3 i sifat fisik batuan

Download 3 I Sifat Fisik Batuan

Post on 18-Oct-2015

164 views

Category:

Documents

15 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • BAB III: SIFAT FISIK BATUAN

    (Versi 23 November 2004)

    Bab ini menjelaskan sifat fisik batuan dan interaksinya dengan fluida yang dikandungnya

    yang seringkali terlibat dalam perhitungan teknik reservoir. Pembahasan dalam bab ini tidak

    bertujuan untuk menjelaskan bagaimana mendapatkan sifat fisik batuan tersebut melainkan

    untuk menggambarkan bagaimana sifat fisik batuan tersebut harus dipahami dan digunakan

    serta perannya dalam mendeskripsikan reservoir. Sifat fisik batuan yang dibahas adalah

    porositas, kompresibilitas isotermal, permeabilitas, tekanan kapiler, dan permeabilitas relatif.

    Sifat fisik permeabilitas terkait sangat erat dengan karakteristik aliran fluida dalam reservoir.

    Oleh karena itu, pembahasan tentang permeabilitas pada bagian ini disampaikan dengan

    berbagai ilustrasi yang berkaitan dengan persamaan aliran. Selanjutnya, aplikasi persamaan

    aliran tersebut (equation of motion, hukum Darcy) pada perhitungan-perhitungan teknik

    reservoir disampaikan pada Bab V: Pengantar Persamaan Aliran.

    Porositas

    Porositas didefinisikan sebagai a measure of the pore space available for the storage of fluids

    in rock. Secara matematis, porositas adalah volume pori batuan dibagi oleh volume bulk

    batuan, yang dituliskan sebagai berikut:

    VVV

    VV

    b

    mb

    b

    p ==

    dimana:

    = Porositas, dinyatakan dalam fraksi atau persen Vp = Volume pori (L3)

    Vb = Volume bulk (L3) = Vp + VmVm = Volume matriks (L3)

    Berdasarkan proses pembentukannnya, porositas dikelompokkan menjadi:

    1. Porositas primer yaitu porositas yang terbentuk bersamaan dengan waktu proses

    pengendapan batuan.

    2. Porositas sekunder yaitu porositas yang terbentuk kemudian setelah proses pengendapan

    sebagai akibat dari proses geologi.

    Sifat Fisik Batuan, hal. 1

  • Sedangkan berdasarkan fungsinya, porositas dikelompokkan menjadi:

    1. Porositas total:

    VVV

    VV

    b

    mb

    b

    pt

    ==

    2. Porositas efektif:

    VnberhubungayangporiVolume

    be =

    Untuk clean sandstones berlaku t = e sedangkan untuk carbonate dan cemented sandstones berlaku e < t.

    Untuk batuan klastik, susunan butiran yang membentuk batuan sangat mempengaruhi besar

    porositas. Rentang harga porositas berdasarkan susunan butiran adalah:

    1. Maksimum, harga porositas yang diperoleh jika butiran tersusun secara cubic packing,

    yaitu sebesar 0,476

    2. Intermediate, untuk butiran seragam, porositas akan tergantung pada susunan butiran.

    3. Minimum = 0

    Jika r adalah jari-jari butiran pasir penyusun batuan, maka untuk susunan butiran yang

    berbentuk kubik (cubic packing):

    Vb = (2r)3 = 8r3

    Vm = 8 (1/8 butir) = 1 butir = 4/3 r3

    476.06/1r8

    r)3/4(r8V

    VV3

    33

    b

    mb ====

    Cubic packing: Porositas = 47.6 %

    Rhombohedral: Porositas = 25.96 %

    Sifat Fisik Batuan, hal. 2

  • Jadi, untuk butiran pasir yang seragam, maka porositas merupakan fungsi dari packing.

    Untuk kedua jenis packing seperti digambarkan di atas, maka porositas untuk masing-masing

    packing tersebut adalah:

    Cubic packing, = 0.476 Rhombohedral, = 0.259

    Selanjutnya, untuk butiran pasir yang tidak seragam, terdapat beberapa faktor yang dapat

    mempengaruhi harga porositas, diantaranya:

    1. Bentuk (shape) butiran: porositas meningkat jika bentuk butir (angularity) meningkat.

    2. Susunan (packing arrangement) butiran: porositas menurun jika kompaksi meningkat

    3. Distribusi ukuran butiran: porositas menurun jika interval ukuran meningkat (ukuran

    makin tidak seragam)

    4. Sementasi antar butiran: porositas menurun jika jumlah interstitial dan/atau cementing

    material meningkat. Interstitial sedikit pada cleanstones dan banyak pada shaly sand.

    5. Rekahan (fractures) dan/atau gerowong (vugs): rekahan dan gerowong berkontribusi pada

    volume pori. Oleh karenanya, porositas makin besar dengan adanya rekahan. Namun,

    sistem rekahan umumnya bersifat lebih kompleks karena bukan hanya kemampuan

    penyimpanan (sifat storativity) saja yang harus diperhatikan, akan tetapi juga kemampuan

    mengalirkan fluida.

    Pengukuran porositas dapat dilakukan

    1. Di laboraturium, yaitu dengan mengukur salah satu dari Vp, Vb, atau Vm dari core dengan

    menerapkan hukum Archimides.

    2. Di lapangan, yaitu dengan log sumur (well logging).

    Kompresibilitas Batuan

    Kompresibilitas batuan menyatakan ukuran perubahan volume batuan per satuan perubahan

    tekanan. Jika c = fraksi perubahan volume akibat perubahan tekanan, maka dapat ditulis:

    pVV

    pV

    V1c T

    T

    =

    =

    Terdapat 2 (dua) keadaan tekanan di dalam reservoir yang diperhitungan pada waktu

    menentukan kompresibilitas batuan yaitu reservoir yang bertekanan normal dan reservoir

    yang bertekanan abnormal.

