Topik Utama EKSPLORASI MIGAS MENGGUNAKAN RADIASI NUKLIR ALAMI Suprajitno Munadi 1)
1)
, Rosie Andi Saputro 2), Sutarman 3)
Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi “LEMIGAS” 2) Universitas Sudirman 3) Badan Atom Nasional (BATAN)
[email protected]
SARI Proses pembentukan minyak bumi dalam batuan induk melibatkan aktivitas mikro organisme yang secara intensif mengangkut logam-logam khusus yang ada di dalam minyak bumi tersebut. Uranium adalah salah satu diantara logam-logam tersebut, sehingga di banyak lapangan minyak dijumpai konsentrasi yang tinggi dari Uranium maupun hasil peluruhannya akibat proses mineralisasi Uranium ditempat-tempat minyak itu berada. Radon (226 Ra) adalah salah satu turunan Uranium yang bersifat radioaktif. Pengukuran intensitas radiasi gas Radon dipermukaan dapat dipakai untuk menunjukkan lokasi keberadaan minyak di bawah permukaannya. Pengukuran intensitas radiasi gas Radon di suatu lapangan minyak di Cekungan Jawa Timur Utara membuktikan adanya korelasi yang kuat antara akumulasi minyak di bawah permukaan dengan radiasi gas Radon yang bocor ke permukaan. Di atas batuan tudung intensitas radiasi ini tidak setinggi ditempat-tempat yang ada sesarnya. Fakta ini dapat dimanfaatkan untuk melengkapi interpretasi seismik yang sudah canggih untuk mencitrakan struktur (geometri) dari batuan reservoir, namun sulit untuk memastikan apakah reservoir itu berisi minyak, air atau gas. Kata kunci: akumulasi migas, radionuklida, intensitas radiasi radon.
1. PENDAHULUAN Mungkinkah radiasi nuklir (inti atom) dimanfaatkan untuk eksplorasi hidrokarbon ? pertanyaan ini merupakan suatu pertanyaan yang hampir tidak masuk akal. Jebakan-jebakan hidrokarbon sejauh ini tidak pernah dicari dengan memanfaatkan tenaga nuklir, karena istilah nuklir itu sendiri sudah memberikan kesan yang menakutkan. Tetapi baik kita takut ataupun
10
tidak, tetap saja alam materi di sekeliling kita ini terdiri dari bermilyar atom yang berarti juga bermilyar-milyar nuklir. Banyak atom-atom zat yang mempunyai sifat memancarkan nuklirnya secara spontan yang kemudian diberi nama dengan istilah radioaktif. Atom yang memancarkan nuklirnya secara spontan ini disebut meluruh, dan banyaknya nuklir yang dipancarkan ke luar atom per detiknya disebut sebagai intensitas radiasi.
M&E, Vol. 9, No. 3, September 2011
Topik Utama Banyaknya partikel yang dipancarkan persatuan waktu dari suatu sumber radiasi merupakan ukuran intensitas atau aktivitas suatu sumber radiasi (Wardhana, 2007). Banyaknya partikel yang dipancarkan persatuan waktu ini sering juga disebut sebagai peluruhan persatuan waktu. Apabila jumlah partikel yang dipancarkan per detik hanya satu partikel, maka aktivitas sumber radiasi tersebut adalah 1 Becquerel (Bq). Nama Becquerel dipakai untuk menyatakan satuan intensitas radiasi dari suatu sumber. Hal ini dimaksudkan untuk menghormati orang yang pertama kali menemukan fenomena ini. Jadi 1 Bq adalah satu peluruhan per detik. Satuan lain adalah Curie (Ci). 1 Ci = 3.7 x 10 peluruhan/detik Para ahli menyimpulkan bahwa minyak dan gas bumi memang terdiri dari senyawa hidrokarbon yang besarnya bervariasi antara 50-98 % sedangkan sisanya merupakan unsur-unsur non radioaktif dan radioaktif. Zat-zat yang tidak bersifat radioaktif adalah Sulfur, Nitrogen dan organo-metalik, sedangkan yang bersifat radioaktif adalah: Radium, Thorium dan Radon. Radon adalah anak cucu Uranium, karena asalnya adalah Uranium kemudian meluruh menjadi Radium kemudian meluruh lagi menjadi Radon.
