GEOLOGI MINYAK DAN GAS BUMI
SUATU PENGANTAR BAGI MAHASISWA GEOLOGI
I. PENDAHULUAN
I.1 Pengertian dan Ruang lingkup
A. Peristilahan
Petroleum: Bhs Greeks, yang terdiri dari Petro = batuan dan oleum = minyak. Jadi petroleum berarti crude oil (minyak mentah), namun dalam pengertian sehari-hari petroleum diartkan sebagai crude oil dan natural gas.
Hydrocarbon: istlah yang digunakan juga bagi crude oil dan gas karena kandungan utamanya adalah carbon dan hydrogen. Elemen lain (komposisi kimia lainnya) adalah sulfur, nitrogen dan oxygen.
Perbedaan antara crude oil dan natural gas terletak pada ukuran molekul hydrokarbon.
B. Perubahan Konsep dari Cekungan – Play
Pengertian play concept adalah suatu persepsi atau model dari kombinasi faktor-faktor geologi yang dapat menghasilkan akumulasi hydrokarbon pada suatu level stratigrafi tertentu. Faktor-faktor tersebut adalah: unit reservoir, sistem pengisian hidrokarbon, topseal/caprock regional, petroleum trap, dan hubungan keempat faktor berdasarkan waktu.
Unit reservoir yang dimaksudkan adalah reservoir yang dapat menyalurkan hidrokarbon dan dapat menghasilkan hidrokarbon secara komersial. Reservoir ini ditentukan oleh porositas dan permeabilitas batuan dan dapat diidentifikasi dengan sonic log atau density/neutron log.
Sisitim charge hidrokarbon mencakup source rock dan sistim migrasi hidrokarbon. Batuan sumber harus dapat menghasilkan dan mengeluarkan hidrokarbon kedalam unit reservoir.
Topseal/Cap Rocks berfungsi untuk menutup unit reservoir secara regional. Litologi yang ideal untuk menjadi suatu cap rock adalah berukuran halus, ductil dan secara lateral persisten contohnya adalah marine shale untuk clastic reservoir dan sabkha evaporites untuk shallow marine carbonate reservoir.
Petroleum Trap merupakan konsentrasi hidrokarbon bawah permukaan dan diklasifikasikan kedalam perangkap stratigrafi, struktural dan hidrodinamik. Penemuan hidrokarbon saat ini banyak dijumpai pada perangkap struktural seperti diapirik dan proses gravitasi, sedangkan untuk perangkap stratigrafi depositional morphology, discontinuity, basin fill atau subsequent diagenetic effect.
C. Sistem Pengisian Hydrokarbon
Source Rocks dari Hydrokarbon
Pada umumnya batuan sedimen membentuk framework hydrocarbon untuk dihasilkan, memindahkan, diisi, ditutup dan terperangkap.
Batuan-batuan sumber adalah batuan sedimen, biasanya shale atau limestone, dimana unsur-unsur organik ditransfor menjadi liquid atau gas hydrokarbon dibawah pengaruh tekanan, panas dan waktu. Parameter dari batuan sumber untuk hydrokarbon adalah: 1) sejumlah unsur-unsur organik, 2) tipe unsur-unsur organik, 3) maturitas dari unsur organik. Satu batuan sumber aktif dapat didefinisikan sebagai suatu batuan yang mengandung sejumlah unsur-unsur organik dari satu proper type dan cukup maturitasnya. Suatu batuan sumber yang potensial adalah suatu batuan sumber immatur.
Perpindahan hydrocarbon dari lapisan sumber sebagai fungsi dari utamanya temperatur, dan tekanan serta waktu. Minyak dihasilkan dan migrasi utamanya terjadi ketika batuan sumber mencapai range temperatur optimum. Gradien temperatur bervariasi pada cekungan yang berbeda.
