Innanda Riziani Putri

3712100021

TEKNIK GEOFISIKA ITS

TUGAS 1 – ANALISA DATA WELL LOG

Tugas : RESUME buku “Physical Properties Of Rocks A Workbook” oleh J. H. Schon

Pada buku ini dijelaskan menganai klasifikasi batuan, porisitas batuan, nuclear magnetic

resonance, densitas batuan, gamma ray, neutron ray, elastic property, velocity batuan,

magnetic property, dll. Buku pedoman untuk petrofisika, karena untuk mengkarakterisasikan

reservoir (minyak, gas, air, dan geothermal) dibutuhkan parameter-paremeter batuan, seperti

densitas, porositas, permeabilitas, dll. Batuan mempunyai klasifikasi masing-masing. Batuan

ada 3 yaitu Batuan Beku, Batuan Sedimen, dan Batuan Metamorf. Terbentuknya batuan ini

seperti siklus, seperti gambar dibawah ini:

Gambar 1. Siklus batuan

Ketiga batuan tersebut dapat berubah menjadi batuan metamorf tetapi ketiganya juga

bisa berubah menjadi batuan lainnya. Semua batuan akan mengalami pelapukan dan erosi

menjadi partikel-partikel atau pecahan-pecahan yang lebih kecil yang akhirnya juga bisa

membentuk batuan sedimen. Batuan juga bisa melebur atau meleleh menjadi magma dan

kemudian kembali menjadi batuan beku.

BATUAN BEKU

Batuan beku terbentuk dari magma yang sudah membeku. Magma adalah cairan silikat

yang sangat panas dengan suhu berkisar 600 C sampai 1250 C yang bersifat mobile dan

terbentuk secara alamiah (Larsen, 1938). Klasifikasi, penamaan dan pengenalan untuk batuan

beku sangat erat hubungannya dengan cara pembentukan mineral yang dikandung batuan

beku tersebut. Beberapa mineral umum terdapat sebagai kandungan yang penting, dalam

pembentukan yang mengikuti aturan “Tingkat Kristalisasi” dari magma. Setiap mineral akan

mengkristal pada temperatur yang tetap dan menerus mengikuti selang temperatur yang

terbatas, pada waktu magma mengalami pendinginan proses ini disebut diferensiasi magma.

Klasifikasi batuan beku berdasarkan indeks warna atau komposisi mineral gelapnya (mineral

mafic dan felsic). Klasifikasi ini berdasarkan atas susunan mineral dari batuan itu, biasanya

dilakukan di bawah mikroskop yang didasarkan atas sifat-sifat optik dari mineral.

Struktur dari batuan beku antara lain:

Masif, secara keseluruhan kenampakan batuan terlihat seragam.

Vesikuler, pada masa batuan terdapat lubang-lubang kecil yang berbentuk bulat atau

elips dengan penyebaran yang tidak merata. Lubang ini merupakan lubang bekas gas

yang terperangkap pada waktu magma membeku.

Gambar 2. Klasifikasi mineral pada batuan beku

BATUAN METAMORF

Batuan metamorf adalah batuan dengan teksture dan mineral yang menggambarkan

cataclastik, rekristalisasi atau neokristalisasi sebagai respon terhadap kondisi yang berbeda dari

pembentukan batuan tersebut dan proses diantara diagenesis dan anatexis. Batuan asal dari

metamorf ini biasa berasal dari batuan beku, batuan sedimen, maupun batuan metamorf itu

sendiri tapi dengan derajat yang lebih rendah. Metamofisme, dapat juga terjadi pada

temperature and pressures yang lebih tinggi dari 200oC and 300 MPa. Batuan yang terkena

proses metamorfisme bisa saja berada pada kedalaman jauh dari permukaan bumi seperti yang

terjadi pada zona subduksi atau collision. Batas atas dari metamorfisme terjadi pada pressure

and temperature dimana batuan tidak mengalami fasa melting atau peleburan. Jika telah

mengalami melting maka tidak dapat lagi disebut sebagai metamorfisme.

