DOLOMIT SEBAGAI ALTERNATIF AGEN PEMBOBOTAN DALAM PENGEBORAN CAIRAN

MakalahMakalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Kimia Mineral

Oleh:Chitta Putri NovianiPutri Eka Andiyani

PROGRAM STUDI KIMIAJURUSAN MATEMATIKAN DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMFAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGIUNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA2011 M1432 HM. J. BADRUL*, L.L. CHIOU, Z. AZLINA, Z. JULIANADepartment of Chemical Engineering, Faculty of EngineeringUniversity of Malaya50603 Kuala Lumpur, MALAYSIA*Corresponding Author: badrules@um.edu.my

ABSTRAK

Serangkaian tes eksperimental telah dilakukan untuk menilai kesesuaian menggunakan dolomit sebagai agen bobot alternatif dalam cairan pengeboran. Saat ini, barit banyak digunakan sebagai agen pembobotan dalam bubur cairan pengeboran untuk memastikan bobot yang dicapai tepat. Namun, barit mengandung bahan beracun yang membuatnya tidak menarik dari kesehatan dan lingkungan titik pandangan. Hal ini terutama terjadi ketika pengeboran operasi lepas pantai, di mana sebagian besar cairan pengeboran yang digunakan akan dibuang kembali ke laut. Dalam jurnal ini, sifat-sifat reologi pengeboran cairan campuran dolomitbubur dipelajari. Batuan dolomit pertama kali dihancurkan untuk menghasilkan bubuk dolomit,sebelum dicampur dengan air dan bentonit diberbagai proporsi. Sebanyak 10 sampel yang berisi berbagai persentase air, bentonit dan dolomit dipelajari. Untuk setiap sampel, sifat reologinya ditentukan. Seperti properti kepadatan dari saldo lumpur, viskositas dari viskometer, penghilangan filtrat dari APIfilter press dan kekuatan gel. Pengaruh penuaan pada sifat-sifat cairan pengeboran juga dipelajari. Dari penelitian tersebut, dapat disimpulkan bahwa sampel E yang terdiri dari 70% berat dolomit, menghasilkan cairan pengeboran yang paling stabil. Dapat diketahui juga bahwa jumlah dolomit 336 g dalam sampel yang sama menunjukkan fisik dan rheologi sama dari 480 g barit dalam sampel meskipun kepadatan untuk kedua sampel tidak sama.

Kata kunci: Pengeboran cairan, agen bobot, Kepadatan, Viskositas, kekuatan Gel, penghilangan filtrat.

M. J. BADRUL*, L.L. CHIOU, Z. AZLINA, Z. JULIANADepartment of Chemical Engineering, Faculty of EngineeringUniversity of Malaya50603 Kuala Lumpur, MALAYSIA*Corresponding Author: badrules@um.edu.my

ABSTRACT

A series of experimental tests have been conducted to assess the suitability of usingdolomite as an alternative weighting agent in drilling fluids. Currently, barite is widely used as weighting agent in drilling fluids slurry to ensure proper weights are achieved. However, barite contains toxic materials which make it unattractive from health and environment point of views. This is especially true when drilling operations are offshore, where most of the used drilling fluids will be dumped back into the sea. In this work, rheological properties of dolomite blend drilling fluids slurry were studied. Dolomite rocks were first crushed to produce dolomite powder, before being mixed with water and bentonite at various proportions. A total of 10 samples which contains various percentages of water, bentonite and dolomite were studied. For each sample, its rheological properties were determined. Such properties include density from mud balance, viscosity from viscometer, filtrate loss from API filter press and gel strength. The effect of aging on the properties of drilling fluids was also studied. From the study, it is concluded that Sample E, which consists of 70% dolomite by weight, produces the most stable drilling fluids. It is also observed that the amount of 336 g of dolomite in the sample shows the similar physical and rheological properties to that of the 480 g barite in the sample althoughthe density for both samples is not same.

Keywords: Drilling fluids, weighting agent, Density, Viscosity, Gel strength, FiltrateLoss.

