MODUL IV

PENENTUAN TEKANAN OVERBURDEN

LAPORAN PRAKTIKUM

MATA KULIAH TEKNIK PENGEBORAN II

Nama : Mahruri 12211019

Wardana Saputra 12211031

Tanggal Praktikum : 18 Februari 2014

Tanggal Penyerahan : 25 Februari 2014

Dosen : Dr. Ing. Bonar Tua Halomoan Marbun

LABORATORIUM TEKNIK PENGEBORAN

PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2013/2014

1

DAFTAR ISI

Daftar Isi .................................................................................................................................... 1

Daftar Gambar ........................................................................................................................... 2

Daftar Tabel ............................................................................................................................... 3

I. Tujuan Praktikum ................................................................................................................... 4

II. Metodologi ............................................................................................................................ 4

III. Alat dan Bahan ..................................................................................................................... 7

IV. Prosedur ............................................................................................................................... 7

V. Analisis.................................................................................................................................. 8

VI. Kesimpulan ........................................................................................................................ 12

VII. Daftar Pustaka .................................................................................................................. 12

2

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Safety Margin Pressure ............................................................................................ 5

Gambar 2. Tipikal Gradien Tekanan Overburden ..................................................................... 7

Gambar 3. Flowchart Perhitungan Tekanan Overburden .......................................................... 8

Gambar 4. Data Porositas Sumur X .......................................................................................... 9

Gambar 5. Data Porositas Sumur Y ......................................................................................... 10

Gambar 6. Profil Tekanan Overburden Sumur X .................................................................... 11

Gambar 7. Profil Tekanan Overburden Sumur Y .................................................................... 11

3

DAFTAR TABEL

-

4

I. TUJUAN PRAKTIKUM

Tujuan dari dilaksanakannya praktikum modul ini yaitu mahasiswa diharapkan untuk :

a. Mengetahui pentingnya penentuan tekanan overburden saat operasi pengeboran.

b. Mampu membuat porosity build dari data neutron porosity log.

c. Mampu menentukan densitas bulk batuan dari data porosity log.

d. Mampu menentukan besarnya tekanan overburden tiap kedalaman dari data density log.

II. METODOLOGI

Besarnya tekanan yang ada di dalam pori batuan disebut sebagai tekanan pori formasi.

Penentuan tekanana ini sangat penting karena nantinya akan mempengaruhi banyak aspek

dalam perencaan dan operasi sebuah sumur. Aspek tersebut yaitu desain casing dan desain mud

weight. Pengetahuan akan tekanan pori yang kurang dalam proses operasi pemboran dapat

mengakibatkan stuckpipe dan well control problems. Dengan demikian, prediksi dan

mendeteksi zona yang mempunyai tekanan yang tinggi akan menjadi hal yang sangat penting,

untuk mencegah terjadinya blow-out. Selain memprediksi tekanan pori, kita juga harus bisa

untuk memprediksi batuan akan mengalami frakture. Adanya fraktur dalam proses pemboran

sangat tidak diinginkan karena hanya akan menyebabkan kehilangan lumpur (mud losses).

Berbicara mengenai proses pemboran lubang sumur, tidak akan pernah lepas dengan

istilah tekanan overburden. Tekanan overburden adalah tekanan yang diakibatkan oleh berat

batuan formasi, baik itu berat matriks penyusun batuan formasi maupun berat fluida yang ada

di batuan tersebut. Dengan kata lain, tekanan overburden merupakan vertical stress untuk setiap

kedalaman tertentu. Overburden gradient diperloha dari cross plot antara tekanan overburden

dengan kedalaman.

Tekanan overburden di kedalaman tertentu merupakan fungsi dari massa batuan dan

fluida yang mengisi rongga pori batuan tersebut yang berada di lapisan atasnya. Untuk

menghitung tekanan overburden di kedalaman tertentu, kita harus menentukan massa jenis

rata-rata batuan dan fluida penyusun lapisan batuan diatas titik yang akan ditentukan tekanan

overburden. Rata rata massa jenis antara matriks batuan dan fluida yang menjadi penyusun

batuann disebut sebagai densitas bulk batuan.

Apabila nilai densitas matriks batuan dan fluida yang mengisi pori batuan tersebut

bervariasi terhadap kedalaman, maka penentuan tekanan overburden yaitu dengan cara

mengintegralkan densitas bulk batuan mulai dari permukaan sampai dengan kedalaman yang

5

dihitung tekanan overburdennya. Spesifik gravity dari matriks batuan bervariasi yaitu mulai

dari 2,1 untuk sandstone sampai 2,4 untuk limestone. Perlu diingat, dikarenakan nilai tekanan

overburden bervariasi bergantung pada kompaksi dan perubahan lithologi sehingga tekanan

gradient tidak bisa diasumsikan konstan. Gambar 1 menunjukkan contoh pola jenis jenis

tekanan berdasarkan kedalamannya.

