Gambar II.1. Skema Sistem Produksi

Transkripsi

1 Bab II Tinjauan Pustaka II.1 Sistem Produksi Sistem produksi minyak merupakan jarinan pipa yan berunsi untuk menalirkan luida (minyak) dari reservoir ke separator. Reservoir terletak di bawah permukaan tanah atau dasar laut yan merupakan sumber dari luida, sedankan separator terletak di atas permukaan tanah atau laut yan berunsi sebaai pemisah antar asa dari luida. Sistem produksi tersebut terdiri dari beberapa komponen yaitu sumur (well), tubin, kepala sumur (wellhead), dan separator. Pada satu sistem produksi biasanya terdiri dari beberapa sumur produksi, dan luida dari masin-masin reservoir dialirkan ke permukaan melalui tubin yan biasanya berupa pipa vertikal. Kemudian pada saat pertama kali luida menapai permukaan, luida tersebut akan menalir melalui kepala sumur. Selanjutnya, luida dari masin-masin kepala sumur akan menalir menuju ke separator. Gambar II.1. Skema Sistem Produksi 6

2 Suatu luida dapat menalir di sepanjan pipa alir jika tekanan di titik masukan (inlet) pipa lebih besar dibandinkan tekanan di titik keluarannya (outlet). Sehina pada suatu sistem produksi, tekanan di sumur haruslah lebih besar dibandinkan tekanan di separator aar luida dari sumur dapat dialirkan ke separator. Fluida yan menalir sepanjan pipa alir dapat terdiri dari 1 asa saja yaitu as, minyak, atau air, namun aktanya pada suatu sistem produksi biasanya luida tersebut terdiri dari asa atau lebih (multiasa) yaitu berupa as dan liquid (minyak dan air). Oleh karena itu, di baian akhir sistem diunakan separator. Seara umum, aliran multiasa pada pipa dideinisikan sebaai pererakan yan bersiat konkuren dari as dan liquid di sepanjan pipa alir [1]. Pada kenyataannya di lapanan, suatu jarinan pipa produksi memiliki bentuk yan sanat kompleks, pipa tersebut bukan hanya berbentuk lurus namun berbelok-belok dan terdapat pula penyempitan serta perabanan pipa. Pada proses penaliran luida dari beberapa sumur hina ke separator, besar kemunkinan akan terjadi peristiwa desakan luida, terutama pada saat terjadi penyempitan pipa alir. Hal tersebut dikarenakan luida dari beberapa sumber dialirkan ke satu pipa alir, sehina dapat menyebabkan peristiwa penyumbatan aliran (bottlenek). Penyumbatan aliran merupakan permasalahan pentin yan serin terjadi di suatu jarinan pipa. Salah satu indikator dari permasalahan tersebut dapat terlihat di lapanan saat penurunan tekanan antara titik masukan (inlet) dan titik keluaran (outlet) yan tini namun debit alirnya rendah. II. Konsep Aliran Pada Pipa Aliran pada pipa dapat terdiri dan aliran satu asa (as, minyak, atau air saja) ataupun lebih yaitu multiasa (as dan liquid). Seara umum, suatu luida dalam pipa dapat menalir dan suatu titik masukan (inlet) menuju ke titik keluaran (outlet), jika tekanan di titik keluaran lebih keil daripada tekanan di titik masukan, Pout < P in (ΔP>0 ). Apabila tekanan di titik masukan sama denan tekanan di titik keluaran 7

3 yaitu P out = P in (ΔP=0), maka tidak akan terjadi aliran luida di sepanjan pipa alir. Gambar II.. Aliran Fluida Pada Jarinan Pipa Gambar II. merupakan ambar jarinan pipa denan titik masukan terdiri dari 3 semen pipa yaitu semen 1 denan tekanan p1 dan debit alir q1, semen denan tekanan p dan debit alir q, dan semen 3 denan tekanan p3 dan debit alir q3. Fluida dari ketia semen tersebut akan dialirkan ke satu pipa kumpul denan tekanan keluaran sebesar pout dan debit alir luida sebesar qout. Debit alir qout haruslah penjumlahan dan debit alir q1, q, dan q3. Apabila qout bukan merupakan penjumlahan dan ketianya, maka diindikasikan terdapat kebooran pada pipa alir. Seperti yan telah dijelaskan sebelurnnya bahwa luida menalir dan tekanan tini ke tekanan rendah, sehina luida dari ketia semen masukan akan menalir ke semen keluaran jika nilai p1, p, dan p3 masin-masin lebih besar daripada pout. II.3 Aliran Fluida Dua Fasa II.3.1 Persamaan Umum Kehilanan Tekanan Persamaan aliran luida dalam pipa pada dasarnya diturunkan dari hukum konservasi eneri, yan menyatakan bahwa eneri yan masuk ke titik pertama ditambah denan kerja-kerja yan dilakukan oleh dan terhadap luida diantara titik pertama 8

4 dan titk kedua, dikurani denan eneri yan hilan diantara kedua titik tersebut sama denan eneri yan keluar dari titk yan kedua. Seara sederhana prinsip ini diilustrasikan pada berikut ini: Gambar II.3. Prinsip Sistem Aliran Fluida Pada Pipa Apabila sistem aliran luida tersebut ditinjau dari eneri yan terjadi akan menikuti persamaan: U 1 mv1 mz1 mv mz + p1v Q w = U 1 + p V (II.1) Denan menunakan kaidah-kaidah termodinamikadan denan menasumsikan pada sistem aliran luida ada kerja yan masuk ataupun keluar, maka diperoleh persamaan umum radien tekanan pada suatu pipa yaitu : Total = elevasi + riksi + a...(ii.) 9

