JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) /6 Aplikasi Inversi AI dan EI Dalam Penentuan Daerah Prospek Hidrokarbon Mohammad Qodirin Sufi, Widya Utama Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60 E-mail: widutama@physics.its.ac.id Abstrak Dalam eksplorasi seismik, semua informasi tentang kondisi bawah permukaan dibawa oleh karakteristik gelombang mekanik yang terekam di permukaan melalui gelombang akustik (pressure wave) saja, karakteristik impedansi akustik AI yang menunjukkan kontras densitas dan kecepatan lapisan di bawah permukaan, digunakan untuk mengindikasikan potensi hidrokarbon. Dalam banyak kasus, keberadaan lapisan shale juga sering diinterpretasikan sebagai lapisan prospek hidrokarbon karena nilai AI yang mirip. Untuk mempertegas kontras antara keduanya, dalam penelitian ini digunakan kombinasi simultan parameter AI dan EI (impedansi elastik) yang juga melibatkan parameter gelombang geser, sudut datang gelombang (non zero offset). Melalui analisis cross plot, penentuan sudut datang pada data sumur untuk memperoleh pemisahan lithologi shale terhadap batu pasir yang mengandung air maupun minyak menunjukkan bahwa sudut offset optimum sebesar 35 o. Nilai parameter cut off yang digunakan adalah Vclay 0,4, porositas 0,3 dan Sw 0,5. Semua parameter sumur tersebut dipakai sebagai masukan dalam metode inversi constrained sparse spike (CSSI), dengan posisi horizon stratigrafi sebagai syarat batas, untuk memperoleh sebaran nilai impedansi pada penampang data seismik. Hasil penampang impedansi simultan AI-EI menunjukkan adanya daerah prospek baru dibandingkan dengan penampang impendasi AI saja. Pada penampang kajian, daerah prospek hidrokarbon ditunjukkan oleh nilai IA berkisar 4000 4600 dan nilai EI berkisar 300 700 (gr/cc.m/s). Kata Kunci AI, EI, Seismik Inversi, CSSI. D I. PENDAHULUAN alam aplikasinya, seismik refleksi bertujuan untuk memperoleh model struktur bawah permukaan bumi dengan menggunakan pantulan gelombang akustik yang merambat dari sumber energi ke sistem penerima (geophone atau hydrophone). Dalam perambatannya, gelombang seismik akan membawa semua informasi karateristik media di sepanjang perambataannya. Impedansi Akustik (AI) adalah salah satu parameter batuan yang merepresentasikan densitas dan kecepatan rambat gelombang seismic pada batuan. Parameter ini besarnya biasanya dipengaruhi oleh tipe litologi, porositas, kandungan fluida yang juga merupakan fungsi dari kedalaman, tekanan dan temperature insitu. Oleh karena itu, parameter AI dapat digunakan sebagai indikator karakteristik reservoir, misalnya: litologi, porositas, derajat saturasi. Sebagaimana umumnya metode geofisika, pada beberapa kasus, khususnya untuk lithologi shale, nilai AI memberikan ambiguitas yang cukup tinggi untuk dipakai sebagai marker potensi keberadaan hidrokarbon. Impedansi Elastik (EI) merupakan generalisasi dari impedansi akustik untuk sudut datang (incident angle) yang lebih lebar dan bisa bervariasi atau non zero offset; tidak sebagaimana halnya AI yang hanya bekerja pada kondisi zero offset. Impedansi elastik dipengaruhi oleh kecepatan gelombang Vp dan Vs, densitas dan sudut datang gelombang θ. Seismik inversi adalah suatu teknik pembuatan