1 BAB I
PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Penelitian
Eksplorasi hidrokarbon memerlukan analisis geomekanika untuk menghindari berbagai masalah yang dapat mempengaruhi kestabilan sumur pemboran. Analisis geomekanika yang dilakukan terdiri dari analisis tegangan bawah permukaan dan overpressure. Ketidakstabilan sumur pemboran dapat menyebabkan banyak kerugian, misalnya biaya produksi menjadi lebih mahal. Menurut Zoback (2007) kehadiran overpressure akan mempengaruhi nilai tegangan bawah permukaan. Tegangan bawah permukaan akan terkonsentrasi di sekitar lubang pemboran ketika melakukan pemboran sumur. Keruntuhan sumur dapat terjadi ketika besar tegangan bawah permukaan melebihi kekuatan batuan (Bratli dan Risnes, 1981). Kehadiran overpressure berhubungan dengan kondisi geologi yang dikontrol oleh fasies batuan yang impermeable (Dickinson, 1953).
Tegangan bawah permukaan merupakan tegangan pada batuan di bawah permukaan yang terdiri dari tegangan vertikal akibat beban overburden (𝑆𝑣), tegangan horizontal maksimum (𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥), dan tegangan horizontal minimum (𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛) yang tegak lurus 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥 (Zoback, 2007). Regim sesar yang berkembang di
suatu daerah dapat ditentukan oleh besar tegangan bawah permukaan berdasarkan skema Anderson (1951). Overpressure merupakan suatu keadaan dimana tekanan fluida dalam batuan (tekanan pori) melebihi tekanan normal yang terjadi pada pori-pori batuan yang tertekan (Dickinson, 1953). Zona overpressure di suatu daerah dapat ditentukan dengan menggunakan metode Eaton (1975), sedangkan
2 mekanisme overpressure dapat ditentukan berdasarkan perubahan besar tegangan efektif menurut prinsip Terzaghi (1925) dan crossplot log sonik – log densitas. Eaton (1975) menentukan besar tegangan efektif untuk analisis overpressure di Lapangan Gulf, Meksiko. Ramdhan (2010) menganalisis overpressure di Cekungan Kutai bagian bawah menggunakan metode Eaton (1975). Menurut Peska dan Zoback (1995), analisis tegangan bawah permukaan dapat digunakan untuk memberikan rekomendasi keamanan arah pemboran. Menurut Moos dan Peska (2003), analisis overpressure dapat digunakan untuk memberikan rekomendasi berat lumpur pemboran dan desain casing pemboran yang aman. Kedua hal tersebut sangat penting untuk ditentukan agar pemboran sumur tetap dalam keadaan stabil.
PT. PERTAMINA ASSET 3 merupakan salah satu perusahaan negara yang melakukan eksplorasi hidrokarbon di Lapangan ‘SA’, Cekungan Jawa Barat Utara. Penentuan berat lumpur pemboran serta desain casing pada 17 sumur yang telah dibor di Lapangan ‘SA’ sebelumnya hanya menggunakan acuan sumur referensi dan berdasarkan formasi batuan yang akan dibor. Analisis tegangan bawah permukaan dan overpressure untuk memberikan rekomendasi keamanan pemboran, berat lumpur pemboran dan desain casing belum pernah dilakukan sebelumnya di Lapangan ‘SA’. Analisis tersebut perlu dilakukan untuk dapat digunakan sebagai rekomendasi keamanan pemboran pada sumur-sumur rencana di Lapangan ‘SA’, Cekungan Jawa Barat Utara.
I.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, rumusan masalah yang akan dijawab dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
3 1. Berapa besar dan arah tegangan bawah permukaan (𝑆𝑣, 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥, 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛) untuk memberikan rekomendasi keamanan arah pemboran pada sumur-sumur rencana di Lapangan “SA”, Cekungan Jawa Barat Utara?
2. Bagaimana menentukan zona overpressure dan mekanismenya untuk memberikan rekomendasi berat lumpur pemboran dan desain casing pada sumur-sumur rencana di Lapangan ‘SA’, Cekungan Jawa Barat Utara?
I.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk:
1. Menentukan besar dan arah tegangan bawah permukaan (𝑆𝑣, 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥, 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛) untuk memberikan rekomendasi keamanan arah pemboran pada sumur-sumur rencana di Lapangan “SA”, Cekungan Jawa Barat Utara.
2. Menentukan zona overpressure dan mekanismenya untuk memberikan rekomendasi berat lumpur pemboran dan desain casing pada sumur-sumur rencana di Lapangan ‘SA’, Cekungan Jawa Barat Utara.
I.4. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat digunakan untuk menentukan kestabilan sumur pemboran di Lapangan ‘SA’, Cekungan Jawa Barat Utara dan sekitarnya.
