Tahapan Eksplorasi Minyak Bumi Beserta Kajian Dan Manfaatnya

Eksplorasi Minyak Bumi

Pencarian atau Eksplorasi minyak bumi merupakan kajian panjang yang melibatkan beberapa bidang kajian kebumian serta ilmu eksak. Untuk kajian dasar, riset tersebut dilakukan oleh para geologis, yakni orang-orang yang menduduki ilmu kebumian. Mereka merupakan orang yang mempunyai tanggung jawab terhadap pencarian hidrokarbon itu.

Perlu kita ketahui bahwa minyak yang ada di dalam bumi bukan berupa wadah yang seperti danau, tetapi berada di dalam pori-pori batuan bercampur dengan air.

Bagian Bagian Yang Mengandung Minyak Bumi

Batuan Sumber (Source Rock)

Merupakan batuan yang menjadi bahan utama pembentukan hidrokarbon. Umumnya yang berperan sebagai batuan sumber ini ialah serpih. Batuan tersebut kaya akan kandungan unsur atom karbon (C) yang didapat dari cangkang – cangkang fosil yang ada di batuan itu. Karbon itulah yang akan menjadi unsur utama dalam rantai penyusun ikatan kimia hidrokarbon.

Tekanan dan Temperatur

Untuk mengubah fosil tersebut menjadi hidrokarbon, temperatur dan tekanan yang tinggi di perlukan. Temperatur dan tekanan ini akan mengubah ikatan kimia karbon yang ada dibatuan menjadi ratai hidrokarbon.

Migrasi

Hidrokarbon yang telah terbentuk dari suatu proses diatas harus bisa berpindah ke tempat dimana hidrokarbon mempunyai nilai ekonomis untuk diproduksi. Di batuan sumbernya sendiri bisa dikatakan tidak memungkinkan untuk di ekploitasi sebab hidrokarbon disana tidak terakumulasi serta tidak bisa mengalir. Sehingga tahapan ini sangat penting untuk menentukan kemungkinan eksploitasi hidrokarbon tersebut.

Reservoar

Batuan yang merupakan suatu wadah untuk hidrokarbon yang merupakan kumpulan dari proses migrasinya. Reservoar ini umumnya merupakan batu pasir serta batuan karbonat, sebab kedua jenis batuan ini mempunai pori yang cukup besar untuk tersimpanya hidrokarbon. Reservoar begitu penting sebab pada batuan ini minyak bumi diperoduksi.

Eksplorasi minyak bumi

Perangkap (Trap)

Begitu penting sebuah reservoar di lindungi oleh batuan perangkap. Tujuannya ialah agar hidrokarbon yang ada di reservoar itu terakumulasi di tempat itu saja. Bila perangkap ini tidak ada maka hidrokarbon bisa mengalir ke arah tempat lain yang berarti ke ekonomisannya akan berkurang atau tidak sama sekali. Perangkap dalam hidrokarbon terbagi 2 yakni perangkap stratigrafi dan perangkap struktur.

Kajian geologi merupakan kajian regional, bila secara regional tidak menungkinkan untuk mendapat hidrokarbon maka tidak ada gunanya untuk diteruskan. Bila semua kriteria diatas dapat terpenuhi maka daerah tersebut kemungkinan memiliki potensi minyak bumi ataupun gas bumi. Sedangkan untuk menentukan ekonomis atau tidaknya diperlukan kajian lebih lanjut yang berkaitan dengan sifat fisik batuan. Maka penelitian batuan akan dilanjutkan pada langkah selanjutnya.

Kajian Geofisika

Setelah kajian dengan cara regional dan memakai metoda geologi dilakukan, dan hasilnya mengidentifikasikan potensi hidrokarbon, maka tahap selanjutnya ialah kajian geofisika. Di tahap ini metoda-metoda khusus dipakai untuk mendapatkan data yang lebih akurat untuk memastikan keberadaan hidrokarbon serta kemungkinannya untuk bisa di eksploitasi. Data-data yang dihasilkan dari pengukuran, yang merupakan cerminan kondisi serta sifat-sifat batuan di dalam bumi.

Ini penting untuk mengetahui apakah batuan tersebut mempunyai sifat-sifat sebagai batuan sumber, reservoar, serta batuan perangkap atau hanya batuan yang tidak penting dalam artian hidrokarbon. Metoda-metode ini memakai prinsip-prinsip fisika yang dipakai sebagai aplikasi engieering.