I.2 SIFAT-SIFAT MINYAK DAN GAS
A. Pendahuluan
Untuk menghasilkan cadangan minyak dan gas yang komersial ada tiga kondisi yang harus dipenuhi yaitu: a) terdapat source rock dibawah permukaan yang menghasilkan gas dan minyak pada masa lampau, b) terjadi pemisahan, batuan reservoir untuk menampung gas dan minyak tersebut, dan c) terdapat trap pada reservoir untuk mengkonsentrasikan minyak dan gas kedalam jumlah yang komersial.
https://2img.net/r/ihimizer/img375/6739/generationofoilandgas.jpg" border="0" alt=""/>
Gbr.1.1 Generation of oil and gas.
Sumber dari minyak dan gas adalah organik matter yang tertimbun dan tersimpan dalam batuan sedimen. Batuan sedimen kaya organik (source rock untuk gas dan minyak) yang paling umum adalah black shale. Shale merupakan lumpur organik. Ketika batuan tersebut tertimbun, maka temperatur memegang peranan penting yang menyebabkan organic matter dalam source rock menjadi minyak. Ketika source rock tertutupi dan tertimbun jauh diperut bumi, maka akan menjadi lebih panas seiring dgn kedalaman lapisan bumi. Temperatur minimum untuk minyak adalah sekitar 65OC, terjadi pada kedalaman sekitar 2.130 m dibawah permukaan laut Gbr. 1.1. Minyak dihasilkan dari kedalaman sekitar 150O C pada kedalaman sekitar 5.500 m. Reaksi yang mengubah unsur-unsur organik menjadi minyak merupakan reaksi yang kompleks dan memakan waktu yang lama. Jika batuan sumber tertimbun jauh dikedalaman dimana temperatur sekitar 150OC, maka organik yang tersisa akan membentuk (menghasilkan) gas.
Minyak dan gas mempunyai densiti relatif lebih ringan dibanding dengan air, yang juga terbentuk pada batuan sedimen bawah permukaan. Minyak dan gas mengapung oleh buoyancy melalui rekahan pada batuan bawah permukaan setelah minyak dan gas tersebut terbentuk. Sifat fluida yang cenderung akan mengalir menyebabkan fluida tersebut mencari jalan untuk mengalir. Air, gas dan minyak yang berada dibawah permukaan tanah akan lebih mudah mengalir pada lapsan batuan yang mempunyai permiabilitas. Pergerakan minyak dan gas ke permukaan disebut migrasi yang jaraknya (secara vertikal dan horisontal) bisa sangat jauh dari sumbernya.
Ketika gas dan minyak bermigrasi sepanjang reservoir dapat mencapai trap. Trap adalah titik tertinggi pada reservoir dimana minyak dan gas tertahan dan terakumulasi. Salah satu tipe trap adalah natural arch pada reservoir yang disebut dome atau antiklin.
Gas merupakan komponen yang paling ringan dan berada pada bagian atas untuk membentuk free-gas cap. Minyak berada pada bagian tengah dan saltwater (terberat) berada pada bagianbawah. Untuk melengkapi trap tersebut, suatu caprock harus menutup batuan reservoir. Cap rock bertindak sebagai seal dan bersifat impermiabel. Tanpa cap rock minyak dan gas akan keluar ke permukaan. Dua tipe batuan sedimen yang umum bertindak sebagai seal adalah lapisan shale dan salt.
B. Petroleum
Kata petroleum berasal dari bahasa Greek yaitu petro berarti batuan dan oleum berarti minyak. Dalam pengertian strik, petroleum hanya mencakup minyak mentah. Tetapi oleh user, petroleum mencakup baik minyak mentah maupun gas alam.
Gbr. 1.2 Petroleum trap
Komposisi Kimia
Komposisi kimia dari rata-rata minyak mentah dan gas alam seperti terlihat pada tabel dibawah ini.
