NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
DASAR-DASAR RESERVOIR PANASBUMI
(Ringkasan)
Secara umum lapangan panasbumi terdapat di daerah jalur gunung berapi, karena sebagai sumber panas dari panasbumi adalah magma. Reservoir panasbumi biasanya terdapat di daerah gunung api purba (post volcanic). Karena proses post volcanic tersebut menyebabkan dinginnya cairan magma yang kemudian akan menjadikannya sebagai salah satu komponen reservoir panasbumi yang disebut sumber panas. Akibat dari proses gunung api terbentuklah sistem panasbumi yang dipengaruhi oleh proses-proses geologi baik yang sedang berlangsung atau yang telah berlangsung didaerah post-volcanic, sehingga memungkinkan terbentuknya suatu lapangan panasbumi yang potensial untuk diproduksikan.
Di dalam reservoir panasbumi, bahan penyusunnya mempunyai struktur dan karakteristik yang sesuai dengan terbentuknya bumi dan perlu diketahui terbentuknya reservoir panasbumi harus memiliki persyaratan tertentu, yaitu harus tersedia sumber panas, batuan reservoir, fluida reservoir, dan batuan penudung. Selain syarat-syarat terbentuknya reservoir panasbumi juga dapat diklasifikasikan berdasarkan sumber panas, jenis fasa fluida, temperature, dan berdasarkan jenis fluida reservoir.
2.1. Genesa Pembentukan Reservoir Panasbumi
Aspek geologi yang mempengaruhi terbentuknya sumber panasbumi adalah kegiatan
magmatik dan proses pengangkatan. Kegiatan magmatik khususnya kegunungapian terwujud
dalam bentuk-bentuk terobosan dan letusan gunung api, sedangkan proses pengangkatan akan
mengakibatkan sesar disepanjang jalur gunung api. Kedua proses tersebut mengakibatkan
sumber panas pada jalur gunung api . Proses pengangkatan akan menyebabkan daerah yang
bersangkutan terangkat lebih tinggi dari daerah sekitarnya dan akan membentuk sistem
pegunungan yang berfungsi sebagai penangkap hujan sehingga peresapan air ke dalam tanah
relative besar dari daerah sekitarnya. Maka daerah tersebut merupakan wadah air tanah
meteoric selama waktu geologi, yang merupakan sumber air bagi dataran rendah yang berada
di bawahnya.
2.1.1. Teori Pembentukan Reservoir Panasbumi
Pada dasarnya sistem panasbumi terbentuk dari hasil perpindahan panas dari sumber
panas sekelilingnya yang terjadi secara konduksi maupun secara konveksi Perpindahan panas
secara konduksi terjadi melalui batuan, sedangkan perpindahan panas secara konveksi terjadi
karena adanya kontak antara air dengan sumber panas. Perpindahan panas secara konveksi
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
terjadi karena adanya gaya apung (Buoyancy). Karena adanya kontak dengan sumber panas,
air yang bertemperatur lebih tinggi menjadi lebih ringan dan keadaan ini menyebabkan air
yang lebih panas bergerak ke atas dan yang bersuhu lebih rendah bergerak ke bawah,
sehingga terjadi sirkulasi atau arus konveksi.
Salah satu teori yang mendukung terbentuknya sistem panasbumi adalah teori
tektonik lempeng. Konsep tektonik lempeng menjelaskan bahwa kulit bumi terdiri dari dua
bagian lempeng tegar yaitu lempeng benua dan lempeng samudra, yang bergerak satu
terhadap lainnya. Model sistem pergerakan lempeng yang dikenal ada tiga macam
berdasarkan pergerakannya, yaitu pergerakan saling menjauh (divergen), pergerakan saling
mendekat (konvergen) dan pergerakan yang saling berpasangan. Model pergerakan yang
berbeda akan menghasilkan peristiwa dan lingkungan/batas yang berbeda-beda antara
lempeng-lempeng lithosfer tersebut, tergantung pada pergerakan relatif serta jenis lempeng
yang bertumbukan tersebut. Disinilah biasanya terjadi pembentukan daerah reservoir
panasbumi. Disinilah biasanya terjadi pembentukan daerah reservoir panasbumi seperti pada
Gambar 2.1.
2.1.2. Syarat Terbentuknya Reservoir Panasbumi
Dalam pembentukannya, reservoir panasbumi mempunyai empat syarat yang harus
dipenuhi yaitu sumber panas, batuan reservoir, fluida reservoir, dan batuan penudung. Seperti
terlihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.1Skema Sistem Tumbukan Lempeng
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Dalam Pembentukan Gunung Api, Plutons dan Daerah Tektonik Aktif 5)
Gambar 2.2Diagram Skematis Model Sistem Panasbumi
Pada Lapangan Wairaki, New Zealand 5)
2.1.2.1. Sumber Panas
Sumber panas utama pada lapangan hidrothermal adalah intrusi magma yang terdapat pada zona seismik dimana terjadi benturan atau pemisahan antara beberapa lempeng. Kemungkinan lain dari sumber panas tersebut antara lain :
1. Konsentrasi radioaktif lokal yang tinggi pada batuan kerak bumi.
2. Reaksi kimia eksothermik.
3. Panas gesekan karena perbedaan gerak massa batuan yang saling bergeser pada patahan-patahan geologi.
4. Panas laten yang dilepaskan pada saat pengkristalan atau pemadatan batuan yang cair.
5. Masuknya gas-gas magmatik yang panas ke dalam aquifer melalui rekahan-rekahan pada bed rock.
Sumber panas yang lain adalah batuan yang kaya akan mineral radioaktif, dimana panas yang terjadi berasal dari proses pembusukan mineral radioaktif tersebut. Mineral
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
tersebut sewaktu “bebas” mengeluarkan panas sehingga mampu melelehkan batuan di sekitarnya, dimana dalam perkembangan selanjutnya akan terbentuk massa magma yang baru. Secara teoritis zat radioaktif akan berkurang pada kedalaman yang jauh ke dalam bumi.
2.1.2.2. Batuan Reservoir
Batuan reservoir adalah batuan yang mempunyai sifat porous dan permeable yang
sangat baik sehingga dapat menyimpan dan meloloskan air atau uap yang merupakan fluida
reservoir pada gradient tekanan tertentu.
Bahan lepas gunung api (pyroclastic-pyroclast : Schimdt, 1981) dihasilkan oleh
serangkaian proses yang berkaitan dengan letusan gunung api. Istilah lain yang sering
dijumpai adalah bahan hamburan (ejecta), yang merupakan keratin batuan yang dikeluarkan
pada saat terjadinya letusan gunung api. Dan berdasarkan asal mulanya bahan hamburan
dibedakan menjadi bahan juvenile (essential, connate, juvenil), bahan tambahan (accessories)
dan bahan asing (accidential).
Bahan juvenile adalah bahan yang dikeluarkan dari magma terdiri dari padatan atau
partikel tertekan dari suatu cairan yang mendingin dan kristal (pyrogenic crystal), bahan
tambahan adalah bahan yang berasal dari letupan sebelumnya pada gunung api yang sama
(gunung api tua) sedangkan bahan asing merupakan bahan hamburan yang berasal dari
batuan non-gunung api atau batuan dasar, sehingga mempunyai komposisi beragam.
2.1.2.3. Fluida Reservoir
Fluida reservoir pada reservoir panasbumi adalah air, yang digunakan untuk
memindahkan panas kepermukaan. Fluida reservoir panasbumi tersebut dapat berupa air
hujan atau air tanah meteoric.
Jenis-jenis air yang berperan sebagai fluida reservoir panasbumi menurut white
(1957),dibedakan menjadi :
- Air Juvenil (Juvenile water) merupakan air baru yang berasal dari magma batuan utama dan yang
sebelumnya bukan merupakan bagian dari sistem biosfera.
- Air magmatik (magmatic water) merupakan air yang berasal dari magma saat magma
menggabungkan air meteorik dari sirkulasi yang dalam atau air dari bahan-bahan/material-
material pengendapan.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
- Air meteorik (meteorik water) merupakan air yang terakhir terlihat dalam sirkulasi atmosfer.
- Air purba (connate water) merupakan air fosil yang telah keluar dari hubungan dengan atmosfer
untuk periode geologi yang panjang. Air tertutup oleh formasi batuan yang dalam.
- Air metamorfis (metamorfic water) merupakan perubahan khusus dari air purba yang berasal
dari mineral hydrous selama rekristalisasi untuk mengurangi mineral hydrous selama proses
perubahan bentuk.
