INJEKSI CO2 3.1.1.1. Injeksi Gas CO2
Injeksi gas CO2 atau sering juga disebut sebagai injeksi gas CO2 tercampur yaitu dengan menginjeksikan sejumlah gas CO2 ke dalam reservoir dengan melalui sumur injeksi sehingga dapat diperoleh minyak yang tertinggal. CO2 adalah molekul stabil dimana 1 atm carbon mengikat 2 atom oksigen, berat molekulnya 44.01, temperatur kritik 31.0 0CO2 dan tekanan kritik 73.3 Bars (1168.65 Psi). Dibawah ini digambarkan parameter-parameter untuk Injeksi CO2 yang merupakan screening criteria secara umum untuk penerapan Injeksi CO2 ini.
3.1.1.1.1. 3.1.1.1.1 .
Sifat-sifat CO2
Perubahan sifat kimia fisika yang disebabkan oleh adanya injeksi CO2 adalah sebagai berikut : a. Pengembangan volume minyak b.Penurunan viscositas c. Kenaikan densitas d. A.
Ekstraksi sebagian komponen minyak Pengembangan volume minyak
Adanya CO2 yang larut dalam minyak akan menyebabkan pengembangan volume minyak. Pengembangan volume ini dinyatakan dengan suatu swelling factor , yaitu : “Perbandingan volume minyak yang telah dijenuhi CO2 dengan volume minyak awal sebelum dijenuhi CO2, bila besarnya SF ini lebih dari satu, berarti menunjukkan adanya pengembangan”. Oleh Simon dan Grause, Grause, dikatakan bahwa SF dipengaruhi oleh fraksi mol CO2 yang terlarut dalam minyak (X CO2) dan ukuran molekul minyak yang dirumuskan dengan perbandingan berat molekul densitas (M/). Disamping itu, hasil penelitian Walker dan Dunlop menunjukkan Dunlop menunjukkan bahwa swelling bahwa swelling factor dipengaruhi pula oleh tekanan dan temperature
B.
Penurunan viscositas
Adanya sejumlah CO2 dalam minyak akan mengakibatkan penurunan voscositas minyak. Oleh Simon dan Gause dinyatakan bahwa penurunan viscositas tersebut dipengaruhi oleh tekanan dan viscositas minyak awal sebelum dijenuhi CO2 seperti pada Gambar 3.6. Dalam gambar tersebut bahwa m/o (perbandingan viscositas campuran CO2 minyak dengan viscositas awal) akan lebih kecil untuk viscositas minyak awal (o) yang lebih besar pada tekanan saturasi tertentu. Artinya pengaruh CO2 terhadap penurunan viscositas minyak akan lebih besar untuk minyak kental (viscous). Untuk satu jenis minyak, kenaikan tekanan saturasi akan menyebabkan penurunan viscositas minyak.
C.
Kenaikan densitas
Terlarutnya sejumlah CO2 dalam minyak menyebabkan kenaikan densitas, hal yang menarik ini oleh Holm dan Josendal dimana besarnya kenaikan densitas dipengaruhi oleh tekanan saturasinya Meskipun demikian bila fraksi CO2 terlarut telah mencapai suatu harga tertentu, kenaikan fraksi mol lebih lanjut akan menyebabkan turunnya densitas,
D.
Ekstraksi sebagian komponen minyak
Sifat CO2 yang terpenting adalah kemampuan untuk mengekstraksikan sebagian komponen minyak. Hasil dari penelitian Nelson dan Menzile menunjukkan bahwa pada 135 F dan pada tekanan 2000 Psi minyak dengan gravity 35 API mengalami ekstraksi lebih besar dari 50 %. Penelitian dari Holm dan Josendal menunjukkan volume minyak menurun akibat adanya ekstraksi sebagian fraksi hidrokarbon dalam minyak, Dari komposisi hidrokarbon yang terekstraksi selama proses pendesakan CO2, menun jukkan fraksi menengah (C7-C30) hampir semuanya terekstraksi. Sedangkan pada fraksi ringan (C2-C6), juga fraksi berat harga ekstraksi sangat kecil.
