BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Masalah-masalah pemboran (drilling hazards) seperti lost circulation dan kick sering terjadi saat pemboran dilakukan oleh PT. Pertamina EP Asset 3 di Lapangan MRFP (Pertamina, 1971), sehingga efektifitas serta efisiensi pemboran menurun. Masalah-masalah pemboran tersebut dapat terjadi karena penentuan berat jenis lumpur pemboran yang kurang tepat, kondisi tekanan bawah permukaan abnormal (overpressure), kesalahan penempatan casing serta kesalahan penentuan arah sumur pemboran (wellbore trajectory). Berat jenis lumpur pemboran, prediksi kondisi tekanan bawah permukaan abnormal, kedalaman penempatan casing serta arah sumur pemboran yang tepat dapat ditentukan dengan cara melakukan analisis geomekanika, meliputi penentuan tegangan vertikal (S v ), tegangan horisontal minimum (S hmin ), tekanan pori (P p ), tegangan horisontal maksimum (S HMaks ), kekuatan batuan serta struktur geologi yang terdapat pada batuan (Cherdasa, 2009). Penentuan berat jenis lumpur pemboran yang tepat dapat dilakukan dengan memperhatikan kondisi tekanan pori dan tekanan retakan (lebih besar dari tekanan pori dan lebih kecil dari tekanan retakan). Berat jenis lumpur pemboran yang lebih kecil dari tekanan pori dapat menyebabkan terjadinya kick, sedangkan berat jenis lumpur pemboran yang lebih besar dari tekanan retakan dapat menyebabkan terjadinya lost circulation (Shuling dkk., 2012). Informasi berat jenis lumpur pemboran dapat digunakan untuk menentukan rentang berat jenis 1
2 lumpur pemboran (mud weight window). Rentang berat jenis lumpur pemboran merupakan rentang nilai minimum dan maksimum dari berat jenis lumpur yang aman digunakan saat pemboran dilakukan (Munoz et al., 1996). Kondisi tekanan bawah permukaan abnormal terjadi saat gradien tekanan pori melebihi gradien tekanan hidrostatik (0.433 psi/ft) (Dutta, 1987). Oleh karena itu, penting untuk menentukan gradien dari tekanan pori guna mengetahui kondisi tekanan bawah permukaan (normal ataukah abnormal). Selain itu, kondisi tekanan bawah permukaan abnormal biasanya ditandai dengan terjadinya anomali pada log sonik, densitas dan resistivitas (Cluff dan Cluff, 2001) serta melemahnya kekuatan batuan (Al-Kattan, 2012). Kondisi tekanan bawah permukaan abnormal dapat terbentuk karena mekanisme loading ataupun unloading (Terzaghi, 1925). Mekanisme loading dapat terjadi karena ketidakseimbangan antara laju pengendapan dengan proses kompaksi batuan (compaction disequilibrium), sedangkan mekanisme unloading dapat terjadi karena pertambahan volume fluida di antara pori batuan akibat pematangan hidrokarbon dan transformasi mineral. Kedalaman penempatan casing dapat ditentukan dengan memperhatikan kondisi tekanan bawah permukaan (normal atau abnormal). Penempatan casing pertama kali haruslah menghindari kondisi tekanan bawah permukaan abnormal, karena akan meningkatkan resiko terjadinya masalah pemboran serta akan mengganggu proses cementing. Penentuan kedalaman penempatan casing dilakukan dengan menggunakan metode bottom to top atau top to bottom (Petrowiki, 2015). Penentuan kedalaman penempatan casing yang tepat akan
