TEKNIK PERAWATANSCALE INHIBITOR (ANTISCALE)MAKALAH

Dosen: Ir. Saripudin, MTKelompok : 4 (empat)Anggota : 1. Doddy JatnikaNIM. 1114110072. Fiqhi Pridayanti MNIM. 1114110103. Hilda Nur RahmayantiNIM. 1114110124. Imam Firdaus SuryamanNIM. 1114110135. Iroh MagfirohNIM. 1114110146. Leti NurlatifahNIM. 1114110177. Teguh TaufiqurohimNIM. 111411027Kelas : 3A

JURUSAN TEKNIK KIMIAPRODI D3 TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG2014BAB IPENDAHULUAN

2.1 Latar BelakangDalam proses pendistribusian minyak mentah atau crude oil, sering dijumpai adanya masalah-masalah yang dapat mengganggu aliran fluida yang melewati pipa. Salah satu problematika yang sering terjadi pada proses pendistribusian crude oil adalah terbentuknya endapan yang disebut kerak (scale). Dalam operasi produksi minyak bumi sering ditemui mineral scale seperti CaSO4, FeCO3, CaCO3, dan MgSO4. Senyawa-senyawa ini dapat larut dalam air. Scale CaCO3 paling sering ditemui pada operasi produksi minyak bumi. Akibat dari pembentukan scale pada operasi produksi minyak bumi adalah berkurangnya produktivitas sumur akibat tersumbatnya penorasi, pompa, valve, dan fitting serta aliran. Selain mineral scale, juga terdapat komponen-komponen lain berupa wax dan aspal yang berpotensi menggangu aliran fluida melawati pipa.Penyebab terbentuknya deposit scale adalah terdapatnya senyawa-senyawa tersebut dalam air dengan jumlah yang melebihi kelarutannya pada keadaan kesetimbangan. Faktor utama yang berpengaruh besar pada kelarutan senyawa-senyawa pembentuk scale ini adalah kondisi fisik (tekanan, temperatur, konsentrasi ion-ion lain dan gas terlarut).Pencegah terbentuknya kerak diladang-ladang minyak khususnya di dalam pipa distribusi crude oil adalah dengan menginjeksikan bahan-bahan kimia yang dapat mencegah kerak (scale inhibitor).

2.2 Rumusan Masalah1. Apa saja jenis scale yang terbentuk dalam proses pendistribusian minyak mentah ?2. Apa penyebab terbentuknya scale ?3. Bagaimana pengendapan wax dan aspal?4. Bagaimana pencegahan dan penanganan terhadap scale?5. Bagaimana mekanisme reaksi scale inhibitor?

2.3 Tujuan1. Mengetahui penyebab terbentuknya scale dan mempelajari pengendapan wax dan aspal pada aliran pengeboran minyak2. Mengetahui pencegahan dan penanganan scale pada pipa pengeboran minyak3. Mengetahui jenis-jenis scale inhibitor dan jenis scale inhibitor yang paling efektif digunakan untuk mencegah dan memperlambat pembentukan scale pada pipa minyak4. Mempelajari mekanisme reaksi scale inhibitor yang digunakan pada upaya pencegahan dan memperlambat pembentukan scale pada pipa minyak

BAB IIISI

2. 2.1 Definisi ScaleKerak didefinisikan sebagai suatu deposit dari senyawa-senyawa anorganik yang terendapkan dan membentuk timbunan kristal pada permukaan suatu subtansi (Kemmer, 1979). Kerak yang terbentuk pada pipa-pipa akan memperkecil diameter dan menghambat aliran fluida pada sistem pipa tersebut. Terganggunya aliran fluida menyebabkan suhu semakin naik dan tekanan semakin tinggi maka kemungkinan pipa akan pecah dan rusak. Kerak dapat terbentuk dari senyawa mineral yang terendapkan yang berasal dari air yang terproduksi bersama minyak dan gas dan dapat membentuk timbunan kristal pada permukaan suatu benda salah satunya pipa. Berikut ini contoh kerak atau scale yang terbentuk pada pipa :

