Emulsion

Surface Facilities and Transportation

By Leksono Mucharam

Well Head

Gathering

Phase

Separation

Dehydration /

DesaltingH2S

Removal Stabilization

Storage or

Pipeline

Treating Dehydration Condensate

Removal

Compression or

Pipeline or

Reinjektion

Flare

Stabilization

Skimming

Deoiling /

Filtration

Softening /

Dearation

Disposal /

Reinjection

Cleanup Disposal

GAS

SAND

Water

GENERAL FIELD PROCESSING

Oil

Well Head

Head

GatheringPhase

Separation

Dehydration /

DesaltingH2S

Removal Stabilization

Storage or

Pipeline,

PUMP

Treating Dehydration Condensate

Removal

Compression or

Pipeline or

Reinjektion

Flare

Stabilization

Skimming

Deoiling /

Filtration

Softening /

Dearation

Disposal /

Reinjection

Cleanup Disposal

GAS

SAND

Water

General Field Processing

Gambarkan general system dari sistem

produksi lapangan minyak ?

Produced Water

from:

FWKO

Treaters

Test Equipment

Etc.

Primary

Treatment

Secondary

Treatment Disposal

Equipment Types

Skim Tank

Skim Vessel

CPI

Cross Flow

SP Pack

HydroCyclone

Equipment Types

CPI

Cross Flow

Flotation

SP Pack

HydroCyclone

Equipment Types

Disposal Pile

Skim Pile

SP Pile

Reinjection

Disposal Wells

PRODUCED WATER TREATING

SYSTEM

Proses Pemisahan Minyak untuk

Menghasilkan Air yang Bersih

Skim Vessel

Convensional

Parallel Plate

Interceptor (PPI)

Oil

Water

Oil

Water

Pada alat yang diatas ini (PPI), anda ditugaskan

untuk meningkatkan kinerja dari sistem pemisahan

minyak dan air nya?

Oil from:

FWKO

Separator

Etc.

Dehydration,Treating

System

Vertical Heater Treater

Horizontal Heater Treater

Gun Barrel

(Wash Tank)

Desalter *

H2S Removal *

CRUDE OIL TREATING

SYSTEMS

STORAGE

TANKSTABILIZATION

Oil Field Production

Production From Oil Field :

1. Produced Water

2. Oil production

3. Gas Production

4. Sand Production

Typical of Oil Field Production can

be identified by following parameter:

1). GOR

2). Water Cut

3). API Oil

4). LGR

5). Flow Rate (Oil, Gas, Water)

6). Sand production

7). Oil characteristic ( paraffin (wax), asphalt , resin, light oil, heavy

Oil)

8). Salt content in water

9). High Pour point Oil (mudah membeku pada temperatur rendah)

10). Low Pour point Oil.

Fluids

Surface Facilities

For HPPO ( High Pour Point Oil)

To water

treatment

Gas

Storage

Tank +

heater

Gas

Heater Treater

Three Phase

Separator

Oil

Surface Facilities

Fluids

To water

treatment

Gas

Storage

Tank +

heater

Gas

Three Phase

Separator

To water

Treatment

Gas

Oil

Gun Barrel / Wash Tank

Oil

Oily

Water

Typical Treating Temperature (oF)

