BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Pemanfaatan sumber daya air untuk berbagai keperluan di satu pihak terus meningkat dari tahun ke tahun, sebagai dampak pertumbuhan penduduk dan pengembangan aktivitasnya. Di lain pihak ketersediaan sumber daya air semakin terbatas bahkan cenderung semakin langka, terutama akibat penurunan kualitas lingkungan dan penurunan kualitas air akibat pencemaran. Secara umum sumberdaya air yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber air baku terdiri dari air permukaan seperti air sungai, danau, rawa, kolam dan lain-lain, air tanah, dan air olahan. Dalam kenyataannya masing-masing sumberdaya air mempunyai nilai kemanfaatan utama yang berlainan.
Air tanah sebagai salah satu sumber air baku paling banyak dimanfaatkan oleh penduduk, baik di desa maupun perkotaan untuk memenuhi kebutuhan air sehari-hari. Dibandingkan dengan sumber air yang lain, air tanah memiliki beberapa kelebihan diantaranya mudah memperolehnya, umumnya air dalam kondisi baik karena telah mengalami penyaringan oleh batuan pembawanya, dan sebarannya luas tergantung pelamparan akuifernya.
Namun demikian pada beberapa daerah, akuifer dangkal (akuifer bebas) yang dapat diekploitasi dengan sumur gali tidak dijumpai atau dijumpai sangat terbatas sehingga sumur menjadi kering pada musim kemarau. Dalam kondisi demikian maka dilakukan pemboran sumur dalam hingga mencapai akuifer dalam (akuifer tertekan) untuk mendapatkan air tanah tersebut. Dalam hal ekploitasi air tanah dengan sumur bor dalam, keadaanya menjadi lebih rumit dengan biaya yang jauh lebih mahal. Dibandingkan dengan pembuatan sumur gali.
(water loose), penyumbatan saringan (clogging) setelah konstruksi sehingga aliran air tanah dari akuifer ke dalam sumur terganggu, bocornya pipa sumur sehingga air permukaan masuk kedalam sumur dan lain-lain.
Sehubungan dengan hal tersebut diatas, maka dalam pelaksanaan pembuatan sumur detail konstruksi sumur yang baik menjadi sangat penting untuk menjaga keberlangsungan pemanfaatan sumur yang bersangkutan.
Pengetahuan dasar tentang pelaksanaan pemboran air tanah sangatlah penting, maka dari itu dengan mengetahui tahapan-tahapan pemboran air tanah sangatlah membantu.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas, dapat dibuat rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana tahapan Pemboran Air Tanah dari awal hingga akhir?
1.3 Tujuan Penulisan
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Air Tanah
Air tanah adalah air yang berada di bawah permukaan tanah didalam mintakat jenuh(saturation Zone) dengan tekanan hidrostatis sama atau lebih besar dari tekanan atmosfer. Kondisi air tanah dipengaruhi oleh iklim, kondisi geologi, geomorfologi dan penutup lahan serta aktivitas manusia.
Kondisi air tanah dapat diketahui dari kondisi akuifer. Akuifer adalah suatu lapisan batuan atau formasi geologi yang mempunyai struktur yang memungkinkan air untuk masuk dan bergerak melaluinya dalam kondisi normal (Tood, 1980)
Menurut Suharyadi sebagian air tanah berasal dari air permukaan yang meresap masuk kedalam tanah dan membentuk suatu siklus hidrologi. Air tanah (ground water) air yang terdapat pada suatu lapisan batuan yang menyimpan dan meloloskan air yang disebut akuifer. Air tanah dapat dibedakan kedalam dua jenis yaitu air tanah bebas dan air tanah dalam. (Bakri, 2003).
Selain itu dikenal pula air tanah magnetik (Vulkanik) yang mempunyai kedalaman sekitar 3-5 kilometer, air kosmik yang berasal dari meteorit, serta fosil atau connate yakni air yang terperangkap dalam suatu cekungan dimana proses terjadinya bersamaan dengan proses terjadinya proses sedimenasi yang berlangsung secara alami dalam waktu pembentukan yang cukup lama. Air tanah merupakan salah satu komponen dari suatu sistem peredaran air di alam yang disebut siklus hidrologi. Siklus hidrologi sendiri adalah suatu proses sikulasi dan perubahan bentuk dari air dialam yang berlangsung secara terus menerus, baik air yang berada di laut, di atmosfer maupun yang berada di daratan.
Sebagian air hujan yang tidak meresap ke dalam tanah/batuan menjadi air limpasan yang selanjutnya mengisi danau, sungai, laut dan tubuh air permukaan lainnya. Sedangkan sebagian air yang berada di dalam tanah pada bagian atas maupun tubuh air permukaan dan tumbuhan akan menguap kembali sebagai evapotraspirasi.
Pada proses sirkulasi air tersebut, volume air tanah di dalam zona penyimpanan akan selalu berubah, karena terjadinya proses pengikisan kembali (recharge) dan pengeluaran kembali (discharge). Pengisian kembali air tanah berasal dari peresapan air hujan, tubuh air permukaan dan disamping itu dikenal pula pengisian air tanah secara buatan. Besar volume pengisian kembali akan tergantung pada luasan daerah pengisian.
Pengeluaran kembali terjadi apabila air tanah mengalir keluar dari zona penyimpanan seperti rembesan, mata air, dan pemompaan air tanah. Pemompaan atau pemanfaatan air tanah untuk berbagai keperluan baik keperluan rumah tangga, industri, pertanian, perikanan dan lain-lainnya menjadi sangat penting oleh karena itu pemenuhan kebutuhan dari sumber air permukaan sifatnya masih relatif terbatas. Namun hingga saat ini air tanah untuk keperluan rumah tangga masih lebih besar dibanding pemakai air lainnya.
2.2 Peralatan dan Fungsi 1. Mesin bor
Mesin bor merupakan komponen yang digerakkan oleh kompressor sebagai sumber energi pada saat pemboran dilaksanakan. Mesin bor berfungsi sebagai penggerak pipa kemudian di transfer ke mata bor, mesin bor juga berfungsi sebagai tempat melekatnya pipa pada bagian atas pipa.
