ANALISIS PENGARUH JENIS DAN KONSENTRASI SURFAKTAN PADA PIPA MINYAK BERSIFAT PARAFFINIC WAX DARI LAPANGAN X (STUDI LABORATURIUM DAN SIMULASI)

ANALISIS PENGARUH JENIS DAN KONSENTRASI SURFAKTAN PADA PIPA

MINYAK BERSIFAT PARAFFINIC WAX DARI LAPANGAN “X”

(STUDI LABORATURIUM DAN SIMULASI)

TUGAS AKHIR

Oleh:

YVAN CHRISTIAN

NIM 12205010

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk

mendapatkan gelar

SARJANA TEKNIK

pada Program Studi Teknik Perminyakan

PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN

FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2010

ANALISIS PENGARUH JENIS DAN KONSENTRASI SURFAKTAN PADA PIPA

MINYAK BERSIFAT PARAFFINIC WAX DARI LAPANGAN “X”

(STUDI LABORATURIUM DAN SIMULASI)

TUGAS AKHIR

Oleh:

YVAN CHRISTIAN

NIM 12205010

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk

mendapatkan gelar

SARJANA TEKNIK

pada Program Studi Teknik Perminyakan

Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan

Institut Teknologi Bandung

Disetujui oleh:

Dosen Pembimbing Tugas Akhir,

Tanggal...

______________________________

(Dr. Ir. Leksono Mucharam)

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 1

Analisis Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Surfaktan Terhadap Kehilangan

Tekanan Pada Pipa Minyak Bersifat Paraffinic Wax dari Lapangan “X”

(Studi Laboratorium dan Simulasi)

Analysis of Surfactant Types and Concentration Effect to Pressure Loss of

Paraffinic Wax Oil Pipeline from “X” Field

(Laboratory Study and Simulation)

Oleh:

Yvan Christian

Sari

Sejak digunakan sebagai fluida untuk injeksi kimia ke dalam reservoir, surfaktan telah memperoleh pengakuan dari industri perminyakan untuk meningkatkan faktor perolehan dari suatu reservoir minyak. Dalam perkembangannya, surfaktan kemudian diinjeksikan juga ke dalam pipa untuk mengurangi gaya tarik fluida dalam pipa. Hal ini akan mengurangi gaya gesek fluida terhadap pipa, sehingga menyebabkan pengurangan kehilangan tekanan dalam pipa. Salah satu cara mengetahui nilai friksi adalah dengan menggunakan Renault Number yang memperhitungkan parameter viskositas fluida. Untuk itu, dilakukan penelitian untuk mempelajari pengaruh jenis dan konsentrasi surfaktan terhadap viskositas minyak dan kehilangan tekanan dalam pipa. Kata kunci: Surfaktan, Gaya Tarik, Friksi, Kehilangan Tekanan, Viskositas,

Abstract

Since its use as a fluid for chemical injection into reservoir, surfactant has received acknowledgement from oil industry to increase recovery factor from an oil reservoir. In its development, surfactant is also injected into pipeline to decrease drag force of the fluid inside the pipe. This phenomenon will decrease the friction force of fluid against the inside wall of the pipe, which in turn will decrease the pressure loss along the pipeline. One way to determine the value of friction is by using Renault Number, which considers the viscosity parameter of the fluid. Therefore, a research was conducted in order to study the effect of the type and concentration of surfactant to the oil viscosity and pressure loss inside the pipe.

Keywords: Surfactant, Drag Force, Friction, Pressure Loss, Viscosity

I. PENDAHULUAN

Surfaktan telah bertahun-tahun digunakan dalam industri perminyakan sebagai fluida injeksi yang digunakan dalam salah satu metode peningkatan perolehan minyak (enhanced oil reservoir). Surfaktan meningkatkan nilai faktor perolehan dengan menurunkan saturasi residual minyak. Hal ini disebabkan oleh sifat surfaktan yang menurunkan tegangan antarmuka minyak dengan batuan, sehingga minyak lebih mudah lepas dari batuan dan mengalir. Salah satu kegunaan lain dari surfaktan adalah sebagai Drag Reducer Agent (DRA). Drag Reducer Agent adalah suatu senyawa

kimia tertentu yang memiliki kemampuan untuk mengurangi gaya gesek (friksi) antara dua permukaan yang bersentuhan. Hal ini yang mendasari penggunaan DRA, karena dalam tahap transportasi fluida (dalam hal ini minyak) melalui pipa, minyak akan bersentuhan dengan dinding pipa bagian dalam dan mengakibatkan friksi. Akibat adanya friksi tersebut, akan terjadi kehilangan tekanan sepanjang jalur pipa. Jika kehilangan tekanan yang terjadi terlalu besar, minyak yang dialirkan tidak akan memiliki energi yang cukup untuk tetap mengalir. Untuk itu, pada beberapa lapangan, dapat dijumpai pompa pada jalur pipa untuk memberikan energi kepada minyak

