PORTABLE MINI AIR GUN UNTUK EKSPLORASI MIGAS DAN BATUBARA. Suprajitno Munadi, Humbang Purba, Sudarman Sofyan, Yudi Kuntoro, Hariyanto

(1)

4

Topik Utama

M&E, Vol. 11, No. 3, September 2013

PORTABLE MINI AIR GUN

UNTUK EKSPLORASI

MIGAS DAN BATUBARA

Suprajitno Munadi, Humbang Purba, Sudarman Sofyan, Yudi Kuntoro, Hariyanto

Pusat Penelitan dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi "Lemigas"

humbangp@gmail.com

S A R I

Pencitraan struktur batuan bawah permukaan memerlukan peralatan khusus untuk mendeteksi keberadaan lapisan prospektif. Sebuah prototipe instrumen hasil rekayasa untuk keperluan tersebut telah selesai dibuat. Ada tiga inovasi yang telah dihasilkan meliputi: portable airgun sebagai sumber gelombang, springless geophone sebagai sensor dan recorder khusus yang sangat menghemat kabel sinyal. Ketiganya dapat dioperasikan baik secara bersamaan maupun sendiri-sendiri. Uji coba di lapangan telah menunjukkan hasil yang menjanjikan.

Kata kunci : data acquisition, mini airgun, pencitraan bawah permukaan, peningkatan cadangan migas, seismik

1. PENDAHULUAN

Peranan metode seismik dalam eksplorasi bawah permukan kiranya sudah tidak perlu diuraikan lagi. Yang menjadi permasalahan kita sekarang adalah seberapa jauh penguasaan kita terhadap teknologi seismik ini? Teknologi seismik terbagi menjadi tiga bagian, meliputi metode pengumpulan data di lapangan, metode pengolahan data di kantor dan interpretasi data yang menghasilkan model-model struktur bawah permukaan.

Di industri migas, para ahli umumnya langsung mengambil bagian ketiga saja yakni melakukan penafsiran bawah permukaan terhadap struktur yang ada di bawah lintasan penyelidikan. Untuk bagian yang kedua yakni pengolahan data industri migas umumnya mengirimkan kepada perusahaan jasa tertentu.

Bagian pertama (pengumpulan data seismik di lapangan) adalah bagian yang sarat dengan teknologi instrumentasi elektronika. Untuk perusahaan migas bagian ini juga dikontrakkan

kepada perusahaan jasa, karena bagi mereka yang penting adalah datanya, masalah instrumentasi menjadi urusan perusahaan jasa tersebut.

Bagi instansi Litbang Teknologi seperti "LEMIGAS" keadaannya tentu berbeda bila dibandingkan dengan perusahaan migas. LEMIGAS mengemban misi rekayasa dari pemerintah untuk meningkatkan kemampuan rekayasa nasional di bidang teknologi instrumentasi yang berkaitan dengan eksplorasi migas. Kegiatan perekayasaan ini diharapkan dapat memicu kemampuan perusahaan-perusahaan jasa konstruksi instrumentasi untuk mulai memasuki peluang ini.

Atas dasar hal-hal tersebut di atas dilakukan kegiatan Rekayasa Instrumentasi Geofisika yang memberikan perhatian kepada rancang bangun alat pencitraan struktur bawah permukaan dengan memanfaatkan "kotak cerdas" yang kami sebut dengan nama High Resolution Mini Seismic Data Acquisition System (HR MS DAS).

(2)

Topik Utama

HR MS DAS adalah suatu sistem instrumentasi elektronika yang dapat digunakan untuk mengumpulkan data seismik darat pada skala terbatas. Bila dibandingkan dengan peralatan perekam yang dioperasikan oleh industri, sistem ini lebih mudah dibawa (portable) karena terdiri dari piranti-piranti yang relatif ringan dan praktis karena pengoperasiannya tidak memerlukan tenaga manusia seperti pada kegiatan akusisi seismik dengan metode konvensional. Di daerah perbukitan tingkat mobilitas sistem ini cukup tinggi. Salah satu kekhususan dari sistem ini adalah tidak perlu merentang-rentang kabel phones di lapangan, disebut sebagai cable geo-phones wireless. Keunggulan lainnya adalah tidak memanfaatkan dinamit sebagai sumber getaran metode konvensional sehingga dari segi keamanan dan perizinan menjadi lebih mudah.

1.1. Maksud dan Tujuan

Maksud dari kegiatan ini untuk menguasai teknologi seismik secara mendalam dengan merancang bangun suatu piranti khusus yang dapat digunakan untuk kepentingan pengumpulan dan pengolahan data seismik skala terbatas di lapangan dan merekayasa perangkat lunak yang dapat digunakan untuk mengolah datanya agar dapat diinterpretasi dengan baik. Piranti yang dirancang bangun ini diharapkan cukup praktis dan dapat dioperasikan dengan biaya yang murah.

