TK-40Z2 PENELITIAN (14 pt)

FLUIDA PEMBORAN BERBASIS BIODIESELTUGAS PEMBAHASAN PAPER

Tugas Mata Kuliah PemboranOleh

RAKA WARDANA22213014(Program Studi Teknik Perminyakan)

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2012FLUIDA PEMBORAN BERBASIS BIODIESELOleh

Raka Sudira WardanaProgram Studi Teknik PerminyakanInstitut Teknologi BandungMenyetujui

Dosen Pembimbing

Bandung, 30 September 2013___________________________

(Dr. Ing Bonar Tua Halomoan Marbun)

ABSTRAKFLUIDA PEMBORAN BERBASIS BIODIESELOleh

Raka Sudira Wardana

NIM : 22213014(Program Studi teknik Perminyakan)

Pada penelitian ini, rheology dari biodiesel dan minyak putih dibandingkan pada temperatur normal dan temperatur tinggi. Investigasi dilakukan untuk melihat kemampuan biodiesel dalam mengatasi ekspansi shale pada lubang sumur pemboran. Hasilnya menujukkan bahwa rheology dari biodiesel lebih baik dalam mengatasi hal tersebut dibandingkan dengan menggunakan minyak putih. Investigasi tersebut juga menunjukkan bahwa biodiesel lebih tahan pada temperatur tinggi dan ekspansi shale. Organolignite dan vegetable pitch digunakan untuk mengurangi filtrasi yang terjadi pada lumpur pemboran berbasis biodiesel. Formula optimum untuk lumpur pemboran berbasis biodiesel ditemukan dari hasil beberapa percobaan. Untuk menstimulasi contaminasi dari calcium dan dry soil, CaSO4 2H2O dan bentonite berbasis sodium ditambahkan ke dalam sistem, dan hasil percobaan menunjukkan bahwa toleransi dari lumpur pemboran berbasis biodiesel terhadap kontaminasi dari kalsium dan dry soil cukup memuaskan.Kata kunci : drilling fluid, ekspansi shale

ABSTRACT BIODIESEL-BASED DRILLING FLUIDSBy

Raka Sudira WardanaNIM : 22213014(Petroleum Engineering Department)

The rheological properties of biodiese and white oil were compared at normal temperatur and high temperatur in this paper. The ability of biodiesel to inhibit shale expansion was investigated. The results showed that the rheological properties of biodiese were better than white oil. Biodiese also showed better resistance to high temperatur and shale expansion. Organolignite and vegetable pitch were used to reduce the filtration in biodiesel-based drilling fluids sistem. The optimum formulation of biodiesel-based drilling fluids was determined by experiments. In order to simulate the contamination of calcium and dry soil, CaSO42H2O and sodium-based bentonite were added to the sistem, and the experimental results showed that the tolerance of biodiesel-based drilling fluids to the contamination of calcium and dry soil is desirable.Keywords: drilling fluid, shale expansionPEDOMAN PENGGUNAAN TESIS

Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung.Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizing pengarang dan harus disertai kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana Institut Teknologi Bandung.Dipersembahkan untuk

Tuhan, bangsa dan almamaterKATA PENGANTAR

Tesis dengan judul Fluida Pemboran Berbasis Biodieselini dipersembahkan untuk almamater Institut Teknologi Bandung (ITB). Allah swt telah memberikan banyak berkat sehingga penulis dapat menyelesaikan seluruh penyusunan tesis ini.Penulis pun berharap bahwa hasil penelitian ini dapat bermanfaat untuk Industri Perminyakan.Penulis turut berterima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penyelesaian penulisan ini:1. Orang tua tercinta.

2. Pacar tercinta.3. Teman-teman tercinta.Penulis berharap bahwa hasil penelitian ini bisa berguna bagi orang lain.

Bandung, September 2013PenulisDAFTAR ISI

ABSTRAKii

ABSTRACTiii

PEDOMAN PENGGUNAAN TESISiv

HALAMAN PERUNTUKANv

KATA PENGANTARvi

DAFTAR ISIvii

DAFTAR GAMBARviii

DAFTAR TABELix

Bab IPendahuluan1

I.1Latar Belakang2

I.2Rumusan Masalah Penelitian2

I.3Tujuan Penulisan2

I.4Ruang Lingkup Penulisan2

Bab IITinjauan Pustaka3

II.1 Fungsi Fluida Pemboran3

II.2Fluida Pemboran Berbasis Minyak4

II.3Rheology Fluida Pemboran 5

Bab IIIPembahasan6

III.1Peralatan Dan Prosedur Percobaan6

III.2Kelakuan Dan Rheology Biodisel6

III.3III.4Performa InhibitifOptimasi Dari Pengurangan Filtrat7

7

III.5Tingkat Kontaminasi9

Bab IVKesimpulan11

DAFTAR PUSTAKA12

DAFTAR GAMBAR

Gambar III.1Performa inhibitif dari biodiesel7

DAFTAR TABELTabel III.1Rheological parameter dari biodiesel dan minyak putih sebelum dan sesudah aging pada suhu 180 C selama 6 jam6