BAB IPENDAHULUAN

Pengeboran cairan memiliki beberapa tujuan dalam proses pengeboran. Hal ini penting untuk memastikan bahwa cairan pengeboran dirancang memiliki sifat reologi yang tepat yaitu kepadatan, viskositas dan pengurangan filtrat. Salah satu dari banyak tantangan dalam merancang pengeboran cairan adalah untuk mengelola keadaan yang tak dapat diramalkan dari tekanan formasi. Banyak formasi hidrostatik ditekan atau sangat ditekan, sehingga tekanan dalam lubang sumur harus tetap lebih tinggi dari formasi.Secara umum, tekanan dalam lubang sumur biasanya harus lebih tinggi daripada tekanan hidrostatik untuk air murni untuk mencegah kebocoran. Cairan tekanan dalam lubang sumur dikontrol dengan memvariasikan kepadatan cairan pengeboran melalui penambahan padatan berat. Aditif yang telah banyak digunakan dalam industri minyak dan gas untuk mengatasi masalah yang terkait dengan tekanan formasi adalah barium sulfat. Barit menghasilkan bubur lumpur dengan kepadatan berkisar 898-1896 kg/m3. Rentang kepadatan lumpur sesuai untuk sumur dangkal dan dalam. Namun, ada sisi buruk penggunaan barit dalam cairan pengeboran sebagai bobot agen. Pertama, barit mahal mengingat jumlah lumpur / pengeboran cairan dibutuhkan untuk mengebor sumur tunggal. Selain itu sumber-sumber alam barit terbatas dibandingkan dengan agen bobot yang direkomendasikan. Kedua, lumpur berbasis air yang menggunakan barit sebagai agen pembobotan tampaknya menimbulkan masalah lingkungan yang tidak bersahabat akibat pembuangan bahan berat selama operasi pengeboran. Makalah ini mencoba untuk melihat kesesuaian penggunaan dolomit pengganti barit sebagai agen pembobotan dalam cairan pengeboran. Telah diduga bahwa dolomit mungkin dapat menggantikan barit dalam rentang densitas tertentu. Kepadatan air murni adalah 8.33 IBM / gal, yang sangat dekat dengan batas bawah dari 9 Ibm / gal yang dihasilkan dari barit. Penambahan dolomit yang memiliki gravitasi yang spesifik sebesar 2,9 dan bentonit (bahan dasar bubur) diharapkan dapat meningkatkan kepadatan cairan pengeboran untuk tingkat tertentu. Selain itu, Malaysia kaya dengan sumber alam batuan dolomit dan dapat diperoleh dengan biaya yang relatif rendah. Penggunaan dolomit dicampur cairan pengeboran juga akan meminimalkan pembuangan logam berat ke lingkungan.

BAB IITINJAUAN PUSTAKAII.1 BaritPada umumnya, barit (BaSO4) mengandung campuran unsur Cr, Ca, Pb, dan Ra, yang senyawanya mempunyai bentuk kristal yang sama. Unsur pengotor barit adalah besi oksida, lempung, dan unsur organik, yang semuanya dapat memberikan beragam warna pada warna kristal barit murni adalah putih atau abu-abu. Sebagai unsur Barium (Ba), barit juga dijumpai sangat terbatas mengandung feldspar (3% BaO), plagioklas (7,3% BaO), muskovit (9,9% BaO), dan biotit (6-8% BaO). Kerak bumi rata-rata mengandung unsur barium sekitar 0,05%. Barit juga dijumpai sebagai mineral ikutan (gangue mineral) terutama pada cebakan logam sulfida, seperti timah. Sebagian besar produksi barit dunia digunakan dalam industri perminyakan. Pemakaian ini mencapai sekitar 85-90% dari produksi barit secara keseluruhan. Sisanya digunakan sebagai bahan baku dalam industri kimia barium, sebagai bahan pengisi dan pengembang (filler dan extender), dan agregat semen.