2.1.2.3. Batuan Penudung (Cap Rock)
Batuan penudung dalam reservoir panasbumi adalah batuan impermeable yang
berfungsi sebagai penahan keluarnya panas fluida ke atmosfer dan mempertahankan
temperatur dan tekanan reservoir, Pada reservoir panasbumi, batuan penudung umumnya
adalah hasil erupsi gunung api berupa perselingan antara bahan lepas piroklastik dan aliran
lava yang kemudian membeku. Selain itu lapisan batuan yang impermeabel ini dapat
terbentuk juga oleh proses kimia yang disebut self sealing sebagai berikut :
1. Pengendapan mineral-mineral dari larutannya, terutama silika.
2. Alterasi hidrothermal batuan-batuan permukaan yang menghasilkan kaolinisasi
Batuan penutup dapat dibedakan menjadi dua, yaitu batuan penutup terbuka dan
tertutup. Batuan penutup terbuka umumnya menutupi reservoir air hangat dengan tekanan
yang rendah dimana fluida di permukaan tidak mencapai boilling point sehingga kurang
ekonomis untuk dieksploitasikan. Sedangkan batuan penutup tertutup, yaitu batuan yang
bersistem aquifer confined dan bertekanan tinggi dimana water table sejajar dengan water
table recharge area. Sistem ini akan sangat baik bila temperatur reservoirnya tinggi dan pada
area ini sangat ekonomis untuk dieksploitasikan.
2.2. Kondisi Geologi Reservoir Panasbumi
Proses geologi yang sedang atau telah berlangsung dapat mempengaruhi kondisi
geologi sumber panasbumi, dimana umumnya proses geologi tersebut mencakup perubahan
struktur perlapisan dan stratigrafinya.
Kegiatan yang menyebabkan perubahan itu seperti kegiatan magmatik dan proses
pengangkatan mengakibatkan terbentuknya struktur yang potensial untuk sistem panasbumi
seperti graben, sesar dan kaldera.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
2.2.1. Stratigrafi
Stratigrafi adalah cabang ilmu geologi yang mempelajari tentang sifat-sifat lapisan,
distribusi kehidupan (fosil), yang akan selalu berbeda dengan lapisan yang di atasnya. Di
dalam penyelidikan stratigrafi ada tiga unsur penting pembentuk stratigrafi yang perlu
diketahui, yaitu unsur batuan, perlapisan dan struktur sedimen.
2.2.2. Struktur Geologi
Geologi struktur didefinisikan sebagai studi yang membahas bangunan atau
arsitektur kulit bumi dan gejala yang menyebabkan terjadinya perubahan pada kulit bumi.
Struktur batuan adalah bentuk dan kedudukan yang dilihat di lapangan sekarang. Hal
ini merupakan hasil dari proses, yaitu :
1. Proses pembentukan batuan, dimana saat itu akan dibentuk struktur-struktur primer.
2. Proses yang bekerja kemudian, berupa deformasi mekanis maupun pengubahan kimiawi
batuan setelah batuan terbentuk.
Struktur primer yang terbentuk pada batuan beku berupa struktur aliran (flow
structure) yang sering dijumpai pada lava. Ada beberapa hal yang dapat digunakan untuk
menentukan bentuk struktur geologi pada kulit bumi :
a. Melihat langsung di lapangan
b. Melakukan pengeboran pada beberapa tempat kemudian dilakukan korelasi dan
interpretasi
c. Dengan metode geofisika.
Struktur sekunder sangat penting untuk di pelajari berhubungan dengan struktur
geologi lapangan panasbumi. Pada daerah vulkanik ada beberapa struktur yang biasa terjadi
selama dan sesudah erupsi gunung api, diantaranya adalah struktur amblesan. Struktur ini
sebagai akibat pengaruh kegiatan magmatik dan semi-magmatik, dengan atau tanpa pengaruh
sesar. Struktur amblesan meliputi kawah, kaldera, graben serta struktur yang terjadi secara
lateral yaitu lipatan dan sesar.
2.2.3. Alterasi (ubahan) Hydrothermal
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Fluida dan batuan reservoir dalam suatu sistem panasbumi saling berinteraksi,
sehingga mengakibatkan terjadinya perubahan komposisi fasa padat atau komposisi fasa cair.
Perubahan komposisi ini merupakan hasil nyata dari proses reaksi kimiawi.
Ciri-ciri dan kelimpahan mineral hydrothermal yang terbentuk selama interaksi fluida
dan batuan tergantung pada beberapa factor, khususnya temperature, komposisi fluida,
ketersediaan fluida (permeabilitas) dan adanya pendidihan. Ada beberapa definisi dari ahli
mengenai alterasi, antara lain :
1. Perubahan komposisi mineralogi dari suatu batuan karena aktivitas hidrothermal
(Courty,1945).
2. Dipakai dalam klasifikasi pada fasa metamorfosa yang bersifat lokal (Jim, 1956).
3. Dimaksudkan sebagai gejala ubahan pada batuan dan mineral sekunder (supergene)
seperti : replacement, oksidasi dan hidrasi.
Jenis-jenis mineral yang terbentuk selama fluida dan batuan berinteraksi sangat
tergantung dari beberapa faktor, yaitu :
Perubahan Temperatur
Perubahan Tekanan
Komponen Fluida
Komposisi Batuan
Laju Aliran Air dan Uap
Permeabilitas Batuan
Konsentrasi CO2 dan H2S dalam fluida mempunyai pangaruh yang terpenting pada
tiap mineralogi sekunder
Asal usul terjadinya pemanasan
Alterasi hydrothermal dapat dibedakan menjadi beberapa kelompok berdasarkan :
1. Alterasi yang menghasilkan mineral tunggal antara lain :a. Albitisasi
a. Alterasi yang dihasilkan dari perubahan mineral lain terutama K feldspar oleh larutan
yang kaya Na.
b. Alunitisasi
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Dijumpai pada batuan beku berbutir halus yang terdapat disekeliling vein epithermal,
dihasilkan oleh aktivitas air yang bersifat sulfat.
c. Argilitisasi
Biasa ditemukan pada batuan samping dari vein dimana cairan pembentuk akan
mengubah mineral feldspar menjadi lempung
d. Karbonitisasi
Dihasilkan oleh intrusi atau pembentukan mineral karbonat setempat.
e. Chloritisasi
Mineral sebelumnya, umumnya mineral Alluminous Ferromagnesian Silicate
f. Epidotisasi
Perubahan mineral Alluminous Ferromagnesian Silicate menjadi epidot terdapat pada
chlorite.
g. Silisifikasi
Dihasilkan oleh introduksi silica dari larutan magmatic akhir.
h. Piritisasi
Suatu perubahan mineral Ferromagnesian menjadi Pirit.
2. Alterasi yang menghasilkan mineral sekunder, antara lain :
a. Sausiritisasi
Perubahan dari Ca-Plagioklas menjadi mineral Albite atau Oligoklas, Epidot, Kalsit,
Serisit dan mineral Zeolit.
b. Propilitisasi
Alterasi dicirikan oleh introduksi dan pembentukan setempat mineral Karbon, Silika,
Chlorite, Sulfida dan Epidote.
Terdapat beberapa tipe alterasi secara hydrothermal, menurut Hochtein adalah sebagai
berikut :
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
1. Alterasi Langsung (Pengendapan)
Jenis alterasi ini merupakan jenis yang paling umum, dan banyak mineral
hydrothermal yang ditemukan di lapangan panasbumi dapat terendapkan secara langsung dari
larutan.
2. Alterasi Replacement (Penggantian)
Kebanyakan batuan mengandung mineral utama yang tidak stabil. Mineral ini
memiliki kecendrungan untuk digantikan dengan mineral yang stabil pada kondisi yang baru.
Kecepatan penggantian sangat bervariasi dan tergantung pada permeabilitasnya.
3. Alterasi Leaching (Pelepasan)
Proses ini berlangsung di batas lapangan panasbumi, sehingga tidak umum terlihat
dalam core atau cutting yang diambil. Proses ini menyebabkan uap kondensat terasamkan
secara oksidasi dari gas H2S, menghancurkan batuan yang memiliki mineral pengganti
(attacks rock) yang melarutkan mineral primer tanpa mengganggu lubang-lubang
Hasil studi resistivity melalui alterasi hidrothermal (Hochstein dan Sharms, 1982)
mengelompokkan alterasi hidrothermal berdasarkan perubahan fisik pada core dan cutting
untuk mengetahui tingkat alterasi, antara lain :
1. Very Low atau unalter : batuan belum teralterasi dan masih fresh
2. Low : 20 – 40 %
3. Medium : 40 - 60 %
4. High : 60 - 80 %
5. Very High : 80 – 100 %
Batuan reservoir yang mengalami alterasi akan mengalami perubahan fisik, seperti :
1. Densitas
Pengendapan mineral secara langsung dan solution menjadikan batuan reservoir akan
meningkat densitasnya, sedangkan proses pelepasan akan mengurangi densitas.