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 2

untuk dapat terus mengalir menuju lokasi yang diinginkan. Penggunaan DRA yang mengurangi friksi, akan mengurangi jumlah pompa atau daya listrik yang dibutuhkan untuk pompa, sehingga mengurangi biaya operasional lapangan tersebut. Kegunaan lain dari DRA adalah meningkatkan kapasitas pipa untuk mengalirkan minyak. Ketika laju alir minyak di suatu lapangan ingin ditingkatkan, salah satu hal yang perlu dipertimbangkan adalah kapasitas pipa. Jika laju alir minyak yang diinginkan lebih besar daripada kapasitas pipa yang sedang digunakan, maka perlu dilakukan instalasi pipa baru dengan kapasitas yang lebih besar. Hal yang biasa dilakukan adalah dengan mengganti pipa dengan pipa berukuran (diameter) lebih besar. Untuk melakukan penggantian pipa, maka aliran minyak harus dihentikan atau dialihkan sementara, sehingga menimbulkan biaya tambahan selain dari biaya instalasi pipa yang baru. Injeksi DRA ke dalam pipa dapat menjadi solusi alternatif untuk masalah peningkatan kapasitas pipa. Karena DRA bekerja dengan mengurangi friksi yang kemudian mengurangi kehilangan tekanan di sepanjang pipa, maka dengan tekanan operasi yang sama seperti sebelumnya, kapasitas pipa yang digunakan dapat ditingkatkan.

Mekanisme kerja surfaktan dalam mengurangi friksi dalam pipa sebenarnya masih belum diketahui secara pasti. Tetapi, surfaktan dikatakan mempunyai karakteristik untuk mencari permukaan untuk melekat. Hal ini disebabkan oleh bentuk molekul surfaktan yang mempunyai bagian “kepala” dan “ekor”. Jika surfaktan diinjeksikan ke dalam aliran minyak dalam pipa, bagian “kepala” surfaktan akan menempel kepada molekul permukaan minyak, sedangkan bagian “ekor” surfaktan akan menempel kepada dinding pipa bagian dalam. Fenomena tersebut akan membentuk suatu lapisan yang menyebabkan minyak tidak bergesekan secara langsung, sehingga akan mengurangi gaya friksi antara minyak dan pipa. Pengurangan gaya friksi inilah yang akhirnya mengurangi kehilangan tekanan dalam pipa.

II. ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA

Aliran fluida dalam pipa terjadi karena adanya perbedaan tekanan antara kedua ujung pipa. Dalam alirannya di dalam pipa, dapat terjadi kehilangan tekanan karena beberapa hal, seperti terjadinya

gesekan (friksi) antara fluida dengan dinding bagian dalam dari pipa. Besarnya friksi suatu aliran dalam pipa dipengaruhi oleh, antara lain faktor kekasaran permukaan bagian dalam pipa dan jenis aliran fluida itu sendiri. Informasi mengenai besarnya nilai faktor gesekan adalah penting untuk diketahui, karena informasi nilai tersebut dapat menentukan besarnya kehilangan tekanan yang terjadi di sepanjang pipa.

Bilangan Reynold

Pada abad ke-19, Ostwald Reynold menemukan jenis-jenis aliran fluida ketika melakukan percobaan menggunakan tinta pada air yang mengalir. Pada percobaan tersebut, terlihat bahwa aliran tinta yang dimasukkan ke dalam aliran air berupa osilasi. Tetapi, pada kecepatan alir yang lain, aliran tinta tidak berupa osilasi, melainkan sejajar (linear) dengan arah aliran air. Untuk menghormati penemuannya ini, dibuatlah konsep Bilangan Reynold yang menentukan apakah suatu aliran dikategorikan sebagai aliran laminar, turbulen, atau transisi (di antara laminar dan turbulen). Bilangan Reynold dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

……… (1)

di mana:

γL = specific gravity fluida, tanpa satuan

qL = laju alir fluida, barel/hari

di = diameter dalam pipa, inch

μ = viskositas fluida, cp

Pada percobaan dengan Fann VG Viscomenter, di mana laju alir fluida disebabkan oleh perputaran rotor, persamaan untuk Bilangan Reynold adalah sebagai berikut:

... (2)

di mana:

Ω = rotasi rotor per menit

κ = perbandingan diameter rotor dan diameter cup R = diameter cup, inch

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 3

Kisaran Bilangan Reynold untuk menentukan jenis aliran fluida adalah sebagai berikut:

Re < 2000, aliran laminar 2000 < Re < 4000, aliran transisi Re > 4000, aliran turbulen

Faktor gesekan (friction factor) adalah nilai dari besarnya hambatan yang diberikan suatu permukaan yang diakibatkan oleh terjadinya gesekan (friksi) antara fluida yang mengalir dengan permukaan tersebut. Persamaan untuk faktor gesekan berbeda tergantung dari jenis alirannya, apakah alirannya turbulen atau laminar. Untuk jenis aliran fluida laminar, faktor gesekan dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

……… (3)

Sementara, untuk persamaan faktor gesekan pada aliran turbulen dipengaruhi oleh kekasaran pipa yang digunakan. Misalnya untuk pipa halus dan NRe < 105, dapat digunakan korelasi Blasius:

……… (4)

Dengan mengetahui nilai faktor gesekan, dapat ditentukan besarnya kehilangan tekanan dalam pipa dengan persamaan sebagai berikut:

……… (5)

di mana:

ΔP = kehilangan tekanan, psi qL = laju alir fluida, barel/hari

γ = perbandingan massa jenis fluida terhadap air (specific gravity)

L = panjang pipa, feet

di = diameter pipa bagian dalam, inch Fann VG Viscometer

Fann VG Viscometer adalah alat untuk mengukur viskositas nyata (apparent viscosity) dari suatu fluida. Alat ini dapat memberikan putaran sebesar 3 RPM, 6 RPM, 100 RPM, 200 RPM, 300 RPM, dan 600 RPM. Besarnya putaran tersebut ditransmisikan kepada fluida melalui sebuah rotor. Fluida dalam cup akan ikut berputar dan kemudian

memutar bob di sebelah dalam rotor. Perputaran

bob akan mengakibatkan simpangan yang dapat

dilihat dan dibaca sebagai dial reading (θ). Pada percobaan ini, diameter rotor yang digunakan adalah 3.87 inch.

Viskositas Nyata

Viskositas nyata adalah nilai viskositas suatu fluida pada nilai laju geser tertentu. Viskositas nyata perlu diketahui untuk menghitung Bilangan Reynold. Untuk menentukan nilai dari viskositas nyata, dibutuhkan nilai tegangan geser (shear stress) pada laju geser (shear rate) tertentu. Sehingga nilai dari viskositas nyata dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

……… (6)

di mana:

μa = viskositas nyata, centipoises

τ = tegangan geser, dyne/cm2 γ = laju geser, 1/detik

Untuk penggunaan alat Fann VG Viscometer, nilai tegangan geser dan laju geser dapat ditentukan dari

dial reading dan putaran per menit (rotation per minute, RPM). Persamaannya adalah sebagai

berikut:

……… (7)

……… (8)

di mana:

θ = dial reading

N = rotasi per menit (RPM)

III. ALAT DAN BAHAN

Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Fann VG Viscometer 2. Fann thermo cup 3. Termometer 4. Gelas ukur 5. Neraca elektrik 6. Batang pengaduk 7. Pipet tetes

8. Sampel minyak dari lapangan X yang bersifat paraffinic wax.

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 4

9. Surfaktan 10A 10. Surfaktan 13A*

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

Percobaan Laboraturium

Untuk memulai percobaan ini, terlebih dahulu dipersiapkan sampel minyak yang akan diuji. Pada percobaan ini, konsentrasi surfaktan 10A dan 13A* pada sampel minyak adalah 100 ppm, 200 ppm, dan 300 ppm. Larutan surfaktan dengan konsentrasi tersebut dapat dibuat dari larutan surfaktan dengan konsentrasi awal 1000 ppm yang kemudian diencerkan.Percobaan ini berlangsung pada beberapa temperatur berbeda yang dapat diatur di Fann thermo cup. Temperatur yang digunakan adalah 100 oF, 110 oF, 120 oF, 130 oF, dan 140 oF. Setelah sampel disiapkan, sampel dimasukkan ke dalam Fann thermo cup, yang kemudian dipasangkan pada Fann VG Viscometer sampai bob di bagian dalam rotor terendam seluruhnya oleh minyak. Fann thermo cup kemudian diatur dengan temperatur uji terendah, yaitu 100 oF. Setelah mencapai temperatur tersebut, Fann VG Viscometer dinyalakan dengan RPM terendah, yaitu 3. Jika jarum penunjuk pada alat Fann VG Viscometer mulai stabil, angka yang ditunjukkan diambil sebagai dial reading pada RPM tersebut. Jika dial reading pada 100 oF dan 3 RPM telah didapat, maka percobaan dilanjutkan dengan menaikkan RPM sampai kepada 600 RPM. Selanjutnya, temperatur pada Fann thermo cup dapat dinaikkan ke temperatur uji berikutnya, yaitu 110 oF. Demikian seterusnya sampai kepada temperatur dan RPM uji akhir (140 oF dan 600 RPM).