Adapun tujuan dari kegiatan ini adalah untuk mendukung eksplorasi maupun eksploitasi migas pada lapangan-lapangan tua atau melakukan infilled seismic di lapangan-lapangan tertentu yang masih memerlukan pemetaan lebih rinci dari penyebaran reservoirnya. Di samping itu alat ini diharapkan dapat membantu pemetaan reservoir-reservoir dangkal dan pemetaan de-posit batubara di bawah permukaan tanah. De-posit batubara di bawah permukaan ini saat ini menjadi komoditas penting dalam ekstraksi Gas Metana Batubara (GMB).

1.2. Permasalahan

Survei seismik merupakan kebutuhan yang tak terhindarkan dalam eksplorasi migas dan

batubara yang ada di bawah permukaan, juga dalam pemetaan struktur bawah permukaan untuk banyak kepentingan. Walaupun demikian umumnya implementasi teknologi ini bersifat padat modal dan padat karya. Banyak sekali hal-hal yang harus dikerjakan sebelum dapat memperoleh hasilnya, di antaranya adalah: a. Pemakaian bahan peledak sebagai sumber

gelombang seismik saat ini bermasalah dari segi perijinan dan keamanan. Saat ini, di pulau Jawa saat ini khususnya pemakaian bahan peledak betul-betul dilarang oleh yang berwajib.

b. Sumber gelombang lain yang berupa airgun kompresornya terlalu berat dan tidak portable, tidak mudah dipindah-pindahkan untuk survei di darat.

c. Ketergantungan sangat besar kepada teknologi asing yang mahal harganya. d. Peledakan dinamit pada kedalaman 22 m

di bawah permukaan tanah menghabiskan dana yang tidak sedikit.

e. Perusahaan jasa survei seismik umumnya tak bersedia menangani pekerjaan-pekerjaan kecil yang bersifat menambal/ mengisi (infilled) di area-area yang masih kosong padahal jenis pekerjaan ini masih sangat diperlukan.

f. Biaya survei seismik selalu dalam order beberapa miliar rupiah.

2. TAHAPAN KEGIATAN

Teknologi seismik terdiri dari 3 tahapan yakni: tahap pengumpulan data seismik, tahap pengolahan data dan tahap penafsiran data (Gambar 1).

Pada tahap pegumpulan data diperlukan keahlian-keahlian instrumentasi elektronika dan mekanika. Pada tahap pengolahan data diperlukan keahlian-keahlian memanfaatkan perangkat lunak komputer yang pada hakekatnya adalah pemakaian operasi-operasi matematika terhadap data. Pada tahap penafsiran data diperlukan keahlian menerapkan pengetahuan geologi bawah permukaan di daerah yang diselidiki.

(3)

6

Topik Utama

Gambar 1. Tahapan dalam teknologi seismik.

Rekayasa ini difokuskan pada teknologi pengumpulan data yang berarti harus berurusan dengan elektronika dan instrumentasi. Rekayasa juga sedikit merambah ke teknologi pengolahan data yang berarti harus berurusan dengan perangkat lunak komputer dan matematika.

Gambar 2. Sistem perekaman gelombang seismik dalam eksplorasi migas standar.

Teknologi pengumpulan data dapat dibagi lagi menjadi tiga bagian, yakni teknologi sumber gelombang, teknologi sensor gelombang seismik dan teknologi perekaman data digital.Sistem bekerjanya teknologi pengumpulan data seismik untuk eksplorasi struktur di bawah permukaan tanah dapat disederhanakan dalam bentuk diagram sebagai berikut (Gambar 2).

Dalam kegiatan tahun 2012 ini dilakukan rekayasa sumber gelombang seismik (airgun) dan juga sensor (geophone) (Gambar 3a, 3b, 3c).

2.1. Teknologi Sumber Gelombang

Sumber gelombang seismik ideal yang dipakai di industri adalah dinamit, namun dinamit ini tidak praktis dan beresiko (mulai dari membeli, mengangkut, menyimpan dan memanfaatkan). Di pulau Jawa saat ini sangat sulit mendapatkan izin memakai dinamit untuk keperluan eksplorasi minyak dan gas bumi.

Atas dasar hal-hal tersebut di atas maka kami berusaha merekayasa airgun dengan cara kerja yang tidak memanfaatkan ledakan tetapi hanya

Gambar 3a. Sistem perekaman data seismik untuk eksplorasi dengan begitu banyak kabel dari geophone ke sistem perekam (recorder).

Gambar 3b. Sistem perekaman data seismik memanfaatkan HRMS DAS, tidak ada kabel yang menghubungkan antar geophone ke sistem perekam karena data direkam di dalam "kotak cerdas" (inovasi dalam cara mengirim dan merekam sinyal).

