METODE ELEKTROMAGNETIK (EM) UNTUK MENGURANGI RESIKO DRY HOLE PADA EKSPLORASI HIDROKARBON Hendra Grandis Kelompok Keilmuan Geofisika Terapan Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan – ITB Jalan Ganesha 10 Bandung – 40132 e-mail:
[email protected]
Abstrak Selama ini metode seismik refleksi sangat handal untuk memperkirakan keberadaan reservoir hidrokarbon. Hal ini disebabkan resolusi yang dihasilkan oleh metode seismik sangat tinggi. Meskipun demikian informasi yang dihasilkan oleh metode seismik umumnya adalah mengenai struktur atau geometri reservoir. Metode elektromagnetik (EM) yang sensitif terhadap parameter resistivitas diharapkan dapat lebih memastikan keberadaan hidrokarbon dalam reservoir. Reservoir yang terisi minyak dan gas umumnya dikarakterisasi oleh resistivitas tinggi. Selain itu, keberadaan reservoir hidrokarbon menghasilkan zona mineralisasi di atas reservoir pada kedalaman yang lebih dangkal. Zona mineralisasi tersebut menimbulkan anomali Induced Polarization (IP) yang dapat dideteksi menggunakan metode geolistrik IP. Makalah ini membahas secara singkat prinsip-prinsip dasar dan beberapa contoh aplikasi metode elektromagnetik dan IP untuk mengurangi resiko pemboran (dry hole) pada eksplorasi migas. Kata kunci: elektromagnetik, reservoir, hidrokarbon, eksplorasi.
1. Pendahuluan Metode seismik dengan resolusi spasial yang sangat tinggi masih menjadi metode utama dalam eksplorasi minyak dan gas bumi. Sampai sejauh ini metode seismik telah berhasil memetakan secara detail berbagai struktur yang berpotensi sebagai reservoir hidrokarbon. Meskipun demikian pada pemboran eksplorasi masih sering terjadi kegagalan, dimana struktur yang diduga sebagai reservoir ternyata tidak mengandung hidrokarbon (minyak maupun gas). Oleh karena itu diperlukan informasi tambahan lain yang dapat memperkecil resiko kegagalan pemboran (dry hole). Metode elektromagnetik (EM) dapat memperkirakan distribusi sifat fisis bawah-permukaan, khususnya konduktivitas atau resistivitas. Parameter resistivitas berkaitan erat dengan keberadaan dan sifat fluida pengisi formasi batuan. Dengan demikian pada prinsipnya metode EM dapat digunakan utuk memperkirakan kandungan fluida dalam suatu batuan reservoir (minyak, gas atau air). Reservoir berisi hidrokarbon umumnya memiliki karakter resistif. Aplikasi metode geolistrik dan EM untuk eksplorasi hidrokarbon telah banyak dilakukan sejak lama, terutama di negara-negara bekas Uni Sovyet. Reservoir yang ada umumnya bersifat litologi dengan refleksi struktur yang lemah sehingga metode seismik konvensional mengalami kesulitan dalam mendelineasi reservoir yang potensial. Integrasi antara
metode seismik dan geolistrik tetap merupakan kunci sukses dalam penemuan reservoir minyak dan gas di daerah tersebut (Spies, 1980; Zhdanov & Keller, 1994). Meskipun demikian aplikasi metode geolistrik dan EM untuk eksplorasi hidrokarbon relatif terbatas karena berbagai kendala, diantaranya resolusi vertikal metode EM yang sangat rendah dibanding metode seismik. Akhir-akhir ini daya tarik terhadap metode EM untuk eksplorasi hidrokarbon mulai menguat. Hal ini disebabkan karena pencarian migas telah mencapai daerah-daerah yang semakin sulit. Selain itu, tuntutan efisiensi dan faktor ekonomi yang ketat membuat toleransi terhadap kegagalan pemboran semakin kecil. Berbagai metode EM yang dikembangkan untuk keperluan eksplorasi hidrokarbon diantaranya adalah controlled-source EM atau CSEM yang banyak digunakan di laut, terutama laut dalam (MacGregor dkk., 2007), multi transient EM atau MTEM yang dapat digunakan di darat maupun di laut (Ziolkowski dkk., 2007) dan masih banyak lagi varian metode EM yang lain. Selain anomali resistivitas, fenomena IP (Induced Polarization) yang berasosiasi dengan keberadaan reservoir hidrokarbon juga menjadi perhatian (Sternberg, 1991). Makalah ini membahas secara singkat prinsip-prinsip dasar dan beberapa contoh aplikasi salah satu metode EM yang sekaligus dapat menghasilkan informasi mengenai chargeability effect.
