Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 1

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH GAS PADA PERENCANAAN ELECTRIC SUBMERSIBLE PUMP (ESP) PADA SUMUR YANG MEMPRODUKSIKAN GAS DAN NOMOGRAF USULAN UNTUK MENENTUKAN PERSENTASE GAS DAN VOLUME FLUIDA MASUK POMPA Sari Ilhami Nur* Ir. Tutuka Ariadji, M.Sc., Ph.D.** Kinerja Electric Submersible Pump (ESP) sangat bergantung berbagai faktor, salah satu diantaranya adalah kandungan gas pada fluida produksi. Gas akan mempengaruhi kemampuan pompa untuk bekerja. Sepanjang gas yang dipompakan berupa larutan di dalam fluida maka pompa akan berjalan secara normal. Sehubungan dengan hal penting ini, telah dilakukan studi analisis untuk mengetahui pengaruh gas terhadap perencanaan ESP. Hasil dari studi analisis ini, adanya gas sangat berpengaruh besar terhadap volume fluida masuk pompa sehingga menggunakan pompa yang berkapasitas besar serta peningkatan HP pada pompa jika dibandingkan dengan tidak adanya gas. Studi analisis ini mencoba melakukan perencanaan ESP pada sumur minyak dan air yang berproduksikan gas dengan data-data dari lapangan. Pada studi ini melakukan analisis pengaruh gas berdasarkan berbagai macam parameter. Parameter yang dikaji adalah kedalaman pompa, GOR, water cut serta HP pompa. Dari parameter yang dikaji menunjukkan bahwa kedalaman pompa mempunyai pengaruh yang lebih besar dalam persentase gas masuk pompa sehingga volume fluida masuk pompa menjadi lebih besar. Penambahan volume fluida akibat adanya gas dapat mencapai 350% dengan parameter tertentu jika dibandingkan dengan tidak adanya gas. Kemudian peninjauan terhadap HP pompa, dengan adanya gas terjadi peningkatan HP pompa yang dapat berkisar 5-25% dibandingkan dengan HP tanpa adanya gas. Studi ini juga menghasilkan suatu nomograph usulan untuk menentukan volume fluida dan persentase gas masuk pompa agar proses perhitungan menjadi lebih mudah dan singkat. Setelah dilakukan uji validasi, nomograph tersebut memiliki kesalahan relatif maksimal sekitar 15%. Kata kunci : volume fluida masuk pompa, persentase gas, nomograph Abstrak The performance of an Electric Submersible Pump (ESP) depends on many factors, one of those factors is the gas content in fluid production. Presence of the gas influence the ability of a pump to work. As long as the gas is a solution gas from the producing reservoir fluid, the pump could perform normally. In relation to this important matter, analysis study has been conducted to determine the effect of gas in designing an ESP. As a result of this analysis study, the presence of gas has a major impact on the amount fluid entering the pump thus increasing size of the pump and also the required HP. This analysis study attempts to design an ESP for simultaneously producing water and oil wells with the presence of gas based on field data. The parameters studied are pump setting depth, GOR, water cut and pump HP. The studied parameters shows that the pump setting depth has a great influence on the percentage of gas entering the pump, thus increases the fluid volume inside. The increased fluid volume due to gas can reach up to 350% with certain parameters when it is compared with the absence of gas. Also considering the pump HP, the presence of gas can increase the required HP of the pump up to 5-25% compared with the required pump HP without the presence gas. This study also provides a new nomograph to determine the volume of fluid and the percentage of gas entering the pump so that the calculation becomes much easier and simple. After the validation test, the nomograph has a maximum relative error of about 15%. Keywords : Volume of fluid into the pump, percentage of gas, nomograph. *) Mahasiswa Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung *) Dosen Pembimbing Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 1

