konsep proposal tesis toddy samuel (unrevised)
TRANSCRIPT
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 1/11
SIMULASI NUMERIK PERUBAHAN MASSA AKIBAT
DINAMIKA MUKA AIR SUNGAI DAN WADUK UNTUK
KOREKSI NILAI GAYABERAT MIKRO ANTAR WAKTU
(STUDI KASUS: BANYUURIP, BLOK CEPU, JAWA TIMUR)
PROPOSAL TESIS
Oleh:
Toddy Samuel
227 10 305
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK AIR TANAH
FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI KEBUMIAN
2011
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 2/11
1
PROPOSAL TESIS
SIMULASI NUMERIK PERUBAHAN MASSA AIR AKIBAT
DINAMIKA MUKA AIR SUNGAI DAN WADUK UNTUK
KOREKSI NILAI GAYABERAT MIKRO ANTAR WAKTU
(STUDI KASUS: BANYUURIP, BLOK CEPU, JAWA TIMUR)
1. Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
Sumur-sumur tua pada lapangan minyak bumi Banyuurip diproduksi kembali
dengan metode EOR ( Enhanced Oil Recovery). Konsep dari metode ini adalah
menginjeksi air ke dalam reservoir sehingga minyak yang masih melekat pada
pori batuan dapat terlepas, kemudian terangkat lebih dekat dengan permukaan
sumur dan mudah untuk diproduksi. Dua aspek penting dalam efisiensi proses
injeksi dalam metode EOR adalah pemantauan dan simulasi pergerakan fluida
reservoir sebagai respon dari aktivitas proses injeksi dan produksi. Salah satu
metode pemantauan yang dapat digunakan adalah pengukuran gayaberat mikro
(microgravity).
Pengukuran gayaberat mikro adalah metode untuk mengukur perubahan massa
yang terjadi di bawah permukaan tanah di sekitar tempat pengukuran. Perubahan
massa yang terjadi pada reservoir adalah perubahan massa gas, perubahan massa
air, perubahan massa minyak serta perubahan massa tanah. Koreksi terhadap
perubahan tiap fasa massa menjadi penting untuk dapat menentukan jumlah massaminyak yang masih terdapat pada reservoir.
Perubahan massa air yang terjadi di bawah tanah terdapat pada lapisan yang tidak
jenuh air (unsaturated zone) dan lapisan tanah yang jenuh air ( saturated zone).
Lapisan tanah yang jenuh air kemudian dibedakan menjadi lapisan pembawa air
yang tidak tertekan (unconfined aquifer ) dan lapisan pembawa air yang tertekan
(confined aquifer ). Dinamika perubahan massa air yang terjadi pada lapisan
pembawa air yang tidak tertekan mendapat pengaruh dari air permukaan yang
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 3/11
2
mengimbuh lapisan tanah, oleh karena itu menjadi penting untuk mengetahui
perubahan massa air di permukaan sekitar titik-titik pengukuran.
Air sungai adalah air permukaan yang dapat memberikan pengaruh besar terhadap
perubahan massa air di sekitar titik-titik sekitar pengukuran karena perubahan
muka air sungai yang dinamis sepanjang tahun menyebabkan jumlah air yang
terimbuh ke dalam lapisan tanah tidak tetap. Sungai besar yang terdekat dengan
lapangan Banyuurip adalah sungai Bengawan Solo, yang merupakan sungai
dengan jumlah debit yang tinggi. Selain itu rencana pembangunan waduk untuk
menampung air sungai Bengawan Solo sebagai cadangan air untuk sumur injeksi
juga merupakan potensi yang dapat memberikan pengaruh cukup besar. Simulasinumerik pola aliran dan distribusi spasial air di permukaan khususnya sungai
Bengawan Solo dan waduk serta interaksi keduanya dapat menggambarkan
perubahan massa air yang terjadi di sekitar titik-titik pengukuran gayaberat mikro.
1.2.Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan koreksi gayaberat mikro antar
waktu melalui simulasi numerik perubahan massa air akibat dinamika muka air
sungai dan waduk.
1.3. Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian merupakan daerah yang terletak di antara Cepu dan
Bojonegoro dan mencakup tiga kecamatan, yaitu kecamatan Purwosari,
kecamatan Ngasem, dan kecamatan Kalitidu. Letak geografis dari lokasi
penelitian ini berada pada 9210000 N sampai 9204000 N dan 575000 E
sampai 579000 E mencakup daerah seluas 9,0 Km x 7,2 Km. Daerah penelitian di batasi oleh Sungai Bengawan Solo yang mengalir ke arah timur
di sebelah utara.
