Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised)

5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 1/11

SIMULASI NUMERIK PERUBAHAN MASSA AKIBAT

DINAMIKA MUKA AIR SUNGAI DAN WADUK UNTUK

KOREKSI NILAI GAYABERAT MIKRO ANTAR WAKTU

(STUDI KASUS: BANYUURIP, BLOK CEPU, JAWA TIMUR)

PROPOSAL TESIS

Oleh:

Toddy Samuel

227 10 305

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK AIR TANAH

FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN

INSTITUT TEKNOLOGI KEBUMIAN

2011



1

PROPOSAL TESIS

SIMULASI NUMERIK PERUBAHAN MASSA AIR AKIBAT

DINAMIKA MUKA AIR SUNGAI DAN WADUK UNTUK

KOREKSI NILAI GAYABERAT MIKRO ANTAR WAKTU

(STUDI KASUS: BANYUURIP, BLOK CEPU, JAWA TIMUR)

1. Pendahuluan

1.1. Latar Belakang

Sumur-sumur tua pada lapangan minyak bumi Banyuurip diproduksi kembali

dengan metode EOR ( Enhanced Oil Recovery). Konsep dari metode ini adalah

menginjeksi air ke dalam reservoir sehingga minyak yang masih melekat pada

pori batuan dapat terlepas, kemudian terangkat lebih dekat dengan permukaan

sumur dan mudah untuk diproduksi. Dua aspek penting dalam efisiensi proses

injeksi dalam metode EOR adalah pemantauan dan simulasi pergerakan fluida

reservoir sebagai respon dari aktivitas proses injeksi dan produksi. Salah satu

metode pemantauan yang dapat digunakan adalah pengukuran gayaberat mikro

(microgravity).

Pengukuran gayaberat mikro adalah metode untuk mengukur perubahan massa

yang terjadi di bawah permukaan tanah di sekitar tempat pengukuran. Perubahan

massa yang terjadi pada reservoir adalah perubahan massa gas, perubahan massa

air, perubahan massa minyak serta perubahan massa tanah. Koreksi terhadap

perubahan tiap fasa massa menjadi penting untuk dapat menentukan jumlah massaminyak yang masih terdapat pada reservoir.

Perubahan massa air yang terjadi di bawah tanah terdapat pada lapisan yang tidak

jenuh air (unsaturated zone) dan lapisan tanah yang jenuh air ( saturated zone).

Lapisan tanah yang jenuh air kemudian dibedakan menjadi lapisan pembawa air

yang tidak tertekan (unconfined aquifer ) dan lapisan pembawa air yang tertekan

(confined aquifer ). Dinamika perubahan massa air yang terjadi pada lapisan

pembawa air yang tidak tertekan mendapat pengaruh dari air permukaan yang



2

mengimbuh lapisan tanah, oleh karena itu menjadi penting untuk mengetahui

perubahan massa air di permukaan sekitar titik-titik pengukuran.

Air sungai adalah air permukaan yang dapat memberikan pengaruh besar terhadap

perubahan massa air di sekitar titik-titik sekitar pengukuran karena perubahan

muka air sungai yang dinamis sepanjang tahun menyebabkan jumlah air yang

terimbuh ke dalam lapisan tanah tidak tetap. Sungai besar yang terdekat dengan

lapangan Banyuurip adalah sungai Bengawan Solo, yang merupakan sungai

dengan jumlah debit yang tinggi. Selain itu rencana pembangunan waduk untuk

menampung air sungai Bengawan Solo sebagai cadangan air untuk sumur injeksi

juga merupakan potensi yang dapat memberikan pengaruh cukup besar. Simulasinumerik pola aliran dan distribusi spasial air di permukaan khususnya sungai

Bengawan Solo dan waduk serta interaksi keduanya dapat menggambarkan

perubahan massa air yang terjadi di sekitar titik-titik pengukuran gayaberat mikro.

1.2.Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan koreksi gayaberat mikro antar

waktu melalui simulasi numerik perubahan massa air akibat dinamika muka air

sungai dan waduk.

1.3. Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian merupakan daerah yang terletak di antara Cepu dan

Bojonegoro dan mencakup tiga kecamatan, yaitu kecamatan Purwosari,

kecamatan Ngasem, dan kecamatan Kalitidu. Letak geografis dari lokasi

penelitian ini berada pada 9210000 N sampai 9204000 N dan 575000 E

sampai 579000 E mencakup daerah seluas 9,0 Km x 7,2 Km. Daerah penelitian di batasi oleh Sungai Bengawan Solo yang mengalir ke arah timur

di sebelah utara.



