pompa listrik
DESCRIPTION
Pompa ListrikTRANSCRIPT
POMPA BENAM LISTRIK(ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP – ESP)
Pompa benam listrik dibuat atas dasar pompa sentrifugal bertingkat banyak,
dimana keseluruhan dari pompa dan motornya ditenggelamkan kedalam cairan. Pompa ini
digerakkan dengan motor listrik dibawah permukaan melalui suatu poros motor (shaft)
yang memutar pompa, dan akan memutar sudu-sudu (impeller) pompa. Perputaran sudu-
sudu itu menimbulkan gaya sentrifugal yang digunakan untuk mendorong fluida ke
permukaan.
1. PERALATAN POMPA BENAM LISTRIK
Secara umum peralatan pompa benam listrik dapat dibagi menjadi dua bagian,
yaitu :
1. Peralatan di atas permukaan.
2. Peralatan di bawah permukaan.
Pada Gambar 1. memperlihatkan secara lengkap peralatan diatas dan dibawah
permukaan dari pompa benam listrik.
1.1. Peralatan Di Atas Permukaan
Peralatan diatas permukaan meliputi wellhead, junction box, switchboard, dan
transformer.
1. Welhead
Wellhead atau kepala sumur dilengkapi dengan tubing hanger khusus yang
mempunyai lubang untuk cable pack-off atau penetrator. Cable pack-off ini biasanya tahan
sampai tekanan 3000 psi.
Gambar 1 : Susunan Lengkap Peralatan Pompa Benam Listrik.
Tubing hanger dilengkapi juga dengan lubang untuk hidraulic control line, yaitu
saluran cairan hidraulik untuk menekan subsurface ball valve agar terbuka. Pada Gambar
2, memperlihatkan tubing hanger dengan cable pack-off.
Wellhead juga harus dilengkapi dengan “seal” agar tidak bocor pada lubang untuk
kabel dan tulang. Wellhead di desain untuk tahan terhadap tekanan 500 psi sampai 3000
psi.
Gambar 2 : Cable Pack-Off pada Tubing Hanger.
2. Junction Box
Junction box ditempatkan di antara kepala sumur dan switchboard untuk alasan
keamanan. Gas dapat mengalir keatas melalui kabel dan naik ke permukaan menuju
switchboard, yang bisa menyebabkan terjadinya kebakaran, karena itu kegunaan dari
junction box ini adalah untuk mengeluarkan gas yang naik keatas tadi. Juction box
biasanya 15 ft (minimum) dari kepala sumur dan normalnya berada diantara 2 sampai 3 ft
diatas permukaan tanah.
Fungsi dari junction box antara lain :
Sebagai ventilasi terhadap adanya gas yang mungkin bermigrasi kepermukaan
melalui kabel agar terbuang ke atmosfer.
Sebagai terminal penyambungan kabel dari dalam sumur dengan kabel dari
swichboard.
3. Switchboard
Switchboard adalah panel kontrol kerja dipermukaan saat pompa bekerja yang
dilengkapi dengan motor controller, overload dan underload protection serta alat pencatat
(recording instrument) yang bisa bekerja secara manual ataupun otomatis apabila terjadi
penyimpangan. Switchboard ini dapat digunakan untuk tegangan dari 440 volt sampai
4800 volt.
Gambar 3 : Junction Box.
Fungsi utama dari switchboard adalah :
1. Untuk mengontrol kemungkinan terjadinya downhole problem seperti: overload
atau underload current.
2. Auto restart setelah underload pada kondisi intermittent well.
3. Mendeteksi unbalance voltage.
Pada switchboard biasanya dilengkapi dengan ammeter chart yang berfungsi untuk
mencatat arus motor versus waktu ketika motor bekerja.
4. Transformer
Merupakan alat untuk mengubah tegangan listrik, bisa untuk menaikan atau
menurunkan tegangan. Alat ini terdiri dari core (inti) yang dikelilingi oleh coil dari lilitan
kawat tembaga. Keduanya, baik core maupun coil direndam dengan minyak trafo sebagai
pendingin dan isolasi. Perubahan tegangan akan sebanding dengan jumlah lilitan
kawatnya. Biasanya tegangan input transformer diberikan tinggi agar didapat ampere yang
rendah pada jalur transmisi, sehingga tidak dibutuhkan kabel (penghantar) yang besar.
Tegangan input yang tinggi akan diturunkan dengan menggunakan step-down tranformer
sampai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh motor.
1.2. Peralatan Di Bawah Permukaan
Peralatan dibawah permukaan dari pompa benam listrik terdiri atas pressure
sensing instruments, electric motor, protector, intake, pump unit dan electric cable serta
alat penunjang lainnya.
