BAB II DASAR-DASAR RESERVOIR RESERVOIR PANASBUMI PANASBUMI
Secara umum lapangan panasbumi terdapat di daerah jalur gunung berapi, karena sebagai sumber panas dari panasbumi adalah magma. Magma sebagai sumber panas akan memanasi bahan-bahan pada kerak bumi termasuk juga cairan yang ada di dalamnya. Reservoir panasbumi biasanya terdapat di daerah gunung api purba post (post volcanic). volcanic). Karen Karenaa pros proses es post volcanic tersebut tersebut menyebabkan dinginnya dinginnya cairan cairan magma yang kemudian akan menjadikannya sebagai salah satu komponen reservoir panasbumi yang disebut sumber panas. kibat dari proses gunung api terbentuklah sistem panasbumi yang dipengaruhi oleh proses-proses geologi baik yang sedang berlangsung
atau
yang
telah
berlangsung
didaerah post-volcanic, post-volcanic,
sehi sehing ngga ga
memungk memungkink inkan an terben terbentuk tuknya nya suatu suatu lapang lapangan an panasb panasbumi umi yang yang potens potensial ial untuk untuk diproduksikan. !i dalam reservoir panasbumi, bahan penyusunnya mempunyai struktur dan karakteristik yang sesuai dengan terbentuknya bumi dan perlu diketahui terbentuknya reservoir panasbumi harus memiliki persyaratan tertentu, yaitu harus tersedia sumber panas, batuan reservoir, "luida reservoir, dan batuan penudung. Selain syarat-syarat terbentukny terbentuknyaa reservoir reservoir panasbumi panasbumi juga dapat diklasi"i diklasi"ikasik kasikan an berdasarkan berdasarkan sumber sumber panas, jenis "asa "luida, temperature, dan berdasarkan jenis "luida reservoir. reservoir.
2.1. 2.1.
Gene Ge nesa sa Pem Pembe bent ntuk ukan an Res Reser ervo vor r Pan Panas asbu bum m
#enyebar #enyebaran an sumber sumber energi energi panasbu panasbumi mi terdap terdapat at pada daerah daerah jalur jalur gunung gunung berapi, dimana aspek geologi yang mempengaruhi terbentuknya sumber panasbumi adalah kegiatan magmatik magmatik dan proses proses pengangkatan. pengangkatan. Kegiatan magmatik magmatik khususnya khususnya kegunungapian ter$ujud dalam bentuk-bentuk terobosan dan letusan gunung api, sedangkan proses pengangkatan akan mengakibatkan sesar disepanjang jalur gunung
api. api. Kedua Kedua proses proses terseb tersebut ut mengak mengakibat ibatkan kan sumber sumber panas panas pada pada jalur jalur gunung gunung api relative dangkal terhadap daerah sekitarnya. #roses pengangkatan akan menyebabkan daerah yang bersangkutan terangkat lebih tinggi dari daerah sekitarnya dan akan membentuk sistem pegunungan yang ber"ungsi sebagai penangkap hujan sehingga peresapan air ke dalam tanah relative besar dari daerah sekitarnya. Maka daerah tersebut merupakan $adah air tanah meteoric selama $aktu geologi, yang merupakan sumber air bagi dataran rendah yang berada di ba$ahnya.
2.1.1. 2.1.1. !eor Pembent Pembentukan ukan Reserv Reservor or Panasb Panasbum um
#ada dasarnya dasarnya sistem sistem panasbumi panasbumi terbentuk dari hasil perpindahan perpindahan panas dari sumber panas sekelilingnya yang terjadi secara konduksi maupun secara konveksi. #erpindahan panas secara konduksi terjadi melalui batuan, sedangkan perpindahan panas secara konveksi ko nveksi terjadi karena adanya kontak antara air a ir dengan sumber panas. #erpindahan panas secara konveksi terjadi karena adanya gaya apung (%uoyancy). Karena adanya kontak dengan sumber panas, air yang bertemperatur lebih tinggi menjadi lebih ringan dan keadaan ini menyebabkan air yang lebih panas bergerak ke atas dan yang bersuhu lebih rendah bergerak ke ba$ah, sehingga terjadi sirkulasi air atau arus konveksi. #embentukan #embentukan reservoir panasbumi panasbumi tidak lepas dari dua proses magmatik magmatik dan pengangkatan yang menyebabkan menyebabk an terbentuknya reservoir panasbumi. Salah satu teori yang yang menduku mendukung ng terbent terbentukny uknyaa sistem sistem panasb panasbumi umi adalah adalah teori teori tekton tektonik ik lempeng lempeng.. Konsep Konsep tekton tektonik ik lempeng lempeng menjel menjelask askan an bah$a bah$a kulit kulit bumi bumi terdir terdirii dari dari dua bagian bagian lempen lempeng g tegar tegar yaitu yaitu lempeng lempeng benua benua dan lempen lempeng g samudr samudra, a, yang yang berger bergerak ak satu satu terhadap lainnya. &eori tektonik lempeng ini membagi kerak bumi menjadi dua jenis, yaitu kerak benua dan kerak samudera. !apat dikatakan bah$a bahan yang membentuk kera kerak k benua benua terd terdir irii dari dari batua batuan n yang yang menga mengand ndung ung unsur unsur sili silika ka dan alum alumin ina, a,
sedangkan kerak samudera terdiri dari batuan yang padat, ber$arna gelap dan banyak mengandung silika dan magnesium. Kedua jenis kerak ini membentuk membentuk lempeng-lempeng lempeng-lempeng yang berukuran raksasa yang kemudian disebut dengan lempeng benua dan lempeng samudra, yang dapat bergeser dia atas mantel bumi. %atasan antara masing-masing lempeng, merupakan tempat-tem tempat-tempat pat dimana dimana terdapat terdapat daerah-daera daerah-daerah h bergempa bergempa dan gejala gejala pembentukan pembentukan pegunungan. Kerak benua disebut lapisan granites lapisan granites,, karena batuan yang membentuk kerak kerak benua benua teruta terutama ma bersi" bersi"at at granit granit,, sedangk sedangkan an kerak kerak samuder samuderaa disebut disebut lapisa lapisan n basaltis. basaltis. %ila %ila dua lempeng lempeng terseb tersebut ut saling saling bertum bertumbuka bukan, n, lempeng lempeng samudr samudraa akan akan tertekuk keba$ah dan masuk ke dalam astenos"era melalui jalur bergempa miring (dengan sudut kemiringan beragam). 'alur inilah yang dikenal dengan jalur Benioff, jalur Benioff, sedangkan gejala penyusupan lempeng samudra ke ba$ah lempang benua disebut dengan tumbukan tipe Cordillera. Cordillera . Kadang-kadang lempeng samudra yang bergerak mendekati lempeng benua tertekuk ke atas sehingga kerak samudra relative berada di atas kerak benua dan seolah tersesar sungkupan. ejala tumbukan ini dikenal dengan tipe Tiatian atau Tiatian atau Obduction. Model sistem pergerakan lempeng yang dikenal ada tiga macam berdasarkan pergerakannya, yaitu pergerakan saling menjauh (divergen), divergen), perger pergeraka akan n saling saling mendekat (konvergen (konvergen)) dan pergerakan yang saling berpasangan. Model pergerakan yang berbeda akan menghasilkan peristi$a peristi$a dan lingkunganbatas yang berbeda-beda antara antara lempeng-lem lempeng-lempeng peng lithosfer tersebut, tersebut, tergantung pada pergerakan relati" serta jenis lempeng yang bertumbukan tersebut. !isinilah biasanya terjadi pembentukan daerah reservoir panasbumi. !isinilah biasanya terjadi pembentukan daerah reservoir panasbumi seperti pada Gambar 2.1. 2.1.2. 2.1.2. S"arat S"arat !erben !erbentukn tukn"a "a Reservo Reservorr Panasbum Panasbum
!alam pembentukannya, reservoir panasbumi mempunyai empat syarat yang harus dipenuhi yaitu sumber panas, batuan reservoir, "luida reservoir, dan batuan penudung. Seperti terlihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.1 Skema Sstem !umbukan #em$en% Da&am Pembentukan Gunun% A$' P&utons (an Daera) !ektonk Akt* +,
Gambar 2.2 Da%ram Skemats Mo(e& Sstem Panasbum Pa(a #a$an%an arak' Ne /ea&an( +,
2.1.2.1.
Sumber Panas
Sumber panas adalah bagian yang terpenting untuk suatu reservoar panasbumi (hidrohermal). Karena energi panas dari sumber tersebut akan diserap oleh "luida dan kemudian diproduksikan sebagai uap. Sumber panas utama pada lapangan hidrothermal adalah intrusi magma yang terdapat pada *ona seismik dimana terjadi benturan atau pemisahan antara beberapa lempeng. Kemungkinan lain dari sumber panas tersebut antara lain + . Konsentrasi radioakti" lokal yang tinggi pada batuan kerak bumi. . Reaksi kimia eksothermik. . #anas gesekan karena perbedaan gerak massa batuan yang saling bergeser pada patahan-patahan geologi. /. #anas laten yang dilepaskan pada saat pengkristalan atau pemadatan batuan yang cair. 0. Masuknya gas-gas magmatik yang panas ke dalam a1ui"er melalui rekahanrekahan pada bed rock. %ed rock biasanya adalah bagian utama batuan basaltik kerak bumi dan sangat tebal ( 2 0 km).
3apisan yang tebal ini menghasilkan tekanan litostatik yang
berakibat batuan menjadi impermeable, terutama pada arah hori*ontal. Meskipun demikian patahan-patahan vertikal atau hampir vertikal sangat kecil kemungkinannya bertahan diba$ah pengaruh tekanan gas magmatik dan uap yang sangat besar dan bergerak ke permukaan dari suatu kedalaman yang cukup besar. Sumber panas yang lain adalah batuan yang kaya akan mineral radioakti", dimana panas yang terjadi berasal dari proses pembusukan mineral radioakti" tersebut. Mineral tersebut se$aktu 4bebas5 mengeluarkan panas sehingga mampu melelehkan batuan di sekitarnya, dimana dalam perkembangan selanjutnya akan terbentuk massa magma yang baru. Secara teoritis *at radioakti" akan berkurang pada kedalaman yang jauh ke dalam bumi. da istilah yang erat hubungannya dengan suhu dan kedalaman, yaitu landaian panasbumi normal (geothermal gradient) merupakan
istilah yang digunakan untuk menerangkan bertambah besarnya suhu apabila kita turun hingga kedalaman tertentu, yaitu o 677 m. dapun variasi derajat suhu bumi ini disebabkan oleh kondisi batuan, proses hidrokimia batuan (memberikan panas yang cukup tinggi), kondisi geologi (terbentuknya batuan di daerah lipatan akan tinggi), kerja air tanah, karja air permukaan, dan konsentrasi mineral radioakti". !i ba$ah kerak bumi pada tekanan normal batuan akan meleleh. Sedangkan bila tekanan yang diterima lebih tinggi lagi (777 2 /777 atm) batuan akan mencapai kondisi padat kenyal. Secara teoritis, kearah inti bumi derajat panas akan meningkat hingga mencapai 8.797 76 yang menyebabkan semua unsur dalam inti bumi akan mencair. &etapi suhu di perut bumi tidak lebih dari 077o 2 /777o6, dengan tekanan /,9 juta atmos"ir, sehingga substansi inti bumi dan selubung berada dalam kondisi laten (padat kenyal). %atuan pamanas akan ber"ungsi sebagai trans"er pemanasan air yang dapat berujut terobosan granit maupun bentuk-bentuk batolit (sebagai media panas).
2.1.2.2.
Batuan Reservor
%atuan reservoir adalah batuan yang mempunyai si"at porous dan permeable yang sangat baik sehingga dapat menyimpan dan meloloskan air atau uap yang merupakan "luida reservoir pada gradient tekanan tertentu. Selain itu si"at "isik batuan reservoir yang dapat menjadi batuan reservoir lainnya adalah konduktivitas panas, yaitu kemampuan untuk menghantarkan panas dari sumber panas. #ada sistem panasbumi, sebagian besar batuan reservoir adalah batuan beku atau metamor". #ada kedua jenis batuan yang telah disebutkan di atas, porositas batuan reservoirnya adalah rekahan-rekahan yang biasa disebut sebagai porositas sekunder. Selain batuan beku dan metamor", yang dapat ber"ungsi sebagai batuan reservoir adalah batuan sedimen piroklastik, karena si"atnya yang mempunyai kemampuan untuk menyimpan "luida
panasbumi. %atuan ini dihasilkan oleh serangkaian proses yang berkaitan dengan letusan gunung api. %ahan lepas gunung api (pyroclastic-pyroclast + Schimdt, 8:) dihasilkan oleh serangkaian proses yang berkaitan dengan letusan gunung api. ;stilah lain yang sering dijumpai adalah bahan hamburan (ejecta), yang merupakan keratin batuan yang dikeluarkan pada saat terjadinya letusan gunung api. !an berdasarkan asal mulanya bahan hamburan dibedakan menjadi bahan juvenile (essential, connate, juvenil), bahan tambahan (accessories) dan bahan asing (accidential). %ahan juvenile adalah bahan yang dikeluarkan dari magma terdiri dari padatan atau partikel tertekan dari suatu cairan yang mendingin dan kristal (pyrogenic crystal), bahan tambahan adalah bahan yang berasal dari letupan sebelumnya pada gunung api yang sama (gunung api tua) sedangkan bahan asing merupakan bahan hamburan yang berasal dari batuan non-gunung api atau batuan dasar, sehingga mempunyai komposisi beragam. Seperti halnya lava pengendapan bahan lepas gunung api terdapat di darat maupun di laut. %ahan lepas gunung api yang jatuh ke dalam cekungan pengendapan, dimana saat itu sedang terjadi pengendapan normal, maka kemungkinan besar bahan lepas tersebut akan bercampur dengan lempung, lanau, pasir, kerikil. %atuan yang terbentuk akibat proses demikian disebut dengan sedimen abuan (ashy sediment) apabila belum mengalami pengompakan atau batuan sedimen tu"ran, apabila telah mengalami pembatuanpengompakan sehingga dikenal dengan lempung tu"ran, pasir tu"ran dan kerikil tu"ran. #ercampuran piroklastik dengan sedimen dapat pula terjadi karena proses erosi dan pengendapan kembali.
pasir gunungapian (volcanic sandstone), konglomerat gunungapian (volcanic conglomerate) dan sebagainya.
2.1.2.0. &u(a Reservor
>luida reservoir pada reservoir panasbumi adalah air, yang digunakan untuk memindahkan panas kepermukaan. >luida reservoir panasbumi tersebut dapat berupa air hujan atau air tanah meteoric. 'enis-jenis air yang berperan sebagai "luida reservoir panasbumi menurut $hite (80?),dibedakan menjadi +
-
ir 'uvenil ( Juvenile water ) merupakan air baru yang berasal dari magma batuan utama dan yang sebelumnya bukan merupakan bagian dari sistem biosfera.
-
ir magmatik (magmatic water ) merupakan air yang berasal dari magma saat magma menggabungkan air meteorik dari sirkulasi yang dalam atau air dari bahan-bahanmaterial-material pengendapan.
-
ir meteorik (meteorik water ) merupakan air yang terakhir terlihat dalam sirkulasi atmos"er.
-
ir purba (connate water ) merupakan air "osil yang telah keluar dari hubungan dengan atmos"er untuk periode geologi yang panjang. ir tertutup oleh "ormasi batuan yang dalam.
-
ir metamor"is (metamorfic water ) merupakan perubahan khusus dari air purba yang berasal dari mineral hydrous selama rekristalisasi untuk mengurangi mineral hydrous selama proses perubahan bentuk.
2.1.2.. Batuan Penu(un% 34a$ Ro5k,
%atuan penudung dalam reservoir panasbumi adalah batuan impermeable yang ber"ungsi sebagai penahan keluarnya panas "luida ke atmos"er dan mempertahankan temperatur dan tekanan reservoir, sehingga "luida yang berada di ba$ahnya mengalami sirkulasi secara konveksi karena air yang mendidih bergerak ke atas dan melepaskan uap. @ap yang bergerak ke atas akan lebih jauh dari sumber
panas maka akan segera mengembun kembali dan bergerak lagi ke ba$ah dan begitu seterusnya hingga terjadi arus konveksi. #ada reservoir panasbumi, batuan penudung umumnya adalah hasil erupsi gunung api berupa perselingan antara bahan lepas piroklastik dan aliran lava yang kemudian membeku. Selain itu batuan penudung pada reservoir panasbumi dapat berasal dari bahan lepasan gunung api yang jatuh pada lingkungan pengendapan dan bercampur dengn bahan sediment lain. Kemudian terjadi pengompakan dan pembatuan sehingga terbentuk lempung tu"aan, lanau tu"aan dan kerikil tu"aan. %atuan ini mempunyai permeabilitas yang kecil sehingga dapat ber"ungsi sebagai batuan penudung pada sistem panasbumi. Selain itu lapisan batuan yang impermeabel ini dapat terbentuk juga oleh proses kimia yang disebut self sealing sebagai berikut + . #engendapan mineral-mineral dari larutannya, terutama silika. . lterasi hidrothermal batuan-batuan permukaan yang menghasilkan kaolinisasi %atuan penutup dapat dibedakan menjadi dua, yaitu batuan penutup terbuka dan tertutup. %atuan penutup terbuka umumnya menutupi reservoir air hangat dengan tekanan yang rendah dimana "luida di permukaan tidak mencapai boilling point sehingga kurang ekonomis untuk dieksploitasikan. Sedangkan batuan penutup tertutup, yaitu batuan yang bersistem auifer confined dan bertekanan tinggi dimana water table sejajar dengan water table recharge area. Sistem ini akan sangat baik bila temperatur reservoirnya
tinggi dan pada area ini sangat ekonomis untuk
dieksploitasikan. 2.2.
