BAB II KARAKTERISTIK FORMASI DAN KONDISI BAWAH PERMUKAAN
2.1. Jenis Batuan Forasi
Deskripsi Deskripsi batuan batuan diperlukan diperlukan untuk untuk menggolon menggolongkan gkan (klasifikasi) (klasifikasi) batuan batuan berdasarkan sifat komposisi mineral yang dimiliki oleh suatu batuan formasi terutam terutamaa disini disini yang yang berkai berkaitan tan dengan dengan batuan batuan reservo reservoir. ir. Keguna Kegunaan an diskri diskripsi psi batuan akan dapat mempermudah analisa dalam mengklasifikasikan kelompokkelo kelom mpok pok
mine minera rall
tanp tanpaa
meni menimb mbul ulka kan n
sala salah h
peng penger erti tian an
maksu aksud, d,
juga juga
mempermudah simplifikasi pengenalan sifat mineral suatu batuan.
2.1.1. Batu!asir
Batupasir umumnya mengandung butiran-butiran berukuran pasir dan silt kasar. Klasifikasi batupasir dibagi dibagi menjadi 4, 4, yaitu yaitu !. Batupasir Batupasir tidak tidak murni murni ( impure impure sandsto sandstone ne atau atau "a#ke). "a#ke). $ortasi buruk, hal tersebut berkaitan dengan hadirnya matriks lempung. a. %nsta %nstabl blee grai grains ns berl berlim impa pah. h. &isalnya lithi#, arkosi#, feldspathi# "a#ke dan gray"a#ke dan poorly sorted arkose. b. $table grains berlimpah. &isalnya &isalnya 'uart "a#ke dan 'uart grey"a#ke, grey"a#ke, 'uart kaolin merupakan merupakan #ampuran sandy fire#lay. . Batupa Batupasir sir murni murni (pure (pure sandsto sandstone ne atau atau arinete arinete). ). $ortasi sedang*baik, mengandung sedikit atau tidak ada matriks lempung. a. %nsta %nstabl blee grai grains ns berl berlim impa pah. h. &isalnya lithi#, arkosi#, feldspathi# arenite, dan "ell-sorted arkose. b. $table grains berlimpah. &isalnya 'uart arenite.
+tas dasar matriksnya, dibagi menjadi golongan yaitu !. a#ke a#ke (batup (batupasir asir tidak tidak murni) murni).. akni batupasir yang mengandung matriks lempung !/0. a. a a#k #kee imm immat atu ure. re. 1ika feldspar 2 ro#k fragmen disebut lithi# "a#ke. 1ika feldspar 30 dari ro#k fragmen disebut arkosit "a#ke, sedangkan jika feldspar besarnya berkisar antara !/-30 dari ro#k fragmen disebut feldspathi# "a#ke. b. a#ke mature. Kand Kandun unga gann nny ya kay kaya akan akan 'uart 'uart dan dan #her #hert, t, sedan sedangk gkan an feld feldsp spar ar dan dan unstable ro#k fragmennya masing-masing 2!/0 disebut 'uart "a#ke. ray"a#ke adalah suatu batuan yang keras, ber"arna gelap dan mempunyai porositas yang rendah. %mumnya mempunyai komposisi yang terdiri dari slate atau argillite dan kaya akan mineral yang berbutir halus mikaan (seperti muskovit) dan klorit. Biasanya tebentuk dari akibat pembebanan yang sangat kuat (deeply buried) dan berumur sangat tua. ray"a#ke selain mempunyai sifat sortasi yang buruk dan keras, juga mengandung fragmen-fragmen batuan yang ber"arna gelap (yang dimiliki oleh lithi# gray"a#ke) serta memiliki matriks lempung 5/0 yang unstable. . +ren +renit itee (batu (batupa pasi sirr murni murni). ). 1enis 1enis arenite arenite ini bersifa bersifatt kurang kurang mature mature yang yang dibeda dibedakan kan menjadi menjadi arkosi arkosi## arenite dan lithi# arenite, dimana keduanya umumnya mengandung komponen unstab unstable. le. 6erbed 6erbedaan aan arkosi arkosi## dan lithi# lithi# terutam terutamaa dibeda dibedakan kan dari dari sumber sumber batuannya, selain itu juga proses dan lingkungan sedimentasinya. Batupasir yang yang banya banyak k mengan mengandu dung ng feldsp feldspar ar yang yang berasal berasal dari dari batuan batuan beku beku derajat derajat tinggi disebut arkosi# arenite, tetapi biasanya disebut dengan nama arkose. +rkose di#irikan dengan banyak mengandung kuarsa dan feldspar (ortoklas, mikrolin, perit dan non-plagioklas) dengan jumlah 30. 1uga mengandung partikel batuan berukuran halus. Kemun Kemungki gkinan nan dalam dalam batupa batupasir sir ditemu ditemukan kan juga juga adany adanyaa ma#am-m ma#am-ma#am a#am semen semen,, meng mengkr kris istal tal bersa bersama ma-sa -sama ma dala dalam m luba lubang ng pori pori yang ang sama sama.. 1ika 1ika
+tas dasar matriksnya, dibagi menjadi golongan yaitu !. a#ke a#ke (batup (batupasir asir tidak tidak murni) murni).. akni batupasir yang mengandung matriks lempung !/0. a. a a#k #kee imm immat atu ure. re. 1ika feldspar 2 ro#k fragmen disebut lithi# "a#ke. 1ika feldspar 30 dari ro#k fragmen disebut arkosit "a#ke, sedangkan jika feldspar besarnya berkisar antara !/-30 dari ro#k fragmen disebut feldspathi# "a#ke. b. a#ke mature. Kand Kandun unga gann nny ya kay kaya akan akan 'uart 'uart dan dan #her #hert, t, sedan sedangk gkan an feld feldsp spar ar dan dan unstable ro#k fragmennya masing-masing 2!/0 disebut 'uart "a#ke. ray"a#ke adalah suatu batuan yang keras, ber"arna gelap dan mempunyai porositas yang rendah. %mumnya mempunyai komposisi yang terdiri dari slate atau argillite dan kaya akan mineral yang berbutir halus mikaan (seperti muskovit) dan klorit. Biasanya tebentuk dari akibat pembebanan yang sangat kuat (deeply buried) dan berumur sangat tua. ray"a#ke selain mempunyai sifat sortasi yang buruk dan keras, juga mengandung fragmen-fragmen batuan yang ber"arna gelap (yang dimiliki oleh lithi# gray"a#ke) serta memiliki matriks lempung 5/0 yang unstable. . +ren +renit itee (batu (batupa pasi sirr murni murni). ). 1enis 1enis arenite arenite ini bersifa bersifatt kurang kurang mature mature yang yang dibeda dibedakan kan menjadi menjadi arkosi arkosi## arenite dan lithi# arenite, dimana keduanya umumnya mengandung komponen unstab unstable. le. 6erbed 6erbedaan aan arkosi arkosi## dan lithi# lithi# terutam terutamaa dibeda dibedakan kan dari dari sumber sumber batuannya, selain itu juga proses dan lingkungan sedimentasinya. Batupasir yang yang banya banyak k mengan mengandu dung ng feldsp feldspar ar yang yang berasal berasal dari dari batuan batuan beku beku derajat derajat tinggi disebut arkosi# arenite, tetapi biasanya disebut dengan nama arkose. +rkose di#irikan dengan banyak mengandung kuarsa dan feldspar (ortoklas, mikrolin, perit dan non-plagioklas) dengan jumlah 30. 1uga mengandung partikel batuan berukuran halus. Kemun Kemungki gkinan nan dalam dalam batupa batupasir sir ditemu ditemukan kan juga juga adany adanyaa ma#am-m ma#am-ma#am a#am semen semen,, meng mengkr kris istal tal bersa bersama ma-sa -sama ma dala dalam m luba lubang ng pori pori yang ang sama sama.. 1ika 1ika
ditemukan kenampakan seperti itu, maka hal tersebut tersebut menunjukkan adany adanyaa urutan urutan proses proses sementa sementasi. si. $ifat-s $ifat-sifat ifat pemben pembentuk tukan an sement sementasi asi pada pada batupasir antara lain !. $emen $emen lebih #enderu #enderung ng tebentu tebentuk k pada batupasir batupasir yang yang bersih (murni (murni)) atau arenite bila dibandingkan dengan batupasir dengan soratsi yang buruk dan mengan mengandun dung g lempun lempung. g. 7adirn 7adirnya ya matrik matrikss lempun lempung g akan akan mengha menghamb mbat at pembentukan semen, sebab lempung bersifat bersifat impermeable. . &a#a &a#am m atau atau jeni jeniss komp kompos osis isii batu batuan an akan akan menen enentu tuka kan n jeni jeniss seme semen. n. &isalny &isalnyaa semen semen kuarsa, kuarsa, biasany biasanyaa terben terbentuk tuk pada pada arenite arenite yang yang banya banyak k mengan mengandun dung g kuarsa, kuarsa, dimana dimana kuarsa kuarsa akan akan tumbuh tumbuh membes membesar, ar, terutam terutamaa berkembang membentuk se#ondary outgro"th. outgro"th.
