49
SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI UNIVERSITAS NEGERI MANADO | FISIKA GEOTHERMAL UNIVERSITAS NEGERI MANADO | FISIKA GEOTHERMAL 1 MAKALAH SISTEM PANASBUMI BAB 5 : SIFAT BATUAN DAN FLUIDA P

MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Makalah Sistem Panasbumi yang mengupas informasi-informasi mengenai sifat-sifat atau karakteristik yang dimiliki oleh batuan-batuan panasbumi dan sifat-sifat fluida dalam reservoir panasbumi.

Citation preview

Page 1: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

UNIVERSITAS NEGERI MANADO | FISIKA GEOTHERMALUNIVERSITAS NEGERI MANADO | FISIKA GEOTHERMAL

1

MAKALAH SISTEM PANASBUMI

BAB 5 : SIFAT BATUAN DAN FLUIDA

PANASBUMI

Page 2: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

NAMA ANGGOTA KELOMPOK

YONATHAN SUROSO 12300041

STEVANNY PALIT 12301093

YULLY SURENTU 12301396

ADVENTUS POSUMAH 12300058

RIFIANO WEWENGKANG 12301437

JEIT LEMBONG 12303906

SULISTYO KONO 12300435

RISKY MAHADJURA 12304716

DOSEN MATA KULIAH SISTEM PANASBUMI:

2

Page 3: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

DR. Cyrke. A. N. Bujung, M.Si.

KATA PENGANTAR

Puji syukur patut kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas

berkat, penyertaan dan bimbinganNya kami dapat menyelesaikan makalah kami

yang berjudul SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI ini dengan baik.

Kami juga berterimakasih kepada semua pihak, baik secara langsung maupun

tidak langsung, yang telah membantu kami dalam menyelesaikan makalah kami.

Makalah ini memuat dan membahas tentang karakteristik dan analisa

mengenai batuan dan fluida yang berperan dalam sistem panasbumi. Makalah ini

terdiri dari tiga bagian. Bagian pertama membahas mengenai sifat petrofisik

batuan panasbumi, bagian kedua membahas sifat termodinamika uap, air dan

campuran dari keduanya pada berbagai tekanan dan temperatur, sedangkan bagian

ketiga membahas tentang sifat geokimia fluida panasbumi.

Semoga makalah Sistem Panasbumi ini dapat bermanfaat dan dapat

dipergunakan sebagaimana mestinya. Terima kasih.

Tomohon, 8 September 2013

3

Page 4: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR 3

DAFTAR ISI 4

BAGIAN 1 : SIFAT BATUAN PANASBUMI 5

A. POROSITAS 5

B. PERMEABILITAS 6

C. DENSITAS 7

D. KONDUKTIVITAS PANAS 7

E. PANAS SPESIFIK BATUAN 9

BAGIAN 2 : JENIS DAN SIFAT FLUIDA 10

A. JENIS FLUIDA PANASBUMI 10

B. SIFAT FLUIDA SATU FASA 14

C. SIFAT FLUIDA DUA FASA 21

D. FLUIDA DUA FASA DALAM BATUAN RESERVOIR 22

BAGIAN 3 : GEOKIMIA FLUIDA PANASBUMI 26

A. KANDUNGAN KIMIA FLUIDA PANAS BUMI 26

4

Page 5: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

B. JENIS AIR PANASBUMI 28

C. PROSPEKSI GEOKIMIA PANASBUMI 32

BAGIAN 1

SIFAT BATUAN PANASBUMI

Sebagian besar reservoir panasbumi terdapat pada batuan vulkanik dengan

aliran utama melalui rekahan. Seperti halnya di perminyakan, sifat batuan yang

penting menerangkan sifat batuan reservoir panasbumi adalah porositas,

permeabilitas dan densitas batuan. Beberapa parameter lain yang penting untuk

menerangkan sifat batuan reservoir panasbumi adalah panas spesifik dan

konduktivitas panas.

A. POROSITAS

Reservoir panasbumi umumnya ditemukan pada batuan rekah alami, di

mana batuannya terdiri dari rekahan-rekahan dan rongga-rongga atau pori-pori.

