MAKALAH FISIKA INTI"ANALISIS ISOTOP METODE GEOKIMIA SEBAGAI PENENTUAN SUHU DAN BATAS RESERVOIR PADA EKSPLORASI PANAS BUMI"Dosen Pengampu :Achmad Hidayat, S.Si., M.Si.

Oleh :Cholida zia Nur Aisyah(125090707111002)Septiwiandari(125090707111007)Agung Dhani Syafitri (125090707111008)

JURUSAN FISIKAFAULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANG2015

KATA PENGANTARPuji syukur kehadiran Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan nikmat-Nya sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat waktu. Pembuatan makalah ini merupakan pemenuhan tugas mata kuliah Fisika Inti Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Diharapkan makalah ini dapat memberikan manfaat bagi peserta kuliah dan pembaca dalam memberikan wawasan dan ilmu pengetahuan khususnya yang berkaitan dengan Fisika Inti dalam bidang Geofisika.Karena terwujudnya makalah ini tak lepas dari bantuan, bimbingan, dan arahan beberapa pihak yang telah membantu, maka penulis mengucapkan terimakasih kepada:1. Bapak Achmad Hidayat, S.Si., M.Si., selaku dosen pengampu mata kuliah Fisika Inti Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.2. Teman-teman dari Bidang Minat Geofisika Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.3. Semua pihak luar maupun dalam yang telah membantu baik secara langsung dan tidak langsung demi terwujudnya makalah ini.Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan ketidaksempurnaan pada penulisan makalah ini. Oleh karenanya diharapkan kritik dan saran untuk perbaikan laporan selanjutnya.

Malang, 30 Mei 2015

Penulis

DAFTAR ISIKata PengantariDaftar isiiiDaftar gambariiiDaftar tabelivBAB I PENDAHULUAN11.1 Latar belakang11.2 Rumusan Masalah21.3 Tujuan2 1.4 Manfaat2BAB II TINJAUAN PUSTAKA3BAB III PEMBAHASAN5BAB IV PENUTUP104.1 Kesimpulan11 Daftar pustaka12

DAFTAR GAMBARGambar 3.1 Alat kondensasi5Gambar 3.2 Alat spektometer massa7Gambar 3.3 hasil output dari spektrometer massa7