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 4/11
1
Gambar 1. Lokasi penelitian
1.4. Batasan Masalah
Penelitian ini dibatasi pada pemodelan dengan simulasi numerik mengenai
distribusi spasial air sungai Bengawan Solo serta interaksinya dengan waduk
terhadap muka airtanah pada lapisan pembawa air yang tidak tertekan. Serta di
batasi oleh pengukuran muka airtanah dan muka air sungai di lapangan.
Pengukuran langsung menghasilkan nilai gayaberat, kemudian akan dikoreksi
oleh nilai yang didapat dari pemodelan.
2. Kajian Pustaka
• Perbedaan nilai gayaberat antara dua survey pada suatu titik di lapangan
minyak bumi dan gas diakibatkan oleh tiga sumber utama, yaitu: (1)
perubahan massa reservoir minyak bumi, (2) perubahan muka air tanah,
dan (3) pergerakan tanah vertikal. (Hunt, 2000)
• Perubahan jangka pendek akibat hujan memberikan koreksi sebesar 10
µGal dan perubahan musiman pada permukaan airtanah memberikan nilai
gayaberat sebesar 10-15 µGal. (Goodkind, 1986)
Lokasi penelitian
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 5/11
1
• Analisis regresi multivariabel dicoba diaplikasikan untuk menghubungkan
antara perubahan gayaberat dan curah hujan, hasilnya didapatkan korelasi
yang baik antara keduanya sehingga estimasi perubahan gayaberat akibat
perubahan muka airtanah dimungkinkan jika tersedia data curah hujan.
(Fujimitsu dkk, 2000)
1. Asumsi dan Hipotesis
1.1. Asumsi
Asumsi- asumsi yang akan dipakai pada penelitian ini adalah:
• Bengawan Solo sebagai sumber air permukaan utama di daerah ini
mengalir sepanjang tahun dan bersifat influent (air permukaan mengimbuhlapisan tanah pembawa air yang tidak tertekan).
• Perubahan muka air sungai Bengawan Solo mengikuti tinggi-rendahnya
curah hujan di lokasi penelitian.
• Terjadi rembesan air dari waduk ke dalam sungai Bengawan Solo.
• Perubahan muka airtanah pada lapisan tanah pembawa air yang tertekan
dianggap tidak ada sehingga tidak perlu ditinjau.
1.1. Hipotesis
Beberapa dugaan awal yang akan dibuktikan di dalam penelitian ini adalah:
• Perubahan muka airtanah pada lapisan tanah pembawa air yang tidak
tertekan mengikuti pola perubahan muka air sungai Bengawan Solo.
• Simulasi numerik akan memberikan nilai perubahan massa air yang lebih
akurat sehingga nilai koreksi gayaberat mikro akibat perubahan massa
tersebut lebih besar.
1. Data dan Metodologi
1.1. Data
Data yang akan digunakan pada penelitian ini adalah:
• Data primer:
a. Data muka air sungai
b. Data muka air tanah
c. Data kondisi geologi
• Data sekunder:
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 6/11
1
a. Peta geologi
b. Peta hidrogeologi
c. Peta topografi
d. Data curah hujan
1.1. Metodologi
Metodologi dalam penelitian ini merupakan gabungan dari metode langsung
dan metode tidak langsung. Tahap-tahap pada metodologi penelitian ini
secara umum dibagi menjadi dua tahap yaitu tahap pengukuran langsung di
lapangan dan tahap pengolahan data di studio. Simulasi numerik dilakukan di
studio dengan perangkat lunak lalu ditentukan nilai koreksi gayaberatmikronya. Kemudian dibandingkan dengan nilai koreksi gayaberat mikro
yang didapat melalui pengukuran langsung dilapangan. Hasil perbandingan
ini akan menghasilkan nilai koreksi untuk media jenuh.
