7/23/2019 cTICA2015

1/8

Uji Rekah Hidraulik Skala Laboratorium untuk Mengetahui Karakteristik Rekahan yang Terbentuk

AkibatHydraulic Fracturing pada Batubara Indonesia

AbstrakKrisis energi Indonesia sudah mulai menunjukkan dampaknya. Pemenuhan kebutuhan yang bertumpu pada sektor

minyak bumi menjadi permasalahan yang tidak kunjung berakhir. Pengembangan teknologi pemanfaatan batubara terusdilakukan. Underground coal gasification (UCG) sedang dalam tahap pengembangan di Indonesia. Hydraulic fracturing

menjadi salah satu teknik yang digunakan untuk menghubungkan sumur injeksi dan sumur produksi pada teknologi UCG.

Hydraulic fracturing menjadi pilihan utama dikarenakan pertimbangan ekonomi serta merujuk pada keberhasilan yang telah

dicapai di negara lain. Untuk meningkatkan ketepatan penempatan sumur produksi diperlukan prediksi terhadap arah serta

panjang rekahan hasil hydraulic fracturing dari sumur injeksi. da beberapa model karakteristik rekahan pada hydraulic

fracturing yang telah diusulkan oleh para peneliti. Pada penelitian ini dilakukan uji rekah hidraulik skala laboratorium untuk

menentukan model prediksi perekahan yang sesuai dengan kondisi batubara Indonesia. !esuai hasil yang didapat" model

penny shapeyang dikembangkan oleh #eyer memberikan model prediksi paling sesuai dengan kondisi batubara Indonesia.

Penelitian ini hendaknya dikembangkan dengan melakukan uji insitu untuk penerapan di lapangan.

Kata kunci$ krisis energi" underground coal gasification,hydraulic fracturing, karakteristik rekahan

Abstra!t Indonesia energy crysis

I. P%&'UU&

II. Krisis energi Indonesia sudah memasuki

tahap yang serius. Pemenuhan kebutuhan

energi dalam negeri sudah tidak bisa lagi

dipenuhi secara mandiri. Pemenuhan

kebutuhan energi yang bertumpu pada

minyak bumi menjadi penyebab krisis energi

di Indonesia ini. Pemanfaatan sumber energi

lain semisal energi angin" matahari" dan

panas bumi belum mampu menjadi solusi.

Pengembangan sumber*sumber energi tadimasih sangat kecil. !ementara itu" batubara

yang relatif melimpah dibanding sumber

energi fosil yang lain belum sepenuhnya

mampu dimanfaatkan di dalam negeri.

+eknologi pemanfaatan batubara Indonesia

masih tertinggal cukup jauh dari negara*

negara lain. kibatnya" dari seluruh

sumberdaya batubara Indonesia hanya

sekitar ,- yang dapat dimanfaatkan

sebagai cadangan /01. Kendala teknologi

menjadi faktor utama permasalahan ini.

III. Pengembangan teknologi pemanfaatan

batubara Indonesia terus dilakukan untuk

meningkatkan cadangan batubara Indonesia.

!aat ini teknologi pemanfaatan batubara

yang sedang dikembangkan di Indonesia

adalah underground coal gasification

(UCG). #eskipun proyek pengembangan ini

molor dari jad2al yang sudah ditargetkan"

pengembangannya tetap terus dilakukan.

I3. UCG merupakan teknologi pemanfaatan

batubara secara insitu. 4atubara dibakar

secara insitu untuk menghasilkan syngas.

'engan menerapkan teknologi ini

diharapkan cadangan batubara indonesia

bisa meningkat tajam mengingat

sumberdaya batubara indonesia umumnya

berupa batubara kalori rendah serta batubara

dalam. Proses UCG secara garis besar adalah

sebagai berikut /51.

6. Pembuatan sumur injeksi dan sumur produksi,. Penghubungan antara sumur injeksi dan sumur

produksi0. Penginjeksian udara ke dalam batubara dan

pembakaran batubara secara insitu7. %kstraksisyngas

3. 'ari keempat proses di atas" proses nomor ,

yaitu" penghubungan antara sumur injeksi

dan sumur produksi menjadi kendala paling

berat pada pengembangan UCG di

indonesia. Kondisi geologi serta

karakteristik batubara indonesia menjadi

penyebab kesulitan proses ini. #etode yang

menjadi pertimbangan sampai saat ini adalah

directional drillingdan hydraulic fracturing.

'engan mempertimbangkan faktor ekonomi"hydraulic fracturing merupakan metode

yang paling mungkin.