Dua elemen penting dalam minyak mentah dan gas alam adalah carbon dan hidrogen. Elemen lain adalah sulfur, nitrogen dan oxygen merupakan elemen minor dan sifatnya impurities. Oleh karena kandungan kedua elemen tersebut di atas maka minyak mentah dan gas alam disebut Hydrocarbon. Perbedaan antara keduanya adalah terletak pada ukuran molekul hidrokarbonnya. Pada tekanan dan temperatur permukaan variasi molekul hidrokarbon mempunyai atom 1,2,3 atau 4 terjadi sebagai gas.
Gas alam tersusun oleh campuran empat molekul hidrokarbon. Beberapa molekul hidrokarbon dengan lima atau lebih atom carbon terjadi sebagai liquid. Minyak mentah merupakan campuran dari lebih 100 molekul hidrokarbon dengan ukuran panjang bervariasi dari 5 sampai 60 carbon. Molekul hidrokarbon pada minyak membentuk ikatan langsung dimana ikatannya berupa ikatan cabang kesamping dan lingkaran.
C. Minyak mentah
Molekul hydrokarbon
Terdapat empat tipe utama molekul hidrokarbon yang disebit seri hidrokarbon didalam setiap minyak mentah. Kandungan relatif molekul seri hidrokarbon bervariasi pada setiap minyal yang mengontrol sifat kimia fisika minyak tersebut. Seri hidrokarbon mencakup parafin, naphthen, aromatik dan asplatik. Hidrokarbon yang hanya mempunyai ikatan tunggal antara atom karbon disebut unsaturated (tidak jenuh).
Molekul parafin atau alkane adalah suatu ikatan langsung dari atom karbon dengan ikatan tunggal jenuh antara atom-atom karbon. Rumus umum untuk parafin adalah CnH2n+2. Parafin tersebut mempunyai 5 atom karbon dan lebih. Jika molekul parafin lebih panjang dari 18 carbon, akan menjadi lilin dan menghasilkan minyak mentah bersifat lilin.
Naphthene atu molekul cycloparafin adalah suatu lingkaran tertutup dengan ikatan jenuh antara atom-atom karbon. Rumus umum untuk naphthene adalah CnH2n. Ikatan ini mempunyai lima panjang atom karbon atau lebih. Minyak dengan kandungan naphtene tinggi cenderung mempunyai kandungan aspal yang mengurangi nilai minyak tersebut.
Molekul Naphthene mempunyai lima atom karbon dan 10 atom H.
Molekul aromatik atau benzene adalah suatu ikatan bentuk cincing tertutup dengan ikatan doble ring yang tak jenuh antara atom-atom karbon. Rumus umum adalah CnH2n-6. Molekul romatik adalah 6 atom karbon dan lebih. Pada refinari, minyak mentah yang kaya aromatik menghasilkan gasolin oktan tinggi dan membuat feedstock bernilai untuk industri petrokimia. Olehkarena itu sebuah rafineri sering membayar premium untuk tipe minyak mentah ini. Jika masih segar dari well, minyak mentah normal mempunyai bau gasolin. Tetapi minyak mentah kaya aromatik mempunyai bau seperti buah-buah.
Molekul aromatik dengan 6 atom C dan 6 atom H.
Molekul asplatik mempunyai 40 hingga 60 carbon atom. Asphal berwarna coklat hingga hitam dan padat hingga semi padat dalam kondisi permukaan. Mempunyai titik didih tinggi.
Tabel di atas memperlihatkan kandungan seri hidrokarbon dari minyak mentah. Terdapat dua tipe minyak mentah pada refinari. Minyak mentah dasar asphal mengandung sedikit atau tidak lilin parafin. Biasanya berwarna hitam. Ketika direfinasi menghasilkan gasoline dan asphal level tinggi. Minyak mentah dasar parafine mengandung sedikit atau tidak asphalt. Berwarna kegijauan. Ketika dijernihkan menghasilkan lilin parafin tingkat tinggi, minyak lubricant tingkat tinggi dan kerosen. Minyak mentah dasar kombinasi adalah campuran tipe di atas.