DAFTAR TABELTabel 1 Data 18O dan D fluida sumur pada berbagai daerah produksi8

ii

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangIndonesia memiliki potensi energi panasbumi terbesar, yakni 40% dari potensi energi panasbumi dunia. Potensi energi panasbumi di Indonesia mencapai 27 GWe yang sangat erat kaitannya dengan posisi Indonesia dalam kerangka tektonik dunia. Namun, pemanfaatan energi panasbumi ini masih kurang dari 5%.Pengembangan energi panas bumi menjadi energi listrik di Indonesia kini mengalami kemajuan sangat pesat seiring dengan kebutuhan tenaga listrik dan tersedianya sumber daya. Penelitian eksplorasi untuk mengetahui potensi sumber panas bumi merupakan tahapan yang sangat menentukan dalam rangka tindak lanjut eksploitasi, dimana penentuan suhu merupakan faktor utama. Penentuan suhu reservoir daerah panas bumi dalam rangka eksplorasi menggunakan beberapa metode diantaranya geotermometer kima, analisis isotop, dan lain sebagainya. Namun pengembangan analisis isotop penggunaannya masih terbatas. Oleh karena penulis mengangkat topik analisis isotop pada eksplorasi panas bumi agar pengembangan eksplorasi panas bumi maksimal sesuai dengan target pemerintah. Di beberapa negara seperti Amerika, ltalia, Selandia Baru, dan Amerika Latin telah dilakukan dan paralel dengan cara kimia. Di Indonesia umumnya penentuan subu reservoir hanya dilakukan dengan cara kimia, sedangkan cara isotop masih belum banyak dimanfaatkan.Penentuan suhu dengan cara kimia saja masih belum cukup untuk mendapatkan nilai suhu yang komprehensif,karena cara kimia mempunyai beberapa kendala yangdisebabkan oleh pengaruh pengenceran fluida dengan airpermukaan serta kesetimbangan ulang (re-eQuilibrium) kimia pada saat fluida naik ke permukaan. Keadaan iniakan mengurangi ketelitian hasil pengukuran suhu.Makalah ini membahas hasil penelitian danmemperkenalkan aplikasi Analisis isotop untukeksplornasi panas bumi. Dalam penelitian ini diambil beberapa contoh daerah panas bumi di Sumatera dan SulawesiUtara. Analisis isotop yang digunakanadalah isotop 180 yang terdistribusi (fraksinasi) di antara senyawa H2O dan S04 yang berada dalam kesetimbangan kimia.Metode isotop dan geokimia memiliki peran penting dalam eksplorasi dan eksploitasi energi panasbumi serta pengembangannya. Metode geokimia menyediakan berbagai informasi penting antara lain sifat kimia fluida reservoir, temperatur reservoir, rasio uap air (fraksi uap) dalam reservoir, kesetimbangan mineral serta potensi korosi dan scaling. Pada lapangan panasbumi yang telah beroperasi, monitoring geokimia merupakan metode yang sangat penting untuk memantau respon reservoir terhadap produksi. Dalam tahap eksplorasi energi panasbumi, metode isotop dan geokimia dapat dimanfaatkan untuk beberapa hal diantaranya yaitu memperkirakan temperatur bawah permukaan (reservoir) dengan penggunaan geotermometer kimia dan isotop, mengidentifikasi sumber fluida panasbumi dengan penggunaan metode isotop alam. Dan pada tahap pengeboran sumur produksi, metode geokimia dan isotop bermanfaat untuk memperoleh informasi yaitu Level (kedalaman) akuifer yang produktif dan temperaturnya Perbandingan air dan uap air (steam fraction) dalam reservoir, menilai kualitas air dan uap air dalam hubungannya dengan produksi dan lingkungan, memperkirakan kecenderungan deposisi (scaling), baik dalam sumur produksi, sumur reinjeksi, maupun peralatan produksi di permukaan. Sehingga sangat diperlukan analisis isotop dalam bidang geokimia pada eksplorasi panas bumi saat ini. Untuk itu makalah ini dibuat untuk memberikan contoh aplikasi analisa isotop dalam geothermal.1.2 Rumusan MasalahAdapun rumusan masalah yang akan dibahas yaitu :1. Apa yang dimaksud dengan sistem panas bumi 2. Bagaimana peran Geokimia pada eksplorasi panas bumi?3. Bagaimana aplikasi Isotop pada eksplorasi panasbumi?4. Apakah peran Fisika Inti pada pengembangan analisis isotop sebagai peran Geokimia dalam eksplorasi panas bumi?1.3 TujuanBerikut adalah tujuan pada pembuatan makalah ini diantaranya yaitu :1. Menjelaskan Peran Geokimia pada eksplorasi panas bumi 2. Menjelaskan Aplikasi Isotop pada eksplorasi panas bumi1.4 ManfaatBerikut adalah tujuan pada pembuatan makalah ini diantaranya yaitu :1. Mengetahui Peran Geokimia pada eksplorasi panas bumi 2. Mengetahui Aplikasi Isotop pada eksplorasi panas bumiBAB II TINJAUAN PUSTAKAGeokimia merupakan ilmu yang mempelajari kandungan unsur dan isotop dalam lapisan bumi, terutama yang berhubungan dengan kelimpahan (abundant), penyebaran serta hukum-hukum yang mengontrolnya. Dari dasar ini berkembang beberapa cabang ilmu geokimia di antaranya yaitu geokimia panasbumi, geokimia mineral, geokimia petroleum dan geokimia lingkungan. Pada dasarnya definisi ini menyatakan bahwa geokimia mempelajari jumlah dan distribusi unsur kimia dalam mineral, bijih, batuan tanah, air, dan atmosfer. Tidak terbatas pada penyelidikan unsur kimia sebagai unit terkecil dari material, juga kelimpahan dan distribusi isotop-isotop dan kelimpahan serta distribusi inti atom. Hal yang menarik perhatian para ahli sedimentologi adalah awal mulanya sebagian besar penelitian mengenai geokimia mengarah pada penelitian kuantitatif untuk mengetahui penyebaran unsur-unsur kimia di alam. Analisis isotop dapat digunakan untuk menentukan temperatur purba. Metoda Urey berdasarkan nisbahO-16/O-18 yang merupakan fungsi dari temperatur dapat dipakai untuk menaksir temperatur pembentukan cangkang fosil yang ada dalam endapan bahari. Eksplorasi atau prospeksi geokimia didefinisikan sebagai pengukuran sistematis terhadap satu atau lebih trace elements (unsur-unsur jejak) dalam batuan, soil, sedimen sungai, vegetasi, air atau gas dengan tujuan untuk menentukan anomali-anomali geokimia (Levinson, 1974; Rose et al, 1979; Joyce, 1984; Chaussier, 1987). Untuk mengukur kelimpahannya melaluieksplorasi geokimia khusus mengkonsentrasikan pada pengukuran kelimpahan, distribusi, dan migrasi unsur-unsur bijih atau unsur-unsur yang berhubungan erat dengan bijih, dengan tujuan mendeteksi endapan bijih. Dalam pengertian yang lebih sempit eksplorasi geokimia adalah pengukuran secara sistematis satu atau lebih unsur jejak dalam batuan, tanah, sedimen sungai aktif, vegetasi, air, ataugas, untuk mendapatkan anomali geokimia, yaitu konsentrasi abnormal dari unsur tertentu yang kontras terhadap lingkungannya (background geokimia).Dalam Eksplorasi Geokimia kita juga perlu mengetahui jenis jenis lingkungan geokimia itu sendiri.Lingkungan geokimia primer adalah lingkungan yang berada di bawah zona pelapukan yang dicirikan oleh tekanan dan temperatur yang besar, sirkulasi fluida yang terbatas, dan oksigen bebas yang rendah. Sebaliknya, lingkungan geokimia sekunder adalah lingkungan pelapukan, erosi, dan sedimentasi, yang dicirikan oleh temperatur rendah, tekanan rendah, sirkulasi fluida bebas, dan melimpahnya O2, H2O dan CO2.Metode isotop dan geokimia memiliki peran penting dalam eksplorasi dan eksploitasi energi panasbumi serta pengembangannya. Metode geokimia menyediakan berbagai informasi penting antara lain sifat kimia fluida reservoir, temperatur reservoir, rasio uap air (fraksi uap) dalam reservoir, kesetimbangan mineral serta potensi korosi danscaling. Pada lapangan panasbumi yang telah beroperasi, monitoring geokimia merupakan metode yang sangat penting untuk memantau respon reservoir terhadap produksi. Dalam tahap eksplorasi energi panasbumi, metode isotop dan geokimia dapat dimanfaatkan untuk memperkirakan temperatur bawah permukaan (reservoir) dengan penggunaan geotermometer kimia dan isotop, serta mengidentifikasi sumber fluida panasbumi dengan penggunaan metode isotop alam. Dalam tahap pengeboran sumur produksi, metode geokimia dan isotop bermanfaat untuk memperoleh informasi level (kedalaman) akuifer yang produktif dan temperaturnya, perbandingan air dan uap air (steam fraction) dalam reservoir, menilai kualitas air dan uap air dalam hubungannya dengan produksi dan lingkungan, serta memperkirakan kecenderungan deposisi (scaling), baik dalam sumur produksi, sumur reinjeksi, maupun peralatan produksi di permukaan. Dalam tahapan eksploitasi dan produksi, studi pemantauan geokimia difokuskan pada komposisi fluida sumur produksi yang telah mengalami berbagai proses seperti pendidihan dan pencampuran dalam reservoir. Secara prinsip, studi tersebut digunakan untuk mengidentifikasi masukan fluida dari air tanah dangkal yang dingin maupun dari masukan fluida panas dari sumber yang lebih dalam, memantau proses pendidihan dalam akuifer produktif, mengidentifikasi perubahan kontribusi akuifer produktif terhadap keluaran sumur, mengkuantifikasi perubahan dalam kecenderunganscaling, mengkuantifikasi perubahan kualitas air dan uap, serta merevisi model konseptual reservoir.