3.1.1.1.2.
Sumber CO2
Sumber CO2 sangat menentukan dalam keberhasilan proyek injeksi CO2, sebab CO2 yang diperlukan harus tersedia untuk jangka waktu yang panjang. Gas yang tersedia juga harus relatif murni sebab beberapa gas seperti metana dapat meningkatkan tekanan yang diperlukan untuk bercampur, sedangkan yang lainnya seperti hidrogen sulfida berbahaya dan berbau serta menimbulkan permasalahan lingkungan. Perlu diperhatikan bahwa adanya kesulitan dalam menentukan volume aktual dan waktu pengantaran gas ke proyek, sebab kebocoran dapat terjadi pada proyek injeksi skala besar selama periode waktu yang panjang. Faktor yang tidak diketahui lainnya adalah volume CO2 yang harus dikembalikan lagi (recycle). Jika gas CO2 menembus sebelum waktunya ke dalam sumur produksi, maka gas ini harus diproses dan CO2 diinjeksikan kembali. Sumber CO2 alami adalah yang tebaik, baik yang berasal dari sumur yang memproduksi gas CO2 yang relatif murni ataupun yang berasal dari pabrik yang mengolah gas hidrokarbon yang mengandung banyak CO2 sebagai kontaminan. Sumber yang lain adalah kumpulan gas ( stack gas) dari pembakaran batubara (coal fired ). Alternatif lain adalah gas yang dilepaskan dari pabrik amonia. Beberapa kelebihan sumber tersebut adalah :
Pabrik amonia dan lapangan minyak yang dapat didirikan berdekatan
Kuantitas CO2 dari tiap sumber dapat diketahui
Gas CO2 yang dilepaskan dari pabrik amonia cenderung dapat dikumpulkan dalam sebuah area industrial yang tersedia
Tidak memerlukan pemurnian, karena CO2 yang diperoleh mempunyai kemurnian 98 % (Pullman kellog,1977). Keberhasilan suatu proyek CO2 tergantung pada :
1.
Karakteristik minyak
2.
Bagian reservoir yang kontak secara efektif
3.
Tekanan yang biasa dicapai
4.
Ketersediaan dan biaya penyediaan gas CO2
3.1.1.1.3.
Kelebihan dan Kekurangan Injeksi CO2
Penggunaan CO2 untuk meningkatkan perolehan minyak mulai menarik banyak perhatian sejak 1950. Ada beberapa alasan (kelebihan utama), sehingga dilakukan injeksi CO2 yaitu : 1.
Injeksi CO2 mengembangkan minyak dan menurunkan viskositas.
2.
Membentuk fluida bercampur dengan minyak karena ekstraksi, penguapan dan pemindahan kromatologi.
3.
Injeksi CO2 bertindak sebagai solution gas drive sekalipun fluida tidak bercampur sempurna.
4.
Permukaan fluida campur (miscible front ) jika rusak akan memperbaiki diri.
5.
CO2 akan bercampur dengan minyak yang telah berubah menjadi fraksi C2-C6.
6.
CO2 mudah larut di air menyebabkan air mengembang dan menjadikannya bersifat agak asam.
7.
Ketercampuran/miscibility dapat dicapai pada tekanan diatas 1500 psi pada beberapa reservoir.
8.
CO2 merupakan zat yang tidak berbahaya, gas yang tidak mudah meledak dan tidak menimbulkan problem lingkungan jika hilang ke atmosfir dalam jumlah yang relatif kecil.
9.
CO2 dapat diperoleh dari gas buangan atau dari reservoir yang mengandung CO2. Sedangkan beberapa kekurangan injeksi CO2 adalah seabagai berikut :
1.
