Sifat Fisik Fluida

Download Sifat Fisik Fluida

Post on 03-Oct-2015

19 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

sifat fisik fluida batuan

TRANSCRIPT

<p>BAB2Sifat Fisik Fluida Pengetahuan tentang sifat fisik fluida reservoir sangatlah dibutuhkan untuk memahami dan memprediksi kelakuan reservoir minyak dan gas sebagai fungsi tekanan. Dasar pemahaman tentang sifat fisik fluida reservoir ini akan sangat membantu dalam mengkarakterisasi dan mendeskripsikan reservoir secara lebih akurat. Setiap reservoir bersifat unik. Dengan pemahaman sifat fluida yang baik, seorang ahli reservoir mampu melakukan evaluasi dinamik kinerja reservoir dengan akurat. Baik sifat fisika maupun kimia fluida reservoir sangat mempengaruhi karakteristik interaksi fluida dengan batuan dan oleh karenanya mempengaruhi proses aliran fluida di dalam reservoir.Komposisi, tekanan reservoir dan temperatur reservoir menentukan jenis fluida reservoir yang memiliki karakteristik berbeda-beda. Pemahaman akan kelakuan fasa fluida reservoir baik di reservoir maupun di permukaan sangat berguna untuk manajemen reservoir. Sebagai contoh, sasaran untuk mendapatkan minyak atau gas lebih banyak di permukaan dapat didesain terlebih dahulu apabila mempunyai dan memahami kelakuan fasa yang digambarkan dengan diagram fasa fluida reservoir minyak dan gas bumi. Sifat fisik fluida reservoir minyak dapat diperoleh dari pengolahan data hasil percobaan di laboratorium. Metode korelasi matematik dapat digunakan apabila tidak tersedianya sifat fisik fluida reservoir yang didapatkan dari pengolahan laboratorium.</p> <p>2.1 Komposisi Fluida ReservoirPada prinsipnya fluida reservoir yang mengalir dari reservoir ke permukaan terdiri dari 2 jenis fluida yaitu minyak dan gas bumi yang disertai dengan air. Minyak Bumi merupakan campuran dari berbagai macam hidrokarbon. Campuran senyawa hidrokarbon pada minyak bumi sebanyak 50-98% berat, sisanya terdiri atas zat-zat organik yang mengandung belerang, oksigen, dan nitrogen serta senyawa-senyawa anorganik seperti vanadium, nikel, natrium, besi, aluminium, kalsium, dan magnesium. Jenis molekul yang paling sering ditemukan adalah alkana (baik yang rantai lurus maupun bercabang), sikloalkana, hidrokarbon aromatik, atau senyawa kompleks seperti aspaltena. Setiap minyak bumi mempunyai keunikan molekulnya masing-masing, yang diketahui dari bentuk fisik dan ciri-ciri kimia, warna, dan viskositas.Berdasarkan kandungan senyawanya, minyak bumi dapat dibagi menjadi golongan hidrokarbon dan non-hidrokarbon serta senyawa-senyawa logam. Hidrokarbon 1. Parafin Parafin adalah kelompok senyawa hidrokarbon tersaturasi dengan rantai lurus atau bercabang yang molekulnya hanya mengandung unsur karbon dan hidrogen dengan rumus umum CnH2n+2. Pada umumnya minyak Bumi mengandung 5 sampai 40 atom karbon per molekulnya, meskipun molekul dengan jumlah karbon lebih sedikit/lebih banyak juga mungkin ada di dalam campuran tersebut.Contohnya adalah metana (CH4), etana (C2H6), n-butana (C4H10), isobutana (2-metil propana, C4H10), isopentana (2-metilbutana, C5H12), dan