GAS HIDRAT

Hidrat gas (The Burning Ice) adalah es seperti kristal padat yang disebut clathrate, yang terjadi ketika molekul-molekul air yang membentuk struktur seperti sangkar mengelilingi molekul-molekul “tamu”. Molekul-molekul “tamu” yang paling umum adalah metana, etana, propana, isobutana, normal butana, nitrogen, karbon dioksida, dan hidrogen sulfida. Senyawa metana terkandung yang paling melimpah di hidrat gas alam. Meskipun hidrat gas mungkin menjadi keuntungan potensial baik sebagai sumber penting energi hidrokarbon dan sebagai alat penyimpanan dan transmisi gas alam, hidrat gas menyebabkan masalah operasional yang berat, dikarenakan kristal hidrat dapat mengendap di dinding pipa dan terakumulasi sebagai penyumbat besar yang benar- benar dapat memblokir jaringan pipa dan mematikan proses produksi. Percepatan pembentukan sumbatan ini dikarenakan gradien tekanan yang juga dapat menyebabkan kerusakan besar pada fasilitas produksi. Selain itu, remediasi penyumbatan akibat hidrat dapat mengakibatkan kesulitan teknis yang signifikan dengan implikasi biaya yang besar.

Hidrat Gas yang terbentuk pada aliran paipa gas (sumber www.hydrafact.com)

Ada tiga jenis struktur kristal yang diakui untuk struktur hidrat gas tersebut. Molekul- molekul air membangun kisi dan molekul-molekul hidrokarbon, nitrogen, CO₂ dan H₂S menempati rongga dalam kisi tersebut. Molekul yang lebih kecil (CH₄, C₂H₆, CO₂, H₂S) menstabilkan  body-centered cubic yang disebut dengan hidrat struktur I. Struktur molekul yang lebih besar (C₃H₈, i-C₄H₁₀, n-C₄H₁₀) membentuk kisi berlian yang disebut dengan hidrat struktur II. Molekul normal parafin yang lebih besar dari n-C₄H₁₀ tidak membentuk Struktur I atau II hidrat dikarenakan molekulnya terlalu besar untuk menstabilkan kisi. Namun, beberapa isoparafin dan Sikloalkana yang lebih besar dari pentana diketahui cenderung untuk membentuk hidrat struktur H. Komposisi dari gas alam menentukan tipe struktur hidrat gas. Campuran gas biasanya akan membentuk hidrat struktur II. Batasan jumlah hidrat gas (rasio molekul air dengan molekul dari komponen gas) dihitung dengan menggunakan ukuran molekul gas dan ukuran rongga dalam kisi molekul H₂O.

Struktur I Hydrat Gas (a) Struktur Hydrat Gas II (b) Struktur Hydrat Gas (c)

Dari sudut pandang praktis, jenis struktur tidak mempengaruhi wujud, sifat atau masalah yang disebabkan oleh hidrat gas tersebut. Bagaimanapun, jenis struktur hidrat gas tersebut memiliki pengaruh yang signifikan pada tekanan dan temperatur di mana terbentuk hidrat gas. Hidrat struktur II lebih stabil daripada hidrat struktur I. Hal ini menjelaskan mengapa gas yang mengandung C₃H₈ dan i-C₄H₁₀ akan membentuk hidrat pada temperatur yang lebih tinggi dari campuran gas serupa yang tidak mengandung komponen ini. Keberadaan H₂S dalam hasil campuran gas alam pada pembentukan hidrat menyebabkan temperatur pembentukan hidrat yang lebih hangat pada tekanan yang diberikan. Senyawa CO₂, secara umum, memiliki dampak yang lebih kecil dan sering mengurangi temperatur pembentukan hidrat pada tekanan tetap untuk gas campuran hidrokarbon. Meskipun banyak faktor yang mempengaruhi pembentukan hidrat, dua kondisi utama yang membentuk formasi hidrat adalah (1) gas pada temperatur dan tekanan  yang sesuai dan (2) berada di bawah titik embun airnya. Sebagai catatan bahwa kandungan air bebas tidak diperlukan untuk pembentukan hidrat, tapi jelas meningkatkan proses pembentukan hidrat. Faktor-faktor yang mempengaruhi tetapi tidak terlalu signifikan dalam proses pembentukan hidrat adalah turbulensi, nucleation sites, permukaan untuk pembentukan kristal, aglomerasi, dan salinitas. Secara umum, bila tekanan dari aliran gas meningkat atau gas menjadi lebih dingin, kecenderungan untuk membentuk hidrat gas akan meningkat.

Gas gravity chart for prediction of three-phase (LW–H–V)  pressure and temperature (Sloan, 2008)

Pembentukan hidrat biasanya terjadi bidang-bidang yang bersentuhan secara langsung area yang terjadi penurunan tekanan dan temperatur selama proses produksi sehingga syarat- syarat terjadinya hidrat terpenuhi, seperti pada kepala sumur (X-mas tree) setelah choke, control valve, pipa produksi (flowline), pipa ekspor dimana terjadi penurunan temperatur terutama pada daerah yang bertemperatur ekstrim. Jika hidrat terbentuk pada interface gas-air, pertumbuhan hidrat gas berlangsung dengan cepat pada saat molekul air dan gas tersedia dalam jumlah melimpah. Hal inilah yang menyebabkan penyumbatan pipa oleh hidrat gas terjadi ketika re-start-up di mana turbulensi aliran mempertinggi fluks molekul gas dan air. Hidrat dapat terbentuk dengan mudah di aliran downstream dari choke ketika temperatur fluida menurun hingga mencapai daerah pembentukan hidrat berdasarkan efek pendinginan Joule-Thomson. Adanya endapan hidrat gas pada komponen-komponen tersebut diatas, dapat menghambat aliran fluida dari lubang sumur maupun pada pipa-pipa di permukaan bahkan menghentikan produksi lapangan atau produksi sumur gas. Selain itu, hal tersebut juga membahayakan karena bisa menyebabkan pipa pecah jika alat pengaman pipa tidak bekerja dengan baik atau alat tidak mampu mengatasi tekanan dari fluida reservoir.