4.1
KONDISI AWAL RESERVOIR
Kondisi awal tekanan reservoir diasumsikan dapat didekati dengan tekanan litostatik sedangkan temperatur diperoleh melalui gradien temperatur alami (Singarimbun et all, 1996). Parameter fisis lainnya seperti densitas fluida, viskositas, faktor kompresibilitas, dan distribusi entalpi pada t = 0 diperoleh dari korelasinya terhadap temperatur.
Reservoir geotermal yang ada di Indonesia pada umumnya merupakan reservoir dengan fluida dominasi air. Temperaturnya berkisar antara 240 hingga lebih dari 3000C. Reservoir di Indonesia pada umumnya berada pada kedalaman 500 sampai 1500 meter di bawah permukaan tanah (Saptadji, 2001).
Pada pemodelan ini, fluida reservoir diasumsikan adalah fluida dua fasa dengan
dryness atau kualitas uap 10% dan saturasi air 90% serta saturasi uap 10%.
Reservoir diasumsikan merupakan reservoir hodrotermal sistem tertutup dimana dinding-dinding impermeabel menyelimuti reservoir dan menyebabkan tidak ada massa yang masuk maupun yang keluar.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 Y(Meter) X(Meter) Tekanan (Bar) Gambar 4.1
Tekanan pada t = 0 Tahun
Dengan mengasumsikan kondisi awal tekanan reservoir dapat didekati dengan tekanan litostatik, maka distribusi nilai tekanan awal reservoir dapat diperoleh seperti ditunjukkan gambar 4.1. Tekanan Reservoir di zona tengah nilainya lebih kecil dibandingan dengan tekanan di zona lainnya. Hal ini disebabkan perbedaan besarnya nilai parameter fisis yaitu densitas batuan pada zona tersebut. Zona tengah memiliki densitas batuan yang lebih kecil dibandingkan zona lainnya. Aliran fluida terjadi terutama karena adanya perbedaan tekanan (Pruess, 2002). Dengan kondisi distribusi tekanan seperti pada gambar 4.1, maka fluida reservoir dapat dipastikan akan mengalir ke zona tengah (aliran horisontal ke tengah).
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 335 340 345 Y(Meter) X(Meter) Temperatur(0C) Gambar 4.2
Temperatur Pada t = 0 Tahun
Zona tengah reservoir diasumsikan memiliki temperatur yang paling besar dibandingkan zona lainnya. Panas pada reseroir terutama diperoleh dari sumber panas dari dinding horisontal bawah reservoir melalui proses konduksi. Sistem reservoir pada pemodelan ini merupakan sistem hidrotermal tertutup tetapi energi tetap diperoleh secara kontinu dari dinding-dinding reservoir.
Seperti ditunjukkan pada gambar 4.2 temperatur akan semakin besar seiring bertambahnya kedalaman serta semakin ke tengah reservoir. Mengingat densitas fluida akan semakin kecil dengan semakin bertambahnya temperatur, maka akan terjadi siklus dimana fluida turun dan kemudian naik kembali karena terpanaskan. Siklus perputaran fluida ini disebut bouyancy effect.
Distribusi tekanan dan temperatur seperti pada gambar 4.1 dan 4.2 menyebabkan terjadinya aliran fluida di dalam reservoir.
Distribusi entalpi diperoleh berdasarkan hubungan korelasi antara entalpi pada kondisi dryness 10% dengan temperatur reservoir (Lampiran A). Dengan terlebih dahulu menentukan distribusi temperatur, dan dengan menggunakan persamaan korelasi yang diperoleh dari interpolasi terhadap data yang dihasilkan steamtab
chemicalogic calculator, maka distribusi temperatur dapat diperoleh sebagai
berikut : 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 1640 Y (Meter) X(Meter) Entalpi (Kj/Kg) Gambar 4.3
4.2. KONDISI RESERVOIR SETELAH BEBERAPA TAHUN
4.2.1 Distribusi Tekanan Interior Reservoir
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Y (Meter) X(Meter) Tekanan (Bar) Gambar 4.4
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Y(Meter) X(Meter) Tekanan(Bar) Gambar 4.5
Tekanan Setelah t = 5 Tahun
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Y (Meter) X(Meter) Tekanan (Bar) Gambar 4.6
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Y(Meter) X(Meter) Tekanan (Bar) Gambar 4.7
Tekanan Setelah t = 20 Tahun
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Y(Meter) X(Meter) Tekanan(Bar) Gambar 4.8
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Y(Meter) X(Meter) Tekanan (Bar) Gambar 4.9
Tekanan Setelah t = 100 Tahun.