3I. Hydraulic fracturing merupakan proses

pembuatan saluran permeable dengan cara

menginjeksikan fluida bertekanan tinggi

pada formasi batuan untuk melebihi

kekuatan formasi tersebut sehingga

terbentuk rekahan. Pada UCG" hydraulic

fracturing dilakukan dari sumur injeksi.

8leh karena itu" sumur injeksi dibuat

terlebih dahulu selanjutnya barulah

hydraulic fracturing dilakukan dari sumurini. Proses ini merupakan proses yang sulit

7/23/2019 cTICA2015

2/8

dikontrol sehingga perlu dilakukan studi

untuk meningkatkan efektifitas dan

ketepatan penempatan sumur produksi. Pada

penelitian ini akan dilakukan uji rekah

hidraulik di laboratorium untuk menentukan

model perekahan yang paling sesuai dengan

kondisi batubara indonesia.

3II. Hydraulic fracturingpada batubara memiliki

perbedaan yang cukup signifikan daripada

hydraulic fracturing pada batupasir

(sandstone). Perbedaan ini disebabkan

beberapa faktor" antara lain$ kekasaran"

sistem cleat" dan spalling /61. Untuk

memprediksi geometri rekahan pada

batubara pengetahuan mengenai tekanan

efektif serta sifat elastis batubara sangat

diperlukan /61. 8leh karena itu" pemahaman

karakteristik sifat batubara menjadi krusial.

Karakteristik sifat batubara yang penting

antara lain dual porosity (micropory dan

macropory)" deformasi" discontinuities, dan

interface slippage. 4erangkat dari hal*hal

tersebut" penelitian dilakukan untuk

mengidentifikasi karakteristik rekahan yang

terbentuk pada batubara Indonesia akibat

proses rekah hidraulik (hydraulic

fracturing).

3III. #8'% G%8#%+9I 9%K&

I:. 4erbagai model geometri rekahan telah

dikembangkan oleh beberapa peneliti.!ecara garis besar model ini terbagi menjadi

dua" yaitu model ,' dan model 0'.

!ementara itu" model ,' bisa

dikelompokkan menjadi dua model lagi"

yaitu model yang dikembangkan oleh

Perkins*Kern*&ordgren (PK&) dan model

yang diusulkan oleh Kern*de Klerk*

Geerstma (KG') /;1 /6-1 /6,1 /601. Kedua

model ini memiliki asumsi bah2a tinggi

rekahan adalah tetap sehingga rekahan hanya

merambat secara hori

7/23/2019 cTICA2015

3/8

perpaduan antara model PK& dan KG'

/661.

:3I.

:3II. P%9C84& 9%K I'9UIK

:3III. Pada percobaan ini digunakan sampel batuan

berupa blok kubus berukuran ,> cm ? ,> cm? ,> cm. !ampel batuan ini terdiri dari

batubara dan gypsum. Penggunaan gypsum

bertujuan untuk membentuk sampel batuan

menjadi kubus. al ini dikarenakan

kesulitan dalam pemotongan sampel

batubara menjadi ukuran yang presisi.

:I:. !ampel batuan ini dilubangi dengan cara

dibor. Pengeboran dilakukan dengan

diameter lubang 6- mm. dapun kedalaman

pengeboran adalah 6,- mm. al ini

dimaksudkan agar openhole sepanjang 6-

mm dapat berada tepat di tengah*tengah

sampel. !kema preparasi sampel dapat

dilihat pada gambar 0. ubang bor yang

telah terbentuk diisi dengan pipa injeksi dari

besi yang direkatkan ke sampel batuan

menggunakan lem epo?y. Pipa injeksi

memiliki lubang berdiameter > mm sebagai

saluran fluida menuju sampel batuan.

::.

""I# $ambar 1# &enampang ,0 Sampel Batuan

::II. Pembebanan sampel batuan dilakukan secara

tria?ial. Pembebanan secara =ertikal

diberikan oleh mesin tekan ung +a"

sedangkan pembebanan secara lateral

(tekanan hori #Pa.

::III. Injeksi fluida dilakukan dengan

menggunakan pompa hidraulik elektrik

berkapasitas hingga ;- #Pa. dapun fluida

yang digunakan adalah campuran oli bubut

dan tinta dengan asumsi sebagai fluida

ne2tonian dan =iskositas sebesar 6>- cP.

aju injeksi fluida ditentukan sebesar 6>

cc@menit. aju injeksi ini dijaga tetap

berlangsung selama 6- detik setelah

breakdown untuk menjaga agar perambatan

rekahan tetap berlangsung.

::I3. 84!%93!I

::3. Proses injeksi fluida dihentikan setelahdidapatkan rekahan pada sampel batuan. al

ini ditandai dengan adanya rembesan fluida

dari sampel batuan. !etelah proses injeksi

fluida dihentikan" sampel batuan dikeluarkan

dari sistem pembebanan. Kemudian

dilakukan pemotongan sampel batuan sesuai

alur rekahan yang terbentuk.

