Perhitungan Overburden Stress & Tekanan Formasi
A. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kegiatan pemboran minyak dan gas dilakukan untuk mencapai zona target di bawah permukaan dengan kondisi formasi yang berbeda-beda. Selama proses pemboran, pemahaman mengenai kondisi bawah permukaan sangat diperlukan karena setiap formasi memiliki karakteristik yang dapat memengaruhi proses pemboran. Salah satu hal yang perlu diperhatikan adalah kondisi tekanan dan sifat batuan pada setiap kedalaman, sehingga perencanaan pemboran dapat dilakukan dengan mempertimbangkan kondisi formasi yang ditembus.
Salah satu data yang dapat digunakan untuk memahami kondisi formasi adalah densitas batuan terhadap kedalaman. Data densitas tersebut dapat digunakan untuk memperkirakan beban batuan yang berada di atas suatu titik melalui perhitungan tegangan vertikal atau overburden stress (Sv). Selain itu, kondisi tekanan bawah permukaan juga dapat ditinjau melalui tekanan pori (pore pressure, Pp). Kedua parameter tersebut penting untuk memberikan gambaran mengenai kondisi tekanan yang terdapat di bawah permukaan.
Selain tegangan dan tekanan, porositas juga merupakan salah satu sifat penting dalam analisis formasi karena menunjukkan ruang pori yang terdapat di dalam batuan. Nilai porositas dapat diperkirakan dari data densitas dengan mempertimbangkan densitas matriks batuan dan densitas fluida. Dengan demikian, satu data log densitas dapat digunakan untuk memperoleh beberapa parameter yang membantu dalam memahami karakteristik formasi terhadap kedalaman.
Pada tugas ini, analisis dilakukan menggunakan dua dataset dengan kondisi yang berbeda, yaitu Barnett Shale yang merepresentasikan kondisi onshore di Texas, Amerika Serikat, dan Gulf of Mexico (GOM) yang merepresentasikan kondisi offshore deepwater. Data tersebut digunakan untuk membuat profil densitas terhadap kedalaman, kemudian dilanjutkan dengan perhitungan overburden stress, tekanan pori hidrostatik, gradien overburden, dan porositas.
Dalam pengolahan data, profil densitas juga dibagi menjadi lima blok kedalaman untuk memperoleh nilai densitas rata-rata pada setiap blok. Perhitungan overburden stress kemudian dilakukan menggunakan profil densitas kontinu dan blocked density. Untuk melengkapi analisis, digunakan asumsi densitas tertentu pada interval yang tidak memiliki data log, serta tekanan pori hidrostatik dengan densitas fluida sebesar 1,0 g/cm³ sesuai dengan ketentuan tugas.
Tujuan
Analisis ini bertujuan untuk:
- Membuat profil densitas terhadap kedalaman pada dataset Barnett Shale dan Gulf of Mexico.
- Membuat profil blocked density dengan membagi masing-masing dataset menjadi lima blok kedalaman.
- Menghitung overburden stress (Sv) menggunakan profil densitas kontinu dan densitas terblok.
- Menghitung tekanan pori berdasarkan kondisi hidrostatik.
- Menghitung gradien overburden dalam satuan psi/ft.
- Menghitung porositas formasi berdasarkan data log densitas.
- Membandingkan dan menginterpretasikan hasil perhitungan dari kedua dataset.
Penjelasan Singkat Topik
Overburden stress (Sv) merupakan tegangan vertikal yang berasal dari beban material atau batuan yang berada di atas suatu titik pada kedalaman tertentu. Nilainya dapat dihitung berdasarkan distribusi densitas terhadap kedalaman. Semakin besar beban material di atas suatu titik, maka tegangan vertikal yang bekerja pada titik tersebut juga dapat meningkat.
Pore pressure (Pp) merupakan tekanan fluida yang terdapat di dalam ruang pori batuan. Dalam tugas ini, tekanan pori dihitung berdasarkan asumsi kondisi hidrostatik dengan menggunakan densitas fluida sebesar 1,0 g/cm³. Selain itu, dilakukan perhitungan porositas, yaitu perbandingan ruang pori terhadap volume total batuan, menggunakan data densitas log, densitas matriks, dan densitas fluida.
Dengan mengolah parameter tersebut, kondisi tekanan dan karakteristik formasi terhadap kedalaman pada kedua dataset dapat diketahui dan dibandingkan berdasarkan hasil perhitungan yang diperoleh.