Barit (BaSO4) termasuk kelompok mineral sulfat. Pernyusun utama mineral ini adalah barium (Ba). Menurut Doddy Setia Graha (1987:242) bahwa barit memiliki karakteristik sebagai berikut: sistem kristal ortorombik; belahan sempurna {001}; kekerasan 3--3,5; berat jenis 4,5; kilap kaca (vitreous); warna putih atau bening; gores/cerat putih. Mineral ini di alam ditemukan sebagai mineral gang dalam urat-urat hidrothermal, berasosiasi dengan bijih perak, tembaga, mangan, dan antimon. Barit juga bisa ditemukan dalam urat-urat batugamping dengan kalsit dan dalam batupasir dengan bijih tembaga. Sedang menurut Direktorat Pertambangan (1969:133) bahwa barit berbentuk butiran atau kristal; warna putih, kuning muda, biru, abu-abu, merah, jingga, dan jingga gelap; karakteristik tembus cahaya hingga jernih.Persebaran barit di Indonesia ditemukan di Pasirangin/Ciseuti (Provinsi Jawa Barat) dan di Sermo/Wates (Daerah Istimewa Yogyakarta). Dalam kehidupan sehari-hari, barit digunakan untuk bahan cat, pewarna putih pada pabrik karet, lak, bahan baku industri kimia, bahan poleh, tegel dalam suhu tinggi, dan untuk mengatur berat jenis lumpur dalam industri minyak.

II.2 DolomitDolomit adalah mineral yang berasal dari alam yang mengandung unsur hara magnesium dan kalsium berbentuk tepung dengan rumus kimia CaMg(CO3)2. Dolomit termasuk rumpun mineral karbonat, mineral dolomit murni secara teoritis mengandung 45,6% MgCO3 atau 21,9% MgO dan 54,3% CaCO3 atau 30,4% CaO. Rumus kimia mineral dolomit dapat ditulis meliputi CaCO3.MgCO3, CaMg(CO 3)2 atau CaxMg1-xCO3, dengan nilai x lebih kecil dari satu. Dolomit di alam jarang yang murni, karena umumnya mineral ini selalu terdapat bersama-sama dengan batu gamping, kwarsa, rijang, pirit dan lempung. Dalam mineral dolomit terdapat juga pengotor, terutama ion besi.

Batugamping yang sebagian unsurnya kalsium diganti dengan magnesium (proses peresapan), banyak sedikitnya magnesium akan mempengaruhi nama batuan, batugamping yang mengandung 10 % MgCO3 disebut batugamping dolomitan, bila 19 % disebut dolomit. Dolomit berwarna putih keabu-abuan atau kebiru-biruan dengan kekerasan lebih lunak dari batugamping, yaitu berkisar antara 3,50 - 4,00, bersifat pejal, berat jenis antara 2,80 - 2,90, berbutir halus hingga kasar dan mempunyai sifat mudah menyerap air serta mudah dihancurkan. Klasifikasi dolomit dalam perdagangan mineral industri didasarkan atas kandungan unsur magnesium, Mg (kimia), mineral dolomit (mineralogi) dan unsur kalsium (Ca) dan magnesium (Mg). Kandungan unsur magnesium ini menentukan nama dolomit tersebut. Misalnya, batugamping mengandung 10 % MgCO3 disebut batugamping dolomitan, sedangkan bila mengandung 19 % MgCO3 disebut dolomit.BAB IIIMETODOLOGIProyek ini melibatkan dua tugas utama eksperimental, yaitu; penyusunanbahan baku dan bubur lumpur dan tes rheologi dari cairan pengeboran.