Tekanan Pada Zona Permeabel Vs Kedalaman
-1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tekanan (Bar) Y ( M eter ) P (0Tahun) P (1 Tahun) P (5 Tahun) P (10 Tahun) P (20 Tahun) P(40 Tahun) P(100 Tahun) Gambar 4.10
Gambar 4.4 hingga 4.10 memberikan gambaran bahwa distribusi tekanan di dalam reservoir pada titik kedalaman yang sama, seiring dengan perubahan waktu, nilainya adalah kuasi statik. Kuasi statiknya tekanan terhadap perubahan waktu terutama karena sistem reservoir yang tertutup. Tidak adanya massa yang masuk dan massa yang keluar, menyebabkan reservoir dalam kondisi massa fluida yang tetap. Oleh sebab itu, satu-satunya faktor yang mempengaruhi tekanan reservoir adalah tekanan fluida, dimana seiring bertambahnya temperatur, tekanan fluida akan bertambah. Kenaikan tekanan terutama karena pengaruh tekanan uap yang akan bertambah seiring dengan temperatur yang meningkat.
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pertambahan tekanan akibat pengaruh fluida dua fasa tidak signifikan mempengaruhi tekanan reservoir. Terdapat
peningkatan nilai tekanan akibat meningkatnya temperatur, peningkatan ini
terutama karena pengaruh tekanan hidrostatik dari fluida yang semakin besar dengan bertambahnya temperatur. Namun demikian, kondisi awal tekanan reservoir yang sudah besar membuat nilai delta pertambahan tekanan terlalu kecil apabila dibandingkan nilai tekanan awal. Hal ini menyebabkan tekanan pada
titik kedalaman yang sama kuasi statik seiring perubahan waktu. Beberapa
studi berkaitan seperti (Harahap, 2007) juga menunjukkan kondisi yang serupa bahwa reservoir hidrotermal dalam kondisi tertutup tidak mengalami perubahan tekanan reservoir yang signifikan terhadap waktu (distribusi tekanan, kuasi statik terhadap perubahan waktu) dan pertambahan temperatur.
Perubahan tekanan pada reservoir hidrotermal terutama akibat adanya massa yang keluar dan masuk. Berkaitan dengan massa yang keluar dan masuk, beberapa studi dalam hal pengaruh produksi (massa keluar) dan injeksi (massa masuk) seperti (Lippmann ett all, 1977) yang menganalisis respons reservoir terhadap injeksi dan produksi, menunjukkan bahwa injeksi akan sangat mempengaruhi naiknya tekanan reservoir, serta produksi dapat mengakibatkan penurunan tekanan.
Oleh sebab itu, tidak seimbangnya antara massa yang diproduksi dan mass
replacement pada reservoir, akan menyebabkan terjadi penurunan tekanan
reservoir serta laju produksi. Hal ini ditunjukkan oleh beberapa pengamatan seperti (Sanyal et al., 2000) atas pengamatannya terhadap lapangan geothermal The Geysers Amerika dari tahun 1980 hingga awal 1990, dan (Abbdillah, 2008) pada laporan penelitiannya mengenai “Evaluasi Penurunan Produksi Sumur di Lapangan Panas Bumi X”.
4.2.2 Distribusi Entalpi
Panas di dalam reservoir diperoleh secara kontinu dari proses konduksi panas dari dinding-dinding reservoir. Panas tebesar diterima melalui dinding reservoir horisontal bawah. Panas yang terus menerus diterima menyebabkan entalpi interior reservoir bertambah seiring dengan waktu. Distribusi entalpi untuk selang waktu tertentu, diperlihatkan pada gambar 4.11 hingga 4.18
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 Y(Meter) X(Meter) Entalpi (Kj/Kg) Gambar 4.11
Distribusi Entalpi Setelah t = 1 Tahun
Kenaikan nilai distribusi entalpi di setiap titik interior reservoir cukup signifikan. Delta perubahan entalpi untuk selang waktu satu tahun berkisar antara 16 Kj/Kg hingga 20 Kj/ Kg per tahunnya. Besarnya kenaikan ini terutama karena energi yang diterima dari dinding-dinding reservoir hingga 3000Kj/Kg untuk setiap detiknya. Nilai entalpi paling besar berada pada zona tengah reservoir. Tingginya entalpi pada daerah ini disebabkan tingginya panas yang diterima pada dinding bawah reservoir zona tengah.
