BAB V

PEMBAHASAN

Scale merupakan endapan kristal yang menempel pada matrik batuan

maupun pada dinding-dinding pipa dan peralatan dipermukaan, seperti halnya

endapan yang sering kita jumpai pada panci ataupun ketel untuk memasak air.

Adanya endapan scale akan berpengaruh terhadap penurunan laju produksi

produksi.

Terbentuknya endapan scale pada lapangan minyak berkaitan erat dengan

air formasi, dimana scale mulai terbentuk setelah air formasi ikut terproduksi ke

permukaan. Selain itu jenis scale yang terbentuk juga tergantung dari komposisi

komponen-komponen penyusun air formasi.

Mekanisme terbentuknya kristal-kristal pembentuk scale berhubungan

dengan kelarutan masing-masing komponen dalam air formasi. Sedangkan

kecepatan pembentukan scale dipengaruhi oleh kondisi sistem formasi, terutama

tekanan dan temperatur. Perubahan kondisi sistem juga akan berpengaruh

terhadap kelarutan komponen.

Dalam pembahasan ini akan dijelaskan keterkaitan pembentukan scale

dengan kedua hal tersebut, baik karakteristik air formasi maupun kondisi

reservoir, identifikasi terbentuknya scale berdasarkan mekanisme pembentukan,

lokasi terbentuknya dan komposisi scale yang terbentuk serta metode pencegahan

dan penanggulangannya.

5.1. Tinjauan Terhadap Karakteristik Reservoir

Komponen reservoir yang berpengaruh terhadap pembentuka scale adalah

batuan reservoir, fluida reservoir serta kondisi dari reservoir tersebut.

1. Batuan Reservoir

Komposisi kimia dari air formasi dipengaruhi oleh jenis batuan reservoir,

dimana masing-masing jenis batuan memiliki mineral penyusun yang berbeda.

Jenis batuan reservoir antara lain adalah batupasir (sandstone), batuan

karbonat serta batuan shale.

a. Batupasir

Batupasir (sandstone) merupakan batuan yang paling sering dijumpai di

lapangan sebagai batuan reservoir. Batu pasir merupakan hasil dari proses

sedimentasi mekanik, yaitu berasal dari proses pelapukan dan disintegrasi,

yang kemudian tertransportasi serta mengalami proses kompaksi dan

pengendapan. Berdasarkan mineral penyusunnya serta kandungan

mineralnya, maka batupasir dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu

orthoquartzites, pasir lempungan (graywacke), dan arkose.

Kandungan air formasi pada reservoir batupasir yang dapat menimbulkan

endapan scale antara lain adalah kalsium (Ca2+), barium (Ba2+) dan

stronsium (Sr2+), sebagaimana terlihat pada tabel komposisi kimia

batupasir (Tabel II-1 sampai Tabel II-5). Kation-kation tersebut

merupakan hasil dari pelarutan dari batuan.

Air formasi pada reservoir batupasir biasanya bersifat korosif serta

mengandung komponen-komponen besi, sehingga scale yang mungkin

terbentuk adalah scale campuran barium-stronsium (Ba, Sr) X2 serta scale

komponen besi, baik ferro (Fe2+) maupun ferro (Fe3+).

b. Batuan Karbonat

Batuan yang dikategorikan karbonat adalah limestone, dolomite, dan yang

bersifat diantara keduanya. Limestone adalah istilah yang biasa dipakai

untuk kelompok batuan yang mengandung paling sedikit 80 % calcium

carbonate atau magnesium. Istilah limestone juga dipakai untuk batuan

yang mempunyai fraksi karbonat melebihi unsur non-karbonatnya. Pada

limestone fraksi disusun terutama oleh mineral kalsit dengan kandungan

CaO dan CO2 yang besar, sedangkan pada dolomite mineral penyusun

utamanya adalah mineral dolomite.

Air formasi pada reservoir karbonat mengandung dominasi kation kalsium

(Ca2+) dan magnesium (Mg2+). Selain itu adanya kontaminasi batuan

karbonat pada air formasi akan melarutkan senyawa gas CO2 yang akan

membentuk asan karbonat (H2CO3).

Jenis scale yang paling mungkin terbentuk adalah kalsium karbonat

(CaCO3), sedangkan yang lainnya adalah scale jenis magnesium.

c. Batuan Shale

Unsur penyusun batuan shale didominasi oleh mineral silicon dioxide

(SiO2), dan alumunium oxide (Al2O3).