1. PSI Unit (Pressure Sensing Instruments)
PSI atau Pressure Sensing Instrument adalah suatu alat yang mencatat tekanan
dan temperatur dalam sumur. Secara umum PSI Unit mempunyai 2 komponen pokok,
yaitu :
a. PSI Down Hole Unit
Dipasang dibawah Motor Type Upper atau Center Tandem, karena alat ini
dihubungkan pada Wye dari Electric Motor yang seolah-olah merupakan bagian dari
Motor tersebut.
b. PSI Surface Readout
Merupakan bagian dari system yang mengontrol kerja Down Hole Unit serta
menampakkan (Display) informasi yang diambil dari Down Hole Unit.
2. Electric Motor
Jenis motor pompa benam listrik adalah motor listrik induksi dua kutub tiga fasa
yang diisi dengan minyak pelumas khusus yang mempunyai tahanan listrik (dielectric
strength) tinggi. Dipasang paling bawah dari rangkaian, dan motor tersebut digerakkan
oleh arus listrik yang dikirim melalui kabel dari permukaan. Motor berfungsi untuk
menggerakan pompa dengan mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik.
Gambar 4 : Pressure Sensing Instrument.
Fungsi dari minyak tersebut adalah :
1. Sebagai pelumas
2. Sebagai tahanan (isolasi)
3. Sebagai media penghantar panas motor yang ditimbulkan oleh perputaran rotor
ketika motor tersebut sedang bekerja.
Jadi minyak tersebut harus mempunyai spesifikasi tertentu yang biasanya sudah
ditentukan oleh pabrik, yaitu berwarna jernih, tidak mengandung bahan kimia, dielectric
strength tinggi, lubricant dan tahan panas. Minyak yang diisikan akan mengisi semua
celah-celah yang ada dalam motor, yaitu antara rotor dan stator. Motor berfungsi sebagai
tenaga penggerak pompa (prime mover), yang mempunyai 2 (dua) bagian pokok, yaitu :
1. Rotor (gulungan kabel halus yang berputar)
2. Stator (gulungan kabel halus yang stasioner dan menempel pada badan motor)
Stator menginduksi aliran listrik dan mengubah menjadi tenaga putaran pada rotor,
dengan berputarnya rotor maka poros (shaft) yang berada ditengahnya akan ikut berputar,
sehingga poros yang saling berhubungan akan ikut berputar pula (poros pompa, intake,
dan protector).
3. Protector
Protector (Reda) sering juga disebut dengan Seal Section (Centrilift) atau Equalizer
(ODI). Secara prinsip protector mempunyai 4 (empat) fungsi utama, yaitu :
1. Untuk melindungi tekanan dalam motor dan tekanan di annulus.
2. Menyekat masuknya fluida sumur kedalam motor.
3. Tempat duduknya thrust bearing (yang mempunyai bantalan axial dari jenis
marine type) untuk merendam gaya axial yang ditimbulkan oleh pompa.
Gambar 5 : Motor Pompa Benam Listrik.
4. Memberikan ruang untuk pengembangan dan penyusutan minyak motor
sebagai akibat dari perubahan temperatur dari motor pada saat bekerja dan
saat dimatikan.
Secara umum protektor mempunyai 2 (dua) macam type, yaitu :
1. Positive Seal atau Modular Type Protector.
2. Labyrinth Type Protector.
Gambar 6 : Jenis Labyrinth Type Protector.
Untuk sumur-sumur miring dengan temperatur > 300°F disarankan menggunakan
protektor dari jenis positive seal atau modular type protektor.
4. Intake
Intake dipasang dibawah pompa dengan cara menyambungkan sumbunya (shaft)
memakai coupling. Intake merupakan saluran masuknya fluida dari dasar sumur ke pompa
menuju permukaan. Untuk jenis-jenis tertentu, intake ada yang dipasang menjadi satu
dengan housing pompa (intregrated), tetapi ada juga yang berdiri sendiri.
Gambar 7 : Jenis Rotary Gas Separator.
Ada beberapa jenis intake yang sering dipakai, yaitu :
Standart Intake, dipakai untuk sumur dengan GLR rendah. Jumlah gas yang
masuk pada intake harus kurang dari 10% sampai dengan 15% dari total volume
fluida. Intake mempunyai lubang untuk masuknya fluida ke pompa, dan dibagian
luar dipasang selubung (screen) yang gunanya untuk menyaring partikel masuk ke
intake sebelum masuk kedalam pompa.
Rotary Gas Separator dapat memisahkan gas sampai dengan 90%, dan
biasanya dipasang untuk sumur-sumur dengan GLR tinggi. Gas Separator jenis ini
tidak direkomendasi untuk dipasang pada sumur-sumur yang abrasive.
