Sifat Petrofisika BatuanSifat-sifat petrofisik yang dihasilkan oleh log dan dikorelasikan dengan analisis core

di laboratorium antara lain :1.    Porositas

Porositas adalah perbandingan antara ruang kosong pada sebuah batuan terhadap volum total batuan, dan merupakan tempat tersimpannya fluida dari suatu reservoar (Halliburton, 2001).

           

Gambar 1 : Batupasir poros (Halliburton, 2001)

            Porositas dinyatakan dalam persen (%). Saat digunakan dalam menghitung, terkadang porositas dinyatakan dalam bentuk desimal/fraksi. Menurut pembentukannya, porositas terbagi atas :

-          Porositas PrimerJumlah ruang kosong yang terdapat pada sedimen saat batuan terendapkan, atau terbentuk selama sedimentasi. Porositas primer umumnya sebuah fungsi dari banyaknya ruang antara batuan dan bentuk butir.

-          Porositas SekunderPorositas setelah pengendapan. Seperti porositas hasil dari pelarutan akibat air tanah, pengkristalisasi kembali dan rekahan. 

         Porositas efektif dan porositas totalPorositas efektif merupakan volum pori berhubungan yang tersedian untuk fluida

bebas. Sedangkan porositas total merupakan keseluruhan ruang pori pada suatu batuan dan matrix yang efektif dan tidak efektif.

Gambar 2 : Porositas efektif dan porositas tidak efektif (Halliburton, 2001)

         Porositas rekahanHasil dari adanya ruang terbuka yang disebabkan oleh patahan atau hancuran dari

batuan. Semua jenis batuan dipengaruhi oleh rekahan dan komposisi batuan akan menentukan batuan hancur atau banyak rekahan yang terbentuk.Hydraulic fracturing adalah metode yang mendorong produksi akibat pengaruh rekahan dan celah di formasi karena injeksi fluida pada

batuan reservoar di tekanan yang melampaui kekuatan batuan. Hydraulic fracturing dapat sangat menambah porositas efektif dan permeabilitas dari formasi.

Gambar 3 : Rekahan pada material batuan (Halliburton, 2001)

         Vuggy porosityMerupakan porositas sekunder hasil dari pelarutan bagian batuan yang dapat larut atau pembesaran pelarutan dari pori atau rekahan.

Gambar 4 : Rekahan pada material batuan (Halliburton, 2001)

2.         Permeabilitas (K)Permeabilitas (K) : Kemampuan batuan untuk meloloskan fluida (Darcy). Hukum

Darcy yang mendefinisikan aliran fluida dalam media berpori diturunkan secara empiris yaitu:

Dengan :Qf        = Laju alir fluida, cm3/sec      A         = Luas penampang media berpori, cm2

μ          = Viskositas fluida, cpsΔP       = P1 – P2 = Perbedaan tekanan, atmL          = Panjang dari media berpori, cmK         = Permeabilitas, Darcy

Gambar 5 adalah beberapa variabel yang dapat mempengaruhi permeabilitas vertikal dan horisontal.

Gambar 5 :  Permeabilitas, ukuran butir dan bentuk (Halliburton, 2001).Umumnya semakin besar porositas maka permeabilitas juga semakin besar, meskipun

anggapan ini tidak selalu benar.a.         Permeabilitas Absolut : Kemampuan batuan meloloskan satu jenis fluida yang 100% jenuh

oleh fluida tersebut.b.         Permeabilitas Efektif : Kemampuan batuan meloloskan satu macam fluida bila terdapat dua

macam fluida yang immiscible. Permeabilitas efektif lebih kecil daripada permeabilitas absolut.

c.         Permeabilitas Relatif : Perbandingan antara permeabilitas efektif dan absolut. Semakin besar saturasi air maka permeabilitas relatif air akan membesar sebaliknya permeabilitas relatif minyak akan mengecil hingga nol yaitu pada saat Sw = Swc (Critical water saturation).

Laju alir air dan minyak merupakan fungsi dari viskositas dan permeabilitas relatif, seperti pada persamaan berikut :

                                                                    Permeabilitas fracture dapat dianggap sebagai fungsi dari lebar fracture. K = 50.000.000 x lebar2 dimana k = Permeabilitas (Darcy) dan lebar dalam inch.

