MONITORING PERGERAKAN FLUIDA PANAS BUMI MENGGUNAKAN METODE 4D MICROGRAVITY PADA LAPANGAN PANAS BUMI KAMOJANG Anggraeny Kusuma Dewi A. P. 1, Bagus Jaya Santosa1, Timbul H. Silitonga2, Nani Aldila2 1) Geofisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2) PT Pertamina Geothermal Energy Indonesia Email =
[email protected] ABSTRAK Konsep reservoar panas bumi, air dipanaskan oleh batuan magmatik menjadi air panas dan uap bertekanan tinggi. Fluida ini kemudian diekstrak ke permukaan. Ekstraksi fluida menyebabkan terjadinya pengurangan massa yang dapat dikompensasi oleh recharge melalui proses injeksi. Perubahan massa pada reservoar panas bumi sangat kecil sehingga untuk memantaunya diperlukan metoda microgravity (gaya berat mikro). Metoda 4D microgravity pada prinsipnya mengukur nilai gaya berat pada titik amat yang sama tetapi pada waktu yang berbeda. Sehingga dapat diketahui selisih nilai anomali gaya berat antara periode tahun tertentu dengan periode tahun tertentu yang lain. Selisih anomali gaya berat direpresentasikan sebagai perubahan massa, dengan asumsi tidak ada perubahan topografi dan elevasi pada daerah penelitian. Sehingga metode 4D microgravity dapat dipakai untuk monitoring. Berdasarkan hasil analisa dapat disimpulkan bahwa pergerakan fluida panas bumi lapangan Kamojang pada tahun 1984 sampai 1999 adalah dari batas sisi reservoar menuju area tengah lapangan yang merupakan zona sumur-sumur produksi. Kata kunci : Monitoring Fluida Panas Bumi, 4D Microgravity, Lapangan Panas Bumi Kamojang 1. Pendahuluan Secara umum sistem reservoar panas bumi adalah proses pemanasan massa air oleh batuan magmatik menjadi uap bertekanan tinggi yang memutar turbin/generator sehingga didapatkan sumber listrik yang dialirkan sesuai kebutuhan. Ekstraksi fluida (uap panas) yang terus menerus dari reservoar panas bumi
menyebabkan terjadinya pengurangan massa yang dikompensasi oleh pengisian kembali (recharge) baik secara alami berupa air hujan (natural recharge) maupun secara buatan melalui proses injeksi fluida. Recharge buatan ini dilakukan dengan cara menginjeksikan air melalui sumur-sumur injeksi. Kemudian, proses pergerakan fluida dalam reservoar perlu dimonitoring sebagai langkah untuk mengoptimalkan proses penentuan sumur injeksi dan sumur produksi secara efektif dan efisien. Metoda gaya berat mikro sangat sensitif terhadap perubahan densitas bawah permukaan secara lokal ataupun regional. Pengurangan massa pada reservoar memberikan pola perubahan gaya berat negatif, sedangkan penambahan massa pada reservoar memberikan pola perubahan gayaberat positif. Perubahan massa pada reservoar panas bumi sangat kecil sehingga penggunaan metoda gayaberat mikro (microgravity) yang dilakukan secara berkesinambungan dengan periode tertentu sangat diperlukan guna mengetahui pergerakan fluida panas bumi dalam suatu lapangan geothermal. Metoda gaya berat mikro 4D dapat menunjukan sebaran zona-zona perubahan rapat massa negatif dan positif dalam arah horizontal maupun vertikal. Informasi ini dapat digunakan dalam sistem monitoring lapangan panas bumi. Tujuan dari penelitian adalah menentukan dan memantau (monitoring) pergerakan fluida panas bumi pada tahun 1984 sampai 1999 dengan menggunakan metode 4D microgravity pada lapangan panas bumi Kamojang. 2. Panas Bumi Panas bumi, didefinisikan dalam Undang-undang Nomor 27 Tahun 2003, adalah sumber energi panas yang terkandung di dalam
air panas, uap air dan batuan bersama mineral ikutan dan gas lainnya yang secara genetik semuanya tidak dapat dipisahkan dalam suatu sistem panas bumi dan untuk pemanfaatannya diperlukan proses penambangan. Kelebihan energi panas bumi dibanding dengan energi lain adalah sifatnya yang renewable, bersih, dan ramah lingkungan walaupun tidak dapat diekspor. Indonesia yang secara geologis terletak pada pertemuan tiga lempeng tektonik utama, yaitu lempeng Eurasia, lempeng Australia, dan lempeng Pasifik merupakan wilayah kepulauan jalur gunung api sehingga mempunyai cadangan sumber energi panas bumi yang cukup potensial. Secara umum, ada dua tipe lapangan geothermal: 1.) Steam dominated, dimana hanya atau dominan menghasilkan steam (uap). Kamojang termasuk lapangan geothermal tipe ini. 2.) Hot-water dominated, menghasilkan campuran hot water (dominan) dan steam 3. Prinsip Metoda Gaya Berat Hukum Newton menyatakan besar gaya gravitasi antardua massa sebanding dengan perkalian massa keduanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar kedua pusat massa.