Jenis scale yang mungkin terbentuk adalah scale silika.

2. Fluida Reservoir

Jenis fluida yang berpengaruh terhadap kecenderungan pembentukan scale

adalah air formasi dan gas, baik gas yang bebas maupun gas yang terlarut

dalam air formasi.

a. Air Formasi

Air formasi merupakan faktor utama yang berkaitan dengan pembentukan

scale. Kontak antara air formasi dengan batuan reservoir akan melarutkan

sejumlah mineral komponen batuan kedalam air dan berpengaruh terhadap

kuantitas masing-masing komponen terlarut. Mineral-mineral batuan yang

terlarut dalam air formasi akan terionisasi menjadi ion-ion (kation dan

anion). Jenis ion-ion utama penyusun air formasi terdiri dari kation-kation

Ca, Mg, Fe, Ba, dan anion-anion Cl, CO3, HCO3, dan SO4.

Besarnya kandungan masing-masing ion akan menunjukkan besarnya

kecenderungan terbentuknya scale yang mengandung komponen tersebut.

b. Gas

Gas yang berpengaruh terhadap terbentuknya scale adalah gas yang

terlepas dari sistem fluida reservoir, akibat dari adanya perubahan kondisi

reservoir (tekanan dan temperatur). Gas yang terlepas tersebut, selain

mempengaruhi tekanan sistem, juga akan menyebabkan terjadinya slip,

dimana gas akan bergerak mendahului minyak ataupun air. Semakin besar

selisih kecepatan tersebut (pressure drop semakin tinggi), maka

kecenderungan terbentuknya scale akan semakin besar. Selain itu adanya

kandungan gas CO2 dalam air juga akan berpengaruh terhadap

pembentukan scale, terutama yang berkaitan dengan adanya tekanan

parsialnya..

3. Kondisi Reservoir

Beberapa kondisi reservoir yang berpengaruh terhadap pembentukan scale

antara lain adalah sebagai berikut :

a. Penurunan Tekanan (pressure drop)

Penurunan tekanan reservoir secara pasti akan terjadi sebagai akibat dari

proses produksi. Adanya penurunan tekanan akan mengakibatkan

terlepasnya gas terlarut, terutama CO2, dari dalam air formasi, sehingga

akan mengakibatkan kenaikan pH air.

b. Perubahan Temperatur

Kenaikan temperatur larutan akan menyebabkan terjadinya penguapan air,

sehingga akan meurunkan harga kelarutan komponen terlarut dan

memumgkinkan terbentuknya endapan.

c. Perubahan pH dan Turbulensi.

Meningkatnya harga pH air formasi akan menyebabkan turunnya harga

kelarutan masing-masing komponen yang terlarut dalam air formasi,

sehingga akan memperbesar kecederungan adanya pengendapan

komponen terlarut. Sedangkan proses agitasi atau turbulensi akan

berpengaruh terhadap pertumbuhan kristal scale. Semakin besar agitasi

yang terjadi, maka kemungkinan penggabungan inti kristal akan semakin

sering terjadi sehingga memungkinkan terjadinya pengendapan kristal.

5.2. Identifikasi Scale

Perkiraan terhadap terbentuknya scale dapat dilakukan berdasarkan data

hasil dari analisa air formasi. Data tersebut berupa besaran komponen penyusun

air formasi, terutama ion-ion yang pokok, yaitu sodium, kalsium, magnesium,

barium dan stronsium untuk kation serta khlorida, bikarbonat, sulfat, karbonat dan

hidroksida untuk anionnya. Selain itu data hasil analisa air formasi juga berupa

sifat fisik air formasi, seperti pH, padatan tersuspensi, turbiditas, temperatur,

specific gravity

Identifikasi kecenderungan pembentukan scale juga dapat dilakukan secara

matematik dengan menghitung besarnya harga kecenderungan pembentukan scale

(scale tendency). Metode yang digunakan berbeda-beda untuk tiap jenis scale.

Untuk memperkirakan kecenderungan pembentukan scale kalsium karbonat dapat

dilakukan dengan menggunakan metode Langelier, Ryznar, Stiff-Davis, serta

metode Oddo-Tompson. Sedangkan perkiraan kecenderungan terbentuknya scale

kalsium sulfat dilakukan dengan menggunakan metode Case dan metode

Skillman-McDonald-Stiff. Metode-metode tersebut diatas mempunyai

keterbatasan-keterbatasan dan keakuratan hasilnya tergantung pada data analisa

air yang representatif untuk tiap kondisi yang dianalisa.

