SC 5‐1 : Introduksi Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi SUDARMAN, Ketua Bidang Kompetensi API
[email protected]
22‐23 April 2010 Hotel Patra Jasa A. Yani, Jakarta © IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
1
Introduction
Intermidiate
Advanced
Apa, Kenapa ?
Bgm Std ?
Bgm Inovasi ?
Awareness & Basic Appl.
Skillful Aplications
Mastery Appl.
Memahami konsep dasar
Memahami & melaksanakan konsep
Rekomendasi effectiveness
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
2
Pendahuluan dan Tinjauan Umum
Pra Eksplorasi ‐‐ WKP
Eksplorasi
Kelayakan Cadangan
Bor Pengembangan
Masa Produksi
Kesimpulan
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi
Sayogi Sudarman, 2010
3
Pendahuluan
Bahan dibuat lebih praktikal ‐ fungsi eksplorasi pada setiap tahapan alur pengembangan Bahan diberikan 40% teori dan 60% studi kasus agar dapat segera diaplikasikan
Tinjauan Umum
Gambaran umum prospek dan reservoir panas Karakteristik reservoir dan dampak pengembangan
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
4
Penyebaran prospek panas bumi di Indonesia : Jalur Gunung Api ‐ Subduction
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
5
Geological Setting
Graben
Caldera
© IGA Education
Dome
Dieng Mixing Model (M Budiardi et al. IPA, 1991)
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
6
Geothermal Reservoir System Vs Boil Water at the Kitchen
• Pluton as heat sources, 400 C • Reservoir rocks, permeable formation •Cap rocks, impermeable hydrothermal clay formation • Meteoric water recharge, steam vent up flow and hot water out flow discharge
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
7
NZ. Geothermal Institute Lecture Note, 1993
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
8
Temperatur ‐ High T (>220°C), Quarter, sistim bervariasi ‐ Moderate T (150 – 200°C), Quarter‐ Tersier, Hot Water ‐ Low T ( 100 – 150°C), Tersier, Hot Water
Volc dan non‐volc related
Tipe (High T System) ‐ Hot Water Dominated (Dryness Y = 20‐30%, 220 – 320°C) ‐ 2 phase (Y = 70‐90%, 270 ‐ 300°C) ‐ Steam Dominated (Y = 100%, 235‐ 240°C)
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
9
HIGH T SYSTEM
Moderate T System
Outflow Travertine
LOW T SYSTEM OR OUTFLOW © IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
10
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
11
KARAKTERISTIK RESERVOIR
IMPERMEABLE ARGILLITIC CAP
Propilitik EWA (lava, breksi vulk, sedimen) Petrofisika (Porositas ɸ = 5‐15%, Permeabilitas K = 3‐250mD)
t.j ρ <10:50 Ohm.m, M = 0.1: 3 A/m, Sigma σ = 2.45: 2.6‐2.65 gr/cc, TG > 20oC/100m
Fluida (Y = 0 (L‐M), 20‐30, 70‐90, 100%) NCG (<1 ‐ >10% by wt) A ( 5‐40 km2), D (700‐2000m), h (500–1.800 m) P = 20 (M) ‐ >400 MW Q = 5 ‐ >20 MW/well
• Infiltrasi air hujan merupakan bahan dasar fluida panasbumi • Sumber panas gunung vulkanik, permeabel reservoir dan impermeabel lapisan penudung faktor sistim panasbumi © IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
12
8 Water cooling deficit in mass balance ÆAir cooling,
% Depleted p.a
7 6 5
Air Cooling + Water cooling
4 Water cooling
3 2 0 © IGA Education
Uap 1
2‐Fasa 2
Air Panas 3
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
4 13
Investasi : a. Sistim dominasi uap (100% uap), paling murah, sumur reinjeksi minim, tdk dibutuhkan pipa brine b. Sistim 2‐fasa (70‐90% uap), sumur reinjeksi dan pipa brine perlu cukup banyak c. Sistim dominasi air panas (20‐30% uap), sumur reinjeksi dan pipa brine perlu banyak
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
14
Operation and Maintenance :
a. Sistim dominasi uap (100% uap), make‐up well(s) per 2 tahun, hampir bebas scaling b. Sistim 2‐fasa (70‐90% uap), make‐up well(s) per 3 tahun, potensial scaling c. Sistim dominasi air panas (20‐30% uap), make‐up well(s) per 5‐7 tahun, sangat potensial scaling
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
15
0
(2‐3)
Development
Exploration
Development Stages and Time Schedule
Production
‐ Production
‐ Production
(3‐5) BEP (6‐8)
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
35
16
Konsep pengembangan : sistim tertutup dan berkelanjutan, menjaga keseimbangan material dan panas Peranan eksplorasi – menyediakan model tentative reservoir, est. potensial awal, penentuan lokasi bor, masukan bagi reservoir dan produksi
Impermeabel clay cap alteration
? ?