Metoda tersebut adalah:

• Eksplorasi seismik

Ini merupakan ekplorasi yang dilakukan sebelum pengeboran. Kajiannya meliputi daerah yang sangat luas. dari hasil kajian ini akan didapat gambaran lapisan batuan di dalam bumi.

• Data resistiviti

Prinsip dasarnya ialah setiap batuan berpori akan di isi dengan fluida. Fluida ini dapat berupa air, gas ataupun minyak. Membedakan kandungan fluida di dalam batuan salah satunya dengan memakai sifat resistan yang ada pada fluida. Fulida iar mempunyai nilai resistan yang rendah dibandingkan minyak, demikian juga dengan nilai resistan minyak lebih rendah daripada gas.

• Data porositas
• Data berat jenis

Data berat jenis

Data diambil dengan memakai alat logging dengan memakai bahan radioaktif yang memancarkan sinar gamma. Pantulan dari sinar ini akan menggambarkan berat jenis batuan. Dapat kita bandingkan jika pori batuan berisi sebuah air dengan batuan berisi hidrokarbon maka akan memiliki berat jenis yang berbeda.

Crude Distillation Unit

Crude Distillation Unit (CDU) beroperasi dengan prinsip dasar pemisahan berdasarkan titik didih komponen penyusunnya. Kolom CDU memproduksi
produk LPG, naphtha, kerosene, dan diesel sebesar 50-60% volume feed, sedangkan produk lainnya sebesar 40-50% volume feed berupa atmospheric residue. Distilasi Atmosferik berfungsi memisahkan minyak mentah (crude oil) atas fraksi-fraksinya berdasarkan perbedaan titik didih masing-masing pada keadaan Atmosferik. Atmospheric residue pada kilang lama, yang tidak memiliki Vacum Distillation Unit/VDU, biasanya hanya dijadikan fuel oil yang value-nya sangat rendah atau dijual ke kilang lain untuk dioleh lebih lanjut di VDU. Sedangkan pada kilang modern, atmospheric residue dikirim sebagai feed Vacuum Distillation Unit atau sebagai feed Residuel Catalytic Cracking (setelah sebagiannya di-treating di Atmospheric Residue Hydro Demetalization unit untuk menghilangkan kandungan metal atmospheric residue).

Umpan dan Produk Crude Distilation Unit

               Jenis umpan CDU dapat berupa ”sour” crude (impurities tinggi) atau “sweet” crude (impurities rendah) tergantung dari desainnya. Penggunaan crude non-disain tetap dimungkinkan namun terlebih dahulu harus dilakukan uji coba pemakaian untuk mengetahui efeknya terhadap unit-unit dowstream. Adapun UP II dumai mempunyai bahan mentah minyak dari Sumatera Light Crude dan Duri Light Crude

Tabel 1. Karakteristik Produk Distilasi Atmosferik Minyak Bumi Mentah

Residu yang diperoleh akan rusak (terurai) jika terus didistilasi pada tekanan atmosferik dengan temperatur yang lebih tinggi lagi. Oleh karena itu, residu ini didistilasi lagi pada tekanan vakum.

Aliran Proses Crude Distillation Unit (Distilasi Atmosferik)

Minyak mentah umpan masih mengandung kotoran garam dan pasir sehingga perlu dibersihkan terlebih dahulu karena kehadiran zat-zat ini dapat mempercepat laju korosi bahan konstruksi unit pengolahan, menyebabkan pengendapan kerak serta penyumbatan pada peralatan kilang. Pengolahan awal yang dilakukan adalah desalting atau pemisahan garam. Minyak bumi mentah dipompa dan dipanaskan lalu dicampur dengan air sebanyak 3-10% volume minyak mentah pada temperatur 90-150 ^oC. Garam-garam akan larut dan fasa air dan minyak akan memisah dalam tangki desalter.

Minyak mentah yang tidak mengandung garam dan padatan tersebut dipanaskan lagi dengan minyak residu panas lalu heater sebelum diumpankan ke kolom distilasi atmosferik. Produk atas kolom distilasi utama (gas kilang dan straight run gasoline) ini umumnya masih perlu distabilkan agar tidak terlalu banyak mengandung hidrokarbon-hidrokarbon yang sangat mudah menguap seperti butana di dalam kolom distilasi lain yang disebut kolom stabilisasi. Produk samping dan bawah yang berupa cairan dilucuti oleh kukus dan diuapkan lagi untuk menyempitkan rentang titik didihnya. Pelucutan ini diselenggarakan dalam kolom-kolom pelucut kecil yang disusun setelah kolom distilasi utama.