I.5. Lokasi Penelitian
Daerah penelitian terletak di Lapangan ‘SA’, bagian dari Cekungan Jawa Barat Utara (Gambar 1.1). Koordinat daerah penelitian tidak ditampilkan dalam Gambar 1.1 untuk menjamin kerahasiaan data perusahaan.
4 Gambar 1. 1. Peta indeks daerah penelitian
5 I.6. Batasan Penelitian
Penelitian ini akan membahas dua parameter penting geomekanika yaitu analisis tegangan bawah permukaan (besar dan arah) dan analisis overpressure (zona dan mekanisme) untuk kestabilan sumur pemboran dengan memberikan rekomendasi keamanan arah pemboran, berat lumpur pemboran dan desain casing. Tegangan yang ada di bawah permukaan meliputi tegangan vertikal (𝑆𝑣), tegangan horizontal minimum (𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛) dan tegangan horizontal maksimum (𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥). Tegangan bawah permukaan dan overpressure dapat ditentukan menggunakan data sekunder. Data sekunder berupa log sumur (densitas, gamma ray, sonik), MDT, seismik, core, mudlog, drilling, peta geologi regional dan hasil penelitian sebelumnya.
Tegangan vertikal bawah permukaan ditentukan menggunakan persamaan yang diusulkan oleh Jaeger dan Cook (1971) dan menggunakan data log densitas terhadap kedalaman. Besar tegangan horizontal minimum ditentukan menggunakan metode modifikasi Eaton (1969) dan menggunakan data log sonik, log gamma ray, tegangan overburden, tekanan pori, dan rasio Poisson. Tegangan horizontal maksimum dihitung dengan persamaan yang diusulkan oleh Peska dan Zoback (1995) dan menggunakan data besar tegangan horizontal minimum, tekanan pori, tekanan lumpur, dan tensile strength. Orientasi 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥 dan 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛 dapat ditentukan berdasarkan interpretasi gaya pembentuk sesar pada penampang seismik dan kondisi struktur geologi regional. Kehadiran overpressure dapat diprediksi dengan menentukan besar tekanan pori terhadap tekanan hidrostatik pada litologi yang bersifat impermeable (batuserpih, batupasir terisolasi). Tekanan pori dapat
6 ditentukan dengan menggunakan metode modifikasi Eaton (1995) dan menggunakan data log sonik, log gamma ray, dan gradien overburden. Mekanisme
overpressure dapat ditentukan berdasarkan prinsip Terzaghi (1925) . Mekanisme overpressure juga dapat ditentukan berdasarkan plot data log sonik terhadap log
densitas dengan melihat tren garis smectite dan illite (Dutta, 2000). Analisis XRD dan SEM pada data core sumur SA-15 kedalaman 2412.5 – 2421.5 m (Formasi Talang Akar) dapat digunakan untuk melihat kandungan mineral lempung. Data
drilling digunakan untuk mengetahui masalah pemboran (lost circulation, kick, stuck pipe) serta diameter dan kedalaman casing pada 17 sumur yang telah dibor.
Data mudlog digunakan untuk mengetahui berat lumpur pemboran dan indikasi adanya hidrokarbon (oil/gas show) pada 17 sumur yang telah dibor.
I.7. Peneliti Terdahulu
Beberapa penelitian telah dilakukan untuk menentukan tegangan bawah permukaan dan memprediksi overpressure di lapangan minyak dan gas. Beberapa penelitian juga telah dilakukan untuk menentukan kondisi geologi Cekungan Jawa Barat Utara termasuk daerah penelitian. Berikut akan dijelaskan secara singkat hasil penelitian dari beberapa peneliti terdahulu yang berkaitan dengan metodologi dan kondisi geologi daerah penelitian.
1. Dickinson (1952) meneliti zona tekanan tinggi di daerah Gulf Coast, Lusiana. Overpressure terjadi pada reservoir batupasir yang terisolasi diantara batuserpih karena lenses atau faulting. Mekanisme penyebab
overpressure adalah kompaksi batuserpih akibat tegangan overburden
7 2. Addis et al. (1993) menganalisis besar dan arah principal stress yaitu tegangan vertikal (𝑆𝑣), tegangan horizontal minimum (𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛) dan tegangan
horizontal maksimum (𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥) di Lapangan Cusiana, Colombia untuk
kestabilan sumur pemboran. Melalui simulasi komputer BP, Lapangan Cusiana memiliki besar 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥 > 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛 > 𝑆𝑣 saat kompresi, sedangkan saat tidak terjadi kompresi nilai 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥 > 𝑆𝑣 > 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛. Observasi breakout
digunakan untuk menentukan orientasi 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛. Besar 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥 ditentukan dengan metode LOT (leak-off test). Besar 𝑆𝑣 ditentukan dari log densitas. Lapangan Cusiana memiliki nilai 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥 = 19,84 lbm/gal, 𝑆𝑣 = 20,2 lbm/gal, sehingga nilai 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥 > 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛 ≈ 𝑆𝑣. Berdasarkan hasil tersebut, kemudian dibuat log stabilitas sumur pemboran (log caliper,parameter elastisitas, mudweight, interpretasi volumetrik) sampai kedalaman 4000 ft. Masalah pemboran dapat dihindari ketika besar 2 tegangan yang tegak lurus arah pemboran memiliki besar yang tidak berbeda jauh. Prognosis kemanan pemboran di Lapangan Cusiana menunjukkan bahwa pemboran searah 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛 (Timur Laut – Barat Daya), 𝑆ℎ𝑚𝑎𝑥 (Barat Laut – Tenggara) dan 𝑆𝑣
adalah stabil, karena besar 𝑆ℎ𝑚𝑖𝑛 mendekati besar 𝑆𝑣.