2 I. PENDAHULUAN Latar Belakang Electric Submersible Pump ESP pada umumnya digunakan pada sumur minyak dan air. Namun di beberapa lapangan ESP tetap dipakai pada sumur yang memproduksikan gas. Penggunaan ESP (Electric Submersible Pump) dengan kehadiran gas yang ikut terproduksi akan mempengaruhi kinerja pompa sehingga dapat menurunkan laju produksi cairan di permukaan. Untuk itu pada ESP dilengkapi dengan gas seperator dengan tujuan gas dari dalam sumur tidak ikut terpompakan. Pada kondisi lapangan, kerja gas seperator tidak 100% dapat memisahkan gas secara sempurna sehingga terdapat sisa gas yang ikut masuk ke pompa. Dengan adanya gas yang masuk ke pompa dilakukan analisis pengaruh gas tersebut dalam perencanaan ESP. Ruang lingkup dalam Studi ini adalah melakukan perencanaan ESP dengan data-data yang didapat dari lapangan, Kemudian melakukan analisis pengaruh gas berdasarkan beberapa parameter. Parameter yang akan dikaji adalah kedalaman pompa, water cut, GOR dan HP pompa. kemudian mengusulkan nomograph baru untuk menentukan presentase gas masuk pompa dan volume fluida akibatnya adanya gas. Tujuan Tujuan dari penulisan karya tulis ini adalah mengetahui pengaruh adanya gas pada perencanaan ESP dan membuat nomograph usulan untuk menentukan persentase gas dan volume fluida masuk pompa. I. TEORI DASAR 1.1 Sifat Fisik Fluida Specific Gravity Fluida (SG f ) Specific gravity suatu fluida adalah perbandingan antara densitas fluida tersebut dengan densitas fluida pada keadaan standar (14.7 psi, 60 F). Biasanya sebagai fluida standar adalah air dengan densitas 62.4 lb/cuft atau 1 gr/cc. SG f = ρ f (1) Solution Gas-Oil Rasio (R so ) Solution Gas-Oil Rasio adalah ukuran yang menunjukan banyaknya gas yang terlarut dalam minyak di reservoir. R so dapat dihitung dengan persamaan standing 2. R s = SG g P API T( F)...(2) Formation Volume Factor (FVF) FVF yang berpengaruh pada perencanaan ESP adalah Bo dan Bg. Bo adalah formation volume factor minyak yang merupakan volume minyak di reservoir yang diperlukan untuk menghasilkan satu barel minyak pada kondisi stock tank. Sedangkan Bg adalah formation volume factor untuk gas. Dua faktor ini dapat dihitung dengan persamaan standing 2. Z(460+T) B g = 5.04 P...(3) B o = F (4) dimana F = R s SG g SG o 1.2 Produktivitas Formasi T( F)...(5) Kualitas kinerja aliran fluida dari formasi produksitf masuk ke lubang sumur dinyatakan sebagai suatu indeks, disebut indeks produktivitas (PI), yang didefinisikan sebagai perbandingan antara perubahan laju produksi terhadap perubahan tekanan. PI dapat berharga konstan atau tidak, tergantung pada kondisi aliran yang terjadi. Secara kuantitatif dinyatakan dalam grafik yang menghubungkan antara laju aliran dengan tekanan alir dasar sumur. Tujuan menentukan potensi sumur minyak adalah untuk menghitung kemampuan reservoir mengalirkan fluida ke dalam sumur. Kemampuan ini dinyatakan dalam hubungan antara tekanan alir dasar sumur terhadap laju produksi (kurva Inflow Performance Relationship) dari IPR ini kita dapat menentukan laju produksi yang kita inginkan pada perencanaan ESP dan dapat menentukan ketinggian fluida dari tekanan alir sumur pada saat laju produksi tersebut. Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 2

3 1.3 Aliran Fluida dalam Pipa Dalam perhitungan aliran fluida dalam pipa ada tiga komponen penting yang harus diperhatikan yang menyebabkan terjadinya kehilangan tekanan adalah perhitungan adanya kehilangan tekanan yang disebabkan oleh adanya gesekan, adanya perbedaan ketinggian antara satu titik ke titik lainnya serta perubahan energi kinetik. Ketika fluida mengalir didalam pipa maka akan mengalami tegangan geser (Shear Stress) pada dinding pipa, sehingga terjadi kehilangan sebagian tenaganya yang sering disebut friction loss. Willian-Hazen 1 membuat suatu persamaan empiris untuk friction loss pada pipa yaitu : f = C 1.85 Q 1.85 ID (6) dari rumus tersebut dibuat suatu grafik untuk menghitung friction loss seperti ditunjukan pada gambar Karekteristik Kerja Pompa Prinsip Kerja ESP Pompa ESP mempunyai sifat seperti pompa sentrifugal. Setiap stage terdiri dari impeller dan diffuser, yang dalam operasi fluida diarahkan ke dasar impeller dengan arah tegak. Gerak putar diberikan pada cairan oleh sudu-sudu impeller. Gaya sentrifugal fluida menyebabkan aliran radial dan cairan meninggalkan impeller dengan kecepatan tinggi dan diarahkan kembali ke impeller berikutnya oleh diffuser. Cairan yang ditampung di rumah pompa kemudian dievaluasikan melalui pipa keluar dimana sebagian tenaga kinetis diubah menjadi tenaga potensial berupa tekanan. Oleh karena dilemparnya keluar maka terjadilah proses penghisapan Pump Performance Kelakuan kerja atau sifat karakteristik kerja pompa ditentukan berdasarkan tes pabrik dengan air tawar. Penyajiannya secara grafis dari hasil tes tersebut dibuat grafik karakeristik (Performance curve). Pada grafik ini akan digambarkan head yang dihasilkan, effisiensi dan brake horse power terhadap laju produksi. Gambar 2 Tipe Pump Performance 3 a) Head Capacity Curve Head capacity curve ditunjukan oleh grafik yang berwarna biru pada gambar 2. Pompa baru atau yang masih baik akan berkarakteristik kerja sepanjang grafik ini. Penyimpangan dapat disebabkan oleh rusaknya pompa, interferensi gas atau tubing bocor. Grafik head suatu ESP akan melalui laju nol, dimana shut-off atau head bila ESP bekerja dan flowline valve ditutup. Dalam mencari shut-off atau head ini maka impeller akan berputar pada cairan yang berputar-putar disitu saja dan daya yang diperlukan untuk melawan friksi di cairan dan bearing akan berubah menjadi panas (karena itu menutup tidak boleh lebih dari satu menit). Besarnya shut-off head tergantung dari diameter impeller RPM-nya. Untuk multi stage maka rumus H = S DN (7) Head capacity suatu pompa digunakan untuk menghitung jumlah stage pompa dengan rasionya terhadap TDH. Pompa dengan head yang lebih curam lebih disukai karena dapat lebih toleran terhadap kesalahan data-data sumur. b) Grafik Effisensi Efisiensi ini sebenarnya adalah gabungan antara hidraulis, volumetris dan mekanis. Pada gambar 2 grafik effisiensi ditunjukan pada kurva berwarna hijau. Effisiensi naik dari nol pada laju produksi nol ke maksimum lalu turun kembali pada laju produksi maksimum. Laju produksi akan mempengaruhi effisiensi, jika laju produksi terlalu tinggi maka impeller akan menekan keatas (up-thrust), sedangkan jika laju Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 3

