Abstrak - (SPs) ITB

ABSTRAK
KECEPATAN GELOMBANG AKUSTIK PADA BATUPASIR
DITINJAU DARI GEOMETRI DAN STRUKTUR PORI
Oleh
Suryo Prakoso
NIM : 32212005
(Program Studi Doktor Teknik Perminyakan)
Kecepatan gelombang akustik sangat dipengaruhi oleh komposisi material
penyusun batuan. Sedangkan komposisi material penyusun batuan mempengaruhi
tingkat kompleksitas sistem pori-pori yang berdampak juga pada sifat-sifat fisik
batuan seperti porositas, saturasi fluida, dan permeabilitas. Pengertian
kompleksitas ini lebih mudah diungkapkan dengan karakter ruang, yaitu dimensi,
bentuk, dan struktur, atau bahkan lebih umum dinyatakan dengan geometri dan
struktur. Dengan demikian, kecepatan gelombang akustik dipengaruhi oleh
geometri dan struktur pori-pori batuan. Pada batupasir, keberadaan mineral
lempung dan komponen padatan lain dapat menentukan kompleksitas sistem poripori.
Penelitian terdahulu hanya menitik beratkan pada parameter-parameter jenis,
distribusi dan volume lempung serta bentuk dan ukuran ruang pori. Namun
demikian pencirian kompleksitas ruang pori yang telah dilakukan terlalu rumit
dan tidak dikaitkan dengan karakteristik hasil proses diagenesa.
Memperhatikan bahwa pencirian struktur internal pori-pori memerlukan data
analisa petrografi dan data ini tidak selalu tersedia maka suatu metoda yang lebih
mudah sangat diperlukan. Pengertian mudah disini yaitu pemanfaatan sifat-sifat
fisik batuan yang rutin tersedia, seperti porositas dan permeabilitas, atau
hubungan diantaranya dan dapat mencerminkan informasi dimaksud.
Penelitian ini dimaksudkan untuk mendalami hubungan antara kecepatan
gelombang akustik dan kompleksitas sistem pori-pori melalui eksperimen fisik
pada batupasir. Pendekatan kompleksitas sistem pori-pori akan dilakukan dengan
kuantifikasi geometri dan struktur pori-pori berdasarkan analisis dimensional
persamaan Kozeny-Carman. Analisis dimensional yang dimaksud telah terbukti
untuk dapat membedakan hasil suatu diagenesa dari hasil diagenesa yang lain
pada batuan karbonat. Ini diperkirakan dapat berlaku juga pada batupasir. Tujuan
dari penelitian ini yaitu menghasilkan suatu metoda yang lebih akurat untuk
estimasi kecepatan gelombang akustik berdasarkan data petrofisik batuan,
porositas dan permeabilitas dan estimasi porositas dan permeabilitas berdasarkan
data kecepatan gelombang akustik menggunakan persamaan yang disusun dari
kombinasi persamaan Nur dkk. (1995), kecepatan gelombang akustik dan Kozeny
(1972).
i
Penelitian ini difokuskan pada batupasir dengan dasar pemikiran bahwa,
dibanding batuan karbonat, material penyusun batupasir dapat lebih bervariasi
termasuk jenis dan kadar lempung dan mineral lainnya. Penelitian dilakukan
dengan menggunakan 1094 conto batuan inti dari lima set data batuan reservoir
batupasir yang meliputi data analisis petrografik dan XRD, porositas,
permeabilitas, densitas batuan, tekanan kapiler fungsi dari saturasi air, dan
kecepatan gelombang akustik yang meliputi compressional dan shear velocity (Vp
dan Vs). Analisa komprehensif semua data dilakukan untuk mengidentifikasi
faktor-faktor yang dominan yang mempengaruhi setiap kelompok batuan yang
selanjutnya dikaitkan dengan kecepatan gelombang akustik.
Untuk mencapai tujuan yang dimaksud, dilakukan pengelompokan batuan yang
selanjutnya disebut dengan rock type dengan mengaplikasikan konsep kemiripan
geometri dan struktur pori batuan yang merupakan fungsi dari atribut pori.
Kemiripan textur batuan yang meliputi ukuran butiran, sortasi, angularity dan
grain roundness merupakan faktor yang dominan mempengaruhi setiap kelompok
batuan (rock type). Rock type yang kualitasnya bagus cenderung memiliki
porositas dan permeabilitas yang baik yang disusun oleh ukuran butiran yang
besar, hardness yang rendah, semen yang dominan quartz dan kaolinite dan
volume clay yang rendah. Kelompok ini memiliki geometri pori yang relatif besar
atau rata-rata hidrolik radius yang besar dan memiliki struktur pori sederhana.
