BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kebutuhan energi fosil yang terus meningkat serta masih minimnya peran sumber energi pengganti telah mendorong peningkatan penelitian terkait dengan eksplorasi dan ekploitasi hidrokarbon. Metode seismik adalah salah satu metode yang terus berkembang dalam ekplorasi dan ekploitasi hidrokarbon. Respon batuan reservoar hidrokarbon yang berpori dan tersaturasi fluida terhadap gelombang seismik yang melewati atau terpantulkan pada lapisan batuan reservoar menjadi sangat penting. Penggunaan refleksi seismik frekuensi rendah untuk identifikasi keberadaan hidrokarbon telah menjadi pusat perhatian para peneliti di bidang eksplorasi seismik pada saat ini (Goloshubin, 2001; Goloshubin dkk., 2006; Silin dkk., 2006; Zhenhua, 2008; Silin dan Goloshubin, 2010; Xue-Hua dkk., 2012; Sudarmaji dan Nurcahya, 2014). Tetapi usaha untuk mendapatkan reservoir hidrokarbon dengan menampilkan refleksi frekuensi rendah masih belum optimal. Masalahnya adalah penyebab timbulnya refleksi seismik frekuensi rendah ini masih belum diketahui dengan jelas serta metode ekstraksi refleksi seismik frekuensi rendah yang masih terus berkembang. Selain itu, ketersedian data sintetis maupun data pengukuran lapangan untuk studi refleksi seismik frekuensi rendah masih terbatas sehingga diperlukan strategi membangkitkan data seismogram refleksi sintetis pada medium berpori tersaturasi fluida untuk analisis refleksi seismik frekuensi rendah dengan biaya murah. Penelitian dalam disertasi ini adalah melakukan kajian secara kuantitatif dan komprehensif untuk mengungkapkan adanya gelombang seismik frekuensi rendah yang dipantulkan oleh reservoar batupasir tersaturasi hidrokarbon. Metode penelitian dimulai dengan hipotesis, bahwa refleksi seismik frekuensi rendah yang dipantulkan oleh permukaan reservoar hidrokarbon dipengaruhi oleh permeabilitas, porositas dan impedansi reservoar batupasir, sehingga identifikasi hidrokarbon dan estimasi permeabilitas reservoar batupasir
2 dapat dilaksanakan dengan atribut refleksi seismik frekuensi rendah. Sementara refleksi seismik frekuensi rendah terkait dengan mekanisme atenuasi dan dispersi kecepatan fase gelombang seismik yang melewati reservoar batupasir. Untuk mengektraks refleksi frekuensi rendah dari data seismik, maka dikembangkan metode estimasi atribut refleksi seismik frekuensi rendah berbasis transformasi wavelet kontinyu atau Continuous Wavelet Transforms (CWT). Metode estimasi atribut refleksi seismik frekuensi rendah berbasis CWT ini mengestimasi nilai atribut derivatif amplitudo terhadap frekuensi pada rentang frekuensi rendah tertentu pada kawasan waktu-frekuensi. Rentang frekuensi rendah untuk estimasi atribut tersebut ditentukan berdasarkan analisis waktufrekuensi dari jejak seismik dekat sumur acuan dan pemodelan reservoar banyaklapis tipis tersaturasi parsial berbasis data log sumur acuan. Atribut seismik ini dapat dikorelasikan dengan permeabilitas reservoar jika jenis fluida reservoar diketahui. Analisis refleksi frekuensi rendah untuk identifikasi reservoar hidrokarbon batupasir telah diterapkan terhadap data sintetis hasil pemodelan numeris perambatan gelombang seismik pada medium berpori tersaturasi fluida dan data lapangan. 1.2. Perumusan Masalah Masalah yang timbul terkait dengan analisis refleksi seismik frekuensi rendah untuk identifikasi hidrokarbon dan estimasi permeabilitas adalah : 1. Bagaimana mengetahui pengaruh parameter-parameter fisika dan fluida reservoar khususnya permeabilitas, porositas dan impedansi terhadap refleksi seismik frekuensi rendah pada reservoar batupasir. 2. Bagaimana mengetahui hubungan atenuasi dan dispersi kecepatan fase terhadap refleksi seismik frekuensi rendah pada reservoar batupasir 3. Bagaimana merumuskan strategi ekstraksi atribut refleksi seismik frekuensi rendah berbasis transformasi wavelet kontinyu atau Continuous Wavelet Transforms (CWT) dan aplikasinya untuk identifikasi hidrokarbon dan estimasi permeabilitas pada reservoar batupasir.
