Bab Viii Analisa Kimiawi Air Formasi.docx

BAB VIII

ANALISA KIMIAWI AIR FORMASI

8.1.

Tujuan Percobaan 1. Untuk menentukan pH, alkalinitas, penentuan kandungan Kalsium, Magnesium, Barium, Sulfat, Ferro, Klorida, Sodium dan perhitungan indeks stabilitas kalsium karbonat. 2. Mengetahui sifat air formasi, apakah bersifat korosif, mengendap, atau stabil. 3. Untuk mengetahui sifat fisik dan kimia air formasi.

8.2.

Dasar Teori Air formasi biasanya disebut dengan oil field water atau connate water intertial water adalah air yang diproduksikan ikut bersama-sama dengan minyak dan gas. Air ini biasanya mengandung bermacam-macam garam dan asam, terutama NaCl sehingga merupakan air yan asam bahkan asam sekali. Air formasi hampir selalu ditemukan didalam reservoir hidrokarbon karena memang didalam suatau akumulasi minyak, air selalu menempati sebagian dari suatu reservoir, minimal 10% dan maksimal 100% dari keseluruhan pori. Untuk menganalisa air formasi secara tepat, dipakai klasifikasi air formasi yang digambarkan, secara grafis hal ini dimaksudkan untuk mengidentifikasi sifat air formasi dengan cara yang paling sederhana tetapi dapat

dipertanggungjawabkan,

hanya

kelemahannya

tergantung

pada

spesifikasinya. Pengambilan sample air formasi dilakukan di kepala sumur dan / atau di separator dengan menggunakan penampung bertutup terbuat dari kaca atau

62

63

plastik agar tidak terjadi kontaminasi dan hilangnya ion Hydrogen karena akan mempengaruhi kebasahan sample. Percobaan yang dilakukan adalah dengan menentukan pH, Alkalinitas, penentuan kandungan kalsium, Magnesium, Barium, Sulfat, Ferro, Klorida, Sodium dan perhitungan indeks stabilitas kalsium karbonat. Air formasi selain berasal dari lapisan lain yang masuk kedalam lapisan produktivitasnya yang disebabkan oleh : 

Penyemenan yang kurang baik



Kebocoran casing

Adapun keadaan air formasi mempunyai sifat-sifat: 1. Sifat fisika , dimana meliputi : 

Kompresibilitas



Kelarutan gas didalam air



Viskositas air



Berat jenis



Konduktifitas

2. Sifat kimiawi, dimana meliputi : 

Ion-ion negative (Anion)



Ion-ion positif (Kation)

Beberapa kegunaan yang paling penting dari analisa air formasi ini adalah: 

Untuk korelasi lapisan batuan



Menentukan kebocoran casing

 Menentukan kualitas sumber air untuk proses water flooding Alkalinitas C032-, HCO3-, dan OH- harus ditentukan ditempat pengambilan contoh, karena ion-ion ini tidak stabil seiring dengan waktu dan suhu. Untuk itu pH perlu diturunkan sampai 1 dengan asam garam. Penentuan kadar barium harus dilakukan segera setelah contoh diterima, karena unsur BaSO4 terbatas kelarutannya karena reaksi barium cepat dengan SO4, akan

