Bab 3 Parameter Petrofisis BatuanPada dasarnya semua sifat-sifat fisis batuan reservoar dipengaruhi oleh struktur mikro pori. Namun demikian tidak semua informasi parameter fisis mikro dapat diukur secara langsung, seperti porositas, permeabilitas, tekanan kapiler dan lain sebagainya. Pengukuran dapat dilakukan dengan cara mengukur besaran fisis lain dan kemudian dihitung melalui hubungan-hubungan yang melibatkan parameter mikro tersebut. Beberapa parameter petrofisis yang dominan mempengaruhi kecepatan gelombang seismik seperti, densitas, permeabiltas, saturasi air, dan porositas

Terdapat tiga sifat fisis yang berhubungan dengan ruang/ pori ini, yaituPorositas, merupakan perbandingan antara volume semua ruang (termasuk pori, rekahan (fracture), retakan (cracks), celah, lubang, dll) terhadap volume total suatu massa batuan atau medium.Permukaan internal spesifik, adalah besarnya luas permukaan pori yang berkaitan dengan volume pori atau massa batuan. Permukaan ini menggambarkan morphologi-dalam permukaan pori dan mengontrol efek antarmuka pada batas antara butiran penyusun massa batuan dengan cairan yang mengisi pori. Permeabilitas, adalah kemampuan untuk meloloskan cairan melalui pori-pori yang ada.

Porositas, merupakan perbandingan antara volume semua ruang (termasuk pori, rekahan (fracture), retakan (cracks), celah, lubang, dll) terhadap volume total suatu massa batuan atau medium.Permukaan internal spesifik, adalah besarnya luas permukaan pori yang berkaitan dengan volume pori atau massa batuan. Permukaan ini menggambarkan morphologi-dalam permukaan pori dan mengontrol efek antarmuka pada batas antara butiran penyusun massa batuan dengan cairan yang mengisi pori. Permeabilitas, adalah kemampuan untuk meloloskan cairan melalui pori-pori yang ada.

Porositas Porositas adalah mengukur volume pori yang tersedia dalam batuan, dan permeabilitas mengindikasikan aliran fluida melalui ruang pori ini. Jika volume batuan solid di notasikan sebagai Vm dan volume pori sebagai Vp=V-Vm, maka porositas dapat didefinisikan sebagai:

Meski terdapat dua batuan dengan porositas yang identik, masing-masing batuan tersebut akan memiliki sifat fisis batuan yang membedakan, misal permeabilitas

Porositas Batuan BekuSaat pembentukan, batuan intrusif tidak memiliki porositas intergranular yang signifikan Terbentuk dari kristalisasi liquid magma, butir terikat rapat, hampir tidak menyisakan ruang Beda halnya dengan batuan volkanik Karena pendinginan yang sangat cepat dan pelapukan, porositas menjadi lebih besar Pada umumnya fluida yang mengalir dalam batuan beku melalui retakan dan rekahan yang timbul akibat proses tektonik Rekahan ini berpotongan satu sama lain membentuk suatu jaringan Batuan beku dengan rekahan intensif umumnya memiliki porositas yang rendah, namun porositas yang rendah ini dapat memiliki permeabilitas yang sangat tinggi

Porositas Batuan SedimenPembentukan batuan sedimen akan menjelaskan mengapa sebagian batuan sedimen lebih berpori dibandingkan yang lain Batuan sedimen klastik tersusun atas butiran yang tertransport dan terdeposisi secara mekanik dan hingga tersusun menjadi sebuah jaringan porositas Sedimen dengan distribusi partikel yang sempit memiliki porositas inisial antara 0.40-0.45 Ketergantungan porositas inisial terhadap diameter butiran disebabkan oleh perbandingan antara gravitasi dan gaya gesek yang bekerja pada butiran Saat ukuran butir mengecil, gaya gesek menjadi sebanding dengan gaya gravitasi yang bekerja pada partikel Jadi, ukuran partikel yang lebih kecil akan membentuk kerangka sedimentasi rigid dengan porositas inisial yang lebih besar Saat sedimen terendap, meningkatnya volume mengompakan sedimen hingga bervolume lebih kecil

Kompaksi merupakan hasil konsentrasi tekanan pada butiran Sedimen kimiawi yang terbentuk karena penguapan air laut pada umumnya memiliki porositas yang sangat rendah yaitu 10-3