2.1.2. Batuan Ka"onat
Batuan karbonat mempunyai 5 komposisi utama, yaitu kalsit (8a89 5), dolomit dolomit (8a&g(89 (8a&g(895)) dan dan arag aragon onit itee (8a8 (8a89 95). Bebe Beberap rapaa komp kompos osis isii utam utamaa mineral batuan karbonat tersebut juga dapat membentuk batuan dengan komposisi mineral mineral baru, misalnya batugampin batugamping g (limestone) (limestone) merupakan merupakan #ampuran #ampuran antara kalsit dan aragonite, dolimiti# limestone atau #al#-dolomite merupakan #ampuran antar antaraa kalsi kalsitt dan dan dolo dolomi mite te.. &ine &inera ral-m l-min inera erall pada pada batu batuga gamp mpin ing g umum umumny nyaa terbentuk pada saat permulaan hingga proses lithifikasi berlangsung. Diantaranya kalsedon, kuarsa, glaukonit, pirit, gypsum, anhidrit dan alkali feldspar. +pabila batugamping kaya akan mineral aksesoris maka nama batuannya glao#onoti#, sandy dan argilla#eous (lempung). $edang $edangkan kan untuk untuk kompon komponen-k en-kom ompon ponen en pemben pembentuk tuk batuan batuan karbon karbonat at dikelompokkan menjadi 5, yaitu !. +llo +llo#h #hee (but (butir iran an). ). &erupakan butiran karbonat berukuran silt kasar-kerikil yang terdiri dari a. $kel $keleta etall grai grain n (fossi (fossil). l). :rag :ragme men-f n-fra ragm gmen en keras keras yang beras berasal al dari dari orga organi nism smee karb karbon onat at dan dan #angkang-#a #angkang-#angkan ngkang g yang telah telah rusak.
9rganisme 9rganisme tersebut tersebut antara antara lain
moluska, e#hinoid, ostra#od, dan formanifera.
b. 9oid. Kurang lebih berbentuk bulat, berukuran pasir, lapisan luar aragonite atau kalsit, bagian tengahnya fibrous radial. #. 6ellet. Berbentuk lonjong atau bulat, berukuran pasir, mikrokristalin karbonat. ;idak menunjukkan struktur bagian dalam (beda dengan ooid). d. ) dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain !. Butiran Butiran yang yang diduk didukung ung lumpur lumpur ( mud supported) supported).. . Butira Butiran n saling saling menyang menyangga ga (grain (grain suppor supported ted). ). 5. $ebagian $ebagian butiran butiran didukun didukung g lumpur lumpur dan sebagian sebagian saling saling menyan menyangga. gga. Berdasarkan faktor-faktor tersebut, Dunham membagi batuan karbonat menjadi !. Buti Butira ran n diduk didukun ung g lumpu lumpur. r. a. 1umlah 1umlah buti butiran ran 2 !/0, !/0, diseb disebut ut &udst &udstone one.. b. 1umlah butiran !/0, disebut a#kestone. . Buti Butira ran n salin saling g meny menyan angg gga. a. a. Dengan Dengan matrik matriks, s, diseb disebut ut 6a#kst 6a#kstone one.. b. $edikit atau tanpa matriks, disebut rainstone. 5. Komp Kompon onen en sali saling ng teri terika katt pada pada "aktu "aktu peng pengen enda dapa pan, n, di#ir di#irik ikan an oleh oleh teks tekstu turr tumbuh, disebut Boundstone.
4. ;ekstur pangendapan tidak teramati dengan jelas disebut batugamping kristalin. Komposisi dan tekstur batuan karbonat dipengaruhi oleh derajat perubahan yang terjadi sesudah pengendapan. 6erubahan ini sering terjadi ditempat asal sedimen (insitu) dalam "aktu yang hampir bersamaan dengan pengendapannya, sehingga tidak mudah untuk mengetahui tekstur dan komposisi batuan karbonat tersebut berasal dari endapan primer atau setelah diagenesa. 6roses diagenesa batuan karbonat meliputi !. 6elarutan (solution). 6roses pelarutan dalam batuan karbonat memerlukan air le"at jenuh dalam jumlah banyak serta selektifitas terhadap matrik, bentuk butir, ukuran butir dan sifat kerangka (frame"ork). 7asil dari pelarutan akan berupa rongga pori kosong dari material yang terlarut. . 6enyemenan (#ementation). &erupakan pengisian ruang antar butir dan rekahan yang sering terjadi akibat pelarutan. 1enis-jenisnya - fibrous - mosai# (blo#ky) - drusy - granular 5. ?ekristalisasi (rekristalitation). 6roses ini terjadi bila ada at-at yang terlarut diendapkan kembali di tempat semula tanpa merubah komposisinya. 8ontoh perubahan aragonite menjadi kalsit. 4. 6enggantian (repla#ement). 6roses penggantian mineral menjadi mineral lain dan merubah komposisi semula. 8ontoh kalsit menjadi dolomite, kalsit menjadi anhidrit. 2.1.#. Batuan S$a%e
Batuan serpih (shale) merupakan sedimen klastik berbutir sangat halus, yaitu berdiameter butir antara !@3> - !@!> mm. Kandungan material shale berasal dari
!. 7asil pelapukan. Khususnya feldspar dan ferromagnesian silikat, umumnya akan membentuk material-material lempung jenis kaolin dan monmorillonit, juga bauksit dan laomontit. . &ineral sisa (reli#t material) yang tidak lapuk. &ineral yang terbentuk adalah kuarsa dan mika feldspar, terutama illite dan hydrous mika. 5. +uthigeni# mineral. %mumnya klasit dan dolomite, opal, kalsedon, pirit, glaukonit, klorit dan illit. Klorit dan illit merupakan hasil ubahan dari mineral lempung pada proses diagenesa, khususnya pada lingkungan marine. 4. &ineral-mineral organi#. $ebagai komponen aksesoris. Biasanya terdapat pada batu lumpur dan batu lempung hitam karbonatan, kalsit datau aragonite yang berasal dari #angkang foraminifera, opal yang berasal #angkang radiolarian dan diatomae. $erpih batu lempung yang retak-retak berbentuk pipih sejajar dengan bidang perlapisan (perlapisan laminasi) disebut silty shale. +rgillite adalah batulempung yang sangat kompak, terbentuk dari beberapa mineral yang mengalami rekristalisasi. &eningkatnya kandungan authigeni# merubah kandungan batuan, misalnya dengan naiknya mineral kalsit akan berubah menjadi marl (napal) atau batugamping lempungan (argilla#eous limestone).
2.2. Kara&teristi& Batuan Forasi
6ada umumnya berdasarkan asal-usul terbentuknya batuan, batuan formasi dibedakan menjadi batuan beku, batuan metamorf dan batuan sedimen. Dari ketiga jenis batuan formasi tersebut, batuan sedimen mempunyai peran yang sangat penting artinya dalam dunia perminyakan, karena batuan ini sebagian besar merupakan batuan reservoir. alaupun demikian tidak jarang dalam kondisi tertentu batuan beku maupun batuan metamorf dapat pula menjadi batuan reservoir hidrokarbon. ;iga jenis batuan sedimen yang dapat bertindak sebagai batuan reservoir adalah batupasir dan batuan shale (klastik), serta batuan karbonat
(non-klastik). &asing-masing batuan tersebut mempunyai sifat fisik yang berbeda, begitu pula komposisi kimianya. Karena mempunyai sifat utama porous dan permeable sebagai syarat terbentuknya reservoir juga memiliki kondisi tekanan dan temperatur yang mendukung , maka sangat potensial dari ketiga jenis batuan tersebut disebut sebagai sour#e ro#k. Dan jika fluida mature (matang) reservoir mengalami migrasi kemudian akan terakumulasi dibatasi oleh #ap ro#k dalam kondisi yang setimbang, maka fluida inilah yang menjadi proyek bagi dunia industri perminyakan. $ifat-sifat unsur penyusun batuan reservoir perlu diketahui mengingat jenis dan jumlah unsur-unsur tersebut akan menentukan sifat-sifat dari mineral yang dibentuknya, baik sifat fisik maupun sifat kimia"inya.
2.2.1. Ko!osisi Kiia Batuan Forasi
Batuan formasi umumnya terdiri dari batuan sedimen, yang berupa batupasir, batuan karbonat, dan shale atau kadang-kadang volkanik. &asingmasing batuan tersebut mempunyai komposisi kimia yang berbeda, begitu pula sifat fisiknya. %nsur atom-atom penyusun batuan reservoir perlu diketahui mengingat ma#am dan jumlah atom-atom tersebut akan menentukan sifat-sifat dari mineral yang terbentuk, baik sifat-sifat fisik maupun sifat-sifat kimia"inya. 6engertian batuan tidak lepas dari mineral-mineral penyusunnya. &ineral terbentuk se#ara alami yakni merupakan at-at yang tersusun dari komposisi kimia
tertentu membentuk suatu pola teratur yang dinyatakan dalam bentuk
rumus-rumus dimana menunjukan ma#am unsur-unsur serta jumlahnya yang terdapat dalam mineral tersebut. ;erbentuknya batuan sangat dipengaruhi oleh banyak sedikitnya komposisi kimia yang terkandung dalam suatu mineral penyusunnya. &asing-masing batuan tersebut, terutama batuan sedimen sebagai batuan penyusun reservoir, mempunyai unsur-unsur atau atom-atom penyusun mineral yang berbeda-beda, sehingga akan mempengaruhi komposisi kimia dan sifat fisik untuk masing-masing karakteristik reservoirnya. $eperti yang ditunjukkan pada
triangle diagram yang menggambarkan tiga komponen kimia pembentuk batuan sedimen (Brian &ason, !=3).
