Makalah fisika perminyakan

Menentukan saturasi dari data resistivitas

DISUSUN OLEH:

Nama : Okta Folorense Br.L.Tobing

NIM :1303112191

Dosen : DR. Muhammad Edisar M.T

Jurusan fisika

Fakultas matematika dan ilmu pengeahuan alam

Universitas riau

pekanbaru

2015

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Saturasi adalah perbandingan antara volume pori-pori batuan yang terisi fluida formasi tertentu

terhadap total volume pori-pori batuan yang terisi fluida atau jumlah kejenuhan fluida dalam batuan

reservoir per satuan volume pori. Oleh karena didalam reservoir terdapat tiga jenis fluida, maka saturasi

dibagi menjadi tiga yaitu saturasi air (Sw), saturasi minyak (So) dan saturasi gas (Sg), dimana secara

matematis dapat ditulis :

Total saturasi fluida jika reservoir mengandung 3 jenis fluida :

Untuk sistem air-minyak, maka persamaan (12) dapat disederhanakan menjadi :

Beberapa faktor yang mempengaruhi saturasi fluida reservoir adalah :

a. Ukuran dan distribusi pori-pori batuan.

b. Ketinggian diatas free water level.

c. Adanya perbedaan tekanan kapiler.

Didalam kenyataan, fluida reservoir tidak dapat diproduksi semuanya. Hal ini disebabkan adanya

saturasi minimum fluida yang tidak dapat diproduksi lagi atau disebut dengan irreducible saturation

sehingga berapa besarnya fluida yang diproduksi dapat dihitung dalam bentuk saturasi dengan

persamaan berikut :

Dimana :

St = saturasi total fluida terproduksi

Swirr = saturasi air tersisa (iireducible)

Sgirr = saturasi gas tersisa (iireducible)

Soirr = saturasi minyak tersisa (iireducible)

Batuan reservoir terdiri atas campuran mineral-mineral, fragmen dan pori-pori. Padatan-padatan

mineral tersebut tidak dapat menghantarkan arus listrik kecuali mineral clay. Sifat kelistrikan batuan

reservoir tergantung pada geometri pori-pori batuan dan fluida yang mengisi pori. Minyak dan gas

bersifat tidak menghantarkan arus listrik sedangkan air bersifat menghantarkan arus listrik apabila air

melarutkan garam.

Arus listrik akan terhantarkan oleh air akibat adanya gerakan dari ion-ion elektronik. Untuk

menentukan apakah material didalam reservoir bersifat menghantar arus listrik atau tidak maka digunakan

parameter resistiviti. Resistiviti didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu material untuk

menghantarkan arus listrik, secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

Dimana :

ρ = resistiviti fluida didalam batuan, ohm-m

r = tahanan, ohm

A = luas area konduktor, m2

L = panjang konduktor, m

Konsep dasar untuk mempelajari sifat kelistrikan batuan diformasi digunakan konsep “faktor formasi”

dari Archie yang didefinisikan :

Dimana :

Ro = resistiviti batuan yang terisi minyak

Rw = resistiviti batuan yang terisi air

Resistivity Logging adalah metoda untuk mengukur sifat batuan dan fluida pori (baca: minyak,

gas dan air) disepanjang lubang bor dengan mengukur sifat tahanan kelistrikannya. Besaran resistivitas

batuan dideskripsikan dengan Ohm Meter, dan biasanya dibuat dalam skala logarithmic dengan nilai

antara 0.2 sampai dengan 2000 Ohm Meter. Metoda resistivity logging ini dilakukan karena pada

hakekatnya batuan, fluida dan hidrokarbon di dalam bumi memiliki nilai resistivitas tertentu. Berikut

contohnya:

Pada tabel di atas terlihat adanya ‘irisan’ nilai resistivitas antara jenis batuan sedimen. Hal ini

mengakibatkan interpretasi batuan berdasarkan nilai log resistivitas merupakan pekerjaan yang sangat

sulit.