4 produksi terlalu rendah maka impeller akan menekan ke bawah (down-thrust). Pada daerah effisiensi tertinggi impeller seakan-akan melayang bebas (floating). Ini dapat dilihat pada gambar 3 Kejadian ini berhubungan dengan kondisi penghisapan. Apabila kondisi penghisapan berada diatas tekanan bubble point, maka tidak akan terjadi kavitasi. Kondisi suction minimum yang diperlukan untuk mencegah terjadinya kavitasi pada suatu pompa yang disebut Net Positive Suction head (NPSH). II. METODOLOGI 3.1 Pengumpulan Data Gambar 3 Up-Thrust dan Down-Thrust 5 ESP didesain agar bekerja pada daerah dekat effisiensi maksimum untuk mengurangi kerusakan bearing dan tatakan pompa akibat up-thrust atau down-thrust. Harga effisiensi maksimum biasanya berkisar 55-75% c) Grafik Brake Horse Power Grafik brake horse power ini menunjukan input yang diperlukan per-stage pada tes pabrik. Garafik ini mula-mula naik sedikit demi sedikit dengan naiknya laju produksi dan kemudian turun. Hal ini dikarenakan terjadiya efek laju produksi lebih besar dari turunnya head dan pada laju produksi besar turunnya head bentuknya lebih curam Kavitasi dan NPSH (Net Positif Suction Head) Apabila tekanan absolut dari cairan pada titik di dalam pompa berada di bawah tekanan bubble point (Pb), pada temperatur cairannya, maka gas yang semula terlarut di dalam cairan akan terbebaskan. Gelembung-gelembung gas ini akan mengalir bersama-sama dengan cairan sampai pada daerah yang mempunyai tekanan lebih tinggi dicapai, dimana gelembung akan mengecil lagi secara tiba-tiba yang mengakibatkan shock yang besar pada diding didekatnya. Fenomena ini disebut dengan kavitasi. Hal ini akan menurunkan effsiensi pompa. Pada studi ini kasus yang dianalisisa adalah produksi air dan minyak dengan adanya gas. Adapun data yang dipakai untuk studi ini adalah data-data lima buah sumur dari suatu perusahaan minyak yang dijadikan input dalam perencanaan ESP. Data-data untuk masing-masing sumur dapat dilihat pada tabel Penentuan Kemampuan Sumur Dalam studi ini, penentuan kemampuan sumur dilakukan dengan menggunakan bantuan software memakai metode perhitungan IPR fetkovich multirate test dengan data test yang didapat dari lapangan untuk masing-masing sumur. Dari kurva yang dihasilkan, maka dapat ditentukan laju produksi yang diinginkan sesuai dengan kemampuan sumur. 3.3 Melakukan Prosedur Perencanaan ESP Kehadiran gas bebas pada pompa dan dalam tubing membuat proses pemilihan pompa menjadi lebih rumit. Dalam proses pengolahan data dilakukan dengan bantuan Microsoft Excel. Adapun tahapan perencenaan ESP pada karya tulis ini antara lain : 1. Menentukan kemampuan sumur, sehingga kita dapat menentukan laju produksi yang diinginkan dan mengetahui tekanan alir fluidanya. 2. Penentuan specific gravity campuran yaitu gas, minyak dan air yang akan melalui pompa. 3. Penentuan kedalaman fluid level. 4. Penentuan kedalaman pompa dengan menetapkan ketinggian fluida diatas pompa minimal 100 ft, sehingga kedalaman pompa dapat ditentukan. 5. Penentuan Pump Intake Pressure (PIP). 6. Menentukan kelarutan gas dalam minyak (Rs), faktor volume formasi minyak (Bo) dan faktor Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 4