2. Porositas dan Permeabilitas
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Proses pelepasan akan mengurangi porositas, sedang efek terhadap permeabilitas
hanya perubahan kecil, teratur dan kontinyu. Penurunan permeabilitas lebih cepat karena
banyak dan cepatnya proses pengendapan mineral pada proses pelepasan.
3. Sifat Magnetis
Pada sebagian lapangan pansbumi kedua mineral (magnetite dan titomagnetite) cepat
berubah menjadi mineral non-magnetis seperti pyrite dan hematite, ini menyebabkan batuan
reservoir menjadi “de-magnetised” seperti ditunjukkan Hochstein dan Hunt, 1970.
4. Resistivitas
Konduktivitas batuan dalam reservoir geothermal sangat terpengaruh bukan hanya
dari konsentrasi elektrolit dari air panas yang terkandung, tetapi juga oleh jumlah relative
lempung konduktif dan adanya mineral zeolit dalam matrik batuan.
2.3. Karakteristik Batuan Reservoir Panasbumi
Karakteristik batuan reservoir meliputi jenis batuan, komposisi kimia batuan reservoir dan
sifat fisik batuan reservoir panasbumi.
2.3.1. Jenis Batuan Reservoir Panasbumi
Pada umumnya batuan reservoir yang sering dijumpai di lapangan-lapangan panasbumi
berupa batuan beku kristalin, batuan metamorf, dan batuan debu vulkanik cair, namun menelaah
jenis batuan lain seperti batuan sedimen tetap diperlukan dan berguna untuk studi geologi
selanjutnya.
2.3.1.1. Batuan beku
Reservoir panasbumi seringkali terdiri dari batuan kristalin dan batuan metamorf,
kemudian debu vulkanik dan vulkanik cair. Batuan intrusi yang paling umum adalah basalt.
Umumnya batuan yang berwarna abu-abu gelap dan lava hitam disebut basalt, yang dibagi
menjadi oviline basalt dan felspatik basalt berdasarkan kristal mineralnya. Batuan piroklastik
adalah mineral yang berasal dari celah vulkanik akibat letusan. Jika batuan tersebut
tertransportasikan, terendapkan dan terkonsolidasi sebagian atau seluruhnya kemudian
tersedimentasikan akan membentuk batuan sediment piroklastik.
2.3.1.2. Batuan Sedimen
Batuan sedimen merupakan batuan yang tersusun dari material hasil pelapukan batuan
induk. Komposisi batuan ini tergantung pada material asalnya. Karena pengendapan yang
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
berlangsung terus-menerus, menyebabkan terbentuknya tekanan (Overburden Pressure) serta
temperature akan bertambah sehingga terjadi proses diagenesa (kompaksi dan sementasi).
Komposisi batuan sedimen dipengaruhi oleh beberapa aspek, antara lain :
1. Sumber material pembentuk sedimentasi
2. Proses erosi
3. Kondisi fisik dan kimiawi tempat pengendapan
4. Proses lanjutan setelah mineral terendapkan
2.3.1.3. Batuan Metamorf
Batuan metamorf yang terdapat pada lapangan panasbumi adalah Serpentinite dan
Talc. Batuan ini terbentuk akibat alterasi hidrothermal pada mineral Ferromagnesian oleh
magma dan biasa disebut sebagai “Autometamorphism”. Batuan ini terbentuk di daerah
dimana terjadi pencairan kembali dan membentuk batuan beku metamorf.
Proses metamorfosa di lapangan panasbumi dikenal sebagai alterasi. Mineral batuan
mengalami perubahan akibat temperature dan tekanan sangat tinggi sehingga terbentuk
mineral baru yang dapat dijadikan indikasi daerah temperatur tinggi, misalnya epidot,
piroksin dan lain sebagainya.
2.3.2. Komposisi Kimia Batuan Reservoir Panasbumi
Batuan reservoir panasbumi umumnya adalah batuan beku vulkanik yang berasal dari
pembekuan magma, sehingga komposisi kimia dari batuan reservoir tersebut tidak dapat
dipisahkan komposisi magma sebagai sumbernya.
Batuan beku ini tersusun dari : Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na dan K serta Mn, P dan Ti dalam
jumlah yang sedikit. Elemen tersebut didampingi oleh oksigen dan sejumlah batuan dan
biasanya dilaporkan dalam bentuk komponen oksida (SiO2 dan Al2O3).
2.3.2.1. Berdasarkan Kandungan Mineral
Chamichael (1974) membagi batuan reservoir vulkanik menjadi beberapa keluarga
berdasarkan kandungan mineralnya, yaitu basalt, basalt trakit-andesite trkit, Andesite-Reolite,
Trakit-Fenolite, Lamprofite, Nefelitite.
1. Keluarga Basalt
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Merupakan batuan reservoir beku luar yang bersifat basa dengan kandungan mineral
utama berupa Ca-Plagioklas dan Piroksin. Keluaga Basalt terdiri dari beberapa jenis
batuan, antara lain : Taleitic Basalt, High Alumina Basalt, Shasonite, Alkali Olivin Basalt.
2. Keluarga Basalt Trakit-Andesite Trakit
Batuan Vulkanik yang bersifat agak basa sampai intermediet, dengan mineral utama Augit.
Olivin jarang dijumpai. Dan batuan ini bersifat lebih felspatik (K2O + NaO tinggi dari
pada basalt), macam batuan ini : Basalt Traki, Andesite traki, Hawaiit.
3. Keluarga Andesite-Reolite
Merupakan batuan reservoir beku luar yang bersifat menengah hingga asam. Keluarga
Andesite-Reoloit ini terdiri dari : Porpirit-Andesite, Dasite-Riodasite,Riolit, Porpirit
Kuarsa, Latite.
4. Keluarga Trakit-Fenolite
Merupakan batuan beku luar menengah dengan total Na2O dan K2O tinggi, tetapi CaO
rendah, terdiri dari : Trakit dan Fenolite.
5. Keluarga Lamprofit
Merupakan batuan reservoir beku luar yang bersifat basa hingga ultra basa, kaya alkali, Fe,
Mg, bertekstur perfiritik dengan mineral ferromagnesian seperti Biotit sebagai kristal
sulung, Augit, Olivin dan feldspar.
6. Keluarga Nefelitit
Merupakan batuan reservoir beku luar yang berkomposisi dari basa hingga ultabasa,
mengandung Augit, pliin dan plagopit. Adanya Felspartoid mencirikan keluarga ini. Antara
lain : Nefelinit dan Leusit.
2.3.2.2. Berdasarkan Kandungan Silika (SiO2)
Berdasarkan kandungan silika (SiO2), menurut O.Hirakawa dapat diklasifikasikan
menjadi :
1. Batuan Asam (acidic/silicic rock)
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Merupakan batauan dasar reservoir yang mempunyai kandungan silica cukup tinggi (lebih
dari 60%). Contohnya granit dan riolit.
2. Batuan Basa (basic rock)
Merupakan batuan reservoir yang mempunyai kandungan silika antara 45% - 52% kaya
Mg, Fe dan Ca. Contoh gabro dan basalt.
3. Batuan Menengah (intermediate rock)
Merupakan batuan beku peralihan antara batuan beku asam dan basa dengan kandungan
silica antara 52% - 66%. Contohnya andesit dan diorite.
4. Batuan Ultrabasa
Merupakan batuan reservoir dengan kandungan silika rendah berkisar antara 40% - 45%.
2.3.2.3. Berdasarkan Indeks Warna
Komposisi kimia batuan reservoir panasbumi berdasarkan indeks warna dibagi dalam
beberapa subklas, antara lain :
1. Felsic Rock, atau batuan terang yang merupakan batuan vulkanik yang terutama
terdiri dari mineral berwarna terang atau mempunyai indeks warna kurang dari 20%.
Contohnya Dasit-Riolit dan sebagainya, batuan ini umumnya kaya akan Ca, Fe, dan
Mg.
2. Mafik Rock atau batuan gelap, adalah batuan yang terutama terdiri dari
ferromagnesian atau mineral bewarna gelap dan mempunyai indeks warna antara 40%
- 70%. Contoh batuan ini adalah ini adalah Gabro, Basalt. Istilah gelap digunakan
untuk mineral Ferromagnesian atau bewarna gelap seperti Olivin, Piroksin,
Horblende, Biotit dan Ryolit. Umumnya batuan ini kaya akan kandungan kimia
seperti Fe dan Mg.