III.1 Persiapan bahan baku dan bubur lumpurDalam mempersiapkan bubur lumpur, 3500 cm3 air suling yang ditambahkan ke 2-galon (8 L) kontainer. Kemudian campuran diaduk pada 2400 rpm, sementara 210 g bentonit ditambahkan perlahan-lahan selama 30 menit. Campuran tersebut kemudian diinkubasi dalam sel khusus sekitar 16 jam pada suhu kamar. Setelah itu sampel diaduk lagi pada 4200 rpm dan 40 glignosulfonat dan 60 0,5 cm3, ditambahkan NaOH perlahan-lahan. Campuran diaduk lagi selama 30 menit. Maka kecepatan campuran diatur pada 2400 rpm dan lumpur berbasis diaduk lagi selama 5 menit. pH campuran diukur dan NaOH digunakan untuk menyesuaikan pH sekitar 11,8-11,9. Kemudian prosedur diulang untuk komposisi Bentonite, NaOH, dolomit, barit dan lignosulfonat yang berbeda. Tabel 1 menunjukkan komposisi dari sampel lumpur yang telah disiapkan. Ada total 11 sampel pengeboran cairan termasuk satu sampel kosong yang terdiri dari bentonit murni tanpa aditif apapun.III.2 rheologi tes dari pengeboran cairanTes rheologi yang dilakukan dalam penelitian ini didasarkan pada prosedur yang direkomendasikan oleh American Petroleum Institute (API). Tes ini meliputi pengukuran densitas dari saldo lumpur, kekuatan gel dan viskositas terlihat dari viskometer rotasi,penghilangan cairan dan pengukuran kue lumpur dari API suhu tinggi filter press. parakerapatan fluida pengeboran uji pengukuran terdiri dari mengisi cangkir denganlumpur sampel dan menentukan posisi pembalap yang diperlukan untuk keseimbangan. Keseimbangan dikalibrasi dari ujung skala. Air biasanya digunakan sebagai cairan kalibrasi.Kepadatan air tawar adalah 998 kg/m3 atau 8.33 IBM / gal. Cairan pengeboran harus degassed sebelum ditempatkan dalam keseimbangan lumpur untuk memastikan pengukuran yang akurat

Gambar. 1. API Lumpur Saldo yg Digunakan dalam Uji.

Gambar. 2. Fann rotasi Viskometer

a=300 N/NDimana N adalah pembacaan dial dalam derajat dan N adalah kecepatan rotor dalam putaran per menit.Parameter lain yang disebut reologi kekuatan gel, diukur dalam satuan lbf/100 sq ft atau 0,48 kg/ms2, diperoleh dengan mencatat defleksi panggil maksimal bila viskometer rotasi diputar pada kecepatan rotor rendah (biasanya 3 rpm) setelah lumpur tetap statis untuk beberapa waktu. Jika lumpur dibiarkan tetap statis di viskometer untuk jangka waktu 10 detik, defleksi maksimum diperoleh panggil ketika viskometer dihidupkan dilaporkan sebagai gel awal pada laporan lumpur API bentuk. Jika lumpur dibiarkan tetap statis selama 10 menit, maksimum dial defleksi dilaporkan sebagai gel 10-min. Pers filter digunakan untuk menentukan parameter berikut;1. Laju filtrasi melalui kertas filter standar.2. Ketebalan kue membangun.API filter press ditunjukkan pada Gambar. 3. Tes filtrasi API adalah indikasi dariTingkat di mana formasi permeabel disegel oleh pengendapan lumpur setelah kue yang ditembus oleh bit. Kue penumpukan selama pengeboran yang diinginkan karena melindungi pembentukan dari yang terkontaminasi oleh invasi fluida. Oleh karena itu mengurangi pembentukan kerusakan selama operasi pengeboran. Tebal kue lumpur juga mengatakan sesuatu yang tentang formasi. Batuan berpori biasanya menghasilkan kue lumpur tebal karena lebih mudah untuk cairan untuk menyerang ke dalam formasi. Batuan berpori seperti serpih non akan menghasilkan yang sangat mud cake tipis karena invasi tidak keropos dan cairan dianggap mustahil.

BAB 1VHASIL DAN PEMBAHASAN

IV. KepadatanGambar 4 menunjukkan nilai-nilai densitas di IBM / gal dari semua bubur dicampur. yang pertama sampel adalah sampel yaitu kosong, sampel dengan air murni, tanpa bentonit dan lainnya aditif. Hal ini juga menunjukkan bahwa barit murni memiliki berat sekitar 17,4 IBM / gal, sedangkan dolomit murni memiliki berat sekitar 15,0 IBM / gal. Hal ini juga menarik untuk dicatat bahwa campuran barit 50% dan 50% dolomit menghasilkan bubur dengan kepadatan sekitar 16,4 Ibm / gal. Nilai ini sebanding dengan kepadatan yang dihasilkan dari 100 barit%.Fig. 3. API filter pressHal ini juga dapat dilihat dari gambar 4 bahwa kepadatan lumpur tetap relatif sama, ketika rasio dolomit dipertahankan pada 70,, 80 90 dan 100 persen.Hal ini juga jelas bahwa kepadatan direkam menunjukkan nilai yang lebih tinggi dari 15 IBM / gal. mirip cerita juga dapat dicapai dengan melihat variasi kepadatan dengan variasi barit konten. Plot ditunjukkan pada Gambar 5. Lumpur terberat adalah 17,4 lb / gal yangdihasilkan dari barit 100%, sedangkan lumpur teringan dihasilkan dari sampel kosong, 8,7 / gal. Murni dolomit akan menghasilkan lumpur dengan kepadatan 15,1 / gal. Gambar 6 menunjukkan bahwa lumpur padat dapat diproduksi dengan penambahan barit kelumpur campuran yang terdiri dari barit dan dolomit. Lumpur dengan barit murni sebagai agen pembobotan menghasilkan campuran terberat sebesar 17,4 lb / gal.