64

mengurangi konsentrasi barium dan akan menimbulkan kesalahan dalam penelitian. Selain denga barium ,SO4 juga cepat bereaksi dengan kalsium menjadi CaSO4 pada saat suhu turun. Untuk mengetahui air formasi secara cepat dan praktis digunakan sistem klasifikasi dari air formasi, hal ini dapat memudahkan pengerjaan pengidentifikasian sifat-sifat air formasi. Dimana kita dapat memplot hasil analisa air formasi tersebut, hal ini memeudahkan kita dalam korelasi terhadap lapisan – lapisan batauan dari sumur secara tepat. Untuk menentukan kandungan Ca dan Mg perlu terlebih dahulu ditentukan kesadahan totalnya. Alkalinitas dari suatu cairan biasa dilaporkan sebagai CO3-, HCO3- dan OH-, yaitu dengan menitrasi air sample dengan larutan asam yang lemah dan larutan indicator. larutan penunjuk (indicator) yang digunakan dalam penentuan kebasahan CO3- dan OH- adalah Phenolphtelein (PP), sedangkan Methyl Orange (MO) digunakan sebagai indicator dalam penentuan HCO3-. Unsur ion baku ditentukan dalam air formasi ialah Cl, yang konsentrasinya lemah sampai pekat. Metode mohr selalu digunakan dalam penentuan kadar klorit, tanpa perbaikan nilai pH. Cara pengujian dapat ditentukan untuk fluida yang bernilai pH antara 6 sampai 8.5 dan hanya ion SO yang sering mengganggu. gangguan dapat diketahui dari warna etelah titrasi dengan larutan AgNO3 warna abu-abu sampai hitam. Bila hal ini dapat diketahui sebelumnya, ion ini dapat dihilangkan dengan cara mengasamkan contoh air yang akan diperiksa dengan larutan asam senyawa (HNO) dan dimasak selama 10 menit. setelah didinginkan, naikan pH samapi 6 hingga 8.5 dengan NHOH., larutan buffer kesadahan total atau larutan buffer Calver, dan tidak sekali-sekali mengurangi pH dengan HCL. Sodium tidak ditentukan dilapangan, karena nilai sodium tidak dapat dianggap nilai yang nyata atau absolut. Perhitungannya ialah dengan pengurangan jumlah anion dengan jumlah kation dengan me/L kesadahan total tidak dimasukkan dalam jumlah perhitungan ini

65

8.3.

Peralatan dan Bahan

8.3.1. Peralatan 1. Gelas titrasi 2. Botol 3. Lakmus

8.3.2. Bahan 1. Larutan PP 2. Larutan buffer 3. Larutan H2SO4 4. Air suling 5. Larutan AgNO3

Gambar 8.1. Peralatan Titrasi

Gambar 8.2. Kertas Lakmus

66

8.4.

Prosedur Percobaan

8.4.1. Penentuan pH 1. Dengan menggunakan pH paper strip dapat langsung menentukan harga pH dari sample setelah mencocokkan warna pada standar pH paper strip, maka diperlukan kejelian dalam memilih dan mencocokkan warna dari paper strip. 2. Dengan alat ukur elektrolit, kalibrasi alat sebelum digunakan dengan cara: isi botol dengan larutan Buffer yang telah diketahui harga pH-nya, masukkan elektroda pada botol yang berisi larutan buffer. Putar tombol kalibrasi sampai digit menunjukkan harga pH larutan buffer. 3. Cuci botol dan elektrodanya sebelum digunakan untuk menguji sample dengan air destilasi untuk mencegah terjadinya kontaminasi.

8.4.2. Penentuan Alkalinitas 1. Mengambil contoh air formasi 1 cc dan menambahkan PP 2 tetes. 2. Mentitrasi dengan larutan H2SO4 0,02 N. Bila larutan telah jernih, mencatat jumlah larutan pentitrasi yang digunakan. 3. Mentetesi dengan larutan MO 2 tetes. 4. Mentitrasi kembali sampai ada perubahan warna menjadi pink, mencatat volume larutan pentitrasi. 5. Perhitungan : Kebasahan P = Vp / banyaknya cc contoh air Kebasahan M = Vm / banyaknya cc contoh air Penentuan untuk setiap ion dalam mili eqivalen ( me / L ) dapat ditentukan dari table berikut:

67

Tabel 8.1. Harga Kebasahan Setiap Ion

HCO3

CO3

OH

P = 0

M  20

0

0

P = M

0

0

20  P

2P = M

0

40  P

0

2P < M

20  ( M  2P )

40  P

0

2P > M

0

40  ( M  P )