Static Gas Separator atau sering disebut reverse gas separator, yang
dipakai untuk memisahkan gas hingga 20% dari fluidanya.
5. Pump Unit
Unit pompa merupakan Multistages Centrifugal Pump, yang terdiri dari: impeller,
diffuser, shaft (tangkai) dan housing (rumah pompa). Di dalam housing pompa terdapat
sejumlah stage, dimana tiap stage terdiri dari satu impeller dan satu diffuser. Jumlah stage
yang dipasang pada setiap pompa akan dikorelasi langsung dengan Head Capacity dari
pompa tersebut. Dalam pemasangannya bisa menggunakan lebih dari satu (tandem)
tergantung dari Head Capacity yang dibutuhkan untuk menaikkan fluida dari lubang sumur
ke permukaan. Impeller merupakan bagian yang bergerak, sedangkan diffuser adalah
bagian yang diam. Seluruh stage disusun secara vertikal, dimana masing-masing stage
dipasang tegak lurus pada poros pompa yang berputar pada housing.
Prinsip kerja pompa ini, yaitu fluida yang masuk kedalam pompa melalui intake
akan diterima oleh stage paling bawah dari pompa, impeller akan mendorongnya masuk,
sebagai akibat proses centrifugal maka fluida tersebut akan terlempar keluar dan diterima
oleh diffuser.
Gambar 8 : Unit Pompa Benam Listrik.
Oleh diffuser, tenaga kinetis (velocity) fluida akan diubah menjadi tenaga potensial
(tekanan) dan diarahkan ke stage selanjutnya. Pada proses tersebut fluida memiliki energi
yang semakin besar dibandingkan pada saat masuknya. Kejadian tersebut terjadi terus-
menerus sehingga tekanan head pompa berbanding linier dengan jumlah stages, artinya
semakin banyak stage yang dipasangkan, maka semakin besar kemampuan pompa untuk
mengangkat fluida.
6. Electric Cable
Kabel yang dipakai adalah jenis tiga konduktor. Fungsi utama dari kabel tersebut
adalah sebagai media penghantar arus listrik dari switchboard sampai ke motor didalam
sumur. Kabel harus tahan terhadap tegangan tinggi, temperatur, tekanan migrasi gas dan
tahan terhadap resapan cairan dari sumur. Untuk itu maka kabel harus mempunyai isolasi
dan sarung yang baik.
Bagian dari kabel biasanya terdiri dari :
1. Konduktor (Conductor)
2. Isolasi (Insulation)
3. Sarung (sheath)
4. Jaket
Ada dua jenis kabel yang biasa dipakai yaitu : round dan flat cable. Pada jenis
round cable dibagian luar sarungnya dibungkus lagi dengan karet (rubber jacket).
Biasanya kabel jenis round ini memiliki ketahanan yang lebih lama daripada jenis flat
cable, tetapi memerlukan ruang penempatan yang lebih besar. Secara umum ada dua
jenis kabel yang biasa dipakai di lapangan, yaitu :
1. Low Temperature
Disarankan untuk pemasangan pada sumur-sumur dengan maximum 200°F.
2. High Temperature Cable
Disarankan untuk pemasangan pada sumur-sumur dengan temperatur yang
cukup tinggi sampai mencapai mencapai 400°F.
Untuk sumur bersuhu tinggi (lebih 250°F) perlu dipasang epoxy untuk melindungi kabel, O-
ring dan seal.
7. Check Valve
Check valve biasanya dipasang pada tubing (2 – 3 joint) diatas pompa. Bertujuan
untuk menjaga fluida tetap berada di atas pompa. Jika check valve tidak dipasang maka
kebocoran fluida dari tubing (kehilangan fluida) akan melalui pompa yang dapat
menyebabkan aliran balik dari fluida yang naik keatas, sebab aliran balik (back flow)
tersebut membuat putaran impeller berbalik arah, dan dapat menyebabkan motor terbakar
atau rusak.
Gambar 9 : Jenis Flat Cable dan Round Cable.
Jadi umumnya check valve digunakan agar tubing tetap terisi penuh dengan fluida
sewaktu pompa mati dan mencegah supaya fluida tidak turun kebawah.
8. Bleeder Valve
Bleeder valve dipasang satu joint diatas check valve, mempunyai fungsi mencegah
minyak keluar pada saat tubing dicabut. Fluida akan keluar melalui bleeder valve.
9. Centralizer
Berfungsi untuk menjaga kedudukan pompa agar tidak bergeser atau selalu
ditengah-tengah pada saat pompa beroperasi, sehingga kerusakan kabel karena gesekan
dapat dicegah.