Tabel III.2Komposisi dari sample biodiesel8

Tabel III.3Hasil percobaan tiap sample8

Tabel III.4Tabel III.4Efek dari dry soil pada fluid pemboran biodiesel Efek dari ion kalsium9

10

Bab I PendahuluanI.1 Latar BelakangPada saat ini, permasalahan lingkungan menjadi isu yang sangat penting di seluruh dunia. Untuk itu adanya lumpur pemboran yang ramah lingkungan menjadi tuntutan tersendiri. Biodiesel sendiri merupakan hasil dari ineresterification. Oil crops, wild oil-bearing crops, engineering micro algae, lemak hewan, dan minyak hogwash bisa digunakan sebagai bahan dasar untuk inresterification. Biodiesel memiliki kelebihan bisa diperbaharuin dan bisa menggantikan mineral diesel. Komponen utama dari biodiesel ialah fatty acid methyl-ester (FAME). Karakteristik dari biodiesel sendiri yaitu :1. Maksimum dari kandungan moisture nya ialah 30% 40%, air dapat mengurangi viskositas dari minyak dan meningkatkan stablilitas

2. Densitas relatifnya antara 0.8724 0.8886

3. Memiliki performa lubrikasi yang baik

4. Memiliki karakteristik yang ramah lingkungan, kandungan sulfur yang rendah. Rendah kandungan sulfur dioksida dan emisi sulfide. Laju biodegradasi cukup tinggi hingga 98% yang mana merupakan dua kali dari mineral diesel. Hal ini bisa secara efektif mengurangi polusi akibat dari tumpahan yang tidak disengaja.

5. Tingkat keamanan yang tinggi. Transportasi dan penyimpanan dan penggunaan biodiesel sangatlah aman.

Keunggulan dari sistem fluida pemboran berbasis minyak ialah lubrikasi yang baik, mencegah terjadinya ekspansi dari shale, stabilitas lubang sumur yang baik dan tahan terhadap temperatur yang tinggi. Tapi sistem fluida pemboran berbasis minyak memiliki beberapa kekurangan yaitu polusi lingkungan, mudah terbakar, dan biaya yang besar untuk mempersiapkan fluida pemboran berbasis minyak. Namun, hal tersebut bisa diatasi dengan digunakannya biodiesel sebagai pengganti crude oil ataupun mineral sebagai bahan dasar fluida pemboran berbasis minyak. Fluida pemboran berbasis biodiesel tidak hanya mempunyai performa yang lebih baik dibandingkan dengan fluida pemboran berbasis minyak biasa, tetapi juga memiliki keunggulan dari segi ramah lingkungan.Beberapa keuntungan penggunaan biodiesel dari segi lingkungan yaitu :

1. Ramah lingkungan karena kandungan sulfur yang rendah, tanpa aromatic alkane, dan mudah untuk dibiodegradasi.2. Performa keamanan yang baik, karena memiliki flash point yang tinggi, biodiesel bukan merupakan partikel yang berbahaya.

3. Biodiesel bisa diperbaharui yang mana memenuhi syarat dari strategi pengembangan lingkungan yang berkelanjutan.I.2 Rumusan Masalah PenelitianDalam penelitian ini, dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut: Bagaimana keunggulan penggunaan biodiesel sebagai fluida pemboran berbasis minyakI.3Tujuan PenulisanTujuan penulisan tesis ini antara lain :

Mempelajari keuntungan penggunaan biodiesel sebagai fluida pemboran Mengetahui komposisi optimum biodiesel yang tepat untuk dipakai sebagai fluida pemboran berbasis minyakI.4Ruang Lingkup PenulisanDalam penulisan ini, digunakan batasan-batasan sebagai berikut:

Metode yang digunakan yaitu pengambilan data dari percobaan di laboratoriumBab II Tinjauan PustakaII.1 Fungsi fluida pemboranPada mulanya orang hanya menggunakan air saja untuk mengangkat serpih pemboran (cutting). Lalu dengan berkembangnya pemboran, lumpur mulai digunakan. Untuk memperbaiki sifat-sifat lumpur, zat-zat kimia ditambahkan dan akhirnya digunakan pula udara dan gas untuk pemboran walaupun lumpur tetap bertahan. Lumpur pemboran merupakan faktor yang penting dalam pemboran. Kecepatan pemboran, efisiensi, keselamatan dan biaya pemboran sangat tergantung pada lumpur ini. Fungsi lumpur pemnboran yang utama antara lain adalah :1. Pengangkatan cutting ke permukaan.

Pengangkatan Cutting ke permukaan tergantung dari :

a. Kecepatan fluida di annulus

b. Kapasitas untuk menahan fluida yang merupakan fungsi dari densitas, aliran (laminer atau turbulen), viskositas. Umumnya kecepatan 100 - 120 fpm telah cukup (kadang-kadang perlu 200 fpm tetapi jarang). 2. Mengontrol tekanan subsurface.

Tekanan fluida formasi umumnya adalah di sekitar 0.465 psi/ft kedalaman. Pada tekanan yang normal air dan padatan dipemboran telah cukup untuk menahan tekanan formasi ini. Untuk tekanan yang lebih kecil dari normal (subnormal), densitas lumpur harus diperkecil agar lumpur tidak hilang ke formasi. Sebaliknya untuk tekanan yang lebih besar dari normal (lebih dari 0.465 psi/ft) atau abnormal pressure, maka barite kadang-kadang perlu ditambahkan untuk memperberat lumpur.

3. Menjaga stabilitas lubang sumur.Lumpur akan membuat mud cakeatau lapisan zat padat tipis di permukaan formasi yang permeable (lulus air). Pembentukan mud cake ini akan menyebabkan tertahannya aliran fluida masuk ke formasi untuk selanjutnya. Adanya aliran yang masuk yaitu cairan plus padatan menyebabkan padatan tertinggal/tersaring. Cairan yang masuk ke formasi disebut filtrat.

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, misalnya starch, CMC dan cypan, yang dapat mengurangi filter loss dan memperkuat mud cake.II.2 Fluida pemboran berbasis minyakPada mulanya orang hanya menggunakan air saja untuk mengangkat serpih pemboran (cutting). Lalu dengan berkembangnya pemboran, lumpur mulai digunakan. Berdasarkan fasa fluidanya fluida pemboran diklasifikasikan menjadi dua yaitu fluida pemboran berbasis air dan fluida pemboran berbasis minyak. Pada penelitian ini yang dibahas yaitu fluida pemboran berbasis minyak.

Lumpur berbasis minyak mengandung minyak sebagai fasa kontinunya. Komposisinya diatur agar kadar airnya rendah (3 - 5% volume). Relatif lumpur ini tidak sensitif terhadap kontaminan. Tetapi airnya adalah kontaminan karena memberi efek negatif bagi kestabilan lumpur ini. Untuk mengontrol viskositas, menaikkan gel strength, mengurangi efek kontaminasi air dan mengurangi filtrate loss, perlu ditambahkan zat-zat kimia.Manfaat oil base mud didasarkan pada kenyataan bahwa filtratnya adalah minyak karena itu tidak akan menghidratkan shale atau clay yang sensitif baik terhadap formasi biasa maupun formasi produktif (jadi ia juga untuk completion mud). Kegunaan terbesar adalah pada completion dan workover sumur. Kegunaan lain adalah untuk melepaskan drill pipe yang terjepit, mempermudah pemasangan casing dan liner.

Oil base mud ini harus ditempatkan pada suatu tanki besi untuk menghindarkan kontaminasi air. Rig harus dipersiapkan agar tidak kotor dan bahaya api berkurang.Oil base emulsion dan lumpur oil base mempunyai minyak sebagai fasa kontinu dan air sebagai fasa tersebar. Umumnya oil base emulsion mud mempunyai manfaat yang sama seperti oil base-mud, yaitu filtratnya minyak dan karena itu tidak menghidratkan shale/clay yang sensitif. Perbedaan utamanya dengan oil base mud adalah bahwa air ditambahkan sebagai tambahan yang berguna (bukan kontaminan). Air yang teremulsi dapat antara 15 - 50% volume, tergantung densitas dan temperatur yang di inginkan (dihadapi dalam pemboran). Karena air merupakan bagian dari lumpur ini, maka lumpur ini mempunyai sifat-sifat lain dari oil base mud yaitu ia dapat mengurangi bahaya api, toleran pada air, dan pengontrolan flow propertisnya dapat seperti pada water base mud.