2. Anomali IP dan Resistivitas pada Reservoir Keberadaan reservoir berisi hidrokarbon secara teoritis menimbulkan anomali resistivitas tinggi. Meskipun demikian, geometri atau ketebalan reservoir yang sangat terbatas, dalam orde beberapa puluh meter, menyebabkan penggunaan metode geolistrik dan EM untuk mendeteksi anomali resistivitas menjadi sangat sulit. Metode geolistrik dan EM umumnya memiliki resolusi vertikal yang rendah. Oleh karena itu pemanfaatan informasi yang dihasilkan oleh metode-metode tersebut harus dilakukan secara terintegrasi dengan interpretasi data seismik yang memiliki resolusi vertikal yang sangat tinggi. Dengan demikian geometri reservoir (termasuk kedalamannnya) didefinisikan berdasarkan data seismik, sementara informasi mengenai kandungan reservoir diperoleh dari data geolistrik dan/atau EM. Secara umum mekanisme terjadinya anomali IP belum sepenuhnya dipahami, bahkan masih menjadi bahan perdebatan. Pada dasarnya anomali IP disebabkan oleh (Olhoeft, 1985): 1. Proses elektro-kimia pada permukaan mineral metalik (seperti pirit atau magnetit) dan fluida pengisi pori-pori batuan (air formasi). 2. Reaksi pertukaran pada lempung (clay) dan batu pasir serpihan (shaley sand). 3. Reaksi yang melibatkan material organik. Dalam konteks reservoir hidrokarbon, diasumsikan bahwa proses migrasi hidrokarbon menyebabkan air formasi yang termineralisasi berubah komposisi dan menjadi bersifat alkalin. Oleh karena itu timbul zona reduksi di atas reservoir minyak atau gas yang
ditandai oleh meningkatnya intensitas reaksi elektrokimia. Model-model yang diusulkan oleh berbagai peneliti untuk menjelaskan fenomena tersebut berasosiasi dengan konduktivitas kompleks yang bervariasi terhadap frekuensi, terutama pada frekuensi rendah (0.1-1000 Hz).
3. Akuisisi dan Pengolahan Data Pada prinsipnya akuisisi data lapangan berupa pengukuran respons EM dan IP dapat dilakukan di laut maupun di darat. Konfigurasi yang digunakan adalah dipol-dipol aksial dimana dipol arus (transmitter) terletak pada lintasan yang sama dengan dipol potensial (receiver), yaitu pada lintasan pengukuran. Arus dari transmitter berkekuatan tinggi (400 - 500 A) diinjeksikan ke dipol arus dengan jarak antar elektroda antara 200 sampai 500 meter. Serangkaian penerima diletakkan pada jarak 1 sampai 3 km. Respons berupa beda potensial diukur pada sejumlah dipol penerima dengan jarak antar elektroda sekitar 200 meter. Arus yang diinjeksikan berupa pulsa segi-empat yang terdiri dari polaritas positif, netral dan negatif masing-masing selama 4 detik. Frekuensi sinyal tersebut disesuaikan dengan keperluan kedalaman jangkauan. Pada saat injeksi arus diputus, pengukuran dilakukan untuk merekam peluruhan potensial pada dipol penerima dengan interval waktu perekaman 0.25 detik (Gambar 1). Sensitivitas penerima berkisar antara 1 mikrovolt untuk pengukuran statik (di darat) dana 20 mikrovolt untuk pengukuran bergerak (di laut).
a) 4s
4s
t
b)
t
Gambar 1. (a) Bentuk sinyal yang dikirimkan oleh transmitter dan (b) Bentuk sinyal yang diterima oleh receiver (garis utuh) dan gradiennya (garis putus-putus).
Informasi mengenai karakteristik anomali bawahpermukaan terkandung dalam peluruhan potensial sebagai fungsi waktu dan posisi elektroda penerima (jarak terhadap sumber arus) serta parameter turunannya (diferensial). Secara garis besar pengukuran potensial ketika sumber arus dimatikan merupakan prinsip dasar metode Transient atau TimeDomain EM (TEM atau TDEM). Pengukuran tersebut menghasilkan informasi mengenai variasi resistivitas terhadap kedalaman. Selain itu, informasi mengenai sifat chargeability effect dari medium juga dapat diperoleh dengan prinsip pengukuran yang sama. Teknik akuisisi dan pengolahan data secara spesifik merupakan hak paten yang telah didaftarkan baik di Rusia maupun di Eropa (Davydycheva dkk., 2006; Veeken dkk., 2009).
4. Contoh Kasus Survey EM menggunakan konsep, instrumentasi dan perangkat pemodelan yang diperkenalkan pada makalah ini telah banyak dilakukan, terutama di negara-negara bekas Uni Sovyet. Salah satu dari survey yang telah dilakukan adalah di lapangan minyak dan gas Severo-Guljajevskaya, Laut Barents, Rusia. Gambar 2 memperlihatkan penampang dengan horizon hasil interpretasi data seismik dan juga plot hasil pemboran. Data hasil pemboran mennjukkan adanya konsentrasi pirit yang cukup tinggi di atas reservoir hidrokarbon, yaitu pada kedalaman 1.5 km dan 2.5 km.