Beberapa hal penting yang harus diperhatikan dan dipertimbangkan dalam pemilihan mesin bor yang digunakan, diantaranya meliputi:
Tipe/ model mesin bor
Diameter lubang
Sliding stroke
Power unit
Kemampuan rotasi/ tumbuk per satuan waktu
Hoisting capacity (kapasitas)
Dimensi (panjang x lebar x tinggi)
2. Pompa atau kompresor
Kompressor merupakan serangkaian alat yang berfungsi sebagai sunber energi untuk menggerakkan mesin bor sehinga terlaksananya pemboran. Pada tahap pemboran lumpur dan kompresor berfungsi sebagai sumber tenaga untuk mensirkulasikan fluida bor. Jika fluida bor yang digunakan adalah lumpur, maka sebagai sumber tenaga adalah pompa lumpur, dan jika fluida bor yang digunakan adalah udara maka sumber tenaganya adalah kompresor
Beberapa hal penting yang perlu diperhatikan pada pompa diantaranya adalah:
1. Tipe acting piston
2. Diameter piston
3. Power 4. Dimensi
5. Berat
6. Volume/ pressure 7. Working pressure
Adapun hal – hal yang penting diperhatikan pada kompresor adalah:
1. Tekanan udara yang dihasilkan
3. Stang bor
Stang bor merupakan pipa yang terbuat dari baja, dimana bagian pipa ujung – ujungnya terdapat ulir, dimana fungsinya sebagai penghubung antara dua buah stang bor. Dalam kegiatan pemboran, stang bor berfungsi sebagai:
1. Menstranmisikan putaran, tekanan, dan tumbukan yang dihasilkan oleh mesin bor menuju mata bor.
2. jalan keluar – masuknya fluida bor. Panjang stang bor yang umum digunakan dalam operasi pemboran adalah 10 ft (3m) dan 30 ft (9m), tetapi hal ini bisa berubah tergantung dengan tujuan dan efisiensi pemboran.
Kriteria yang harus diperhatiakan dalam pemilihan ukuran, meliputi:
a. Tujuan pemboran
b. Kedalaman pemboran
c. Kekerasan batuan
d. Metode sirkulasi fluida
e. Diameter lubang bor
Adapun rangkaian stang bor yang digunakan dalam operasi pemboran tergantung dari mekanisme pemboran yang diterapkan. Rangkaian Stang Bor pada Mesin Bor Putar. Rangkaian stang bor pada pemboran putar hampir semuanya sama seperti pada penyambungan pipa air. Stang bor yang dipakai pada pemboran mempuyai banyak ukuran, hal ini berkaitan dengan diameter luar, diameter dalam , jenis ulir dan sebagainya. Setiap pabrik biasanya memiliki klasifikasi yang berbeda.
4. Pipa casing
5. Mata bor (Bit)
Mata bor merupakan salah satu komponen dalam pemboran yang digunakan khususnya sebagai alat pembuat lubang (hole making tool). Jenis/ tipe dari bit (mata bor) I. Roller Cone Bit
Jenis mata bor ini pertama kali diperkenalkan pada dunia perminyakan adalah tahun 1909. Kemudian secara berangsur-angsur pemakaian jenis mata bor ini semakin meningkat, terutama sekali untuk membor lapisan formasi yang keras.
Pada tahun 1930 diperkenalkan “three cone rock bit” yang sudah mendapatbanyak perbaikan. Perbaikan itu meliputi bearing yang langsung dilumasi oleh drilling fluid, cutter dirancang sesuai menurut lapisan tanah yang akan dibor, mengurangi problem bit stuck, dll.
Jenis mata bor ini sangat luas digunakan dalam pengeboran sumur minyak (walaupun juga digunakan pada pengeboran lain sep: pertambangan, sipil ).Roller Cone Bit bekerja dengan memutar kerucut mata bornya pada sumbu.
Tipe dari roller cone bit antara lain:
1. Two-Cone (Dua Kerucut) à Milled Only.
Terbuat dari baja yang di-mill (giling), penggunaan mata bor jenis ini sangat terbatas hanya untuk batuan formasi yang lunak.
Jenis ini memiliki 2 mata bor yang dipasang sejajar dan berputar seperti roda didalam lubang sumur ketika bit berputar, karena itu bit ini penggunaannya sangat terbatas hanya untuk lapisan batuan formasi yang relatif lunak.
Gambar 2.1.1: Three Cone Bit
Bit jenis ini paling banyak digunakan, terbuat dari milled ataupun dari tungsten carbide insert.Untuk bit jenis ini yang berbahan dasar milled dan digunakan untuk membor formasi yang relatif keras maka dibuat dengan proses khusus dan pemanasan (heat treating).
Sedang yang menggunakan bahan dasar tungsten carbide insert dibuat dari tungsten carbide yang kemudian ditekan dalam mesin yang mempunyai lubang berbentuk cone (kerucut). Bit jenis ini juga dirancang untuk formasi lunak, sedang dan keras.
Jika dibandingkan dengan steel-tooth bit, maka tungsten carbide insert bit mempunyai daya tahan dan kemampuan yang lebih baik dalam membor sumur minyak.
Salah satu inovasi dari tungsten carbide insert bit adalah adanya perubahan pada sealed bearing yang memungkinkan untuk berputar hingga 180 rpm, bandingkan dengan kemampuan rotasi yang lama yang hanya 4 rpm!
Untuk membor formasi yang lunak digunakan tungsten carbide yang bergigi panjang dan ujungnya berbentuk pahat (chisel-shape end), sedangkan untuk formasi yang lebih keras digunakan tungsten carbide yang bergigi pendek dan ujungnya berbentuk hemispherical (biasanya disebut button bit).
II. Four-Cone (empat kerucut)
II. Diamond Bit
Gambar 2.1.2: Diamond Bit
Bit ini adalah bit yang paling mahal harganya karena memasang butir-butir intan sebagai pengeruk pada matrik besi atau carbide dan tidak memiliki bagian yang bergerak. Mata bor ini digunakan untuk formasi yang keras dan abrasive yang tidak dapat lagi dilakukan oleh rock bit. Dan diamond bit ini digunakan ketika rate pengeboran sebelumnya kurang dari 10 ft per jam. Namun, diamond bit juga umum digunakan untuk coring dimana menghasilkan core yang lebih baik terutama pada formasi limestone, dolomite dan sandstone yang keras.