Jenis

Emulsi

0API Gun Barrels/

Wash Tank

Heater

Treater

Electrostatic

Heater Treater

Loose > 35 80 - 100 100 - 120 85 - 105

Moderate 25 - 35 100 - 120 120 - 180 105 - 140

Tight 15 - 25 120 + 140 - 200 120 - 160

Very Viscous 10 - 15 - 180 - 250 160 - 230

Typical Crude Oil Pipeline

Specification

S & W ( SEDIMENT AND WATER CONTENT ) : < 1.0 WT %

POUR POINT : < 50 oF

SOUR CRUDE : > 0.5 WT % SULFUR

RVP (REID VAPOR POINT) : < 9.5 PSIA @ 100oF

SWEET CRUDE : < 0.5 WT % SULFUR

RVP (REID VAPOR POINT) : < 8.0 TO 10.0 PSIA @100F

VISCOSITAS : < 325 SSU @ 60 F

Typical Liquid Retention Time

Jenis Treater Typical Liquid-Phase

Retention Time

Gun Barrels / Wash Tank 8 - 24 hr

Vertical Heater Treater 0.5 - 4 hr

Horizontal Heater Treater 0.5 - 4 hr

Electrostatic Treater 15 - 120 min

Free Water Knockouts 25 - 30 min @ 60 F

20 - 25 @ 70 F

15 - 20 @ 80 F

10 - 15 @ 90 F

5 - 10 @ 100 F

Typical Liquid Retention Time

Jenis Treater Typical Liquid-Phase

Retention Time

Gun Barrels / Wash Tank 8 - 24 hr

Vertical Heater Treater 0.5 - 4 hr

Horizontal Heater Treater 0.5 - 4 hr

Electrostatic Treater 15 - 120 min

Jika suatu lapangan minyak berproduksi 10,000 bbf per hari ( 5

% Water Cut), berapa volume minimum Gun Barrel, Vertical

heater treater, Horizontal Heater Treater dan Electrostatic Treater

yang diperlukan , dimana masing masing alat tersebut diatas

menggunakan harga minimum Retention time ?

EMULSI (Pendahuluan)

Dalam memproduksi minyak bumi selalu

terproduksi juga fasa air bersama dengan minyak

bumi. Water cut (WC) dari lapangan minyak terus

meningkat dengan bertambahnya kumulatif

produksi minyak. Kandungan air pada produksi

minyak sangat bervariasi dari 1 % sampai

dengan 97 %.

ow

w

Q Q

Q WC

BS & W

• BS & W singkatan dari Basic Sediment

& Water. BS & W digunakan untuk

menyatakan kandungan air dan solid

(padatan).

• Pembatasan BS & W umumnya antara

0.1% sampai dengan 3.0 %,

tergantung pada Kondisi Lokal, kerja

yang umum dilakukan, dan

persetujuan kontrak. Water

Solid

Glass Tube

Oil

Pembatasan BS & W berguna

untuk:

• Menghindari kenaikan biaya transportasi

• Biaya treatment dan pembuangan

• Kerusakan peralatan.

• Kandungan panas.

BS & W

• Solid yang umum terproduksi bersama dengan air dapat terdiri dari:

– Sand

– Silt

– Mud

– Scale

– Endapan padatan lain yang tidak dapat larut.

EMULSI (Pendahuluan)

Dengan bercampurnya minyak dan air,

sehingga produksi minyak sering

mengandung emulsi, dan ini memerlukan

suatu penanganan khusus agar minyak

yang dijual dapat memenuhi spesifikasi

yang ditentukan.

Persyaratan Selain BS&W

• Persyaratan lain diluar BS&W yaitu Salt

Content dalam minyak. Dengan

menghilangkan air dari minyak dari dapat

menurunkan Salt Content.

DEFINISI EMULSI

• Emulsi adalah suatu sistem cairan yang

heterogen terdiri dari dua cairan yang

immiscible dengan salah satunya tersebar

(dispersed) dalam bentuk droplet yang

terapung dalam fluida / cairan kedua.

• Dalam Emulsi terdapat Emulsifier yang

dapat mencegah terjadinya Coalescence.

• Dalam Dispersion tidak ada inhibition

(mencegah) terjadinya Coalescence.

Smith and Arnold, 1987

Water

OIL

Oil

Oil-in-Water-in-Oil (o/w/o), sering

terjadi di polymer Flood.

Example of Tight and Loose Emulsions

( Bansbach, 1970 )

Emulsion

Water

Water

Stablitas Emulsi

• Emulsi dikontrol oleh jenis dan jumlah dari Surface-

Active-Agents atau padatan halus yang bertindak

sebagai emulsifier agent.