3 mengurangi ketidakstabilan pada lubang bor dan mengurangi resiko terjadinya kick dan lost circulation. Wellbore trajectory merupakan arah sumur pemboran (horisontal, vertikal atau direksional) yang paling aman dilakukan guna mencegah terjadinya kick dan lost circulation. Arah sumur pemboran ditentukan berdasarkan atas analisis struktur geologi. Analisis struktur geologi dilakukan dengan cara memperhatikan rekahan pada formation microimager (FMI) guna mengetahui arah dari S hmin dan S HMaks. Selain itu, dilakukan pula analisis struktur berdasarkan atas konsep Anderson (1905) dengan memperhatikan nilai dari S v,s hmin serta S HMaks. Analisis penampang seismik juga dilakukan guna memperkuat analisis struktur yang telah dilakukan sebelumnya. Penelitian ini dilakukan di Lapangan MRFP yang terletak di Cekungan Jawa Barat Utara, tepatnya pada sub-cekungan Jatibarang. Batuan induk pada Formasi Cibulakan Atas dan Talang Akar yang menghasilkan minyak dan gas bumi serta kaya akan kandunyan serpih berpotensi menghasilkan kondisi tekanan bawah permukaan abnormal. Selain itu, keberadaan beberapa struktur geologi di daerah penelitian (McClay, 1996) dapat mempengaruhi besar dan arah dari tegangan bawah permukaan. Penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai rekomendasi dalam penentuan rentang berat jenis lumpur pemboran, kondisi tekanan bawah permukaan abnormal, kedalaman penempatan casing serta arah sumur pemboran yang paling aman dan tepat pada kegiatan produksi minyak dan gas bumi pada
4 sumur-sumur rencana yang terdapat pada daerah penelitian dimasa yang akan datang. I.2. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah: 1) Menentukan rentang berat jenis lumpur pemboran (mud weight window) berdasarkan atas nilai tekanan pori dan tekanan retakan. 2) Menentukan kondisi tekanan bawah permukaan abnormal berdasarkan atas analisis pertambahan gradien tekanan pori dan didukung oleh analisis pada log sonik, densitas dan resistivitas serta kondisi kekuatan batuan. 3) Menentukan mekanisme pembentukan kondisi tekanan bawah permukaan abnormal berdasarkan atas analisis perubahan tegangan efektif. 4) Menentukan kedalaman penempatan casing berdasarkan atas analisis kondisi tekanan bawah permukaan abnormal. 5) Menentukan arah pemboran sumur-sumur rencana berdasarkan atas kondisi struktur geologi serta tegangan bawah permukaan I.3. Lokasi Penelitian Gambar 1.1. menunjukkan lokasi penelitian yang terletak di Cekungan Jawa Barat Utara, Sub-Cekungan Jatibarang yang secara administrasi berada di Kabupaten Cirebon bagian utara.
5 MAI-132 MAI-047 MAI-160 MAI-063 MAI-064 MAI-085 MAI-073 MAI-077 MAI-133 MAI-080 MAI-048 MAI-159 MAI-050 MAI-158 MAI-078 Gambar 1.1. Lokasi penelitian (koordinat batas daerah penelitian tidak diperlihatkan untuk menjaga kerahasiaan perusahaan). I.4. Peneliti Terdahulu Penelitian terdahulu yang pernah dilakukan baik pada lokasi penelitian maupun sekitarnya adalah sebagai berikut : 1. Addis dkk. (1993) Addis dkk. (1993) melakukan penelitian di Lapangan Cusiana, Kolombia. Lapangan Cusiana merupakan daerah dengan kondisi tektonik yang aktif. Pada penelitian ini dilakukan penyelidikan guna mencegah terjadinya ketidakstabilan pada lubang pemboran. Penyelidikan dilakukan dengan memperhatikan teori mekanika batuan serta tegangan bawah permukaan (S v, S hmin, S HMaks ). Dari hasil penelitian diketahui bahwa batuan yang lemah akan memperburuk kondisi ketidakstabilan pada lubang pemboran. Selain itu, kestidakstabilan pada lubang pemboran akan berkurang ketika dua dari tegangan bawah permukaan (principel stress) bernilai hampir sama. Dengan begitu maka, arah sumur pemboran yang tepat dapat diestimasi.
