Makalah Geokimia Umum - BATUAN RESERVOIR MINYAK DAN GAS

(1)

M

AKALAH

G

EOKIMIA

U

MUM

(2)

2

Nama Anggota Kelompok

YONATHAN SUROSO 12300041 FANRO RONDONUWU 12301123 SINDY SANGKOY 12300408 INTAN WORANG 12301527 JESSICA WETIK 12305835 RIFIANO WEWENGKANG 12301437 FERNANDO MANDAGI 12304527

DOSEN MATA KULIAH GEOKIMIA UMUM: DR. Doni. R. Wenas, M.Si.

(3)

3

Kata Pengantar

Puji syukur patut kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat, penyertaan dan bimbinganNya kami dapat menyelesaikan makalah kami yang berjudul Batuan Reservoir Minyak dan Gas ini dengan baik.

Makalah ini memuat dan membahas tentang karakteristik batuan-batuan yang mengandung material minyak, gas, maupun fluida lainnya, yang juga terkait dengan gambaran reservoir yang ada di bawah permukaan bumi. Materi mengenai batuan ini juga menjadi dasar pembelajaran mengenai geokimia geothermal.

Semoga makalah Geokimia Umum ini dapat bermanfaat dan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. Terima kasih.

Tomohon, 28 Oktober 2013 Penulis

(4)

4

Daftar Isi

Halaman Judul ... 1

Nama Anggota Kelompok ... 2

Kata Pengantar ... 3

Daftar Isi ... 4

Bab 1 : Komposisi Batuan ... 5

A. Batuan Karbonat ... 6 B. Batupasir ... 10 Bab 2 : Reservoir ... 20 A. Porositas ... 22 B. Permeabilitas ... 25 Daftar Referensi ... 29

(5)

5

Bab 1 : Komposisi Batuan

Salah satu faktor yang paling utama yang harus ada dalam sistem perminyakan dan bahkan dalam sistem panas bumi yaitu batuan. Batuan adalah kumpulan dari mineral-mineral, sedangkan suatu mineral dibentuk dari beberapa ikatan kimia. Komposisi kimia dan jenis mineral yang menyusunnya akan menentukan jenis batuan yang terbentuk. Batuan reservoir umumnya terdiri dari batuan sedimen, yang berupa batupasir dan karbonat (sedimen klastik) serta batuan shale (sedimen non-klastik) atau kadang-kadang vulkanik. Masing-masing batuan tersebut mempunyai komposisi kimia yang berbeda, demikian juga dengan sifat fisiknya. Pada hakekatnya setiap batuan dapat bertindak sebagai batuan reservoir asal mempunyai kemampuan menyimpan dan menyalurkan minyak, gas, maupun fluida lainnya.

(6)

6 Batuan yang mengandung minyak dan gas terletak berselang-seling dengan batuan yang tidak mengandung hidrokarbon. Batuan-batuan tersebut membentuk sebuah sistem petroleum (petroleum sequence atau

petroleum system).

A. Batuan Karbonat

Batuan karbonat merupakan batuan yang terjadi akibat proses pengendapan, adapun cara atau proses terbentuknya batuan karbonat

(7)

7 adalah merupakan proses sedimentasi kimia dan biokimia yang berupa karbonat, sulfat, silikat, fosfat, dan lain-lain. Semua sedimentasi tersebut diendapkan di air dangkal melalui proses penguapan dan kumpulan koloid-koloid organik dari larutan garam-garaman dan organisme yang berupa bakteri atau binatang-binatang. Endapan organisme ini disebut sedimen organik atau sedimen biogenik seperti limestone, dolomit, koral, algae dan batubara.

Lingkungan pengendapan yang paling baik untuk proses terjadinya dan sekaligus menjadi perangkap hidrokarbon pada batuan karbonat adalah lingkungan karbonat lagoon dan shelf yang mengalami subsidensi secara cepat, kemudian komplek terumbu yang berasosiasi dengan lingkungan tersebut dan daerah turbidit dari batuan karbonat. Di daerah yang tersebut tadi sangat subur bagi organisme, karena mereka menerima banyak makanan (nutrient) yang terbawa oleh arus naik. Batuan reservoir yang terbentuk bersama-sama (bergantian atau berdampingan) dengan batuan induk dapat terdiri dari batuan karbonat bioklastik, oolite, terumbu dan dolomit.

