Belajar Tekanan Pori (2)

Alhamdulillah masih diberi kesempatan untuk berbagi dan sharing tentang dunia geofisika dan geoscience. Saya malah akan bertambah senang apabila terjadi diskusi atau kritik dan saran mengenai tulisan ini, Kembali lagi saya ingin berbagi dengan mengutip beberapa tulisan para pakar dan rekan rekan yang ahli dalam dunia tekanan pori, kemaren sudah dibahas gambaran secara umum mengenai tekanan pori dalam belajar tekanan pori (1). Kali ini saya akan membahas sedikit tentang hal hal yang menyebabkan terjadiya overpressure.

Perlu kita tahu bahwa definisi dari overpressure itu sendiri adalah Tekanan pori abnormal yang tekanannya lebih besar dari tekanan hidrostatik dari formasi air yang menempati ruang pori. Artinya tekanan ini menyimpang dari gradient tekanan normal. Penyimpangan ini lebih besar dari 0.465 psi/ft. Tekanan ini berasosiasi dengan adanya penyekat (sealing) yang akan menganggu keseimbangan tekanan yang terjadi. Penyekat ini terbentuk karena adanya barier permeabilitas sebagai hasil dari proses fisika maupun kimia. Adapun proses fisika berupa patahan dan proses kimia berasal dari kalsium karbonat yang terendapkan. Tekanan overpressure sangat diperhitungkan dalam prediksi tekanan pori untuk menghindari terjadinya blowout.


Mechanical Compaction

Mechanical Compaction terjadi karena adanya pengendapan yang berlangsung terus – menerus yang menghasilkan tekanan abnormal karena terganggunya keseimbangan antara proses kompaksi dan pelepasan fluida sebagai kombinasi dari material yang menumpuk dimana terdapat fluida yang terjebak di dalamnya. Mechanical Compaction terbentuk akibat adanya fluida pada batuan sediment dengan permeabilitas rendah dan porositasnya tinggi, seperti batu lempung, yang terakumulasi dengan laju lebih cepat dibanding dengan kemampuan untuk melepaskan fluida.

Gambar 1. Respon Wireline overpressure akibat kompaksi (Hermanrud, et al, 1998)

Pada gambar 1 menunjukkan respons wireline log terhadap overpressure yang disebabkan oleh factor kompaksi. Dalam wireline log, porositas konstan dihasilkan dari ketidakseimbangan proses kompaksi yang dibuktikan oleh nilai log, densitas, sonic, dan resistivity yang konstan. Hal ini terjadi batuan shale muda dengan proses pengendapan yang sangat cepat dalam suatu cekungan sedimen.

Bouyancy

Efek buoyancy dikenal juga sebagai daya apung. Efek ini terjadi akibat peningkatan tekanan karena adanya 2 jenis zat yang berbeda. Dalam reservoir, fluidanya adalah air, minyak, dan gas. Berat jenis air lebih besar dibanding dengan minyak maupun gas. Ketika air yang berada pada suatu reservoir terdesak oleh kehadiran minyak atau gas, maka akan terjadi peningkatan tekanan pori akibat daya apung dari minyak ataupun gas. Faktor – factor yang menyebabkan naiknya tekanan pori adalah densitas, ketinggian kolom hidrokarbon, dan densitas pori pori

Tectonic

Aktifitas tektonik seperti gaya kompresi maupun pergesaran lempeng ke arah lateral dapat menyebabkan terjadinya overpressure. Aktivitas tektonik yang menghasilkan overpressure disebabkan karena mekanisme lipatan (folding), patahan (faulting), dan uplift. Kompresi sedimen secara lateral menghasilkan pengangkatan sedimen atau rekahan / patahan yang lebih kuat.

Gambar 2. Overpressure akibat lipatan ( Husain Rabbia 2002 )

Unloading

Unloading dapat menyebabkan overpressure karena meningkatnya tekanan pori pada batuan. Hal ini disebabkan karena adanya peningkatan temperature seiring bertambahnya kedalaman. Tekanan efektif akan semakin berkurang karena pengaruh dari overburden. Overpressure terjadi ketika matriks batuan yang solid menjadi fluida, jika fluida tersebut tidak dapat keluar dari sistem. Pada bertambahnya kedalaman, nilai densitas akan mengecil atau berkurang, hal ini dikarenakan karena volume pori semakin besar, karena mengembang akibat kenaikan suhu.