2. KARAKTERISTIK KINERJA POMPA BENAM LISTRIK
Motor listrik berputar pada kecepatan relatif konstan, memutar pompa (impeller)
melewati poros (shaft) yang disambungkan dengan bagian protector. Power disalurkan ke
peralatan bawah permukaan melalui kabel listrik konduktor yang di klem pada tubing.
Cairan memasuki pompa pada bagian intake dan dilepas ke tubing ketika pompa sedang
beroperasi.
Kelakukan pompa berada pada harga effisiensi tertinggi apabila hanya cairan yang
terproduksi. Tingginya volume gas bebas menyebabkan operasi pompa tidak effisien.
2.1. Kurva Kelakuan Pompa Benam Listrik
(Pump Performance Curve).
Beberapa kinerja dari berbagai pompa dihadirkan dalam bentuk katalog yang
diterbitkan oleh produsen. Kurva kinerja dari suatu pompa benam listrik menampilkan
hubungan antara : Head capacity, Rate capacity, Horse power dan Effisiensi pompa yang
disebut dengan “Pump Performance Curve”. Kapasitas berkaitan dengan dengan volume,
laju alir cairan yang diproduksikan, termasuk juga gas bebas atau gas yang terlarut dalam
minyak.
Head pompa benam listrik berkaitan dengan spesific gravity fluida, dimana jika
head diubah menjadi tekanan maka harus dikalikan dengan spesific gravity fluida, maka
dapat dinyatakan sebagai berikut :
Tek. Operasi Pompa = (head/stage) x (gradien tekanan fluida ) x (jumlah stage)
Bila gas dan cairan sedang dipompa, kapasitas dan head per stage juga gradien
tekanan fluida berubah sebagaimana tekanan fluida naik dari tekanan intake ke tekanan
discharge. Dengan demikian persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut :
d(P) = h(V) + Gf(V) + d(St) ....................................................(1)
dimana :
d(P) = perubahan tekanan yang dihasilkan pompa, psi
h = head per stage, ft/stage
Gf (V) = gradien tekanan fluida, psi/ft
d(St) = perubahan jumlah stages
Tanda kurung dalam Persamaan (1) merupakan fungsi dari kapasitas (V) dan
dinyatakan dalam persamaan : V = qsc x VF (aliran satu fasa). VF merupakan Volume
Factor untuk berbagai tekanan dan temperatur, dan dinyatakan dengan persamaan :
VF = WC + (1 – WC) Bo + GIP [GLR – (1 – WC) Rs] Bg ..........(2)
Bila tekanan alir dasar sumur (Pwf) diatas harga tekanan gelembung (bubble point-Pb),
kurva IPR digambarkan dalam persamaan linier :
qsc = PI ( Pr - Pwf) ..................................................................(3)
Tetapi bila tekanan alir dasar sumur (Pwf) berada dibawah tekanan bubble point, maka
persamaan Vogel yang dipergunakan adalah untuk aliran dua fasa dan untuk aliran tiga
fasa dapat mempergunakan persamaan dari Petrobras.
Gradien tekanan fluida dalam berbagai tekanan dan temperatur dinyatakn dalam
persamaan :
Gf (V) = 0.433 x ..............................................................(4)
= W / 350 ......................................................................... (5)
dimana W adalah berat material pada kapasitas V pada berbagai tekanan dan temperatur,
yang mana sama dengan berat pada kondisi standart. Demikian dinyatakan dengan
persamaan :
= ......................................................................(6)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (6) kedalam Persamaan (4), maka didapatkan
persamaan sebagai berikut :
Gf = .........................................................(7)
fsc adalah berat 1 bbl cairan ditambah gas yang terpompakan (per 1 bbl cairan) pada
kondisi standart.
fsc = (350 (WC) wsc) + [350 (1 – WC) osc] + (GIP)(GLR) gsc (8)
dengan memasukkan persamaan (7) ke persamaan (1), menghasilkan persamaan :
d (St) = .............................................. (9)
Jumlah stage total dari pompa didapat dengan mengintegrasikan persamaan diatas
antara tekanan intake (P3) dan tekanan discharge (P2) :
= ................................ (10)
atau
St = ............................................. (11)
2.2 Brake Horse Power
Kurva kinerja pompa yang ditunjukkan dalam Gambar 10. menyatakan horse power
per stage yang didasarkan atas spesific gravity fluida perhitungan. Dengan demikian horse
power dapat dinyatakan dalam persamaan :
HP = (hp per stage) x SGf x (stage)...................................(12)
Karena parameter-parameter tersebut dipengaruhi oleh kapasitas V, yang berubah
antara intake dan tekanan discharge, persamaan diatas menjadi :
d(HP) = hp(V) x x d (St) ...............................................(13)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (5) dan Persamaan (9) ke persamaan diatas, maka
diperoleh persamaan :
d(HP) = .......................................................(14)
Total horse power (Hp) yang diperlukan, diperoleh dengan mengintegrasikan
persamaan diatas antara tekanan intake (P3) dan tekanan discharge (P2) :
=
......................................(15)
atau
HP =
............................................(16)
2.3 Kurva Intake Pompa
Peramalan kurva intake pompa benam listrik dipertimbangkan untuk dua hal, yaitu :
Memompa cairan
Memompa cairan dan gas
Untuk keduanya diasumsikan bahwa pompa diletakkan didasar sumur dan yang tetap
adalah tekanan wellhead dan ukuran tubing. Untuk kasus kedua, dianggap bahwa semua
gas dipompakan bersama-sama cairan. Variabel yang terpengaruh adalah jumlah stages
pompa. Selanjutnya peramalan kurva intake untuk pompa benam listrik adalah untuk
kasus yang kedua.