Hubungan permeabilitas dengan porositas :         Biasanya penambahan porositas diikuti dengan penambahan permeabilitas.         Batuan yang tua dan kompak porositas dan permeabilitasnya kecil.         Dolomitisasi menambah nilai porositas dan permeabilitas.         Permeabilitas dipengaruhi juga oleh besar, bentuk dan hubungan antar butir.

3.    Saturasi AirSaturasi Air merupakan persentase volume pori batuan yang terisi air formasi (%).

Biasanya ruang pori tersebut diisi oleh air ataupun minyak dan gas, namun bisa juga kombinasi ketiganya. Umumnya reservoir memiliki saturasi air 20% atau lebih yang berarti 20 % pori-pori diisi oleh air dan 80 % diisi oleh fluida lain. Secara umum reservoir yang dianggap komersil/ekonomis harus memiliki saturasi air lebih kecil dari 60%.

  Dalam batuan granular terdapat hubungan antara irreducible water saturation, porositas, dan permeabilitas (gambar 6). Saturasi Air Irreducible (Sw irr) : Saturasi air dimana seluruh cairan tertahan dalam batuan karena tekanan kapiler.

Gambar 6 : Diagram yang menggambarkan hubungan antara irreducible water saturation, porositas, dan permeabilitas (Western Atlas, 1995).

4. ResistivitasResistivitas : Daya tahan batuan terhadap arus (Ω-meter). Air destilisasi mempunyai

resistivitas di atas 106 ohm meter, berbeda dengan air yang tersaturasi dengan garam mempunyai resistivitas kurang dari 0.1 ohm meter. Salinitas pada well logging dinyatakan dalam satuan part per million (ppm). Air laut memiliki salinitas 30.000 – 35.000 ppm. Larutan garam pada suhu kamar memiliki salinitas sekitar 250.000 ppm atau sekitar 25 % berat.

PetrofisikaPetrofisika adalah suatu cabang ilmu dari geofisika yang mempelajari tentang sifat fisik dari suatu batuan. Nah tugas dari Petrofisik itu sendiri dia menafsirkan semua data yang diperoleh sampai dengan  tahap pengeboran hanya untuk menentukan apa yang ada dalam perangkap. Apa sih perangkap itu ? Perangkap umumnya dibentuk dengan bentuk anti-clinal atau kubah yaitu hidrokarbon yang terakumulasi di bawah suatu bentuk “mangkuk terbalik”.  Kita tahu bahwa minyak bumi dan gas lebih ringan daripada air, jadi mereka mengapung di atasnya, batuan bawah tanah mayoritas berisi air, ketika hidrokarbon yang dihasilkan dari bahan organik yang terkubur mencoba bergerak ke atas mengapung di atas kita. Nah ketika hidrokarbon meningkat dan terhalang karena tak ada jalan melalui batuan itu dan hidrokarbon tidak bisa naik lagi, maka hidrokarbon tersebut menumpuk di bawah caprock”. Nah kondisinya terperangkap, jadi data data yang ada disini ditafsirkan oleh para ahli petrofisik. Karena petrofisik disini lebih mengarah pada penafsiran sifat fisik batuan tersebut, alangkah baiknya kita mengetahui beberapa sifat fisik batuan tersebut adalah :

1.      Porositas2.      Permeabilitas3.      Saturasi4.      Wettabilitas5.      Tekanan Kapiler6.      Resistivitas batuan.

Mempelajari karakteristik fisik suatu batuan sangat penting karena kita akan lebih mengenal batuan yang akan kita amati tersebut. Di industri oil & gas misalnya, sifat fisik batuan sangat penting dipelajari mengetahui karakter reservoar (batuan tempat menyimpan hidrokarbon) sebagai batuan yang layak untuk dilakukan pengeboran ataupun perforasi (produksi) lebih lanjut. Nah mulai dari yang pertama, apasih porositas itu ? 1.   Porositas adalah perbandingan antara volume pori-pori dengan volume total batuan. Pori-pori secara primer adalah matrix pore, dan secara sekunder adalah rekahan/fracture, rongga/vug, dan lain-lain. Pada umumnya, porositas yang terukur, baik secara analisis laboratorium, maupun dengan log adalah porositas efektif. Hal ini, seperti disebut di atas, karena adanya isolated pore yang tidak berpengaruh terhadap produktivitas reservoir. Lambang porositas adalah Φ. Karena merupakan perbandingan, maka porositas tidak memiliki satuan.

