Pengaruh Temperatur Terhadap Reaksi Fosfonat dalam Inhibitor Kerak
pada Sumur Minyak
(The Effect of Temperature to Phosphonate Reaction in Scale Inhibitor at
the Oil Fields)
AsnawatiStaf Pengajar Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Jember
ABSTRACT
One way to prevent the scale formation at the oil fields is by injecting the scale inhibitor into the formation of water. Temperature in formation of water is high enough to influence stability of inhibitor. Therefore it is necessary to study how the temperature influences it. For this purpose, types of scale inhibitor used were Jet-Cote 592 and Servo UCA 301. They were injected into formation of water in Pematang and South Bekasap. The ascorbat acid method with spectrometry was used to determine the existing phosphate and phosphonate in scale inhibitor. The result showed that the temperature influenced the alteration of phosphonate, it would become higher when the temperature was increasing. The alteration of phosphonate formed in South Bekasap and Pematang oil field formation of water is 5.99% and 8.36% for Servo-UCA 301, 6.13 and 8.24 for Jet-Cote 592.
Key words : temperature, phosphonate, scale inhibitor, spectrometry
.
PENDAHULUAN
Kerak (scale) merupakan masalah yang cukup kompleks dan selalu terjadi diladang-ladang minyak. Kerak didefinisikan sebagai suatu deposit dari senyawa-senyawa anorganik yang terendapkan dan membentuk timbunan kristal pada permukaan suatu subtansi (Kemmer, 1979). Kerak yang terbentuk pada pipa-pipa akan memperkecil diameter dan menghambat aliran fluida pada sistem pipa tersebut. Terganggunya aliran fluida menyebabkan suhu semakin naik dan tekanan semakin tinggi maka kemungkinan pipa akan pecah dan rusak.
Salah satu cara untuk mencegah terbentuknya kerak diladang-ladang minyak adalah dengan menginjeksikan bahan-bahan kimia pencegah kerak (scale inhibitor) ke dalam air formasi. Prinsip kerja dari scale inhibitor yaitu pembentukan senyawa kompleks (chelat) antara scale inhibitor dengan unsur-unsur pembentuk kerak. Senyawa kompleks yang terbentuk larut dalam air sehingga menutup kemungkinan pertumbuhan kristal yang besar. Di samping itu dapat mencegah kristal kerak untuk melekat pada permukaan pipa (Patton, 1981).
Pada umumnya scale inhibitor yang digunakan di ladang-ladang minyak dibagi atas dua tipe yaitu scale inhibitor anorganik dan scale inhibitor organik. Senyawa anorganik fosfat yang
umum digunakan sebagai inhibitor adalah kondesat fosfat dan dehidrat fosfat. Anorganik fosfat banyak digunakan sebagai scale inhibitor sebelum berkembangnya fosfonat, fosfat ester dan polimer. Pada dasarnya bahan-bahan kimia ini mengandung group P-O-P dan cendrung untuk melekat pada permukaan kristal. Ikatan oksigen-fosfor ini sangat tidak stabil dalam larutan encer dan akan terhidrolisa (bereaksi dengan air) menghasilkan ortofosfat yang tidak aktif atau tidak berfungsi sebagai scale inhibitor. Reaksi ini biasa disebut sebagai reversi (Cowan, 1976).
Scale inhibitor organik yang biasa digunakan: organo fosfonat, organo fosfat ester dan polimer-polimer organik. Organo fosfat ester efektif untuk kerak CaSO4, organo fosfonat
efektif untuk kerak CaCO3 dan polimer-polimer
organik efektif untuk kerak CaCO3, CaSO4 dan
BaSO4.
Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan inhibitor adalah : keefektifan, kestabilan, kacocokan dan biaya. Sifat dari scale inhibitor yang sangat diharapkan stabil dalam air pada waktu yang panjang dan temperatur yang tinggi. Organo fosfor lebih stabil dari anorganik polifosfat. Ikatan langsung antara karbon-fosfor menyebabkan organo fosfat lebih stabil melawan reversi terhadap waktu, temperatur dan pH (Cowan, 1976).
Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.1, 2001 :20-26
Menurut Buzalmi (1986) sebagian besar pada ladang-ladang minyak daerah Bekasap dan Pematang terbentuk kerak CaCO3. Organo
fosfonat merupakan scale inhibitor yang cocok untuk mencegah kerak tersebut.
Temperatur reservoir minyak dan gas bumi terutama ditentukan oleh kedalamannya, makin dalam makin tinggi temperaturnya. Di lain pihak nilai dari temperatur ini ditentukan oleh gradien panas bumi. Nilai rata-rata gradien panas bumi 2oF/kaki atau 1,11oC/kaki. Kedalaman sumur minyak daerah Bekasap dan Pematang lebih kurang 4500 kaki dan temperatur reservoir 195oF.
Mengingat temperatur reservoir daerah Bekasap dan Pematang cukup tinggi dan kestabilan inhibitor yang sangat dipengaruhi oleh temperatur maka dalam tulisan ini dikaji berapa besar pengaruh temperatur untuk mempercepat terjadinya reaksi hidrolisa tersebut.
METODOLOGI Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Water Analysis PT Caltex Facific Indonesia Duri Riau.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah : asam askorbat, asam sulfat, natrium hidroksida, antimonil potasium tartrat, amonium molibdat, phenolftalen dan amonium persulfat. Sedangkan alat yang digunakan : spektronik 1201 dan seperangkat peralatan gelas.
Penyediaan Sampel
Sampel yang dianalisa dibagi menjadi 3 bagian : 1. Sampel bahan kimia (chemical) yang belum
dinjeksikan ke dalam sumur minyak. Bahan kimia yang diambil merk Jet-Cote 592 dan Servo-UCA 301.
2. Sampel air formasi dari sumur yang diinjeksi dengan 2 macam bahan kimia di atas. Sampel ini diambil dari sumur Bekasap Selatan 10 dan sumur Pematang 8 untuk yang diinjeksi dengan Jet-Cote 592 dan sumur Bekasap Selatan 11 dan Pematang 2 untuk yang diinjeksi dengan dengan Servo-UCA 301.
3. Sampel air formasi dari sumur yang tidak diinjeksi dengan scale inhibitor yang
letaknya berdekatan dengan sumur bagian dua (Bekasap Selatan 6, Pematang 31, Bekasap Selatan 4 dan sumur Pematang13).
Prinsip Metoda
Dalam penelitian ini dipakai metoda asam askorbat secara spektrometri. Konsentrasi fosfat total (ortofosfat total) ditentukan dengan merubah semua fosfor ke dalam bentuk ortofosfat dengan cara destruksi (digestion) menggunakan amonium persulfat sebagai oksidator, sedangkan untuk penentuan fosfat saja tidak dilakukan destruksi. Dalam metoda asam askorbat, amonium molibdat dan potasium antimonil tartrat bereaksi dengan ortofosfat dalam media asam membentuk asam pospomolibdat dan kemudian direduksi menjadi kompleks molibdat oleh asam askorbat.
Pengaruh temperatur terhadap perubahan fosfonat menjadi fosfat ditentukan dengan menvariasikan temperatur antara 100-210oF dan kandungan fosfonatnya ditentukan dengan cara merubah semua fosfor ke dalam bentuk ortofosfat.
Penentuan fosfat (ortofosfat) total.
Sampel 50 mL dimasukkan ke dalam beaker gelas, ditambahkan 0,4 g amonium persulfat dan 1 mL H2SO4 6M. Larutan ini kemudian
didestruksi sampai hampir kering, dibiarkan dingin. Setelah dingin diberi indikator phenolftalen, ditambah NaOH 6M sampai warna pink muncul, kemudian dinetralkan dengan H2SO4 5N sampai warna pink hilang. Larutan ini
diencerkan sampai volume 50 mL. Dimasukkan 8 mL reagen singel (asam sulfat pekat + antimonil potasium tartrat + amonium molibdat + asam askorbat) dan dibiarkan selama 40 menit. Diukur %T dengan alat spektrometer pada panjang gelombang maksimum 880 nm.