6on(s Geo&o% Reservor Panasbum
#roses geologi yang sedang atau telah berlangsung dapat mempengaruhi kondisi geologi sumber panasbumi, dimana umumnya proses geologi tersebut mencakup perubahan struktur perlapisan dan stratigra"inya. Kegiatan yang menyebabkan perubahan itu seperti kegiatan magmatik dan proses pengangkatan mengakibatkan terbentuknya struktur yang potensial untuk sistem panasbumi seperti graben, sesar dan kaldera.
2.2.1. Strat%ra*
Stratigra"i adalah cabang ilmu geologi yang mempelajari tentang si"at-si"at lapisan, distribusi kehidupan ("osil), yang akan selalu berbeda dengan lapisan yang di atasnya. !i dalam penyelidikan stratigra"i ada tiga unsur penting pembentuk stratigra"i yang perlu diketahui, yaitu unsur batuan, perlapisan d an struktur sedimen. . @nsur %atuan Suatu hal yang penting didalam unsur batuan adalah pengenalan dan pemerian litologi. Seperti diketahui bah$a volume bumi diisi oleh batuan sedimen 0 A dan batuan non-sedimen 80 A. &etapi dalam penyebaran batuan, batuan sedimen mencapai ?0 A dan batuan non-sedimen 0 A. @nsur batuan terpenting pembentuk stratigra"i yaitu sedimen dimana si"at batuan sedimen yang berlapislapis memberi arti kronologis dari lapisan yang ada tentang urut-urutan perlapisan ditinjau dari kejadian dan $aktu pengendapannya maupun umur setiap lapisan. !engan adanya ciri batuan yang menyusun lapisan batuan sedimen, maka dapat dipermudah pemeriannya, pengaturannya, hubungan lapisan batuan yang satu dengan yang lainnya, yang dibatasi oleh penyebaran ciri satuan stratigra"i yang saling berhimpit, bahkan dapat berpotongan dengan yang lainnya . @nsur #erlapisan @nsur
perlapisan
merupakan
si"at
utama
dari
batuan
sedimen
yang
memperlihatkan bidang-bidang sejajar yang diakibatkan oleh proses-proses sedimetasi. Mengingat bah$a perlapisan batuan sedimen dibentuk oleh suatu proses pengendapan pada suatu lingkungan pengendapan tertentu, maka Beimer berpendapat bah$a prinsip penyebaran batuan sedimen tergantung pada proses pertumbuhaan lateral yang didasarkan pada kenyataan, yaitu bah$a + ) kumulasi batuan pada umumnya searah dengan aliran media transport, sehingga kemiringan endapan mengakibatkan terjadinya perlapisan selang tindih (overlap) yang dibentuk karena tidak seragamnya massa yang diendapkannya.
) =ndapan di atas suatu sedimen pada umumnya cenderung membentuk sudut terhadap lapisan sedimentasi di ba$ahnya. . %idang #erlapisan Merupakan bidang yang di$ujudkan dari kenampakan suatu mineral tertentu, besar butir dan bidang sentuhan yang tajam antara dua lithologi yang berbeda. Suatu bidang yang bersedimentasikan sesuai bidang kesamaan $aktu disebut 4isochron surface5. 3apisan merupakan stratigra"i yang terkecil dengan ketebalan beberapa milimeter sampai dengan puluhan meter terdiri dari satu macam batuan yang homogen, dibatasi bagian atas dan ba$ah oleh bidang perlapisan secara tajam atau secara berangsur. #ada daerah vulkanik, pembentukan strartigra"i juga dikontrol oleh proses sedimentasi yang terjadi jutaan tahun yang lampau. #ada daerah vulkanik ini reservoir panasbumi terbentuk akibat proses sedimentasi hasil letusan gunung api. #erlapisan batuan pada lapangan panasbumi secara umum merupakan endapan terulang yang terdiri dari porfiritik andesitan dengan hasil piroklastik , tuffa lapili dan beberapa lapisan breksi. Stratigra"i daerah vulkanik disusun berdasarkan satuan lithologi (lithostratigrafi) dengan mengadakan korelasi dari sumur-sumur yang ada.
2.2.2. Struktur Geo&o%
!alam pengamatan struktur kulit bumi untuk mendapatkan data struktur perlapisan sangat bergantung pada pengetahuan geologi struktur. eologi struktur dide"inisikan sebagai studi yang membahas bangunan atau arsitektur kulit bumi dan gejala yang menyebabkan terjadinya perubahan pada kulit bumi. !alam mempelajari struktur geologi, terdapat beberapa masalah antara lain kondisi "isik yang mempengaruhi pembentukan serta bagaimana mekanismenya. 'adi inti dari geologi struktur adalah de"ormasi dari bumi, apa yang menyebabkan, serta apa akibatnya. #embentukan struktur kulit bumi dipengaruhi oleh tekanan dan temperature pada saat pembentukan serta distribusi gaya yang menyebabkan terjadinya bentuk
akhir (akan mempengaruhi hasilnya). #ada umumnya gaya yang menyebabkan bentuk struktur adalah gaya-gaya compression, tension, couple dan torsion, sehingga dapat terjadi tiga "ase atau perubahan. Struktur batuan adalah bentuk dan kedudukan yang dilihat di lapangan sekarang. Cal ini merupakan hasil dari proses, yaitu + . #roses pembentukan batuan, dimana saat itu akan dibentuk struktur-struktur primer. . #roses yang bekerja kemudian, berupa de"ormasi mekanis maupun pengubahan kimia$i batuan setelah batuan terbentuk. Struktur primer yang terbentuk pada batuan beku berupa struktur aliran ( flow structure) yang sering dijumpai pada lava. da beberapa hal yang dapat digunakan untuk menentukan bentuk struktur geologi pada kulit bumi + a. Melihat langsung di lapangan b. Melakukan pengeboran pada beberapa tempat kemudian dilakukan korelasi dan interpretasi c. !engan metode geo"isika. Struktur sekunder sangat penting untuk di pelajari berhubungan dengan struktur geologi lapangan panasbumi. #ada daerah vulkanik ada beberapa struktur yang biasa terjadi selama dan sesudah erupsi gunung api, diantaranya adalah struktur amblesan. Struktur ini sebagai akibat pengaruh kegiatan magmatik dan semimagmatik , dengan atau tanpa pengaruh sesar. Struktur amblesan meliputi ka$ah, kaldera, graben serta struktur yang terjadi secara lateral yaitu lipatan dan sesar. 1. 6aa)
Ka$ah merupakan bentuk negati" yang terjadi karena kegiatan gunung api. %erdasarkan asal mulanya, ka$ah dapat dibedakan menjadi ka$ah letusan dan ka$ah runtuhan. Sedangkan berdasarkan letaknya terhadap pusat kegiatan dikelompokkan ka$ah kepundan dan ka$ah samping. #engisian ka$ah oleh air hujan akan menyebabkan terbentuknya danau ka$ah. 3etusan gunung api yang mempunyai danau ka$ah akan menyebabkan terjadinya lahar letusan yang bersuhu tinggi.
2. 6a&(era
@kuran kaldera lebih besar dari ka$ah meskipun tidak ada batasan ukuran yang membedakan sehigga mempunyai ukuran berapa ka$ah dapat disebut sebagai kaldera. Menurut C. Billiam (8/?) kaldera merupakan bentuk lekukan gunung berapi yang sangat besar bergaris tengah beberapa kilometer dan berbentuk membulat. ;a mengklasi"ikasikan kaldera menjadi beberapa jenis berdasarkan proses yang membentuknya, yaitu + a. Kaldera 3etusan Daitu kaldera yang disebabkan oleh letusan gunung api yang sangat kuat, menghancurkan bagian puncak kerucut dan menyemburkan massa batuan dalam jumlah yang sangat besar. &ermasuk dalam jenis ini adalah kaldera %adai-San di 'epang dan &ara$era di Ee$ Fealand. b. Kaldera Runtuhan Kaldera yang disebabkan letusan yang berjalan cepat memuntahkan batuan apung dalam jumlah banyak, sehingga menyebabkan runtuhnya bagian puncak gunung api.
Kebanyakan
kaldera
terbentuk
melalui
proses
ini.
Gambar
2.0.
memperlihatkan kejadian kaldera akibat runtuhan setelah letusan gunung api. c. Kaldera =rosi &erjadinya disebabkan oleh erosi pada bagian puncak kerucut, dimana erosi yang berkepanjangan akan mampu mengikis bagian puncak gunung api. Gan %emmelen (88) membuat hipotesis pembentukan kaldera, ia mencirikan, untuk menentukan suatu kaldera diperlukan peletusan tipe peret yang sangat keras. !an letak dari sumur magma tidak perlu dalam tetapi cenderung mempunyai dapur magma yang sangat dangkal. as yang sangat berlimpah di dalam magma akan mengubah magma menjadi magma yang sangat halus. Selama terjadi peletusan, permukaan magma akan turun hingga dapur magma, dan terjadi perluasan garis tengah diameter.
!iameter yang melebar ke arah ba$ah akan menyebabkan kekosongan dapur magma, sebagai akibatnya akan terjadi penurunan atap dari dapur magma dan akhirnya terbentuk kaldera.
Gambar 2.0 Proses Da&am Pembentukan Suatu 6a&(era
+,
0. Graben (an 7orst
raben adalah struktur runtuhan yang berdinding lurus yang terjadi di bagian puncak atau kerucut lereng gunung api. 6elah gunung api (volcanic "issure through)
adalah bentuk lekukan memanjang akibat pencelahan pada tubuh gunung api, terjadi terjadi karena pelengseran pelengseran salah satu sisi sisi bongkah akibat terobosan terobosan tekanan magma magma atau pembebanan bahan kerucut yang berlebihan di atas suatu lapisan yang lemah. 3ekukan 3ekukan tekton tektonik ik gunung gunung api (majo (majorr volcano volcano tecton tectonic ic depress depression ion)) adalah adalah suatu lekukan yang sangat besar berbentuk memanjang, dipengaruhi oleh proses serta pembentukan
gunung
api.
#embentukannya
dita"sirkan
berkaitan
dengan
pengembusan besar-besaran batu apung saat terjadi letusan, hingga mencapai dataran tinggi yang mempunyai landasan "ondasi lemah. #ada suatu saat akan melengser dan berkumpul pada kaki gunung api dan memb memben entu tuk k pola pola kipas kipas alluvial , maka maka terben terbentuk tuklah lah apa yang yang dinama dinamakan kan 4!ector "raben5. "raben5. Sedangka Sedangkan n horst merupakan merupakan struktur tonjolan yang dibatasi sesar normal parallel. &erbentuk &erbentuk ketika bidang tonjolan bergerak relati" ke atas terhadap bidang hanging wall . Seperti terlihat pada Gambar 2. (an %ambar 2.+.
Gambar 2. Struktur Grabben (an 7orst
12,
Gambar 2.+ Proses Pembentukan Graben
+,
. 6ekar
Kekar termasuk dalam struktur sekunder. Kekar merupakan suatu rekahan dalam batuan yang terjadi karena rekahan atau tarikan yang disebabkan oleh gaya yang bekerja dalam kerak bumi atau pengurangan dan hilangnya tekanan dengan pergeseran dianggap tidak ada. Keka Kekarr meru merupa paka kan n stru strukt ktur ur batu batuan an yang ang pali paling ng bany banyak ak diju dijump mpai ai dan dan pembentukannya tidak mengenal $aktu. Kekar dapat diklasi"ikasikan berdasarkan bentuk, ukuran, dan cara terjadinya.
. %erdasarkan %entuknya •
Kekar Sistematik + selalu dijumpai berpasangan yang merupakan satu set, arahnya saling sejajar.
•
Kekar tak Sistematik + dapat saling bertemu dan tidak saling memotong kekar lainnya.
. %erdasarkan @kurannya •
#icro Joint , ukurannya inchi (hanya dapat dilihat dengan mikroskop).
•
#a$or Joint , ukurannya dapat dilihat pada contoh setangan (hand (hand specimen). specimen).
•
#aster Joint , ukurannya kurang lebih 77 "t, hanya dapat dilihat melalui "oto udara.
. %erdasarkan 6ara &erjadinya &erjadinya •
!hear Joint , kekar yang terjadi akibat tekanan
•
Tension Tension Joint , kekar pada batuan yang terjadi akibat tarikan
•
%elease %elease Joint , kekar pada batuan yang terjadi akibat penguranganhilangnya tekanan. danya kekarjoint dapat mencirikan lapangan panasbumi yang diakibatkan
oleh adanya tekanan dan proses lainnya lainnya selama terjadi gunung berapi. @kuran kekar pada umumnya sangat besar bisa mencapai ratusan meter, yang merupakan sumber panasbumi. +. Sesar
Sesar adalah rekahan2rekahan dalam kulit bumi, yang mengalami pergeseran dan dan arah arahny nyaa seja sejaja jarr denga dengan n bida bidang ng rekah rekahan anny nyaa satu satu terh terhada adap p yang yang lain lainny nya. a. #ergeserannya dapat berkisar dari antara beberapa meter hingga mencapai ratusan kilometer. Sesar merupakan jalur lemah yang lebih banyak terjadi pada lapisan yang keras (untuk lapangan panasbumi) dan rapuh. %ahan yang hancur pada jalur sesar akibat pergeseran, pergeseran, dapat berkisar dari gauge dari gauge (suatu (suatu bahan yang halus lumat akibat gesekan) sampai breksi sesar, yang mempunyai ketebalan antara beberapa sentimeter
hingga ratusan meter. Gambar 2.8 memperlihatkan skema struktur sesar dan tipe sesar. !alam sesar terdapat beberapa bagian, diantaranya + . &angging 'all (atap), adalah bongkah yang terdapat di bagian atas bidang sesar. (. )oot 'all (alas), adalah bongkah patahan yang berada di bagian ba$ah bidang sesar. . Bidang !esar , adalah bidang yang terbentuk akibat ada rekahan yang mengalami pergeseran.
Gambar 2.8 Skema Struktur Sesar Dan !$e Sesar
12,
!itinjau dari kedudukan sesar terhadap struktur batuan disekitarnya sesar dapat dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu +
. !trike )ault , yaitu sesar yang arah jurusnya sejajar dengan jurus batuan disekitarnya. . *ip )ault , yaitu jurus sesar yang sejajar dengan kemiringan lapisan batuan disekitarnya. . +ongitudinal )ault , yaitu arah sesar parallelsejajar dengan arah utama dari struktur regional. /. !iagonal atau Obliue )ault , yaitu sesar yang memotong struktur batuan di sekitarnya. 0. Transverse )ault , yaitu sesar yang memotong tegak lurus atau miring terhadap struktur regional, dijumpai pada struktur daerah yang terlipat, memotong sumbuporos terhadap antiklin. Seperti terlihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 6&as*kas Sesar ber(asarkan ke(u(ukan Struktur Batuan
1:,
3ongitudinal "ault dan transverse "ault hanya dapat diterapkan pada keadaan yang lebih luas (regional sense), apabila ditinjau dari genesanya pergeseran dapat digolongkan menjadi + . Sesar EormalSesar %iasaSesar &urun Merupakan gejala pergeseran dimana hanging $all bergerak relative turun terhadap "oot $all. %erdasarkan susunan poros utama tegasannya menunjukan arah tegasan terbesar adalah vertical. aya geologi yang mempunyai arah demikian adalah gaya berat, oleh karena itu suatu sesar yang nyata-nyata mempunyai si"at seperti ini dikenal dengan gra"ity "ault. Sesar normal ini juga sering dijumpai pada daerah vulkanik, dimana gaya yang sering dijumpai adalah gaya endogen dan gaya gravitasi. . Sesar Eaik (Reverse >ault&hrust) Suatu sesar dimana hanging $all relative naik terhadap "oot $allnya. %erdasarkan kemiringannya (dip), sesar naik dapat dibedakan menjadi tiga jenis + a. Reverse >ault, adalah sesar naik dimana bidang sesarnya punya kemiringan lebih dari /0H. b. &hrust >ault, adalah sesar naik yang mempunyai bidang kemiringan kurang dari /0H dimana pergeseran lateralnya lebih menonjol dibandingkan pergeseran vertikalnya. c. ault, adalah sesar naik yang mempunyai kemiringan bidang sesar (dip) kurang dari 7H. . Sesar !atarStrike Slip >ault Suatu jenis pergeseran dimana gerakan yang dominant adalah "erakan hori*ontal. Cal ini bah$a yang disebut sebagai sesar mendatar, dalam jumlah yang terbatas masih juga mempunyai komponen pergeseran meskipun sangat kecil. kibat dari gerakan-gerakan yang berasal dari dalam bumi (endogen) maka struktur-struktur yang ada pada *one panasbumi sangat berpengaruh terhadap keadaan reservoirnya. Seperti diketahui bah$a reservoir panasbumi memerlukan kualitas struktur yang baik untuk dapat menyimpan air "ormasi yang selanjutnya akan
terpanasi oleh batuan pemanas di ba$ahnya. Struktur yang mempunyai kualitas sebagai *one reservoir panasbumi antara lain kaldera, ka$ah, sesar dan graben.