Walaupun memiliki harga yang sangat mahal, diamond bit tetap masih memiliki keunggulan dari segi ekonomis dan masih menguntungkan. Mata bor ini memiliki daya tahan yang paling lama dari mata bor yang lain, maka memberikan keuntungan lebih pada operasi drilling. Ia memerlukan round trip yang lebih sedikit (footage lebih besar) untuk penggantian mata bor dan mampu membor lubang sumur lebih banyak. Untuk menjaga agar mata bor ini tetap bisa digunakan secara maksimum, maka lubang bor harus betul-betul bersih dari junk.
Salah satu kelemahan disamping harganya yang mahal, mata bor ini juga memiliki ROP yang kecil.
Sebab dipilihnya intan sebagai mata bor karena intan dikenal sebagai mineral yang paling keras (memiliki nilai 10 dalan klasifikasi kekerasan mineral Mohs). Disamping itu konduktifitas thermal dari intan juga paling tinggi daripada mineral lain yang memungkinkan untuk menghilangkan panas yang timbul dengan cepat.
Untuk diamond bit yang digunakan untuk keperluan coring, di bagian tengahnya memiliki lubang dengan ukuran berdasarkan ukuran coring yang akan diambil.
III. Polycrystalline Diamond Compact (PDC)
Gambar 2.1.3: PDC Bit
Bit Jenis mata bor ini merupakan pengembangan (generasi baru) dari jenis drag bit atau fishtail. Drag bit (fish tail) itu sendiri adalah jenis mata bor yang mempunyai pisau pemotong yang mirip ekor ikan, dan tidak memiliki bagian yang bergerak. Pemboran dilakukan dengan cara mengeruk dan bergantung dari beban, putaran serta kekuatan dari pisau pemotongnya. Pisau pemotong ini bisa berjumlah 2, 3 atau 4 dan terbuat dari alloy steel yang umumnya diperkuat oleh tungsten carbide.
Keuntungan jenis drag bit: · ROP yang tinggi
· Umur yang panjang dalam formasi soft Kerugiannya:
· Memberikan torque yang tinggi
· Cenderung membuat lubang yang berbelok
· Pada formasi shale sering terjadi balling (dilapisi padatan)
Yaitu bit yang salah satu nozzle-nya lebih besar dari yang lain, dan umumnya digunakan pada formasi lunak. Pada saat pembelokan, drill string tidak diputar hingga memberikan semburan lumpur yang tidak merata dan mengakibatkan lubang membelok ke arah ukuran nozzle dengan tekanan jet yang lebih keras.
2. Spud bit
Bit berbentuk baji, tanpa roller dan punya satu nozzle. Bit ini dioperasikan dengan memberikan tekanan tinggi pada mud hingga menimbulkan tenaga jet ditambah dengan tenaga tumbukan. Setelah lubang dibelokkan sedalam 15-20 meter dari lubang awal, barulah diganti dengan bit semula.
Spud bit hanya digunakan pada formasi lunak (sand dan shale yang lunak à medium) 3. Jet Deflector Bit
Bit yang memiliki ujung penyemprot yang besar yang dapat mengarahkan fluida pemboran ke satu arah
Kembali ke PDC bit, jenis ini didesain untuk menghancurkan formasi batuan dengan tenaga shear bukan dengan tenaga kompresi hingga berat dari bit yang digunakan akan semakin berkurang hingga beban yang diterima oleh rig dan drill string juga berkurang. PDC bit juga dikenal dengan ‘STRATAPAX BIT’
Gambar 2.1.4: Three Cone Bit
Secara singkat three-cone bit terdiri dari tiga buah kerucut yang berukuran sama dan tiga buah kaki yang identik. Tiap kerucut (cone) terletak diatas bearing. Ketiga kaki tersebut dilas dan membentuk bagian silinder (cylindrical section) yang diberikan ulir untuk dihubungkan dengan drill string. Tiap kaki memiliki lubang (nozzle) yang akan mengalirkan lumpur pemboran bertekanan tinggi yang berguna untuk pembersihan lubang.
Faktor yang mempengaruhi pembuatan roller bit meliputi tipe dan kekerasan dari formasi serta ukuran lubang yang akan dibor. Kekerasan formasi akan menentukan sekali terhadap pemilihan tipe dan bahan dari material yang digunakan sebagai cutting elements pada mata bor.
6. Rig
2.3 Tahapan Pemboran Air Tanah
5. Tahap pembesaran lubang bor (reaming hole) 6. Tahap konstruksi sumur
7. Tahap konstruksi pipa casing dan saringan (screen) 8. Tahap penyetoran kerikil pembalut (gravel pack) 9. Tahap pencucian dan pembersihan (well development) 10. Tahap uji pemompaan (pumping test)
11. Tahap finishing
2.3.1. Tahap Perencanaan Lokasi
Awal dari pekerjaan pemboran air tanah adalah perencanaan lokasi pemboran. Pada perencanaan Lokasi dilakukan eksplorasi air tanah yang didasarkan kepada:
1) Penyebaran Air Tanah.
2) Sifat Batuan terhadap Air Tanah. 3) Karakteristik Akuifer.
4) Sifat fisik (listrik) Batuan.
5) Penerapan Geofisika dalam Eksplorasi air tanah.
2.3.1.1 Penyebaran Air Tanah
Pada zona tidak jenuh air berpori-pori terisi oleh air dan sebagian lagi terisi sebagai air tanah. Air yang terdapat pada zona ini tidak termasuk dalam klasifikasi air tanah. Sebaliknya pada zona jenuh air semua pori-pori terisi oleh air dan air yang berada pada zona inilah yang disebut sebagai air tanah. Batas kedua zona tersebut adalah suatu bidang yang disebut sebagai muka air tanah (water tabel).
Keterpadatan air tanah pada suatu daerah ditentukan oleh beberapa faktor yaitu iklim/musim (banyak hujan dan evapotraspirasi) kedalam tanah, air tanah tersebut disebut air meteorik. Selain air meteoric ada air lain yaitu air JuvenileWateryang dapat diklasifikasikan menurut asalnya yaitu magnetic water, volkanik water yang biasanya panas atau hangat dan mempunyai kandungan sukfur yang tinggi dan cosmic berasal dari ruang angkasa bersama dengan meteorit.
