LAPORAN MINGGUAN
PRAKTIKUM ANALISA FLUIDA RESERVOIR PENENTUAN KANDUNGAN AIR DENGAN
DEAN & STARK METHOD
DISUSUN OLEH : NAMA : FAIZAH AQILAH NIM : 113210094
PLUG : L
LABORATORIUM ANALISA FLUIDA RESERVOIR PROGRAM STUDI S1 TEKNIK PERMINYAKAN
FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
YOGYAKARTA 2022
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN MINGGUAN
PRAKTIKUM ANALISA FLUIDA RESERVOIR PENENTUAN KANDUNGAN AIR DENGAN
DEAN & STARK METHOD
Diajukan untuk memenuhi persyaratan Praktikum “Analisa Fluida Reservoir”.
Minggu pertama acara pertama, Penentuan Kandungan Air dengan Dean & Stark Method, Tahun Akademik 2021/2022. Program Studi S1 Teknik Perminyakan, Fakultas Teknologi Mineral, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Yogyakarta.
DISUSUN OLEH :
NAMA : FAIZAH AQILAH NIM : 113210094
PLUG : L
Disetujui untuk Laboratorium Analisa Fluida Reservoir
Oleh :
Asisten Praktikum
KONITA NAFISTA NIM. 113190107
BAB II
PENENTUAN KANDUNGAN AIR DENGAN DEAN & STARK METHOD
2.1. TUJUAN PERCOBAAN
1. Menentukan kandungan air dalam minyak atau crude oil yang kaitannya dalam menentukan kualitas minyak yang diproduksi.
2. Menentukan kandungan air dalam minyak atau crude oil yang kaitannya untuk mengidentifikasi kemungkinan terjadinya problem produksi.
3. Mengetahui penanganan terhadap problem produksi.
2.2. DASAR TEORI
Ketika minyak mentah akan diproduksikan maka tidak kenyantaan nya tidak semua minyak murni melaikan masih mengandung air maupun gas, hal ini nantinya akan berpengaruh terhadap perhitungan terhadap jumlah minyak yang kan diproduksikan. Karena didalam sebuah breservoir minyak akan terkandung sebuah air yang memiliki kemampuan untuk melarutkan hidrokarbon, komposisi, faktor volume formasi dan karakteristik viskositas pada suhu dan tekanan formasi. Pemisahan antara minyak dan air yang terkandung didalamnya disebut “Dehidrasi Minyak Bumi”. Dehidrasi ini dilakukan baik pada penghilangan maupun transportasi minyak karena air yang terkandung dalam minyak dapat menyebabkan korosi pada pipa-pipa minyak, tempat penimbunan minyak, dan lain sebagainya. Terdapatnya air dalam minyak disebabkan karena kandungan air dalam jebakan/reservoir ikut terproduksi kepermukaan. Air dalam minyak dibedakan menjadi 2 macam, yaitu air bebas dan air emulsi. Air bebas merupakan air yang terbebaskan dari minyaknya. Air bebas dapat dengan mudah dipisahkan dari minyak melalui metoda settling atau pengendapan dalam suatu tempat, dengan cara sentrifugal atau dicampur dengan toluene, gasoline, ataupun kerosene. Lain halnya dengan minyak yang mempunyai kandungan air emulsi, yaitu air yang melayang-layang didalam minyak (dalam bentuk droplet), maka ia (air emulsi) memerlukan cara-cara khusus dalam penanggulangannya.
Emulsi merupakan sebuah sistem yang mengandung dua fasa cairan dimana fasa yang satu tersebar pada fasa yang lainnya sebagai butiran-butrian kecil (droplet) dan tidak dapat saling melarut. Menurut C.M.H. Robert, terjadinya emulsi memerlukan 3 syarat, yaitu:
1. Adanya dua zat cair yang tidak saling larut satu dengan yang lainnya, dalam hal ini adalah antara air dengan minyak.
2. Adanya emulsifying agent yaitu zat yang menghambat terjadinya emulsi.
3. Adanya agitasi (pengadukan).
Setelah mengetahui penyebab atau syarat terjadinya emulsi, maka hal selanjutnya yang perlu diketahui adalah sifat-sifat dari emulsi itu sendiri, yaitu antara lain :
1. Umumnya kadar air emulsi cukup tinggi. Hal ini disebabkan penguapan sejumlah air, gas alam sebelum terjadi emulsifikasi pada residu airnya.