Hal-hal pokok yang perlu diperhatikan dalam pemilihan dan penggunaan

metode perhitungan kelarutan antara lain adalah sebagai berikut :

a. Metode Langelier hanya diperuntukkan untuk air tawar dan tidak dapat

digunakan pada analisa air formasi, sehingga membutuhkan perhitungan

konversi untuk digunakan pada air formasi.

b. Metode Stiff and Davis merupakan modifikasi dari metode Langelier, dan

dapat digunakan untuk menganalisa air formasi, tetapi hanya pada kondisi

tertentu, sehingga untuk menganalisa pada kondisi reservoir diperlukan

perhitungan ekstrapolasi.

c. Perhitungan kecenderungan pembentukan scale kalsium sulfat dengan

menggunakan metode Skillman-McDonald-Stiff, hanya dapat digunakan pada

air formasi dengan kandungan total padatan (total dissolved solids, TDS)

kurang dari 150.000 mg/lt, sehingga untuk air formasi dengan TDS lebih

besar dari batas tersebut harus ditentukan dengan ekstrapolasi.

Identifikasi terhadap mekanisme dan kondisi pembentukan, lokasi

terbentuknya scale serta komposisi endapan yang terbentuk merupakan langkah

awal dalam perencanaan program penanganan, baik pencegahan maupun

penanggulangan yang effektif.

Kondisi-kondisi yang mengakibatkan dan mempercepat pembentukan

endapan scale antara lain adalah sebagai berikut :

1. Percampuran Dua Jenis Air yang tidak Kompatibel

Bertemunya dua jenis air yang tidak kompatibel merupakan kondisi yang

paling pokok berkaitan dengan pembentukan scale. Percampuran tersebut

biasanya terjadi pada proses water flooding, yaitu antara air injeksi dengan air

formasi, meskipun demikian tidak jarang pula pencampuran tersebut terjadi

pada saat perencanaan air injeksi. Jenis air yang umum digunakan dalam

proses injeksi air, adalah air laut ataupun air garam, yang biasanya memiliki

kandungan SO42- dengan konsentrasi cukup besar, mencapai 2.000 mg/lt.

Pada reservoir batupasir, air formasi mengandung Ca+, sehingga terdapat

kecenderungan terbentuknya endapan scale kalsium sulfat. Sedangkan pada

reservoir batugamping dimana air formasi mengandung Ba+, scale barium

sulfat akan terbentuk, disertai dengan scale stronsium sulfat.

2. Autoscaling

Pada kondisi ini, scale terbentuk secara alami karena adanya perubahan

kondisi reservoir, atau disebut juga self-scaling. Pada waktu fluida reservoir

diproduksikan ke permukaan, maka temperatur dan tekanan reservoir akan

mengalami penurunan, yang akan berpengaruh terhadap kelarutan komponen-

komponen air. Air mempunyai batas kemampuan dalam menjaga senyawa

hasil kombinasi ion-ion tersebut tetap dalam larutan, dan jika perubahan

kondisi tersebut menyebabkan harga kelarutan terlampaui, maka komponen-

komponen tersebut tidak akan terlarut lagi, melainkan terpisah dari pelarutnya

dan membentuk endapan scale.

Jenis scale yang biasa terbentuk pada kondisi pressure drop adalah karbonat

dan sulfat, sedangkan scale sodium khlorida (halite) hanya terbentuk pada air

dengan salinitas yang tinggi dan penurunan temperatur yang cukup besar.

Perubahan tekanan akan berpengaruh terhadap pembentukan scale karbonat,

terutama pada air formasi yang mengandung gas asam, dimana penurunan

tekanan terjadi seiring dengan proses penguapan gas dari larutan.

3. Evaporation-Induced Scale

Mekanisme pembentukan scale ini, terutama untuk halite, biasanya terjadi

pada reservoir dengan temperatur dan tekanan yang tinggi (high temperature

high pressure, HTHP) dan memproduksikan gas dan air formasi secara

bersamaan. Penguapan gas akan terjadi, bersama dengan meningkatnya

tekanan hidrostatik pada tubing, dan akan berpengaruh terhadap kelarutan

mineral terlarut pada air formasi. Mekanisme pembentukan scale jenis ini juga

terjadi pada proses injeksi gas CO2.