'a"ar 2.1 Dia(ra Se(iti(a )an( Menun*u&&an Hu"un(an Ko!osisi Kiia +en(an Batuan Se+ien
(+myA, 1. ., Bass, D. &. 1r., hitting, ?. ,!=>/) 2.2.1.1. Ko!osisi Kiia Batu!asir
Batupasir merupakan batuan hasil dari sedimen mekanik, yaitu berasal dari peme#ahan batuan beku dan batuan sedimen yang lebih tua yang mengalami proses pelapukan, pengikisan, mangalami transportasi, lalu diendapkan dalam #ekungan pada kondisi tertentu yang selanjutnya terkompaksi dan kemudian mengalami sedimentasi. Batupasir termasuk golongan batuan klastik detritus yang berkisar dari lanau sampai konglomerat. Berdasarkan komposisi mineral k"arsanya, Krynine membagi batupasir manjadi tiga, yaitu 9rtho'uartite, ray"a#ke, dan +rkose. Ketiga ma#am batupasir trsebut mempunyai komposisi kimia yang berbeda-beda antara yang satu dengan lainnya, sesuai dengan sumber dan proses pengendapannya.
2.2.1.1.1. Batu!asir Ort$o,uart-ite
9rtho'uartite
merupakan jenis batuan yang terbentuk dari proses
sedimentasi yang menghasilkan unsur silika yang tinggi ($i9), dengan tanpa
mangalami metamorfosa (perubahan bentuk) dan pemadatan, terutama terdiri atas mineral k"arsa ('uart) dan mineral lainnya yang stabil. &aterial pengikatnya (semen) terutama terdiri atas #arbonat dan silika. 9rtho'uatite merupakan jenis batuan sedimen yang relatif bersih yaitu bebas dari kandungan shale dan #lay. 9rtho'uartite mempunyai susunan sili#a yang tinggi jika dibandingkan dengan unsur-unsur lainnya yaitu berkisar antara >!,C0 sampai hampir !//0. Ta"e% II1 Ko!osisi Kiia Ort$o,uart-ite (6ettijohn,!=3C)
Berdasarkan ;abel <<-! diatas dapat dilihat bah"a batupasir ortho'uartite mempunyai unsur penyusun utama, seperti silika dengan presentase yang sangat tinggi jika dibandingkan dengan unsur-unsur penyusun lainnya.
2.2.1.1.2. Batu!asir 'ra)/a0&e
ray"a#ke merupakan jenis batu pasir dengan bentuk butiran yang kurang beraturan dan diendapkan di lingkungan pantai yang #uram. ;ersusun dari unsurunsur mineral yang berbutir kasar, terutama k"arsa dan feldspar serta fragmen-
fragmen batuan. &aterial pengikatnya adalah #lay dan #arbonate. &ineral-mineral penyusun batupasir gray"a#ke adalah #hert, hornblende, #arbonate #lorite#eri#ite. Komposisi kimia dari grey"a#ke tersusun dari unsur sili#a yang lebih rendah dibandingkan rata-rata batupasir dan kebanyakan sili#a yang ada ber#ampur dengan unsur silikat (sili#ate). $e#ara lengkap mineral-mineral penyusun grey"a#ke terlihat pada ;abel <<-.
Ta"e% II2 Ko!osisi Minera% 'ra)/a0&e (6ettijohn,!=3C) Ta"e% II2 Ko!osisi Minera% 'ra)/a0&e 1
$ilika bebas, "alau biasanya dalam jumlah yang dominan tetapi kemungkinan hanya merupakan unsur tambahan. Kandungan alumina sangat
tinggi, seperti kandungan lime, soda dan potash. Komposisi kimia ini, masingmasing beserta jumlah persentasenya diberikan pada ;abel <<-5.
Ta"e% II# Ko!osisi Kiia 'ra)/a0&e (6ettijohn,!=3C)
$ebagai indikator terhadap tipe batupasir gray"a#ke adalah terdapatnya mineral illite. ;erdapatnya matrik pada batuan ini menyebabkan porositasnya berkurang dan juga pemilahan butirannya kurang baik.
2.2.1.1.#. Batu!asir Ar&ose
+rkose memiliki pemilahan yang kurang baik dan butirannya berbentuk sudut yang tajam dengan lingkungan pengendapan yang relatif #uram. +rkose merupakan jenis batuan yang biasanya tersusun atas 'uart ($i9 ) sebagai mineral yang dominan, meskipun seringkali mineral feldspar (&g+l$i 59) jumlahnya lebih banyak dari 'uart. $edangkan unsur-unsur pembentuk komposisi mineral arkose lainnya, se#ara berurutan sesuai dengan prosentasenya ditunjukkan pada table <<-4.
Ta"e% II Ko!osisi Minera% Ar&ose (6ettijohn,!=3C)
Dari ;abel <<-4 memperlihatkan bah"a batupasir arkose disusun oleh unsur-unsur yang sebagian besar adalah feldspar dan 'uart, yaitu dalam jumlah sekitar / sampai =3 persen dan unsur-unsur penyusun lainnya, yaitu berkisar 3 sampai !3 persen adalah batuan yang sebagian besar adalah mi#a, biotite dan mus#ovite serta #lay yang disebut kaoliniti#. &eskipun tidak selalu, tetapi biasanya unsur 'uart prosentasenya lebih besar dibandingkan unsur feldspar. %ntuk komposisi kimia pembentuk batupasir arkose ini ditunjukkan pada ;abel <<-3, dimana terlihat bah"a arkose mengandung lebih sedikit sili#a jika dibandingkan dengan ortho'uartite, tetapi kandungan alumina, lime, potash dan soda lebih besar. Berbeda dengan batupasir gray"a#ke, unsur potash melebihi unsur soda dan kandungan lime yang jauh lebih banyak dari unsur magnesia.
Ta"e% II Ko!osisi Kiia Ar&ose (6ettijohn,!=3C)
2.2.1.2. Ko!osisi Kiia Batuan Kar"onat
Dalam hal ini yang dimaksud dengan batuan karbonat adalah limestone, dolomite dan yang bersifat diantara keduanya. imestone adalah istilah yang biasa dipakai untuk kelompok batuan yang berisi paling sedikit / persen #al#ium #arbonate atau magnesium #arbonate. Bila dilihat se#ara menyeluruh maka istilah limestone ini hanya dipergunakan untuk batu-batuan yang mempunyai fraksi #arbonate lebih besar dari unsur dari unsur non-#arbonate. 6ada limestone ini fraksi #arbonate disusun terutama oleh unsur #al#ite, sedangkan pada dolomite mineral penyusun utamanya adalah mineral dolomite. &enurut $.1. 6irson, batuan reservoir karbonat dapat digolongkan berdasarkan tipe*tipe lithologinya yaitu !. +##retionary limestones. +##retionary limestones terbentuk dari proses in situ dan meliputi bioherms (reefs), biostromes dan pelagi# limestones. &asing-masing dari jenis tersebut mengandung #al#areous frame"ork yang dipisahkan oleh organisme* organisme yang hidup di laut. . 8lasti# limestones.
Batuan sedimen ini terbentuk oleh butiran mineral yang jatuh akibat erosi dan kerusakan yang diakibatkan oleh limestones dari daerah lain. 8lasti# limestones meliputi #o'uina limestones, reef bre##ia, ooliti# limestone dan lithographi# limestone. 5. 8emi#al limestones. ;ipe sedimen ini terbentuk dari lepasnya butiran #al#iti# dari larutan karbonat di laut dangkal. 6ada proses tersebut terendapkan pula #halk, #ali#he dan traventine, tapi hanya #halk yang terbukti sebagai batuan reservoir minyak yang menguntungkan. 4. Dolomite. Dolomite limestone terjadi dari perpindahan #al#ium oleh magnesium pada limestone a"al.
2.2.1.2.1. 3iestone
Komposisi kimia limestone dapat menggambarkan sifat dari komposisi mineralnya yang #ukup padat. Karena pada limestone sebagian besar terbentuk oleh unsur #al#ite, maka kandungan 8a9 dan 89 adalah sangat tinggi sekali dan kadang-kadang jumlahnya bisa men#apai =3 persen dari keseluruhan. %nsur lainnya yang penting adalah &g9, dimana bila jumlanya lebih dari ! persen atau persen maka hal ini kemungkinan menunjukkan adanya mineral dolomite. Kebanyakan limestone mengandung &g895 antara kurang dari 4 persen sampai lebih dari 4/ persen. &eskipun rata-rata limestone mengandung C.= persen &g9 dan !>.3 persen &g895, tetapi mempunyai kandungan unsur magnesia dalam jumlah yang kurang atau mungkin lebih dari jumlah kandungan &g895 berkisar antara 4 persen sampai lebih dari 4/ persen. 6ada ;abel <<-> menunjukkan komposisi kimia dari limestone se#ara lebih rin#i.