Fluida panasbumi, terkandung tidak hanya dalam pori-pori tetapi juga dalam

rekahan-rekahan. Volume rongga-rongga atau pori-pori batuan tersebut umumnya

dinyatakan sebagai fraksi dari volume total batuan dan didefinisikan sebagai

porositas (φ). Secara matematis, porositas dapat dituliskan sebagai berikut:

φ=V p

V b

5

Page 6: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

dimana Vp adalah volume pori dan Vb adalah volume total batuan.

Porositas batuan reservoir panasbumi biasanya dibedakan menjadi dua,

yaitu porositas rekahan dan porositas antar butir atau porositas matriks batuan.

Hingga saat ini baru porositas matriks yang dapat diukur di laboratorium.

Pada kenyataannya, porositas di dalam suatu sistem panasbumi sangat

bervariasi Contohnya di dalam sistem reservoir rekah alami, porositas berkisar

sedikit lebih besar dari nol, akan tetapi dapat berharga sama dengan satu (1) pada

rekahannya. Pada umumnya porositas rata-rata dari suatu sistem media berpori

berharga antara 5 – 30%.

B. PERMEABILITAS

Seperti di perminyakan, permeabilitas (k) suatu batuan merupakan ukuran

kemampuan batuan untuk mengalirkan fluida. Permeabilitas merupakan parameter

yang penting untuk menentukan kecepatan alir fluida di dalam batuan berpori dan

batuan rekah alami. Permeabilitas yang biasanya dinyatakan dalam satuan mD

(mili Darcy), di bidang geothermal seringkali dinyatakan dalam m2, dimana 1

Darcy besarnya sama dengan 10-12 m2.

. Besarnya permeabilitas batuan tidak sama ke segala arah (anisotropy),

umumnya permeabilitas pada arah horizontal jauh lebih besar dari

permeabilitasnya pada arah vertikal. Batuan reservoir panasbumi umumnya

mempunyai permeabilitas matriks batuan sangat kecil seperti diperlihatkan pada

tabel di bawah, dimana reservoir mempunyai permeabilitas antara 1 sampai 100

mD dan transmisivitas (hasil kali permeabilitas dan ketebalan) antara 1 sampai

100 Dm (Darcy meter).

6

Page 7: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Tabel 1 Sifat Batuan Reservoir Di Beberapa Lapangan Panasbumi

C. DENSITAS

Densitas batuan adalah perbandingan antara berat batuan dengan volume

dari batuan tersebut. Densitas atau massa jenis batuan dinyatakan sebagai berikut:

ρ=mV

D. KONDUKTIVITAS PANAS

Konduktivitas panas suatu batuan merupakan parameter yang menyatakan

besarnya kemampuan batuan tersebut untuk menghantarkan panas dengan cara

7

Page 8: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

konduksi apabila pada batuan tersebut ada perbedaan temperatur (gradien

temperatur). Secara matematis konduktivitas panas dinyatakan sebagai berikut:

K= Q

(dTdz

)

dimana Q adalah laju aliran panas per satuan luas dan dT/dz adalah gradien

temperatur. Satuan dari konduktivitas panas batuan adalah W/m. K,

penyederhanaan dari satuan (Energi/waktu/luas)/(temperatur/jarak).

Tabel 2 Konduktivas Panas Beberapa Jenis Batuan

Konduktivitas panas tidak sama untuk setiap batuan. Konduktivitas panas

suatu batuan tidak hanya ditentukan oleh jenis batuan atau mineral-mineral

penyusunnya, tetapi juga ditentukan oleh struktur kristal yang membentuk batuan

tersebut. Mungkin ini pulalah yang menyebabkan harga konduktivitas berlainan

8

Page 9: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

ke semua arah. Hal ini menyebabkan panas merambat dengan laju yang berbeda

ke arah yang berlainan.

Keanekaragaman sifat konduktivitas panas batuan diperkirakan tidak hanya

karena susunan ion dari suatu struktur kristal tetapi juga orientasi dari masing-

masing butiran mineral. Kwarsa, misalnya, adalah konduktor panas yang baik,

sehingga konduktivitas panas batuan yang mengandung kwarsa umumnya sangat

ditentukan oleh fraksi dari kwarsa di dalam batuan tersebut. Sebagai contoh

adalah batuan granit; konduktivitasnya berkisar antara 2,5 sampai 4 W/m.K, bila

batuan tersebut mengandung kwarsa sebanyak 20 – 35%. Adanya mineral

Plagiocase akan menurunkan konduktivitas batuan karena mineral tersebut

mempunyai konduktivitas panas yang rendah.