8.4.3. Penentuan Kesadahan Total 1. Mengambil 20 ml air suling dan menambahkan 2 tetes larutan buffer kesadahan total dan 1 tetes indicator, warna harus biru asli (jernih). 2. Menambah 5 ml contoh air, warna akan berubah merah. 3. Mentitrasi dengan larutan kesadahan total hingga warna kembali jernih, mencatat volume pentitrasi. 4. Perhitungan : Bila menggunakan larutan 1 ml = 2 epm Kesadahan total, me / L =

volume titrasi x 2 volume contoh air

Bila menggunakan larutan 1 ml = 20 epm Kesadahan total, me / L =

volume titrasi x 20 volume contoh air

8.4.4. Penentuan Kalsium 1. Mengambil 20 ml air suling, menambahkan 2 tetes larutan buffer calver dan 1 tepung indicator calcer II, warna akan berubah menjadi cerah. 2. Menambahkan 5 cc air yang dianalisa. Bila ada Ca larutan yang berubah menjadi kemerahan.

68

3. Mentitrasi dengan larutan kesadahan total 20 epm, warna akan berubah jernih, mencatat volume titrasi.

8.4.5. Penentuan Magnesium Magnesium, me / L = ( kesadahan total, me / L )  ( kalsium, me/ L) = Magnesium, me / L  12,2

8.4.6. Penentuan Klorida 1. Mengambil 20 ml air sample, menambahkan 5 tetes KcrO, warna akan menjadi bening. 2. Mentitrasi dengan larutan AgNO3 1 ml = 0,001 g Cl sampai warna coklat kemerahan, mencatat volume pentitrasi. 3. Jika menggunakan AgNO3 0,001 N : Kadar Cl, mg/L =

ml titer * 1000 ml contoh air

Jika menggunakan AgNO3 0,01 N : Kadar Cl, mg/L =

ml titer * 10000 ml contoh air

8.4.7. Penentuan Sodium 1. Mengkonversikan

mg/L anion dengan

me/L dan menjumlahkan

harganya. Cl  , mg / L 35.5





+

SO4 , mg / L 48

+

CO3 , mg / L 30



+

HCO 3 , mg / L + 61

OH  , mg / L 17

2. Mengkonversikan harganya.

mg/L kation menjadi

me/L dan menjumlahkan

69

 Ca   , mg / L Mg   , mg / L Fe   , mg / L Ba   , mg / L       20 12.2 18.6 68.7   3. Kadar sodium ( Na ), mg/L = ( anion – kation )  23.

8.4.8. Grafik Hasil Analisa Air Hasil analisa air sering dinyatakan dengan bentuk grafik. Kita dapat menandai perbedaan dari contoh air dengan membandingkan dua macam contoh air (atau lebih) dari grafik tersebut. Metode yang umum digunakan adalah metode stiff. Metode ini dapat diplot secara logaritma atau normal antara konsentrasi kation pada sisi kiri titik pusat dan konsentrasi anion diplot pada sisi kanan pusat.

Tabel 8.2. Harga Konsentrasi Komponen

KOMPONEN

KONSENTRASI Mg/L

Me/L

Natrium

1794

78.04

Kalsium

39

1.95

Magnesium

19

1.65

Barium

0

0

Klorrida

1248

39.19

Sulfat

645

13.43

Karbonat

280

9.33

Bikarbonat

1440

23.80

Iron

13

0.23

70

8.4.9. Perhitungan Indeks Stabilitas CaCO3 Air yang mengandung CO3 dalam bentuk apapun akan membentuk kerak atau korosi, tergantung pH dan suhu . Hal ini dapat diketahui dengan perhitungan indeks stabilitas air. CO3 yang terdapat didalam air tersebut mungkin akan tersebut sebagai asam arang (H2CO3), bikarbonat (HCO3), atau karbonat (CO3). Asam arang terdapat bila air tersebut terlalu jenuh dengan CO3, bikarbonat terdapat bila nilai pH air pada range 4 - 8.3, karbonat terdapat bila nilai pH air pada range 8.3 – 11. Rumus untuk menghitung indeksstabilitas CaCO3 adalah: SI = pH – K – pCa – pAlk

