Pemanfaatan bentonit dalam kegiatan pemboran, dan pelindung lingkungan
Bentonit Merupakan salah satu jenis batuan dgn komposisi utama min lempung (85%) terdiri dari mineral montmorilonit (Mg2Al10Si24O60(OH)12(Na,Ca)) Secara Perdagangan Perdagangan ada 2 jenis bentonit: 1.Natrium Bentonit 2.Kalsium, Magnesium Bentonit
Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan berdasarkan kandungan alu-munium silikat hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempung yang kurang memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan melalui pengolahan tertentu. Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam fulling atau pembersih bahan wool dari lemak.
Natrium Bentonit
Mengandung relatif banyak ion Na+ dibandingkan ion Ca++ and Mg++, kandungan Na2O>2%, sering dipakai sebagai Galian. bahan tambahan cat, tinta cetak, pencegah kebocoran pd dam, Lumpur pemboran. Mempunyai pengembangan yg besar bila di+ air shg dlm suspensi akan menambah kekentalan pH= 8,5-9,8
Ca, Mg Bentonit
Pengembangan relatif kecil, mempunyai daya serap air dan bila dimasukan ke air akan cepat mengendap tidak membentuk suspensi pH 4-7.
Daya tukar ion akan cukup besar, sering dipakai:
Bahan penyerap, industri farmasi, zat pemutih, katalisator, perekat, pasir cetak, perekat briket bb, campuran pakan ternak.
Genesa
Merupakan mineral montmorilonit dgn kelompoknya seperti montronit, saponit, nektorit serta kwarsa, feldspar. Kenampakan dilapangan berwarna abu-abu, coklat muda agak putih, putih kekuning-kuningan, kilap lilin bila diraba agak licin spt sabun, dalam kondisi
kering bentonit bersifat lunak dan akan membentuk pola rekah-rekah, dan dalam kondisi basah bentonik bersifat seperti bubur. berdasarkan
Tipe
tipenya,
Wyoming
bentonit
dibagi
(Na-bentonit
–
menjadi
dua,
Swelling
yaitu
:
bentonite)
Na bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam keadaan kering berwarna putih atau cream, pada keadaan basah dan terkena sinar matahari akan berwarna mengkilap. Perbandingan soda dan kapur tinggi, suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8, tidak dapat diaktifkan,
posisi
pertukaran
Mg,
(Ca-bentonit
diduduki
–
oleh non
ion-ion
sodium
swelling
(Na+). bentonite)
Tipe bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi di dalam air, tetapi secara alami atau setelah diaktifkan mempunyai sifat menghisap yang baik. Perbandingan kandungan Na dan Ca rendah, suspensi koloidal memiliki pH: 4-7. Posisi pertukaran ion lebih banyak diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnesium. Dalam keadaan kering bersifat rapid slaking, berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat. Penggunaan bentonit dalam proses pemurnian minyak goreng perlu aktivasi terlebih dahulu. Faktor pembentukan endapan ben-tonit hasil pelapukan adalah kondisi komposisi mineral batuan, komposisi kimia dari air, dan daya lalu air pada batuan asal. Yang terakhir ini dapat dikemukakan sebagai : iklim, berbagai relief dan tumbuh-tumbuhan yang berada di atas batuan.
1. Proses Pelapukan
Hasil dekomposisi kimia batuan silica akibat pengaruh air t anah. Pembtkn akan lancar bila batuan asal yg mrpkn bat beku asam mengandung unsure alumina tinggi (plagioklas, kalium, feldspar, biotit) yg sangat berperan dlm pembtkn montmorilonit. Pd proses ini tjd reaksi ion hydrogen dlm air tanah dgn min silikat. Ion H+ berasal dr pembusukan zat organic oleh bakteri.
2. Proses Alterasi Hidrothermal
larutan hydrothermal yg menerobos celah/rekahan akan bereaksi dgn ddg bat. Pada mulanya lar bersifat asam dgn kandungan Cl, S, CO 2, Si krn bereaksi dgn dindng shg berubah dr asam ke basa
Pd hydrothermal lemah, mineral yg kaya akan magnesia cenderung membutuhkan khlorit, namun kehadiran unsure alkali dan alkali tnh mk akan membentuk montmorilonit, kecuali kalium, mika, feromagnesia, feldspar. Tjdnya montmorilonit krn magnesium dan kalium.