Sedangkan lokasi yang umum pada pengendapan scale adalah :

a. Scale pada pipa (Tubing dan Peralatan Produksi Permukaan)

Pengendapan scale pada pipa biasanya berupa lapisan yang relatif tipis yang

menempel pada dinding bagian dalam dari pipa. Ukuran partikel scale yang

terbentuk agak kasar, pada ukuran 1 cm atau bahkan lebih. Pembentukan

endapan ini terpengaruh adanya penurunan laju produksi, sehingga akan

meningkatkan kekasaran permukaan pipa dan memperkecil luasan ruang alir

fluida dalam pipa. Pertembuhan kristal scale yang tak terkendali

memungkinkan terjadinya penyumbatan pipa sacara menyeluruh.

b. Scale pada matriks formasi sekitar dasar sumur

Scale yang terbentuk pada matriks formasi sekitar dasar sumur biasanya

mempunyai ukuran partikel yang lebih halus jika dibandingkan dengan scale

pada pipa. Scale yang biasa terbentuk adalah scale karbonat ataupun sulfat.

Endapan scale yang terbentuk akan menyumbat matriks batuan, screen

ataupun gravel pack pada perforasi.

c. Scale pada Sumur Injeksi

Mekanisme terbentuknya scale pada sumur injeksi berupa auto-scaling

sebagai akibat dari penurunan temperatur. Selain itu scale juga terbentuk

sebagai akibat dari percampuran dua jenis air yang tidak kompatibel, yaitu

pada saat air injeksi bercampur dengan air air formasi yang terdapat disekitar

dasar sumur injeksi pada tahap awal dari proses injeksi air. Scale yang

terbentuk akan menurunkan permeabilitas dan berpengaruh terhadap

keberhasilan program injeksi.

5.3. Penanganan Masalah Scale

Penanganan masalah scale meliputi upaya pencegahan terhadap

pembentukan maupun pengendapan scale serta penanggulangan atau pembersihan

scale yang telah terbentuk. Program penanganan didesain berdasarkan pada data

hasil identifikasi mekanisme dan kondisi pembentukan, lokasi terbentuknya scale

serta komposisi endapan yang terbentuk.

Upaya pencegahan yang seringkali dilakukan adalah dengan

meninjeksikan zat kimia pengontrol scale (scale inhibitor), baik pada formasi

maupun pada pipa-pipa dan peralatan produksi dipermukaan. Zat kimia tersebut

bekerja dengan cara menjaga partikel pembentuk scale tetap dalam larutan,

sehingga diharapkan tidak terjadi pengendapan..

Selain penggunaan scale inhibitor, dengan mempertimbangkan pengaruh

tekanan pada penurunan kelarutan, pressure maintenance baik dengan injeksi air

ataupun injeksi gas, dapat berperan dalam upaya pencegahan terbentuknya scale.

Sedangkan pada program injeksi air untuk meningkatkan perolehan minyak

(water flooding), upaya pencegahan diterapkan pada perencanaan air yang akan

diinjeksikan. Berdasarkan pada data air formasi dari analisa, air injeksi dirancang

mempunyai sifat fisik dan kandungan kimia tertentu, sehingga kemungkinan

adanya reaksi pembentukan padatan scale dapat dieliminasi.

Penanggulangan masalah scale bertujuan untuk menghilangkan endapan

scale baik scale yang menyumbat pada matriks batuan formasi ataupun scale yang

menempel pada dinding pipa dan peralatan di permukaan. Hal pokok yang perlu

dipertimbangkan dalam perencanaan program penanggulangan adalah kecepatan

proses, pengaruh terhadap adanya kerusakan pada peralatan produksi, tubing

ataupun formasi yang akan dibersihkan, serta kemampuan untuk mencegah

terbentuknya endapan lanjutan (re-precipitation).

Berdasarkan metode yang digunakan, penanggulangan scale dapat

dibedakan menjadi dua macam, yaitu penanggulangan secara mekanik dan

kimiawi. Pemilihan metode mekanik yang digunakan pada program

penanggulangan scale didasarkan pada lokasi terbentuknya scale, sedangkan

pemilihan metode kimia didasarkan pada jenis scale yang terbentuk. Scale yang

terbentuk pada formasi dapat dibersihkan secara kimiawi dengan pengasaman

serta penerapan hydraulic fracturing. Untuk endapan scale pada pipa-pipa dan

peralatan produksi, akan lebih efektif apabila digunakan metode mekanik,

meskipun tidak menutup kemungkinan penggunaan metode kimia.