3. Intermediet Rock, merupakan batuan reservoar peralihan antara batuan terang dan
gelap, indeks warna sekitar 50% dan kaya akan SiO2, Ca Fe dan Ti.
4. Ultramafic Rock atau batuan Ultra gelap, adalah batuan reservoir yang terutama
disusun oleh mineral gelap seperti Olivin, Orthoklas, Klinopiroksin, Amfibol dan
mempunyai indeks warna lebih dari 70% dan kaya akan unsur Ca dan K.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Klasifikasi batuan reservoir vulkanik berdasarkan indeks warna yang dimiliki oleh
tiap-tiap batuan dan indeks warna juga digunakan untuk menentukan kandungan dan sifat-
sifat kimia batuan. Hal ini disebabkan dari kejadian batuan tersebut yang berasosiasi dengan
mineral yang ada di permukaan bumi sewaktu terjadi letusan gunung berapi.
2.3.3. Sifat Fisik Batuan Reservoir Panasbumi
Sifat fisik batuan reservoir terdiri dari densitas, porositas, wettabilitas, saturasi,
tekanan kapiler, permeabilitas dan kompresibilitas batuan
2.3.3.1. Densitas Batuan
Densitas batuan dari batuan berpori adalah perbandingan antara berat terhadap
volume (rata-rata dari material tersebut).
Densitas batuan pada lapangan panasbumi pada umumnya sangat berpengaruh
terhadap kandungan panas (heat content) yang dikandung, dimana terdapat hubungan yang
berbanding lurus antara panas yang dikandung dan densitas batuan. Semakin besar densitas
batuan maka semakin besar pula panas yang dikandung dalam batuan. Densitas batuan pada
lapangan panasbumi pada umumnya sangat besar jika dibandingkan dengan daerah non-
vulkanik, karena reservoir panasbumi sering kali terdiri dari batuan beku kristalin dan batuan
metamorf, kemudian debu vulkanik dan batuan vulkanik cair.
2.3.3.2. Porositas
Porositas didefinisikan sebagai perbandingan volume pori-pori (yaitu volume yang
ditempati oleh fluida) terhadap volume total batuan.
Pada umumnya reservoir panasbumi mempunyai sistem porositas rekahan. Secara
matematis porositas dapat dituliskan sebagai berikut :
Φ = volume porivolume total batuan
Pada kenyataannya, porositas didalam suatu sistem panasbumi sangat bervariasi. Contohnya didalam sistem reservoir rekah alami, porositas berkisar sedikit lebih besar dari nol, akan tetapi dapat berharga sama dengan satu (1) pada rekahannya.
2.3.3.3. Wettabilitas
Wettabilitas atau derajat kebasahan batuan didefinisikan sebagai sifat dari batuan
yang menyatakan mudah tidaknya permukaan batuan dibasahi fluida.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
AT = so - sw = wo. cos wo
Suatu cairan dikatakan membasahi zat padat jika tegangan adhesinya positip ( < 90o),
yang berarti batuan bersifat water wet. Sedangkan bila air tidak membasahi zat padat maka
tegangan adhesinya negatip ( > 90o), berarti batuan bersifat oil wet.
2.3.3.4. Tekanan Kapiler
Tekanan kapiler (Pc) didefinisikan sebagai perbedaan tekanan yang ada antara
permukaan dua fluida yang tidak tercampur (cairan-cairan atau cairan-gas) sebagai akibat
dari terjadinya pertemuan permukaan yang memisahkan kedua fluida tersebut. Besarnya
tekanan kapiler dipengaruhi oleh tegangan permukaan, sudut kontak antara uap–air–zat padat
dan jari-jari kelengkungan pori.
Pengaruh tekanan kapiler dalam sistem reservoir antara lain adalah :
1. Mengontrol distribusi saturasi di dalam reservoir.
2. Merupakan mekanisme pendorong air dan uap untuk bergerak atau mengalir melalui
pori-pori secara vertikal.
Pc = Ps – Pw = (s - w) g h
Pc=2 σ cos θ
r
2.3.3.5.Saturasi
Saturasi merupakan fraksi fluida yang menempati pori-pori batuan reservoir. Pada
waktu sistem mengandung fasa cair dan uap dalam keadaan setimbang, maka kedua fasa
tersebut akan terjenuhi.
Secara matematis untuk saturasi masing-masing fasa dapat dihitung sebagai berikut :
SI =ρsx (hs−h )
ρwx (h−hw ) xρsx (hs−h )
Sv = 1 – SI
keterangan :
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Sv=Vuap x100 %Vpori
SI=Vair x 100 %Vpori
2.3.3.6.Permeabilitas
Permeabilitas didefinisikan sebagai bilangan yang menunjukkan kemampuan batuan
untuk mengalirkan fluida pada media berpori. Definisi kuantitatif pertama kali dikembangkan
oleh Henry Darcy (1956) dalam bentuk sebagai berikut :
v= kμ [−dP
dx ]Satuan permeabilitas adalah m2. Umumnya pada reservoir panasbumi permeabilitas
vertikal berkisar antara 10-14 m2, sedangkan permeabilitas horizontal mencapai 10 kali lebih
besar dibanding permeabilitas vertikalnya.
2.3.3.7.Spesifik Panas Batuan
Spesifik panas batuan adalah banyaknya energi panas yang diperlukan untuk
menaikkan temperatur dari satu satuan massa batuan tersebut dengan 1ºK. Jadi satuannya
adalah satuan energi per massa per derajat Kelvin (energi/massa/oK). Pada umumnya harga
spesifik panas (Cr) pada reservoir panasbumi secara rata-rata berharga 1000 J/kgK.
2.3.3.8. Konduktivitas Panas Batuan
Konduktivitas panas batuan adalah kemampuan batuan untuk menghantarkan energi
hanya dengan konduksi pada gradient thermal tertentu. Konduktivitas diberi simbol K dan
satuannya adalah (energi/waktu/luas)/ (temperature/jarak) atau W/(m.0K). Harga yang umum
berkisar antara 2 – 2.5 W/(m.0K). Adanya fluida yang menjenuhi (mensaturasi) batuan
berpori menyebabkan konduktifitas panas menjadi :
K = ( 1 − Φ ) K r + Φ K f
2.4. Karakteristik Fluida Reservoir Panasbumi
Pada reservoir yang dianggap ideal pada umumnya terdiri dari air dan impuritis,
dimana fluida tersebut memiliki komposisi kimia serta sifat fisik tertentu. Dimana komposisi
kimia dan sifat fisik tersebut akan berpengaruh terhadap reservoir panasbumi.
2.4.1. Komposisi Kimia Fluida Reservoir Panasbumi
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Fluida pada reservoir panasbumi terdiri dari mineral-mineral seperti kombinasi alkali,
alkali tanah, sulfur, oksida besi dan alluminium. Bahan-bahan tersebut tersusun dari ion-ion
yang sejenis dengan kandungan tertentu disamping itu juga terdapat impurities.
Fluida yang keluar dari sumur panasbumi umumnya disertai beberapa gas yang
terlarut dalam air. Gas CO2 jumlahnya berkisar 63% - 97%, berat H2S berkisar 1% - 21%
sedangkan komponen yang terkecil adalah CH4, H2 dan N2, kadang-kadang terdapat pula
NH3, H3BO3.
2.4.1.1. Berdasarkan Anion dan Kation
Ion-ion dalam fluida reservoir dapat dikelompokan menjadi dua bagian, yaitu :
1. Kation (ion-ion positif) terdiri dari :
Alkali, antara lain K+, Na+, Li+ yang membentuk basa kuat.
Metal alkali tanah, antar lain Br2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+ membentuk basa lemah.
Ion hidrogen
Metal berat antara lain, Fe, Mn2+ membentuk basa yang terdisosiasi.
a. Sodium dan potasium (Na/K)
Sodium biasanya merupakan kation yang dominan dan dijumpai dalam fluida
panasbumi temperatur tinggi.
b. Kalsium (Ca)
Ion Ca adalah unsur darifluida reservoir yang berkombinasi dengan ion karbonat atau
sulfat dengan cepat membentuk kerak (scale) pengikat padatan.
c. Magnesium (Mg)
Ion Mg biasanya berada dalam konsentrasi yang jauh lebih mendekati dari pada Ca.
Magnesium juga seperti ion kalsium yaitu dapat berkombinasi dengan ion karbonat
sehingga dapat menimbulkan masalah scale.
d. Ferrum (Fe)
Kandungan Fe (besi) dari fluida reservoir biasanya cukup rendah dan adanya unsur ini
biasanya ditunjukan dengan adanya korosi pada besi, terdapat pada larutan sebagai ion
ferri (Fe3+) dan Ferro (Fe2+) atau dalam suspensi sebagai endapan senyawa besi.