Evolusi Porositas Sedimen terbentuk saat partikel dalam larutan terendap ke bawah dengan pengaruh dari gravitasiLarutan partikel sedimen dapat dipandang sebagai medium berpori Karena faktor gravitasi, porositas berkurang dan jumlah kontak antar partikel bertambah Gaya gravitasi ini akan diimbangi dengan gaya gesek antar partikel dan akhirnya sedimen mengalami kestabilan Pada titik ini tampak bahwa sedimen mengalami transisi dari kondisi liquid tanpa shear menjadi kondisi dengan adanya faktor shear Kanampakan yang khas pada sedimen klastik adalah kerangka struktur butir yang melawan gaya gravitasi dan dan menghindari pengendapan selanjutnya Gaya gravitasi pada pengendapan selanjutnya tidak cukup kuat untuk melawan gaya gesek antar partikel Karena kerangka struktur inilah volume (ruang) di antara butiran dapat terbentuk Volume ruang inilah yang dinamakan dengan porositas inisial pada sedimen

Porositas Inisial Parameter yang mempengaruhi porositas inisial antara lain: Ukuran butir: Semakin menurunnya ukuran butir maka porositas cenderung semakin naik Kenaikan porositas ini tampak signifikan untuk partikel dengan diameter di bawah 100m Menurunnya porositas yang disebabkan oleh proses deformasi butiran disebut dengan proses kompaksi Bentuk partikel: Bentuk patikel yang tidak membola cenderung memiliki porositas yang lebih besar dibandingkan dengan pertikel yang berbentuk bola Distribusi ukuran butir: Sedimen yang terendapkan di lingkungan pengendapan dengan energi yang lemah akan memiliki distribusi ukuran butir yang luas

Secara petrographi asal mula pembentukan porositas dapat dibedakan menjadi,

Porositas intergranular, yaitu ruang pori yang terbentuk antar butiran partikel atau fragmen material klastik akibat batuan yang memiliki kemas lepas (looses packing), terkompaksi atau tersementasi.Porositas intragranular atau interkristalin, terbentuk akibat adanya shrinking ( lenyapnya butiran akibat reaksi kimia ) atau kontraksi butiran. Porositas rekahan, diakibatkan oleh adanya proses mekanik atau proses kimiawi secara parsial terhadap batuan yang masiv pada awalnya, seperti batu gamping. Porositas jenis ini merupakan porositas sekunder.Porositas vugular, adalah porositas yang dibentuk oleh organisme dan bersamaan dengan terjadinya proses/ reaksi kimia pada tahapan selanjutnya. Porositas ini merupakan jenis porositas primer dan sekunder.

untuk keperluan teknis didefinisikan beberapa pengertian porositas sebagai berikut (Schn, 1998);Porositas total tot , adalah porositas yang berkaitan dengan semua ruang pori, lubang, retakan dan lainnya. Porositas total merupakan jumlahan dari porositas primer dan porositas sekunder.

Porositas interkoneksi, adalah porositas yang hanya berkaitan dengan ruang yang saling berhubungan saja. Ruang pori-pori dipandang saling berhubungan bila dapat mengalirkan arus listrik atau fluida di antara dinding-dinding pori tersebut. Perbedaan porositas total dengan porositas interkoneksi dapat diberikan contoh dengan batu pumice. Pumice mempunyai porositas total 50 %, tetapi porositas interkoneksinya 0 %, karena pori-pori yang ada masing-masing terisolasi sehingga tidak membentuk suatu kanal untuk mengalirkan fluida.

Porositas potensial, adalah bagian dari porositas interkoneksi yang mempunyai diameter saluran koneksi cukup besar untuk meloloskan/ mengalirkan fluida. Porositas potensial ini memiliki batas diameter minimum agar dapat berfungsi sebagai saluran koneksi (> 50 m untuk minyak, dan > 5 m untuk gas).

Porositas efektif, adalah porositas yang tersedia untuk fluida dapat bergerak bebas. Porositas ini yang sering digunakan dalam analisis log.

Nilai porositas juga bergantung dari kemas (packing) butir partikelnya. Untuk butir berbentuk bola yang terkemas dalam kubus berbeda dengan yang terkemas dalam bentuk hexagonal. Bentuk kemas tersebut sering digunakan untuk memodelkan batu pasir yang takterkompaksi. Perhitungan porositas dengan asumsi butir berbentuk bola teratur dalam suatu kubus akan menghasilkan porositas sebesar,

dan untuk kemasan hexagonal memiliki nilai porositas yang lebih kecil yaitu 25,9 %.