E. PANAS SPESIFIK BATUAN

Panas spesifik batuan (c) adalah suatu parameter yang menyatakan

banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu satuan masa batuan

tersebut sebesar 10C. Satuan dari panas spesifik batuan adalah J/kg.K. Panas

spesifik batuan umumnya mempunyai harga sebagai berikut:

Pada temperatur rendah : 0.75 - 0.85 kJ/kg0C

Pada temperatur sedang : 0.85 - 0.95 kJ/kg0C

Pada temperatur tinggi : 0.95 - 1.10 kJ/kg0C

9

Page 10: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

BAGIAN 2

JENIS DAN SIFAT FLUIDA

A. JENIS FLUIDA PANASBUMI

Fluida panasbumi dapat berada dalam keadaan cair atau uap tergantung dari

tekanan dan temperatur yang mempengaruhinya. Fluida berada dalam keadaan

cair hanya apabila pada suatu tekanan tertentu, temperaturnya lebih kecil dari

temperatur titik didih (temperatur saturasi). Fluida berada dalam keadaan uap

apabila pada suatu tekanan tertentu, temperaturnya lebih besar dari temperatur

titik didih air atau temperatur saturasi.

Pada tekanan 1 atm (1,01325 bar) misalnya, air mendidih pada temperatur

1000C. Apabila pada tekanan 1 atm besamya temperatur adalah 500C, yaitu di

bawah temperatur titik didih air, maka fluida ada dalam keadaan cair. Apabila

pada tekanan 1 atm besamya temperatur adalah 1000C, yaitu di atas temperatur

titik didih air, maka fluida ada dalam keadaan uap. Pada tekanan yang lebih tinggi

dari 1 atm, air akan mendidih pada temperatur yang lebih tinggi, misalnya pada

tekanan 20 bar, air mendidih pada temperatur 212,9oC.

10

Page 11: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Fasa cair dapat berada bersama-sama dengan fasa uap pada kondisi tekanan

dan temperatur tertentu, yaitu pada tekanan dan temperatur saturasi.

Gambar 1 Hubungan Temperatur Saturasi terhadap Tekanan

Di daerah di atas kurva saturasi, yaitu daerah dimana temperatur lebih besar

dari temperatur saturasi, hanya fasa uap yang terdapat didalam sistim. Pada

keadaan ini uap disebut superheated steam (uap lewat panas). Di daerah di bawah

kurva saturasi, yaitu daerah dimana temperatur lebih kecil dari temperatur

saturasi, hanya fasa cair yang terdapat didalam sistem. Pada keadaan ini fasa cair

disebut sebagai compressed liquid.

11

Page 12: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Pada temperatur dan tekanan saturasi, fasa cair dapat berada bersama sama

dengan fasa uap. Fluida merupakan fluida dua fasa, yaitu berupa campuran uap-

air. Fraksi uap didalam fluida sering disebut kualitas uap atau dryness (notasi x),

yang didefinisikan sebagai perbandingan antara laju alir masa uap dengan laju alir

masa total. Harga fraksi uap (x) bervariasi dari nol sampai dengan satu.

• Apabila pada kondisi saturasi, hanya terdapat fasa cair saja, maka fasa cair

tersebut disebut cairan jenuh atau saturated liquid (x = 0) .

• Bila hanya uap saja yang terdapat pada tekanan dan temperatur saturasi,

maka uap tersebut disebut uap jenuh atau saturated vapour (x = l) .

Adanya kandungan non-condensible gas di dalam air akan menyebabkan

temperatur saturasi atau temperatur titik didih menjadi lebih rendah, sedangkan

adanya kandungan garam akan menaikkan temperatur saturasi.

Gambar 2 Pengaruh CO2 dan NaCl Terhadap Temperatur dan Tekanan Saturasi

12

Page 13: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Fluida yang terkandung dibawah permukaan dapat ditentukan dari landaian

tekanan dan temperatur hasil pengukuran di dalam sumur yang divisualisasikan

melalui Kurva BPD, dimana BPD adalah singkatan dari Boiling Point with

Depth. Kurva tersebut merupakan penentuan jenis fluida dan jenis reservoir dari

data temperatur dan tekanan saturasi terhadap kedalaman.