Kandungan besi sering digunakan untuk mengidentifikasi dan memonitor korosi dalam
sistem air. Endapan senyawa besi dapat mengakibatkan formasi plugging.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
e. Barium adalah unsur yang mempunyai kemampuan untuk berkombinasi dengan ion
sulfat untuk membentuk ion insoluble yaitu Barium sulfat (BaSO4).
f. Strontium (Sr)
Seperti barium dan calsium, strontium dapat berkombinasi dengan ion sulfat untuk
membentuk insoluble strontium sulfat walaupun lebih soluble daripada barium sulfat,
storntium sering membentuk scale bercampur dengan barium sulfat.
2. Anion (ion-ion negatif), yang terdiri dari :
Asam kuat, antara lain : Cl-, SO4-, NO3
-
Basa lemah antara lain : CO3-, HCO3
-, S-
a. Clorite (Cl)
Ion clorite hampir selalu merupakan ion utama dalam air formasi dan muncul sebagai
unsur pokok dalam air tawar. Sumber utama ion clorite adalah natrium clorida (NaCl),
selanjutnya konsentrasi ion clhorida digunakan sebagai ukuran salinitas air.
b. Karbonat dan Bikarbonat
Ion-ion ini merupakan ion yang dapat membentuk scale yang insoluble (tidak dapat
larut dalam air). Konsentrasi ion karbonat kadang-kadang disebut “Methyl Orange
Alkalinity”.
c. Sulfat (SO4-)
Ion sulfat sering menimbulkan masalah, sebab ion ini mempunyai kemampuan untuk
bereaksi dengan calsium, barium, atau strontium untuk membentuk scale insoluble dan
juga membantu sebagai “Food Substance” yaitu pengurangan bakteri.
Ion-ion tersebut di atas akan bergabung diantara mereka berdasarkan empat sifat, yaitu :
1. Salinitas primer, yaitu jika alkali bereaksi dengan asam kuat akan membentuk garam
seperti NaCl dan Na2SO4.
2. Salinitas sekunder, jika alkali tanah bereaksi dengan asam kuat akan membentuk
CaCl2, MgSO4, MgCl2 dan CaSO4.
3. Alkalinitas primer, jika alkali bereaksi dengan asam lemah membentuk NaCO3,
NaHCO3.
4. Alkalinitas sekunder, jika alkali tanah bereaksi dengan asam lemah membentuk garam
antara lain CaCO3, MgCO3, Ca(HCO3)2, dan Mg(HCO3)2.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Pada daerah mata air panas yang mendidih dengan keluaran utama adalah air,
umumnya sifat dasar dari air dari mata air dan sumur yang cukup dalam, air yang didapat
adalah sama. Kecuali unsur-unsur yang dikontrololeh temperatur reversible tergantung
kesetimbangan. Daerah dengan perbandingan unsur Clhorid, Lithium, Calsium, Flouride,
Iodide, Bromide, Arsenic atau Boron dalam air dengan unsur-unsur dalam, mempunyai suatu
perbedaan dengan mata air di permukaan. Perbedaan ini kebanyakan disebabkan karena
konsentrasi unsur-unsur utama pembentuk batuan mengalami perubahan, unsur utama ini
antara lain adalah Magnesium, Alumunium, Besi, Mangaan yang semua mempunyai
konsentrasi rendah.
2.4.1.2. Berdasarkan Kandungan Air dan Impuritis
Secara umum fluida reservoir meliputi air, uap, dan NCG (Non Condensable Gas).
a. Air Sebagai Fluida Reservoir
Air sebagai fluida reservoir mempunyai komposisi yang berbeda-beda dan secara
kimia dibagi menjadi empat macam dengan komposisi yang paling umum terdapat di
dalamnya. Sedangkan uap adalah cairan yang karena adanya pengaruh temperature yang
tinggi berubah wujudnya menjadi partikel-partikel yang lebih kecil dan ringan tetapi masih
memiliki komposisi kimia yang sama dengan air. Berdasarkan komposisi kimianya air dapat
dibagi menjadi empat macam yaitu Alkali Chloride Water, Acid Sulfate Water, Acid Sulfate-
Chloride Water, Bicarbonat Water.
b. Impuritis
Selain air dan uap air fluida reservoir panasbumi juga mengandung zat pengotor
(impuritis).
Zat impuritis ini dapat berupa Condensable gas dan Non Condensable gas.
Gas condensable adalah gas yang timbul pada saat flashing terjadi bersatu dengan uap
air.
Akan tetapi ketika temperatur semakin turun gas tersebut terkondensasi dan kembali
bercampur dengan air, contoh gas condensable adalah gas oksigen. Sedangkan gas non
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
condensable merupakan zat impuritis yang terjadi setelah geothermal brine mengalami
flashing.
Gas non condensable yang umum terdapat dalam geothermal brine adalah CO2, H2S, CH4, H2,
N2 dan NH3.
2.4.2. Sifat Fisik Fluida Reservoir Panasbumi
Dalam teknik reservoir panasbumi, fluida yang terlibat adalah air dan uap air yang
mempunyai sifat-sifat fisik seperti : densitas, tegangan permukaan, viskositas, spesifik
volume.
2.4.2.1. Densitas Fluida
Densitas atau kerapatan massa adalah perbandingan antara berat dengan satuan volume.
Satuan dari densitas adalah massa / volume, dan biasanya dinyatakan dalam satuan kg/m3.
Berdasarkan fasanya, densitas pada fluida reservoir panasbumi dapat dibedakan menjadi dua,
yaitu :
1. Densitas Fasa Cair
Densitas fasa cair adalah densitas dari air formasi panasbumi yang dapat diperoleh dari
densitas air murni yang dikoreksi terhadap kandungan garam terlarut. Harga densitas air
formasi panasbumi dipengaruhi oleh konsentrasi komponen garam utama dan temperatur
2. Densitas Fasa Uap
Densitas fasa uap dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :
1) Densitas saturated steam
Untuk densitas saturated steam dapat dihitung dengan persamaan berikut :
ρss = (X/100) v + ( 1 – X/100) ρa
ρa bisa ditentukan dengan menggunakan persamaan-persamaan sebelumnya sesuai
dengan tekanannya. Sedangkan ρv adalah densitas uap yang dihitung dengan
persamaan-persamaan berikut sesuai dengan tekanannya, yaitu :
a. untuk 500 ≤ P ≤ 1500 psia,
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
ρv = 1
(490,386P ) − 0,04703
untuk 1500≤ P ≤ 2500 psia,
ρv = 1
(551,74P ) − 0,0887
ρv dinyatakan dalam satuan lb/cuft, dan P dinyatakan dalam satuan psia.
b. untuk 3,4 ≤ P ≤ 10,2 MPa,
ρv = 1
(211,075P ) − 0,00294
untuk 10,2 ≤ P ≤ 17,2 MPa,
ρv = 1
(237,483P ) − 0,005537
ρv dinyatakan dalam satuan kg/m3, dan P dalam satuan 1000 Pascal.
2) Densitas superheated steam
Densitas superheated steam dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan Keyes,
Smith dan Gerry, yaitu :
ρv = 1 / υ ...........................................................................................(2.33)
Keterangan :
ρv = densitas superheated steam, gr/cm3
υ = volume spesifik, cm3/gr
Volume spesifik, υ, dapat dihitung dengan persamaan berikut :
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
υ = 4,55504 TP
+ B……………………………………………....…(2.34)
Keterangan :
P = tekanan, atm
T = temperature, oK
B = Bo + Bo2 g1 (t). t. p + Bo4 g2 (t). t3. p3 – Bo13 g3 (t) t12. p12
t = T-1
Bo = 1,89 – 2641,62 . t. 10(80870. t 2)
g1 (t) = 82,546. t – 1,6246 . 105 . t2
g2 (t) = 0,21828 – 1,2697 . 105 . t2
g3 (t) = 3,635 . 10-4 – 6,768 . 1064 . t24
Secara praktis, besarnya densitas fasa cair dan fasa uap dapat langsung dibaca pada
tabel uap (steam table). Akan tetapi untuk menghitung densitas campuran, , dapat dihitung
berdasarkan persamaan berikut ini :
= v Sv + ℓ Sℓ
Keterangan :
v = densitas uap, kg/m3
Sv = saturasi uap
l = densitas air, kg/m3
Sℓ = saturasi air
2.4.2.2. Tegangan Permukaan
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Tegangan permukaan air formasi panasbumi sangat dipengaruhi oleh keadaan
reservoir seperti tekanan dan temperatur, dimana pengaruh dari tekanan sangatlah kecil.