(a) (b)

(c)

Gambar 1. (a) kerak CaCO3 (b) kerak kalsium dan silika (c) kerak BaSO4

2.2 Jenis-jenis scale Senyawa-senyawa yang berbentuk padatan dan mempunyai kecenderungan untuk membentuk endapan scale antara lain adalah kalsium karbonat (CaCO3), gipsum atau kalsium sulfat(CaSO4), Barium sulfat (BaSO4), wax dan aspal. Scale dapat dikenali dengan mengklasifikasikannya berdasarkan komposisi yang membentuk scale, dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 2.2 Endapan ScaleJenis ScaleRumus KimiaFaktor yang berpengaruh

Kalium karbonat (Kalsit)CaCO3 Penurunan tekanan Perubahan temperatur Kandungan garam terlarut Perubahan keasaman

Kalsium sulfat Gypsum Hemi-Hydrate AnhydrateCaSO4.2H2OCaSO4.1/2H2OCaSO4 Perubahan tekanan dan temperatur Kandungan garam terlarut

Barium sulfatStronsium sulfatBaSO4 SrSO4 Perubahan tekanan dan temperatur Kandungan garam terlarut

WaxC18-C60 Perubahan tekanan dan temperatur

AspalC28 Perubahan tekanan dan temperatur

a) Kandungan Garam dan Mineral Terlarut (Kalsium Karbonat, Kalsium Sulfat, dan Barium Sulfat)Scale kalisum sulfat merupakan endapan senyawa CaCO3 (kalsita) yang terbentuk dari hasi reaksi antara ion kalsium (Ca) dengan ion karbonat (CO32-) ataupun dengan ion bikarbonat (HCO3) dengan reaksi pembentukan sebagai berikut :Ca2+ + CO32- CaCO3Ca2+ + 2(HCO3-) H2O + CO2 + CaCO3Begitu juga dengan senyawa garam dan mineral lainnya seperti kalsium sulfat dan barium sulfat akan membentuk endapan dan menimbulkan scale pada dinding pipa.Kondisi yang mempengaruhi pembentukan scale senyawa garam dan mineral antara lain adalah perubahan kondisi reservoir (tekanan dan temperatur), alkalinitas air, serta kandungan garam terlarut, dimana kecenderungan terbentuknya scale kalsium karbonat akan meningkat dengan : Meningkatnya temperaturPeningkatan temperatur dapat mempercepat terbentuknya scale pada pipa. Hal ini disebabkan karena kalsium karbona (CaCO3) yang merupakan senyawa mineral akan mengendap apabila temperatur meningkat. Sebagaimana kita tahu pada kesadahan air yang disebabkan oleh senyawa mineral yang terlarut dalam air akan mengendap apabila temperatur dinaikkan. Begitu pula dengan kandungan mineral pada minyak dan air yang akan dipompa dari perut bumi akan mengendap menjadi kerak atau scale pada pipa apabila temperatur naik. Penurunan tekanan parsial CO2Keberadaaan CO2 akan meningkatkan kelarutan CaCO3. Pada waktu CO2 terlarut dalam air, senyawa tersebut akan membentuk asam karbonat, dengan reaksi ionisasi sebagai berikut :CO2 + H2O H2CO3Pengaruh lain CO2 adalah meningkatnya tekanan dalam sistem, yang besarnya dipengaruhi oleh tekanan parsial CO2. Besarnya tekanan parsial CO2 sendiri sebanding dengan fraksi mol CO2 dalam gas dikalikan dengan tekanan total dalam sistem. Apabila terdapat perubahan tekanan dalam sistem maka jumah CO2 yang larut dalam air akan semakin banyak, sesuai reaksi dibawah ini :Ca(HCO3) H2O + CO2 + CaCO3Apabila konsentrasi CO2 dalam larutan bertamabah, maka reaksi diatas akan brgeser ke kiri dna air akan menjadi lebih asam (pH turun) serta pembentukan CaCO3 akan berkurang. Sedangkan apabia tekanan parsial CO2 akan terbebaskan dari larutan pada kondisi yang demikian, tekanan parsial CO2 akan berkurang, sehingga reaksi akan bergeser ke arah kanan, Peningkatan pHpH merupakan aspek yang menyebabkan terbentuknya kerak. Seperti kita tahu bahwa pH rendah dapat menyebabkan korosi, sedangkan pH tinggi dapat menyebabkan scale atau kerak. Pada kondisi basa berarti banyak kandungan garam dan mineral terlarut yang dapat memicu dan menyebabkan scale. Untuk itu perlu ditambahkan larutan asam agar kandungan garam dan mineral tetap dalam keadaan terlarut dan tidak mengendap menjadi kerak. Akan tetapi perlu ditambahkan juga inhibitor korosi agar tidak menyebabkan korosi pada pipa.