1

Gambar 1. Lokasi penelitian

1.4. Batasan Masalah

Penelitian ini dibatasi pada pemodelan dengan simulasi numerik mengenai

distribusi spasial air sungai Bengawan Solo serta interaksinya dengan waduk

terhadap muka airtanah pada lapisan pembawa air yang tidak tertekan. Serta di

batasi oleh pengukuran muka airtanah dan muka air sungai di lapangan.

Pengukuran langsung menghasilkan nilai gayaberat, kemudian akan dikoreksi

oleh nilai yang didapat dari pemodelan.

2. Kajian Pustaka

• Perbedaan nilai gayaberat antara dua survey pada suatu titik di lapangan

minyak bumi dan gas diakibatkan oleh tiga sumber utama, yaitu: (1)

perubahan massa reservoir minyak bumi, (2) perubahan muka air tanah,

dan (3) pergerakan tanah vertikal. (Hunt, 2000)

• Perubahan jangka pendek akibat hujan memberikan koreksi sebesar 10

µGal dan perubahan musiman pada permukaan airtanah memberikan nilai

gayaberat sebesar 10-15 µGal. (Goodkind, 1986)

Lokasi penelitian



1

• Analisis regresi multivariabel dicoba diaplikasikan untuk menghubungkan

antara perubahan gayaberat dan curah hujan, hasilnya didapatkan korelasi

yang baik antara keduanya sehingga estimasi perubahan gayaberat akibat

perubahan muka airtanah dimungkinkan jika tersedia data curah hujan.

(Fujimitsu dkk, 2000)

1. Asumsi dan Hipotesis

1.1. Asumsi

Asumsi- asumsi yang akan dipakai pada penelitian ini adalah:

• Bengawan Solo sebagai sumber air permukaan utama di daerah ini

mengalir sepanjang tahun dan bersifat influent (air permukaan mengimbuhlapisan tanah pembawa air yang tidak tertekan).

• Perubahan muka air sungai Bengawan Solo mengikuti tinggi-rendahnya

curah hujan di lokasi penelitian.

• Terjadi rembesan air dari waduk ke dalam sungai Bengawan Solo.

• Perubahan muka airtanah pada lapisan tanah pembawa air yang tertekan

dianggap tidak ada sehingga tidak perlu ditinjau.

1.1. Hipotesis

Beberapa dugaan awal yang akan dibuktikan di dalam penelitian ini adalah:

• Perubahan muka airtanah pada lapisan tanah pembawa air yang tidak

tertekan mengikuti pola perubahan muka air sungai Bengawan Solo.

• Simulasi numerik akan memberikan nilai perubahan massa air yang lebih

akurat sehingga nilai koreksi gayaberat mikro akibat perubahan massa

tersebut lebih besar.

1. Data dan Metodologi

1.1. Data

Data yang akan digunakan pada penelitian ini adalah:

• Data primer:

a. Data muka air sungai

b. Data muka air tanah

c. Data kondisi geologi

• Data sekunder:



1

a. Peta geologi

b. Peta hidrogeologi

c. Peta topografi

d. Data curah hujan

1.1. Metodologi

Metodologi dalam penelitian ini merupakan gabungan dari metode langsung

dan metode tidak langsung. Tahap-tahap pada metodologi penelitian ini

secara umum dibagi menjadi dua tahap yaitu tahap pengukuran langsung di

lapangan dan tahap pengolahan data di studio. Simulasi numerik dilakukan di

studio dengan perangkat lunak lalu ditentukan nilai koreksi gayaberatmikronya. Kemudian dibandingkan dengan nilai koreksi gayaberat mikro

yang didapat melalui pengukuran langsung dilapangan. Hasil perbandingan

ini akan menghasilkan nilai koreksi untuk media jenuh.

Gambar 2. Diagram alir penelitian

1.1.1.Koreksi Bouger

Rumus dasar Koreksi Bouger, dinyatakan dalam persamaan matematis berikut ini:

∆g=2πGϕρwΔh (1)

dengan:

∆g = Koreksi Bouger (µgal = 10-8 m/s2)

G = Konstanta gayaberat umum (6,67 x 10-11 m3/ kg s2)



1

ϕ = Porositasρw = Densitas (kg/ m3)∆h = Perubahan MAT (m)

Namun, untuk menghitung Koreksi Bouger yang lebih lengkap, menggunakan

persamaan berikut ini:

AB=gobs- g(φ)-FAC+BC-TC (2)