D. Natural Gas
Komposisi
Gas alam (natural gas) tersusun oleh molekul hidrokarbon dengan panjang atom C 1 – 4. Gas dengan satu atom C disebut metane (CH4), dua adalah ethane (C2H6), tiga adalah propane (C3H8) dan empat adalah butane (C4H10). Namun dari keempat jenis gas tersebut yang paling umum dijumpai adalah methane. Semuanya adalah molekul tipe paraffin. Contoh komposisi gas alam dari kontinen USA sbb:
Methane 88%
Ethane 5%
Propane 2%
Butane 1%
Lapangan gas alam yang dijumpai umumnya mengandung methane murni, dan bila terdapat propane atau butane sering dilakukan pemurnian dan pemisahan. Gas alam cair (LPG) adalah produk dari gas jenis propane.
Pengotor (yang tidak terbakar dalam gas alam) bersifat gas nonhidrokarbon disebut inert. Inert yang umum adalah karbon dioksida (CO2 = gas yang tidak berbau dan berwarna). Karena tidak terbakar, akibatnya lebih banyak kandungan CO2 dalam gas lebih turun nilainya. Di beberapa lokasi kandungan CO2 dalam gas bisa mencapai 99%. Lapangan gas besar yang mengandung hamper semuanya gas CO2 diperkirakan terbentuk oleh reaksi kimia dari panas volkanik pada batugamping, yang berlokasi di New Mexico. CO2 dapat digunakan injeksi gas pengotor, suatu teknik proses recaveri minyak pada lapangan yang sudah menurun produksinya. Iner lainnya adalah Nitrogen, tidak berbau dan berwarna, dapat digunakan untuk injeksi gas. Helium (tidak umum dijumpai pada lapangan gas alam) adalah gas ringan yang digunakan didalam industri elektronik dan filling dirigibles. Gas helium yang ditemukan di Amerika Utara diduga terbentuk oleh pembusukan radioktif dari K40 dalam granit.
Hydrogen sulfide (H2S) adalah gas yang dapat terbentuk baik sebagai campuran dengan gas alam atau oleh gas itu sendiri. Gas ini bukan merupakan pengotor, dan sangat beracun yang dapat menyebabkan kematian walau dalam konsentrasi rendah.
E. Pembentukan Minyak dan Gas
Oleh karena tekanan tinggi pada reservoir bawah permukaan, gas alam yang bernilai terjadi pada minyak mentah yang terlarut. Rasion solution gas/minyak adalah kubik meter dari gas alam terlarut dalam satu barel minyak dalam reservoir dibawah permukaan. Secara umum tekanan pada reservoir meningkat dengan kedalaman, dimana jumlah gas alam yang dapat terlarut dalam minyak mentah meningkat. Apabila minyak mentah berada dipermukaan, maka gelembung udara berupa solution gas akan keluar dari minyak tersebut.
Produksi rasio gas-minyak (GOR) dari suatu sumur adalah jumlah kubik meter gas yang dihasilkan perbarrel minyak. Umumya suatu sumur mempunyai GOR lebih besar dari 150.000. Sumur minyak mempunyai GOR kurang dari 15.000.
Nonassociated natural gas adalah gas yang tidak mempunyai kontak dengan minyak pada permukaan trap. Sumur gas tersebut menghasilkan murni methane. Associated natural gas terjadi dalam kontak dengan minyak mentah pada permukaan. Gas tersebut terjadi baik sebagai gas pada cap gas yang bebas di atas minyak dan gas yang terlarut dalam minyak mentah. Larutan ini mengandung hidrokarbon lain disamping methane.
F. Liquified Natural Gas
Natural gas terdapat dalam jumlah besar. Apabila methane dikompres dan di didinginkan ke – 167 CO akan menjadi liquid yang disebut liquefied Natural Gas (LNG). LNG menjadi 1/645th dari total gas alam.
Gambar 3. Diagram yang memperlihatkan perbandingan H/C – O/C dari berbagai zat organic dan minyak bumi (van Krevelen dalam koesoemadinata1980).
Fri Jul 09, 2010 4:21 pm