II.3 Rheology fluida pemboranBerikut ini adalah beberapa istilah yang selalu diperhatikan dalam penentuan rheology suatu lumpur pemboran :

1. Viskositas plastik (plastic viscosity) seringkali digambarkan sebagai bagian dari resistensi untuk mengalir yang disebabkan oleh friksi mekanik.

2. Yield point adalah bagian dari resistensi untuk mengalir oleh gaya tarik-menarik antar partikel. Gaya tarik- menarik ini disebabkan oleh muatan-muatan pada permukaan partikel yang di dispersi dalam fasa fluida.

3. Gel strength dan yield point keduanya merupakan ukuran dari gaya tarik menarik dalam suatu sistem lumpur. Bedanya, gel strength merupakan ukuran gaya tarik- menarik yang statik sedangkan yield point merupakan ukuran gaya tarik-menarik yang dinamik.

Bab III PembahasanIII.1Peralatan dan prosedur percobaanKunci utama dari rheology, seperti palstik viskositas, yield point, 10-min kekuatan gel, dan 6-rpm reading diukur dengan 6 kecepatan putaran viscometer (ZNN-D6). Shale dilatators (CPZ-II) untuk menginvestigasi kemampuan inhibitif dari biodiesel terhadap ekspansi dari shale. Filtrasi (FL) diukur dengan alat ukur atmosphere filtration (ZNS-2) pada suhu ruangan. Stabilitas dari biodiesel sebagai fluida pemboran pada temperatur tinggi dilihat dari hasil evaluasi performa fluida pemboran setelah mengalami aging pada suhu 150 derajat C selama 16 jam. III.2 Kelakuan dan rheology biodiselBiasanya minyak putih digunakan sebagai bahan dasar dari fluida pemboran berbahan dsar minyak. Untuk itu rheology dari biodiesel dipelajari pada suhu ruangan dan pada suhu tinggi dan dibandingkan dengan minyak putih #5. Apparent viscosity (AV), plastic viscosity (PV), dan yield point (YP) dari minyak putih (WO), biodiesel (BO), aged white oil (WO#) dan aged biodiesel (BO#) ditunjukkan pada tabel III.1.

Tabel III.1 Rheological parameter dari biodiesel dan minyak putih sebelum dan sesudah aging pada suhu 180 C selama 6 jam

Viskositas dari biodiesel lebih rendah daripada minyak putih yang mana hal ini memberikan keuntungan pada persiapan pembuatan fluida pemboran dengan densitas yang tinggi. Variasi viskositas dari biodiesel pada saat sebelum dan sesudah aging tidak terlalu bervariasi bila dibandingkan dengan minyak putih, yang berarti menunjukkan bahwa biodiesel lebih stabil dibandingkan dengan minyak putih pada temperatur tinggi. Hal ini berarti biodiesel bisa digunakan sebagai fluida pemboran berbahana dasar imnyak untuk sumur pemboran dengan temperatur yang tinggi. III.3Performa inhibitif Untuk kemampuan inhibitif biodiesel dan mengdeionisasi air terhadap shale swelling bisa terlihat dari gambar III.1.

Gambar III.1 Performa inhibitif dari biodiesel

Seperti terlihat pada grafik, kemampuan inhibitif dari biodiesel sama bagusnya dengan kemampuan minyak putih ketika digunakan sebagai abahan dasar fluida pemboran. Dari segi nii biodiesel layak digunakan sebagai fluida pemboran berbasis minyak.

III.4Optimasi dari pengurangan filtrat Untuk kemampuan inhibitif biodiesel dan mengdeionisasi wair terhadap shale swelling bisa terlihat dari gambar III.1. filtrasi dari biodiesel sebagai fluida pemboran cukup besar, karenan viskositas dari biodiesel lebih kecil daripada white oil. Percobaan dilakukan untuk mencari komposisi biodiesel yang pas sehingga menghasilkan fluida pemboran berbasis biodiesel yang memiliki filtrasi rendah. Komposisi dari 4 sampel tersebut terlihat dari tabel III.2.

