Post on 13-Nov-2014
description
SIFAT BATUAN DAN FLUIDA PANASBUMI
Kelompok 4Geothermal B
SIFAT BATUAN
SIFAT FLUIDA
Volume Spesifik
Entalpi
Energi Dalam
Entropi
Viskositas
Panas Spesifik
Konduktivitas Panas
Panas Spesifik
Densitas Batuan
Permeabilitas
Porositas
Parameter
Sifat BatuanPorositas (φ)
φ = Vp/Vb
Fraksi dari volume total batuan
Porositas Rekahan
Porositas Antar Butir
Porositas Matriks Batuan
Batuan Reservoir Panasbum
i
Sifat BatuanPermeabilitas (k)
Parameter untuk menetukan kecepatan
alir fluida di dalam batuan berpori
k arah horizontal > k arah vertikal
Permeabilitas matriks batuan reservoir panasbumi sangat
kecil
Satuan
mD (mili Darcy)
1 Darcy = 10-12 m2
Permeabilitas
1-100 mD
Transmisivitas
1-100 Dm
Sifat Batuan
Densitas (ρ)
Perbandingan antara berat batuan dengan volume dari
batuan tersebut
Sifat Batuan
Konduktivitas Panas (K)
Parameter untuk menyatakan besarnya kemampuan batuan
menghantarkan panas secara konduksi apabila
terdapat perbedaan temperatur pada batuan
tersebut (gradian temperatur)
𝑲=𝑸 ( 𝒅𝑻𝒅𝒛 )
Parameter yang menyatakan banyaknya panas yang diperlukan untuk menaikan suhu satu satuan masa batuan tersebut sebesar
1˚C
Panas Spesifik (cp)
Harga spesifik batuan
T Rendah = 0.75 - 0.85 kJ/kg0C
T Sedang = 0.85 - 0.95 kJ/kg0C
T Tinggi = 0.95 - 1.10 kkJ/kg0C
Sifat Batuan
Jenis batuan atau mineral-mineral pembentuknya
Konduktivitas batuan ditentukan
Struktur kristal pembentuknya
Konduktivitas berlainan ke semua arah
Panas merambat dengan laju yang berbeda ke arah berlainyan
Orientasi masing-masing mineral
KwarsaKonduktivitas tinggiPlagiocaseKonduktivitas rendah
Contoh
Temperatur Fluida < Temperatur Titik Didih / Temperatur Saturasi
Temperatur Fluida > Temperatur Titik Didih / Temperatur Saturasi
Fluida Panasbumi
Cair Uap
Jenis dan Sifat Fluida
Temperatur Tekanan
250
200
150
100
50
00 50 100 150 200 250 300 350 400
Temperature, ˚C
Pre
ssu
re,
bar
ab
sCritical Point
Hubungan Temperatur Saturasi terhadap TekananKurva
Saturasi
Superheated Steam
Compressed liquid
Two Phase Mixture
Fluida dua fasa terdiri dari campuran uap –air. Fraksi uap di dalam fluida
atau sering disebut kwualitas uap atau dryness (x) menentukan jenis fluida yang terdapat pada fluida dua fasa.
Dryness (x) didefinisikan sebagai perbandingan antara laju alir masa
uap dengan laju alir masa total.
x = 0(cairan jenuh/
saturated liquid)
x = 1(uap jenuh /
saturated vapor)
Superheated Steam (Uap Lewat Panas)Two Phase Mixture (Fluida Dua Fasa)
Saturated Vapor (Uap Jenuh)
Saturated Liquid (Air Jenuh)
Compressed Liquid
Jenis Fluida
T > Tsaturasi
T = Tsaturasi
X = 1
X = 0
T < Tsaturasi
Pengaruh CO2 dan NaCl terhadap Temperatur dan Tekanan
Saturasi
Fluida yang terkandung dibawah permukaan dapat ditentukan dari landaian tekanan dan
temperatur hasil pengukuran di dalam sumur. Dari data tekanan dan dengan menggunakan Tabel Uap, selanjutnya ditentukan temperatur
saturasi atau temperatur titik didih. Temperatur saturasi kemudian diplot
terhadap kedalaman. Kurva biasa disebut sebagai “Kurva BPD”, dimana BPD adalah singkatan dari Boiling Point with Depth.