model geologi bawah permukaan dengan menggunakan data seismik sebagai input dan data geologi sebagai kontrol (Sukmono, 000). Konversi dari wiggle seismik menjadi impedansi akustik (AI) memberikan model bawah permukaan yang lebih mudah dipahami. Seismik inversi AI telah menjadi metode standar untuk memperoleh informasi sifat fisik dari sistem pelapisan batuan secara baik. EI merupakan generalisasi dari impedansi akustik untuk sudut datang yang bervariasi (non zero offset). EI adalah sebuah pendekatan linier terhadap persamaan Zoeppritz, untuk aplikasi penyebaran sudut datang yang lebar. Dalam makalah ini, dipaparkan penggunaan kombinasi AI dan EI untuk analisa perbedaaan litologi dan potensi hidrokarbon. Kombinasi dari AI dan EI secara baik dapat memberikan informasi perbedaan anomali impedansi yang disebabkan oleh kehadiran hidrokarbon pada batuan reservoir. II. TINJAUAN PUSTAKA Impedansi Akustik (AI) Impedansi Akustik (AI) merupakan salah satu bentuk atribut seismik yang dirumuskan secara sederhana sebagai berikut: AI =.V () dengan: = densitas (kg/m3) V = kecepatan gelombang seismik (m/s) Semakin keras dan sukar dimampatkan suatu batuan maka AI semakin besar, sebaliknya, batuan yang lunak dan lebih mudah dimampatkan seperti lempung mempunyai AI rendah. Variasi nilai kecepatan rambat gelombang pada batuan berperan penting dalam kontrol nilai AI, daripada densitas. Artinya, baik porositas maupun fluida pengisi pori batuan (air, minyak, gas) lebih mempengaruhi harga kecepatan daripada densitas.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) /6 Impedansi Elastik Impedansi Elastik (EI) merupakan generalisasi dari impedansi akustik untuk sudut datang (incident angle) yang bervariasi. EI memberikan kerangka kerja untuk menginversi data non zero offset seismik seperti yang dilakukan AI pada zero offset. Connoly (999) merumuskan impedansi elastik sebagai : EI = Vp α Vs β ɣ () dengan α, β, ɣ K : (+tanθ), (-8Ksinθ), (-sinθ) : (Vs/Vp) Vp dan Vs : kecepatan gelombang P dan S Inversi Constrained Sparse-Spike (CSSI) Jenis inversi yang dipakai adalah constrain sparse spike inversion (CSSI), gabungan dari inversi trace based sebagai model awal yang dikontrol dengan model sparse spike untuk model frekuensi rendah (low frequency model) dan dikontrol oleh bidang horizon seismik antar lapisan. CSSI merupakan metode inversi yang bisa diatur sparsity nya (tingkat kejarangan reflektor) dengan membandingkan reflektor dari data sumur sebagai kontrol. Metode CSSI dapat menghasilkan nilai impedansi akustik dalam sebuah batasan (constraint) yang meminimalkan fungsi objektif (Jason Geoscience Workbench, 003). III. METODOLOGI Metodologi pada penelitian ini yaitu melakukan inversi AI serta inversi EI dengan menggunakan software Jason Geoscience Workbench Invertrace. IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Analisa Sensitivitas Data Pada tahapan ini menentukan batas-batas (cut-off) untuk tiap-tiap parameter yang berguna mengklasifikasikan litologilitologi pada daerah penelitian didalam satu formulasi. Berikut adalah nilai parameter-parameter karakterisasi yang digunakan:. Nilai Vclay < 0.4 ; porositas > 0.3 ; Sw < 0.5 menunjukkan lithologi pasir berisi minyak. Nilai