Gambar 2. Diagram alir penelitian
1.1.1.Koreksi Bouger
Rumus dasar Koreksi Bouger, dinyatakan dalam persamaan matematis berikut ini:
∆g=2πGϕρwΔh (1)
dengan:
∆g = Koreksi Bouger (µgal = 10-8 m/s2)
G = Konstanta gayaberat umum (6,67 x 10-11 m3/ kg s2)
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 7/11
1
ϕ = Porositasρw = Densitas (kg/ m3)∆h = Perubahan MAT (m)
Namun, untuk menghitung Koreksi Bouger yang lebih lengkap, menggunakan
persamaan berikut ini:
AB=gobs- g(φ)-FAC+BC-TC (2)
AB=gobs- g(φ)+FAC-BC+TC (3)
AB=gobs-gφ+c1-c2h+c3Δh (4)
dengan:
AB = Anomali Bouger lengkap
gobs = Gayaberat observasi
g(φ) = Gayaberat teoritis pada lintang φφ = lintangFAC = Koreksi Udara Bebas ( Free Air Correction)BC = Koreksi Bouger ( Bouger Correction )TC = Koreksi Medan (Terrain Correction)c1 = konstanta koreksi udara bebas (c1 = 0,0308765 mGal/ meter)c2 = konstanta koreksi Bouger untuk lempeng terbatas = 0,04193 ρc3 = konstanta koreksi medan (perubahan koreksi medan akibat perubahan
tinggi)ρ = rapat massa pada koreksi Bouger (c2)
h = Tinggi (meter)∆h = Beda tinggi titik amat dengan topografi sekelilingnya
Anomali gayaberat mikro antar waktu merupakan selisih nilai anomali Bouger
lengkap pada setiap titik pengukuran pada interval waktu tertentu Δt=t2-t1 yang
dapat ditulis sebagai:
Δgx,y,z,Δt=ABt2-ABt1 (5)
Perubahan rapat massa Bouger pada persamaan (4) akibat pergerakan tanah
vertikal biasanya relatif kecil dan dapat dianggap tetap pada dua periode
pengukuran, sehingga persamaan (5) dapat dituliskan menjadi:
Δgx,y,z,Δt=gobs2-gobs1-gφ2-gφ1+c1-c2h2-h1+c3Δh2-Δh1 (6)
dengan:
∆g (x,y,z,∆t) = Anomali gayaberat mikro antar waktu
gobs(1) = Gayaberat observasi pengukuran ke- 1gobs(2) = Gayaberat observasi pengukuran ke- 2g(φ1) = Gayaberat teoritis pada lintang φ pada pengukuran ke- 1
g(φ2) = Gayaberat teoritis pada lintang φ pada pengukuran ke- 2
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 8/11
1
h1 = Tinggi titik amat pada pengkuran ke- 1h2 = Tinggi titik amat pada pengkuran ke- 2∆h1 = Beda tinggi titik amat dengan topografi sekelilingnya pada
pengukuran ke- 1
∆h2 = Beda tinggi titik amat dengan topografi sekelilingnya pada
pengukuran ke- 2
Perubahan koreksi medan akibat perubahan tinggi titik amat relatif kecil.
Berdasarkan pemodelan matematik (Sarkowi, 2007) menunjukan bahwa
perubahan tinggi titik amat 50 cm menyebabkan perubahan koreksi medan sebesar
3 µGal, sehingga perubahan koreksi medan akibat perubahan titik amat dalam
orde kecil (beberapa sentimeter) dapat diabaikan (C3=0), maka persamaan (6)
dapat disederhanakan menjadi :
Δgx,y,z,Δt=gobs2-gobs1-gφ2-gφ1+c1-c2h2-h1 (7)
Untuk posisi stasiun titik amat tetap φ1 = φ2, persamaan (7) dapat disederhanakan
menjadi:
Δgx,y,z,Δt=gobs2-gobs1+c1-c2h2-h1 (8)
gobs2-gobs1=Δgx,y,z,Δt-c1-c2h2-h1 (9)
Kadir (1999) megungkapkan bahwa untuk benda 3 dimensi dengan distribusi
rapat massa ρ (α, β, γ), anomali gayaberat mikro antar waktu pada titik P(x,y,z) di
permukaan diberikan oleh:
Δgx,y,z,Δt=G0∞-∞∞-∞∞∆ρα, β,∆tz-γx-α2+y-β2+z-γ32dαdβdγ
(10)
dengan:
∆g (x,y,z,∆t) = Anomali gayaberat mikro antar waktu
G = Konstanta gayaberat umum (6,67 x 10-11 m3/ kg s2)
∆ρ = Kontras rapat- massaα, β, γ = Koordinat rapat- massax, y, z = Koordinat titik pengamatan∆t = Selang waktu pengukuranDari persamaan 9 dan 10 diperoleh:
gobs2-gobs1=G0∞-∞∞-∞∞∆ρα, β,∆tz-γx-α2+y-β2+z-γ32dαdβdγ-c1-
c2h2-h1 (11)
Persamaan (11) menunjukkan bahwa selisih nilai gayaberat hasil pengukuran
(gobs(2) - gobs(1)) disebabkan oleh perubahan rapat-massa bawah permukaan akibat
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 9/11
1
dinamika fluida bawah permukaan dan perubahan ketinggian titik amat akibat
pergerakan tanah vertikal. Jika perubahan ketinggian titik amat (h2 - h1) akibat
pergerakan tanah vertikal terukur, maka selisih gayaberat hasil pengkuran
merupakan perubahan rapat- massa bawah permukaan saja.
