PETROLEUM SYSTEM DAN ROCK PROPERTIES

A.   Petroleum System

1.      Definisi

Petroleum System adalah konsep yang menyatukan elemen berbeda dan proses geologi minyak bumi. Aplikasi praktis dari sistem minyak bumi dapat digunakan dalam eksplorasi, evaluasi sumber daya, dan penelitian. Sebuah sistem petroleum meliputi lapisan batuan induk aktif dan semua minyak dan akumulasi gas. Ini mencakup semua elemen geologi dan proses yang penting jika akumulasi minyak dan gas adalah untuk eksis.

2.      Elemen-Elemen & Proses

Elemen-elemen atau komponen-komponen penting dari Petroleum system,yaitu:

A. Source rock

B. Reservoir rock

C. Migrasi

D. Seal rock

E. Trap Petroleum System memiliki 2 proses:

-   Trap formation

-   Generation– migration–accumulation of hydrocarbons

Elemen-elemen penting dan proses harus berada pada tempat dan waktu yang tepat, sehingga bahan organic yang terdapat dalam batuan induk dapat diubah menjadi akumulasi minyak bumi. Sebuah sistem petroleum ada di mana pun semua elemen penting dan proses diketahui atau diperkirakan keberadaannya.

A.    Source Rock

Dalam Petroleum geology, batuan induk mengacu pada batuan dimana hidrokarbon telah atau mampu dihasilkan. Mereka membentuk salah satu elemen penting dari sebuah sistem petroleum. Source Rock adalah sedimen yang kaya akan material organik yang mungkin telah terdeposit dalam berbagai lingkungan termasuk deep water marine, lacustrine dan delta.

Tipe-Tipe Source Rock

1.      Source Rock Tipe 1

terbentuk dari sisa-sisa alga yang terdeposit dalam kondisi anoxic di danau yang dalam. Tipe ini cenderung untuk menghasilkan minyak mentah yang

waxy  ketika diberikan tekanan panas selama terkubur dalam. Alga dari lingkungan pengendapan lacustrine dan lagoon. Tipe seperti ini dapat mengahsilkan minyak dengan kualitas baik dan mampu menghasilkan gas.

2.      Source Rock Tipe 2

terbentuk dari plankton laut dan sisa-sisa bakteri diawetkan dalam kondisi anoxic di lingkungan laut. Campuran dari tumbuhan dan mikroorganisme laut. Tipe seperti ini merupakan bahan utama minyak dan gas bumi. Mereka menghasilkan minyak dan gas ketika mengalami crack panas saat penguburan yang mendalam.

3.      Source Rock Tipe 3

terbentuk dari bahan tanaman darat yang telah didekomposisi oleh bakteri dan jamur dalam kondisi oxic atau sub-oxic: mereka cenderung untuk menghasilkan sebagian besar gas dengan minyak ringan. Sebagian besar batu bara termasuk dalam tipe 3.

4.      Source Rock Tipe 4

Bahan bahan tanaman yang teroksidasi. Tipe seperti ini tidak mampu menghasilkan minyak dan gas.

Faktor Terbentuknya Source Rock

 Untuk menjadi source rock ada 3 faktor yang mempengaruhi. Yaitu :

1.      TOC ( total organic karbon )

merupakan kuantitas dari karbon organic yang terendapkan dalam batuan tersebut. Semakin tinggi nilai OC maka akan semakin baik source rock tersebut dan kemungkinan terbentuknya hidrokarbon akan semakin tinggi. TOC yang dapat menghasilkan adalah di atas 1 % .

2.      Kerogen

merupakan kualitas dari carbon organic yang terendapkan dala batuan tersebut. Keregon akan menentukan hidrokarbon yang akan di bentuk. Kerogen ada beberapa tipe . diantaranya :

a.       Kerogen tipe I

Terbentuk di perairan dangkal Berasal dari algae yang bersipat lipid H/C > 1.5 dan O/C < 0,1 Menghasikan minyak.

b.      Kerogen tipe II

Terbentuk di marine sedimen Berasal dari algae dan protozo H/C antara 1,2-1,5 dan O/C antara 0,1-0,3 Menghasilkan minyak dan gas.