2.2.0. A&teras 3uba)an, 7"(rot)erma&
>luida dan batuan reservoir dalam suatu sistem panasbumi saling berinteraksi, sehingga mengakibatkan terjadinya perubahan komposisi "asa padat atau komposisi "asa cair. #erubahan komposisi ini merupakan hasil nyata dari proses reaksi kimia$i. 6iri-ciri dan kelimpahan mineral hydrothermal yang terbentuk selama interaksi "luida dan batuan tergantung pada beberapa "actor, khususnya temperature, komposisi "luida, ketersediaan "luida (permeabilitas) dan adanya pendidihan. da beberapa de"inisi dari ahli mengenai alterasi, antara lain + .
#erubahan komposisi mineralogi dari suatu batuan karena aktivitas hidrothermal (6ourty,8/0).
. !ipakai dalam klasi"ikasi pada "asa metamor"osa yang bersi"at lokal ('im, 809). . !imaksudkan sebagai gejala ubahan pada batuan dan mineral sekunder ( supergene) seperti + replacement , oksidasi dan hidrasi. 'enis-jenis mineral yang terbentuk selama "luida dan batuan berinteraksi sangat tergantung dari beberapa "aktor, yaitu + •
#erubahan &emperatur
•
#erubahan &ekanan
•
Komponen >luida
•
Komposisi %atuan
•
3aju liran ir dan @ap
•
#ermeabilitas %atuan
•
Konsentrasi 6< dan CS dalam "luida mempunyai pangaruh yang terpenting pada tiap mineralogi sekunder
•
sal usul terjadinya pemanasan
lterasi
hydrothermal
dapat dibedakan
menjadi
beberapa
kelompok
berdasarkan + . lterasi yang menghasilkan mineral tunggal antara lain +a. lbitisasi a. lterasi yang dihasilkan dari perubahan mineral lain terutama K "eldspar oleh larutan yang kaya Ea. b. lunitisasi !ijumpai pada batuan beku berbutir halus yang terdapat disekeliling vein epithermal , dihasilkan oleh aktivitas air yang bersi"at sul"at. c. rgilitisasi %iasa ditemukan pada batuan samping dari vein dimana cairan pembentuk akan mengubah mineral "eldspar menjadi lempung d. Karbonitisasi !ihasilkan oleh intrusi atau pembentukan mineral karbonat setempat. e. 6hloritisasi Mineral sebelumnya, umumnya mineral lluminous )erromagnesian !ilicate ". =pidotisasi #erubahan mineral lluminous )erromagnesian !ilicate menjadi epidot terdapat pada chlorite. g. Silisi"ikasi !ihasilkan oleh introduksi silica dari larutan magmatic akhir. h. #iritisasi Suatu perubahan mineral )erromagnesian menjadi #irit. . lterasi yang menghasilkan mineral sekunder, antara lain + a. Sausiritisasi #erubahan dari Ca-lagioklas menjadi mineral lbite atau Oligoklas, pidot , /alsit , !erisit dan mineral 0eolit . b. #ropilitisasi
lterasi dicirikan oleh introduksi dan pembentukan setempat mineral /arbon, !ilika, Chlorite, !ulfida dan pidote. &erdapat beberapa tipe alterasi secara hydrothermal, menurut Cochtein adalah sebagai berikut + . lterasi 3angsung (#engendapan) 'enis alterasi ini merupakan jenis yang paling umum, dan banyak mineral hydrothermal yang ditemukan di lapangan panasbumi dapat terendapkan secara langsung dari larutan. gar bisa terbentuk secara langsung diperlukan batuan reservoir yang mengandung saluran yang menyebabkan "luida mengendap dapat bergerak. Saluran itu dapat berupa kekar, sesar, retakan hidolik, ketidakselarasan, pori dan bentuk permeable lainnya. . lterasi %eplacement (#enggantian) Kebanyakan batuan mengandung mineral utama yang tidak stabil. Mineral ini memiliki kecendrungan untuk digantikan dengan mineral yang stabil pada kondisi yang baru.
Kecepatan
penggantian
sangat bervariasi dan
tergantung
pada
permeabilitasnya. !abe& II-1. memperlihatkan penggantian relati" dari mineral primer pada sistem hidrothermal , serta !abe& II-2. memperlihatkan produk penggantinya. !abe& II-1 !$e Pro(uk Pen%%ant Mnera& Prmer karena A&teras 7(rot)erma&
,
!abe& II-2 Pen%%ant Re&at* Mnera& Prmer $a(a Sstem 7(rot)erma&
. lterasi +eaching (#elepasan)
,
#roses ini berlangsung di batas lapangan panasbumi, sehingga tidak umum terlihat dalam core atau cutting yang diambil. #roses ini menyebabkan uap kondensat terasamkan secara oksidasi dari gas CS, menghancurkan batuan yang memiliki mineral pengganti (attacks rock ) yang melarutkan mineral primer tanpa mengganggu lubang-lubang #ada daerah yang dipengaruhi oleh aktivitas hidrothermal , hasil alterasi batuan diharapkan memberikan in"ormasi kondisi "isik dan kimia selama proses alterasi berlangsung. Keadaan ini dicerminkan oleh asosiasi mineral sekunder yang terbentuk. Cayashi (89:), mengelompokkan proses alterasi berdasarkan mineral sekunder juga gambaran "isik dan kimi$i selama proses berlangsung, hal ini dapat dilihat pada !abe& II- 0.
!ab&e II-0 Gambaran S*at sk (an 6ma Pa(a Proses A&teras
11,
Casil studi resistivity melalui alterasi hidrothermal (Cochstein dan Sharms, 8:) mengelompokkan alterasi hidrothermal berdasarkan perubahan "isik pada core dan cutting untuk mengetahui tingkat alterasi, antara lain + . 1ery +ow atau unalter
+ batuan belum teralterasi dan masih fresh
. +ow
+ 7 2 /7 A
. #edium
+ /7 - 97 A
/. &igh
+ 97 - :7 A
0. 1ery &igh
+ :7 2 77 A
%atuan reservoir yang mengalami alterasi akan mengalami perubahan "isik, seperti + . !ensitas #engendapan mineral secara langsung dan solution menjadikan batuan reservoir akan meningkat densitasnya, sedangkan proses pelepasan akan mengurangi densitas. Silici"ikasi dari suatu breksi permukaan yang sangat porus misalnya dapat menaikan densitas dari . sampai .90 (I 777 kgm). #ertambahan densitas batuan reservoir paling besar pada batuan porus dan sangat jarang pada batuan yang mempunyai porositas primer kurang dari 0 A. %ila alterasi hydrothermal berlangsung dengan pelepasan mineral dalam batuan yang mempunyai porositas rendah, perubahan densitas batuan sangat sulit diestimasi, dimana densitas batuan baru, akan bergantung pada densitas relative dan kelimpahan dari mineral yang berubah dan mineral ubahan. . #orositas dan #ermeabilitas #roses pelepasan
akan mengurangi porositas, sedang e"ek terhadap
permeabilitas hanya perubahan kecil, teratur dan kontinyu. #enurunan permeabilitas lebih cepat karena banyak dan cepatnya proses pengendapan mineral pada proses pelepasan. . Si"at Magnetis #ada
sebagian
lapangan
pansbumi
kedua
mineral
(magnetite
dan
titomagnetite) cepat berubah menjadi mineral non-magnetis seperti pyrite dan hematite, ini menyebabkan batuan reservoir menjadi 4de-magnetised 5 seperti ditunjukkan Cochstein dan Cunt, 8?7. Survei-survei magnetometer adalah metode terbaik untuk menentukan lokasi dan batas areal geothermal , tetapi metode ini sangat sulit diterapkan dilapangan. /. Resistivitas Konduktivitas batuan dalam reservoir geothermal sangat terpengaruh bukan hanya dari konsentrasi elektrolit dari air panas yang terkandung, tetapi juga oleh jumlah relative lempung kondukti" dan adanya mineral *eolit dalam matrik batuan.
Mineral lempung yang umumnya terdiri dari kaolin, 6hlorit, ilit, 6a-momtmorilonit. Karena
lempung
merupakan
mineral
hidroksil, pembentukannya
tergantung
temperature dan pengamatan serta percobaan memperlihatkan bah$a komposisi "luida, pC, juga memainkan peranan penting pada genesanya.
2.0.
6arakterstk Batuan Reservor Panasbum
Karakteristik batuan reservoir panasbumi sangat penting dipelajari karena akan mendukung dalam suatu eksplorasi maupun pengembangan sumur-sumur panasbumi. !an umumnya batuan yang berada dalam reservoir tersebut dipengaruhi oleh aspek-aspek kejadian alam dan geologi sebelumnya. Karakteristik batuan reservoir meliputi jenis batuan, komposisi kimia batuan reservoir dan si"at "isik batuan reservoir panasbumi.
2.0.1. ;ens Batuan Reservor Panasbum
%atuan merupakan bahan pembentuk kerak bumi, sehingga mengenal macammacam dan si"at batuan adalah sangat penting. %atuan dide"inisikan sebagai semua bahan yang menyusun kerak bumi secara genesa, dan merupakan suatu agregat (kumpulan) mineral-mineral yang telah menghablur (mengeras). %atuan di alam secara genesa dapat dikelompokkan dalam tiga jenis batuan + batuan beku, batuan sedimen, dan batuan metamor". Ketiga kelompok batuan tersebut memungkinkan untuk menjadi batuan reservoir didalam sistem panasbumi. !alam sejarah pembentukannya ketiga kelompok batuan tersebut saling berhubungan, dimana ketiganya terbentuk secara berurutan. %atuan beku terbentuk akibat pembekuan magma atau lava. %atuan sedimen terbentuk akibat pengendapan rombakan dari batuan beku yang telah mengalami proses pelapukan, pengikisan, dan pengangkutan. Sedangkan batuan metamor" berasal dari batuan sedimen yang telah mengalami proses metamor"ose. #ada umumnya batuan reservoir yang sering dijumpai di lapangan-lapangan panasbumi berupa batuan beku kristalin, batuan metamor", dan batuan debu vulkanik
cair, namun menelaah jenis batuan lain seperti batuan sedimen tetap diperlukan dan berguna untuk studi geologi selanjutnya. Gambar 2.< memperlihatkan siklus batuan reservoir.
2.0.1.1. Batuan Beku
%atuan beku atau igneous rock adalah batuan yang terbentuk dari proses pembekuan magma di ba$ah permukaan bumi atau hasil pembekuan lava di permukaan bumi. Menurut para ahli seperti &urner dan Gerhoogen (897), >. > roun (8/?), &akeda (8?7), magma dide"inisikan sebagai cairan silikat kental yang pijar terbentuk secara alamiah, bertemperatur tinggi antara .077 2 .07776 dan bersi"at mobile (dapat bergerak) serta terdapat pada kerak bumi bagian ba$ah.
Gambar 2.< Sk&us Batuan 12,
!alam magma tersebut terdapat beberapa bahan yang larut, bersi"at volatile (air, 6<, chlorine, "luorine, iron, sulphur, dan lain-lain) yang merupakan penyebab mobilitas magma, dan non-volatile (non-gas) yang merupakan pembentuk mineral yang la*im dijumpai dalam batuan beku. #ada saat magma mengalami penurunan suhu akibat perjalanan ke permukaan bumi, maka mineral-mineral akan terbentuk. #eristi$a tersebut dikenal dengan peristi$a penghabluran. %erdasarkan penghabluran mineral-mineral silikat (magma), oleh E3. %o$en disusun suatu seri yang dikenal dengan nama Bowen2s %eaction !eries. Seperti terlihat pada Gambar 2.8
Gambar 2.: Skema Boens Rea5ton Seres
12,
!ari diagram di atas, sebelah kiri me$akili mineral-mineral ma"ik, dan yang pertama kali terbentuk adalah olivin pada temperatur yang sangat tinggi (7776) dengan proporsi besi-magnesium dan silikon adalah + dan membentuk komposisi (>eMg).Sie)Si< pada temperatur yang lebih rendah.
Reaksi pada seri ini disebut seri kontinyu karena
berlangsung secara terus menerus. Mineral ma"ik dan plagioklas bertemu pada mineral potasium "eldspar dan menerus ke mineral yang stabil, yang tidak mudah terubah menjadi mineral lain pada temperatur sekitar 97776. %atuan beku diklasi"ikasikan menjadi dua, yaitu + batuan 3ntrusif dan kstrusif . %atuan 3ntrusif yang umum adalah granit yang ber$arna cerah, serta campuran mineral Orthoklas, )eldspar , dan 4uart5 . Sedangkan batuan kstrusif yang umum adalah %asalt ber$arna abu-abu gelap dan lava hitam. Kandungan senya$a kimia batuan beku identik dengan batuan intrusinya, apabila dalam satu kelompok. Cal ini hanya berbeda tempat terbentuknya saja, sehingga menimbulkan perbedaan didalam besar butir dari setiap jenis mineral. 'enis batuan intrusi dan ekstrusi adalah ranite, Ryolite, Syenite, &rakhite, !iorite,
ndesite, &onalite, !asite, Mansonite, abro dan basalt. !ari sini terlihat sebagai contoh komposisi kimia dan prosentase oksida untuk batuan granit identik dengan batuan ryolite demikian juga untuk hubungan kelompok yang lain. %atuan yang telah mengalami pelapukan mempunyai komposisi kimia yang berbeda sehingga batuan yang akan dianalisa haruslah batuan yang masih segar dan belum mengalami perubahan. Reservoir panasbumi seringkali terdiri dari batuan kristalin dan batuan metamor", kemudian debu vulkanik dan vulkanik cair. %atuan intrusi yang paling umum adalah basalt. @mumnya batuan yang ber$arna abu-abu gelap dan lava hitam disebut basalt, yang dibagi menjadi oviline basalt dan "elspatik basalt berdasarkan kristal mineralnya. %atuan piroklastik adalah mineral yang berasal dari celah vulkanik akibat letusan. 'ika batuan tersebut tertransportasikan, terendapkan dan terkonsolidasi sebagian atau seluruhnya kemudian tersedimentasikan akan membentuk batuan sediment piroklastik.
2.0.1.2. Batuan Se(men
%atuan sedimen merupakan batuan yang tersusun dari material hasil pelapukan batuan induk. Komposisi batuan ini tergantung pada material asalnya. Karena pengendapan yang berlangsung terus-menerus, menyebabkan terbentuknya tekanan (Overburden ressure) serta temperature akan bertambah sehingga terjadi proses diagenesa (kompaksi dan sementasi). Komposisi batuan sedimen dipengaruhi oleh beberapa aspek, antara lain + . Sumber material pembentuk sedimentasi . #roses erosi . Kondisi "isik dan kimia$i tempat pengendapan /. #roses lanjutan setelah mineral terendapkan %erbagai penggolongan dan penamaan batuan sedimen dikemukakan baik secara genesanya maupun secara deskripsi. Secara genetik antara lain #ettijohn (8?0) dan B.&. Cuang (89). Kedua ahli ini menyimpulkan sebagai berikut +
1. Batuan Se(men 6&astk
&erbentuk dari pengendapan kembali detritur pecahan batuan asal. >ragmentasi batuan asal dimulai dari pelapukan secara mekanik maupun secara kimia$i, kemudian tererosi dan tertransportasi menuju cekungan pengendapan. Setelah itu mengalami diagenesa yaitu proses perubahan yang berlangsung pada temperature rendah dalam suatu sedimen selama dan sesudah lithifikasi terjadi. #roses diagenesa antara lain kompaksi, sedimentasi, sementasi, rekristalisasi, autogenesis dan metasomatis. /ompaksi merupakan termampatnya batuan sedimen satu terhadap lainnya akibat tekanan dari beban diatasnya. !ementasi merupakan turunnya material di ruang antar butir sedimen dan secara kimia$i mengikat butir sedimen. Sementasi ini akan semakin e"ekti" bila derajat kelurusan larutan (permeabilitas relati") pada ruang antar butir makin besar. %ekristalisasi merupakan pengkristalan kembali mineral dari suatu larutan kimia selama genesa. %iasanya banyak terjadi pada batuan karbonat . utigenesis adalah terbentuknya mineral baru di lingkungan diagenetik sehingga mineral tersebut merupakan partikel baru dalam suatu sedimen. @mumnya diketahui sebagai karbonat , silikat , klorit , illit dan gypsum. #etasomatik adalah pergantian mineral sedimen oleh berbagai mineral autinetik tanpa pengurangan volume asal. 2. Batuan Se(men Non-6&astk
&erbentuk dari hasil reaksi kimia atau kegiatan organisme. Reaksi kimia yang dimaksud adalah kristalisasi langsung atau penggaraman unsur laut, pertumbuhan kristal dari agregat suatu kristal yang terpresipitasi dan replacement (B.&. Cuang, 89). #emilahan batuan sedimen didasarkan oleh + struktur, tekstur, komposisi mineral, grain si5e, sorting, roundness, matriks, sementasi serta bidang perlapisannya.Secara genetik batuan sedimen dibagi menjadi batuan piroklastik , sedimen tu"aan dan epiklastik . . %atuan #iroklastik
%atuan vulkanik yang bertekstur klastik hasil erupsi gunung api eksplosi" dengan material penyusun yang berbeda (&. >isher dan Billiams, 8:). . %atuan Sedimen &u"aan !ebu vulkanik jatuh pada cekungan sedimen dimana sedimentasi berlangsung, sehingga terjadi percampuran dan membentuk batuan sedimen tufaan. %ila terkonsolidasi akan membentuk batuan sedimen tufaan. . %atuan =piklastik &erbentuk dari sedimentasi campuran bahan rombakan batuan piroklastik dengan batuan sedimen lain (batuan epiklastik ) baik yang bersi"at vulkanik maupun non vulkanik, oleh Billiam (80/) diberi nama sesuai dengan ukurannya dan masingmasing diberi kata-kata vulkanik. %atuan epiklastik dapat juga terjadi karena percampuran batuan sedimen vulkanik dan batuan vulkanik dengan proses aliran langsung dari pusat erupsi gunung api dan hasil percampuran masih segar teronggokan pada suatu tempat di permukaan bumi.