Peralatan utama:

Crude Distillation Tower (CDU/ T-1), atmospheric sidestream stripper (T-2) terdiri dari T-2A (kerosin), T-2B (LGO) dan T-2C (HGO).

Peralatan Pendukung :

Fraksionasi akumulator (D-1), KO drum (D-2, D-5 & D-3), heater (H-1 & H-2).

Gambar 5.Diagram Alir Proses  Distilasi Atmosferik

Pada diagram alir diatas crude oil  pada tangki penyimpanan dialirkan dengan menggunakan pompa ke unit penukar panas E-1 sampai E-7 sehingga temperaturnya mencapai 210^oC dan dialirkan ke tungku pemanas, heater H-1 untuk memanaskannya sampai dengan temperature 330^oC. Kemudian umpan masuk ke kolom distilasi (T-1) untuk memisahkan crude oil tersebut berdasarkan fraksi-fraksi titik didihnya. Proses pemisahan ini dilakukan pada tekanan atmosferik. Produk atas menghasilkan fraksi minyak teringan  berupa gas dan naphtha dan dialirkan melewati penukar panas E-8 lalu masuk ke tangki akumulator D-2, D-5 dan D-3 untuk memisahkan gas-gas yang ringan dengan naphtha. Gas-gas tersebut dibuang ke flare sedangkan fasa cairnya sebagian dikembalikan ke kolom distilasi dan sebagian lagi diambil sebagai produk naphtha (Straight Run Naphtha).

Dari tray 32, dengan menggunakan pompa ditarik side stream yang disebut TPA (Top Pump Around) yang setelah melalui penukar panas E-1 dan didinginkan dengan menggunakan pendingin air laut dalam E-10 dan dikembalikan ke puncak menara. Produk samping dari kolom distilasi tersebut dimasukkan ke kolom stripper, T-2. Fraksi kerosene diambil dari tray 24 dan mengalir ke stripper T-2A secara gravitasi. LGO (Light Gas Oil) diambil dari tray 12 dan mengalir ke stripper T-2B secara gravitasi untuk dihilangkan fraksi ringannya. Sedangkan HGO (Heavy Gas Oil)  mengalir ke stripper T-2C. Di kolom ini, fraksi-fraksi tersebut di-stripping dengan steam untuk mengambil fraksi-fraksi ringannya sehingga diperoleh kerosin, LGO, dan HGO. Sebagian dari setiap aliran samping ini dikembalikan ke kolom distilasi sebagai refluks dan sebagian lagi diambil sebagai produk untuk komponen blending (pencampuran). Produk bawah (bottom product) berupa long residu (LSWR) sebanyak 56% yang diumpankan ke dalam Heavy Vacuum Unit( HVU -110 ).

Variabel Proses Crude Distillation Unit

1. Flash Zone Temperature

Semakin tinggi flash zone temperature maka semakin banyak yield produk yang dihasilkan, dan sebaliknya semakin sedikit yield bottom CDU. Namun flash zone temperatue tidak boleh terlalu tinggi karena dapat mengakibatkan terjadinya thermal decomposition/cracking umpan. Temperature thermal decomposition/cracking tergantung jenis umpan. Pada umumnya temperature thermal decomposition/cracking crude adalah sekitar 370^oC (UOP menyebutkan 385^oC). Flash zone temperature diatur secara tidak langsung, yaitu dengan mengatur Combined Outlet Temperatur/COT fired heater.

2. Temperature Top Kolom CDU

Temperature top kolom CDU diatur dengan mengembalikan sebagian naphtha yang telah dikondensasi sebagai reflux kembali ke top kolom CDU. Jika temperature flash zone dinaikkan, maka reflux rate harus dinaikkan untuk menjaga temperature top tetap. Temperature top kolom merupakan salah satu petunjuk endpoint naphtha. Untuk memperoleh endpoint overhead produk yang lebih rendah maka top temperature harus diturunkan dengan cara menambah jumlah top reflux.