2. Pengemulsian juga dipengaruhi oleh sifat–sifat minyak. Semakin besar viskositasnya, residu karbon, dan tegangan permukaan minyak semakin terbentuk emulsi.
3. Semakin lama emulsi terbentuk semakin ketat atau semakin susah untuk dipisahkan.
Setelah memahami syarat-syarat terjadinya emulsi, kemudian sifat-sifat dari emulsi, maka akan mempermudah kita dalam proses pencegahan. Adapun cara mencegah terjadinya peristiwa emulsifikasi ini antara lain :
1. Memperkecil tingkat agitasi.
2. Penggunaan zat anti emulsifikasi/demulsifier agent.
3. Pemisahan air sebelum terjadinya emulsifikasi.
Disamping cara pencegahan emulsi diatas, kita juga dapat melakukan pemisahan jika telah terjadi emulsifikasi, yaitu dengan menggunakan metoda-metoda berikut :
1. Metoda gravitasi settling (gaya berat);
2. Metoda pemanasan/ heating (heat treatment);
3. Metoda electric (electrical dehydration);
4. Metoda kimiawi (chemistry dehydration);
5. Metoda centrifugal;
6. Metoda destilasi;
7. Metoda absorbsi.
Untuk mengetahui kadar air dalam minyak ini dapat dilakukan dengan megujinya dengan salah satu cara metoda destilasi yang disebut dengan istilah Dean &
Stark Method.
Prinsip pengujian kadar air ini adalah secara destilasi atau pemanasan fluida sample pada suhu tertentu hingga terjadi proses penguapan. Dengan adanya kondenser, maka akan memungkinkan terjadinya kondensasi dari uap yang ditimbulkan oleh pemanasan tadi, sehingga akan mengembun, dan akan tertampung didalam water trap, sehingga akan dapat diketahui volume air yang terlarut di dalam crude oil tersebut.
Air mempunyai kemampuan untuk melarutkan kebanyakan zat-zat organik.
Sifat-sifat fisika air adalah :
1. Titik didih = 100 oC 2. Densitas = 1 gram/ml 3. Berat molekul = 18 gram/mol
Air sering terkandung di dalam minyak mentah atau crude oil sebagai fasa cair bersama-sama dengan minyak atau gas yang terlarut di dalamnya. Elemen minyak bumi atau crude oil antara lain : Karbon, Hidrogen, Belerang, Nitrogen, dan Oksigen, di mana elemen-elemen ini akan membentuk minyak bumi maupun air. Kandungan air yang terdapat di dalam minyak bumi atau crude oil akan menyebabkan viskositas minyak bumi berbeda-beda satu tempat dengan lainnya, di samping itu gas juga mempengaruhi terhadap kekentalan minyak bumi.
Kandungan air ini perlu ditentukan agar bisa diketahui berapa persentase kandungan air ini di dalam minyak bumi melalui percobaan di laboratorium. Biasanya minyak bumi yang ditentukan kandungan airnya dengan cara ini berasal dari crude oil
yang sudah ada didalam tangki. Salah satu fungsi dari penentuan kandungan air ini yaitu bisa dipakai untuk melihat kualitas crude oil yang nantinya akan dapat berhubungan dengan harga jualnya. Jika kandungan airnya banyak maka kualitasnya akan jelek sehingga harga jualnya semakin rendah ataupun sebaliknya. Ketika didalam minyak terkandung banyak air maka mutu dari minyak tersebut akan jelek sehingga harga jual dari minyak tersebut akan rendah atau sebaliknya. Persentase yang menggambarkan minyak memiliki kualitas yang baik jika kadar air yang terkandung berberkisar diantara 0,05-0,1%.
Perubahan temperatur dan tekanan menyebabkan beberapa zat yang terlarut ke dalam air mungkin menjadi tidak terlarut lagi sehingga memisahkan diri dan membentuk scale atau padatan yang tersuspensi. Jumlah dan kombinasi yang mungkin timbul pada penanganan masalah ini sangat banyak, diantaranya yaitu :
a. Penghantaran aliran produksi didalam flowline, tubing, maupun pada formasi.
b. Terjadinya koreksi pada alat bawah permukaan ataupun di permukaan.
c. Penambahan kerja pada roda Sucker Rod Pump.
