Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Simposium Nasional IATMI 2009 Bandung, 2-5 Desember 2009
Makalah Profesional IATMI 09 – 035 Low permeability reservoir rock characterization through integrated core – log – test study: An important role of core petrography study By Hadi Prasetyo1, Junita Trivianty Musu2 and Bambang Widarsono2 1 BPMIGAS, 2R and D for Oil and Gas Technology “LEMIGAS” system are also well identified from the performed petrographic analysis. This is dominated by Integrating petrographic core information into sublitharenite and litharenite sandstones exhibit combined core petrophysics, log, and well test data for horizontal permeability of up to several dozens mD. understanding facies and environmental deposition in The two producing reservoir types have rock characterization has proved itself useful to undergone carefully planned exploitation and stimulation improving quality and reliability of the required operations, and the horizontal drilling and fracturing job conclusions. for the type-1 and type-2 reservoirs, respectively, are
Abstract
This integrated approach has specifically shown its use in the cases of complex reservoirs such ones characterized as low-permeability sandstone reservoirs. It is in this spirit that this paper demonstrates how this virtually cost efficient analysis provides preliminary recommendations for the exploitation of such reservoirs. As case study, two types of producing reservoirs (Bekasap, Bangko, Pematang, and Tanjung formations) have been taken. The first type is strongly controlled by depositional environment. It is found in the upper part of Bekasap and Bangko formations (1900 – 2300 ft-ss), deposited in estuarine system, and made of very fine to fine grained sand with low to moderate bioturbation. This mostly feldspathic and lithic greywackes have permeability of up to 200 mD. The second type is strongly dominated by diagenesis process and is mainly found in the Upper Pematang and Tanjung formations (6200 – 7400 ft-ss). This reservoir type is characterized by its coarse-grained and conglomeratic sandstones resulted from fan-delta and braided channel depositional system. Diagenetic events such as compaction, recrystallization of matrix into microcrystalline clay minerals, precipitation of authigenic minerals in pore
acknowledged as two success stories of their own. These successes would not prevail without application of well integrated core – log – well test approaches in reservoir characterization, in which information from core petrography plays an important contribution.
Pendahuluan Produksi minyak dan kondensat Indonesia mencapai puncaknya pada tahun 1977 dan 1995 yang menghasilkan 1,5-juta barel per-hari. Pada saat ini produksi minyak Indonesia berada pada fase penurunan (declined) dengan rata-rata laju produksi per-hari adalah sekitar 950-ribu barel. Salah satu upaya peningkatanya adalah dengan optimalisasi produksi pada reservoir permeabilitas rendah, untuk itu diperlukan pembelajaran karakterisasi batuan reservoirnya. Makalah ini peran studi petrografi core-log-test dalam reservoar sehingga
mendokumentasikan pentingnya yang dikombinasikan dengan data melakukan karakterisasi batuan dapat memberikan rekomendasi
___________________________________________________________________________________________________ IATMI 09-00X
1
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia
awal untuk strategi pengembangan maupun optimalisasi produksi. Melalui studi petrografi dapat dievaluasi hubungan antara fasies pengendapan, komposisi dan geometri sistem pori batuan, diagenesis serta kualitas reservoir sehingga dihasilkan pemahaman yang baik dan dapat dijadikan suatu model pada batuan reservoir lainnya dengan karakter yang relatif sama. Selanjutnya, dapat ditingkatkan pemahaman kerjasama antara para ahli geologi dan ahli teknik perminyakan.
Cade et al. (1994) juga berpendapat bahwa ukuran butir dan sortasi batupasir juga mengkontrol perkembangan permeabilitas. Semakin besar ukuran butir dan semakin baik sortasi akan meningkatkan nilai permeabilitas. Evans et al. (1997) juga menjelaskan hubungan antara tipe dan ukuran porositas, ukuran butir, sortasi serta diagenesis terhadap perkembangan porositas dan permeabilitas seperti diilustrasikan pada Gambar-03.
