PERMEABILITAS

Permeabilitas ini merupakan suatu ukuran kemudahan aliran melalui suatu

media poreus. Secara kuantitatif permeabilitas diberi batasan dengan koefisien

permeabilitas. Banyak peneliti telah mengkaji problema permeabilitas dan

mengembangkan beberapa rumus. (Rumus Fair dan Hatch 1933) dapat dipandang

sebagai sumbangan yang khas.

Permeabilitas tanah menunjukkan kemampuan tanah dalam meloloskan air.

Struktur dan tekstur serta unsur organik lainnya ikut ambil bagian dalam

menaikkan laju permeabilitas tanah. Tanah dengan permeabilitas tinggi

menaikkan laju infiltrasi dan dengan demikian, menurunkan laju air larian.

Permeabilitas primer adalah kemampuan batuan untuk menyalurkan air

melalui pori-pori atau ruangan intergranuler yang sudah ada sejak

pembentukannya dan saling berhubungan. Permeabilitas sekunder bila penyaluran

air itu melewati ruangan-ruangan yang timbul kemudian, seperti joint, bedding,

fault, misalnya akibat gerakan tektonik.

Intrinsik suatu akifer bergantung pada porositas efektif batuan dan bahan tak

terkonsolidasi, dan ruang bebas yang diciptakan oleh patahan dan larutan.

Porositas efektif ditentukan oleh distribusi ukuran butiran, bentuk dan kekasaran

masing-masing partikel dan susunan gabungannya, tetapi karena sifat-sifat ini

jarang seragam, konduktivitas hidrolik suatu akifer yang berkembang dibatasi

oleh permeabilitas lapisan-lapisan atau masing-maisng zone, dan mungkin

bervariasi cukup besar tergantung pada arah gerakan air.

Koefisien permeabilitas terutama tergantung pada ukuran rata-rata pori yang

dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel, bentuk partikel dan struktur tanah.

Secara garis besar, makin kecil ukuran partikel, makin kecil pula ukuran pori dan

makin rendah koefisien permeabilitasnya. Berarti suatu lapisan tanah berbutir

kasar yang mengandung butiran-butiran halus memiliki harga k yang lebih rendah

dan pada tanah ini koefisien permeabilitas merupakan fungsi angka pori. Kalau

tanahnya berlapis-lapis permeabilitas untuk aliran sejajar lebih besar dari pada

permeabilitas untuk aliran tegak lurus. Lapisan permeabilitas lempung yang

bercelah lebih besar dari pada lempung yang tidak bercelah (unfissured).

1

Ukuran pori-pori batuan reservoir sering dihubungkan dengan besaran

permeabilitas yang besar akan mempunyai tekanan kapiler yang rendah dan

ketebalan zona transisinya lebih tipis dari pada reservoir dengan permeabilitas

yang rendah.

Cara memperoleh data permaebilitas antara lain :

1. Dengan menggunakan hukum Darcy yang data–datanya diperoleh dari

analisis core di laboratorium.

2. Dengan well-test analysis (flow testing).

3. Dengan mengukur aliran kedalam sumur pada logging produksi.

Dengan cara log data menggunakan Magnetic Resonance Imaging (MRI)

yang dikalibrasi melalui analisis core.

Permeabilitas didefinisikan sebagai suatu bilangan yang menunjukkan

kemampuan dari suatu batuan untuk mengalirkan fluida. Permeabilitas batuan

merupakan fungsi dari tingkat hubungan ruang antar pori-pori dalam batuan..

Definisi kwantitatif permeabilitas pertama-tama dikembangkan oleh Henry

Darcy (1856) dalam hubungan empiris dengan bentuk differensial sebagai

berikut:

V=− k

μ×dP

dL ………………………………………………………...(2-7)

di mana V = kecepatan aliran, cm/sec

= viskositas fluida yang mengalir, cp

dP/dL = gradien tekanan dalam arah aliran, atm/cm

k = permeabilitas media berpori.

Tanda negatip dalam Persamaan 2-7 menunjukkan bahwa bila tekanan

bertambah dalam satu arah, maka arah alirannya berlawanan dengan arah

pertambahan tekanan tersebut. Aliran dapat terjadi ke sagala arah asal ada beda

potensial.

Beberapa anggapan yang digunakan oleh Darcy dalam Persamaan 2-7

adalah:

1. Alirannya mantap (steady state)

2

2. Fluida yang mengalir satu fasa

3. Viskositas fluida yang mengalir konstan

4. Kondisi aliran isothermal

5. Formasinya homogen dan arah alirannya horizontal

6. Fluidanya incompressible.

Dalam batuan reservoir, permeabilitas dibedakan menjadi tiga, yaitu :

1. Permeabilitas absolut, adalah permeabilitas dimana fluida yang mengalir

melalui media berpori tersebut hanya satu fasa, misal hanya minyak atau

gas saja.

2. Permeabilitas efektif, adalah permeabilitas batuan dimana fluida yang

mengalir lebih dari satu fasa, misalnya minyak dan air, air dan gas, gas dan

minyak atau ketiga-tiganya.

3. Permeabilitas relatif, adalah perbandingan antara permeabilitas efektif

dengan permeabilitas absolut.

Dasar penentuan permeabilitas batuan adalah hasil percobaan yang

dilakukan oleh Henry Darcy. Dalam percobaan ini, Henry Darcy menggunakan

batupasir tidak kompak yang dialiri air. Batupasir silindris yang porous ini 100%

dijenuhi cairan dengan viskositas , dengan luas penampang A, dan panjanggnya

L. Kemudian dengan memberikan tekanan masuk P1 pada salah satu ujungnya

maka terjadi aliran dengan laju sebesar Q, sedangkan P2 adalah tekanan keluar.