Kelarutan CO2 di air dapat menaikkan volume yang diperlukan selam bercampur dengan minyak.
2.
Viskositas yang rendah dari setiap gas CO2 bebas pada tekanan reservoir yang rendah akan menyebabkan penembusan yang lebih awal pada sumur produksi sehingga mengurangi effisiensi penyapuan.
3.
Setelah fluida tercampur terbentuk, viskositas minyak lebih rendah dari pada minyak reservoir sehingga menyebabkan fingering dan penembusan yang belum waktunya. Untuk mengurangi fingering maka diperlukan injeksi slug water.
4.
CO2 dengan air akan membentuk asam karbonik yang sangat korosif.
5.
Injeksi alternatif slug CO2 dan air memerlukan sistem injeksi ganda dan hal ini akan menambah biaya dan kerumitan sistem.
6.
Diperlukan injeksi dalam jumlah yang besar (5 – 10 MCF gas untuk memproduksi satu STB minyak).
7.
Sumber CO2 biasanya tidak diperoleh ditempat yang berdekatan dengan proyek injeksi CO2 sehingga memerlukan pemipaan dalam jarak yang panjang.
3.1.1.1.4.
Miscibility dan Pengaruhnya
Miscibility didefinisikan sebagai kemampuan suatu fluida untuk bercampur d engan fluida lainnya dan membentik suatu fasa yang homogen sehingga tidak tampak batas fasa fluida tersebut. Tercapainya miscibility CO2 dengan minyak ditandai dengan mengecilnya tegangan permukaan sampai mendekati nol. Untuk mencapai miscibility, kondisi temperatur serta komposisi harus memenuhi syarat tertentu. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi tercapain ya miscibility CO2 dan minyak adalah kemurnian CO2, komposisi minyak, temperatur serta tekanan. 1.
Kemurnian CO2 Hasil percobaan pada berbagai tingkat kemurnian yang digunakan, menunjukkan bahwa semakin murni CO2 semakin besar miscibilitasnya. Adanya C1 dan N2 di dalam CO2 mempengaruhi terjadinya miscibilitas, sedangkan adanya H2S
akan
didalam CO2 pengaruhnya
lebih kecil dibanding C1 dan N2. 2.
Komposisi Minyak Holm dan Josendal menyatakan bahwa dalam sistem biner (diagram dua fasa), komposisi dari minyak juga akan mempengaruhi tekanan yang diperlukan untuk pendorongan miscible. Menurut penelitian dari Holm dan Josendal didapatkan komposisi kimia CO2 dan hidrokarbon selama pendorongan CO2 terhadap minyak “ Mead Strawn” pada tekanan 2000 psi dan temperatur 135 F (Tabel III-2). Pada daerah miscible hanya terdapat sejumlah kecil pada komponen C2-C4 dalam fasa gabungan zat cair dan uap. Dari analisa produksi fasa uap selama pendorongan telah breakthrough CO2, tetapi sebelum miscible, diperlihatkan penguapan komponen C2-C4 cenderung menempati bagian depan front pendorong. Hal ini terlihat dengan adanya kenaikan % mol C2-C4 dari 5,11 menjadi 10,86 pada daerah ini. Pada saat CO2 diinjeksikan, maka CO2 akan terserap
kedalamnya, komponen-komponen ringan
akan menguap, maka terbentuklah kesetimbangan fasa ternyata dari hasil pengamatan dapat ditarik kesimpulan C5-C30 atau C5+ terekstraksi lebih banyak.
3.
Temperatur
Temperatur minyak juga akan mempengaruhi tekanan yang diperlukan untuk pendorongan miscible dari Gambar 3.13 dapat ditarik kesimpulan bahwa temperatur yang semakin besar, tekanan pendorongan makin besar. 4.
