RE-OPTIMASI POMPA SUCKER ROD BERDASARKAN ANALISA SONOLOG PADA SUMUR X LAPANGAN Y

Transkripsi

1 RE-OPTIMASI POMPA SUCKER ROD BERDASARKAN ANALISA SONOLOG PADA SUMUR X LAPANGAN Y SKRIPSI Oleh : GUNTUR RAHMAT JUNIAWAN / TM PROGRAM STUDI TEKNIK PERMINYAKANN FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN YOGYAKARTA 2011

2 ABSTRAK Dalam kinerjanya, pompa Sucker Rod harus selalu dimonitor, karena semakin lama suatu sumur diproduksikan maka tekanan reservoir akan semakin turun yang berdampak pada menurunnya ketinggian fluida. Untuk mengetahui ketinggian fluida didalam sumur maka harus dilakukan pengujian sumur menggunakan alat Sonolog. Hasil pengukuran sonolog tersebut digunakan sebagai salah satu data dasar dalam perhitungan meningkatkan kinerja pompa Sucker Rod. Penelitian skripsi pada Sumur X lapangan Y ini bertujuan untuk menentukan peningkatan produksi terhadap sumur X, dimana pada saat dilakukan penelitian tersebut sumur X sudah diproduksikan menggunakan pompa sucker rod dengan panjang langkah (S) 48 inchi, kecepatan pompa (N) 12 SPM dan laju produksi sebesar 63.2 BFPD. Dengan data pompa sucker rod saat ini didapat efisiensi volumetric sebesar 26.45%. Optimasi ini dilakukan dengan menggunakan analisa nodal, yaitu perpotongan antara kurva Inflow Performance Relationship (IPR) metode Pudjo Sukarno dengan kurva Pump Intake N dan S. Hasil perpotongan kedua kurva tersebut diperoleh harga-harga N dan S versus laju produksi (q) yang baru. Dari perpotongan kurva S dan N versus laju produksi yang baru, didapatkan laju produksi optimum yang sesuai dengan potensi sumurnya Hasil optimasi pompa sucker rod di Sumur X menunjukkan bahwa panjang langkah pompa (S) adalah 48 inchi, kecepatan pompa (N) yang diperoleh adalah 6 spm, dengan laju produksi (q) sebesar 72 bpd dan efisiensi volumetris pompa (Ev) adalah %, yang berarti terjadi peningkatan efisiensi volumetric pompa dan laju produksi sehingga pompa dapat dikatakan bekerja dengan cukup efisien. iv

3 HALAMAN PERSEMBAHAN Bismillahirrahmaanirrohiim,, Skripsi ini saya persembahkan khusus kepada : 1. Allah SWT. yang telah memberikan keselamatan dan kesehatan sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik., Yaa Allah hilangkanlah kesombonganku Teguhkanlah Keberanianku untuk slalu dijalanmu mudah-mudahan rahmat dan hidayahnya selalu terlimpah kepada kita semua. Amiin 2. Do a yang Tak terputus teruntuk kedua Orangtua(alm) tercinta, BaPa,Mih..Terimakasih atas doa airmata serta kasihsayang yang diberikan,, 3. Aa Teteh tercinta, semua keponakan yang tersayang terima kasih atas dukungan,kepercayaan,kasih tulus yang selalu ada.. Terimakasih,, 4. Is,,Teman-teman Sahabat Karib,,Agung,Dito,Yudhi,Nono, Oliver Offshore Crew 02 keluargaku djogja,, Sahabat Awet SMA in my homeland,, 5. Pak Agus Widiyarso dan Pak Lela,terimakasih atas bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini. iii

4 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul Optimasi Pompa Sucker Rod Berdasarkan Analisa Sonolog Pada Sumur X Lapangan Y. Skripsi ini dibuat untuk memenuhi salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Perminyakan, Fakultas Teknologi Mineral UPN Veteran Yogyakarta. Dengan selesainya Skripsi ini, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Prof. Dr. H. Didit Welly Udjianto, MS., selaku Rektor UPN Veteran Yogyakarta. 2. Bapak Dr. Ir. S. Koesnaryo, Msc., selaku Dekan Fakultas Teknologi Mineral. 3. Bapak Ir. Anas Puji Santoso, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Perminyakan. 4. Bapak Ir. H. Avianto Kabul P, MT., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Perminyakan. 5. Bapak Ir. Agus Widyarso, MT., selaku Pembimbing I Skripsi. 6. Bapak Ir. Y. Lela Widagda, Msi., selaku Pembimbing II Skripsi. 7. Segenap staf pengajar, karyawan, dan civitas akademika Program Studi Teknik Perminyakan UPN Veteran Yogyakarta. Dalam menyelesaikan Skripsi ini penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan, untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan Skripsi ini. Semoga Skripsi ini bermanfaat bagi penulis, maupun pihak-pihak yang membutuhkan serta demi kemajuan ilmu pengetahuan. Yogyakarta, September 2011 Penulis v

5 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii Halaman HALAMAN PERSEMBAHAN... iii RINGKASAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR LAMPIRAN... x BAB I. PENDAHULUAN... 1 BAB II. TEORI DASAR Sonolog Peralatan Sonolog Prinsip Kerja Sonolog Produktivitas Formasi Produktivity Index (PI) Inflow Performance Relationship (IPR) IPR Tiga Fasa Pudjo Sukarno Pompa Sucker Rod Peralatan Pompa Sucker Rod Prinsip Kerja Pompa Sucker Rod Analisa Peralatan Pompa Analisa Gerakan Rod Sucker Rod String Effective Plunger Stroke Kecepatan Pompa Perhitungan Counter Balance Perhitungan Torsi vi

6 DAFTAR ISI ( lanjutan ) Kapasitas Pompa Efisiensi Total Pompa Sucker Rod Beban Polished Rod Hidraulic Horse Power Brake Horse Power Penentuan Efisiensi Total Pompa Perhitungan Optimasi Pompa BAB III. OPTIMASI POMPA SUCKER ROD Pembuatan Kurva IPR Pudjo Sukarno Evaluasi Efisiensi Volumetris Pompa Sucker Rod Kondis Terpasang Pada Sumur X Optimasi Pompa Sucker Rod Pada Sumur X BAB IV. PEMBAHASAN 76 BAB V. KESIMPULAN 78 DAFTAR PUSTAKA 79 LAMPIRAN 80 vii

7 DAFTAR GAMBAR Halaman BAB II. Gambar 2.1. Peralatan pengukur BHP Secara Akustik... 5 Gambar 2.2. Grafik Kecepatan Suara Pada Gas Hidrokarbon... 7 Gambar 2.3. Menghitung Liquid Level dengan Tubing Colar... 8 Gambar 2.4. Grafik Untuk Mencari f o... 9 Gambar 2.5. Beam Pumping System 18 Gambar 2.6. Conventional Unit Gambar 2.7. Mark II Gambar 2.8. Air Balanced Gambar 2.9. Peralatan Di Bawah Permukaan Gambar Poorman Type Gas Anchor Gambar Packer Type Gas Anchor Gambar Sucker Rod String Gambar Klasifikasi Pompa Menurut API Gambar Mekanisme Kerja Sucker Rod Gambar Sistem Gerakan Sucker Rod Gambar Hubungan Kolom Fluida Dengan Tekanan Gambar Getaran Yang Terjadi Pada Rod String Gambar Gaya Yang bekerja Pada Crank Gambar Grafik Perpotongan IPR vs Pump Intake BAB III. Gambar 3.1. Kurva IPR Sumur X Gambar 3.2. Kurva IPR vs Kurva Pump Intake N Gambar 3.3. Kurva IPR vs Kurva Pump Intake S Gambar 3.4. Kurva Hubungan N dan S Terhadap Laju Produksi viii

8 DAFTAR TABEL Halaman BAB II. Tabel II-1. Konstanta C n Untuk Masing-masing A n Tabel II-2. Jenis dan Ukuran Pompa Maksimum Tabel II-3. Klasifikasi Pompa Sucker Rod di Bawah Permukaan Tabel II-4. Kombinasi Untuk Sucker Rod Tabel II-5. Data Sucker Rod Tabel II-6. Data Tubing Tabel II-7. Data Plunger Pompa Tabel II-8. Data Rod dan Pompa BAB III. Tabel III-1. Hasil Perhitungan Laju Alir Pada Berbagai Harga Pwf Tabel III-2. Hasil Perhitungan Evaluasi Pompa Kondisi Terpasang Tabel III-3. Hasil Perhitungan Persamaan Pump Intakedengan N asumsi Tabel III-4. Hasil Perhitungan Persamaan Pump Intake dengan S asumsi Tabel III-5. Hasil Perhitungan Perpotongan Kurva IPR dengan N Tabel III-6. Hasil Perhitungan Perpotongan Kurva IPR dengan S Tabel III-7. Hasil Perhitungan Optimasi Pompa Sucker Rod ix

9 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A. Analisa Sonolog Lampiran B. Diagram Sumur Lampiran C. Data Differential Liberation Lampiran D. Data Kecepatan Maksimum Pompa Lampiran E. Konversi Satuan Lampiran F. Daftar Simbol x

10 BAB I PENDAHULUAN Ketika tekanan reservoir tidak cukup lagi untuk memproduksikan fluida pada laju alir yang ekonomis maka metode artificial lift dapat diterapkan untuk membantu mengangkat fluida produksi ke permukaan. Sucker rod pump merupakan artificial lift yang digunakan pada sumur X. Prinsip kerja sucker rod merupakan perpaduan gerak antara peralatan di permukaan dan di bawah permukaan. Sumur X terletak di Pulau Sumatera bagian utara tepatnya di Rantau, DI Aceh. Pada bulan September 2003 Sumur X selesai dibor sampai kedalaman 1098 m dan mempunyai 8 lapisan produktif, antara lain Z.940 ( , ) m, Z.930 ( ) m, Z.920 ( ) m, Z.810 ( ) m, Z.770 ( ) m, Z.750 ( ) m, Z.640 ( ) m dan Z.630 ( ) m. Pada skripsi ini lapisan produktif yang di analisa yaitu, zona produktif Z.630 ( ) m dengan Bears Plug dipasang pada kedalaman 660 m. Sumur X menggunakan pompa Sucker Rod dalam memproduksikan fluida formasinya, pada saat ini sumur X beroperasi dengan panjang langkah 48 inchi dengan kecepatan pemompaan sebesar 12 SPM untuk menghasilkan laju produksi sebesar 63.2 BFPD. Dalam kinerjanya, pompa Sucker Rod tersebut harus selalu dipantau, karena semakin lama suatu sumur diproduksikan maka tekanan reservoir akan semakin turun yang berdampak pada menurunnya ketinggian fluida. Untuk mengetahui ketinggian fluida didalam sumur maka harus dilakukan pengujian sumur menggunakan alat Sonolog. Sonolog adalah suatu alat yang menggunakan rambatan suara untuk mengukur kedalaman fluida didalam sumur yaitu antara lain Static Fluid Level (SFL) untuk sumur keadaan mati dan Dynamic Fluid Level (DFL) untuk sumur keadaan berproduksi. Data hasil dari pengukuran sonolog tersebut diperlukan pada perencanaan setting pompa dalam hal ini menentukan kedalaman pompa, 1

11 2 panjang langkah dan kecepatan pompa yang diukur dengan satuan SPM (Stroke Per Menit), sonolog dipasang pada casing valve. Pengukuran sonolog pada sumur X dilakukan dua kali, yaitu pada tanggal 14 Januari 2011 dan 16 Januari Hasil pengukuran sonolog yang pertama didapatkan harga Dynamic Fluid Level (DFL) m dan pada pengukuran sonolog yang kedua didapatkan harga Static Fluid Level (SFL) m. Kedalaman pompa saat ini adalah m. Latar belakang dari penulisan Skripsi ini adalah karena semakin lama suatu lapangan diproduksikan maka tekanan reservoir akan semakin turun dan berdampak terhadap menurunnya kapasitas produksi formasi sehingga kapasitas produksi pompa yang terpasang tidak sesuai lagi dengan kapasitas produksi formasi tersebut, hal ini berdampak terhadap penurunan efisiensi volumetric pompa terpasang sehingga perlu dilakukannya upaya optimasi efisiensi volumetric pompa terpasang dengan menyesuaikan kapasitas produksi pompa dengan kapasitas produksi formasi sehingga diharapkan sumur dapat berproduksi secara optimum. Maksud dan tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan evaluasi terhadap efisiensi volumetric pompa terpasang dengan melakukan perhitungan evaluasi dan menganalisa terhadap data sonolog yang tersedia, kemudian melakukan upaya optimasi efisiensi volumetric dengan melakukan perencanaan ulang terhadap panjang langkah (S) dan jumlah stroke pompa (N). Metode penyelesaian dilakukan baik menggunakan perhitungan evaluasi terhadap pompa terpasang maupun dengan menganalisa data sonolog sehingga dapat ditentukan efisiensi volumetric pompa terpasang, kemudian dilakukan upaya optimasi dengan melakukan perhitungan optimasi yaitu dengan cara menyesuaikan kapasitas produksi pompa terpasang dengan kapasitas produksi formasi untuk mencapai laju produksi optimum teoritis yang diharapkan. Pada penulisan skripsi ini penulis menggunakan sistem pembagian per-bab dengan sistematika sebagai berikut : Bab I Pendahuluan merupakan penjelasan isi skripsi secara umum mengenai latar belakang penelitian, maksud dan tujuan penelitian, metode penyeselesaian dan sistematika penulisan. Bab II Teori dasar

12 3 sonolog, produktivitas formasi dan sucker rod pump, yang berisi tentang jenis, peralatan, prinsip kerja, dan disain pompa. Bab III Evaluasi dan optimasi pompa sucker rod pada data hasil pengukuran sonolog. Bab IV berisi pembahasan dan Bab V merupakan bab kesimpulan dan saran.