Apabila landaian temperatur dari pengukuran di sumur terletak di sebelah kiri kurva BPD, maka fluida
hanya terdiri dari satu fasa saja, yaitu air.
Apabila landaian temperatur dari pengukuran sumur terletak disebelah kanan dari kurva BPD, maka fluida
hanya terdiri satu fasa saja, yaitu uap.
Apabila landaian temperatur berimpit dengan kurva BPD maka fluida terdiri dari dua fasa, yaitu uap dan
air.
Tipe Landaian Tekanan dan Temperatur
Sistem Dominasi Uap
Sistem Dominasi Air
Sifat Fluida Satu Fasa
Volume Spesifik
Densitas
Energi Dalam
Entalpi
Panas Laten
Entropi
Viskositas
f dan g
f dan g
uf dan ug
hf dan hg
hfg
sf dan sg
f dan g
Volume Spesifik
Volume spesifik suatu fasa fluida adalah perbandingan antara masa dan volume fasa fluida
Sifat Fluida
Densitas
Densitas suatu fasa fluida adalah perbandingan antara masa dengan
volume fasa fluida tersebut
Sifat Fluida
Energi Dalam (u)
Merupakan parameter banyaknya panas yang terkandung didalam
suatu fasa persatuan masa
Sifat Fluida
jumlah energi dalam dengan energi yang dihasilkan oleh kerja tekanan
Entalpi (h)
Panas Latent
panas yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa air pada kondisi saturasi (jenuh)
menjadi 100% uap.
Entropi (s)
Bilangan abstrak yang menunjukkan peningkatan atau penurunan dari panas yang
diberikan atau ditolak pada suatu benda
VISKOSITAS
VISKOSITASKINEMATIK
v
VISKOSITASDINAMIK
μ
v = μ / ρ
ukuran keenganan suatu fluida untuk mengalir
Sifat Fluida Dua Fasa
𝒙=𝒎𝑽
𝒎𝑻
𝒙=𝒎𝑽
𝒎𝑽+𝒎𝑳
𝒉=𝒉 𝒇 +𝒙𝒉 𝒇𝒈
𝒔=𝒔 𝒇 +𝒙 𝒔𝒈
=𝒙𝒈+ (𝟏− 𝒙 )𝒇
𝒖=𝒙 𝒖𝒈+ (𝟏− 𝒙 )𝒖 𝒇
Dryness (x) didefinisikan sebagai perbandingan antara laju alir masa uap dengan laju alir masa total.
Jenis fluida biasanya ditentukan dengan membandingkan harga
entalpinya (h) dengan entaLpi air dan entalpi uap (hf dan
hg)pada kondisi saturasi. h < hf Air (compressed liquid)
h = hf Air jenuh (saturated liquid)
h = hg Uap jenuh (saturated steam)
hf < h < hg Dua fasa (campuran uap-air)
h > hg Uap (superheated steam)
Fluida Dua Fasa Dalam Batuan Reservoir
Hukum Darcy
Data Kimia Fluida
Perkiraan Sistem Panas Bumi Sifat Fluida
Temperatur, Jenis Reservoir, Asal
muasal air
Korosifitas, Kecenderungan
membentuk Scale (endapan padat)
Perencanaan sistem pemipaan dan sistem pembangkit listrik
Geokimia Fluida Panas Bumi
Sistem panas bumi/geotermal adalah sistem hidrotermal
terbuka.
Air merupakan media pembawa panas dan didominasi
oleh air meteorik
Saat fluida magmatik ikut ambil bagian, sistem panas
bumi menjadi sistem hidrotermal volkanik/magmatik.