F (r ) =
m0 m ∧ r r2
(1)
Gravitasi Bumi Dalam eksplorasi metoda gravity ini, ditunjukkan perbedaan nilai gravitasi dari suatu tempat ke tempat lainnya. Apabila bumi dibentuk dari bahan yang serba sama (homogen) dan bentuknya benar-benar bulat serta diam (tidak berotasi) maka gaya tarik (gravitasi) di permukaan bumi akan sama dan tidak mempengaruhi pembacaan dari gravimeter. Namun kenyataannya lain, bumi berotasi pada porosnya secara teratur, berbentuk sferoidal (agak pepat di kutub-kutubnya), dan mempunyai ketidakteraturan densitas secara lateral. Akibatnya terdapat perbedaan harga gravitasi (variasi/anomali gravitasi) untuk setiap tempat yang berbeda di permukaan bumi. Variasi gaya berat setiap titik di permukaan bumi ini
tergantung pada 5 faktor; Lintang (latitude), Ketinggian (elevation), Topografi sekitar (topography of surrounding terrain), Pasang surut (earth tides), Variasi densitas bawah permukaan (density of variation in the subsurface) 4. Koreksi-koreksi Metode Gaya Berat Darat Koreksi Pasang Surut (Tidal Correction) Menghilangkan gaya tarik yang dialami bumi akibat bulan dan matahari
g st = g obs + T
(2)
Koreksi Apungan (Drift Correction) Menghilangkan pengaruh perubahan kondisi alat terhadap nilai pembacaan karena gravitymeter selama digunakan untuk melakukan pengukuran akan mengalami goncangan
Dn =
tn − t B (g ' − gB ) tB ' − tB B
(3)
Koreksi Udara Bebas (free-air correction) Akibat perbedaan ketinggian sebesar h dengan mengabaikan adanya massa yang terletak diantara titik amat dengan sferoid referensi
g fa = (0.3087 xh ) milligal
(4)
Koreksi Lintang (Latitude Correction) Mengoreksi gaya berat di setiap lintang geografis karena gaya berat tersebut berbeda, yang disebabkan oleh adanya gaya sentrifugal dan bentuk elipsoid g = 978031 ,846 (1 + 0,0053024 (sin 2 ϕ ) − (0,0000059 (sin 2 2ϕ )) (5)
Koreksi Bouguer Menghilangkan perbedaan ketinggian dengan tidak mengabaikan massa di bawahnya
g B = 2π Gρ h g B = 0.04193 ρh
(6)
Koreksi Medan (Terrain Corection) Menghilangkan pengaruh efek massa disekitar titik observasi
{
g = Gσθ (r2 − r1 ) + r12 + L2 − r22 + L2
} (7)
5. Anomali Bouguer Nilai anomali Bouguer lengkap dapat diperoleh dari nilai anomali Bouguer sederhana yang telah terkoreksi medan
∆g BL = ∆g BS + g T
(8)
Anomali Bouguer adalah selisih antara harga gravitasi pengamatan dengan harga gravitasi teoritis yang seharusnya teramati pada suatu titik BA = gsta – (gϕ + FAC + BC + TC) = gsta – gϕ + (0.3086 - 0.04193ρ) h + TC (9)
6. Anomali Gaya Berat
gaya berat pada titik-titik pengukuran yang sama dengan rentang pengambilan data sekitar 5 tahun, dengan awal pengukuran tahun 1984 hingga tahun 1999. Sedangkan data sekunder yang digunakan adalah data total produksi, injeksi dan natural recharge pada tahun 1984 sampai 1999, serta informasi geologi secara lokal dan regional daerah penelitian. Data Penelitian Data yang digunakan adalah data primer, data sekunder, dan data pendukung lainnya. Data primer berupa data hasil pengukuran microgravity pada tahun 1984, 1989, 1994, 1997, dan 1999. Data sekunder berupa data TMD (Total Mass Discarge) dan natural recharge tahun 1984 sampai 1999. Data pendukung yang digunakan adalah data regional geologi, serta event geologi yang terjadi selama tahun 1984 sampai 1999 yang berpengaruh pada lapangan daerah Kamojang. Alat Perangkat lunak (software) yang digunakan adalah Surfer 8 dan Microsoft Excel 2007.