13 BAB II TEORI DASAR 2.1. Sonolog Sonolog bekerja berdasarkan prinsip gelombang suara atau getaran. Dalam operasinya, sumber gelombang suara dapat berasal dari penembakan peluru hampa (blank cartridge) atau pengaliran gas bertekanan secara cepat dan dalam waktu yang sangat singkat (hanya sesaat). Untuk sumur-sumur dengan tekanan gas di Casing sangat rendah, digunakan sumber gas N2 atau gas CO2 yang berasal dari tabung gas bertekanan tinggi. Tetapi bila tekanan gas di Casing cukup tinggi, maka dengan mengablas gas tersebut dengan cepat dan singkat, akan diperoleh sumber bunyi yang diperlukan untuk pengukuran. Gelombang suara atau getaran tersebut dipancarkan ke dalam annulus antara Tubing dan production Casing, dan merambat melalui Tubing ke bawah sampai ke permukaan cairan, di mana ia dipantulkan kembali ke permukaan dan ditangkap oleh microphone yang dipasang di permukaan, dimana pantulan suara tersebut dirubah menjadi pulsa-pulsa listrik yang kemudian diperkuat oleh amplifier dan direkam di recorder. Selama merambat melalui Tubing, setiap kali suara sampai ke sok (Tubing collar) sebagian getaran akan dipantulkan ke permukaan dan ditangkap oleh microphone. Dengan demikian setiap tubing collar akan memberikan pantulan kecil yang direkam oleh recorder. Sesampai di permukaan cairan, pantulan suara oleh permukaan cairan akan dipantulkan lagi ke permukaan dan menghasilkan efek yang sama dengan pancaran suara yang pertama, dengan intensitas yang makin lemah, sehingga rekaman pantulanpantulan suara tersebut akan berlangsung berulang-ulang sampai suara tersebut kehabisan energinya Peralatan Sonolog Gambar 2.1. memperlihatkan peralatan dan prinsip kerja peralatan serta perhitungan yang dilakukan untuk mendapatkan tekanan bawah permukaan. 4

14 5 PRINSIP KERJA ALAT NOTEBOOK N2 PRESS. GAGE N2 GAS CHAMBER SOLENOID VALVE PRESSURE TRANSDUCER MICROPHONE SONIC N2 BOTTLE WELL ANNULUS CALCULATION GAS T1 = Sonic travel time, sec V = Sonic velocity in gas, ft/sec L = Liquid level depth, ft D = Perforation depth, ft P csg = Casing pressure, psi ρ liq = Liquid density, gr/cm 3 P gas = Gas column pressure, psi P liq = Liquid column pressure, psi = Liquid fraction f o L P gas P liq = T1*0.5*V ft = (P csg *L)/30000 psi = 0.433*(D-L)* ρ liq * f o psi BHP = P csg + P gas + P liq LIQUID PERFORATION Gambar 2.1 Peralatan untuk mengukur Tekanan Bawah Permukaan secara akustik 8)

15 6 Peralatan yang diperlukan antara lain: 1. Gas Gun. Alat ini digunakan untuk menghasilkan bunyi dipermukaan. Gas gun diperlengkapi dengan mikrofon, thermometer, manometer pengukur tekanan di selubung yang biasanya berujud peralatan digital serta manometer pengukur tekanan pada Gas Chamber yang merupakan sumber bunyi. Untuk mengaktifkan gun dipasang pula Solenoid valve yang bisa dioperasikan secara elektrik. 2. Analog Digital Converter. Alat ini digunakan untuk mengolah data dari sensor agar dapat diterima oleh komputer dan mengolah perintah dari komputer agar dapat dieksekusi oleh sensor. 3. Komputer untuk mengolah data menghitung dan memprogram perintah. Biasanya komputer sudah dilengkapi dengan software untuk perhitungan ini. 4. Catu gas. Umumnya dipakai gas yang tidak bereaksi dengan hidrokarbon seperti N2 atau CO2. Botol nitrogen sebagai sumber gas dilengkapi dengan pressure regulator yang memadai. 5. Peralatan tambahan seperti pipa-pipa penghubung gas gun dengan well head Prinsip Kerja Peralatan Sonolog Prinsip Kerja alat ini adalah sebagai berikut: 1. Gas Gun dipicu untuk menimbulkan bunyi yang kemudian merambat di annulus dan dipantulkan oleh permukaan cairan. Pantulan (selama proses berlangsung bunyi direkam secara terus menerus) akan diterima oleh mikrofon dan komputer akan menghitung waktu yang dipergunakan bunyi untuk merambat dari permukaan, dipantulkan oleh permukaan cairan sampai kembali ke permukaan. 2. Untuk menghitung jarak dari permukaan ke permukaan liquid level digunakan rumus: L = T1 x 0.5 x V...(2-1) Keterangan :

16 7 L = Jarak dari wellhead ke permukaan cairan, feet T1 = Waktu tempuh ulang-alik dari wellhead ke permukaan cairan, detik V = Kecepatan suara, feet/detik Seperti diterangkan diatas waktu telah diukur dan dicatat oleh komputer sehingga tinggal mencari kecepatan suara. Kecepatan suara ditentukan oleh jenis dan kepadatan media. Di annulus media yang mengisinya adalah gas hidrokarbon, Gambar 2.2 menunjukkan grafik untuk menghitung kecepatan perambatan suara pada gas. Dengan data specific gravity dari gas dan data tekanan pada casing dapat dihitung kecepatan suara di annulus. Gambar 2.2 Grafik Kecepatan Suara Pada Gas Hidrokarbon 8)

17 8 Untuk menghitung tekanan dibawah permukaan (Bottom Hole Pressure =BHP) digunakan rumus: BHP = P csg + P gas + P liq...(2-2) Keterangan : BHP = Tekanan Bawah Permukaan, psi P csg = Tekanan Casing, psi P gas = Tekanan yang diakibatkan oleh adanya kolom gas dianulus, psi P liq = Tekanan yang diakibatkan oleh adanya kolom cairan dianulus, psi P gas = (P csg x L)/30000 P liq = x (D-L) x ρ liq. f o L = Kedalaman cairan, feet D = Kedalaman formasi, feet f o = Fraksi cairan ρ liq = Densitas liquid gr/cm 3 Untuk liquid yang bebas gas maka harga f o = 1, sedangkan untuk yang mengandung gas dicari dengan menggunakan grafik (Gambar 2.4) dengan metoda yang dikemukakan oleh Mc Coy et al, (1988). Gambar 2.3 Menghitung Jarak Liquid Level Dengan Bantuan Tubing Collar 8)

18 Fg, FRACTION OF GAS IN GASEOUS COLUMN Ds *Dp/Dt 3/ C, EFFECTIVE OIL FRACTION Gambar 2.4. Grafik Untuk Mencari f o 8) Prinsip pengukuran pada Gambar 2.4 umumnya dipakai untuk mengetahui liquid level pada sumur pompa Sucker Rod dengan peralatan yang umum dipakai oleh operator produksi adalah Sonolog.

19 10 Untuk mempermudah operasi dan perhitungan (terutama dalam hal pengukuran yang cepat dan banyak) penggunaan komputer dan piranti lunak umum dilakukan saat ini. Piranti lunak dapat memberikan signal untuk membuka valve sehingga terjadi ledakan secara otomatis serta menghitung secara otomatis. Pada sumur yang sedang produksi pengukuran ini dipakai untuk mendapatkan PBHP (Producing Bottom Hole Pressure) sedangkan pada sumur yang di shut in untuk mendapatkan SBHP (Static Bottom Hole Pressure). Secara garis besar Informasi yang didapatkan dari pengujian Sonolog adalah : 1. Tekanan casing 2. Kecepatan suara (berdasarkan data rata-rata panjang Tubing) 3. Kedalaman fluida (fluid level) 4. BHP Setelah mengetahui kedalaman cairan (fluid level) dari pengujian Sonolog, Tekanan Statik (Ps) dan Tekanan Laju Alir (Pwf) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : Ps = (D SFL) (Gf) (2-3) Pwf = (D DFL) (0.433 SG (l) ) (2-4) Keterangan : Ps = Tekanan Statis, psi Pwf = Tekanan Alir Dasar Sumur, psi D = Kedalaman mid perforasi, ft SFL = Kedalaman Static Fluid Level, ft DFL = Kedalaman Dynamic Fluid Level, ft Gf = Gradient fluida SG (l) = Speciffic Gravity cairan

20 Produktivitas Formasi Produktivitas formasi merupakan kemampuan formasi untuk mengalirkan fluida yang terkandung di dalam reservoir menuju sumur produksi pada tekanan tertentu yang dinyatakan dengan Produktivity Index (PI) Productivity Index (PI) Productivity Index (PI) merupakan suatu besaran yang menunjukan kemampuan berproduksi dari suatu lapisan dalam suatu formasi, dimana secara defenisi merupakan perbandingan laju produksi (q) yang dihasilkan oleh suatu sumur atau reservoir pada suatu tekanan alir dasar sumur tertentu terhadap perbedaan tekanan dasar sumur pada keadaan static (Ps) dan tekan dasar sumur pada saat terjadi aliran (Pwf) atau sering disebut Pressure Drawdown (Ps-Pwf). Secara matematis, PI dapat dinyatakan dalam hubungan sebagai berikut : Laju Produksi PI = Drawdown atau q PI = (2-5) Ps - Pwf Keterangan : PI = Productivity Index, Bbl/hari/Psi Q = Laju Produksi, Bbl/hari Ps = Tekana Statik Reservoar, Psi Pwf = Tekanan Alir Dasar Sumur, Psi Pengukuran Index Produktivitas tersebut didasarkan pada total produksi cairan atau gross liquid production, yaitu total produksi minyak dan air. Sedangkan produktivitas untuk suatu lapisan atau formasi produktif, sering dinyatakan dalam Specific Productivity Index (SPI), dimana secara matematis ditunjukkan dalam bentuk persamaan sebagai berikut : PI q SPI = = (2-6) h h.(ps - Pwf) Keterangan : SPI = Specific productivity index, Bbl/hari/Psi/ft

21 12 PI q Ps Pwf h = Productivity Index, Bbl/Hari/Psi = Laju produksi, Bbl/Hari = Tekanan static reservoar, Psi = Tekanan alir dasar sumur, Psi = Ketebalan formasi produktif, ft Pada umumnya, dilapangan digunakan klasifikasi yang sebaik mungkin terhadap PI. Berdasarkan pengalamannya, Kermit E. Brown (1967) telah mnecoba memberikan batasan terhadap tingkat produktivitas sumur sebagai berikut: - PI rendah, jika harga PI lebih rendah dari 0,5 - PI sedang, jika harga PI terletak antara 0,5 sampai 1,5 - PI tinggi, jika harga PI lebih besar dari 1,5 Harga PI yang rendah pada permulaan produksi kemungkinan disebabkan oleh terjadinya kerusakan formasi (formation damage). Hal ini dapat diketahui dari hasil DST. Harga q dalam suatu lapangan dapat didekati dengan persamaan untuk aliran radial adalah: x k x h (Ps - Pwf) q = (2-7) µ 0 β 0 ln( r e /r w ) Asumsi yang digunakan pada Persamaan (2-7) adalah : 1. Fluida berfasa satu dan incrompressible. 2. Aliran steady state (mantap), yaitu aliran dimana tekanan dan kecepatan aliran fluida pada setiap titik dari sistem tidak berubah terhadap waktu. 3. Fluida tidak bereaksi terhadap formasi 4. Formasi homogeny. Apabila harga q di atas dimasukkan ke dalam Persamaan (2-5), maka diperoleh persamaan PI dalam bentuk lain, yaitu : x k x h PI = (2-8) µ 0 β 0 ln( r e /r w )

22 13 Keterangan : q = Laju Produksi, Bpd Ps = Tekanan Statik reservoir, Psi Pwf = Tekanan Alir Dasar Sumur, Psi k = Permeabilitas, md µ 0 = Viskositas Minyak, cp β 0 r w r e = Faktor Volume Formasi, STB/BBL = Jari-jari Sumur, ft = Jari-jari Pengurasan, ft Inflow Performance Relationship (IPR) Productivity Index (PI) dan Deliverability Index (DI) yang diperoleh dari hasil test maupun dari perkiraan adalah merupakan gambaran secara kualitatif mengenai kemampuan suatu sumur untk berproduksi. Inflow performance Relationship (IPR) berperan penting dalam merencanakan fasilitas produksi pada suatu lapangan minyak maupun gas. Dalam kaitannya dengan perencanaan suatu sumur ataupun untuk melihat kelakuan suatu sumur untuk berproduksi, maka IPR dapat didefenisikan sebagai PI yang dinyatakan secara grafis. Berdasarkan defenisi PI yang secara matematis ditunjukan oleh Persamaan (2-5) pada suatu keadaan tertentu dari suatu sumur, dimana tekanan statis reservoir (Ps) dan PI dianggap konstan, maka variabelnya adalah laju produksi (q) dan tekanan alir dasar sumur (Pwf), sehingga persamaan PI dapat ditulis sebagai: Pwf q = Ps (2-9) PI Berdasarkan definisi PI, maka untuk membuat grafik IPR, perlu diketahui data tentang: - Laju produksi (q) - Tekanan alir dasar sumur (Pwf) - Tekanan static sumur (Ps)