Akan tetapi, nilai resistivitas air garam dapat dibedakan dengan baik dari minyak dan gas. Karena

air garam memiliki nilai resistivitas yang sangat rendah, sedangkan hidrokarbon (minyak-gas) memiliki

nilai resistivitas yang sangat tinggi. Log resistivitas banyak sekali membantu pekerjaan evaluasi formasi

khususnya untuk menganalisa apakah suatu reservoir mengandung air garam (wet) atau mengandung

hidrokarbon, sehingga log ini digunakan untuk menganalisis Hidrocarbon-Water Contact.

Gambar dibawah ini menunjukkan contoh interpretasi HC-Water Contact dari resistivity log.

Didalam pengukuran resistivity log, biasanya terdapat tiga jenis ‘penetrasi’ resistivity, yakni

shallow (borehole), medium (invaded zone) dan deep (virgin) penetration. Perbedaan kedalaman penetrasi

ini dimaksudkan untuk menghindari salah tafsir pada pembacaan log resistivity karena mud invasion

(efek lumpur pengeboran) dan bahkan dapat mempelajari sifat mobilitas minyak.

Sebagaimana yang kita ketahui untuk mengantisipasi pressure (e.g. pore pressure), saat

pengeboran biasanya dipompa oil based mud atau water based mud. Sebagai contoh, jika kita

menggunakan water based mud (resistivity rendah) sebagai lumpur pemboran, kemudian lumpur tersebut

meng-invasi reservoir yang mengandung minyak, maka kita akan mendapatkan profil deep penetration

resistivity lebih tinggi daripada shallow-medium penetration resistivity.

Jika medium penetration dan deep penetration mirip (tidak ada efek invasi), maka situasi ini

mengindikasikan minyak didalam reservoir tersebut sangat susah untuk mobile (hal ini kurang bagus

dalam production). Gambar di bawah menunjukkan perbedaan zona borehole (lumpur), invaded dan

virgin zone

Gambar di bawah ini menunjukkan respon resistivity log untuk shallow, medium dan deep

penetration. Lihat respon pada interval reservoir-batupasir (low gamma ray, low SP), besaran nilai

resistivitas untuk ketiga jenis penetrasi ini menunjukkan nilai yang tinggi yakni > 100 Ohm-meter yang

menunjukkan bahwa reservoir tersebut mengandung hidrokarbon. Selanjutnya, terlihat bahwa shallow

resistivity lebih tinggi dari medium dan medium lebih tinggi dari deep penetration. 

Resistivity log memiliki kegunaan lain yakni untuk mendeterminasi tingkat saturasi air (Water

Saturation). Semakin tinggi saturasi air maka resistivity akan semakin rendah. Prediksi Water Saturation

dari Resistivity log dapat dilakukan dengan berbagai algoritma diantaranya Persamaan Archie berikut:

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

Hubungan Resistivitas dengan Derajat Saturasi

Resistivitas juga mempunyai hubungan dengan derajat saturasi, resistivitas tersatursi penuh dapat

dihubungkan dengan yang tidak tersaturasi penuh (Zeyad S. Abu-Hassanein, Craig H.Benson and Lisa

R.Blotz, 1996), sebagai berikut :

ρ s

ρsat

= S−B

...........................1

dengan : s = tahanan jenis pada derajat saturasi tertentu (m)

sat = tahanan jenis batuan tersaturasi penuh (m)

S = derajat saturasi

B = parameter empiris (kondisi batuan yaitu porositas terisi air)

Dari persamaan tersebut didapatkan bahwa peningkatan derajat saturasi air akan menyebabkan

turunnya nilai resistivitas dari tanah. Didapatkan bahwa konduktivitas batuan tersaturasi yang terukur

adalah penjumlahan konduktifitas batuan tersaturasi penuh dengan konduktivitas permukaan, sedangkan

hubungan konduktivitas batuan tersaturasi penuh dengan konduktivitas air pengisi pori adalah faktor

formasi.