Simulasi Percobaan

Data yang didapatkan dari percobaan laboraturium di atas, kemudian dimasukkan sebagai input ke dalam simulasi dengan software PipeSim 2000. Input dari hasil percobaan adalah API dan kisaran viskositas. Beberapa data lain, di antaranya:

Tekanan ujung hilir pipa (Pout) = 60 psia

Laju alir fluida = 21000 barel/hari Persamaan aliran = Moody (satu fasa) Temperatur ambien udara = 20 oC Temperatur ambien air = 14 oC

Data-data input tersebut kemudian disimulasikan sehingga mendapatkan tekanan pipa pada ujung hulu pipa (inlet pressure). Data inlet pressure untuk penggunaan surfaktan yang berbeda dengan berbagai konsentrasi uji, kemudian dimasukkan sebagai input data. Kali ini, laju alir fluida dijadikan sebagai variabel yang dicari (unknown

variable).

V. DATA DAN PENGOLAHAN DATA

Data API minyak yang digunakan adalah sebesar 30 oAPI. SG (specific gravity, γ) dapat ditentukan dari API dengan persamaan berikut:

……… (9)

Maka,

Dengan asumsi densitas air adalah 1 gram/cc, maka densitas minyak adalah 0,876 g/cc.

Data Profil Pipa untuk Simulasi

a. Kasus 1 Pipa lurus. Panjang = 70 km Elevasi = 0 m OD pipa = 24 in ID pipa = 19,311 in Kekasaran = 0,001 in b. Kasus 2

Pipa memiliki segmen yang masuk ke dalam sungai. Pipa mulai masuk ke dalam sungai setelah berjarak 45 km dari ujung hulu. Panjang = 70 km

OD pipa = 24 in ID pipa = 19,311 in

Panjang pipa dalam sungai = 200 m Kekasaran = 0,001 in

c. Kasus 3

Pipa memiliki segmen yang masuk ke dalam sungai dan berdiameter lebih kecil dari pipa sebelum dan setelah masuk ke sungai. Pipa mulai masuk ke dalam sungai setelah berjarak 45 km dari ujung hulu.

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 5

Panjang = 70 km OD pipa = 24 in ID pipa = 19,311 in

Panjang pipa dalam sungai = 200 m OD pipa dalam sungai = 8 in ID pipa dalam sungai = 6,815 in Kekasaran = 0,001 in

Berikut adalah data yang dihasilkan selama percobaan:

1. Minyak tanpa surfaktan

Tabel 1 - 100 oF RPM θ τ γ μa 100 29 147,233 170,4 86,40434 200 42 213,234 340,8 62,56866 300 55 279,235 511,2 54,62344 600 98 497,546 1022,4 48,66451 Tabel 2 - 110 oF RPM θ τ γ μa 100 9 45,693 170,4 26,81514 200 15 76,155 340,8 22,34595 300 23 116,771 511,2 22,84253 600 40 203,08 1022,4 19,86307 Tabel 3 - 120 oF RPM θ τ γ μa 100 6 30,462 170,4 17,87676 200 11 55,847 340,8 16,38703 300 16 81,232 511,2 15,89045 600 32 162,464 1022,4 15,89045 Tabel 4 - 130 oF RPM θ τ γ μa 100 5 25,385 170,4 14,8973 200 8 40,616 340,8 11,91784 300 11 55,847 511,2 10,92469 600 22 111,694 1022,4 10,92469 Tabel 5 - 140 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 6 30,462 340,8 8,93838 300 9 45,693 511,2 8,93838 600 19 96,463 1022,4 9,434957

2. Minyak dengan Surfaktan 10A

a. Konsentrasi 100 ppm Tabel 6 - 100 oF RPM θ τ γ μa 100 22 111,694 170,4 65,54812 200 34 172,618 340,8 50,65082 300 44 223,388 511,2 43,69875 600 68 345,236 1022,4 33,76721 Tabel 7- 110 oF RPM θ τ γ μa 100 7 35,539 170,4 20,85622 200 12,5 63,4625 340,8 18,62163 300 20 101,54 511,2 19,86307 600 40 203,08 1022,4 19,86307 Tabel 8 – 120 oF RPM θ τ γ μa 100 5 25,385 170,4 14,8973 200 8 40,616 340,8 11,91784 300 11 55,847 511,2 10,92469 600 21 106,617 1022,4 10,42811 Tabel 9 – 130 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 6 30,462 340,8 8,93838 300 10 50,77 511,2 9,931534 600 17 86,309 1022,4 8,441804 Tabel 10 – 140 oF RPM θ τ γ μa 600 14 71,078 1022,4 6,952074 300 7 35,539 511,2 6,952074 200 5 25,385 340,8 7,44865 100 3 15,231 170,4 8,93838 b. Konsentrasi 200 ppm Tabel 11 – 100 oF RPM θ τ γ μa

