BAB IV HASIL PEMODELAN DAN PEMBAHASAN
4.1
KONDISI AWAL RESERVOIR
Kondisi awal tekanan reservoir diasumsikan dapat didekati dengan tekanan litostatik sedangkan temperatur diperoleh melalui gradien temperatur alami (Singarimbun et all, 1996). Parameter fisis lainnya seperti densitas fluida, viskositas, faktor kompresibilitas, dan distribusi entalpi pada t = 0 diperoleh dari korelasinya terhadap temperatur.
Reservoir geotermal yang ada di Indonesia pada umumnya merupakan reservoir dengan fluida dominasi air. Temperaturnya berkisar antara 240 hingga lebih dari 3000C. Reservoir di Indonesia pada umumnya berada pada kedalaman 500 sampai 1500 meter di bawah permukaan tanah (Saptadji, 2001).
Pada pemodelan ini, fluida reservoir diasumsikan adalah fluida dua fasa dengan dryness atau kualitas uap 10% dan saturasi air 90% serta saturasi uap 10%. Reservoir diasumsikan merupakan reservoir hodrotermal sistem tertutup dimana dinding-dinding impermeabel menyelimuti reservoir dan menyebabkan tidak ada massa yang masuk maupun yang keluar.
49
50
Y(Meter) -500
-600
Tekanan (Bar) -700
370 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500
-1600 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
X(Meter)
Gambar 4.1 Tekanan pada t = 0 Tahun
Dengan mengasumsikan kondisi awal tekanan reservoir dapat didekati dengan tekanan litostatik, maka distribusi nilai tekanan awal reservoir dapat diperoleh seperti ditunjukkan gambar 4.1. Tekanan Reservoir di zona tengah nilainya lebih kecil dibandingan dengan tekanan di zona lainnya. Hal ini disebabkan perbedaan besarnya nilai parameter fisis yaitu densitas batuan pada zona tersebut. Zona tengah memiliki densitas batuan yang lebih kecil dibandingkan zona lainnya. Aliran fluida terjadi terutama karena adanya perbedaan tekanan (Pruess, 2002). Dengan kondisi distribusi tekanan seperti pada gambar 4.1, maka fluida reservoir dapat dipastikan akan mengalir ke zona tengah (aliran horisontal ke tengah).
51
Y(Meter) -500
-600
Temperatur(0C) -700
345 340 335 330 325 320 315 310 305 300 295 290 285 280 275 270 265 260 255 250 245
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500
-1600 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
X(Meter)
Gambar 4.2 Temperatur Pada t = 0 Tahun
Zona tengah reservoir diasumsikan memiliki temperatur yang paling besar dibandingkan zona lainnya. Panas pada reseroir terutama diperoleh dari sumber panas dari dinding horisontal bawah reservoir melalui proses konduksi. Sistem reservoir pada pemodelan ini merupakan sistem hidrotermal tertutup tetapi energi tetap diperoleh secara kontinu dari dinding-dinding reservoir.
Seperti ditunjukkan pada gambar 4.2 temperatur akan semakin besar seiring bertambahnya kedalaman serta semakin ke tengah reservoir. Mengingat densitas fluida akan semakin kecil dengan semakin bertambahnya temperatur, maka akan terjadi siklus dimana fluida turun dan kemudian naik kembali karena terpanaskan. Siklus perputaran fluida ini disebut bouyancy effect.
52
Distribusi tekanan dan temperatur seperti pada gambar 4.1 dan 4.2 menyebabkan terjadinya aliran fluida di dalam reservoir.