Metode Pengukuran Porositas Metode langsung: V dan Vs ditentukan secara langsung. Dengan persamaan = 1 - (Vs-V) porositas rata-rata batuan dapat diperoleh. Pengukuran ini meliputi semua ruang pori walau tidak berhubungan dengan bagian luar batuan Metode imbibisi: Pada prinsipnya batuan direndam pada suatu fluida selang waktu tertentu hingga fluida mengisi semua ruang pori yang terhubung dengan bagian luar batuan. Dengan memanfaatkan perbedaan bobot sebelum dan sesudah perendaman dapat diperoleh nilai porositanya Metode injeksi merkuri: Pada dasarnya adalah menginjeksikan merkuri pada tekanan tertentu hingga merkuri masuk ke seluruh ruang pori (volume pori). Hubungan antara volume merkuri yang diinjeksikan ke dalam ruang pori dan tekanan yang digunakan untuk menginjeksi dapat menentukan besar porositas

Metode ekspansi gas: Konsep dasarnya sama dengan metode injeksi merkuri namun medium yang digunakan adalah gas ideal Metode densitas: Porositas dapat ditentukan dari besar densitas bulk () dari batuan dan densitas rata-rata begian yang padat (s) melalui persamaan = 1 (/ s). Metode optikal: Untuk kasus dimana mikrostruktur porositas adalah isotropik, maka porositas dapat ditentukan (section 2D) melalui persamaan = Ap A, dengan A adalah total area dan Ap adalah area yang berpotongan dengan pori

Porositas merupakan pengukuran ruang pori pada batuan atau merupakan perbandingan antara volume pori terhadap volume total dari batuanPorositas pada batuan beku lebih didominasi oleh faktor rekahan-rekahan yang timbul akibat proses tektonikPorositas pada batuan sedimen (klastik) akan dipengaruhi oleh adanya kerangka sedimentasi rigid (kerangka struktur) yang mampu menahan gaya gravitasi pada pengendapan sehingga dapat terbentuk pori (ruang) pada batuan sedimen. (porositas inisial)Evolusi porositas tampak pada terjadinya transisi dari kondisi liquid tanpa shear menjadi kondisi dengan shearKesimpulan

PERMEABILITASArti Fisis: kemampuan suatu batuan untuk meloloskan suatu fluida melalui pori-pori batuanArti Matematis : Berdasarkan Persamaan Darcy

u = kecepatan filtrasi p = tekanan fluida = viskositas dinamik k= permeabilitas batuan Satuan PermeabilitasDalam SI adalah m2 atau m2

Yang sering dipakai mD(milidarcy) 1m2 = 1,0133 d

Intergranular permeabilityIntragranular permeabilityFracture permeabilityVugular permeabilityKlasifikasiPermeabilitas PrimerPermeabilitas SekunderBerdasarkan tipe porositasnyaBerdasarkan proses terbentuknya

Tabel permeabilitas batuan sedimen taktermampatkanGood aquifers Clean gravel (105104d)Clean sand (103101d)Poor aquifers (10010-3d)Impervious (10-410-5d)Poor aquifers Ex : Very fine sand, silts, clay, mixtures of sand and siltImperviousEx : Unweathered claysVery low permeable kf < 10-8m/sLow permeable kf =10-810-6m/sPermeable kf =10-610-4m/sHigh permeable kf >10-4m/s

Faktor yang mempengaruhi permeabilitasPorosityPore size and its distributionPore shape, pore surface morphologyTopology of the pore network

Pengukuran PermeabilitasDengan PermeameterSuatu alat pengukur dengan mempergunakan gasPerkiraan penghilangan sirkulasi dalam pemboranDari kecepatan pemboranBerdasar tes produksi terhadap penurunan tekanan dasar lubang (bottom-hole pressure decline)

Perhitungan PermeabilitasHubungan ParalelHubungan SeriAliran Silinder Steady State

Cara lain perhitungan permeabilitasPersamaan Hazen (1893)kf = permeability fluida (cm/s) = porosity (%)dm dw = diameter butir dan diameter median (mm)

Persamaan Terzaghi (1955)Persamaan Berg (1970)k = 5,1.10-6.5,1.d2.exp(-1,385.)k = permeability (d) = porosity (%)d = diameter (mm) = percentile deviasi (phi unit) = P90-P10 (menghitung penyebaran distribusi ukuran butir)

Persamaan Iverson & Satchwell (1989)k = d2(B1+B2.10-s/d2 +B3.s2 + B4.Sk.Vf.10(-s/d)k = permeability (md)s = standard deviasi B1 = 0,05408 B3=0,7020 = porosity (%) Sk = coefficient of skewness B2 = 0,05714 B4=-0,09427d = diameter (mm) Vf = kecepatan fluida Persamaan Schopper (1982)log k = -2,1007 + 2,221. log dPersamaan Sen (1990)k = 106,59.m.(Spor)-2,08k = permeability (md) = porosity (%Spor = Specifik internal surface porositas (m-1)m = Archie-exponent