Gambar 3 Landaian Temperatur dan BPD Untuk Penentuan Jenis Fluida/Jenis Reservoir

• Apabila landaian temperatur dari pengukuran di sumur terletak di sebelah

kiri kurva BPD, maka fluida hanya terdiri dari satu fasa saja, yaitu air.

• Apabila landaian temperatur dari pengukuran sumur terletak disebelah

kanan dari kurva BPD, maka fluida hanya terdiri satu fasa saja, yaitu uap.

• Apabila landaian temperatur berimpit dengan kurva BPD maka fluida

terdiri dari dua fasa, yaitu uap dan air.

13

Page 14: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Landaian tekanan dan temperatur di sistim dominasi air umumnya berubah

secara signifikan dengan kedalaman. Landaian tekanan dan temperatur di

reservoir dominasi uap biasanya tidak banyak berubah dengan kedalaman

(densitas gas tidak banyak berubah dengan tekanan dan temperatur).

14

Page 15: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Gambar 4 Tipe Landaian Tekanan dan

Temperatur Sistem Dominasi Uap

Gambar 5 Tipe Landaian Tekanan dan

Temperatur Sistem Dominasi Air

B. SIFAT FLUIDA SATU FASA

VOLUME SPESIFIK

Volume spesifik suatu fasa fluida adalah perbandingan antara volume

dengan masa dari fasa fluida tersebut. Satuan dari volume spesifik adalah m3/kg.

Volume spesifik air (νf) dan uap (νg) tergantung dari besarnya tekanan dan

temperatur.

15

Page 16: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

DENSITAS

Densitas suatu fasa fluida adalah perbandingan antara massa dengan volume

dari fasa fluida tersebut. Satuan densitas adalah kg/m3. Densitas air (ρf) dan

densitas uap (ρg) tergantung dari besarnya tekanan dan temperatur dimana

harganya ditentukan dari harga volume spesifik, yaitu sebagai berikut:

ρ=mV

→ ρ= 1V

16

Page 17: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Gambar 6 Hubungan Densitas Air dan Uap terhadap Tekanan Saturasi

ENERGI DALAM

Energi dalam (u) merupakan parameter yang menyatakan banyaknya panas

yang terkandung didalam suatu fasa persatuan masa. Satuan dari energi dalam

adalah kJ/kg. Besarnya energi dalam uap (ug) dan energi dalam air (uf) juga

tergantung dari tekanan dan temperatur.

17

Page 18: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Gambar 7 Hubungan Energi Dalam terhadap Tekanan Saturasi

ENTALPI DAN PANAS LATEN

Entalpi adalah jumlah dari energi dalam (u) dengan energi yang dihasilkan

oleh kerja tekanan. Hubungan dari energi dalam dengan entalpi adalah:

h f=u f + p/υf

hg=ug+ p/υg

Satuan dari entalpi adalah kJ/kg. Besarnya entalpi uap (hg) dan entalpi air (hf) juga

tergantung dari tekanan dan temperatur.

18

Page 19: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Gambar 8 Hubungan Energi Dalam terhadap Tekanan Saturasi

Gambar 9 Hubungan Energi Dalam terhadap Temperatur Saturasi

19

Page 20: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Panas laten (hfg) adalah panas yang diperlukan untuk mengubah satu satuan

masa air pada kondisi saturasi (jenuh) menjadi 100% uap. Satuan dari panas laten

adalah kJ/kg, dimana besarnya juga tergantung dari tekanan dan temperatur.

h fg=hg−h f

ENTROPI

Entropi (s) adalah besaran termodinamika yang mengukur energi dalam

sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha.

Entropi juga besarnya ditentukan dari tekanan dan temperatur.

20

Page 21: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Gambar 10 Hubungan Entropy terhadap Temperatur Saturasi

VISKOSITAS

Viskositas atau kekentalan adalah ukuran keengganan suatu fluida untuk

mengalir. Viskositas dibedakan menjadi dua, yaitu viskositas dinamik (µ) dan

21

Page 22: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

viskositas kinematik (ν). Viskositas kinematis adalah viskositas dinamis dibagi

dengan densitasnya, yaitu:

ν=μρ

Viskositas juga tergantung dari tekanan dan temperatur.