Pengaruh unsur-unsur terlarut dalam air formasi panasbumi akan mempengaruhi tegangan
permukaan
Semakin besar konsentrasi unsur-unsur terlarut maka semakin besar tegangan permukaan
larutan encer pada temperatur 30oC.
σ w = 0,0757 (T c − T )0,776
2.4.2.3. Viskositas
Viskositas merupakan ukuran keengganan fluida untuk mengalir yang berhubungan
langsung dengan tipe, ukuran dan struktur molekul yang menyusun fluida. Fluida panasbumi
merupakan fluida Newtonian yang mempunyai harga viskositas konstan yang tidak
terpengaruh oleh besarnya geseran ( Shear Rate) yang terjadi dan tidak mempunyai harga
yield stress tertentu dari tahanan dalam yang harus diberikan agar fluida dapat mengalir
seluruhnya.
Persamaan-persamaan penentuan viskositas fasa cair dengan pendekatan yang
berdasarkan pada viskositas air murni yang dikoreksi terhadap air formasi panasbumi.
2.4.2.4. Spesifik Volume
Volume spesifik didefinisikan sebagai perbandingan antara volume dengan massa
pada temperatur tertentu.
Seperti pada densitas, maka volume spesifik mempunyai nilai yang berubah pada
temperatur saturasi. Volume spesifik pada air dinyatakan dengan υℓ, sedangkan untuk uap
dinyatakan dengan υg.
2.5. Thermodinamika Reservoir Panasbumi
2.5.1. Energi Dalam (Internal Energy)
Internal energy atau energi dalam (U) adalah ukuran jumlah total panas yang
disimpan dalam material per unit massa (Uv, Ul). Sedangkan enthalpi adalah penjumlahan
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
dari internal energi dengan kerja yang tersimpan dalam material akibat adanya tekanan (hv,
hl).
hv = Uv + (P/ρv)
hl = Ul + (P/ρl)
Keduanya mempunyai satuan yang sama, yaitu energi per massa (J/kg, kJ/kg). Harga
enthalpi untuk uap adalah enthalpi air dijumlahkan dengan panas latent penguapan (hlv).
2.5.2. Enthalpy
Apabila ditinjau lebih lanjut mengenai entalpi, untuk kondisi reservoir panasbumi
sebenarnya sangat dipengaruhi oleh komposisi kimia fluidanya. Sebagai contoh dalam fasa
cair akan dipengaruhi oleh kandungan garam yang terlarut di dalamnya.
Entalpi air formasi dapat dihitung dengan mengintegrasi kapasitas panas air formasi
panasbumi untuk selang temperatur 0oC yaitu To sampai temperatur yang dimaksud T.
h=∫T0
T
cBdT
keterangan :
h = entalpi air formasi.
cB = kapasitas panas air formasi panasbumi
2.5.3. Entropy
Entropi adalah perbandingan panas yang ditransfer selama proses reversible dengan
temperature absolute. Sedangkan secara matematis entropi didefinisikan sebagai :
dS=( dQT )rev
Untuk proses adiabatic reversible Q = (0,m)
dS=( dQT )rev=0
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
2.6. Kondisi Reservoir Panasbumi
Kondisi reservoir panasbumi adalah meliputi tekanan dan temperatur. Parameter-
parameter ini menciptakan suatu kondisi fluida di dalam reservoir yang akan menentukan
apakah fasa fluida reservoir tersebut liquid (cair), uap (steam) atau mungkin dalam kondisi
saturasi yaitu dua fasa (uap dan air). Kedua parameter tersebut juga mempengaruhi semua
kegiatan eksploitasi, seperti teknik pemboran dan teknik produksi.
2.6.1. Tekanan Reservoir Panasbumi
Tekanan reservoir adalah tekanan yang diberikan oleh fluida yang mengisi rongga
reservoir, baik uap, air ataupun gas. Tekanan Reservoir pada lapangan panasbumi pada
umumnya abnormal sampai subnormal, yaitu berkisar antara 0.433 Psi/ft (Ksc/10 m), atau
mengikuti gradient kolom air. Tekanan reservoir dapat diakibatkan oleh beberapa hal seperti
tekanan overburden, tekanan hidrostatik, dan tekanan formasi.
Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan di reservoir panasbumi adalah KPG (Kuster
Pressure Gauge), yang dimasukkan ke dalam lubang bor setelah pemboran selesai. Alat ini
dapat juga mengukur tekanan pada tiap interval kedalaman.
2.6.1.1. Tekanan Overburden
Tekanan overburden merupakan tekanan yang diakibatkan oleh berbagai jenis batuan
dan fluida yang berada didalam ruang pori-pori batuan tersebut. Beban tersebut
mengakibatkan tekanan pada batuan yang berada di bawahnya. Tekanan overburden akan
bertanbah besar dengan bertambahnya kedalaman dimana gradien pertambahan tekanan yang
terbesar atau maksimum adalah 1.35 psi/ft atau 0.312 kg cm-2 m-1.
2.6.1.2. Tekanan Hidrostatik
Gradien tekanan hidostatik diakibatkan oleh fluida yang berada dalam pori-pori dan
berat kolom fluida secara vertikal, besar dan bentuk kolom fluida tersebut tidak
mempengaruhi besarnya tekanan. Tekanan ini dapat dihitung dengan rumus :
Ph = 0,0052 h
2.6.1.3. Tekanan Formasi
Tekanan formasi juga disebabkan oleh tekanan fluida pada formasi tertentu. Selain
tekanan tinggi, seringkali ditemukan pula tekanan formasi yang sangat rendah di bawah
tekanan hidrostatik. Tekanan ini disebut sebagai tekanan sub-normal. Pada lapangan
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
panasbumi, fenomena ini terjadi pada daerah yang mengalami subsidence, dimana jumlah air
isian (recharge) yang masuk lebih kecil dibanding fluida yang terproduksi di sumur-sumur
produksi lainnya.
2.6.2. Temperatur Reservoir Panasbumi
Temperatur reservoir akan naik dengan bertambahnya kedalaman, hal ini dikenal
sebagai fenomena gradien geothermal. Besar gradien geothermal ini bervariasi antara satu
tempat dengan tempat yang lain, tergantung pada keadaan topografi daerah dan didukung
pula oleh konduktivitas panas batuan yang ada.
Gradien geothermal yang normal biasanya adalah 3 ºC/100 meter kedalaman.
Lapangan panasbumi memiliki gradien geothermal yang abnormal yang disebabkan oleh
peristiwa-peristiwa geologi yang mendangkalkan daerah tersebut, misalnya aktivitas tektonik.
Pada lapangan panasbumi, temperatur bawah permukaan didapat dari open hole well log,
namun hasil yang diperoleh lebih kecil dari temperatur yang sebenarnya karena pada saat itu
temperatur lubang bor turun akibat fluida pemboran. Rekaman Bottom Hole Temperatur
(BHT) dapat lebih kecil dari temperatur sebanarnya berkisar 20 ºF sampai 80 ºF.
Temperatur sebagai salah satu parameter kunci pada sumur panasbumi :
1. Mencerminkan variasi lithologi, overpressure, kualitas uap dan air
2. Mendefinisikan zone-zone produktif
3. Mendefinisikan batasan-batasan bagi peralatan logging.
2.6.2.1. Temperatur Rendah
Secara luas reservoir bertemperatur rendah pada cekungan sedimentasi memiliki
potensial geothermal dapat digunakan secara langsung (ruang panas, pemanfaatan
agriculture, dll; baca Armstead, 1978). Suatu contoh klasik pada pemanfaatan energi
geothermal dengan enthalpy yang rendah diketahui berasal dari aquifer cekungan Paris,
Perancis (La geothermie en France, 1978) dan di cekungan Pannonian,
2.6.2.2. Temperatur Tinggi
Sistem ini terjadi pada berbagai situasi. Sistem ini lebih sering dihubungkan dengan
lingkungan batuan andesitic, dacitic, dan rhyolitic daripada jika dibandingkan dengan erupsi
(letusan) basaltic (McNitt, 1970). Banyak lapangan geothermal mempunyai struktur yang
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
diproduksikan oleh aktivitas tektonik, seperti halnya rekahan, formasi graben, atau lembah-
lembah, tetapi tidak mempunyai hubungan yang nyata terhadap pusat vulkanik yang khusus.