Faktor formasi adalah nilai yang menunjukkan adanya hambatan listrik oleh struktur tanah dalam

suatu padatan, dimana porositas memegang peranan penting dalam konduktivitas listrik dalam suatu

padatan (Schon dalam Lukitasari, 2006) sesuai persamaan :

σ b =σa

F+ σk

...........................2

dengan : b = konduktivitas batuan tersaturasi penuh (S/m)

a = konduktivitas air pengisi pori (S/m)

k = konduktivitas permukaan (S/m)

F = faktor formasi

Hubungan Archi (Archi dalam Brigita, 2006) sesuai persamaan :

R0 = Rw . F = Rw( a

Φm )...........................3

dengan : R0 = resistivitas batuan yang tersaturasi air

Rw = resistivitas pori yang terisi air

= porositas

m = eksponen sementasi

Interpretasi hasil pengukuran log sumur yang tepat dan akurat akan memberikan suatu gambaran

yang representatif tentang sifat-sifat batuan maupun jenis kandungan fluidanya. Sifat batuan yang didapat

dari log sumur adalah resistivitas, densitas, sifat radioaktif batuan serta porositas, yang dapat dibaca dari

hasil rekaman log. Sedangkan jenis kandungan fluida dinyatakan dengan parameter saturasi dihitung

dengan menggunakan persamaan yang diturunkan oleh Archie untuk clean sand atau untuk formasi yang

menggandung clay dengan menggunakan persamaan Indonesian Equation, Simandoux, atau yang lainnya.

Harga saturasi yang dihasilkan akan mencerminkan jeniskandungan fluidanya, sehingga harga ini

merupakan parameter yang sangat penting dalam evaluasi formasi karena langsung mempengaruhi

perhitungan cadangan. Salah satu parameter yang mempengaruhi harga saturasi air (Sw) adalah

resistivitas batuan (Rt), sehingga ketepatan pengukuran terhadap harga Rt akan mempengaruhi harga Sw.

Resistivitas batuan dipengaruhi oleh :

1. Konduktivitas fluida pengisi pori batuan

2. Jenis mineral pembentuk batuan

3. Struktur pori batuan

Dalam penelitian ini resistivitas fluida dan struktur pori batuan dibuat konstan, sedangkan jenis

mineral terdiri dari mineral utama kuarsa, semen dan jenis mineral tambahan adalah pirit.

1.1. Mineral Pirit

Mineral pirit merupakan salah satu jenis mineral berat serta konduktif. Kehadiran mineral ini

didalam batuan termasuk dalam kategori mineral pengganggu, hal ini disebabkan kahadirannya akan

menyebabkan harga resisitivity batuan menjadi rendah. Pirit mempunyai rumus kimia FeS2 yang

merupakan iron sulfide. Dengan komposisi kimianya 46.6% Fe dan 53.4% S, seringkali mengandung

(dalam jumlah yang kecil) unsur-unsur Co, Ni, As, Sb kadang-kadang Cu, Au,Ag. Struktur kristal

berbentuk kubik, simetrik dan mempunyai kenampakan kompak .

1.2. Penyebaran Mineral Pirit Dalam Batupasir

Penyebaran pirit didalam batuan tergantung dari diagenesanya. Jika pirit terbentuk secara primer

atau bersamaan dengan proses terbentuknya batuan, maka penyebaran pirit tidak merata atau berupa

nodul-nodul. Pirit yang terdapat pada batupasir berasal dari pembentukan secara primer, dimana pirit

yang sudah ada mengalami proses sedimentasi yang meliputi pelapukan, transportasi serta pengendapan.

Pirit yang terdapat pada batupasir akan mempunyai penyebaran secara struktural, yaitu penyebaran sama

dengan ukuran butiran pasir, sehingga kehadirannya tidak banyak mempengaruhi porositas batuan.

1.3. Identifikasi Mineral Pirit Dari Log.

Kehadiran mineral pirit didalam batuan dapat diidentifikasikan dari log resistivty, density, sonic

dan log Pe. Pada batuan/formasi yang mengandung pirit, harga resisitivitas batuan akan menunjukkan

harga yang rendah sesuai dengan besarnya prosentasengya, ini disebabkan karena mineral pirit

merupakan konduktor yang baik, sehingga kehadirannya akan menyebabkan harga resistivitas batuan

menjadi rendah. Kehadiran mineral pirit dapat juga diidentifikasi dari log densitas.

Pada batuan yang mengandung mineral pirit bacaan log densitasnya akan memberikan harga yang

lebih tinggi dari densitas matrik batuan, seperti kwarsa atau dolomit, harga densitasnya tergantung dari

besarnya kandungan pirit, semakin besar kandungan piritnya, maka semakin besar pula densitas yang

terbaca dari log densitas.