c.       Kerogen tipe III

Terbentuk di daratan Berasal dari tumbuhan daratan H/C < 1,0 dan O/C > 0,3 Menghasilkan gas.

d.      Kerogen tipe IV

Telah mengalami oksidasi sebelum terendapkan , sehingga kandungan karbon telah terurai sebelum terendapkan Tidak menghasilkan hidrokarbon

3.      Maturity atau pematangan

adalah proses perubahan zat-zat organic menjadi hidrokarbon. Proses pematangan di akibatkan kenaikan suhu di dalam permukaan bumi. Dimana maturity di bagi 3 Yaitu antara lain : a. Immature adalah sourcerock yang belum mengalami perubahan menjadi hidrokarbon b. Mature adalah source rock yang sedang mengalami perubahan menjadi hidrokarbon c. Overmature adalah source rock yang telah mengalami pematangan menjadi hidrokarbon.

B.     Reservoir Rock
        Semua minyak yang dihasilkan oleh source rock tidak akan berguna kecuali bermigrasi sampai tersimpan dalam wadah yang mudah diakses, sebuah batu yang memiliki ruang untuk "menyedot” hidrokarbon. Reservoir rock adalah tempat minyak bermigrasi dan berada dibawah tanah. Sebuah batu pasir memiliki banyak ruang di dalam dirinya sendiri untuk menjebak minyak, seperti spons memiliki ruang dalam dirinya sendiri untuk menyerap air. Karena alasan inilah batu pasir menjadi batuan reservoir yang paling umum. Batu gamping dan dolostones, beberapa di antaranya adalah sisa-sisa kerangka terumbu karang kuno, adalah contoh lain dari batuan reservoir. Batuan-batuan ini adalah batuan yang mampu menyimpan dan mampu mengalirkan hidrokarbon. Dimana batuan tersebut harus memiliki porositas sebagai penyimpan hidrokarbon dan permibilitas sebgai tempat mengalirnya hidrokarbon. Jenis jenis Reservoir adalah:
• Siliclastic rock
• Carbonate Rock
• Igneous Rock (Batuan Beku)
• Metamorphic Rock

C.    Migrasi

Proses transportasi minyak dan gas dari batuan sumber menuju Reservoir. Dalam transportasi hidrokarbon terjadi beberapa proses yaitu:

·         Migrasi primer     = Migrasi di dalam skuen dari Source Rock

·         Ekspulsion           =  Dari Source Rock menuju Reservoir Rock

·         Migrasi Sekunder = Migrasi dari Reservoir Rock menuju ke Trap

D.    Seal Rock

Karena besarnya tekanan ribuan kaki di bawah permukaan bumi, minyak terdorong untuk pindah ke daerah dengan tekanan lebih rendah. Jika hal tersebut dibiarkan, maka minyak akan terus bergerak ke atas sampai di atas tanah. Meskipun rembesan ini menandakan adanya minyak di bawah tanah,hal ini juga memberitahu kita bahwa banyak minyak telah melarikan diri, dan mungkin berarti bahwa tidak banyak yang tersisa untuk ditemukan. Tidak seperti batu reservoir, yang bertindak seperti spons, seal rock bertindak seperti dinding dan langit-langit, yang menghalangi cairan untuk bergerak melaluinya. Seal Rock yang paling umum adalah shale, yang bila dibandingkan dengan batupasir, memiliki ruang yang sangat kecil di dalam untuk cairan (minyak, misalnya) untuk bergerak melaluinya. Meskipun Seal Rock mencegah minyak dari bergerak melalui mereka, mereka tidak selalu menghalangi minyak bergerak di sekitar mereka. Untuk mencegah itu, diperlukan semacam  jebakan geologi.