b) WaxCrude oil merupakan campuran hidrokarbon yang kompleks, terdiri dari aromatik, parafin, nafta, resin, aspal, merkaptan, dan lain-lain. Ketika temperatur crude oil berkurang, komponen-komponen berat seperti parafin/wax (C18 C60) akan terpresipitasi dan mengendap pada dinding pipa. Diameter internal pipa akan berkurang dengan adanya pengendapan wax, menghasilkan pressure drop yang lebih tinggi. Pengendapan wax dapat menyebabkan pipa tersumbat seluruhnya.Berdasarkan temperatur, pengendapan wax dibagi menjadi dua jenis yaitu : Crude Cold PointKelarutan wax dalam aromatik dan nafta rendah, dan semakin rendah pada temperatur rendah. Sangat mudah bagi wax terpresipitasi pada temperatur rendah. Temperatur tertinggi di mana wax mulai terpresipitasi disebut crude cloud point (atau disebut juga wax appearance temperature). Crude Pour PointKetika crude oil didinginkan hingga temperaturnya di bawah crude cold point, parafin atau wax akan terpresipitasi. Wax akan mengendap pada dinding pipa dalam bentuk gel wax-minyak. Gel terdiri dari kristal wax beserta sejumlah minyak yang terjebak di dalamnya. Ketika temperatur makin rendah, lebih banyak lagi wax yang terpresipitasi dan ketebalan gel meningkat, sehingga minyak akan berhenti mengalir. Temperatur di mana sampel minyak berhenti mengalir disebut crude pour point. Pada pipa bawah laut, temperatur air laut dapat berada di bawah pour point, sehingga akan terbentuk gel wax setelah shutdown yang cukup lama.

Metode pencegahan atau penanganan pembentukan wax dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu :1. Insulasi ThermalPada pipa bawah laut, metode mitigasi wax yang umum digunakan adalahinsulasi termal untuk menjaga temperatur fluida sepanjang pipa agar berada di atas wax appearance temperature selama operasi. Ketika terjadi shutdown, temperatur fluida di dalam pipa menurun seiring waktu dan akan sama dengan temperatur air laut dalam 12 hingga 36 jam, bergantung pada desaininsulasi termal. Wax akan mengendap jika temperatur fluida lebih rendah daripada wax appearance temperature. Kalau waktu shutdown singkat, jumlah wax yang mengendap sedikit karena pengendapan wax merupakan proses yang lambat. Selanjutnya endapan wax akan mencair lagi pada saat pipa beroperasi normal kembali. 2. PiggingMetode mitigasi wax lainnya yang cukup populer adalah pigging. Terdapat beberapa tipe pig, antara lain simple sphere, foam pig, dan smart pig. Pig diluncurkan ke perpipaan dari pig launcher, didorong oleh minyak atau gas. Pig akan bergesekan dengan wax di dinding pipa dan membersihkan pipa secara mekanik. Program pigging secara terjadwal merupakan salah satu kunci kesuksesan operasi pigging. Jika frekuensi pigging terlalu sedikit, akan banyak wax yang mengendap pada dinding pipa.3. Chemical InhibitorWax chemical inhibitor ditambahkan untuk mencegah pembentukan kristal wax, dengan demikian mereduksi wax appearance temperature dan mencegah pengendapan wax ke dinding pipa ataupun untuk menurunkan wax pour point, dengan demikian menunda solidifikasi wax. Contoh : NaOCl, CaCl2.2H2O.