::3I. 9ekahan yang terbentuk pada sampel batuan

berorientasi tegak lurus terhadap tegangan

horisontal minimum. !ementara itu" setelah

dilakukan pembelahan terhadap sampel

batuan didapatkan rekahan yang terjadiberbentuk hampir penny shape (circular)

dengan diameter sebesar 6; cm.

::3II. !I '& P%#4!&

::3III. 'ata karakteristik sifat batubara yang

digunakan diambil dari penelitian

Kramadibrata (6AAA) dengan sampel batuan

batubara dari sumatera barat. !ampel batuan

yang digunakan pada penelitian ini juga

berasal dari tempat yang sama. 8leh karena

itu" diasumsikan data karakteristik sifat

keduanya sama. 4erikut ini data

karakteristik sifat batuan serta =ariabel lain

yang digunakan dalam penelitian ini.

""I"# Tabel %# /ariabel Uji Rekah Hidraulik

:::. 3aria

bel

:::I. &il

ai

:::II. !

a

t

u

a

n

:::III. #od :::I3. ,-- :::3. #

7/23/2019 cTICA2015

4/8

ulus

Boun

g

- P

a

:::3I. Poiss

ons

9atio

:::3II.

-",

:::3III.

7/23/2019 cTICA2015

5/8

:::I:. 3isk

osita

s

Dluid

a

:. 6>-

?6-*0

:I. P

a

.

s

:II. am

a

Pere

kaha

n

:III. 6- :I3. d

e

t

i

k

7/23/2019 cTICA2015

6/8

:3. 'ebi

t

Injek

si

:3I. ,">

?6-*5

:3II. m0

@

d

e

t

i

k:3III. +ing

gi

Pay

Zone

:I:. 6?6

-*,. m

I.

II. Prediksi panjang rekahan yang digunakan

pada penelitian ini adalah model analitik ,'

PK& dan KG' serta model analitik 0'

#eyer untuk kasus impermeabel (tanpa

leak-off). 4erikut adalah formula analitik

yang digunakan untuk masing*masing model

/;1 /6-1 /661 /6,1 /601.

III. PK& model

I3. L (t)=0,448 (( G(1v ) )(Q3

H4 ))

1

5t

4

5

(6)

3. KG' model

3I. L (t)=

0,48

(( G

(1v ) )(Q

H

)3

)1

4

t

2

3

(,)

3II. Penny shape

3III. R ( t)=0,5084(( G(1v) )Q3)

1

7 t

4

7

(0)

I:. L(t E panjang rekahan" meter

L!. " Eshear modulus

:I. # Epoisson$s ratio

:II. E =iskositas fluida" Pa.s

:III. % E debit injeksi" m0@detik

:I3. H E tinggipay &one, meter

:3. t E lama perekahan" detik

:3I. '(t E jari*jari rekahan" meter

:3II. asil prediksi panjang rekahan model PK&adalah sebesar 6",7 m. !ementara itu

panjang rekahan hasil prediksi model KG'

adalah sebesar -">, m. dapun prediksi

diameter rekahan model penny shape 0'

#eyer adalah 6> cm. 'ari ketiga model

prediksi yang digunakan" model penny

shape #eyer paling mendekati hasil rekahan

yang terbentuk pada sampel batuan yaitu

berdiameter 6; cm. Kur=a hasil prediksipanjang rekahan dapat dilihat pada gambar

7" >" dan 5.

:3III.

L"I"# $ambar 2# &rediksi &anjang Rekahan Model

&K'

::.

L""I# $ambar 3# &rediksi &anjang Rekahan Model

K$0

7/23/2019 cTICA2015

7/8

::II.

L""III#$ambar 4# &rediksi &anjang RekahanModelPenny Shape

::I3.

::3. dapun arah perambatan rekahan yang

terbentuk sesuai dengan teori perambatan

rekahan yang dikemukakan ubbert dan

Fillis (6A>;) /1" yaitu berarah tegak lurus

terhadap tegangan prinsipal minimum.