Ta"e% II4 Ko!osisi Kiia 3iestone (6ettijohn,!=3C)
2.2.1.2.2. Do%oite
Dolomite adalah jenis batuan yang merupakan variasi dari limestone yang mengandung unsure #arbonate lebih dari 3/ persen. $edangkan untuk batuan yang memiliki komposisi pertengahan antara lomestone dan dolomite akan mempunyai nama yang berma#am-ma#am tergantung dari unsur-unsur yang dikandungnya. Batuan yang unsur #al#ite-nya melebihi dolomite disebut dolomite-limestone dan yang unsur dolomite-nya melebihi #al#ite disebut limy, #al#iti#, #al#iferous atau #al#-dolomites. Komposisi kimia dolomite pada dasarnya hamper sama dengan komposisi kimia limestone, ke#uali unsur &g9-nya yang merupakan unsur yang paling penting dan jumlahnya #ukup besar. Komposisi kimia dolomite ditunjukkan pada ;abel <<-C berikut ini. Ta"e% II5 Ko!osisi Kiia Do%oite (6ettijohn,!=3C)
2.2.1.#. Ko!osisi Kiia Batuan S$a%e
$hale merupakan batuan yang berlaminasi dengan perlapisan yang tipis, berbutir halus, kandungan mineralnya adalah lempung dan silt. $hale mempunyai porositas yang kurang baik, tetapi jika mengalami peretakan atau pelarutan maka permeabilitasnya semakin besar sehingga dapat bertibdak sebagai batuan reservoir. Komposisi kimia batuan shale bervariasi sesuai dengan ukuran butir, kekasaran fraksi, kebanyakan fraksi yang kasar (#oarse) banyak mengandung sili#a dan yang halus (finer) banyak mengandung alumina, besi, potash dan air. 1ika shale banyak mengandung besi maka akan terbentuk pyrite (:e$ ) atau siderite (:e895). Dalam keadaan normal shale berisi sejumlah besar 'uart silt, bahkan jumlah ini bisa men#apai >/ persen. ;etapi dalam keadaan tertentu beberapa shale bisa mengandung sili#a dengan kandungan yang sangat tinggi. Kebanyakan kandungan sili#a yang berlebihan tersebut didapat dalam bentuk #rystalline 'uart yang
sangat halus, #hal#edony,
atau opal.
Beberapa
kemungkinan dari keadaan ini adalah hasil dari sejumlah efek aktifitas abu vulkanik (vol#ani# ash) dalam lingkungan pengendapan. Beberapa sili#a merupakan unsur tambahan dari proses alterasi kimia"i (perubahan se#ara kimia) dari mineral-mineral utama sili#a. Komposisi kimia rata-rata shale terlihat pada ;abel <<-. Ta"e% II6 Ko!osisi Kiia Ratarata S$a%e (6ettijohn,!=3C)
%ntuk melakukan identifikasi mengenai komposisi kimia dari batuan shale ini, diperlukan studi yang lebih intensif. &enurut hasil perhitungan :.. 8larke, se#ara rata-rata shale terdiri dari kurang lebih 3 0 sili#on dioAide ($i9 ), !30 alumunium oAide (+l 95), >0 iron oAide (:e9) dan :e 95, 0 magnesium oAide (&g9), 50 #al#ium oAide (8a9), 50 potasium oAide (K 9), !0 sodium oAide (Ea9), dan 30 air (7 9) dan sisanya adalah metal oAide dan anion-anion seperyi $95 dan 8l. 2.2.2. Si7at Fisi& Batuan Forasi
6ada dasarnya semua batuan dapat menjadi batuan formasi asalkan mempunyai porositas dan permeabilitas yang #ukup, namun pada kenyataannya
hanya batuan sedimen yang banyak dijumpai sebagai batuan formasi. 9leh karena itu dalam penilaian batuan fomasi selanjutnya akan banyak berhubungan dengan sifat-sifat fisik batuan sedimen, terutama yang porous dan permeable. $ifat-sifat fisik batuan antara lain meliputi porositas, "ettabilitas, tekanan kapiler, saturasi fluida, permeabilitas, dan kompressibilitas batuan.
2.2.2.1. Porositas
6orositas merupakan ukuran ruang-ruang kosong dalam suatu batuan yang mempunyai kemampuan menyimpan hidrokarbon. $e#ara definitif porositas merupakan perbandingan antara volume ruang kosong yang berada dalam batuan berupa pori terhadap volume batuan se#ara
keseluruhan, dan biasanya
diekspresikan dengan stuan fraksi atau prosentase (0). Eotasi yang dipakai untuk porositas, φ. $e#ara matematis porositas batuan dapat ditulis sebagai berikut Porositas, φ =
Vb − Vs Vb
=
Vp Vb
...............................................................(-!)
keterangan Fb G volume batuan total (bulk volume). Fs G volume padatan batuan total (volume grain). Fp G volume ruang pori-pori batuan.
6ersamaan (-!) menggambarkan variasi susunan dari pa#king batuan yang memiliki butiran (spheres) dengan diameter yang dianggap sama. Dengan
perhitungan sederhana berdasarkan geometris batuan menunjukkan besarnya porositas terhadap beberapa variasi susunan pa#king butiran, se#ara berturut-turut, untuk #ubi# sebesar 4C.> persen, untuk heAagonal sebesar 5=.3 persen dan untuk rhombohedral sebesar 3.= persen. %ntuk masing-masing kemungkinan variasi pa#king tersebut, ukuran butiran tidak mempengaruhi porositas karena butiran dianggap seragam. Ke#uali untuk sandstone yang mempunyai ukuran butiran yang tidak seragam dan mempunyai material #ementing antar butiran yang mengurangi volume pori batuan.
'a"ar 2.2 Hu"un(an Pa0&in( Butiran Ter$a+a! Har(a Porositas Batuan
($mith, 8harles ?., ;ra#y, . . and :arrar, ?. an#e,!==)
6ada proses pembentukkan dari ruang-ruang kosong ada yang saling berhubungan
(inter#onne#ted)
dan
ada
yang
tidak
saling
berhubungan
(in#onne#ted). 9leh sebab itu ada dua pengertian tentang porositas, yaitu !. 6orositas absolut, adalah persen perbandingan volume pori-pori total terhadap volume batuan total (bulk volume). φ abs =
Volumetotalpori − pori Volumetotalbatuan
×!//0 ......................................................(-)
. 6orositas efektif, adalah persen perbandingan volume pori-pori yang saling berhubungan terhadap volume batuan total (bulk volume). φ eff
=
Volume pori yang berhubungan Volumetota lbatuan
×!//0 ........................................(-5)
Dalam analisa dan perhitungan reservoir, harga porositas efektif merupakan k"antitas harga yang sangat diperlukan yang men#erminkan adanya penyebab fluida dapat mengalir. Ditinjau dari asal terbentuknya dan #ara terjadinya, maka porositas dapat juga diklasifikasikan menjadi dua, yaitu !. 6orositas primer atau original, adalah porositas yang terbentuk pada "aktu batuan sedimen diendapkan. 6ada batupasir ditandai dengan hubungan yang intergranular, pada batuan limestone di#irikan oleh hubungan butiran yang interkristalin dan bentuk oolit atau bulat-bulat. . 6orositas sekunder, adalah porositas batuan yang terbentuk sesudah batuan sedimen terendapkan.
6orositas sekunder
biasanya
tidak
mempunyai
hubungan dengan proses sedimentasi dan di#irikan dengan ruang-ruang karena pelarutan, rekahan, #elah, kekar dan proses dolomitasi. ;ipe batuan sedimen atau reservoir yang mempunyai porositas primer adalah batuan konglomerat, batu pasir, dan batu gamping. 6orositas sekunder dapat diklasifikasikan menjadi tiga golongan, yaitu !. 6orositas larutan, adalah ruang pori-pori yang terbentuk karena adanya proses pelarutan batuan, yang biasa disebut dengan vugular porosity dan sering terdapat pada batuan sedimen un#onformity. . ?ekahan, #elah, kekar, yaitu ruang pori-pori yang terbentuk karena adanya kerusakan struktur batuan sebagai akibat dari variasi beban, seperti lipatan, sesar, atau patahan. 6orositas tipe ini sulit untuk dievaluasi atau ditentukan se#ara kuantitatip karena bentuknya tidak teratur. 5. Dolomitisasi, dalam proses ini batu gamping (8a89 5) ditransformasikan menjadi dolomite (8a&g(895)) atau menurut reaksi kimia
8a895 H &g8l5
→
8a&g(895) H 8a8l
&enurut para ahli, batu gamping yang terdolomitasi mempunyai porositas yang lebih besar dari pada batu gampingnya sendiri. Besar-ke#ilnya porositas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu !. Keseragaman butir %kuran butir batuan di#irikan sebagai derajat ketidaksimetrisan (ske"ness) distribusinya, yakni merupakan ukuran statistik dari ketidakseragaman butir yang berpengaruh terhadap harga porositas, seperti terlihat pada ambar .. $e#ara umum jika keseragaman batuannya baik, yang diindikasikan dengan ukuran butir yang halus dan dengan sudut butir yang besar, maka #enderung menaikkan harga porositasnya sedangkan bila keseragamannya buruk maka harga porositasnya akan lebih ke#il.
'a"ar 2.# Hu"un(an S&e/ness Ter$a+a! 8ariasi Porositas
(+myA, 1. ., Bass, D. &. 1r., hitting, ?. ,!=>/)
. $usunan butir %ntuk susunan butir yang baik akan memperbesar harga porositas, sedangkan bila susunan butirnya buruk maka harga porositasnya akan lebih ke#il. 7al ini disebabkan karena pengaruh pa#king butiran terhadap kerapatan rongga pori sebagai fungsi porositas, ditunjukkanpada ambar .C.