c) AspalAspal didefinisikan sebagai senyawa minyak yang tidak larut dalam n-pentana atau n-heksana, tetapi larut dalam toluena atau benzena. Oleh karena itu, aspal akan terpresipitasi ketika n-pentana atau n-heksana berlebih ditambahkan ke dalam crude oil. Padatan aspal berwarna coklat gelap atau hitam. Tidak seperti wax, aspal tidak meleleh. Tetapi, seperti halnya wax, dengan perubahan tekanan, temperatur, dan komposisi, aspal cenderung terflokulasi dan mengendap di dalam formasi reservoir, tubing sumur, dan perpipaan (flowlline).Kelarutan aspal dalam crude oil merupakan parameter kunci untuk menentukan apakah aspal dapat menimbulkan masalah atau tidak. Jika aspal selalu berada dalam keadaan tidak-jenuh, aspal stabil, dan tidak terjadi presipitasi. Sebaliknya, presipitasi aspal akan terjadi jika berada dalam keadaan lewat-jenuh. Kelarutan aspal dalam crude oil dapat berubah dari tidak-jenuh menjadi lewat-jenuh jika tekanan, temperatur, dan komposisi berubah.Masalah pengendapan aspal ditanggulangi dengan dua metode. Yang pertama adalah dengan metode mekanik, meliputi pigging, coiled tubing, dan wireline cutting. Yang kedua adalah dengan penggunaan pelarut kimia untuk melarutkan endapan aspal. Chemical inhibitor digunakan untuk mencegah pengendapan aspal pada sistem produksi, termasuk pipa dan wellbore

2.3 Pencegahan scale dengan Scale InhibitorScale inllibitor adalah bahan kimia yang menghentikan atau mencegah terbentuknya scale bila ditambahkan pada konsentrasi yang kecil pada air. Penggunaan bahwa kimia ini sangat menarik, karena dengan dosis yang sangat rendah dapat mencukupi untuk mencegah scale dalam periode waktu yang lama.Mekanisme kerja scale inhibitor ada dua, yaitu:1. Scale inhibitor dapat teradsorpsi pada permukaan kristal scale pada saat mulai terbentuk. Inhibitor merupakan kristal yang besar yang dapat menutupi kristal yang kecil dan menghalangi pertumbuhan selanjutnya.2. Dalam banyak hal bahan kimia dapat dengan mudah mencegah menempelnya suatu partikel-partikel pada permukaan padatan.

Secara umum jenis scale inhibitor dibagi menjadi 2, yaitu scale inhibitor organik dan scale inhibitor anorganik. Jenis scale inhibitor tersebut digunakan tergantung kebutuhan dan kondisi yang akan ditanggulangi. Berikut ini penjelasan jenis scale inhibitor secara umum :a) OrganikMaterial dasar dari scale inhibitor organik adalah turunan asam alifatik, imdazolines, dan derivativnya. Contoh : organo fosfonat, organofosfat ester. Phospat ester merupakan scale inhibitor yang sangat efektif tetapi padatemperatur diatas 175 C dapat menyebabkan proses hidrolisa dalam waktu singkat.b) AnorganikMaterial dasar dari scale inhibitor anorganik adalah kromat,nitrit,silikat dan pospat. Contoh : natrium hexamethaphosphate. Phosponat merupakan scale inhibitor yang baik untuk penggunaan padatemperatur diatas 3500F. Sedangkan polimer seperti akrilat dapat digunakanpada temperatur diatas 350C.c) HidrokarbonHidrokarbon diperlukan sebagai pelarut hidrokarbon digunakan untuk menghilangkan minyak, parafin, atau asphaltic materials yang menutupi scale yang terbentuk, karena apabila digunaka asam sebagai penghilang scale maka asam ini tidak akan bereaksi dengan scale yang tertutupi oleh minyak (oil coated scale), oleh sebab itu minyak harus dihilangkan terlebih dahulu dari scale dengan menggunakan hidrokarbon.d) Asam KloridaAsam klorida adalah bahan yang banya digunakan untuk membersihkan scale yang telah terbentuk. Bahan ini dapat digunakan pada berbagai kondisi. Asam klorida digunakan dengan konsentrasi 5%, 10%, atau 15% HCl. Reaksi yang terjadi :CaCO3 + 2 HCI H2O + CO2 + CaCl2Inhibitor korosi harus ditambahkan dalam HCl untuk menghindari efek keasaman pada pipa yang dapat menyebabkan korosi.