Tabel III.2 Komposisi dari sample biodiesel

Hasil dari percobaan keempat sample tersebut bisa dilihat pada tabel III.3. semua data tersebut dihitung setelah mengalami aging selama 16 jam dengan temperatur 180 C.

Tabel III.3 Hasil percobaan tiap sample

Dari hasil percobaan di atas, bisa dilihat bahwa vegetable pitch mengambil peranan penting dalam mengurangi filtrasi. Kombinasi dari organo lignite dengan vegetable pitch bisa mengurangi filtrasi hinga batas yang masih bisa diterima. Formula optimum dari komposisi biodiesel yaitu : fraksi dari organo bentonite terhadap biodiesel yaitu sebesar 3 % dari beratnya, organo lignite 3 % dan vegetable pitch 4 %. API filtrate dari fluida ini ialah 210 mL yang mana berarti memenuhi persyaratan lapangan. Rheological dari fluida pemboran berbasil biodiesel cukup bagus karena memiliki PV yang kecil dan YP yang cukup besar. Sample 4 menunjukkan performa dari sistem ini sangat cocok untuk diaplikasikan pada kondisi temperatur yang tinggi.

III.5Tingkat Kontaminasi

Kontaminasi dry soil pada fluida pemboran tidak dapat dihindari pada aplikasi di lapangan. Pada percobaan ini, perbedaan massa dari Na-bentonite ditambahkan ke dalam sample yang mengandung biodiesel 300mL, organo bentonite 3% dari berat, organo lignite 3%, dan vegetable pitch 4%. Hasilnya terlihat tabel III.4.

Tabel III.4 Efek dari dry soil pada fluid pemboran biodiesel

Apparent viscosity dan viskositas plastik dari sistem meningkat dengan adanya penambahan massa Na-bentonite pada fluida pemboran berbasis biodiesel,tetapi yield point hampir tidak irrelevan terhadap kontaminasi tanah. Oleh karena itu, bisa dikatakan bahwa performa dari fluida pemboran berbasis biodiesel terhadap kontaminasi tanah cukup stabil.

Fatty calcium salt dan lecithin biasanya digunakan sebagai emulsifier pada fluida pemboran. Keberadaan divalent salt merupakan keuntungan untuk membentuk tanpa emulsi. Sebagai tambahan, air formasi bisa jadi mengkontaminasi banyak ion kalsium. Kalsium kontaminasi yang distimulasi dengan menambahkan perbedaan massa dari CaSO42H2O ke dalam sample dengan komposisi : biodiesel 300 mL, organo bentonite 3% dari berat, organo-lignite 3% dan vegetable pitch 4%. Hasilnya terlihat tabel III.5. Hasil percobaan menunjukkan bahwa rheology dari fluida pemboran dipengaruhi dan toleransi sistem terhadap kontaminasi kalsium cukup besar.

Tabel III.5 Efek dari ion kalsium Bab IV KesimpulanDari percobaan dan pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:1. Apparent viskositas dan viskositas plastik dari biodiesel lebih rendah dari minyak putih. Rheological dari biodiesel bagus setelah mengalami aging pada temperatur 180 derajat C selama 6 jam. Biodiesel juga bisa digunakan sebagai minyak dasar untuk mempersiapkan fluida pemboran berbasis minyak dengan densitas yang tinggi ketika dilakukan pemboran pada formasi yang bertemperatur tinggi.2. Forulasi optimum dari fluida pemboran berbasis biodiesel adalah : organo-bentonite 3%, organo lignite 3%, dan vegetable pitch 4%. API filtrate dari fluida ini ialah 10 mL yang mana memenuhi dari ketentuan di lapangan.

3. Toleransi dari fluida peboran berbasis biodiesel terhadap dry soil dan kontaminasi kalsium cukup baik, dan parameter dari rheology dan filtrate dan jelas tidak terpengaruh dengan penambahan dari dry soil dan kalsium ke dalam sistem.

DAFTAR PUSTAKAWang, Meishan dan Sun, Mingbo (2012) : Biodisel based drilling fluids, SPE 155578LV Ya, LI Jun, OUYANG Fu-sheng, (2012) : Effect of Biodiesels blending on their low-teperature fluidity [J]. Journal of fuel chemistry and Tachnology, 2011,39(3):189-193.Bourgoyne A.T. et.al., "Applied Drilling Engineering", First Printing Society of Petroleum Engineers, Richardson TX, 1986.Moore P.L., "Drilling Practices Manual", Penn Well Publishing Company, Second Edition, Tulsa-Oklahoma, 1986.

PAGE

ii