B. HASIL
1. Data dan Asumsi
Perhitungan overburden stress, tekanan pori, gradien overburden, dan porositas dilakukan menggunakan data log densitas dari dua dataset, yaitu Barnett Shale dan Gulf of Mexico (GOM). Kedua dataset memiliki kondisi yang berbeda sehingga digunakan untuk melihat karakteristik parameter bawah permukaan terhadap kedalaman.
Beberapa konstanta dan asumsi yang digunakan dalam pengolahan data adalah:
Percepatan gravitasi, g = 9,80 m/s²
Densitas matriks batuan, ρmatrix = 2,7 g/cm³
Densitas fluida, ρfluid = 1,0 g/cm³
Densitas air laut GOM, ρ = 1,0 g/cm³
Densitas sedimen dangkal GOM, ρ = 1,8 g/cm³
Densitas sebelum data log (pre-log) Barnett Shale, ρ = 1,9 g/cm³
Karena data log densitas tidak dimulai dari permukaan, digunakan asumsi densitas untuk interval sebelum data log dimulai. Pada Barnett Shale, densitas sebesar 1,9 g/cm³ digunakan dari permukaan hingga kedalaman awal data log. Sementara itu, pada Gulf of Mexico, densitas air laut sebesar 1,0 g/cm³ digunakan dari permukaan hingga kedalaman 1000 ft, Sementara itu, pada Gulf of Mexico, densitas air laut sebesar 1,0 g/cm³ digunakan dari permukaan hingga kedalaman 1000 ft, kemudian densitas sedimen dangkal sebesar 1,8 g/cm³ digunakan dari kedalaman 1000 ft hingga kedalaman awal data log.
Selain itu, profil densitas dibagi menjadi lima blok kedalaman untuk memperoleh nilai densitas rata-rata pada setiap blok. Nilai tersebut kemudian digunakan dalam perhitungan blocked density, overburden stress, dan porositas. Tekanan pori pada tugas ini dihitung berdasarkan asumsi kondisi hidrostatik dengan densitas fluida sebesar 1,0 g/cm³.
2. Density Log Profile & Blocked Density
Grafik Density Log Profile & Blocked Density dibuat untuk melihat perubahan densitas terhadap kedalaman pada dua dataset, yaitu Gulf of Mexico (GOM) dan Barnett Shale. Pada grafik, densitas ditampilkan pada sumbu X dalam satuan g/cm³, sedangkan kedalaman ditampilkan pada sumbu Y dalam satuan ft. Sumbu kedalaman dibuat meningkat ke bawah dengan kedalaman 0 ft berada di bagian paling atas.
a. Gulf of Mexico (GOM)
Grafik Density Log Profile & Blocked Density GOM digunakan untuk menunjukkan perubahan densitas terhadap kedalaman. Pada grafik ditampilkan profil Log Density dan hasil blocking menjadi lima interval. Sumbu X menunjukkan densitas dalam g/cm³, sedangkan sumbu Y menunjukkan kedalaman dalam ft. Kedalaman dibuat dalam kondisi inverted axis sehingga kedalaman yang lebih besar ditampilkan semakin ke bawah.
Pada bagian awal, Log Density mengikuti asumsi air laut dan sedimen dangkal sebelum memasuki interval data log. Setelah memasuki data log, nilai densitas mengalami perubahan sepanjang kedalaman. Data kontinu kemudian disederhanakan menjadi lima blok dengan menggunakan nilai densitas rata-rata pada setiap interval.
Hasil blocking pada GOM menghasilkan nilai densitas rata-rata sebagai berikut:
Blok 1 = 2,1831 g/cm³
Blok 2 = 2,1590 g/cm³
Blok 3 = 2,2559 g/cm³
Blok 4 = 2,3639 g/cm³
Blok 5 = 2,4095 g/cm³
Nilai tersebut menunjukkan bahwa densitas pada blok pertama dan kedua masih berada pada kisaran yang berdekatan, tetapi blok kedua memiliki nilai sedikit lebih rendah. Setelah itu, densitas meningkat pada blok-blok berikutnya hingga mencapai 2,4095 g/cm³ pada blok kelima.
b. Barnett Shale
Grafik Density Log Profile & Blocked Density Barnett Shale menunjukkan profil Log Density dan hasil pembagian data menjadi lima blok. Sama seperti GOM, kedalaman ditampilkan menggunakan inverted axis untuk menunjukkan kondisi bawah permukaan.