BAB III PEMBAHASANPotensi panasbumi di Indonesia diklasifikasikan dalam SNI 13-5012-1998, potensi panasbumi merupakan besarnya energi yang tersimpan pada suatu daerah/lapangan panas bumi setelah diestimasi dengan ilmu-ilmu kebumian dan atau pengujian sumur. Estimasi potensi energi panas bumi ini didasarkan pada kajian ilmu geologi, geokimia, geofisika dan teknik reservoir. Metode isotop dan geokimia memiliki peran penting dalam eksplorasi dan eksploitasi energi panasbumi serta pengembangannya. Metode geokimia menyediakan berbagai informasi penting antara lain sifat kimia fluida reservoir, temperatur reservoir, rasio uap air (fraksi uap) dalam reservoir, kesetimbangan mineral serta potensi korosi dan scaling. Pada lapangan panasbumi yang telah beroperasi, monitoring geokimia merupakan metode yang sangat penting untuk memantau respon reservoir terhadap produksi.Metode geokimia dengan isotop analisis dilakukan dengan pengambilan contoh fluida panasbumi yang dilakukanpada berbagai sumur produksi yang tersebar didalamlapangan panasbumi dan mewakili berbagai tempat seperti, daerah margin (boundary reservoir) dan pusatproduksi dengan total contoh 18 buah. Pengambilan contoh fluida uap panasbumi dilakukan dengan cara totalkondensat menggunakan alat kondensasi melalui kepala sumur (wellhead) seperti pada gambar-1 berikut.Gambar 3.1 Alat kondensasi