Belajar Tekanan Pori (1)

source : http://www.ikon-geopressure.com/consultancy/pore_pressure_prediction

Tekanan pori merupakan suatu pengetahuan di dunia industry minyak dan gas yang penting dalam ekplorasi dan pengeboran. Prediksi tekanan pori cukup diperhatikan dalam dunia minyak dan gas karena adanya contoh kegagalan sumur eksplorasi akibat adanya sumur eksplorasi yang over pressure pada suatu formasi batuan pada fase ekplorasi, hal ini bisa mengakibatkan kerugian yang besar jika suatu oil and gas company tidak mempertimbangkan tekanan pori yang ada pada formasi tersebut. Contohnya pada kasus Lapindo Brantas di Sidoarjo. Mukerji, et al (2002) menjelaskan bahwa prediksi tekanan pori yang buruk pada abnormal pressure dapat menyebabkan lambatnya penetrasi sumur, pemakaian mata bor yang berlebihan, meningkatkan biaya dan resiko pada aktivitas pengeboran.

Menurut Sayers, 2002, tekanan pori ini dapat mengurangi resiko kecelakaan dan dapat menekan biaya operasional. Prediksi tekanan over pressure secara akurat juga dapat memperbesar kemungkinan pencarian hidrokarbon baik pada tahap ekplorasi, produksi, maupun optimasi produksi. Selain itu, model migrasi fluida juga dikembangkan dari pore pressure dan parameternya dijadikan pertimbangan apakah suatu cadangan hidrokarbon migas tersebut layak diambil atau tidak.

Dalam tahap pengeboran, tekanan pori dapat digunakan untuk menentukan desain casing dan berat lumpur (mud weight) yang digunakan. Desain casing ini ditujukan pada kedalaman berapa casing shoe pertama mulai dipasang agar operasi pemboran akan lebih aman dan lebih ekonomis. Penentuan mud weight ditujukan agar tekanan formasinya balanced. Jika mud weightnya lebih ringan, maka akan terjadi kick, dimana tekanan hidrostatiknya lebih besar dari tekanan mud weight, jika tidak diantisipasi lebih lanjut maka akan terjadi blow out. Blow out dapat membahayakan rig dan well yang ada di sekitarnya. Sedangkan apabila berat lumpur yang digunakan terlalu berat, maka akan merusak formasi batuan. Sehingga penentuan mud weight harus benar benar balanced. Untuk menahan tekanan formasi / tekanan hidrostatik.

Dalam memprediksi tekanan pori, Eaton mengembangkan metode dengan menggunakan prinsip Normal Compaction Trend Line yang memanfaatkan data log, seperti gamma ray, densitas  ( RHOB), neutron (NPHI), log sonic, dan log resistivitas. Metode ini dikembangkan lagi oleh Bowers yang memanfaatkan kecepatan untuk data seismiknya. Digunakannya data well dan data seismic dalam memprediksi tekanan pori dikarenakan data logging dari well hanya dapat memberikan data di titik tersebut dan tidak dapat memberikan gambaran kondisi tekanan secara horizontal. Dengan adanya data seismic, data ini dapat mengambarkan kondisi bawah permukaan secara horizontal, akan tetapi memiliki kekurangan dimana resolusi vertical yang rendah apabila dibandingkan dengan data sumur, sehingga diperlukan kalibrasi antara data seismic dengan data sumur (well log) agar diperoleh hasil yang lebih akurat.

Catetan yang perlu diketahui di Seimologi refleksi

Data yang dimanfaatkan dari gelombang pantul ini ialah waktu datang yang akan memberikan informasi kecepatan rambat gelombang ( velocity ) pada lapisan batuan tersebut. Berbagai variable lain yang dimanfaatkan adalah amplitude gelombang, frekuensi dan fasa gelombang.