Pada Barnett Shale, densitas asumsi sebesar 1,9 g/cm³ digunakan dari permukaan hingga kedalaman awal data log. Setelah itu, profil mengikuti nilai densitas dari data log. Hasil blocking menunjukkan perubahan densitas yang cukup besar pada bagian awal, kemudian nilai densitas berada pada kisaran yang relatif berdekatan.
Nilai densitas rata-rata dari lima blok Barnett Shale adalah:
Blok 1 = 2,2659 g/cm³
Blok 2 = 2,6171 g/cm³
Blok 3 = 2,6412 g/cm³
Blok 4 = 2,6561 g/cm³
Blok 5 = 2,5386 g/cm³
Dari hasil tersebut, peningkatan densitas paling besar terjadi antara blok pertama dan blok kedua. Nilai densitas kemudian meningkat hingga blok keempat, sebelum mengalami penurunan pada blok kelima.
3. Perhitungan Pre-log Overburden Stress
Karena data density log pada kedua dataset tidak dimulai dari permukaan, diperlukan nilai densitas asumsi untuk menghitung kontribusi tegangan pada interval pre-log. Nilai tersebut kemudian menjadi kondisi awal dalam perhitungan overburden stress.
a. Gulf of Mexico
Pada GOM, kedalaman awal data log adalah 3515 ft. Interval sebelum data log dibagi menjadi dua bagian, yaitu air laut dari 0–1000 ft dengan densitas 1,0 g/cm³ dan sedimen dangkal dari 1000–3515 ft dengan densitas 1,8 g/cm³.
Get Ahda Gusti Aulia’s stories in your inbox
Join Medium for free to get updates from this writer.
Hasil perhitungan memberikan pre-log overburden stress sebesar sekitar 2.402,96 psi. Nilai ini kemudian digunakan sebagai kondisi awal sebelum perhitungan Sv dilanjutkan menggunakan data densitas log.
b. Barnett Shale
Pada Barnett Shale, kedalaman awal data log adalah 95 ft dan digunakan densitas asumsi sebesar 1,9 g/cm³. Dari perhitungan interval tersebut diperoleh pre-log overburden stress sebesar sekitar 77,79 psi.
Nilai pre-log pada kedua dataset selanjutnya digunakan dalam integrasi densitas untuk memperoleh profil overburden stress secara keseluruhan.
4. Overburden & Pore Pressure Profile
Setelah profil densitas diperoleh, dilakukan perhitungan overburden stress (Sv) menggunakan continuous density. Selain itu, dihitung pula hydrostatic pore pressure (Pp) menggunakan densitas fluida sebesar 1,0 g/cm³. Hasil kedua parameter tersebut kemudian diplot terhadap kedalaman untuk melihat perubahan overburden stress dan pore pressure pada masing-masing dataset.
a. Gulf of Mexico
Pada grafik Gulf of Mexico, continuous overburden stress menunjukkan kecenderungan meningkat seiring bertambahnya kedalaman. Peningkatan tersebut berkaitan dengan bertambahnya beban material yang berada di atas titik pengamatan. Sementara itu, hydrostatic pore pressure juga meningkat terhadap kedalaman berdasarkan asumsi densitas fluida yang digunakan dalam perhitungan. Pada kedalaman akhir 13.100 ft, diperoleh continuous overburden stress sebesar 11.866,30 psi, sedangkan hydrostatic pore pressure sebesar 5.678,85 psi.
b. Barnett Shale
Pada Barnett Shale, continuous overburden stress juga menunjukkan peningkatan terhadap kedalaman. Tekanan pori hidrostatik mengalami peningkatan dengan bertambahnya kedalaman sesuai dengan kondisi hidrostatik yang digunakan. Pada kedalaman akhir 6.194 ft, diperoleh continuous overburden stress sebesar 6.833,66 psi, sedangkan hydrostatic pore pressure sebesar 2.685,10 psi.
5. Overburden Gradient
Perhitungan selanjutnya dilakukan untuk memperoleh overburden stress gradient. Perhitungan selanjutnya dilakukan untuk memperoleh overburden stress gradient. Parameter ini menunjukkan perbandingan nilai overburden stress terhadap kedalaman dan dinyatakan dalam satuan psi/ft.
a. Gulf of Mexico
Pada GOM, nilai overburden gradient mengalami perubahan sepanjang kedalaman mengikuti hasil perhitungan Sv. Pada kedalaman akhir 13.100 ft, nilai gradien yang diperoleh adalah sekitar 0,9058 psi/ft.
b. Barnett Shale
Pada Barnett Shale, nilai overburden gradient pada kedalaman akhir 6.194 ft adalah sekitar 1,1033 psi/ft. Nilai ini diperoleh dari hubungan antara Sv dengan kedalaman pada profil tersebut.