Geokimia Fluida Panas Bumi
Kegunaan Data Kimia pada Tahap Produksi
Kegunaan Data Kimia pada Tahap Perencanaan
dan Konstruksi
Ion Balance
Pengaruh Boiling terhadap Komposisi
Fluida
Kandungan Kimia Fluida Panas Bumi
Jenis-Jenis Air Panas Bumi
Kegunaan Data kimia pada Tahap
Prospeksi
Kegunaan Data Kimia pada Tahap
Pemboran
Geokimia Fluida Panas Bumi
Kandungan Kimia Fluida Panas Bumi
Perubahan bentuk dan komposisi fluida
BoilingPencampuran
fluida magmatik
Pencampuran air dingin dari sumber lain
Oksidasi dekat permukaan
Altrasi termal batuan
Degradasi material
organik pada batuan
sedimen
Boiling:Air + unsur terlarutUap air + gas
: H2O + Cl, SiO2, Na, K, Ca, dll: H2O + CO2, H2S, dll
Fluida panas bumi
Air tanah:HCO3
MgCa
Mixing:
Air reservoir (Cl) + Air tanah
Oksidasi dan kondensasi:
H2S + 2O2 H2SO4 (2H+ + SO42-)
CO2 + H2O H2CO3 (H+ + HCO3-)
SO4 water
Muka air tanah
Topografi
Cl water
Diluted Cl-HCO3 water
HCO3 water
Kandungan Kimia Fluida Panas Bumi
Kosentrasi ion yang berbeda-beda dapat disebabkan karena banyak hal, antara lain adalah
Temperatur
Kandungan Gas
Sumber Air
Jenis Batuan
Kondisi dan lamanya interaksi
air batuan
Campuran air lain
Air Alkali Klorida
Air Asam Sulfat
Air Asam Sulfat-Klorida
Air Bikarbonat
Jenis-Jenis Air Panas Bumi
• Cl Tinggi (1000-10.000 mg/kg).
• Menunjukkan air reservoir
• Na dan K tinggi
• Ca seringkali rendah
• SiO2 cukup tinggi (tergantung temperatur).
• Umumnya mengandung SO42- , HCO3
-
• Sejumlah kecil F, NH 3 , As, Li, Rb, Cs dan Mg.
• pH sekitar 6 - 7.5 (tergantung CO2 yang terlarut)
• Terbentuk endapan permukaan sinter silika
Air Alkali Klorida
• SO42- (1000 ppm)
• Cl- dan HCO3- sangat rendah (kadang-kadang =
nol)• Mengandung Na, K, Ca, Mg, Fe• pH rendah (pH < 2-3)• Acid Sulphate water biasanya terjadi di volcanic
geothermal areas dimana uap terkondensasi menjadi air permukaan
• Acid Sulphate water berasal dari oksidasi H2S yang terjadi di “vadose zone” yaitu daerah dekat permukaan air.
Ditunjukkan dengan kenampakan kolam lumpur dan pelarutan batuan sekitar
Tidak dapat digunakan sebagai geotermometer
Air Asam Sulfat
• Cl- dan SO42- cukup tinggi
• pH < 2 – 5
• Tercampurnya alkali chloride water dengan acid
sulphate water
• Ion sulphide (h2S) dalam alkali chloride water teroksidasi
menjadi SO42-
• Alkali choride water melewati dan bereaksi dengan
batuan yang mengandung sulphur
Air Asam Sulfat-Klorida
• HCO3 tinggi
• Cl- rendah
• pH sekitar 5-6
• Di beberapa tempat air karbonat tercampur
karena adanya batuan limestone di bawah
permukaan.
• Di permukaan hal ini dicirikan oleh adanya
endapan sinter travertin (CaCO3) disekitar mata
air panas.