BATUAN SEDIMEN

Batuan Sedimen adalah batuan yang sangat penting. Karena kebanyakan batuan ini

mengandung hidrokarbon. Komponen yang paling penting pada batuan ini adalah porositas dan

permeabilitas. Porositas adalah rongga yang terdapat pada batuan, rongga-rongga pada batuan

ini akan terisi fluida, salah satunya minyak. Sedangkan permeabilitas adalah kemampuan

batuan tersebut mengalirkan fluida. Dan batuan Sedimen ini adalah batuan yang paling banyak

di permukaan bumi, yaitu sekitar 50%. Batuan Sedimen ini terdapat 2 tipe, yaitu Sedimen

Klastik dan Sedimen Carbonat. Batuan sedimen ini memiliki ukuran butir yang beragam, seperti

gambar dibawah ini.

Gambar 3. Ukuran butir batuan sedimen

POROSITAS

Pori dalam batuan sangat penting untuk mendeskripsikan dan mengkarakterisasikan

volume pori. Volume pori ini akan sangat erat h ubungannya dengan property reservoir

(porositas dan permeabilitas).

Gambar 4. Porositas Batuan

Jenis-jenis porositas antara lain;

Porositas Primer

Porositas Sekunder

Total Porositas

Efektif Porositas

Untuk ukuran pori dalam batuan sudah dilakukan klasifikasi, seperti table dibawah ini.

Tabel 1. Klasifikasi ukuran batuan

Pada batuan sedimen, khususnya sandstone. Untuk sortasi yang sangat bagus biasanya

memiliki nilai porosity yang tinggi biasanya rata-rata 0,424 dengan standart deviasi 0.008. Lalu

untuk sortasi yang sangat buruk nilai porositynya biasanya sangat rendah juga sekitar 0.279

dengan standart deviasi 0.028. Nilai porositas dengan standart devisiasi mempunyai hubungan

berbanding lurus. Untuk persamaan mencari nilai porositas batuan:

Dimana: ɸ adalah porositas, z adalah kedalaman, b adalah nilai compressibility batuan.

Biasanya nilai porosity berbanding terbalik dengan kedalaman. Semakin kedalam, maka nilai

porositasnya akan semakin kecil, seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 5. Plotting porositas terhadap kedalaman

Faktor geometri juga sangat mempengaruhi nilai porositas, geometri ada 3 tipe antara

lain; kubik, orthorhombic (simple hexagonal), dan compact hexagonal, rhombohedral. Seperti

yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Tabel 2. Hubungan porositas dengan geometry

Porositas pada batuan carbonat dengan batuan sandstone cukup berbeda. Pada batuan

carbonat porositasnya antara 1% sampai 35%. Pada batuan carbonat, semakin dalam

batuannya maka nilai porositasnya akan semakin kecil. Hal ini dikarenakan semakin dalam,

maka tekanan akan semakin tinggi sehingga mebuat porositas batuan tersebut akan kecil.

Porositas pada Batuan Carbonat ada 2 jenis, yaitu:

1. Interparticle Porosity

2. Vuggy Porosity.

Gambar 6. Hubungan antara porositas dengan kedalaman dengan litologi yang berbeda.

Dari gambar diatas dapat dianalisa bahwa penurunan nilai porosity sangat dipengaruhi

oleh mineral yang terandung dalam batuan itu. Selain itu kandungan lempung dalam batuan

juga sangat mempengaruhi penurunan nilai porositas.