Gelombang seismic merambat melalui batuan sebagai gelombang elastic yang mengubah energy menjadi gerakan partikel batuan. Ketika gelombang seismic melalui lapisan batuan dengan impedansi akustik yang berbeda dari lapisan batuan yang dilalui sebelumnya, muka gelombang akan terbagi. Sebagian akan terefleksikan kembali ke permukaan dan sebagian diteruskan merambat di bawah permukaan. IA dipengaruhi oleh litologi, porositas, kandungan fluida, kedalaman, tekanan, dan temperature oleh karena itu digunakan sebagai indikator.

Energi seismic yang terus menjalar kedalam bumi akan diserap dalam 3 bentuk :

1. Divergensi Spherical : Dimana energy perambatan gelombang menurun sebanding dengan jarak akibat adanya spreading geometris. Besar pengurangan densitas energy ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak penjaran gelombang
2. Absorbsi : Dimana energy berkurang karena terserap oleh massa batuan
3. Terpantulkan : Dasar penggunaan metode seismic refleksi

Deret koefisien refleksi sebagai variasi kontras IA dikonvolusikan dengan wavelet ditambah dengan noise menghasilkan trace seismic. Dalam pemrosesan data seismic, ada dua jenis fasa yang biasa ditampilkan dalam rekaman seismic yaitu fasa minimum dan fasa nol. Pada pulsa fasa minimum energy yang berhubungan dengan batas IA terakumulasi pada onset dibagian muka pulsa tersebut, sedangkan pada fasa nol batas IA terdapat pada peak bagian tengah. Daerah yang menghasilkan refleksi tersebut disebut sebagai zona Fresnel yaitu bagian reflector dimana energy dipantulkan ke geopon atau hidropon setelah separuh siklus atau seperempat panjang gelombang setelah terjadinya refleksi pertama.

Untuk meletakkan horizon seismic skala waktu pada posisi kedalaman sebenarnya dan agar data seismic dapat dikorelasikan dengan data geologi lainnya yang umumnya diplot dalam skala kedalaman maka perlu dilakukan well seismic tie. Caranya dengan check shot survey dan vertical seismic profiling. Pada check shot survey kecepatan diukur dalam lubang bor dengan sumber gelombang dalam lubang bor dengan sumber gelombang yang digunakan sama dengan yang dipakai pada survey seismic. Kegunaan utama dari check shot survey adalah untuk mendapatkan Time Depth Curve yang kemudian dimanfaatkan untuk mengikat data seismic dan data sumur.  

Porositas
SEG mendefinisikan polaritas normal sebagai

1. Sinyal seismic positif akan menghasilkan tekanan akustik positif pada hidropon di air atau pergerakan awal keatas pada geopon darat
2. Sinyal seismic yang positif akan terekam sebagai nilai negative pada tape, defleksi negative pada monitor 

Data log dijadikan sebagai control dari data seismic untuk identifikasi hidrokarbon sebagai salah satu dari tujuan utama evaluasi formasi. Log adalah suatu grafik kedalaman atau waktu dari satu set data yang menunjukkan parameter yang diukur secara berkesinambungan di dalam sebuah sumur. Kurva log memberikan informasi yang cukup tentang sifat sifat batuan dan fluida yang terkandung di dalamnya. Beberapa log yang digunakan dalam evaluasi formasi adalah Log Gamma Ray, Log Neutron Porosity, Log Bulk density

Log GR dalam stratigrafi dan geologi minyak bumi digunakan untuk membedakan antara lempung dan formasi “bersih” dan untuk mengevaluasi proporsi lempung dalam shaly formations.  Semakin tinggi nilai GR maka semakin tinggi pula persentasi dari kandungan lempung. Log NPHI tidak mengukur volume pori secara langsung tetapi menggunakan karakter fisik dari air dan mineral untuk melihat kontras kesarangan dan mengabaikan pengukuran volume pori atau porositas.

Log Bulk Density mencari atenuasi dimana fungsi dari jumlah electron yang terdapat dalam formasi yaitu densitas electron yang mewakili densitas keseluruhan. Porositas diartikan sebagai perbandingan antara volume pori batuan dengan volume totalnya. Porositas efektif yaitu apabila bagian rongga rongga di dalam batuan berhubungan dan telah dikoreksi dengan kandungan lempungnya.

