TUGAS FISIKA BATUAN MODUL PENGUKURAN PERMEABILITAS
KELOMPOK 2 Gregorio Adri Prawira (3715100020) Arya Nur Dewangga Putra (3716100016) Aceha Jazaul Aufa (3716100057) (3716100057)
DEPARTEMEN TEKNIK GEOFISIKA FAKULTAS TEKNIK SIPIL, LINGKUNGAN DAN KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017 1
DAFTAR ISI Cover ……………………………………………………………………………… ……………...1 Daftar Isi…………………………………………………………………………………………… 2 Daftar Gambar……………………………………………………………………………………...2 Daftar Tabel………………………………………………………………………………………... 2 Bab 1……………………………………………………………………………… ……………...3 1.1 Latar Belakang…………………………………………………………………………………3 1.2 Rumusan Masalah…………………………………………………………………………… ...3 1.3 Tujuan…………………………………………………………………………………………. 3 1.4 Batasan Masalah……………………………………………………………………………….3 Bab 2……………………………………………………………………………………….………4 2.1 Pengertian Permeabilitas………………………………………………………………………4 2.2 Jenis-Jenis Permeabilitas………………………………………………………………………4 2.2.1 Permeabilitas absolut…………………………………………………………………………4 2.2.2 Permeabilitas efektif …………………………………………………………………………4 2.2.3 Permeabilitas relative………………………………………………………………………...5 Bab 3………………………………………………………………………………………………..8 3.1 Alat dan Bahan ………………………………………………………………………………..8 3.2 Cara Kerja………………………………………………………………………………………8 3.3 Data Sheet………………………………………………………………………………………8 3.4 Skema Alat……………………………………………………………………………………..9 Bab 4………………………………………………………………………………………………10 4.1 Contoh Data…………………………………………………………………………………..10 4.2 Contoh Kasus…………………………………………………………………………………10 4.3 Analisa dan Pembahasan………………………………………………………………….......11 Bab 5………………………………………………………………………………………………12 Kesimpulan……………………………………………………………………..…………………12 Daftar Gambar Gambar 2.1 Ilustrasi Kondisi Permeabilitas Absolut………………………………………………4 Gambar 2.2 Ilustrasi Kondisi Permeabilitas Efektif ……………………………………………….4 Gambar 2.3 Ilustrasi eksperimen Darcy……………………………………………………………6 Gambar 2.4 Nilai Permeabilitas pada Batuan……………………………………………………..7 Gambar 3.1 Skema Alat……………………………………………………………………………9 Daftar Tabel Tabel 3.1 Data sheet percobaan permeabilitas……………………………………………………8 Tabel 4.1 Contoh data hasil perhitungan permeabilitas…………………………………………..10
2
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Kajian tentang Fisika Batuan ini mempelajari sifat fisika bumi dan sifat fisika elemen pembentuk bumi. Dengan mengetahui dan memahami sifat fisika bumi ini akan memberikan manfaat yakni meningkatkan mutu keselamatan dan kesejahteraan manusia. Dalam kajian ini, sifat fisika bumi yang akan dipelajari adalah permeabilitas batuan. Permeabilitas merupakan salah satu parameter fisika yang sangat penting dalam ilmu geofisika. Parameter ini menjadi dasar untuk berbagai disiplin ilmu dalam ilmu geofisika lainnya serta menjadi salah satu parameter karakteristik dasar untuk menentukan apakah suatu lapisan reservoir dapat memproduksi minyak dan gas. Selain itu, dalam lingkup masalah lingkungan, permeabilitas dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan seepage (rembesan) di bawah bendungan, didipasi air akibat pembebanan tanah, dan drainase dari lapisan subgrade, bendungan, atau timbunan. Tegangan efektif yang diperlukan dalam perhitungan masalah-masalah lingkungan di atas juga secara tidak langsung berkaitan dengan permeabilitas. Berdasarkan hal tersebut, analisis terhadap elemen bumi ini perlu dilakukan agar pemanfaatannya dapat dioptimalkan.
1.2
Rumusan Masalah Rumusan masalah yang akan diselesaikan dalam kajian ini ialah : a. Berapa nilai permeabilitas dalam suatu batuan?
1.3
Tujuan Tujuan dilakukannya kajian ini ialah : a. Mengetahui nilai permeabilitas dalam suatu batuan. b.
1.4
Batasan Masalah Terdapat berbagai macam metode untuk mengkaji tentang permeabilitas batuan. Batasan atas masalah yang akan dikaji diberlakukan agar kajian ini lebih terfokus. a. Nilai permeabilitas yang dicari merupakan permeabilitas absolut, yang merupakan nilai permeabilitas dengan 1 jenis fluida saja. b. Fluida yang digunakan dalam percobaan merupakan air. c. Sampel yang digunakan merupakan batuan sedimen.