Gambar 11 Hubungan Viskositas Dinamik terhadap Temperatur Saturasi

22

Page 23: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

B. SIFAT FLUIDA DUA FASA

Sifat fluida dua fasa, yaitu campuran uap-air, bergantung pada kualitas

uapnya atau dryness. Secara matematis, dryness dinyatakan sebagai berikut:

x=mv

mT

=mv

mv+ml

dimana:

mv : laju alir massa uap (kg/s atau ton/jam)

ml : laju alir massa air (kg/s atau ton/jam)

mT : laju air massa total (kg/s atau ton/jam)

Apabila hfg adalah panas laten, νf, ρf, uf, hf, sf, µf adalah sifat-sifat air pada

kondisi saturasi, dan νg, ρg, ug, hg, sg, µg adalah sifat-sifat uap pada kondisi saturasi,

maka sifat fluida dua fasa yang fraksi uapnya dinyatakan dengan notasi x dapat

ditentukan sebagai berikut:

Entalpi:

h=hf +x ∙hfg

Entropi:

s=sf +x ∙ sg

Viskositas:

υ=υg x+(1−x)υf

23

Page 24: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Energi dalam:

u=ug x+(1− x)u f

Jenis fluida, apakah satu fasa atau dua fasa, biasanya ditentukan dengan

membandingkan harga entalpinya (h) dengan entalpi air dan entalpi uap (hf) dan

(hg) pada kondisi saturasi. Kriteria di bawah ini umumnya digunakan untuk

menentukan jenis fluida panasbumi.

D. FLUIDA DUA FASA DALAM BATUAN RESERVOIR

Di dalam reservoir fluida dua fasa umumnya diasumsikan tidak bercampur,

tetapi terpisah masing-masing fasanya. Rongga-rongga/pori-pori batuan ada yang

diisi uap dan ada pula yang diisi air. Seperti di perminyakan, fraksi volume pori-

pori yang terisi uap biasanya disebut Saturasi air (SL) dan yang terisi air disebut

Saturasi uap (SV), dimana:

SL+SV =1

Bila ρL dan ρv masing-masing adalah densitas air dan densitas uap, hL dan hv

adalah entalpi air dan uap serta uL dan uv adalah energi dalam air dan uap, maka

sifat fluida dua fasa yang terdapat didalam media berpori biasanya dinyatakan

oleh persamaan berikut:

24

Page 25: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Densitas:

ρ=ρL SL+ ρV SV

Entalpi:

h=ρL SL hL+ρV SV hV

ρ

Energi dalam:

u=ρL SL uL+ρV SV uV

ρ

Sifat fluida dua fasa dalam keadaan mengalir tergantung dari harga

permeabilitas relatif. Kurva permeabilitas relatif dari Corey (1954) dan kurva

permeabilitas relatif linier seperti ditunjukkan pada gambar di bawah sering

digunakan dalam perhitungan teknik reservoir.

Gambar 12 Kurva Permeabilitas Relative Corey dan Kurva Garis Lurus

25

Page 26: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Secara matematis, persamaan Corey dapat dinyataka sebagai berikut:

k rL=(SL' )4

k rV=(1−SL' ) [1−( SL

' )2 ]

dimana

SL' =

S L−SLR

1−SLR−SVR

SLR dan SVR adalah residual liquid saturation dan residual vapour saturation.

Untuk perhitungan di bidang panasbumi biasanya diasumsikan SLR = 0.3 dan SVR

= 0.05.

Dengan asumsi bahwa aliran di reservoir mengikuti hukum Darcy, yaitu:

qmL=k k rL

v L

(P−ρL g)

qmV=k k rV

vV

(P−ρV g)

dan aliran panas secara konduksi diabaikan, jadi aliran panas (Qe) yang tejadi

secara konveksi adalah sebagai berikut:

Qe=hL qmL+hV qmV

serta asumsi aliran adalah horizontal (pengaruh gravitasi diabaikan), maka entalpi

fluida dan viskositas kinematik dua fasa dalam keadaan mengalir dapat

dinyatakan dengan persamaan berikut:

26

Page 27: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Flowing entalphy:

h f=hL

krL

νL

+hV

krV

νV

k rL

ν L

+k rV

νV

Viskositas kinematik:

1ν t

=k rL

ν L

+krV

νV

dimana:

qmL : laju alir massa air

qmV : laju alir massa uap

hL : entalpi fasa air

hV : entalpi fasa uap

νL : viskositas kinematik fasa air

νV : viskositas kinematik fasa uap

ρL : densitas air

ρV : densitas uap

P : tekanan

g : gravitasi

27

Page 28: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

BAGIAN 3

GEOKIMIA FLUIDA PANASBUMI

A. KANDUNGAN KIMIA FLUIDA PANASBUMI

Beberapa kandungan kimia fluida panasbumi yang banyak ditemukan pada

reservoir-reservoir panasbumi adalah:

28

Page 29: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Kandungan kimia fluida panasbumi di suatu tempat berbeda dengan di

tempat-tempat lainnya, tidak hanya dari lapangan ke lapangan, tetapi juga dengan

yang diperoleh dari suatu tempat dan tempat lainnya meskipun keduanya terdapat

di lapangan yang sama. Konsentrasi ion yang berbeda-beda dapat disebabkan

karena banyak hal, antara lain adalah karena perbedaan dalam:

Temperatur

Kandungan gas

Sumber air

Jenis batuan

Kondisi dan lamanya interaksi air batuan

Adanya percampuran antara air dari satu sumber dengan air dari sumber

lainnya

Sebagai ilustrasi diperlihatkan kandungan kimia dari beberapa mata air panas

(spring) di lapangan Cerro Prieto (Meksiko), Orakei Korako dan Broadlands

(Selandia Baru).

29

Page 30: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

30

Page 31: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

B. JENIS AIR PANASBUMI

Jenis-jenis air yang ditemukan pada reservoir-reservoir panasbumi menurut

sifat-sifat kimia ada 4, yaitu:

1. AIR ALKALI KLORIDA (Alkalic Chloride water)

Karakteristik air alkali klorida:

Konsentrasi Cl yang tinggi (400 – 1800 ppm)

Konsentrasi Na dan K tinggi

Konsentrasi Ca seringkali rendah

Kandungan SiO2 (silika) cukup tinggi, tergantung pada temperatur

31

Page 32: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Umumnya mengandung ion SO42-, HCO3

-, dan sejumlah kecil unsur F, NH3,

As, Li, Rb, Cs, dan Mg

pH (kadar keasaman) sekitar 6 – 7,5

Sebuah contoh lain diperlihatkan pada Tabel dibawah ini yang memperlihatkan

kandungan kimia air alkali klorida yang berbeda-beda dari sumur (di permukaan

dan di bawah permukaan) dan dari beberapa mata air di lapangan Cerro Prieto,

Meksiko.

32

Page 33: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

2. AIR ASAM SULFAT (Acid Sulphate water)

Karakteristik air asam sulfat:

Konsentrasi ion SO42- yang tinggi

Konsentrasi Cl- dan HCO3- sangat rendah, kadang-kadang tidak ada

kandungannya sama sekali

Mengandung Na, K, Ca, Mg, dan Fe

pH rendah (pH < 2 - 3)

Acid Sulphate water biasanya terjadi di area volcanic geothermal dimana uap

terkondensasi menjadi air permukaan. Acid Sulphate water mungkin juga berasal

dari oksidasi H2S yang terjadi di vadose zone, yaitu daerah di atas permukaan air.

33

Page 34: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

1. AIR ASAM SULFAT-KLORIDA (Acid Sulphate Chloride Water)

Karakteristik air asam sulfat-klorida:

Konsentrasi ion SO42- dan Cl- cukup tinggi

pH < 2 - 5

Air asam sulfat-klorida terjadi karena:

Tercampurnya alkali chloride water dengan acid sulphate water

Ion sulfida (H2S) dalam alkali chloride water teroksidasi menjadi SO42-

Alkali choride water melewati dan bereaksi dengan batuan yang

mengandung sulfur

34

Page 35: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

2. AIR KARBONAT (Carbonate water)

Karakteristik air karbonat:

Konsentrasi ion HCO3- cukup tinggi

Konsentrasi Cl- rendah

pH sekitar 5 – 6

Di beberapa tempat air karbonat tercampur karena adanya batuan limestone di

bawah permukaan. Di permukaan hal ini dicirikan oleh adanya endapan

tranvertme (CaCO3) sinter di sekitar mata air panas.