A. Pompa Benam listrik Memompa Cairan
Karena cairan memiliki sedikit sifat kompresibilitas, volume cairan produksi dapat
dikatakan konstan dan sama hingga permukaan (qsc). Dengan demikian head per stage
akan konstan juga dan persamaan (11) bila diintegrasikan menjadi :
St =
....................................................(17)
Atau harga tekanan intake (P3) dapat ditulis :
P3 = P2 -
....................................................(18)
Sedangkan untuk Persamaan (16) bila diintegrasikan menjadi :
HP = (P2 - P3) ....................................................(19)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (17) ke Persamaan (19) menjadi :
HP = hp x fsc x St ..........................................................(20)
B. Pompa Benam Listrik Memompa Cairan dan Gas
Gas memiliki sifat kompresibilitas yang tinggi, sehingga volume cairan V yang
dihasilkan berubah akibat perubahan tekanan dari tekanan intake (P2) sampai tekanan
discharge (P3). Faktor Volume (VF) antara tekanan intake (P2) sampai tekanan discharge
(P3) didapat dari Persamaan (2) dan laju alir ditentukan dengan Persamaan Vogel dua
fasa.
3. PERENCANAAN POMPA BENAM LISTRIK
Prosedur perencanaan atau desain suatu unit pompa benam untuk dengan
melakukan perhitungan-perhitungan :
3.1. Perkiraan Laju Produksi Maksimum
Laju produksi suatu sumur yang diinginkan harus sesuai dengan produktivitas sumur.
Pada umumnya fluida yang mengalir dari formasi ke lubang sumur lebih dari satu fasa.
Seperti yang telah dijelaskan dalam sub-bab sebelumnya, untuk aliran fluida dua fasa,
Vogel membuat grafik kinerja aliran fluida dari formasi ke lubang sumur berdasarkan data
uji produksi. Prosedur pembuatannya kurva IPR untuk aliran dua fasa dari Vogel adalah
sebagai berikut :
Gambar 10 : Kurva Kelakuan Pompa Benam Listrik.
Langkah 1. Mempersiapkan data-data penunjang meliputi :
Tekanan Reservoir/Tekanan Statis (Ps)
Tekanan Alir Dasar Sumur (Pwf)
Laju Produksi Minyak (Qo)
Langkah 2. Menghitung harga (Pwf/Ps)
Langkah 3. Mensubstitusikan harga (Pwf/Ps) dari langkah 1 dan harga laju produksi (Qo)
kedalam Persamaan Vogel, dan menghitung harga laju produksi maksimum
(Qomax), yaitu :
Qomax =
Langkah 4. Untuk membuat kurva IPR, anggap beberapa harga Pwf dan menghitung
harga Qo, yaitu :
Qo = Qomax
Langkah 5. Memplot Qo terhadap Pwf pada kertas grafik linier. Kurva yang diperoleh
adalah kurva kinerja aliran fluida dari formasi ke lubang sumur.
Sedangkan untuk aliran tiga fasa, yaitu gas, minyak dan air, maka dalam
pengembangan kelakuan aliran tiga fasa dari formasi ke lubang sumur dapat
menggunakan Metode Petrobras. Prosedur pembuatannya kurva IPR untuk aliran tiga
fasa dari Metode Petrobras adalah sebagai berikut :
Langkah 1. Mempersiapkan data-data penunjang meliputi :
Tekanan Reservoir/Tekanan Statis Sumur
Tekanan saturasi
Tekanan Alir Dasar Sumur
Laju Produksi total pada tekanan alir dasar sumur
Fraksi Air
Langkah 2. Pembuatan kurva IPR dengan Metode Petrobras
Untuk Pb < Pwf <Pr
Untuk Pwf(G) < Pwf < Pb
- Apabila B tidak sama dengan 0 :
- Apabila B = 0
Untuk 0 < Pwf < Pwf(G)
Langkah 3. Membuat tabulasi harga-harga J, qb, qo max, tan , tan , qt max dan PwfG untuk
berbagai harga Fw.