2.0.1.0. Batuan Metamor*
%atuan yang berasal dari batuan induk, dapat berupa batuan beku, sedimen maupun metamorf sendiri. %atuan ini telah mengalami perubahan mineralogi, tekstur maupun struktur akibat pengaruh tekanan dan temperatur sangat tinggi, berkisar 77 o
6 2 977 o6. Menurut C..>. Binkler (89?), metamorfosa adalah proses yang merubah
mineral batuan pada "asa padat karena pengaruh kondisi "isika dan kimia kerak bumi yang berbeda pada kondisi sebelumnya. &ipe metamor"osa digolongkan menjadi + . Metamor"osa 3okal #enyebarannya hanya beberapa kilometer. &ipe ini meliputi + a. Metamor"osa Kontak (Thermal ) &erjadi kontak atau sentuhan langsung dengan tubuh magma, dengan lebar - km. >aktor yang mempengaruhi adalah temperatur tinggi.
b. Metamor"osa dislokasi (dinamokinematik) !ijumpai pada daerah yang mengalami dislokasi, daerah sesar besar dan lokasi yang massa batuannya mengalami penggerusan. . Metamor"osa Regional !apat mencapai ribuan kilometer bahkan di dalam bumi. &ipe metamor"osa ini meliputi + a. Metamor"osa regional (dinamothermal ) &erjadi pada kulit bagian dalam, "aktor yang berpengaruh adalah temperatur dan tekanan tinggi serta akan lebih intensi" jika diikuti orogenesa. b. Metamor"osa beban (burial) &idak ada hubungannya dengan orogenesa dan intrusi. &erjadi di daerah geosinklin akibat pembebanan sedimen tebal di bagian atas, maka lapisan sedimen yang berada di bagian ba$ah cekungan akan mengalami proses metamorfosa. %atuan metamorf yang terdapat pada lapangan panasbumi adalah !erpentinite dan Talc. %atuan ini terbentuk akibat alterasi hidrothermal pada mineral )erromagnesian oleh magma dan biasa disebut sebagai 4 utometamorphism5. %atuan ini terbentuk di daerah dimana terjadi pencairan kembali dan membentuk batuan beku metamorf . #roses metamorfosa di lapangan panasbumi dikenal sebagai alterasi. Mineral batuan mengalami perubahan akibat temperature dan tekanan sangat tinggi sehingga terbentuk mineral baru yang dapat dijadikan indikasi daerah temperatur tinggi, misalnya epidot , piroksin dan lain sebagainya.
2.0.2. 6om$oss 6ma Batuan Reservor Panasbum
%atuan reservoir panasbumi umumnya adalah batuan beku vulkanik yang berasal dari pembekuan magma, sehingga komposisi kimia dari batuan reservoir tersebut tidak dapat dipisahkan komposisi magma sebagai sumbernya.
%atuan beku ini tersusun dari + Si, l, Mg, >e, 6a, Ea dan K serta Mn, # dan &i dalam jumlah yang sedikit. =lemen tersebut didampingi oleh oksigen dan sejumlah batuan dan biasanya dilaporkan dalam bentuk komponen oksida (Si< dan l<). !ari hasil analisa kimia batuan reservoir menunjukkan Si< merupakan komponen terbanyak berkisar antara 0A - ?0A, l< sekitar A - :A pada batuan beku dan mencapai 7A pada batuan intermediet , >e< dan >e<, juga Mg< serta 6a< berkisar antara 7A-7A pada batuan beku yang rendah kadar Si<-nya, sedangkan pada batuan beku yang tinggi kadar Si<-nya adalah sekitar 0A. Kandungan Ea< yang lebih dari :A dan K < 9A jarang mencapai 7A (;ntermediet 6ontent). !abe& II- menerangkan klasi"ikasi silika sebagai mineral penyusun batuan.
!abe& II- 6&as*kas S&ka
12,
2.0.2.1. Ber(asarkan 6an(un%an Mnera&
6hamichael (8?/) membagi batuan reservoir vulkanik menjadi beberapa keluarga berdasarkan kandungan mineralnya, yaitu basalt, basalt trakit-andesite trkit, ndesite-Reolite, &rakit->enolite, 3ampro"ite, Ee "elitite. . Keluarga %asalt Merupakan batuan reservoir beku luar yang bersi"at basa dengan kandungan mineral utama berupa 6a-#lagioklas dan #iroksin. Keluaga %asalt terdiri dari beberapa jenis batuan, antara lain + &aleitic %asalt, Cigh lumina %asalt, Shasonite, lkali
ndesite-Reoloit
ini
terdiri
dari
+
#orpirit-ndesite,
!asite-
Riodasite,Riolit, #orpirit Kuarsa, 3atite. /. Keluarga &rakit->enolite Merupakan batuan beku luar menengah dengan total Ea< dan K < tinggi, tetapi 6a< rendah, terdiri dari + &rakit dan >enolite. 0. Keluarga 3ampro"it Merupakan batuan reservoir beku luar yang bersi"at basa hingga ultra basa, kaya alkali, >e, Mg, bertekstur per"iritik dengan mineral "erromagnesian seperti %iotit sebagai kristal sulung, ugit, elspartoid mencirikan keluarga ini. ntara lain + Ee"elinit dan 3eusit.
2.0.2.2. Ber(asarkan 6an(un%an S&ka 3SO 2,
%erdasarkan
kandungan silika (Si<),
menurut
<.Ciraka$a
dapat
diklasi"ikasikan menjadi + . %atuan sam (acidic6silicic rock ) Merupakan batauan dasar reservoir yang mempunyai kandungan silica cukup tinggi (lebih dari 97A). 6ontohnya granit dan riolit . . %atuan %asa (basic rock ) Merupakan batuan reservoir yang mempunyai kandungan silika antara /0A - 0A kaya Mg, >e dan 6a. 6ontoh gabro dan basalt .
. %atuan Menengah (intermediate rock ) Merupakan batuan beku peralihan antara batuan beku asam dan basa dengan kandungan silica antara 0A - 99A. 6ontohnya andesit dan diorite. /. %atuan @ltrabasa Merupakan batuan reservoir dengan kandungan silika rendah berkisar antara /7A /0A.
2.0.2.0. Ber(asarkan In(eks arna
Komposisi kimia batuan reservoir panasbumi berdasarkan indeks $arna dibagi dalam beberapa subklas, antara lain + . >elsic Rock, atau batuan terang yang merupakan batuan vulkanik yang terutama terdiri dari mineral ber$arna terang atau mempunyai indeks $arna kurang dari 7A. 6ontohnya !asit-Riolit dan sebagainya, batuan ini umumnya kaya akan 6a, >e, dan Mg. .
Ma"ik Rock atau batuan gelap, adalah batuan yang terutama terdiri dari "erromagnesian atau mineral be$arna gelap dan mempunyai indeks $arna antara /7A - ?7A. 6ontoh batuan ini adalah ini adalah abro, %asalt. ;stilah
gelap digunakan untuk mineral >erromagnesian atau be$arna gelap seperti e dan Mg. . ;ntermediet Rock, merupakan batuan reservoar peralihan antara batuan terang dan gelap, indeks $arna sekitar 07A dan kaya akan Si<, 6a >e dan &i. /. @ltrama"ic Rock atau batuan @ltra gelap, adalah batuan reservoir yang terutama disusun oleh mineral gelap seperti
2.0.0. S*at sk Batuan Reservor Panasbum
Si"at "isik batuan reservoir terdiri dari densitas, porositas, $ettabilitas, saturasi, tekanan kapiler, permeabilitas dan kompresibilitas batuan.
2.0.0.1. Denstas Batuan
!ensitas batuan dari batuan berpori adalah perbandingan antara berat terhadap volume (rata-rata dari material tersebut). !ensitas spesi"ik adalah perbandingan antara densitas material tersebut terhadap densitas air pada tekanan dan temperatur yang normal, yaitu kurang lebih 7 kgm. Sebagai contoh densitas spesi"ik di Bairakei antara 2 grcm . !ensitas spesi"ik batuan (bagian yang solid) antara , sampai grcm. !ensitas batuan pada lapangan panasbumi pada umumnya sangat berpengaruh terhadap kandungan panas (heat content) yang dikandung, dimana terdapat hubungan yang berbanding lurus antara panas yang dikandung dan densitas batuan. Semakin
besar densitas batuan maka semakin besar pula panas yang dikandung dalam batuan. !ensitas batuan pada lapangan panasbumi pada umumnya sangat besar jika dibandingkan dengan daerah non-vulkanik, karena reservoir panasbumi sering kali terdiri dari batuan beku kristalin dan batuan metamor", kemudian debu vulkanik dan batuan vulkanik cair.
2.0.0.2. Porostas
#orositas dide"inisikan sebagai perbandingan volume pori-pori (yaitu volume yang ditempati oleh "luida) terhadap volume total batuan. da dua jenis porositas yaitu porositas antar butir dan porositas rekahan. #ada umumnya reservoir panasbumi mempunyai sistem porositas rekahan. Secara matematis porositas dapat dituliskan sebagai berikut +
Φ=
volume pori volume total batuan
..(.)
Sebagai contoh, apabila batuan mempunyai media berpori dengan volume 7,77 m, dan media berpori tersebut dapat terisi air sebanyak 7,777 m, maka porositasnya adalah +
Φ =
7,777- m 7,77 m
=
7, -
=
-A
#ada kenyataannya, porositas didalam suatu sistem panasbumi sangat bervariasi. 6ontohnya didalam sistem reservoir rekah alami, porositas berkisar sedikit lebih besar dari nol, akan tetapi dapat berharga sama dengan satu () pada rekahannya. #ada umumnya porositas rata-rata dari suatu sistem media berpori
2.0.0.0. ettab&tas
Bettabilitas atau derajat kebasahan batuan dide"inisikan sebagai si"at dari batuan yang menyatakan mudah tidaknya permukaan batuan dibasahi "luida. Kecenderungan "luida untuk menyebar atau menempel pada permukaan batuan dikarenakan adanya adhesi yang merupakan "aktor tegangan permukaan antara
batuan dengan "luida. >aktor ini pula yang menentukan "luida mana yang akan membasahi suatu padatan. &egangan antar permukaan akan timbul pada batas permukaan antara "luida yang tidak saling larut, misalnya pada reservoir panasbumi yaitu uap dan air, dimana air akan cenderung melekat pada permukaan batuan, sedangkan uap berada di atas "asa cair, jadi uap tidak mempunyai gaya tarik-menarik dengan batuan dan akan mudah mengalir. Sama halnya dengan sistem minyak-air benda padat,seperti terlihat pada Gambar 2.1= gaya adhesi & yang menimbulkan si"at air membasahi benda padat
adalah + & L σso - σs$ L σ$o. cos θ$o .....(.)
keterangan + σso L tegangan permukaan minyak-benda padat, dynecm σs$ L tegangan permukaan air-benda padat, dynecm σ$o L tegangan permukaan minyak-air, dynecm θ$o L sudut kontak minyak-air. Suatu cairan dikatakan membasahi *at padat jika tegangan adhesinya positip (θ 87 o), yang berarti batuan bersi"at $ater $et. Sedangkan bila air tidak membasahi *at padat maka tegangan adhesinya negatip (θ N 87o), berarti batuan bersi"at oil $et.
Gambar 2.1= 6esetmban%an Ga"a-Ga"a Pa(a Batas Ar-Mn"ak-Pa(atan 2.0.0.. !ekanan 6a$&er
&ekanan kapiler (#c) dide"inisikan sebagai perbedaan tekanan yang ada antara permukaan dua "luida yang tidak tercampur (cairan-cairan atau cairan-gas) sebagai akibat dari terjadinya pertemuan permukaan yang memisahkan kedua "luida tersebut. %esarnya tekanan kapiler dipengaruhi oleh tegangan permukaan, sudut kontak antara uap2air2*at padat dan jari-jari kelengkungan pori. #engaruh tekanan kapiler dalam sistem reservoir antara lain adalah + .
Mengontrol distribusi saturasi di dalam reservoir.
.
Merupakan mekanisme pendorong air dan uap untuk bergerak atau mengalir melalui pori-pori secara vertikal. Sebuah pipa kapiler (Gambar 2.11) dalam suatu bejana terlihat bah$a air naik
ke atas di dalam pipa akibat gaya adhesi antara air dan dinding pipa yang arah resultannya ke atas. aya-gaya yang bekerja pada sistem tersebut adalah + . %esar gaya tarik keatas adalah π r&, dengan r adalah jari-jari pipa kapiler. . Sedangkan besarnya gaya dorong ke ba$ah adalahπr hg(ρ$-ρs).
Gambar 2.11 !ekanan (a&am P$a 6a$&er
:,
#ada kesetimbangan yang tercapai kemudian, gaya ke atas akan sama dengan gaya ke ba$ah yang menahannya yaitu gaya berat cairan. Secara matematis dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut +
π r ,T
=
π
r h g ( ρ w
− ρ s ) ..... (.)
atau + h
=
,T
r ( ρ w
− ρ s )
g
..... (./)
Keterangan + h
L ketinggian cairan di dalam pipa kapiler, cm
r
L jari-jari pipa kapiler, cm.
ρ$
L massa jenis air, grcc
ρs
L massa jenis steam (uap), grcc
g
L percepatan gravitasi, cmdt
!engan memperlihatkan permukaan "asa uap dan air dalam pipa kapiler maka akan terdapat perbedaan tekanan yang dikenal dengan tekanan kapiler (#c). %esarnya #c sama dengan selisih antara tekanan "asa air dengan tekanan "asa uap, sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut +
#c L #s 2 #$ L (ρs - ρ$) g h . ... (.0)
&ekanan kapiler dinyatakan berdasarkan sudut kontak dalam hubungan sebagai berikut + #c
=
σ
cos θ
................................................ .................................. (.9)
r
Keterangan + #c
L tekanan kapiler
σ
L tegangan permukaan uap-air
θ
L sudut kontak permukaan uap-air
r
L jari-jari pipa kapiler
Menurut lateau, tekanan kapiler merupakan "ungsi tegangan antar muka dan jari-jari lengkungan bidang antar muka, dan dapat dinyatakan dengan persamaan +
#c
= σ + R
................................................. ......................... (.?) R
Keterangan + R dan R
L jari-jari kelengkungan konvek dan konka", inch
σ
L tegangan permukaan, lbinch
#enentuan harga R dan
R , dilakukan dengan perhitungan jari-jari
kelengkungan rata-rata (R m), yang didapatkan dari perbandingan Persamaan 2.8 dengan Persamaan 2.9. !ari perbandingan tersebut didapatkan persamaan perhitungan jari-jari kelengkungan rata-rata sebagai berikut +
R m
= + = R R -
- cos θ r t
=
∆ρ g h ........................................... (.:) σ
Gambar 2.12. menunjukkan distribusi dan pengukuran R dan R . Kedua jari-
jari kelengkungan tersebut diukur pada bidang yang saling tegak lurus. !idapatkan bah$a tekanan kapiler berbanding terbalik dengan ukuran butir batuan (grain si5e), jadi semakin besar ukuran butir batuan maka semakin kecil tekanan kapiler dan begitu sebaliknya.
Gambar 2.12 Dstrbus (an Pen%ukuran Ra(us 6ontak Antara &u(a Pembasa) (en%an Pa(atan :,
2.0.0.+. Saturas
Saturasi merupakan "raksi "luida yang menempati pori-pori batuan reservoir. #ada $aktu sistem mengandung "asa cair dan uap dalam keadaan setimbang, maka kedua "asa tersebut akan terjenuhi. !alam keadaan demikian si"at tekanan dan temperatur tidak dapat berdiri sendiri. Cubungan tekanan dan temperature pada kondisi saturasi, masing-masing "asa tunggal. Ketika tekanan dan temperature ini diplotkan maka akan diperoleh suatu kurva saturasi, kurva itu akan berakhir pada titik-titik kritis karena densitas dari "asa uap dan "asa cair adalah sama dengan keadaan "luida dua "asa tidak terdapat
Secara matematis untuk saturasi masing-masing "asa dapat dihitung sebagai berikut + !3 =
ρ s 7 ( hs ρ w 7 ( h
−h )
− hw) 7 ρ s 7( hs − h ) .... (.8)
Sv L 2 S; .. . (.7) keterangan + !v
=
!3 =
1uap 777A 1pori 1air 777A 1pori
....
(.)
.
(.)
Os
L densitas uap, kgm
O$
L densitas air, kgm
h
L enthalpy campuran, k'kg
hs
L enthalpy uap, k'kg
hw
L enthalpy air, k'kg
2.0.0.8. Permeab&tas
#ermeabilitas dide"inisikan sebagai bilangan yang menunjukkan kemampuan batuan untuk mengalirkan "luida pada media berpori. !e"inisi kuantitati" pertama kali dikembangkan oleh Cenry !arcy (809) dalam bentuk sebagai berikut + v
=
k
− µ
d- d7
...... (.)
keterangan + v
L kecepatan aliran, cmsec.
µ
L viskositas "luida yang mengalir,cp.
d6d7 L gradient tekanan dalam arah aliran, atmcm. k
L permeabilitas media berpori, !arcy.