Distribusi entalpi diperoleh berdasarkan hubungan korelasi antara entalpi pada kondisi dryness 10% dengan temperatur reservoir (Lampiran A). Dengan terlebih dahulu menentukan distribusi temperatur, dan dengan menggunakan persamaan korelasi yang diperoleh dari interpolasi terhadap data yang dihasilkan steamtab chemicalogic calculator, maka distribusi temperatur dapat diperoleh sebagai berikut :
Y (Meter) -500
-600
Entalpi (Kj/Kg)
-700
1640 1620 1600 1580 1560 1540 1520 1500 1480 1460 1440 1420 1400 1380 1360 1340 1320 1300 1280 1260 1240 1220 1200
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500
-1600 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
X(Meter)
Gambar 4.3 Distribusi Entalpi Pada t = 0 Tahun
53
4.2.
KONDISI RESERVOIR SETELAH BEBERAPA TAHUN
4.2.1
Distribusi Tekanan Interior Reservoir
Y (Meter) -600
-700
Tekanan (Bar) 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.4 Tekanan Setelah t = 1Tahun
54
Y(Meter) -600
Tekanan(Bar)
-700
350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.5 Tekanan Setelah t = 5 Tahun Y (Meter) -600
-700
Tekanan (Bar) 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.6 Tekanan Setelah t = 10 Tahun
55
Y(Meter) -600
-700
Tekanan (Bar) 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.7 Tekanan Setelah t = 20 Tahun Y(Meter) -600
-700
Tekanan(Bar) 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.8 Tekanan Setelah t = 40 Tahun
56
Y(Meter) -600
-700
Tekanan (Bar) 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.9 Tekanan Setelah t = 100 Tahun.
Tekanan Pada Zona Permeabel Vs Kedalaman
Y (Meter)
0 -200 0
50
100
150
200
250
300
350
400
P (0Tahun)
-400
P (1 Tahun)
-600
P (5 Tahun)
-800
P (10 Tahun)
-1000
P (20 Tahun)
-1200
P(40 Tahun)
-1400
P(100 Tahun)
-1600 Tekanan (Bar)
Gambar 4.10 Distribusi Tekanan Pada Zona Permeabel Vs Kedalaman dan Waktu
57
Gambar 4.4 hingga 4.10 memberikan gambaran bahwa distribusi tekanan di dalam reservoir pada titik kedalaman yang sama, seiring dengan perubahan waktu, nilainya adalah kuasi statik. Kuasi statiknya tekanan terhadap perubahan waktu terutama karena sistem reservoir yang tertutup. Tidak adanya massa yang masuk dan massa yang keluar, menyebabkan reservoir dalam kondisi massa fluida yang tetap. Oleh sebab itu, satu-satunya faktor yang mempengaruhi tekanan reservoir adalah tekanan fluida, dimana seiring bertambahnya temperatur, tekanan fluida akan bertambah. Kenaikan tekanan terutama karena pengaruh tekanan uap yang akan bertambah seiring dengan temperatur yang meningkat.
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pertambahan tekanan akibat pengaruh fluida dua fasa tidak signifikan mempengaruhi tekanan reservoir.
Terdapat
peningkatan nilai tekanan akibat meningkatnya temperatur, peningkatan ini terutama karena pengaruh tekanan hidrostatik dari fluida yang semakin besar dengan bertambahnya temperatur. Namun demikian, kondisi awal tekanan reservoir yang sudah besar membuat nilai delta pertambahan tekanan terlalu kecil apabila dibandingkan nilai tekanan awal. Hal ini menyebabkan tekanan pada titik kedalaman yang sama kuasi statik seiring perubahan waktu. Beberapa studi berkaitan seperti (Harahap, 2007) juga menunjukkan kondisi yang serupa bahwa reservoir hidrotermal dalam kondisi tertutup tidak mengalami perubahan tekanan reservoir yang signifikan terhadap waktu (distribusi tekanan, kuasi statik terhadap perubahan waktu) dan pertambahan temperatur.
58
Perubahan tekanan pada reservoir hidrotermal terutama akibat adanya massa yang keluar dan masuk. Berkaitan dengan massa yang keluar dan masuk, beberapa studi dalam hal pengaruh produksi (massa keluar) dan injeksi (massa masuk) seperti (Lippmann ett all, 1977) yang menganalisis respons reservoir terhadap injeksi dan produksi, menunjukkan bahwa injeksi akan sangat mempengaruhi naiknya tekanan reservoir, serta produksi dapat mengakibatkan penurunan tekanan.