Saturasi fluida adalah volume fluida dibanding dengan volume porinya. Sehingga dapat

disimpulkan kalau saturasi fluida adalah jumlah fluida yang ada di dalam pori. Saturasi fluida

dapat dihitung dari:

Dari sampel yang diambil dari lubang bor

Dari data logging (resistivity, dielectric, pengukuran neutron, dll)

Dari pengukuran NMR

Maka dapat dirumuskan nilai saturasi fluida adalah:

Didalam reservoir terdapat kandungan air, minyak dan gas. Sehingga:

PERMEABILITY

Permeabilitas adalah kapasitas batuan untuk meloloskan fluida sangat beragam

bergantung dari viskositas fluida, tekanan hidrostatik, ukuran bukaan dan terutama adalah

tingkat bukaan yang saling terhubung (porositas efektif). Jika rongga pori sangat kecil, maka

batuan dapat mempunyai porositas yang tinggi tetapi permeabilitasnya rendah karena air sukar

melewati rongga yang kecil. Untuk menghitung nilai permeabilitas menggunakan:

Contoh dari lubang bor

Well test dan Drillstem test

Wireline Information

Menggunakan metode yang tidak langsung, seperti parameter ukuran butir.

Menggunakan metode yang tidak langsung seperti wireline logs (NMR, Stoneley waves,

combined techniques).

Gambar 7. Prinsip pengukuran permeability

Prinsip permeability ini menggunakan Hukum Darcy’s, dimana persamaannya adalah

Dimana, k adalah nilai permeability. Sehingga nilai permeabilitynya adalah:

Permeability batuan adalah hal yang penting, pada litologi yang impermeable dan

batuan yang padat seperti batuan magma yang kompak dan salt dome, maka nilai

permeabilitynya akan rendah.

Gambar 8. Nilai permeability pada batuan

Banyak faktor yang mempengaruhi nilai permeability, antara lain:

Porositas yang terkoneksi

Ukuran pori dengan rekahan

Gambar 9. Hubungan permeabilitas dengan porositas

HUBUNGAN ANTARA POROSITY DENGAN PERMEABILITY

Gambar 10. Hubungan porositas dengan permeabilitas pada batuan klastik dan batuan

karbonat.

Pada gambar dijelaskan bahwa pada batuan klastik yang rongga porinya tersemen oleh

lempung, maka akan mempunyai nilai porosity dan permeability rendah. Sedangkan jika batuan

klastik tersebut tersortasi dengan baik ukuran butirnya. Maka akan memiliki nilai porosity dan

permeability yang tinggi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa porositas dan permeabilitas

berbanding lurus pada batuan klastik ini.

Lalu gambar yang bawah adalah gambar hubungan porositas dan permeabilitas pada

batuan karbonat. Hubungan porosity dan permeability pada batuan carbonat ini sangat

beragam, sangat berbeda dengan batuan klastik. Sehingga pada batuan carbonat, ukuran

partikel penyusun batuan itu sangat menentukan nilai porosity dan permeabilitynya.

FAKTOR TEKANAN

Penurunan nilai permeabilitas diakibatkan karena kenaikan tekanan, seperti yang

ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 11. Rasio permeability

Dapat dilihat pada gambar diatas bahwa nilai permeabilias akan menurun saat

tekanannya tinggi. Hal ini dikarenakan jika tekanan tinggi maka akan mendorong gaya-gaya

pada batuan sehingga membuat rongga pori pada batuan akan menjadi sempit.

WETTABILLITY

Wettability didefinisikan sebagai suatu kemampuan batuan untuk dibasahi oleh fasa

fluida atau kecenderungan dari suatu fluida untuk menyebar atau melekat ke permukaan

batuan. Sebuah cairan fluida akan bersifat membasahi bila gaya adhesi antara batuan dan

partikel cairan lebih besar dari pada gaya kohesi antara partikel cairan itu sendiri. Tegangan

adhesi merupakan fungsi tegangan permukaan setiap fasa didalam batuan sehingga wettabiliti

berhubungan dengan sifat interaksi (gaya tarik menarik) antara batuan dengan fasa fluidanya.

