presentasi sifat batuan dan fluida panas bumi

7/24/2019 Presentasi Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

1/97

SIFAT BATUAN DAN

FLUIDA PANASBUMI


2/97

KELOMPOK 4

GEOTERMAL B SEMESTER III

Estrela Bellia Muaja

Christio Revano Mege

Frely Sumarauw

Yan Bastian Gazali

Alfando Mait


3/97

SIFAT BATUAN

SIFAT FLUIDA

Volume Spesifik

Entalpi

Energi Dalam

Entropi

Viskositas

Panas Spesifik

Konduktivitas Panas

Panas Spesifik

Densitas Batuan

Permeabilitas

Porositas

Parameter


4/97

Sifat BatuanPorositas ()

=Vp/Vb

Fraksi dari volume totalbatuan

Porositas Rekahan

Porositas Antar Butir

Porositas Matriks Batuan


5/97

Sifat BatuanPermeabilitas (k)

Parameter untukmenetukan kecepatanalir fluida di dalam

batuan berpori

k arah horizontal > k arah vertikal

Permeabilitas matriks batuanreservoir panasbumi sangat

kecil

mD (mili Darcy)

1 Darcy = 10-12 m2

Permeabilitas

1-100 mD

Transmisivitas

1-100 Dm


6/97

Sifat Batuan

Densitas ()


7/97

Sifat Batuan

KonduktivitasPanas (K)

Parameter untukmenyatakan besarnya

kemampuan batuanmenghantarkan panas

secara konduksi apabilaterdapat perbedaan

temperatur pada batuantersebut (gradian

temperatur)

=


8/97

Parameter yang menyatakan banyaknya panas yang

diperlukan untuk menaikan suhu satu satuan masa

batuan tersebut sebesar 1C

Panas Spesifik (cp)

Hargaspesifik

batuan

T Rendah = 0.75 - 0.85 kJ/kg0C

T Sedang = 0.85 - 0.95 kJ/kg0C

T Tinggi = 0.95 - 1.10 kkJ/kg0C

Sifat Batuan


9/97

Jenis batuan atau mineral-mineral pembentuknya

Konduktivitas batuan ditentukan

Struktur kristal pembentuknya

Konduktivitas berlainan ke semua arah

Panas merambat dengan laju yang berbeda ke arahberlainyan

Orientasi masing-masing mineral

KwarsaKonduktivitas tinggi

Plagiocase

Konduktivitas rendah

Contoh


10/97

Temperatur Fluida Temperatur

Titik Didih / Temperatur Saturasi

Fluida Panasbumi

Cair UapTemperaturTekanan


11/97

250

200

150

100

50

00 50 100 150 200 250 300 350 400

Temperature, C

Pressure

,barabs

Critical

Point

Hubungan Temperatur Saturasi terhadap TekananKurva Saturasi

Superheated Steam

Compressed liquid

Two Phase Mixture


12/97

x = 0

(cairan jenuh/saturated liquid)

x = 1

(uap jenuh /

saturated vapor)


13/97

Superheated Steam (Uap Lewat Panas)

Two Phase Mixture (Fluida Dua Fasa)

Saturated Vapor (Uap Jenuh)

Saturated Liquid (Air Jenuh)

Compressed Liquid

Jenis Fluida

T > Tsaturasi

T = Tsaturasi

X = 1

X = 0

T < Tsaturasi


14/97

Pengaruh CO2dan NaCl terhadap

Temperatur dan Tekanan Saturasi


15/97

Fluida yang terkandung dibawah permukaan dapat

ditentukan dari landaian tekanan dan temperatur

hasil pengukuran di dalam sumur. Dari data tekanan

dan dengan menggunakan Tabel Uap, selanjutnyaditentukan temperatur saturasi atau temperatur titik

didih. Temperatur saturasi kemudian diplot terhadap

kedalaman. Kurva biasa disebut sebagai Kurva

BPD, dimana BPD adalah singkatan dari Boiling

Point with Depth.