Pada proses penginjeksian air ke dalam formasi maka kita harus melakukan operasi tersebut dengan tujuan untuk memperkecil kesulitan yang mungkin timbul pada operasi tersebut. Operasi penginjeksian ini dapat menggunakan air buangan atau air produksi atau dapat juga menggunakan air sisa dari industri.
Tujuan utama dari operasi penampungan air adalah :
a. Menghindari plugging pada formasi, pipa-pipa aliran dan juga pada alat- alat permukaan.
b. Untuk mencegah korosi pada alat-alat permukaan maupun alat-alat bawah permukaan.
Hal yang perlu kita lakukan untuk mengatasi masalah air ini adalah dengan menentukan komposisinya, untuk itu kita perlu melakukan suatu analisa tentang air dari formasi tersebut. Pengambilan contoh air yang kita analisa tersebut harus dapat mewakili air yang terdapat pada sistem tersebut.
Pada pengambilan contoh air di lapangan, biasanya dilakukan pada wellhead atau kepala sumur, dan bukan treater pada tangki penampungan air tersebut. Air yang diambil tersebut sebaiknya ditempatkan pada suatu jerigen atau botol plastik. Namun apabila contoh yang digunakan tersebut unutuk menentukan oil content atau kandungan dari suatu minyak maka yang kita gunakan adalah botol gelas.
Pada percobaan kali ini juga kita menggunakan toluena. Toluena sendiri secara umum mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Bahan pembuatan asam benzoat.
2. Bahan pembuat TNT (trinitro toluene).
3. Bahan pelarut (solvent) senyawa karbon.
Toluena sendiri merupakan turunan dari senyawa benzena yang salah satu atom hidrogennya tersubstitusi oleh gugus metil (-CH3). Dengan demikian toluena memiliki rumus kimia C6H5CH3. Nama lain dari toluena adalah metil benzena.
Sifat-sifat penting dari benzena diantaranya adalah:
1. Bersifat nonpolar.
2. Tidak larut di dalam air.
3. Larut dalam pelarut yang bersifat nonpolar.
4. Tidak berwarna.
5. Mudah menguap.
6. Mudah terbakar.
7. Bersifat toxic (beracun).
2.3. ALAT DAN BAHAN 2.3.1.Alat
1. Condensor
2. Water Trap/Receiver 3. Ground Flask Joint 4. Electrical Oven 5. Goose Neck 2.3.2.Bahan
1. Sampel (Crude Oil) 2. Solvent (toluena) 3. Kerikil
4. Air
2.4. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Mensirkulasikan air dalam peralatan.
2. Membersihkan alat, memastikannya dalam keadaan bersih dan siap digunakan.
3. Mengambil sampel (minyak ringan/berat) 50 ml.
4. Menambahkan kedalamnya solvent (toluene) 10 ml.
5. Memasukkan campuran tersebut kedalam flask.
6. Menghubungkan electrical oven dengan arus listrik, lalu atur pada skala 4 dan tunggu sekitar 30 menit sampai memastikan telah terjadi kondensasi.
7. Mengamati proses kondensasi dengan adanya air yang terdapat dalam water trap.
8. Jika pada water trap sudah tidak ada penambahan air lagi, maka melaporkan
% air dengan Dean & Stark Method.
9. Menghitung kandungan air ( % ) dengan rumus : Kandungan Air (%) = Volume air
Volume sampel x 100 % ...(2−1)
2.5. HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN 2.5.1.Hasil Percobaan
▪ Volume sampel = 50 ml
▪ Volume toluene = 50 ml
▪ Volume air = 0,5 ml 2.5.2.Perhitungan
1. Kandungan air dalam sampel dengan Dean and Stark Method
% Kadar Air = Volume air
Volume sampel x 100 %
= 𝟎,𝟓
𝟓𝟎𝟏𝟎𝟎 %
= 1 % 2. Rata - rata aritmatik
% Kadar air (mean) =∑ % Kadar air sampel A
∑ data(n)
= 19,34
14 x 100 %
= 1,3842 % 3. Standar deviasi % kadar air:
Standar Deviasi =
√
∑(% Kadar air−% Kadar air (Mean))2 n−1=
√
322,5613
= 4,909 %
2.5.3.Tabel
Tabel II-1.