Gambar 12. Tipe wettabillity

DISTRIBUSI FLUIDA

Pada reservoir awal mulanya tersaturasi oleh air. Lalu migrasi minyak dan gas termigrasi

ke dalam reservoir untuk mengganti air tersebut. Distribusi fluida ada beberapa faktor yang

mempengaruhi, antara lain:

Property dari rongga pori

Property dari fluida

Interaksi antara fluida dan pori

Distribusi fluida ada yang bernama water zone. Dimana zone ini batuan penyusunnya

tersaturasi 100% oleh air. Selain itu ada zona transisi, zona ini dimana rongga pori batuan

tersebut saturasinya digantikan oleh fluida lain. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di

bawah ini. Hal ini dipengaruhi oleh kapilarisasi pada batuan tersebut.

Gambar 13. Distribusi fluida

Kapilarisasi batuan juga sangat penting, misalnya batuan A memiliki diameter rongga

pori yang besar dan memiliki nilai permeability yang tinggi maka batuan A tersebut akan

memiliki tekanan kapilarisasi yang rendah. Lalu batuan B memiliki memiliki diameter rongga

pori kecil dan memiliki permeability yang rendag maka pada batuan B tersebut memiliki

tekanan kapilarisasi yang tinggi. Persamaan tekanan kapilarisasi seperti dibawah ini:

DENSITY

Persamaan umum:

Pada batuan yang heterogen, densitasnya:

ρ—bulk density adalah densitas batuan termasuk rongga pori. Contohnya adalah

denstas dari sandstone.

ρi—density dari komposisi material mineral. Contohnya adalah densitas dari quartz.

ρma—densitas dari material yang solid (gabungan antar beberapa material), contohnya

densitas dari matriks carbonat, tanpa pori fluida.

ρfl—densitas dari pori atau rekahan fluida. Contohnya densitas dari fluida.

Persamaan dari bulk densitas adalah:

Untuk batuan berpori, maka:

Untuk batuan berpori yang terdiri dari fluida yang berbeda (air, gas, minyak):

Hal-hal yang mempengaruhi nilai densitas pada fluida pengisi pori adalah:

Komposisi kimia (termasuk komposisi yang dapat larut)

Tekanan dan suhu (kenaikan dnesitas dengan kenaika tekanan dan penurunan suhu).

Hal-hal yang mempegaruhi nilai bulk densitas batuan:

Komposisi mineral pada batuan (densitas mineral dan fraksi volume)

Porosity dan density fluida pengisi pori

Gambar 14. Densitas methan sebagai fungsi tekanan dan temperature.

Dari grafik diatas maka dapat dianalisa, nilai densitas akan semakin tinggi dengan

kenaikan tekanan dan penurunan temperature.

Gambar 15. Nilai densitas untuk batuan beku dan batuan metamorf

Dapat dilihat pada gambar diatas bahwa nilai densitas yang hamper sama. Pada batuan

beku, tuff memiliki nilai densitas yang paling kecil. Lalu untuk batuan sedimen nilai densitasnya

dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 16. Nilai densitas untuk batuan sedimen

NATURAL RADIOACTIVITY

Natural radioaktif ada beberapa tipe, diantaranya:

Alpha radiasi

Beta radiasi

Gamma radiasi

Inti atom yang tidak stabil (radionuklida) mengalami peluruhan radioaktif. Partikel-

partikel kecil dengan kecepatan tinggi dan sinar-sina rmenyebar dari inti atom ke segala arah.

Para ahli kimia memisahkan sinar-sinar tersebut ke dalam aliran yang berbeda dengan

menggunakan medan magnet. Dan ternyata ditemukan tiga tipe radiasi nuklir yang berbeda

yaitu sinar alfa, beta, dan gamma. Semua radio nuklida secara alami memancarkan salah satu

atau lebih dari ketiga jenis radiasi tersebut.