Apabila landaian temperatur dari pengukuran di sumurterletak di sebelah kiri kurva BPD, maka fluida hanya terdiri

dari satu fasa saja, yaitu air.

Apabila landaian temperatur dari pengukuran sumur terletakdisebelah kanan dari kurva BPD, maka fluida hanya terdiri

satu fasa saja, yaitu uap.

Apabila landaian temperatur berimpit dengan kurva BPDmaka fluida terdiri dari dua fasa, yaitu uap dan air.


16/97


17/97


18/97


19/97


20/97


21/97

Tipe Landaian

Tekanan dan Temperatur


22/97


23/97

Sifat Fluida Satu Fasa

Volume Spesifik

Densitas

Energi DalamEntalpi

Panas LatenEntropi

Viskositas

f dan g

f dan g

uf dan ughf dan hg

hfg

sf dan sg

f dan g

Sif Fl id


24/97

Volume Spesifik

Volume spesifik suatu fasa fluida

adalah perbandingan antara masa dan

volume fasa fluida

Sifat Fluida

Sif Fl id


25/97

Densitas

Densitas suatu fasa fluida

adalah perbandingan antara

masa dengan volume fasa fluida

tersebut

Sifat Fluida

=


26/97

Sif t Fl id


27/97

Energi Dalam (u)

Merupakan parameter banyaknya

panas yang terkandung didalam suatu

fasa persatuan masa

Sifat Fluida


28/97


29/97

= + = +

jumlah energi dalam dengan energi yang

dihasilkan oleh kerja tekanan

Entalpi (h)


30/97

Panas Latent ()panas yang diperlukan untuk mengubah satu

satuan massa air pada kondisi saturasi (jenuh)

menjadi 100% uap.


31/97


32/97


33/97


34/97

Entropi (s)

Bilangan abstrak yang menunjukkan

peningkatan atau penurunan dari panas yang

diberikan atau ditolak pada suatu benda


35/97


36/97

VISKOSITAS

VISKOSITAS

KINEMATIK

v

VISKOSITAS

DINAMIK

v = /

ukuran keenganan suatu fluida

untuk mengalir


37/97


38/97


39/97

Sifat Fluida Dua Fasa

=

=

+

= +

= + = +

= +


40/97

Jenis fluida biasanya ditentukan dengan

membandingkan harga entalpinya (h)

dengan entaLpi air dan entalpi uap(hfdan hg)pada kondisi saturasi.

h < hf Air (compressed liquid)

h = hf Air jenuh (saturated liquid)

h = hg Uap jenuh (saturated

steam)hf< h < hg Dua fasa (campuran uap-

air)

h > hg Uap (superheated steam)


41/97


42/97


43/97


44/97


45/97

Hukum Darcy


46/97


47/97

Data Kimia Fluida

Perkiraan Sistem

Panas BumiSifat Fluida

Temperatur, Jenis

Reservoir, Asal

muasal air

Korosifitas,

Kecenderungan

membentuk Scale

(endapan padat)

Perencanaan sistem pemipaan

dan sistem pembangkit listrik

Geokimia Fluida Panas Bumi


48/97

Sistem panas bumi/geotermal adalah sistem hidrotermal terbuka.

Air merupakan media pembawa panas dan didominasi oleh air

meteorik

Saat fluida magmatik ikut ambil bagian, sistem panas bumi

menjadi sistem hidrotermal volkanik/magmatik.