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 1640 1660 1680 1700 Y(Meter) X(Meter) Entalpi (Kj/Kg) Gambar 4.12
Distribusi Entalpi Setelah 5 Tahun
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 1640 1660 1680 1700 1720 1740 1760 1780 1800 1820 Y(Meter) X(Meter) Entalpi (Kj/Kg) Gambar 4.13
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 1600 1620 1640 1660 1680 1700 1720 1740 1760 1780 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Y(Meter) X(Meter) Entalpi (Kj/Kg) Gambar 4.14
Distribusi Entalpi Setelah 20 Tahun
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 2140 2160 2180 2200 2220 2240 2260 2280 2300 2320 2340 2360 2380 2400 2420 2440 Y(Meter) X(Meter) Entalpi (Kj/Kg) Gambar 4.15
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 2280 2320 2360 2400 2440 2480 2520 2560 2600 2640 2680 2720 2760 2800 2840 2880 Y(Meter) X(Meter) Entalpi (Kj/Kg) Gambar 4.16
Distribusi Entalpi Setelah 60 Tahun
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 2600 2650 2700 2750 2800 2850 2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200 3250 3300 Y(Meter) X(Meter) Entalpi (Kj/Kg) Gambar 4.17
Distribusi Entalpi Zona Permeabel Vs Kedalaman dan Waktu -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Entalpi (Kj/Kg) K e da la m a n ( M e te r) h (t=0Tahun) h (t=1 Tahun) h(t=5 Tahun) h (t=10 Tahun) h (t=20 Tahun) h (t=40 Tahun) h (t=60 Tahun) h (t=80 Tahun) Gambar 4.18
Distribusi Entalpi Zona Permeabel (Zona Tengah) Vs Kedalaman dan Waktu
Jumlah massa fluida di dalam reservoir yang tetap dan temperatur awal yang berkisar antara 240 hingga 3000C (artinya entalpi awal sudah tinggi), serta dengan menerapkan nilai entalpi awal sebagai syarat batas reservoir menyebabkan pertambahan entalpi lebih cepat.
Pada kenyataannya, suplai energi panas dari batuan reservoir cukup besar dan tidak pernah berhenti. Namun demikian, entalpi reservoir dapat mengalami penurunan. Penurunan ini berkaitan dengan masuknya massa ke dalam reservoir karena injeksi. Injeksi air dingin yang berlebihan dapat mengakibatkan kenaikan tekanan reservoir, namun dapat menurunkan entalpi yang dikandung fluida reservoir. Di antara studi mengenai penurunan entalpi karena injeksi ditunjukkan oleh (Yuniar, 2007), dalam laporannya yaitu “Evaluasi Pengaruh Reinjeksi
Terhadap Penurunan Temperatur di Lapangan Panas Bumi Kamojang Berdasarkan Data Uji Tracer”.
4.2.3 Perubahan Kualitas Uap / Dryness
Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan kualitas uap/dryness (Grant, 1982) di antaranya adalah, naiknya temperatur fluida yang diikuti tetapnya tekanan reservoir, dan turunnya tekanan reservoir sehingga mengakibatkan temperatur saturasi menurun.
Pada pemodelan ini, tekanan reservoir kuasi statik terhadap perubahan waktu. Pertambahan entalpi reservoir pada pemodelan ini berbanding lurus dengan meningkatnya temperatur. Dengan kondisi seperti ini, maka dryness fluida akan meningkat pada waktu tertentu.
Perubahan Kualitas Uap di Zona Permeabel Vs Kedalaman dan Waktu
-1000 -800 -600 -400 -200 0 0 0.2 5 0.5 0.7 5 1 1.2 5 1.5 X (dryne ss(0-1)) K edal am an ( M et er ) X (t=1 Tahun) X(t=5 Tahun) X(t=10 Tahun) X(t=20 Tahun X(t= 40 Tahun) X(t= 60 Tahun) X(t= 80 Tahun) Gambar 4.19
Gambar 4.19 menunjukkan perubahan dryness/kualitas uap. Perubahan terjadi setelah selang waktu 40 Tahun. Pada selang waktu 1 hingga 20 tahun, dryness atau kualitas uap tidak mengalami perubahan. Hal ini disebabkan entalpi reservoir pada selang waktu tersebut masih kecil dibandingkan entalpi saturasi. Sedangkan pada selang waktu 80 tahun, entalpi reservoir telah menunjukkan kondisi superheated steam dimana dryness mendekati satu.
Kenaikan dryness yang cepat ini terutama dipengaruhi oleh kenaikan entalpi reservoir akibat suplai panas dari dinding-dinding reservoir yang besar, konstan serta kontinu.
