HIDROLOGI

( Tekanan , Porositas , Kelembapan, dan Permeabilitas )

A. Tekanan

Tekanan udara adalah tenaga yang bekerja untuk menggerakkan massa

udara dalam setiap satuan luas tertentu. Diukur dengan menggunakan

barometer. Satuan tekanan udara adalah milibar (mb). Garis yang

menghubungkan tempat-tempat yang sama tekanan udaranya disebut sebagai

isobar.

Tekanan udara dapat diukur dengan menggunakan barometer. Toricelli

pada tahun 1643 menciptakan barometer air raksa. Karena barometer air raksa

tidak mudah dibawa ke mana-mana, dapat menggunakan barometer aneroid

sebagai penggantinya.

Tekanan udara akan berbanding terbalik dengan ketinggian suatu tempat

sehingga semakin tinggi tempat dari permukaan laut semakin rendah tekanan

udarannya. Kondisi ini karena makin tinggi tempat akan makin berkurang udara

yang menekannya. Satuan hitung tekanan udara adalah milibar, sedangkan garis

pada peta yang menghubungkan tempat-tempat dengan tekanan udara yang

sama disebut isobar.

Ketinggian suatu tempat dari permukaan laut juga dapat diukur dengan

menggunakan barometer. Kenaikan 10 m suatu tempat akan menurunkan

permukaan air raksa dalam tabung sebesar 1 mm. Dalam satuan milibar (mb),

setiap kenaikan 8 m pada lapisan atmosfer bawah, tekanan udara turun 1 mb,

sedangkan pada atmosfer atas dengan kenaikan > 8 m tekanan udara akan

turun 1 mb.

1. Tekanan kapiler

Tekanan kapiler (pc) didefinisikan sebagai perbedaan tekanan yang ada

antara permukaan dua fluida yang tidak tercampur (cairan-cairan atau cairan-

gas) sebagai akibat dari terjadinya pertemuan permukaan yang memisahkan

mereka. Perbedaan tekanan dua fluida ini adalah perbedaan tekanan antara

fluida “non wetting fasa” (Pnw) dengan fluida “wetting fasa” (Pw) atau :

              

Di reservoir biasanya air sebagai fasa yang membasahi (wetting fasa),

sedangkan minyak dan gas sebagai non-wetting fasa atau tidak membasahi.

Tekanan kapiler dalam batuan berpori tergantung pada ukuran pori-pori

dan macam fluidanya. Secara kuantitatif dapat dinyatakan dalam

hubungan ,dimana :

Pc      = tekanan kapiler

σ        = tegangan permukaan antara dua fluida

cos q  = sudut kontak permukaan antara dua fluida

r         = jari-jari lengkung pori-pori

Δρ      = perbedaan densitas dua fluida

g         = percepatan gravitasi

h        = tinggi kolom

Tekanan kapiler mempunyai pengaruh yang penting dalam reservoir

minyak maupun gas, yaitu :

Mengontrol distribusi saturasi di dalam reservoir.

Merupakan mekanisme pendorong minyak dan gas untuk bergerak atau

mengalir melalui pori-pori reservoir dalam arah vertical.

B. Porositas

Porositas suatu medium adalah perbandingan volum rongga – rongga

pori terhadap volum total seluruh batuan. Perbandingan ini biasanya dinyatakan

dalam persen dan disebut porositas.

Porositas juga dapat dinyatakan dalam ‘acre – feet’, yang berarti volum

yang dinyatakan sebagai luas dalam ‘acre’ dan ketebalan reservoir dalam kaki

(feet).Selain itu dikenal juga istilah porositas efektif, yaitu apabila bagian rongga

– rongga di dalam batuan berhubungan, sehingga dengan demikian porositas

efektif biasanya lebih kecil daripada rongga pori – pori total yang biasanya

berkisar dari 10 sampai 15 persen.