keberhasilan eksplorasi. Implikasinya bukan hanya sebagai indikator keberadaan migas di bawah permukaan, tetapi ternyata metode ini juga efektif untuk mendeteksi sesar (ChingChou Fu et. al., 2005), suatu keadaan alam yang mempengaruhi migrasi dan pemerangkapan hidrokarbon. 2. TINJAUAN ULANG TENTANG ATOM DAN NUKLIR Sebelum membahas lebih rinci tentang aplikasi radiasi, berikut ini akan ditinjau ulang istilah atom dan nuklir. Atom adalah bagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materi tersebut. Atom terdiri atas inti (nuklir)dan elektron-elektron yang berputar mengelilingi inti dalam lapisan-lapisan (kulit atom) tertentu. Jumlah elektron dalam setiap kulit atom adalah sebanyak 2n ( n adalah nomor kulit). Sebagai contoh : atom Helium kulit atomnya hanya satu, mempunyai 2 proton, 2 netron dan 2 elektron, sehingga secara skematik dapat dilukiskan pada Gambar 1.
Dari uraian-uraian di atas dapat dimengerti bahwa memang ada korelasi antara intensitas radiasi dari zat-zat tertentu dengan akumulasi migas di bawah permukaan. Masalahnya adalah bagaimana cara memanfaatkan fenomena ini untuk keperluan eksplorasi migas ? Sebetulnya penelitian pemanfaatan gas Radon untuk eksplorasi gas alam telah mulai dilaksanakan di beberapa tempat seperti di China dan Mongolia (Zuhui, dkk, 1993), kemudian di Ontario, Canada (Tilstey,1993); di Inggris (Duddridge, 1994). Kertas kerja ini melaporkan aktivitas serupa dengan beberapa modifikasi teknis untuk menerapkan teknologi pemantauan intensitas gas Radon untuk eksplorasi migas di Indonesia untuk membantu meningkatkan
Gambar 1. Contoh struktur atom Helium (He) (Durrance, E.M., 1986 Suatu zat dapat terdiri dari bermilyar atom. Zat radioaktif yang intinya memancarkan partikel akan mengalami pelapukan (peluruhan). Bila
Eksplorasi Migas Menggunakan Radiasi Nuklir Alami ; Suprajitno M, Rosie A.S, Sutarman
11
Topik Utama partikel alpha ( ) yang dipancarkan atom-atom dari zat tersebut akan mengalami pengurangan nomor atom sebesar 2 dan pengurangan nomor massa sebesar 4. salah satu isotop Uranium nomor atomnya (A) adalah 92 dan nomor massanya (Z) adalah 238. Nomor atom adalah nomor urut atom dalam Tabel Mendeleyev, dia menyatakan jumlah proton dan jumlah elektron dalam suatu atom. Nomor massa adalah jumlah massa proton dan massa netron dalam suatu inti atom. Proses peluruhan zat radioaktif adalah suatu proses yang alami dalam rangka mencapai keseimbangan menuju energi dasarnya (ground state energy). 3. AKUMULASI MIGAS DAN RADIOAKTIVITAS Bagaimanakah akumulasi hidrokarbon di dalam batuan bawah permukaan dapat mempengaruhi radioaktivitas batuan di tempat itu ? Saunders dkk (1999) memberikan hipotesis sebagai berikut :