Efek gayaberat akibat perubahan massa (rapat-massa) pada reservoir minyak bumi
didapatkan dengan mengoreksikannya dengan efek gayaberat akibat perubahan
muka airtanah dan pergerakan tanah vertikal. Dengan ketentuan, penurunan nilai
gayaberat (-) berkenaan dengan pengurangan massa (discharge) dan penurunan
muka airtanah. Kenaikan nilai gayaberat (+) berkenaan dengan penambahan
massa (recharge) dan kenaikan muka airtanah. Kenaikan nilai gayaberat (+) berkenaan dengan kenaikan muka tanah (inflation) dan penurunan gayaberat (-)
berkenaan dengan penurunan muka tanah ( subsidence).
Koreksi gayaberat akibat pergerakan tanah vertikal (perubahan elevasi) titik amat
dihitung dengan menggunakan gradien vertikal gayaberat normal, dengan
persamaan sebagai berikut:
gφ,h=gφ+∂gφ∂h (12)
dengan:
gφ=ge1+52m-f-1714mfsin2φ+f28-58mfsin22φ (13)
adalah nilai gayaberat normal suatu titik di permukaan bumi yang terletak pada
lintang φ dan elevasi h dari ellipsoid, sehingga didapatkan:
∂gφ∂h=-∂gφα1+f+m-2fsin2φ (14)
Untuk φ = 7.5 , nilai gradien vertikal adalah:
∂gφ∂h=-0,308765mGalm≈3 μGal/ cm (15)
dengan:gφ = Gayaberat normal pada lintang φ dan elevasi 0 dari elipsoidgφ,h = Gayaberat normal pada lintang φ dan elevasi h dari elipsoid∂gφ
∂h
= Gradient vertikal gayaberat normal suatu titik di permukaan bumi
yang terletak pada lintang φφ = lintangh = Elevasi dari elipsoidf = Penggepengan a-baa, b = Radius terpanjang dan terpendek ellipsoid bumim = Konstanta Clairut ω2a3GM
ω = Kecepatan sudut bumiG = Konstanta gayaberat umum (6,67 x 10-11 m3/ kg s2)
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 10/11
1
M = Massa Bumi
2. Sumbangan terhadap Ilmu Pengetahuan
Dengan adanya penelitian ini, diharapkan nilai koreksi gayaberat akibat perubahan massa air yang nantinya akan dihasilkan dapat menjadi acuan untuk
penelitian selanjutnya.
3. Jadwal Pelaksanaan
KegiatanJan
2012
Feb
2012
Mar
2012
Apr
2012
Mei
2012
Jun
2012
Jul
2012
Agus
2012
Sep
2012
Studi Literatur
dan Perangkat
Lunak
Pengumpulan
Data
Pengerjaan
Model
Pengukuran di
Lapangan
Verifikasi dan
Koreksi Hasil
Analisa dan
Penyusunan
LaporanTabel 1. Jadwal pelaksanaan
4. Daftar Pustaka
Fujimitsu, Y et al. (2000), Reservoir Monitoring by Repeat Gravity Measurements
at The Takigami Geothermal Field, Central Kyusu, Japan, Proceeding
Word Geothermal Congress, Kyushu-Tohoku, Japan, 559-564.
Goodkind, J. M. (1986), Continuous Measurement of nontidal variations of
gravity, Journal of Geophysical Research, 91,9125-9134.
Hunt. (2000), Microgravity Monitoring , Five Lecture on Environmental Effect of
Geothermal Utilization, The United Nations University, Iceland, 73 – 103.
Kadir W.G.A. (1999), The 4-D Gravity Survey and Its Subsurface Dynamics : a
theoretical approach, Proceeding of 24 HAGI Annual Meeting , Surabaya,
94-99.
Lambert, A, Beaumont, C, (1977), Nano Variations In Gravity Due To Seasonal
Groundwater Movements: implications for the gravitational detection of
tectonic movements, Journal of Geophysical Research 82, 297–306.
5/13/2018 Konsep Proposal Tesis Toddy Samuel (unrevised) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/konsep-proposal-tesis-toddy-samuel-unrevised 11/11
2
Sarkowi, M. (2007), Time Lapse Microgravity for Analysis of Groundwater Table
Change – Case Study in Alluvial of Semarang , Disertasi Program Doktor,
ITB, Bandung.