49/97

Kegunaan Data Kimiapada Tahap Produksi

Kegunaan Data Kimia

pada Tahap Perencanaandan Konstruksi

Ion Balance

Pengaruh Boilingterhadap Komposisi

Fluida

Kandungan KimiaFluida Panas Bumi

Jenis-Jenis Air PanasBumi

Kegunaan Datakimia pada Tahap

Prospeksi

Kegunaan DataKimia pada Tahap

Pemboran


K d Ki i Fl id


50/97

Kandungan Kimia Fluida

Panas Bumi

Perubahan bentuk dan komposisi fluida

BoilingPencampuran

fluida magmatik

Pencampuran airdingin dari

sumber lain

Oksidasi dekatpermukaan

Altrasi termalbatuan

Degradasimaterial organik

pada batuan

sedimen


51/97

Boiling:Air + unsur terlarut

Uap air + gas

: H2O + Cl, SiO2, Na, K, Ca, dll

: H2O + CO2, H2S, dll

Fluida panas bumi

Air tanah:HCO3MgCa

Mixing:

Air reservoir (Cl) + Air tanah

Oksidasi dan kondensasi:

H2S + 2O2

H2SO4(2H+

+ SO42-

)CO2+ H2O H2CO3(H

++ HCO3-)

SO4water

Muka air tanah

Topografi

Cl water

Diluted Cl-HCO3water

HCO3water

Kandungan Kimia Fluida Panas


52/97

Kandungan Kimia Fluida Panas

Bumi


53/97

Kosentrasi ion yang berbeda-beda dapat disebabkan karena

banyak hal, antara lain adalah

Temperatur

Kandungan Gas

SumberAir

Jenis Batuan

Kondisi danlamanya interaksi

air batuan

Campuranair lain


54/97


55/97


56/97


57/97


58/97


59/97


60/97

Jenis-Jenis Air Panas Bumi


61/97

Cl Tinggi (1000-10.000 mg/kg).

Menunjukkan air reservoir

Na dan K tinggi

Ca seringkali rendah

SiO2cukup tinggi (tergantung temperatur).

Umumnya mengandung SO42- , HCO3

-

Sejumlah kecil F, NH 3 , As, Li, Rb, Cs dan Mg.

pH sekitar 6 - 7.5 (tergantung CO2yang terlarut)

Terbentuk endapan permukaan sinter silika

Air Alkali Klorida


62/97

SO4

2- (1000 ppm)

Cl-dan HCO3- sangat rendah (kadang-kadang = nol)

Mengandung Na, K, Ca, Mg, Fe

pH rendah (pH < 2-3)

Acid Sulphate water biasanya terjadi di volcanicgeothermal areas dimana uap terkondensasi menjadi airpermukaan

Acid Sulphate water berasal dari oksidasi H2S yangterjadi di vadose zone yaitu daerah dekat permukaanair.

Ditunjukkan dengan kenampakan kolam lumpur danpelarutan batuan sekitar

Tidak dapat digunakan sebagai geotermometer

Air Asam Sulfat


63/97

Cl-dan SO42-cukup tinggi

pH < 25

Tercampurnya alkali chloride water dengan acid

sulphate water

Ion sulphide (h2S) dalam alkali chloride water teroksidasi

menjadi SO42-

Alkali choride water melewati dan bereaksi dengan

batuan yang mengandung sulphur

Air Asam Sulfat-Klorida


64/97

HCO3tinggi

Cl-rendah

pH sekitar 5-6

Di beberapa tempat air karbonat tercampur karena

adanya batuan limestone di bawah permukaan.

Di permukaan hal ini dicirikan oleh adanya endapan

sinter travertin (CaCO3) disekitar mata air panas.