Langkah 4. Membuat tabulasi harga-harga Qt untuk berbagai harga Pwf pada masing-
masing harga Fw .
Langkah 5. Membuat grafik hubugan antara Pwf terhadap Qt , diamana Pwf
mewakili sumbu Y dan Qt mewakili sumbu X.
3.2. Pemilihan Ukuran dan Tipe Pompa
Pemilihan ukuran pompa listrik submersible berdasarkan pada besarnya laju
produksi q, yang diharapkan pada head yang sesuai. Ukuran casing juga merupakan
faktor yang menentukan didalam pemilihan ukuran pompa listrik submersible yang efektif,
biasanya dengan memilih seri yang tertinggi yang mempunyai diameter terbesar selama
ukuran casing yang memungkinkan.
Dalam memilih ukuran pompa listrik submersible yang akan digunakan, selain
harus disesuaikan dengan laju produksi yang diharapkan, juga laju produksi tersebut
harus dalam range optimum yang disarankan sehingga diperoleh effisiensi seperti yang
dianjurkan (recommended range).
Seandainya hasil pemilihan ukuran pompa listrik submersible berdasarkan
kapasitas dan ukuran casingnya terdapat dua ukuran yang sama-sama memenuhi syarat,
maka pertimbangan dasar untuk ukuran adalah diambil ukuran yang mempunyai selisih
kapasitas yang terkecil yang paling mendekati.
Masing-masing ukuran pompa listrik submersible mempunyai pump performance
curve untuk laju produksi (q) versus head (H), sehingga dengan mudah dapat diketahui
efisiensi yang tertinggi.
Perhitungan yang diperlukan untuk ukuran pemilihan pompa listrik submersible
untuk menentukan total volume fluida yang masuk ke dalam pompa (bbl/day), yaitu
dengan menggunakan persamaan-persamaan sebagai berikut :
1. Penentuan Specific Gravity, dimana :
a. Oil Phase Specific Gravity = Oil Cut x Oil Specific Gravity...........(21)
b. Water Phase Specific Gravity = Water Cut x Water Specific Gravity
............................................................. (22)
c. Specific Gravity Fluida Campuran (Sgf) = Oil Phase Specific Gravity + Water Phase
Specific Gravity ...........................................................................(23)
d. Gradient Fluida (Gf) = Sp. Gr Fluida Campuran x 0.433 (psi/ft).....(24)
2. Penentuan Pump Intake Pressure (PIP), dimana :
PIP = Pwf – (Perbedaan Kedalaman x Gf)..................................(25)
Perbedaan Kedalaman = Mid Perforasi – Pump Setting Depth (TVD)
...............................................................(26)
3. Perhitungan Gas
Penentuan volume gas yang masuk ke dalam pompa diperhitungkan dengan
menggunakan korelasi Standing, yaitu :
a. Penentuan Kelarutan Gas dalam Minyak (Rs) yang masuk kedalam pompa
Rs = ................................................................. (27)
Yg = 0.00091 (T) – 0.0125 (°API).................................................(28)
dimana :
Rs = kelarutan gas dalam minyak, SCF/STB
SG gas = spesific gravity gas
P = tekanan, psi
T = temperature, °F
°API = oil API gravity, °API
b. Penentuan Faktor Volume Formasi Minyak (Bo)
Bo = 0.972 + 0.000147F1.175 .......................................................(29)
F = Rs(SG gas / SG oil)0.5 + 1.25T ............................................(30)
dimana :
Bo = faktor volume formasi, bbl/STB
F = corelation number
c. Penentuan Faktor Volume Formasi Gas (Bg)
Bg = ...........................................................................(31)
dimana :
Bg = faktor volume formasi gas, bbl/MSCF
Z = faktor kompressibilitas gas (Z = 0.81-0.91)
P = tekanan , psi
T = temperature, °R
4. Penentuan Perlu Tidaknya Gas Separator
Apabila jumlah gas bebas mencapai 10% dari total volume fluida. Jika perlunya gas
separator maka pompa dengan asumsi memiliki efisiensi 90% dan 10% gas tidak dapat
dipisahkan oleh gas separator yang masuk ke dalam pompa.