Rejuvenate water adalah air yang berasal dari proses geologi seperti kompaksi, metamorfosa dan sedimenasi ada dua jenis yaitu Metamorf water dan Connate water. Connate water adalah air yang terperangkap dalam endapan sewaktu terjadi proses pengendapan (air biasanya payau sampai asin), (Suyono, 1995).
2.3.1.2. Sifat Batuan Terhadap Air Tanah
a. Akuifer adalah lapisan batuan yang mempunyai susunan sedemikian rupa sehingga dapat meyimpan dan mengalirkan air tanah yang cukup berarti seperti batu pasir, dan batugamping
b. Akuiklud adalah lapisan batuan yang dapat meyimpan air akan tetapi tidak dapat mengalirkan air tanah dalam jumlah yang cukup berarti seperti lempung, shale, tuf halus
c. Akuitar adalah lapisan batuan yang dapat menyimpan air tetapi hanya dapat mengalirkan air tanah dalam jumlah yang sangat terbatas seperti basal scoria, serpih, napal, dan batulempung
d. Akuiflug adalah lapisan batuan yang tidak dapat menyimpan dan mengalirkan air tanah seperti batuan beku dan batuan metamorf dan kalaupun ada air pada lapisan batuan tersebut hanya terdapat pada kekar atau rekahan batuan saja.
Apabila ditinjau dari sifat dan stratigrafi batuan di alam maka lapisan akuifer dapat dibedakan, antara lain :
a. Unconfined akuifer (Akuifer bebas) adalah suatu akuifer dimana muka air tanah merupakan bidang batas sebelah atas dari zona jenuh air. Air tanah yang terdapat pada lapisan akuifer ini disebut air tanah tidak tertekan dimana muka air tanahnya disebut muka air tanah pheartik
b. Confined akuifer (akuifer tertekan) adalah suatu akuifer dimana air tanahnya terletak dibawah lapisan kedap air dan mempunyai tekanan lebih besar dari pada tekanan atmosfer. Air tanah ini dibatasi oleh lapisan kedap air pada bagian atas maupun bagian bawahnya. Muka air tanah artesis oleh karena dilakukan pemboran maka muka air tanah akan bergerak naik ke atas mendekati permukaan tanah atau memancar sampai pada keadaan tertentu. c. Leakage akuifer (semi confined akuifer) adalah suatu lapisan akuifer
dimana air tanahnya terletak pada suatu lapisan yang bersifat setengah kedap air dan posisi batuan akuifernya terletak antara akuifer bebas dan akuifer tertekan
2.3.1.3. Karakteristik Air Tanah
Sifat dan karakteristik akuifer memegang peranan penting dalam hal keterpadatan serta dalam upaya untuk memanfaatkan sumberdaya air tanah tersebut . sifat dan karakteristik akuifer sebagai berikut:
1. Porositas
Porositas merupakan semua lubang yang tidak terbatas ukurannya pada suatu massa batuan yang kemungkinannya bisa terisi oleh air. Besaran porositas dinyatakan sebagai rasio atau perbandingan antara seluruh lubang (pori-pori batuan) dengan isi total batuan dalam persen. Kapasitas lapisan pembawa air untuk menyimpan air tanah ditentukan oleh porositas batuannya. Sedangkan besarnya pori-pori batuan tergantung dari ukuran bentuk dan susunan fragmen batuan serta tingkat pelarutan maupun retakan batuan.
2. Konduktifitas Hidrolik
Konduktifitas Hidrolik disebut juga sebagai permeabilitas (K=T/D) adalah besarnya aliran air yang dapat disalurkan melewati satu satuan penampang akuifer tegak lurus terhadap arah aliran air dalam satu satuan landaian hidrolika. Dalam ilmu teknik terapan permeabilitas adalah merupakan unit kecepatan dari kemampuan lapisan batuan untuk meloloskan air. Dengan kata lain bahwa permeabilitas adalah parameter hidrolika yang menyatakan ukuran jumlah air yang dapat diteruskan oleh media porous persatuan luas penampang. Konduktivitas hidrolika dipengaruhi oleh porositas, ukuran butir dan distribusinya. Satuannya dinyatakan dalam cm3/detik atau m3/hari.
3. Koefisien keterusan (Transmisivity = T)
Transmisivity adalah banyak air yang dapat mengalir melalui suatu lubang vertikal akuifernya dan selebar satu unit panjang dengan landaian hidrolika satu unit dimana satuannya adalah m2/jam atau m2/hari. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut T = K. D. pemompaan air tanah dari akuifer yang mempunyai nilai T besar menyebabkan sifat depresi air tanah dangkal tetapi rediusnya luas sedangkan sebaliknya apabila T kecil maka depresi air tanah relative lebih dalam namun radiusnya sempit.
Storativity adalah volum air yang dapat disimpan atau dapat dilepaskan oleh suatu akuifer setiap satu satuan luas akuifer pada satu satuan perubahan kedudukan muka air tanah atau bidang piezometrik. Nilai kisaran Storativity antara 10-5 10-3. nilai S pada akuifer bebas berbeda dengan nilai pada akuifer tertekan sedangkan pada leakage aquifertidak mempunyai dimensi. Pada akuifer bebas batasan hasil jenis (Specific yield) sama dengan koefisien simpanan.
5. Hasil Jenis
Hasil jenis merupakan koefisien daya simpan air pada akuifer bebas yang mempunyai nilai berkisar anatara 10-1 sampai dengan 10-2 dirumuskan menjadi batas atas dan bawah dari suatu lapisan batuan yang mengandung air tanah. Ketebalan akuifer dapat ditentukan dari berbagai pengamatan geologi serta penelitian geofisika atau dengan kegiatan pengeboran.
2.3.1.4. Sifat Fisik (Listrik) Batuan
Aliran konduksi arus listrik didalam batuan/mineral digolongkan atas tiga macam yaitu konduksi dielektrik, konduksi elektrolik dan konduksi elektronik. Konduksi dielektrik terjadi jika batuan/mineral bersifat dielektrik terhadap aliran arus listrik (terjadi polarisasi muatan saat bahan dialiri listrik). Konduksi elektrolik terjadi jika batuan/mineral bersifat porous dan pori-pori tersebut terisi cairan-cairan elektrolik. Pada kondisi ini arus listrik dibawa oleh ion-ion elektronik terjadi jika batuan/mineral mempunyai banyak elektron bebas sehingga arus listrik dialirikan dalam batuan/mineral oleh elektron bebas (Semester Break, 2003).