© IGA Education
? ?
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
17
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
18
Geologi (kwater Æ mother heat souce, karakteristik batuan reservoir) : ‐ fokus pada alterasi, heat loss, mother source, dating cap rocks, petrofisika reservoir rocks, circular feature dan (mini) graben
Geofisika (non seismics Æ geometri cap dan reservoir rocks) : ‐ fokus pada geolistrik (DC‐Schlumberger, MT/CSAMT, MAM, logging), gravitasi, aero‐magnetics, temp. dan thermal gradient, geofisika mikro
Geokimia (anorganik Æ T dan sistim fluida) : ‐ fokus pada cathion dan gas geo‐thermometer, isotope tracer, Cl, silica dan gas changes
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
19
Month
Activity Regional/Semi Detail Survey
(1 –3) (3 –4)
Tender of working area
Nego base of PPA
(3 –4)
Detail Survey Expl Model & potential, ready to drill
(3)
UKL/UPL
(6 – 8)
Expl.well Prod. test 3‐5 wells
(1 ‐ 2)
FS Tech ‐ Econ ‐ Environment
(30 – 36)
Development
(SF + PP) (1) Prep :
4 – 7
Devt :
44 – 54
Commisioning & Test Monitoring & Res mgt Production
Total : 48 – 61 month
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
20
Tender WKP – Survai Pendahuluan : ‐ membentuk model awal reservoir tentative, belum siap untuk dilakukan bor eksplorasi
Tahapan Pemboran – Survai Detil : ‐ membentuk model tentative diuji dengan pemboran eksplorasi, produksi dan reinjeksi
Tahapan Produksi : ‐ monitoring perubahan karakteristik reservoir selama masa produksi
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
21
Model SP belum siap bor : A, T, potensial awal
Luasan A dari data geolistrik mapping respon alterasi lempungan plus struktur geologi
Data geologi : manifestasi, circular feature dan patahan utama, cap rocks 300 – 500.000 thn
Konstruksi hidrogeologi dari data geokimia saja
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
22
Geotermometer
K/Mg, SiO2 (out‐flow, manifestasi di lereng gunung atau dataran)
Grafik T vs Depth Hochstein and Sudarman, 2008
ToC = (1522)/(5.75 ‐ log SiO2) – 273 (Fournier, 1981) ToC = (4410)/(14.0 ‐ log K2/Mg) – 273 (Giggenbach, 1988)
Na/K (up flow di topografi tinggi) ToC = (1390)/(log Na/K + 1.75) ‐ 273 (Giggenbach, 1988)
Gas (fumarola) ‐ Metan (CH4) Æ log XCO2 + 4 log XH2 – log XCH4 = ‐5.922 ‐ 13178/T + 0.01959T ‐ Amonia (NH3) Æ log XN2 + 3 log XH2 – 2 log XNH3 = ‐19.245 ‐ 5179/T + 0.0336T (Xi : mole fraction of gas species i ; T in oK) ‐ D’Amore & Panichi (H2‐CO2‐CH4‐H2S) Æ Empiris
Isotop (fumarola) Δ18O (CO2‐H2O)g = 7.849 (103/T) + 2.941 (103/T2) ‐8.87 (D’Amore & Panichi (1987)
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
23
Kamojang
Salak
Dieng
300 – 450K thn
KASUR
3
KIARA BERES
250 – 450K thn GAGAK
2X 5X
© IGA Education
X
X X6 4
1
X
7X
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
24
Darajat
© IGA Education
Kamojang
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
25
Model Tentative SD siap bor Æ Geofisika lebih berperan (GF 60‐70%, GL 20%, GK 10‐20%)
Geometri A, h, D (MT/DC mapping dan sounding)
T, porositas, permeabilitas dan sistim fluida (Cl, silica, ɸ, h cap rocks)
Potensial Terduga
Konstruksi hidrogeologi dari data GG&G
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
26
Degree of Confidence? 1. Reservoir Formation and Lithology – peta geologi 2. Area (Km2) – data geolistrik dan TG 3. Potential (MW) – data integrasi 4. Depth of Top Reservoir (m) – data geofisika 5. Temperature (⁰C) – data geokimia 6. Output (MW/well) – data K dan T 7. Porosity (%) – data lab petrofisika untuk kontrol potensial 8. Permeability (mD) – data lab petrofisika untuk kontrol output sumur 9. Geothermal system, i.e Dryness or Wetness (%) – data geokimia 10. Non Condensable Gas in Steam (% by wt) – data lab geokimia dari fumarola/solfatara
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
27
Sounding DC/MT
Kurva DC‐Schlumberger Sounding dan Interpretasi 1 Dimensi
© IGA Education
Interpretasi 1 Dimensi MT : Layer‐2 konduktif sebagai representasi cap rocks alterasi lempungan
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
28
Ushijima et al, WGC 2005 © IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
29
Tentative Model : eg. Dieng
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
30
Cluster sumur eksplorasi untuk menguji model (1 Cluster per 3 km2) ‐ Pilih daerah up flow, cari zona k dan T keduanya tinggi ‐ Kedalaman D ekonomis ‐ Aman terhadap volcanic hazard
Cluster sumur produksi ‐ Proven area
Cluster sumur reinjeksi ‐ Menghindari thermal break‐through ‐ Mengacu hasil simulasi reservoir, trial and error
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
31
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
32
Area : eg. Wayang Windu DC Mapping Geothermal Field
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
33
Expl.