1. Besaran Porositas

Porositas tertentu dapat berkisar dari nol sampai besar sekali, namun

biasanya berkisar antara 5 sampai 40 persen, dan dalam prakteknya

berkisar hanya dari 10 sampai 20 persen saja. Porositas 5 persen

biasanya disebut porositas tipis (marginal porosity) dan umumnya bersifat

non komersiil, kecuali jika dikompensasikan oleh adanya beberapa factor 

lain. Secara teoritis porositas tidak bisa lebih besar dari 47,6 persen. Hal

ini disebabkan karena keadaan sebagai terlihat pada Gambar 4.4, yang

berlaku untuk porositas jenis intergranuler. Dalam gambar tersebut dapat

dilihat suatu kubus yang terdiri dari 8 seperdelapan bola, sebagaimana

dapat dilihat pada butir – butir oolit. Porositas maximum yang didapatkan

adalah dalam susunan kubus dan secara teoritis nilai yang didapatkan

adalah sebagai berikut.

Jelaslah, bahwa dalam hal ini porositas tidak tergantung daripada besar

butir. Jika kita subtitusikan r untuk angka berapa saja maka kita akan

tetap mendapatkan angka 47,6 tersebut.

2. Skala Visul Pemerian Porositas

Di lapangan bila kita dapatkan perkiraan secara visual dengan

menggunakan peraga visual. Penentuan ini bersifat semi – kuantitatif dan

dipergunakan suatu skala sebagai berikut :

0 – 5% dapat di abaikan (negligible)

5 – 10 % buruk (poor)

10 – 15% cukup (fair)

15 – 20 % baik (good)

20 – 25% sangat baik (very good)

25% istimewa (excellent)

Pemeriksaan secara mikroskopi untuk jenis porositas dapat pula dilakukan secara

kualitatif. Antara lain ialah jenis :

Antar butir (intergranuler), yang berarti bahwa pori – pori yang didapat di antara butir – butir.

Antar Kristal (interkristalin), dimana pori – pori berada di atara kristal – kristal.

Celah dan rekah, yaitu rongga terdapat di antara celah – celah.

Bintik – bintik jarum (point – point porosity), berarti bahwa pori – pori

merupakan bintik – bintik terpisah – pisah, tanpa kelihatan

bersambungan.

Ketat (thigt), yang berarti butir – butir berdekatan dan kompak sehingga

pori – pori kecil sekali dan hamper tidak ada porositas.

Padat (dense), berarti batuan sangat kecil sehingga hamper tidak ada

porositas.

Growing (vugular), yang berarti rongga – rongga besar berdiameter

beberapa mili dan kelihatan sekali bentuk – bentuknya tidak beraturan, sehingga porositas besar.

Bergua – gua (cavernous), yang berarti rongga – rongga besar sekali

malahan berupa gua – gua, sehingga porositas sangat besar.

C. PERMEABILITAS

Kelulusan atau permeabilitas adalah suatu sifat batuan reservoir untuk

dapat meluluskan cairan melalui pori – pori yang berhubungan, tanpa merusak

partikel pembentuk atau kerangka batuan tersebut.

Defenisi permeabilitas dapat dinyatakan dalam rumus sebagai berikut ;

Dimana q dinyatakan dalam sentimeter per sekon, k dalam darcy (permeabilitas),

viskositas m dinyatakan dalam sentipoise, dan dp/dx adalah gradient hidrolik

yang dinyatakan dalam atmosfer per sentimeter. Dengan demikian jelaslah

bahwa permeabilitas adalah k yang dinyatakan dalam Darcy.