Air Bikarbonat


65/97


66/97


67/97

KEGUNAAN DATA KIMIA PADA TAHAP PROSPEKSI


68/97

KEGUNAAN DATA KIMIA PADA TAHAP PROSPEKSI

GEOKIMIA Manifestasi PanasbumiDi Permukaan

KARAKTERISTIK

JENIS

MANIFES

TASI PENGUKUR

AN

Pemetaan

ANALISA

KIMIA

SAMPLING

LOKASI

K i t P d T h P k i


69/97

Kegiatan Pada Tahap Prospeksi

1 . Jenis reservoir

2 . Temp . reservoir

3 . Jenis batuan

4 . Besar natural heat flow5 . Area of high upflow permeability

6 . Likely environmental problems

7 . Scaling potential

8 . Recharge area

9 . Siting exploration wells


70/97

IDENTIFIK SI JENIS RESERVOIR

SISTIM HIDROTHERM L

CYCLIC SYSTEMS

STOR GE SYSTEM

SISTIM DOMINASI UAP SISTIM DOMINASI AIR


71/97

Spring dengan kandungan chlorida tinggi

Mata air panas yang bersifat netral

Mata air panas jenuh dengan silika

Kolam air panas : Air jernih, kebiruan netral

Fumarole yang memancarkan uap dengan kecepatan tinggi

Geyser

Silika sinter

Mata air panas yang bersifat asam

Bila tidak ada spring yang kandungan chloridanyasignificant

Mata air panas bersifat netral di kaki gunung

SISTIM DOMINASI UAP SISTIM DOMINASI AIR


72/97

Kolam air panas : Air bersifat asamberlumpur & kehijauan

Telaga air panas (hot cakes)

Mud pools

SISTEM DOMINASI (UAP ATAU AIR)

Perkiraan temperatur reservoir pada tahap


73/97

Perkiraan temperatur reservoir pada tahap

prospeksi dari data kimia air permukaan

Geotermometer merupakan metodememperkirakan suhu reservoir panas bumi

yang didasarkan pada keberadaan zatzatterlarut pada fluida panas bumi dimana

konsentrasi fluida tersebut sangat bergantungsuhu.


74/97

Berdasarkan variasi kandungan beberapa unsur dalam fluida

panasbumi yang hadir sebagai fungsi dari temperatur

(solubilitas unsur sebagai fungsi dari temperatur)

Unsur : terlarut, gas, isotop

Kesalahan: 5 hingga 10oC

Syarat:

Fluida panas bumi muncul ke permukaan dengan cepat (> 2 kg/sec)

Tidak ada mixing dengan fluida lain

Tidak ada steam atau gas yang hilang

Air klorida, pH netral


75/97

Non-volatil (unsur terlarut):Anion, mis. Cl-, HCO3

-, SO4-2, NH4

-, F-, I-, Br-

Kation, mis. Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Mn+2, Fe+2, Al+3, ion-ion As

Spesies netral, mis. SiO2, B, CO2, H2S, NH3

Volatil (gas):

Non condensible gases, mis. CO2, H2S, H2, N2

Gas inert/konservatif, mis. He, Ar

G t t t l t


76/97

Geotermometer unsur terlarut:

Geotermometer silika (SiO2)

Geotermometer Na-K Geotermometer Na-K-Mg

Geotermometer Na-K-Ca

dll Geotermometer gas:

Geotermometer CO2-H2S-H2-CH4

Geotermometer CO

Geotermometer CO2 dll

Geotermometer isotop


77/97

eothermometer

Silika Geothermometer


78/97

Permukaan Jenuh Kuarsa

Proses pendinginan secara adiabatik

t C = 1533,55,768logSiO

Proses pendinginan secara konduktif

t C = 1533,55,768logSiO

Permukaan Jenuh Chalcedony

Proses pendinginan secara konduktif

t C = 1015,14,655logSiO

Silika Geothermometer

T1500C

GeothermometerKuarsa

T


79/97

Untuk air jenis-jenis alkali-klorida dengan pH netral.

Tidak tepat digunakann bila ada endapan travertine

t C

=

855,6

log[Na K] +0,8573 273

Persamaan Fournier :

t C

=

1217

log[Na K] + 1,483 273

Persamaan Giggenbach :

t C

=

1390

log[ ] +1 75 273

Sodium, Potasium Geothermometer

T>1500C

T>1500C

Sodium,Calcium,Potasium


80/97

Untuk air yang mengandung Ca cukup banyak

Untuk air yang memberikan endapan traverline

t C = 1217

log[Na K]

