1 BAB I Pendahuluan Tahun 1959 Richard Feynman memprediksi bahwa suatu saat akan ada material yang diproduksi dalam bentuk atomik. Kemudian, pada tahun 1974, Norio Taniguchi membuat sebuah pernyataan bahwa nanoteknologi adalah partikel nano yang berukuran kurang dari 1-100 nm (Weiss, 2007). Manipulasi dan kontrol material nano telah merevolusi berbagai industri, termasuk industri minyak dan gas. Studi tentang aplikasi partikel nano dalam sektor minyak dan gas mencakup kegiatan pemboran dan pengendalian kepasiran (Chaudhury, 2003, Zitha dkk., 2005, Evdokinov dkk., 2006), reologi fluida (Aftab dkk., 2017), pengurangan produksi air di reservoir minyak (Amanullah, 2006), pencegahan migrasi butiran (Rohaida, 2021), penanggulangan terjadinya scale serta percepatan pengeringan semen (Santra dkk., 2012), mitigasi migrasi hidrat (Bhatia dkk., 2011). Aplikasi penggunaan partikel nano pada EOR (Enhanced Oil Recovery) juga menjadi fokus pada penggunaan chemical sebagai metode EOR, yang didasarkan pada fakta bahwa dua pertiga dari cadangan minyak masih tertinggal setelah produksi minyak dengan metode primer dan sekunder (Bai, 2008) dan fakta bahwa cadangan minyak nasional mengalami penurunan sejak tahun 2000 dikarenakan jumlah konsumsi lebih besar daripada jumlah produksi (Abdurrahman dkk., 2017). Upaya meningkatkan perolehan minyak dari reservoir dilakukan dengan mengubah parameter yang berpengaruh pada peningkatan perolehan minyak (Alsaba dkk., 2020). Kemampuan partikel nano memodifikasi beberapa parameter di media berpori seperti sifat kebasahan batuan, penyebaran bahan kimia pada permukaan batuan, dan penurunan IFT antara air dan minyak (Jagar dkk., 2018). Beberapa studi tentang penggunaan partikel nano pada EOR dan IOR (Improve Oil Recovery) antara lain penggunaan beberapa bahan material partikel nano (Li dkk., 2015, Sheshdesh dkk., 2015, Hendraningrat dkk., 2014), penggabungan partikel nano dengan material lainnya untuk menambah peningkatan perolehan minyak seperti penambahan partikel nano untuk CO 2 huff n puff pada batuan serpih minyak 2 (Zheng dkk., 2020), penambahan nano pada injeksi polimer (Wang dkk., 2020), penambahan partikel nano pada injeksi surfaktan (Ahmadi dkk., 2017, Al-Anssari dkk., 2017), injeksi gabungan partikel nano, surfaktan dan low salinity water injection (LSWI) (Olayiwola dkk., 2020). Saat ini material silika sebagai bahan untuk membuat partikel nano banyak diinvestigasi karena memperlihatkan peningkatan yang signifikan pada peningkatan perolehan minyak dan memiliki potensi yang besar untuk diaplikasikan di lapangan (Alsaba dkk., 2020). Partikel silika nano dapat mengubah sifat kebasahan batuan, menurunkan tegangan antar muka fluida (IFT), dan meningkatkan rasio mobilitas (Jagar dkk., 2018). Studi tentang penggunaan partikel nano untuk mengubah sifat kebasahan minyak dan meningkatkan efisiensi perolehan minyak secara statis dengan mengkaji pemilihan ukuran dari partikel silika nano (Hendraningrat dkk., 2014, El-Diasty, 2013, Li dkk., 2013), mengkaji pengaruh konsentrasi fluida nano terhadap perubahan sudut kontak (Hendraningrat dkk., 2013, Reza dkk., 2019, Rashidi dkk., 2021), mengkaji pengaruh nano terhadap penurunan tegangan fluida minyak dan air formasi (Hendraningrat dkk., 2015, Ragab dkk., 2015), serta pengaruh injeksi fluida nano terhadap adsorpsi di batuan dengan perubahan kenaikan