6. Continuous Porosity
Perhitungan porositas dilakukan menggunakan hubungan antara densitas batuan, densitas matriks, dan densitas fluida. Dengan densitas matriks sebesar 2,7 g/cm³ dan densitas fluida sebesar 1,0 g/cm³, porositas dihitung dari nilai densitas yang diperoleh pada masing-masing interval.
a. Gulf of Mexico
Profil Continuous Porosity GOM menunjukkan perubahan nilai porositas sepanjang kedalaman. Selain profil kontinu tersebut, perhitungan berdasarkan lima nilai blocked density menghasilkan nilai porositas untuk masing-masing blok sebagai berikut:
Blok 1: 30,41%
Blok 2: 31,82%
Blok 3: 26,12%
Blok 4: 19,77%
Blok 5: 17,09%
Nilai tersebut menunjukkan bahwa porositas meningkat dari 30,41% pada blok pertama menjadi 31,82% pada blok kedua. Setelah itu, porositas menurun pada blok-blok berikutnya hingga mencapai 17,09% pada blok kelima.
b. Barnett Shale
Pada Barnett Shale, perubahan porositas antarblok terlihat lebih besar dibandingkan GOM. Berdasarkan densitas rata-rata lima blok, nilai porositas yang diperoleh adalah:
Blok 1: 25,54%
Blok 2: 4,88%
Blok 3: 3,46%
Blok 4: 2,58%
Blok 5: 9,49%
Hasil tersebut menunjukkan penurunan porositas yang cukup besar dari blok pertama menuju blok kedua. Hasil tersebut menunjukkan penurunan porositas yang cukup besar dari blok pertama menuju blok kedua. Porositas kemudian terus menurun hingga mencapai 2,58% pada blok keempat, sebelum meningkat menjadi 9,49% pada blok kelima.
7. Ringkasan Hasil Utama
Hasil utama pengolahan kedua dataset dapat dirangkum sebagai berikut:
Selain parameter utama tersebut, pengolahan data juga menghasilkan nilai blocked density dan porositas untuk masing-masing dataset. Seluruh hasil dan grafik yang diperoleh selanjutnya digunakan untuk menganalisis hubungan antara densitas, kedalaman, overburden stress, pore pressure, overburden gradient, dan porositas.
C. ANALISA
Berdasarkan grafik Density Log Profile & Blocked Density, kedua dataset menunjukkan adanya perubahan densitas terhadap kedalaman. Pada GOM, nilai blocked density dari lima blok berturut-turut adalah 2,1831 g/cm³, 2,1590 g/cm³, 2,2559 g/cm³, 2,3639 g/cm³, dan 2,4095 g/cm³. Pada Barnett Shale, nilai yang diperoleh adalah 2,2659g/cm³, 2,6171 g/cm³ 2,6412 g/cm³, 2,6561 g/cm³ dan 2,5386 g/cm³. Perubahan densitas tersebut menjadi dasar dalam perhitungan overburden stress, karena densitas material yang berada di atas suatu titik berpengaruh terhadap besarnya beban vertikal yang diterima titik tersebut.
Perhitungan overburden stress pada hasil yang ditampilkan menggunakan profil densitas kontinu, sedangkan pembagian data menjadi lima blok digunakan untuk memperoleh blocked density dan hasil perhitungan terkait lainnya. Penggunaan continuous density memberikan profil tegangan berdasarkan perubahan densitas pada setiap kedalaman, sedangkan blocked density menggunakan densitas rata-rata dari lima blok. Kedua pendekatan tersebut digunakan untuk melihat pengaruh pembagian data menjadi beberapa blok terhadap hasil perhitungan overburden stress.
Pada grafik Overburden & Pore Pressure Profile, nilai Continuous Overburden pada kedua dataset meningkat seiring bertambahnya kedalaman. Pada GOM, nilai overburden stress kontinu pada kedalaman akhir 13.100 ft mencapai 11.866,30 psi, sedangkan pada Barnett Shale pada kedalaman akhir 6.194 ft mencapai 6.833,66 psi. Tekanan pori hidrostatik juga meningkat terhadap kedalaman dan pada kedalaman akhir mencapai 5.678,85 psi pada GOM dan 2.685,10 psi pada Barnett Shale. Pada kedua dataset, nilai overburden stress lebih besar daripada tekanan pori hidrostatik pada kedalaman akhir.