Bakteri aerobic dan anaerobic yang hidup di dalam deposit hidrokarbon memproduksi gas karbon dioksida dan hidrogen sulfida yang secara teoritis dapat mengubah komposisi kimia dan mineral dari endapan yang menutupi deposit hidrokarbon tersebut (Schumacher, 1996). Perubahan di sedimen penutup ini dapat meliputi (1) penyerapan hidrokarbon ringan dalam mineral lempung atau inklusi hidrokarbon di dalam semen karbonat sekunder (2) berkembangnya perilaku bakteri tanah dan pembentukan parafin kotor, (3) presipitasi isotop kalsit ringan, pyrrite, pyrhotite, uranium, sulfur dan oksida besi magnet.(4) menghilangnya ferrite, (5) konversi dari illityic clay dan feldspar kaolinite. Reaksireaksi kimia tersebut di atas yang memberikan anomali geomorphik dipermukaan dapat dilukiskan dalam bentuk diagram skematik seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2. Penyelidikan akhir-akhir ini membuktikan bahwa asosiasi antara Uranium dan minyak bumi.dapat terjadi lewat tiga mekanisme (Bloch dan Key, 1981):
Gambar 2. Anomali geomorphic di dekat permukaan tanah akibat adanya akumulasi hidrokarbon di bawah permukaan tanah
12
M&E, Vol. 9, No. 3, September 2011
Topik Utama 1) Hidrogen sulfida yang ada didalam senyawa hidrokarbon dapat menyebabkan (mulamula) pengurangan Uranium dan logamlogam lain dalam larutan air formasi yang pada gilirannya menyebabkan terjadinya precipitasi Uranium dan senyawa logamlogam tadi. 2) Oksidasi oleh mikro organisme pada saat migrasi menghasilkan "solid bitumen" yang diperkaya oleh Uranium dan logam-logam lain yang mengalir di dalam air formasi. 3) Invasi oleh air formasi yang mengandung Uranium dan larutan logam lain menyebabkan terbentuknya "metal assemblage". Satu hal yang perlu mendapat perhatian serius adalah bahwa dengan adanya akumulasi migas di bawah permukaan, maka di lapisan di dekat permukaan akan muncul peningkatan kadar Uranium. Unsur Uranium inilah yang meluruh menjadi radium dan kemudian meluruh lagi menjadi Radon. Peluruhan di sini diartikan sebagai banyaknya inti atom (partikel)yang dipancarkan secara spontan oleh suatu unsur.
Uranium terdapat dibanyak jenis batuan. Di dalam lempung atom ini bersenyawa dengan atom lain membentuk urano-organic complex. Uranium juga diserap oleh material organik dan anorganik. Dalam batuan sedimen Uranium menyebabkan terjadinya syn-depositional diagenetic dan post lithifikasi (Durrance, 1986). Senyawa organo metalik dari Uranium juga terdapat dalam humus. Uranium juga terdapat dalam batuan metamorphic dan batuan beku. Minyak berat dan aspalt mempunyai kadar Uranium yang tinggi. Air asin (brine) yang terdapat dalam sumur-sumur minyak juga mengandung turunan Uranium yakni 226 Ra, 228 Ra dan 224 Ra secara mencolok. 226 Ra adalah turunan Uranium, sedang 228 Ra dan 224 Ra adalah hasil peluruhan 232 Th. (Gambar 3) 4. METODE PENGUKURAN INTENSITAS RADIASI Ada beberapa cara yang dapat dipakai untuk mengukur intensitas radiasi gas Radon yang dikandung lapisan dekat permukaan. Salah satu
Gambar 3. Mekanisme peluruhan Uranium (Durrance,1986)
Eksplorasi Migas Menggunakan Radiasi Nuklir Alami ; Suprajitno M, Rosie A.S, Sutarman
13
Topik Utama diantaranya yang kami pergunakan adalah SSNTD (Solid State Nuclear Trace Detector) tipe CR-39 yang berupa suatu film tipis. Dalam praktek SSNTD di tempatkan di banyak tempat melingkupi lapangan yang diselidiki dan pada setiap titik ini ditanam pada kedalaman 35-40 cm di bawah permukaan tanah kemudian ditinggal selama 2-3 hari.(Gambar 4).