2.7. Jenis Reservoir Panasbumi
Klasifikasi reservoir panasbumi dapat dibagi menjadi tiga, yaitu :
1. Berdasarkan sumber panas.
2. Berdasarkan fasa fluida.
3. Berdasarkan temperatur.
4. Berdasarkan jenis fluida reservoir
5. Berdasarkan entalphi
2.7.1. Berdasarkan Sumber Panas
Berdasarkan sumber panasnya, reservoir panasbumi dibagi menjadi : geopressured
system, hydrothermal system, magmatic system dan hot dry rock system.
2.7.1.1. Sistem Hidrothermal
Sistem ini terdiri dari air dan atau uap bertemperatur tinggi yang tersimpan dalam
batuan permeabel dan porous. Akibat sirkulasi secara konveksi, air dan atau uap akan
mengalir melalui patahan-patahan atau rekahan dan tertrans-portasikan ke dekat permukaan,
dimana gaya yang menyebabkan aliran ini adalah gaya apungan (buoyancy) gravitasi karena
perbedaan densitas.
A.J. Ellis dan W.A.J. Mahon (1977) mengklasifikasikan hydrothermal system menjadi
:
1. Cyclic system
Aquifer ini berasal dari air meteorik selama periode yang panjang pada kedalaman formasi
mengalami pemanasan dan keluar kepermukaan. Cyclic system harus memenuhi syarat
sebagai berikut :
Adanya formasi batuan yang menjamin sirkulasi air pada kedalaman tertentu.
Adanya sumber panas.
Tersedianya air dalam jumlah yang cukup
Waktu yang cukup serta adanya daerah sirkulasi panas yang memungkinkan air
terpanasi.
Adanya struktur rekahan pada batuan sampai permukaan
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
2. Mempunyai ciri khas tersendiri dan dapat diperkirakan mendekati Geopressure system.
Sistem ini dibagi menjadi dua yaitu :
a. Sistem cekungan sedimen.
Ciri khasnya adalah komposisi air formasinya sangat komplek karena adanya
reaksi antar lapisan. Reservoir ini umumnya sangat dalam.
b. Sistem metamorfik pada proses metamorfosa
Diperkirakan ditemukan di beberapa lokasi seperti California yang ditemukan
endapan air raksa sebagai petunjuk adanya daerah metamorfosa.
2.7.1.2. Sistem Hot Dry Rock
Sistem ini tidak mengandung air namun dapat diusahakan untuk produksi dengan
kualitas yang baik. Pada sistem ini panas diambil dari batuan kristalin yang permeabilitasnya
rendah yang disebut dengan hot dry rock. Gambar 2.28 menerangkan skema dari sistem Hot
Dry Rock. Panas ini menyebabkan terjadinya gradien geothermal sebesar 2 oC/100 m.
Temperatur bumi atau gradien geothermal ini akan naik terhadap kedalaman. Namun
teknologi yang ada sekarang belum mampu untuk mengeksploitasi sistem ini.
Gambar 2.28Skema Sistem Hot Dry Rock 5)
2.7.1.3. Sistem Magmatik
Sistem ini didapatkan pada kedalaman minimal 3 kilometer di daerah vulkanik. Jika
pemboran di daerah vulkanik dengan kedalaman 3 - 6 kilometer, akan diperoleh sumber
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
panas dengan temperatur antara 650 - 1200 oC. Teknologi untuk menentukan lokasi,
pengeboran dan memproduksikan cadangan belum dikembangkan.
2.7.1.4. Sistem Geopressure
Geopressure reservoir biasanya ditemukan pada sedimentary basin yang cukup
dalam, dimana sedimennya sangat kompak terjadi dalam waktu geologi yang panjang dan
terdapat cap rock yang efektif seperti shale. Kompaksi yang melebihi keadaan normal akan
menyebabkan keluarnya air dari pori-pori lempung.
Pada beberapa sistem geopressured, tekanan fluida mendekati berat keseluruhan
batuan penutup (lithostatic pressured). Sistem air dengan tekanan tinggi dapat disetarakan
dengan gradien temperatur di atas batas normal karena bertambahnya kapasitas panas jenis
batuan yang menekan air. Fluida geopressure biasanya mempunyai konsentrasi gas terlarut
yang tinggi. Hampir seluruh sinclinal basin yang besar di dunia merupakan zona
geopressure.
2.7.2. Berdasarkan Fasa Fluida
Berdasarkan jumlah fasanya, reservoir panasbumi dapat dikelompokkan menjadi
reservoir satu fasa dan dua fasa. Klasifikasi reservoir panasbumi berdasarkan fasa fluida yang
dihasilkan dapat dibagi menjadi : liquid dominated system, vapor dominated system dan
superheated system.
2.7.2.1. Reservoir Satu Fasa
Reservoir ini mempunyai temperatur di bawah 250 oC dengan tekanan tidak terlalu
tinggi karena reservoir ini sebagian tidak mempunyai cap rock yang dapat menahan
temperatur dan tekanan serta air dari luar, sebagian lagi mempunyai cap rock namun air
panas menjadi turun temperaturnya. Sehingga reservoir satu fasa (liquid system) dapat dibagi
menjadi dua yaitu : sistem air hangat (warm water system) dan sistem air panas (hot water
system).
1. Sistem air hangat (warm water system).
Temperatur berkisar antara 90 - 180 oC, pendidihan tidak akan terjadi sampai
dieksploitasi. Penggunaannya untuk keperluan non-elektrik. Contoh sistem ini adalah di
Tianjin (RRC) dan Waiwera (Selandia Baru).
2. Sistem air panas (hot water system).
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Fluida reservoir ini berupa air panas secara keseluruhan akan tetapi pendidihan terjadi
setelah eksploitasi secara ekstensif. Temperaturnya berkisar antara 200 - 250 oC.
Temperatur tersebut kadang-kadang terjadi pendidihan yang disebabkan kandungan gas
di reservoir yang bersangkutan. Contoh sistem ini adalah di Achuachapan, Salton Sea dan
Krafla.
Diagram tekanan dan temperatur untuk reservoir berdasar fasa ini, dapat dilihat pada
Gambar 2.29 berada pada titik C dengan turunnya tekanan fluida ini bisa menjadi uap
berkadar air tinggi, sehingga densitasnya menjadi turun
Gambar 2.29
Kondisi Air pada Tekanan dan Temperatur Reservoir (Whiting dan Ramey) 5)
2.7.2.2. Reservoir Dua Fasa
Reservoir sistem dua fasa berisi campuran air dan uap. Apabila produksi air lebih
banyak daripada uap disebut liquid dominated system, apabila sebaliknya disebut vapour
dominated system. Reservoir sistem ini mempunyai temperatur berkisar antara 200-300ºC.
1. Liquid Dominated System
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Pada sistem ini uap yang keluar adalah uap basah. Uap ini dihasilkan oleh proses flashing
pada saat tekanan turun dalam sumur ataupun dalam reservoir. Dalam reservoir dua fasa
bagian terdalam terdapat lapisan cairan panas pada keadaan netral.
Temperatur bervariasi antara 220 –300 oC. Pada kondisi ini gradien temperatur akan relatif
tetap setelah mencapai titik didihnya, sehingga fluida yang terdapat pada reservoir sudah
berwujud uap. Seperti pada Gambar 2.30.
Gambar 2.30
Kondisi Tekanan dan Temperatur Reservoir Liquid Dominated 10)
2. Vapour Dominated System
Pada sistem ini tekanan tidak terlalu tinggi namun masih di atas tekanan atmosfer jadi
memungkinkan fluida ini seluruhnya menjadi uap. Terdapat pada bagian atas lapisan dua
fasa.ada bagian ini fasa cair sangat jarang, menyebar luas dan immobile (Gambar 2.32).
Contoh sistem ini adalah Larderello dan Amiata (Italia), Kamojang. Temperatur fluida
berkisar antara 250-320 oC. Oleh karena itu untuk sistem ini fluida reservoir masih
berwujud air panas. Seperti pada Gambar 2.31.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Gambar 2.31
Kondisi Tekanan dan Temperatur Vapour Dominat 10)
Gambar 2.32
Skema Sistem Reservoir Vapour Dominated 10)
2.7.2.3. Reservoir Superheated Steam
Pada reservoir jenis ini, fluida berada pada temperatur yang sangat tinggi tetapi
dengan tekanan yang tidak terlalu tinggi. Tekanan yang tidak terlalu tinggi disebabkan oleh
telah turunnya tekanan reservoir karena diproduksikan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat
pada diagram fasa.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Fluida superheated ini dapat diamati dengan mengamati sejarah produksi suatu sumur
yang memuat data tekanan dan temperatur. Keadaan superheated dimulai pada saat terjadi
dry-out tekanan dan temperatur.