Penentuan Fosfat (Ortofosfat Saja)
Sampel 50 mL dimasukkan ke dalam beaker gelas, ditambah 8 mL reagen singel dan dibiarkan selama 40 menit dan diukur %T dengan alat spektrometer pada panjang gelombang maksimum 880 nm.
HASIL DAN PEMBAHASAN Penentuan Fosfonat dalam Scale Inhibitor
Jet-Cote 592 dan Servo-UCA 301 merupakan scale inhibitor fosfonat yang berwujut cair. Hasil
analisa fosfat dan fosfat total dari 0,05 mL scale inhihitor dalam aquades dan air formasi yang tidak diinjeksi dengan bahan kimia dapat dilihat pada Tabel 1.
Hasil di atas menunjukkan bahwa sebelum
scale inhibitor diinjeksikan ke dalam air formasi
(sumur minyak) telah ada 8493 ppm dalam Jet Cote-592 dan 5605 ppm dalam Servo UCA-301 fosfat. Fosfat ini mungkin berasal dari fosfonat yang telah berubah menjadi fosfat. Dalam air formasi ternyata kandungan fosfatnya lebih tinggi dibanding dalam aquades, yang berarti di dalam air formasi juga terdapat fosfat sehingga scale inhibitor yang diencerkan dalam air formasi kandungan fosfat lebih tinggi dibanding dalam aquades.
Kandungan fosfonat yang masih aktif diketahui dengan menentukan kandungan fosfat
total yang dikurangi dengan fosfat yang ada di dalamnya. Dalam setiap 0.05 mL Jet Cote-592 terdapat rata-rata 107373 ppm fosfonat dan 92969 ppm dalam Servo UCA-301. Angka tersebut menunjukkan bahwa kandungan fosfonat Jet-Cote 592 sedikit lebih tinggi dibanding Servo-UCA 301.
Pengaruh Temperatur Terhadap Perubahan Fosfonat
Pengaruh temperatur terhadap perubahan fosfonat menjadi fosfat dapat dilihat pada gambar 1 dan 2. Dari gambar 1 dan 2 terlihat fosfonat yang berubah menjadi fosfat semakin banyak dengan naiknya temperatur. Pada temperatur rendah perubahannya kecil, tetapi semakin naik temperatur semakin banyak fosfonat yang berubah menjadi fosfat.
Tabel 1. Kandungan fosfat dan fosfat total dalam scale inhibitor.
Konsentrasi (ppm)
Sampel Pengencer
Fosfat Fosfat total Fosfonat
Aquades 5605 120096 114491
Air sumur Pematang 31 19090 117018 97928
Jet-Cote 592
Air sumur Bekasap Selatan 4 24094 133796 109702
Aquades 8493 113418 104925
Air sumur Pematang 13 20758 104937 84179
Servo-UCA 301
Air sumur Bekasap Selatan 6 21647 111450 89803
Hasil diatas menunjukkan bahwa sebelum scale inhibitor diinjeksikan ke dalam air formasi (sumur minyak) telah ada 8493 ppm dalam Jet Cote-592 dan 5605 ppm dalam Servo UCA-301 fosfat. Fosfat ini mungkin berasal dari fosfonat yang telah berubah menjadi fosfat. Dalam air formasi ternyata kandungan fosfatnya lebih tinggi dibanding dalam aquades, yang berarti di dalam air formasi juga terdapat fosfat sehingga scale inhibitor yang diencerkan dalam air formasi kandungan fosfat lebih tinggi dibanding dalam aquades.
