Bahan Kuliah Ilmu Kebumian (CBM)-28September2012

ITB KULIAH PENGENALAN ILMU KEBUMIAN DAN ENERGIRatnayu SitaresmiJurusan Teknik PerminyakanFakultas Teknik Kebumian dan EnergiUniversitas Trisakti

CBM sebagai salah satu alternatif sumber energi, di Indonesia mulai diupayakan untuk di produksikan. Sampai saat ini, Pemerintah Indonesia telah menandatangani 23 CBM-PSC. Pada saat ini, masih dalam tahapan eksplorasi dan pilot project.

PERKEMBANGAN CBM DI INDONESIASumber: Migas

POTENSI CBM DI INDONESIAIndonesia mempunyai potensi CBM yang diperkirakan sebesar 450 TSCF. Hal ini berarti Indonesia menempati urutan ke 6 di dunia.

Sumber: MigasIndonesia

Road Map CBM IndonesiaSumber: Migas

CBM adalah gas alam dengan komposisi utama Metana (CH4), dimana gas ini terwujud bersamaan dengan pembentukan batubara.CBM terjebak dan teradsorpsi pada cleats (macropore) dan matrix batubara (micropores) shg diperlukan tekanan air yang cukup untuk menahan gas metana di tempat.Tekanan hidrostatik air yang cukup diperlukan untuk menahan CBM ditempat. Selain itu dihasilkan gas lain dalam jumlah sedikit, yaitu karbondioksida, hidrogen, hidrogen sulfida, nitrogen, argon, dan uap air (Seidle,1993).Definisi: Coalbed Methane

Terbentuknya Batubara

Batubara terdiri dari campuran majemuk komponen-komponen kimiawi yang beragam, dimana pada dasarnya merupakan batuan yang berasal dari tanam-tanaman dan kayu yang tumbuh jutaan tahun yang silam. Komponen batubara adalah air, mineral, dan metana. Proses pembentukan batubara berawal dari pengendapan tanaman-tanaman (peat) di dalam rawa-rawa. Hal tersebut terjadi di perairan-perairan yang dangkal yaitu diantara pertemuan sungai dengan lautan atau pinggir pantai. Proses pembentukan batubara tersebut selanjutnya terjadi akibat kenaikan tekanan, temperatur dan waktu.

Terbentuknya Batubara

Proses Terbentuknya Batubara1. PeatificationPenggambutan (Peatification): yaitu tumpukan tumbuhan jadi gambut yang selanjutnya nanti akan terjadi proses pembatubaraan (proses pembentukan batubara). Proses pengganbutan ini adalah tahap pertama dalam perkembangan batubara, merupakan proses biokimia dan fisika yang merubah zat-zat organik menjadi peat dengan sedikit mendapat bantuan dari proses geokimia. Biogenic Methane yang dihasilkan oleh bakteri-bakteri dalam tahap peatification berangsur-angsur akan hilang, kecuali proses terkuburnya peat, terjadi cukup cepat dan sealing shale lenses terbentuk seperti sebuah perangkap. Kemudian Biogenic Methane dari tempat lain dapat pula berpindah ke batubara yang sedang berkembang.

Pembatubaraan (Coalification): yaitu proses geokimia untuk merubah zat-zat organik dalam peat menjadi batubara selama waktu tertentu dengan bantuan proses fisika, misalnya tektonik. Hal tersebut terjadi dipengaruhi oleh temperatur, waktu, tekanan dan komposisi zat organik. Proses tersebut akan menghasilkan air dan gas metana.

Proses Terbentuknya Batubara2. Coalification

Proses Terbentuknya Batubara(Pengaruh Temperatur dan Tekanan)Terdapat 2 faktor didalam pembentukan batubara yaitu temperatur dan tekanan. Temperatur merupakan parameter penting yang paling mempengaruhi struktur kimia dinamik batubara. Semakin tinggi temperatur ketika terjadi reaksi-reaksi geokimia, maka semakin besar tekanan yang menahan reaksi-reaksi tersebut.Temperatur yang semakin tinggi penting untuk mencapai level maturitas yang lebih tinggi. Pada saat temperatur dan waktu merubah struktur molekul batubara, thermogenic methane muncul dalam jumlah yang besar, micropores berkembang sehingga mampu menyimpan jumlah gas metana yang sangat besar per unit areal permukaan batubara. Kemudian rekahan-rekahan secara alamiah akan terjadi pada batubara, sehingga nantinya akan dapat mengalirkan gas metana. Tekanan berperan penting dalam mengubah beberapa sifat fisik. Tekanan yang meningkat, akan mengurangi porositas dan mengeluarkan kelembaban pada batubara berkualitas rendah (tahap awal pembatubaraan).

Proses Terbentuknya Batubara(Rank atau Peringkat)Proses fisika dan kimia tersebut diatas, mengakibatkan terbentuknya batubara melalui beberapa tahap peringkat (rank), yaitu peat, lignite, sub-bituminous, high-volatile bituminous, medium-volatile bituminous, low-volatile bituminous, semi anthrasit, anthrasit dan akhirnya meta-anthrasite (Eddy dkk, 1982; Miracic, 2004). Tanda panah merah pada Gambar dibawah menunjukkan tahap dimana gas metana yang terbanyak diadsorbsi pada matriks batubara.

Rank of CoalPeatLigniteSub-BituminousBituminousAnthraciteGraphiteIncreasing Time and TemperatureSumber: ErtekinKapasitas terbesar keberadaan gas Metana (CBM) terdapat pada Rank Bituminous.Zat organik yang terkubur ratusan juta tahun, mengalami kenaikan suhu dan tekanan yang mengakibatkan naiknya kematangan thermal (thermal maturity) yang dicerminkan oleh perubahan ranking batubara (coal rank). Volume gas metana akan meningkat selama proses pematangan (maturation process).