tekanan injeksi (Li dkk, 2015) dan mengkaji pengaruh injeksi fluida partikel nano terhadap perolehan minyak (Ju dkk., 2006, Skauge dkk., 2010, Onyenkowu dkk., 2010, Hendraningrat dkk., 2013, Keykhosravi dkk., 2021, El-Diasty, 2013). Beberapa penelitian tersebut memperlihatkan bahwa penggunaan partikel nano merupakan hal yang menjanjikan sebagai agen untuk metode EOR untuk peningkatan perolehan minyak di reservoir. Hasil studi yang telah ada saat ini mengenai penggunaan partikel silika nano jenis LHP dan HLP dalam peningkatan perolehan minyak tahap lanjut melalui injeksi coreflood sebagian besar terbatas pada batu pasir water-wet dan batu karbonat oil- wet. Namun, masih sangat sedikit penelitian yang mengeksplorasi pengaruh LHP dan HLP terhadap perolehan minyak pada batuan karbonat neutral-wet serta perbandingannya dengan sifat kebasahan batuan karbonat water-wet. Selain itu, kajian mengenai hasil adsorpsi secara dinamis dan pengaruh laju alir injeksi 3 terhadap peningkatan perolehan minyak pada batuan karbonat masih terbatas, sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut untuk memahami mekanisme yang terlibat secara lebih mendalam. I.1 Latar Belakang Partikel silika nano untuk metode EOR memiliki kemampuan untuk mengubah sifat kebasahan batuan dengan mekanisme uniknya yang disebut sebagai disjoining pressure yaitu pembentukan lapisan film tipis yang berbentuk baji (wedge) ketika kontak dengan fasa diskontinyu dan substrat, baji tersebut bertindak untuk memisahkan fluida minyak dan air formasi dengan batuan reservoir yang menyebabkan mobilitas minyak meningkat sehingga efisiensi perolehan minyak meningkat dan saturasi residual minyak menurun (McElfresh dkk., 2012a, Chengara dkk., 2004). Selain itu partikel silika nano memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan partikel mikro sehingga dapat meningkatkan energi pada permukaan. Keuntungan lain penggunaan partikel nano pada injeksi EOR adalah menurunkan IFT, pengontrolan viskositas dan kestabilan buih serta emulsi. Walaupun catatan kesuksesan injeksi nano sangat luas, teknik injeksi fluida nano memiliki ekspektasi untuk peningkatan efisiensi perolehan minyak sehingga pengembangan dan penelitian dari material nano untuk metode EOR sangat potensial untuk revolusi perubahan industri minyak (Peng dkk., 2017). Ilustrasi mekanisme partikel silika nano terlihat pada Gambar I.1. Sejumlah peneliti telah melakukan kajian mengenai injeksi coreflood menggunakan partikel silika nano diantaranya, Ju (2006) melakukan injeksi partikel silika nano jenis LHP (lipophobic and hydrophilic polysilicones) pada batu pasir yang basah air (water-wet) dan berhasil meningkatkan perolehan minyak. (Ju dkk., 2006) Onyenkonwu dan Ogolo (2010) menggunakan tiga jenis partikel silika nano LHP, HLP (hydrophobic and lipophilic polysilicones) dan NWP (neutrally wet polysilicones) yang diinjeksikan pada batu pasir dengan sifat kebasahan awal water-wet. Hasilnya menunjukkan bahwa partikel jenis HLP dan NWP merupakan agen yang efektif untuk batuan pasir dengan sifat kebasahan water-wet. Pada tahun 2012, Shahrabadi melakukan studi injeksi penggunaan partikel silika nano jenis 4 HLP pada batu pasir water-wet dan berhasil meningkatkan perolehan minyak. Hendraningrat dkk. (2013) melakukan injeksi partikel silika nano jenis LHP pada batu pasir Berea dengan sifat kebasahan