3. Tekanan Top Kolom CDU

Meskipun tekanan top kolom tidak pernah divariasikan, namun perubahan kecil pada tekanan top kolom akan menghasilkan perubahan besar pada temperature pada komposisi umpan yang tetap. Jika tekanan top kolom tidak dapat dijaga tetap dan operasi CDU hanya mengandalkan quality control produk hanya berdasarkan pengaturan temperature tray/temperature draw off, maka komposisi produk akan berubah cukup signifikan. Pressure swing yang sangat sering akan membuat operasi CDU menjadi tidak stabil. Untuk menjaga stabilitas tekanan top kolom maka dipasang temperature controller yang di-cascade dengan flow top reflux.

4. Stripping Steam

Jumlah stripping steam (superheated) yang dimasukkan ke bottom tiap side cut product stripper digunakan untuk menghilangkan uap ringan yang terlarut dalam produk, yang akan menentukan flash point produk. Stripping steam dapat juga dimasukkan ke bagian bawah/bottom kolom CDU sebagai pengganti reboiler dengan fungsi sama, yaitu menghilangkan fraksi ringan yang ada dalam produk bottom kolom CDU. 

Permasalahan, Penyebab, dan Troubleshooting yang terjadi di Crude Distillation

Tabel 2. Permasalahan, Penyebab, dan Troubleshooting yang terjadi di Crude Distilation

Permasalahan	Penyebab	Trobleshooting
Endpoint produk naphtha tinggi.	Adanya fraksi kerosene terikut dalam produk naphtha.	-           Turunkan temperture top kolom CDU dengan menambah jumlah top reflux. -           Turunkan temperature draw off kerosene dengan tidak sampai mengganggu spesifikasi produk kerosene.
Derajat pemisahan naphtha-kerosene atau kerosene-diesel rendah.	-      Perubahan komposisi umpan. -      Perubahan temperature flash zone. -      Perubahan temperature draw off produk.	-           Atur temperature flash zone. -           Atur temperature draw off masing-masing produk.
Korosi pada overhead line kolom CDU.	-       Senyawa - senyawa garam tidak terpisahkan dengan sempurna di desalter.	-           Evaluasi pemakaian corrosion inhibitor/filming amine.
Supply air laut pendingin top kolom CDU bermasalah/tidak ada supply air laut.	-      Pompa supply di unit utilities bermasalah.	-           Turunkan feed hingga temperature/ tekanan top kolom tidak terlalu tinggi. Jika tidak dapat terkontrol, maka unit harus di-shutdown.
Pompa feed kavitasi.	-      Terikutnya air dari tangki crude oil ke dalam umpan.	-          Cek dan drain tangki umpan untuk mengurangi air yang mungkin ada di bagian bawah tangki. -          Over tangki umpan. -          Jika tidak dapat terkontrol, maka unit harus di-shutdown.

Fraksi-fraksi yang diperoleh dengan distilasi minyak mentah umumnya memiliki dua kelemahan yaitu :

a. Distribusi kuantitas fraksi-fraksi yang diinginkan tidak sesuai dengan kebutuhan pasar. Contohnya volume total fraksi-fraksi ringan (bensin, nafta, kerosin dan minyak gas ringan) biasanya lebih kecil daripada volume total campuran minyak gas atmosferik dan residu, padahal kebutuhan pasar akan bensin dan BBM distilat jauh lebih besar daripada BBM residu.

b. Kualitas fraksi-fraksi tersebut sangat rendah dibandingkan dengan kualitas yang disyaratkan oleh pasar. Contohnya bilangan oktan straight run gasoline yang diperoleh langsung dari proses distilasi berkisar 67-70, sedangkan bilangan oktan yang disyaratkan pasar minimal 87 (premium).

Proses Distilasi Minyak Bumi

PROSES DISTILASI MINYAK BUMI

Minyak bumi yang diperoleh dari sumur pada dasarnya masih mengandung substansi atau unsur-unsur lain sehingga belum bisa digunakan sebagai bahan bakar. Pengolahan sumber daya alam ini bisa dikatakan cukup rumit, terdapat beberapa tahap pengolahan hingga dihasilkan produk bahan bakar maupun produk untuk keperluan lainnya. Pada kilang minyak, terdapat suatu tahap yang bisa dianggap sebagai tahap penting ketika minyak metah akan diolah, tahap tersebut disebut dengan distilasi. Tanpa adanya proses distilasi ini maka proses pengolahan minyak mentah tidak dapat dilanjutkan ke tahap-tahap berikutnya.
Unit distilasi terdiri dari beberapa jenis peralatan, seperti furnace, kolom distilasi, kolom stripper, heat exchanger (HE), dan sebagainya. Proses distilasi sering juga disebut sebagai proses fisis, karena pada unit ini akan terjadi perubahan minyak mentah menjadi beberapa fraksi, seperti fraksi gas, kerosin, nafta, diesel dan parafin/residu. Keluaran dari unit distilasi inilah yang selanjutnya akan diolah pada tahap selanjutnya hingga dihasilkan berbagai jenis bahan bakar.