Uap dari dalam sumur dengan suhu kurang lebih 200 C dan tekanan 8 atmosfir dikondensasikan secara total pada alat kondensor hingga suhu dibawah suhu udara luar kuarang lebih 15C dengan mengalirkan es kedalam alat kondensor.Analisis isotop O-18 dan DAnalisis isotop O-18 dan D dilakukanmenggunakan alat spektrometer massa model SIRA-9,VG ISOGAS. Sebelum dianalisis pada alat spektrometer massa terlebih dahulu dilakukan perlakuan awal terhadap sampel air. Perlakuan awal isotop O-18 Perlakuan awal contoh air untuk analisis O-18dilakukan menggunakan alat isoprep-18 dengan carasebagai berikut :2 ml contoh air dimasukan kedalam tabung ukuran volume 15 ml kemudian divakumkan, setelah itu dimasukan gas CO2 dengan tekanan 500 mbar, kemudian kocok selama 4-6 jam dan terjadi rekasi kesetimbangan seperti berikut :

Gas CO2 yang mengandung O-18 dan H2O kemudian dimasukkan kedalam alat spektrometer massa dengan systim vakum untuk analisis rasio O-18/O-16.

Perlakuan awal DUntuk analisis D terlebih dallulu direaksikan 10 ulsampel air dengan Zn (BDH) kedalam tabungreaksi khusus pada kondisi vakum dan suhu 450 Cselama kurang lebih 45 menit. Dalam tabung tersebut terjadireaksi seperti berikut :

gas H2 yang terbentuk dialirkan kedalam alat spektrometer untuk dianalisis rasio D/H.Analisis isotop O-18 dalam senyawa H2O dilakukan pada alat isoprep-18 dengan cara mengocok 2 ml contoh air dengan gas CO2 yang berasal dari tangki gas yang berfungsi sebagai pereaksi selama 4-6 jam hingga tercapai sistem kesetimbangan antara H2O dan CO2. Pada kondisi kesetimbangan. diperkirakan isotop O-18 dalam H2O berrpindah ke dalam senyawa CO2, Setelah kesetimbangan tercapai, gas CO2 dialirkan ke dalam Spektrometer Massa untuk menentukan rasio O-18/O-16.Selain itu perlakuan juga dapat dilakukan dengan senyawa lainya yaitu Untuk analisis isotop O-18 dan S-34 dalam senyawa SO4 pertama dilakukan pengendapan ion sulfat yang terlarut dalam contoh menjadi endapan BaS04 dengan cara menambahkan 10 ml larutan BaCI2 1 N ke dalam 500 mI contoh yang dididihkan pada kondisi pH 3-4. Endapan BaSO4 akan terbentuk perlahan-lahan kemudian didiamkan selama satu hari lalu disaring. Kemudian 20 mg endapan barium sulfat tersebut direaksikan dengan 35 mg serbuk grafit dalam Boat Platinum pada suhu 1100C dalam kondisi vakum pada alat Sulphate Line seperti reaksi di bawah ini.

Gas CO2 yang dihasilkan kemudian dialirkan kedalam alat spektrometer massa untuk ditentukan rasio O-18 / O-16,Sisa dari reaksi di atas.