1. Antar butir ( intergranular ) yaitu bahwa pori pori terdapat diantara butr butir
2. Antar Kristal ( interkristalin )yaitu dimana pori pori berada diantara Kristal Kristal
3. Celah dan rekah yaitu rongga terdapat diantara celah celah
4. Bintik bintik jarum ( pori pori merupakan bintik bintik terpisah pisah ) tanpa kelihatan bersambungan
5. Ketat yaitu butir butir berdekatan dan kompak sehingga pori pori kecil sekali dan hampir tidak ada porositas
6. Padat berarti batuan sangat kecil sehingga hampir tidak ada
7. Gerowong yang berarti rongga rongga besar berdiameter beberapa mili dan kelihatan sekali bentuknya tidak beraturan sehingga porositasnya besar
8. Bergua gua yang berarti rongga rongga besar sekali, porositasnya sangat besar

Densitas

Densitas secara sederhana merupakan perbandingan antara massa dengan volume Rigiditas dapat dideskripsikan sebagai seberapa besar material berubah bentuk terhadap stress. Rigiditas sensitive terhadap matriks batuan. Semakin rapat matriksnya maka akan semakin mudah pula mengalami slide over satu sama lainnya dan benda tersebut dikatakan memiliki rigiditas yang tinggi. Inkompressibilitas merupakan sebagai besarnya perubahan volume bila dikenai stress.

Impedansi Akustik dan Impedansi Elastik

Impedansi Akustik adalah kemampuan suatu batuan untuk melewatkan gelombang seismic yang melaluinya. Impedansi akustik secara matematis dapat dituliskan sebagai perkalian kecepatan gelombang kompresi dengan densitas batuan. Semakin besar nilai densitas batuan atau semakin keras suatu batuan tersebut maka nilai impedansi akustiknya juga akan semakin besar.

Gambar diambil dari seismicinterpreter.wordpress.com

Dikarenakan nilai kecepatan lebih besar dibandingkan dengan orde nilai densitas, maka harga AI cenderung dikontrol oleh kecepatan gelombang seismik pada batuan ( lihat rumus ). Perbedaan harga IA didapatkan karena adanya perbedaan densitas maupun kecepatan gelombang seismik yang melewati medium yang diinterpretasikan sebagai kontras litologi.   Berikut dilampirkan rumus impedansi untuk menghitung AI

Menurut Connoly (1999) sebagai suatu persamaan Impedance, jika sudut itu nol, maka disebut AI ( Akustik Impedansi ), kalau kita melihat perubahan amplitude terhadap offset ( AVO ) pada data gather / pre stack maka cara lain untuk melihat perubahan AVO adalah dengan membandingkan angle stacknya ( near, mid, far )/ post stack. Sehingga bisa dikatakan bahwa EI adalah generalisasi AI dari beberapa sudut datang. 

Gambar diambil dari ensiklopediseismik.blogspot.com

Hal ini biar lebih simple saja, karena mungkin dirasa kurang praktis untuk melihat perubahan AVO pada gather yang harus diproses lagi secara optimal, terutama apabila kita menangani data yang besar, kualitas yang kurang baik, dan terdapat kompleksitas pada ruang geologinya. 

Jadi kalo misalnya kita dapatkan near, mid, far stacknya dan dibandingkan antara near dengan far maka kita akan tahu perubahan AVO. Metode EI diharapkan lebih baik dari AI dalam mengkarakterisasi reservoir karena adanya parameter gelombang S. Perluasan kurva EI untuk setiap kombinasi sudut datang dan gradiennya dikenal sebagai EEI. Biasanya metode ini digunakan untuk membantu mengkarakteristik litologi dan kandungan fluida reservoir.

Dengan memanfaatkan data sudut gathers dan manipulasi matematik maka akan diperoleh rock properties seperti Vp/ Vs yang membantu memisahkan sand dari shale yang sebelumnya tidak dapat dibedakan dari zero offset seismic inversion.