Tekanan Tekanan yang diperlukan untuk pendorongan miscible akan dipengaruhi oleh kemurnian CO2, komposisi minyak dan tekanan reservoir. Dari Tabel III-2 dapat ditarik beberapa kesimpulan bahwa pada tekanan pendorongan miscible CO2 terhadap minyak reservoir dengan adanya komponen hidrokarbon ringan C2, C3, C4 didalam minyak reservoir tidak mempengaruhi proses miscibility. Pendorongan miscible sangat dipengaruhi oleh adanya komponen C5-C30 di dalam reservoir. Dari kenyataan ini Holm dan Josendal memberikan suatu kesimpulan bahwa tekanan diinjeksi agar terjadi pendorongan yang miscible ditentukan oleh adanya komponen C5, dalam minyak reservoir.
3.1.1.1.5.
Jenis-jenis Pendorongan Gas CO2
Pemakaian CO2 sebagai fluida pendesak untuk perolehan minyak telah diteliti di laboratorium maupun di lapangan. Dari keduanya telah dapat diperkirakan bahwa CO2 dapat menjadi fluida pendesak yang efisien. Jenis pendorongan gas karbondioksida terdiri dari solution gas drive dan dynamin miscible drive.
A. Solution gas drive
Kelarutan CO2 didalam minyak makin besar dengan adanya kenaikan tekanan, dengan diikuti pula pengembangan volume minyak makin besar. Holm dan Josendal melakukan pengamatan terhadap jenis drive ini dengan menggunakan gravity minyak 22 API yang dijenuhi dengan Berea sandstone sepanjang 4 feet. Penjenuhan dilakukan pada tekanan 900 psi yang berisi 47,2 % PV dan sisanya air asin. Minyak yang diproduksikan 14,2 % OIP sampai penurunan tekanan 400 psig, dan 14 % OIP pada tekanan mencapai 200 psig
Jadi CO2 adalah gas yang masuk dalam larutan dengan pengembangan minyak sebagai suatu kenaikan tekanan, minyak dapat keluar dari larutan dengan penurunan tekanan.
B. Dynamic miscible drive
Sifat yang cukup penting dari CO2 adalah kemampuannya mengekstraksikan atau menguapkan sebagian fraksi hidrokarbon dari min yak reservoir. Skema kondisi miscible dan mendekati miscible dari proses pendorongan gas CO2 pada temperatur 315 F Menurut Holm dan Josendal pada gambar tersebut sebagai hasil penyelidikannya dijelaskan sebagai berikut : Dua gambar bagian atas, memperlihatkan tekanan pendorongan CO2 terhadap minyak pada tekanan 1800 dan 2200 psi. Pada saat diinjeksikan CO2 selanjutnya akan mengekstrasi CO2, C5C30 dan membentuk zona transisi CO2- hidrokarbon. Luasnya zona transisi CO2 sampai hidrokarbon merupakan fungsi dari tekanan pendorongan. Zona transisi yang cukup panjang menandakan pendorongan pada tekanan yang rendah. Konsentrasi hidrokarbon yang tinggi akan terdapat pada zona transisi dengan tekanan pendorongan yang tinggi dan “total residual saturation” yang lebih rendah akan tertinggal dalam media porous setelah proses pendesakan. “Total residual saturation” yang tidak turut terdesak pada saat pendorongan CO2 terhadap minyak pada tekanan 1800 psi dan 135 F yaitu komponen C10+ berarti komponen C1 sampai C18 ikut terdesak oleh pendorongan CO2 tersebut.
Sedangkan pada proses pendorongan CO2 terhadap minyak pada 2200 psi dan 135 F, ternyata komponen hidrokarbon C22+ tidak ikut terdesak, hal ini membuktikan bahwa tekanan pendorongan yang lebih tinggi maka lebih banyak lagi komponen hidrokarbon yang turut terproduksi. Hal ini membuktikan bahwa untuk mendapatkan recovery minyak yang tinggi, haruslah pada tekanan pendorongan yang tinggi. gas CO2 telah tercampur dengan Oil In Place, dimana tekanan pendorongan CO2 menyebabkan CO2 dan minyak tercampur secara sempurna. Dalam hal ini tidak terjadi ekstraksi hidrokarbon dan dari analisa zona transisi diperlihatkan terjadinya campuran CO2 dan Oil In Place dalam satu fasa. 3.1.1.1.6.