Hubungan Permeability dan Irreducible water saturationIrreducible water adalah air yang tidak dapat dipindahkan/ berpindah oleh gaya-gaya yang bekerja pada fluida di dalam sejumlah pori-pori tersebut Beberapa nilai Archie Exponent (m) untuk batupasir menurut Schon (1998)Batupasir yang taktermampatkanm = 1,3Batupasir yang kurang tersementasim = 1,4 - 1,5Batupasir yang tersementasim = 1,5 1,7Batupasir yang cukup tersementasim = 1,8 1,9Batupasir yang sangat tersementasim = 2,0 2,2

Persamaan Tixier (1949)Persamaan Coates-Dumanoir (1974)Persamaan Timur (1968)a = 0,316 c = 2b = 4,4 m = w = n Archie Lawk = permeabilitas (md)Pers. Schlumberger (1989)

Hubungan Permeabilitas dengan Porositas

Hubungan Permeabilitas dengan Grain Size

Hubungan Permeabilitas dan Porositas dengan Sw, irr

Hubungan Permeabilitas dengan TekananPersamaan Schon (1998)k0 = permeability pada tekanan 0 (md)Ak = koeff kompaksi permeabilitasPeff = tekanan efektif

No.SedimenPersamaan hubungan1.Batupasir2.Batupasir3.Batulempung4.Batulempung5.Batulempung

Permukaan internal spesifik (Specific internal surface)permukaan internal spesifik S merupakan luasan permukaan ruang-ruang tersebut yang berhubungan dengan volume total batuan (Stot), volume pori (Spor), volume partikel/matrik padatnya (Sm) dan massa kering batuan (Sma).

satuan untuk Stot, Spor, dan Sm adalah = m-1, pada umumnya yang sering digunakan adalah m-1, dan Sm adalah m2/g atau m2/kg.

Permukaan internal spesifik ini sangat bergantung pada bentuk dan ukuran pori, struktur mikro dan morphologi antarmuka antara matrik-pori. Pada umumnya permukaan internal spesifik akan bertambah besar dengan mengecilnya pori atau ukuran butir partikel padatnya. Keberadaan partikel yang lebih halus seperti clay, karbonat dan mineral lainnya pada permukaan pori juga akan menaikan nilai permukaan internal, karena ia akan menimbulkan jenis struktur permukaan baru.

KesimpulanPermeabilitas bertambah seiring dengan semakin banyaknya porositas yang saling berhubunganPermeabilitas bertambah seiring dengan meningkatnya grain size (khusus unconsolidated sediment dari shale/clay gravel)Permeabilitas menurun dengan adanya sementasi dan kompaksiPermeabilitas bertambah dengan meningkatnya water saturasiPermeabilitas mengecil secara tak linier dengan bertambahnya tekanan

Densitas batuanDensitas didefinisikan sebagai perbandingan massa m terhadap volume v suatu batuan, ditulis

Dalam SI densitas mempunyai satuan kg/m3dikenal adanya densitas bulk, yaitu densitas rata-rata dari suatu batuan volume batuan (termasuk juga di dalamnya adanya pori, lubang dan lainnya). Sebagai contoh untuk batu pasir mempunyai bulk densitas batu pasir. densitas individu dari komponen batuan, misal densitas mineral kuarsa. densitas rata-rata dari materi matrik padat suatu batuan, misal densitas matrik karbonat (tanpa pori-pori), dan densitas fluida yang mengisi pori rata-rata, misalnya densitas air pori.

Untuk densitas batuan berpori, maka sebagian volumenya adalah volume pori yang dinyatakan dalam porositas , densitas bulknya merupakan jumlahan dari densitas matrik materi padatnya m dan densitas pori p, Saturasi suatu fluida Sf adalah perbandingan antara volume fluida vf tersebut terhadap volume pori totalnya vp, yaitu Batuan yang berisi gas dan air akan mempunyai densitas gabungan ketiga materi tersebut, yaitu materi matrik padat, fluida dan gas

Batzle dan Wang, (1992) menurunkan persamaan densitas sebagai fungsi suhu, tekanan dan kosentrasi NaCl secara empiris untuk air dan brine (air yang mengandung larutan NaCl) dalam bentuk polinomial, yaitudengan T adalah suhu (oC), p adalah tekanan (MPa), dan C adalah fraksi berat NaCl.

Hubungan analitik sederhana antara densitas batuan terhadap kedalaman posisi batuan

Hubungan empiris

Permeabilitas sebagai fungsi kedalaman

Hubungan k, , dan S berdasarkan model teoritisbiasanya m = 1,8 2,0