Cerita Sedikit Mengenai Reservoir

Dalam dunia industry perminyakan dan gas bumi, sering dibahas mengenai reservoir, baik itu reservoir minyak atau gas bumi. Kadang kita berpikir seperti apakah reservoir itu ? apakah bentuknya seperti kolam, gua dengan kapasitas ruangan yang besar dengan wadah terbuka, bukan. Melainkan berupa suatu bentukan ( formasi ) batuan padat yang mempunyai rongga atau pori pori. Rongga kecil di dalam batuan itulah yang menjadi tempat terakumulasinya minyak dan/ gas. Ilustrasinya seperti ada sebuah gelas yang diisi penuh oleh pasir. Kemudian dituangkan air ke dalamnya. Air akan tetap masuk walaupun gelas sudah penuh terisi oleh air, air akan ditampung oleh gelas tadi karena air tersebut masuk ke dalam rongga antara butiran butiran pasir. Agar suatu reservoir dapat menampung minyak yang dapat diproduksikan secara ekonomis nantinya, maka ukuran formasi batuan tersebut harus cukup besar dan mempunyai rongga yang cukup besar pula. Reservoir itu harus dapat mengalirkan fluida karena minyak dan atau gas tidak bernilai ekonomis jika tidak dapat dialirkan ke lubang sumur untuk diangkat ke permukaan. 

Sebagian besar minyak dan atau gas ditemukan pada reservoir yang terbentuk dari batuan sedimen. Batuan sedimen terbentuk dari endapan organik seperti sisa sisa tumbuhan dan hewan, endapan endapan organik seperti pasir dan lempung yang diendapkan oleh sungai dan danau purba, yang kemudian ditimbun oleh berbagai jenis batuan dan mengalami penekanan serta pemanasan dalam jangka waktu berjuta juta tahun. 

Agar dapat menjebak atau menampung fluida, suatu reservoir harus tertutup pada bagian atas dan pinggirnya oleh suatu lapisan penutup. Artinya wadahnya tidak terbuka ke atas tetapi terbuka ke bawah sehingga minyak yang mengalir ke arahnya dapat terperangkap. Pada saat pembentukannya minyak mengalir dari tekanan yeng besar ke tekanan yang lebih rendah, yaitu permukaan bumi. Jika ada yang menghentikan pergerakan minyak tersebut, maka minyak akan terakumulasi di tempat ia terhalang. Dilihat dari proses ini maka bentukan batuan reservoir berfungsi sebagai suatu perangkap ( trap ). Perangkap itu sendiri yang kita sebut dengan reservoir. 

Perangkap yang dikenali sampai saat ini ada dua, yaitu perangkap struktur dan perangkap stratigrafi. Perangkap perangkap struktur adalah perangkap yang terbentuk akibat deformasi dari bentuk reservoir, sedangkan perangkap stratigrafi adalah perangkap yang terbentuk dari keadaan dimana tidak ada kelanjutan porositas dan permeabilitas.   

Jadi reservoir merupakan bagian dari perangkap bawah permukaan baik structural maupun stratigrafis yang berupa bentukan ( formasi ) batuan batupasir atau karbonat yang bersifat porus, sehingga dapat mengandung minyak dan gas bumi. Bisa juga dikatakan formasi batuan yang terdiri dari rongga yang sangat kecil dan dapat menyimpan fluida. Sebuah reservoir minyak dan/ gas dapat berada berdampingan dengan aquifer, yang merupakan bagian dari reservoir atau bentukan lain yang mengandung air. Dalam reservoir, dalam keadaan kesetimbangan, akan berada secara berlapis dengan yang paling ringan ( gas ) berada paling atas, minyak, dan yang terberat air berada paling bawah. 

Untuk dapat menyimpan minyak, suatu reservoir  harus mempunyai bentuk dan konfigurasi tertentu serta mempunyai penyekat sehingga minyak dapat terperangkap. Suatu reservoir harus mempunyai porositas minimum, yaitu batuan harus mempunyai ukuran rongga tertentu dan bersifat permeable. Permeable disini diartikan bahwa rongga rongga tersebut harus saling berhubungan sehingga minyak dapat mengalir didalam reservoir dan dapat diproduksi melalui sumur sumur produksi. 

Dalam reservoir terdapat batuan reservoir, batuan tersebut adalah batuan bawah permukaan yang mampu menjadi tempat terperangkapnya gas, minyak, air, dan fluida reservoir lain. Batuan sandstone dan carbonate  ( misalnya limestone dan dolomite ) umumnya batuan yang paling besar pori porinya merupakan batuan yang umum sebagai batuan reservoir.