Production
Reinjection Jarak manifestasi Ke sumur 250m © IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
34
Bali
© IGA Education
Cisolok
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
35
Asesmen Cadangan
‐ Review model tentative Æ model reservoir (alterasi, peta dan penampang T, feed zone) ‐ Est. potensial proven dan review potensial terduga (simulasi statis) ‐ Karakteristik reservoir (batuan dan kualitas uap) ‐ Est. rata‐2 well output
Area Bor Pengembangan ‐ Sumur produksi (zona K tinggi dan K moderate) ‐ Sumur reinjeksi (zona K rendah)
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
36
A = luas prospek (km2)
reservoir pabum
top reservoir h = ketebalan res (bottom‐top res)
P = 0.22 x A (km2) x Delta T
Nilai c = 0.22, asumsi water dominated w/recharge, porositas 10% dan ketebalan reservoir h = 2.000m Delta T = (Tres – T inlet) oC ‐ T res, dari data geothermoter cathion or gas or gabungan A (km2) dari data mapping MT or DC‐ Schlumberger or gabungan Top reservoir dari data sounding
MT or DC‐Schlumberger or bottom reservoir, 2500m gabungan Bottom reservoir 2.500m, kedalaman ekonomis pemboran Ø = pori‐pori batuan terisi fluida Error Vol V = 25%, Error Por Ø = 50%, Error Temp. T = 10% ‐‐ RMS = (eV2 + eØ2 + eT2)1/2 = 57% didominasi eØ © IGA Education
S. Sudarman, 2000
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
37
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
38
Area Bor Pengembangan Pemboran akan berhasil jika : menembus top reservoir (D) menemukan temperatur (T) dan permeabilitas (K) tinggi (plume low resistivity) Peta K dibentuk dari data CSAMT, MAM dan data sumur (S. Sudarman et al, WGC‐2000, Japan). X cluster eksplorasi berbeda dari existing
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
39
Drilling prognosis ‐ Acuan operasi pemboran bagi drilling engineer ‐ Kekerasan batuan (rpm, wob, bit), lempung alterasi dan profil T (drilling fluid), partial/total loss (pompa), coring, P‐T‐S, prod. casing shoe (semen casing), TD (feed zone)
Wellsite Geology ‐ Validasi/revisi drilling prognosis sesuai hasil pemboran dan kondisi sumur, perhatikan prod. casing shoe dan TD ‐ Perubahan alterasi argilitik ke propilitik, T dan sifat lumpur, drilling break
Alterasi ‐ Intensitas Alterasi Æ derajat kehancuran – L‐S‐K (loss circulation) ‐ Rank Alterasi Æ tipe alterasi argilitik (clay minerals), propilitik (EWA), felspatik (Ampibol) dan fluid inclusion (est. T formasi)
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
40
Matriks Drilling Prognosis Depth (meter)
Litologi/Fm Top‐Bottom cap rocks
9 Top
Coring dan Water Sampling
Kekerasan Batuan L
M
K
Total Seal Minerals Total Total EWA (Epidote, Loss Zone (Silika, Karbonat, Kandungan Wairakite, Adularie) Adularia P & T Anhidrit) Lempung 0 50 100% P TL 0 50 100% 0 50 100%
X
X
9
9
Spinner (cps) 0
100 200 300
X
Reservoir (Bottom Cap Rock)
Navigator ~ Drilling Prognosis pemboran – terjepit, 9 Kegagalan gagal penyemenan © IGA Education
X
Percepatan/perlambatan pemboran
Driver ~Drilling Eng.