Gambar 1. Safety Margin Pressure

Evaluasi tekanan formasi merupakan hal yang penting dalam perencanaan sumur ketika

akan melakukan operasi pengeboran. Sebagai contoh, untuk dapat melakukan pengeboran

secara aman dan ekonomis maka penting untuk kita ketahui besarnya pore pressure dan

fracture pressure dari formasi yang akan kita bor. Dengan demikian, kita dapat

mengoptimalkan nilai densitas lumpur pemboran yang akan kita gunakan sehingga dapat

mencapai keseimbangan.

Pada daerah yang mempunyai catatan data eksplorasi dan data produksi sebelumnya,

data tersebut dapat digunakan untuk memberikan informasi mengenai profil tekanan yang

terjadi pada formasi yang akan kita bor. Selain itu, semua data yang didapatkan dari data

seismic, informasi dari data log (wireline, FEMWD, FEL dan berbagai macam log tekanan)

serta pengukuran tekanan secara langsung (DST, RFT, dan production testing) juga dapat

digunakan.

Pada praktikum kali ini, yang akan kita lakukan yaitu menentukan tekanan overburden

pada tiap interval kedalaman hingga kedalaman tertentu dari data yang diberikan yaitu data

Sumur Y pada suatu lapangan.

6

Total tekanan vertikal yang bekerja pada bidang horisontal sedimen direferensikan

sebagai tekanan overburden dan terdiri dari dua komponen yaitu matrix pressure dan pore

pressure. Tekanan overburden total pada setiap kedalaman dapat dihitung dari densitas bulk

batuan diatasnya dan tekanan kumulatifnya. Dalam perhitungan tekanan overburden selalu

diambil dari datum yang sama sebagai Formation Balance Gradient.

Untuk mengubah densitas bulk batuan (g/cc) ke gradien tekanan (psi/ft) dapat digunakan

persamaan berikut:

1 𝑔/𝑐𝑐 = 0,433 𝑝𝑠𝑖/𝑓𝑡......................................................................................... persamaan 1

Dimana konversi tersebut diperoleh dengan mengasumsikan densitas rata – rata batuan

sedimen mendekati 2.31 g/cc dan dengan kedalaman gradien overburden sekitar 19,2 ppg atau

1 psi/ft. Sehingga tekanan overburden dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

𝑆𝑣 = 0,433 ∫ 𝜌(𝑧)𝑑𝑧𝑧

0.............................................................................................persamaan 2

Seperti disebutkan sebelumnya, basic data untuk menghitung gradien tekanan

overburden adalah densitas bulk dari batuan (ρb) yang dapat dihitung secara langsung setelah

menghitung komponen lain dari formasi seperti porositas, dimana densitas bulk batuan

dihitung menggunakan persamaan berikut:

𝜌𝑏 = ∅𝜌𝑓 + (1 − ∅)𝜌𝑚..........................................................................................persamaan 3

dimana:

ρb = densitas bulk batuan (g/cc)

ρf = densitas rata – rata fluida di dalam pori (g/cc)

ρm = densitas matriks (g/cc)

ϕ = porositas (dimensionless)

7

Gambar 2. Tipikal Gradien Tekanan Overburden

III. ALAT DAN BAHAN

Praktikum kali ini, alat dan bahan yang dibutuhkan yaitu :

1. Laptop

2. Microsoft Excel

3. Data lapangan yang akan dianalisis

IV. PROSEDUR

Di bawah ini merupakan flowchart bagaimana menentukan nilai Tekanan Overburden dari

Sumur Y pada suatu lapangan :

8

Gambar 3. Flowchart Perhitungan Tekanan Overburden

V. ANALISIS

Tekanan overburden pada suatu kedalaman tertentu merupakan akumulasi densitas

formasi yang ada di atasnya. Misanya pada datum kedalaman yang sama, tekanan overburden

pada kerak benua lebih tinggi daripada tekanan overburden di kerak samudra dikarenakan pada

kerak benua, akumulasi densitas merupakan densitas matriks batuan beserta fluida di atasnya,

sedangkan pada kerak samudra densitas yang ditanggung sebagian besar berupa air laut yang

lebih kecil dari batuan. Berdasarkan pengertian tersebut, berarti kita dapat membangun tekanan

overburden dari data densitas yang di ketahui.