∆g
∆ρ
g obs = g 0 + g 2
(10)
Dimana g2 adalah gayaberat yang berhubungan dengan adanya benda anomali m2 dan sebagai objek yang dicari dalam analisanya. Karena massa adalah perkalian volume dengan densitas (density), jika volume m0 dan m2 adalah V0 dan V2, kemudian kondisi normal (tidak ada anomali) adalah :
g n (r ) = G
V0 ρ 0 r02
(11)
sedangkan gobs adalah
V ρ V ρ V ρ gobs(r) = g0 (r) + g2 (r) = G 0 2 0 + 2 2 2 − 2 2 0 r0 r2 r2 (12)
7. Metodologi Metode Penelitian Pada penelitian ini data primer yang digunakan adalah data hasil pengukuran metoda
8. Hasil dan Pembahasan Jika membandingkan peta selisih anomali gaya berat antara tahun 1984 dan 1988 dengan tahun 1984 dan 1992, zona yang bernilai paling negatif semakin meluas. Berarti fluida dari zona yang bernilai negatif tersebut semakin tersedot oleh sumur-sumur produksi. Berdasarkan tabel total produksi, total uap yang dihasilkan dari tahun 1984 sampai 1992 mengalami peningkatan. Sedangkan tabel total injeksi menunjukkan bahwa total injeksi tahun 1984 mempunyai jumlah yang kecil. Jumlah injeksi terbesar hanya pada tahun 1989, 1990, dan 1991. Maka, hal yang normal bila zona yang bernilai negatif semakin meluas. Hal ini disebabkan produksi uap yang semakin meningkat namun injeksi air yang kurang. Titik amat yang hilang pada tahun 1984 sampai 1992 adalah titik 5, 7, 8, 11, 13, 20, 30, 31, 51, 62, 74, 90, 12, 16, 17, 27, 40, 43, 55, dan 108. Zona 1 merupakan lokasi titik amat 5 dan 7 yang tidak ada data, sehingga zona 1
bernilai negatif karena tidak ada data yang dimasukkan ketika plotting peta. Pergerakan fluida adalah dari zona 2, 4, 5, dan 6 menuju zona 3. Fluida zona 2, 4, 5, dan 6 tersedot oleh sumur-sumur produksi yang direpresentasikan dengan zona 3. Jika analisa ditambahkan dengan menganalisis peta selisih anomali gaya berat antara tahun 1984 dan 1997, zona yang bernilai paling negatif semakin meluas. Berarti fluida dari zona yang bernilai negatif tersebut semakin tersedot oleh sumur-sumur produksi. Berdasarkan tabel total produksi, total uap yang dihasilkan dari tahun 1984 sampai 1997 mengalami peningkatan. Sedangkan tabel total injeksi menunjukkan bahwa total injeksi antara tahun 1992 sampai 1997 tidak sebesar total injeksi tahun 1989, 1990, dan 1991. Tahun 1989, 1990, dan 1991 mencapai sekitar 2 juta liter per tahun, sedangkan tahun 1993 sampai 1997 hanya sekitar 1 juta liter per tahun. Maka, hal yang normal bila zona yang bernilai negatif semakin meluas. Hal ini disebabkan produksi uap yang semakin meningkat namun injeksi air yang kurang dan sumur injeksi yang jumlahnya berkurang. Titik amat yang hilang pada tahun 1984 sampai 1997 adalah titik 5, 7, 8, 11, 13, 20, 30, 31, 51, 62, 74, 90, 12, 16, 17, 27, 40, 43, 55, 108, 23, 30, 34, 35, 36, 46, 74, 94, 95, 96, 97, 109, dan 110. Zona yang ditandai dengan lingkaran putih merupakan lokasi titik amat 5, 101, dan 7 yang tidak ada data, sehingga zona 1 bernilai negatif karena tidak ada data yang dimasukkan ketika plotting peta. Pergerakan fluida adalah dari zona 1,2, dan 3 menuju zona A. Fluida zona 1,2, dan 3 tersedot oleh sumur-sumur produksi yang direpresentasikan dengan zona A. Berdasarkan tabel total produksi, total uap yang dihasilkan dari tahun 1984 sampai 1999 mengalami peningkatan. Sedangkan tabel total injeksi menunjukkan bahwa total injeksi antara tahun 1992 sampai 1999 tidak sebesar total injeksi tahun 1989, 1990, dan 1991. Tahun 1989, 1990, dan 1991 mencapai sekitar 2 juta liter per tahun, sedangkan tahun 1993 sampai 1997 hanya sekitar 1 juta liter per tahun. Maka,