Kandungan fosfonat yang masih aktif diketahui dengan menentukan kandungan fosfat total yang dikurangi dengan fosfat yang ada di dalamnya. Dalam setiap 0.05 mL Jet Cote-592 terdapat rata-rata 107373 ppm fosfonat dan 92969 ppm dalam Servo UCA-301. Angka
tersebut menunjukkan bahwa kandungan fosfonat Jet-Cote 592 sedikit lebih tinggi dibanding Servo-UCA 301.
Pengaruh Temperatur Terhadap Perubahan Fosfonat
Pengaruh temperatur terhadap perubahan fosfonat menjadi fosfat dapat dilihat pada gambar 1 dan 2. Dari gambar tersebut terlihat fosfonat yang berubah menjadi fosfat semakin banyak dengan naiknya temperatur. Pada temperatur rendah perubahannya kecil, tetapi semakin naik temperatur semakin banyak fosfonat yang berubah menjadi fosfat.
Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.1, 2001
:20-Gambar 1. % perubahan fosfonat menjadi fosfat pada Servo UCA-301 dalam aquades, air formasi daerah Pematang dan Bekasap Selatan
Gambar 2. % perubahan fosfonat menjadi fosfat pada JC-592 dalam aquades, air formasi daerah Pematang dan Bekasap Selatan
Hasil analisa Servo UCA-301 dalam aquades pada temperatur rendah sampai 200oF perubahannya tidak terlalu tajam, hanya kurang dari 3%, tetapi bila temperatur dinaikkan menjadi 210oF fosfonat yang berubah menjadi fosfat meningkat tajam mencapai 6,68% (lihat gambar 1). Fosfonat yang berubah menjadi fosfat pada air formasi lebih tinggi dibanding dengan dalam aquades, disamping dalam air formasi sendiri mengandung fosfat juga banyak kandungan ion-ion lain yang kemungkinan dapat mempercepat terjadinya perubahan ini. Menurut Koesoemadinata dan Lalicker (1959) air formasi mengandung ion-ion seperti kalsium, magnesium, aluminium, silika, tembaga, vanadium dan lain-lain. Kemungkinan diantara ion-ion tersebut ada yang bersifat katalis untuk reaksi ini sehingga mempengaruhi perubahan fosfonat menjadi fosfat.
Hasil analisa Jet Cote-592 dalam aquades pada temperatur rendah sampai 200oF perubahannya kurang dari 4%, tetapi bila
temperatur dinaikkan menjadi 210oF fosfonat yang berubah menjadi fosfat meningkat tajam sampai 6,79%. Dalam air formasi pada 200oF perubahannya sekitar 7,2% tetapi pada temperatur 210oF perubahannya mencapai 11,74% pada air formasi sumur Pematang dan 9,19% dalam air formasi sumur Bekasap (lihat gambar 2). Hasil analisis Jet Cote-592 baik dalam aquades maupun dalam air formasi sumur pematang dan Bekasap Selatan tidak jauh berbeda dengan Servo-UCA 301 yang berarti kestabilannya tidak jauh berbeda, juga keduanya cocok untuk kerak CaCO3, hanya saja Jet
Cote-592 kandungan fosfonatnya sedikit lebih tinggi dibanding Servo UCA-301, yang berarti Jet Cote-592 lebih efektif dari Servo UCA-301 karena semakin banyak kandungan fosfatnya semakin banyak mengikat kerak.
Scale Inhibitor pada Sumur Minyak
Untuk mengetahui kandungan fosfonat dalam sumur minyak, dilakukan analisis fosfat dan fosfat total yang terdapat dalam air formasi yang telah diinjeksi dengan scale inhibitor. Kemungkinan besar air formasi juga mengandung fosfat maka dilakukan analisis fosfat pada air formasi dari sumur yang tidak diinjeksi dengan scale inhibitor. Air formasi yang dipilih letaknya berdekatan dengan sumur minyak yang diinjeksi dengan scale inhibitor. Hasil analisa kandungan fosfat dan fosfat total pada sumur yang diinjeksi dengan scale inhibitor dan fosfat pada sumur yang tidak diinjeksi dengan bahan kimia serta perubahan fosfonatnya dapat dilihat pada tabel 2-5. Sampel ini diambil sebanyak 6 kali dengan jarak waktu 3 hari.