Dari percobaan dapat ditunjukkan bahwa QL/A(P1-P2) adalah konstan dan akan

sama dengan harga permeabilitas batuan yang tidak tergantung dari cairan,

perbedaan tekanan dan dimensi batuan yang digunakan. Dengan mengatur laju Q

sedemikian rupa sehingga tidak terjadi aliran turbulen, maka diperoleh harga

permeabilitas absolut batuan. Ditunjukkan pada gambar dibawah ini :

3

Gambar .1.

Skema Percobaan Pengukuran Permeabilitas

K= Q . μ . LA .( P1−P2 ) ………………………………………………………(2-8)

Satuan permeabilitas dalam percobaan ini adalah :

K ( darcy )=

Q (cm3 /sec ). μ ( centipoise) L ( cm)A (sqcm ).( P1−P2 ) (atm ) ………………………..(2-9)

Dari Persamaan 2-8 dapat dikembangkan untuk berbagai kondisi aliran

yaitu aliran linier dan radial, masing-masing untuk fluida yang compressible dan

incompressible.

Pada prakteknya di reservoir, jarang sekali terjadi aliran satu fasa,

kemungkinan terdiri dari dua fasa atau tiga fasa. Untuk itu dikembangkan pula

konsep mengenai permeabilitas efektif dan permeabilitas relatif. Harga

permeabilitas efektif dinyatakan sebagai Ko, Kg, Kw, dimana masing-masing untuk

minyak, gas, dan air. Sedangkan permeabilitas relatif dinyatakan sebagai berikut :

K ro=

Ko

K , K rg=

Kg

K , K rw=

Kw

K

dimana masing-masing untuk permeabilitas relatif minyak, gas, dan air.

Percobaan yang dilakukan pada dasarnya untuk sistem satu fasa, hanya disini

digunakan dua macam fluida (minyak-air) yang dialirkan bersama-sama dan

dalam keadaan kesetimbangan. Laju aliran minyak adalah Qo dan air adalah Qw.

Jadi volume total (Qo + Qw) akan mengalir melalui pori-pori batuan per satuan

4

waktu, dengan perbandingan minyak-air permulaan, pada aliran ini tidak akan

sama dengan Qo / Qw. Dari percobaan ini dapat ditentukan harga saturasi minyak

(So) dan saturasi air (Sw) pada kondisi stabil. Harga permeabilitas efektip untuk

minyak dan air adalah :

Ko=

Qo . μo . L

A .( P1−P2) …………………………………………………….(2-10)

Kw=

Qw . μw . L

A .( P1−P2) ……………………………………………………(2-11)

dimana :

o = viskositas minyak

w = viskositas air.

Percobaan ini diulangi untuk laju permukaan (input rate) yang berbeda

untuk minyak dan air, dengan (Qo + Qw) tetap konstan. Harga-harga Ko dan Kw

pada Persamaan 2-10 dan 2-11 jika diplot terhadap So dan Sw akan diperoleh

hubungan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4. Dari Gambar 2.4, dapat

ditunjukkan bahwa:

1. Ko akan turun dengan cepat jika Sw bertambah dari nol, demikian juga kw akan

turun dengan cepat jika Sw berkurang dari satu, sehingga dapat dikatakan

untuk So yang kecil akan mengurangi laju aliran minyak karena ko-nya yang

kecil, demikian pula untuk air.

2. Ko akan turun menjadi nol, di mana masih ada saturasi minyak dalam batuan

(titik C) atau disebut Residual Oil Saturation (Sor), demikian juga untuk air,

yaitu Swr.

3. Harga ko dan kw selalu lebih kecil daripada harga k, kecuali pada titik A dan

B, sehingga diperoleh persamaan:

ko + kw ≤ 1 …………………………………………………………(2-12)

5

Gambar .2.

Kurva Permeabilitas Efektif untuk Sistem Minyak dan Air

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Permeabilitas

1. Distribusi ukuran butir.

Ukuran butiran yang semakin beragam dalam suatu batuan, maka pori-pori

akan semakin kecil dan permeabilitas juga akan semakin kecil.

2. Susunan (packing) butiran.

Susunan butiran yang semakin rapi, maka makin besar harga

permeabilitasnya.

3. Geometri butiran.

Semakin menyudut geometri butiran, maka permeabilitasnya semakin

kecil.

4. Jaringan antar pori (pore network).

Semakin bagus jaringan antar pori, maka permeabilitasnya semakin besar.

5. Sementasi.

Semakin banyak semen dalam suatu batuan, maka harga permeabilitas

akan semakin kecil.

6. Clays content.

Semakin banyak mengandung clay, maka semakin kecil permeabilitas

batuan tersebut.

Kondisi aliran satu fasa dan multifasa

a. Aliran dalam kondisi satu fasa.

1) Jika hanya ada satu fluida yang mengalir dalam medium.

2) Saturasi fluida yang mengalir dalam medium tersebut bernilai 1.

3) Permeabilitas ini disebut permeabilitas absolut.

6

b. Aliran dalam kondisi multifasa

1) Jika terdapat lebih dari satu fluida yang mengalir dalam medium.

2) Permeabilitas ini disebut permeabilitas relatif.

Fungsi dari permaebilitas, antara lain :

a. Menentukan kuantitas fluida yang dapat diproduksikan.

b.Menentukan potensi suatu lapisan batuan untuk dijadikan reservoir.

c. Menentukan nilai ekonomis suatu reservoir.

d.Menentukan lokasi lapisan yang ekonomis untuk dibor.

e. Menentukan lokasi lapisan yang cocok untuk perforasi.

f. Menentukan kekentalan lumpur yang baik agar tidak terjadi loss circulation.

g.Menentukan komposisi lumpur yang baik untuk membuat mud cake pada

dinding sumur.

7