Bila indeks berharga 0, berarti air tersebut secara kimiawi seimbang. Bila indeks berharga positif, air tersebut mempunyai gejala membentuk endapan. Bila indeks berharga negative, air tersebut bersifat korosif. Nilai pH dan Konsentrasi ion Ca++, Mg++, Na++, CO-, SO4-, HCO3-. Dimana: pH K

= Nilai pH pada pengukuran contoh air = Tenaga ion (ditandai m) dan suhu

Tenaga ion ini terdapat pada grafik I. Jumlah tenaga ion didapat dengan mengalikan factor tiap - tiap ion dengan konsentrasi dalam air (dalam me/L atau mg/L) kemudian dijumlahkan dan K ditentukan dari grafik II. Dimana: pCa

= Konversi ion Ca++ dalam mg/L, lihat grafik II

pAlk = konversi ion HCO3- dalam mg/L, lihat grafik II

Setelah selesai perhitungan dapat digambarkan suatu kurva indeks stabilitas terhadap suhu agar diperhatikan gejala relative pada air dari segi – segi sistemnya.

71

Contoh permasalahan : Hitung indeks stabilitas air pada suhu 50, 77, 177, dan 158 oF dengan air pH = 6.9

Tabel 8.3. Indeks Stabilitas

ION

me/L

mg/L

Ca++

12.0

240

Mg++

20.4

249

Na++

295.5

6769

Cl-

253.5

9000

SO4-

41.7

2000

HCO3-

13.8

841

Dengan menggunakan faktor- faktor yang terdapat pada grafik I, jumlah tenaga ion dapat dihitung sebagai berikut: Tabel 8.4. Perhitungan Tenaga Ion

ION

( me/L )

*factor

= ...me/L

Ca++

12.0

* 5 x 10-5

= 0.1476

Mg++

20.4

* 1 x 10-3

= 0.012

Na++

295.5

* 1 x 10-3

= 0.0204

Cl-

253.5

* 5 x 10-5

= 0.1268

SO4-

41.7

* 1 x 10-5

= 0.0417

HCO3-

13.8

* 5 x 10-5

= 0.0069

Jumlah tenaga ion

= 0.3554

72

Setelah menggunakan ion dari air dapat dihitung, tentukan nilai L dari grafik I dimulai dari bawah grafik jumlah tenaga ion (µ), ikuti garis tegak lurus hingga bertemu dengan kurva suhu, kemudian baca nilai K ke sisi kiri.

Tabel 8.5. Harga Faktor K dan Suhu

Suhu

Factor K

50 oF

2.9

77 oF

2.65

122 oF

2.15

156 oF

1.5

Grafik II digunakan untuk menentukan nilai pCa dan pAlk. Tentukan titik konsentrasi Ca++ pada nilai sebelah kiri grafik, tarik garis lurus hingga bertemu pada kurva kiri. Ikuti garis kebawah untuk menentukan nilai pCa. Cara yang sama untuk konsentrasi HCO3- dengan kurva kekanan dan ke bawah untuk pAlk. Setelah didapat harga pCa dan pAlk, maka hitung indeks stabilitas dengan rumus : Indeks stabilitas = pH – K pCa – pAlk SI/50 oF = 6.9 – 2.90 -2.2 -1.85 = -0.05 SI/77 oF = 6.9 – 2.65 -2.2 -1.85 = 0.20 SI/50 oF = 6.9 – 2.15 -2.2 -1.85 = -0.70 SI/50 oF = 6.9 – 1.50 -2.2 -1.85 = 1.35

Kesimpulan : 

Air tersebut bergejala scalling pada suhu 54 oF ke atas



Air tersebut bergejala corrosive pada suhu 54 oF ke bawah

73

8.5.