AB=gobs- g(φ)+FAC-BC+TC (3)

AB=gobs-gφ+c1-c2h+c3Δh (4)

dengan:

AB = Anomali Bouger lengkap

gobs = Gayaberat observasi

g(φ) = Gayaberat teoritis pada lintang φφ = lintangFAC = Koreksi Udara Bebas ( Free Air Correction)BC = Koreksi Bouger ( Bouger Correction )TC = Koreksi Medan (Terrain Correction)c1 = konstanta koreksi udara bebas (c1 = 0,0308765 mGal/ meter)c2 = konstanta koreksi Bouger untuk lempeng terbatas = 0,04193 ρc3 = konstanta koreksi medan (perubahan koreksi medan akibat perubahan

tinggi)ρ = rapat massa pada koreksi Bouger (c2)

h = Tinggi (meter)∆h = Beda tinggi titik amat dengan topografi sekelilingnya

Anomali gayaberat mikro antar waktu merupakan selisih nilai anomali Bouger

lengkap pada setiap titik pengukuran pada interval waktu tertentu Δt=t2-t1 yang

dapat ditulis sebagai:

Δgx,y,z,Δt=ABt2-ABt1 (5)

Perubahan rapat massa Bouger pada persamaan (4) akibat pergerakan tanah

vertikal biasanya relatif kecil dan dapat dianggap tetap pada dua periode

pengukuran, sehingga persamaan (5) dapat dituliskan menjadi:

Δgx,y,z,Δt=gobs2-gobs1-gφ2-gφ1+c1-c2h2-h1+c3Δh2-Δh1 (6)

dengan:

∆g (x,y,z,∆t) = Anomali gayaberat mikro antar waktu

gobs(1) = Gayaberat observasi pengukuran ke- 1gobs(2) = Gayaberat observasi pengukuran ke- 2g(φ1) = Gayaberat teoritis pada lintang φ pada pengukuran ke- 1

g(φ2) = Gayaberat teoritis pada lintang φ pada pengukuran ke- 2



1

h1 = Tinggi titik amat pada pengkuran ke- 1h2 = Tinggi titik amat pada pengkuran ke- 2∆h1 = Beda tinggi titik amat dengan topografi sekelilingnya pada

pengukuran ke- 1

∆h2 = Beda tinggi titik amat dengan topografi sekelilingnya pada

pengukuran ke- 2

Perubahan koreksi medan akibat perubahan tinggi titik amat relatif kecil.

Berdasarkan pemodelan matematik (Sarkowi, 2007) menunjukan bahwa

perubahan tinggi titik amat 50 cm menyebabkan perubahan koreksi medan sebesar

3 µGal, sehingga perubahan koreksi medan akibat perubahan titik amat dalam

orde kecil (beberapa sentimeter) dapat diabaikan (C3=0), maka persamaan (6)

dapat disederhanakan menjadi :

Δgx,y,z,Δt=gobs2-gobs1-gφ2-gφ1+c1-c2h2-h1 (7)

Untuk posisi stasiun titik amat tetap φ1 = φ2, persamaan (7) dapat disederhanakan

menjadi:

Δgx,y,z,Δt=gobs2-gobs1+c1-c2h2-h1 (8)

gobs2-gobs1=Δgx,y,z,Δt-c1-c2h2-h1 (9)

Kadir (1999) megungkapkan bahwa untuk benda 3 dimensi dengan distribusi

rapat massa ρ (α, β, γ), anomali gayaberat mikro antar waktu pada titik P(x,y,z) di

permukaan diberikan oleh:

Δgx,y,z,Δt=G0∞-∞∞-∞∞∆ρα, β,∆tz-γx-α2+y-β2+z-γ32dαdβdγ

(10)

dengan:

∆g (x,y,z,∆t) = Anomali gayaberat mikro antar waktu

G = Konstanta gayaberat umum (6,67 x 10-11 m3/ kg s2)

∆ρ = Kontras rapat- massaα, β, γ = Koordinat rapat- massax, y, z = Koordinat titik pengamatan∆t = Selang waktu pengukuranDari persamaan 9 dan 10 diperoleh:

gobs2-gobs1=G0∞-∞∞-∞∞∆ρα, β,∆tz-γx-α2+y-β2+z-γ32dαdβdγ-c1-

c2h2-h1 (11)

Persamaan (11) menunjukkan bahwa selisih nilai gayaberat hasil pengukuran

(gobs(2) - gobs(1)) disebabkan oleh perubahan rapat-massa bawah permukaan akibat



1

dinamika fluida bawah permukaan dan perubahan ketinggian titik amat akibat

pergerakan tanah vertikal. Jika perubahan ketinggian titik amat (h2 - h1) akibat

pergerakan tanah vertikal terukur, maka selisih gayaberat hasil pengkuran

merupakan perubahan rapat- massa bawah permukaan saja.