water-wet, intermediate-wet/neutral-wet dan oil-wet hasilnya dapat meningkatkan perolehan minyak dengan baik dengan faktor efisiensi dispalecement tertinggi didapatkan pada batu pasir Berea dengan sifat kebasahan neutral-wet. Keykhosravi baru-baru ini melihat pengaruh Injeksi LHP pada batuan dolomit dengan sifat kebasahan oil-wet dengan konsentrasi berbeda dan didapatkan hasil peningkatan perolehan minyak 71-78% dengan perolehan minyak yang lebih besar didapatkan pada konsentrasi fluida nano yang lebih tinggi. Selain studi injeksi partikel silika nano, hanya sedikit studi yang mengkaji pengaruh laju alir injeksi terhadap peningkatan perolehan minyak. Hendraningrat dkk. (2013) melihat pengaruh laju alir antara 0,2 hingga 0,8 cc/min pada injeksi LHP pada batu pasir Berea strong water-wet memperoleh hasil bahwa laju alir injeksi yang lebih tinggi menurunkan perolehan minyak. Sementara itu, Otomosho dkk. (2019) yang menganalisis laju alir injeksi partikel silika nano LHP pada batu pasir water-wet di Niger-Delta , mendapatkan hasil bahwa peningkatan laju injeksi antara 0,5 hingga 3 cc/min mendapatkan hasil bahwa laju injeksi antara 0,5 hingga 1 cc/min dapat meningkatkan perolehan minyak namun peningkatan laju alir tidak mempengaruhi terhadap peningkatan perolehan minyak. Beberapa peneliti telah mengeksplorasi pengaruh adsorpsi, yaitu proses mekanisme interaksi partikel silika nano dengan batuan dan fluida sehingga partikel silika nano teradsorpsi pada permukaan batuan atau fluida. Proses ini menyebabkan terjadinya. Yu dkk., (2012) melakukan studi tentang pengaruh adsorpsi statis partikel silika nano LHP pada 3 jenis batuan yang berbeda yaitu batu pasir, batu gamping (limestone) dan dolomit (dolomite). Penelitian tersebut dilakukan dengan cara mencampurkan larutan partikel silika nano ke dalam sistem batuan dan diukur konsentrasi kesetimbangan dengan spektrofotometer emisi atom (ICP-AES) dan didapatkan adsorpsi kesetimbangan untuk batu pasir, batu gamping dan dolomit adalah 1,272 mg/g, 5,501 mg/g dan 0 mg/g. Tahun 2020 ada Arain yang melihat 5 pengaruh temperatur terhadap adsorpsi statis secara kualitatif LHP dan HLP pada mineral kalsit yang bersifat oil-wet dan water-wet, dengan mengukur kekasaran dari permukaan plate kalsit. Hasil yang diperoleh memperlihatkan perubahan kekasaran plate kalsit dari 18-54 nm menjadi 69-2490 nm. Studi ini menginvestigasi pengaruh penggunaan partikel silika nano LHP dan HLP yang diinjeksikan pada batuan karbonat dengan sifat kebasahan awal water-wet dan neutral-wet dengan menggunakan minyak mentah ringan yang berasal dari Sumatra pada beberapa skenario injeksi dan beberapa laju alir injeksi yang berbeda serta bagaimana pengaruh hasil adsorpsi dinamis tersebut untuk memberikan wawasan baru mengenai pemilihan jenis partikel silika nano dengan sifat kebasahan batuan yang berbeda pada batuan karbonat untuk peningkatan perolehan minyak tahap lanjut. Gambar I.1 Ilustrasi mekanisme partikel silika nano dengan fluida dan batuan pada EOR. (Jumiati dkk., 2024) 6 I.2 Rumusan Masalah Berdasarkan kajian pustaka dan latar belakang, studi ini ditujukan untuk menjawab pertanyaan antara lain: x Bagaimana pengaruh injeksi partikel silika nano LHP dan HLP pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet terhadap peningkatan perolehan minyak dengan beberapa skenario injeksi. x Bagaimana pengaruh parameter laju injeksi pada injeksi partikel silika nano LHP dan HLP pada batuan karbonat yang memiliki sifat kebasahan water- wet dan neutral-wet terhadap peningkatan perolehan minyak. x Bagaimana pengaruh adsorpsi dinamik partikel silika nano LHP dan HLP pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet dan hubungannya dengan factor perolehan minyak. I.