Definisi API untuk 1 Darcy : suatu medium berpori mempunyai kelulusan

(permeabilitas) sebesar 1 Darcy, jika cairan berfasa satu dengan kekentalan 1

sentipoise mengalir dengan kecepatan 1 cm/sekon melalui penampang seluas 1

cm2pada gradient hidrolik satu atmosfer (76,0 mm Hg) per sentimeter dan jika

cairan tersebut seluruhnya mengisi medium tersebut. Dari defenisi di atas tidak

dijelaskan hubungan antara permeabilitas dan porositas. Memang sebetulnya

tidak ada hubungan antara permeabilitas dengan porositas. Batuan yang

permeable selalu sarang (porous), tetapi sebaliknya, batuan yang sarang belum

tentu permeable. Hal ini disebabkan karena batuan yang berporositas lebih tinggi

belum tentu pori – porinya berhubungan satu dengan yang lain. Juga sebaliknya

dapat dilihat, bahwa porositas tidak tergantung dari besar butir, dan

permeabilitas merupakan suatu fungsi yang langsung terhadap besar butir.

1. Besaran Permeabilitas

Sebagaimana telah disebutkan di atas, biasanya permeabilitas

dinyatakan dalam ‘darcy’, yaitu untuk menghormati DARCY yang

memproklamasikan pertama kalinya hokum aliran dalam medium yang

berpori. Jadi suatu permeabilitas dengan k = 2 darcy berarti suatu aliran

sebesar 2 cc persekon yang di dapatkan melalui suatu penampang

seluas satu sentimeter persegi panjang 1 sentimeter, di bawah suatu

tekanan perbedaan satu atmosfer untuk suatu cairan yang mempunyai

kekentalan (viskositas) 1 sentipoise. Pada hakekatnya permeabilitas

suatu batuan biasanya kurang dari satu darcy dan oleh karenanya

dalam praktek permeabilitas dinyatakan dalam milidarcy (1 md = 0,001

darcy).

Cara penentuan permeabilitas adalah :

1) Dengan permeameter, suatu alat pengukur yang mempergunakan gas.

2) Dengan penaksiran kehilangan sirkulasi dalam pemboran.

3) Dari kecepatan pemboran

4) Berdasarkan test produksi terhadap penurunan tekanan dasar lubang .

2. Skala Permeabilitas Semi – Kuantitatif

Secara perkiraan di lapangan dapat juga dilakukan pemerian

semikuantitatif sebagai berikut:

1) Ketat (tight), kurang dari 5 md

2) Cukup (fair) antara 5 sampai 10 md

3) Baik (good) antara 10 sampai 100 md

4) Baik sekali (very good) antara 100 sampai 1000 md

3. Permeabilitas Relatif dan Efektif

Permeabilitas tergantung sekali pada ada tidaknya cairan ataupun gas di

dalam rongga yang sama. memperlihatkan permeabilitas relative.Penjenuhan air

diperlihatkan pada absis dan dinyatakan dalam persen air, koordinat

menunjukkan fraksi permeabilitas daripada fluida yang bersangkutan terhadap

keadaan jika seluruh batuan tersebut dijenuhi oleh cairan tersebut saja. Maka

pada penjenuhan air kira – kira 20% permeabilitas relative minyak terhadap

permeabilitas jika seluruhnya diisi oleh minyak adalah sedikit di bawah 0,7 x,

sedangkan jika penjenuhan air itu kira – kira 50% maka permeabilitas

keseluruhannya adalah 0,3 x daripada jika seluruh batuannya diisi oleh air saja

atau oleh minyak saja. Pada penjenuhan 90% maka minyak sudah tidak

mempunyai permeabilitas lagi sehingga hanya air sendiri saja yang bergerak.

Dari grafik ini jelaslah, bahwa minyak bumi baru dapat bergerak jika mempunyai

penjenuhan lebih dari pada 10% dan air sama sekali tidak bisa bergerak jika

penjenuhannya di bawah 20%. Hal yang sama dapat dilihat, jika penjenuhan

minyak kurang dari 40%, maka minyak sama sekali tidak bisa bergerak dan

hanya gas saja yang dapat bergerak. Secara berangsur – angsur permeabilitas

meningkat walaupun secara relative sangat lambat yaitu sampai 100% dijenuhi

minyak.