Model tersebut di atas kemudian digunakan untuk membuat model distribusi resistivitas bawah permukaan (Gambar 3) yang menghasilkan respons (berbagai parameter, terutama resistivitas semu dan chargeability effect) yang cocok dengan data pengukuran. Selanjutnya pemodelan yang dilakukan untuk semua lintasan yang memotong daerah prospek menunjukkan korelasi yang cukup signifikan antara reservoir yang didelineasi oleh struktur (berdasarkan data seismik) dengan data EM (anomali resistivitas dan anomali IP). Dalam hal ini anomali IP tampak lebih menggambarkan karakteristik reservoir yang mengandung hidrokarbon (Gambar 4). Contoh-contoh lain akan dibahas pada saat presentasi makalah.
5. Diskusi dan Kesimpulan Hasil pengukuran EM yang menghasilkan informasi mengenai parameter sifat fisika bawahpermukaan, khususnya anomali resistivitas dan IP dapat dimanfaatkan sebagai indikator keberadaan hidrokarbon. Dalam hal ini integrasi data EM dengan data seismik mutlak diperlukan mengingat resolusi vertikal data EM yang terbatas. Delineasi keberadaan hidrokarbon secara lateral yang diperoleh dari data EM dapat meningkatkan tingkat keberhasilan sekaligus mengurangi resiko pemboran dry hole. Pengembangan metode EM untuk eksplorasi minyak dan gas masih terus dikembangkan sehingga dapat meningkatkan efektifitas dan efisiensi pada tahap eksplorasi.
Gambar 2. Hasil interpretasi data seismik dan data lubang bor yang menunjukkan keberadaan pirit dengan konsentrasi yang cukup tinggi pada kedalaman yang lebih dangkal dari pada kedalaman reservoir hidrokarbon (Veeken dkk., 2009).
50
48
46
44
42
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0 0 -200
Layer 2 Layer 3
1 2 3
Layer 4
4
8
-400 8-12
-600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
8
Layer 5 5
8-12 8 8-12 8 8-12
8
A2
8-12
-1800
8
-2000
8-12
12 13
20
-2200 -2400 -2600
20
14 15
Layer 6 A
40-60 20
-2800 -3000
6 7 8 9 10 11
16 17 18
20 Ia IaОГ I-II
150-200
-3200 -3400
21
Layer 7 Basement
-3600
II v
-3800 -4000 -4200
D2_D1
-4400 -4600 -4800
S
-5000 -5200 -5400
1000
-5600 -5800
Gambar 3. Model distribusi resistivitas yang dihasilkan dari model seismik (Gambar 2) dan dikontrol oleh data log sumur (Veeken dkk., 2009).
Gambar 4. Model resistivitas (kiri) dan model chargeability effect (kanan) pada lapisan ke lima. Garis biru merupakan outline dari batas air dan minyak (Veeken dkk., 2009).
Ucapan Terima Kasih Penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada Prof. P. Legeydo dari SGRDC Llc, Irkutsk, Russia, serta Pimpinan dan Staf Medco Integrated Resources (MIR) atas diskusi intensif dalam penyiapan materi yang disampaikan pada makalah ini.
4.
G.R. Olhoeft, Low-frequency electrical properties, Geophysics 50, 2492-2503 (1985).
5.
B. Spies, Recent developments in the use of surface electrical methods for oil and gas exploration in the Soviet Union, Geophysics 48, 1102-1112 (1980).
6.
B.K. Sternberg, A review of some experience with the inducedpolarization/ resistivity method for hydrocarbon surveys: success and limitations, Geophysics 56, 1522-1532 (1991).
7.
P. Veeken, P. Legeydo, I. Pesterev, Y. Davidenko, E. Kudryavceva and S. Ivanov, Geoelectric modelling with separation between electromagnetic and induced polarization field components, First Break 27, 53-64 (2009).
8.
M.S. Zhdanov and G.V. Keller, The geoelectrical methods in geophysical exploration, Elsevier (1994).
9.
A. Ziolkowski, B.A. Hobbs, and D. Wright, Multitransient electromagnetic demonstration survey in France, Geophysics 72, 197-209 (2007).
Daftar Pustaka 1.
S. Davydycheva, N. Rykhlinski and P. Legeydo, Electrical-prospecting method for hydrocarbon search using the induced-polarization effect, Geophysics 71, G179-G189 (2006).
2.
Z. He, W. Dong and Y. Lei, Joint processing and integrated interpretation of EM and seismic data – an effective method for detecting complicated reservoir targets, The Leading Edge 26, 336-340 (2007).
3.
L. MacGregor, A. Overton, S. Moody and D. Rockhopper, Derisking exploration prospects using integrated seismic and electromagnetic data – a Falkland Islands case study, The Leading Edge 26, 356-359 (2007).