E.     Trap

Trap merupakan Sebuah konfigurasi batuan yang cocok untuk menjebak hidrokarbon oleh formasi yang relatif kedap (Impermeable) yang membentuk lapisan yang concav (Cekung ke bawah). Trap ini terbentuk dari suatu geometri atau facies yang mampu menahan minyak dan gas bumi untuk berkumpul dan tidak berpindah lagi

Ada Beberapa Macam Jenis Perangkap, yaitu :

•  Perangkap Structural Perangkap Hidrokarbon yang terbentuk dalam struktur

   geologi seperti  

    lipatan dan patahan

•  Perangkap Stratigrafi Perangkap Hidrokarbon yang dihasilkan dari perubahan

    jenis batuan atau

    pinch-out, ketidakselarasan, atau fitur sedimen lainnya seperti terumbu atau

    buildups

•  Perangkap Kombinasi Kombinasi antara struktural dan stratigrafi. Dimana

    pada perangkap

   jenis ini merupakan faktor bersama dalam membatasi bergeraknya atau  

   menjebak minyak bumi

  

 Jebakan merupakan komponen penting dari sistem petroleum. Namun Ada beberapa faktor yang mempengaruhi segala proses terbentuknya minyak dan gas, yaitu:

• adanya bahan organik cukup kaya untuk menghasilkan hidrokarbon,

• suhu yang memadai,

• dan waktu yang cukup untuk membawa batuan hingga matang.

• Tekanan dan adanya bakteri dan katalis juga mempengaruhi generasi.

• Generasi merupakan fase kritis dalam pengembangan sistem petroleum.

   Migrasi adalah  

   Pergerakan hidrokarbon dari sumber mereka ke batuan reservoir.

• Pergerakan hidrokarbon baru yang dihasilkan keluar dari batuan induk mereka

  adalah migrasi

   utama, disebut juga expulsion

• Gerakan lebih lanjut dari hidrokarbon dalam batuan reservoir kedalam

   perangkap hidrokarbon

   atau daerah lain akumulasi adalah migrasi sekunder.

• Migrasi biasanya terjadi dari daerah struktural rendah ke daerah yang lebih

   tinggi di bawah

   permukaan karena daya apung relatif hidrokarbon dibandingkan dengan batuan

   sekitarnya.

• Migrasi dapat lokal atau dapat terjadi di sepanjang jarak ratusan kilometer di

   cekungan sedimen

   yang besar, dan  penting untuk pembentukan sistem petroleum yang layak.

  Akumulasi adalah Tahap dalam pengembangan Petroleum System di mana  

  hidrokarbon

  bermigrasi ke dan tetap terjebak dalam reservoir

  

         B.  Rock Properties

Syarat yang harus dipenuhi oleh suatu batuan reservoir adalah harus mempunyai kemampuan untuk menampung dan mengalirkan fluida yang terkandung di dalamnya. Dan hal ini dinyatakan dalam bentuk permeabilitas dan porositas. Porositas dan permeabilitas ini sangat erat hubungannya sehingga dapat dikatakan bahwa permeabilitas adalah tidak mungkin tanpa porositas walaupun sebaliknya belum tentu demikian, karena batuan yang bersifat porous belum tentu mempunyai sifat kelulusan terhadap fluida yang melewatinya. Sifat-sifat batuan yang lainnya adalah : wettabilitas, tekanan kapiler, saturasi dan kompresibilitas batuan.

1. Porositas (∅)

Dalam reservoir minyak, porositas mengambarkan persentase dari total ruang yang tersedia untuk ditempati oleh suatu cairan atau gas. Porositas dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara volume total pori-pori batuan dengan volume total batuan per satuan volume tertentu, Porositas batuan reservoir dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu:

a.       Porositas absolut, adalah perbandingan antara volume pori total terhadap volume

batuan total yang dinyatakan dalam persen,

b.      Porositas efektif, adalah perbandingan antara volume pori-pori yang saling

berhubungan terhadap volume batuan total (bulk volume) yang dinyatakan dalam persen.

Berdasarkan waktu dan cara terjadinya, maka porositas dapat juga diklasifikasikan menjadi dua, yaitu : a. Porositas primer, yaitu porositas yang terbentuk pada waktu yang bersamaan dengan proses pengendapan berlangsung. b. Porositas sekunder, yaitu porositas batuan yang terbentuk setelah proses pengendapan. Besar kecilnya porositas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu ukuran butir, susunan butir, sudut kemiringan dan komposisi mineral pembentuk batuan