Hasil analisis pada tabel 2-5 menunjukkan bahwa fosfat ada dalam air fomasi sumur yang tidak diinjeksi dengan scale inhibitor. Kandungan fosfat pada air formasi sumur minyak daerah Pematang terlihat lebih tinggi dibanding dengan air formasi sumur minyak daerah Bekasap Selatan. Fosfat yang ada dalam air formasi ini berkisar antara 0,037 ppm sampai 0,073 ppm. Hasil analisis menunjukkan bahwa kandungan fosfat tidak sama setiap waktu, hal ini sangat dimaklumi bahwa sampel yang diambil merupakan sampel yang mengalir. Air yang bercampur dengan minyak ini dihisap oleh pompa dari dalam tanah yang komposisi kimianya tidak sama.
Temperatur (oF) % F o sf o n at → F o sf at 0 5 10 15 90 100 120 140 160 180 200 210 Aquades Pematang 13 Bekasap Selatan 6 % F o sf o n at → F o sf at 0 2 4 6 8 10 12 14 90 100 120 140 160 180 200 210 Aquades Pematang 31 Bekasap Selatan 4 Temperatur (oF)
Tabel 2. Jet Cote-592 pada air formasi sumur Pematang
Pematang 8 Pematang 13
No
Fosfat (ppm) Fosfat total (ppm) Fosfat (ppm)
% Fosfonat →→ fosfat 1 2 3 4 5 6 O,075 0,126 0,042 0,068 0,126 0,088 0,428 0,499 0,306 0,344 0,646 0,473 0,043 0,068 0,017 0,036 0,088 0,088 7,48 11,62 8,17 9,30 5,88 6,98 x 0,088 0,449 0,051 8,24
Tabel 3. Jet Cote-592 pada air sumur Bekasap Selatan
Bekasap Selatan 10 Bek. Sel. 6
No
Fosfat (ppm) Fosfat total (ppm) Fosfat (ppm)
% Fosfonat →→ fosfat 1 2 3 4 5 6 0,056 0,062 0,068 0,100 0,126 0,133 0.563 0,730 0,704 0,852 0,826 0,922 0,030 0,023 0,036 0,043 0,055 0,068 4,64 5,34 4,55 6,69 8,56 7,05 x 0.091 0,766 0,043 6,83
Tabel 4. Servo UCA-301 pada air formasi sumur Pematang
Pematang 2 Pematang 31
No
Fosfat (ppm) Fosfat total (ppm) Fosfat (ppm)
% Fosfonat →→ fosfat 1 2 3 4 5 6 0,107 0,158 0,152 0,171 0,145 0,073 0,711 0,887 0,858 0,819 0,825 0,641 0,059 0,094 0,094 0,075 0,081 0.036 6,75 7,21 6,76 11,72 7,76 9,98 x 0,139 0,790 0,073 8,36
Tabel 5. Servo UCA-301 pada air formasi sumur Bekasap Selatan
Bekasap Selatan 11 Bek. Sel. 4
No
Fosfat (ppm) Fosfat total (ppm) Fosfat (ppm)
% Fosfonat →→ fosfat 1 2 3 4 5 6 0,094 0,068 0,102 0,065 0,071 0,049 0,588 0,608 0,646 0,524 0,768 0,659 0,043 0,036 0,062 0,030 0,043 0,011 8,67 5,26 6,19 6,68 3,36 5,77 x 0.075 0,633 0,037 5,99
Jurnal ILMU DASAR, Vol.2 No.1, 2001
:20-Fosfonat (fosfat total) yang dalam air formasi berkisar antara 0,306 ppm sampai 0,922 ppm. Fosfonat yang telah berubah menjadi fosfat dalam air formasi dihitung dengan mengurangi kandungan fosfat total dengan fosfat. Perubahan fosfonat yang terjadi di dalam air formasi sumur minyak Bekasap Selatan dan Pematang sebesar 5,99% dan 8,36% untuk Servo-UCA 301serta 6,13% dan 8,24% untuk Jet-Cote 592. Dari angka tersebut terlihat bahwa perubahan fosfonat yang terjadi dalam air formasi sumur daerah Pematang lebih tinggi dari daerah Bekasap Selatan. Dari gambar 1 dan 2, yaitu scale
inhibitor yang diperlakukan pada temperatur
yang bervariasi menunjukkan bahwa perubahan 8,36% dan 8,24% terjadi pada temperatur di atas 200oF, berarti bahwa temperatur reservoir daerah Pematang lebih tinggi dari 200oF. Fosfonat yang belum berubah menjadi fosfat (91%) akan melewati pipa-pipa saluran menuju tangki pengumpul (gathering station).