2. Osborne dan Swarbrick (1997) 6 Osborne dan Swarbrick (1997) melakukan penelitian mengenai mekanisme pembentukan overpressure pada cekungan sedimen. Dalam penelitian ini diketahui bahwa overpressure dapat terjadi karena beberapa hal, diantaranya karena perubahan dari volume fluida yang terdapat diantara pori batuan, pengendapan sedimen yang terlalu cepat (rapid sedimentation) serta pengaruh dari aktifitas tektonik. 3. Cluff dan Cluff (2001) Cluff dan Cluff (2001) melakukan penelitian di Lapangan Jonah, Northern Green River Basin, Wyoming, Amerika. Pada penelitian ini dilakukan determinasi overpressure berdasarkan atas anomali log sonik dan log resistivitas. Peningkatan pada log sonik dan penurunan nilai pada log resisitivitas akan menandakan terjadinya overpressure. Terdapat pula istilah top ovepressure, yaitu kedalaman dimana overpessure terjadi pertama kali. Dari hasil penelitian dapat diketahui bahwa top overpressure terjadi pada kedalaman 7200 ft. 4. Ahmad (2005) Ahmad (2005) melakukan penelitian di Cekungan Sumatera Selatan, Indonesia. Penelitian dilakukan dengan pendekatan geomekanika guna menentukan kestabilan lubang bor dan mengurangi faktor-faktor yang bisa menyebabkan masalah pada saat aktifitas pemboran. Kekuatan batuan dikarakterisasi berdasarkan atas nilai log densitas dan log sonik, sedangkan tegangan (breakout, drilling induced fractures) ditentukan
7 berdasarkan atas borehole imager. Derajat shale overpressure juga dihitung dan dikombinasikan, hal ini guna mengetahui tensor tegangan untuk mengidentifikasi kestabilan lubang bor. Dari hasil penelitian dapat diketahui bahwa masalah pemboran timbul karena adanya zona ovepressure pada serpih. Selain itu, kekuatan batuan juga mempengaruhi ketidakstabilan lubang bor dimana semakin lemah batuan maka kemungkinan untuk terjadinya kegagalan lubang bor akan semakin besar. 5. Cherdasa (2009) Cherdasa (2009) melakukan analisis geomekanika pada lapangan panas bumi Awibengkok yang terletak pada Propinsi Jawa Barat, Indonesia. Analisis parameter geomekanika pada lapangan Awibengkok ini ditujukan untuk membantu evaluasi dan perancangan lapangan panas bumi. Analisis geomekanika dilakukan dengan memperhatikan kondisi tekanan insitu, tekanan pori, karakter fisik, rekahan serta sesar yang ada pada formasi di bawah permukaan. Selain itu, diperhatikan pula parameter primer pengontrol parameter- parameter diatas yaitu, arah lubang sumur serta berat lumpur pemboran. 6. Shuling dkk. (2012) Shuling dkk (2012) melakukan penelitian di Formasi Subsalt, Meksiko. Penelitian dilakukan untuk memprediksi tekanan pori dan stabilitas lubang bor guna meningkatkan efisiensi pemboran. Menurut Shuling dkk.(2012) tekanan pori harus diprediksi secara akurat guna menentukan rentang berat jenis lumpur pemboran yang paling tepat. Penentuan rentang berat jenis lumpur pemboran yang tepat akan meningkatkan kestabilan lubang bor.
8 Prediksi tekanan pori dilakukan dengan memperhatikan geologi regional,data pemboran (drilling data) serta data well-logging. Tekanan pori dihitung dengan menggunakan Eaton s Method dan mempertimbangkan Normal Compaction Trend (NCT). Berat lumpur pemboran yang tepat ditentukan dengan memperhatikan failure yang terjadi pada image log, hal ini karena apabila berat jenis lumpur pemboran terlalu tinggi akan menyebaban terjadinya lost circulation dan jika berat jenis lumpur pemboran terlalu rendah akan menyebabkan terjadinya breakout. Berat jenis lumpur pemboran juga ditentukan berdasarkan atas kekuatan batuan (batuan yang kuat membutuhkan berat jenis lumpur pemboran yang rendah). Prediksi kestabilan lubang bor dilakukan dengan memperhatikan data tegangan horisontal minimum (S hmin ), tegangan horisontal maksimum (S HMaks ), tekanan pori (P p ), serta kekuatan batuan. Nilai dari S hmin didapatkan dari tekanan retakan. Nilai dari S HMaks ditentukan berdasarkan atas vertical-borehole-breakoutwidth. Kekuatan batuan ditentukan berdasarkan atas tes inti batuan di laboratorium ataupun dari korelasi compressional wave velocity (Vp). I.5. Keaslian Penelitian Perbedaan antara penelitian yang dilakukan peneliti dengan peneliti terdahulu adalah peneliti melakukan analisis geomekanika guna memberikan rekomendasi dari rentang berat jenis lumpur pemboran, kondisi tekanna bawah permukaan abnormal, kedalaman penempatan casing serta arah sumur pemboran yang paling aman dan tepat pada Lapangan MRFP yang berlokasi di Cekungan Jawa Barat Utara, Sub-Cekungan Jatibarang.