(4)

Topik Utama

Gambar 3c. Alur kerja Kotak Cerdas

meletupkan udara bertekanan tinggi. Letupan ini dapat mencapai beberapa ratus bar atau beberapa ribu psi (parallel seismic instrument). Tekanan 1 bar atau 1 atmosfer adalah setara dengan 14.5038 psi (Tabel 1).

Bar Psi 10 145 20 290 30 435 40 580 50 725 60 870 70 1015 80 1160 90 1305 100 1450 110 1595 120 1740 130 1885 140 2031 150 2176

Tabel 1. Hubungan antara satuan Bar dan Psi

Sebagai gambaran, ban mobil umumnya mempunyai tekanan 40 psi atau sekitar 3,5 bar. Jika ban mobil tersebut meletus dapat dibayangkan kekuatan letupan dan energi yang dihasilkan. Sementara, airgun yang telah kami

rekayasa ini mampu meletup dengan tekanan sebesar 1000 psi atau 70 bar (lebih dari 20 kali tekanan ban mobil). Tekanan inilah yang menimbulkan gradient stress dan menjadi sumber gelombang seismik yang diharapkan dapat dipakai untuk eksplorasi bawah permukaan dengan metode seismik eksplorasi (Gambar 4, 5 dan 6).

Gambar 4. Prinsip pembangkitan shot point dengan memanfaatkan airgun. Sumber tekanan tidak berasal dari compressor tetapi diambilkan dari tabung gas tekanan tinggi. Satu tabung gas bertekanan tinggi mampu membangkitkan 10-15 kali letupan dengan kekuatan sebesar 2000 psi (inovasi dalam

pembangkitan sumber gelombang).

(5)

(6)

Topik Utama

Gambar 7. Interaksi medan magnet yang dimanfaatkan sebagai sensor untuk merekam getaran tanah. Gangguan terhadap fluks medan magnet akibat adanya getaran tanah menimbulkan tegangan listrik bolak-balik.

Gambar 8. Konstruksi bagian dalam dari springless geophone hasil rekayasa yang memanfaatkan perilaku kepingan magnetik yang melayang di dalam medan magnet (inovasi dalam teknologi sensor).

Gambar 9. HR MSDAS yang terdiri dari airgun, geophone, sistem perekam, interface dan hard disk. Dalam hal ini sistem perekamnya Compact Daq (yang diberi latar berwarna belakang hijau) dapat dibeli dari National Instrument (Inggris) atau pabrik lain.

(7)

10

Topik Utama

Gambar 10a. Kiri atas :Komponen-komponen mini airgun yang direkayasa sendiri dan bentuk akhirnya setelah dirakit. Kanan bawah : suasana pengujian airgun skala laboratorium.

Gambar 10b. Kiri :Tabung gas tekanan tinggi untuk pencatu mini airgun. Kanan :Mini airgun generasi terbaru yang sudah berhasil diuji coba di lapangan skala terbatas.

Gambar 10c. Pemasangan komponen-komponen mini airgun sebelum dimasukkan ke dalam lubang sumber gelombang seismik.

Gambar 10d. Mini airgun dibenam pada kedalaman ± 1 m di bawah permukaan tanah.

Pengoperasian airgun generasi pertama memerlukan supplai udara yang disimpan dalam tabung dan bersifat mobile (Gambar 10b kiri).

Kegiatan diawali dengan instalasi alat dan penggalian lubang sampai pada kedalaman 1 m (Gambar 10c). Setelah itu dilakukan tumping dan penahan pipa supplai (Gambar 10d) untuk menahan energi akibat letupan airgun.

Rekaman yang baik ditentukan juga oleh sensitivitas penerima (geophone). Uji sensitivitas perlu dilakukan untuk mendapatkan

frekuensi responnya (Gambar 11). Semakin baik sensitivitasnya, maka frekuensi responnya makin sensitif terhadap noise. Namun masalah noise dapat diredam pada tahap pengolahan data seismik.

Setelah dilakukan akuisisi lapangan, maka diperoleh rekaman data seismik dalam bentuk gather dimana terlihat adanya beberapa reflektor yang terekam. Data seismik lapangan diperoleh sampai kedalaman 4 second yang artinya energi airgun mampu memberikan penetrasi yang cukup dalam. Gambar 12a merupakan data

(8)

(9)

12

Topik Utama

menghilangkan sinyal gangguan pada frekuensi rendah (mis: ground roll) dan frekuensi tinggi (mis:noise).