Hasil Analisa dan Perhitungan

8.5.1. Hasil Analisa

Tabel 8.6. Tabulasi Konsentrasi Ion anion dan Kation

Konsentrasi Anion

Konsentrasi Kation

Anion

BM

Mg/L

Me/ L

Kation

BM

Mg/L

Me/L

Cl

35,5

24400

687,324

Ca++

40

40

2

SO42

96

300

6,25

Mg++

24

0

0

CO32

60

300

10

Fe+++

56

1000

53,571

HCO3

61

0

0

Ba++

137

-

-

OH

17

51

3

Na+

706,57

Kation

Anion

* konversi mg/l ke m/l = ((mg/L)* valensi/BM) Kadar Sodium ( Na+ ) = Anion  Kation = ( 706.57  55.57 ) mg/l = 651

55,57

74

Diagram Stiff Davis Diagram 8.1. Diagram Stiff – Davis

Anion

Kation

OH-

Ba++ Fe++ (10)

HCO3CO3-

Ca++

SO4-

Mg++

(102) Cl-

Na++ (102) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tabel 8.7. Perhitungan Indeks Stabilitas CaCO3

Ion strength

Konsentrasi

Faktor Koreksi

Me/L

Me/L

Cl

687,324

6  104

4,124 x 10-1

SO42-

6,25

1  103

6,25 x 10-3

CO32-

10

1,5  103

0.,015

HCO3-

0

5  103

0

Ca2+

2

2  103

0.004

Mg2+

0

1  103

0

Fe3+

53,571

1,5  103

8.036 x 10-2

Ba2+

-

-

-

Na+

651.003

2  104

1.302 x 10-1

Ion

Σ molar Ionic Strength

Me/L x Koreksi

0.64821

75

Dari grafik diperoleh: 

Tenaga ion keseluruhan ( k) pada suhu: Pada temperatur0 C

= 3.64

Pada temperatur20 C

= 3.38

Pada temperatur 40 C

= 2.875

Pada temperatur 60 C

= 2.38

Pada temperatur 80 C

= 1.68

Pada temperatur 100 C = 0.875

Harga pCa = 3.0 ; pAlk = 3.2 Harga indeks stabilitas CaCO3 (SI) = pH – K – pCa – palk