Pada pengukuran densitas batuan dengan menggunakan alat Lito-Density Tool (LDT) juga dapat

dihasilkan sifat atau parameter batuan lain yang disebut photoelectric absorption index (Pe). Photoelectric

absorption index (Pe) merupakan karakteristik utama dari matrik batuan dan tidak tergantung pada

porositas dan jumlah fluida dalam batuan, sehingga merupakan alat yang baik untuk identifikasi

kandungan mineral khususnya mineral berat dalam batuan. Dalam interpretasi, lebih sering digunakan

instilah volumetric photolistrik absorption index (U), yang merupakan perkalian

Pe dan densitas elektron, dapat dituliskan:

U = Pe.re

Atau dengan pendekatan

U = Pe.rb …………………………………. (1)

Adanya mineral pirit dalam batuan juga dapat diidentifikasi dari sonic log. Respon sonic log pada

batuan yang mengandung mineral pirit akan memberikan harga transite time (Dt) yang lebih tinggi dari

travel time matrik (kwarsa atau dolomit), ini disebabkan karena mineral pirit mempunyai tingkat

kepadatan yang lebih tinggi dari kwarsa atau dolomit.

Tabel-1: dibawah ini memberikan harga resistivity, densitas, Pe dan Dt dari beberapa mineral.

1.4. Sifat Kelistrikan Batuan

Sifat kelistrikan batuan merupakan suatu karakteristik batuan reservoar yang sangat penting. Sifat

ini menjadi dasar dalam interpretasi log, karena sifat ini mempunyai hubungan terhadap saturasi air.

Dalam interpretasi log, pengukuran sifat kelistrikan batuan parameter yang terukur adalah resisitivitas

dalam satuan Ohm-m. Sifat kelistrikan batuan direpresentasikan dalam dua besaran, yaitu faktor formasi

(F) dan indek resistivitas (RI).

1.5. Faktor Formasi

Faktor formasi adalah perbandingan antara resistivitas batuan yang disaturasi 100% air formasi

terhadap resistivitas air formasi disebut faktor formasi, secara matematis dapat dituliskan:

Archie1) mengemukakan ada hubungan antara faktor formasi dengan porositas dan faktor sementasi pada

formasi bersih dan ditulis:

dimana : m = faktor sementasi

Persamaan 2 dan persamaan 3 dapat dituliskan :

Persamaan tersebut berlaku dengan anggapan butir pasir tidak konduktif, jika pasir atau batuan

mengandung padatan yang konduktif maka persamaan tersebut perlu dilakukan koreksi. Patnode 10)

menurunkan persamaan untuk menghitung resistivitas batuan jika terdapat mineral konduktif, sebagai

berikut:

dimana :

Rt = resisitivitas slurry (batuan), ohm-m

Rs = resistivitas mineral konduktif, ohm-m

Rf = resisitivitas fluida, ohm-m

Vs = fraksi volume mineral konduktif, %

X = faktor heterogenitas

F* = faktor formasi semu

1.6. Resistivitas Index

Hidrokarbon (minyak dan gas) tidak menghantarkan listrik atau bukan bersifat konduktif,

sehingga kehadirannya akan memperkecil konduktivitas atau memperbesar resisitivitas batuan. Indek

resistivitas adalah perbandingan resisitivitas batuan yang tersaturasi air kurang dari 100% terhadap

resisitivitas batuan dengan saturasi air 100%. Secara matematis dapat dituliskan :

persamaan 6 juga dapat dituliskan :

Untuk menghitung saturasi air Sw, persamaan 2-11 dapat ditulis:

dimana :

Sw = saturasi air, fraksi

N = eksponen saturasi

Persamaan 8 dapat digunakan jika batuan tidak mengandung mineral konduktif, Apabila terdapat mineral

konduktif, maka persamaan tersebut menjadi:

1.7 Pengukuran Resistivitas

Pengukuran resistivitas dari core dilakukan dengan tiga cara

sesuai dengan tujuan pengukuran, yaitu:

Pengukuran resistivitas core kering, dengan tujuan untuk mengetahui resistivitas core kering atau

sebelum dijenuhi larutan garam.