isooktana (2,2,4-trimetil pentana, C8H18). Jumlah senyawa yang tergolong ke dalam senyawa isoparafin jauh lebih banyak daripada senyawa yang tergolong n-parafin. Tetapi, di dalam minyak bumi mentah, kadar senyawa isoparafin biasanya lebih kecil daripada n-parafin.2. Hidrokarbon tak jenuh (Alkena dan Alkuna)adalah hidrokarbon yang memiliki ikatan ganda atau triple antara atom karbon. Hidrokarbon ini memiliki potensi untuk menambah lebih banyak hidrogen atau unsur-unsur lain dan karena itu disebut tak jenuh. Hidrokarbon tak jenuh dikenal dengan olefin yang terdiri dari dua jenis. Alkena contohnya etilen CH2 = CH2 yang memiliki ikatan karbon rangkap ganda dan alkuna contohnya asetilena CH = CH yang memiliki ikatan karbon rangkap tiga. 3. Naftena Naftena adalah senyawa hidrokarbon jenuh yang membentuk struktur cincin dengan rumus molekul CnH2n. Senyawa-senyawa kelompok naftena yang banyak ditemukan adalah senyawa yang struktur cincinnya tersusun dari 5 atau 6 atom karbon. Contohnya adalah siklopentana (C5H10), metilsiklopentana (C6H12) dan sikloheksana (C6H12). Umumnya, di dalam minyak bumi mentah, naftena merupakan kelompok senyawa hidrokarbon yang memiliki kadar terbanyak kedua setelah n-parafin. 4. Aromatik Aromatik adalah hidrokarbon-hidrokarbon tak jenuh yang berintikan atom-atom karbon yang membentuk cincin benzen (C6H6). Contohnya benzen (C6H6), metilbenzen (C7H8), dan naftalena (C10H8). Minyak bumi dari Sumatera dan Kalimantan umumnya memiliki kadar aromat yang relatif besar. Non Hidrokarbon Selain senyawa-senyawa yang tersusun dari atom-atom karbon dan hidrogen, di dalam minyak bumi ditemukan juga senyawa non hidrokarbon seperti belerang, nitrogen, oksigen, vanadium, nikel dan natrium yang terikat pada rantai atau cincin hidrokarbon. Unsur-unsur tersebut umumnya tidak dikehendaki berada di dalam produk-produk pengilangan minyak bumi, sehingga keberadaannya akan sangat mempengaruhi langkah-langkah pengolahan yang dilakukan terhadap suatu minyak bumi. 1. Belerang Belerang terdapat dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S), belerang bebas (S), merkaptan (R-SH, dengan R=gugus alkil), sulfida (R-S-R), disulfida (R-S-S-R) dan tiofen (sulfida siklik). Senyawa-senyawa belerang tidak dikehendaki karena : Menimbulkan bau tidak sedap dan sifat korosif pada produk pengolahan. Mengurangi efektivitas zat-zat bubuhan pada produk pengolahan. Meracuni katalis-katalis perengkahan. Menyebabkan pencemaran udara (pada pembakaran bahan bakar minyak, senyawa belerang teroksidasi menjadi zat-zat korosif yang membahayakan lingkungan, yaitu SO2 dan SO3). 2. Nitrogen Senyawa-senyawa nitrogen dibagi menjadi zat-zat yang bersifat basa seperti 3-metilpiridin (C6H7N) dan kuinolin (C9H7N) serta zat-zat yang tidak bersifat basa seperti pirol (C4H5N), indol (C8H7N) dan karbazol (C12H9N). Senyawa-senyawa nitrogen dapat mengganggu kelancaran pemrosesan katalitik yang jika sampai terbawa ke dalam produk, berpengaruh buruk terhadap bau, kestabilan warna, serta sifat penuaan produk tersebut. 3. OksigenOksigen biasanya terikat dalam gugus karboksilat dalam asam-asam naftenat (2,2,6-trimetilsikloheksankarboksilat, C10H18O2) dan asam-asam lemak (alkanoat), gugus hidroksi fenolik dan gugus keton. Senyawa oksigen tidak menyebabkan masalah serius seperti halnya senyawa belerang dan senyawa nitrogen pada proses-proses katalitik. Senyawa logam Minyak bumi biasanya mengandung 0,001-0,05% berat logam. Kandungan logam yang biasanya paling tinggi adalah vanadium, nikel dan natrium. Logam-logam ini terdapat bentuk garam terlarut dalam air yang tersuspensi dalam minyak atau dalam bentuk senyawa organometal yang larut dalam minyak. Vanadium dan nikel merupakan racun bagi katalis-katalis pengolahan minyak bumi dan dapat menimbulkan masalah jika terbawa ke dalam produk pengolahan. </p> <p>AlkunaAlifatikAromatikHidrokarbonAlkana (Paraffin)Silka Alkana (Nathenes)Alkena</p> <p>Gambar 2.1 Diagram klasifikasi hidrokarbon</p> <p>Tabel 2.1 Rumus Kimia HidrokarbonNama SenyawaRumus KimiaJenis Ikatan</p> <p>AlkanaCnH2n+2Ikatan Jenuh</p> <p>AlkenaCnH2nIkatan tidak jenuh</p> <p>AlkunaCnH2n-2Ikatan tidak jenuh</p> <p>SikloalkanaIkatan cincin</p> <p>Komposisi tipikal gas alam pada senyawa hidrokarbon dan non-hidrokarbon ditunjukkan pada Tabel 2.2. Dan komposisi gas yang terakumulasi bersama minyak bumi ditunjukkan pada Tabel 2.3. Tampak bahwa selain Hidrokarbon juga terdapat komponen lain seperti CO2, N2 dan H2S yang merupakan komponen ikutan. Gas alam memiliki komponen ringan lebih banyak dibandingkan dengan gas yang terakumulasi bersama minyak bumi. Komponen C7+ untuk gas berjumlah relatif kecil sekali. Komponen C7+ artinya komponen Heptana dan yang lebih besar digabung menjadi satu. Minyak bumi lebih banyak mengandung komponen berat yaitu C7+, sedangkan gas bumi lebih banyak mengandung komponen ringan seperti Metana, Etana, Propana, dan Butana. Tabel 2.2 Tipikal Gas AlamHidrokarbon</p> <p>Metana70 - 98%</p> <p>Etana1 10%</p> <p>PropanaKecil sekali 5%</p> <p>ButanaKecil sekali 2%</p> <p>PentanaKecil sekali 1%</p> <p>HexanaKecil sekali %</p> <p>Heptana +Kecil sekali %</p> <p>Non-Hidrokarbon</p> <p>NitrogenKecil sekali 15%</p> <p>Karbon dioxida*Kecil sekali 5%</p> <p>Hidrogen sulfida*Kecil sekali 3%</p> <p>HeliumSampai 5%, biasanya kecil sekali</p> <p>*kadang-kadang muncul </p> <p>Tabel 2.3 Gas yang terakumulasi bersama minyak bumiHidrokarbon</p> <p>Metana45 92%</p> <p>Etana4 21%</p> <p>Propana1 15%</p> <p>Butana 7%</p> <p>PentanaKecil sekali 3%</p> <p>HexanaKecil sekali 2%</p> <p>Heptana +Kecil sekali 1%</p> <p>Non-Hidrokarbon</p> <p>NitrogenKecil sekali up to 10%</p> <p>Karbon dioxida*Kecil sekali 4%</p> <p>Hidrogen sulfida*0 - Kecil sekali 6%</p> <p>Helium0%</p> <p>2.2 Kelakuan FasaFluida reservoir minyak dan gas merupakan campuran dari sejumlah komponen yang dapat berubah bentuk tergantung pada suhu dan temperatur lingkungannya. Atau lebih sering kita kenal dengan sebutan fasa. Kelakuan fasa merupakan kunci untuk memahami interaksi antara fluida reservoir dengan batuan reservoir dan perubahan dinamik reservoir seiring dengan dilakukannya beberapa aspek proses