Pada praktikum ini, diberikan data lapangan berupa hasil wireline logging pada sumur

X dan Y untuk membangun profil tekanan overburden pada kedua sumur. Data log yang

diberikan meliputi data kedalaman, data caliper, gamma ray, neutron porosity, density log,

hingga SP. Untuk membangun tekanan overburden sebenarnya kita cukup membutuhkan data

densitas bulk batuan saja. Namun bila kita perhatikan data log yang kita dapatkan sebagian

besar memiliki harga yang aneh sebesar -999.25, hal ini biasa dilakukan dalam tabulasi data

log untuk menunjukkan bahwa pada kedalaman tersebut log sumur tidak dilakukan dan tidak

ada datanya. Kejadian seperti ini seringkali ditemukan karena operasi logging sumur sangat

mahal, sehingga kita cukup melakukan logging tertentu pada sebagian daerah, sedangkan untuk

Pengumpulan data porosity log dan density log, filterisasi data kosong (-999.25)

Lakukan porosity build up untuk menutup data kosong

Perhitungan bulk density dari harga porositas

Konversi densitas ke tekanan dalam psi per interval

Perhitungan tekanan overburden dari akumulasi tekanan per interval pada tiap kedalaman.

9

daerah lain dapat digenerate dari data logging lainnya ataupun dibuild dengan

mengekstrapolasi trendline yang didapat dari hasil logging. Untuk sumur X, data densitas

hanya tersedia dari kedalaman 2100 hingga 5781.5 m dan untuk sumur y dari kedalaman 2095

hingga 5872 m. Sedangkan untuk membangun tekanan overburden kita harus mempunyai

semua data densitas dari permukaan.

Untuk mengatasinya kita akan meng-generate harga densitas yang kosong pada tiap

sumur dari data neutron porosity log yang memberikan kita harga porositas. Awalnya kita

memplot porositas terhadap kedalaman seperti yang ditunjukkan oleh gambar 4 dan gambar 5.

Selanjutnya kita buat trendline exponential dari data porositas tersebut hingga kita dapatkan

persamaan untuk menentukan data porositas dari permukaan yang masih kosong, ditunjukkan

oleh garis hijau pada gambar 4 dan gambar 5. Dari grafik porositas terhadap kedalaman ini kita

dapat melihat bahwa semakin dalam formasi, porositas akan berkurang. Hal ini dapat

dijelaskan sebagai akibat dari efek kompaksi yang semakin besar pada formasi dalam karena

menahan tekanan overburden yang lebih besar.

Gambar 4. Data Porositas Sumur X

y = 0.6483e-2E-04x

R² = 0.4215

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

po

rosi

ty

depth (m)

porosity_built 1

10

Gambar 5. Data Porositas Sumur Y

Selanjutnya setelah mendapatkan data porositas yang lengkap, kita akan melengkapi

data densitas yang kosong dengan menggunakan persamaan 3, di mana densitas fluida kita beri

harga 1.3 gr/cc sedangkan densitas matriks kita beri harga 2.58 gr/cc, harga-harga ini

merupakan rule of thumbs. Densitas yang kita dapatkan ini merupakan densitas bulk batuan

yang merupakan kombinasi antara densitas matriks batuan dan densitas fluida yang mengisi

pori batuan, mirip dengan pengertian tekanan overburden sendiri. Densitas dalam gr/cm3 ini

dapat kita konversi menjadi data densitas dalam psi/ft dengan menggunakan persamaan 1.

Mengingat pengertian tekanan overburden merupakan akumulasi densitas formasi batuan yang

ditanggung di atasnya, maka kita akan membagi harga konversi tekanan ini per interval

mengikuti persamaan 4:

𝑝 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙 (𝑝𝑠𝑖) = (𝑑𝑒𝑝𝑡ℎ𝑖+1 − 𝑑𝑒𝑝𝑡ℎ𝑖)𝑓𝑡𝑥(𝜌𝑖+𝜌𝑖+1)𝑝𝑠𝑖/𝑓𝑡

2 .................... persamaan 4

Berdasarkan persamaan 2, maka untuk mendapatkan tekanan overburden pada tiap

kedalaman tertentu kita akan menjumlahkan semua p interval dari surface hingga p interval

kedalaman tersebut, hingga kita dapatkan harga tekanan overburden keseluruhan untuk sumur

X, gambar 6 dan untuk sumur Y, gambar 7. Dari kedua gambar tersebut kita dapat amati bahwa

semakin dalam kedalaman suatu sumur, maka tekanan overburdennya akan semakin besar pula.

bila kita bandingkan dengan kurva porositas yang semakin dalam semakin mengecil, kita dapat

menarik kesimpulan bahwa efek kompaksi yang meningkat berdasarkan penambahan

kedalaman, juga akan meningkatkan harga densitas formasi secara keseluruhan, karena

y = 0.6011e-2E-04x

R² = 0.5187

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

po

rosi

ty

depth (m)

porosity_built 1

11

akumulasi densitas sebanding dengan overburden pressure maka tekanan overburden akan

meningkat pula sesuai kenaikan kedalaman.