Sebagai studi kasus adalah reservoir batupasir permeabilitas rendah dari Formasi Tanjung (Cekungan Barito) dan Pematang serta bagian atas Formasi- Metode analisis Formasi Bekasap dan Bangko di Cekungan Sumatera Analisis sayatan tipis petrografi termasuk Tengah. scanning electron microscope (SEM) dan difraksi sinar-X (XRD) atas perconto batuan inti-bor sebagai metode utama yang dipakai, kemudian hasilnya dikombinasikan Konsep-konsep prinsip dengan data deskripsi megaskopis batuan reservoir, log Bebarapa ahli telah menjelaskan bagaimana dan test sumur. Analisis petrografi merupakan salah faktor geologi mengkontrol derajat kualitas dan satu metode analisis yang akurat dan relatif cepat kemampuan produksi dari suatu batuan reservoir. dengan biaya yang kompetitif serta hasilnya dapat Davies (1986) menjelaskan bahwa faktor geologi, baik diaplikasikan baik di bidang geologi maupun teknik skala mikro, meso maupun makro akan mengkontrol reservoir / produksi. kemampuan produksi suatu reservoir batupasir. Faktorfaktor tersebut terdiri dari empat order geologic controls dan satu fundamental control. Geologic controls meliputi tektonik, struktur, lingkungan pengendapan, diagenesis sampai pada skala mikro yaitu tekstur serta geometri sistem pori. Sedangkan fundamental controls yaitu porositas, permeabilitas dan saturasi merupakan salah satu faktor yang secara langsung mempengaruhi laju produksi (Gambar-01). Petijohn et al., 1973 (di dalam Syed A., 1981) mempelajari hubungan antara sifat batuan terhadap kualitas reservoir pada batuan klastik yaitu harga porositas dan terutama permeabilitas sangat dipengaruhi oleh tekstur dan struktur sedimen. Tekstur, meliputi ukuran butir, sortasi, kekompakan, dan kemas dari komponen penyusun batuan reservoir. Sedangkan struktur sedimen diantaranya adalah bioturbasi, silangsiur, laminasi, dan gelembur-gelombang. Pittman (1977), berdasarkan studi petrografi, telah dapat memberikan penjelasan hubungan antara sistem / tipe porositas batuan terhadap kualitas reservoir, problema analisis log dan komplesi sumur (Gambar-02). Syed A. (1981), Stonecipher et al. (1984), dan Civan (2007) juga menjelaskan bahwa salah satu faktor yang mempengaruhi perkembangan kualitas reservoir batupasir adalah lingkungan pengendapan yaitu tempat dimana batuan tersebut diendapkan.
Karakterisisasi batuan reservoir Berdasarkan sifat fisik, batupasir formasi Bekasap dan Bangko dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bagian atas dan bawah. Selanjutnya, bagian atasnya yang merupakan batuan reservoir permeabilitas rendah yang terutama disebabkan oleh faktor lingkungan pengendapan, disebut reservoir tipe-1. Pada umumnya, bagian bawah kedua formasi Bekasap dan Bangko mempunyai ketebalan bervariasi 10-20 ft, tersusun oleh fasies batupasir silang-siur dan batupasir masif dengan sedikit struktur bioturbasi, berbutir sedang dan konglomeratan. Bagian dasarnya memperlihatkan batas tegas / erosi dan bertendensi mengahalus ke arah atas. Nilai rata-rata rekaman log sinar-gamma adalah 58 API dengan resistivitas 80 ohm serta 60 API dengan resistivitas 30-60 ohm. Namun demikian, dari log cased hole resistivity formation (CHRF) nilai resistivitasnya 20 ohm. Hal ini sebagai indikasi interval depleted oil. Berdasarkan hasil analisis log dan routine-core didapatkan harga kandungan serpih, Vshale sekitar 18% dan permeabilitas-horisontal mencapai 1900 mD. Data plot porositas vs. Permeabilitas memperlihatkan pola arah (trend) yang lebih tinggi (garis merah) dibandingkan bagian atasnya (Gambar-04). Data produksinya dari sumur vertikal dapat
___________________________________________________________________________________________________ IATMI 09-00X
2