Efek gayaberat akibat perubahan massa (rapat-massa) pada reservoir minyak bumi

didapatkan dengan mengoreksikannya dengan efek gayaberat akibat perubahan

muka airtanah dan pergerakan tanah vertikal. Dengan ketentuan, penurunan nilai

gayaberat (-) berkenaan dengan pengurangan massa (discharge) dan penurunan

muka airtanah. Kenaikan nilai gayaberat (+) berkenaan dengan penambahan

massa (recharge) dan kenaikan muka airtanah. Kenaikan nilai gayaberat (+) berkenaan dengan kenaikan muka tanah (inflation) dan penurunan gayaberat (-)

berkenaan dengan penurunan muka tanah ( subsidence).

Koreksi gayaberat akibat pergerakan tanah vertikal (perubahan elevasi) titik amat

dihitung dengan menggunakan gradien vertikal gayaberat normal, dengan

persamaan sebagai berikut:

gφ,h=gφ+∂gφ∂h (12)

dengan:

gφ=ge1+52m-f-1714mfsin2φ+f28-58mfsin22φ (13)

adalah nilai gayaberat normal suatu titik di permukaan bumi yang terletak pada

lintang φ dan elevasi h dari ellipsoid, sehingga didapatkan:

∂gφ∂h=-∂gφα1+f+m-2fsin2φ (14)

Untuk φ = 7.5 , nilai gradien vertikal adalah:

∂gφ∂h=-0,308765mGalm≈3 μGal/ cm (15)

dengan:gφ = Gayaberat normal pada lintang φ dan elevasi 0 dari elipsoidgφ,h = Gayaberat normal pada lintang φ dan elevasi h dari elipsoid∂gφ

∂h

= Gradient vertikal gayaberat normal suatu titik di permukaan bumi

yang terletak pada lintang φφ = lintangh = Elevasi dari elipsoidf = Penggepengan a-baa, b = Radius terpanjang dan terpendek ellipsoid bumim = Konstanta Clairut ω2a3GM

ω = Kecepatan sudut bumiG = Konstanta gayaberat umum (6,67 x 10-11 m3/ kg s2)



1

M = Massa Bumi

2. Sumbangan terhadap Ilmu Pengetahuan

Dengan adanya penelitian ini, diharapkan nilai koreksi gayaberat akibat perubahan massa air yang nantinya akan dihasilkan dapat menjadi acuan untuk

penelitian selanjutnya.

3. Jadwal Pelaksanaan

KegiatanJan

2012

Feb

2012

Mar

2012

Apr

2012

Mei

2012

Jun

2012

Jul

2012

Agus

2012

Sep

2012

Studi Literatur

dan Perangkat

Lunak

Pengumpulan

Data

Pengerjaan

Model

Pengukuran di

Lapangan

Verifikasi dan

Koreksi Hasil

Analisa dan

Penyusunan

LaporanTabel 1. Jadwal pelaksanaan

4. Daftar Pustaka

Fujimitsu, Y et al. (2000), Reservoir Monitoring by Repeat Gravity Measurements

at The Takigami Geothermal Field, Central Kyusu, Japan, Proceeding

Word Geothermal Congress, Kyushu-Tohoku, Japan, 559-564.

Goodkind, J. M. (1986), Continuous Measurement of nontidal variations of

gravity, Journal of Geophysical Research, 91,9125-9134.

Hunt. (2000), Microgravity Monitoring , Five Lecture on Environmental Effect of

Geothermal Utilization, The United Nations University, Iceland, 73 – 103.

Kadir W.G.A. (1999), The 4-D Gravity Survey and Its Subsurface Dynamics : a

theoretical approach, Proceeding of 24 HAGI Annual Meeting , Surabaya,

94-99.

Lambert, A, Beaumont, C, (1977), Nano Variations In Gravity Due To Seasonal

Groundwater Movements: implications for the gravitational detection of

tectonic movements, Journal of Geophysical Research 82, 297–306.



2

Sarkowi, M. (2007), Time Lapse Microgravity for Analysis of Groundwater Table

Change – Case Study in Alluvial of Semarang , Disertasi Program Doktor,

ITB, Bandung.

Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised)

Documents

Transcript of Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised)