Minyak dan Gas Bumi

Baik minyak bumi maupun gas alam adalah campuran molekul yang dibentuk oleh atom karbon dan atom hidrogen. ada beberapa macam minyak bumi dan gas alam yang berbeda, sebagian lebih bernilai daripada yang lain. minyak bumi berat (heavy crude oils) sangat tebal dan kental serta sangat sulit untuk diproduksikan, sementara minyak bumi ringan (light crude oils) sangat mudah mengalir dan mudah diproduksikan. yang kurang bernilai adalah minyak bumi asam (sour crude oils) yang mengandungi sulfur dan gas alam asam (sour natural gas) yang mengandungi hidrogen sulfida. beberapa gas alam yang membutuhkan lebih banyak kalor untuk terbakar daripada yang lain, mengandungi cairan gas alam dan gasolin, biasanya lebih bernilai.

supaya memiliki cadangan minyak atau gas yang komersial, ada tiga kondisi geologi yang harus dipenuhi. pertama, harus adanya batuan sumber (source rock) di bawah tanah yang pada suatu waktu di masa lampau menghasilkan minyak atau gas. kedua, harus ada pemisah, yaitu batuan reservoir (reservoir rock) di bawah tanah yang menjaga minyak atau gas. ketiga, mesti ada jebakan (trap) pada batuan reservoir untuk mengonsentrasikan gas atau minyak sehingga jumlahnya memadai secara komersial.

lapisan bumi paling atas dalam area yang memproduksikan gas atau minyak biasanya terdiri dari beberapa lapis batuan sedimenter (sedimentary rock layers). batuan sedimenter adalah sumber dan resrvoir bagi gas dan minyak. batuan ini disebut batuan sedimenter karena terdiri atas beberapa sedimen. sedimen adalah 1) partikel seperti butiran pasir yang terbentuk oleh pecahan batuan sebelumnya dan terpindahkan, 2) seashells (cangkang dari organisme laut), atau 3) garam yang terurai dari air. batuan sedimenter yang membentuk lapisan bumi berusia jutaan bahkan milyaran tahun. selama masa geologi yang berkembang pesat, kedalaman laut telah berubah-ubah. berkali-kali di masa lampau, lautan naik menutupi daratan dan kemudian turun untuk menaikkan daratan. pada masa itu, sedimen mulai terbentuk. sedimen ini terbentuk dari materi sederhana seperti pasir pantai, lumpur di dasar laut, dan tumpukan cangkang organisme laut. sedimen kuno ini tersusun lapis demi lapis, membentuk batuan sedimenter yang nantinya dibor untuk memproduksikan minyak dan gas.
Sumber utama pembentuk gas dan minyak bumi adalah materi organik yang terkubur dan termasak di dalam batuan sedimenter kuno. batuan ini tidak hanya mengandungi partikel anorganik seperti butiran pasir dan lumpur, tetapi juga materi dari bangkai tetumbuhan dan binatang. batuan sedimenter yang paling kaya akan kandungan organiknya (batuan sumber bagi migas) adalah black shale. terdeposisi sebagai lumpur kaya organik pada dasar lautan kuno. di bawah tanah, temperatur menjadi faktor paling penting untuk memasak materi organik menjadi minyak. apabila batuan sumber ditutupi lebih banyak sedimen dan terkubur dalam dalam di bumi ia menjadi panas dan lebih panas. temperatur minimum yang diperlukan untuk membentuk minyak, sekitar 150 F (65 C), berada pada kedalaman 7000 ft (2130 m) di bawah permukaan bumi. Minyak dihasilkan dari posisi tersebut hingga kedalaman 18,000 ft (5500 m) pada temperatur 300 F (150 C). reaksi yang mengubah materi organik menjadi minyak amat kompleks dan membutuhkan waktu yang lama. jika batuan sumber terkubur lebih dalam dengan temperatur di atas 300 F (150 C), maka materi organik tersisa akan menghasilkan gas alam.

gas dan minyak apabila dibandingkan dengan air yang juga berada di batuan sedimenter bawah tanah, berat jenisnya lebih ringan. setelah terbentuk, minyak dan gas bumi terangkat karena daya apung (buoyancy) melalui rekahan (fractures) pada batuan bawah tanah. minyak dan gas bumi yang terangkat memasuki lapisan batuan reservoir. batuan reservoir adalah batuan sedimenter yang mengandungi jutaan ruang sangat kecil yang disebut pori-pori (pores). batuan sedimenter umum seperti sandstone terbentuk dari butiran pasir yang persis dengan butiran pasir pantai atau pasir sungai. butiran pasir tersebut seperti bola-bola (spheres) yang berbeda ukuran sehingga tidak memungkinkan satu sama lain mengepas secara sempurna. ada ruang pori antara butiran pasir di pantai begitu juga pada batuan sandstone. limestone, batuan sedimenter umum lainnya, terdeposisi sebagai hamparan cangkang (shell beds) atau karang (reefs), dan terdapat pori antara cangkang dengan koral. gas dan minyak mengalir ke dalam pori-pori lapisan batuan reservoir.

Fluida (air, gas, atau minyak), baik di permukaan maupun di bawah tanah, akan selalu mengalir melalui jalur yang lebih sedikit hambatannya, rute termudah. di bawah tanah, rute termudah itu adalah sepanjang lapisan batuan reservoir. hal ini karena adanya sambungan antara ruang pori sehingga fluida dapat mengalir dari pori ke pori dan menuju ke atas. kemampuan alir fluida di dalam batuan disebut juga permeabilitas, dan perpindahan minyak dan gas menuju permukaan disebut migrasi. karena migrasi, minyak dan gas dapat berpindah jauh, secara horizontal dan vertikal, dari tempat asal pembentukannya.

gas dan minyak bumi yang bermigrasi di dalam batuan reservoir akan menemukan jebakan (trap) yaitu titik tertinggi pada batuan reservoir sehingga gas atau minyak berhenti bermigrasi dan terkumpul. karena pori-pori batuan reservoir sudah terisi air, maka gas dan minyak akan mengalir ke bagian yang paling tinggi pada batuan reservoir. salah satu tipe jebakan adalah busur alami pada batuan reservoir yang disebut kubah (dome) atau antiklinal (anticline).

Di dalam jebakan, fluida terpisah berdasarkan berat jenisnya masing-masing. gas sebagai fluida yang teringan akan mengisi bagian paling atas jebakan dan membentuk free gas cap. minyak akan mengisi bagian tengah dan membentuk reservoir minyak. air asin sebagai fluida yang terberat akan mengisi bagian dasar.

untuk melengkapi jebakan, batuan penutup (cap rock) harus menutupi batuan reservoir. cap rock adalah semacam batuan penyegel yang tidak mungkin dilalui oleh fluida. tanpa adanya cap rock, minyak dan gas akan bocor ke permukaan tanah. dua bentuk batuan sedimenter yang berfungsi sebagai cap rock adalah shale dan salt.

bagaimanakah cadangan bawah tanah minyak dan gas terbentuk? pada masa-masa awal pemboran, dibayangkan bahwa terdapat sungai bawah tanah yang mengalir dan danau bawah tanah berisi minyak. Para driller di masa-masa awal bagaimanapun berhasil memperoleh minyak karena banyaknya jebakan bawah tanah yang bocor. Ada rekahan kecil pada cap rock yang membuat minyak dan gas bocor dan merembes (seep) ke permukaan. Para driller awal biasanya menempatkan sumur mereka di atas rembesan (seep).

pada awal 1900an, dasar-dasar pengetahuan mengenai cadangan minyak dan gas bawah tanah menjadi lebih baik. perusahaan minyak menyadari bahwa dengan memetakan bagaimana lapisan batuan sedimenter tersingkap (crop out) di atas permukaan tanah, lapisan batuan dapat diproyeksikan ke bawah permukaan, dan jebakan dapat ditentukan lokasinya. para geologist dipekerjakan untuk memetakan singkapan (outcrop) batuan.