3. Proses Transformasi (Devitrivikasi)
ubahan dr abu vulkanis yg mempunyai komposisi gelas akan mjd mineral lempung (devitrivikasi) akan lebih sempurna bila tjd pd danau, cekungan sedimentasi. Min gelas penyusun utama dr abu vulkanis terendapkan krn proses ubahan bercampur dgn batuan sedimen laut lainnya (batupasir).
4. Proses Pengendapan/sedimen Kimia
Montmorilonit dpt terbentuk sebagai Galian endapan dlm suasana basa (alkalis) dlm suatu cekungan di mana karbonat dan silica mempunyai sifat alkalis pH tinggi, spt antapulgit, speolit, montmorilonit (mengandung larutan silica) yg dlm beberapa hal dpt terendapkan sebagai Galian flint, kritobalit atau senyawa aluminium, magnesium
Sifat Bentonit:
1. Komposisi dan jenis mineral dapat diketahui dgn pengujian difraksi sinar x 2. Sifat kimia, dgn alvalisis sifat kimia tdk langsung dpt menentukan kualitas bentonit (hanya sebagai Galian pembanding saja sebab komp hampir sama dgn illit maupun kaolinit) 3. Sifat teknologi, erat kaitannya dgn pemanfaatannya seperti : sifat pemucatan, plastis, suspensi, mengikat dan melapisi 4. Pertukaran ion, sifat ini menentukan jml air (uap air) yg dpt diserap bentonit. Hal ini disebabkan krn struktur kisi2 krismin montmorilonit serta adanya unsur (ion+Kayion) yg mudah tertukar maupun menarik air. Kation / ion Na mpy daya serap air > Mg, Ca, K dan H. Mk jk dimasukan ke dlm air akan mengembang dan mbtk larutan koloid. Bila air dikeluarkan akan mbtk masa yg kuat, liat dan keras serta tdk tembus air disamping itu bersifat lembab atau thn thd reaksi kimia. Krn itulah bentonit digunakan dlm pemboran sebab bentonit melapisi dinding dan mampu menahan rembesan air.
Sifat Fisis Bentonit 1. Kapasitas pertukaran kation/cation excange capacity
Krn struktur kisi-kisi montmorilonit ion dan kation yg mudah tertukar dan menarik air (ion Na) menyebabkan bentonit segar mengembang bila dimasukan dlm air, semakin tinggi harga cec mk mutu semakin baik dan bentonit ini dpt digunakan untuk menyumbat kebocoran dan pemboran
2. Daya serap
Adanya ruang pori antar ikatan min lempung serta ketidakseimbangan muatan listrik dlm ion2nya mk bentonit dpt digunakan sebagai Galian penyerap berbagai keperluan
3. Luas permukaan
biasa dinyatakan sebagai Galian jml luas permukaan kristal/ butir bentonit yg berbtk tepung setiap gram berat (m 2 /gr). makin luas makin besar zat yg melekat, mk bentonit dpt dipakai sebagai Galian pembawa dlm insektisida, pengisi kertas, plastik.
4. Rheologi
apabila bentonit dicampur dgn air dan dikocok mk akan mjd agar-agar, namun bila didiamkan akan mengeras spt semen (tiksotropi) a. Apabila kekentalan dan daya suspensinya baik mk bentonit ini baik utk Lumpur pemboran, industri cat, kertas b. Apabila teksotropinya sangat baik mk baik utk pelapis maupun pelindung fondasi. 5. Sifat mengikat dan melapisi
Kemampuan bentonit mengikat bijih/logam dan mat lai membuat bentonit dpt digunakan utk pengikat pellet konsentrat/ bijih, pelekat cetakan logam 6.sifat plastis:
digunakan sebagai Galian pencampur keramik maupun dempul kayu
Komposisi Kimia Standar
55,40% SiO2, 20,10% Al2O 3, 3,7% Fe2O3, 0,49% CaO, 2,49% MgO, 2,76% Na 2O3, 0,60% K2O, 13,5 % habis terbakar
Penyebaran Bentonit
1. Jabar : karangnunggal, manonjaya, kowalu (tasikmalaya). Sukabumi, subang, bojong manik 2. Jateng: sangiran, sragen, wonosegoro, smg