Vclay < 0.4 ; porositas > 0.3 ; Sw 0.5 menunjukkan lithologi pasir berisi air (wet) 3. Selain nilai di atas, menunjukkan lithologi shale. Lapisan yang menjadi target kajian ini adalah daerah yang mengandung hidrokarbon, seperti yang ditunjukan oleh gambar 4., dapat dibuat pengelompokan litologi berdasarkan skala warna dengan nilai-nilai yang telah ditentukan oleh nilai cut-off di atas. Daerah target (hidrokarbon) ditunjukan dengan warna hijau, daerah wet ditunjukkan dengan warna biru, shale ditunjukkan dengan warna abu-abu dan log gamma ray berwarna coklat. Sesuai dengan hasil pengelompokan litologi berdasarkan gambar didapatkan bahwa pasir berisi minyak terdapat pada daerah horizon green top dengan selang waktu pada masingmasing sumur : - 895 95 ms (pada sumur ) - 940 945 ms (pada sumur ) - 885 950 ms dan 50 90 ms (pada sumur 4) - 900 95 ms (pada sumur 5) Pada selang waktu tersebut di atas digunakan sebagai dugaan awal keberadaan hidrokarbon. Angle stack Near Stack (0 0-0 0 ) Data Sumur Far Stack (30 0-40 0 ) Estimasi Wavelet (0 0-0 0 ) Well Seismic Tie Estimasi Wavelet (30 0-40 0 ) Permodelan frekuensi rendah Permodelan frekuensi rendah Inversi AI Inversi EI Crossplot Analisa Gambar 3. Alur penelitian Gambar 4.. Pengelompokan litologi berdasarkan nilai cutoff pada tiap sumur, disertai datalog gamma ray (coklat) Analisa Crossplot AI dengan EI Analisa crossplot AI dengan EI dilakukan untuk mengetahui kemampuan pengelompokan lithologi shale, pasir berisi air dan pasir berisi minyak, berdasarkan variasi sudut datang. Dari analisa ini dapat diperoleh nilai dugaan awal sudut datang yang mampu memberikan resolusi terbaik dari aplikasi EI terhadap pemisahan ketiga lithologi tersebut di atas.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) /6 3 Connoly (999) menunjukkan bahwa EI pada sudut kecil akan memiliki kenampakan yang hampir sama dengan AI. Crossplot antara AI dengan EI dengan sudut bervariasi dari 5 hingga 35 menunjukkan bahwa resolusi terbaik untuk ketiga litologi di peroleh pada sudut 35, lihat gambar 4. di bawah ini. Hasil crossplot menunjukkan bahwa secara apriori, bisa diperoleh zona hidrokarbon yang memiliki nilai AI berkisar antara 396.9 4495.5 g/cc*m/s dan nilai EI berkisar 30.66 736.48 g/cc*m/s. Gambar 4.3 Hasil inversi impedansi akustik. Letak sumur dari kiri ke kanan: sumur 4, sumur 5, sumur, sumur. Warna kuning menunjukkan nilai AI rendah Gambar 4. Crossplot AI & EI sudut 35 Hasil Inversi Impedansi Akustik (AI) Berikut akan dijelaskan interpretasi hasil inversi AI. Seperti yang telah diketahui bahwa kehadiran hidrokarbon (minyak dan gas) akan menurunkan nilai dari impedansi akustik batuan. Pada gambar45 terlihat bahwa terdapat zona hidrokarbon (ditunjukkan dengan lingkaran berwarna putih) yang terdapat pada daerah horizon green top. Pada daerah ini dikatakan zona hidrokarbon karena nilai dari impedansi akustik yang rendah (berwarna kuning). Zona hidrokarbon ini terletak pada selang waktu : - 99.43 059.47 ms (pada sumur 4). - 94. 