(8)

8 Batuan karbonat merupakan batuan reservoir penting untuk minyak dan gas bumi, dari 75 % daratan yang dibawahi oleh batuan sedimen, kira-kira 1/5 dari massa sedimen ini terdiri dari batuan karbonat (gamping dan dolomit). Berikut adalah pengelompokan batuan karbonat jika dilihat dari mineral penyusunnya;

1. Limestone

Limestone adalah istilah yang biasa dipakai untuk kelompok batuan yang mengandung paling sedikit 80 % kalsium karbonat atau magnesium. Istilah limestone juga dipakai untuk batuan yang mempunyai fraksi karbonat melebihi unsur non-karbonatnya.

Komposisi kimia limestone dapat menggambarkan adanya sifat dari komposisi mineralnya yang cukup padat, karena pada limestone sebagian besar terbentuk dari kalsit, bahkan jumlahnya bisa mencapai lebih dari 95%. Unsur lainnya yang dianggap penting adalah MgO, bila jumlahnya lebih dari 1% atau 2%, maka menunjukkan adanya mineral dolomit. Komposisi kimia limestone secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 1.

(9)

9

Tabel 1 Komposisi Kimia Limestone

2. Dolomit

Dolomit adalah jenis batuan yang merupakan variasi dari limestone yang mengandung unsur karbonat lebih besar dari 50 %, sedangkan untuk batuan-batuan yang mempunyai komposisi pertengahan antara limestone dan dolomit akan mempunyai nama yang bermacam-macam tergantung dari unsur yang dikandungnya. Batuan yang unsur kalsit-nya melebihi dolomit disebut dolomit-limestone, dan yang unsur dolomit-nya melebihi kalsit disebut dengan

(10)

10 limy, calcitic, calciferous atau calcitic dolomit. Komposisi kimia dolomit pada dasarnya hampir mirip dengan limestone, kecuali unsur MgO merupakan unsur yang penting dan jumlahnya cukup besar. Tabel 2 menunjukkan komposisi kimia unsur penyusun dari dolomit.

Tabel 2 Komposisi Kimia Dolomit

B. Batupasir

Batupasir merupakan jenis batuan reservoir yang paling penting dan paling banyak dijumpai, secara presentasenya, 60 % dari semua batuan

(11)

11 reservoir adalah batupasir. Porositas yang didapat di dalam batupasir ini hanya bersifat intergranular, pori-pori terdapat diantara butir-butir dan khususnya terjadi secara primer, jadi rongga-rongga terjadi pada waktu pengendapan. Namun tidak dapat dipungkiri, bahwa setelah proses pengendapan tersebut dapat terjadi berbagai modifikasi pada rongga-ronga, misalnya sementasi ataupun pelarutan dari semen dan juga proses sekunder lainnya seperti peretakan/perekahan.

Jumlah mineral dan komposisi kimia yang terkandung dalam batupasir memiliki komposisi yang berbeda-beda. Penyebab terjadinya perbedaan ini adalah karena proses sedimentasi dan lingkungan pengendapan yang berbeda

Menurut Pettijohn, batupasir dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu : Orthoquartzites, Graywacke, dan Arkose. Pembagian tersebut didasarkan pada jumlah kandungan mineralnya. Kandungan mineral dan komposisi kimia penyusun batuan reservoir sangat berpengaruh terhadap besarnya sortasi yang dapat mempengaruhi besarnya pori-pori batuan reservoir.

(12)

12 Orthoquartzites merupakan jenis batuan sedimen yang terbentuk dari suatu proses yang menghasilkan unsur silika yang tinggi, dengan tidak mengalami metaformosa (perubahan bentuk) dan pemadatan, terutama terdiri atas mineral kwarsa (quartz) dan mineral lainnya yang stabil. Proses metamorfosa adalah proses perubahan mineral batuan, karena adanya kondisi yang berbeda dengan kondisi awal.