Hasil Penentuan Kandungan Air dengan Dean and Stark Method
Plug
Volume Sampel
(ml)
Volume Toluena
(ml)
Kadar Air (ml)
% Kadar air pada Dean and
Stark Method
(% Kadar air - % Kadar air
mean)2
A 50 50 0,01 0,02 1,84
B 50 50 0,02 0,04 1,79
C 50 50 0,1 0,2 1,39
D 50 50 0,1 0,2 1,39
E 50 50 1,3 2,6 1,48
F 50 50 1 1 0,14
G 50 50 0,73 0,73 0,42
H 50 50 0,125 0,25 1,27
I 50 50 3,5 7 31,58
J 50 50 0,6 0,6 0,60
K 50 50 1,9 3,8 5,85
L 50 50 1 1 0,14
M 50 50 0,8 1,6 0,04
N 50 50 0.15 0,3 1,16
TOTAL 19,34 49,09
MEAN 1,3842 %
STANDAR DEVIASI 4,909 %
2.5.4. Grafik
Grafik 2.1. % Kadar Air vs Plug
2.6. PEMBAHASAN
Praktikum Analisa Fuida Reservoir pada minggu pertama acara pertama berjudul “Penentuan Kandungan Air Dengan Dean and Stark Method”. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan kandungan air di dalam minyak mentah atau crude oil menggunakan Dean and Stark Method. Alat yang digunakan adalah Dean and Stark Distillation Apparatus.
Prinsip kerja alat ini adalah distilasi atau pemanasan dan kondensasi atau penguapan. Maksudnya adalah dilakukan pemanasan pada sample fluida di suhu tertentu untuk memisahkan air yang teremulsi di dalam crude oil dan toluena dimana air ini memiliki titik didih yang lebih rendah dibanding crude oil dan toluena sehingga air yang terkandung di dalam sample akan keluar tetapi crude oil tidak ikut menguap karena suhu yang dibutuhkan untuk menguap masih kurang. Titik didih air yaitu 100o C, sedangkan titik didih toluene sebesar 110,6o C dan titik didih minyak sebesar 170- 180o C sesuai dengan jenis minyaknya. Dengan adanya kondensasi memungkinkan terjadinya penguapan dan uap yang dihasilkan akan mengembun dan tertampung di dalam water trap sehingga akan diketahui volume air yang terlarut di dalam crude oil.
Alat yang digunakan pada praktikum kali ini adalah condensor, water trap/receiver, ground flask joint, electrical oven, dan goose neck. Sedangkan bahan- bahan yang dibutuhkan dalam percobaan ini di antaranya adalah sample minyak mentah (crude oil), toluena, kerikil, grease, dan air. Toluena di sini berfungsi sebagai katalisator guna mempercepat terjadinya reaksi tanpa ikut bereaksi dengan menurunkan energi aktivasi. Selain itu, toluena juga berfungsi sebagai demulsifier guna memecah emulsi dengan menaikkan tegangan permukaan antara air dan minyak.
Idealnya, penggunaan toluena adalah 1 : 1 dengan sample fluida yang digunakan.
Tetapi jika terlalu banyak maka akan mempengaruhi banyaknya kandungan air di dalam water trap. Penggunaannya pun juga disesuaikan dengan ketersediaan di laboratorium. Sedangkan kerikil disini berfungsi untuk meratakan panas dan
menstabilkan panas saat proses distilasi berlangsung. Kerikil juga menyerap panas dari ground flask joint untuk meminimalisir terjadinya kecelakaan saat praktikum berlangsung. Grease di sini berfungsi agar uap yang dihasilkan nanti tidak keluar, sehingga dapat meminimalisir kesalahan data yang dihasilkan.
Sebelum dilakukan percobaan, masukkan kerikil ke dalam labu erlenmeyer Kemudian, masukkan sample berupa crude oil sebanyak 50 ml ke dalam labu erlenmeyer. Tambahkan toluena sebanyak 10 ml ke dalam labu erlenmeyer. Letakkan labu erlenmeyer ke dalam flask, kemudian hubungkan electrical oven dengan arus listrik dan tunggu sampai benar-benar terjadi kondensasi sekitar 30 menit, dimana air yang menguap tertampung di dalam water trap. Skala yang digunakan pada electrical oven yakni sebesar skala 3, harga ini dianggap ideal dan sesuap dengan SOP (standar operation procedur). Sebelum pemanasan berlangsung, sambungan antara labu erlenmeyer dengan goose neck dan goose neck dengan condenser diberikan grease..