3. DIY : Manggulan 4. Jatim: Pacitan, trenggalek, mlg, ponorogo, tulungagung 5. Sumut: pangkalan brandan, sumalungun 6. Sumsel: Muara Tiga 7. Sulut : Manado 8. Kalteng : Barito putera
Kegunaan Bentonit 1. Lumpur pemboran
Fungsi Utama : menaikan daya suspensi air pembilas, pembawa kotoran ke atas, pendingin dan pelumas matabor, menahan kotorasn bor agar tetap berada dlm cairan pembilas shg tdk mengendap walaupun kegiatan pemboran berhenti, menahan tekanan air gas maupun minyak yg keluar dr formasi batuan yg ditembus. 2. Pengecoran logam
praktis utk pembuatan alat cetak, sebab bentonit mpy daya ikat yg baik tahan thd temp tinggi, daya tahan cukup tinggi. Dlm perdagangan bentonit disebut Wyoming sedang bentonit sintesis disebut brekbond 3. Pembuatan pellet
Sifat daya ikat bentonit, plastisitas dan daya serap utk menhilangkan kelembaban. 4. Teknik Sipil
Sifat yg digunakan yaitu larutan bentonit apabila dikocok akan tetap cair seperti agaragar tetapi akan mengental dan membeku bila didiamkan 5. Pakan ternak
a. campuran pakan ayam cukup digiling 160 mesh dan dicampurkan ke pakan ayam sebanyak 6% shg dpt menghilangkann bau, daging lebih baik, pakan lebih ekonomis dan tdk mengganti alas kandang b. Untuk pakan penguat sapi perah, bentonit sebanyak 6% dicampur dgn ampas tahu dedak, mollases, urea, kedekai goring, jagung dgn perbandingan ttu. Bila sapi rusak diberi pakan penguat ini 1 kg/ hari maka dlm waktu 2 minggu akan menghasilkan susu sekitar 11 liter.
Lumpur Pemboran
Lumpur umumnya campuran dari tanah liat (clay), biasanya bentonite, dan air yang digunakan untuk membawa cutting ke atas permukaan. Lumpur berfungsi sebagai lubrikasi dan medium pendingin untuk pipa pemboran dan mata bor. Lumpur merupakan komponen penting dalam pengendalian sumur (well-control), karena tekanan hidrostatisnya dipakai untuk mencegah fluida formasi masuk ke dalam sumur. Lumpur juga digunakan untuk membentuk lapisan solid sepanjang dinding sumur (filter-cake) yang berguna untuk mengontrol fluida yang hilang ke dalam formasi (fluid-loss). Sistem yang paling penting di rig adalah sistem sirkulasi lumpur pemboran. lumpur pemboran dipompakan ke dalam pipa bor yang akan disemprotkan keluar melalui nozzle pada pahat dan kembali ke permukaan melalui ruang antara pipa dan lubang.
Lumpur pemboran akan mengangkat potongan-potongan batu yang dibuat oleh pahat (disebut cuttings) ke permukaan. Hal ini mencegah penumpukan serbuk bor di dasar lubang. selama pemboran, lubang sumur selalu penuh terisi lumpur pemboran untuk mencegah mengalirnya fluida seperti air, gas atau minyak dari batuan bawah tanah ke lubang sumur. Jika minyak atau gas dapat mengalir ke permukaan saat pemboran, akan menyebabkan kebakaran. Bahkan jika hanya air yang mengalir saja dapat menggugurkan lubang dan membuat kita kehilangan sumur. dengan adanya lumpur pemboran, fluida ini tertahan berada di dalam batuan. pemboran sumur di lepas pantai hampir sama dengan pemboran di daratan. Untuk sumur wildcat di lepas pantai, rig dinaikkan di atas barge, anjungan (platform) terapung, atau kapal yang dapat berpindah. apabila lapangan lepas pantai sudah ditentukan, anjungan (platform) produksi akan dipasang untuk membor sumur-sumur lainnya dan memproduksi migas. Karena lumpur pemboran menjaga agar migas tetap berada di dalam batuan, cadangan migas bawah tanah pun dapat dibor tanpa mengindikasikan adanya migas, sehingga diperlukan evaluasi sumur dengan cara menurunkan peralatan rekam wir eline.