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 6 100 17 86,309 170,4 50,65082 200 27 137,079 340,8 40,22271 300 36 182,772 511,2 35,75352 600 62 314,774 1022,4 30,78775 Tabel 12 – 110 oF RPM θ τ γ μa 100 6 30,462 170,4 17,87676 200 10 50,77 340,8 14,8973 300 15 76,155 511,2 14,8973 600 29 147,233 1022,4 14,40072 Tabel 13 – 120 oF RPM θ τ γ μa 100 4 20,308 170,4 11,91784 200 8 40,616 340,8 11,91784 300 11 55,847 511,2 10,92469 600 21 106,617 1022,4 10,42811 Tabel 14 – 130 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 6 30,462 340,8 8,93838 300 9 45,693 511,2 8,93838 600 17 86,309 1022,4 8,441804 Tabel 15 – 140 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 5 25,385 340,8 7,44865 300 8 40,616 511,2 7,945227 600 15 76,155 1022,4 7,44865 c. Konsentrasi 300 ppm Tabel 16 – 100 oF RPM θ τ γ μa 100 16 81,232 170,4 47,67136 200 24 121,848 340,8 35,75352 300 31 157,387 511,2 30,78775 600 55 279,235 1022,4 27,31172 Tabel 17 – 110 oF RPM θ τ γ μa 100 6 30,462 170,4 17,87676 200 11 55,847 340,8 16,38703 300 17 86,309 511,2 16,88361 600 35 177,695 1022,4 17,38018 Tabel 18 – 120 oF RPM θ τ γ μa 100 5 25,385 170,4 14,8973 200 9 45,693 340,8 13,40757 300 13 66,001 511,2 12,91099 600 24 121,848 1022,4 11,91784 Tabel 19 – 130 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 6 30,462 340,8 8,93838 300 9 45,693 511,2 8,93838 600 16 81,232 1022,4 7,945227 Tabel 20 – 140 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 5 25,385 340,8 7,44865 300 7 35,539 511,2 6,952074 600 13 66,001 1022,4 6,455497

3. Minyak dengan Surfaktan 13A* a. Konsentrasi 100 ppm Tabel 21 – 100 oF RPM θ τ γ μa 100 17 86,309 170,4 50,65082 200 29 147,233 340,8 43,20217 300 35 177,695 511,2 34,76037 600 59 299,543 1022,4 29,29802 Tabel 22 – 110 oF RPM θ τ γ μa 100 6 30,462 170,4 17,87676 200 12 60,924 340,8 17,87676 300 16 81,232 511,2 15,89045 600 30 152,31 1022,4 14,8973

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 7 Tabel 23 – 120 oF RPM θ τ γ μa 100 5 25,385 170,4 14,8973 200 8 40,616 340,8 11,91784 300 12 60,924 511,2 11,91784 600 24 121,848 1022,4 11,91784 Tabel 24 – 130 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 7 35,539 340,8 10,42811 300 9 45,693 511,2 8,93838 600 19 96,463 1022,4 9,434957 Tabel 25 – 140 oF

Dial reading tidak dapat dibaca pada setiap RPM, dikarenakan tidak kunjung stabil.