957.7 ms (pada sumur 5) - 905.4 94.4 ms (pada sumur ) Sedangkan pada sumur tidak terlihat adanya indikasi zona hidrokarbon yang ditunjukkan oleh nilai AI. Pada hasil inversi EI sudut 35 benar-benar terlihat jelas terdapatnya zona hidrokarbon. Jika menggunakan inversi impedansi akustik hanya bisa di dapatkan persebaran hidrokarbon pada daerah horizon green top (elips putih), maka dengan menggunakan inversi impedansi elastik pada sudut 35 bisa di dapatkan persebaran zona hidrokarbon pada daerah green top (elips putih) serta pada daerah blue top (elips hitam). Hal ini menjelaskan bahwa penggunaan EI secara kombinasi dengan AI akan lebih baik daripada AI sendiri, dalam hal membedakan zona persebaran hidrokarbon. Dari gambar 4.4 inversi EI pada sudut 35 memberikan informasi zona hidrokarbon pada selang waktu: ) 905.4 94.4 ms (pada sumur ) ) 99.43 059.47 ms dan 60.3 85.34 ms (pada sumur 4) 3) 94. 957.7 ms dan 07.83 06.37 ms (pada sumur 5) Dengan memperhatikan hasil inversi tersebut diatas, usulan sumur baru bisa ditempatkan pada line 409 CMP 6333 dengan interval target berkisar 03.84 08.05 ms (dekat sumur 4) dan pada line 339 CMP 63 dengan interval target berkisar 9.04 955.85 ms dan 7.99 94.4 ms (dekat sumur 5) Hasil Inversi Impedansi Elastik (EI) Impedansi elastik merupakan generalisasi dari impedansi akustik dengan variasi sudut datang. Untuk melihat perbandingan antara AI dengan EI maka pada inversi EI dilakukan dengan variasi sudut yang semakin meningkat dari 5 hingga 35. Pada gambar 6, hasil inversi EI pada sudut 35 memberikan peningkatan resolusi penampakan zona hidrokarbon yang signifikan. Seperti yang terlihat pada gambar tersebut terdapat zona hidrokarbon pada daerah sekitar horizon blue top pada sumur 4, sumur 5 dan sumur (elips hitam), yang tidak ditunjukkan pada gambar sebelumnya Gambar 6. Hasil inversi EI pada sudut 35, tampak bahwa persebaran daerah potensi hidrokarbon yang meluas. Hal ini menunjukkan kemampuan daya resolusi inversi EI yang lebih baik.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) /6 4 V. KESIMPULAN Berdasarkan semua pengolahan data, analisis, dan interpretasi yang telah dilakukan dalam tugas akhir ini dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu :. Hasil analisa data sumur, analisa crossplot, serta analisa histogram menunjukan bahwa penggunaan atribut impedansi akustik dalam kasus tertentu belum mampu memberikan resolusi pemisahan zona hidrokarbon, khsusnya pada lithologi shale, pasiran basah dan pasiran dengan potensi hdirokarbon.. Kombinasi atribut impedansi akustik dan elastik dapat dihasilkan pencitraan bawah permukaan dengan resolusi yang lebih baik yang mampu memperkuat tahap interpretasi. 3. Didapatkan persebaran hidrokarbon pada interval waktu pada daerah uji: - 905.4 94.4 ms (pada sumur ) - 99.43 059.47 ms dan 60.3 85.34 ms (pada sumur 4) - 94. 957.7 ms dan 07.83 06.37 ms (pada sumur 5) DAFTAR PUSTAKA [] Acoustic Impedance inversion manual book Fugro jason. [] Aki, K. & Richard, P. G., 980, Quantitative Seismology Theory and Methods, Freeman & Co. New York. [3] Connolly Patrick, 999, Elastic impedance, The Leading Edge, v. 8, p. 438 45. [4] Katerina C.S., 0, Aplikasi seismik inversi akustik impedans untuk memetakan batu pasir porous terisi gas di lapangan k pada cekungan natuna barat,tugas Akhir, Teknik Geofisika ITB. [5] Ritchie M.S, 005, Inversi AI dan EI untuk identifikasi hidrokarbon pada reservoar, Jurnal