5 volume formasi gas (Bg) dengan menggunakan persamaan standing Penentuan volume fluida masuk ke pompa, karena sumur berproduksikan gas, maka perlu menggunakan gas seperator di intake pompa, namun gas seperator tidak 100% dapat memisahkan gas, oleh karena itu dalam perhitungan ini diasumsikan gas seperator memiliki effisiensi 90%, dan 10% gas tidak dapat dipisahkan sehingga masuk ke pompa. 8. Penentuan friction loss pada laju produksi yang diinginkan dengan ukuran tubing tertentu. 9. Penentuan tubing head pressure. 10. Penentuan Total Dynamic Head (TDH). 11. Penentuan beberapa tipe pompa yang sesuai dengan volume total yang masuk pompa. 12. Penentuan besar effisiensi dari setiap tipe pompa terpilih dan menentukan salah satu tipe pompa yang digunakan. 13. Penentuan besarnya stages dari tipe pompa yang terpilih. 14. Pemilihan motor dilakukan dengan menentukan horse power yang diperlukan pada setiap tingkat pompa. 15. Pemilihan kabel listrik, ditentukan berdasarkan arus listrik yang mengalir, penurunan tegangan, serta clearance antara tubing collar dengan casing. 16. Pemilihan transformer dan switcboard. 3.4 Sensitivitas Parameter Parameter-parameter dari perencanaan ESP yang dijadikan untuk sensitivitas untuk mengetahui pengaruh gas adalah kedalaman pompa, GOR, water cut dan HP pompa. Dari analisis parameterparameter tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh gas secara kuantitatif terhadap perencanaan ESP. 3.5 Pembuatan nomograph untuk menentukan persentase gas dan volume fluida masuk pompa Dalam menentukan presentase gas dan volume fluida masuk pompa diperlukan beberapa tahap perhitungan. Adapun tahap-tahap perhitunganya antara lain : a. Penentuan gas total dalam larutan. Dapat ditentukan dengan cara: V t gas = Q l 1 WC GOR...(8) b. Penerntuan gas total yang masih V t = R s@pip Q l 1 WC... (9) c. Penentuan volume gas V = V t gas V t B g...(10) d. Penentuan volume V o = Q l 1 WC B o...(11) e. Penentuan volume air V w = Q l WC...(12) f. Volume V = V o + V w + V g. %gas terhadap volume total@pip % volume gas = V V 100%...(14) h. Penentuan Volume gas masuk pompa V g masuk pom pa = 10% V i. Volume total yang masuk pompa V t = V o + V w + V g masuk pompa...(16) j. Persentase gas masuk pompa % gas = V g masuk pompa V t masuk pompa 100%...(17) Dari persamaan-persamaan (8) s/d (17), dapat disederhana untuk menentukan volume fluida masuk pompa adalah V t = Q l WC B g GOR R s B o B o 1 WC...(18) Sedangkan persamaan untuk menentukan pesentase gas masuk pompa adalah % gas = Q l 1 WC B g GOR R s V t...(19) Namun pada persamaan (18) dan (19) terdapat parameter properti fluida seperti Bo, Bg, dan Rs, dimana parameter tersebut dipengaruhi tekanan intake pompa (PIP), temperatur, SG gas dan SG oil. Oleh karena itu dibuat suatu nomogram usulan dengan inputan PIP, temperatur dasar sumur, SG gas dan SG oil dapat menentukan secara langsung volume fluida dan persentase gas masuk pompa. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perencanaan ESP dan Analisis Pengaruh Gas Hasil perhitungan dalam perencanaan ESP terdapat pada tabel 2 s/d tabel 5. Berdasarkan hasil perhitungan perencanaan ESP pada tabel 2, adanya gas berpengaruh terhadap volume fluida total yang masuk ke pompa, ini dapat dilihat adanya Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 5

6 perbedaan volume fluida total masuk tanpa ada gas dengan volume fluida masuk dangan adanya gas. semakin besar jumlah gas bebas maka volume fluida masuk ke pompa akan semakin besar. Hal ini akan mempengaruhi pemilihan tipe pompa. Dengan bertambah besarnya volume fluida yang masuk ke pompa, maka memerlukan tipe pompa yang memiliki kapasitas besar. Pemilihan pompa berkapasitas besar akan mempengaruhi HP pompa yang akan digunakan. Parameter yang digunakan untuk analisis sensitivitas merupakan parameter yang penting dalam perencanaan ESP. Dalam studi analisis ini menggunakan parameter tersebut untuk mengetahui seberapa besar pengaruh gas terhadap perencanaan ESP. Adapun parameter yang digunakan adalah kedalaman pompa, GOR, water cut, dan HP pompa. Dari hasil perhitungan pada setiap sumur dapat dilihat pengaruh Kedalaman pompa terhadap persentase gas masuk pompa. Semakin bertambah kedalaman pompa maka persentase gas masuk pompa akan semakin kesil. Demikian pula sebaliknya, semakin berkurang kedalaman pompa maka persentase gas masuk pompa akan semakin besar. Hal ini terjadi karena semakin berkurang kedalaman pompa maka ketinggian fluida diatas pompa akan berkurang sehingga mengakibatkan tekanan intake pompa berkurang. Dengan semakin kecilnya harga tekanan intake pompa maka kelarutan gas dalam fluida pada tekanan tersebut akan semakin berkurang. Pada harga GOR yang sama dan laju fluida dipermukaan yang sama, berkurangnya harga kelarutan gas ini akan memperkecil jumlah gas yang terlarut pada kondisi tekanan intake pompa. Kecilnya harga gas yang terlalut dalam fluida akan memperbesar harga gas bebas yang ada pada kondisi tersebut sehingga persentase gas yang masuk pompa akan bertambah. Grafik pengaruh kedalaman pompa terahadap persentase gas dapat dilihat pada gambar 8. Namun untuk mengetahui seberapa besar pengaruh gas terhadap perubahan volume fluida masuk pompa terhadap perubahan kedalaman pompa dapat dilihat pada gambar 9 s/d gambar 13. Sedangkan nilai penambahan volume fluida dangan adanya gas dapat dilihat pada tabel 7 s/d tabel 11. Pada masing-masing gambar tersebut menunjukan penambahan volume fluida untuk setiap sumur. Volume fluida tanpa ada gas dengan penambahan kedalaman sumur tidak terlalu signifikan. Tetapi jika adanya gas, penambahan volume fluida masuk pompa akan terlihat perubahan yang signifikan. Semakin berkurangnya kedalaman pompa dengan parameter yang lain dianggap tetap, persentase gas masuk pompa berkisar dari 7-77% yang mengakibatkan perubahan volume fluida masuk pompa berkisar 8-350%. Jadi dapat disimpulkan pengaruh kedalaman pompa dapat mempengaruhi jumlah persentase gas yang masuk yang menyebabkan perubahan volume fluida masuk pompa bisa mencapai 3.5 kali dari volume fluida tanpa adanya gas. Kemudian pengaruh gas terhadap volume fluida dengan penurunan GOR pada kedalaman pompa sama. Menghasilkan hubungan persentase gas masuk pompa berkisar antara 15-70% mengakibatkan persentase penambahan volume %. Jadi dapat disimpulkan pengaruh GOR dengan rentang nilai scf/stb, akan mempengaruhi penambahan volume fluida bisa mencapai 2.5 kali dari volume fluida masuk pompa tanpa gas. Parameter lain yang dianalisa adalah pengaruh water cut. Hasil perhitungan menunjukkan ada kecendrungan perubahan persentase gas masuk pompa. Dengan bertambah tinggi nilai water cut untuk GOR yang sama dan laju fluida dipermukaan juga sama, persentase gas yang masuk pompa akan berkurang, demikian pula sebaliknya, semakin kecil nilai water cut, persentase gas masuk pompa akan bertambah. Hal ini disebabkan karena peningkatan water cut akan memperkecil jumlah minyak yang terpompa, sehingga menyebabkan kelarutan gas dalam minyak akan semakin kecil sehingga persentase gas yang masuk pompa akan bertambah kecil. Besarnya persentase pengaruh gas terhadap volume fluida dapat dilihat pada gambar 14 s/d gambar 18 sedangkan nilai kuantitasnya dapat dilihat pada tabel 12 s/d tabel 16. Pengaruh water cut membuat persentase gas masuk pompa dengan kisaran 3-60% akan mempengaruhi persentase penambahan volume fluida berkisar 5-150%. Kemudian pengaruh gas terhadap HP pompa dapat dilihat pada gambar 19, dan nilai persentase penambahan volume dapat dilihat pada tabel 17. Pada hasil tabel tersebut peningkatan persentase Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 6

7 gas masuk pompa yang berkisar 7-42% terdapat penambahan maksimum horse power sebesar 24 %, tetapi peningkatan penambahan HP pada sumur X4 menunjukan hasil yang tidak sama. Ini disebabkan karena pengaruh dari performance pompa. Kemudian perbandingan perencencaan ESP pada studi ini dengan pompa ESP yang terpasang di lapangan dapat dilihat pada tabel Proses Pembuatan, Validasi dan Prosedur Penggunaan Nomograph Proses Pembuatan dan validasi Nomograph a) Nomograph 1 untuk menentukan volume fluida total masuk pompa Dari persamaan (18), dilakukan pemisalan agar pembuatan lebih mudah: A = 1 WC B g GOR R s B o B o 1 WC...(20) Untuk menentukan nilai A, A dibagi menjadi 2 bagian, dimana A = B+C sedangkan Cdan B adalah B = 1 WC B g GOR R s...(21) C = B o B o 1 WC...(22) Untuk menentukan nilai C, plot Bo dengan berbagai rentang WC mulai dari (grafik pada gambar 20). Namun, terlebih dahulu harus menentukan Bo, Bo ditentukan dengan gabungan persamaan (2), (4) dan (5). Dari gabungan persamaan tersebut terdapat variabel P, T, SG oil. Dengan memplot P intake dengan berbagai rentang T dan SG oil, maka dengan gabungan persamaan (2), (4), dan (5) dapat menentukan Bo. (Grafik pada gambar 21) Kemudian untuk menentukan nilai B, plot B terhadap B g GOR R s dengan berbagai nilai WC dari rentang (grafik pada gambar 22) Untuk mendapatkan plot tersebut perlu menentukan nilai : D = B g GOR R s...(23) dengan membagi D menjadi 2 bagian, dimana D = E - F, sedangkan E dan F adalah: E = B g GOR...(24) F = B g R s...(25) Kemudian plot E terhadap Bg dengan berbagai GOR, dalam hal ini rentang GOR yang digunakan dari scf/stb, (grafik pada gambar 23) untuk mendapat plot tersebut Bg harus ditentukan terlebih dahulu dengan persamaan (3). Dalam persamaan (3) terdapat variabel P dan T. Nilai P adalah P intake pompa, plot P intake dengan berbagai temperatur akan menghasilkan nilai Bg. Dari nilai Bg tersebut nilai E dapat ditentukan. (Grafik pada gambar 24) Karena nilai F terlalu kecil, pengurangan E dan F tidak terlalu signifikan, maka nilai F dapat diabaikan. Setelah mendapatkan nilai E, D, B dan C, maka nilai A dapat ditentukan. Kemudian langkah terakhir menentukan volume fluida masuk pompa dengan cara memplot A dengan rentang laju produksi yang diinginkan (Q l ), dalam hal ini rentang Q l yang digunakan mulai dari bbl/d kemudian menggunakan persamaan (18) maka akan didapatkan grafik volume fluida masuk pompa. (Grafik pada gambar 25) Untuk menjadikan suatu nomograph untuk menentukan volume fluida masuk pompa maka dilakukan penggabungan grafik dari gambar (20) (25). Sehingga didapat nomograph 1 dengan input data P intake, temperatur, SG oil, dan SG gas yang ditunjukan pada gambar (26). b) Nomograph 2 untuk penentuan persentase gas masuk pompa Berdasarkan persamaan (19) kita memerlukan input data volume fluida masuk (V t ), laju produksi yang diinginkan (Q l ), dan nilai B pada persamaan (21). Plot nilai B dengan rentang laju produksi yang diinginkan (Q l ) akan mendapat nilai X dimana X = Q l WC B g GOR R s...(26) Setalah itu nilai X dibagi dengan nilai volume fluida masuk (V t ) yang diperoleh dari nomograph 1 sehingga akan diperoleh nilai persentase gas masuk pompa. Nomograph 2 dapat dilihat pada gambar (27). Validasi kedua nomograph dilakukan membandingkan hasil dari nomograph dengan hasil perhitungan menggunakan Microsoft Excel. Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 7