Konduktor baik : 10-6 < p < Ώ m Konduktor buruk : 1 < p < 107 Ώ m Isolator : p > 107 Ώ m
2.3.1.5. Penerapan Geofisika dalam Eksplorasi air tanah
Dalam eksplorasi geofisika, metode geolistrik tahanan jenis merupakan metode geolistrik yang mempelajari sifat resistivitas (tahanan jenis) listrik dari lapisan batuan didalam bumi. Sebetulnya terdapat banyak metode eksplorasi geofisika yang menggunakan sifat tahanan sebagai media/alat untuk mempelajari keadaan geologi bawah permukaan.
Dalam metode –metode geolistrik tahanan jenis dapat dibagi elektroda yang sama untuk semua titik pengamatan bumi. Setelah itu baru dibuat kontur isoresistivitasnya.
2. Metode Resistivitas Sounding (drilling)
Metode ini juga biasa dikenal sebagai Resistivitas Drilling, Resistivitas Probing dan lain-lain. Hal ini terjadi karena pada metode ini bertujuan untuk mempelajari variasi resistivitas batuan dibawah permukaan bumi secara vertical.
yang dapat menghasilkan arus listrik cukup besar dan mempunyai sensitifitas yang cukup tinggi.
Pengukuran dengan menggunakan metode resistivitas (geolistrik) bertujuan untuk memperoleh struktur resistivitas bumi. Struktur resistivitas bumi adalah variasi harga resistivitas terhadap dari permukaan tanah (Awaluddin, 2004).
a. Pendekatan model pelapisan bumi
Bumi dapat dianggap terdiri dari beberapa lapisan sejajar (horizontal layering)yang bersifat homogen isotropik untuk setiap lapisannya. Setiap lapisan (strata) mempunyai nilai resistivitas (p-Ώm) dan ketebalan (d-meter) tertentu. Struktur resistivitas dapat dikaitkan terhadap strukrtur geologi melalui suatu korelasi.
Struktur geologi memberikan gambaran terhadap arah dan susunan serta jenis lapisan batuan. Korelasi antara struktur resistivitas terhadap struktur geologi membutuhkan informasi geologi pada daerah survey. Korelasi tersebut akan menghasilkan suatu pengelompokan harga resistivitas terhadap masing-masing lapisan batuan serta bentuk strukturnya.
Jadi struktur resistivitas memberikan kontribusi terhadap struktur geologi di suatu daerah secara lebih rinci, hal ini sangat bermanfaat jika informasi/data geologi dari daerah survei sangat minim.
b. Akuisasi data di lapangan
Kualitas hasil penyelidikan metode geolistrik sangat bergantung terhadap keakuratan dan kebenaran data lapangan yang diambil melalui suatu pengukuran dengan menggunakan peralatan tertentu. Keakuratan dan kebenaran data resistivitas adalah pencerminan terhadap besarnya simpanan dari nilai resistivitas semu yang diukur terhadap kondisi dan bentuk pelapisan bumi sebenarnya.
c. Penerapan metode geolistrik
pekerjaannya. Penerapan utama terhadap metode resistivitas yang telah berhasil :
1) Untuk memperoleh struktur geologi 2) Eksplorasi air tanah
3) Pendugaan Reservior panas bumi
Dasar Interpretasi
Secara teoritis setiap batuan memiliki daya hantar listrik dan harga tahanan jenis masing-masing. Batuan yang sama belum tentu mempunyai nilai tahanan jenis yang sama. Sebaliknya harga tahanan jenis sama bisa dimiliki oleh batuan-batuan berbeda. Faktor-faktor yang berpengaruh antara lain: komposisi litologi, kondisi batuan, komposisi mineral yang dikandung, kandungan benda cair dan faktor eksternal lainnya. (Soenarto, 2003).
Beberapa aspek berpengaruh terhadap nilai tahanan jenis suatu batuan bisa sebagai berikut :
Batuan sedimen yang bersifat lepas mempunyai nilai tahanan jenis lebih rendah bila dibanding dengan batuan sedimen padu dan kompak
Batuan beku dan batuan metamorf mempunyai nilai tahanan jenis yang tergolong tinggi
Batuan yang basah dan mengandung air, nilai tahanan jenisnya rendah dan semakin lebih rendah lagi bila yang dikandungnya bersifat payau atau asin
Kandungan logam yang berada di sekitar lokasi pendugaan sangat berpengaruh terhadap nilai tahanan jenis batuan.
Tabel 2.1 Daftar Nilai Resistivitas Berbagai Jenis Mineral
5 Pasir Dan Kerikil Yang Mengandung Air Tawar 50-500 6 Pasir Dan Kerikil Yang Mengandung Air Asin 0.5-5
c. Kelompok Andesit
d. Kelompok Chert, Slate
2.3.2. Tahap Persiapan
Dalam pelaksanaan pekerjaan pemboran tahap pekerjaan persiapan meliputi : 1. Pekerjaan Mobilisasi
2. Pekerjaan Persiapan Lokasi
2.3.2.1. Pekerjaan Mobilisasi
Sebelum pekerjaan lapangan dimulai, dilakukan mobilisasi atau mendatangkan peralatan dan bahan-bahan pemboran beserta personelnya ke lokasi pemboran. Tahap mobilisasi ini dilakukan secara bertahap sesuai dengan kebutuhan lapangan.
Untuk melakukan mobilisasi alat berat hal yang perlu diperhatikan antara lain adalah pemilihan jenis alat bor dan kondisi medan.
Gambar 2.2: Mobilisasi alat bor menuju lokasi pemboran. 2.3.2.2. Pekerjaan Persiapan Lokasi
Pada tahap pekerjaan ini meliputi :
pemboran. Sama halnya dengan kondisi tumpuan mesin bor yang lunak akan membuat rig bor tertanam pada saat melakukan pemboran.
b. Pembuatan bak Lumpur, bak control dan selokan.