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk memahami perilaku partikel silika nano dalam aplikasi injeksi EOR pada batuan karbonat, dengan fokus pada aspek-aspek yaitu: x Untuk menginvestigasi pengaruh partikel silika nano LHP dan HLP pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet terhadap peningkatan perolehan minyak dengan beberapa skenario injeksi. x Mendapatkan laju injeksi fluida (LHP dan HLP) yang paling optimal pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet. x Mendapatkan tingkat adsorpsi dinamis partikel silika nano LHP dan HLP yang optimal pada perolehan minyak batuan karbonat water-wet dan neutral- wet. I.4 Hipotesis Hipotesis dari rumusan masalah studi ini adalah: x Jika dilakukan injeksi partikel silika nano LHP dan HLP pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet maka akan terjadi proses interaksi 7 partikel silika nano LHP dan HLP dengan batuan, yang mengakibatkan perubahan sifat kebasahan batuan dan perubahan interfacial tension karena sifat mekanisme partikel silika nano pada batuan dan fluida. Hal ini akan berpotensi meningkatkan perolehan minyak. x Besarnya laju alir injeksi akan mempengaruhi waktu tinggal partikel silika nano LHP dan HLP pada batuan. Semakin tinggi laju alir, maka interaksi semakin lama, yang mempengaruhi retensi partikel silika nano pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet. Namun, besarnya laju alir juga mempengaruhi kestabilan fluida karena semakin cepat laju alir padatan bergerak lebih lambat dibandingkan fluida pencampur, sehingga mempengaruhi tingkat perolehan minyak. x Mekanisme perubahan sifat kebasahan batuan dan IFT pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet pada injeksi partikel silika nano LHP dan HLP akan dipengaruhi oleh tingkat adsorpsi partikel silika nano LHP dan HLP pada batuan karbonat water-wet dan neutral wet sehingga mempengaruhi besarnya tingkat perolehan minyak. I.5 Asumsi-Asumsi Batasan masalah dalam penelitian ini adalah: x Sampel minyak yang digunakan berasal dari lapangan minyak cekungan di Sumatera yang termasuk kategori minyak ringan dengan API 38. x Air formasi yang digunakan merupakan sintesis larutan NaCl dengan salinitas 5000 ppm, yang merupakan karakteristik salinitas dari salah satu lapangan di Cekungan Sumatera. x Sampel batuan yang digunakan adalah batu karbonat yang memiliki sifat kebasahan awal water-wet dan neutral-wet. x Partikel silika nano yang digunakan adalah jenis LHP (lipophobic hydrophilic polysilicones) dan HLP (hydrophobic and lipophilic polysilicones). x Pada perhitungan adsorpsi dinamik, diasumsikan bahwa effluent fluida nano hasil injeksi coreflood pada batuan karbonat tidak mengandung impuritas 8 silika yang lepas berasal dari batuan karbonat dan tidak ada silika yang tertinggal di saluran injeksi. I.6 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian ini adalah: x Karakterisasi partikel silika nano, batuan karbonat, sampel air formasi, evaluasi kestabilan fluida partikel nano dan pengujian