!ari Persamaan 32.10, , dapat dinyatakan kecepatan alir "luida (kecepatan "luI) berbanding lurus dengan k6 µ (permeabilitas dibagi viskositas dinamis), atau k6 µ biasa dikenal dengan mobility ratio. #ermeabilitas merupakan ukuran lubang yang berhubungan dengan pori, sedangkan porositas merupakan ukuran ruang pori. #ermeabilitas ini dapat dibedakan menjadi + •
ermeabilitas bsolute, yaitu permeabilitas batuan dimana "luida yang mengalir satu "asa (air atau uap saja).
•
ermeabilitas fektif , yaitu permeabilitas dimana "luida yang mengalir lebih dari satu "asa (air dan uap yang mengalir bersamaan). pabila "luida terdiri dari air dan uap air, maka + Pm L Pml J Pmv ......................................................................................(./) Setiap "asa dianggap memenuhi hukum !arcy, sehingga + Pml L
−
k .k rl
Pmv L
−
k .k rv
µ l
µ v
( ∇ - − ρ l . g ) ..(.0) ( ∇ - − ρ v . g ) .(.9)
#ada Persamaan 2.1+ dan 2.18 diperkenalkan permeabilitas relative, yaitu k rl dan k rv. %esaran ini menggambarkan suatu "akta bah$a kedua "asa tersebut saling berpengaruh terhadap satu dan lainnya, selama kedua "asa "luida tersebut mengalir melalui media berpori. %entuk yang pasti dari kurva k rl dan k rv pada reservoir geothermal tidak diketahui. kan tetapi dianggap bah$a kedua parameter tersebut merupakan "ungsi dari saturasi li1uid. ;nteraksi "asa ini merupakan hal yang sangat penting didalam aliran "luida dua "asa di media berpori. #ada kondisi saturasi li1uid tinggi, air akan mengalir, sementara itu uap tidak bergerak (immobile). #ada kondisi saturasi rendah, air tidak bergerak dan uap yang mengalir. #ersamaan yang sangat umum digunakan adalah persamaan 6orey +
K rl L (SlQ)/ .(.?) K rv L ( 2 SlQ) . ( 2 (SlQ)) ...(.:) Keterangan + ∗ ! l
( !
l
=
(,
−
−
! lr
! lr −
)
! vr
)
.. (.8)
Slr dan Svr adalah saturasi air dan uap tersisa pada media berpori, dimana pada kondisi ini kedua "asa tersebut (air dan uap air) tidak bergerak. Gambar 2.10 memperlihatkan hubungan k rl dan k rv terhadap saturasi li1uid dengan mengambil harga Slr L 7. dan Svr L 7.70.
Gambar 2.10 7ubun%an k r& (an k rv (en%an Saturas #>u(
1,
#ermeabilitas mempunyai nilai yang berbeda terhadap arah 7 dan y, pada arah I dan y lebih besar dibanding kearah 5 , maka sistem ini disebut anisotropic. pabila permeabilitas seragam ke arah hori*ontal maupun vertikal disebut sistem isotropic.
Satuan permeabilitas adalah m. @mumnya pada reservoir panasbumi permeabilitas vertikal berkisar antara 7-/ m, sedangkan permeabilitas hori*ontal mencapai 7 kali lebih besar dibanding permeabilitas vertikalnya.
2.0.0.9. S$es*k Panas Batuan
Spesi"ik panas batuan adalah banyaknya energi panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari satu satuan massa batuan tersebut dengan HK. 'adi satuannya adalah satuan energi per massa per derajat Kelvin (energimassaoK). #ada umumnya harga spesi"ik panas (Cr ) pada reservoir panasbumi secara rata-rata berharga 777 'kgK.
2.0.0.<. 6on(uktvtas Panas Batuan
Konduktivitas panas batuan adalah kemampuan
batuan untuk
menghantarkan energi hanya dengan konduksi pada gradient thermal tertentu. Konduktivitas
diberi
simbol / dan
satuannya
adalah
(energi$aktuluas)
(temperaturejarak) atau B(m.7K). Carga yang umum berkisar antara 2 .0 B (m.7K). !abe& II-+ memprlihatkan harga konduktivitas panas batuan asal yang belum teralterasi pada temperatur kamar. Kondukti"itas panas pada medium yang tersaturasi, jika suatu kondukti"itas panas batuan terjenuhi oleh air bergantung pada kondukti"itas panas batuan serta "luida. danya "luida yang menjenuhi (mensaturasi) batuan berpori menyebabkan kondukti"itas panas menjadi + K
= ( - Φ)
K r
+Φ
K " .
(.7) keterangan + K
L Kondukti"itas panas medium yang tersaturasi, BmoK
Kr
L konduktivitas panas batuan, BmoK
φ
L porositas, "raksi
K"
L konduktivitas panas "luida, BmoK
Karena porositas relati" kecil, maka harga K sangat tergantung pada kondukti"itas batuan (K r) . !abe& II-+ 6on(uktvtas Panas Batuan asa& $a(a !em$eratur 6amar
2..
18,
6arakterstk &u(a Reservor Panasbum
#ada reservoir yang dianggap ideal pada umumnya terdiri dari air dan impuritis, dimana "luida tersebut memiliki komposisi kimia serta si"at "isik tertentu. !imana komposisi kimia dan si"at "isik tersebut akan berpengaruh terhadap reservoir panasbumi.
2..1. 6om$oss 6ma &u(a Reservor Panasbum
>luida pada reservoir panasbumi terdiri dari mineral-mineral seperti kombinasi alkali, alkali tanah, sulfur , oksida besi dan alluminium. %ahan-bahan tersebut tersusun dari ion-ion yang sejenis dengan kandungan tertentu disamping itu juga terdapat impurities. >luida yang keluar dari sumur panasbumi umumnya disertai beberapa gas yang terlarut dalam air. as 6< jumlahnya berkisar 9A - 8?A, berat CS berkisar
A - A sedangkan komponen yang terkecil adalah 6C/, C dan E, kadang-kadang terdapat pula EC, C%<.
2..1.1. Ber(asarkan Anon (an 6aton
!i dalam "luida reservoir, elemen dalam "luida merupakan keseimbangan ionion positi" dan ion-ion negati". ;on-ion ini bersenya$a dengan satu atau lebih elemen ion lainnya untuk membentuk garam. Misalnya sodium sul"at, yang merupakan ekuivalen EaJ dengan berat ekuivalen S
lkali, antara lain K J, EaJ, 3iJ yang membentuk basa kuat.
•
Metal alkali tanah, antar lain %r J, MgJ, 6aJ, Sr J membentuk basa lemah.
•
;on hidrogen
•
Metal berat antara lain, >e, MnJ membentuk basa yang terdisosiasi.
a. Sodium dan potasium (EaK) Sodium biasanya merupakan kation yang dominan dan dijumpai dalam "luida panasbumi temperatur tinggi. Gariasi sistematikdalam perbandingan sodium dan potasium dengan temperatur tinggi umum terjadi, tapi dalam sistem panasbumi yang bersi"at asam dan di daerah yang mempunyai variasi batuan yang luas ini memungkinkan untuk hubungan yang tepat atau teliti antara EaK dengan temperatur air ( Bhite, 890 =llis dan Mahon, 89? ). Rekristalisasi hidrothermal pada batuan vulkanik atau batuan kuarsa "elspartik cenderung menghasilkan potasium "elspart, potasium mika dan albite. Cal ini ditinjau dari alterasi batuan hidrothermal sumur yang dalam dan percobaan laboraturium pada temperatur di atas 77H6.
b. Kalsium (6a) ;on 6a adalah unsur dari"luida reservoir yang berkombinasi dengan ion karbonat atau sul"at dengan cepat membentuk kerak (scale) pengikat padatan. c. Magnesium (Mg) ;on Mg biasanya berada dalam konsentrasi yang jauh lebih mendekati dari pada 6a. Magnesium juga seperti ion kalsium yaitu dapat berkombinasi dengan ion karbonat sehingga dapat menimbulkan masalah scale. d. >errum (>e) Kandungan >e (besi) dari "luida reservoir biasanya cukup rendah dan adanya unsur ini biasanya ditunjukan dengan adanya korosi pada besi, terdapat pada larutan sebagai ion "erri (>eJ) dan >erro (>eJ) atau dalam suspensi sebagai endapan
senya$a
besi.
Kandungan
besi
sering
digunakan
untuk
mengidenti"ikasi dan memonitor korosi dalam sistem air. =ndapan senya$a besi dapat mengakibatkan "ormasi plugging. e. %arium adalah unsur yang mempunyai kemampuan untuk berkombinasi dengan ion sul"at untuk membentuk ion insoluble yaitu %arium sul"at (%aS
Strontium (Sr) Seperti barium dan calsium, strontium dapat berkombinasi dengan ion sul"at untuk membentuk insoluble strontium sul"at $alaupun lebih soluble daripada barium sul"at, storntium sering membentuk scale bercampur dengan barium sul"at.
. nion (ion-ion negati"), yang terdiri dari + •
sam kuat, antara lain + 6l-, S
•
%asa lemah antara lain + 6<-, C6<-, S-
a. 6lorite (6l) ;on clorite hampir selalu merupakan ion utama dalam air "ormasi dan muncul sebagai unsur pokok dalam air ta$ar. Sumber utama ion clorite adalah natrium
clorida (Ea6l), selanjutnya konsentrasi ion clhorida digunakan sebagai ukuran salinitas air. b. Karbonat dan %ikarbonat ;on-ion ini merupakan ion yang dapat membentuk scale yang insoluble (tidak dapat larut dalam air). Konsentrasi ion karbonat kadang-kadang disebut 4Methyl ood Substance5 yaitu pengurangan bakteri. ;on-ion tersebut di atas akan bergabung diantara mereka berdasarkan empat si"at, yaitu + . Salinitas primer, yaitu jika alkali bereaksi dengan asam kuat akan membentuk garam seperti Ea6l dan EaS
#ada daerah mata air panas yang mendidih dengan keluaran utama adalah air, umumnya si"at dasar dari air dari mata air dan sumur yang cukup dalam, air yang didapat adalah sama. Kecuali unsur-unsur yang dikontrololeh temperatur reversible tergantung kesetimbangan. !aerah dengan perbandingan unsur 6lhorid, 3ithium, 6alsium, >louride, ;odide, %romide, rsenic atau %oron dalam air dengan unsurunsur dalam, mempunyai suatu perbedaan dengan mata air di permukaan. #erbedaan ini kebanyakan disebabkan karena konsentrasi unsur-unsur utama pembentuk batuan
mengalami perubahan, unsur utama ini antara lain adalah Magnesium, lumunium, %esi, Mangaan yang semua mempunyai konsentrasi rendah. !iba$ah tingkat pendidihan dan pengoksidasian,air dalam suatu sistem panasbumi yang mempunyai temperatur tinggi, seringkali mempunyai pC yang tidak lebih dari - unit dari pC netral pada temperatur tersebut. Konsentrasi silika sangat tinggi dan larutan yang lain seperti %oron, >lourite, rsenic dan Cydrogen sul"ide akan hadir dalam konsentrasi yang lebih tinggi dari konsentrasi air dingin. #ada beberapa mata air ditandai dengan si"at dasar seperti konsentrasi keasaman yang tinggi, konsentrasi sul"ide yang tinggi, konsentrasi clhoride rendah dan merupakan air permukaan atau a1ui"er yang tetap, dipanasi oleh aliran-aliran uap. @ap akan memanasi air meteoric yang menggenang di ba$ah permukaan dan juga akan menghasilkan air dengan konsentrasi karbonat yang tinggi.
2..1.2. Ber(asarkan 6an(un%an Ar (an Im$urts
>luida reservoir panasbumi mempunyai komposisi yang sangat komplek, hal ini selain disebabkan oleh unsur-unsur yang sudah ada dalam reservoir juga karena adanya pengaruh tekanan dan temperature yang tinggi yang akan menyebabkan terjadinya perubahan komposisi baik pada solid maupun "luidanya. Secara umum "luida reservoir meliputi air, uap, dan E6 (Eon 6ondensable as). a. Ar Seba%a &u(a Reservor
ir sebagai "luida reservoir mempunyai komposisi yang berbeda-beda dan secara kimia dibagi menjadi empat macam dengan komposisi yang paling umum terdapat di dalamnya. Sedangkan uap adalah cairan yang karena adanya pengaruh temperature yang tinggi berubah $ujudnya menjadi partikel-partikel yang lebih kecil dan ringan tetapi masih memiliki komposisi kimia yang sama dengan air. %erdasarkan komposisi kimianya air dapat dibagi menjadi empat macam yaitu lkali 6hloride Bater, cid Sul"ate Bater, cid Sul"ate-6hloride Bater, %icarbonat Bater.
!abe& II-8 4onto) 6om$oss &u(a Panasbum Sstem Ar Panas
18,
. lkali 6hloride Bater aram terlarut dalam air ini umumnya berupa sodium dan potassium chloride $alaupun kadang-kadang ditemukan calsium dalam konsentrasi yang kecil. ir ini juga mengandung silica dalam konsentrasi yang tinggi, selain itu terdapat dalam konsentrasi yang cukup seperti sul"ate, bicarbonate, "luoride, ammonia, arsenic, lithium, rubium, caecium, dan asam borate. #erbandingan chloride dan sulfat biasanya cukup tinggi dan pC berkisar dari daerah yang asam sampai ke daerah yang cukup basa (pC 0 2 8 ). as yang terlarut dalam air ini terutama karbondioksida dan hydrogen sulfide. ir ini seringkali didapatkan di daerah-daerah yang terdapat spring (mata air) atau daerah yang ada aktivitas geyser dan daerah yang banyak terdiri dari batuan volkanik dan sedimen. . cid Sul"ate Bater cid sulfate water mengandung chloride dengan kadar yang rendah dan dapat terbentuk pada daerah vulkanik, dimana uap diba$ah /77o6 mengembun ke permukaan air. &idrogen sulfide dari uap kemudian teroksidasi menjadi sulphate.
cid sulphate water didapat di daerah-daerah dimana uap akan naik dari air ba$ah tanah dengan temperature tinggi dan di daerah vulkanik, pada "asa pendinginan hanya karbondioksida dan gas sulfur tetap akan naik bersama uap melalui batuan. @nsur-unsur yang terdapat dalam air ini biasanya lepas dari dinding-dinding batuan disekelilingnya. . cid Sul"ate-6hloride Bater ir dari mata air panas (hot spring water ) mengandung chloride dan sulphate dengan konsentrasi yang sebanding. ir ini umumnya bersi"at asam (pC 2 0) dan dapat terjadi dalam beberapa cara + a. b.
6ampuran alkali chloride water dan acid sulphate water . Sul"ida dalam air alkali chloride dapat teroksidasi di kedalaman menjadi ion bisulfat dan mungkin berasosiasi dengan lava. ir tersebut dapat mempunyai pC mendekati normal di kedalaman disebabkan oleh netralisasi batuan di sekitarnya.
c. ir jenis ini dapat juga terbentuk ketika chloride water dengan temperature tinggi mengalami kontak di kedalaman dengan sulfur yang dikandung oleh batuan. &idrolisis sulfur menjadi sulfide dan sulphuric acid ini akan mengahasilkan larutan yang asam. d.
!i daerah vulkanik akti", uap temperature tinggi dapat naik dari batuan cair pada kedalaman yang dangkal, kemudian mengembun dipermukaan, akibatnya air panas ini akan mengandung chloride dan sulphate dengan konsentrasi yang tinggi berasal dari uap vulkanik.
/. %icarbonat Bater ir panas yang mengandung chloride dengan kadar yang rendah dapat terjadi dekat
permukaan
di
daerah
vulkanik
dimana
uap
yang
mengandung
karbondioksida dan hydrogen sulfide mengembun ke dalam auifer . #ada kondisi yang diam air bereaksi dengan batuan mengahasilkan larutan bicarbonate atau bicarbonate sulphate dengan pC netral.
b. Im$urts
Selain air dan uap air "luida reservoir panasbumi juga mengandung *at pengotor (impuritis). Kehadiran *at pengotor dalam "luida reservoir kehadirannya sangat tidak diharapkan karena dapat mengakibatkan problem dalam pengoperasian lapangan. kan tetapi *at ini tidak pasti ada dalam reservoir terutama untuk reservoir air hangat. Fat impuritis ini dapat berupa 6ondensable gas dan Eon 6ondensable gas. as condensable adalah gas yang timbul pada saat "lashing terjadi bersatu dengan uap air. kan tetapi ketika temperatur semakin turun gas tersebut terkondensasi dan kembali bercampur dengan air, contoh gas condensable adalah gas oksigen. Sedangkan gas non condensable merupakan *at impuritis yang terjadi setelah geothermal brine mengalami "lashing. as-gas tersebut karena "lashing akan meninggalkan air dan tergabung bersama uap menuju ke permukaan. Eamun gas tersebut pad saat penurunan temperatur akan tetap dan tidak terkondensasi. as non condensable yang umum terdapat dalam geothermal brine adalah 6<, C S, 6C/, C , E dan EC.
2..2. S*at sk &u(a Reservor Panasbum
!alam teknik reservoir panasbumi, "luida yang terlibat adalah air dan uap air yang mempunyai si"at-si"at "isik seperti + densitas, tegangan permukaan, viskositas, spesi"ik volume.
2..2.1 Denstas &u(a
!ensitas atau kerapatan massa adalah perbandingan antara berat dengan satuan volume. Satuan dari densitas adalah massa volume, dan biasanya dinyatakan dalam satuan kgm. #ada temperatur dan tekanan saturasi, harga densitas setiap "asa berbeda, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 . yang menunjukkan hubungan antara densitas terhadap tekanan. Sebagai contoh dapat dilihat pada !abe& II-9.