KESIMPULAN DAN SARAN
Temperatur mempengaruhi perubahan fosfonat menjadi fosfat dimana perubahannya semakin besar dengan semakin naiknya temperatur. Scale inhibitor Servo UCA-301 dan Jet Cote-592 lebih
baik digunakan pada temperatur dibawah 200oF. Perubahan fosfonat yang terjadi di dalam air formasi sumur minyak Bekasap Selatan dan Pematang sebesar 5,99% dan 8,36% untuk Servo-UCA 301serta 6,13% dan 8,24% untuk Jet-Cote 592.
DAFTAR PUSTAKA
Buzalmi, 1990. Perbandingan Efektifitas Kerja antara Scale inhibitor Perdagangan dengan Scale inhibitor Buatan Sendiri dalam Mencegah Terbetuknya Kerak pada Pipa Saluran Minyak PT CPI Duri, Jurusan Kimia Universitas Riau, 61.
Cowan, J.C. and D.J. Weintritt, 1976. Water-Formed Scale Deposit. Houston, Texas, Gulf Publishing Co., 1-484.
Koesoemadinata, R. P. Geologi Minyak dan Gas Bumi. Edisi 2. Penerbit ITB Bandung,44-47. Kemmer F.N., 1979. The Nalco Water Hand Book. Nalco Chemical Co. Mc Graw Hill Book CO. New York, 20, 1-19.
Lalicker G.G., 1959. Principles of Petroleum Geology. Appletion-Century-Crafts Inc. New York, 68-72.
Patton C., 1981. Oilfield Water System. 2 ed. Cambeel Petrolium Series. Oklahoma, 49-79.
Skoog, D.A. 1985. Priciples of Instrumental Analysis. Sounders College Publishing Philadelphia New York. Chicago San Fransisco. pp 160-224.
Svehla,G. 1975. Vogel’s Texbook of Macro and Semimicro Qualitatif Inorganic Analysis. 5 ed. Longman London and New York. pp 354-361.
Alaerts G., Sri, S.S., 1984. Metoda Penelitian
Air. Penerbit Usaha Nasional Surabaya
Indonesia, 231-244.
Bets Labouratories Inc., 1973. Handbook of Industrial Water Conditioning. 7 ed., Pensylvia, USA, 37-39, 225.
Day.R.A., 1983. Kimia Analisa Kuantitatif. Edisi 4. Penerbit Airlangga Jakarta, 383-419. Ewing W.G., 1975. Instrumental Metods of
Chemical Analysis. Mc Graw Hill, Kogakhusa LTD. pp. 7-83.
Gould E.S., 1961. Inorganic Reactions and Structure. Hold Rinehart & Winston, New York, 246-253.
Lomb. Bausch, 1974. Water Technology. Analytical Systems Division, 1-5.
Ostrof A.G., 1985. Introductions to Oilfield Water Technology. Prentice-Hall Inc. New York, 80-87.