Pembuatan bak lumpur, bak control dan selokan bertujuan untuk sirkulasi lumpur bor pada saat proses pemboran. Fungsi lumpur dalam suatu operasi pemboran antara lain adalah sebagai berikut :
1. Mengangkat cutting ke permukaan.
2. Mendinginkan dan melumasi bit dan drill string. 3. Memberi dinding lubang bor dengan mud cake. 4. Mengontrol tekanan formasi.
5. Membawa cutting dan material-material pemberat pada suspensi bila sirkulasi lumpur dihentikan sementara.
6. Melepaskan pasir dan cutting dipermukaan.
7. Menahan sebagian berat drill pipe dan cutting (bouyancy efect). 8. Mengurangi effek negatif pada formasi.
9. Mendapatkan informasi (mud log, sampel log). 10. Media logging.
Gambar 2.4. Bak Sirkulasi yang lebih sederhana
c. Penanaman casing pengaman sedalam 1-2 m pada posisi titik bor apabila formasi lapisan tanah paling atas yang akan dibor merupakan lapisan formasi yang mudah runtuh.
d. Penyetelan (setting) mesin bor beserta menara (rig), penyetelan (setting) pompa Lumpur beserta selang-selangnya.
Gambar 2.5. Proses Pendirian rig bor
2.2.3. Tahap Pemboran Awal (Pilot Hole)
Pembuatan pilot hole dimaksudkan untuk mengetahui litologi secara rinci. Pilot hole dilakukan dengan mata bor, misalnya dengan mata bor jenis wing bit sampai kedalaman melebihi kedalaman konstruksi sumur yang direncanakan, dengan tujuan agar sisa kedalaman tersebut dapat berfungsi sebagai kantong-kantong yang tidak terangkat
Sistem pemboran yang diterangkan disini adalah menggunakan system bor putar (rotary drilling) dan tekanan bawah (pull down pressure) yang dibarengi dengan sirkulasi Lumpur bor (mud flush) kedalam lubang bor.Pemboran pilot hole adalah pekerjaan pemboran tahap awal dengan diameter lobang kecil sampai kedalaman yang dikehendaki, diameter pilot hole biasanya antara 4 sampai dengan 8 inchi, Selain itu juga ditentukan dengan kemampuan atau spesifikasi mesin bor yang digunakan.
Hal-hal yang perlu diamati dalam pekerjaan pemboran pilot hole adalah :
Kekentalan (viskositas) Lumpur bor
Kecepatan mata bor dalam menebus formasi lapisan tanah setiap meternya
(penetrasi waktu permeter)
Contoh gerusan (pecahan) formasi lapisan dalam setiap meternya.
Contoh (sample) pecahan formasi lapisan tanah (cutting) dimasukkan dalam plastik kecil atau kotak sample dan masing-masing diberi nomor sesuai dengan kedalamanya. Adapun maksud pengambilan sample cutting adalah sebagai data pendukung hasil electrical logging untuk menentukan posisi kedalaman lapisan penyimpan air (akuifer)
2.2.4. Tahap Loging
Logging adalah metode atau teknik untuk mengkarakterisasi formasi di bawah permukaan dengan pengukuran parameter – parameter fisis batuan dalam lubang bor, sedangkan log adalah hasil rekaman dalam fungsi kedalaman terhadap proses logging (Serra, 1984).
Loging dalam hal ini dalam pemboran air tanah tujuannya adalah untuk mengetahui letak (posisi) akuifer air, tahap pekerjaan ini sebagai penentu konstruksi saringan (screen).
Umumnya well logging menggunakan pengukuran yang memanfaatkan prinsip – prinsip fisika, seperti resistivitas, radioaktif, gelombang akustik, konduktifitas dll. Dengan bantuan peralatan tersebutlah kegiatan eksplorasi geosaintis dapat lebih optimal. Pada kegiatan well logging secara konvensional, maka peralatan logging akan mengukur secepatnya setelah peralatan pengeboran tidak lagi berada didalam lubang bor. Pengukuran tersebut biasanya dilakukan dengan sampling rate sebesar setengah feet atau 6 inchi, walaupun untuk kasus tertentu, sampling rate tersebut bisa didetilkan lagi hingga 2.5 mm.
Gambar 2.7: Pelaksanaan Logging
Gambar 2.8: Contoh hasil logging. A.Caliper Log. B.Natural Gamma Log. C.Neutron Log
2.2.5. Tahap Pembesaran Lubang Bor (Reaming Hole)
Yang dimaksud dengan reaming adalah memperbesar lubang bor sesuai dengan diameter konstruksi pipa casing dan saringan (screen) yang direncanakan. Hal-hal yang diamati dalam tahap pekerjan reaming adalah sama seperti pada tahap pekerjaan pilot hole, hanya pada pekerjaan reaming cutting (formasi lapisan tanah) tidak perlu diambil lagi. Ideal selisih diameter lobang bor dengan pipa casing adalah 6 inchi. Hal ini dimaksudkan untuk mempermudah masuknya konstruksi pipa casing dan saringan (sreen) serta masuknya penyetoran kerikil pembalut (gravel pack).
2.2.6. Tahap Konstruksi Sumur
Berdasarkan pada rencana konstruksi sumur dan hasil pengukuran penampang lubang bor, maka konstruksi sumur harus dilakukan secepat mungkin setelah dilakukan pembesaran lubang bor (reaming) dan pembersihan sumur (spulling), untuk menghindari terjadinya runtuhan dinding lubang br yang dapat menyumbat lubang dan menjepit stang bor sehingga mengganggu pekerjaan berikutnya.
Setelah konstruksi sumur selesai, tahapan berikutnya adalah pengisian gravel (gravel packing), dengan mengisikan gravel (kerikil) yang berukuran 2-5 mm kedalam ruang antara dinding lubang bor dengan dinding saringan melalui pipa penghantar dari dasar sumur samapi kedalaman direncanakan. Bersamaan dengan pengerjaan pengisian gravel dilakukan pemompaan lumpur (spulling) dari pompa kedalam sumur melalui ruang pipa konstruksi, tapi harus diusahakan agar lumpur keluar melalui dinding pipa konstruksi dan dinding lubang bor tempat beradanya gravel dengan menutup ruangan didalam pipa konstruksi. Spulling ini bertujuan untuk membuat gradasi gravel yang dimasukkan sehingga gravel tersusun dengan baik dan padat.