23 14 Ketiga data tersebut diperoleh dari test produksi dan test tekanan yang dilakukan pada sumur yang bersangkutan. Berdasarka ketiga data tersebut, dibuat IPR sesuai dengan kondisi dari aliran fluidanya, apakah satu fasa,dua fasa, atau tiga fasa Inflow Performance Relationship (IPR) Tiga Fasa Pudjo Sukarno Metode ini dikembangkan menggunakan simulator, yang juga digunakan untuk mengembangkan kurva IPR gas - minyak. Anggapan yang digunakan pada waktu pengembangan metode ini adalah : 1. Faktor Skin sama dengan nol 2. Gas, Minyak dan Air berada dalam satu lapisan dan mengalir bersama sama secara radial. Untuk menyatakan kadar air dalam laju produksi total digunakan parameter Water Cut, yaitu perbandingan laju produksi air dengan laju produksi cairan total. Parameter ini merupakan parameter tambahan dalam persamaan kurva IPR yang dikembangkan. Selain itu, hasil simulasi menunjukkan bahwa pada suatu saat tertentu, yaitu pada harga tekanan reservoir tertentu, harga water cut berubah sesuai dengan perubahan tekanan alir dasar sumur. Dengan demikian perubahan water cut sebagai fungsi dari tekanan alir dasar sumur, perlu pula ditentukan. Dalam pengembangan kinerja aliran tiga fasa dari formasi ke lubang sumur, telah digunakan tujuh kelompok data hipotesis reservoir, yang mana untuk masing-masing kelompok dilakukan perhiyungan kurva IPR untuk lima harga water cut yang berbeda, yaitu : 20%, 40%, 60%, 80%, serta 90%. Dari hasil perhitungan diperoleh 385 titik data, dan titik data ini dikelompokkan sesuai dengan harga water cut nya. Untuk masing-masing kelompok water cut dibuat kurva IPR tak berdimensi, yaitu plot antara q 0 /q t max terhadap Pwf/Pr (q t max ) adalah laju aliran cairan total maximum dan kemudian dilakukan analisa regresi. Hasil analisa regresi yang terbaik adalah sebagai berikut : q q o tmaks 2 Pwf Pwf = A o + A1 + A2 (2-10) Ps Ps

24 15 A n, (n= 0, 1 dan 2) adalah konstanta persamaan, yang harganya berbeda untuk water cut yang berbeda. Hubungan antara konstanta tersebut dengan water cut ditentukan pula secara analisa regresi, dan diperoleh persamaan sebagai berikut : A n = C o + C 1 (Water cut) + C 2 (Water cut) 2 (2-11) Keterangan : C n (n = 0, 1 dan 2) untuk masing-masing harga An ditunjukan dalam Tabel II-1. Tabel II-1 1) Konstanta C n Untuk Masing-masing A n A n C 0 C 1 C 2 A x x10-4 A x x10-5 A x x10-4 Berdassarkan uraian sebelumnya bahwa harga water cut berubah sesuai dengan perubahan tekanan alir dasar sumur pada satu harga tekanan reservoir, maka perlu dibuat hubungan antara tekanan alir dasar sumur dengan water cut. Hubungan ini dinyatakan sebagai : Pwf/Pr terhadap Pwf ~ Pr) ditentukan dari sumber simulator, untuk kelima harga water cut. Analisa regresi terdapat titik titik data menghasilkan persamaan sebagai berikut : WC Pwf ~ Pr = P1 Exp (P2 Pwf ) (2-12) Pr WC = qw x 100% (2-13) qt

25 16 dimana : P1 dan P2 tergantung dari harga water cutnya, dan dari analisa regresi diperoleh hubungan sebagai berikut : P1 = ln (water cut) (2-14) P2 = ln (water cut) (2-15) Dimana : Water Cut dinyatakan dalam persen (%) Prosedur perhitungan kinerja aliran tiga fasa dari formasi ke lubang sumur adalah sebagai berikut : Langkah 1. Siapkan data penunjang yang meliputi : - Tekanan reservoir/ tekanan statis Sumur (Ps) - Tekanan alir dasar sumur (Pwf) - Laju produksi minyak dan air (q o & q w ) - Harga water cut berdasrakan uji produksi (dalam persen) Langkah 2. Hitung Pwf ~Pr dengan menggunakan menggunakan Persamaan (2-12). Dimana Persamaan (2-12) tersebut dapat dituliskan sebagai : Pwf Pr = water cut Pwf P1Exp P2 Pr Dimana harga water cut adalah harga dari uji produksi, sedangkan harga P1dan P2 dihitung dengna menggunakan Persamaan (2-14) dan Persamaan (2-15). Langkah 3. Berdasarkan harga Pwf Pr, hitung konstanta A 0, A 1 dan A 2 dengan menggunakan Persamaan (2-11) dan Tabel II-1. Harga konstanta ini tetap dan digunakan dalam perhitungan kurva IPR. Langkah 4. Berdasarkan data uji produksi, tentukan laju produksi cairan total maksimum dengan menggunaakan Persamaan (2-10) dan konstanta A 0, A 1 dan A 2 dari langkah 3, yaitu :

26 17 q t max = A 0 q 0 Pwf Pwf + A1 + A 2 Pr Pr 2 Langkah 5.Berdasarkan haarga qt max daari langkah 4, dapat dihitung laju produksi minyak untuk berbagaai harga tekanan alir dasar sumur. Langkah 6. Laju produksi air untuk setiap water cut pada tekanan alir dasar sumur, dengan : q = w ( WC / (100 - WC) ) q0 (2-16) 2.3. Pompa Sucker Rod Dalam memproduksikan minyak dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan cara sembur alam (natural flow) dan sembur buatan (artificial lift). Cara pertama dilakukan bila tekanan reservoir cukup tinggi, sehingga dapat mengalirkan fluida ke permukaan secara alamiah. Cara yang kedua dilakukan apabila tekanan reservoir tidak mampu lagi mengalirkan fluida kepermukaan secara alamiah. Salah satu metode yang digunakan dalam menangani masalah yang kedua adalah dengan menggunakan Pompa Sucker Rod. Pompa sucker rod atau pompa angguk adalah salah satu metode artificial lift yang paling baik diterapkan pada sumur-sumur dangkal dan sedikit atau tidak adanya gas yang terproduksi bersama minyak. Dalam pengoperasiannya, pompa sucker rod memiliki banyak masalah yang sering timbul, diantaranya adalah tidak sesuainya laju produksi yang diinginkan dengan laju produksi sebenarnya. Kondisi tersebut dapat disebabkan karena adanya kebocoran tubing, kebocoran standing valve maupun travelling valve, adanya plunger overtravel maupun undertravel, fluid pound, gas lock, plunger sticking, gesekan yang berlebihan dan lain sebagainya. Dalam pendesainan pompa sucker rod, informasi mengenai static fluid level sangat penting untuk diketahui, terutama untuk mendesain setting depth pump. Untuk mengetahui static fluid level dapat menggunakan alat yang disebut sonolog,

27 18 pada prinsipnya sonolog menggunakan gelombang suara untuk mengetahui level cairan didalam sumur. Data-data yang diperoleh dari sonolog dapat digunakan untuk mengevaluasi kinerja pompa dan mengoptimasikan kinerja pompa supaya didapat laju produksi yang optimum. Pompa Sucker Rod atau sering juga disebut beam pumping ialah salah satu metode artificial lift yang memanfaatkan gerakan naik- turun dari plunger untuk mendorong fluida reservoir ke permukaan. Dalam klasifikasinya, API menggunakan kode misalnya : C CW. Untuk huruf C pada jenis pompa mengandung arti jenis pompanya adalah unit Conventional, angka 160 adalah batasan torsi maksimum yang diijinkan pada pompa sebesar 160 Kinlbs, angka 173 adalah batasan beban polished rod maksimum yang diijinkan sebesar 173 ratusan pound (17.3 klb) dan angka 64 merupakan panjang langkah pompa maksimumnya 64 in, serta huruf CW merupakan arah putaran dari pompa searah jarum jam (circulation watch). Pompa Sucker Rod ada tiga jenis yaitu Conventional Unit, Mark II dan Air Balance. Conventional Unit adalah jenis pompa Sucker Rod yang paling banyak digunakan dengan ukuran/tenaga sampai 100 HP, sedangkan Mark II digunakan untuk sumur yang dalam dengan produksi yang tinggi, dengan ukuran/tenaga sampai 125 HP. Air Balance unit adalah jenis dari pompa Sucker Rod yang memiliki ukuran lebih kecil dan ringan dibandingkan dengan unit lainnya, pompa Sucker Rod ini memiliki ukuran sampai 150 HP. Gambar 2.5. Beam Pumping System 1)

28 19 Gambar 2.6. Conventional Unit 1) Gambar 2.7. Mark II 1) Gambar 2.8. Air Balanced 1)

29 Peralatan Pompa Sucker Rod Peralatan pompa Sucker Rod dibagi menjadi dua kelompok utama yaitu peralatan di atas permukaan dan peralatan di bawah permukaan. A. Peralatan di Atas Permukaan Peralatan di atas permukaan ini memindahkan energi dari suatu prime mover ke Sucker Rod. Selain itu peralatan ini juga mengubah gerak berputar dari prime mover menjadi suatu gerak naik turun dan juga mengubah kecepatan prime mover menjadi langkah pemompaan yang sesuai. a. Prime mover Merupakan penggerak utama, dimana prime mover akan memberikan gerakan putar yang diubah menjadi gerak naik turun pada Polish rod dan Sucker Rod untuk diteruskan ke peralatan bawah permukaan. Prime mover dapat berupa mesin gas, diesel, motor bakar dan listrik. Prime mover ini disesuaikan dengan tersedianya sumber tenaga tersebut. Jadi pemilihan motor diusahakan mempunyai daya yang cukup untuk mengangkat fluida dan rangkaian rod dengan kecepatan yang diinginkan. b. V-Belt Merupakan sabuk untuk memindahkan gerak dari Prime mover ke Gear reducer. c. Gear Reducer Berfungsi mengubah kecepatan putar dari Prime mover menjadi langkah pemompaan yang sesuai. Gear reducer juga merupakan transmisi yang berfungsi untuk mengubah kecepatan putar dari Prime mover, gerak putaran Prime mover diteruskan ke Gear reducer dengan menggunakan belt. Belt ini dipasang menghubungkan sheave di Prime mover dan unit sheave pada Gear reducer. d. Crank Shaft Merupakan poros Crank yang berfungsi untuk mengikat Crank pada Gear reducer.

30 21 e. Crank Merupakan sepasang tangkai yang menghubungkan Crank shaft pada Gear reducer dengan pitman. Pada Crank ini terdapat lubang-lubang tempat Pitman bearing. Besar kecilnya langkah atau stroke pemompaan yang diinginkan dapat diatur disini, dengan cara menghubungkan Pitman dengan lubang yang sesuai dengan panjang langkah yang diinginkan. Apabila Pitman terpasang pada lubang yang paling luar, maka panjang langkahnya adalah yang paling panjang untuk pompa tersebut, sedangkan bila Pitman terpasang pada lubang paling dalam yang berarti langkahnya paling pendek. f. Counterbalance Adalah sepasang pemberat yang fungsinya : - Menyimpan tenaga prime mover pada saat Down-stroke atau pada saat counterbalance menuju ke atas, yaitu pada saat kebutuhan tenaga kecil atau minimum - Membantu tenaga Prime mover pada saat Up-stroke (saat counterbalance bergerak ke bawah) sebesar tenaga potensialnya, karena kerja prime mover yang terbesar adalah pada saat Up-stroke (pompa bergerak ke atas) dimana sejumlah minyak ikut terangkat ke atas permukaan. g. Pitman Adalah penghubung antara Walking beam pada equalizer bearing dengan Crank. Lengan pitman merubah gerakan berputar menjadi gerakan naik turun. h. Walking Beam Merupakan balok melintang diatas menara (Sampson post) dengan mempunyai engsel ditengahnya. Pada ujung Walking beam terdapat kepala kuda (Horse head) dan pada ujung yang lainnya, dihubungkan dengan Pitman yang fungsinya meneruskan gerakan Pitman sehingga horse head bergerak naik turun.