3 4. Bagaimana membangkitkan data seismogram refleksi sintetis pada medium berpori tersaturasi fluida untuk analisis refleksi seismik frekuensi rendah dengan biaya murah berbasis Graphics Processing Unit (GPU). 1.3. Hipotesa dan Alur Penyelesaian Masalah Hipotesa yang hendak dijawab dalam studi ini adalah : 1. Refleksi seismik frekuensi rendah dipengaruhi permeabilitas dan impedansi reservoar batupasir. 2. Refleksi seismik frekuensi rendah berhubungan dengan mekanisme atenuasi dan dispersi kecepatan fase gelombang seismik yang melewati reservoar batupasir. 3. Atribut refleksi seismik frekuensi rendah dapat dipakai untuk identifikasi hidrokarbon dan estimasi distribusi permeabilitas reservoar batupasir. Penelitian dalam studi ini diarahkan untuk menjawab masalah yang telah dirumuskan di atas. Adapun alur penyelesaian masalah yang diusulkan seperti ditampilkan pada Gambar 1.1. Alur penyelesaian masalah Kajian Model Reservoar Lapisan- Tipis Perumusan Atribut Refleksi Frekuensi Rendah Aplikasi Data Sintetis Aplikasi Data Lapangan Model Lapisan Tipis White Penyelesaian Asymtotic Refleksi seismik Tranformasi Wavelet Kontinyu (CWT) Pemodelan Poroelastik berbasis GPU Data Lapangan Gambar 1.1. Alur penyelesaian masalah 1.4. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian dalam studi ini adalah :
4 1. Mengkaji pengaruh permeabilitas dan impedansi reservoar batupasir terhadap refleksi seismik frekuensi rendah berdasarkan perhitungan analitik model White. 2. Mengetahui hubungan atenuasi dan dispersi kecepatan fase terhadap refleksi seismik frekuensi rendah pada reservoar batupasir. 3. Merumuskan strategi ekstraksi atribut seismik refleksi frekuensi rendah berbasis transformasi wavelet kontinyu atau continuous wavelet transforms (CWT) untuk identifikasi hidrokarbon dan estimasi permeabilitas reservoar batupasir. 4. Merumuskan strategi membangkitkan seismogram sintetis untuk analisis refleksi seismik frekuensi rendah berbasis graphics processing unit (GPU). 5. Mengaplikasikan analisis refleksi seismik frekuensi rendah terhadap data sintetis dan data lapangan. 1.5. Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan muncul dalam penelitian ini adalah : 1. Diketahuinya parameter-parameter fisika dan fluida reservoar khususnya permeabilitas, porositas dan impedansi terhadap refleksi seismik frekuensi rendah pada reservoar batupasir berdasarkan perhitungan model analitik. 2. Tersedianya strategi ekstraksi atribut seismik refleksi frekuensi rendah berbasis transformasi wavelet kontinyu untuk identifikasi hidrokarbon dan estimasi permeabilitas reservoar batupasir dengan berbagai macam kelebihan dan limitasinya. 3. Tersedianya kode program komputasi untuk ektraksi atribut refleksi seismik frekuensi rendah untuk identifikasi hidrokarbon dan estimasi permeabilitas reservoar batupasir. 4. Tersedianya kode program komputasi untuk simulasi numeris perambatan gelombang seismik pada medium berpori (poroelastik) tersaturasi fluida menggunakan pemrograman paralel berbasis GPU (Graphics Processing Unit)