Komposisi batubara dapat didiskripsikan oleh Proximate Analysis.

Dari Proximate Analysis dapat diperoleh persentase fixed carbon (FC), volatile matter (VM), moisture (H2O) and ash (ASH) content dari batubara.

Dari ultimate analysis menghasilkan kompossisi kimia yang membentuk batubara sebagai persentase Carbon Hidrogen, Sulfur dan ash.

COAL PETROLOGY Proximate and Ultimate Process

Perbedaan CBM dengan Gas KonvensionalSebelum ditemukan teknologi CBM, gas alam pada umumnya dieksploitasi dari reservoir gas yang konvensional. Namun dengan kenaikan kebutuhan energi, salah satu sumber alternatif gas alam adalah metana yang terdapat pada batubara (Coalbed Methane). Gambar dibawah memperlihatkan contoh sumur produksi CBM dibandingkan dengan kegiatan deep mining batubara, dan produksi minyak bumi. Pada penambangan terbuka (deep mining), terlihat bahwa lebih banyak lahan yang akan terpakai untuk operasi penambangan batubara, demikian juga untuk operasi pengeboran dan produksi dari minyak dan gas bumi. Sumur pengeboran dan produksi CBM tidak memerlukan terlalu banyak lahan. Bahkan pencemaran lingkungannyapun lebih rendah dibandingkan dengan sumur minyak dan gas konvensional.

Perbedaan Conventional dan Unconventional GasSebelum ditemukan teknologi CBM, gas alam pada umumnya dieksploitasi dari reservoir gas yang konvensional. Namun dengan kenaikan kebutuhan energi, salah satu sumber alternatif gas alam adalah metana yang terdapat pada batubara (Coalbed Methane). Gambar dibawah memperlihatkan contoh sumur produksi CBM dibandingkan dengan kegiatan deep mining batubara, dan produksi minyak bumi. Pada penambangan terbuka (deep mining), terlihat bahwa lebih banyak lahan yang akan terpakai untuk operasi penambangan batubara, demikian juga untuk operasi pengeboran dan produksi dari minyak dan gas bumi. Sumur pengeboran dan produksi CBM tidak memerlukan terlalu banyak lahan. Bahkan pencemaran lingkungannyapun lebih rendah dibandingkan dengan sumur minyak dan gas konvensional.

Operasi pemboran dan produksi reservoir CBM sangat berbeda dengan yang dilakukan pada reservoir konvensional. Pemboran CBM lebih kecil dan sederhana dibandingkan dengan menara bor minyak dan gas pada umumnya, karena dilakukan untuk pemboran dengan target yang dangkal. Sehingga biaya pemboran persumur CBM biasanya lebih murah.Perbedaan Conventional dan Unconventional Gas

Kapasitas Penyimpanan Gas Metana BatubaraKapasitas penyimpanan gas metana yang merupakan fungsi dari peringkat batubara. Maturitas batubara didasarkan pada banyaknya unsur karbon yang terdapat pada batubara. Semakin banyak unsur karbonnya, semakin tinggi peringkat batubara (coal rank). Kenaikan peringkat (rank) menunjukkan proses dimana kandungan karbon meningkat, sedangkan hidrogen dan oksigen berkurang (Miracic, 2004).

Langmuir Isotherm Adsorption CurvePersamaan Langmuir Isotherm Adsoprtion:Where:Gs : Gas storage capacity, SCF/tonP : Pressure, psiaVL : Langmuir volume constant, SCF/tonPL : Langmuir pressure constant, psiaLangmuir Adsorption Isotherm adalah kemampuan maksimum batubara untuk menyimpan gas yang dikenal dengan istilah Maximum Gas Content atau Langmuir Volume (VL). Sedangkan PL merupakan tekanan dimana Gas Content =1/2VL.(Ertekin, 2005)

Teknik Produksi CBMGambar dibawah menunjukkan metode produksi pada sumur CBM. Setelah lubang bor mencapai lapisan batubara, kemudian dilakukan under ream untuk memperbesar kapasitas ruang dan volume di formasi batubara tersebut. Submersible pump digunakan untuk memompa air (dewatering), sementara itu gas akan terdesorbsi dari micropores batubara dan dipisahkan menjadi produksi gas dan air. Pada umumnya tekanan dan laju alir sumur CBM ini akan rendah.

Teknik Produksi CBM

Tahap awal untuk memproduksi CBM, yaitu dengan memompa air ke permukaan, yang disebut Proses Dewatering.CBM terdesorpsi dari matrix batubara dan mengalir bersama dengan air menuju cleats, kemudian mengalir ke lubang bor dengan gas rate dan tekanan yang rendah.Sumber: Western Gas

CO2 SEQUESTRATIONReservoir CBM dapat digunakan untuk CO2 Sequestration. Sekaligus, penginjeksian CO2 kedalam reservoir ini akan meningkatkan produksi dan perolehan CBM (Enhanced CBM Recovery)

Sumber: ErtekinSumber: Pubs.acs.com

COAL PETROLOGY Proximate and Ultimate Process* | 2007 Institut Teknologi Bandung | Komposisi batubara dapat didiskripsikan oleh Proximate Analysis.

Dari Proximate Analysis dapat diperoleh persentase fixed carbon (FC), volatile matter (VM), moisture (H2O) and ash (ASH) content dari batubara. Fixed Carbon ditentukan dengan :

Dari ultimate analysis menghasilkan kompossisi kimia yang membentuk batubara sebagai persentase Carbon Hidrogen, Sulfur dan ash.

Canister Test untuk menentukan Initial Gas Content (Cgi)

CBM Drilling Rig

Pemboran, Coring dan Logging

Sampel Core Barubara hasil pemboran Core Holes

****