8 validasi nilai penentuan nomograph dapat dilihat pada tabel 6. Berdasarkan tabel tersebut didapatkan hasil nomograph 1 memiliki nilai kesalahan relatif maksimal sekitar 10% sedangkan untuk nomograph 2 memiliki nilai kesalahan relatif maksimal sekitar 10 %. Hasil ini memadai untuk kepentingan dilapangan di industri Prosedur Penggunaan nomograph a) Nomograph 1 Data yang diperlukan untuk penentuan volume fluida masuk pompa menggunakan nomograph ini adalah : 1. Tekanan intake pompa 2. Temperatur dasar sumur 3. SG oil dan SG gas 4. Water Cut 5. GOR 6. Laju produksi yang diinginkan Ada dua tahap dalam penggunaan nomograph 1 Tahap pertama untuk grafik #1, dari nilai tekanan tarik garis horizontal kekiri hingga memotong kurva SG oil dan temperatur. Dari titik potong tersebut tarik garis vertikal sampai memotong kurva water cut. Dari titik perpotongannya tarik secara horizontal ke kiri sampai berpotongan dengan sumbu y grafik. Berhenti untuk tahap pertama. Kemudian tahap kedua, dari nilai tekanan tarik garis horizontal kekiri sampai berpotongan dengan kurva GOR. Dari titik perpotongan tersebut tarik garis vertikal sampai berpotongan dengan kurva water cut kemudian tarik secara horizontal ke kanan sampai berpotongan dengan garis pertama dan catat nilai B yang akan digunakan untuk input nomograph 2. Selanjutnya titik hasil tahap pertama dihubungkan dengan hasil titik dari tahap kedua, terjadi perpotongan dengan garis yang berada antara dua titik tersebut. Perpotongan itu diteruskan mengikuti garis, kemudian menarik garis vertikal keatas sampai berpotongan dengan kurva Q. Kemudian tarik garis horizontal kekanan berpotongan dengan sumbu y grafik. Titik perpotongan itu adalah volume fluida masuk. Proses ini dapat dilihat pada gambar 28. b) Nomograph 2 Data yang diperlukan untuk penentuan gas masuk pompa adalah : 1. Data volume fluida masuk pompa yang telah didapatkan dari nomograph 1 2. Nilai B dari nomograph 1 3. Laju produksi Dari nilai B ditarik garis vertikal keatas kemudian berpotongan dengan kurva laju produksi yang diinginkan. Setelah itu tarik secara horizontal ke kanan menghasilkan sebuah titik, titik ini dihubungkan dengan garis volume fluida masuk pompa. Garis yang menghubungkan dua titik ini akan berpotongan dengan garis persentase gas. Titik perpotongannya merupakan nilai fraksi gas masuk pompa, kemudian dikalikan dengan 100% akan menghasilkan pesentase gas masuk pompa. Prosesnya ditunjukan pada gambar 29 Contoh penggunaan nomograph Data yang digunakan adalah data sumur X1 P intake pompa = 370 psi Temperatur dasat sumur = 180 F SG Oil = 0.86 SG gas = 0.81 Water cut = 0.55 GOR = 2063 scf/stb Laju produksi = 950 STB/D Hasil volume fluida yang didapatkan dengan menggunakan nomograph sebesar 1700 bbl/d sedangkan persentase gas 45% sedangkan dengan menggunakan perhitungan Microsoft Excel volume fluida yang masuk poma sebesar 1754 bbl/d dan persentase gas yang masuk poma sebesar 42 %. Contoh penggunaan nomograph 1 dapat dilihat pada gambar 28, sedangkan nomograph 2 dapat dilihat pada gambar 29. IV. KESIMPULAN 1. Adanya gas akan berpengaruh pada volume fluida total masuk ke pompa, semakin besar gas masuk ke dalam pompa maka semakin besar volume fluida total yang masuk ke pompa. Penambahan volume fluida total yang masuk berkisar 5-350% berdasarkan studi kasus untuk sumur-sumur yang dianalisis. 2. Pengaruh gas terhadap penambahan volume fluida dengan parameter kedalaman pompa, Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 8