D. Kelembapan

Kelembapan adalah konsentrasi uap air di udara.Angka konsentasi ini

dapat diekspresikan dalam kelembapan absolut, kelembapan spesifik atau

kelembapan relatif.Alat untuk mengukur kelembapan disebut higrometer.Sebuah

humidistat digunakan untuk mengatur tingkat kelembapan udara dalam sebuah

bangunan dengan sebuah pengawalembap (dehumidifier).Dapat dianalogikan

dengan sebuah termometer dan termostat untuk suhu udara.Perubahan tekanan

sebagian uap air di udara berhubungan dengan perubahan suhu. Konsentrasi air

di udara pada tingkat permukaan laut dapat mencapai 3% pada 30 °C (86 °F),

dan tidak melebihi 0,5% pada 0 °C.

Kelembaban udara menggambarkan kandungan uap air di udara yang

dapat dinyatakan sebagai kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif) maupun

defisit tekanan uap air. Kelembaban mutlak adalah kandungan uap air (dapat

dinyatakan dengan massa uap air atau tekanannya) per satuan volum.

Kelembaban nisbi membandingkan antara kandungan/tekanan uap air aktual

dengan keadaan jenuhnya atau pada kapasitas udara untuk menampung uap

air.Kapasitas udara untuk menampung uap air tersebut (pada keadaan jenuh)

ditentukan oleh suhu udara.Sedangkan defisit tekanan uap air adalah selisih

antara tekanan uap jenuh dan tekanan uap aktual. Masing-masing pernyataan

kelembaban udara tersebut mempunyai arti dan fungsi tertentu dikaitkan dengan

masalah yang dibahas .

Semua uap air yang ada di dalam udara berasal dari penguapan.

Penguapan adalah perubahan air dari keadaan cair kekeadaan gas. Pada proses

penguapan diperlukan atau dipakai panas, sedangkan pada pengembunan

dilepaskan panas. Seperti diketahui, penguapan tidak hanya terjadi pada

permukaan air yang terbuka saja, tetapi dapat juga terjadi langsung dari tanah

dan lebih-lebih dari tumbuh-tumbuhan. Penguapan dari tiga tempat itu disebut

dengan Evaporasi.

Kelembaban udara dalam ruang tertutup dapat diatur sesuai dengan

keinginan.Pengaturan kelembaban udara ini didasarkan atas prinsip kesetaraan

potensi air antara udara dengan larutan atau dengan bahan padat tertentu. Jika

ke dalam suatu ruang tertutup dimasukkan larutan, maka air dari larutan tersebut

akan menguap sampai terjadi keseimbangan antara potensi air pada udara

dengan potensi air larutan. Demikian pula halnya jika hidrat kristal garam-garam

(salt cristal bydrate) tertentu dimasukkan dalam ruang tertutup maka air dari

hidrat kristal garam akan menguap sampai terjadi keseimbangan potensi air .

Kelembaban relatif adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan

jumlah uap air yang terkandung di dalam campuran air-udara dalam fasa gas .

Kelembaban relatif dari suatu campuran udara-air didefinisikan sebagai rasio dari

tekanan parsial uap air dalam campuran terhadap tekanan uap jenuh air pada

temperatur tersebut.Perhitungan kelembaban relatif ini merupakan salah satu

data yang dibutuhkan (selain suhu, curah hujan, dan observasi visual terhadap

vegetasi) untuk melihat seberapa kering areal perkebunan sehingga nantinya

dapat ditentukan tingkat potensi kebakaran lahan .

Keadaan oksigen ditempat tinggi dan pada tempat rendah

Semakin tinggi suatu tempat, lapisan udaranya semakin tipis dan semakin

renggang, akibatnya tekanan udara semakin rendah.Tekanan udara di suatu

tempat pada umumnya dipengaruhi oleh penyinaran matahari. Daerah yang

banyak mendapat sinar matahari mempunyai tekanan udara rendah dan daerah

yang sedikit mendapat sinar matahari mempunyai tekanan udara tinggi.