Tahap selanjutnya adalah melakukan “grouting cement”, yaitu dengan cara memasukkan adonan semen keatas permukaan gravel (ruang antara dinding pipa konstruksi dengan dinding lubang bor) melalui pipa penghantar. Selanjutnya pipa dicabut satu persatu sampai semen mencapai permukaan.
Menyekat air yang tidak dikehendaki (agar air permukaan tidak masuk kedalam
sumur)
Mengikat pipa konstruksi dengan dinding lubang bor agar kondisi pipa konstruksi kokoh dan tidak meluncur turun.
Gambar 2.9 : Tahap Grouting Cement 2.2.7. Tahap Konstruksi Pipa Casing Dan Saringan (Screen)
Gambar 2.10 : Pemasangan Casing pipa
didasarkan atas hasil electrical logging dan analisa cutting. Selain itu juga didasarkan atas kondisi hydrogeology daerah pemboran. Dari pemahaman aspek-aspek hydrogeologi diharapkan perencanaan sumur dalam yang dihasilkan mampu memberikan sumur pemanfatan (life time) yang maksimal dan kapasitas yang optimal dengan memperhatikan kelestarian lingkungan didaerah sekitar pemboran. Dua hal yang perlu diperhatikan adalah:
1. Pemilihan Bahan Casing
Untuk pemilihan bahan casing bergantung pada kualitas air, kedalaman sumur, metode pengeboran dan peraturan yang berlaku.
Beberapa bahan yang digunakan dalam konstruksi sumur antara lain besi, stainless steel, thermoplastic, fiberglass, beton dan semen asbes.
Pemilihan casing sangat tergantung dari beberapa faktor utama, yaitu : o Kekuatan peralatan
o Ketahanan terhadap korosi
o Kemudahan pemakaian dan perawatan o Aspek biaya
o Tipe formasi
o Metode pengeboran o Desain Sumur o Teknik Konstruksi
Tabel 2.2. Perbandingan Bahan Casing
2.Pemilihan Diameter Casing
Pemilihan diameter casing yang tepat dari sumur sangatlah penting karena sangat berpengaruh terhadap besar kecilnya biaya konstruksi sumur dibandingkan dengan jenis dan tipe peralatan bor yang digunakan.
Rangkaian dari casing biasanya dimasukkan sampai kedalaman 50 ft (91,5 – 152 m) tergantung dari kondisi geologinya. Idealnya rangkaian casing harus berada dan ditempatkan pada lapisan lempung atau lapisan lain yang tidak bersedimen.
Dalam proses perencanaan sedapat mungkin harus memperhatikan kondisi yang akan berpengaruh dalam pemilihan diameter casing.
Diameter casing harus dipilih secara tepat dengan dua alasan, yaitu
o Casing harus mempunyai lebar yang cukup untuk menampung debit air yang dipompa dengan cukup bersih sehingga efisiensi operasi instalasi akan tinggi.
2.2.8. Tahap Penyetoran Kerikil Pembalut(Gravel Pack)
Pemasangan ini bertujuan untuk membuat lapisan dengan koefisien permeabilitas tinggi di sekeliling saringan pada rongga annulus, dimana partikel-partikel halus dari akuifer yang terbawa dapat tersaring sehingga air dapat mengalir ke dalam sumur melalui zona ini tanpa membawa pasir dan dengan kehilangan tinggi-tekan (head loss) dapat diabaikan. Penyetoran kerikil pembalut (gravel pack) bertujuan untuk menyaring masuknya air dari formasi lapisan akuifer kedalam saringan (screen) dan mencegah masuknya partikel kecil seperti pasir ke dalam lubang saringan (screen).
Bambar 2.11 :Penentuan Letak Saringan Pada Sumur Produksi
Persyaratan kerikil pembalut adalah :
• Kriteria Besar Butir
Bertujuan untuk mencegah terjadinya pemompaan pasir (air mengandung pasir 0 dari dalam sumur dan agar tidak menimbulkan kerusakan pada sumur, pompa ataupun pada intilasi lainnya.
• Kriteria Hidrolik
Keadaan aliran pada zona kerikil pembalut harus mirip dengan aliran pada akuifer maupun saringan. Hal ini bertujuan untuk menghindari atau memperkecil kehilangan tinggi tekan (head loss) yang dapat mengakibatkan meningkatnya biaya operasi pemompaan, serta untuk memelihara saringan dari kemungkinan terjadinya instruksi atau korosi.
• Kriteria Mekanis
Merupakan criteria yang diberlakukan dengan anggapan bahwa pemboran dilakukan dengan menggunakan lumpur/bentonite. Untuk membersihkan mud cake dari dinding lubang bor agar akuifer dapat terbuka penuh, kegiatan pembersihan dan penyempurnaan sumur (well development) harus dilaksanakan.
• Kriteria Kimia
Kerikil pembalut tidak harus mengandung material yang dapat larut atau mempengaruhi kualitas air.
2.2.9. Tahap Pencucian Dan Pembersihan (Well Development)
Tahap pekerjaan pencucian dan pembersihan sumur dalam dilakukan dengan maksud untuk dapat membersihkan dinding zona invasi akuifer erta kerikil pembalut dari partikel hlus, agar seluruh bukaan pori atau celah akuifer dapat terbuka penuh sehinga ar tanah dapat mengalir kedalam lubang saringan (screen) dengan sempurna.
Manfaat dari tahap Well Development ini adalah :
Menghilangkan atau mengurangi penyumbatan (clogging) akuifer pada dinding lobang bor.
Meningkatkan porositas dan permeabilitas akuifer disekeliling sumur dalam.
Menstabilakan formasi lapisan pasir disekeliling saringan, sehingga pemompaan bebas dari kandungan pasir.
Berbagai metode dapat dilakukan pada well development ini seperti surging, jetting, airlifting, backwashing dan overpumping. Pembersihan sumur dilakukan melalui beberapa tahapan seperti:
a. Pengocokan mekanis (surging)
Pengocokan mekanis dilakukan dengan menarik turunkan stang bor atau pipa. Diantaranya stang bor atau pipa penghantar tersebut terdapat alat yang disebut “plunger”,biasanya posisinya terletak didalam pipa jambang. Pengocokan mekanis dilakukan berkali-kali sampai kondisi air agak jernih.