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia
menghasilkan minyak dengan laju rata-rata mencapai Hasil analsis petrografi memperlihatkan bahwa beberapa ratus barel per-hari. penurunan porositas dan terutama permeabilitas pada reservoir tipe-2 juga dipengaruhi oleh proses diagenesis, Sedangkan bagian atas kedua formasi tersebut yaitu: (a) kompaksi, yang dibuktikan oleh dominasi mempunyai ketebalan mencapai 40 ft, didominasi oleh hadirnya kontak antar butir tipe planar dan semi-suture batupasir bioturbasi dengan ukuran butir halus-sangat serta bahkan tipe suture juga teramati, dan (b) halus, serta karakter log sinar gamma 60-90 API dengan sementasi oleh mineral kaolinite, illite dan zeolite resistivitas 8-12 ohm. Hasil analisis log dan routine-core (Gambar-07, -08). menunjukan nilai Vshale sebesar 24-42% dan harga Data operasional lapangan menunjukan bahwa permeabilitas bervariasi dari puluhan sampai 550 mD. Harga resistivitas berdasarkan log CHRF adalah relatif usaha optimalisasi produksi pada reservoir permeabilitas sama dengan awalnya. Hal ini menunjukan indikasi rendah yang disebabkan oleh proses diagenesis adalah adanya interval unswept-oil. Data plot porositas vs. dengan melakukan stimulasi rekah buatan (fracturing permeabilitas memperlihatkan arah (trend) yang lebih job). Secara umum dan ekonomis, di Formasi Pematang rendah (garis biru) dibandingkan bagian bawahnya dan Tanjung, pada beberapa sumur, stimulasi rekah (Gambar-04). Data test produksi sumur vertikal pada buatan dapat meningkatkan laju produksi . bagian atas menghasilkan laju rata-rata beberapa puluh barel per-hari. Secara umum dan ekonomis, di Formasi Bekasap dan Bangko, pemboran sumur horisontal dapat Diskusi menghasilkan laju produksi 10 kali sumur vertikal . Dengan mempelajari prinsip-prinsip dasar Selanjutnya hasil analisis integrasi petrografi tersebut di atas dan hasil karakterisasi batuan reservoir dengan diskripsi megaskopis batuan inti-bor dan analisis pada skala mikro dan meso terlihat adanya hubungan routine-core memperlihatkan bahwa perkembangan antara sifat fisik batuan reservoir terhadap produksi kualitas reservoir pada reservoir tipe-1 lebih dikontrol maupun strategi / teknologi yang diperlukan untuk oleh faktor lingkungan pengendapan. Hal ini seperti peningkatan / optimalisasi laju produksi, khususnya ditunjukkan oleh Gambar-05 yang memperlihatkan pada batuan reservoir dengan permeabilitas rendah. bahwa perkembangan permeabilitas sangat dipengaruhi Faktor-faktor yang mempengaruhi rendahnya oleh ukuran butir dan struktur sedimen bioturbasi, yaitu permeabilitas perlu diidentifikasi, yaitu apakah mengahalusnya ukuran butir dan meningkatnya dipengaruhi oleh lingkungan pengendapan atau proses intensitas bioturbasi akan menurunkan permeabilitas. diagenesis atau kombinasi keduanya. Berdasarkan Kemudian seperti diperlihatkan oleh Gambar-06 contoh kasus seperti dijelaskan di atas, untuk sementara membuktikan bahwa nilai permeabilitas juga sangat terlihat adanya hubungan antara faktor penyebab dikontrol oleh jumlah kandungan masadasar dan perkembangan kualitas reservoir dengan strategi / kehadiran struktur sedimen. Meningkatnya kandungan teknologi yang digunakan untuk optimalisasi produksi. masadasar dan intensitas bioturbasi akan menurunkan Berdasarkan hasil pemboran dan data produksi harga permeabilitas. pada contoh kasus kedua tipe reservoar tersebut, Contoh studi kasus yang lain, yaitu reservoir terlihat hubungan bahwa optimalisasi produksi pada tipe-2, adalah reservoir permeabilitas rendah dari reservoir permeabilitas rendah yang disebabkan oleh formasi Pematang dan Tanjung. Rendahnya nilai faktor lingkungan