Seminar Tambang

Jurusan Teknik Pertambangan

2. TEORI DASAR Metode Produksi untuk mengangkat fluida ke permukaan bila tekanan hidrostatik sumur tidak dapat mengalirkan fluida, maka diperlukan pengangkatan buatan (Artificial lift). Pompa Benam Listrik (ESP) merupakan salah satu metode pengangkatan buatan. Pada bab ini akan membahas prinsip-prinsip dasar yang melatar belakangi penggunaan pompa benam listrik pada sumur-sumur produksi.

2.1. Produktifitas FormasiProduktifitas formasi adalah kemampuan suatu formasi untuk memproduksikan fluida yang dikandungnya pada kondisi tekanan tertentu, sumur-sumur yang baru umumnya mempunyai tenaga pendorong alamiah yang mampu mengalirkan fluida hidrokarbon dari reservoir ke permukaan dengan tenaganya sendiri. Penurunan kemampuan produksi terjadi dengan berjalannya waktu produksi dimana kemampuan dari formasi untuk mengalirkan fluida tersebut akan mengalami penurunan yang besarnya sangat tergantung pada penurunan tekanan reservoir. Parameter yang menyatakan produktivitas formasi adalah Index Produktivitas (PI) dan Inflow Performance Relationship (IPR).(Sumber: Pudjo Sukarno 1996)2.1.1. Index ProduktivitasIndex Produktivitas (PI) merupakan index yang digunakan untuk menyatakan kemampuan suatu formasi untuk berproduksi pada suatu tekanan tertentu atau merupakan perbandingan antara laju produksi yang dihasilkan formasi produktif pada drawdown yang merupakan beda tekanan dasar sumur saat kondisi statis (Ps) dan saat terjadi aliran (Pwf).Fluida formasi satu fasa, bila tekanan reservoirnya dibawah tekanan bubble point minyak, dimana gas semula larut akan terbebaskan, membuat fluida menjadi dua fasa.(Sumber: Pudjo Sukarno 1996)Kasus pada penelitian ini, tekanan bubble point dibawah tekanan reservoir, dimana gas yang terlarut akan segera terbebaskan, tapi pada saat Pwf dibawah Pb maka gas terlarut akan segera terbebaskan. Menurut Vogel, bentuk IPR pada kondisi tersebut lurus tetapi pada saat Pwf Pb, digunakan

o = ob(P/Pb) ........................................................................ (2-17) Keterangan :

A = 10.715 (Rs + 100)-0.515

B = 5.44 (Rs + 150)-0.338

od = 10x 1

X = Y T-1.163

Y = 10Z

Z = 3.0324 0.02023 (oAPI)

T = Temperatur, oF

M = 2.6 P1.187 x 10(-0.000039 P 5.0)

c. Viskositas Air (w)Beggs dan Brill membuat korelasi perhitungan viskositas air yang dipengaruhi temperatur, yaitu :

w = EXP (1.003 1.479 x 10-2 T + 1.982 x 10-5 (T2)................... (2-18)

Dimana :

T = Temperatur

w = viskositas air, cp

2.2.1.4. Faktor Deviasi Gas

Salah satu korelasi yang digunakan dalam perhitungan faktor deviasi gas (Z), yaitu korelasi standing dan Katz.

Z = A+ (1-A) EXP (-E) + (Pr) .................................................. (2-19) Dimana :

Tc = 328 + 310 (g 0.5) dan Tr = (T/Tc)

Pc = 677 47 (g 0.5) dan Pr = (P/Pc)

g = Specific Gravity Gas

A = 1.39 (Tr 0.92)0.5 0.36 Tr 0.101

B = (0.62 0.23 Tr) Pr

C =

D =

E = B + C + D

F = [0.132 0.32 Log (Tr)]

G = 100.3106 0.49Tr + 0.1824 Tr2

2.2.1.5. Specific Gravity FluidaSpecific gravity fluida (SG) adalah perbandingan antara densitas fluida tersebut dengan fluida yang lain pada kondisi standart (14.7 psi, 60oF). Untuk menghitung besarnya SG tertentu, biasanya air diambil sebagai patokan densitas sebesar 62.40 lb/cuft. Sehingga specific gravity secara sistematis ditulis dengan persamaan :

SGf = ....................................................................................(2-20)Dalam teknik Perminyakan specific gravity sering dinyatakan dengan oAPI, dengan persamaan :

Sgo = ........................................................................(2-21)Untuk fluida campuran, besarnya specific gravity dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

SGf = ............................................................................(2-22)

Keterangan:

= densitas fluida, gr/cc atau lb/cuft

m = berat fluida, gr atau lb

A = luasan, cm2 atau ft2

oAPI = derajad API

SGf= specific Gravity fluida

Ci= Konsentrasi (%) komponen ke-i dalam sistem

Sgi= Specific Gravity ke-i

2.2.2. Friction LossSecara umum persamaan gradien tekanan yang digunakan untuk setiap fluida yang mengalir pada sudut kemiringan pipa tertentu dinyatakan dengan tiga komponen, yaitu adanya perubahan energi potensial (elevasi), adanya gesekan pada dinding pipa dan adanya perubahan energi kinetik.

...(2-23)

...(2-24)

Dimana :

(= densitas fluida, lb/cuft

V= kecepatan aliran, ft/dt

f= faktor gesekan

d= diameter dalam pipa, inchi

= sudut kemiringan pipa

g= percepatan gravitasi, ft/dt2gc= faktor konversiBila fluida mengalir didalam pipa maka akan mengalami tegangan geser (shear stress) pada dinding pipa, sehingga terjadi kehilangan sebagian tenaganya yang sering di sebut dengan friction loss. Willian-Hazen membuat suatu persamaan empiris untuk friction loss (hf), yaitu:

...(2-25)

dimana:

C= konstanta dari bahan yang digunakan dalam pembuatan pipa

Q= laju produksi, gallon/menit

ID= diameter dalam pipa, inchi

Berdasarkan persamaan tersebut, Willian-Hazen membuat grafik friction loss seperti yang ditunjukkan gambar 2.1.

Gambar.2.1. Grafik Friction Loss Willian-Hazen(Sumber: Beggs, H.D. 1991)2.2.3. Perhitungan Gradien Kehilangan Tekanan Dalam Pipa Metode Beggs

and Brill.Pengembangan metode ini berdasarkan data percobaan dalam pipa berskala kecil pipa yang digunakan adalah pipa acrylic dengan diameter 1 inch dan 1.5 inch dengan panjang 90 ft. Pipa tersebut dimiringkan pada berbagai sudut kemiringan.

Beggs dan Brill mengembangkan data pengukuran sebanyak 584 buah. Perhitungan liquid hold up didasarkan pada pola aliran yang terjadi, dimana mula-mula liquid hold up yang dihitung berdasarkan pola aliran horizontal, kemudian apabila pipa miring dengan sudut kemiringan tertentu, maka liquid hold up pada kondisi pipa miring tersebut ditentukan berdasarkan liquid hold up pada pipa horizontal setelah dilakukan koreksi pada pipa tersebut.

Gambar 2.2. Pola Aliran Menurut Beggs and Brill(Sumber: Beggs, H.D. 1991)

Gambar 2.3. Liquid Hold-up Versus kemiringan Pipa

(Sumber: Beggs, H.D. 1991)Prosedur perhitungan gradien tekanan dengan menggunakan metoda Beggs dan Brill adalah sebagai berikut ;

1. Menghitung tekanan dan temperatur rata-rata serta kedalaman rata-rata antara 2 titik tekanan.

dan

2. Menghitung harga-harga Rs, Bo, o, g ,w, o, w dan faktor deviasi gas (Zg) dari grafik atau korelasi yang ada.

3. Menghitung specific gravity minyak.

4. Menghitung densitas cairan dan gas pada kondisi tekanan dan temperatur rata-rata.

.............................. (2-26)

................................................(227)

................................................................... (2-28)

....................................................... (2-29)

5. Menghitung laju aliran cairan dan gas pada selang kedalaman tersebut.

qL = 6.49 x 10-5 [qo Bo + qw Bw]....................................... (2-30)

qg = ............................. (2-31)

6. Menghitung kecepatan superficial cairan (VSL), gas (VSg) dan campuran (Vm)

VSL = qL/Ap........................................................................ (2-32)

VSg = qg/Ap......................................................................... (2-33)

Vm = VSL +VSg..................................................................... (2-34)

7. Menghitung total massa flux rate cairan, gas dan campuran.

GL = VSL x L....................................................................... (2-35)

Gg = VSg x g....................................................................... (2-36)

Gm = GL + Gg...................................................................... (2-37)

8. Menghitung input liquid content atau no slip hold-up (L)

L = ........................................................................ (2-38)

9. Menghitung Froude Number (NFR) dan L, g, dan mNFR = ..........................................................................(2-39)

.............................. (2-40)

m = (L L+ g (1- L)) (6.72 x 10-4)................................ (2-41)

.............................. (2-42)

10. Menghitung no slip bilangan Reynolds (NRE)ns dan liquid velocity number (NLV)

NRE)ns = .....................................................................(2-43)

NLV = 1.938 VSL ............................................. (2-44)

11. Menghitung variabel-variabel yang merupakan batas pola aliran.

L1 = 316 L 0.302...................................................................(2-45)

L2 = 0.10 L-1.4516..................................................................(2-46)

L3 = 0.0009152 L -2.4684...................................................... (2-47)

L4 = 0.5 L -6.738 ...................................................................(2-48)

12. Menentukan pola aliran berdasarkan variabel-variabel diatas.Tabel 2.2. Batasan Pola Aliran Oleh Beggs and BrillPola AliranBatasan

Segregated FlowL < 0.01 dan NFR < L1Atau

L 0.01 dan NFR < L1

Transition FlowL 0.01 dan L2