31 22 i.horse head. Meneruskan gerak dari Walking beam ke unit pompa di dalam sumur melalui bridle, Polish rod dan Sucker string atau merupakan kepala dari Walking beam yang menyerupai kepala kuda. j. Bridle Merupakan nama lain dari wire line hanger, yaitu merupakan sepasang kabel baja yang disatukan pada Carrier bar. Bridle diikat di horse head sedangkan ujung yang lain ditempati Carier bar. k. Carrier bar Merupakan alat yang berfungsi sebagai tempat bergantungnya rangkaian rod dan polished rod, penyangga dari polished rod clamp. l. Polished rod clamp Komponen yang bertumpu pada Carrier bar yang fungsinya untuk mengikat Polished rod pada Carrier bar. m. Polished rod Polished rod merupakan bagian teratas dari rangkaian rod yang muncul di permukaan. Fungsinya adalah menghubungkan antara rangkaian rod di dalam sumur dengan peralatan-peralatan di permukaan. Polished rod mempunyai permukaan yang licin sehingga batang besi tersebut dinamakan Polished rod. n. Stuffing box Dipasang di atas kepala sumur (Casing atau Tubing head) untuk mencegah/menahan minyak agar supaya tidak keluar bersama naik turunnya Polish rod. Dengan demikian seluruh aliran minyak hasil pemompaan akan mengalir ke Flowline lewat Crosstee. o. Sampson post Merupakan kaki penyangga atau penopang Walking beam.

32 23 p. Saddle bearing Adalah tempat kedudukan (engsel) dari Walking beam pada Sampson post pada bagian atas. q. Brake Brake disini berfungsi untuk mengerem gerak pompa jika dibutuhkan, misalnya pada saat akan dilakukan reparasi sumur atau unit pompanya sendiri. B. Peralatan di Bawah Permukaan Gambar 2.9 Peralatan di bawah permukaan 1) Peralatan pompa di bawah permukaan (subsurface pump equipment) terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu : a. Working Barrel Merupakan tempat dimana plunger dapat bergerak naik turun sesuai dengan langkah pemompaan dan menampung minyak terisap saat Upstroke.

33 24 b. Plunger Merupakan bagian dari pompa yang terdapat didalam barrel dan dapat bergerak naik turun yang berfungsi sebagai penghisap minyak dari lubang sumur masuk ke Barrel yang kemudian diangkat ke permukaan melalui Tubing. c. Tubing Seperti halnya pada peralatan sembur alam, Tubing digunakan untuk mengalirkan minyak dari dasar sumur ke permukaan setelah minyak diangkat oleh Plunger pada saat Upstroke. d. Standing Valve Merupakan bola yang terdapat dibagian paling bawah barrel pompa yang berfungsi mengalirkan fluida dari lubang sumur masuk ke Working barrel dan hal ini terjadi pada saat Plunger bergerak ke atas dan selanjutnya Standing valve membuka. e. Travelling Valve Merupakan bola yang ikut bergerak naik turun menurut gerakan Plunger dan berfungsi mengalirkan minyak dari Working barrel masuk ke Plunger dan hal ini terjadi pada saat Plunger bergerak ke bawah serta menahan minyak keluar dari Plunger pada saat Plunger bergerak ke atas. f. Gas Anchor Merupakan komponen pompa yang dipasang dibagian bawah dari pompa yang berfungsi untuk memisahkan gas dari minyak agar gas tersebut tidak ikut masuk ke dalam pompa bersama-sama dengan minyak. Ada dua macam tipe Gas Anchor, yaitu : - Poorman type Larutan gas dalam minyak yang masuk ke dalam anchor akan melepaskan diri dari larutan (bouyancy effect). Minyak akan masuk ke dalam barel melalui suction pipe, sedangkan gas yang telah terpisah akan dialihkan melalui annulus. Apabila suction pipe terlalu panjang atau diameternya terlalu kecil, maka akan terjadi pressure loss yang cukup besar sehingga menyebabkan terjadinya penurunan PI (Produktivity Index) sumur pompa. Sedangkan apabila

34 25 suction pipe terlalu besar akan menyebabkan annulus antara dinding anchor dengan suction pipe menjadi lebih kecil, sehingga kecepatan aliran minyak besar dan akibatnya gas masih terbawa oleh butiran-butiran minyak. Diameter gas anchor yang terlalu besar akan menyebabkan penurunan PI sumur pompa. Gambar Poorman Type Gas Anchor 11) - Packer type Minyak masuk melalui ruang antara dinding anchor dan suction pipe, kemudian minyak jatuh di dalam annulus antara Casing dan gas anchor dan ditahan oleh Packer, selanjutnya minyak masuk ke pompa melalui suction pipe. Disini minyak yang masuk ke dalam annulus sudah terpisah dari pompa. Gambar Packer Type Gas Anchor 11)

35 26 g.tangkai Pompa Tangkai pompa (Sucker Rod string) terdiri dari : - Sucker rod - Pony rod - Polished rod Gambar Sucker Rod String 11) - Sucker rod Merupakan batang penghubung antara Plunger dengan peralatan di permukaan. Fungsi utamanya adalah melanjutkan gerak naik turun dari horse head ke Plunger. Berdasarkan konstruksinya, maka Sucker Rod dibagi menjadi 2 (dua) a. berujung box-pin b. berujung pin-pin Untuk menghubungkan antara dua buah Sucker Rod digunakan Sucker Rod coupling. Umumnya panjang satu single dari Sucker Rod yang sering digunakan berkisar antara ft. Terdapat beberapa macam ukuran Sucker Rod, dimana ukuran-ukuran tersebut merupakan standar API. Dalam perencanaan Sucker Rod selalu diusahakan atau yang dipilih yang ringan, artinya memenuhi kriteria ekonomis, tetapi dengan syarat tanpa mengabaikan stress yang diperbolehkan (allowable stress) pada Sucker Rod tersebut. Sucker Rod yang dipilih dari permukaan, sampai unit pompa di dasar sumur (Plunger) tidak perlu sama diameternya, tetapi dapat dilakukan/dibuat

36 27 kombinasi dari beberapa type dan ukuran Rod. Sucker string yang merupakan kombinasi dari beberapa type dan ukuran tersebut, disebut Tappered Rod String. - Poni rod Merupakan rod yang lebih pendek dari panjang Rod umumnya (25 feet). Fungsinya adalah untuk melengkapi panjang dari Sucker Rod, apabila tidak mencapai kepanjangan yang dibutuhkan ukurannya adalah : 2, 4, 6, 8, 12 feet. - Polished rod Adalah tangkai Rod yang berada di luar sumur yang mengubungkan Sucker rod string dengan Carier bar dan dapat naik turun di dalam Stuffing box. Diameter Stuffing box lebih besar daripada diameter Sucker Rod, yaitu : 1 1/8, 1 ¼, 1 ½, 1 ¾. Panjang Polished rod adalah :8,11,16, 22 feet. Gambar 2.13 Klasifikasi Pompa menurut API 1) Gambar 2.13 diatas merupakan jenis-jenis pompa berdasarkan klasifikasi API (American Petroleum Institut), gambar no.1 sampai no.7 pada Gambar 2.13 diatas merupakan pompa jenis Rod, sedangkan no.7 dan no.8 merupakan pompa jenis Tubing. Berikut adalah keterangan untuk jenis-jenis pompa berdasarkan klasifikasi API :

37 28 1. RHA : Rod, Stationary Heavy Wall Barrel, Top Anchor Pump RLA : Rod, Liner Barrel, Top Anchor Pump 2. RWA : Rod, Stationary Thin Wall Barrel, Top Anchor Pump RSA : Rod, Stationary Thin Wall Barrel, Top Anchor Pump, Soft Packed 3. RHB : Rod, Stationary Heavy Wall Barrel, Bottom Anchor Pump RLB : Rod, Liner Barrel, Bottom Anchor Pump 4. RWB : Rod, Stationary Thin Wall Barrel, Bottom Anchor Pump RSB : Rod, Stationary Thin Wall Barrel, Bottom Anchor Pump, Soft Packed 5. RHT : Rod, Travelling Heavy Wall Barrel, Bottom Anchor Pump RLT : Rod, Travelling Liner Barrel, Bottom Anchor Pump 6. RWT : Rod, Travelling Thin Wall Barrel, Bottom Anchor Pump RST : Rod, Travelling Thin Wall Barrel, Bottom Anchor Pump, Soft Packed 7. TH : Tubing, Heavy Wall Barrel Pump TL : Tubing, Liner Barrel Pump 8. TP : Tubing, Heavy Wall Barrel Soft Packed Tabel II-2 Jenis dan Ukuran Maksimum Pompa 1) Tubing Size, in Pump Type / / 8 3½ Tubing one-piece, thin-wall barrel (TW) 1½ 1¾ 2¼ 2¾ Tubing one-piece, heavy-wall barrel (TH) 1½ 1¾ 2¼ 2¾ Tubing liner barrel (TL) - 1¾ 2¼ 2¾ Rod one-piece, thin-wall barrel (RW) 1¼ 1½ 2 2½ Rod one-piece, heavy-wall barrel (RH) 1 1 / 16 1¼ 1¾ 2¼ Rod liner barrel (RL) - 1¼ 1¾ 2¼

38 29 Tabel II-3 Klasifikasi pompa Sucker Rod di Bawah Permukaan Menurut API 1)

39 Prinsip Kerja Pompa Sucker Rod Prinsip kerja pompa Sucker Rod secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut, pada saat Downstroke sampai travelling valve mendekat standing valve maka tekanan ruang diantara standing valve dan travelling valve akan lebih besar dibanding tekanan diatas travelling valve dan di bawah standing valve, sehingga bola pada standing valve akan terdorong kebawah sehingga valve menutup dan mendorong bola pada travelling valve keatas, sehingga valve terbuka, dengan demikian fluida akan mengalir kedalam plunger. Pada saat Upstroke, sampai travelling valve menjauh dari standing valve, maka tekanan ruang antara standing valve dan travelling valve akan lebih kecil dibandingkan tekanan formasi dan tekanan diatas travelling valve, sehingga standing valve terbuka (bola standing valve terdorong keatas) yang kemudian barel diisi fluida formasi, sedangkan pada travelling valve-nya tertutup karena tekanan diatas travelling valve lebih besar dibandingkan dengan tekanan di bawah travelling valve. Demikianlah seterusnya secara kontinyu, sehingga fluida terdorong ke permukaan dengan bantuan gerakan naik turun dari pompa Sucker Rod. Gambar 2.14 Mekanisme Kerja Sucker Rod 11)

40 Analisa Peralatan Pompa Komponen-komponen peralatan pompa Sucker Rod merupakan suatu gabungan yang komplek, dengan kata lain akan saling tergantung satu dengan yang lain Analisa Gerakan Rod Apabila Sucker Rod digantung pada Polished rod atau bergerak naik turun pada kecepatan konstan, maka gaya yang bekerja pada Polished rod adalah berat dari sucker rod, dalam hal ini sucker rod mengalami percepatan. Polished rod akan menderita beban tambahan yaitu beban percepatan. Wr a...(2-17) g Faktor percepatan atau faktor dimana bobot mati dari rod harus dikalikan dengan faktor kecepatan ini untuk mendapatkan beban percepatan yang maksimal, dinyatakan sebagai : Keterangan : a α =...(2-18) g a = Percepatan maksimum yang terdapat pada sucker rod string, ft²/sec g = Percepatan gravitasi, ft²/sec Suatu studi terhadap gerakan yang ditransmisikan dari Prime mover ke Sucker Rod menunjukkan bahwa gerakan Sucker Rod hampir merupakan gerak beraturan yang sederhana. Gerak beraturan ini dapat dinyatakan sebagai proyeksi suatu partikel yang bergerak melingkar pada garis tengah lingkaran tersebut. Gambar Sistem Gerakan Sucker Rod 2)

41 32 Apabila hal tersebut diatas dihubungkan dengan sistem Sucker Rod, maka : 1. Diameter lingkaran menyatakan panjang langkah Polished rod. 2. Waktu untuk satu kali putaran dari partikel yang melingkar sama dengan waktu untuk satu kali siklus pemompaan. Percepatan maksimum dari pada sistem Sucker Rod terjadi pada awal Up stroke dan awal Down stroke, yaitu pada saat titik proyeksi mempunyai jarak yang jauh dari pusat gerak melingkar. Pada saat tersebut percepatan dari pada proyeksi sama dengan percepatan gerak melingkar, yaitu : Keterangan : V 2 p a =...(2-19) r V p r e e = Kecepatan partikel, ft/sec = Jari-jari lingkaran, ft Apabila waktu untuk satu kali putaran, maka : 2πr V p = e τ...(2-20) Apabila N = jumlah putaran persatuan waktu : Vp = 2π r e N...(2-21) Dimana N = 1/α, jika Persamaan (2-20) dan Persamaan (2-21) disubstitusikan pada Persamaan (2-18) didapat : 2 2 V p 4π re N =...(2-22) r g g e 2 Untuk sumur pompa : N = Kecepatan pemompaan, SPM g = Percepatan gravitasi, ft²/sec r e = Dapat dihubungkan dengan polished rod, stroke length yaitu : S r e = 2

42 33 Dengan demikian Persamaan (2-22) menjadi : 2 2π SN α =...(2-23) g Panjang langkah Polished rod biasanya dinyatakan dalam inchi, dan kecepatan pemompaan dalam stroke per menit (SPM), maka : 2 2 2π SN in / min 1ft 1min α = ,2 ft / sec 12in 3600sec 2 SN α =...(2-24) Sucker Rod String Sucker Rod string didapati pada sumur-sumur yang dalam, dan tidak hanya terdiri dari satu macam diameter, merupakan Tapered rod (makin ke atas makin besar diameternya, karena membawa beban yang lebih berat). Dengan anggapan bahwa stress disetiap bagian sama (pada puncak masing-masing interval). Pada Tabel (II-4), R 1, R 2, R 3, dan seterusnya adalah fraksi panjang dari seluruh panjang rod, dan karena umumnya suatu potongan rod mempunyai panjang 25 ft, maka pembulatan selalu 25 ft Effective Plunger Stroke (S p ) Jumlah volume minyak yang diperoleh selama pemompaan tidak tergantung pada panjang Polished rod, tetapi tergantung pada gerakan relatif plunger terhadap Working barrel yang disebut effective plunger stroke. Pada dasarnya langkah ini berbeda dengan Polished rod stroke. Perbedaan ini disebabkan oleh : 1. Adanya rod stretch dan tubing stretch. 2. Adanya plunger over travel yang disebabkan adanya percepatan. Dengan demikian perlu diperkirakan adanya rod stretch dan tubing stretch serta over travel, yang mana hal ini telah dikembangkan oleh Marsh dan Coberly.