Truk alat rekam dipanggil, menurunkan tabung berisi instrumen yang disebut sonde ke dalam lubang sumur. ketika sonde diangkat keluar lubang, instrumen akan merekam secara elektrik, suara dan radioaktif sifat-sifat batuan dan fluida yang dilaluinya. Pengukuran ini direkam pada kertas panjang bergaris yang disebut well log. well log ini memberi informasi tentang komposisi lapisan batuan, pori-pori, dan fluida yang mungkin ada di dalamnya. Dari hasil pembacaan well log, sumur dapat saja ditutup dan ditinggalkan sebagai sumur kering atau diselesaikan
untuk
diproduksikan.
pemasangan
pipa
produksi
adalah
cara
awal
menyelesaikan sumur. untuk memasang pipa, pipa baja panjang yang bergaris tengah besar (disebut selubung atau casing) dimasukkan ke dalam sumur. Semen basah dipompakan ke dalam ruang antara casing dan dinding sumur hingga mengeras untuk menjaga lubang sumur. pada kebanyakan sumur, pemasangan casing bertahap yang disebut casing program dilakukan sebagai berikut: bor sumur, pasang casing, bor lebih dalam, pasang casing lagi, bor lebih dalam lagi, dan pasang casing lagi. Fungsi Lumpur Pemboran. Menurut Preston L. Moore (1974), lumpur pemboran mulai dikenal pada sekitar tahun 1900-an bersamaan dengan dikenalnya pemboran rotari. Pada mulanya tujuan utama dari lumpur pemboran adalah untuk mengangkat serbuk bor secara kontinyu. Dengan berkembangnya zaman, banyak fungsi-fungsi tambahan yang diharapkan dari lumpur pemboran. Banyak additif dengan berbagai fungsi yang ditambahkan kedalamnya, menjadikan lumpur pemboran yang semula hanya berupa fluida sederhana menjadi campuran yang kompleks antara fluida, padatan dan bahan kimia. Dari adanya perkembangan dalam penggunaan lumpur hingga saat ini, fungsi-fungsi utama dari lumpur pemboran yang diharapkan adalah sebagai berikut: 1. Mengendalikan tekanan formasi. 2. Mengangkat serbuk bor kepermukaan dan membersihkan dasar lubang bor. 3. Memberi dinding pada lubang bor dengan mud-cake. 4. Melumasi dan mendinginkan rangkaian pipa pemboran. 5. Menahan padatan dari formasi dan melepaskannya dipermukaan.
Masing-masing fungsi akan dijelaskan satu persatu. Dan dalam penulisan ini yang berkaitan erat dengan judul penulisan adalah fungsi yang nomor kedua dari kelima fungsi utama dari lumpur pemboran tersebut.
1. Mengendalikan Tekanan Formasi Tekanan formasi umumnya adalah sekitar 0,465 psi/ft.
Pada tekanan yang normal, air dan padatan pada pemboran telah dapat untuk menahan tekanan formasi ini. Untuk tekanan yang lebih kecil dari normal (sub-normal) densitas lumpur harus diperkecil supaya perolehan hilang lumpur atau loss circulation tidak terjadi. Tetapi sebaliknya untuk tekanan yang lebih besar dari tekanan normal maka penambahan barite sebagai pemberat perlu dilakukan.
2. Mengangkat Serbuk Bor ke Permukaan dan Membersihkan Dasar Lubang Bor. Pembersihan lubang bor adalah fungsi pokok dari lumpur pemboran. Fungsi ini juga paling sering dilalaikan dan salah dinterpretasikan. Serbuk bor biasanya mempunyai SG sekitar 2,3 samapai 3,0 dan rata-rata adalah 2,5. Jika serbuk bor lebih berat dari l umpur, maka serbuk bor akan jatuh dengan kecepatan yang disebut dengan kecepatan slip. Kecepatan slip dari serbuk bor dalam aliran fluida, dipengaruhi secara langsung oleh sifat fisik lumpur antara lain kekentalan fluida. Jadi jika kecepatan lumpur di annulus dibatasi oleh kemampuan pompa atau pembesaran lubang, maka lumpur perlu dikentalkan untuk mengurangi kecepatan slip serbuk bor agar lubang bor tetap bersih. Keberhasilan pengangkatan juga dipengaruhi oleh luasan permukaan atau bentuk daripada partikel serbuk bor, semakin besar luasan dari partikel, maka gaya angkat fluida meneruskan tenaga dorong dari pompa akan semakin bagus sehingga kecepatan slip serbuk bor juga bisa dikurangi dengan memperbaiki sifat-sifat fisik lumpur, disamping itu juga mengoptimalkan tekanan pemompaan. Bentuk fisik daripada partikel serbuk bor tergantung juga kepada jenis formasi yang ditembus. Pada aliran laminer kecepatan fluida pada sisi dinding lubang bor sangatlah kecil sehingga efek torsi mudah terjadi karena ujung alirannya
