GEOKIMIA MOLEKULER

GEOKIMIA MOLEKULER
A. LATAR BELAKANG
Minyak bumi merupakan sumber energi yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-
hari maupun dalam proses industri, tetapi minyak bumi termasuk sumber daya alam yang tidak
dapat diperbaharui. Produksi minyak bumi di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami
penurunan. Berdasarkan data dari Indonesian Petroleum Association (IPA), pada awal 2004
produksi minyak Indonesia mencapai 1,11 juta barel per hari kemudian pada akhir 2008 turun
menjadi 970 ribu barel per hari. Produksi yang dihasilkan dari cadangan minyak yang ada
sekarang diperkirakan akan terus turun hingga 50 persen dalam satu dekade mendatang.
Penurunan produksi minyak bumi nasional berbandingterbalik dengan konsumsi minyak bumi.
Kepala Departemen Energi Ikatan AhliGeologi Indonesia (IAGI), Nanang Abdul Manaf
mengatakan konsumsi minyakbumi di Indonesia pada akhir tahun 2007 sebesar 800 ribu barel
perhari, sedangkan pada akhir tahun 2008 mengalami peningkatan menjadi 870 ribu barel perhari.
Hal ini berarti cadangan minyak akan habis dalam sepuluh tahun ke depan apabila tidak
ditemukan cadangan minyak yang baru. Berdasarkan data menurut IPA (2008), wilayah
Indonesia memiliki banyak cekungan yang berpotensi menghasilkan migas sekitar 5,025 milyar
barel per tahun tetapi belum dilakukan eksplorasi, sehingga perlu dilakukan program penggalakan
eksplorasi minyak bumi (Lubis,2008).
Eksplorasi minyak bumi, selain memerlukan data geofisika dan geologi, akhir-akhir ini
mulai memanfaatkan data geokimia organik batuan induk dan minyak mentah. Selama 3 dekade
terakhir ini, geokimia organik yang merupakan suatu ilmu geosain modern gabungan antara
geologi dan kimia organik memegang peranan yang sangat penting dalam proses eksplorasi
minyak bumi (Kvenvolden, 2005). Geokimia organik mempelajari bahan organik dari segi
bagaimana terbentuknya, komposisinya, asal usulnya dalam batuan dan sedimen (Kvenvolden,
2008). Sehingga dengan kajian geokimia organik ini akan memberikan gambaran tentang kondisi
kimiawi dalam minyak bumi. Selain itu, minyak bumi biasanya ditemukan padar e s e r v o i r (batuan
penampung) pada jarak tertentu dari batuan induknya, sehingga ada kemungkinan batuan
penampung tersebut bukan merupakan batuan induk. Dengan mempelajari geokimia organic akan
diketahui komposisi senyawa-senyawa organik dalam suatu sampel minyak, sehingga hal ini akan
membantu menentukan batuan induk manakah yang menghasilkan minyak dari beberapa batuan
induk yang ada (Ahmed, 2004).
Semua informasi berupa data geokimia organik secara lengkap akan diketahui melalui
penyelidikan yang mendalam terhadap profil senyawa biomarka. Biomarka merupakan senyawa
kompleks fosil molekular biologis, yang berasal dari suatu organisme makhluk hidup yang telah
mengalami proses perubahan gugus fungsi, pemutusan ikatan dan perubahan stereokimia, namun
masih menyimpan secara utuh kerangka atom karbon sehingga dapat ditelusuri asal usul
prekursornya. Fosil molekuler yang ditemukan pada sedimen, batuan dan minyak bumi
mempunyai kerangka dasar sama dengan prekursornya yang terdapat di dalam makhluk hidup
(Peters dan Moldowan, 1993; Hunt, 1994; Hobson, 1984). Biomarka dalam geokimia organik
dapat dikelompokkan menjadi fraksi netral, asam, dan polar (Burhan, dkk, 2002).