Maksud dilakukan pengocokan mekanis ini adala untuk :
Mengeluarkan kotora yang ada didalam sumur (saat ditekan)
Mengisap air dari akuifer kedalam sumur sehingga kondisi lumpur yang kental menjadi encer (saat ditarik) dan kotoran-kotoran yang menempel dalam saringan terbawa kedalam sumur.
Membantu proses pemadatan dan gradasi gravel (saat ditarik)
b. Penyemprotan air bertekanan tinggi (water jetting)
dilakukan pekerjaan water jetting yaitu penyemprotan air bersih bertekanan tinggi kedalam sumur yang diarahkan tepat pada saringan terpasang melalui pipa penghantar dan alat penyemprot (jetting toll). Penyemprotan dilakukan secara bertahap dari saringan ke saringan yang lainnya, kalau perlu dilakukan berkali-kali. Pekerjaan ini diakhiri dengan “spulling” yaitu meletakkan alat penyemprot didasar konstruksi sumur sehingga kotoran-kotoran yang keluar dari saringan yang masih mengendap didasar sumur dapat terangkat keluar. Pekerjaan ini dihentikan setelah air sumur benar-benar bersih.
Maksud dilakukankannya pekerjaan “water jetting”adalah :
Membantu proses gradasi dari gravel, sehingga gravel dapat tersebar merata dan semakin padat.
Memperbesar dan membuka lubang saringan yang masih tersumbat.
Membersihkan kotoran-kotoran yang masih tersisa didalam sumur, saringan maupun gravel sehingga diharapkan efesiensi sumur semakin meningkat.
c. Pengurasan sumur (over pumping)
Over pumping adalah melakukan pemompaan dengan debit maksimal dari pompa penguji yang digunakan.
Tujuan over pumping adalah untuk :
Membersihkan kotoran-kotoran yang tersisa didalam sumur
Menentukan debit pompa pada saat uji pemompaan bertahap dari debit terkecil sampai debit terbesar.
Memperkirakan letak pompa yang aman pada saat uji pemompaan.
2.2.9. Tahap Uji Pemompaan (Pumping Test)
Gambar 2.12 :Pumping Test
Maksud dan tujuan uji pemompaan (pumping test) ini adalah untuk mengetahui kondisi akuifer dan kapasitas jenis sumur dalam, sehingga dapat untuk memilih jenis serta kapasitas pompa ang sesuai yang akan dipasang disumur dalam tersebut.
Data-data yang dicat dalam uji pemompaan adalah : a. Muka air tanah awal (pizometrikawal)
b. Debit pemompaan
c. Penurunan muka air tanah selama pemompaan (draw-down) d. Waktu sejak dimulai pemompaan
e. Kenaikan muka air tanah setelah pompa dimatikan f. Waktu setelah pompa dimatikan
Uji pemompaan yang biasa dilakukan pada sumur bor air adalah :
d. Uji pemompaan bertahap (step draw down test)
karakteristik sumur. Pelaksanaannya adalah memompa air dengan debit terkecil sampai penurunannya konstan, kemudian dilanjutkan dengan debit berikut yang lebih besar sampai penurunannya konstan, demikian seterusnya sampai debit terbesar dan penurunannya konstan.
Parameter-parameter yang perlu diperhatikan pada saat uji pemompaan tersebut adalah :
Kapasitas pompa (pk)
Letak pompa (m)
Posisi mulut sumur (planes) dari muka tanah (m)
Muka air tanah sebelum dipompa/SWL (static water level)
Besarnya debit pemompaan (l/dt)
Muka air tanah setelah dipompa/DWL (dynamic water level) pada interval waktu-waktu yang telah ditentukan (m)
Pengambilan sampel air sebelum dan sesudah pemompaan
Pengukuran sifat fisik air sebelum dipompa (warna, rasa, pH, dan bau)
Pengamatan muka air pada sumur-sumur pengamat.
Pemompaan dilakukan sesuai dengan jumlah tahap yang telah direncanakan serta waktu yang telah ditentukan. Setelah selesai melakukan uji pemompaan bertahap dilakukan uji kambuh sampai muka airnya kembai ke posisi awal dengan menghitung waktu yang dibutuhkan.
e. Uji Pemompaan Menerus (Long Term Test)
Kualitas air yang dianalisa adalah :
- PH (keasaman atau kebasaan) air tersebut.
- Kadar unsure-unsur kimia terkandung dalam air tersebut. - Jumlah zat pada terlarut (TDS).
Uji pemompaan menerus dilakukan dengan menggunakan debit terbesar pada uji pemompaan bertahap. Tujuan dilakukan uji pemompaan menerus adalah untuk menentukan karakteristik akuifer. Hal-hal yang harus diperhatikan sama seperti pada uji pemompaan bertahap, yang berbeda hanya debit pemompaan. Pada uji pemompaan menerus debit yang digunakan konstan dan waktu pengamatan umumnya jauh lebih lama dari pengamatan uji pemompaan bertahap.
2.2.11. Tahap Finishing
Gambar 2.13 :Pemasangan Pompa Permanen
Tahap finishing meliputi :
o Pemasangan pompa (submersible/sentrifugal) permanent, panel listrik serta instalasi kabel -kabelnya.
o Pembuatan bak control (manhole) apabila well head posisinya dibawah level tanah, pembuatan apron apabila well head posisinya diatas level tanah.
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dari makalah diatas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut. Tahapan pemboran air tanah meliputi:
1. Tahap perencanaan lokasi 2. Tahap persiapan
3. Tahap pemboran awal (pilot hole) 4. Tahap electrical loging
5. Tahap pembesaran lubang bor (reaming hole) 6. Tahap konstruksi sumur
7. Tahap konstruksi pipa casing dan saringan (screen) 8. Tahap penyetoran kerikil pembalut (gravel pack) 9. Tahap pencucian dan pembersihan (well development) 10. Tahap uji pemompaan (pumping test)
11. Tahap finishing
3.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
Banunaek, Noni. 2016. Eksplorasi Air Tanah, Hidrogeologi Lanjut. Kupang.