3.3. Perkiraan Pump Setting Depth.
Suatu batasan umum untuk menentukan letak kedalaman pompa dalam suatu
sumur adalah bahwa pompa harus ditenggelamkan didalam fluida sumur. Sebelum
perhitungan perkiraan Pump Setting Depth dilakukan, terlebih dahulu diketahui parameter
yang menentukannya, yaitu static fluid level (SFL) dan working fluid level (WFL) dimana
untuk menentukannya digunakan alat sonolog atau dengan operasi wireline, bila sumur
tersebut tidak menggunakan packer. Jika sumur menggunakan packer, maka penentuan
SFL dan WFL dilakukan dengan pendekatan :
A. Static Fluid Level (SFL, ft)
Apabila sumur dalam keadaan mati (tidak diproduksikan), sehingga tidak ada aliran,
maka tekanan didepan perforasi sama dengan tekanan statik sumur (Ps). Sehingga
kedalam permukaan fluida di annulus (SFL, ft) adalah :
.................................................. (32)
B. Working Fluid Level / Operating Fluid Level (WFL, ft).
Bila sumur diproduksikan dengan rate produksi sebesar q (bbl/D), dan tekanan alir
dasar sumur adalah Pwf (psi), maka ketinggian (kedalaman bila diukur dari permukaan)
fluida di annulus adalah :
......................................... (33)
dimana :
SFL = Statik Fluid Level, ft
WFL = Working Fluid Level, ft.
Ps = Tekanan Statik sumur, psi
Pwf = Tekanan alir dasar sumur, psi.
q = Rate produksi, B/D
D = Kedalaman sumur, ft.
Pc = Casing Head Pressure, psi
Gf = Gradient Fluida Sumur, psi/ft.
C. Suction Head (Tinggi Hisap)
Jika didalam silinder atau torak yang semula berada dipermukaan cairan (dalam
bak) air akan naik mengikuti torak sampai pada mencapai ketinggian Hs, dimana :
.......................................................................(34)
dimana :
Hs = suction head, ft
P = tekanan permukaan cairan, psi
= densitas fluida, lb/cuft
D. Kavitasi dan Net Positive Suction Head (NPHS)
Jika tekanan absolut cairan pada suatu titik didalam pompa berada dibawah
tekanan saturasi (Pb) pada temperatur cairan, maka gas yang semula terlarut didalam
cairan terbebaskan. Gelembung-gelembung gas ini akan mengalir bersama-sama dengan
cairan sampai pada daerah yang memiliki tekanan lebih tinggi dicapai dimana gelembung
tadi akan mengecil. Fenomena ini disebut sebagai Kavitasi yang dapat menurunkan
effisiensi dan merusak pompa.
Kejadian ini berhubungan dengan kondisi penghisapan, dan apabila kondisi
penghisapan berada diatas tekanan bubble point, maka kavitasi tidak terjadi.
Kondisi minimum yang dikendaki untuk mencegah kavitasi pada suatu pompa disebut
sebagai Net Positive Suction Head (NPHS). NPHS adalah tekanan absolut diatas
tekanan saturasi yang diperlukan untuk menggerakkan fluida masuk ke lubang impeller.
3.3.1 Pump Setting Depth Minimum
Pada keadaan yang diperlihatkan dalam Gambar 3.13B. (posisi minimum) dalam
waktu yang singkat akan terjadi pump-off, oleh karena ketinggian fluida level diatas
pompa relatif sangat kecil atau pendek sehingga gas yang akan dipompakan. Pada
kondisi ini pump intake pressure (PIP) akan menjadi kecil. Jika PIP mencapai harga
dibawah tekanan bubble point (Pb), maka akan terjadi penurunan efficiency volumetric
dari pompa (disebabkan terbebasnya gas dari larutan). Pump Setting Depth (PSD)
minimum dapat ditulis dengan persamaan :
....................................................(35)
3.3.2 Pump Setting Deth Maksimum
Sedangkan keadaan yang ditunjukkan oleh Gambar 3.13C. (pompa pada keadaan
maksimum) juga kedudukan yang kurang menguntungkan. Karena dalam keadaan ini
memungkinkan terjadinya overload (pembebanan berlebihan), yaitu pengangkatan beban
kolom fluida yang terlalu berat. Kedalaman Pump Setting Depth (PSDmax) dapat
didefinisikan :
...........................................................(36)
Gambar 11 : Berbagai Posisi Pompa Pada Kedalaman Sumur.
3.3.3 Pump Setting Depth Optimum.
Kedudukan ini yang paling dikehendaki dalam perencanaan pompa benam listrik
seperti dalam Gambar 3.13D. (pompa dalam keadaan optimum). Selanjutnya untuk
menentukan kedalaman pompa yang optimum tadi (agar tidak terjadi pump-off dan
overload serta sesuai dengan kondisi rate yang dikehendaki), maka kapasitas pompa
yang digunakan haruslah sesuai dengan produktivitas formasi dari sumur yang
bersangkutan. Akan tetapi dalam penentuan PSD optimum ini dipengaruhi oleh terbuka
dan tertutupnya casing head yang mana akan mempengaruhi tekanan casing atau
tekanan yang bekerja pada permukaan dari fluida di annulus. Hal ini akan mempengaruhi
besarnya suction head dari pompa.