5. :aktor penyemenan 6enyemenan yang kuat akan memperke#il harga porositasnya. Batuan yang mempunyai penyemenan yang kuat ini biasanya terjadi pada batuan yang mempunyai kedalaman yang besar karena adanya tekanan beban yang #ukup berat sehingga menimbulkan penyempitan pada rongga pori-pori batuan. 6orositas juga dipengaruhi oleh tekanan yang terjadi pada formasi. %ntuk kasus yang lebih umum, porositas akan #enderung berkurang dengan semakin bertambahnya kedalaman formasi. +danya kedalaman akan mempengaruhi formasi terkompres, sehingga volume pori batuan juga akan menge#il akibat berat beban lapisan diatasnya (overburden pressure), seperti yang ditunjukkan pada ambar .=. $elain itu, porositas juga dipengaruhi oleh faktor eksternal, berupa adanya proses produksi fluida. $ebagaimana turunnya porositas disebabkan karena rongga pori batuan yang kosong ditinggalkan oleh fluida yang diproduksikan ke permukaan akan menyebabkan tekanan overburden terus berkembang menekan dan diteruskan ke matriks batuan, sehingga porositas akan semakin menge#il dari kondisi semula.
'a"ar 2. Pen(aru$ Fa&tor Ke+a%aan Ter$a+a! Porositas
(+myA, 1. ., Bass, D. &. 1r., hitting, ?. ,!=>/)
2.2.2.2. Wetta"i%itas
ettabilitas (sifat kabasahan batuan)
didefinisikan
sebagai
suatu
ke#enderumgan dari fluida untuk menyebar atau menempel pada permukaan padatan dengan adanya fluida yang tidak saling ber#ampur. Ke#enderungan untuk menyebar atau menempel ini dikarenakan
oleh adanya gaya adhesi yang
merupakan faktor tegangan permukaan antara batuan dan fluida. ambar .!/ menunjukan gaya setimbang didalam sistem minyak-air yang kontak dengan at padat, dengan sudut kontak sebesar θ° derajat yang diukur terhadap sudut kontak air dengan benda padat. $udut kontak diukur terhadap fluida yang lebih berat yang berharga /°-!/°.
'a"ar 2. Dera*at Ke"asa$an 9a: AirU+ara; 9": Mer0ur)U+ara; 90: Keseti"an(an 'a)a (a)a !a+a Batas AirMin)a&Pa+atan
($mith, 8harles ?., ;ra#y, . . and :arrar, ?. an#e,!==)
$e#ara matematis besarnya tegangan adhesi dalam sistem minyak-air-benda padat yang menimbulkan sifat membasahi benda padat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut AT = σ SO - σ SW = σ WO cos σ WO
= σ WO
cos θ ..................................................................... (-4)
keterangan +;
Gaya adhesi (yang menyebabkan #airan naik keatas batuan), dyne@#m
σ$9
G tegangan antar muka at padat * minyak, dyne@#m
σ$ G tegangan permukaan antar at padat * #air, dyne@#m σ9 G tegangan antar muka air - minyak, dyne@#m $uatu #airan dikatakan membasahi
at padat jika tegangan adhesinya
positif (θ 2 =/°), yang berarti batuan bersifat "ater "et (dibasahi oleh air) , sedangkan bila θ =/°, maka batuan bersifat oil "et (dibasahi oleh minyak). ambar .!!. menunjukan "ettabilitas ideal pada pori batuan reservoir.
'a"ar 2.4 Wetta"i%itas I+ea% !a+a Pori Batuan; 9a: oi% /et; 9": /ater /et
(+myA, 1. ., Bass, D. &. 1r., hitting, ?. ,!=>/)
aya adhesi yang berharga positif menunujukan bah"a fluida yang lebih berat mempunyai sifat lebih
membasahi permukaan benda padat yang ada,
sedangkan gaya adhesi berharga nol menunjukan bah"a kedua fluida mempunyai harga tingkat pembasahan yang sama terhadap benda padat yang ada. %mumnya batuan reservoir bersifat "ater "et, sehingga air #enderung untuk melekat pada permukaan batuan sedangkan minyak akan terletak diantara fasa air. 1adi minyak tidak mempunyai gaya tarik menarik
dengan batuan dan akan lebih mudah
mengalir dan lebih #epat lajunya dibandingkan air.
2.2.2.#. Te&anan Ka!i%er
9leh karena minyak lebih ringan dari air, maka minyak akan selalu mengisi tempat diatas air dan akan mendesak air ke ba"ah saat terjadi akumulasi. 6endesakan oleh minyak akan terus berjalan hingga saturasi menjapai suatu harga tertentu, dimana air tidak lagi kontinyu dan tidak dapat lagi mengalir (irredu#tible saturation) yang menimbulkan ona saturasi air berubah se#ara perlahan-lahan yang disebabkan oleh tekanan kapiler. ;ekanan kapiler (6#) didefinisikan sebagai perbedaan tekanan yang ada antara permukaan yang tidak ter#ampur (immis#ible), #airan-#airan atau #airangas, sebagai akibat dari terjadinya pertemuan permukaan yang memisahkan mereka. 6erbedaan tekanan dua fluida ini adalah perbedaan tekanan antara fasa minyak (6o) dengan fasa air (6"), dapat dituliskan 6# G 6o * 6" G (ρ" - ρo)gh....................................................................(-3) ;ekanan permukaan fluida yang lebih rendah terjadi pada sisi pertemuan permukaan fluida immis#ible yang #embung sehingga diperoleh jari-jari (r) dengan tinggi kolom diatas free "ater (h) dan sudut kontak ( θ). Di reservoir biasanya air sebagai fasa yang membasahi ("etting fasa), sedangkan minyak dan gas sebagai non "etting fasa atau tidak membasahi. ;ekanan kapiler dalam batuan berpori tergantung pada ukuran pori-pori dan ma#am fluidanya. $e#ara kuantitatif dapat dinyatakan dalam hubungan sebagai berikut 6# G
2.σwo . #os θ r
= ∆.ρ. g .h. ..........................................................(->)
keterangan 6#
G tekanan kapiler, dynes per #m
σ"o
G tegangan permukaan antara dua fluida, minyak-air
#os θ G sudut kontak permukaan antara dua fluida r
G jari-jari lengkung pori-pori, #m
∆ρ
G perbedaan densitas dua fasa, gm per ##
g
G per#epatan gravitasi, #m per se#
h
G tinggi kolom, #m
Dari persamaan (.>) diatas, tekanan kapiler sangat berhubungan dengan ketinggian kolom diatas permukaan air batas (oil-"ater #onta#t), sehinggga data tekanan kapiler dapat dinyatakan atau ditentukan dengan plot antara h versus saturasi air ($"). Berdasarkan ambar .!, dapat dinyatakan bah"a harga tekanan kapiler akan naik bersamaan dengan menge#ilnya saturasi air, dan sebaliknya tekanan kapiler turun jika saturasi airnya besar.
'a"ar 2.5 Hu"un(an Te&anan Ka!i%er +en(an 8ariasi Ketin((ian Ko%o
(6irson, 1. $ylvain,!=3)
6erubahan ukuran pori-pori dan densitas
fluida akan mempengaruhi
bentuk kurva tekanan kapiler dan ketebalan ona transisi. ?eservoir gas yang terdapat kontak gas-air, perbedaan densitas fluidanya bertambah besar sehingga akan mempunyai ona transisi minimum. Demikian juga untuk reservoir minyak yang mempunyai +6< gravity rendah maka kontak minyak-air akan mempunyai ona transisi yang panjang. Konsep ini ditujukan pada ambar .!. %kuran pori pori batuan reservoir sering dihubungkan dengan besaran permeabilitas yang besar akan mempunyai tekanan kapiler yang rendah, dan sebaliknya pada
reservoir dengan permeabilitas yang rendah memiliki tekanan kapiler yang tinggi, seperti pada gambar .!5.
'a"ar 2.6 Hu"un(an Saturasi Air Ter$a+a! Besaran Perea"i%itas Untu& 8ariasi Te&anan Ka!i%er (6irson, 1. $ylvain,!=3)
2.2.2.. Saturasi F%ui+a
6ada umumnya formasi yang mengandung minyak diper#aya bah"a dulunya merupakan batuan yang terinvasi oleh air kemudian terjebak di dalamnya. $elanjutnya hidrokarbon berat dan mature melakukan migrasi dari posisi statis hingga men#apai kesetimbangan dinamis (dynami# e'uilibrium), yang menggeser air di sela-sela bagian teratas dari struktur reservoir. &inyak tidak bisa menggeser seluruh air yang berada mula-mula di pori-pori batuan reservior. $ehingga batuan reservoir se#ara normal terisi oleh kedua fluida tersebut, hidrokarbon dan air (sering kali disebut #onnate "ater) pada ruang pori pori yang sama atau berdekatan. %ntuk menentukan kuantitas akumulasi
hidrokarbon dalam pori batuan reservoir, diperlukan juga saturasi fluida (gas, minyak dan air) dari material batuan tersebut. $aturasi fluida batuan didefinisikan sebagai perbandingan antara volume pori total batuan yang ditempai oleh suatu fluida tertentu dengan volume pori total pada batuan berpori.