9 pada kasus ini penambahan volume fluida bisa mencapai 3.5 kali dari volume fluida tanpa gas. 3. Pengaruh gas terhadap penambahan volume fluida dengan parameter GOR, pada kasus ini penambahan volume fluida bisa mencapai 2.5 kali dari volume fluida tanpa gas. 4. Pengaruh gas terhadap penambahan volume fluida dengan parameter water cut, pada kasus ini penambahan volume fluida bisa mencapai 1.5 kali dari volume fluida tanpa gas. 5. Semakin besar persentase gas masuk pompa. maka akan meningkatkan HP pompa, peningkatannya bisa mencapai sekitar 24% pada kasus ini. 6. Telah dihasilkan nomograph usulan pada perencanaan ESP untuk sumur minyak dan air yang ada gas dalam penentuan total volume fluida dan persentase gas masuk pompa dengan kesalahan relatif maksimal sekitar 15% VII. DAFTAR PUSTAKA 1. Brown, K.E., et al, The Technology of Artifial Lift method, Volume 2b, The Petroleum Publishing Company, Tulsa, Guo, Boyun., Lyons, William C. dan Ghalambor, Ali, Petroleum Production Engineering A Computer Assisted Approach, Elsevier Science & Technology Books, Kurniawan, Akbar:Perkiraan Efisiensi Electric Submersible Pump pada sumur minyak yang berproduksi gas, Tugas Akhir, ITB Bandung, Rachmat, Sudjati, Hand Out Equipment Sizing Electric Submersible Pump, Jurusan Teknik Perminyakan, ITB, Bandung. 5. Tjondrodiputro, B., Bahan kuliah Teknik Produksi, Jurusan Teknik Perminyakan, ITB Bandung, 2004 V. SARAN 1. Dalam perencenaan ESP perlu menentukan temperatur intake pompa dari gradien temperatur fluida masuk pompa ditambah temperatur dari motor ESP 2. Pemanfaatan lanjut dari studi ini, menentukan umur pompa dari pengaruh persentase gas masuk pompa. VI. DAFTAR SIMBOL SG f ρ f R s B g B o T P h f C Q H S N S V t gas Q l WC GOR V o V w V gas V t = Specifik gravity fluida = Densitas fluida, lb/cuft = Solution gas rasio, scf/stb = formasi volume faktor gas, bbl/mscf = formasi volume faktor minyak, bbl/stb = Temperatur, F = Tekanan, psi = Friction loss, psi/1000ft = konstanta dari bahan pipa = Laju produksi, gallon/menit = shut-off cairan yang dipompakan, ft = Diameter impeller, inch = RPM = jumlah stage = gas total dalam larutan, mscf = laju produksi gas yang diinginkan, stb/d = Water cut = Gas oil ratio, scf/stb = Volume minyak bbl/d = Volume air, bbl/d = Volume gas, bbl/d = Volume total fluida, bbl/d Ilhami Nur , Semester II 2009/2010 9

10 Gambar 1 Grafik Friction loss berdasarkan persamaan William-Hazen 1 Tabel 1 Data Sumur Untuk Perencanaan ESP Data Sumur X1 X2 X3 X4 X5 Casing size ( OD casing ) inchi Casing weight lb/ft Tubing size inchi Perforasi ft Specific Gravity Oil ( SGo) Specific Gravity Water (SGw) Gas Specific Gravity ( SGgas) Water Cut P reservoir psi Pb psi Pwh psi Q yang diinginkan BLPD Q yang diinginkan psi FOP ft Gas Oil Ratio (GOR) scf/stb Temperatur dasar sumur F Ilhami Nur , Semester II 2009/

11 Q = 950 Pwf = 628 Gambar 4 Kurva IPR untuk Sumur X1 Q = 550 Pwf = 215 Gambar 5 Kurva IPR untuk Sumur X2 Ilhami Nur , Semester II 2009/

12 Q = 750 Pwf = 370 Gambar 6 Kurva IPR untuk Sumur X3 Q = 900 Pwf = 340 Gambar 7 Kurva IPR untuk Sumur X4 Ilhami Nur , Semester II 2009/

13 Q = 950 Pwf = 505 Gambar 8 Kurva IPR untuk Sumur X5 Tabel 2 Hasil Perhitungan Gas dan Volumr Total Fluida Masuk Pompa Parameter X1 X2 X3 X4 X5 PIP, psi Rs, scf/stb Bo, bbl/stb Bg, bbl/mscf Gas total dalam mscfd Gas mscfd Gas bebas, mscfd Volume bbl/d Volume bbl/d Volume air, bbl/d Volume total bbl/d Gas bebas, % Volume gas masuk pompa Volume Fluida masuk pompa Gas masuk pompa, % Ilhami Nur , Semester II 2009/

14 Tabel 3 Hasil Perhitungan Total Dynamic Head Parameter X1 X2 X3 X4 X5 Pump Setting Depth, ft Kedalaman fluid level, ft Friction loss, ft Tubing head, ft Total Dynamc Head (TDH), ft Tabel 4 Hasil Perhitungan Perencanaan Pompa ESP Parameter X1 X2 X3 X4 X5 Jenis pompa DN1750 DN725 DN1100 DN1100 DN1100 Head/ Q pompa HP/ stage Effisiensi pompa, % Jumlah stages BHP HP gas seperator HP AGH HP total Motor Series Frekuensi HP motor Volts Amper Penurunan Voltage Faktor BHT F Penurunan Voltage panjang kabel Voltage transformer KVA Transformer Transformer yang dipilih 50 KVA- 12, KVA- 12, KVA- 12, KVA- 12, KVA- 12, Ilhami Nur , Semester II 2009/

15 Tabel 5 Hasil Pemilihan Switchboard sumur X1 X2 X3 X4 X5 Switchboard 100 MDFH-76A-1500 volt-150 HP- 100 Amp 100 MDFH-76A-1500 volt-150 HP- 100 Amp 100 MDFH-76A-1500 volt-150 HP- 100 Amp 100 MDFH-76A-1500 volt-150 HP- 100 Amp 100 MDFH-76A-1500 volt-150 HP- 100 Amp P SG oil SG gas BHT GOR WC Q Tabel 6 Data Validasi Nomograph Volume fluida % gas Error Nomograph Nomograph Nomograph Nomograph Manual 1 Manual Kedalaman Pompa Persentase Gas Masuk Pompa 0% 20% 40% 60% 80% 100% Sumur X1 Sumur X2 Sumur X3 Sumur X4 Sumur X5 Gambar 8 Pengaruh Kedalaman Pompa Terhadap Persentase Jumlah Gas Masuk Ilhami Nur , Semester II 2009/