Air Bikarbonat
KEGUNAAN DATA KIMIA PADA TAHAP PROSPEKSI
GEOKIMIA Manifestasi Panasbumi Di Permukaan
KARAKTERISTIK
JENIS MANIFESTASI
PENGUKURAN
ANALISA KIMIA
PEMETAAN
SAMPLING
LOKASI
Kegiatan Pada Tahap Prospeksi
1 . Jenis reservoir
2 . Temp . reservoir
3 . Jenis batuan
4 . Besar natural heat flow
5 . Area of high upflow permeability
6 . Likely environmental problems
7 . Scaling potential
8 . Recharge area
9 . Siting exploration wells
IDENTIFIKASI JENIS
RESERVOIR
SISTIM HIDROTHERMAL
CYCLIC SYSTEMS
STORAGE SYSTEM
• Spring dengan kandungan chlorida tinggi
• Mata air panas yang bersifat netral
• Mata air panas jenuh dengan silika
• Kolam air panas : Air jernih, kebiruan netral
• Fumarole yang memancarkan uap dengan kecepatan tinggi
• Geyser
• Silika sinter
• Mata air panas yang bersifat asam
• Bila tidak ada spring yang kandungan chloridanya “significant”
• Mata air panas bersifat netral di kaki gunung
SISTIM DOMINASI UAP SISTIM DOMINASI AIR
Kolam air panas : Air bersifat asam berlumpur & kehijauan
Telaga air panas (hot cakes)
Mud pools
SISTEM DOMINASI (UAP ATAU AIR)
Perkiraan temperatur reservoir pada tahap prospeksi dari data kimia air permukaan
Geotermometer merupakan metode memperkirakan suhu reservoir panas
bumi yang didasarkan pada keberadaan zat– zat terlarut pada fluida panas bumi
dimana konsentrasi fluida tersebut sangat bergantung suhu.
Berdasarkan variasi kandungan beberapa unsur dalam
fluida panasbumi yang hadir sebagai fungsi dari
temperatur (solubilitas unsur sebagai fungsi dari
temperatur)
Unsur : terlarut, gas, isotop
Kesalahan: 5 hingga 10oC
Syarat:
Fluida panas bumi muncul ke permukaan dengan cepat (> 2 kg/sec)
Tidak ada mixing dengan fluida lain
Tidak ada steam atau gas yang hilang
Air klorida, pH netral
Non-volatil (unsur terlarut):
Anion, mis. Cl-, HCO3-, SO4
-2, NH4-, F-, I-, Br-
Kation, mis. Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Mn+2, Fe+2, Al+3, ion-ion As
Spesies netral, mis. SiO2, B, CO2, H2S, NH3
Volatil (gas):
Non condensible gases, mis. CO2, H2S , H2, N2
Gas inert/konservatif, mis. He, Ar
Geotermometer unsur terlarut:Geotermometer silika (SiO2)Geotermometer Na-KGeotermometer Na-K-MgGeotermometer Na-K-Cadll
Geotermometer gas:Geotermometer CO2-H2S-H2-CH4
Geotermometer COGeotermometer CO2
dllGeotermometer isotop
Geothermometer
Silika Geothermom
eter
Sodium, Potassium
Geothermometer Sodium,
Calcium, Potassium
Geothermometer
Permukaan Jenuh Kuarsa
Proses pendinginan secara adiabatik
Proses pendinginan secara konduktif
Permukaan Jenuh Chalcedony
Proses pendinginan secara konduktif
Silika Geothermometer
T<2500C
T>1500C Geothermomet
er Kuarsa
T<1500C Geothermomet
er Kalsedon
T<1000C Geothermometer Silika amorf
Untuk air jenis-jenis alkali-klorida dengan pH netral.