GAMMA RADIATION

Beberapa proses peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel α atau β

menyebabkan inti berada dalam keadaan energetik, sehingga inti selanjutnya kehilangan energi

dalam bentuk radiasi elektromagnetik yaitu sinar gamma. Sinar gamma mempunyai daya

tembus besar dan berkas sinar ini tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

Sinar gamma mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek.

Gamma Ray Log adalah metoda untuk mengukur radiasi sinar gamma yang dihasilkan

oleh unsur-unsur radioaktif yang terdapat dalam lapisan batuan disepanjang lubang bor. Unsur

radioaktif yang terdapat dalam lapisan batuan tersebut diantaranya:

Uranium

Thorium

Potassium

Gambar 17. Energi gamma ray dari beberpa unsur

Untuk menghitung besarnya gammaray seperti persamaan dibawah ini:

Dimana:

GR log = Hasil pembacaan GR log pada lapisan yang bersangkutan

GR max = hasil pembacaan GR log maksimal pada lapisan shale

GR min = hasil pembacaan GR log maksimal pada lapisan non shale

NEUTRON RADIATION

Neutron terdapat didalam inti elemen, kecuali hidrokarbon. Neutron merupakan

partikel netral yang mempunyai massa sama dengan atom hidrogen. Energi tinggi dari neutron

dipancarkan secara kontinyu dari sebuah sumber radio aktif yang ditempatkan didalam sonde

logging yang diletakkan pada jarak spacing pendek sekitar 10-18 inch dari detektor gamma ray.

Pada operasi logging, neutron meninggalkan sumbernya dengan energi tinggi, tetapi dengan

cepat akan berkurang karena bertumbukan dengan inti-inti elemen didalam formasi. Semua

inti-inti elemen turut serta dalam pengurangan energi ini, tetapi yang paling dominan adalah

atom dengan massa atom yang sama dengan neutron yaitu hidrogen. Setelah energi neutron

banyak berkurang kemudian neutron tersebut akan menyebar didalam formasi tanpa

kehilangan energi lagi sampai tertangkap dan terintegrasi dengan inti-inti elemen batuan

formasi, seperti klorine dansilikon. Inti-inti ini akan terangsang untuk memancarkan sinar

gamma. Kemudian detektor sinar gamma akan merekam radiasi sinar gamma tersebut.

ELASTIC PROPERTIES

Setiap batuan memiliki nilai elastisitas berbeda, sehingga batuan lunak akan

menghasilkan strain yang berbeda jika dibandingkan dengan batuan yang lebih keras. Teori

elastisitas batuan berhubungan dengan deformasi yang disebabkan oleh tekanan yang

dikenakan pada batuan tersebut. Jika tekanan/stress diterapkan pada batuan maka batuan

tersebut akan terdeformasi sehingga menyebabkan terjadi strain. Teori elastisitas ini

berhubungan dengan Hukum Hooke.

Pada electrical properties ini yang akan diukur adalah modulus elastic batuan, dimana modulus

elastic itu antara lainnya:

Modulus young (E) : Perubahan panjang dari sebuah material ketika suatu stress

longitudinal mengenai material tersebut.

Modulus Shear (µ) : Tetapan elastic yang menghubungkan antara shear strain dan shear

stress.

Modulus Bulk (K) : Modulus elastic yang mengukur resistansi material terhadap stress

volumetric.

Gelombang elastic dibagi jadi dua, yaitu gelombang tubuh dan gelombang permukaan.

Gelombang tubuh dibagi jadi 2 yaitu gelombang P dan gelombang S. Kedua gelombang ini

mempunyai kecepatan tertentu. Besrnya kecepatannya tergantung pada sifat elastic batuan

yang dilalui, untuk menghitung kecepatan gelombang p dan gelombang S sebagai berikut:

Setiap batuan memiliki nilai kecepatan berbeda-beda, diantaranya seperti pada gambar

di bawah ini.

Pada gambar diatas dijelaskan bahwa nilai velocity pada batuan yang paling rendah

adalah batu pasir, sehingga yang paling tinggi adalah batuan beku.