16 Volume Fluida tanpa gas GOR=2000 GOR=1500 GOR= kedalaman Pompa Gambar 9 Pengaruh Kedalaman Pompa Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X1 Tabel 7 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Kedalaman Pompa Pada Sumur X1 PSD % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % % % % % Volume Fluida tanpa gas GOR=2000 GOR=1500 GOR= Kedalaman Pompa Gambar 10 Pengaruh Kedalaman Pompa Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X2 Ilhami Nur , Semester II 2009/

17 Tabel 8 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Kedalaman Pompa Pada Sumur X2 PSD % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % tanpa gas GOR 450 Volume Fluida Kedalaman Pompa Gambar 11 Pengaruh Kedalaman Pompa Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X3 Tabel 9 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Kedalaman Pompa Pada Sumur X3 PSD % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % % % % % % % Ilhami Nur , Semester II 2009/

18 Volume Fluida tanpa gas GOR= Kedalaman Pompa Gambar 12 Pengaruh Kedalaman Pompa Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X4 Tabel 10 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Kedalaman Pompa Pada Sumur X4 PSD % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % % % % % % % tanpa gas Volume fluida GOR=450 Volume Fluida Kedalaman Pompa Gambar 13 Pengaruh Kedalaman Pompa Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X5 Ilhami Nur , Semester II 2009/

19 Tabel 11 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Kedalaman Pompa Pada Sumur X5 PSD % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % Volume Fluida tanpa gas ada gas Water Cut Gambar 14 Pengaruh Water Cut Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X1 Tabel 12 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Water Cut Pada Sumur X1 WC % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % Ilhami Nur , Semester II 2009/

20 Volume fluida tanpa gas ada gas Water Cut Gambar 15 Pengaruh Water Cut Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X2 Tabel 13 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Water Cut Pada Sumur X2 WC % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % Volume Fluida tanpa gas adanya gas Water Cut Gambar 16 Pengaruh Water Cut Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X3 Ilhami Nur , Semester II 2009/

21 Tabel 14 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Water Cut Pada Sumur X3 WC % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % tanpa gas adanya gas Volume Fluida Water Cut Gambar 17 Pengaruh Water Cut Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X4 Tabel 15 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Water Cut Pada Sumur X4 WC % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % Ilhami Nur , Semester II 2009/

22 tanpa gas adanya gas 1000 Volume Fluida Water Cut Gambar 18 Pengaruh Water Cut Terhadap Penambahan Volume fluida Untuk Sumur X5 Tabel 16 Persentase Penambahan Volume Fluida Pengaruh dari Water Cut Pada Sumur X5 WC % gas masuk ada gas tanpa gas Penambahan Volume % % % % % % % % % % HP tanpa gas HP adanya gas HP X1 X2 X3 X4 X5 Sumur Gambar 19 Pengaruh Persentase Gas Masuk Terhadap HP Pompa Untuk Setiap sumur Ilhami Nur , Semester II 2009/

23 Sumur Tabel 17 Persentase Penambahan HP Pompa % gas masuk HP tanpa gas HP adanya gas Penambahan HP X1 42% % X2 30% % X3 21% % X4 14% % X5 7% % 1.18 WC=0.1 WC=0.2 WC=0.3 WC=0.4 WC=0.5 WC=0.6 WC=0.7 WC=0.8 WC=0.9 WC= Bo C Gambar 20 Plot C dan Bo dengan Rentang Water Cut Bo P intake Gambar 21 Plot P intake dan Bo dengan berbagai Temperatur dan SG oil Ilhami Nur , Semester II 2009/

24 WC=0.9 WC=0.8 WC=0.7 WC=0.6 WC=0.5 WC=0.4 WC=0.3 WC=0.2 WC= B D Gambar 22 Plot B terhadap D dengan berbagai harga water cut GOR=2500 GOR=2300 GOR=2100 GOR=1900 GOR=1700 GOR=1500 GOR=1300 GOR=1100 GOR=900 GOR=700 GOR=500 GOR=300 GOR= E Bg 10 0 Gambar 23 Plot E terhadap Bg dengan berbagai harga GOR P intake pompa Bg T=160 T=180 T=200 T=220 T=240 T=260 T=280 T=300 Gambar 24 Plot P intake pompa terhadap Bg dengan berbagai harga Temperatur Ilhami Nur , Semester II 2009/

25 12000 Q=1000 Q=900 Q=800 Q=700 Q=600 Q=500 Q=400 Q= Volueme fluida masuk pompa A Gambar 25 Plot A terhadap Volume fluida masuk Pompa dengan berbagai harga Q Parameter Tabel 18 Perbandingan Perencanaan ESP pada studi ini dengan ESP yang terpasang dilapangan sumur X1 Sumur X2 Sumur X3 Sumur X4 Sumur X5 Studi Lapangan Studi Lapangan Studi Lapangan Studi Lapangan Studi Lapangan Jenis Pompa DN1750 DN1750 DN725 DN725 DN1100 Q-05ARC DN1100 DN475 DN1100 DN725 Stages HP Amper Ilhami Nur , Semester II 2009/

26 Ilhami Nur , Semester II 2009/

27 Ilhami Nur , Semester II 2009/

28 Ilhami Nur , Semester II 2009/

29 Ilhami Nur , Semester II 2009/