Secara teori, scale inhibitor yang efektif digunakan adalah scale inhibitor organik. Scale inhibitor organik ini pun banyak diaplikasikan di industri sebagai pencegahan terbentuknya scale pada pipa. Akan tetapi banyak juga yang menggunakan scale inhibitor yang lain tergantung kondisi yang terjadi dan komposisi senyawa yang terdapat pada minyakDalam penelitian lain didapatkan data percobaan scale inhibitor yang efektif digunakan. Berikut data hasil percobaan penggunaan scale inhibitor :

(Sumber : Buhani, 2010) Penggunaan beberapa jenis aditif dari golongan karboksilat seperti asam sitrat, asam oksalat, dan asam benzoat sebagai aditif memberikan pengaruh terhadap laju pertumbuhan kerak. Penggunaan aditif yang efektif sebagai inhibitor mengakibatkan terjadinya perubahan konduktivitas menjadi lebih besar dan ukuran kristal kalsium sulfat menjadi lebih kecil dibandingkan tanpa menggunakan aditif. Konsentrasi menentukan tingkat keefektifan aditif sebagai inhibitor. Penggunaan asam benzoat 50 ppm mempunyai aktivitas terbesar dalam menghambatpertumbuhan kristal kalsium sulfat.

2.4 Pencegahan terbentuknya scalePencegahan terbentuknya scale adalah usaha preventif yang dilakukan sebelum terbentuknya endapan scale. Pada kenyataannya, proses pembentukan scale sama sekali tidak dapat dicegah sehingga upaya yang dilakukan semata-mata hanyalah meminimalisasi pembentukan dan terutama pengendapan scale, sehingga permasalahan yang terjadi sebagai akibat dari pengendapan tersebut dapat dicegah dan diminmalisir.a. Menggunakan zat-zat kimia pengontrol scaleSalah satu cara untuk mencegah terjadinya scale yaitu dengan cara menjaga kation-kation pembentuk scale tetap berada dalam larutannya. Zat-zat kimia yang diatmbahkan dalam air berfungsi sebagai pencegah terbentuknya scale (scale inhibitor) didalam larutan tersebut.Teknik pencegahan yang dilakukan yaitu dengan melakukan penginjeksian. Ada beberapa metode treatment yang dapat dilakukan untuk mengijeksikan scale inhibitor, yaitu : Squeeze TreatmentSqueeze treatment ini merupakan suatu cara menginjeksikan inhibitor ke dalam formasi dengan tekanan injeksi tertentu dibawah tekanan rekah formasi dan diatas tekanan formasi. Inhibitor dilarutkan dalam fluida pembawa disertai dengan zat aktif permukaan untuk memperbaiki kebasahan batuan formasi. Dengan adanya inhibitor ini, maka terbentuklah lapisan pelindung pada permukaan pipa selam operasi injeksi dan selama aliran fluida produksi mengandung inhibitor dengan konsentras yang cukup tinggi Batch TreatmentBatch treatment merupakan suatu cara dengan menempatkan scale inhibitor ke dalam sumur melalui tubing dalam jumlah yang hampir sama dengan jumah air yang diproduksikan per hari. Dengan adanya aliran fluida dari reservoir yang mengalir ke lubang sumur, maka fluida akan bercampur dengan scale inhibitor yang ada. Akibatnya, scale inhibitor bercampur dengan fliuida produksi dan selanjutnya akan terbawa ke atas peralatan produksi.Scale inhibitor ditempatkan pada