perubahan sifat kebasahan batuan dan IFT. x Injeksi partikel nano pada coreflood pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet dengan tiga skenario injeksi dan pengaruh parameter tiga laju alir injeksi. x Pengujian keluaran fluida nano hasil injeksi coreflood untuk diketahui konsentrasi untuk mengetahui bagaimana hasil adsorpsi partikel silika nano pada batuan karbonat dan minyak bumi saat injeksi coreflood. I.7 Kontribusi Terhadap Industri dan Ilmu Pengetahuan Mengingat pentingnya injeksi partikel silika nano untuk EOR dan pentingnya mengetahui mekanisme yang terjadi pada injeksi partikel silika nano LHP dan HLP kontribusi keilmuan dari studi ini adalah: x Tambahan referensi bagi penelitian partikel silika nano pada injeksi partikel silika nano LHP dan HLP di batuan karbonat water-wet dan neutral-wet dan pengaruh adsorpsi dinamik serta laju alir injeksi terhadap peningkatan perolehan minyak. x Sebagai bahan rujukan dalam perencanaan injeksi partikel silika nano pada Industri minyak dan gas pada metode EOR. I.8 Kebaruan/Novelty Penelitian terdahulu mengenai mekanisme dan injeksi partikel silika nano pada batuan reservoir, khususnya jenis LHP pada batu pasir dengan sifat kebasahan awal water-wet dan batuan karbonat oil-wet, telah banyak dilakukan. Namun, studi tentang partikel silika nano jenis HLP yang diinjeksikan pada batuan reservoir 9 water-wet masih jarang dan terbatas pada pengaruh adsorpsi statik. Belum banyak literatur yang membahas secara mendalam tentang pengaruh injeksi dan adsorpsi dinamik. Sampai saat ini, belum ada penelitian yang secara spesifik membahas pengaruh injeksi partikel silika nano LHP dan HLP pada batuan karbonat dengan sifat kebasahan neutral-wet, atau membandingkannya dengan batuan karbonat water-wet, khususnya mengenai pengaruh adsorpsi dinamik dari sampel injeksi dan laju alir injeksi. Oleh karena itu, penelitian ini berupaya mengisi celah tersebut dan diharapkan dapat memberikan kontribusi baru dalam bidang ilmu pengetahuan yang terangkum pada table I.1. Kebaruan dari penelitian ini mencakup pengaruh penggunaan partikel silika nano LHP dan HLP pada injeksi batuan karbonat neutral-wet dalam meningkatkan perolehan minyak, serta dampak laju injeksi fluida LHP dan HLP terhadap peningkatan perolehan minyak dan adsorpsi dinamik pada batuan karbonat water-wet dan neutral-wet. Kebaruan pada penelitian ini adalah: x Pengaruh penggunaan partikel silika nano LHP dan HLP pada injeksi batuan karbonat neutral-wet pada peningkatan perolehan minyak serta perbandingannya pada batuan karbonat water-wet. x Pengaruh laju injeksi fluida LHP dan HLP pada perolehan minyak di batuan karbonat water-wet dan neutral-wet pada perolehan minyak x Adsorpsi dinamik partikel silika nano LHP dan HLP pada fluida minyak dan batuan karbonat water-wet dan neutral-wet pada peningkatan perolehan minyak. 10 Tabel I.1 Matrik Gap Penelitian No. Penulis Tahun Batuan Reservoir Kalsit Sifat kebasahan batuan Jenis NPs Parameter Dependent Adsorpsi Batu pasir Karbonat WW NW OW LHP HLP NWP RF Laju alir Statik dinamik 1 Ju dkk. 2006 √ √ √ √ 2 Onyenkonwu dkk. 2010 √ √ √ √ √ √ 3 Shahrabadi dkk. 2012 √ √ √ √ 4 Hendraningrat dkk. 2013 √ √ √ √ √ √ √ 5 Keykhosravi, A. dkk. 2021 √ √ √ √ 6 Omotosho dkk. 2019 √ √ √ √ 7 Yu dkk. 2012 √ √ √ √ √ √ √ √ 8 Arain dkk. 2019 √ √ √ √ √ √ 9 Wiwiek Jumiati dkk. 2024 √ √ √ √ √ √ √ √.