Sifat Kebasahan Batuan - Wettability

Sifat Kebasahan (Wettability)

Wettability adalah istilah untuk menjelaskan adesi relatif dua buah fluida terhadap sebuah permukaan benda padat. Pada media berpori yang terisi dua atau lebih fluida yang tidak dapat bercampur (immiscible), wettability adalah sebuah pengukuran fluida mana yang dapat membasahi (menyebar atau menempel) permukaan. Pada sistem water-wet (basah air) batuan yang terisi minyak dan air, air akan menempati pori-pori terkecil dan membasahi sebagian besar permukaan pada pori-pori yang lebih besar. Pada area yang memiliki saturasi minyak (oil saturation) yang tinggi, minyak yang ada akan tertahan di atas air yang membasahi dan  menyebar pada permukaan. Jika permukaan batuan cenderung water wet dan batuan tersebut jenuh minyak, air akan mengisi pori-pori terkecil, menggantikan minyak apabila sistem tersebut dimasuki air.

Gambar 1. ilustrasi keadaan pori-pori batuan terkait karakteristik wettability (Source: Schlumberger)

        Jika permukaan batuan cenderung oil-wet (basah minyak), maka akan dijenuhi oleh air, minyak akan masuk dan membasahi pori-pori terkecil menggantikan air. Sehingga, sebuah batuan yang dijenuhi oleh minyak berarti water-wet (basah air) dan sebaliknya jika batuan dijenuhi oleh air berarti oil-wet. Wettability dari sebuah sistem dapat diklasifikasikan dalam jangkauan sangat water-wet ataupun oil-wet tergantung pada interaksi air-minyak dengan permukaan batuan. Jika tdak menunjukkan adanya kecenderungan kebasahan dari fluida-fluida tersebut, maka dikatakan sistem tersebut neutral wetability atau intemediate wettability (ada yang mngatakan mixed wetability), yaitu terbasahai oleh kedua fluida sebesar 50%/50%. Wettability juga dapatterjadi secara fraksional, yaitu tidak seragam di seluru permukaannya. Hal seperti ini terjadi jika permukaan tersebut  memiliki sifat kimia yang berbeda. Sehingga pengaruh utama dalam wettability adalah sifat kimia bahan yang dibasahi.

Sudut Kontak (Contact Angle)

       Sebuah cairan yang kontak secara langsung dengan dinding sebuah wadah, misalnya tabung kapiler, antara cairan dengan permukaan benda padat tersebut akan membentuk suatu sudut sebesar θ, yang mana sebagai fungsi dari tegangan adesi relatif cairan tersebut dengan permukaan benda padat, yang mana sudut kontak tersebut diperoleh dari persamaan Young berikut:

Dimana: σso = tegangan permukaan antara benda padat dan minyak

          σsw = tegangan permukaan antara benda padat dengan air

         σwo = tegangan permukaan antara air dengan minyak

Gambar 2. Hubungan sudut kontak dengan tegangan permukaan sesuai dengan persamaan Young (Source: Donaldson)

Diasumsikan bahwa kecenderungan batuan basah air (water-wet) yang dijenuhi oleh 20% air dan 80% minyak. Pada kasus ini, tegangan adesi adalah positif (σso > σsw) dan sudut kontak kurang dari 90o. Jika core batuan yang basah air kontak dengan air, beberapa minyak akan secara spontan tumpah dari core sebanyak air yang masuk dan mengisi pori-pori hingga diperoleh keadaan kesetimbagan energi permukaan spesifik antara benda padat dan fluida (tegangan permukaan).

Pengukuran Sudut Kontak - Sessile Drop Method (SDM)

       Sessile drop method biasanya digunakan untuk mengukur secara langsung sudut kontak untuk menentukan kecenderungan kebasahan benda padat oleh minyak dan air. Secara halus, permukan yang homogen diperlukan untuk melakukan pengukuran ini, permukaan kuarsa yang telah digosok biasanya digunakan unutk melakukan pengukuran sudut kontak sistem air-minyak. Prosedurnya dapat dilihat pada gambar 3 berikut:

Gambar 3. Pengukuran sudut kontak dengan SDM

          Pada gambar 3 diatas, A, B, dan C menunjukkan pengukuran menggunakan tetesan air yang dikelilingi oleh minyak; dan D, E, dan F menunjukkan tetesan minyak yang dikelilingi oleh air. Sudut kontak diukurmellui fase yang lebih rapat. Gambar A, B, C mengilustraskan prosedur dimana plat padat tertutupi secara horisontal dibawah permukaan minyak murni dan setetes air terdapat di atas plat padat. Sebuah foto sistem tersebut diambil unuk pengukuran sudut kontak secara akurat. Dengan sudut kontak  diukur melalui fase yang lebih rapat. Prosedur kedua adalah sebuah plat ditutupi air secara horisontal dan terdapat tetesan minyak pada bawah plat (gambar 3, D, E, F). Sudut kontak diukur melalui fase air dan diterapkan analisis yang sama.

           Pada gambar 3 A, B, C, menunjukkan bahwa jika sudut kontak yang dibentuk oleh tetesan air kurang dari 90^o (A)  maka plat tersebut besifat basah air (water-wet), apabila sama dengan 90^o (B)  maka basah campuran / netral (neutral-wet / mixed wet), dan apabila lebih dari 90^o (C) maka basah minyak (oil-wet).

           Pada gambar 3 D, E, F, menunjukkan bahwa plat pada sistem D bersifat basah air, sistem E bersifat basah campuran / netral, sedangkan sistem F bersifat basah minyak.

Aplikasi Konsep Wettability

        Sifat kebasahan suatu batuan dipengaruhi oleh komposisi kimia penyusunnya. Sehingga konsep ikatan unsur kimia sangat berpengaruh terhadap sifat kebasahan suatu permukaan batuan terhadap air ataupun minyak.

Litologi                     Wettability

Sandstone              Neutral-wet – Water-wet

Clay                              Neutral-wet

Carbonate              Neutral-wet – Oil-wet

             Terkait untuk keperluan eksplorasi maupun eksploitasi minyak bumi, maka formasi yang bersifat water-wet lebih mudah untuk dilakukan oil recovery. Hal ini disebabkan karena formasi yang bersifat water-wet memiliki saturasi minyak yang tinggi, yang artinya, air membasahi dan memenuhi pori-pori terkecil pada butir batuan dan minyaknya berada di atas air, yang mana minyak lebih mudah bergerak dan tumpah karena tidak ada gaya adesi terhadap permukaan batuan. Sehingga untuk oil recovery pada formasi dengan reservoir sandstone dilakukan dengan injeksi air ke dalam formasi tersebut. Dengan harapan menambah volume air dan mendorong minyak untuk keluar dan diproduksi.

             Untuk reservoir karbonat, yang mana bersifat oil-wet memerlukan enhanced oil recovery (EOR) dengan injeksi bahan kimia yang dimaksudkan mengubah struktur kimia permukaan batuan dan minyak tidak lagi membasahi permukaan batuan.