b. Konsentrasi 200 ppm Tabel 26 – 100 oF RPM θ τ γ μa 100 10 50,77 170,4 29,7946 200 18 91,386 340,8 26,81514 300 25 126,925 511,2 24,82883 600 46 233,542 1022,4 22,84253 Tabel 27 – 110 oF RPM θ τ γ μa 100 5 25,385 170,4 14,8973 200 10 50,77 340,8 14,8973 300 14 71,078 511,2 13,90415 600 28 142,156 1022,4 13,90415 Tabel 28 – 120 oF RPM θ τ γ μa 100 4 20,308 170,4 11,91784 200 8 40,616 340,8 11,91784 300 11 55,847 511,2 10,92469 600 23 116,771 1022,4 11,42126 Tabel 29 – 130 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 6 30,462 340,8 8,93838 300 9 45,693 511,2 8,93838 600 16 81,232 1022,4 7,945227 Tabel 30 – 140 oF RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 5 25,385 340,8 7,44865 300 8 40,616 511,2 7,945227 600 15 76,155 1022,4 7,44865 c. Konsentrasi 300 ppm Tabel 31 – 100 oF RPM θ τ γ μa 100 15 76,155 170,4 44,6919 200 24 121,848 340,8 35,75352 300 32 162,464 511,2 31,78091 600 59 299,543 1022,4 29,29802 Tabel 32 – 110 oF RPM θ τ γ μa 100 9 45,693 170,4 26,81514 200 16 81,232 340,8 23,83568 300 18 91,386 511,2 17,87676 600 34 172,618 1022,4 16,88361 Tabel 33 – 120 oF RPM θ τ γ μa 100 6 30,462 170,4 17,87676 200 10 50,77 340,8 14,8973 300 14 71,078 511,2 13,90415 600 27 137,079 1022,4 13,40757 Tabel 34 – 130 oF RPM θ τ γ μa 100 4 20,308 170,4 11,91784 200 7 35,539 340,8 10,42811 300 10 50,77 511,2 9,931534 600 19 96,463 1022,4 9,434957 Tabel 35 – 140 oF

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 8 RPM θ τ γ μa 100 3 15,231 170,4 8,93838 200 5 25,385 340,8 7,44865 300 8 40,616 511,2 7,945227 600 15 76,155 1022,4 7,44865 VI. PEMBAHASAN

Penurunan Kehilangan Tekanan oleh Surfaktan 10A

Hasil pengolahan data di atas menunjukkan adanya hubungan antara konsentrasi surfaktan dan temperatur percobaan dengan viskositas nyata minyak (μa). Kenaikan temperatur berbanding terbalik dengan viskositas nyata minyak, dalam arti bahwa semakin tinggi temperatur percobaan, viskositas nyata minyak semakin rendah. Sedangkan semakin tinggi konsentrasi surfaktan, pada umumnya, nilai viskositas nyata minyak semakin kecil. Tendensi tersebut mengalami deviasi pada temperatur 110 dan 120 oF, di mana pada konsentrasi 300 ppm, nilai viskositas nyata yang dihasilkan lebih besar dari nilai pada konsentrasi 200 ppm.

Perubahan konsentrasi Surfaktan 10A memberikan penurunan viskositas yang signifikan pada temperatur 100 oF. Dengan memberikan 100 ppm kepada minyak awal (belum diberikan surfaktan), viskositas nyata minyak berkurang dari sekitar 63 cp menjadi sekitar 48 cp, menghasilkan perbedaan sebesar 15 cp. Penambahan konsentrasi menjadi 200 ppm kemudian mengurangi viskositas minyak sekitar 9 cp, menjadi 39 cp. Penambahan berikutnya menjadi 300 ppm hanya menurunkan viskositas sebesar kurang lebih 4 cp, menjadi 35 cp. Dari data-data di atas, dapat dilihat bahwa viskositas nyata minyak rata-rata terendah terdapat pada konsentrasi 300 ppm dan temperatur 140 oF. Tetapi, jika dilihat segi efektivitas, kerja paling baik Surfaktan 10A adalah pada temperatur 100 oF dan konsentrasi 300 ppm. Hal ini karena pada kondisi tersebut, penurunan viskositas dari kondisi awal (minyak tanpa surfaktan pada temperatur percobaan yang sama) adalah yang paling besar, yaitu sekitar sebesar 28 cp. Selain itu, temperatur juga mempunyai efek yang baik dalam penurunan viskositas nyata minyak. Penurunan viskositas terbesar terjadi kenaikan temperatur dari 100 oF

menjadi 110 oF, menghasilkan penurunan sekitar 40 cp.

Penurunan Kehilangan Tekanan oleh Surfaktan 13A*

Sama seperti kondisi pada Surfaktan 10A, pada umumnya viskositas menurun dengan kenaikan temperatur dan konsentrasi surfaktan. Akan tetapi dapat dilihat bahwa untuk setiap temperatur percobaan (kecuali temperatur tertinggi, yaitu 140

o

F) nilai viskositas kembali meningkat dengan bertambahnya konsentrasi Surfaktan 13A* dari 200 ppm menjadi 300 ppm. Hal ini dapat diakibatkan oleh pada konsentrasi 300 ppm, Surfaktan 13A* justru membentuk suatu emulsi dengan sampel minyak sehingga menyebabkan sampel minyak lebih kental dari sampel minyak dengan konsentrasi Surfaktan 13A* 200 ppm.