Droplet

Internal / Dispersed / Discontinue Phase

Matrik emulsi / eksternal / continuous

phase

Interfacial film merupakan suatu pemisah

Yang dapat mencegah coalescence

Jenis Emulsi

• Emulsi crude oil dan air paling banyak ditemukan berupa air yang terdispersi dalam fasa minyak.

• Terjadinya butiran air adalah hasil dari adanya tegangan permukaan atau Interfacial Tension (IFT), dyne/cm.

• Ada dua jenis emulsi minyak-air : (1) Emulsi air dalam minyak atau “ Normal Emulsion“ dan (2) Emulsi Minyak dalam Air atau “ Inverse Emulsion”

Jenis Emulsi

AIR

OIL Emulsi air dalam minyak atau

Emulsi Normal. Dalam lapangan

minyak, water-in-crude-oil (w/o)

sering disebut juga REGULAR.

OIL

AIR•Emulsi minyak dalam air (o/w)

atau Inverse atau reverse

Emulsion. Emulsi minyak dalam

air umumnya terjadi pada

produksi minyak berat dan pada

air produksi.

•Electrostatic treater tidak dapat

digunakan pada emulsi jenis ini.

EMULSI AIR DALAM MINYAK

OIL

EMULSI AIR DALAM MINYAK

OIL

TERJADI COALESCENCE PADA EMULSI

AIR DALAM MINYAK

OIL

Emulsi dan Dispersi

• Kalau droplet air berada dalam fasa

minyak bersentuhan (coalescence) maka

butir akan menjadi lebih besar. Sampai

ukuran tertentu, droplet ini akan

mengendap. Jika pada batas droplet dan

fasa kontinu tidak terdapat emulsifier,

maka droplet tadi disebut sebagai

dispersion.

Pengaruh Adanya Emulsifier

• Menurunkan interfacial tension dari droplet air, sehinggaukuran droplet lebih kecil. Ini lebih sulit atau akanmemakan waktu lebih lama untuk settling.

• Membentuk lapisan pada permukaan droplet, sehinggamencegah terjadinya coalescing ketika berbenturan.

• Emulsifier dapat mengakibatkan polar molekul, sehinggamenyebabkan terjadinya muatan listrik yang samasehingga terjadi saling tolak menolak antar droplet.

+

+

+

+

+

Beberapa Jenis Emulsifier

• Paraffin

• Resin

• Organic Acid

• Salts (methalic salt)

• Coloidal Silt, clay

• Asphalt Drilling Mud

Persamaan Stoke

d ) SG - SG ( 10 x 1.78 V

2mow

6-

t

Vt = kecepatan settling droplet relatif terhadap fasa minyak yg kontinu

dm = diameter droplet, μm

SG = specific gravity

µ = viskositas fasa kontinu, cp

Tiga Sarat Terbentuknya Emulsi

• Ada dua cairan yang immiscible (air dan minyak)

• Ada agitasi ( di choke, valve, aliran turbulent)

• Ada emulsifying agent.

MINYAK

EMULSI

AIRFree Water

Macroemulsion

mempunyai ukuran 0.2 –

50 mm, microemulsion :

0.01 – 0.2 mm, Colloid

droplet : 0.001 – 1 mm

Growth of water layer with time

ho

he

hw

h

Time

hw/h

Free

Water

Oil

Emulsion

Bucket and Wier Design Untuk

Separator Tiga Fasa (Gas, Oil, Water

ho

hw

h’w

OIL

WaterA

Oil Weir Water Weir

Determination of Oil Pad Height In

Horizontal Separator

OIL

ho

hw

h’w

OIL

WaterA

Oil Weir Water Weir

Determination of Oil Pad Height

OIL

- 1 h h

- h h

h - h h h

h - h

h - h h

h h h

oo

ooo

'wwo

oo'w

oo'w

w

'wwwoo

ww

ww

w

w

Vertical Three-Phase Separator

Schematic

Agitasi Minyak dan Air Terjadi

Pada

• Pompa di dasar sumur,

• Aliran dalam tubing,

• Pompa dipermukaan,

• Aliran melalui choke, valve dll.