    Sifat Fisik Batuan, hal. 3

  • A. Reservoir dengan tekanan normal:

    Gaya-gaya yang bekerja di dalam reservoir yaitu gaya overburden akibat berat batuan

    diimbangi oleh gaya (tekanan) ke atas dari matrik batuan dan fluida, yaitu:

    Fo = Fm + Ff

    Fm

    Fo

    Ff

    Sehingga, dapat dikatakan bahwa:

    po = pm + pf

    Perlu dicatat di sini bahwa persamaan ini tidak sepenuhnya benar namun cukup akurat.

    Dalam kaitan itu, biasanya digunakan po 1.0 psi/ft dan pf 0.465 psi/ft. Ketika fluida diproduksikan dari reservoir, maka tekanan fluida, pf, normalnya akan turun. Oleh karena

    itu, maka (a) gaya pada matrix akan meningkat, dan (b) menyebabkan penurunan bulk

    volume, dan menurunkan pore volume.

    Jenis-jenis Kompresibilitas:

    1. Kompresibilitas matrik, cm 0 2. Kompresibilitas bulk, cb, bisanya digunakan dalam studi-studi subsidence

    3. Kompresibilitas formasi, cf (disebut juga kompresibilitas volume pori), yang

    didefinisikan sebagai:

    =pV

    V1

    cm

    p

    pf

    Kompresibilitas formasi, cf, sangat penting diketahui karena ketika reservoir sedang

    diproduksikan terjadi hal-hal sebagai berikut:

    - fluida di dalam pori berkurang

    - gaya-gaya dan tekanan batuan internal berubah, yang mengakibatkan perubahan pada

    Vp, Vm, dan Vb.

    Karena tekanan overburden, po, relatif konstan, maka dpm = - dpf , sehingga:

    Sifat Fisik Batuan, hal. 4

  • =

    pV

    V1

    cf

    p

    pf

    dimana subskrip f pada cf artinya formasi sedangkan pada pf artinya fluid.

    B. Reservoir dengan tekanan abnormal:

    Tekanan abnormal dapat diartikan bahwa tekanan fluida lebih besar dari (surnormal) atau

    lebih kecil dari (subnormal) tekanan hidrostatik fluida yang normalnya mempunyai

    gradient tekanan yang linier.

    surnormal

    Kedalaman

    Tekanan

    subnormal

    Contoh 1: Perhitungan Subsidence dari Kompresibilitas

    Suatu reservoir yang berukuran luas 160 acre dan ketebalan 100 ft mempunyai porositas

    11%. Kompresibilitas pori diketahui 5.0x10-6 psi-1. Jika tekanan menurun sebesar 3000 psi,

    berapakah subsidence (dalam ft) yang terjadi?

    Penyelesaian:

    Konversi satuan luas dari acre ke ft2

    A = 160 x 43,560 = 6,969,600 ft2

    Hitung volume bulk dan volume pori:

    Vb = 100 x 6,969,600 = 696,960,000 ft3

    Vp = x Vb = 0.11 x 696,960,000 = 76,665,600 ft3Dengan menggunakan definisi kompresibilitas isotermal maka dapat dihitung perubahan

    volume akibat perubahan tekanan sebagai berikut:

    Sifat Fisik Batuan, hal. 5

  • =

    dpdV

    V1

    cp

    pp

    =

    psi000,3dV

    ft600,665,761)psi/1(10x0.5

    p3

    6

    dVp = 1.15x106 ft3

    Sehingga:

    ft165.0ft600,969,6

    1ft10x15.1h 236 ==

    Permeabilitas

    Pada tahun 1856, Henry Darcy, seorang inspektur jenderal (Inspector-General of Bridges and

    Highways) pada perusahaan air di kota Dijon (The Public Fountains of the City of Dijon),

    Perancis, melakukan percobaan mengalirkan air melalui media alir yang terbuat dari pasir.

    Tujuan percobaan Darcy sebenarnya adalah untuk mengembangkan dan mengaplikasikan

    prinsip-prinsip yang dapat digunakan serta persamaan yang dapat dipakai dalam rangka

    menjawab masalah distribusi air di kota Dijon. Dalam laporannya (diterjemahkan ke dalam

    bahasa Inggris oleh R. Allan Freeze dari University of British Columbia) yang berjudul

    Determination of the Laws of the Flow of Water Through Sand, secara skematis, percobaan

    Darcy tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:

    h1h2L

    A

    q

    Sifat Fisik Batuan, hal. 6

  • Darcy menemukan bahwa kecepatan alir air di dalam media pasir tersebut berbanding lurus

    dengan gradient tekanan dan karakteristik dari media pasir. Karakteristik media pasir tersebut

    dinyatakan dengan k, yang menggambarkan kemampuan media pasir tersebut untuk

    mengalirkan air seperti terlihat pada persamaan berikut.

    v = L

    hhk 21 Jika menggunakan satuan Darcy, maka persamaan berikut berlaku:

    v =

    dLdz

    10x0133.1g

    dLdpk

    6

    Sedangkan jika menggunakan satuan lapangan, setelah dilakukan konversi, maka persamaan

    berikut berlaku:

    v =

    + sin4335.0dLdpk001127.0

    dimana dLdp = gradien tekanan dan (0.4335 sin ) = gradient gravitasi.

    Jika dinyatakan dalam laju alir, maka penemuan Darcy dapat pula dijabarkan sebagai berikut:

    L)hh(Aq 21 ,

    di mana q = laju alir fluida, A = luas penampang media pasir, h adalah ketinggian masing-