dilakukan dengan menggunakan mikroskop Othipot-2-Nikon dengan pembesaran 40 kali dengan 25 kali sudut pandang. Penentuan konsentrasi gas Radon dihitung menggunakan persamaan :
Film tipis Cr-37 yang digunakan di sini berukuran 1 x 2,3 cm. Setiap potong film Cr-39 tersebut dilekatkan pada dasar gelas plastik transparan. Untuk memudahkan pengambilan kembali film ini sebuah tali diikatkan pada bagian dasar dari gelas plastik tersebut. Setelah detektor dipisahkan dari gelas plastik maka dilakukan proses lanjutan di laboratorium.
dengan ketentuan : C Rn : Konsentrasi gas Radon (Bq/m3) T : Rapat jejak Radon S : Faktor sensitivitas/ kalibrasi: 0,0033 jejak. Cm2/Bq.m3.jam t : Waktu (Jam)
Di laboratorium, film tipis yang telah diambil dari dasar gelas lalu di etsa dengan larutan NaOH 6 N selama 6 jam pada suhu 70o C di dalam inkubator. Setelah ini kemudian dikeringkan di dalam deskinator. Setelah proses pengeringan ini maka dilanjutkan dengan proses pembacaan jejak Radon pada film Cr-39. Proses ini
5. PENGUKURAN DI LAPANGAN
C Rn
T S t
Berikut ini kami berikan contoh pengukuran intensitas radiasi gas Radon di lapangan migas X di daerah Jawa Timur. Sebaran titik-titk pengamatan dapat dilihat seperti yang tampak pada Gambar 5.
Gambar 4. Deteksi gas Radon dengan memanfaatkan SSNTD yang berupa film tipis CR-39
14
M&E, Vol. 9, No. 3, September 2011
Topik Utama
Gambar 5. Sebaran titik-titik pengamatan intensitas radiasi gas Radon di lapangan X di daerah Jawa Timur (koordinat lokasi sengaja dikaburkan untuk menjaga kerahasiaan data)
Kebetulan keadaan medan yang berhutan lebat dan berjurang curam tidak memungkinkan titiktitik pengamatan tadi ditempatkan secara teratur (pada titik grid).Pengamatan kemudian dilakukan mengikuti jalan-jalan setapak yang ada di lapangan migas tersebut dengan jarak antar titik pengamatan sesuai dengan keadaan setempat yang paling memungkinkan.
6. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil-hasil pengamatan intensitas radiasi gas radon di lapangan X ini ternyata memberikan harapan untuk dilakukan pengembangan lebih lanjut dari metode ini. Hal ini disebabkan karena ternyata ada korelasi antara posisi sumur-sumur produksi dengan tingginya intensitas radiasi gas radon di lapangan tersebut. Cobalah kita perhatikan Gambar 6.
Terlihat dari gambar ini bahwa sumur-sumur yang berproduksi minyak mempunyai nilai intensitas radiasi di bawah nilai radiasi back ground, sedang nilai intensitas radiasi yang tinggi justru mengindikasikan adanya sesar (leaking fault). Ada dua posisi nilai intensitas radiasi di bawah nilai background yang belum dibor, hal ini dapat kita anggap sebagai upside potential. Fenomena yang diutarakan di atas ini menjadi lebih menarik bila disajikan secara spasial dalam koordinat 3 dimensi (Gambar 7). Di sini menjadi lebih jelas bagaimana intensitas radiasi memberikan korelasi posisi tempat-tempat yang mengandung minyak dan tempat-tempat dimana sesar berada, sehingga dapat diprediksi kemungkinan daerah yang mengandung hidrokarbon dan belum di eksploitasi.