pengendapan, cenderung diperlukan permeabilitas (beberapa mD sampai 30 mD) lebih pemboran horizontal, sedangkan pada reservoir dikontrol oleh faktor diagenesis, selain juga oleh faktor permeabilitas rendah dikontrol oleh proses diagenesis, lingkungan pengendapan. Secara umum, batuan diperlukan usaha stimulasi rekah buatan. reservoir dari kedua formasi tersebut disusun oleh konglomerat, batupasir konglomeratan, dan batupasir berbutir kasar-sangat kasar, yang mempunyai nilai Kesimpulan gamma ray (GR) 20 - 30 API dengan resistivitas Berdasarkan pembelajaran contoh kasus seperti bervariasi dalam 10-20 ohm. Plot porositas vs. dijelaskan di atas dapat disimpulkan sebagai berikut: (a) permeabilitas cenderung mempunyai harga korelasi metode analisis petrografi mempunyai peranan yang yang relatif rendah (polanya relatif menyebar / Gambarpenting untuk karaterisasi batuan reservoir, (b) hasil 07). Perkembangannya secara vertikal merupakan analisis petrografi dapat memberikan rekomendasi awal kumpulan parasekuen yang menghalus ke arah atas. terhadap strategi / teknologi peningkatan / optimalisasi ___________________________________________________________________________________________________ IATMI 09-00X
3
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia
produksi, (c) hasil analisis petrografi dapat digunakan baik di bidang geologi maupun teknik reservoir / produksi, (d) di dalam eksplorasi-pengembanganproduksi minyak-gas bumi diperlukan kerjasama yang harmonis antara disiplin geoscience dan teknik reservoir / produksi, dan (e) kesimpulan awal, optimalisasi produksi pada reservoir permeabilitas rendah karena lingkungan pengendapan diperlukan pemboran horisontal, sedangkan yang disebabkan oleh diagenesis diperlukan stimulasi rekah buatan.
Ucapan terima kasih
FUNDAMENTAL CONTROLS
FIRST ORDER GEOLOGIC CONTROLS
SECOND ORDER GEOLOGIC CONTROLS
THIRD ORDER GEOLOGIC CONTROLS
POROSITAS
PERMEABILITAS
SATURASI
GEOMETRI PORI UKURAN PORETHROAT, UKURAN POREBODY, FRACTURING, SURFACE ROUGHNESS
KOMPOSISI LITOLOGI, MINERALOGI BUTIRAN-MATRIK-SEMEN
LINGKUNGAN PENGENDAPAN
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Manajemen BPMIGAS atas diijinkannya presentasi FOURTH ORDER makalah ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan GEOLOGIC CONTROLS kepada KKKS Chevron Pacific Indonesia, Pertamina EP dan EMP Malacca Strait atas dukungan data selama preparasi makalah ini. Gambar-01: Faktor-faktor
TEKSTUR UKURAN BUTIR, SORTASI, KEKOMPAKAN, KEMAS
DIAGENESIS
STRUKTUR
KERANGKA TEKTONIK TECTONO SEDIMENTARY
geologi kemampuan produksi (Davies, 1986).
yang
mempengaruhi
Daftar Pustaka •
Cade, C.A., I.J.Evans, and S.L.Bryant, 1994, Analysis of permeability controls – a new approach: Clay Minerals, v.29, p.491-501.
•
Civan, Faruk, 2007, Formation Damage – Fundamentals, Modeling, Assessment, and Mitigation, 2nd edition, Gulf Professional Publishing, USA, 1114p.
•
Davies, D.K., 1986. Sandstone Reservoir, with emphasis on Clay, Stimulation and Formation Evaluation, a three days course, Jakarta, 385p.
•
Evans, J., Cade, C., and Bryant, S., 1997, A Geological Approach to Permeability Prediction in Clastic Reservoir, in Kupecz, J.A., Gluyas, J.G., and Bloch, S., eds., Reservoir Quality Prediction in Sandstones and Carbonates; AAPG Memoir 69, p.91-101.
•
Pittman, E.D., 1982, Problems Related to Clay Gambar-02: Hubungan tipe pori dengan kualitas reservoir, Mineral in Reservoir Sandstone, in Oil Field analisis log dan teknik produksi (Pittman, 1977). Development Techniques, AAPG Memoir No.28, p.237-244.
•
Syed A. Ali, 1981, Sandstone Diagenesis: Application to Hydrocarbon Exploration and Production, Gulf Science & Technology Company, Pittsburgh, Pennsylvana.