5 1.6. Batasan Masalah Batasan masalah yang dipakai pada penelitian ini adalah: 1. Medium reservoar batupasir diasumsikan homogen isotrop poroelastik dalam perlapisan tipis yang bersifat dispersif dan atenuatif dengan variasi lateral kecil. 2. Medium penutup berupa batuserpih diasumsikan non-dispersif dan non-atenuatif 3. Analisis waktu-frekuensi menggunakan transformasi wavelet kontinyu atau continuous wavelet transforms (CWT). 4. Program perambatan gelombang seismik menggunakan pendekatan finite difference - staggered grid dalam sistem kartesian 2D. 5. Data seismik sintetis (model Marmousi-2) dan lapangan (Teapot dan Pnobscot) diasumsikan preserved amplitude. 1.7. Keaslian Dan Kebaruan Penelitian Keaslian dan kebaruan yang diharapkan muncul dengan adanya penelitian ini adalah: 1. Metode ekstraksi atribut seismik refleksi frekuensi rendah berbasis transformasi wavelet kontinyu atau continuous wavelet transforms (CWT) dan aplikasinya untuk indentifikasi hidrokarbon dan estimasi permeabilitas pada reservoar batupasir 2. Strategi estimasi rentang frekuensi rendah dari refleksi seismik berbasis analisis waktu-frekuensi trace seismik sumur acuan dan perhitungan reflektifitas gayut frekuensi berbasis model analitik banyak-lapis tipis tersaturasi parsial dari data log sumur acuan. 3. Aplikasi simulasi numeris perambatan gelombang seismik pada medium berpori tersaturasi fluida menggunakan skema finite difference staggered grid dengan pemprosesan berbasis graphics processing unit (GPU) Matrik perbandingan hasil penelitian dalam studi ini terhadap penelitian terdahulu ditampilkan pada Tabel 1.1.
6 Tabel 1.1. Matrik perbandingan hasil penelitian dalam studi ini terhadap penelitian terdahulu Attenuasi dan Dispersi model lapisan Analisis Refleksi fekuensi Rendah (Model Pemodelan Perambatan Hasil Penelitian Disertasi Tema Penelitian Terdahulu Model Analitik Data Sinteti Data Lapangan tipis tersaturasi partial Atenuasi dan dispersi medium homogen sekitar 10kHz (Biot, 1956a) Atenuasi dan dispersi medium model patchy berlapis tipis pada frekuensi seismik (White dkk., 1975) Atenuasi batupasir Massilan tersaturasi homogen (Murphy,1982) Atenuasi dan dispersi medium tersaturasi partial sensitif terhadap permeabilitas (Shapiro dan Muller, 1999) Atenuasi dan dispersi dipengaruhi oleh sifat fisika batuan dan fluida pori (Carcione dkk., 2006) Atenuasi dan dispersi kecepatan fase batuan berpori tersaturasi parsial terjadi pada frekuensi seismik dari pengukuran sampel batuan (Batzle dkk., 2006) Bentuk kurva atenuasi dan dispersi tergantung pada heterogenitas medium skala mesoskopik berdasarkan pemodelan FD-2D (Masson, 2010) Atenuasi dan dispersi medium berpori tersaturasi gas, minyak dan air berdasarkan perhitungan analitik dan numeris FE sesuai hasil dari model White Asymtotic) dan Dekomposisi Spektral Efek refleksi seismik frekuensi rendah pada VSP (Goloshubin, 2001) Transformasi wavelet untuk dekomposisi spektral refleksi seismik untuk identifikasi gas dan kondensat (Castagna, 2003) Pencitraan reservoar hidrokarbon dengan atribut seismik refleksi frekuensi rendah (Goloshubin dkk.,2006) Analisis asymptotic seismik refleksi pada medium berpori tersaturasi fluida (Silin dkk., Gelombang Seismik Simulasi numeris Pers. poroelastik Biot terhadap respon seismik dari reservoar (Zhu dan McMechan, 1991) Algoritma staggered-grid pseudo spectral untuk pers. poroelastik (Ozdenvar and McMechan, 1997) Pemodelan seismik pada medium poroelastik heterogen dengan FDstaggered grid dan teknik dekomposisi domain (Wenzlau and Lapisan penyerap tepi metode CPML pada medium poroelastik. (Martin dkk., 2006) 