ELECTRICAL PROPERTIES

Sifat kelistrikan batuan adalah karakteristik dari batuan bila dialirkan arus listrik ke

dalamnya. Arus listrik dapat berasal dari alam itu sendiri disebabkan oleh adanya atom-atom

penyusun kerak bumi yang berinteraksi satu sama lainnya akibat adanya ketidakseimbangan

muatan, atau arus listrik yang sengaja dimasukkan ke dalamnya.

Konduktivitas listrik adalah kemampuan dari batuan dalam menghantarkan arus listrik.

Arus listrik dapat mengalir dalam batuan, antara lain:

Konduksi secara elektronik, hal ini terjadi jika batuan mengandung banyak elektron

bebas, seperti bada batuan yang banyak mengandung logam. Sehingga arus listrik

mudah mengalir pada batuan tersebut.

Konduksi secara elektrolitik, ini banyak terjadi pada batuan yang bersifat porus dan pada

pori-pori tersebut terisi oleh larutan elektrolit. Sehingga arus listrik mengalir di bawah

oleh ion-ion larutan elektrolit.

Konduksi secara dielektrik, konduksi ini terjadi pada batuan yang bersifat dielektrik,

artinya batuan tersebut mempunyai elektron bebas sedikit dan bahkan tidak ada. Tetapi

karena adanya pengaruh medan listrik dari luar maka elektron- elektron dalam atom

batuan dipaksa berpindah dan berpisah dengan intinya sehingga terjadi polarisasi.

Konduksi ini sangat bergantung pada konstanta dielektrik batuan.

THERMAL PROPERTIES

Jenis-jenis transfer panas diantaranya adalah konduksi, konveksi, dam radiasi. Berikut

dibawah ini adalah nilai termal conduktivitas fluida pengisi pori, diantaranya udara, gas, minyak,

air, dan mineral SiO2.

Nilai termal konduktivitas sangat bergantung pada tekanan dan suhu yang ada pada

batuan tersebut. Dan juga material penyusun batuan tersebut juga sangat berpengaruh.

Contohnya pada gambar dibawah ini. Batuan metamorf dibawah ini, saat mendapat tekanan

yang rendah maka termal konduktivitasnya juga akan menurun dan jika diberi temperature

yang rendah maka termal konduktivitasnya akan meningkat.

Porositas dan fluida pengisi pada pori batuan sangat mempengaruhi nilai thermal

conductivity, kenaikan nilai thermal conductivity disebabkan oleh:

Penurunan porositas

Peningkatan termal konduktivitas fluida pengisi pori

MAGNETIC PROPERTIES

Setiap jenis batuan mempunyai sifat dan karakteristik tertentu dalam medan magnet

yang dimanifestasikan dalam parameter kerentanan magnetik batuan atau mineralnya (k).

Berdasarkan sifat magnetik yang ditunjukkan oleh kerentanan magnetiknya, batuan dan

mineral dapat diklasifikasikan dalam :

Diamagnetik, mempunyai kerentanan magnetik (k) negatif dan kecil artinya bahwa

orientasi elektron orbital substansi ini selalu berlawanan arah dengan medan magnet

luar. Contohnya : graphite, marble, quarts dan salt.

Paramagnetik, mempunyai harga kerentanan magnetik (k) positif dan kecil

Ferromagnetik, mempunyai harga kerentanan magnetik (k) positif dan besar yaitu

sekitar 106 kali dari diamagnetik/paramagnetik.

Sifat kemagnetan substansi ini dipengaruhi oleh keadaan suhu, yaitu pada suhu diatas

suhu Curie, sifat kemagnetannya hilang. Efek medan magnet dari substansi diamagnetit dan

hampir sebagian besar paramagnetik adalah lemah.

Gambar diatas adalah volume susceptibitity untuk beberapa tipe batuan