Material pengikatnya (semen) terutama terdiri atas carbonate dan silica. Orthoquartzites merupakan jenis batuan reservoir sangat baik karena pemilahannya sangat baik, butirannya berbentuk bundar dan padatannya tidak terdapat matriks kecuali semen saja, bebas dari kandungan shale dan clay. Komposisi kimia dari orthoquarzites dapat dilihat pada Tabel 3 berikut.

(13)

13

Tabel 3 Komposisi Kimia Batupasir Orthoquartzites

Dari Tabel 3, dapat dilihat bahwa orthoquartzites mempunyai susunan unsur silica dengan prosentase yang sangat tinggi jika dibandingkan dengan unsur-unsur yang lainnya. Jadi pada orthoquartzites ini unsur silikanya sangat dominan sekali, yaitu berkisar antara 61,7 % sampai hampir 100 % sedangkan sisanya adalah unsur lainnya sepeti TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O+, H2O-, dan CO2. Batupasir

(14)

14 Orthoquarzites relatif bersih karena matrik dan sementasinya jumlah unsurnya kecil sehingga prosentase porositasnya besar

b. Graywacke

Graywacke merupakan jenis batupasir yang tersusun dari unsur-unsur mineral yang berbutir besar, yaitu kuarsa, clay, mika flake {KAl2(OH)2 AlSi3O10}, magnesit (MgCO3), fragmen phillite, fragmen batuan beku, feldspar dan mineral lainnya. Material pengikatnya adalah clay dan carbonate. Indikator yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi batuan jenis ini adalah adanya mineral illite. Hal yang sangat penting adalah bahwa graywacke itu mempunyai matriks dan hal ini mengurangi porositasnya. Juga sortasinya tidak baik, sehingga sebagai batuan reservoir graywacke tidak terlalu baik.

Batuan jenis ini, banyak berasosiasi dengan turbidit ataupun diendapkan oleh arus turbid. Di Indonesia ‘graywacke’ masih belum ditemukan sebagai batuan reservoir, akan tetapi di Amerika Serikat di cekungan Ventura dan cekungan Los Angeles greywacke atau batu pasir

(15)

15 turbit diketahui sebagai lapisan reservoir yang cukup penting. Secara lengkap mineral-mineral penyusun graywacke terlihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 4 Komposisi Mineral Graywacke

Komposisi graywacke tersusun dari unsur silica dengan kadar lebih rendah dibandingkan dengan rata-rata batupasir, dan kebanyakan silica yang ada bercampur dengan silikat (silicate). Secara terperinci komposisi kimia graywacke dapat dilihat pada Tabel 5.

(16)

16

(17)

17 c. Arkose

Salah satu jenis batupasir yang biasanya tersusun dari kuarsa sebagai mineral yang dominan, meskipun seringkali mineral arkose feldspar (MgAlSi3O8) jumlahnya lebih banyak dari kuarsa. Selain dua mineral utama tersebut, arkose juga mengandung mineral-mineral yang bersifat kurang stabil, seperti clay {Al4Si4O10(OH)8}, microline (KAlSi3O8), biotite {K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2} dan plagioklas {(Ca,Na) (AlSi)AlSi2O8}.

Biasanya arkose cukup bersih tetapi kebundaran daripada butirannya tidak terlalu baik karena bersudut-sudut dan juga pemilahannya tidak terlalu baik. Arkose biasanya didapatkan sebagai hasil pelapukan batuan granit. Sebagai contoh adalah granit wash di Pendopo, Sumatra Selatan yang biasa bertindak sebagai batuan reservoir. Kandungan mineral lainnya, secara berurutan sesuai prosentasenya dapat dilihat pada Tabel 6.

(18)

18

Tabel 6 Komposisi Mineral Arkose

Komposisi kimia arkose ditunjukkan pada Tabel 7, dimana terlihat bahwa arkose mengandung lebih sedikit silika jika dibandingkan dengan orthoquartzites, tetapi kaya akan alumina, lime, potash, dan soda.