43 34 Tabel II-4 Kombinasi Untuk Sucker Rod 2) Ukuran rod pada string (in) Harga R sebagai fungsi Luas Plunger (A p ) Catatan : R 1 adalah yang bawah atau terkecil R1 = Ap 5 / 8 ¾ R2 = Ap R1 = Ap ¾ - 7 / 8 R2 = Ap R1 = Ap 7 / 8 1 R2 = Ap R1 = Ap 5 / 8 ¾ - 7 / 8 R2 = Ap R3 = Ap R1 = Ap ¾ - 7 / 8 1 R2 = Ap R3 = Ap R1 = Ap ¾ - 7 / / 8 R2 = Ap R3 = Ap R4 = Ap Pada saat Downstroke, Standing valve tertutup dan Travelling valve terbuka, beban fluida bekerja pada Tubing yang menyebabkan elongasi pada Tubing tersebut. Pada awal Up stroke, Travelling valve tertutup, menimbulkan perpanjangan pada rod dan pembukaan pada Standing valve menyebabkan Tubing mengalami stretch. Kembalinya Tubing ke panjang semula menyebabkan Working barrel bergerak lebih ke atas.

44 35 Perpanjangan rod menyebabkan plunger bergerak lebih ke bawah. Dengan demikian effective plunger stroke berkurang sebesar jumlah perpanjangan rod dan tubing yang disebabkan oleh beban fluida. Untuk suatu deformasi elastik, terdapat perbandingan antara stress yang bekerja pada suatu benda dengan strain yang dihasilkan oleh stress tersebut yang besarnya konstan, yaitu : Stress E =...(2-25) Strain Keterangan : E = Modulus elastisitas, tergantung pada beban yang dipergunakan Sedangkan Stress merupakan gaya persatuan luas, maka : Keterangan : Stress = F/ A...(2-26) F = Gaya, lb A = Luas penampang, in² Dan strain adalah fraksi perubahan panjang, yaitu : Strain = e /L....(2-27) Gaya (F) dinyatakan dalam Lb, penampang (A) dinyatakan dalam in 2. perpanjangan (e) dan panjang mula-mula (L) dinyatakan dalam satuan sama. Umumnya besarnya perpanjangan dalam in. Sedangkan panjang dalam ft, dengan demikian persamaan (2-27) berubah menjadi : e Strain = 12 L...(2-28) Apabila persamaan (2-26) disubstitusikan kedalam Persamaan (2-25) menjadi : E = F / A 12FL =...(2-29) e /12L ea 12FL e = EA...(2-30)

45 36 Gaya yang disebabkan oleh beban fluida yang disebabkan adanya perbedaan tekanan sepanjang Plunger, dan bekerja pada luas permukaan A p, adalah: F = P x A p...(2-31) Apabila dianggap bahwa pompa dipasang pada working fluid level, perbedaan tekanan ( P) pada plunger adalah tekanan kolom fluida dengan specific gravity campuran G mix, sepanjang L (kedalaman pompa). P = G mix L...(2-32) Untuk suatu hal yang umum, dimana working fluid level terletak pada kedalaman D, tekanan C (dibawah plunger) yang disebabkan oleh kolom fluida didalam casing setinggi (L D) harus diperhitungkan. Gambar 2.16 Hubungan Kolom Fluida Di annulus dengan Tekanan 8) Dengan demikian : = G L G mix (L D)...(2-33) = G mix D G mix = SG oil (1-WC) + SG water (WC)....(2-34)

46 37 Dari Persamaan 2-30 : e = 12FL EA = 12x0.433G EA mix DA P L = 520GDAL EA...(2-35) Persamaan (2-35) diatas merupakan persamaan umum. Persamaan tersebut dapat untuk menghitung perpanjangan dari suatu benda yang mengalami pembebanan. Berdasarkan persamaan (2-35), maka : 1. Perpanjangan tubing (e t ) adalah : e 1 = 5.20 G mix D A p L / E A t...(2-36) 2. Perpanjangan rod string (e r ) adalah : er = 5.20 G mix D Ap L / E A r...(2-37) Keterangan : Et = Perpanjangan tubing, in Er = Perpanjangan rod, in G mix = Specific gravity fluida campuran D = Working fluid level, ft L = Kedalaman letak pompa, ft A p = Luas penampang plunger, sq-in A t = Luas penampang tubing, sq-in A r = Luas penampang rod, sq-in E = Modulus elastisitas = 30 x 10 6 Bila dipasang Anchor pada Tubing, maka bentuk L/A t, dapat diabaikan. Besarnya A r, A t, A p dari masing-masing ukuran Rod, Tubing atau Plunger dapat dilihat pada Tabel (II-5), Tabel (II-6) dan Tabel (II-7) berikut :

47 38 Rod Size (in) Tabel II-5 Data Sucker Rod 1) Metal Area Rod (in 2 Weight in ) Air (lb/ft) Elastic Constant (in/lb ft) ½ x / x 10-6 ¾ x / x x / x 10-6 Tabel II-6 Data Tubing 1) Tubing Size Outside Diameter Inside Metal Area (in) (in) Diameter (sq-in) (in) / / ½ ½

48 39 Plunger Diameter in 1 1 1/ 16 1 ¼ 1 ½ 1 ¾ 1 25 / ¼ 2 ½ 2 ¾ 3 ¾ 4 ¾ Tabel II-7 Data Plunger Pompa 1) Area of Plunger (Ap) sq-in Constant (K)

49 40 Tabel II-8 Data Rod dan Pompa 1) Plunmger Rod Rod* diameter weight Elastic constant Frequency no. in lb/ft in/lb ft Factor Rod string, % of each size 1 1 / / 8 ¾ 5 / 8 ½ 44 All x x x x x x x x All x x x x x x x x x x x x x x All x

50 41 Untuk Tappered rod string, perpanjangan rod dicari untuk masing-masing bagian, yaitu : e 1 = 5.20 G D A p L 1 / E A 1.(2-38) e 2 = 5.20 G D A p L 2 / E A 2...dst Keterangan : e 1 = Perpanjangan rod bagian pertama dengan panjang L 1 e 2 = Perpanjangan rod bagian kedua dengan panjang L 2 Dari gabungan persamaan diatas, perpanjangan rod total adalah : 5.20GDA e r = P L 1 L (2-39) E A1 A2 Rod mengalami perpanjangan akibat berat rod itu sendiri dan beban percepatan. Untuk Tappered rod, beban Rod bervariasi secara uniform dari harga nol (yaitu dari bagian bawah rod) sampai sebesar W r (yaitu puncak dari rod). Rata-rata berat dari rod yang menyebabkan perpanjangan adalah W r /2, apabila dipusatkan pada L/2. Perpanjangan rod yang mengakibatkan berat rod dan beban percepatan, tidak sama besarnya pada waktu Upstroke ataupun Downstroke. Pada akhir Downstroke, perpanjangan rod, adalah : 12( Wr + Wrα ) L / 2 e d =...(2-40) EA r Dan perpanjangan pada waktu Upstroke, adalah : 12( Wr Wrα) L / 2 e u =...(2-41) EA r Dari Persamaan (2-40) dan Persamaan (2-41) dapat ditentukan perpanjangan yang disebabkan oleh beban percepatan, yaitu : 12W rαl e p = e d e u =...(2-42) EA r

51 42 Sedang berat rod string, adalah : ρ r W r = r LA (2-43) Keterangan : α = Faktor percepatan ρ r Maka : = Density rod, lb/cuft 490 lb/cuft untuk baja 12Lα 490LAt ep = EA 144 r L α =...(2-44) E Keterangan : E = Modulus young besi = 30 x 10 6 Psi Persamaan (2-44) digunakan untuk untappered rod string, sedangkan untuk tappered rod string dilakukan pendekatan dengan persamaan berikut ; ep = (46.5 L 2 α) / E...(2-45) Keterangan : Ep = Plunger overtravel, in L = Panjang rod, ft α = Faktor percepatan = S N 2 /70500 S = Panjang langkah, in N = langkah/menit, SPM Persamaan (2-45) akan memberikan perbedaan sekitar 25% tetapi hal ini tidak berpengaruh banyak dalam effective plunger stroke. Dengan demikian effective plunger stroke adalah panjang langkah (polished rod stroke) dikurangi dengan perpanjangan rod ditambah dengan (rod & tubing stretch) sebagai akibat beban fluida ditambah dengan plunger overtravel, maka : S p = S + e p (e t + e r )...(2-46)

52 43 Penggabungan Persamaan (2-37), Persamaan (2-39), Persamaan (2-44) dan Persamaan (2-46) didapatkan Persamaan sebagai berikut : L α 5.20GDA S p = S + P L1 L (2-47) E E A1 A2 Dalam hal ini untappered rod string, Persamaan 2-46 menjadi : 40.8L 2 α 5.20GDA S p = S + P (2-48) E E At Ar Keterangan : L1, L2, L3,...adalah panjang-panjang rod (bila diameternya berbeda-beda untuk sistem tersebut), ft A1, A2, A3,...adalah luas penampang masing-masing bagian rod yang berbedabeda untuk, inch 2 Catatan: Apabila tubing dipasang anchor, maka A t dapat diabaikan dan Persamaan (2-47) & Persamaan (2-48) tidak mengandung A t Kecepatan Pompa Akibat pemompaan akan timbul getaran yang dialami oleh Rod string. Getaran yang dialami Rod tersebut adalah merupakan resultan dari getaran aslinya (transmitted wave) dengan getaran yang dipantulkan (reflected wave). Gambaran mengenai terjadinya getaran dari pada rod string adalah seperti pada Gambar (2.17). Apabila transmitted wave dan reflected wave terjadi serempak (syncronous), maka akibatnya akan terjadi resultan getaran yang maksimum (saling menguatkan). Akan tetapi bila antara kedua macam tidak terjadinya saling bergantian (non-syncronous), maka resultannya merupakan getaran yang saling melemahkan. Maka dapatlah dimengerti bahwa kecepatan pemompaan setiap menit harus tidak boleh menimbulkan getaran yang maksimum, karena hal tersebut dapat membahayakan rod string (menyebabkan putus). Sehingga dibuat supaya getaran yang terjadi adalah getaran yang saling melemahkan.

53 44 Secara teoritis, dengan ketentuan kecepatan getaran pada baja sama dengan fps, maka akan terjadi getaran non-syncronous, jika : N = / n L...(2-49) Keterangan : N = Kecepatan pemompaan, SPM L = Panjang sucker rod string, ft n = Bilangan tidak bulat Jadi menentukan N dari pemompaan harus dipilih supaya harga n tidak bulat. Dihindarkan harga n = 1, 2, 3,...dst, karena harga n bulat akan terjadi getaran yang syncronous. Gambar 2.17 Getaran yang Terjadi Pada Rod String 2) Perhitungan Counterbalance Fungsi utama Counterbalance adalah menyimpan tenaga pada waktu Up stroke dan waktu downstroke serta melepaskan tenaga pada waktu Upstroke. Secara teoritis Counterbalance effect ideal (Ci) harus sedemikian rupa sehimgga Prime mover akan membawa beban rata-rata yang sama besarnya baik pada waktu Upstroke ataupun pada waktu Downstroke (Craft-holden, 1962 & Brown Kermit, 1984), yang dinyatakan sebesar : W max Ci = Ci W min...(2-50)

54 45 Counterbalance yang ideal adalah : Ci = 0,5 (W max + W min )...(2-51) Dengan menggunakan parameter Wmax dan Wmin yang didapat dari hasil perhitungan polished rod load, maka akan diperoleh cunterbalance effect ideal sebesar : Ci = 0.5 W f +W r ( G)...(2-52) Perhitungan Torsi (Puntiran) Perhitungan Torsi sangat erat hubungannya dengan perencanan counterbalance, karena pumping unit harus bekerja tidak boleh melebihi puntiran yang diijinkan pada Gear reducer yang telah ditentukan oleh pabrik pembuatannya. Pada Gambar 2.18 ditunjukan besarnya beban Polished rod (W) ditransmisikan ke crank melalui pitman yang bergerak dengan arah vertikal. Dari Gambar 2.18 tersebut puntiran bersih terhadap O dinyatakan (Craft-Holden, 1962),sebagai berikut : T = W r sinθ W e d sinθ...(2-53) Keterangan : T = Gaya puntiran, Lbs W = Beban polished rod, Lbs W e = Counterweight, Lbs e = Jarak dari crankshaft ke Pitman bearing (Gambar 2.18) d = Jarak dari Crankshaft ke pusat titik O, in θ = Posisi kedudukan Crankshaft (Gambar 2.18) θ = Sudut yang dibentuk oleh crank dengan bidang vertikal, derajat Apabila geometri dari peralatan permukaan diabaikan, yaitu jarak dari saddle bearing ke tail bearing serta struktural unbalance dari instalasi permukaan, maka akan diperoleh persamaan untuk : Ci = 2 We d /S...(2-54)