Dari grafik Overburden Gradient, terlihat bahwa nilai gradien berubah mengikuti perubahan overburden stress terhadap kedalaman. GOM memiliki overburden gradient akhir sebesar 0,9058 psi/ft, sedangkan Barnett Shale sebesar 1,1033 psi/ft. Meskipun nilai overburden stress akhir GOM lebih besar, nilai overburden gradient akhirnya lebih kecil dibandingkan Barnett Shale. Hal ini menunjukkan bahwa nilai tegangan dan gradien memberikan informasi yang berbeda dalam melihat perubahan beban vertikal terhadap kedalaman.
Pada grafik Continuous Porosity, GOM menunjukkan perubahan porositas terhadap kedalaman yang tidak sepenuhnya monoton. Berdasarkan lima nilai blocked density, porositas meningkat dari 30,41% pada blok pertama menjadi 31,82% pada blok kedua, kemudian menurun menjadi 26,12%, 19,77%, dan 17,09% pada blok ketiga hingga kelima. Pada Barnett Shale, porositas menurun cukup besar dari 25,54% pada blok pertama menjadi 4,88%, 3,46%, dan 2,58% pada blok kedua hingga keempat, kemudian meningkat menjadi 9,49% pada blok kelima. Perubahan tersebut menunjukkan bahwa variasi densitas pada setiap blok berpengaruh langsung terhadap nilai porositas yang dihitung.
Jika dibandingkan, GOM dan Barnett Shale memiliki pola umum yang sama, yaitu overburden stress dan tekanan pori meningkat terhadap kedalaman. Namun, keduanya memiliki karakteristik yang berbeda pada kedalaman akhir, densitas, porositas, dan nilai parameter yang dihasilkan. GOM memiliki kedalaman akhir dan overburden stress yang lebih besar, sedangkan Barnett Shale memiliki overburden gradient akhir yang lebih tinggi. Perbedaan tersebut menunjukkan bahwa karakteristik densitas dan kedalaman dari masing-masing dataset berpengaruh terhadap parameter tekanan dan tegangan yang diperoleh.
D. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengolahan dan analisis data, dapat disimpulkan bahwa:
- Profil densitas terhadap kedalaman pada dataset Barnett Shale dan Gulf of Mexico berhasil dibuat. Kedua dataset menunjukkan perubahan densitas terhadap kedalaman yang menjadi dasar untuk perhitungan parameter selanjutnya.
- Profil blocked density berhasil dibuat dengan membagi masing-masing dataset menjadi lima blok kedalaman. Pada GOM diperoleh nilai blocked density sebesar 2,1831; 2,1590; 2,2559; 2,3639; dan 2,4095 g/cc, sedangkan pada Barnett Shale diperoleh 2,2659; 2,6171; 2,6412; 2,6561; dan 2,5386 g/cc.
- Perhitungan overburden stress (Sv) dilakukan menggunakan profil densitas kontinu dan densitas terblok. Hasil perhitungan continuous density pada kedalaman akhir menunjukkan nilai Sv sebesar 11.866,30 psi untuk GOM pada kedalaman 13.100 ft dan 6.833,66 psi untuk Barnett Shale pada kedalaman 6.194 ft.
- Tekanan pori hidrostatik mengalami peningkatan terhadap kedalaman. Pada kedalaman akhir, nilai hydrostatic pore pressure yang diperoleh sebesar 5.678,85 psi pada GOM dan 2.685,10 psi pada Barnett Shale.
- Overburden gradient pada kedalaman akhir diperoleh sebesar 0,9058 psi/ft untuk GOM dan 1,1033 psi/ft untuk Barnett Shale.
- Porositas formasi yang dihitung berdasarkan data densitas menunjukkan perubahan pada setiap blok. Pada GOM diperoleh porositas sebesar 30,41%; 31,82%; 26,12%; 19,77%; dan 17,09%. Pada Barnett Shale diperoleh 25,54%; 4,88%; 3,46%; 2,58%; dan 9,49%. Hasil tersebut menunjukkan bahwa perubahan densitas pada masing-masing blok menghasilkan variasi porositas, termasuk peningkatan porositas pada blok kedua GOM dan blok kelima Barnett Shale.
- Perbandingan kedua dataset menunjukkan bahwa GOM memiliki kedalaman akhir dan nilai overburden stress yang lebih besar, sedangkan Barnett Shale memiliki overburden gradient akhir yang lebih tinggi. Perbedaan karakteristik densitas dan kedalaman pada kedua dataset menghasilkan perbedaan nilai overburden stress, pore pressure, overburden gradient, dan porositas.