beberapa kaki (ft) dibawah lubang sumur, ketika fluida mengalir ke lubang sumur. Namun demikian, ternyata scale inhibitor yang ditempatkan di dasar sumur ini tidak dapat bertahan lama, sehingga scale inhibitor hanya berguna dalam waktu yang relatif singkat. Continous TreatmentScale inhibitor merupaka suatu treatment dengan jalan menginjeksikan scale inhibitor ke dalam sumur melalui annulus oleh chemical injection pump. Dengan cara tersebut dapat menyebabkan zat kimia tersebut menyembur ke bawah (ke dasar sumur) dan segera dapat menjaga kelarutan. Untuk memenuhi kebutuhan diatas diperlukan kecepatan injeksi yang didasarkan pada jumlah produksi fluida total dan bahan kimianya harus dipompakan sedemikian rupa, sehingga konsentrasinya tidak kurang dari batas minimum yang diijinkan.Selain itu, sebelum dilakukan injeksi inhibitor harus dipersiapkan instrument dan komponennya, antara lain chemical pumpm atomizer, dan chemical yang akan digunakan. Jenis scale inhibitor yang biasa digunakan di lapangan adalah inorganic polyphopate, organic phospate dan phospanate, dan polyorganic acid. Selain itu adanya polimer sebagai additive juga digunakan untuk mencegah atau menghambat pembentukkan scale.

2.5 Penanggulangan endapan scale yang terbentukPembersihan scale yang terbentuk dapat dilakukan secara mekanik, kimia, dan gabungan kimia-mekanik. Untuk menanggulangi scale yang dilakukan secara kimia, dapat dibedakan menjadi dua tempat, yaitu scale yang terdapat pada pipa-pipa dan peralatan produksi di permukaan serta scale yang terbentuk pada dasar sumur atau formasi. Untuk itu semua digunakan zat kimia yang dapat melarutkannya.

BAB IIIPENUTUP

3.1 Kesimpulana) Scale atau kerak dapat terbentuk disebabkan oleh senyawa garam atau mineral, wax, dan aspal yang terlarut dan terdapat dalam campuran minyak.b) Pencegahan dan penanganan scale pada pipa dapat dilakukan dengan menambahkan scale inhibitor kedapal aliran pipa. Dengan demikian laju pertumbuhan scale dapat dicegah atau diperlambat.c) Jenis-jenis scale inhibitor adalah organik, anorganik, hidrokarbon, dan asam klorida. Berdasarkan teoritis scale inhibitor organik lebih efektif untuk digunakan sebagai scale inhibitor pencegahan pembentukan scale.d) Mekanisme reaksi scale inhibitor dapat teradsorpsi pada permukaan kristal scale pada saat mulai terbentuk. Inhibitor merupakan kristal yang besar yang dapat menutupi kristal yang kecil dan menghalangi pertumbuhan selanjutnya.

DAFTAR PUSTAKA

Buhani, dkk.2010. Efek Penambahan Aditif Golongan Karboksilat dalam Menghambat LajuPembentukan Endapan Kalsium Sulfat.Lampung : Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung Diunduh pada tanggal 2 Januari 2014

Halimatuddahliana.2003.Pencegahan korosi dan scale pada proses produksi minyak bumi.http://library.usu.ac.id Diunduh pada tanggal 2 Januari 2014

Sugiarto, bambang dan Syahri, M.2008.Scale treatment pada pipa distribusi crude oil secara kimiawi.http://journal.uii.ac.id. Diunduh pada tanggal 2 Januari 2014