55 46 Keterangan : C = Crank counterbalance, lbs Wc = Berat counterbalance, lbs S = Panjang langkah, in Gambar 2.18 Gaya-gaya Yang Bekerja pada Crank 2) Subtitusi Persamaan (2-53) ke Persamaan (2-54) akan diperoleh : T = W (S/2) sin θ C (S/2) sin θ = (W C) (S/2) sin θ...(2-55) Harga maksimum untuk variabel-variabel W dan sin θ masing masing adalah Wmax dan sin θ = 1 atau θ = 90, dengan demikian puntiran maksimum (peak torque) adalah : T p = (W max C) (S/2)...(2-56) Keterangan : T p = Peak torque maksimum, Lbs Dalam perhitungan harga peak torque (C) diasumsikan 95% dari harga idealnya (Ci), maka Persamaan (2-56) menjadi : Tp = (W max 0.95 Ci) (S/2)...(2-57)

56 Kapasitas Pompa (Pump Displacement) Dengan prinsip torak (piston), maka volume teoritis pemompaan (Pump displacement) adalah : V = A p (in2) x S p (in / stroke) x N Stroke 1440menit / hari x 3 menit 9702in bbl = A p S p N bbl / hari...(2-58) Persamaan (2-58) di atas harga Ap merupakan konstanta untuk suatu diameter plunger tertentu dan dinotasikan dengan K yang disebut sebagai konstanta pompa (Tabel II-6) : V = K S p N bbl / hari...(2-59) Efisiensi Total Pompa Sucker Rod Dengan mengetahui besarnya horse power, maka akan dapat ditentukan efisiensi total dari pompa sucker rod. Efisiensi total pompa adalah hasil kali dari dua efisiensi, yaitu efisiensi permukaan (above ground efficiency) dan efisiensi bawah permukaan (bellow ground efficiency). Besarnya horse power yang perlu diketahui disini adalah : Polished rod horse power (PRHP) Hidroulic horse power (HHP) Power input (power yang dibutuhkan prime mover selama pemompaan berjalan) atau brake horse power (BHP) Beban polished rod (Polished Rod Load/PRL) Selama siklus pemompaan terdapat lima faktor yang mempengaruhi beban bersih (net load) polished rod yaitu : a. Beban fluida b. Beban mati dari pada rod c. beban percepatan dari pada sucker rod d. Gaya ke atas pada sucker rod yang tercelup dalam fluida e. Gaya gesekan

57 48 Dalam hal ini yang diabaikan beban getaran dan beban percepatan sehubungan dengan fluida yang diangkat. Berat Tappered rod string adalah : Wr = M 1 L 1 + M 2 L M n L n...(2-60) Keterangan : M 1 L 1 = Berat rod section pertama dari tappered rod, lb/ft = Panjang rod, section pertama, ft Berat percepatan maksimum adalah W r α Berat percepatan minimum adalah -W r α Dengan menganggap density rod 490 lb /cuft, volume rod string sama dengan fluida yang dipindahkan rod string adalah : Volume = berat density Wr = cuft...(2-61) 490 Density fluida yang dipindahkan 62.4 G (dimana G = Specific gravity) lb/cuft. Gaya ke atas yang bekerja pada rod, adalah berat fluida yang dipindahkan yaitu : W Gaya ke atas = r x G 490 = W r G...(2-62) Jadi dengan demikian berat rodstring didalam fluida (Wrm) adalah : Wrm = Wr W r G mix Wrm = Wr ( Wr G mix )....(2-63) Beban fluida yang digunakan dalam perhitungan beban polished rod adalah berat kolom fluida yang ditahan oleh plunger, volume dari kolom fluida dari plunger dan setinggi rod string adalah : LAP Volume = cuft...(2-64) 144

58 49 Volume fluida dapat diperoleh dari Persamaan (2-61) dikurangi Persamaan (2-64) LAP W Volume = - r cuft...(2-65) Beban fluida Wf adalah : Wf = 62.4 G{ LA /144) ( W / 490) } ( P r Wf = G{ 0.294W )} ( P r LA...(2-66) Beban fluida tersebut hanya bekerja pada polished rod pada waktu Upstroke. Selanjutnya beban gesekan tidak dapat diturunkan secara matematis, tetapi beban ini dapat diperkirakan secara empiris dengan Dynamometer tes. Sedangkan untuk keperluan design, gesekan ini dapat dinyatakan sebagai + F, pada waktu Upstroke dan F pada waktu Downstroke. Jadi, beban polished rod maksimum yang terjadi pada waktu Upstroke adalah : W max = W f + Wr + W r α + F...(2-67) Beban Polished rod minimum yang terjadi saat Downstroke : W min = W r W r α W r G F...(2-68) Jika Persamaan (2-67) digunakan untuk menghitung beban maksimum, suku yang terakhir diabaikan, oleh karena itu beban gesekan tidak dapat dihitung dengan tepat. W max = W f + W r (1 - α)...(2-69) Dengan cara yang sama, perhitungan beban minimum juga dengan mengabaikan beban gesekan. Wmin = Wr (1 - α - 0,127 G)...(2-70) Hydraulic Horse Power Hydraulic horse power (HHP) adalah besarnya horse power yang diperlukan pompa untuk mengangkat sejumlah fluida secara vertikal saat pemompaan berlangsung. Hal penting di dalam penentuan horse power ini adalah

59 50 net lift (L N ), pengertian net lift yaitu, jarak angkat efektif pompa dalam satuan ft. Besarnya net lift, dapat ditentukan dengan persamaan dibawah : W L N = L x W fm, fc ft...(2-71) Wfm = x SG mix (L x Ap Wr)...(2-72) Wfc = x SG mix x L x Ap.....(2-73) Keterangan : L = Panjang rod string, ft Wfm = Berat rod + fluida berat rod, Lbs Wfc = Berat fluida, Lb Selanjutnya besarnya horse power dapat ditentukan dengan persamaan : HHP = 7.36 x 10-6 x q G L N, hp...(2-74) Keterangan : q = Rate produksi, BPD G = Specific gravity fluida L N = Net lift, ft Brake Horse Power (Power Input) Power input ini menunjukkan besarnya horse power yang dibutuhkan oleh prime mover pada operasi pompa sucker rod ada dua power load yang harus dipertimbangkan selama terjadi gerakan fluida dari pompa ke permukaan, yaitu pertama adalah hydraulic horse power seperti telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, dan kedua adalah friction horse power diberi simbol H f, harga friction horse power dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : 0.25W Hf = r. S. N. in lb / min 12in / ftx33000 ft lb / min/ hp = 6.31 x 10-7 W r S N, HP...(2-75)

60 51 Keterangan : Wr = Berat rod string, lb S = Panjang stroke, in N = Jumlah stroke permenit, spm Selanjutnya besarnya Brake Horse Power (BHP) merupakan penjumlahan hidraulic dan Friction Horse Power. Untuk mengatasi tekanan yang tidak dapat diperkirakan dalam peralatan di permukaan maka diambil faktor keselamatan sebesar 1.5. Brake horse power dituliskan : BHP = 1.5 (H h + H f )...(2-76) Penentuan Efisiensi Total Pompa Sebagaimana dikemukakan di atas bahwa efisiensi total pompa adalah merupakan hasil kali dari dua efisiensi, yaitu efisiensi permukaan (above ground efficiency) dan efisiensi bawah permukaan (bellow ground efficiency). Above ground efficiency yaitu efisiensi pompa yang berhubungan dengan keperluan horse power oleh prime mover di permukaan, dan besarnya dinyatakan dengan perbandingan antara polished rod horse power terhadap power input pada prime mover (brake horse power). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut : Above Ground Efficiency = = Polishedro d horsepower Brake horsepower PRHP,HP...(2-77) BHP Bellow ground effisiensi yaitu efisiensi yang berkaitan dengan peralatan bawah permukaan di dalam mengangkat fluida kepermukaan, besarnya efisiensi ini dinyatakan dengan perbandingan antara horse power terhadap polished rod horse power dan secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut : Bellow Ground Efficiency = Hydraulic horse power Polished Rod horse power HHP =, HP...(2-78) PRHP

61 52 Jadi besarnya efisiensi total pompa adalah : Effisiensi total = Efisiensi permukaan x Efisiensi bawah permukaan PRHP HHP = x, HP...(2-79) BHP PRHP Perhitungan Optimasi Pompa Untuk melakukan optimasi pompa Sucker Rod, maka diperlukan perhitungan-perhitungan dengan langkah sebagai berikut : 1. Menentukan besarnya harga Ap, Atr, K, Wr dan W f Ap = 0.25 π d 2. (2-80) Atr = 0.25 π d 2 (2-81) K = Ap. (2-82) Wr = L {(M 1 x L 1 )+(M 2 x L 2 )}.... (2-83) Wf = x G x L x Ap..(2-84) Keterangan : Ap = Luas Penampang Plunger, in² Atr = Luas Penampang Top Rod, in² Wr = Berat Rod Di Udara, lb Wf = Berat Fluida, lb G = Spesifik Grafity Fluida L = Panjang Rod String, ft M 1 = Berat Rod Atas, lb/ft M 2 = Berat Rod Bawah, lb/ft L 1 = Fraksi Panjang Rod Bagian Atas, ft L 2 = Fraksi Panjang Rod Bagian Bawah, ft

62 53 2. Menentukan konstanta a, b dan c a = 1 Wf Ap T + ( SF) Wr ( SF Atr) 4 (2-85) Wr N K Ap b = [ SF ( SF) c / p] Wr K 2 Ap S c = [ SF ( SF ) c / p]...(2-86) (2-87) 3. Persamaan Pump Intake Untuk N Pi = a + b q.....(2-88) 4. Persamaan Pump Intake Untuk S Pi = a + c q 2....(2-89) 5. Menentukan untuk satu harga N dan mengasumsikan beberapa harga q, sehingga diperoleh harga P, kemudian mengeplot pasangan data (q,p) untuk satu harga N pada kurva IPR sumur. Selanjutnya menentukan satu harga S dan mengasumsikan harga q, sehingga diperoleh harga P, kemudian mengeplot data (q, P) untuk satu harga S pada kurva IPR. 6. Memasukkan hasil perhitungan Pump Intake Pressure untuk berbagai macam harga N dan q kedalam tabel masing-masing. 7. Dari perpotongan kedua kurva Pump Intake Pressure dengan kurva IPR sumur diperoleh pasangan data (N,q) dan (S,q), hasil optimasi diperoleh dari perpotongan hasil plotting data-data (N,q) dan (S,q) pada skala yang sesuai. 8. Menentukan Peak Polished Rod Load (PPRL) dan Minimum Polished Rod Load (MPRL) PPRL = Wf + (0.9 + α 1 ) Wr - P Ap.(2-90) MPRL = (0.9 + α 2 ) Wr..(2-91)

63 54 Keterangan : 2 SN α 1 = ( 1+ c / p) 2 SN α 2 = ( 1 c / p) (2-92) (2-93) 9. Menentukan Stress maksimum (S max ) dan Stress minimum (S min ) Smax = PPRL (2-94) Atr Smin = MPRL.... (2-95) Atr 10. Periksa apakah desain sudah cukup aman untuk menahan Stress maksimum yang terjadi (S A S max ) T S A = Smin. SF. (2-96) Menentukan Efisiensi volumetris - Beban Percepatan α = 2 SN...(2-97) Panjang Stroke Plunger Efektif Sp = S+e p - (e t +e r ).... (2-98) Keterangan : Ep = 46.5 L 2 α. (2-99) E Er = 5.20GDAp L1 E A1 + L A 2 2.(2-100)

64 55 - Pump Displacement V = Ap Sp N..(2-101) - Efisiensi Volumetris q Ev = 100% V....(2-102) Optimasi dilakukan dengan memotongkan kurva pump intake untuk kecepatan pompa (N) dan untuk panjang langkah pompa (S) dengan kurva IPR seperti pada gambar 2.19, dari hasil perpotongan kedua kurva tersebut akan dihasilkan laju produksi (q) pada berbagai harga N (pump speed), dari nilai yang didapat kemudian diambil harga N yang menghasilkan laju produksi yang sesuai dengan kemampuan reservoir. Gambar 2.19 Grafik perpotongan IPR vs Pump Intake 11)