$aturasi minyak ($ o) adalah S o
=
volume pori − pori yang !iisi olehmin ya volume pori
− poritotal
.......................(-C)
$aturasi air ($") adalah S w
=
volume pori − pori yang !iisi air volume pori − poritotal
.......................................(-)
$aturasi gas ($g) adalah S g =
volume pori − pori yang !iisioleh gas ..................................(-=) volume pori − pori total
1ika pori-pori batuan diisi oleh gas-minyak-air maka berlaku hubungan $g H $o H $" G !................................................................................ (-!/) 1ika diisi oleh minyak dan air saja maka $o H $" G !........................................................................................(.!!) ;erdapat tiga faktor yang penting mengenai saturasi fluida, yaitu o
$aturasi fluida akan bervariasi dari satu tempat ke tempat lain dalam reservoir, saturasi air #enderung untuk lebih besar dalam bagian batuan yang kurang porous, karena air lebih berat dari minyak dan minyak lebih berat dari gas, sehingga akan #enderung terjadi gravity segregation dari ketiga fluida tersebut.
o
$aturasi fluida akan bervariasi dengan kumulatif produksi minyak. 1ika minyak diproduksikan maka tempatnya di reservoir akan digantikan oleh air dan atau gas bebas, sehingga pada reservoir yang diproduksikan minyak maka saturasi fluida berubah se#ara kontinyu.
$aturasi minyak dan saturasi gas sering dinyatakan dalam istilah pori-pori
o
yang diisi oleh hidrokarbon. 1ika volume #ontoh batuan adalah F, ruang pori porinya adalah φF, maka ruang pori-pori yang diisi oleh hidrokarbon adalah $o.φ.F H $g.φ.F G (!-$").φ.F............................................................(-!) 2.2.2.. Perea"i%itas
6ermeabilitas didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu batuan untuk mengalirkan fluida melalui pori-pori batuan tanpa merusak partikel pembentuk batuan. 6ermeabilitas merupakan fungsi tingkat hubungan ruang antar pori-pori dalam batuan. Definisi kuantitatif permeabilitas pertama-tama dikembangkan oleh 7enry Dar#y (!3>) dalam hubungan empiris dengan bentuk differensial sebagai berikut V = "#A = −
!P ⋅ .......................................................................... ( µ !$
!5) keterangan '
G laju aliran, ##@se#
+
G luas penampang media berpori, #m
F
G ke#epatan aliran, #m@se#.
µ
G viskositas fluida yang mengalir, #p.
d6@d
G gradien tekanan dalam arah aliran, atm@#m.
k
G permeabilitas media berpori, dar#y.
;anda negatip dalam persamaan (-!5) menunjukkan bah"a bila tekanan bertambah dalam satu arah, maka arah alirannya berla"anan dengan arah pertambahan tekanan tersebut. Beberapa anggapan yang digunakan oleh Dar#y dalam persamaan (-!5) adalah o
+lirannya mantap (steady state)
o
:luida yang mengalir satu fasa
o
Fiskositas fluida yang mengalir konstan
o
Kondisi aliran isothermal
o
:ormasinya homogen dan arah alirannya horiontal
o
:luidanya in#ompressible. Dalam batuan reservoir, permeabilitas dibedakan menjadi tiga, yaitu
!. 6ermeabilitas absolut, adalah permeabilitas dimana fluida yang mengalir melalui media berpori tersebut hanya satu fasa, misal hanya minyak atau gas saja. . 6ermeabilitas efektif, adalah permeabilitas batuan dimana fluida yang mengalir lebih dari satu fasa, misalnya minyak dan air, air dan gas, gas dan minyak atau ketiga-tiganya. 5. 6ermeabilitas relatif, adalah perbandingan antara permeabilitas efektif dengan permeabilitas absolut. Dasar penentuan permeabilitas batuan adalah hasil per#obaan yang dilakukan oleh 7enry Dar#y. Dalam per#obaan ini, 7enry Dar#y menggunakan batu pasir tidak kompak yang dialiri air. Batu pasir s ilindris yang porous ini !//0 dijenuhi #airan dengan viskositas µ, dengan luas penampang +, dan panjangnya . Kemudian dengan memberikan tekanan masuk 6 ! pada salah satu ujungnya maka terjadi aliran dengan laju sebesar I, sedangkan 6 adalah tekanan keluar, seperti pada ambar .!4.
'a"ar
2.<
Dia(ra
Per0o"aan Perea"i%itas
(illiam, ain, D. 1r.,!=C3)
Dari per#obaan dapat ditunjukkan bah"a Iµ@+.(6!-6) adalah konstan dan akan sama dengan harga permeabilitas batuan yang tidak tergantung dari
#airan, perbedaan tekanan dan dimensi batuan yang digunakan. Dengan mengatur laju I sedemikian rupa sehingga tidak terjadi aliran turbulen, maka diperoleh harga permeabilitas absolut batuan, yaitu sebagai berikut K =
I.µ. B + .( 6! − 6 )
................................................................................(-!4)
$atuan permeabilitas dalam per#obaan ini adalah K (dar#y) =
I (#m5 @ se#). µ (#entipoise) B (#m) + ( s'#m). ( 6! − 6 ) (atm)
...............................(-!3)
Dari 6ersamaan (-!3) dapat dikembangkan untuk berbagai kondisi aliran yaitu aliran linier dan radial, masing-masing untuk fluida yang #ompressible dan in#ompressible. 6ada kenyataannya di reservoir, jarang sekali terjadi aliran satu fasa, kemungkinan terdiri dari dua fasa atau tiga fasa. %ntuk itu dikembangkan pula konsep mengenai permeabilitas efektif dan permeabilitas relatif. 6ermeabilitas efektif didefinisikan sebagai permeabilitas pada saturasi fluida lebih ke#il dari !//0 terhadap batuan, dinyatakan sebagai K o, K g, K ", dimana masing-masing untuk minyak, gas, dan air. $edangkan permeabilitas relatif dinyatakan sebagai berikut K ro
=
K o K
,
K rg =
K g K
,
K r"
=
K " K
.................................... (-!>)
dimana masing-masing untuk permeabilitas relatif minyak, gas, dan air. 6er#obaan yang dilakukan pada dasarnya untuk sistem satu fasa, hanya disini digunakan dua ma#am fluida (minyak-air) yang dialirkan bersama-sama dan dalam keadaan kesetimbangan. aju aliran minyak adalah I o dan air adalah I ". 1adi volume total (I o H I") akan mengalir melalui pori-pori batuan per satuan "aktu, dengan perbandingan minyak-air permulaan, pada aliran ini tidak akan sama dengan Io@I". Dari per#obaan ini dapat ditentukan harga saturasi minyak ($o) dan saturasi air ($") pada kondisi stabil. 7arga permeabilitas efektif untuk minyak dan air adalah K o =
Io .µo . B +.( 6! − 6 )
...........................................................................(-!C)
K " =
I" .µ" . B +.( 6! − 6 )
..........................................................................(-!)
keterangan µo G viskositas minyak, #p µ" G viskositas air, #p Io G laju aliran minyak, #m5 per se#ond I" G laju aliran air, #m5 per se#ond
6er#obaan dilakukan untuk laju pemasukan (input rate) yang berbeda untuk minyak dan air, dengan (Io H I") berharga tetap konstan. 7arga-harga K o dan K " pada persamaan (.!!) dan (.!) jika diplot terhadap $ o dan $ " akan diperoleh hubungan seperti yang ditunjukkan pada ambar .!3. Dari gambar tesebut menunjukkan bah"a harga ro pada $" G / dan $o G !, akan sama dengan k a bs (permeabilitas absolute), demikian juga rw untuk harga $" G ! dan $o G / maka akan sama dengan k abs. Dalam hal ini kurva kro dan kr" untuk setiap #ontoh batuan hanya sedikit pengaruhnya untuk viskositas, perbedaan tekanan serta geometri yang berbeda-beda.
'a"ar 2.1= Kur>a Perea"i%itas E7e&ti7 untu& Siste Min)a& ? Air
($mith, 8harles ?., ;ra#y, . . and :arrar, ?. an#e,!==)
+da tiga hal yang penting untuk kurva permeabilitas efektif pada sistem minyak-air, yaitu !. ko akan turun dengan #epat jika $" bertambah dari nol demikian juga k" akan turun dengan #epat jika berkurang dari satu. $ehingga dapat dikatakan bah"a $" yang ke#il akan mengurangi aliran-aliran air, demikian juga sebaliknya. . ko turun menjadi nol, dimana sementara masih terdapat saturasi minyak dalam batuan, dengan kata lain diba"ah saturasi minimum tertentu minyak dalam batuan tidak akan bergerak lagi. $aturasi minimum ini disebut residual oil saturation ($or ) atau #riti#al oil saturation ($o#). Demikian juga untuk air, terdapat saturasi minimum tertentu, yang disebut residual "ater saturation ($"r ) atau irredu#ible "ater saturation ($"ir ). 5. Karena harga ko dan k" yang bernilai lebih ke#il dari harga kabs, mak dapat dapat dituliskan persamaan o + w < % ..........................................................................................(-!=)
Demikian juga dengan #ara yang sama dapat dibuat untuk permeabilitas relative dalam sistem gas-minyak, pada ambar .!>.