Eksplorasi Migas Menggunakan Radiasi Nuklir Alami ; Suprajitno M, Rosie A.S, Sutarman
15
Topik Utama
Gambar 6. Temuan fenomena dari hasil uji statistik data konsentrasi gas Radon pada lapangan "X "
Gambar 7. Distribusi intensitas radiasi gas Radon dan prediksi lokasi akumulasi hidrokarbon (Lemigas, 2010) (koordinat lokasi sengaja dikaburkan untuk menjaga kerahasiaan data)
7. KESIMPULAN Hasil yang diutarakan di atas memang menjanjikan, tetapi masih merupakan sesuatu yang prematur.Harus diakui bahwa metode ini tidak dapat berdiri sendiri. Pengetahuan tentang
16
geologi dan struktur dari data seismik sangat diperlukan dalam mensintesa data intensitas radiasi gas radon ini. Data intensitas radiasi tidak akan dapat memisahkan indikator keberadaan hidrokarbon secara vertikal. Intensitas radiasi ini sudah merupakan tumpukan dari sumber-
M&E, Vol. 9, No. 3, September 2011
Topik Utama sumber yang ada dibawahnya. Metode radionuklida ini pelaksanaannya sangat murah; dibanding biaya operasi survei seismik ongkos operasinya tidak sampai sepersepuluhnya, tetapi karena kemampuannya untuk pendeteksian fluida, maka peranannya dalam menunjang keberhasilan mendapatkan hidro karbon perlu diperhitungkan. DAFTAR PUSTAKA PrinzhferA., Batani A., 2003, Gas Isotope Tracing: an Importan Tool for Hydrocarbon Exploration, Revue de I'IFP, Special Publication for B. Tissot's Jubilee. Ol and Gas Science and Technology. Rev. IFP. Vol 58, No. 2. pp 229-311. Bloch, S. dan Key, R M., 1981, Modes of formation of anomalously high radioactivity in Oil field brines, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 65, 154. Ching-Chou Fu et. al., 2005. Reconnaissance of Soil Gas Composition Over The Buried Fault and Fracture Zone in Sourthen Taiwan, Geochemical Journal, Vol. 39, pp.427-439. David S., et. al., 2005, Regional Geochemical Tool Targets Black River Gas in New York. Explor. No. 126, pp. 4-17 Dudddrige G.A., 1994, Observations on soil gas variations in the Bovey Basin, Proceedings of the Ussher Society, January. Durrance, E.M., 1986, Radioactivity in GeologyPrinciples and Applications, Ellis Howard Ltd., New York.
Jones V.T. III, Matthews M.D. and Richers D.M., 1999, Light Hydrocarbons For Petroleum And Gas Prospecting, Geochemical Remote Sensing of the Subsurface, Elsevier Science B.V. Lemigas, 2010, Pengembangan Metode Seismo-Radio nuklida untuk Eksplorasi Migas,Program Pembinaan Usaha Pertambangan Migas No. :04.06.028187. 00127.A Saunders, D.F.,Burson,K.R., Thomson,C.K., 1999, Model of Hydrocarbon Microseepageand related Near-Surface Alterations, AAPG Bulletin, vol.83, No.1, pp. 170-185. Schumacher, D., 1996, Hydrocarbon-induced alteration of soil and sediments, in D. Schumacher and MA Abrams (eds.), Hydrocarbon migration and its near-surface expression, AAPG Memoir 66, hal.71-89. Tilstey, 1993, Investigation of Soil Gas radon as a Petroleum Technique, Ontario Geological Survey, Open File report 5876, Ministry of Northern Devevopment andMines. Wardhana, W.A., 2007, Teknologi Nuklir, Proteksi Radiasi dan Aplikasinya, Penerbit Andi, Yogyakarta. William L. Mansker ,1989, Applied Radon Geochemistry in Oil and Gas Exploration, AAPG Bulletin Volume 73 ZuhuiL., Yujin,W.,Donrong,C.,Youming,L, Aijun,X., Fuxing, J., 1993, Prospecting Oil and Gas using CR-39 Detectors, Nucl. Tracks Radiat. Meas., vol. 22, No 14,pp.387-392, Elsevier Science Ltd.
Eksplorasi Migas Menggunakan Radiasi Nuklir Alami ; Suprajitno M, Rosie A.S, Sutarman
17