___________________________________________________________________________________________________ IATMI 09-00X
4
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia
Well-83: PLOT Kh vs. Grain Size Y IT S O R O P E L B I IS V
G IN S A E R C IN
0,35 E Z I S IN A R G
0,30 Grain Size (mm)
G IN S A E R C IN
Y T I L I B A E M R E P
0,25 0,20 0,15 0,10 Highly bioturbated sandstone
0,05 0,00 INCREASING MICROPOROSITY
POROSITY
Gambar-03: Faktor-faktor yang berpengaruh pada perkembangan porositas dan permebilitas dari suatu reservoir batupasir (Evans et al, 1997).
PLOT Kh vs. Clay matrix 30 ) 25 (% if a r 20 g o rt e 15 p ix rt 10 a m y a l 5 C
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
He-Hz.Perm. (mD)
Gambar-05: Hubungan antara permeabilitas dan lingkungan pengendapan yaitu ukuran butir dan struktur sedimen bioturbasi, memperlihatkan semakin besar ukuran butir dan intensitas bioturbasi yang menurun, nilai permeabilitas akan meningkat. Batupasir berbutir sangat halus - halus (0,100,16mm) dengan bioturbasi intensitas tinggi mempunyai permeabilitas puluhan - 200 mD, sedangkan yang berbutir halus (0,20mm) dengan bioturbasi intensitas rendah, harga permeabilitas mencapai 600 mD. Sebaliknya batupasir berbutir sedang (0,22-0,26mm) dengan struktur silang-siur mempunyai permeabilitas mencapai 3000 mD.
Cross-bedded sandstone
0 0
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 He-Perm. hz (mD)
Gambar-08: Foto SEM yang memperlihatkan Gambar-06: Hubungan antara jumlah clay matrix / pertumbuhan semen zeolit yang memnyebabkan masadasar dan kehadiran struktur bioturbasi terhadap permeabilitas rendah pada batupasir-konglomerat permeabilitas. Meningkatnya kandungan masadasar (> Formasi Tanjung . 20%) dan intensitas bioturbasi, harga permeabilitas akan turun mencapai 50 mD. Sedangkan batupasir dengan masadasar 5-10% dan intensitas bioturbasinya rendah, permeabilitas = 200-500 mD. Batupasir struktur silang-siur dengan masadasar <5%, permeabilitas mencapai 1900 mD. ___________________________________________________________________________________________________ IATMI 09-00X
5
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia
2207’-2210’
Core photograph of sandstone, brown, medium grain, f ining upward trend, slightly bioturbated, conglomeratic, and locally calcite cemented.
Thin-section photomicrograhs
Porosity vs. Hz-permeability Plot 10,000.000
1,000.000
B10 B12
1950' SD (BKSP FM)
2150
Hz.Permeability,(mD) mD Hz-permeability
100.000
10.000
Subarkose, medium-coarse grain, conglomeratic, <10% clay matrix, permeability = 452 mD. 1.000
0.100
Upper
0.010
2154’-2157’ B18
Lower
2200
0.001 0
B30
.
5
10
15
20
25
30
Porosity, %(%) Porosity
B20 2020' SD
Core photo of sandstone, grey, v.f ine – f ine grain , highly bioturbated, f ining upward trend, locally calcite cemented, and increasing upward of glauconite content.
Feldspathic greywacke, very fine to fine grain, 19% clay matrix, permeability = 10 mD.
Gambar-04: Visualisasi karakterisasi batupasir Formasi Bekasap yang bagian atas mempunyai permeabilitas rendah, memperlihatkan dua pola plot porositas vs. permeabilitas yang pada dasarnya mencerminkan nilai permeabilitas yang berbeda. Hal ini dikontrol oleh perbedaan ukuran butir, struktur sedimen dan kandungan masadasar / clay matrix sebagai hasil dari lingkungan pengendapan .
Thin section photomicrograph
Scanning Electron Micrograph
Gambar-07: Visualisasi karakterisasi batupasir-konglomerat Formasi Pematang dengan permeabilitas rendah, memperlihatkan dua plot porositas vs. permeabilitas yang polanya relatif menyebar. Hal ini disebabkan oleh proses diagenesis yaitu: kompaksi yang ditandai oleh kontak antar butir tipe planar & semi-suture (foto kanan atas) dan sementasi oleh kaolinit (foto kanan bawah).
___________________________________________________________________________________________________ IATMI 09-00X
6