Hal ini ditandai dengan, jika dilakukan plot sejarah produksi (tekanan dan temperatur
terhadap tahun) maka setelah sekian lama akan terdapat kenaikan temperatur yang drastis
sedangkan tekanannya mengalami penurunan.
Keadaan pada saat tekanan turun dan temperatur naik secara drastis inilah yang
disebut sebagai dry-out. Setelah keadaan ini terjadi, fluida telah sepenuhnya berada dalam
keadaan uap kering superheated.
2.7.3. Berdasarkan Temperatur
2.7.3.1. Semi-Thermal Field
Reservoir semi thermal mempunyai temperatur sampai 100 oC dengan kedalaman
antara 1 - 2 km. Panas reservoir ini tidak cukup tinggi karena sebagian besar tidak
mempunyai cap rock sehingga fluida mudah menerobos ke permukaan.
Thermal gradient dan kedalaman aquifer yang permeabel pada semithermal field
seharusnya cukup untuk menimbulkan arus sirkulasi konvektif, tetapi suhu bagian atas
reservoir tidak mungkin lebih dari 100 oC karena tidak adanya cap rock untuk menekan
hingga terjadi pressure build-up di atas tekanan atmosfer dan mungkin karena tercampur
dengan air tanah yang dingin dari aquifer yang dangkal.
2.7.3.2. Hyper-Thermal Field
Hyperthermal field membutuhkan lima unsur dasar yaitu : sumber panas, bed rock,
aquifer atau zona permeabel, sumber air dan cap rock. Hyper thermal reservoir dapat
diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu : Dry Hyperthermal dan Wet Hyperthermal Field
berdasarkan fasa fluidanya, model hyperthermal field dapat dilihat dalam Gambar 2.33.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Gambar 2.33
Model Hyerthermal Field 3)
1. Wet Hyper-Thermal Field
Wet hyperthermal field menghasilkan campuran air panas dan uap, maka variabel WHP
dan WHT serta enthalpi dan kwalitas fluida saling bergantung. Fluida yang terproduksi
(uap dan air) pada suatu sumur dipengaruhi oleh tekanan kepala sumurnya (WHP) dan juga
tergantung pada suhu dan tekanan reservoir serta permeabilitasnya, maka setiap sumur
memiliki suatu sifat aliran tersendiri, seperti pada Gambar 2.34.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Gambar 2.34
Hubungan Antara Enthalpi, Temperatur dan Kualitas
Campuran Uap/Air Yang Jenuh 3)
Fluida yang terproduksi (uap dan air) pada suatu sumur dipengaruhi oleh tekanan kepala
sumurnya (WHP) dan juga tergantung pada suhu dan tekanan reservoir serta
permeabilitasnya, maka setiap sumur akan memiliki suatu sifat aliran tersendiri.
Kharakteristik dari setiap sumur tidak tetap dan produksinya selalu cenderung menurun
sebagai fungsi dari waktu. Kurva-kurva pada Gambar 2.35. tersebut, semuanya
menggambarkan keadaan awal pengembangan lapangan.
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Gambar 2.35
Hubungan antara Tekanan dan Suhu untuk Uap Jenuh 3)
2. Dry Hyper-thermal Field
Reservoir ini mempunyai temperatur sangat tinggi, namun tekanannya tidak setinggi
tekanan pada wet hyperthermal yang memungkinkan air dalam reservoir jenis ini berubah
menjadi uap seluruhnya. Jika terjadi hubungan antara permukaan dengan reservoir melalui
lubang bor, maka sebagian uap jenuh akan berubah menjadi uap superheated.
Uap dari lapangan ini agak superheated maka tidak ada hubungan antara WHP dan
WHT, serta enthalpi merupakan fungsi dari WHP dan WHT ini.
2.7.4. Berdasarkan Jenis Fluida Reservoir
Berdasarkan jenis fluidanya, reservoir panasbumi terdiri dari Air Klorida, Air Asam
Sulfat, Air Asam Sulfat-Klorida, Air Bikarbonat. Pembagian jenis fluida lebih jelas terlihat
seperti pada Gambar 2.36.
Gambar 2.36
Diagram Cl, SO4, dan HCO3 Yang Terdapat Pada
Fluida Geothermal 4)
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
2.7.4.1. Air Klorida
Garam terlarut dalam air ini umumnya berupa sodium dan potassium chloride
walaupun kadang-kadang ditemukan calcium dalam konsentrasi yang kecil. Air ini juga
mengandung silika dalam konsentrasi yang tinggi, dan terdapat pula dalam konsentrasi yang
cukup berarti seperti sulfat, bicarbonate, fluoride, ammonia, arsenic, lithium, rubidium,
calcium dan asam borate.
Perbandingan chloride dan sulfat biasanya cukup tinggi dan pH berkisar dari daerah
yang asam sampai ke daerah yang cukup basa (pH 5 – 9 ). Gas yang terlarut dalam air ini
terutama karbondioksida dan hydrogen sulfide. Air ini seringkali didapatkan di daerah-daerah
yang terdapat spring (mata air) atau daerah yang ada aktivitas geyser dan daerah yang banyak
terdiri dari batuan volkanik dan sedimen
2.7.4.2. Air Asam Sulfat
Air Asam Sulfat mengandung chloride dengan kadar yang rendah dan dapat terbentuk
pada daerah vulkanik, dimana uap dibawah 400oC mengembun ke permukaan air. Hidrogen
sulfide dari uap kemudian teroksidasi menjadi sulphate. Air Asam Sulfat didapat di daerah-
daerah dimana uap akan naik dari air bawah tanah dengan temperature tinggi dan di daerah
vulkanik, pada fasa pendinginan hanya karbondioksida dan gas sulfur tetap akan naik
bersama uap melalui batuan. Unsur-unsur yang terdapat dalam air ini biasanya lepas dari
dinding-dinding batuan disekelilingnya.
2.7.4.3. Air Bikarbonat
Air panas yang mengandung chloride dengan kadar yang rendah dapat terjadi dekat
permukaan di daerah vulkanik dimana uap yang mengandung karbondioksida dan hydrogen
sulfide mengembun ke dalam aquifer. Pada kondisi yang diam air bereaksi dengan batuan
mengahasilkan larutan bicarbonate atau bicarbonate sulphate dengan pH netral.
2.7.5. Berdasarkan Entalphi
Jenis reservoir berdasarkan entalphi dapat dikelompokan menjadi entalphi rendah,
entalphi menengah, dan entalphi tinggi. Pengelompokan ini sesuai dengan temperature fluida
produksi dan fasa fluidanya.
2.7.5.1. Entalphi Rendah
NAMA : Victor Pandapotan NainggolanNIM : 1201172
Apabila suhu reservoir tidak mencapai titik didih fluida pada tekanan tertentu,
umunya pada sumur reservoir panasbumi adakalanya dapat terjadi fluida yang terproduksi
hanya satu fasa, yaitu air panas. Biasanya sumur jenis ini tidak dimanfaatkan sebagai
pembangkit karena hanya menghasilkan air panas, sedangkan untuk menggerakkan turbin
membutuhkan fluida satu fasa yaitu uap (steam), jadi biasanya dimanfaatkan sebagai sarana
pengeringan hasil pertanian, kolam mandi air panas, pemanas ruangan, dan lain sebagainya.
2.7.5.2. Entalphi Menengah
Reservoir panasbumi jenis ini memiliki suhu melebihi titik didih fluida pada kondisi
reservoir tetapi mengalami penurunan tekanan dan temperature dalam perjalanannya menuju
permukaan. Karena itu fluida yang keluar dari sumur produksi menghasilkan fluida dua fasa
(uap dan air), akan tetapi fasa uapnya lebih kecil prosentasenya dibandingkan dengan fasa
cairnya, hal ini dapat juga disebut sebagai Liquid Dominated. Contoh dari lapangan
panasbumi enthalpi menengah seperti Dieng (Liquid Diminated System).
2.7.5.3. Entalphi Tinggi
Yang disebut sebagai fluida reservoir panasbumi yang memiliki entalphi tinggi adalah
Lapangan panasbumi yang menghasilkan uap panas kering (superheated steam) dan reservoir
sistem vapour dominated. Pada reserevoir jenis ini memiliki temperature reservoir yang
melebihi titik didih dari air pada tekanan tertentu sehingga air yang ada di reservoir berubah
fasa menjadi uap. Fluida tersebut diproduksikan lewat sumur produksi dalam kondisi satu
fasa uap, tetapi apabila fluida mengalami penurunan tekanan yang cukup besar maka fluida
tersebut dapat berubah menjadi fluida dua fasa. Dengan prosentase fasa cair lebih kecil
dibandingkan dengan fasa uapnya.