yang parabolik, hal ini akan menyebabkan serbuk bor mudah jatuh lagi ke dasar lubang bor, ini akan dapat menghambat berhasilnya pengangkatan serbuk bor. Pengangkatan serbuk bor akan mendapatkan hasil yang lebih bagus dengan menggunakan aliran turbulen, karena distribusi kecepatannya datar bukan parabolik seperti pada aliran laminer. Kekurangannya adalah mudah terjadi pengikisan lubang bor bila formasi yang ditembus tidak kompak, hal ini akan mengakibatkan runtuhnya dinding lubang bor yang menyebabkan semakin mengendapnya serbuk bor dan tidak terangkatnya serbuk bor dengan baik. Lumpur dasar air dapat dikentalkan dengan menambahkan bentonite, dengan menambahkan banyak padatan, dengan flokulasi padatan atau dengan additif khusus. Jadi ada beberapa pilihan, dan penentuan pilihan tergantung dari tujuan lain yang ingin dicapai. Bentonite adalah pilihan yang murah, tetapi jika ada masalah hilang air, maka harus ditambah pengencer untuk mencegah flokulasi. Hasil yang didapat mungkin hanyalah sedikit penambahan pada kapasitas pengangkatan dan masalah dalam lubang tetap terjadi. Penambahan banyak padatan akan menaikkan densitas, pilihan ini tidak dianjurkan jika tidak digunakan untuk tujuan mengontrol tekanan. Penerapan flokulasi lumpur adalah pilihan yang mudah dan murah, tetapi juga dibatasi oleh masalah hilang air. Additif khusus mungkin merupakan pilihan yang paling tepat, tetapi hal ini akan menaikkan biaya lumpur.Lumpur pemboran yang baik untuk pembersihan dasar sumur apabila memiliki karakteristik mengencer akibat gesekan (shear thining) yang baik, karena semakin bersih lubang bor berarti semakin bagus pula pengangkatan serbuk bornya sampai kepermukaan.
3. Memberi dinding Pada Lubang Bor Dengan Mud Cake. Lumpur akan membuat mud cake atau lapisan zat padat tipis didinding formasi permeabel (lulus air), pembentukan mud cake ini akan menyebabkan tertahannya aliran fluida masuk ke formasi (adanya aliran yang masuk yaitu cairan plus padatan menyebabkan padatan tertinggal/tersaring). Mud Cake yang dikehendaki adalah mud cake yang tipis karena dengan demikian lubang bor tidak dipersempit dan cairan tidak banyak yang hilang. Sifat wall building ini dapat diperbaiki dengan penambahan : a. Sifat koloid drilling mud dengan bentonite.
b. Memberi zat kimia untuk memperbaiki distribusi zat padat dalam lumpur dan memperkuat mud cake.
4. Melumasi dan Mendinginkan Pahat. Panas yang ditimbulkan terjadi karena gesekan pahat serta drillstring dengan formasi. Konduksi formasi umumnya kecil, sehingga sukar sekali menghilangkan panas dalam waktu cepat, tetapi umumnya dengan adanya aliran lumpur telah cukup untuk mendinginkan sistem serta melumasi pahat. Umur pahat bisa lebih lama sehingga biaya pergantian pahat bisa ditekan, karena dengan tertembusnya formasi yang cukup keras, kalau tidak terlumasi dengan baik, bit akan cepat tumpul sehingga daya tembusnya menjadi lambat dan memperlambat proses pemboran. 5. Menahan Padatan Dari Formasi dan Melepaskannya di Permukaan. Lumpur pemboran yang baik mempunyai sifat tixotropi yang menyebabkan partikel-partikel padatan dapat dibawa sampai kepermukaan, dan menahannya didalam lumpur selama sirkulasi berhenti. Kemampuan lumpur untuk menahan serbuk bor selama sirkulasi dihentikan terutama tergantung terhadap gel strength, dengan cairan menjadi gel tekanan terhadap gerakan serbuk bor kebawah dapat dipertinggi. Serbuk bor dapat ditahan agar tidak turun kebawah, karena bila ia mengendap dibawah bisa menyebabkan akumulasi serbuk bor dan pipa akan terjepit. Selain itu ini akan memperberat kerja pompa untuk memulai sirkulasi kembali. Tetapi gel yang terlalu besar akan berakibat buruk juga, karena akan menahan permbuangan serbuk bor dipermukaan (selain pasir). Penggunaan alat seperti desander dan shale shaker dapat membantu pengambilan serbuk bor dari lumpur dipermukaan. Patut ditambahkan bahwa pasir harus dibuang dari lumpur karena sifatnya yang abrassive pada pompa, sambungan-sambungan