Geofisika, Bandung Indonesia. [6] Sukmono Sigit, 000, Seismik Inversi untuk Karakterisasi Reservoar, Jurusan Teknik Geofisika, Institut Teknologi Bandung. [7] Veeken, 006, Seismic Stratigraphy, Basin Analysis and Reservoir Characterisation, Volume 37, France. LAMPIRAN ANALISA CONSTRAIN SPARSE SPIKE INVERSION Inversi ini merupakan gabungan dari inversi trace based dan sparse spike yang dibatasi oleh model frekuensi rendah (low frequency model) dan dikontrol oleh horizon. Pada saat memasukkan model awal CSSI menerapkan trace based dan tahap selanjutnya CSSI menerapkan model sparse spike inversion. CSSI merupakan metode inversi yang bisa diatur sparsity nya (tingkat kejarangan reflektor) dengan membandingkan reflektor dari data sumur sebagai kontrol. Jadi apabila reflektor di sumur jarang-jarang maka di inversi juga dibuat jarang-jarang, demikian pula sebaliknya. Metoda inversi ini menggunakan data partial stacks sebagai fungsi dari sudut. Metoda ini diselesaikan dengan menggunakan formula turunan dari persamaan Zoeppritz. sin cos sin cos cos sin cos sin A sin B cos sin cos sin cos sin C cos cos sin cos sin D...() dimana: A =Amplitudo gel. P refleksi B = Amplitudo gel. S refleksi C =Amplitudo gel. P transmisi D = Amplitudo gel. S transmisi ϕ = Sudut pantul gel. S ϕ = Sudut bias gel. S θ = Sudut datang gel. P θ = Sudut bias gel. P α = Kecepatan gel. P β = Kecepatan gel. S ρ = densitas yang kemudian didekati oleh Aki- Richard dan dikenal dengan persamaan yang didalamnya terkandung 3 parameter sekaligus. Berikut merupakan persamaan dari Aki-Richard : R (θ) = A + B sin θ + C tan θ sin θ...() dimana : A = Rp0 = [ Vp Vp B = Vp Vs 4γ γ ρ Vp Vs ρ C = Vp, dan γ = [Vs ] Vp Vp lalu timbul persamaan yang diformulasikan oleh Fatti (994) yang merupakan turunan dari formulasi Aki-Richard. Berikut adalah formulasi dari persamaan Fatti et al. (994, Geophysics 59(9), p 36) : dimana : Rpp (θ) = CRP + CRS + C3RD...(3) C = + tan θ, C = -8 γ sin θ, C3 = -½ tan θ + γ sin θ, RP = ½ [ Vp Vp RS = ½ [ Vs Vs RD = ρ ρ, γ = Vs Vp dan pada hasil akhirnya, persamaan (3) dapat disederhanakan menjadi : Rpp (θ) = (+tan θ) Ip Is 8γsin θ - [½ tanθ γsinθ] Ip Is ρ ρ... (4) dimana : θ = Sudut datang gelombang P I(x) = Impedansi akustik dari gelombang (P atau S) γ = VS/Vp
JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (0) /6 5 dan tujuan dari inversi ini pun sama dengan hasil yang kita cari di persamaan (4), yaitu impedansi gelombang P (Ip), impedansi (Is), dan densitas (ρ). Dari tiga parameter elastis tersebut kita dapat menurunkanya menjadi properti batuan lainya, seperti porositas dan Vp/Vs yang bertujuan untuk interpretasi lebih lanjut. PADA INVERSI AI DAN EI EI(θ) = VP(+tan θ)vs(-8ksin θ) ρ (-sin θ)...(5) Impedansi Elastik dapat di implementasikan dengan cara mengatur ulang persamaan EI (5) sesuai dengan (Lu and McMechan, 004; Lee, 006a): ln(ei(θ)) = ( + tan θ) ln(vp)+ (-8 K sin θ) ln(vs) + ( 4 K sin θ) ln(ρ)...(6) Pada persamaan diatas yang tidak diketahui adalah Vp, Vs, ρ. Jadi ketika diketahui nilai 3 buah EI pada sudut yang berbeda maka Vp, Vs, ρ dapat diperoleh dengan cara menyelesaikan matrik persamaan tan 8K sin sin lnv P lnei tan 8K sin sin ln VS lnei tan 3 8K sin 3 sin 3 ln ln EI 3...(7)