::3I. 4eberapa hasil penelitian di atas

dimungkinkan terjadi karena beberapa hal

berikut ini.

a. Pada penelitian ini sampel yang digunakan

bersifat homogen (berasal dari satu material"

batubara). 8leh sebab itu asumsi tinggi rekahan

konstan pada model PK& dan KG' sulit

terpenuhi.

b. Pada batubara telah terdapat rekahan a2al berupa

cleat dan butt. al ini menyebabkan rekahan

yang terbentuk bersifat menyambungkan cleat

sehingga dimungkinkan terjadi rekahan yang

lebih panjang.

c. #eskipun rekahan yang terbentuk cenderung

berliku*liku mengikuti rekahan a2al" arahrekahan yang terbentuk ini masih sesuai dengan

teori perambatan rekahan yang ada yaitu tegak

lurus terhadap tegangan prinsipal minimum. al

ini dimungkinkan karena rekahan a2al pada

batubara memiliki orientasi yang sesuai.::3II.::3III. !I#PU& '& !9&

::I:. Uji rekah hidraulik pada batubara Indonesia

skala laboratorium telah berhasil dilakukan.

Prediksi panjang rekahan yang terbentuk

dilakukan dengan model PK&" KG'" dan

penny shape. 'ari percobaan yang dilakukan

didapat beberapa kesimpulan dan saran

berikut.

6. rah rekahan yang terbentuk sesuai dengan teori

perambatan rekahan" yaitu rekahan terbentuk

tegak lurus terhadap tegangan prinsipal

minimum. #eskipun hasil rekahan yang

terbentuk berliku*liku mengikuti rekahan a2al

(preeisting fracture) pada batubara.,. Panjang rekahan yang terbentuk pada percobaan

ini dapat diprediksi dengan model penny shape

#eyer. al ini dikarenakan perekahan terjadi

pada satu jenis material sehingga rekahan

=ertikal dapat terbentuk tanpa hambatan berarti.0. Pengujian di lapangan perlu dilakukan untuk

mem=erifikasi hasil penelitian ini guna

penerapan pada skala lapangan.7. Penelitian hydraulic fracturing pada perlapisan

batubara Indonesia dan batuan pengapitnya perlu

dilakukan guna menambah referensi untuk

penerapan teknologi UCG di Indonesia.:::.:::I. 'D+9 PU!+K

:::II. /61 bass" .." 3an 'omelen" #.."

and %l 9abaa" F.#." H%?perimental

8bser=ations of ydraulic Dracture

Propagation +hrough Coal 4locks" 6AA-"

Paper &o. !P% ,6,A.

:::III. /,1 bass" .." Kim" C.#." and

edayati" !." )perimental simulation

ofhydraulic fracturing inshallow coal seams"

6AA6" 9ock #echanics as a

#ultidisciplinary !cience" 9oegiers (ed.).

4alkerna" 9otterdam.

:::I3. /01 !ugiyono" gus" )nergi *utlook

+ndonesia /" Pusat +eknologi

Pengembangan !umberdaya %nergi 4PP+"

Jakarta" ,-67.

:::3. /71 Cleary" #.P." Ka2adas" #." and

am" K.B." 6A0" H'e=elopment of a Dully

+hree 'imensional !imulator for nalysis

and 'esign of ydraulic Dracturing" Paper

!P% 66506.

:::3I. />1 %conomides" #. and &olte" K.G."

,---" 'eser#oir 0timulation" 0rd edition"

&e2 Bork$ John Filey !ons" td.

:::3II. /51 4urton" %li" 3ournal of Petroleum

7/23/2019 cTICA2015

8/8

4echnology ('ecember 6A5A) ,6. 6>;6L

6>6.

:::I:. /1 ubbert" #.K. and Fillis" '.G."

H#echanics of ydraulic Dracturing"

3ournal of Petroleum 4echnology

(!eptember 6A>;) A. &o. 5. 6>0L65.

:C. /A1 Jin" :. and !hah" !." ,-60" HDracturePropagation 'irection and Its pplication in

ydraulic Dracturing" Paper &o. 6500,.

:CI. /6-1 Khristiano=itch" !.." and Mhelto=" B.P."

6A>>" HDormation of =ertical fractures by

means of highly =iscous fluids"

Proceedings of the /th 5orld Petroleum

2ongress. 9ome. Italy. ,. pp. >;AL>5.

:CII. /661 #eyer" 4.9." 6A5" H'esign Dormulae

for ,*' and 0*' 3ertical ydraulic

Dractures$ #odel Comparison and

Parametric !tudies" Paper !P% 6>,7-.

:CIII. /6,1 &ordgren" 9.P." HPropagation of a

3ertical ydraulic Dracture" paper !P%

;07" 0P) 3ournal(ugust 6A;,) 6,. &o. .

0-5L067.

:CI3. /601 Perkins" +.K. dan Kern" .9." 6A56"

HFidths of hydraulic fractures" 3. Pet.

4ech." 60$A0;LA7A.

:C3. /671 !ettari" . and Cleary" #.P" 6A0"H+hree*'imensional !imulation of

ydraulic Dracturing" Paper &o. !P%

6->-7.