Gambar 3.2 Alat spektometer massa

Gambar 3.3 hasil output dari spektrometer massa

Pada gambar 3.3 diatas merupakan hasil keluaran atau output dari alat spektrometer massa untuk mendekteksi isotop. Data outputnya berupa grafik Garis tegak lurus, grafik tersebut menunjukkan besarnya arus listrik yang diterima oleh alat pencatat arus yang berarti banyaknya ion datang ke detektor.

Tabel 1 berikut adalah contoh data lapangan yang diambil di lapangan kamojang :Tabel 1 Data 18O dan D fluida sumur pada berbagai daerah produksi

Data pada tabel-1 memperlihatkan hasil analisis O-18 dan D pada periode 1992 dan 1998 dari 18 contoh sumur produksi dari reservoir lapangan panasbumi Kamojang. Data tersebut memperlihatkan bahwa nilai isotop O-18 pada berbagai daerah produksi mempunyai nilai yang berbeda-beda (analitical error untuk O-18 = 0,15 %), sedangkan nilai isotop D relatif homogen (analitical error untuk D adalah 2 %). Perbedaan nilai O-18 disebabkan adanya perbedaan sirkulasi dan peristiwa interaksi batuan dengan air yang menyebabkan nilai O-18 relatif lebih kaya dari nilai recharge. Sedangkan isotop D dalam sirkulasi air tidak mengalami peristiwa interaksi batuan-air, karena batuan tidak mengandung D, sehingga nilai D temp menunjukkan nilai recharge.Fluida didaerah margin (boundary reservoir) kemungkinanmerupakan campuran atau interaksi antara deep fluid dengan air dari akuifer yang berada disekelilingnya. Deep fluid yang bersifat uap berinteraksi dengan air akuifer dan mengalami proses kondensasi. Karena kandunganpanas reservoir mencukupi, maka air kondensasi tersebutmengalami proses penguapan kembali. Proses evaporasikondensasi diatas mempengaruhi nilai O-18 uap yangdiekstraksi atau diproduksi pada sumur tersebut. Uapbaru dari hasil reevaporasi mempunyai nilai lebihdepleted dibandingkan dengan uap asalnya (deep fluid).Perbedaan isotop O-18 antara deep fluid dengan uap barusekitar antara 1,5 % hingga 2,0 %. Berdasarkan teorifraksinasi isotop yang kemudian oleh Freidman (2) perbedaan nilai isotop antara uap cairan pada fraksinasiisotop O-18 sebesar nilai tersebut diperkirakan terjadi padasuhu antara 220 C -240 C.Perubahan nilai isotop O-18 menjadi lebih depleted mengisyarakatkan kemungkinan adanya interfensi akuifer disekelilingnya kedalam daerah produksi. pengaruh interfensi akuifer ini sangat membahayakan keadaan reservoir dan berdampak pada aspek engineering seperti terjadi silicascaling atau mempertinggi sifat keasaman cairan yang membawa dampak terjadi korosi pipa. Garnbar-3 dengan jelas memperlihatkan pola penyebaran nilai O-18 pada seluruh lapangan panasbumi Kamojang.

BAB IV PENUTUP4.1 KesimpulanPenerapan analisa isotop dengan cara geokimia ini dalam penelitian dapat menentukan tingginya suhu reservoir dan memberikan informasi proses yang dialami fluida panas bumi. Adapun nilai isotop O-18 berbagai fluida pada lapangan panas bumi dapat memberikan informasi tentang pola aliran fluida, asal-usul dan indikasi adanya perubahan reservoir karena ekploitasi. Hal tersebut dapat mempengaruhi interfensi akuifer yang berada disekeliling reservoir lapangan panas bumi yang dominan uap dan masuk kedalam daerah reservoir produksi.

DAFTAR PUSTAKA

Arnorsson, S., 2000.Isotopic and Chemical Techniques in Geothermal Exploration, Development and Use: Strategy in Geothermal Exploration, Development and Production, IAEA, ViennaFREIDMAN, I., aNEIL, JR., "Compilation of Stable Isotope Fractionation Factors of Geochemical Interest", Data of Geochemistry (Fleischer, M. Ed), Geological Survey Prof. Paper, 1977