hal yang normal bila zona yang bernilai negatif semakin meluas. Hal ini disebabkan produksi uap yang semakin meningkat namun injeksi air yang kurang. Titik amat yang hilang pada tahun 1984 sampai 1997 adalah titik 5, 7, 8, 11, 13, 20, 30, 31, 51, 62, 74, 90, 12, 16, 17, 27, 40, 43, 55, 108, 23, 30, 34, 35, 36, 46, 74, 94, 95, 96, 97, 109, 110, 3, 10, 26, 70, 72, 75, dan 102. Zona yang ditandai dengan lingkaran putih merupakan lokasi titik amat 5, 101, 7, 102 dan 27 yang tidak ada data, sehingga zona tersebut bernilai negatif karena tidak ada data yang dimasukkan ketika plotting peta. Uji tracer pernah dilakukan di beberapa titik lapangan Kamojang. Berdasarkan data hasil uji tracer, didapatkan hasil bahwa aliran fluida Kamojang adalah dari gunung Sanggar yang ada di bagian barat, gunung Gandapura – Gajah yang ada di bagian timur. Selain itu, air injeksi yang dipompakan dari sumur K 15 hanya mengalir pada zona tengah ke arah timur laut. Berdasarkan data microgravity, total mass discharge, dan uji tracer, maka dapat disimpulkan bahwa pergerakan fluida panas bumi lapangan Kamojang pada tahun 1984 sampai 1999 adalah dari batas sisi reservoar (tepi lapangan) menuju area tengah lapangan yang merupakan zona sumur-sumur produksi 9. Kesimpulan Menggunakan metode 4D microgravity yang didukung data sekunder, maka dapat disimpulkan bahwa pergerakan fluida panas bumi lapangan Kamojang pada tahun 1984 sampai 1999 adalah dari batas sisi reservoar (tepi lapangan) menuju area tengah lapangan yang merupakan zona sumur-sumur produksi 10. Saran 1. Sebaiknya pengukuran microgravity penting untuk terus dilanjutkan, tidak berhenti pada tahun 1999. Serta tracing titik amat gaya berat yang hilang tertimbun tanah 2. Jumlah sumur injeksi perlu ditambah
Terima kasih kepada PT Pertamina Geothermal Energy Indonesia area Kamojang yang telah member kesempatan bagi penulis untuk melakukan penelitian. Referensi Blakely, R.J. 1995. Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications. Cambridge University Press. Butler, D. K. 1980, Microgravimetric techniques for geotechnical applications: US Army Engineers Waterways Experiment Station Misc. Paper GL-80-13. DiPippo, Ronald. 2007. Geothermal Power Plants: Principles, Application, Case Studies and Environtment Impact. Second Edition. Massachusetts. Edwards. L.M., G.V. Chilingar, H.H. Rieke III & W.H. Fertl,. 1992. Handbook of Geothermal Energy. Gulf Publishing Company. Kadir, Wawan Gunawan A. dan Setianingsih. 2003. Penerapan Metoda Gayaberatmikro 4D untuk Proses Monitoring. Journal JTM Vol X No. 3, p. 170-179. Robert, M. 1988. Geological and Structure Maps of Kamojang. Genzl Press. Schon, Jurgen H. 1995. Physical Properties of Rocks: Fundamentals and Principles of Petrophysics. Netherland: Pegamon. Telford, W.M., Geldart, L.P dan Sheriff, R.E. 1990. Applied Geophysics, Second Edition. Cambridge University Press Yustin Kamah, Muh., dkk. 2000. Laporan Survei Gravitasi Presisi Periode 99-00 Lapangan Produksi Panasbumi Kamojang, Jawa Barat. PT Pertamina AG Kamojang
Diagram Alir Penelitian
Peta Kontur ∆ Gobs Antara 1984 dan 1988
Peta Kontur ∆ Gobs Antara 1984 dan 1992
Peta Kontur ∆ Gobs Antara 1984 dan 1997
Peta Kontur ∆ Gobs Antara 1984 dan 1999