65 BAB III OPTIMASI POMPA SUCKER ROD Pompa sucker rod merupakan suatu peralatan metode artificial lift yang dipakai di Lapangan Y. Untuk mendapatkan hasil produksi yang optimum dari pompa angguk ini, maka perlu dilakukan perhitungan berdasarkan kondisi reservoirnya. Dalam hal ini data-data kondisi reservoir didapatkan dari kegiatan sonolog yang telah dilakukan. Dari perhitungan tersebut dilakukan evaluasi keberhasilan dari pengguna pompa dengan cara membandingkan hasil perhitungan dengan kondisi pompa terpasang. Untuk bahan kajian diambil sumur X. Data-Data Pompa Sucker Rod Sumur X Lapangan Y : Data Bawah Permukaan : 1. Total Kedalaman Sumur dari Lampiran B = 1080 m = ft 2. Kedalaman Pompa (L) dari Lampiran A = m = ft 3. Statis Fluid Level (SFL) dari Lampiran A = m = ft 4. Dynamis Fluid Level (DFL) dari Lampiran A = m = ft 5. Kedalaman Perforasi dari Lampiran B = ( ) m = ( ) ft 6. Kedalaman Mid Perforasi (D) dari Lampiran B = m = ft 7. Kedalaman Tubing (Lt) dari Lampiran B = m = ft 8. Specific Gravity Oil (SGo) dari Lampiran C = F = Specific Gravity Water (SGw) = SG liquid dari Lampiran B = Data Produksi : 1. Laju Produksi Total (qt) dari Lampiran A = 63.2 BFPD 2. Laju Produksi Minyak (qo) dari Lampiran A = 60.4 BOPD 3. Laju Produksi Air (qw) dari Lampiran A = 2.8 BWPD 4. Kadar Air (Water Cut) (WC) dari Lampiran A = = 4.43 % 56

66 57 Data-Data Pompa Dan Peralatan : 1. Jenis Pompa dari Lampiran A = THM 2 x14 2. Tipe Pompa dari Tabel II-3. = THM 3. Diameter Casing dari Lampiran B = 7 in 4. Diameter Tubing dari Lampiran B = 2 7 / 8 in Dari Tabel II-6 didapatkan = (OD) (ID) 5. Pump Bore (basic) dari Tabel II-2. = 2¼ in 6. Kedalaman Tubing dari Lampiran B = m = ft 7. Diameter Plunger dari Lampiran A = 2 in 8. Panjang Barrel dari Lampiran A = 14 ft 9. Diameter Rod dari Lampiran B = 5 / 8 in Ukuran Diameter Rangkaian Rod (Tappered Rod String Size) dari Tabel II-8 didapatkan rod no.65 : - Atas = ¾ in R1 = 0.52 = 52% M1 dari Tabel II-5 = 1.63 lb/ft - Bawah = 5 / 8 in R2 = 0.48 = 48% M2 dari Tabel II-5 = 1.13 lb/ft 10. Panjang Langkah (S) dari Lampiran A = 48 in 11. Kecepatan Pompa (N) dari Lampiran A = 12 spm 12. Service Faktor = Crank Pitman Ratio (c/p) = Tensile Strength Minimum (T) = psi Perhitungan : - Menghitung Kandungan Air (WC) dengan Persamaan (2-13) : qw 2.8 WC = x100 % = qt 63.4 x100 % = 4.43 % - Menghitung Specific Gravity (SG) cairan dengan Persamaan (2-34) : SG liquid = SG oil (1-WC) + SG w (WC) = ( ) + 1(0.0443) = 0.791

67 58 - Setelah mengetahui SG cairan maka dapat menghitung Gradien fluida : G f = x SG liquid = x 0.79 = Menghitung Tekanan Statis (P s ) dengan Persamaan (2-3) : P s = (D SFL) (Gf) = ( ) = 182 psi - Menghitung Tekanan Alir Dasar Sumur (P wf ) dengan Persamaan (2-4) : Pwf = (D DFL) (0.433 SG (l) ) = ( ) (0.433 x 0.79) = 52.1 psi 3.1. Pembuatan Kurva IPR Sumur X Dengan Metode Pudjo Sukarno Produktivitas sumur X pada lapangan Y dapat diketahui dengan menggunakan kurva Inflow Performance Rate (IPR). Untuk perhitungan kurva IPR sumur X digunakan Metode Persamaan Pudjo Sukarno. Langkah-langkah perhitungan pembuatan kurva IPR Metode Pudjo Sukarno adalah sebagai berikut : 1. Menghitung konstanta-konstanta P1 dan P2 dengan Persamaan (2-15) dan Persamaan (2-15) : P1 = ln (WC) = ln (4.43) = P2 = ln (WC) = ln (4.43) = Menentukan Harga Wc pada harga Pwf sama dengan harga Ps (WC@Pwf=Ps) dengan Persamaan (2-12) : [ WC = P wf P S = [ WC = P wf P S = WC = 3.47%

68 59 3. Menghitung konstanta-konstanta A0, A1 dan A2 dari Tabel II-1 dengan Persamaan (2-11): Ao = x 10 1 (WC) x 10 4 (WC) 2 = x 10 1 (3.47) x 10 4 (3.47) 2 = 0.94 A1 = x 10 2 (WC) x 10 5 (WC) 2 = x 10 2 (3.47) x 10 5 (3.47) 2 = A2 = x 10 2 (WC) x 10 4 (WC) 2 = x 10 2 (3.47) x 10 4 (3.47) 2 = Menentukan Laju Produksi Total Cairan Maksimum (qtmax) dengan Persamaan (2-94) : o qt max = 2 Ao + A1 ( Pwftest / Ps ) + A2 ( pwftest / Ps ) q 60.4 = (-0.40)(52.1/182) + (-0.54)(52.1/182) qt max = 2 = 77.3 BPD 5. Menghitung Laju Produksi Minyak ( q o ) untuk berbagai harga dengan Persamaan (2-10): q q o tmaks = Ao + A 2 Pwf Pwf 1 + A2 Ps Ps Sebagai contoh diambil untuk harga Pwf = 100 Psi q o = ( 0.40) + ( 0.54) qo = BPD 6. Menghitung harga qw namun terlebih dahulu menghitung WC pada setiap harga dengan Persamaan (2-12) : 2

69 60 WC = (WC@Pwf = Ps)( P1 EXP (P2 Pwf/Ps) Misalkan untuk harga Pwf = 100 WC = (3.47)( EXP ( ) 100/182) = % WC q w = qo (100 WC) q w = ( ) = BPD Dengan demikian qt adalah : q t = q w + q o = = BPD 7. Selanjutnya nilai qo, WC, qw, dan qt pada berbagai nilai Pwf dapat ditentukan dengan cara yang sama. Hasilnya adalah sebagai berikut : Tabel III-1 Hasil Perhitungan Laju Alir Pada Berbagai Harga Pwf Pwf (psi) q o (bbl/day) WC q w q t

70 Evaluasi Pompa Sucker Rod Terpasang Pada Sumur X Lapangan Y Evaluasi pada pompa sucker rod kondisi terpasang bertujuan untuk mengetahui harga efisiensi volumetris pompa. Besarnya efisiensi volumetris pompa angguk kondisi terpasang dapat ditentukan dengan menghitung besarnya kapasitas pompa dan laju produksi aktual. Berikut adalah langkah-langkah perhitungannya : 1. Menentukan besarnya harga Ap, Atr, dan K dengan Persamaan (2-80), Persamaan (2-81) dan Persamaan (2-82) : - Ap = 0.25 πd² = 0.25 x 3.14 x (2)² = 3.14 in² d = diameter plunger - Atr = 0.25 πd² = 0.25 x 3.14 x (5/8)² = in² d = diameter rod - K = Ap = x 3.14 = bpd/spm 2. Menentukan besarnya harga Berat Rod String (Wr) dan Berat Fluida (Wf) dengan Persamaan (2-83) dan Persamaan (2-84) : - Wr = M1L1 + M2L2 L1 = R1L = 0.52 x = ft L2 = R2L = 0.48 x = ft Wr = (1.63 x ) + (1.13 x ) Wr = lb - W f = G (L A p W r ) W f = x ( x x ) = lb 3. Menentukan Peak Polished Rod Maksimum (PPRL) dan Peak Polished Rod Minimum (MPRL) dengan Persamaan (2-90) dan Persamaan (2-91) : Dari data pengukuran sonolog dapat diketahui : Pwf = 52.1 psi #12# !/# !/# # 2 48#12# #

71 62 - PPRL = Wf + (0.9 + α1)wr Pwf Ap = ( ) x 3.14 = lb - MPRL = (0.9 α2)wr = ( ) = lb 4. Menentukan Stress Maksimum (σmax) dan Stress Minimum (σmin) dengan Persamaan (2-94) dan Persamaan (2-95): %max ))*+ / , %min ;)*+ 2/2.0< , Menentukan Counter Balance Effect Ideal (Ci) dengan Persamaan (2-51) : Ci = =>?=># # 2 6. Menentukan Torsi Maksimum (Peak Torque= Tp) dengan Persamaan (2-57) : Tp = (PPRL 0.95 Ci) x S/2 = ( x ) x 48/2 = in-lb 7. Menghitung Effisiensi Volumetris pompa (Ev) pompa terpasang dengan Persamaan (2-97), Persamaan (2-98), Persamaan (2-99), Persamaan (2-101) dan Persamaan (2-102) : a. Net lift pompa : L N = L Pwf 0,433XG = ,433 x 0,791 = ft b. Menentukan Factor Percepatan (α) : #12#

72 63 c. Menentukan Plunger Over Travel (ep) : B 40.8 > # x10⁶# d. Menentukan Rod Strectch dan Tubing Strectch (er+et) : er = 5.2GDAp L1 L + E A1 A (0.79)( )(3.14) = 6 30x10 = 4.85 in ( ) et = 5.2 x SG x D x A EA t p xl = 5.2 x 0.79 x x 3.14 x = in et+er = = in e. Menentukan Efektif Plunger Stroke (Sp) : Sp = S + ep - (et + er) = 48 + (0.543) (5.808) = inch f. Menghitung Pump Displacement (V) : V = K x Sp x N = x x 12 = bpd g. Menghitung Effisiensi Volumetric (Ev) pompa terpasang : D EF G 100% % = % 8. Menentukan Horse Power (Hp) dari Prime Mover terpasang dengan Persamaan (2-74), Persamaan (2-75) dan Persamaan (2-76) :

73 64 - Menentukan Hydraulic Horse Power (Hh) : Hh = 7.36 x 10-6 q G L = (7.36 x 10-6) x 63.2 x 0.79 x = Hp - Menentukan Friction Horse Power (Hf) : Hf = 6.31 x 10-7 Wr S N = 6.31 x 10-7 x x 48 x 12 = 1.02 Hp - Menentukan Brake Horse Power (Hb) : Hb = 1.5 (Hh + Hf) = 1.5 ( ) = Hp Tabel III-2 Hasil Perhitungan Evaluasi Pompa Sucker Rod Terpasang pada Sumur X Perhitungan Satuan Hasil Perhitungan Wr lb Wf lb qt BFPD 63.2 S inchi 48 N spm 12 PPRL lb MPRL lb Stress max psi Stress min psi Ci lb Tp inchi-lb L ft α ep inchi et+er inchi Sp inchi V bpd Ev % Hh hp Hf hp 1.02 Hb hp 2.643

74 Optimasi Pompa Sucker Rod Pada Sumur X Optimasi pompa adalah merancang kembali pompa dengan merubah parameter-parameter pompa yaitu mencari harga kecepatan pemompaan (N) yang optimum dan panjang stroke (S) optimum pompa dari perpotongan kurva Pump Intake sehingga didapatkan laju alir yang optimal. Tujuan optimasi pompa adalah mengoptimalkan kinerja pompa untuk mendapatkan laju produksi yang sebesar-besarnya tanpa menimbulkan kerusakan dan masalah, baik pada sumur maupun pada pompa itu sendiri. Berikut adalah langkah-langkah perhitungan optimasi pompa : 1. Menentukan besarnya harga Ap, Atr, dan K dengan Persamaan (2-80), Persamaan (2-81) dan Persamaan (2-82) : - Ap = 0.25 πd² = 0.25 x 3.14 x (2)² = 3.14 in² d = diameter plunger - Atr = 0.25 πd² = 0.25 x 3.14 x (5/8)² = in² d = diameter rod - K = Ap = x 3.14 = bpd/spm 2. Menentukan besarnya harga Berat Rod String (Wr) dan Berat Fluida (Wf) dengan Persamaan (2-83) dan Persamaan (2-84) : 3. Wr = M1L1 + M2L2 L1 = R1L = 0.52 x = ft L2 = R2L = 0.48 x = ft Wr = (1.63 x ) + (1.13 x ) Wr = lb - W f = G H Ap = x x x = lb 4. Menentukan konstanta a, b dan c untuk persamaan dengan Persamaan (2-85), Persamaan (2-86), Persamaan (2-87), Persamaan (2-88) dan Persamaan (2-89) : Pi untuk harga N = a + bq Pi untuk harga S = a + cq 2

75 66 - a = 1 ( Wf + ( SF ) Wr - ( T SF ) ) Ap 4 A tr - b = - c = = ( SF ) ( ) = 13.6 psi Wr N ( SF - ( SF) C / P ) K Ap N = x ( x ( x 0.65) x 0.33) x0.466x3.14 = N = Wr ( SF - ( SF) C/P) K 2 Ap S x x 3.14 x S ( x 0.65-( x0.65)x0.33) = / S 4. Dengan mensubtitusikan harga a, b dan c yang diperoleh dari langkah 3 kedalam Persamaan Pump Intake, maka akan diperoleh persamaan : - Pi untuk harga N = a + bq - Pi untuk harga S = a + cq 2 Pi = ( N) x q Pi = ( / S) x q 2 5. Selanjutnya menghitung harga Pump Intake dengan N asumsi untuk berbagai harga q, sehingga didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel III-3 Hasil Perhitungan Pump Intake Pressure Untuk Berbagai Harga N dan q q (bpd) P (Psi)