Tidak tepat digunakann bila ada endapan travertine
Persamaan Fournier :
Persamaan Giggenbach :
Sodium, Potasium Geothermometer
T>1500C
T>1500C
Untuk air yang mengandung Ca cukup banyak
Untuk air yang memberikan endapan traverline
Hitung :
Bila negatif Bila positif
Sodium,Calcium,Potasium Geothermometer
T>1200C
Dari Perbandingan Ion/Komponen:
Memperkirakan Sumber Air Pada Tahap Prospeksi
• Cl/Mg dan Cl(Mg+Ca) rendah• Ca/Mg sangat rendah
ADA PENCAMPURAN DENGAN AIR LAUT
• Na/Mg Rendah• Cl(HCO3 + CO3) rendah• Na/Li tinggi
ADA PENCAMPURAN DENGAN AIR DINGIN
• Na/B sama disemua tempat • Cl/B sama disemua tempat
AIR BERASAL DARI SATU SUMBER
• Na/K tinggi (15-25 ppm) AIR DARI SUMBERNYA TIDAK
LANGSUNG MENGALIR KE PERMUKAAN
• SiO2/K di perm. > di bawah perm.ADA PENCAMPURAN DENGAN AIR BERTEMPERATUR TINGGI
• Cl/SO4 rendah • Cl/B rendah
AIR BERASAL DARI SUATU SUMBER AIR YANG
DIPANASI UAP• Ca/Mg tinggi• Cl(HCO3 + CO3) tinggi• Na/Li tinggi
AIR MENGALIR LANGSUNG DARI SUMBERNYA
• SiO2/K di perm = di bawah permDALAM PERJALANANNYA KE PERMUKAAN PENGENDAPAN
SILIKA SANGAT KECIL
SUMBER AIR BERTEMPERATUR TINGGI
• Na/Ca tinggi• Na/Mg tinggi• Cl/Mg dan Cl(Mg+Ca) tinggi • Cl/SO4 tinggi• Ca/HCO3 • Na/K rendah (12-15 ppm) • Cl/F tinggi
Geochemist Downhole Sampling
(Wells)
Analisa Kimia
KEGUNAAN DATA KIMIA PADA TAHAP PEMBORAN
1. Memperkirakan komponen dan sifat kimia fluida reservoir (Untuk modifikasi “conceptual Model”)
2. Memperkirakan kedalaman pusat - pusat rekahan (feed zones) di sumur
3. Memperkirakan luas reservoir
• Analisa chloride dari berbagai sumur Dipetakan dapat diperoleh ⇒ ⇒gambaran mengenai upflow & outfow area
4. Menentukan entalpy fluida
5. Memonitor natural surface features
• Kandungan kimia dalam srpings & fumarcole diukur pada waktu pemboran & pengujian.
KEGUNAAN DATA KIMIA PADA TAHAP PEMBORAN
Kegunaan Data Kimia Pada Tahap Produksi
GEOCHEMIST• Sampling :
• Two phase lines• Separated water lines• Steam lines• Surface features
ANALISA KIMIA
SURFACE SAMPLING
(WELLS)
Kegunaan Data Kimia Pada Tahap Produksi
1. Memonitor kandungan kimia fluida sumur, untuk mendapatkan informasi mengenai: • Reinjection returns (Diindikasikan oleh adanya peningkatan kandungan Chlorida). • Penurunan enthalphy fluida (Diindikasikan oleh adanya penurunan konsentrasi Silika). • Masuknya air hasil pemanasan uap kedalam reservoir . Hal ini diindikasikan oleh adanya peningkatan ratio Sulphate/ Chloride. • Perubahan tingkat pendidihan air . Hal ini dapat diketahui dari perbandingan CO2/H2S • Perubahan zona produksi di dalam sumur. • Perubahan potensi scaling • Perubahan pH air reservoir .2. Memonitor kandungan kimia air injeksi.3. Problem solving.