Info reservoir: batuan dan fluida, utk studi lanjut
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
41
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
42
Gagal penyemenan,bila production casing shoe di bawah top reservoir
Mungkin karena drilling prognosis tidak tepat dan wellsite geologist tidak antisipasi on real time.
© IGA Education
Prod. Casing Shoe
Top reservoir
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
43
(S. Sudarman et al., WGC 2000)
P‐T‐S Log KMJ‐63 © IGA Education
Feed Zone: h (T profile) 450m h (spinner) 200m √
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
44
Simulasi reservoir dinamis • •
Monitoring perubahan manifestasi • •
fisik (debit, T, heat loss, warna, perluasan steaming ground) kimia fluida (pH, konsentrasi anion Cl, SO4, HCO3 dan gas NCG)
Monitoring perubahan kimia fluida sumur •
Blok diagram model reservoir komprehensif (peta alterasi, K , T) Perubahan masa, hidrogeologi
Cl dan SiO2, Gas NCG
Monitoring perubahan fisik reservoir masa (gravitasi‐mikro dan subsidence) • porositas dan permeabilitas (repeated mise‐a‐la‐masse)
Monitoring pergerakan air reinjeksi •
tracer isotope, gempa mikro
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
45
P = I + ΔM + R
© IGA Education
(X, Y), K?
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
46
1
4000
Ave rage wel l bore stea m satu ratio n
Sv
0.8
3000
3
2000
0.6
1
4 smr, 780 T/j - 0.75 bar/thn
2
8 smr menyebar, 1380 T/j - 0.51 bar/thn
1000 3
0 Jan 84 © IGA Education
8 smr menyebar + Kmj 35, 1690 T/j - 0.23 bar/thn
88
92
96
00
04
08
0.4
2 1 12
Lemigas, 2001
16
20
24
0.2 26
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
47
Monitoring Kimia Fluida Sumur Perubahan Cl dan CO2 selama produksi (Glover and Scott, WGC 2005) CO2 Sumur
Chloride Spring
Chloride Sumur
Sistem air panas: 1. Cl ‐ Y (reinjeksi tidak efektif) 2. Steam cap ‐ steaming ground © IGA Education
Cl Tracer
Sistem air panas: 3. SiO2 ‐ T 4 . T break trough – reposisi reinjeksi
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
48
Foto satelit (Ikonos) :
Hilang hot springs atau berkurang ketinggian spouting spring
Meluas steaming ground karena terbentuk steam cap di reservoir
Berkurang steam cloud
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
49
Monitoring Perubahan Masa Reservoir
Δ M (Kg) = 2.39 x10^10 Ʃ Δg (µGal) x ΔA (m2)
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
50
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
51
SW
NE
Hypocentrum Reinjeksi Salak
Hypocentrum Semburan LUSI
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
52
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
53
Amorphous Silica (1,500 ppm, 320oC)
Amorphous Silica (700 ppm, 250oC)
1. Inhibitor dimasukan dalam sumur injeksi – pH 2. Acidicing untuk membersihkan scaling di formasi reservoir
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
54
Budihardi et al, IPA 1991, Hochstein and Sudarman, WGC 2010
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
56
Tahap Eksplorasi (GF) Model tentative reservoir detil dan lengkap merupakan kunci keberhasilan sumur bor eksplorasi dan kelangsungan proyek Resources FS yg akurat dan lengkap (T, potensial, D, sistim fluida, well output) merupakan landasan perhitungan harga listrik yg layak
Tahap Pengembangan (GL) Penentuan lokasi dan target pemboran sumur produksi dan reinjeksi yg baik akan dihasilkan oleh studi bersama eks. dan reservoir eng. Drilling prognosis yg mudah dimengerti oleh drilling eng. serta wellsite geology yg siap‐tanggap sangat menentukan kesuksesan operasi pemboran termasuk sumur eksplorasi
Tahap Produksi (GK) Model reservoir komprehensif yang dibuatoleh reservoir eng. bersama eksplorasionis akan menghasilkan simulasi reservoir yang akuntabel Data monitoring geosain akan menentukan keberhasilan manajemen reservoir dan majemen produksi
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
56
© IGA Education
WGC2010 SC5‐1: Teknologi Eksplorasi Panas Bumi Sayogi Sudarman, 2010
57