'a"ar 2.11 Kur>a Perea"i%itas E7e&ti7 untu& Siste 'as ? Min)a&
($mith, 8harles ?., ;ra#y, . . and :arrar, ?. an#e,!==)
+da beberapa hal yang penting dalam kurva permeabilitas relatif untuk sistem gas-minyak, yaitu !. &eskipun kro turun dengan #epat sementara saturasi gas ($g) bertambah dari nol, saturasi minyak yang ke#il hanya sedikit berpengaruh terhadap krg. Dan harga krg juga turun sementara saturasi gas ($g) menge#il dari satu. . $aturasi minyak kritis, $o# pada sistem gas-minyak tidak perlu sama dengan $o# pada sistem minyak-air, meskipun #ontoh batuan yang digunakan sama. 7arga saturasi gas kritis ($g#) berkisar antara 30 - !/0. 7arga krg dan kro lebih ke#il dari satu, atau rg + ro < % ......................................................................................... (-/)
5. 6ada harga $g tertentu, perbandingan krg@kro #enderung naik terhadap tingkat kekompakan batuan, sehingga batuan yang kurang porous dan permeable, akan mempertinggi harga krg dibandingkan dengan kro, karena gas lebih #enderung menempati ruang pori-pori yang lebih besar. &eskipun diyakini bah"a tiga fasa mobil (gas, minyak dan air) jarang sekali terjadi pada suatu titik di reservoir. 1ika gas, minyak dan air mengalir se#ara bersama-sama
dalam
batuan,
yang
direpresentasikan
sebagai
reservoir
un#onsolidated sand dengan butiran "ell-sorted dalam sistem "ater-"et, maka digunakan kurva permeabilitas relatif untuk sistem tiga fasa pada gambar kurva berikut ini
'a"ar 2.12 Perea"i%itas Min)a& 9&ro: Se"a(ai Fun(si Saturasi 'as +an Air untu&
Siste 'asMin)a&Air
($mith, 8harles ?., ;ra#y, . . and :arrar, ?. an#e,!==)
'a"ar 2.1# Perea"i%itas Min)a& 9&r/: Se"a(ai Fun(si Saturasi Min)a& +an 'as untu& Siste 'asMin)a&Air
($mith, 8harles ?., ;ra#y, . . and :arrar, ?. an#e,!==) 2.2.2.4. Ko!resi"i%itas Batuan
&enurut eerstma (!=3C) terdapat tiga konsep kompressibilitas batuan, antara lain !. Kompressibilitas matriks batuan, yaitu fraksi perubahan volume material padatan (grains) terhadap satuan perubahan tekanan. . Kompressibilitas bulk batuan & yaitu fraksi perubahan volume bulk batuan terhadap satuan perubahan tekanan. 5. Kompressibilitas pori-pori batuan & yaitu fraksi perubahan volume pori-pori batuan terhadap satuan perubahan tekanan. Diantara konsep diatas, kompressibilitas pori-pori batuan dianggap yang paling penting dalam teknik reservoir khususnya.
Batuan yang berada pada kedalaman tertentu akan mengalami dua ma#am tekanan, antara lain !. ;ekanan-dalam (internal stress), yang disebabkan oleh tekanan hidrostatik fluida yang terkandung dalam pori-pori batuan. . ;ekanan-luar (eAternal stress) yang disebabkan oleh berat batuan yang ada diatasnya (overburden pressure). 6engosongan fluida dari ruang pori-pori batuan reservoir selama proses produksi akan mengakibatkan perubahan tekanan-dalam dari batuan, sehingga resultan tekanan pada batuan akan mengalami perubahan pula. +danya perubahan tekanan ini akan mengakibatkan perubahan pada butir-butir batuan, pori-pori dan volume total (bulk) batuan reservoir. %ntuk butir padatan (grains) akan mengalami perubahan yang serupa apabila mendapat tekanan hidrostatik fluida yang dikandungnya. 6erubahan bentuk volume bulk batuan dapat dinyatakan sebagai kompressibilitas 8r atau 8 r
=
! dFr . ...................................................................................(-!) Fr d6
$edangkan perubahan bentuk volume pori-pori batuan dapat dinyatakan sebagai kompressibilitas 8 p atau 8 p =
!
.
dF p
F p d6 J
..................................................................................(-)
keterangan Fr G volume padatan batuan (grains) F p G volume pori-pori batuan 6 G tekanan hidrostatik fluida di dalam batuan 6J G tekanan luar (tekanan overburden).
'a"ar 2.1 Kur>a Ko!ressi"i%itas Pori!ori Batuan A. Ratarata +ari +ua test &o!ressi"i%itas @ <1 =F. B. Test &o!ressi"i%itas @ 14 =F.
(+myA, 1. ., Bass, D. &. 1r., hitting, ?. ,!=>/) 7arga 8r untuk batuan ditentukan dengan menjenuhkan batuan oleh fluida, kemudian dimasukkan ke tabung dengan fluida yang sama. Batuan dalam tabung kemudian dikenakan tekanan hidrostatik dan dapat diukur perubahan volume Fr.
Bila tekanan dalam yang disebabkan oleh fluida dalam pori-pori berkurang, dan batuan menderita tekanan luar yang konstan yang disebabkan oleh muatan batuan di atasnya (overburden pressure), maka bulk volume batuan akan berkurang sementara volume padatan bertambah. 8arpenter dan $pen#er mengadakan test terhadap #ore dari formasi oodbine yang dihasilkan dengan variasi tekanan luar yang berbeda-beda. ;ipe kurva yang dihasilkan ditunjukkan oleh ambar .!=. 6erubahan ruang pori Fp ditentukan dengan pengukuran volume air yang keluar dari pori batuan akibat bertambahnya tekanan overburden. Kemiringan (m) akan menunjukkan harga kompressibilitas pori-pori batuan yang dibentuk dengan persamaan (-), ordinatnya menunjukkan pengurangan volume pori-pori batuan sebagai hasil dari perubahan tekanan overburden.
2.#. Kon+isi Reser>oar
Kondisi reservoar yang dimaksud disini adalah tekanan dan temperatur reservoar, dimana dua besaran ini sangat berpengaruh terhadap keadaan reservoar, baik pada batuan maupun fluida reservoar (gas, minyak dan air) ;ekanan dan temperatur reservoar dipengaruhi oleh adanya gradien kedalaman, letak lapisan dan kandungan fluidanya. ;ekanan dan temperatur reservoar akan dibi#arakan dalam sub bab ini. 2.#.1. Te&anan Reser>oar
;ekanan yang terjadi dalam pori-pori batuan reservoar dan fluida yang terkandung didalamnya disebut tekanan reservoar. +danya tekanan reservoar yang disebabkan oleh adanya gradien kedalaman, maka akan menyebabkan fluida reservoar akan mengalir dari reservoar ke lubang sumur yang relatif bertekanan rendah, sehingga tekanan reservoar akan menurun dengan adanya
kegiatan
produksi. ;ekanan yang bekerja pada reservoar, pada dasarnya diakibatkan oleh tiga hal, yaitu !. ;ekanan hidrostatis ;ekanan hidrostatis merupakan tekanan yang timbul akibat adanya fluida yang mengisi pori-pori batuan, desakan oleh ekspansi gas (dari tudung gas) dan
desakan gas yang membebaskan diri dari larutan akibat penurunan tekanan selama proses produksi berlangsung. %kuran dan bentuk kolom fluida tidak berpengaruh terhadap besarnya tekanan ini. 6ersamaan tekanan hidrostatis dituliskan 6h G /,/3 D
LLLLLLLLLLLLLL.LLL..(->4)
Dimana 6h
G tekanan hidrostatis, psi
G densitas fluida rata-rata, ppg
D
G tinggi kolom fluida, ft
Besarnya gradien tekanan hidrostatis air ta"ar adalah /,455 psi@ft, sedangkan gradien tekanan hidrostatis air asin adalah /,4>3 psi@ft. 6enyimpangan terhadap besarnya gradien tekanan hidrostatis ada dua, yaitu abnormal (apabila gradien tekanan /,4>3 psi@ft) dan subnormal (apabila gradien tekanan 2 /,455 psi@ft). . ;ekanan kapiler ;ekanan kapiler merupakan tekanan yang ditimbulkan oleh adanya kontak dua ma#am fluida yang tak saling #ampur. Besarnya tekanan kapiler dapat ditentukan dengan persamaan 6# G
h !44
(M" * Mo)
LLLLLLLL.LLLLLL..(->3)
Dimana 6#
G tekanan kapiler, psi
h
G selisih tinggi permukaan antara dua fluida, ft
M"
G densitas air, lb@#uft
Mo
G densitas minyak, lb@#uft
5. ;ekanan overbur!en ;ekanan overbur!en merupakan tekanan yang diakibatkan oleh adanya berat batuan dan kandungan fluida yang terdapat dalam pori-pori batuan yang terletak diatas lapisan produktif, yang se#ara matematis dituliskan 6o G
4 mb − 4 f +
G D(!-N)Mma H NMfl LLLLLLLLL..LL.(->>)
Dimana 6o
G tekanan overbur!en, psi
mb
G berat matriks batuan formasi, lb
f
G berat fluida yang terkandung dalam pori-pori batuan, lb
+
G luas lapisan, in
D
G kedalaman vertikal formasi, ft
N
G porositas, fraksi
Mma
G densitas matriks batuan, lb@#uft
Mfl
G densitas fluida, lb@#uft
Besarnya tekanan overbur!en akan naik dengan meningkatnya kedalaman, yang biasanya dianggap se#ara merata. 6ertambahan tekanan tiap feet kedalaman disebut gradien kedalaman. $alah satu test yang harus dilakukan setelah akumulasi hidrokarbon didapat adalah test untuk menentukan tekanan reservoar, yaitu tekanan a"al reservoar, tekanan statis sumur, tekanan alir dasar sumur dan gradien tekanan reservoar. Data tekanan tersebut akan berguna didalam menentukan produktivitas formasi produktif serta metode produksi yang akan digunakan, sehingga dapat diperoleh recovery hidrokarbon yang optimum. ;ekanan a"al reservoar adalah tekanan reservoar pada saat pertama kali ditemukan. ;ekanan dasar sumur pada sumur yang sedang berproduksi disebut tekanan aliran ( flowing ) sumur, kemudian jika sumur tersebut ditutup maka selang "aktu tertentu akan didapat tekanan statis sumur. 2.#.2. Te!eratur Reser>oar
;emperatur reservoar akan naik dengan meningkatnya kedalaman. 6eningkatan ini disebut gradien geothermis, yang besarnya bervariasi dari tempat yang satu ke tempat yang lain, akibat sifat konduktivitas batuan. Besarnya harga rata-rata gradien geothermis ± tertinggi o
:@!// ft.