Untuk casing head tertutup, maka :
Kedalaman pompa optimum = (37)
Untuk casing head terbuka, maka :
Kedalaman pompa optimum = .................... (38)
3.4. Perkiraan Jumlah Tingkat Pompa
Penentuan jumlah stage dari pompa listrik submersible (ESP) yang digunakan pada
sumur yang memproduksikan minyak, air dan gas. Dasar perhitungan pompa sendiri
adalah Total Dynamic Head (TDH), yaitu total pressure dimana pompa bekerja,
dinyatakan sebagai head atau ketinggian kolom cairan (ft),atau sebagi kerja yang
dilakukan oleh pompa pada cairan untuk menaikkannya dari satu level energi ke level
yang lebih tinggi, terlihat pada Gambar 4. Adapun persamaan-persamaan yang diperlukan
untuk penentuan total dynamic head adalah sebagai berikut :
1. Penentuan Fluid Over Pump (FOP), yaitu fluid level/head (ft) pada pompa,
persamaannya adalah :
FOP = PIP/Gf ..........................................................................(39)
dimana :
PIP = Pump Intake Pressure, psi
Gf = Gradient fluida, psi/ft
2. Penentuan Vertical Lift (HD) , yaitu jarak dari dynamic fluid level sampai dengan ke
permukaan, persamaannya adalah :
HD = Pump Setting Depth – FOP.............................................. (40)
dimana :
Pump setting depth = jarak kedalaman pompa, ft
3. Penentuan kehilangan tekanan pada tubing (HF) setiap 1000 ft dengan membaca
pada grafik friction loss berdasarkan persamaan William Hazen, dimana :
HF = friction loss per 1000 ft x pump setting depth (MD)/1000 ...(41)
4. Penentuan Tubing Head (HT)
HT = Pwh/Gf................................................................................(42)
dimana :
Pwh = Tekanan kepala sumur, psi
Gf = gradient fluida, psi/ft
5. Penentuan Total Dynamic Head (TDH)
TDH = HD + HF + HT..................................................................(43)
6. Penentuan jumlah tingkat pompa (pump stages) yang diperlukan dengan
menggunakan persamaan :
jumlah stage = .......................................................(44)
dimana head per stage dapat dicari dari pembacaan pump performance curve dari
pompa yang dipilih.
3.5. Pemilihan Motor dan Horse Power
Pemilihan ukuran motor yaitu dengan menentukan horse power yang dibutuhkan
setiap tingkat pompa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
- Brake HP motor = jumlah stage x HP/stage x Sgw .................(45)
untuk sumur dengan water cut tinggi
- Brake HP motor = jumlah stage x HP/stage x Sgf ....................(46)
untuk sumur dengan water cut rendah
dimana :
HP/stage dapat dicari dari pembacaan pump performance curve dari pompa yang
dipilih.
Sgw = Specific gravity air
Sgf = Specific gravity fluida campuran
- Horse power motor yang dibutuhkan =
Brake HP + HP Protector + HP Gas Separator + HP AGH .........(47)
Dalam pemilihan motor baik single motor maupun tandem didasarkan pada table
yang telah disediakan oleh pabrik pembuatnya. Apabila besarnya horse power yang
dibutuhkan motor pada hasil perhitungan tidak disedia dalam tabel, maka dipilih motor
yang memiliki horsepower lebih besar yang paling mendekati.
3.6. Pemilihan Switchboard dan Transformer
Di dalam menentukan switchboard yang akan dipakai perlu diketahui terlebih dulu
berapa besarnya voltage yang akan bekerja pada switchboard tersebut. Besarnya
tegangan yang bekerja pada switchboard dapat dihitung dari persamaan berikut ini :
...........................................................................(48)
...................................................(49)
Voltage Drop adalah kehilangan voltage, volt/1000 ft (dari grafik voltage drop chart).
Dengan mengetahui besarnya tegangan permukaan (Vs), maka dapat dipilih tipe
switchboard yang sesuai dari Tabel yang telah tersedia.
Untuk menentukan besarnya transformer yang diperlukan dihitung dengan
persamaan berikut :
...............................................................(50)
dimana :
Vs = surface voltage, volt
Vm = motor voltage, volt
Vc = correction voltage, volt
L = panjang kabel, ft
T = ukuran transformer, KVA
Vs = surface voltage, volt
Im = ampere motor, Ampere