Tendensi kembali meningkatnya nilai viskositas minyak tidak terjadi pada temperatur 140 oF. Pada temperatur ini, viskositas pada konsentrasi 300 ppm tidak melebihi nilai viskositas pada konsentrasi pada 200 ppm, melainkan mempunyai nilai yang sama. Hal ini kemungkinan besar terjadi akibat efek temperatur yang tinggi, yang pada akhirnya menurunkan kekentalan dari emulsi yang diperkirakan terjadi pada konsentrasi 300 ppm. Pada percobaan laboraturium dengan Surfaktan 13A*, sayang sekali tidak diperoleh data nilai viskositas pada kondisi konsentrasi surfaktan sebesar 100 ppm dengan temperatur 140 oF. Hal ini disebabkan oleh pada saat percobaan dilakukan, jarum penunjuk dial reading pada Fann VG Viscometer terus bergoyang dan tidak kunjung stabil dalam menunjukkan nilai dial reading (θ). Percobaan tidak dilakukan ulang karena terbatasnya jumlah Surfaktan 13A* dan waktu percobaan.

Pada percobaan dengan surfaktan ini, nilai viskositas minyak rata-rata terendah terdapat pada kondisi temperatur 140 oF dan konsentrasi surfaktan 300 ppm, yaitu 7,9 cp. Tetapi, dari segi efektivitas, kerja paling baik Surfaktan 13A* adalah pada kondisi temperatur 100 oF dan konsentrasi surfaktan 200 ppm. Kondisi percobaan tersebut menghasilkan penurunan viskositas nyata minyak sebesar 37 cp, dari 63 cp menjadi 26 cp. Hasil ini mendekati efek terbaik yang diberikan oleh kenaikan temperatur percobaan dari 63 cp pada 100 oF menjadi sekitar 23 cp pada 110 oF.

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 9

Simulasi Kehilangan Tekanan

Dengan data-data di atas, kita dapat menentukan besarnya kehilangan tekanan dalam pipa pada temperatur, jenis, dan konsentrasi surfaktan tertentu. Percobaan kali ini menggunakan software PipeSim 2000 dengan asumsi aliran fluida satu fasa (hanya minyak). Berikut adalah hasil dari simulasi menggunakan PipeSim 2000:

Kasus 1: Pipa 70 km lurus dengan ukuran 24 inci.

Surfactant

Pout,

psi Pin, psi ΔP, psi

- 0 ppm 60 223,446 163,4457 100 ppm 60 173,242 113,2418 10A 200 ppm 60 128,361 68,3611 300 ppm 60 118,474 58,4742 100 ppm 60 150,070 90,0699 13A* 200 ppm 60 88,072 28,0718 300 ppm 60 114,269 54,2692

Kasus 2: Pipa sepanjang 70 km dengan 200 m segmen masuk ke dalam sungai. Pipa yang masuk ke dalam sungai berdiameter sama, yaitu 24 inci.

Surfactant

Pout,

psi Pin, psi ΔP, psi

- 0 ppm 60 323,627 263,627 100 ppm 60 206,303 146,303 10A 200 ppm 60 143,688 83,688 300 ppm 60 130,749 70,749 100 ppm 60 175,556 115,556 13A* 200 ppm 60 90,593 30,593 300 ppm 60 124,746 64,746

Kasus 3: Pipa sepanjang 70 km dengan 200 m segmen masuk ke dalam sungai. Diameter pipa yang masuk ke dalam sungai lebih kecil dari pipa di permukaan, yaitu 8 inci.

Surfactant

Pout,

psi Pin, psi ΔP, psi

- 0 ppm 60 275,064 215,0636 100 ppm 60 239,076 179,076 10A 200 ppm 60 162,293 102,293 300 ppm 60 146,674 86,6736 100 ppm 60 201,497 141,4968 13A* 200 ppm 60 97,695 37,6953 300 ppm 60 139,341 79,3406

Dari hasil simulasi di atas, dapat dilihat bahwa performa surfaktan dalam menurunkan kehilangan tekanan berbanding lurus dengan konsentrasi surfaktan yang digunakan. Dan secara umum, Surfaktan 13A* memiliki performa yang lebih baik jika dibandingkan dengan Surfaktan 10A. Tetapi, terdapat anomali yang sama seperti pada percobaan laboraturium, yaitu pada Surfaktan 13A* dengan konsentrasi 300 ppm. Dengan konsentrasi 300 ppm, Surfaktan 13A* justru memperbesar nilai kehilangan tekanan sepanjangan pipa, bahkan melebihi besarnya kehilangan tekanan menggunakan Surfaktan 10A pada 300 ppm.

VII. KESIMPULAN DAN SARAN

Dari hasil percobaan dan simulasi yang dilakukan, maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1. Kedua jenis surfaktan (Surfaktan 10A dan

Surfaktan 13A*) dapat digunakan sebagai DRA (Drag Reducer Agent).