3. Remington et al., (1985), meneliti stratigrafi regional Cekungan Jawa Barat Utara yang terdiri dari beberapa formasi dari tua ke muda yaitu Batuan dasar, Formasi Jatibarang, Formasi Talang Akar, Formasi Baturaja, Formasi Cibulakan, Formasi Parigi, dan Formasi Cisubuh. Setiap formasi memiliki karakteristik batuan yang berbeda-beda.
8 4. Bishop (2000) meneliti tentang petroleum system di Cekungan Jawa Barat Utara. Source rock penghasil minyak dan gas di daerah onshore dan
offshore Cekungan Jawa Barat Utara adalah batuserpih lakustrin fase synrift
yang terbentuk pada umur Eosen-Oligosen, late-rift batubara, dan coaly
shales yang berumur Oligosen-Miosen. Hidrokarbon tersebut terperangkap
dalam antiklin dan sesar pada reservoir batupasir dan batuan karbonat. 5. Ramdhan (2010) mempelajari overpressure di Cekungan Kutai bagian
bawah yaitu daerah shelfal dan daratan. Prediksi overpressure ditentukan dengan menggunakan data suhu, log, tingkat kematangan hidrokarbon, isotop air, data tekanan RFT/MDT, horison stratigrafi dan struktural. Ramdhan (2010) menyatakan bahwa top overpressure dimulai pada kedalaman dimana gas mulai terbentuk pada salah satu sumur, sehingga Ramdhan (2010) menyimpulkan bahwa mekanisme utama terjadinya
overpressure di Cekungan Kutai adalah mekanisme non-pembebanan.
Mekanisme ini dibantu oleh diagenesis mineral lempung yaitu ilitisasi smektit, ilitisasi kaolinit dan pelarutan-pengendapan kuarsa.
6. Satti et al. (2015) menganalisis overpressure pada sebuah lapangan di barat daya Cekungan Malaya. Mekanisme overpressure dianalisis menggunakan data log dan ditentukan melalui profil tekanan pori dan crossplot sonic
velocity/ vertical effective stress dan velocity/ density. Crossplot 10 sumur
menunjukkan bahwa overpressure terbentuk oleh mekanisme primer (disequilibrium compaction) dan sekunder (fluid-expansion). Metode Eaton (1972) digunakan dengan eksponen 3 untuk memprediksi mekanisme
9
disequilibrium compaction dan eksponen 5 untuk prediksi mekanisme fluid-expansion. Metode Bowers (1995) dengan parameter unloading (U) 6
digunakan untuk memprediksi zona overpressure yang tinggi pada semua sumur.
I.8. Keaslian Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan peneliti terdahulu, maka penelitian mengenai analisis tegangan bawah permukaan dan overpressure untuk kestabilan sumur pemboran pada 17 sumur lama yang sudah dieksplorasi di Lapangan ‘SA’, Cekungan Jawa Barat Utara belum pernah dilakukan. Pemboran sumur baru pada Lapangan ‘SA’ membutuhkan analisis tegangan bawah permukaan dan
overpressure untuk keamanan pemboran. Penelitian yang pernah dilakukan di
Lapangan ‘SA’, Cekungan Jawa Barat Utara dalam melakukan pemboran 17 sumur eksplorasi tersebut adalah penentuan berat lumpur pemboran serta desain casing dengan menggunakan sumur referensi sebagai acuan dan berdasarkan jenis formasi yang akan dibor. Setiap pergantian trayek pemboran dilakukan pergantian desain
casing dan berat lumpur pemboran karena perbedaan karakteristik litologi,
sedangkan kehadiran overpressure dan tegangan bawah permukaan belum diperhatikan. Analisis mengenai overpressure dan tegangan bawah permukaan penting dilakukan untuk pemboran sumur baru di daerah penelitian mengingat fenomena tersebut selalu hadir di bawah permukaan yang kehadirannya dapat mempengaruhi kestabilan sumur pemboran.