Hasil plot antara geometri pori dan struktur pori dengan kecepatan gelombang P
dapat dikelompokkan secara jelas berdasarkan rock type. Batuan dengan
kemiripan geometri dan struktur pori akan berada pada kelompok yang sama dan
memiliki variasi kecepatan gelombang P yang berbeda dengan kelompok yang
lain. Setiap rock type memiliki pola yang sama dimana Vpdry akan meningkat
dengan naiknya variabel geometri dan struktur pori batuan. Geometri pori disini
sebanding dengan hydraulic radius sehingga dapat dikatakan Vpdry akan
meningkat dengan naiknya radius pori batuan. Selanjutnya berdasarkan hubungan
bulk modulus dan Vpdry dengan porositas serta dengan mengaplikasikan
pendekatan Nur (1995) dapat ditunjukkan bahwa setiap rock type tersebut dapat
diidentifikasikan memiliki porositas kritis yang berbeda-beda.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa rock type dan porositas kritis memiliki
peranan yang penting didalam estimasi porositas dan permeabilitas dengan
kecepatan gelombang P. Berdasarkan hal tersebut diperoleh hubungan antara
porositas dan permeabilitas dengan kecepatan gelombang P yang dapat digunakan
untuk estimasi porositas dan permeabilitas. Adapun dengan mengaplikasikan
konsep konvergen point Wibowo (2014) pada hubungan (k/)0.5 dan (k/3) dengan
Vpdry dapat disusun persamaan yang dapat digunakan untuk estimasi Vpdry
berdasarkan porositas dan permeabilitas. Hasil prediksi porositas, permeabilitas
dan kecepatan gelombang P dengan menggunakan metoda ini memberikan hasil
yang cukup akurat dan dapat diaplikasikan dalam industri perminyakan.
Kata kunci : Geometri pori, Hydraulic radius, Kecepatan gelombang P, Porositas,
Permeabilitas, Rock type, Struktur pori.
ii
ABSTRACT
ACOUSTIC WAVE VELOCITY IN SANDSTONE BASED ON
PORE GEOMETRY AND PORE STRUCTURE
By
Suryo Prakoso
NIM : 32212005
(Petroleum Engineering Doctoral Study Program)
Acoustic wave velocity is strongly influenced by the constituent of rock material
composition. While the constituent of rocks material composition affects the level
of pores system complexity that also impact the physical characteristic of rocks
such as porosity, fluid saturation and permeability. The definition of this
complexity is easier to reveal by using space characteristic i.e. dimension, shape
and structure, or in fact, it is commonly expressed through geometry and structure.
Therefore, the acoustic wave velocity is influenced by the pore geometry and the
pore structure of the rock. In sandstone, the existence of clay minerals and other
solids components can determine the complexity of the pores system.
The previous studies merely emphasized on parameters regarding the type,
distribution and volume of clay and the shape of pore and the pore size. However,
the previous characterization of pore space complexity was too complex and was
not associated with the characteristics resulted from diagenetic process.
Considering that the pores internal structure characterization required petrography
analysis data that are not always available, therefore, it is required the easier
methods. The easier methods refer to the use of available physical properties of
rock data, i.e. porosity and permeability, or the relationship between porosity and
permeability and able to show such information.
This research was intended to explore the relationship between the acoustic wave
velocity and the complexity of pore systems through physical experiments on
sandstones. The complexity of pore systems were approached by using
quantification of pore geometry and pore structure based on dimensional analysis
of Kozeny-Carman equation. The dimensional analysis has already been
recognized for its ability to distinguish between one diagenetic result and other
diagenetic results on carbonate rocks. It is expected that this analysis can also be
applied on sandstones. The purpose of this research were to establish a more
accurate emperically method to estimate the acoustic wave velocity based on
petrophysical data, porosity and permeability and porosity and permeability
estimation based on the acoustic wave velocity using an equation derived from the
combination of the equations of Nur dkk. (1995), acoustic wave velocity and
Kozeny (1972).
iii
The focus of this research was on sandstones because, when compared to
carbonate rock, in general the materials composing sandstones more vary in terms
of the type and the content of the clay, and the other minerals. This research
employed 1094 core samples from 5 rock data sets of different sandstone
reservoirs which comprised of the petrography and XRD data analysis, porosity,
permeability, rocks density, capillary pressure as the function of water saturation,
and acoustic wave velocity including both compressional wave velocity and shear
wave velocity (Vp and Vs). The comprehensive analysis was conducted to identify
the dominant factors which affected each group of rocks later associated with the
acoustic wave velocity.
In order to achieve the intended objective, grouping of the rocks was conducted,
hereinafter referred as rock type, by applying the concept of pore geometry and
pore structure similarity as the function of pore attribute. The similarity of rock
textures includes the grain size, the sorting, the angularity and the grain roundness
are the dominant factors which affect each rock type. A good quality of rock type
tends to have good porosity and permeability which are composed of the large
grain size, lower hardness, dominant quartz cement and kaolinite, and lower clay
volume. This group has relatively larger pore geometry or larger hydraulic radius
and simple pore structure.
The results of plotting pore geometry variable againt pore structure variable show
that P-wave velocity (Vpdry) data can be clearly grouped based on rock type. The
rocks with similarity of pore geometry and pore structure were classified in the
same group and have different variations of P-wave velocity from other groups.
Each rock type has a similar pattern in that P-wave velocity (Vpdry) increases with
pore geometry and pore structure variable. Since pore geometry is proportional to
hydraulic radius, Vpdry increases with the increase in pore radius. Furthermore,
based on the relationship of bulk modulus and P-wave velocity (Vpdry) with
porosity by applying Nur approach (1995), it can be identified that each rock type
has its own critical porosity.
The results of this research indicates that rock type and critical porosity have an
important role in estimating the porosity and permeability based on the P-wave
velocity. The indication shows that there is a relationship between the porosity
and permeability with P-wave velocity which can be used to estimate the porosity
and permeability. Further, by applying the rock type equations (Wibowo, 2014)
(k/) 0.5 as function of (k/3) to Vpdry, the empirical equations can be arranged to
estimate Vpdry based on the porosity and permeability. The results of prediction for
porosity, permeability and P-wave velocity are excellent by using this method,
offering an alternative technique to be used in petroleum industry.
Keywords : Pore geometry, Hydraulic radius, P-wave velocity, Porosity,
Permeability, Rock type, Pore structure.
iv