2008) CWT untuk meningkatkan resolusi sinyal Finite difference staggered-grid 3D dan pembuatan atribut seismik kompleks terotasi untuk penyelesaian (Nurcahya dkk., 2007) persamaan Biot (O Brien, 2010) Estimasi permeabilitas reservoar berpori Model Marmousi untuk pemodelan dan berlapis tipis permeabel dari analisis perambatan gelombang seismik atribut seismik pantul (Goloshubin dkk., akustik (The Institut Français du 2008) Pétrole, 1988) Simulasi numeris pers. Gelombang diffusiveviscous Model Marmousi-2 sebagai model 2D dari model geologi berisi elastik dari model Marmousi (Martin, 2006) hidrokarbon (Zhenhua,2008) Pemodelan asymptotic koeffisien refleksi dari lapisan permeabel tipis banyak lapis menunjukkan puncak refleksi seismik pada frekuensi rendah (Silin dan Goloshubin, (Quintall, 2012) 2010) Atenuasi dan dispersi dipengaruhi oleh Implementasi komputasional atribut distribusi saturasi udara dan air pada mobilitas fluida dan rentang frekuensi core batupasir Berea (Kuteynikova dkk. optimal berdasar model asymptotic ( Xue- 2014) Hua dkk., 2012) Efek permeabilitas reservoar Atribut seismik refleksi berbasis CWT hidrokarbon terhadap reflektifitas seismik sebagai DHI reservoar batupasir terisi dan relasinya dengan atenuasi dan dispersi ( Ren dkk.,2009a) minyak (sudarmaji dan Nurcahya, 2014). Reflektifitas gayut frekuensi terkait Perumusan atribut mobilitas fluida dan mekanisme atenuasi dan dispersi pada permeabilitas reservoar dengan derivatif reservoir lapisan tipis tersaturasi parsial amplitudo terhadap frekuensi berbasis CWT Reflektifitas gayut frekuensi dikontrol Relasi mobilitas fluida atau permeabilitas oleh variasi permeabilitas dan impedansi reservoar dengan atribut derivatif amplitudo medium terhadap frekuensi Analisis refleksi frekuensi rendah hanya sesuai untuk medium impedansi rendah Relasi permeabilitas dan reflektifitas atau derivatif reflektifitas terhadap frekuensi Analisis atenuasi, dispersi dan reflektifitas gayut frekuensi dan permeabilitas berbasis data log sumur dan petrofisika Perhitungan reflektifitas gayut frekuensi berbasis data log sumur dan petrofisika untuk menentukan rentang frekuensi rendah yang optimal Identifikasi reservoir batupasir tersaturasi gas dan minyak impedansi rendah pada model marmousi-2 Analisis AVO untuk menilai kondisi impedansi reservoar Penentuan rentang frekuensi rendah berbasis analisis waktu-frekuensi trace seismik dekat sumur acuan Relasi permeabilitas hasil analisis petrofisika dengan atribut derivatif amplitudo terhadap frekuensi Pemetaan distribusi permeabilitas reservoar tersaturasti gas pada lapisan batupasir 2nd Wall Creek, formasi Frontier, Lap. Teapot Dome, USA Keterbatan analisis refleksi fekuensi rendah pada reservoar batu pasir impedansi tinggi formasi Missisauga, Lap. Penobscot, Lepas pantai Nova Scotia, Kanada Simulasi gelombang elastik 3D dengan finite difference staggered grid dipercepat dengan GPU tunggal atau banyak (Michea dan Komatitsch,2010; Nakata,2011) Pemodelan perambatan gelombang seismik FE orde tinggi dipercepat 20x dengan cluster GPU dibanding cluster CPU (Komatitsch,2010). FD staggered grid berbasis GPU untuk simulasi gelombang elastik 3D anisotrop (Weiss dan Shragge, 2013; dan Rubio, 2014) Pemodelan perambatan gelombang poroelastik skema FD - staggered grid 2D model marmousi-2 berbasis GPU
7