• Agitasi semakin besar, diameter droplet semakin

kecil.

• Ukuran droplet droplet dapat antara 1 μm dan

1000 μm.

Droplet Emulsi

• Agitasi semakin besar, diameter droplet

semakin kecil.

• Ukuran droplet dapat antara 1 μm dan

1000 μm. Lebih kecil ukuran droplet akan

lebih sulit dipisahkan.

• Jika emulsi tidak ditangani dengan baik,

maka pemisahan minyak dan air di

separator tidak optimal.

Droplet Emulsi

• Jumlah volume emulsi air dalam minyak

dapat berkisar antara 1 s/d 60 %.

• Pada minyak ringan (API > 20), jumlah

volume emulsi dapat berkisar antara 5 –

20 %.

• Pada minyak berat (API < 20), jumlah

volume emulsi dapat berkisar antara 10 –

35 %.

Emulsifying Agent

• Merupakan suatu komponen surface-

active yang menempel pada

permukaan water droplet yang dapat

menurunkan ITF.

Jenis Jenis Emulsifying Agent

• Asphaltic

• Oil wet solids : sand, iron, zinc, aluminium sulfate, silt, shale particles, crystallized paraffin, calcium carbonate, iron sulfide.

• Sabun / foam.

Dengan penambahan emulsifier, interfacial tension

akan semakin kokoh, sehingga emulsi air dalam

minyak semakin stabil dan dapat mencegah pecahnya

emulsi.

Pencegahan Terjadinya Emulsi

• Mengeluarkan air dari produksi.

• Menerapkan desain dan praktek produksi yang baik.

• Mencegah kebocoran semen pada formasi.

• Mencegah aliran tubulent yang semestinya (over pumping).

• Menambah demulsifier.

Kestabilan Emulsi

• Umumnya crude oil dengan API yang rendah (density besar) akan membentuk emulsi yang lebih stabil dan lebih banyak dari pada minyak dengan API yang tinggi.

• Asphaltic based oil mempunyai tendensi meng emulsi lebih capat dibandingkan dengan paraffin based oil.

• Minyak dengan viskositas tinggi biasanya membentuk suatu emulsi yang lebih stabil dan sulit untuk ditangani.

Viskositas Emulsi

• Viskositas emulsi selalu lebih besar dari pada

viskositas minyak murninya. Jika tidak tersedia

data, persamaan berikut dapat digunakan untuk

memperkirakan viskositas emulsi :

) F 4.1 F 2.5 1 ( 2oe

Dimana µe = viskositas emulsi

µo = viskositas minyak murni

F = fraksi dari fasa yang terdispersi

(fasa air).

Viskositas Emulsi

Fraksi air0.0 1.0

μe

Metoda yang dapat digunakan untuk

menangani Crude Oil Emulsion

• Cara 1: Destabilization– Chemical

– Heating

• Cara 2: Coalescence– Agitasi, Coalescing Plate, Electric Field, Water

washing, Filtering, Fibrous Packing, Heating, Centrifugation

• Cara 3: Gravity Separation– Gravity Settling

– Heating

– Centrifugation.

Sifat-Sifat Air Nilai

Salinitas, ppm 1500-3000

Faktor Volume formasi @ 200oF (Bw), bbl/STB

P = 900 psi 1.0339

P = 14.7 psi 1.373

Kompresibilitas @ 200oF (Cw), 1/psi

P = 900 psi 3.24x10-6

P = 14.7 psi 3.31x10-6

Viskositas air @ 200oF dan 2300 ppm, cp 0.32