produksi. Kita akan meninjau aspek-aspek kualitatif dari perilaku fluida reservoir ketika mengalami perubahan tekanan dan suhu.Kelakuan Fasa digambarkan dengan Diagram Fasa yang pada dasarnya adalah diagram untuk mendefinisikan kondisi fasa fluida dalam bentuk plot antara tekanan dan temperatur yang didalamnya terdapat kurva-kurva garis prosentase cairan. Garis dengan cairan nol persen artinya saat mulai terjadi pengembunan atau disebut dengan titik embun (dew point), sedangkan garis dengan gas nol persen adalah saat pertama kali gas keluar dari minyak atau disebut dengan titik gelembung (bubble point).Fluida reservoir yang keluar dari wellhead pada umumnya terdiri dari fasa: Gas (CO2, H2S, hidrokarbon) Cair ( hidrokarbon, dan air) Padatan (scale, hidrat, pasir)Namun demikian hanya fasa gas dan cair saja yang dibahas pada bab ini. Keadaan (state) fasa gas hidrokarbon dapat berpindah menjadi keadaan (state) fasa cair hidrokarbon, dan sebaliknya. Tiga parameter yang berpengaruh dalam jenis keadaan (state) fasa adalah: Tekanan, (psia) Temperatur ( oF) Gaya tarik-tolak molekulerGaya tarik-tolak molekuler berbanding terbalik dengan jari-jari.</p> <p>(2.0)</p> <p>r = jarak antar molekulUntuk menggambarkan kelakuan fasa dan karakteristik fluida secara fundamental dapat dijelaskan dengan diagram fasa yang lebih sederhana terlebih dahulu, yaitu: Diagram Fasa Sistem Satu Komponen Diagram Fasa Sistem Dua Komponen</p> <p>2.2.1 Sistem Komponen TunggalDiagram Tekanan-Temperatur (P-T)</p> <p>TemperaturGaris Tekanan UapTcTitik TripleC345678Titik kritisPcGaris Titik LeburGaris SublimasiTekananPadatCairGas</p> <p>1</p> <p>2</p> <p>Gambar 2.2 Diagram Tekanan Temperatur (P-T) untuk sistem komponen tunggal</p> <p> Garis Tekanan Uap (Vapour Pressure Line)Garis tekanan uap membagi membagi daerah berfasa cair dan daerah berfasa gas. Di atas garis tekanan uap mengindikasikan kondisi zat berfasa cair dan dibawah garis tekanan uap mengindikasikan kondisi zat berfasa gas. Bila tepat pada garis tekanan uap mengindikasikan terdapat fasa gas dan fasa cair secara berdampingan. Titik Kritis (Critical Point)Titik kritis dilambangkan dengan titik C. Titik kritis merupakan batas dari garis tekanan uap (Vapour pressure line) yang ditandai dengan temperatur kritis (Tc) dan tekanan kritis (Pc) untuk komponen tunggal. Temperatur kritis (Tc) dan tekanan kritis (Pc) ini menandakan batas cair dan gas yang dapat muncul. Triple PointTitik tiga (Triple point) mewakili tekanan dan temperatur di mana terdapat 3 fasa secara bersamaan yaitu padat, cair dan uap dalam kondisi kesetimbangan. Dalam dunia perminyakan, seorang ahli reservoir lebih sering menidentifkasi hidrokarbon dalam fasa cair dan gas. Fasa padat hanya ditemukan pada situasi tertentu seperti permasalahan endapan lilin (wax), aspal (asphaltenes) dan hidrat. Garis Tekanan Sublimasi (Sublimitation-Pressure Line)Perpanjangan garis tekanan uap (vapour pressure line) di bawah titik tripel merupakan kondisi yang membagi daerah dalam fasa padat dan daerah dalam fasa uap. Garis Titik Lebur (Melting Point Line)Garis