Kegunaan Data Kimia Pada Tahap Perencanaan Dan Konstruksi
Konsentrasi silica
Banyaknya & jenis gas dalam uap
Data kimia air & gas
Chemistry of cooling water circuit
Environmental Planning
Chemistry of Production wells
Silica scaling in separated water pipeline & Reinjection wellsPerlu ditentukan :♦ Besarnya tubing inlet press♦ Besarnya temperatur air yang akan diinjeksikan
• Design condensor�• Sice condensor�• Pompa yang dibutuhkan�• Design turbine�• Steam & water pipelines�• Condensor�• Turbin blades�• Valves�• Compensatore�• Cooling towers�• Pompa�
• Design cooling tower• Materials
• �Likely gas emissions from cooling tower• Disposal of condensate blow down�• Disposal of gas extraction effluent�• Power station acoupational heath�• Effects of spills & breaks in pipe lines�• Water right hearings & envionmental impact �
reports
Fleld & clarification of conc. model
Cara untuk mengetahui seberapa baik analisa kimia yang kita miliki
Perbandingan jumlah [ion positif] dan [ion
negatif] adalah sama
Ion Balance ≤ 5%, menunjukkan analisa
yang baik
Ion Balance
∑ M×n=0
∑ mi× zi=0
Molaritas
Valensi IonMolalitas
Valensi Ion
∑ M×n=0∑ mi× zi=0
Perhitungan perbandingan jumlah [ion positif] dan [ion negatif] adalah sama
Molaritas Valensi IonMolalitasValensi Ion
Konversi konsentrasi ci dalam mg/kg atau mg/L ke konsentrasi molal mi dalam mol/kg atau molar mol/L
mengikuti persamaan:
M=CiMr m=
C iMr
Ion Balance ≤ 5%, menunjukkan analisa
yang baik
∆Charge%=∑ kation+∑ anion
|∑ kation|+|∑ anion|×100%
LokasiNa K Mg Ca Cl SO4 HCO3
∑Kation ∑Anionmg/kg
Wairakei 1070 102 0.4 26 1770 26 76
Waitangi 285 24 9 17 364 49 202
WhiteIsland 5910 635 3800 3150 38700 4870 -
46.5 2.6 0.02 0.65 49.8 0.3 1.2
12.4 0.6 0.4 0.42 10.2 0.5 3.3
272 17.2 166 84 1156 54 -
50.5 -51.6
14.6 -14.5
791 -1264
1.1%
0.3%
23%
Kelayakan Hasil Analisa
Mol /kg
Mol /kg
Mol /kg
Terjadi pemisahan 2 fasa fluida, yaitu air dan uap.
Non-Volatil components (tidak mudah menguap)
Volatil components (mudah menguap)
Entalpi liquid (Hliq) Entalpi vapour (Hvap)
Terjadi di bagian atas, yaitu pada kedalaman < 2 km.
Pengaruh Boiling terhadap Komposisi Fluida
Tfluida < TS Liquid
Tfluida > Ts Steam
Tfluida = TS Steam + Liquid
tidak ada perubahan entalpi
Asumsi
Adiabatik Isentalpi
Boiling:x = fraksi air yang terbentuky = fraksi uap yang terbentukx + y = 1 (atau 100%)
tidak ada panas yang hilang
hres = hperm
BOILING DAN UAP YANG TERBENTUK
Fluida panas bumi bertemperatur 265oC dan muncul di permukaan dan mendidih. Berapa uap yang terbentuk oleh proses mendidih ini?Isentalpi/Adiabatik Hres,265 = x Hl,100 + y Hv,100
x + y = 1Hres,265 = (1-y) Hl,100 + y Hv,100
Hres,265 – Hl,100y = ----------------- Hv,100 – Hl,100
Hres265 = 1159 J/gm Hl,100 = 419 J/gmHv,100 = 2676 J/gm
y = 0,327 Uap yang terbentuk adalah 33%x = 1 - 0,327 = 0,673 Fluida sisa/residual adalah 67%
BOILING DAN UAP YANG TERBENTUK
Berapa konsentrasi Cl di permukaan , apabila fluida reservoir yang suhunya 2560C mengandung Cl dengan konsentrasi 1145 mg/kg?
Mass balance Cll,265 = x Cll,100 + y Clv,100
Cll,265 = x Cll,100
Cll,265 Cll,265Cll,100 = -------- = --------
x (1 – y)
1145 Cll,100 = -------- = 1701 mg/kg
0,673
TERIMA KASIH