+ log Ca Na

+2,24

273

Hitung :

log

Bila negatif = Bila positif =

log= log

+log

, ,Geothermometer

T>1200C

Memperkirakan Sumber Air Pada Tahap Prospeksi


81/97

Dari Perbandingan Ion/Komponen:

p p p

Cl/Mg dan Cl(Mg+Ca) rendah Ca/Mg sangat rendah

ADA PENCAMPURAN DENGANAIR LAUT

Na/Mg Rendah

Cl(HCO3+ CO3) rendah

Na/Li tinggi

ADA PENCAMPURAN DENGANAIR DINGIN

Na/B sama disemua tempat

Cl/B sama disemua tempat

AIR BERASAL DARI SATUSUMBER

Na/K tinggi (15-25 ppm)AIR DARI SUMBERNYA TIDAK

LANGSUNG MENGALIR KEPERMUKAAN

SiO2/K di perm. > di bawah perm.ADA PENCAMPURAN DENGANAIR BERTEMPERATUR TINGGI

Cl/SO rendahAIR BERASAL DARI SUATU


82/97

Cl/SO4rendah

Cl/B rendahSUMBER AIR YANG

DIPANASI UAP

Ca/Mg tinggi Cl(HCO3+ CO3) tinggi

Na/Li tinggi

AIR MENGALIR LANGSUNGDARI SUMBERNYA

SiO2/K di perm = di bawah permDALAM PERJALANANNYA KEPERMUKAAN PENGENDAPAN

SILIKA SANGAT KECIL

SUMBER AIR

BERTEMPERATUR TINGGI

Na/Ca tinggi

Na/Mg tinggi

Cl/Mg dan Cl(Mg+Ca) tinggi

Cl/SO4 tinggi

Ca/HCO3

Na/K rendah (12-15 ppm)

Cl/F tinggi


83/97

Geochemist DownholeSampling(Wells)

AnalisaKimia


84/97

1. Memperkirakan komponen dan sifat kimia fluida reservoir(Untuk modifikasi conceptual Model)

2. Memperkirakan kedalaman pusat - pusat rekahan (feed zones) disumur

3. Memperkirakan luas reservoir

Analisa chloride dari berbagai sumur Dipetakan dapat diperolehgambaran mengenai upflow & outfow area

4. Menentukan entalpy fluida

5. Memonitor natural surface features

Kandungan kimia dalam srpings & fumarcole diukur pada waktu

pemboran & pengujian.

Kegunaan Data Kimia Pada Tahap Produksi


85/97

g p

GEOCHEMIST

ANALISAKIMIA

SURFACESAMPLING

(WELLS)


86/97

Kegunaan Data Kimia Pada Tahap Produksi

1. Memonitor kandungan kimia fluida sumur, untuk mendapatkaninformasi

mengenai:

Reinjection returns (Diindikasikan oleh adanya peningkatan

kandungan

Chlorida). Penurunan enthalphy fluida (Diindikasikan oleh adanya penurunan

konsentrasi Silika).

Masuknya air hasil pemanasan uap kedalam reservoir . Hal ini

diindikasikan oleh adanya peningkatan ratio Sulphate/ Chloride.

Perubahan tingkat pendidihan air . Hal ini dapat diketahui dari

perbandingan CO2/H2S

Perubahan zona produksi di dalam sumur.

Perubahan potensi scaling

Perubahan pH air reservoir .

2. Memonitor kandungan kimia air injeksi.

3. Problem solving.


87/97

Konsentrasi silica

Banyaknya & jenis gas dalam uap

Data kimia air & gas

Chemistry of cooling water circuit

Environmental Planning

Chemistry of Production wells

Silica scaling in separated water pipeline &

Reinjection wells

Perlu ditentukan :