TAHAP DISTILASI MINYAK MENTAH

 Produk berbahan dasar minyak mentah yang paling banyak diketahui masyarakat berupa bensin, minyak tanah, LPG, avtur, solar dan avigas. Keseluruhan jenis bahan bakar tersebut tidak akan diperoleh bila minyak mentah tidak melalui proses distilasi. Mengapa demikian? Karena setiap jenis fraksi yang telah terbentuk pada unit distilasi akan dialirkan menuju masing-masing unit yang berfungsi untuk menghasilkan jenis bahan bakar tertentu, contohnya, fraksi nafta akan disuplai ke unit Naphtha Hydro Treating (NHT) untuk pembuatan gasoline (bensin), begitu juga dengan fraksi-fraksi lainnya. Sampai disini saya anggap anda telah paham mengenai fungsi unit distilasi.

 

 Mungkin sebagian dari anda akan bertanya, apa itu proses distilasi? bagaiama alur kerjanya? Disitilasi adalah proses pemisahan minyak mentah dengan cara dipanasakan sehingga menghasilkan beberapa fraksi berdasarkan dengan titik didihnya masing-masing. Contohnya, fraksi gas akan terakumulasi puncak kolom karena memiliki titik didih paling rendah, sementara residu akan terakumlasi pada dasar kolom karena titik didihnya paling tinggi. Setelah anda paham, di bawah ini merupakan ulasan mengenai alur proses pada unit distilasi.

 

ALUR PROSES DISTILASI MINYAK BUMI

 Awalnya, minyak mentah yang telah ditampung di dalam tangki bahan baku selanjutnya akan di pompa untuk dimasukkan kedalam kolom CDU (Crude Distillation Unit). Tetapi, sebelum dimasukkan ke dalam kolom disilasi, crude oil sebelumnya telah dihilangkan kandungan garamnya dengan menggunakan alat yang disebut desalter. Dari desalter, minyak mentah akan dilewatkan pada alat penukar panas untuk menyerap panas dari fraksi yang terlah didistilasi sebelumnya. Tujuan dari penyerapan panas tersebut yakni untuk meringankan kinerja tungku (furnace).

Tahap selanjutnya yaitu pemasakan, minyak mentah akan dipanaskan pada tungku dengan suhu kurang lebih 350°C, suhu tersebut dianggap cukup untuk memisahkan fraksi-fraksi minyak mentah. Namun, suhu yang digunakan juga harus disesuaikan dengan jenis minyaknya.

Pemisahan di dalam kolom distilasi terjadi secara atmosferik atau bertekanan atmosfer, sehingga proses ini sering juga disebut distilasi atmosferik. minyak bumi  di dalam kolom akan mengalami penguapan, dan uapnya akan tertampung pada susunan tray. Perlu diketahui bahwa, setiap tray terletak pada titik didih tertentu, misalnya saja fraksi kerosin, akan tertampung pada tray yang terletak pada suhu 120°C. Selanjutnya fraksi yang memiliki titik didih terendah (gas) akan berada pada bagian atas kolom, begitupun dengan fraksi berat atau long residu akan terakuimulasi pada bagian dasar kolom (bottom column). Long residu tersebut biasanya akan diolah lebih lanjut dengan menggunakan metode distilasi vakum.

Selanjutnya fraksi yang telah dipisahkan dan terampung pada tray akan keluar melalui pipa, dan dialirkan ke alat penukar panas untuk diserap panasnya oleh bahan baku yang akan dimasukkan ke kolom CDU. Setelah panasnya terserap, maka akan didinginkan dengan alat pendingin yang disebut dengan cooler, dan kemudian dialirkan ke unit-unit berikutnya (secondary process) untuk diolah hingga menjadi produk bahan bakar.