titik lebur membagi daerah dalam fasa padat dan daerah dalam fasa cair. Garis titik lebur untuk hidrokarbon memiliki kemiringan garis (slope) yang positif seiring dengan bertambahnya tekanan dan temperatur. </p> <p>CairHgGasCairHgTekanan KonstanIsobarikCairHgGasCairHgTemperatur KonstanIsotermalGambar 2.2 menunjukkan diagram Tekanan-Temperatur (diagram P-T) untuk komponen tunggal. Terlihat bahwa triple point merupakan titik keberadaan ketiga fasa yaitu, dari sebelah kiri, padatan, cairan dan gas. Garis yang memisahkan fasa padat dan cair adalah garis titik lebur/leleh; garis yang memisahkan fasa cair dengan fasa gas adalah garis tekanan uap; sedangkan garis yang memisahkan fasa padat dengan fasa gas adalah garis sublimasi. Titik kritik (titik C) didefinisikan sebagai kondisi dimana di atas titik kritik fasa fluida tidak dapat ditentukan. Pada Gambar 2.3 juga ditunjukkan proses isotermik dan isobarik. Proses isotermik diilustrasikan oleh perpindahan dari kondisi 1 ke 2, dan dari 5 ke 6. Untuk perpindahan dari titik 1 ke 2 terjadi perubahan fasa, dari fasa cair ke fasa uap. Namun untuk perpindahan dari titik 5 ke 6 tidak terjadi perubahan fasa, hal ini disebabkan kedua titik terletak di sebelah kanan titik kritik sistem tersebut. Proses isobarik ditunjukkan oleh perpindahan kondisi dari titik 3 ke 4 dimana terjadi perubahan fasa dari fasa cair ke uap, dan titik 7 ke 8 yang tidak terjadi perubahan fasa karena di atas titik kritik. Gambar 2.3 juga mengilustrasikan perubahan fisik di dalam cel apabila terdapat sistem fasa cair kemudian diturunkan tekanannya pada kondisi temperatur konstan.</p> <p>Gambar 2.3 Proses Isotermik dan Isobarik pada Sistem Komponen Tunggal</p> <p>Diagram Tekanan-VolumeSelain dari diagram tekanan temperatur (P-T) sistem komponen tunggal, perubahan fasa dapat pula terlihat pada diagram tekanan volume (P-V) untuk sistem komponen tunggal. Seiring dengan terjadinya penurunan tekanan dari titik 1, terjadi penurunan tekanan yang cukup besar sejalan dengan perubahan volume yang cukup kecil (gradien penurunan tekanan curam). Hal ini disebabkan karena kompresibilitas cairan yang kecil. Ketika tekanan gelembung tercapai, gas terlarut mulai terbentuk keluar dari cairan (titik 2). Sistem terus berkembang dan lebih banyak gas yang keluar dari cairan (dari titik 2 ke titik 3) sampai suatu saat akan tercapai titik embun. Kondisi dari titik 2 ke titik 3 merupakan kondisi dimana terbentuk 2 fasa. Penurunan tekanan berlanjut hingga semua fasa gas terbentuk (titik 4). Secara sederhana diilustrasikan dalam Gambar 2.4.</p> <p>Titik EmbunGasDaerah Fasa tunggalVolumeTekananTitik GelembungDaerah Dua FasaPVT CellDiagram Tekanan VolumeSemua CairanGas Gelembung PertamaCairan yang TersisaSemua Gas1234</p> <p>Gambar 2.4 Diagram Tekanan Volume (P-V) untuk sistem komponen tunggal</p> <p>Diagram Density-Temperatur (Diagram -T)Gambar 2.5 menunjukkan diagram density-temperatur ( -T) untuk komponen murni. Zona dua fasa terletak di dalam envelope. Di atas envelope adalah zona fasa cair, sedangkan zona di bawah envelope adalah zon...</p>