35

Page 36: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

C. PROSPEKSI GEOKIMIA FLUIDA PANASBUMI

Kandungan kimia yang terdapat pada fluida panasbumi mampu memberikan

perkiraan atau gambaran mengenai sistem panasbumi yang terdapat di bawah

permukaan bumi, yaitu jenis reservoir dan asal muasal air. Penentuan jenis

reservoir dilakukan melalui observasi faktor-faktor kimiawi pada manifestasi-

manifestasi permukaan. Perbandingan ion atau komponen kimia pada air

menentukan asal atau sumber air dalam sistem panasbumi.

IDENTIFIKASI JENIS RESERVOIR

Mata air panas (spring) dengan kandungan klorida tinggi : reservoir dominasi

air

Mata air panas (spring) bersifat asam : reservoir dominasi uap

Mata air panas (spring) bersifat netral : reservoir dominasi air

Mata air panas (spring) bersifat netral yang terletak di kaki gunung : reservoir

dominasi uap

Mata air panas (spring) jenuh kandungan silika : reservoir dominasi air

Mata air panas (spring) silika sinter : reservoir dominasi air

Kolam air panas (hot pool) dengan air berwarna jernih kebiruan bersifat netral

: reservoir dominan air, tergolong ke dalam jenis deep reservoir

Kolam air panas (hot pool) dengan air berlumpur kehijauan bersifat asam :

kemungkinan dapat berupa reservoir dominan air atau reservoir dominan uap,

karena air berasal dari air tanah yang menjadi panas karena pemanasan oleh

uap panas

PERKIRAAN SUMBER AIR PANASBUMI

Kandungan Na atau B sama di semua tempat air berasal dari satu sumber

36

Page 37: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Kandungan Na atau Ca tinggi sumber air bertemperatur tinggi, air mengalir

lansung dari sumbernya

Kandungan Na atau Mg tinggi sumber air bertemperatur tinggi

Kandungan Na atau Mg rendah sumber air mengalami percampuran dengan

air dingin

Kandungan Cl atau F tinggi sumber air mempunyai temperatur tinggi

Kandungan Cl atau I rendah air mengalami kontak dengan material organik

Kandungan Cl atau Mg serta Cl atau Mg dan Ca tinggi sumber air

bertemperatur tinggi

Kandungan Cl atau Mg serta Cl atau Mg dan Ca rendah sumber air

mengalami percampuran dengan air laut

Kandungan Cl atau B sama disemua tempat : air berasal dari satu sumber

Kandungan Cl atau B rendah

o air berasal dari batuan sedimen yang banyak mengandung material

organik

o air berasal dari suatu sumber air yang dipanasi uap

Kandungan Cl atau HCO3 dan CO3 rendah : sumber air mengalami

percampuran dengan air dingin

Kandungan Cl atau HCO3 dan CO3 tinggi : air mengalir langsung dari

sumbernya

Kandungan Cl atau SO4 tinggi : sumber air bertemperatur tinggi

Kandungan Cl atau SO4 rendah : air berasal dari suatu sumber air yang

dipanasi uap

Kandungan Ca atau HCO3 tinggi : sumber air bertemperatur tinggi

Kandungan SiO2 atau K di permukaan lebih besar dari di bawah permukaan :

sumber air mengalami percampuran dengan air bertemperatur tinggi

37

Page 38: MAKALAH SISTEM PANASBUMI - SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI

sifat batuan dan fluida panasbumi

Kandungan SiO2 atau K di permukaan sama dengan di bawah permukaan :

pengendapan silika sangat kecil

Kandungan Na atau Li tinggi : Sumber air bertemperatur rendah, air

mengalami pencampuran dengan air dingin

Kandungan S (sebagai H2S dan sulfat) tinggi : sumber air berada dekat

permukaan (tempat dangkal)

Kandungan S (sebagai H2S dan sulfat) rendah : sumber air berada jauh dari

permukaan (tempat dalam)

Kandungan barite pada air : sumber air umumnya berada pada tempat yang

dangkal atau tempat bertemperatur rendah

38