Air yang disambungkan dengan selang menuju condenser juga dinyalakan selama proses tersebut berlangsung, tujuannya untuk menurunkan suhu supaya uap yang dihasilkan kembali ke fase cair. Jika pada water trap sudah tidak terjadi , air lagi, maka hitung persentase air dengan Dean and Stark Method.
Pengukuran ini dilakukan karena air yang terkandung di dalam minyak dapat mengindikasikan kualitas minyak tersebut baik atau buruk. Semakin sedikit air yang terkandung di dalam minyak maka akan menghasilkan kualitas minyak yang bagus.
Tetapi keberadaan air ini bukan berarti tidak dibutuhkan sama sekali karena air ini juga diperlukan untuk aliran minyak, mengingat air ini memiliki viskositas yang kecil maka saat proses produksi akan lebih memudahkan minyak untuk mengalir. Ada beberapa hal yang menyebabkan air dapat terkandung di dalam minyak, seperti reservoir tersebut berjenis water drive mechanism dimana energi pendesakan yang mendorong minyak untuk mengalir berasal dari air yang terperangkap bersama-sama dengan minyak, lubang perforasi berdekatan dengan WOC (water oil contact) sehingga memungkinkan
air untuk ikut keluar Bersama minyak, dan harga Qo > Q yang dapat menyebabkan water coning.
Berdasarkan hasil percobaan sample berupa minyak mentah atau crude oil sebanyak 50 ml dan toluene sebanyak 50 ml menggunakan Dean and Stark Method, kadar air dalam water trap yang diperoleh plug L sebanyak 0,5 ml. Setelah dilakukan perhitungan, diperoleh nilai % kadar air sebesar 1% dan % kadar air rata-rata sebesar 1,3842% serta nilai standar deviasi % kadar air sebesar 4,909%. Dari hasil yang didapat plug L, kualitas minyak termasuk baik karena kandungan airnya tidak lebih dari 2%.
Secara keseluruhan, % kadar air rata-rata seluruh plug tergolong baik yaitu sebesar 1,3842%. Berdasarkan grafik 2.1. dapat dilihat bahwa plug dengan hasil percobaan yang menghasilkan kadar air tertinggi adalah plug I. sedangkan plug dengan kadar air terendah adalah plug A dan plug B.
Aplikasi lapangan dari percobaan ini adalah untuk mengantisipasi terjadinya problem pada saat produksi. Apabila air yang terkandung terlalu asam dapat menyebabkan korosi pada peralatan produksi. Korosi ini dapat dicegah dengan melapisi pipa dengan lapisan logam yang tahan akan korosi dan apabila sudah terjadi maka pipa harus diganti dengan yang baru. Selain itu, apabila air yang terkandung terlalu basa dapat mengakibatkan scale. Untuk menanggulanginya dilakukan pengasaman (acidizing).
2.7 KESIMPULAN
1. Dari hasil percobaan diperoleh data :
• % kandungan air plug L = 1%
• % kandungan air rata-rata = 1,3842%
• Standar Deviasi (SD) = 4,909%
2. Berdasarkan hasil yang diperoleh plug L, kualitas minyak tergolong bagus karena kandungan airnya tidak lebih dari 2%.
3. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan kandungan air di dalam crude oil menggunakan Dean and Stark Method.
4. Prinsip kerja alat pada percobaan ini adalah destilasi dan kondensasi.
5. Toluene pada percobaan ini berfungsi sebagai katalisator dan demulsifier, kerikil berfungsi meratakan dan menyerap panas dari flask.
6. Semakin sedikit air yang terkandung di dalam minyak maka kualitas minyaknya semakin bagus begitu pun sebaliknya.
7. Hal yang menyebabkan air dapat terkandung di dalam minyak adalah reservoir tersebut berjenis water drive mechanism, lubang perforasi berdekatan dengan WOC (water oil contact), dan harga Qo > Q yang dapat menyebabkan water coning.
8. Aplikasi lapangan dari percobaan ini adalah untuk mengantisipasi terjadinya problem pada saat produksi seperti terjadinya korosi dan scale.