Didalam fraksi netral terdapat senyawa biomarka, misalnya n-alkana, pristan( 1 6 ), fitan
(17), dan hopanoid. Dimana dengan mempelajari homolog dari n-alkana akan dapat diketahui
asal usul dari minyak apakah dari daratan atau dari lautan, perbandingan pristan( 1 6 ) dan fitan
(17) akan menunjukkan kondisi pengendapan dari minyak apakah reduktif atau oksidatif seperti
yang sudah dilakukan Anita (2008) pada minyak mentah Mudi, Tuban yang menunjukkan hasil
bahwa minyak mentah Mudi, Tuban mempunyai perbandingan pristan( 1 6 ) dan fitan( 1 7 ) 0,81
sehingga lingkungan pengendapan bersifat reduktif. Keberadaan senyawa hopanoid dalam
minyak bumi juga dapat digunakan sebagai parameter mengenai tingkat kematangan termal dari
suatu minyak. Kematangan termal adalah tingkatan reaksi yang dipengaruhi panas yang mampu
mengkonversi materi organik sedimenter menjadi minyak (Peters, dkk., 1993). Berdasarkan
parameter ini, kandungan biomarka yang menjadi indicator kematangan dalam minyak dapat
memberikan informasi matang tidaknya minyak tersebut sehingga menjadi bahan pertimbangan
layak tidaknya suatu sumber minyak untuk dieksplorasi. Seperti penelitian yang dilakukan oleh
Zumberge (1987) pada minyak bumi dari Kanada yang menemukan senyawa biomarka
17α(H),21β(H)-Hopana( 3 8 ) , dimana adanya senyawa tersebut mengindikasikan bahwa minyak

tersebut berasal dari sedimen yang tua sehingga mempunyai kematangan termal yang tinggi dan
layak untuk di eksplorasi.
Indonesia mempunyai banyak ladang minyak dan gas bumi, baik yang telah di eksplorasi
maupun yang belum. Salah satu ladang minyak yang telah dieksplorasi yaitu daerah Lawe-lawe
Balikpapan. Kawasan Lawe-lawe termasuk dalam kawasan formasi Balikpapan. Formasi
Balikpapan merupakan perselingan batu pasir dan batu lempung dengan sisipan lanau, serpih dan
batubara. Formasi Balikpapan terdiri dari beberapa siklus endapan delta. Beberapa perusahaan
eksplorasi telah memulai eksplorasi di daerah ini, karena formasi Balikpapan mempunyai sumber
daya energi minyak yang sangat produktif (Purnama, 2005). Sebagaimana lazimnya, eksplorasi
sumur Lawe-lawe Balikpapan ini telah melalui penyelidikan awal yang rinci antara lain
menyangkut survei geologi dan geofisika. Penyelidikan geokimia bahan organik yang merupakan
parameter relative baru dalam eksplorasi minyak bumi belum pernah dilakukan. Data geologi dan
geofisika tidak dapat memberikan informasi mengenai asal-usul, biodegradasi, komposisi dan
migrasi hidrokarbon serta kematangan termal suatu sumber minyak. Oleh karena itu perlu
dilakukan karakterisasi geokimia organik untuk mendapatkan profil biomarka yang merupakan
data pendukung dari data geologi dan geofisika dalam proses eksplorasi minyak bumi.
B. SUMBER ASAL DAN LINGKUNGAN PENGENDAPAN MINYAK BUMI.
Ada tiga faktor utama dalam pembentukan minyak dan/atau gas bumi, yaitu : Pertama, ada
“bebatuan asal” (source rock) yang secara geologis memungkinkan terjadinya pembentukan minyak dan
gas bumi. Kedua, adanya perpindahan (migrasi) hidrokarbon dari bebatuan asal menuju ke “bebatuan
reservoir” (reservoir rock), umumnyasandstone ataulimestone yang berpori-pori (porous) dan ukurannya
cukup untuk menampung hidrokarbon tersebut.
Ketiga, adanya jebakan (entrapment) geologis. Struktur geologis kulit bumi yang tidak teratur
bentuknya, akibat pergerakan dari bumi sendiri (misalnya gempa bumi dan erupsi gunung api) dan erosi
oleh air dan angin secara terus menerus, dapat menciptakan suatu “ruangan” bawah tanah yang menjadi
jebakan hidrokarbon. Kalau jebakan ini dilingkupi oleh lapisan yangimpermeable, maka hidrokarbon tadi
akan diam di tempat dan tidak bisa bergerak kemana-mana lagi.
Temperatur bawah tanah, yang semakin dalam semakin tinggi, merupakan faktor penting lainnya
dalam pembentukan hidrokarbon. Hidrokarbon jarang terbentuk pada temperatur kurang dari 65oC dan
umumnya terurai pada suhu di atas 260oC. Hidrokarbon kebanyakan ditemukan pada suhu moderat, dari
107 ke 177oC
komponen-komponen pembentuk minyak bumi.
Minyak bumi merupakan campuran rumit dari ratusan rantai hidrokarbon, yang umumnya
tersusun atas 85% karbon (C) dan 15% hidrogen (H). Selain itu, juga terdapat bahan organik dalam
jumlah kecil dan mengandung oksigen (O), sulfur (S) atau nitrogen (N).