Besarnya tubing inlet press

Besarnya temperatur air yang akan diinjeksikan

Design condensor Sice condensor

Pompa yang dibutuhkan

Design turbine Steam & water pipelines

Condensor

Turbin blades

Valves

Compensatore

Cooling towers

Pompa

Design cooling tower Materials

Likely gas emissions from cooling tower

Disposal of condensate blow down

Disposal of gas extraction effluent Power station acoupational heath

Effects of spills & breaks in pipe lines

Water right hearings & envionmental impact reports

Fleld & clarification of conc. model

Ion Balance


88/97

Cara untuk mengetahuiseberapa baik analisakimia yang kita miliki

Perbandingan jumlah[ion positif] dan [ion

negatif] adalah sama

Ion Balance 5%,menunjukkan analisa

yang baik

Ion Balance

M n = 0

m z= 0

Molaritas

Valensi IonMolalitas

Valensi Ion

P hit b di j l h [i itif]


89/97

M n = 0 m z= 0

Perhitungan perbandingan jumlah [ion positif]dan [ion negatif] adalah sama

Molaritas Valensi IonMolalitasValensi Ion

Konversi konsentrasi cidalam mg/kg atau mg/L ke konsentrasimolal midalam mol/kg atau molar M dalam mol/L mengikuti

persamaan:

M = CMr m = CMr


90/97

Ion Balance 5%,menunjukkan analisa

yang baik

Charge % = kation+ anion kation + anion 100%

Kelayakan Hasil Analisa


91/97

LokasiNa K Mg Ca Cl SO4 HCO3

Kation Anion

mg/kg

Wairakei 1070 102 0.4 26 1770 26 76

Waitangi 285 24 9 17 364 49 202

WhiteIsland 5910 635 3800 3150 38700 4870 -

46.5 2.6 0.02 0.65 49.8 0.3 1.2

12.4 0.6 0.4 0.42 10.2 0.5 3.3

272 17.2 166 84 1156 54 -

50.5 -51.6

14.6 -14.5

791 -1264

1.1%

0.3%

23%

Mol /kg

Mol /kg

Mol /kg

Pengaruh Boiling terhadap


92/97

Terjadi pemisahan 2 fasa fluida, yaitu air dan uap.

Non-Volatil components(tidak mudah menguap)

Volatil components(mudah menguap)

Entalpi liquid (Hliq)Entalpi vapour

(Hvap)

Terjadi di bagian atas, yaitu pada kedalaman < 2 km.

g g p

Komposisi Fluida


93/97

Tfluida < TS Liquid

Tfluida> Ts SteamTfluida= TS Steam + Liquid

Asumsi


94/97

tidak ada perubahan

entalpi

Adiabatik Isentalpi

Boiling:

x = fraksi air yang terbentuk

y = fraksi uap yang terbentuk x + y = 1 (atau 100%)

tidak ada panas yang

hilang

hres = hperm

BOILING DAN UAP YANG TERBENTUK


95/97

BOILINGDANUAPYANGTERBENTUK

Fluida panas bumi bertemperatur 265oC dan muncul dipermukaan dan mendidih. Berapa uap yang terbentukoleh proses mendidih ini?Isentalpi/Adiabatik Hres,265= x Hl,100+ y Hv,100

x + y = 1Hres,265= (1-y) Hl,100+ y Hv,100

Hres,265Hl,100y = -----------------

Hv,100Hl,100

Hres265= 1159 J/gm Hl,100= 419 J/gmHv,100= 2676 J/gm

y = 0,327Uap yang terbentuk adalah 33%x = 1 - 0,327 = 0,673Fluida sisa/residual adalah 67%

BOILING DAN UAP YANG TERBENTUK


96/97

BOILINGDANUAPYANGTERBENTUK

Berapa konsentrasi Cl di permukaan , apabila fluidareservoir yang suhunya 2560C mengandung Cl dengankonsentrasi 1145 mg/kg?

Mass balance Cll,265= x Cll,100+ y Clv,100

Cll,265= x Cll,100

Cll,265 Cll,265Cll,100= -------- = --------

x (1y)

1145Cll,100= -------- = 1701 mg/kg

0,673


97/97

TERIM K SIH

presentasi sifat batuan dan fluida panas bumi

Documents