3
BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Permeabilitas Permeabilitas suatu batuan didefinisikan sebagai ukuran untuk mengukur kemampuan batuan untuk mengalirkan atau meloloskan fluida. Suatu batuan dapat dikatakan mempunyai suatu nilai permeabilitas yang tinggi apabila fluida dapat mengalir dengan mudah lewat batuan. Nilai permeabilitas ini berkaitan dengan rongga antar butiran yang di dalam batuan. Rongga antar butiran tersebut saling berhubungan sehingga membentuk jalur agar fluida bisa mengalir. 2.2 Jenis-Jenis Permeabilitas
2.2.1 Permeabilitas absolut Permeabilitas batuan yang jenis fluidanya hanya 1 jenis atau 1 fasa yang bersifat non-reaktif, seperti gas, fluida, air saja.
Gambar 2.1 Ilustrasi Kondisi Permeabilitas Absolut
2.2.2 Permeabilitas efektif Nilai permeabilitas yang dalam batuannya terdapat 2 atau lebih jenis fluida.
Gambar 2.2 Ilustrasi Kondisi Permeabilitas Efektif
4
2.2.3 Permeabilitas relatif Nilai rasio antara nilai permeabilitas absolut dengan permeabilitas efektif Istilah non-reaktif mengacu pada reaksi antara fluida dengan batuannya. Contohnya, permeabilitas yang diukur pada batuan clay-rich tergantung dari nilai salinitas airnya. Air brine yang memiliki nilai salinitas kecil akan mengakibatkan swelling/pelembungan sehingga mengurangi nilai permeabilitas. Nilai permeabilitas merupakan parameter fisika batuan yang terkait erat dengan rongga atau pori batuan. Maka itu nilai permeabilitas dapat dipengaruhi oleh : a. Porositas (besar pori batuan). Namun, porositas yang dapat mempengaruhi nilai permeabilitas adalah nilai porositas efektif atau porositas dari pori-pori batuan yang saling terhubung. b. Ukuran butir batuan c. Susunan pori-pori batuan (sortasi dan keseragaman butir) Berdasarkan hukum Darcy, aliran air dalam tanah pada umumnya berupa aliran laminar (aliran yang partikel-partikelnya bergerak secara teratur, lintasannya sejajar), sehingga berlaku :
= × ……………………..….……………………(1) dengan : v = kecepatan (cm/detik) k = koefisien permeabilitas (mD) i = gradien hidrolik. Persamaan (1) dapat diartikan sebagai berikut : kecepatan suatu fluida saat melewati batuan/medium diengaruhi oleh koefisien permeabilitas dan nilai gradien hidrolik. Semakin besar nilai gradien hidrolik (perbandingan tekanan terhadap jarak pergerakan fluida) Besarnya debit atau volume air yang mengalir per satuan waktu dapat dirumuskan sebagai berikut :
= ⁄ = . ⁄ = × ……………………………………(2) dengan : q = debit (m3/s) A = luas tampang tanah yang dialiri air (m2) v = kecepatan aliran (m/s) t = waktu/lama fluida mengalir dalam sampel
5
Persamaan (1) disubstitusikan ke dalam persamaan (2) sehingga mendapat kan rumus : = × × ……………………………………………….…………(3)
Gambar 2.3 Ilustrasi eksperimen Darcy
Untuk mengetahui nilai k (permeabilitas) dilakukan dengan cara mengukur penurunan tinggi muka air selama periode waktu tertentu dan pada saat ini tegangan air menjadi tidak tetap sehingga rumus Darcy dapat digunakan. Misalnya pada ketinggian air (h), perubahan tinggi (dh) akan membutuhkan waktu (dt), maka koefisien permeabilitas dapat diturunkan dari rumus Darcy sehingga:
ℎ =×× = × × ∆ℎ⁄ =
×
= ×∆……………………………………….(3) Dalam rumus tersebut, nilai q adalah variable yang merupakan nilai volume air yang melewati batuan per 1 detik, sedangkan perbedaan tinggi (h) merupakan nilai variable yang didapatkan pada saat pengukuran. Nilai dari permeabilitas batuan terdiri dari beberapa besaran. Nilai tersebut menunjukkan dari sifat impermeable (tidak dapat mengalir) seperti magmatit, anhidrit padat, permeabilitas kecil seperti lapisan shale dan krbonat, sampi permeabilitas tinggi seperti limestone. Klasifikasi nilai permeabilitas dapat terlihat di gambar berikut.
6
Gambar 2.4 Nilai Permeabilitas pada Batuan
Nilai permeabilitas 0.1 mD umumnya merupakan nilai minimum permeabilitas suatu lapisan untuk produksi minyak (Lucia, 1999).
