D0AB MB T B VA

: : : : : :

Koefisien Difusi, (cm2 s-1) Berat Molekul B, (g mol-1) Temperature, (K) Viskositas B, (cp) Volume molar A, (cm3 mol-1) Faktor asosiasi dari solven B

Reservoir carbonat pada Black Creek Field di Mississippi, memiliki reservoir-scale dari aliran fluida dan transfer massa yang mempunyai karakteristik tersendiri, akibatnya pada reservoir-scale ini menghasilkan porositas yang heterogen. Terdapat organic dan inorganic interaksi yang menghasilkan 3 tingkatan dari diagenesa pengendapan dari reservoir-scale, meliputi Pre-Oil Window Diagenesis telah didominasi dari pre-bitumena calcite cement; Oil Window Diagenesa telah ditandai dengan penyerapan saddle dolomite dan anhydrite; Gas Window Diagenesisa ditandainya dengan telah mendominasinya dari larutan anhydrite dan post bitumen calcite cementasi. y Meskipun proses pengendapan menurunkan intergranular porosity dari butiran batuan dari saat awal 40% sampai menjadi 0%, tingkat pressure solution intergranular dan sementasi tidak seragam dalam butiran batuan. Evaluasi dari beberapa model aliran fluida menyatakan bahwa transfer massa dari pressure solution meningkatkan calcium carbonat dari bagian atas resapan dalam middle dan basalt part dari reservoir , bisa terjadi dari suatu tipe non reyleigh convection cell. Dimana kelarutan calcite berbanding terbalik dengan temperature. Pendinginan dan pemanasan menghancurkan convection cell sehingga akan menjadi lebih cepat terundersaturasi (jenuhkan) dan juga dapat mencapai supersaturated, larutnya calcium carbonat didalam air menyebabkan akan terbentuknya semen yang luas dan menyebabkan meningkatnya suhu dari fluida resrvoar. Pembelajaran perkiraan hal tersebut bru secara quantitatifdari proses sementasi, pressure solution, dan macam macam porositas dari reservoir carbonat bisa menghasilkan reservoir-scale dari aliran fluida dan transfer massa secara mekanik.y

y Kepastian akan aliran memainkan peranan yang penting didalam pengembangan

asset. Dalam kasus ultra deep, hal yang terpenting adalah peranan lapangan mica yang menggunakan pemipaan yang sangat penjang di teluk meksiko dan telah beroperasi selama 4 tahun. Sumur sumur dilapangan mica didisain dengan 29 mile flow line (1 untuk gas dan 1 untuk minyak). Sedikit mengulas lapangan mica, membandingkan strategi disain supaya kelancara aliran dapat tercapai. Adapun hal hal yang perlu dipertimbangkan antara lain problem paraffin, korosi, erosi, hidrat, dan slugging, akibat dari aliran fluida dalam pipa yang berjarak jauh. Jika permasalahan permasalahan diatas tidak dapat diatasi maka kelancaran aliran tidak akan dapat tercapai. y Parafin terjadi akibat penurunan temperature dibawah titik beku dari fluida produksi yang mengalir kepermukaan, sehingga crude oil tersebut mengental dan mengendap (paraffin). Tidaklah mudah untuk menjaga fluida flow line diatas temperature sblm menjadi paraffin selama proses produksi. Biasa dilakukan isolasi pipe line agar terlindung dari udara luar, yang memiliki temperature lebih rendah. Di dalam sejarah lapangan mica telah mengalami beberapa kasus paraffin. y Pemasalahan Hydrate dapat ditangani dengan menginjeksikan methanol ke fluida alir secara continue. Karena kebanyakan isi flow line adalah gas makan joule thomson menyarankan untuk tidak menyekat flow line untuk membiarkan seafloor untuk bertukar panas sebanyak mungkin.

y Suatu studi telah dilakukan di Australia, dengan memproduksikan

suatu bahan kimia dari gelembung gas dengan kosentrasi tertentu dari larutan, guna untuk memecahkan emulsi dari water in oil tersebut. Bahan yang cocok tersebut ialah Thiourea Nitrosation. y Dari analisa kinetic diketahui dalam pencampuran sodium nitrate dan ammonium nitrat terjadi massa transfer. Transfer massa antara sodium nitrate (CH3-COOH+NO2-) dengan tetesan ammonium nitrate termasuk difusi asam asetik, ammonium & thiourea menjadi tetesan sodium nitrate, dan difusi ion nitrite. Bagaimana pun kita dapat mengabaikan langkai ini. Yang pertama, karena terisi volume tetesan sodium nitrate yang sangat kecil. Kita boleh mengasumsikan produksi gas nitrogen terjadi dalam fasa ammonium nitrate, dengan kenaikan gelembung yang muncul pada fase minyak, membuat kita dapat menolak difusi dalam substate (yaitu ammonium & thiourea) menjadi tetesan sodium nitrate. Difusi dari ion nitrate (ON+) menjadi fasa ammonium nitrate akan berlangsung lambat karena kelarutan yang lambat dari ion nitrate dalam lingkungan minyak. Oleh karena itu difusi asam nitrate yang keluar dari tetesan sodium nitrate akan segera terbatas.