2. Efek drag reducer Surfaktan 10A dan Surfaktan 13A* memiliki kondisi optimum yang berbeda, tergantung dari temperatur dan konsentrasi saat digunakan.

3. Kondisi optimum untuk Surfaktan 10A pada percobaan ini adalah pada temperatur 100 oF dengan konsentrasi 300 ppm, dengan kehilangan tekanan sebesar 58,47 psia (Kasus 1), 70,75 psia (Kasus 2), dan 86,67 psia (Kasus 3).

4. Kondisi optimum untuk Surfaktan 13A* pada percobaan ini adalah pada temperatur 100 oF dengan konsentrasi 200 ppm, dengan kehilangan tekanan sebesar 28,07 psia (Kasus 1), 30,6 psia (Kasus 2), dan 37,7 psia (Kasus 3). 5. Surfaktan 13A* memiliki performa optimum

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 10

untuk penggunaan pada minyak bersifat

paraffinic wax.

6. Sampel minyak bersifat parafficinc wax yang digunakan memiliki kepekaan yang lebih besar terhadap perubahan temperatur dibandingkan dengan perubahan jenis dan atau konsentrasi surfaktan.

7. Diameter pipa cukup berpengaruh pada kondisi tanpa surfaktan, tetapi pengaruhnya semakin kecil dengan semakin meningkatnya efektivitas surfaktan.

Dari kesimpulan di atas, disarankan untuk:

1. Menganalisis keekonomian dalam penggunaan surfaktan yang bersangkutan, untuk mengetahui biaya yang akan dikeluarkan untuk menggunakan surfaktan dibandingkan dengan menggunakan pemanas atau insulasi.

2. Melanjutkan percobaan laboraturium menggunakan surfaktan yang bersangkutan dengan sampel minyak jenis lain.

VIII. REFERENSI

1. Campbell, Samuel E. & Jovancicevic, Vladimir. 2001. Performance Improvements

From Chemical Drag Reducers. SPE.

2. Hamouda, A.A et al. 1998. Drag Reducer

Performance Measurement-A Scaled-Up Laboratory Test Compared With a Field Trial.

SPE.

3. Mucharam, Leksono. 2008. Liquid Flow in

Pipes (Slide Kuliah).

4. Prasetyo, Indra. 2003. Drag Reducer Increases

Pipeline Capacity to Accommodate the Successful of Field Development. SPE.

5. Prawesti, Annisa. 2009. Analisa Pengaruh

Polymer dan Surfaktan terhadap Viskositas Minyak (Studi Laboratorium). Teknik Perminyakan ITB.

6. Schramm, Lauriel L. 2000. Surfactants:

Fundamentals and Applications in the Petroleum Industry. Cambridge University

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 11

IX. LAMPIRAN

Grafik Viskositas Nyata

0 10 20 30 40 50 60 70 100 110 120 130 140 Vis cos ity, cp Temperature, F

Surfactant 10A

0 ppm 100 ppm 200 ppm 300 ppm 0 10 20 30 40 50 60 70 100 110 120 130 140 Vis cos ity, cp Temperature, F

Surfactant 13A*

0 ppm 100 ppm 200 ppm 300 ppm

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 12

Model Desain Pipa pada PipeSim

Kasus 1: Pipa lurus sepanjang 70 km

Kasus 2 dan 3: Pipa sepanjang 70 km dengan segmen sepanjang 200 m yang masuk ke dalam sungai

Grafik Kehilangan Tekanan

Kasus 1: Pipa lurus

0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tekana n Pipa, ps ia Panjang Pipa, km

Profil Tekanan Pipa (Kasus 1)

No Surfactant 10A 100 ppm 10A 200 ppm 10A 300 ppm 13A* 100 ppm 13A* 200 ppm 13A* 300 ppm

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 13 Kasus 2: Pipa bersegmen masuk ke dalam sungai, ukuran pipa tetap (24 in)

0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tekana n Pipa, ps ia Panjang Pipa, km

Profil Tekanan Pipa (Kasus 2)

No Surfactant 10A 100 ppm 10A 200 ppm 10A 300 ppm 13A* 100 ppm 13A* 200 ppm 13A* 300 ppm

Yvan Christian, 12205010, Sem 2 2009/2010 14 Kasus 3: Pipa bersegmen masuk ke dalam sungai, ukuran pipa berubah (24 in – 8 in – 24 in)

0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tekana n Pipa, ps ia Panjang Pipa, km

Profil Tekanan Pipa (Kasus 3)

No Surfactant 10A 100 ppm 10A 200 ppm 10A 300 ppm 13A* 100 ppm 13A* 200 ppm 13A* 300 ppm