Pengukuran resistivitas core tersaturasi 100 larutan garam, dengan tujuan untuk mengetahui

faktor sementasi (m).

Pengukuran resistivitas core pada berbagai harga saturasi air, dengan tujuan untuk mengetahui

resistivitas core pada berbagai harga saturasi baik dengan metode udara air maupun metode

minyak-air.

Ketiga cara tersebut pada prinsipnya sama, perbedaanya hanya pada saturasi core yang diukur.

Secara skematis prinsip pengukuran resistivitas tersebut dapat dilihat pada Gambar-4.

1.8 Metode Koreksi pada Kasus Low Resistivity karena adanya Mineral Konduktiv

Dalam melakukan koreksi pada batuan yang mengandung pirit, antara lain: penentuan volume

pirit, penentuan factor formasi semu (F*), penentuan eksponen saturasi semu (n*), penentuan faktor

koreksi Sw (Sw) dan terakhir penentuan harga Sw.

1.9 Penentuan Volume Pirit Dari Log Densitas

Langkah utama dalam melakukan koreksi adalah menentukan

jumlah kandungan pirit dalam batuan. Langkah ini dapat ditempuh dengan dua cara yang pertama dari

sayatan tipis core di laboratorium yang kedua dari log densitas. Dalam tulisan ini dengan menggunakan

cara kedua. Prosedur penentuan volume pirit dengan menggunakan Gambar -10. Prosedur Penentuan

kandungan pirit adalah sebagai berikut:

1. Tentukan Densitas batuan clean *clean (yang tidak mengandung pirit) dari log density.

2. Baca densitas batuan dari log b.

3. Bandingkan *clean/b

4. Dengan menggunakan gambar pada harga langkah 3 dapatkan densitas matrik semu (*ma)

5. Tentukan Persen volume pirit (Vp) dari log densitas:

1.10 Penentuan Faktor Formasi Semu (F*)

Gunakan Gambar-11 persen volume pirit terhadap factor formasi semu tak berdimensi

(F*/Fclean).

Prosedur penggunaan Gambar -2. adalah:

1. Tentukan kandungan pirit (Vp) dari langkah diatas.

2. Dari harga Vp tarik garis keatas sampai memotong padaharga resistivitas pirit (Rp) yang dipilih.

3. Tarik garis kekiri sampai sumbu F*/Fclean

4. Tentukan zone water bearing, baca harga Rt, dimana Rt= Ro

5. Dapatkan harga Rw jika ada dari data laboratorium atau dari metode yang lain.

6. Hitung faktor formasi (Fclean), dengan menggunakan persamaan:

7. Hitung F* pada Vp tertentu.

8. Ulangi langkah diatas untuk Vp yang lain

1.11 Penentuan Harga Eksponen Saturasi (n*)

Untuk dapat melakukan koreksi, gunakan Gambar-12. Prosedur penggunaan Gambar -12

adalah sebagai berikut:

Dari harga volume pirit (Vp) yang telah didapatkan, tarik garis keatas sampai memotong kurva,

kemudian tarik garis kekiri sehingga didapatkan harga n*/nclean

Tentukan harga eksponen saturasi clean (nclean) dari lapisan yang tidak mengandung pirit,

misalnya 2, maka akan didapatkan harga n pada volume pirit tertentu

Ulangi langkah 1 dan 2 untuk harga volume pirit yang lain.

Dari data resistivity log yaitu deep induction baca harga Rt, jika perlu koreksi dengan metode

yang sudah ada, serta dapatkan harga Rw dengan metode yang sudah ada kemudian hitung saturasi air

dengan menggunakan persamaan :

1.12 Koreksi Terhadap Hasil perhitungan Saturasi Air

Berdasarkan pengamatan saturasi air (Sw) dilaboratorium menunjukkankan bahwa hasil

perhitungan yang dilakukan dengan metode F* masih terjadi penyimpangan dari Sw pengamatan

walaupun penyimpangan tersebut relatif kecil, meskipun begitu hasil perhitungan sedapat mungkin

diusahakan mendekati harga yang sebenarnya. Untuk melakukan koreksi tersebut digunakan Gambar 13.

Prosedur Penggunaan Gambar -13. adalah:

1. Dari persen volume pirit tarik garis keatas hinggga memotong grafik, kemudian tarik garis kekiri

hingga memotong sumbu Sw.