y Heavy Oil merupakan minyak berat yang terakumulasi

didalam reservoir dan sulit untuk diproduksikan. Di Grace terdapat heavy oil yang masih mengalami kesulitan dalam pengurasannya. y Strategi pengurasan reservoir menggunakan injeksi gas ang dikirim melalui sistim gas trasportasi dari laut utara. Cadangan yang diperkirakan lebih dari 1.2 x 108 m3 akan dikuras dengan 31 sumur produksi. Strategi yang diharapkan mampu mencapai 60% dengan sumur multilateral drilling. Kapasitas pemerosesan menurut rencana seharusnya mencapai 3.4 x 104 m3/day, dan akan dialirkan melalui pipa sepanjang 212 Km dari Grace sampai keterminal Sture sebelah utara dari Bergen.

y Reservoir ini berada pada kedalaman 1700 m di bawah permukaan laut

dengan kedalaman laut 128 m. akan tetapi di Grace, mempunyai oil gravity (190API) dan tekanan reservoir rendah 170 bar. Gas alam harus dikompres untuk injeksi guna menggerakkan minyak keluar dari reservoir. Gas injeksi dikirim dari Heimdal Gas Center berjarak 50 Km melalui pipa berdiameter 8 inch. Dari solusi ini menghasilkan perolehan yang ajauh lebih besar dibandingkan dengan injeksi air untuk menambah tekanan, mekanisme pendorong yang biasa digunkan. Minyak dari Grace dikirim terminal Sture dimana Crude Oil diangkut dengan kapal. Sedangkan berproduksi, Grace akan mengirimkan lebih dari 3.18 x 104 m3 /dayke Sture. Pada saat pengiriman minyak dipanaskan dari penampung, dari 7-100C dinaikkan menjadi 300C yang akan dialirkan ke Sture dengan kapasitas 2.38 x 105 m3 , sebelumnya minyak tersebut dicampur dengan minyak mentah ringan dan dikirim dijual dengan menggunakan tanker.

y Dari beberapa kasus yang telah terpaparkan diatas

dapat dilihat bahwa perpindahan panas dan massa sangat mempengaruhi setiap proses produksi fluida hydrocarbon. y Dimulai dari reservoir carbonat yang dapat membentuk scale akibat terjadinya pelarutan calcium carbonat melalui aliran fluida, mengisi pori pori porositas dan akhirnya dapat menurunkan nilai porositas dari reservoir carbonat, larutnya calcium carbonat pada saat sudah mencapaiundersaturated atau pun super saturated didalam air makan akan dapat meningkatkan panas dalam fluida aliran.

y Kelancaran aliran fluida produksi harus terjaga selama

produksi berlangsung. Oleh karena itu problem paraffin dan hydrat harus di cegah yang terjadi karena transfer panas dari fluida produksi. y Pemanfaatan Thiourea Nitrosation dalam memecahkan emulsi water in oil dapat digunakan. Pada proses pencampuran larutan tersebut terjadi reaksi kimia dan transfer massa. y Pemanfaatan heavy oil- Grace dengan menggunakan ijeksi gas gunana untuk menurunkan viskositas dari minyak berat tersebut, sehingga mudah untuk bergerak keprmukaan. Pada kondisi ini terjadi proses transfer massa antara gas dan minyak yang bercampur yang menyebabkankan turunnya densitas dari minyak.

y Gabriel da Silva, Z D Bogdan, and K M Eric, Water-in-Oil

Emulsion Foaming by Thiourea Nitrosation : Reaction and Massa Transfer, Australia.y Paper from OTC Library, Challenges in Heavy Oil-Grace, an

Overview and Flow Assurance Lessons, www.wotcnet.orgy Heydari, and Ezat, Deciphering Fluid Flow and Massa Transfer in

a Carbonate Reservoir, Mississippi Office of Geology.y Ir. Huntoro, MT and M. Th. Kristiati. EA, ST, MT, Slide

Perpindahan Panas dan Massa Modul 6 Yogyakarta .

9, UPN Veteran

y dq y A y U y (T y D0AB y MB y T y B y VA y

: : : : : : : : : :

Laju perpindahan panas Luas permukaan sepanj permk perpind panas Konduktansi keseluruhan Beda suhu (K) Koefisient Difussi, (cm2 s-1) Berat Molekul B, (g mol-1) Temperature, (K) Viskositas B, (cp) Volume molar A, (cm3 mol-1) Faktor asosiasi dari solven B

y THANK YOU 4 WATCHING

!@#$%