Sebelum melakukan akuisisi seismik, harus ditentukan terlebih dahulu target/sasaran yang akan dicapai, misal: merekam data seismik untuk kepentingan reservoir migas atau

Gambar 13. Spektrum amplitudo dari salah satu trace seismik, terlihat frekuensi dominan pada frekuensi sekitar 25 Hz akan tetapi masih ada energi yang kuat pada frekuensi 50 Hz dan 120 Hz.

Gambar 14.a. Rekaman seismik setelah mengalami proses digital yang ringan. Lapisan pemantul ditunjukkan oleh warna merah.

Gambar 14b. Rekaman seismik pola split spread setelah mengalami proses sederhana. Lapisan pemantul ditunjukkan oleh panah merah.

batubara. Hal ini penting karena menyangkut desain parameter akuisisinya. Untuk sasaran batubara (GMB) yang merupakan target dangkal diperlukan resolusi seismik yang baik (Gambar 15).

Airgun dapat dirancang untuk sasaran atau tar-get yang sesuai dengan kebutuhan. Untuk tar

(10)

Topik Utama

get dangkal, maka kapasitas chamber-nya tidak terlalu besar sehingga diharapkan menghasilkan data seismik dengan resolusi yang baik. Sebaliknya, untuk target dalam, maka didesain chamber airgun dengan kapasitas besar.

4. POTENSI APLIKASI

Mini airgun setelah digandakan siap untuk dipakai di industri bilamana diperlukan. Sudah dicoba di lapangan dan mampu menyentuh lapisan pemantul pada kedalaman tiga detik atau sekitar 3500 m di bawah permukaan tanah saat tekanan airgun hanya sebesar 1000 psi.

5. MANFAAT

Industri migas di Indonesia membelanjakan anggaran untuk pengumpulan data seismik sampai Rp. 500 milliar per tahun. Biaya itu sebagian besar dipakai untuk operasi, mobilisasi dan ganti rugi lahan. Walaupun demikian biaya untuk mengoperasikan sistem perekamannya tidak kurang dari 10% dari jumlah itu. Dengan tersedianya sumber gelombang seismik yang

Gambar 15. Contoh pencitraan bawah permukaan dari Coalbed resevoir (GMB) pada kedalaman yang dangkal sebagai ilustrasi dari sasaran yang dituju.

portable, sensor dan alat perekam maka ribuan km rekaman data seismik dapat dihasilkan. Dalam upaya meningkatkan cadangan migas berdasarkan data seismik ini para ahli dapat mencitrakan posisi dan geometri dari reservoir migas yang ada di bawah tanah. Istilah mini dipakai karena jumlah sensor masih dibatasi dengan 24 geophone sehingga rentang pengukuran maksimum sekali tembak hanya selebar 250 m saja.

6. NILAI TAMBAH

Saat ini dapat diunggulkan untuk dipakai di industri adalah mini airgun. Sensor dan sistem recording masih perlu penyempurnaan. Mini airgun unggul karena harganya relatif murah, tersedia di industri, ringan untuk dibawa ke lapangan, dapat memasuki medan rawa-rawa, sungai ataupun semak.

7. PENUTUP

Rekayasa HR MS DAS telah dilaksanakan dan diuji coba di laboratorium maupun di lapangan

(11)

14

Topik Utama

dan memberikan hasil yang menjanjikan. Walaupun demikian sistem tersebut perlu disempurnakan lagi setapak demi setapak agar dapat dipakai dalam praktek dengan "handy". Pengembangan instrumentasi seperti itu tidak akan dapat diselesaikan dalam satu tahun.

Pemakaian instrumentasi tersebut dalam praktek tidak harus menunggu sempurnanya sistem secara keseluruhan akan tetapi dapat digunakan bagian demi bagian. Sebagai contoh: airgun dapat digunakan tersendiri terlepas dari sistem perekamnya. Airgun dapat dipakai untuk eksplorasi lapisan-lapisan yang dangkal seperti reservoir gas dangkal dan batubara dengan memanfaatkan sistem perekam yang sudah tersedia di industri (Gambar 15).

Kegiatan rekayasa ini menghasilkan dua paten, yakni paten tentang springless geophone dan

paten tentang airgun. Springless geophone sudah didaftarkan patennya dengan nomor S00200700204. Mini airgun sudah didaftarkan patennya dengan nomor S00200700219.

DAFTAR PUSTAKA

A nstey, 1985, Seismic Prospecting Instrument. IHRDC, Boston.

Greenhlagh, S.A., Suprajitno M., King, D.W.,1986, Shallow Seismic Investigation of Coal in the Sydney Basin, Geophysics, Vol.,51,July, p.1426-1437.

Munadi, S., 2001, Intrumentasi Geofisika, Diktat Kuliah Geofisika, FMIPA UI., Depok.

National Instruments,2012, Release Notes : Lab Windows/CVI, Version 2012.