!abe& II-9 7ar%a Denstas Seta$ asa $a(a !ekanan (an !em$eratur !ertentu 1, P 3bar, 7 77 77 ,
! 3o4, 88,9 ,/ ,7 90,? ?/,0
?@ ? 3k%m0, 80: :07 9:: /8 0
?v ?s 3k%m0, 7,087 7,7 00,0 ?,7 0,7
Gambar 2.1 Denstas #arutan Garam Da&am Ar Pa(a Berba%a Su)u Untuk Unsur-unsur Utama Ar ormas Panasbum 3Perr"' 1:90, 9,
%erdasarkan "asanya, densitas pada "luida reservoir panasbumi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu + . !ensitas >asa 6air
!ensitas
"asa cair adalah densitas dari air "ormasi panasbumi yang dapat
diperoleh dari densitas air murni yang dikoreksi terhadap kandungan garam terlarut. Carga densitas air "ormasi panasbumi dipengaruhi oleh konsentrasi komponen garam utama dan temperatur seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1. ;nteraksi antara unsur-unsur ionik dalam larutan encer mempunyai pengaruh
yang relati" kecil baik pada konsentrasi tinggi maupun pada konsentrasi rendah. Sedangkan hubungan antara konsentrasi terhadap densitas merupakan hubungan yang linier. Kemiringan dari garis lurus tersebut menunjukkan perubahan densitas persatuan perubahan konsentrasi. #ada temperatur 77o6, harga kemiringan untuk garam Ea6l adalah 7,77?, garam K6l adalah 7,77?, dan garam 6a6l adalah 7,77:8. pabila air "ormasi panasbumi mengandung garam yang mempunyai komposisi Ea6l lebih dari ?7A dan pengaruh potasium klorida (K6l) kecil, maka densitas "asa cair dapat dihitung dengan persamaan berikut + O L Oa J 7,77? $t.......(.) Keterangan + O L densitas "asa cair, grcc Oa L densitas air, grcc $t L persen berat garam Carga 7,77? adalah bilangan yang me$akili kemiringan rata-rata untuk air "ormasi panasbumi. !ensitas air dapat ditentukan dengan persamaan Keenan (80), yaitu +
Oa
+ d t
=
+e
t
....(.)
,8?0
+a
t
+ b t + c
t
/
Keterangan + t
L 9/?, 2 & (oK) atau ?/, 2 & (o6)
a
L - 7,00/:
b
L - ,7?/ I 7-
c
L ?,/:87: I 7-
d
L 7,//:8
e
L - ,8/99 I 7-
Korelasi !ensitas !an #anas Spesi"ik ir Sebagai >ungsi !ari &emperatur (Keenan dan Keyes, 80) dapat dilihat pada Gambar 2.1+.
Gambar 2.1+ 6ore&as Denstas Dan Panas S$es*k Ar Seba%a un%s Dar !em$eratur 36eenan (an 6e"es' 1:+1, 9,
#ersamaan lain untuk menghitung densitas air murni adalah dari =jiogu dan M. >iori yang selanjutnya disebut dengan istilah 8ew !et , yaitu + a. @ntuk 077 T # T077 psia, persamaan yang digunakan adalah + Oa
=
,??0 . 7
−9
# + 7,?:8
...
(.) b. @ntuk 077 T # T 077 psia, persamaan yang digunakan adalah +
Oa
=
7,7?0-8 eIp (,87- . 7 − / #)
...
(./) Keterangan + Oa L densitas air, lbcu"t #
L tekanan, psia
c. @ntuk ,/ T # T 7, M#a, persamaan yang digunakan adalah + Oa
=
,908 . 7
−:
+
#
7,77?
..
(.0)
d. @ntuk 7, T # T ?, M#a, persamaan yang digunakan adalah + Oa
=
7,7778/ eIp (-,?880 . 7 −0 #)
.....
(.9) dimana untuk sistem internasional, Oa dalam satuan kgm dan # dalam satuan 777 #ascal. @ntuk temperatur diatas 77o6, kemiringan garis pada Gambar 2.1 tidak memberikan harga yang sama sebesar 7,77? pada $ersamaan 2.21 . Carga kemiringan garis Ea6l pada temperatur
77 o6 sebesar 7,77?8 dan pada
temperatur 77o6 sebesar 7,77?. !engan demikian persamaan untuk mencari densitas pada temperatur diatas 77o6 pada $ersamaan 2.21 . perlu dikoreksi terhadap temperatur, yaitu +
O L Oa J 7,77? ( J ,9 . 7-9 ( & 2 ?) )$t...(.?)
#ada persamaan di atas, temperatur (&) dinyatakan dalam satuan oK. #ersamaan terakhir ini berlaku untuk persen berat garam, $t, lebih kecil atau sama dengan 7 A. 'ika persen berat garam lebih dari 7 A, yaitu dengan konsentrasi 77.777
ppm dan temperatur diatas 77o6 maka persamaan tersebut tidak dapat digunakan (Caas, 8?7). Keberadaan karbondioksida sebagai unsur terlarut pada "luida panasbumi, tidak memberikan pengaruh terhadap densitas "luida kecuali mendekati titik kritisnya (critical point) . !ensitas >asa @ap !ensitas "asa uap dapat dibedakan menjadi dua, yaitu + ) !ensitas saturated steam @ntuk densitas saturated steam dapat dihitung dengan persamaan berikut + Oss L (U77) ρv J ( 2 U77) Oa ..(.:) Oa bisa ditentukan dengan menggunakan persamaan-persamaan sebelumnya sesuai dengan tekanannya. Sedangkan Ov adalah densitas uap yang dihitung dengan persamaan-persamaan berikut sesuai dengan tekanannya, yaitu + a. untuk 077 T # T 077 psia, Ov
=
/87,:9 − 7,7/?7 .(.8) #
b. untuk 077T # T 077 psia, Ov
=
00,?/ − 7,7::? .(.7) #
@ntuk Persamaan 2.2: dan 2.0=, O v dinyatakan dalam satuan lbcu"t, dan # dinyatakan dalam satuan psia. c. untuk ,/ T # T 7, M#a, Ov
=
-,7?0 − 7,77-8/ .(.) #
d. untuk 7, T # T ?, M#a,
Ov
=
?,/: − 7,7700? ...(.) #
@ntuk $ersamaan 2.01 dan 2.02, Ov dinyatakan dalam satuan kgm, dan # dalam satuan 777 #ascal. ) !ensitas superheated steam !ensitas superheated steam dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan Keyes, Smith dan erry, yaitu + Ov L V ...........................................................................................(.) Keterangan + Ov L densitas superheated steam, grcm L volume spesi"ik, cmgr
V
Golume spesi"ik, V, dapat dihitung dengan persamaan berikut +
V
=
/,0007/ & #
+
% ....(./)
Keterangan + #
L tekanan, atm
&
L temperature, oK
%
L %o J %o g (t). t. p J %o / g (t). t. p 2 %o g (t) t. p
t
L &-
%o
L ,:8 2 9/,9 . t. 7(:7:?7. t )
g (t)
L :,0/9. t 2 ,9/9 . 70 . t
g (t)
L 7,:: 2 ,98? . 70 . t
g (t)
L ,90 . 7-/ 2 9,?9: . 79/ . t/
Secara praktis, besarnya densitas "asa cair dan "asa uap dapat langsung dibaca pada tabel uap (steam table). kan tetapi untuk menghitung densitas campuran, ρ, dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini +
ρ L ρv Sv J ρ S......(.0)
Keterangan + ρv L densitas uap, kgm Sv L saturasi uap ρl L densitas air, kgm S L saturasi air
2..2.2. !e%an%an Permukaan
&egangan permukaan air "ormasi panasbumi sangat dipengaruhi oleh keadaan reservoir seperti tekanan dan temperatur, dimana pengaruh dari tekanan sangatlah kecil. &egangan permukaan pada berbagai larutan akan mendekati nilai nol pada temperatur kritisnya karena tegangan permukaan gas juga bernilai nol. ra"ik tegangan permukaan terhadap temperatur di ba$ah titik kritisnya pada air murni merupakan garis lurus, seperti di tunjukkan pada Gambar 2.18. Sesuai gambar tersebut,
maka persamaan tegangan permukaan pada garis lurus adalah sebagai
berikut +
W$
=
7,7?0? ( &c
− & ) 7,??9 .....(.9)
Gambar 2.18 !e%an%an Antar Permukaan Ar-Ua$ seba%a un%s !em$eratur !5
#engaruh
unsur-unsur
terlarut
dalam
air
"ormasi
panasbumi
9,
akan
mempengaruhi tegangan permukaan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.19. yaitu gra"ik hubungan antara tegangan permukaan terhadap konsentrasi *at terlarut. Semakin besar konsentrasi unsur-unsur terlarut maka semakin besar tegangan permukaan larutan encer pada temperatur 7o6. Ketiga kurva pertambahan tegangan permukaan pada temperatur 7o6 dapat diketahui dengan menggunakan persamaan +
XW
=
W
− W$ =
7,?$ t
+
7,77$ t ......(.?)
Gambar 2.19 Penn%katan !e%an%an Permukaan !er)a(a$ U(ara Can% !era( Pa(a Garam !er&arut Seba%a un%s 6onsentras Garam !er&arut 9,
#ada Gambar 2.19 pertambahan tegangan permukaan larutan garam pada temperatur tinggi (diatas 7o6) dapat ditentukan berdasarkan penjumlahan tegangan permukaan air murni dengan perbandingan antara pertambahan tegangan permukaan pada temperatur 7o6 dengan tegangan permukaan air pada temperatur 7o6, yang secara matematis dapat dituliskan dalam persamaan +
W
=
W$
+
XW7 W $7
......................................................................................(.:)
!ari $ersamaan 2.08 dan $ersamaan 2.09 yang kemudian disubtitusikan kedalam $ersamaan 2.0< maka diperoleh +
W
= 7,77?0? (&c − &) 7,??9
( + 7,778 $ t
+ /,0 I 7 −0
-
$ t ) .....................
(.8) Keterangan + W dalam satuan dynecm. 2.2..0. Vskostas
Giskositas merupakan ukuran keengganan "luida untuk mengalir yang berhubungan langsung dengan tipe, ukuran dan struktur molekul yang menyusun "luida. %ila suatu "luida mengalir dengan mudah berarti mempunyai viskositas yang kecil demikian pula sebaliknya. >luida panasbumi merupakan "luida 8ewtonian yang mempunyai harga viskositas konstan yang tidak terpengaruh oleh besarnya geseran ( Shear Rate) yang terjadi dan tidak mempunyai harga yield stress tertentu dari tahanan dalam yang harus diberikan agar "luida dapat mengalir seluruhnya. "luida 8ewtonian tidak memiliki yield point sedangkan "luida 8on-8ewtonian memiliki yield point, ini dapat dilihat pada Gambar 2.1<. %esarnya harga viskositas dari "luida merupakan besarnya harga tangen Y. Carga tangen Y akan bernilai konstan jika "luidanya merupakan "luida Ee$tonian, sedangkan "luida 8on-8ewtonian, memiliki "ase dimana harga tangen Y yang tidak konstan sampai harga shear rate tertentu. !abe& II-< memperlihatkan harga viskositas dinamik dan kinemetik pada tiap temperature.
!abe& II-< Vs5ostas Dnams $a(a !em$eratur Saturas ! 3 4, 77 07 77 o
1= 3Pa.s, : 97 / 8
S 1= 3m2s, .7 .8 0.? 8
1= 3m2s, 7.80 7.89 7.00 8
1,
s 1= 3Pa.s, 7.7 0./? .77 8
77
87
8.:
7.?
7./?
Gambar 2.1< S)ear Rate vs S)ear Stress *&u(a
Giskositas dapat dibagi menjadi viskositas dinamik dan kinematik. . Giskositas !inamik Ee$ton dalam hukumnya menyatakan tegangan geser dihasilkan gerakan relati" yang berbanding langsung terhadap gradien kecepatan. Konstanta perbandingan yang dikenal sebagai coefficient of dynamic viscosity yang dirumuskan + τ
dv = µ ....(./7) dy
Keterangan + τ
L Shear stress, dynecm
µ
L viskositas dinamik, cp
dv dy
Shear Rate, Seconds -
. Giskositas Kinematik Giskositas kinematik dide"inisikan sebagai perbandingan dari viskositas dinamik terhadap densitas "luida. Giskositas kinematik dinotasikan dan dirumuskan sebagai + v
= µ ...(./) ρ
Giskositas "asa cair selain dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan, juga dipengaruhi oleh unsur-unsur kimia yang terlarut, seperti Ea6l, K6l, dan 6a6l. #ersamaan-persamaan penentuan viskositas "asa cair dengan pendekatan yang berdasarkan pada viskositas air murni yang dikoreksi terhadap air "ormasi panasbumi. Giskositas air akan berubah sejalan dengan berubahnya temperatur. #erubahan tersebut ditunjukkan dengan persamaan + log Z$ L - ,7 J 097& .........(./) Cubungan antara temperatur terhadap viskositas air ditunjukkan pada Gambar 2.1: . #ada gambar tersebut terlihat adanya dua garis dimana garis putus-
putus dibuat berdasarkan $ersamaan 2.2. sedangkan garis yang lain dibuat berdasarkan percobaan.
Gambar 2.1: Vskostas Ar Seba%a un%s !em$eratur 3Dorse"' 1:8<, 9, #engaruh komponen utama yang terlarut dalam air "ormasi panasbumi terhadap
viskositas ditunjukkan pada Gambar 2.2=. #ersamaan garis untuk tiap-tiap unsur utama (sesua (en%an Gambar 2.2= .) dinyatakan sebagai berikut + Ea6l
+
K6l
+
6a6l +
Z$
Z$ Z$
= 7,7 $ t + 7,7770 $ t ...(./) = 7,77/ $ t +
7,777 $ t ........ (.//)
= 7,77-? $ t +
7,77 $ t .......(./0)
-
Gambar 2.2=
Perban(n%an vskostas #arutan Garam Da&am Ar (en%an Ar Murn Seba%a un%s !em$eratur 9,
#erata-rataan dari ketiga kurva pada Gambar 2.2=. untuk satu jenis air "ormasi panasbumi adalah + Z L Z$ ( J 7,7 $t J 7,777? $t ) .(./9) Keterangan + Z L viskositas air "ormasi, cp Z$ L viskositas air murni, cp L 7( -,7
J 097 &)
2..2.. S$es*k Vo&ume
Golume spesi"ik dide"inisikan sebagai perbandingan antara volume dengan massa pada temperatur tertentu. Golume spesi"ik mempunyai dimensi satuan mkg, dimana dimensi tersebut merupakan "ungsi kebalikan dari densitas dengan dimensi satuan kgm. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut + v
, =
O
=
G ...(./?) m
Seperti pada densitas, maka volume spesi"ik mempunyai nilai yang berubah pada temperatur saturasi. Golume spesi"ik pada air dinyatakan dengan V, sedangkan untuk uap dinyatakan dengan Vg.
2.+.
!)ermo(namka Reservor Panasbum
2.+.1. Ener% Da&am 3Interna& Ener%",
3nternal energy atau energi dalam (@) adalah ukuran jumlah total panas yang disimpan dalam material per unit massa (@v, @l). Sedangkan enthalpi adalah penjumlahan dari internal energi dengan kerja yang tersimpan dalam material akibat adanya tekanan (hv, hl).
hv L @v J (#Ov) ..(./:)
hl L @l J (#Ol) ....(./8) Keduanya mempunyai satuan yang sama, yaitu energi per massa ('kg, k'kg). Carga enthalpi untuk uap adalah enthalpi air dijumlahkan dengan panas latent penguapan (hlv). Cal ini dapat dilihat pada Gambar 2.21 dan !abe& II-: yang menerangkan harga enthalpi pada kondisi saturasi. !alam bentuk diagram "asa terlihat pada Gambar 2.22.
Gambar 2.21
Ent)a&$ $a(a 6on(s Saturas
1,
!abe& II-: 7ar%a Ent)a&$ $a(a !ekanan Saturas
1,
Gambar 2.22 !ekanan vs Ent)a&$ Dar Ar 3 6eenan (an 6e"es' 1:80,
+,
2.+.2. Ent)a&$"
pabila ditinjau lebih lanjut mengenai entalpi, untuk kondisi reservoir panasbumi sebenarnya sangat dipengaruhi oleh komposisi kimia "luidanya. Sebagai contoh dalam "asa cair akan dipengaruhi oleh kandungan garam yang terlarut di dalamnya. =ntalpi air "ormasi dapat dihitung dengan mengintegrasi kapasitas panas air "ormasi panasbumi untuk selang temperatur 7o6 yaitu &o sampai temperatur yang dimaksud &. T
h
∫ c
=
B
dT (.07)
T 7
keterangan + h
L entalpi air "ormasi.
c% L kapasitas panas air "ormasi panasbumi !engan menggunakan persamaan kapasitas panas + c
= c w ( −
wt 77
) + 7.77wt
+ bwt
(.0)
pabila $ersamaan 2.+1 . disubtitusikan ke dalam $ersamaan 2.+=. akan diperoleh +
w = ∫ c − + ( 7.77- + b ) w dT 77 T
h
t
w
t
.(.0)
T 7
Suku pertama integral pada persamaan di atas merupakan entalpi air murni yang terkoreksi oleh jumlah kandungan garam, sehingga entalpi air "ormasi menjadi +
h = hw −
2.+.0. Entro$"
( 7.77 b ) w (T T ) + t − 7 (.0) + 77 wt
=ntropi adalah perbandingan panas yang ditrans"er selama proses reversible dengan temperature absolute. Sedangkan secara matematis entropi dide"inisikan sebagai +
d4 rev ..........(.0/) T
d! =
@ntuk proses adiabatic reversible P L (7,m)
d4 rev = 7 ..(.00) T
d! =
=ntropi dapat dihubungkan dengan hukum kedua thermodinamika yaitu+ . &idak ada satupun alat yang dapat dioperasikan untuk mengubah panas yang diserap oleh suatu sistem menjadi kerja seluruhnya. . &idak mungkin ada sembarang proses yang dapat memindahkan panas dari suatu temperature ke temperatur lain yang lebih tinggi. Maka dapat dikatakan bah$a setiap proses pada suatu sistem yang terisolir (kontrol volume) entropinya akan selalu bertambah atau tetap. !ari kenyataan bah$a panas yang diserap oleh suatu sistem tidak dapat dirubah seluruhnya menjadi kerja mekanik pada suatu proses melingkar. !an ini berarti ada panas yang terbuang ke selilingnya secara percuma.