76 67 6. Hasil Perhitungan Pump Intake untuk berbabagai harga S dan q : Tabel III-4 Hasil Perhitungan Pump Intake Pressure Untuk Berbagai Harga S dan q q (bpd) P (psi) Dari perpotongan kedua kurva Pump Intake dengan kurva IPR Sumur X diperoleh data sebagai berikut : Tabel III-5 Hasil Perhitungan Perpotongan Kurva IPR dengan N N Q Tabel III-6 Hasil Perhitungan Perpotongan Kurva IPR dengan S S Q Dari perpotongan kurva S, N dan q didapatkan data-data hasil optimasi sebagai berikut : S = 48 inchi q = 72 bpd N = 6 spm Pwf = 20 psi ( dari kurva IPR)

77 68 9. Menentukan Peak Polished Rod Maksimum (PPRL) dan Peak Polished Rod Minimum (MPRL) dengan Persamaan (2-90) dan Persamaan (2-91) : #6# !/# !/# # 248#6# # PPRL = Wf + (0.9 + α1)wr Pwf Ap = ( ) x = lb - MPRL = (0.9 α2)wr = ( ) = lb 10. Menentukan Stress Maksimum (σmax) dan Stress Minimum (σmin) dengan Persamaan (2-94) dan Persamaan (2-95) : %max ))*+ /< , %min ;)*+ /< , Menghitung Stress Allowable (S A ) dengan Persamaan (2-96) : T Sa = S min SF Sa = x = psi 12. Menentukan Counter Balance Effect Ideal (Ci) dengan Persamaan (2-51) : Ci = =>?=># # Menentukan Torsi Maksimum (Peak Torque= Tp) dengan Persamaan (2-57) : Tp = (PPRL 0.95 Ci) x S/2

78 69 = ( x ) x 48/2 = in-lb 14. Menghitung Effisiensi Volumetris hasil optimasi dengan Persamaan (2-97), Persamaan (2-98), Persamaan (2-99), Persamaan (2-100), Persamaan (2-101) dan Persamaan (2-102) : - Net lift pompa : Pwf L = L N 0,433XG 20 = = ft 0,433 x 0,791 - Menentukan Factor Percepatan : α = I J² = /< L 0² = Menentukan Plunger Over Travel : 40.8L 2 α e p = E e p = ( ) = 30 x10 6 = 0.14 in - Menentukan Rod Strectch dan Tubing Strectch (er+et) : er = 5.2GDAp L1 E A1 + L A (0.791)( )(3.142) = x = 4.9 in 5.2 x SG x D x A et = EA t p xl 5.2 x 0.791x x 3.142x = = 0.96 in et+er = = 5.86 in

79 70 - Menentukan Stroke Plunger Effektif : S p = S + e p (e t + e r ) S p = (5.86) = in - Pump Displacement (PD) : V = K S p N = x x 6 = bbl/d - Menentukan Efisiensi Volumetris Pompa (E v ) : E v = q / V x 100% = (72 / 118.2)x 100% = % 15. Menentukan Horse Power (Hp) dari Prime Mover hasil optimasi dengan Persamaan (2-62), Persamaan (2-63), Persamaan (2-64): - Menentukan Hydraulic Horse Power (Hh) : Hh = 7.36 x 10-6 q G L = (7.36 x 10-6) x 72 x x = 0.85 hp - Menentukan Friction Horse Power (Hf) : Hf = 6.31 x 10-7 Wr S N = 6.31 x 10-7 x x 48 x 6 = 0.51 hp - Menentukan Brake Horse Power (Hb) : Hb = 1.5 (Hh + Hf) = 1.5 ( ) = 2.04 hp

80 71 Tabel III-7 Hasil Perhitungan Optimasi Pompa Sucker Rod Pada Sumur X Perhitungan Satuan Hasil Perhitungan Wr lb Wf lb qt BFPD S inchi N spm PPRL lb MPRL lb Stress max psi Stress min psi Ci lb Tp inchi-lb L ft α - ep inchi et+er inchi Sp inchi V bpd Ev % Hh hp Hf hp Hb hp

81 Gambar 3.1 Kurva IPR Sumur X 72

82 Gambar 3.2 Kurva IPR vs Kurva Pump Intake N Sumur X 73

83 Gambar 3.3 Kurva IPR vs Kurva Pump Intake S Sumur X 74

84 Gambar 3.4 Kurva Hubungan N dan S Terhadap Laju Produksi 75

85 BAB IV PEMBAHASAN Bab ini akan membahas mengenai evaluasi pompa angguk pada sumur kajian, tujuannya adalah untuk mengetahui kemungkinan peningkatan laju produksi sumur kajian dengan melakukan perencanaan ulang pompa berdasarkan potensi sumurnya. Perhitungan optimasi yang dilakukan adalah dengan merubah panjang langkah pompa (S) dan kecepatan pemompaan (N) untuk mendapatkan laju produksi optimum yang sesuai dengan potensi sumurnya, sehingga diperoleh efisiensi volumetris pompa yang lebih baik lagi tanpa melakukan perubahan pada unit pompa terpasang. Pompa dikatakan bekerja efisien secara teoritis apabila efisiensi volumetris pompa besarnya sama dengan atau lebih besar dari 70 %. Sumur X secara teoritis penggunaan pompanya kurang efisien, hal ini dikarenakan harga efisiensi volumetris pompa pada kondisi terpasang tergolong rendah yaitu 26.45% dan laju produksi aktualnya sebesar 63.2 BFPD. Kecilnya harga efisiensi volumetris ini dikarenakan panjang langkah (S) dan kecepatan pompa (N) sudah tidak sesuai lagi dengan potensi sumurnya. Efisiensi volumetris pompa yang rendah dapat diakibatkan oleh adanya fluid pound, yaitu kondisi working barrel pompa hanya terisi fluida sebagian saja sehingga fluida yang masuk ke dalam plunger atau terangkat jumlahnya lebih kecil daripada kapasitas pemompaannya, oleh karena itu untuk meningkatkan laju produksi yang sesuai dengan kapasitas pemompaan maka dilakukan optimasi dengan melakukan perencanan ulang pompa. Perencanaan ulang ini dilakukan dengan analisa nodal, yaitu membuat cross plot atau membuat perpotongan antara antara kurva Inflow Performance Relationship (IPR) dengan kurva Pump Intake (Pi) untuk panjang langkah (S) dan kecepatan pompa (N) dengan asumsi beberapa harga S dan N, sehingga didapatkan variasi harga S dan N versus laju produksi yang baru. Dari perpotongan kurva S dan N versus laju produksi yang baru, didapatkan laju 76

86 77 produksi optimum yang sesuai dengan potensi sumurnya, sehingga akan diperoleh harga efisiensi volumetris pompa yang lebih baik. Optimasi pompa angguk dilakukan terhadap panjang langkah (S) dan kecepatan pompa (N), selanjutnya perlu diperhitungkan kebutuhan tenaga (horse power). Hasil optimasi Sumur X dapat dilihat pada Tabel IV-1 yang menunjukkan bahwa panjang langkah pompa (S) adalah 48 inchi, kecepatan pemompaan (N) adalah 6 SPM, dengan laju produksi (q) optimum sebesar 72 bpd dan efisiensi volumetris pompa (Ev) adalah %.

87 BAB V KESIMPULAN 1. Produksi pada sumur X belum dikatakan optimal karena berdasarkan hasil evaluasi yang dilakukan terhadap pompa sucker rod kondisi terpasang, efisiensi volumetrisnya masih dibawah 60 %. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada table berikut : Sumur Type Pompa V, bpd q, bpd Efisiensi Volumetris, % Keterangan X THM 2 x Perlu dioptimasi 2. Berikut ini adalah tabel perubahan pada parameter pompa (S dan N ) hasil optimasi yang akan berpengaruh pada efisiensi pompa dan laju produksi. Sumur X Hasil Keadaan Terpasang perhitungan Setelah Optimasi (sebelum optimasi) S, inch N, spm V, bpd q, bpd EV, % ,45 % ,91 % 78

88 DAFTAR PUSTAKA 1. Brown, K.E, The Technology of Artificial Lift Method, Vol.2A, Pen Well Publishing Company, Tulsa, Oklahama, Craft-Holden., Well Design Drilling and Production, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New York Imam,H., Qualitative Analysis Of The dynamometer Diagram For Improving the pumping system,paper SPE,Texas, McCoy, J.N., Jennings, J.W & Podio., A Polished Rod Transducer For Quick and Easy Dynagraphs, paper, Texas. 5. McCoy, J.N., Drake Bill., Beker Dieter & Podio., Total Well Management A methodology For Maximizing Oil Production and Minimizing Operating Cost, paper SPE, Canada, McCoy, J.N., Drake Bill., Beker Dieter., Rowlan Lynn & Podio., Total Well Management II, paper SPE No.67273, Oklahoma, McCoy, J.N., Drake Bill., Rowlan Lynn & Podio., Total Well Management Sucker Rod Lift Case Study, paper SPE No.68864, California, Supriyadi, Pemanfaatan Digital Dynamometer Dalam Upaya Meningkatkan Produksi Minyak dan Kinerja Pompa, Seksi Pemboran dan Produksi, PPTMGB Lemigas, Jakarta , Kursus Pengukuran Sonolog, Amerada dan Dynamometer, Pusdiklat Migas, Cepu, , Design Calculations for Sucker Rod Pumping System (Conventional Units) serie API RP 11L, API Production Department, Dallas, , Kursus Pumping Unit, Duri Training Center, Duri,

89 LAMPIRAN 80

90 ANALISA SONOLOG LAMPIRAN A 81

91 82 1. Analisa Sonolog Sumur X A. Diketahui Data Data-data yang dapat diketahui dari hasil pengukuran Sonolog pada Sumur X adalah sebagai berikut : Data Kedalaman Fluida - Kedalaman Pompa (L) = m = ft - Static Fluid Level (SFL) = m = ft - Sub Mergen SFL = m = ft - Dynamic Fluid Level (DFL) = m = ft - Sub Mergen DFL = 6.03 m = ft Adapun data-data tambahan dari laporan hasil pengukuran Sonolog,antara lain : Data Pompa - Jenis Pompa THM 2 x14' Keterangan : Jenis pompa ini merupakan jenis Pompa Sucker Rod di Bawah Permukaaan. Keterangan dari simbol diatas adalah sebagai berikut : TH = Tubing Heavy-Wall Barrel M = Mechanical Type 2 = Diameter Plunger (2 in) 14' = Panjang Barrel (14 ft) - Panjang Langkah Pompa = 48 in - Kecepatan Pompa = 12 spm Data Produksi - Tekanan casing (Pc) = 0 - Laju produksi gross (q t ) = 63.2 BFPD - Laju produksi nett (q o ) = 60.4 BOPD B. Perhitungan - Menghitung Laju Produksi Air (q w ) : q w = q t q o = = 2.8 BWPD

92 83 - Menghitung Kandungan Air (WC) : qw 2.8 WC = x100 % = x100 % = 4.43 % qt Menghitung Specific Gravity (SG): SG liquid = SG oil (1-WC) + SG w (WC) = ( ) + 1 (0.0443) = Setelah mengetahui SG cairan maka dapat menghitung Gradien fluida : G f = x SG liquid = x = Menghitung Tekanan Statis (P s ) : P s = (D SFL) (Gf) = ( ) = 182 psi - Menghitung Tekanan Alir Dasar Sumur (P wf ) : Pwf = (D DFL) (0.433 SG (l) ) = ( ) (0.433 x 0.791) = 52.1 psi

93 84 LAMPIRAN B DIAGRAM SUMUR

94 85 A. Diketahui Data Dari diagram sumur diatas dapat diketahui data-data sumur sebagai berikut : 1. Total Kedalaman Sumur = 1098 m = ft 2. Kedalaman Casing = m = ft 3. Kedalaman Tubing (Lt) = m = ft 4. Kedalaman Perforasi = ( ) m = ( ) ft 5. Kedalaman Mid Perforasi (D) = m = ft 6. Diameter Casing = 7 in 7. Diameter Tubing = 2 7 / 8 in B. Perhitungan - Tipe pompa THM dengan ukuran diameter tubing 2 7 / 8, maka dari Tabel II-2 dapat diketahui ukuran pump bore basic yaitu 2¼ in. - Dari data-data diatas dapat dicari ukuran rod, yaitu : Ukuran rod = Diameter tubing Pump bore basic = = in = 5/8 in

95 86 LAMPIRAN C DATA DIFFERENTIAL LIBERATION

96 87 A. Data Diketahui Dari Differential Liberation dapat diketahui data-data sebagai berikut : - SG oil = F - Densitas oil = gr /cc B. Perhitungan 1. SG oil = = Menghitung Specific Gravity (SG) cairan : SG liquid = SG oil (1-WC) + SG w (WC) = ( ) (0.0443) = Setelah mengetahui SG cairan maka dapat menghitung Gradien fluida : G f = x SG liquid = x 0.79 = 0.343

97 88 LAMPIRAN D DATA KECEPATAN MAKSIMUM POMPA Keterangan : Berdasarkan gambar diatas, untuk Pompa Sucker Rod Air Balanced Unit dengan panjang langkah (S) 48 inchi didapat kecepatan pemompaan (N) maksimumnya sebesar 23 SPM.