(19)

19

(20)

20

Bab 2 : Reservoir

Reservoir adalah suatu tempat terakumulasinya minyak dan gas bumi. Pada umumnya reservoir minyak memiliki karakteristik yang berbeda-beda tergantung dari komposisi, temperatur dan tekanan pada tempat di mana terjadi akumulasi hidrokarbon didalamnya. Ruangan penyimpanan minyak dalam reservoir berupa rongga-rongga atau pori-pori yang rendah.

Suatu reservoir minyak, gas, atau fluida termal biasanya mempunyai tiga unsur utama yaitu adanya batuan reservoir, lapisan penutup dan perangkap. Beberapa syarat terakumulasinya minyak dan gas bumi adalah :

 _{Adanya batuan Induk (Source Rock)}

Batuan Induk merupakan batuan sedimen yang mengandung bahan organik seperti sisa-sisa hewan dan tumbuhan yang telah mengalami proses pematangan dengan waktu yang sangat lama sehingga menghasilkan minyak dan gas bumi. Untuk sistem panas bumi, batuan induk yang dimaksud

(21)

21 berisikan fluida termal yang terperangkap dalam air tanah ataupun batuan sedimen.

 _{Adanya batuan waduk (Reservoir Rock)}

Batuan reservoit merupakan batuan sedimen yang mempunyai pori, sehingga minyak dan gas bumi yang dihasilkan batuan induk dapat masuk dan terakumulasi.

 _{Adanya struktur batuan perangkap}

Batuan perangkap yang dimaksud di sini merupakan batuan yang berfungsi sebagai penghalang bermigrasinya minyak dan gas bumi lebih jauh.

 _{Adanya batuan penutup (Cap Rock)}

Batuan penutup merupakan batuan sedimen yang tidak dapat dilalui oleh cairan (impermeable), sehingga minyak dan gas bumi terjebak dalam batuan tersebut.

(22)

22 Jalur migrasi merupakan jalan minyak dan gas bumi dari batuan induk sampai terakumulasi pada perangkap. Jalur tersebut kebanyakan berasal dari kejadian geologis, misalnya patahan.

Pada hakekatnya, setiap batuan dapat bertindak sebagai batuan reservoir asal mempunyai kemampuan untuk menyimpan dan melepaskan minyak bumi. Dalam hal ini batuan reservoir harus menyandang dua sifat fisik penting yaitu harus mempunyai porositas yang memberikan kemampuan untuk menyimpan, dan juga kelulusan atau permeabilitas.

A. Porositas

Porositas didefinisikan sebagai perbandingan antara volume batuan yang tidak terisi oleh padatan terhadap volume batuan secara keseluruhan. Secara matematis, porositas dapat dituliskan sebagai berikut:

dimana Vp adalah volume pori dan Vb adalah volume total batuan. Porositas

(23)

23

 _{Porositas absolut adalah perbandingan antara volume pori total terhadap}

volume batuan total yang dinyatakan dalam persen, tanpa memandang apakah saling berhubungan atau tidak. Secara matematik porositas absolut dapat ditulis sesuai persamaan sebagai berikut

 _{Porositas efektif adalah perbandingan antara volume pori-pori yang}

saling berhubungan terhadap volume batuan total (bulk volume). Secara matematik porositas efektif dapat ditulis sesuai persamaan sebagai berikut : Dimana :

∅_e_{= Porositas efektif, fraksi (%)} ρ_g = Densitas butiran, gr/cc ρ_b = Densitas total, gr/cc ρ_f = Densitas formasi, gr/cc

(24)

24 Berdasarkan waktu dan cara terjadinya, maka porositas dapat juga diklasifikasikan menjadi dua, yaitu :

 _{Porositas primer, yaitu porositas yang terbentuk pada waktu yang}

bersamaan dengan proses pengendapan berlangsung.

 _{Porositas sekunder, yaitu porositas batuan yang terbentuk setelah}

proses pengendapan.

Besar kecilnya porositas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu ukuran butir, susunan butir, sudut kemiringan dan komposisi mineral pembentuk batuan.