2.8.
6on(s Reservor Panasbum
Kondisi reservoir panasbumi adalah meliputi tekanan dan temperatur. #arameter-parameter ini menciptakan suatu kondisi "luida di dalam reservoir yang akan menentukan apakah "asa "luida reservoir tersebut liuid (cair), uap ( steam) atau mungkin dalam kondisi saturasi yaitu dua "asa (uap dan air). Kedua parameter tersebut juga mempengaruhi semua kegiatan eksploitasi, seperti teknik pemboran dan teknik produksi.
2.8.1. !ekanan Reservor Panasbum
&ekanan reservoir adalah tekanan yang diberikan oleh "luida yang mengisi rongga reservoir, baik uap, air ataupun gas. &ekanan Reservoir pada lapangan panasbumi pada umumnya abnormal sampai subnormal, yaitu berkisar antara 7./ #si"t (Ksc7 m), atau mengikuti gradient kolom air. &ekanan reservoir dapat diakibatkan oleh beberapa hal seperti tekanan overburden, tekanan hidrostatik, dan tekanan "ormasi. Menurut !ench (8:7), tekanan reservoir harus diukur pada kedalaman yang mempunyai permeabilitas tinggi. !engan pengukuran tekanan setelah pemboran eksplorasi, akan didapatkan data yang sangat akurat. lat yang digunakan untuk mengukur tekanan di reservoir panasbumi adalah K# ( /uster ressure "auge), yang dimasukkan ke dalam lubang bor setelah pemboran selesai. lat ini dapat juga mengukur tekanan pada tiap interval kedalaman.
2.8.1.1. !ekanan Overbur(en
&ekanan overburden merupakan tekanan yang diakibatkan oleh berbagai jenis batuan dan "luida yang berada didalam ruang pori-pori batuan tersebut. %eban tersebut mengakibatkan tekanan pada batuan yang berada di ba$ahnya. &ekanan overburden akan bertanbah besar dengan bertambahnya kedalaman dimana gradien pertambahan tekanan yang terbesar atau maksimum adalah .0 psi"t atau 7. kg cm- m-.
2.8.1.2. !ekanan 7(rostatk
radien tekanan hidostatik diakibatkan oleh "luida yang berada dalam pori pori dan berat kolom "luida secara vertikal, besar dan bentuk kolom "luida tersebut tidak mempengaruhi besarnya tekanan. &ekanan ini dapat dihitung dengan rumus +
h 9 :,::;( ρ h
..(.09)
keterangan + h
+ tekanan hidrostatik,psi
ρ
+ densitas "luida yang mengisi pori, ppg
h
+ tinggi kolom "luida,"t
@ntuk satuan cgs, dimana #h dalam ksc, densitas dalam grcc dan kedalaman dalam meter digunakan rumus #h L O.h7.(.0?) radien tekanan hidrostatik ini juga dipengaruhi oleh padatan-padatan terlarut (misal garam) dan gas yang ada dalam kolom "luida serta oleh gradien temperatur. #eningkatan padatan terlarut cenderung menaikkan gradien tekanan, sementara kenaikan jumlah gas larutan dan kenaikan temperatur akan menurunkan gradien tekanan hidrostatik.
2.8.1.0. !ekanan ormas
&ekanan "ormasi juga disebabkan oleh tekanan "luida pada "ormasi tertentu. &ekanan "ormasi normal adalah sama dengan tekanan hidrostatik, sedangkan "ormasi dengan tekanan "ormasi dengan tekanan abnormal adalah tekanan "ormasi yang menyimpang dari kecenderungan garis tekanan normal. Dang dimaksud dengan tekanan "ormasi yang abnormal adalah tekanan "ormasi yang lebih tinggi dari yang diperhitungkan dari gradien tekanan hidrostatik. Selain tekanan tinggi, seringkali ditemukan pula tekanan "ormasi yang sangat rendah di ba$ah tekanan hidrostatik . &ekanan ini disebut sebagai tekanan sub-normal . #ada lapangan panasbumi, "enomena ini terjadi pada daerah yang mengalami subsidence, dimana jumlah air isian (recharge) yang masuk lebih kecil dibanding "luida yang terproduksi di sumursumur produksi lainnya.
2.8.2. !em$eratur Reservor Panasbum
&emperatur reservoir akan naik dengan bertambahnya kedalaman, hal ini dikenal sebagai "enomena gradien geothermal . %esar gradien geothermal ini bervariasi antara satu tempat dengan tempat yang lain, tergantung pada keadaan topogra"i daerah dan didukung pula oleh konduktivitas panas batuan yang ada. radien geothermal yang normal biasanya adalah H677 meter kedalaman. 3apangan panasbumi memiliki gradien geothermal yang abnormal yang disebabkan oleh peristi$a-peristi$a geologi yang mendangkalkan daerah tersebut, misalnya aktivitas tektonik . Cubungan temperatur terhadap kedalaman dapat dinyatakan sebagai berikut + Td 9 Ta < "tf = *
...... (.0:)
keterangan + &d
+ temperatur reservoir pada kedalaman d "t, H>
&a
+ temperatur permukaan, H>
[
+ gradient temperatur, H>77 "t
!
+ kedalaman, "t.
#engukuran temperatur reservoir dilakukan setelah komplesi dan temperatur "ormasi ini dapat dianggap konstan selama diproduksikannya reservoir, kecuali bila dilakukan proses injeksi.Gambar 2.20
Gambar 2.20 Bebera$a $ro*& Gra(en !em$eratur 3BPD, +, #ada lapangan panasbumi, temperatur ba$ah permukaan didapat dari open
hole well log, namun hasil yang diperoleh lebih kecil dari temperatur yang sebenarnya karena pada saat itu temperatur lubang bor turun akibat "luida pemboran. Rekaman Bottom &ole Temperatur (%C&) dapat lebih kecil dari temperatur sebanarnya berkisar 7 H> sampai :7 H>. Karena temperatur statik "ormasi merupakan parameter yang penting bagi eksplorasi, pemboran, logging , well completion dan teknik reservoir maka dicari sebuah metoda yang memungkinkan penentuan temperatur statik "ormasi dari data rekaman thermometer maksimum (%C&) yang diperoleh selama operasi logging. Konsep dasar yang digunakan adalah hubungan garis lurus pada kertas semi log, %C& dalam H> versus (Δ&(&JΔ&)), dimana & adalah $aktu yang dibutuhkan untuk sirkulasi dalam sumur. Δ& adalah $aktu dalam jam setelah sirkulasi berhenti.
Kemudian hasil ekstrapolasi dari garis lurus pada saat harga (Δ&(&JΔ&)) sama dengan (satu) menunjukkan True )ormation Temperature, Gambar 2.2 memperlihatkan cara ekstrapolasi untuk memperoleh temperatur statis "ormasi yang sebenarnya.
Gambar 2.2 !eknk Ekstra$o&as Penentuan !rue Stat5 ormaton !em$eratur 3*ert'1:98, +, &emperatur sebagai salah satu parameter kunci pada sumur panasbumi +
. Mencerminkan variasi lithologi, overpressure, kualitas uap dan air . Mende"inisikan *one-*one produkti" . Mende"inisikan batasan-batasan bagi peralatan logging.
2.8.2.1.
!em$eratur Ren(a)
Secara luas reservoir bertemperatur rendah pada cekungan sedimentasi memiliki potensial geothermal dapat digunakan secara langsung (ruang panas, peman"aatan agriculture, dll baca rmstead, 8?:). Suatu contoh klasik pada peman"aatan energi geothermal dengan enthalpy yang rendah diketahui berasal dari a1ui"er cekungan #aris, #erancis (3a geothermie en >rance, 8?:) dan di cekungan #annonian, Cungaria. !emikian juga a1ui"er terjadi pada daerah normal hingga mencapai aliran
panas yang semakin meningkat. &emperatur a1ui"er merupakan "aktor kritis dalam hubungannya dengan tingkat ekonomi (3a gethermie+ 6hau""age de logements, 8??).
#emetaan regional geothermal
mampu
memberikan in"ormasi
yang
dibutuhkan terhadap distribusi temperatur didalam a1ui"er (Rybach dkk, 8:7). khir-akhir ini geothemometer kimia (Si<, EaK), digunakan pada contoh sumur air dan telah dilaksanakan. Casil yang ada digambarkan dalam bentuk-bentuk distribusi aliran panas (S$anberg dan Morgan, 8?: Bohlenberg dan Caenel, 8?:). Sebagai contoh, kadungan Si< pada air tanah dihubungkan dengan aliran panas (dalam mBm) mengacu pada 4 9 a>T?!iO( @ A b................................................ ..............................(.08) !imana a L ./8 ,Bm, 76, b L .7 6 dan T (Si<) temperatur dihitung dengan geothermometer silika. T ( !iO- )
=
0 0.-70 − log !iO-
− -?.0 ..............................................(.97)
(Si< adalah larutan silika, menggambarkan bagian tiap juta). 1ui"er dalam jenis ini (juga jenis dari geopressured), mengandung $aktu yang lama, air konat (L air terdeposit pada saat sedimentasi). #ada teknik geokimia (sedikit sekali analisa gas) memberikan in"ormasi pada umur air "ormasi dimana coalification studies (pengukuran pada relakti"itas optik %m dari partikel mikroskopik batubara) memberikan kejelasan terhadap sejarah thermal (berkaitan dengan panas) "ormasi sedimentasi dimana laju sedimentasi merupakan aliran panas paleo yang menentukan parameter-parameter (gradien vertikal relakti"itas, ∆ R m∆* dihubungkan dengan paleogradient %untebarth, 8:?). !alinitas air "ormasi merupakan "aktor kritis yang lain dalam peman"aatan a1ui"er geothermal langsung (nilai sebesar 77.777 mg3 dapat diperhtungkan air laut memiliki 0.777 mg3). #ada pengukuran resistivitas listrik pada keadaan yang baik (pengukuran dengan sounding (gema suara) secara vertikal) akan memberikan in"ormasi pada distribusi kedalaman salinitas. Kuantitas yang diukur, resistivitas
listrik dalam memberikan lapisan sedimentasi ρ s , tergantung pada jumlah parameter parameter+ ρ s 9 n ρ wφ -m..........................................................................................(.9) dimana φ 9 porositas, ρ w L resistivitas air "ormasi dan n dan m adalah konstanta. ρ w pada nantinya tergantung pada temperatur dan salinitas. Kehati-hatian analisis data resistivitas
terhadap
respek
parameter-parameter
sangat
diperlukan
untuk
memisahkan pengaruh salinitas. !alam beberapa permasalahan dimana tingginya salinitas a1ui"er bergerak dari ba$ah dengan air thermal dengan salinitas yang rendah naik sepanjang *ona patahan (contoh tertentu adalah area 3andau, @pper Rhine graben, B. ermany Berner dkk., 8?8) resistivitas yang tinggi mungkin mengindikasikan *ona k enaikan air thermal.
2.8.2.2.
!em$eratur !n%%
Sistem ini terjadi pada berbagai situasi. Sistem ini lebih sering dihubungkan dengan lingkungan batuan andesitic, dacitic, dan rhyolitic daripada jika dibandingkan dengan erupsi (letusan) basaltic (McEitt, 8?7). %anyak lapangan geothermal mempunyai struktur yang diproduksikan oleh aktivitas tektonik, seperti halnya rekahan , "ormasi graben, atau lembah-lembah, tetapi tidak mempunyai hubungan yang nyata terhadap pusat vulkanik yang khusus. 3okasi-lokasi yang pada khususnya menguntungkan adalah pada persimpangan rekahan yang membatasi bagian struktur utama. Mayoritas lapangan geothermal Ee$ Fealand bersituasi pada struktur utamanya berupa graben, seperti halnya lapangan laut Salton, 6ali"ornia, dan 6erro #rieto, MeIico. %eberapa lapangan dihubungkan dengan struktur vulkanik caldera (misal+ Matsuka$a, #au*hetsk, lembah 6aldera, dan huachapan), dan lapangan lainnya dihubungkan terhadap proses vulkanik yang lebih spesi"ik (misal, Momotombo, Eicaragua Ka$ah Kamojang, ;ndonesia). #ada umumnya operasi sistem hydrothermal terhadap tipe ini dijelaskan pada %ambar 2.2+. ir berasal dari air meteoric lokal yang bersirkulasi terhadap
kedalaman (ber kilometer) melalui sistem rekahan, menjadi panas, dan muncul lagi melalui gaya konveksi. Siklus upflow utama biasanya melalui *ona rekahan dan retakan yang disebabkan oleh intrusi magma. #ada hori*ontal porous air panas akan menyebar pada jarak tertentu. #ada level dangkal sistem ini mungkin terdapat resirkulasi konveksi air dimana telah terdinginkan dengan pendidihan diba$ah kondisi tekanan yang rendah, selama percampuran dengan air disekitarnya sistem
Gambar 2.2+ Skema Da%ram Sk&us Sstem 7(rot)erma& Pa(a #a$an%an arake' Ne /ea&an( <, thermal terjadi pada semua level. Seringkali cap rock membatasi output dari
"luida dan panas, tetapi kebocoran air mengakibatkan hot spring (air panas) pada level yang rendah, dan kebocoran uap panas menciptakan "umarol pada tingkat yang tinggi atau uap panas dangkal memanasi air tanah. !iba$ah kondisi alam mungkin terdapat uap panas-air pada ba$ah permukaan dimana tertekan secara lokal ketika sumur memeiliki permeabilitas yang tinggi terhadap permukaan. #erbandingan antara uap panas dan pergantian air dengan berbagai sumur didasarkan pada level lokal yang saling berhubungan. #emanasan air pada kedalaman tertentu biasanya dihubungkan terhadap intrusi magma, atau intrusi-intrusi, dengan panas yang akan diperlakukan melalui *ona batuan yang mengeras dimana ketebalannya magma tidak diketahui. #erpindahan
panas dapat dibantu dengan merekahkan kerak yang mengeras dengan tekanan thermal. =lder (890) mempertimbangkan observasi bah$a untuk memungkinkan memberikan aliran panas pada daerah temperatur geothermal yang tinggi akan membutuhkan konveksi hingga ke tubuh magmatik. !apat disimpulkan bah$a rangkaian intrusi dapat mempertahankan aliran panas. >luida dengan temperatur yang tinggi juga dipaksakan keluar dari tubuh magma. Mahon dan Mc!o$ell (88?) mempertimbangkan bah$a ekspansi temperatur tinggi dan tekanan tinggi "luida magmatik akan menciptakan suatu larutan yang sangat tebal pada titik temperatur subkritis, ditambah dengan "ase uap panas dimana dalam kebanyakan sistem akan muncul untuk bergabungberdi"usi kedalam sirkulasi air meteorik. . McEabb mengusulkan bah$a tingginya densitas air laut pada jenis ini akan membentuk suatu panas yang baik antara magma dan air. %eberapa kesulitan dari model aliran panas yang berkelanjutan, diperlukan untuk menjahui aliran panas yang konstan dari konduktivitas thermal rendah terhadap suatu batuan jika dengan pertimbangan bah$a $aktu kembalinya air
pada sistem
geothermal sangat panjang (setidaknya 7/ 2 7: tahun), dan out"lo$ yang tidak selalu mengalir. Sistem-sistem selanjutnya memiliki periode yang lama terhadap konduktivitas panas suatu air dengan out"lo$ yang sedikit, diikuti dengan perbandingan $aktu yang singkat (setidaknya 7 - 7 / tahun) dari suatu aliran yang besar ketika aliran-aliran baru ke permukaan terbentuk. Cal ini digerakkan oleh aktivitas tektonik, atau oleh eksplosi hydrothermal yang mengharuskan temperatur sebagai penyebab tekanan panas untuk melalui tekanan lithostatik. Setelah periode aliran, arah aliran akan menjadi tertutup dengan adanya deposit silika dan kalsit. &erdapat beberapa keterangan terhadap pembagian lapangan ini. Silika yang bertingkat-tingkat dalam beberapa daerah akan memberikan keterangan terhadap aliran air yang besar pada masa lalu. #engalaman yang terjadi di Ee$ Fealand dan diseberang laut telah ditunjukkan bah$a terdapat sedikit sekali hubungan antara laju secara alami terhadap out"lo$ air dari air panas atau "umarol dan ukuran sistem geothermal sebagaimana yang telah diperlihatkan pada pemboran.