IV.2 Viskositas dan Efek Penuaan

Tabel 2 merangkum hasil eksperimen menunjukkan viskositas diukur dari bubur sebelum dan setelah penuaan. Proses penuaan digunakan untuk meniru lubang bawah kondisi. Gambar menunjukkan skema dari tekanan tinggi dan suhu tinggi bergulir oven. Pengukuran awal dilakukan pada 2 kecepatan yang berbeda yaitu 100 dan 200 rpm. Hasil menunjukkan bahwa terlepas dari penuaan, semua sampel menunjukkan perbedaan yang signifikan nilai viskositas. Misalnya, sampel dengan barit 100% dan menunjukkan dolomit 100% besarnya viskositas 20 dan 28 cP masing-masing. Namun, setelah penuaan, viskositas diukur meningkat menjadi 50 dan 142 cP. Tren ini dipertahankan untuk semua lainnya sampel.Selain itu juga mengamati bahwa peningkatan kecepatan pencampuran selama pencampuran juga perubahan nilai-nilai viskositas diukur. Sebagai contoh, di bawah 100 rpm, sampel dengan bentonit 50% dan barit 50% menunjukkan nilai viskositas dari 22 Cp dan 44 Cp sebelum dan setelah penuaan. Namun, ketika kecepatan blender diubah menjadi 200 rpm, viskositas diukur tampaknya meningkatkan 41-103 Cp masing-masing. Ini menunjukkan efek yang signifikan dari kecepatan pencampuran pada viskositas lumpur. Pengamatan ini juga berlaku untuk semua sampel lainnya. Pemeriksaan lebih lanjut pada kecepatan yang lebih tinggi, yaitu, 500 dan 600 rpm, menunjukkan perilaku serupa. Data-data ditabulasikan dalam Tabel 3. Diharapkan bahwa ada kritis kecepatan di mana viskositas bubur yang relatif akan tetap sama. Karena keterbatasan peralatan, kecepatan tertinggi yang bisa dicapai adalah 600 rpm.

Gambar 6 menunjukkan membaca Fann dial untuk semua sampel yang diuji. bubur dengan Dolomit 100% memberikan pembacaan Fann tertinggi sedangkan sampel tanpa agen pembobotan tidak barit atau dolomit memberikan pembacaan terendah. Lumpur dengan barit sebagai bobot agen diproduksi membaca antara kosong dan sampel dolomit 100% untuk kedua kasus, sebelum dan setelah penuaan. Hal ini juga dapat diamati dari gambar 4 sampel yang dengan 70% dolomit menghasilkan kurva yang sama seperti barit untuk kedua kasus sebelum dan setelah penuaan. Para pengurangan konten dolomit dalam bubur tampaknya mengurangi pembacaan Fann.

IV.3 Kekuatan GelGambar 7 menunjukkan nilai-nilai kekuatan gel dari semua sampel yang diuji, baik sebelum dan setelah penuaan. Hal ini dapat dilihat bahwa sampel dengan 85, 90 dan 100 dolomit% berperilaku seperti progresif gel. Perilaku ini dapat dideteksi ketika kekuatan gel tercatat dibilang sangat rendah untuk 10 detik pertama dan sedikit meningkat setelah 10 menit. Ini juga mengamati bahwa sampel kosong tampaknya berperilaku seperti gel yang rapuh di mana gel kekuatan yang sangat rendah pada awalnya 10 detik dan itu tetap konstan setelah 10 menit. Lainnya sampel tampaknya berperilaku seperti gel yang baik dimana nilai kekuatan gel rendah untuk pertama 10 detik. Setelah penuaan, pada 107 C, sampel kosong dan barit berperilaku seperti baik gel. Sampel lain menunjukkan nilai yang tinggi kekuatan gel. Sejak mixer diterapkan digunakan jauh di bawah RPM direkomendasikan 4000, sehingga sampel tidak mungkin campuran sangat baik. Namun, itu diterima karena isi padat dapat dianggap rendah.

