Perpustakaan Digital ITB
Operasi hydraulic fracturing membutuhkan volume air tawar (fresh water) yang
besar, sehingga pemanfaatan air terproduksi (produced water) menjadi solusi
strategis untuk mencapai keberlanjutan sumber daya air. Namun, kandungan ion
kompleks dalam produced water dapat memengaruhi kinerja fluida perekah dan
stabilitas batuan. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi laju pengembangan
volume lempung (clay swelling) menggunakan fluida perekah berbasis
Hydroxypropyl Guar (HPG) dan Carboxymethyl Hydroxypropyl Guar (CMHPG)
dengan modifikasi garam BaCl2 dan Na2SO4 pada berbagai kondisi salinitas NaCl.
Hasil uji X-Ray Diffraction (XRD) mengonfirmasi bahwa sampel batuan memiliki
kandungan total clay sebesar 54,76% yang didominasi oleh mineral
smectite/montmorillonite reaktif (52,12%), yang melandasi tingginya nilai Free
Swelling Index (FSI) kontrol sebesar 37,4% pada HPG dan 41% pada CMHPG
dalam pelarut AquaDM. Pengujian FSI membuktikan bahwa kation divalen Ba2+
lebih efektif dibandingkan divalen anion SO4
2- dalam mengompresi diffuse double
layer (DDL) pada salinitas rendah melalui pertukaran kation, sementara
peningkatan konsentrasi NaCl hingga salinitas tinggi (15.000 ppm) bertindak
sebagai pendorong utama atau menjadi faktor pengontrol dominan yang memicu
gradien tekanan osmotik yang menarik keluar air dari interlayer lempung (dehidrasi
osmotik), sehingga mereduksi nilai FSI hingga mencapai titik minimum 8,6% pada
kombinasi HPG-BaCl2. Pada sistem CMHPG, kurva penurunan FSI mulai
mencapai stabil (plateau) pada rentang konsentrasi 250 ppm hingga 500 ppm di
bawah pengaruh NaCl 15.000 ppm akibat terjadinya kondisi jenuh pada penetralan
muatan elektrostatik yang memperpendek panjang Debye dan memaksa lapisan
interlayer lempung menipis hingga mencapai volume hidrasi minimum. Analisis
reologi menunjukkan bahwa respons kedua polimer terhadap kondisi tersebut
bergantung pada karakter ioniknya: pada polimer HPG yang non-ionik, ion Ba2+
berkoordinasi dengan gugus hidroksil rantai polimer melalui kompetisi antara
kelasi intramolekul dan pembentukan jembatan antarmolekul, menghasilkan profil
viskositas non-monoton yang tetap kompetitif hingga meningkat pada salinitas
tinggi; sedangkan pada polimer CMHPG yang bersifat polielektrolit anionik, ion
Ba2+ dan background salinity menetralisir muatan gugus karboksilat melalui
penapisan muatan (charge screening), sehingga rantai polimer terkompresi
membentuk koil yang rapat (compacted state), dan viskositas menurun secara tajam
dan konsisten. Perbedaan mekanistik ini mengungkapkan konsekuensi tarik-ulur (trade-off) yang bersifat spesifik-polimer: kondisi salinitas tinggi dengan kehadiran
Ba2+ yang paling efektif menekan pengembangan lempung justru merupakan
kondisi di mana polimer HPG mempertahankan performa viskositas terbaiknya,
menjadikan kombinasi HPG dengan air produksi bersalinitas sebagai pilihan yang
optimal. Oleh karena itu, penelitian ini menyimpulkan bahwa polimer HPG nonionik
lebih unggul dibandingkan CMHPG untuk aplikasi fluida perekah berbasis
air produksi bersalinitas, dan bahwa pemanfaatan produced water sebagai air basis
fluida perekah memerlukan pengaturan komposisi ionik yang tepat guna
meminimalkan kerusakan formasi akibat clay swelling tanpa mengorbankan
kemampuan viskositas fluida dalam membawa proppant.