belakangan, metode seismik dikembangkan untuk mendeteksi jebakan tersembunyi di bawah permukaan. eksplorasi seismik menggunakan sumber dan detektor. sumber seperti dinamit diletakkan pada atau dekat permukaan dan memberikan impulse energi suara ke dalam bawah permukaan. energi suara akan dipantulkan oleh lapisan-lapisan batuan sedimenter kembali ke permukaan dan direkam oleh detektor. gema suara yang terekam digunakan untuk membuat pencitraan lapisan batuan bawah permukaan tanah.
Satu-satunya cara untuk memastikan apakah suatu jebakan berisi sejumlah komersil minyak dan gas adalah dengan cara membor sumur. sebuah sumur dibor untuk mencari lapangan migas baru dan dijuluki sumur wildcat. kebanyakan sumur wildcat adalah kering tanpa temuan migas yang komersil. sumur dibor dengan menggunakan menara pemboran yang disebut rig. rangkaian pipa bor untuk membuat sumur dapat mencapai ribuan kaki panjangnya dengan sebuah pahat di ujungnya. dengan memutar rangakain pipa di permukaan, pahat di dasar akan berputar membuat lubang.

semakin dalam sumur dibor, semakin banyak pipa bor yang dibutuhkan. tenaga untuk menggerakkan peralatan bor ini disediakan oleh mesin diesel. menara baja di atas sumur yang disebut derrick digunakan untuk menaikkan dan menurunkan pipa. lubang sumur yang dibor dapat berupa lubang yang lurus maupun lubang yang miring dengan kemiringan sudut tertentu.

sistem yang paling penting di rig adalah sistem sirkulasi lumpur pemboran. lumpur pemboran dipompakan ke dalam pipa bor yang akan disemprotkan keluar melalui nozzle pada pahat dan kembali ke permukaan melalui ruang antara pipa dan lubang. lumpur pemboran akan mengangkat potongan-potongan batu yang dibuat oleh pahat (disebut cuttings) ke permukaan. hal ini mencegah penumpukan serbuk bor di dasar lubang. selama pemboran, lubang sumur selalu penuh terisi lumpur pemboran untuk mencegah mengalirnya fluida seperti air, gas atau minyak dari batuan bawah tanah ke lubang sumur. jika minyak atau gas dapat mengalir ke permukaan saat pemboran, akan menyebabkan kebakaran. bahkan jika hanya air yang mengalir saja dapat menggugurkan lubang dan membuat kita kehilangan sumur. dengan adanya lumpur pemboran, fluida ini tertahan berada di dalam batuan. pemboran sumur di lepas pantai hampir sama dengan pemboran di daratan. untuk sumur wildcat di lepas pantai, rig dinaikkan di atas barge, anjungan (platform) terapung, atau kapal yang dapat berpindah. apabila lapangan lepas pantai sudah ditentukan, anjungan (platform) produksi akan dipasang untuk membor sumur-sumur lainnya dan memroduksi migas.

karena lumpur pemboran menjaga agar migas tetap berada di dalam batuan, cadangan migas bawah tanah pun dapat dibor tanpa mengindikasikan adanya migas, sehingga diperlukan evaluasi sumur dengan cara menurunkan peralatan rekam wireline. truk alat rekam dipanggil, menurunkan tabung berisi instrumen yang disebut sonde ke dalam lubang sumur. ketika sonde diangkat keluar lubang, instrumen akan merekam secara elektrik, suara dan radioaktif sifat-sifat batuan dan fluida yang dilaluinya. pengukuran ini direkam pada kertas panjang bergaris yang disebut well log. well log ini memberi informasi tentang komposisi lapisan batuan, pori-pori, dan fluida yang mungkin ada di dalamnya.

dari hasil pembacaan well log, sumur dapat saja ditutup dan ditinggalkan sebagai sumur kering atau diselesaikan untuk diproduksikan. pemasangan pipa produksi adalah cara awal menyelesaikan sumur. untuk memasang pipa, pipa baja panjang yang bergaris tengah besar (disebut selubung atau casing) dimasukkan ke dalam sumur. semen basah dipompakan ke dalam ruang antara casing dan dinding sumur hingga mengeras untuk menjaga lubang sumur. pada kebanyakan sumur, pemasangan casing bertahap yang disebut casing program dilakukan sebagai berikut: bor sumur, pasang casing, bor lebih dalam, pasang casing lagi, bor lebih dalam lagi, dan pasang casing lagi.