2. Dari perhitungan saturasi air dengan metode F* didapat Sw*.

3. Harga Swkoreksi = Sw* - (Sw* x Sw)

1.13 Contoh Aplikasi Pada Kasus Low Resistivity Akibat Adanya Pirit

Gambar-14. merupakan contoh log Formasi Sadlerochit, Prudhoe Bay, Alaska. Dari log tersebut

diidentifikasi adanya zone pirit, zone ini terindikasi dari respon resistivity, density serta sonic. Resistivity

log menunjukkan harga yang rendah dibawah harga resitivity pada zone air, density log menunjukkan

harga yang lebih besar dari density matrik (sand), dari log sonic t menunjukkan harga yang lebih besar

dari t kwarsa sebesar 55 sec/ft, disamping itu dari analisa cutting menunjukkan adanya mineral pirit.

Langkah perhitungan tersebut dapat dilihat pada lampiran I. Hasil dari perhitungan ini dapat

dilihat pada Tabel-.1. Dari table tersebut terlihat bahwa porositas yang dihasilkan rata-rata

15%, persen volume pirit yang dihasilkan bervariasi antara 0 s/d 29.87% atau rata-rata 11.52%, harga Rw

yang dihitung dengan metode Rwa adalah 0.0003 Ohm-m dan Ro sebesar 0.2 Ohm. Dari perhitungan

saturasi dengan menggunakan metode Archie tanpa dilakukan koreksi terhadap pirit dan metode F*

didapatkan harga yang berbeda.

Saturasi yang dihitung dengan metode Archie menghasilkan Sw rata-rata sebesar 40.4%

sedangkan Sw yang dihitung dengan metode F* dihasilkan Sw*koreksi rata-rata sebesar 22.17%. Secara

umum perhitungan saturasi air dengan metode F* dapat dikatakan akurat, karena sesuai dengan percobaan

di laboratorium, Sw yang dihasilkan dari metode F* akan memberikan harga Sw yang lebih kecil dari

perhitungan Sw yang dilakukan tanpa melakukan koreksi terhadap kehadiran pirit.

BAB III

PENUTUP

1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan tentang pengaruh mineral pirit terhadap resisitivitas

batupasir dapat diperoleh beberapa kesimpulan antara lain:

1. Kehadiran pirit didalam batuan akan menyebabkan resisitivitasnya menjadi rendah.

2. Batuan dengan kandungan pirit dari 0% s/d 15% akan memberikan effek penurunan resistivitas

rata-rata 57%,sedangkan kandungan persen pirit 15% s/d 36% akan memberikan effek penurunan

resistivitas rata-rata sebesar 33%.

3. Batuan dengan kandungan pirit diatas 2% perlu dilakukan koreksi untuk mendapatkan harga

saturasi air.

4. Perhitungan saturasi air dengan menggunakan metode F* dapat digunakan jika diketahui harga

resisitivitas pirit (Rp).

5. Dari hasil perhitungan saturasi tanpa melakukan koreksi adanya pirit menghasilkan Sw sebesar

40.4%, sedangkan Sw yang dihitung dengan metode F* menghasilkan Sw sebesar 22.17%, berarti

terjadi penurunan sebesar 45.12%.

DAFTAR PUSTAKA

Dunn, I S., Anderson, L. R., Kiefer, F.W. 1980. Dasar-dasar Analisis Geoteknik (terjemahan).

Semarang: IKIP Semarang Press.

Prasetya, Novan Anca. 2004. Pengukuran Resistivitas Untuk Evaluasi Kepadatan Kering Maksimum

Hasil Pemadatan Tanah Pasir, Tugas akhir ITS, Surabaya.

Lukitasari,Brigita Diah. 2006. analysis water infiltration influent for physics feature of porong’s mud

in sidoarjo by using electrical characterization study, Tugas akhir ITS, Surabaya.

http://geological-coffee.tumblr.com/post/25276300678/dasar-dasar-log-geofisika

http://ensiklopediseismik.blogspot.co.id/2009/02/resistivity-logging.html

http://ifham-sifaudin.blogspot.co.id/2015/05/saturasi-fluida.html