IV.4 Mud Cake dan Hilangnya FiltratAngka 8 dan 9 menunjukkan ketebalan kue lumpur dan volume lumpur yang dikumpulkan filtrat dari semua sampel yang diuji. Sampel kosong menghasilkan kue ketipisan yang sekitar 0,22 cm. Sampel dengan Dolomites 100% menghasilkan kue 1,14 cm tebal. Hal ini juga mencatat bahwa ketebalan kue tampaknya mengurangi dengan pengurangan konten dolomit. Secara umum, kerugian filtrat untuk semua sampel yang diuji dapat dianggap kecil. Hal ini juga jelas dari Gambar 8 bahwa volume filtrasi secara langsung proporsional dengan waktu. Sampel dengan tidak ada agen bobot menghasilkan filtrat kerugian terkecil. Hal ini karena bentonit menunjukkan permeabilitas rendah dan porositas ketika dikompresi dibandingkan dengan yang dolomit dan barit. Sampel dengan konten dolomit 90% filtrat menunjukkan kerugian tertinggi dari 18,33 ml. Sampel dengan dolomit 100% filtrat menghasilkan kerugian terkecil. Hal ini karena pengurangan porositas sampel.

BAB VKESIMPULAN

Dari studi eksperimental, kesimpulan berikut dapat ditarik;

1.Penambahan barit dan dolomit meningkatkan densitas dari cairan pengeboran. Jadi kedua bahan dapat digunakan sebagai agen pembobotan dalam cairan pengeboran.2. Penambahan dolomit untuk bubur lumpur, sebelum penuaan, cenderung meningkat plastik viskositas.3. Bubur dengan campuran barit tampaknya menunjukkan viskositas plastik lebih tinggi dibandingkan dengan bubur dengan campuran dolomit.4. Jumlah kerugian filtrat adalah fungsi dari konten dolomit dalam bubur. Besar jumlah konten dolomit memberikan volume filtrat terendah. Hal ini disebabkan untuk menurunkan porositas campuran.5. Viskositas cairan pengeboran adalah fungsi dari kecepatan rotasi selama pencampuran.Kecepatan yang lebih tinggi memberikan nilai viskositas yang lebih tinggi.6. Bubur dengan konten dolomit30% menunjukkan sifat reologi yang mirip dengan dari barit 100%.7. Yang terbaik dolomit pengeboran cairan campuran diperoleh dari E Sampel, yang terdiri dari dolomit 70% berat.

BAB VIREFERENSI

Quintero, L., Clark, D. E. & Jones, T. 2003 .Oil soluble copolymers for versatilesynthetic and oil-base drilling fluids. Proceedings of AADE TechnicalConference. Houston, Texax. April 1-3.

Binder, G.G., Carlton, L.A. & Garrett, R.L. 1981. Evaluating barite as a source ofsoluble carbonate and sulfide contamination in drilling fluids. Journal ofPetroleum Technology. 33 (12), 23712376.

Bongayre Jr., A.T. & Cheneverl, M. E. 1986. Applied Drilling Engineering.Society of Petroleum Engineering.

US Department of Labour. Drilling fluid functions.http://www.osha.gov/SLTC/etools/oilandgas/drilling/drillingfluid.html

Baroid Industrial Drilling Products. Basic drilling fluids.http://www.baroididp.com/baroid_idp_tch/baroid_idp_tch_drillingfluid.asp

Iranian Mineral World. Dolomite.http://www.irandolomite.net/index.php

Translated from DOLOMITE AS AN ALTERNATIVE WEIGHTING AGENT IN DRILLING FLUIDS Journal of Engineering Science and Technology Vol. 2, No. 2 (2007) 164- 176