2. Permeabilitas

Permeabilitas didefinisikan sebagai ukuran media berpori untuk meloloskan/melewatkan fluida.  Apabila media berporinya tidak saling berhubungan maka batuan tersebut tidak mempunyai permeabilitas. Oleh karena itu ada hubungan antara permeabilitas batuan dengan porositas efektif. Sekitar tahun 1856, Henry Darcy seorang ahli hidrologi dari Prancis mempelajari aliran air yang melewati suatu lapisan batu pasir. Hasil penemuannya diformulasikan kedalam hukum aliran fluida dan diberi nama Hukum Darcy. Besaran permeabilitas satu darcy didefinisikan sebagai permeabilitas yang melewatkan fluida dengan viskositas 1 centipoises dengan kecepatan alir 1 cc/det melalui suatu penampang dengan luas 1 cm2 dengan penurunan tekanan 1 atm/cm.

Persamaan 4 Darcy berlaku pada kondisi :

Alirannya mantap (steady state) Fluida yang mengalir satu fasa Viskositas fluida yang mengalir konstan Kondisi aliran isothermal Formasinya homogen dan arah alirannya horizontal Fluidanya incompressible\ Berdasarkan jumlah fasa yang mengalir dalam batuan reservoir, permeabilitas dibedakan menjadi tiga, yaitu :

1.      Permeabilitas absolute (Kabs)  

Yaitu kemampuan batuan untuk melewatkan fluida dimana fluida yang mengalir melalui media berpori tersebut hanya satu fasa atau disaturasi 100% fluida, misalnya hanya minyak atau gas saja.

2.      Permeabilitas efektif (Keff)

Yaitu kemampuan batuan untuk melewatkan fluida dimana fluida yang mengalir lebih dari satu fasa, misalnya (minyak dan air), (air dan gas), (gas dan minyak) atau ketiga-tiganya. Harga permeabilitas efektif dinyatakan sebagai ko, kg, kw, dimana masing-masing untuk minyak, gas dan air.

3.      Permeabilitas relatif (Krel)

Yaitu perbandingan antara permeabilitas efektif pada kondisi saturasi tertentu terhadap permeabilitas absolute. Harga permeabilitas relative antara 0–1 darcy.

3. Saturasi

Saturasi adalah perbandingan antara volume pori-pori batuan yang terisi fluida formasi tertentu terhadap total volume pori-pori batuan yang terisi fluida atau jumlah kejenuhan fluida dalam batuan reservoir per satuan volume pori. Oleh karena didalam reservoir terdapat tiga jenis fluida, maka saturasi dibagi menjadi tiga yaitu saturasi air (Sw), saturasi minyak (So) dan saturasi gas (Sg),

4. Resistivity

Batuan reservoir terdiri atas campuran mineral-mineral, fragmen dan pori-pori. Padatan-padatan mineral tersebut tidak dapat menghantarkan arus listrik kecuali mineral clay. Sifat kelistrikan batuan reservoir tergantung pada geometri pori-pori batuan dan fluida yang mengisi pori. Minyak dan gas bersifat tidak menghantarkan arus listrik sedangkan air bersifat menghantarkan arus listrik apabila air melarutkan garam.  Arus listrik akan terhantarkan oleh air akibat adanya gerakan dari ion-ion elektronik. Untuk menentukan apakah material didalam reservoir bersifat menghantar arus listrik atau tidak maka digunakan parameter resistiviti. Resistiviti didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu material untuk menghantarkan arus listrik.

5. Wettability

Wettability didefinisikan sebagai suatu kemampuan batuan untuk dibasahi oleh fasa fluida atau kecenderungan dari suatu fluida untuk menyebar atau melekat ke permukaan batuan. Sebuah cairan fluida akan bersifat membasahi bila gaya adhesi antara batuan dan partikel cairan lebih besar dari pada gaya kohesi antara partikel cairan itu sendiri. Tegangan adhesi merupakan fungsi tegangan permukaan setiap fasa didalam batuan sehingga wettabiliti berhubungan dengan sifat interaksi (gaya tarik menarik) antara batuan dengan fasa fluidanya.

6. Tekanan Kapiler

Tekanan kapiler pada batuan berpori didefinisikan sebagai perbedaan tekanan antara fluida yang membasahi batuan dengan fluida yang bersifat tidak membasahi batuan jika didalam batuan tersebut terdapat dua atau lebih fasa fluida yang tidak bercampur dalam kondisi statis.