Oleh sebab itu, tidak seimbangnya antara massa yang diproduksi dan mass replacement pada reservoir, akan menyebabkan terjadi penurunan tekanan reservoir serta laju produksi. Hal ini ditunjukkan oleh beberapa pengamatan seperti (Sanyal et al., 2000) atas pengamatannya terhadap lapangan geothermal The Geysers Amerika dari tahun 1980 hingga awal 1990, dan (Abbdillah, 2008) pada laporan penelitiannya mengenai “Evaluasi Penurunan Produksi Sumur di Lapangan Panas Bumi X”.
4.2.2
Distribusi Entalpi
Panas di dalam reservoir diperoleh secara kontinu dari proses konduksi panas dari dinding-dinding reservoir. Panas tebesar diterima melalui dinding reservoir horisontal bawah. Panas yang terus menerus diterima menyebabkan entalpi interior reservoir bertambah seiring dengan waktu. Distribusi entalpi untuk selang waktu tertentu, diperlihatkan pada gambar 4.11 hingga 4.18
59
Y(Meter) -600
-700
Entalpi (Kj/Kg) 1620
-800
1600 1580 1560
-900
1540 1520 1500
-1000
1480 1460 1440
-1100
1420 1400 1380
-1200
1360 1340 1320
-1300
1300 1280
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.11 Distribusi Entalpi Setelah t = 1 Tahun
Kenaikan nilai distribusi entalpi di setiap titik interior reservoir cukup signifikan. Delta perubahan entalpi untuk selang waktu satu tahun berkisar antara 16 Kj/Kg hingga 20 Kj/ Kg per tahunnya. Besarnya kenaikan ini terutama karena energi yang diterima dari dinding-dinding reservoir hingga 3000Kj/Kg untuk setiap detiknya. Nilai entalpi paling besar berada pada zona tengah reservoir. Tingginya entalpi pada daerah ini disebabkan tingginya panas yang diterima pada dinding bawah reservoir zona tengah.
60
Y(Meter) -600
-700
Entalpi (Kj/Kg) 1700
-800
1680 1660 1640
-900
1620 1600 1580
-1000
1560 1540 1520 1500
-1100
1480 1460 1440
-1200
1420 1400 1380
-1300
1360 1340
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.12 Distribusi Entalpi Setelah 5 Tahun
Y(Meter) -600
-700
Entalpi (Kj/Kg) 1820 1800 1780 1760 1740 1720 1700 1680 1660 1640 1620 1600 1580 1560 1540 1520 1500 1480 1460 1440
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.13 Entalpi Setelah 10 Tahun
61
Y(Meter) -600
-700
Entalpi (Kj/Kg) 2020 2000 1980 1960 1940 1920 1900 1880 1860 1840 1820 1800 1780 1760 1740 1720 1700 1680 1660 1640 1620 1600
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.14 Distribusi Entalpi Setelah 20 Tahun Y(Meter) -600
-700
Entalpi (Kj/Kg) 2440 2420 2400 2380 2360 2340 2320 2300 2280 2260 2240 2220 2200 2180 2160 2140 2120 2100 2080 2060 2040 2020 2000 1980 1960 1940
-800
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.15 Distribusi Entalpi Setelah 40 Tahun
62
Y(Meter) -600
-700
Entalpi (Kj/Kg) 2880
-800
2840 2800 2760
-900
2720 2680 -1000
2640 2600 2560
-1100
2520 2480 2440
-1200
2400 2360 -1300
2320 2280
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.16 Distribusi Entalpi Setelah 60 Tahun Y(Meter) -600
-700
Entalpi (Kj/Kg) 3300
-800
3250 3200 -900
3150 3100 3050
-1000
3000 2950 -1100