#ada lapangan geothermal dengan temperatur yang tinggi dengan porositas yang tinggi tinggi pada suatu batuan (misal+ Bairake Bairakei), i), sebagaimana sebagaimanana na pernyataan pernyataan bah$a air panas akan muncul dari kedalaman yang telah dipertimbangkan (beberapa kilometer) sebagaimana kecilnya plume yang dikelilingi oleh perbandingan air dingin, sehingga air panas akan menyebar secara lateral pada strata permeabel yang dangkal (=lder, 890). %entuk %entuk tubuh mushroom (seperti mushroom (seperti jamur) air bertempatur tinggi ( %ambar 2.28 ) akan menjelaskan menjelaskan bah$a sumur produksi geothermal geothermal yang dalam akan dibatasi oleh perbandingan daerah yang sempit, dimana penempatan sumur dangkal kurang dari titik kritis. Corisontal, mendekati aliran permukaan air panas terjadi diatas jarak yang dipertimbangkan pada beberapa lapangan geothermal (misal+ =l tatio, 6hile). !onaldson (8?7) memberikan analisa matematis terhadap model konveksi geothermal yang sederhana dengan memvariasikan permeabilitas pada titik yang berbeda di dalam cycle.
Gambar 2.28 Skema Sstem Panasbum Berbentuk Se$ert ;amur Den%an !em$eratur !n%% Pa(a #a$an%an arake' Ne /ea&an(
<,
2.9. 2.9.
;en ;enss Rese Reserv rvo orr Pana Panasb sbum um
Klasi"ikasi reservoir panasbumi dapat dibagi menjadi tiga, yaitu + . %erd %erdas asar arkan kan sum sumber ber pan panas as.. . %erd %erdas asar arkan kan "as "asaa "lui "luida. da. . %erd %erdas asar arkan kan temp temper erat atur ur.. /. %erdas %erdasark arkan an jenis jenis "luida "luida rese reservo rvoir ir 0. %erd %erdas asar arkan kan enta entalp lphi hi
2.9.1. 2.9.1. Be Ber(a r(asar sarka kan n Sumbe Sumberr Panas Panas
%erd %erdas asar arka kan n sumb sumber er panas panasny nya, a, rese reserv rvoi oirr pana panasb sbum umii diba dibagi gi menj menjad adii + geopressured geopressured system, hydrothermal system, magmatic system dan hot dry rock system.
2.9.1.1.
Sstem 7(rot)erma&
Sistem ini terdiri dari air dan atau uap bertemperatur tinggi yang tersimpan dalam batuan batuan permeabel permeabel dan porous dan porous.. kibat sirkulasi secara konveksi, air dan atau uap akan mengalir melalui patahan-patahan atau rekahan dan tertrans-portasikan ke dekat permukaan, dimana gaya yang menyebabkan aliran ini adalah gaya apungan (buoyancy) buoyancy) gravitasi karena perbedaan densitas. &ot water system biasanya biasanya ditemukan ditemukan pada daerah-daerah daerah-daerah yang berbatuan sedime sedimen n permea permeabel bel dan batuan batuan vulkani vulkanik, k, dan umumny umumnyaa batuan batuannya nya adalah adalah granit granit . ;ndikasi sistim ini diketahui dengan melihat aktivitas vulkanik yang masih muda, kemudi kemudian an aliran aliran panas panas secara secara konduks konduksi. i. Skema Skema hydrothermal system system dapat dilihat pada Gambar 2.29.
Gambar 2.29 Skema Sstem 7(rot)erma& Pa(a #a$an%an arake' Ne /ea&an(
+,
.'. =llis dan B..'. Mahon (8??) mengklasi"ikasikan hydrothermal system menjadi + .
Cyclic system uifer ini ini berasal dari air meteorik selama selama periode yang panjang pada kedalaman "ormas "ormasii mengal mengalami ami pemanas pemanasan an dan keluar keluar keperm kepermukaa ukaan. n. Cyclic system system harus memenuhi syarat sebagai berikut + danyaa "orm "ormas asii batu batuan an yang yang menja menjami min n sirk sirkul ulas asii air air pada pada keda kedala lama man n • dany tertentu. • danya sumber panas. • &ersedianya &ersedianya air dalam jumlah yang cukup • Baktu yang cukup serta adanya daerah sirkulasi panas yang memungkinkan air terpanasi. • danya struktur rekahan pada batuan sampai permukaan
.
Mempunyai ciri khas tersendiri dan dapat diperkirakan mendekati "eopressure system. Sistem ini dibagi menjadi dua yaitu + a. Sistem cekungan sedimen. 6iri khasnya adalah komposisi air "ormasinya sangat komplek karena adanya reaksi antar lapisan. Reservoir ini umumnya sangat dalam. b. Sistem metamor"ik pada proses metamor"osa !iperkirakan ditemukan di beberapa lokasi seperti 6ali"ornia yang ditemukan endapan air raksa sebagai petunjuk adanya daerah metamor"osa.
2.9.1.2. Sstem 7ot Dr" Ro5k
Sistem ini tidak mengandung air namun dapat diusahakan untuk produksi dengan kualitas yang baik. #ada sistem ini panas diambil dari batuan kristalin yang permeabilitasnya rendah yang disebut dengan hot dry rock. Gambar 2.2< menerangkan skema dari sistem &ot *ry %ock . #anas ini menyebabkan terjadinya gradien geothermal sebesar o677 m. &emperatur bumi atau gradien geothermal ini akan naik terhadap kedalaman. Eamun teknologi yang ada sekarang belum mampu untuk mengeksploitasi sistem ini.
Gambar 2.2< Skema Sstem 7ot Dr" Ro5k
+,
2.9.1.0. Sstem Ma%matk
Sistem ini didapatkan pada kedalaman minimal kilometer di daerah vulkanik. 'ika pemboran di daerah vulkanik dengan kedalaman - 9 kilometer, akan diperoleh sumber panas dengan temperatur antara 907 - 77 o6. &eknologi untuk menentukan
lokasi,
pengeboran
dan
memproduksikan
cadangan
belum
dikembangkan.
2.9.1.. Sstem Geo$ressure
"eopressure reservoir biasanya ditemukan pada sedimentary basin yang cukup dalam, dimana sedimennya sangat kompak terjadi dalam $aktu geologi yang panjang dan terdapat cap rock yang e"ekti" seperti shale. Kompaksi yang melebihi keadaan normal akan menyebabkan keluarnya air dari pori-pori lempung. #ada beberapa sistem geopressured , tekanan "luida mendekati berat keseluruhan batuan penutup ?lithostatic pressured@. Sistem air dengan tekanan tinggi dapat disetarakan dengan gradien temperatur di atas batas normal karena
bertambahnya kapasitas panas jenis batuan yang menekan air. >luida geopressure biasanya mempunyai konsentrasi gas terlarut yang tinggi. Campir seluruh sinclinal basin yang besar di dunia merupakan *ona geopressure.
2.9.2. Ber(asarkan asa &u(a
%erdasarkan jumlah "asanya, reservoir panasbumi dapat dikelompokkan menjadi reservoir satu "asa dan dua "asa. Klasi"ikasi reservoir panasbumi berdasarkan "asa "luida yang dihasilkan dapat dibagi menjadi + liuid dominated system, vapor dominated system dan superheated system.
2.9.2.1. Reservor Satu asa
Reservoir ini mempunyai temperatur di ba$ah 07 o6 dengan tekanan tidak terlalu tinggi karena reservoir ini sebagian tidak mempunyai cap rock yang dapat menahan temperatur dan tekanan serta air dari luar, sebagian lagi mempunyai cap rock namun air panas menjadi turun temperaturnya. Sehingga reservoir satu "asa ?liuid system@ dapat dibagi menjadi dua yaitu + sistem air hangat ?warm water system@ dan sistem air panas ?hot water system@. . Sistem air hangat ?warm water system@. &emperatur berkisar antara 87 - :7 o6, pendidihan tidak akan terjadi sampai dieksploitasi. #enggunaannya untuk keperluan non-elektrik. 6ontoh sistem ini adalah di &ianjin (RR6) dan Bai$era (Selandia %aru). (. Sistem air panas ?hot water system@. >luida reservoir ini berupa air panas secara keseluruhan akan tetapi pendidihan terjadi setelah eksploitasi secara ekstensi". &emperaturnya berkisar antara 77 07 o6. &emperatur tersebut kadang-kadang terjadi pendidihan yang disebabkan kandungan gas di reservoir yang bersangkutan. 6ontoh sistem ini adalah di chuachapan, Salton Sea dan Kra"la.
!iagram tekanan dan temperatur untuk reservoir berdasar "asa ini, dapat dilihat pada Gambar 2.2: berada pada titik 6 dengan turunnya tekanan "luida ini bisa menjadi uap berkadar air tinggi, sehingga densitasnya menjadi turun
Gambar 2.2: 6on(s Ar $a(a !ekanan (an !em$eratur Reservor 3)tn% (an Rame",
+,
2.9.2.2. Reservor Dua asa
Reservoir sistem dua "asa berisi campuran air dan uap. pabila produksi air lebih banyak daripada uap disebut liuid dominated system, apabila sebaliknya disebut vapour dominated system. Reservoir sistem ini mempunyai temperatur berkisar antara 77-77H6.
1. #>u( Domnate( S"stem
#ada sistem ini uap yang keluar adalah uap basah. @ap ini dihasilkan oleh proses flashing pada saat tekanan turun dalam sumur ataupun dalam reservoir. !alam reservoir dua "asa bagian terdalam terdapat lapisan cairan panas pada keadaan netral. &emperatur bervariasi antara 7 277 o6. #ada kondisi ini gradien temperatur akan relati" tetap setelah mencapai titik didihnya, sehingga "luida yang terdapat pada reservoir sudah ber$ujud uap. Seperti pada Gambar 2.0=.
Gambar 2.0= 6on(s !ekanan (an !em$eratur Reservor Liquid Dominated 1=, 2. Va$our Domnate( S"stem
#ada sistem ini tekanan tidak terlalu tinggi namun masih di atas tekanan atmos"er jadi memungkinkan "luida ini seluruhnya menjadi uap. &erdapat pada bagian atas lapisan dua "asa.ada bagian ini "asa cair sangat jarang, menyebar luas dan immobile 3Gambar 2.02, . 6ontoh sistem ini adalah 3arderello dan miata (;talia), Kamojang. &emperatur "luida berkisar antara 07-7 o6.
Gambar 2.01 6on(s !ekanan (an !em$eratur Vapour Dominat 1=,
Gambar 2.02 Skema Sstem Reservor Vapour Dominated 1=,
2.9.2.0. Reservor Su$er)eate( Steam
#ada reservoir jenis ini, "luida berada pada temperatur yang sangat tinggi tetapi dengan tekanan yang tidak terlalu tinggi. &ekanan yang tidak terlalu tinggi disebabkan oleh telah turunnya tekanan reservoir karena diproduksikan. @ntuk lebih jelasnya dapat dilihat pada diagram "asa. >luida superheated ini dapat diamati dengan mengamati sejarah produksi suatu sumur yang memuat data tekanan dan temperatur. Keadaan superheated dimulai pada saat terjadi dry-out tekanan dan temperatur.
Cal ini ditandai dengan, jika dilakukan plot sejarah produksi (tekanan dan temperatur terhadap tahun) maka setelah sekian lama akan terdapat kenaikan temperatur yang drastis sedangkan tekanannya mengalami penurunan. Keadaan pada saat tekanan turun dan temperatur naik secara drastis inilah yang disebut sebagai dry-out . Setelah keadaan ini terjadi, "luida telah sepenuhnya berada dalam keadaan uap kering superheated .
2.9.0. Ber(asarkan !em$eratur 2.9.0.1. Sem-!)erma& e&(
Reservoir semi thermal mempunyai temperatur sampai 77 o6 dengan kedalaman antara - km. #anas reservoir ini tidak cukup tinggi karena sebagian besar tidak mempunyai cap rock sehingga "luida mudah menerobos ke permukaan. Thermal gradient dan kedalaman auifer yang permeabel pada semithermal field seharusnya cukup untuk menimbulkan arus sirkulasi konvekti", tetapi suhu bagian atas reservoir tidak mungkin lebih dari 77 o6 karena tidak adanya cap rock untuk menekan hingga terjadi pressure build-up di atas tekanan atmos"er dan mungkin karena tercampur dengan air tanah yang dingin dari auifer yang dangkal.
2.9.0.2. 7"$er-!)erma& e&(
&yperthermal field membutuhkan lima unsur dasar yaitu + sumber panas, bed rock, auifer atau *ona permeabel, sumber air dan cap rock. &yper thermal reservoir dapat diklasi"ikasikan menjadi dua jenis, yaitu + *ry &yperthermal dan 'et &yperthermal )ield berdasarkan "asa "luidanya, model hyperthermal field dapat dilihat dalam Gambar 2.00 .
Gambar 2.00 Mo(e& Hyerthermal Field 0,
1. et 7"$er-!)erma& e&(
'et hyperthermal field menghasilkan campuran air panas dan uap, maka variabel BC# dan BC& serta enthalpi dan k$alitas "luida saling bergantung. >luida yang terproduksi (uap dan air) pada suatu sumur dipengaruhi oleh tekanan kepala sumurnya (BC#) dan juga tergantung pada suhu dan tekanan reservoir serta permeabilitasnya, maka setiap sumur memiliki suatu si"at aliran tersendiri, seperti pada Gambar 2.0.
Gambar 2.0 7ubun%an Antara Ent)a&$' !em$eratur (an 6ua&tas 4am$uran Ua$Ar Can% ;enu) 0,
>luida yang terproduksi (uap dan air) pada suatu sumur dipengaruhi oleh tekanan kepala sumurnya (BC#) dan juga tergantung pada suhu dan tekanan reservoir serta permeabilitasnya, maka setiap sumur akan memiliki suatu si"at aliran tersendiri. Kharakteristik dari setiap sumur tidak tetap dan produksinya selalu cenderung menurun sebagai "ungsi dari $aktu. Kurva-kurva pada Gambar 2.0+. tersebut, semuanya menggambarkan keadaan a$al pengembangan lapangan.
Gambar 2.0+ 7ubun%an antara !ekanan (an Su)u untuk Ua$ ;enu)
0,
2. Dr" 7"$er-t)erma& e&(
Reservoir ini mempunyai temperatur sangat tinggi, namun tekanannya tidak setinggi tekanan pada wet hyperthermal yang memungkinkan air dalam reservoir jenis ini berubah menjadi uap seluruhnya. 'ika terjadi hubungan antara permukaan dengan reservoir melalui lubang bor, maka sebagian uap jenuh akan berubah menjadi uap superheated . @ap dari lapangan ini agak superheated maka tidak ada hubungan antara BC# dan BC&, serta enthalpi merupakan "ungsi dari BC# dan BC& ini.
2.9.. Ber(asarkan ;ens &u(a Reservor
%erdasarkan jenis "luidanya, reservoir panasbumi terdiri dari ir Klorida, ir sam Sul"at, ir sam Sul"at-Klorida, ir %ikarbonat. #embagian jenis "luida lebih jelas terlihat seperti pada Gambar 2.08.
Gambar 2.08 Da%ram 4&' SO' (an 74O0 Can% !er(a$at Pa(a &u(a Geot)erma&
,
2.9..1. Ar 6&or(a
aram terlarut dalam air ini umumnya berupa sodium dan potassium chloride $alaupun kadang-kadang ditemukan calcium dalam konsentrasi yang kecil. ir ini juga mengandung silika dalam konsentrasi yang tinggi, dan terdapat pula dalam konsentrasi yang cukup berarti seperti sulfat , bicarbonate, fluoride, ammonia, arsenic, lithium, rubidium, calcium dan asam borate.
#erbandingan chloride dan sulfat biasanya cukup tinggi dan pC berkisar dari daerah yang asam sampai ke daerah yang cukup basa (pC 0 2 8 ). as yang terlarut dalam air ini terutama karbondioksida dan hydrogen sulfide. ir ini seringkali didapatkan di daerah-daerah yang terdapat spring (mata air) atau daerah yang ada aktivitas geyser dan daerah yang banyak terdiri dari batuan volkanik dan sedimen
2.9..2. Ar Asam Su&*at
ir sam Sul"at mengandung chloride dengan kadar yang rendah dan dapat terbentuk pada daerah vulkanik, dimana uap diba$ah /77o6 mengembun ke permukaan air. &idrogen sulfide dari uap kemudian teroksidasi menjadi sulphate. ir sam Sul"at didapat di daerah-daerah dimana uap akan naik dari air ba$ah tanah dengan temperature tinggi dan di daerah vulkanik, pada "asa pendinginan hanya karbondioksida dan gas sulfur tetap akan naik bersama uap melalui batuan. @nsurunsur yang terdapat dalam air ini biasanya lepas dari dinding-dinding batuan disekelilingnya.
2.9..0. Ar Bkarbonat
ir panas yang mengandung chloride dengan kadar yang rendah dapat terjadi dekat permukaan di daerah vulkanik dimana uap yang mengandung karbondioksida dan hydrogen sulfide mengembun ke dalam auifer . #ada kondisi yang diam air bereaksi dengan batuan mengahasilkan larutan bicarbonate atau bicarbonate sulphate dengan pC netral.
2.9.+. Ber(asarkan Enta&$)
'enis reservoir berdasarkan entalphi dapat dikelompokan menjadi entalphi rendah, entalphi menengah, dan entalphi tinggi. #engelompokan ini sesuai dengan temperature "luida produksi dan "asa "luidanya.