Untuk penelitian di lapangan, kita dapat memperkirakan porositas suatu batuan secara visual dengan menggunakan peraga visual. Penentuan ini bersifat semi – kuantitatif dan dipergunakan suatu skala sebagai berikut :

Porositas (%) Kualitas 0 – 5 Dapat diabaikan 5 – 10 Buruk 10 – 15 Cukup 15 – 20 Baik

(25)

25 20 – 25 Sangat Baik

> 25 Istimewa

B. Permeabilitas

Permebilitas didefinisikan sebagai ukuran media berpori untuk meloloskan atau melewatkan fluida. Jadi dengan kata lain, permeabilitas suatu batuan merupakan ukuran kemampuan batuan untuk mengalirkan fluida. pabila media berporinya tidak saling berhubungan maka batuan tersebut tidak mempunyai permeabilitas. Oleh karena itu ada hubun gan antara permeabilitas batuan dengan porositas efektif.

Sekitar tahun 1856, Henry Darcy, seorang ahli hidrologi dari Perancis mempelajari aliran air yang melewati suatu lapisan batu pasir. Hasil penemuannya diformulasikan kedalam hukum aliran fluida dan diberi nama Hukum Darcy.

(26)

26 Dimana :

Q = laju alir fluida, cc/det k = permeabilitas, darcy μ = viskositas, cp

dP/dL = gradien tekanan dalam arah aliran, atm/cm A = luas penampang, cm2

Besaran permeabilitas satu darcy didefinisikan sebagai permeabilitas yang melewatkan fluida dengan viskositas 1 centipoises dengan kecepatan alir 1 cc/det melalui suatu penampang dengan luas 1 cm2 dengan penurunan tekanan 1 atm/cm. Persamaan Hukum Darcy berlaku pada kondisi :

1. Alirannya mantap (steady state) 2. Fluida yang mengalir satu fasa

3. Viskositas fluida yang mengalir konstan 4. Kondisi aliran isothermal

(27)

27 6. Fluidanya inkompresibel

Berdasarkan jumlah fasa yang mengalir dalam batuan reservoir, permeabilitas dibedakan menjadi tiga, yaitu :

• Permeabilitas absolut (k_abs), yaitu kemampuan batuan untuk melewatkan fluida dimana fluida yang mengalir melalui media berpori tersebut hanya satu fasa atau disaturasi 100% fluida, misalnya hanya minyak atau gas saja.

• Permeabilitas efektif (k_eff), yaitu kemampuan batuan untuk melewatkan fluida dimana fluida yang mengalir lebih dari satu fasa, misalnya (minyak dan air), (air dan gas), (gas dan minyak) atau ketiga-tiganya. Harga permeabilitas efektif dinyatakan sebagai ko, kg, kw, dimana masing-masing

untuk minyak, gas dan air.

• Permeabilitas relatif (k_rel), yaitu perbandingan antara permeabilitas efektif pada kondisi saturasi tertentu terhadap permeabilitas absolut.

(28)

28 Untuk penelitian di lapangan, kita juga dapat memperkirakan permeabilitas suatu batuan secara semi – kuantitatif dan dipergunakan suatu skala sebagai berikut :

Permeabilitas (mD) Kualitas < 5 Ketat 5 – 10 Cukup 10 – 100 Baik 100 – 1000 Baik sekali

(29)

29

Daftar Referensi

Eremenko N. A., M. V. Gorfunkel. 2005. Geology and Geochemistry of

Oil and Gas. First Edition. Elsevier, Inc. Netherlands.

http://geounhas06.wordpress.com/minyak-dan-gas-bumi/porositas-dan-permeabilitas http://catatanminyak.blogspot.com/2012/02/karakteristis-reservoir-pengertian-umum http://flutecast09.wordpress.com/2011/10/28/batuan-reservoir/ http://catatanminyak.blogspot.com/2012/02/batuan-karbonat-sebagai-reservoir.html http://catatanminyak.blogspot.com/2012/02/komposisi-kimia-batuan-reservoir.html http://minyakdangasbumi.blogspot.com/2012/06/basic-reservoir-minyak-dan-gas-bumi.html