2900 2850 2800
-1200
2750 2700 -1300
2650 2600
-1400
-1500 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
X(Meter)
Gambar 4.17 Distribusi Entalpi Setelah 80 Tahun
63
Distribusi Entalpi Zona Permeabel Vs Kedalaman dan Waktu 0 Kedalaman (Meter)
-200 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
h (t=0Tahun) h (t=1 Tahun)
-400
h(t=5 Tahun)
-600
h (t=10 Tahun)
-800
h (t=20 Tahun)
-1000
h (t=40 Tahun)
-1200
h (t=60 Tahun)
-1400
h (t=80 Tahun)
-1600 Entalpi (Kj/Kg)
Gambar 4.18 Distribusi Entalpi Zona Permeabel (Zona Tengah) Vs Kedalaman dan Waktu
Jumlah massa fluida di dalam reservoir yang tetap dan temperatur awal yang berkisar antara 240 hingga 3000C (artinya entalpi awal sudah tinggi), serta dengan menerapkan nilai entalpi awal sebagai syarat batas reservoir
menyebabkan
pertambahan entalpi lebih cepat.
Pada kenyataannya, suplai energi panas dari batuan reservoir cukup besar dan tidak pernah berhenti. Namun demikian, entalpi reservoir dapat mengalami penurunan. Penurunan ini berkaitan dengan masuknya massa ke dalam reservoir karena injeksi. Injeksi air dingin yang berlebihan dapat mengakibatkan kenaikan tekanan reservoir, namun dapat menurunkan entalpi yang dikandung fluida reservoir. Di antara studi mengenai penurunan entalpi karena injeksi ditunjukkan oleh (Yuniar, 2007), dalam laporannya yaitu “Evaluasi Pengaruh Reinjeksi
64
Terhadap Penurunan Temperatur di Lapangan Panas Bumi Kamojang Berdasarkan Data Uji Tracer”.
4.2.3
Perubahan Kualitas Uap / Dryness
Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan kualitas uap/dryness (Grant, 1982) di antaranya adalah, naiknya temperatur fluida yang diikuti tetapnya tekanan reservoir, dan turunnya tekanan reservoir sehingga mengakibatkan temperatur saturasi menurun.
Pada pemodelan ini, tekanan reservoir kuasi statik terhadap perubahan waktu. Pertambahan entalpi reservoir pada pemodelan ini berbanding lurus dengan meningkatnya temperatur. Dengan kondisi seperti ini, maka dryness fluida akan meningkat pada waktu tertentu.
Perubahan Kualitas Uap di Zona Permeabel Vs Kedalaman dan Waktu
Kedalaman(Meter)
0 0 -200
0.2 0.5 0.7 5 5
1
1.2 1.5 5
X (t=1 Tahun) X(t=5 Tahun) X(t=10 Tahun)
-400
X(t=20 Tahun -600
X(t= 40 Tahun)
-800
X(t= 60 Tahun) X(t= 80 Tahun)
-1000 X (dryness(0-1))
Gambar 4.19 Perubahan Kualitas Uap (Dryness) di Zona Permeabel Vs Kedalaman dan Waktu
65
Gambar 4.19 menunjukkan perubahan dryness/kualitas uap. Perubahan terjadi setelah selang waktu 40 Tahun. Pada selang waktu 1 hingga 20 tahun, dryness atau kualitas uap tidak mengalami perubahan. Hal ini disebabkan entalpi reservoir pada selang waktu tersebut masih kecil dibandingkan entalpi saturasi. Sedangkan pada selang waktu 80 tahun, entalpi reservoir telah menunjukkan kondisi superheated steam dimana dryness mendekati satu.
Kenaikan dryness yang cepat ini terutama dipengaruhi oleh kenaikan entalpi reservoir akibat suplai panas dari dinding-dinding reservoir yang besar, konstan serta kontinu.