Fungsi Porositas1. Menentukan OOIP (original oil in place).2. Menentukan probable recovery / recovery factor.3. Mengambil keputusan apakah minyak yang terdapat pada reservoir tersebut layak diproduksi atau tidak dilihat dari segi ekonomi.4. Mengetahui posisi kedalaman reservoir.5. Menentukan jenis batuan.6. Menentukan kemungkinan susunan butir pada batuan reservoir.7. Menentukan besar permeabilitas pada pori-pori batuan.8. Menentukan cadangan potensial dari suatu reservoir minyak/gas.9. Menentukan selang waktu untuk perforasi atau acidizing.

 Didapatkan rentang rentang besar porositas

2. PermeabilitasPermeabilitas merupakan besaran yang digunakan untuk menunjukkan seberapa besar kemampuan suatu batuan untuk mengalirkan fluida yang terkandung didalamnya. Permeabilitas merupakan property suatu batuan berpori dan merupakan besaran yang menunjukkan kapasitas medium dalam mengalirkan fluida.

Jenis-jenis Permeabilitas.1. Permeabilitas absolut (ka).Yaitu pengukuran pada medium berpori untuk fluida satu fasa ketika medium tersebut dialiri oleh satu jenis fluida, dimana saturasi fluida yang mengalir bernilai 1.2. Permeabilitas efektif (k).Yaitu pengukuran pada medium berpori untuk fluida satu fasa ketika medium tersebut dialiri oleh lebih dari satu jenis fluida.3. Permeabilitas relatif (kr).Yaitu perbandingan antara permeabilitas efektif fluida pada nilai saturasi tertentu, terhadap permeabilitas absolut pada saturasi 100%.Faktor-faktor yang Mempengaruhi Permeabilitas.1. Distribusi ukuran butir.Ukuran butiran yang semakin beragam dalam suatu batuan, maka pori-pori akan semakin kecil dan permeabilitas juga akan semakin kecil.2. Susunan (packing) butiran.Susunan butiran yang semakin rapi, maka makin besar harga permeabilitasnya.3. Geometri butiran.Semakin menyudut geometri butiran, maka permeabilitasnya semakin kecil.4. Jaringan antar pori (pore network).Semakin bagus jaringan antar pori, maka permeabilitasnya semakin besar.

5. Sementasi.Semakin banyak semen dalam suatu batuan, maka harga permeabilitas akan semakin kecil.6. Clays content.Semakin banyak mengandung clay, maka semakin kecil permeabilitas batuan tersebut.

3. SaturasiSaturasi adalah perbandingan kuantitas (volume) suatu fluida dengan pori-pori batuan tempat fluida tersebut berada. Misalnya, saturasi air dalam suatu source rock adalah besarnya volume air dibanding volume total pori-pori batuan tersebut. (Catatan: Pada umumnya saturasi dihitung berdasarkan volume pori-pori efektif. Hal ini karena adanya isolated pore yang tidak berpengaruh pada produktivitas reservoir.) Sehingga, dapat dikatakan bahwa saturasi adalah berapa persen bagian dari suatu pori yang terisi fluida. Karena saturasi merupakan perbandingan/persentase, maka secara matematis saturasi tidak memiliki satuan. Saturasi dilambangkan dengan Sw untuk air, So untuk minyak, dan Sg untuk gas. Karena tidak mungkin ada pori-pori yang kosong oleh fluida (vakum) maka Sw+So+Sg=1. Secara umum ada 2 cara untuk menentukan saturasi, yaitu dengan analisis laboratorium atas sampel core dari reservoir, dan dengan log. Secara matematis dapat ditulis = Volume fluida / volume rongga, terminologi nya :

         Bulk Volume Moveable BVM = fraksi rongga batuan yang ditempati olehfluida yang bisa mengalir

         Bulk Volume Irreducible BVI = fraksi rongga batuan yang ditempatioleh air terikat gaya kapiler

         Clay Bound Water CBW = air yang terikat secara elektrostatis dipermukaan butiran mineral lempung

4. WettabilitasWettabilitas didefinisikan sebagai suatu kecenderungan dari adanya fluida lain yang tidak saling mencampur. Apabila dua fluida bersinggungan dengan

benda padat, maka salah satu fluida akan bersifat membasahi permukaan benda padat tersebut, hal ini disebabkan adanya gaya adhesi. Dalam system minyak-air, benda padat. Suatu cairan yang dikatakan membasahi zat padat jika tegangan adhesinya positif (q <> 90o), berarti batuan bersifat oil wet. Pada umumnya, reservoir bersifat water wet, sehingga air cenderung untuk melekat pada permukaan batuan, sedangkan minyak akan terletak diantara fasa air.