Mekanisme Injeksi CO2
Mekanisme dasar injeksi CO2 adalah bercampurnya CO2 dengan minyak dan membentuk fluida baru yang lebih mudah didesak dari pada minyak reservoir awal. Proses pelaksanaannya sama seperti pada proses EOR lainnya, yaitu dengan menginjeksikan sejumlah gas CO2 yang telah
direncanakan melalui sumur-sumur injeksi yang telah ada, kemudian minyak yang keluar diproduksikan melalui sumur produksi. Ada empat jenis mekanisme pendesakan injeksi CO2. Dalam pelaksanaan ini, gas CO2 yang diinjeksikan, dapat dilakukan dengan beberapa cara sebagai berikut :
Injeksi CO2 secara kontinyu selama proyek berlangsung.
Injeksi Carbonate Water (Injeksi slug CO2 diikuti air).
Adanya slug CO2 oleh cairan yang diikuti dengan air (Injeksi slug CO2 dan air secara bergantian).
Adanya slug CO2 oleh cairan yang diikuti injeksi air dan CO2 (Injeksi CO2 dan air secara simultan). Untuk gas yang dibawa dengan menginjeksikan terus menerus gas CO2 ke dalam reservoir maka diharapkan gas CO2 ini dapat melarut dalam minyak dan mengurangi viskositasnya, dapat menaikkan densitas (sampai tahap tertentu, yang kemudian diikuti dengan penurunan densitas), dapat mengembangkan volume minyak dan merefraksi sebagian minyak, sehingga minyak akan lebih banyak terdesak keluar dari media berpori. Untuk cara yang kedua, yaitu dengan menginjeksikan carbonat water ke dalam reservoir. Sebenarnya carbonat water adalah percampuran antara air dengan gas CO2 (reaksi CO2 + H20) sehingga membentuk air karbonat yang digunakan sebagai injeksi dalam proyek CO2 flooding. Tujuan utama adalah untuk terjadi percampuran yang lebih baik terhadap minyak sehingga akan mengurangi viskositas dari minyak serta mengembangkan sebagian volume minyak sehingga dengan demikian penyapuan akan lebih baik. Pada cara yang ketiga, yaitu membentuk slug penghalang dari CO2 yang kemudian diikuti air sebagai fluida pendorong. Sama seperti cara pertama dan kedua, pembentukan slug ini untuk lebih dapat mencampur gas CO2 kedalam minyak, kemudian karena adanya air yang berfungsi sebagai pendorong maka diharapkan efisiensi pendesakan akan lebih baik. Untuk cara yang keempat sebenarnya sama dengan cara yang ketiga tetapi disini lebih banyak fluida digunakan CO2 untuk lebih melarutkan minyak setelah proses penyapuan terhadap pendesakan minyak, maka minyak yang telah tersapu dan akan diproduksikan melalui sumur produksi.
Dari studi yang dilakukan menunjukkan bahwa injeksi CO2 dan air secara simultan terbukti merupakan mekanisme pendesakan yang terbaik diantara keempat metode tersebut (oil recovery sekitar 50 %). Disusul kemudian injeksi slug CO2 dan air bergantian. Injeksi langsung CO2 dan injeksi slug CO2 diikuti air sama buruknya dengan kemampuan mengambil minyak hanya sekitar 25 %. Dalam semua kasus, pemisahan gaya berat antara CO2 dan air terjadi sebelum setengah dari batuan batuan recovery tersapu oleh campuran dari dua fluida tersebut