8.5.2. Perhitungan Konversi Satuan 

Cl- electron valensi

= -1

Konversi mg/L ke me/L = 

SO42- electron valensi

CO32- electron valensi

HCO3- electron valensi

= 687,324 me/L

300 x  2 96

= 6,25 me/L

= -2

Konversi mg/L ke me/L = 

35.5

= -2

Konversi mg/L ke me/L = 

24400 x  1

300 x  2 60

= 10 me/L

= -1

Konversi mg/L ke me/L =

0 x 1 61

= 0 me/L

76



OH- electron valensi

= -1

Konversi mg/L ke me/L = 

Ca2+ electron valensi

Mg2+ electron valensi

Fe3+ electron valensi

= 3 me/L

40 x 2 40

= 2 me/L

= +2

Konversi mg/L ke me/L = 

17

= +2

Konversi mg/L ke me/L = 

51 x  1

0x2 24

= 0 me/L

= +3

Konversi mg/L ke me/L =

1000 x 3 56

= 53,571 me/L

Ion Strength 

Cl-

: 687.324 x 6 x 10-4

= 4,124 x 10-1



SO42-

: 6.25 x 1 x 10-3

= 6,25 x 10-3



CO32-

: 10 x 1.5 x 10-3

= 0,015



HCO3-

: 0 x 5 x 10-3

= 0



Ca2+

: 2 x 2 x 10-3

= 0,004



Mg2+

: 0 x 1 x 10-3

= 0



Fe3+

: 53.571 x 1.5 x 10-3

= 8,036 x 10-2



Ba2+

: -



Na+

: 651.003 x 2 x 10-4

= 1,302 x 10-1

77

Nilai SI 

SI00C

= 8 – 3,64 – 3,0 – 3,2

= -1,84



SI200C

= 8 – 3,38 – 3,0 – 3,2

= -1,58



SI400C

= 8 – 2,875 – 3,0 – 3,2 = -1,075



SI600C

= 8 – 2,38 – 3,0 – 3,2

= -0,58



SI800C

= 8 – 1,68 – 3,0 – 3,2

= 0,12



SI1000C

= 8 – 0,875 – 3,0 – 3,2 = 0,925 Tabel 8.8. Harga Indeks Stabilitas

T (0C)

Ph

K

P Ca

p Alk

SI

0

8

3,64

3

3,2

-1,84

20

8

3,38

3

3,2

-1,58

40

8

2,875

3

3,2

-1,075

60

8

2,38

3

3,2

-0,58

80

8

1,68

3

3,2

0,12

100

8

0,875

3

3,2

0,925

78

Pembahasan

Grafik 8.1. Stabilitas indeks terhadap temperatur

Indeks Stabilitas - Temperature 120 100 (1.24, 100)

Temperature oC

8.6.

80 (0.36, 80)

-(0.36, 60) 60

Temperature

(-0.92, 40) 40

Log. (Temperature )

(-1.36, 20) 20

-2

(-1.64, 0) -1

0 0

1

2

Indeks Stabilitas

Pengambilan sample air formasi dilakukan di kepala sumur dan / atau di separator dengan menggunakan penampung bertutup terbuat dari kaca atau plastic agar tidak terjadi kontaminasi dan hilangnya ion Hydrogen karena akan mempengaruhi kebasahan sample. SI (Stabilitas Indeks) didapatkan dari beberapa data yaitu, temperatur, pH, K (tenaga ion keseluruhan), pAlk, pCa. Air formasi hampir selalu ditemukan didalam reservoir hidrokarbon karena memang didalam suatau akumulasi minyak, air selalu menempati sebagian dari suatu reservoir, minimal 10% dan maksimal 100% dari keseluruhan pori. Jika SI menunjukkan hasil yang positif berarti air formasi tersebut bersifat basa, maka pada temperatur tersebut akan cenderung untuk membentuk scale. Sebaliknya, jika SI menunjukkan hasil negatif berarti air formasi tersebut bersifat asam, maka pada temperatur tersebut air formasi

79

akan cenderung untuk membentuk korosi pada alat-alat produksi, akan tetapi jika SI menunjukkan hasil nol (SI = 0) maka pada temperatur tersebut air formasi dalam keadaan setimbang dimana tidak terbentuk scale maupun korosi.

8.7.

Kesimpulan 1. Stabilitas indeks dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu pH, tenaga ion keseluruhan (K), konversi ion Ca2+ dan konversi ion HCO3-. 2. Dari data yang diberikan, dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur, maka semakin rendah tenaga ion keseluruhan pada suatu larutan. 3. Apabila SI pada temperatur menghasilkan nilai negatif, berarti air formasi akan lebih mudah menyebabkan terjadinya korosi pada peralatan produksi. 4. Air formasi hampir selalu ditemukan didalam reservoir hidrokarbon karena memang didalam suatau akumulasi minyak, air selalu menempati sebagian dari suatu reservoir, minimal 10% dan maksimal 100% dari keseluruhan pori 5. Jika SI menunjukkan hasil yang positif berarti air formasi tersebut bersifat basa, maka pada temperatur tersebut akan cenderung untuk membentuk scale. Sebaliknya, jika SI menunjukkan hasil negatif berarti air formasi tersebut bersifat asam, maka pada temperatur tersebut air formasi akan cenderung untuk membentuk korosi pada alat-alat produksi, akan tetapi jika SI menunjukkan hasil nol (SI = 0) maka pada temperatur tersebut air formasi dalam keadaan setimbang dimana tidak terbentuk scale maupun korosi.