Porositas didefinisikan sebagai perbandingan antara volume pori dengan volume bulk

batuan.

Keragaman ukuran butir menentukan nilai porositas. Semakin tidak seragam ukurann

butirya maka nilai porositas semakin kecil. Hal ini disebabkan pori yang dibentuk dari

butir yang berukuran besar terisi oleh butir yang berukuran kecil.

Keragaman ukuran butir ditentukan oleh lingkungan pengendapan. Pada lingkungan

channel sungai misalnya, arusnya masih deras sehingga butir yang lebih besar

ukurannya yang dapat diendapkan. Seiring bertambahnya waktu, arus semakin lemah

sehingga terjadi pengendapan butir yang lebih kecil.

Pada ukuran butir yang seragam, ukuran butir tidak mempengaruhi nilai porositas. Baik

pada butir yang besar maupun yang kecil, nilai porositas pada bentuk kubik adalah

47,64% dan 25,96% pada bentuk rombohedral.

Pada gambar di atas juga menunjukkan bahwa susunan butir juga mempengaruhi nilai

porositas.

Berdasarkan strukturnya, porositas dibedakan menjadi dua yaitu porositas efektif dan

porositas absolut. Porositas efektif hanya memperhitungkan volume pori yang saling

terkoneksi satu sama lain sehingga mampu mengalirkan fluida. Sementara porositas

absolut memperhitungkan semua pori baik yang terkoneksi maupun yang terisolasi.

Pada gambar di atas, kita dapat melihat fluida berwarna hitam dan biru muda. Warna

hitam merepresentasikan minyak dan warna biru merepresentasikan air. Pada

umumnya, butir dikelilingi oleh air. Hal ini disebabkan sebelum minyak migrasi ke

dalam reservoir, batuan reservoir diisi oleh air formasi. Perbedaan densitas

menyebabkan minyak bergerak dari source rock yang berada di bawah reservoir

menuju reservoir. Akibat friksi fluida dengan dinding pori, fluida air yang mengitari pori

tidak tergantikan minyak hingga kestabilan migrasi terjadi.

Pori pori batuan sudah terbentuk sebelum diagenesa batuan terjadi. Pori pori ini yang

dikategorikan sebagai porositas primer. Nilai porositas primer sangat ditentukan dari

deposisi batuan. Ketika terjadi deposisi, partikel lebih kecil masuk ke dalam pori

sehingga porositas semakin mengecil.

Pada saat memasuki fase diagenesa batuan, butir batuan dapat mengalami sementasi

dan kompaksi. Akibatnya pori pori menjadi lebih kecil daripada porositas primernya.

Namun bisa juga pada tahapan diagenesa, terjadi pelarutan sehingga porositas

sekunder lebih besar daripada porositas primernya.

Seiring bertambahnya kedalaman maka butir akan mengalami kompaksi sehingga

porositasnya semakin kecil.  Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut :

Pelarutan pada batuan karbonat lebih mudah dibandingkan pada batuan pasir. Hal ini

karena kwarsa yang lebih mendominasi batuan pasir sulit larut. Pelarutan batuan

karbonat akan menghasilkan gerowong yang disebut dengan vug.

Selain sementasi, kompaksi, dan pelarutan, dolomitisasi juga dapat terjadi pada saat

diagenesa batuan sehingga menciptakan porositas sekunder. Dolomitisasi berasal dari

kata proses membuat dolomit. Sedimen non klastik yang paling melimpah di bumi

adalah limestone yang tersusun dari mineral kalsium karbonat. Namun ion kalsium di

dalam ion kalsit tergantikan oleh ion magnesium karena ion magnesium lebih kuat

berikatan dengan calcite. Magnesium tersebut berasal dari hasil penguapan air laut.

Kehadiran ion magnesium ini menghasilkan mineral dolomit.Berhubung ukuran

magnesium yang lebih kecil daripada kalsium maka terciptalah gerowong gerowong.

Hal ini dapat meningkatkan porositas sekunder.

Jenis porositas sekunder lainnya adalah fracture. Akibat gaya tektonik, formasi

reservoir dapat membentuk patahan atau sesar. Kondisi ini akan membuat celah pori

pori yang cukup besar sehingga dapat menjadi tempat penyimpanan yang lebih besar.