7
BAB III METODOLOGI 3. 1 ALAT DAN BAHAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Sampel batuan (core) Permeameter tabung Kertas membran yang sudah disesuaikan ukurannya Wadah air Selang air Stopwatch Jangka sorong
3.2 CARA KERJA 1. Siapkan alat yang dibutuhkan tanpa memasukkan sampel atau core batuan dalam permeameter tabung. 2. Ambil sampel atau core batuan, ukur diameter dan panjang dengan menggunakan jangka sorong. 3. Masukkan kertas membran pertama ke dalam permeameter tabung. 4. Masukkan sampel atau core batuan ke permeameter tabung diatas kertas membran. 5. Pastikan sumber air menyala dan dapat dialirkan ke dalam permeameter tabung. 6. Nyalakan sumber air. 7. Tunggu hingga air menembus core hingga air dapat keluar pada saluran keluarnya. 8. Pada saat air menembus core atau naik pada permeameter, otomatis air juga naik mengisi buret. 9. Pada saat air keluar pada saluran keluarnya, otomatis pada buret air juga berh enti mengisi atau naik. 10. Hitung tinggi antara tinggi air dalam buret dan tinggi air dalam permeameter pada keadaan setimbang tersebut. 11. Siapkan stopwatch, hitung volume air yang keluar pada saluran keluar pada batas waktu tertentu. 3.3 Data Sheet Tabel 3.1 Data sheet percobaan permeabilitas No
h1 (cm)
h2 (cm)
Volume (ml)
Waktu (s)
Panjang (cm)
Luas Permukaan (cm2)
Δh (cm)
Permeabilitas (cm/s)
Rata-rata permeabilitas (cm/s)
1. 1. 1. 2. 2. 2. 3. 3. 8
3.
3.4 Skema Alat
Gambar 3.1 Skema Alat
9
BAB IV ANALISA DATA 4.1 Contoh Data Tabel 4.1 Contoh data hasil perhitungan permeabilitas No
h1 (cm)
h2 (cm)
Volume (ml)
Waktu (s)
Panjang (cm)
Luas Permukaan (cm2)
Δh (cm)
Permeabilitas (cm/s)
1. 1. 1. 2. 2. 2. 3. 3.
98 77 62 95 75 54 90 70
82 66 53 81 67 41 80 64
300 600 900 300 600 900 300 600
37 92 113 25 71 93 20 65
27.6 27.6 27.6 27.6 27.6 27.6 27.6 27.6
9.1 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1
16 11 9 14 8 13 10 6
1,091 x 10−3 1,949 x 10−3 3,087 x 10−3 1,515 x 10−3 3,473 x 10−3 1,631 x 10−3 9,862 x 10−3 5,057 x
Rata-rata permeabilitas (cm/s) 3,494 x 10−3 3,494 x 10−3 3,494 x 10−3 3,494 x 10−3 3,494 x 10−3 3,494 x 10−3 3,494 x 10−3 3,494 x 10−3
3.
45
39
900
87
27.6
9.1
6
3,779 x 10−3
3,494 x 10−3
10−3
4.2 Contoh Kasus Sebagai contoh untuk batuan yang sarang tetapi tidak permeable, dapat ditunjukkan misalnya ; suatu serpih mempunyai permeabilitas yang sangt rendah, sedangkan porositasnya sama dengan batupasir. McKelvey (1962) memberikan nilai permeabilitas 9 X 10-6 md untuk serpih yang telah kompak, tetapi porositasnya yaitu 24%. Untuk batupasir dengan porositas sama, misalnya 22,7 % (batupasir Bradford; dari daerah Pennsylvania) ternyata mempun yai permeabilitas 36,6 % md (Fettke, 1934). Dalam prakteknya permeabilitas berkisar antara 5 sampai 1000 milidarcy. 4.3 Analisa dan Pembahasan Data yang didapatkan berupa nilai permeabilitas 3 sampel batuan dengan variasi 3 Volume air yang berbeda (300, 600, 900) dalam satuan ml. Dengan menggunakan skema alat seperti gambar 3.1, didapat nilai permeabilitas. Salah satu contoh perhitungannya seperti berikut: k= k=
3 x 27,6 6 9, 37
k = 1,091 x 10−3 Dapat dilihat dalam table 4.1 nilai nilai permeabiltas tiap percobaan. Diperhatikan tiap sampe batuan dengan variasi volume dapat menghasilka waktu dan Δh yang berbeda-beda. Sampel batuan pertama menghasilkan nilai permeabilitas yang terus naik nilainya. Sampel batuan kedua menghasilkan nilai permeabilitas yang cenderung tidak naik/turun menurut variasi volume 10
yang diberikan. Begitu juga dengan sampel ketiga nilai permeabilitas cenderung turun. Apabila kita perhatikan, ada 1 variabel yang menyebabkan rancunya nlai permebilitas. Hal itu adalah Δh, dimana semakin kecil nilai Δh maka semakin besar nilai permeabilitas suatu batuan . Artinya Δh berbanding terbalik dengan k.
11
BAB V KESIMPULAN Kesimpulannya adalah Δh berbanding terbalik dengan k, semakin besar nilai Δh maka semakin kecil nilai k
Referensi Askary, Farid, dkk. “Laporan Praktikum Geologi Teknik dan Properti Tanah Modul 7 Permeabilitas”. Departemen Teknis Sipil UI: Jakarta Schoon, J.H.2011. “Physical Properties of Rock”. Elsevier: Amsterdam https://www.slideshare.net/NurulAdha2/data-permeability. (diunduh pada tanggal 21 Oktober 2017 jam 21.00 WIB)
12