±4
o
o
:@!// ft, sedangkan gradien geothermis
:@!//ft dan besarnya gradien geothermis terendah ± /,3
'a"ar 2.1 rafik radien ?ata-?ata ;emperatur (+myA, 1.., D.&. Bass, 1r. and ?.. hiting, !=>/)
7ubungan antara temperatur terhadap kedalaman dinyatakan dalam persamaan ;d G ;s H a D LLLLLLLL.LLLLLLLLLLLL..(->C) Dimana ;d
G temperatur formasi pada kedalaman D, 9:
;s
G temperatur permukaan rata-rata, 9:
a
G gradien geothermis, 9:@!// ft
D
G kedalaman, ft
6engukuran
temperatur
reservoar
dapat
dilakukan
setelah
sumur
dikomplesi dan temperatur ini dianggap konstan selama reservoar aktif, ke#uali bila dilakukan proses stimulasi. ambar .4>. menunjukkan #ontoh kurva kenaikan temperatur terhadap kedalaman, yang merupakan hasil penelitian di lapangan.
2.. JenisJenis Reser>oar 2..1. Ber+asar&an Peran(&a! 'eo%o(i
1enis reservoir berdasarkan perangkap reservoir dapat dibagi menjadi tiga, yaitu perangkap struktur, perangkap stratigrafi, dan perangkap kombinasi struktur dan stratigrafi. 2..1.1. Peran(&a! Stru&tur
6erangkap struktur merupakan perangkap yang paling orisinil dan sampai de"asa ini merupakan perangkap yang paling penting. 1elas di sini berbagai unsur perangkap yang membentuk lapisan penyekat dan lapisan reservoir sehingga dapat menangkap minyak, disebabkan gejala tektonik atau struktur, misalnya pelipatan dan pematahan. $ebetulnya kedua unsur ini merupakan unsure utama dalam pembentukan perangkap. 6erangkap yang disebabkan perlipatan merupakan perangkap utama. %nsur yang mempengaruhi perangkap ini adalah lapisan penyekat dan penutup yang berada di atasnya dan dibentuk sedemikian sehingga minyak tidak dapat lagi ke mana-mana, seperti yang ditunjukkan pada (ambar .4C.) %ntuk mengevaluasi suatu perangkap lipatan terutama mengenai ada tidaknya tutupan (batas maksimal "adah dapat diisi oleh fluida), jadi tidak dipermasalahkan apakah lipatan itu ketat atau landai, yang penting adalah adanya tutupan. $uatu lipatan sehingga tidak dapat disebut suatu perangkap. Disamping itu ada tidaknya tutupan tergantung pada faktor struktur dan posisinya ke dalam. 8ontohnya, pada permukaan didapatkan struktur tutupan tetapi makin ke dalam makin menghilang. 1adi untuk mengevaluasi perangkap pelipatan selain dari adanya tutupan juga harus dievaluasi apakah tutupan tersebut terdapat pada lapisan reservoir.
'a"ar 2.14 6rinsip 6enjebakan &inyak dalam 6erangkap $truktur (Koesoemadinata, ?.6., !=/) 6erangkap patahan sering juga terdapat dalam berbagai reservoir minyak
dan gas. ejala patahan (sesar) dapat bertindak sebagai unsur penyekat dalam penyaluran minyak. $ering dipermasalahkan apakah patahan itu merupakan penyekat atau penyalur. $mith (!=>>) mengemukakan bah"a persoalan patahan sebagai penyekat sebetulnya tergantung dari tekanan kapiler. $e#ara teoritis, memperlihatkan bah"a patahan dalam batuan yang basah air tergantung pada tekanan kapiler dari medium dalam jalur patahan tersebut. Besar-ke#ilnya tekanan yang disebabkan oleh pelampungan minyak atau kolom minyak terhadap besarnya tekanan kapiler, menentukan sekali apakah patahan itu bertindak sebagai penyalur atau penyekat. 1ika tekanan tersebut lebih besar daripada tekanan kapiler maka minyak masih dapat tersalurkan melalui patahan, tetapi jika lebih ke#il maka patahan tersebut bertindak sebagai suatu penyekat. 6atahan yang berdiri sendiri tidaklah dapat membentuk suatu perangkap. +da beberapa unsur lain yang harus dipenuhi untuk terjadinya suatu perangkap yang betul-betul hanya disebabkan karena patahan, yaitu !. +danya kemiringan "ilayah . 7arus paling sedikit dua patahan yang berpotongan 5. +danya suatu pelengkungan lapisan atau suatu pelipatan 4. 6elengkungan dari patahan itu sendiri dan kemiringan "ilayah Dalam prakteknya jarang sekali terdapat perangkap patahan yang murni. 6atahan biasanya hanya merupakan suatu pelengkung daripada suatu perangkap struktur.
2..1.2. Peran(&a! Strati(ra7i
6rinsip perangkap stratigrafi ialah minyak dan gas terjebak dalam perjalanannya ke atas, terhalang dari segala arah terutama dari bagian atas dan pinggir, karena batuan reservoir menghilang atau berubah fasies menjadi batuan lain atau batuan yang karakteristik reservoir menghilang sehingga merupakan penghalang permeabilitasnya. Beberapa unsur utama perangkap stratigrafi ialah !. +danya perubahan sifat lithologi dengan beberapa sifat reservoir, ke satu atau beberapa arah sehingga merupakan penghalang permeabilitas. . +danya lapisan penutup@penyekat yang menghimpit lapisan reservoir tersebut ke arah atas atau ke pinggir. 5. Keadaan struktur lapisan reservoir yang sedemikian rupa sehingga dapat menjebak minyak yang naik. Kedudukan struktur ini sebetulnya melokalisasi posisi tertinggi daripada daerah potensial rendah dalam lapisan reesrvoir yang telah tertutup dari arah atas dan pinggir oleh beberapa unsur tersebut di atas. Kedudukan struktur ini dapat disebabkan oleh kedudukan pengendapan atau juga karena kemiringan "ilayah. 6erubahan sifat litologi@ sifat reservoir ke suatu arah daripada lapisan reservoir dapat disebabkan !. 6embajian, dimana lapisan reservoir yang dihimpit di antara lapisan penyekat menipis dan menghilang. . 6enyerpihan (shale-out), dimana ketebalan tetap, akan tetapi sifat litologi berubah 5. Bidang ketidakselarasan, disebabkan adanya erosi pada perlapisan batuan permeable yang miring 6ada hakekatnya, perangkap stratigrafi didapatkan karena letak posisi struktur tubuh batuan sedemikian sehingga batas lateral tubuh tersebut merupakan penghalang permeabilitas ke arah atas atau ke pinggir. 1ika tubuh batuan reservoir itu ke#il dan sangat terbatas, maka posisi struktur tidak begitu penting, karena seluruhnya atau sebagian besar dari tubuh tersebut merupakan perangkap.
1ika tubuh reservoir memanjang atau meluas, maka posisi struktur sangat penting. 6erangkap tidak akan terjadi jika tubuh reservoir berada dalam keadaan horisontal. 1ika bagian tengah tubuh terlipat, maka peragkap yang terjadi adalah perangkap struktur (antiklin). %ntuk terjadinya perangkap stratigrafi, maka posisi struktur lapisan reservoir harus sedemikian sehingga salah satu batas lateral tubuh reservoir (yang dapat berupa unsur di atas tadi), merupakan penghalang permeabilitas ke atas.
'a"ar 2.15 6erangkap $tratigrafi a. 6enyerpihan O b. 6embajian O #. Ketidakselarasan (Koesoemadinata, ?.6., !=/)
evorsen (!=34), membagi perangkap stratigrafi sebagai berikut !. ;ubuh batuan reservoir terbatas (lensa) a. Batuan reservoir klastik detritus dan volkanik. b. Batuan reservoir karbonatO terumbu, bioherm . 6embajian, perubahan fasies ataupun porositas dari lapisan reservoir ke suatu arah regional ataupun lokal dari a. Batuan reservoir klastik detritus b. Batuan reservoir karbonat. 5. 6erangkap ketidak-selarasan. 2..1.#. Peran(&a! Ko"inasi