Apakah ada perbedaan dari jenis-jenis minyak bumi ?. Ya, ada 4 macam yang digolongkan
menurut umur dan letak kedalamannya, yaitu:young-shallow,old-shallow,young-deep danold-deep.
Minyak bumiyoung-shallow biasanya bersifat masam (sour), mengandung banyak bahan aromatik, sangat
kental dan kandungan sulfurnya tinggi. Minyakold-shallow biasanya kurang kental, titik didih yang lebih
rendah, dan rantai paraffin yang lebih pendek.Old-deep membutuhkan waktu yang paling lama untuk
pemrosesan, titik didihnya paling rendah dan juga viskositasnya paling encer. Sulfur yang terkandung
dapat teruraikan menjadi H2S yang dapat lepas, sehinggaold-deep adalah minyak mentah yang dikatakan
paling “sweet”. Minyak semacam inilah yang paling diinginkan karena dapat menghasilkan bensin
(gasoline) yang paling banyak.
Waktu yang dibutuhkan untuk membentuk minyak bumi. Sekitar 30-juta tahun di pertengahan
jaman Cretaceous, pada akhir jaman dinosaurus, lebih dari 50% dari cadangan minyak dunia yang sudah
diketahui terbentuk. Cadangan lainnya bahkan diperkirakan lebih tua lagi. Dari sebuah fosil yang
diketemukan bersamaan dengan minyak bumi dari jaman Cambrian, diperkirakan umurnya sekitar 544
sampai 505-juta tahun yang lalu.
Para geologis umumnya sependapat bahwa minyak bumi terbentuk selama jutaan tahun dari
organisme, tumbuhan dan hewan, berukuran sangat kecil yang hidup di lautan purba. Begitu organisme
laut ini mati, badannya terkubur di dasar lautan lalu tertimbun pasir dan lumpur, membentuk lapisan yang
kaya zat organik yang akhirnya akan menjadi batuan endapan (sedimentary rock). Proses ini berulang
terus, satu lapisan menutup lapisan sebelumnya. Lalu selama jutaan tahun berikutnya, lautan di bumi ada
yang menyusut atau berpindah tempat.
Deposit yang membentuk batuan endapan umumnya tidak cukup mengandung oksigen untuk
mendekomposisi material organik tadi secara komplit. Bakteri mengurai zat ini, molekul demi molekul,
menjadi material yang kaya hidrogen dan karbon. Tekanan dan temperatur yang semakin tinggi dari
lapisan bebatuan di atasnya kemudian mendistilasi sisa-sisa bahan organik, lalu pelan-pelan
mengubahnya menjadi minyak bumi dan gas alam. Bebatuan yang mengandung minyak bumi tertua
diketahui berumur lebih dari 600-juta tahun. Yang paling muda berumur sekitar 1-juta tahun. Secara
umum bebatuan dimana diketemukan minyak berumur antara 10-juta dan 270-juta tahun.
caranya menemukan minyak bumi. Ada berbagai macam cara :
observasi geologi, survei gravitasi, survei magnetik, survei seismik, membor sumur uji, atau dengan
educated guess dan faktor keberuntungan.
Survei gravitasi : metode ini mengukur variasi medan gravitasi bumi yang disebabkan perbedaan densitas
material di struktur geologi kulit bumi.
Survei magnetik : metode ini mengukur variasi medan magnetik bumi yang disebabkan perbedaan
properti magnetik dari bebatuan di bawah permukaan.
Kedua survei ini biasanya dilakukan di wilayah yang luas seperti misalnya suatu cekungan (basin). Dari
hasil pemetaan ini, baru metode seismik umumnya dilakukan.
Survei seismik menggunakan gelombang kejut (shock-wave) buatan yang diarahkan untuk melalui
bebatuan menuju target reservoir dan daerah sekitarnya. Oleh berbagai lapisan material di bawah tanah,
gelombang kejut ini akan dipantulkan ke permukaan dan ditangkap oleh alatreceivers sebagai pulsa
tekanan (olehhy dr ophone di daerah perairan) atau sebagai percepatan (olehgeophone di darat). Sinyal
pantulan ini lalu diproses secara digital menjadi sebuah peta akustik bawah permukaan untuk kemudian
dapat diinterpretasikan.
Aplikasi metode seismik :
1. Tahap eksplorasi : untuk menentukan struktur dan stratigrafi endapan dimana sumur nanti akan
digali.
2. Tahap penilaian dan pengembangan : untuk mengestimasi volume cadangan hidrokarbon dan
untuk menyusun rencana pengembangan yang paling baik.