Gambar 6. Profil Tekanan Overburden Sumur X

Gambar 7. Profil Tekanan Overburden Sumur Y

Dari gambar 6 dan 7 kita dapatkan gradient overburden pressure untuk sumur X sebesar

1.023 psi/ft, sedangkan untuk sumur Y sebesar 1.0214 psi/ft. Harga gradient overburden

pressure yang kita dapatkan dari kedua sumur mendekati angka 1 psi/ft yang merupakan

gradient overburden pressure yang umum ditemui di berbagai belahan dunia. Adapun daerah

yang memiliki gradient overburdent pressure tertinggi adalah titik di bawah kaki pegunungan

Himalaya, di mana pegunungan Himalaya merupakan pegunungan tertinggi di dunia sehingga

akumulasi densitas formasi yang dirasakan dari bawah sangatlah besar. Selanjutnya bila kita

y = 1.023x + 1135.1R² = 0.9991

0.0000

5000.0000

10000.0000

15000.0000

20000.0000

25000.0000

0.0000 5000.0000 10000.0000 15000.0000 20000.0000

dep

th (

ft)

Overburden (psi)

depth (ft) vs overburden pressure

y = 1.0214x + 1018.3R² = 0.9992

0.0000

5000.0000

10000.0000

15000.0000

20000.0000

25000.0000

0.0000 5000.0000 10000.0000 15000.0000 20000.0000

dep

th (

ft)

Overburden (psi)

depth(ft) vs overburden pressure

12

perhatikan, mulai dari kurva tekanan hingga kurva tekanan overburden kedua sumur

menunjukkan angka yang hampir mirip, begitu pula data wire-line log kedua sumur hampir

serupa. Dapat dipastikan bahwa sumur X dan sumur Y ini merupakan sumur yang berada pada

lapangan yang sama. Lapangan yang sama biasanya memiliki formasi yang sama, di mana

denan prinsip geologi lateral continuity maka formasi akan serupa memanjang secara

horizontal tanpa gangguan tektonik. Sehingga yang kita temui untuk dua sumur berbeda pada

kedalaman yang sama memiliki karakteristik yang hampir mirip.

Perhitungan tekanan overburden sangat penting dilakukan dalam perencanaan dan

pengembangan suatu sumur. Data overburden pressure sumur X dan Y yang kita dapatkan

kebetulan memiliki gradient yang konstan, artinya kemungkinan ditemukannya abnormal

pressure dalam sumur sangatlah kecil. Bila gradient pressure menunjukkan kurva yang patah

atau tiba-tiba meningkat maka kita harus berhati-hati karena pada depth tersebut bisa terjadi

overpressure yang dapat menimbulkan masalah serius pada sumur mulai dari formasi runtuh,

pipa terjepit, kick bahkan blow out. Pressure gradient tiap sumur juga diperlukan dalam

perancangan suatu sumur dimulai dari interval dan jenis casing yang digunakan hingga jenis

dan berat lumpur yang akan kita gunakan.

VI. KESIMPULAN

a. Penentuan tekanan overburden sangat penting dilakukan dalam perencanaan dan

pengembangan suatu sumur, misalnya perancangan casing dan lumpur pemboran.

b. Bila data log tidak lengkap kita dapat mendapatkan gambaran keseluruhan interval

dengan melakukan build up data, dalam hal ini kita melakukan porosity build up dengan

ekstrapolasi eksponensial.

c. Harga densitas bulk formasi pada tiap kedalaman dapat kita dapatkan dari korelasi

terhadap porositas.

d. Besaran tekanan overburden merupakan akumulasi konversi densitas tiap interval.

VII. DAFTAR PUSTAKA

Stephanie, Yessica Fransisca. A New Equation of Pore Pressure Prediction Strategy Based

on Eaton Model. Petroleum Engineering ITB, 2013.

Moore, L. P.. 1966. Drilling Practices Manual 2nd Edition. Tulsa: Pennwell Books.

Rubiandini, Rudi. Teknik Operasi Pemboran I. Bandung: Penerbit ITB, 2011.

Heriot Watt University. Drilling Engineering, Heriot Watt Press.