3. Pada fase produksi : untuk memonitor kondisi reservoir, seperti menganalisis kontak antar fluida
reservoir (gas-minyak-air), distribusi fluida dan perubahan tekanan reservoir.
Selanjutnya Setelah mengevaluasi reservoir, selanjutnya tahap mengembangkan reservoir. Yang pertama
dilakukan adalah membangun sumur (well-construction) meliputi pemboran (drilling), memasang tubular
sumur (casing) dan penyemenan (cementing). Lalu prosescompletion untuk membuat sumur siap
digunakan. Proses ini meliputi perforasi yaitu pelubangan dinding sumur; pemasangan seluruh pipa-pipa
dan katup produksi beserta asesorinya untuk mengalirkan minyak dan gas ke permukaan; pemasangan
kepala sumur (wellhead atau chrismast tree) di permukaan; pemasangan berbagai peralatan keselamatan,
pemasangan pompa kalau diperlukan, dsb. Jika dibutuhkan, metode stimulasi juga dilakukan dalam fase
ini. Selanjutnyawell-evaluation untuk mengevaluasi kondisi sumur dan formasi di dalam sumur. Teknik
yang paling umum dinamakanlogging yang dapat dilakukan pada saat sumur masih dibor ataupun
sumurnya sudah jadi.
Aplikasi metode seismik :
1. Tahap eksplorasi : untuk menentukan struktur dan stratigrafi endapan dimana sumur nanti akan
digali.
2. Tahap penilaian dan pengembangan : untuk mengestimasi volume cadangan hidrokarbon dan
untuk menyusun rencana pengembangan yang paling baik.
3. Pada fase produksi : untuk memonitor kondisi reservoir, seperti menganalisis kontak antar fluida
reservoir (gas-minyak-air), distribusi fluida dan perubahan tekanan reservoir.
Setelah mengevaluasi reservoir, selanjutnya tahap mengembangkan reservoir. Yang pertama
dilakukan adalah membangun sumur (well-construction) meliputi pemboran (drilling), memasang tubular
sumur (casing) dan penyemenan (cementing). Lalu prosescompletion untuk membuat sumur siap
digunakan. Proses ini meliputi perforasi yaitu pelubangan dinding sumur; pemasangan seluruh pipa-pipa
dan katup produksi beserta asesorinya untuk mengalirkan minyak dan gas ke permukaan; pemasangan
kepala sumur (wellhead atau chrismast tree) di permukaan; pemasangan berbagai peralatan keselamatan,
pemasangan pompa kalau diperlukan, dsb. Jika dibutuhkan, metode stimulasi juga dilakukan dalam fase
ini. Selanjutnyawell-evaluation untuk mengevaluasi kondisi sumur dan formasi di dalam sumur. Teknik
yang paling umum dinamakanlogging yang dapat dilakukan pada saat sumur masih dibor ataupun
sumurnya sudah jadi.
Ada berapa macam jenis sumur
Di dunia perminyakan umumnya dikenal tiga macam jenis sumur :
Pertama, sumur eksplorasi (sering disebut jugawildcat) yaitu sumur yang dibor untuk menentukan
apakah terdapat minyak atau gas di suatu tempat yang sama sekali baru.
Jika sumur eksplorasi menemukan minyak atau gas, maka beberapa sumur konfirmasi (confirmation
well) akan dibor di beberapa tempat yang berbeda di sekitarnya untuk memastikan apakah kandungan
hidrokarbonnya cukup untuk dikembangkan.
Ketiga, sumur pengembangan (development well) adalah sumur yang dibor di suatu lapangan minyak
yang telah eksis. Tujuannya untuk mengambil hidrokarbon semaksimal mungkin dari lapangan tersebut.
Istilah persumuran lainnya :
• Sumur produksi : sumur yang menghasilkan hidrokarbon, baik minyak, gas ataupun keduanya.
Aliran fluida dari bawah ke atas.
• Sumur injeksi : sumur untuk menginjeksikan fluida tertentu ke dalam formasi (lihat Enhanced Oil
Recovery di bagian akhir). Aliran fluida dari atas ke bawah.
• Sumur vertikal : sumur yang bentuknya lurus dan vertikal.
• Sumur berarah (deviated well, directional well) : sumur yang bentuk geometrinya tidak lurus
vertikal, bisa berbentuk huruf S, J atau L.
• Sumur horisontal : sumur dimana ada bagiannya yang berbentuk horisontal. Merupakan bagian
dari sumur berarah