5 dimana = elevasi ρ sinθ = radien elevasi...(ii.3) ( lw) d = ρ = dl riksi ρv D = radien esekan...(ii.4) a vdv = ρ dl = radien akselerasi...(ii.5) Apabila luida menalir didalam pipa, maka akan terjadi esekan antara luida denan dindin pipa dan esekan antar asa. Adanya esekan ini menakibatkan adanya kehilanan tekanan sepanjan pipa yan oleh moody dirumuskan sebaai berikut : ( lw) d = ρ = dl riksi ρv...(ii.6) D denan 64 =...(II.7) N RE Denan memperhitunkan aktor esekan diatas maka persamaan umum kehilanan tekanan total menjadi : Total = ρv ρvdv ρ sinθ + + D dl...(ii.8) Analisis persamaan aliran luida dua asa akan dibahas pada subbab III.3. 10

6 II.3. Arah Aliran Multiasa Suatu luida dapat menalir di sepanjan pipa yan memiliki bentuk beraam, arah aliran luida tersebut dapat dibedakan menjadi 4 kateori yaitu aliran vertikal, horizontal, inlined, dan diretional. Arah aliran inlined dan diretional merupakan arah aliran yan membentuk sudut kernirinan antara 0 sampai 90 derajat terhadap sumbu horizontal. Gambar II.4. Skema Arah Aliran Pada Suatu Sistem Produksi Arah aliran vertikal dan diretional biasanya diunakan pada jarinan pipa di bawah permukaan, yaitu pipa yan menhubunkan luida dan reservoir ke permukaan (kepala sumur). Setelah luida menapai permukaan biasanya arah aliran yan serin terlibat adalah arah aliran horizontal dan inlined. Penunaan jenis arah aliran sanat berkaitan dalarn hal penentuan nilai perubahan tekanan di sepanjan pipa alir. 11

7 II.4 Faktor Gesekan () Faktor Gesekan () dalam pipa adalah sanat diperlukan untuk menhitun besar kehilanan tenaa (pressure drop) seperti dijelaskan pada Persamaan II.6. Fakor esekan dalam pipa terantun pada dua hal: a. Kondisi kekasaran permukaan dalam pipa b. Bilanan Reynolds (N Re ), yan merupakan unsi massa jenis luida (ρ), keepatan aliran (V), diameter pipa (D), dan kekentalan luida (μ). Viskositas minyak (μ) sanat terantun pada tekanan dan temperatur. Banyak penelitian yan dilakukan untuk menentukan aktor esekan aliran dalam pipa. Beberapa persamaan yan sudah teruji dan luas pemakaiannya diberikan dibawah ini. II.4.1 Aliran Laminer Faktor esekan untuk aliran laminar dapat diturunkan dari persamaan Haen Poiseuille: V.3. µ. L p =..(II.9) D Persamaan (II.9) dapat diturunkan menjadi Persamaan (II.10) berikut ini: p V.3. µ. L h = =.(II.10) ρ D. ρ Denan menyamakan persamaan (II.9) dan (II.6) maka didapat, V.3. µ. L. =. LV D. ρ D. 64. µ =....(II.11) ρ. VD. Denan menikat persamaan (II.10), maka persamaan (II.11) dapat ditulis menjadi: 64 = (II.1) N RE 1

8 II.4. Aliran Turbulen Penelitian-penelitian menunjukkan bahwa baik proil keepatan aliran dan radien penuranan tekanan sanat sensitive terhadap karakteristik dindin pipa. Beberapa persamaan hasil penelitian-penelitian yan sudah banyak dipakai diberikan dibawah ini, dibedakan untuk pipa denan dindin permukaan dalam halus dan dindin permukaan dalam kasar. II.4..1 Pipa Denan Dindin Permukaan Dalam Halus Ada beberapa korelasi yan dikembankan untuk aliran turbulen dalam pipa denan dindin permukaan dalam halus. Untuk pipa halus: 5 1. Korelasi Blasius (Nre < 10 ) =...(II.13) N 0.5 Re. Korelasi Drew, Kro dan M.Adam (1930) = (Nre) (II.14) 3. Aliran denan keepatan sedan = (Nre) (II.15) 4. Aliran denan sebaian turbulen N 0.5 = 16 lo( Re )...(II.16) Korelasi Prendlh (untuk aliran benar-benar turbulen) 0.5 = Untuk Pipa Kasar: 1. Korelasi Colebrook N 0.5 lo( Re )...(II.17) 0.68 ε = lo +...(II.18) 3.7 N 0.5 Re. Korelasi Colebrook (sanat kasar) ε 0.5 = lo...(ii.19)

9 3. Korelasi Swamee & Jain (1978) untuk 10-6 <ε <10 - dan 5000 <N Re < = 1.14 lo ε +...(II.0) N 0.9 Re 4.Korelasi Nikuradse (untuk aliran yan benar-benar turbulen) 0.5 = 1.74 lo[ ε]...(ii.1) 5.Korelasi Chen ε ε = 4lo lo +...(II.) NRe.857 NRe di mana: N Re = Bilanan Reynold, tanpa satuan = Faktor esekan Fannin ε = Kekasaran pipa relati, tanpa satuan k =, (k = kekasaran pipa, in dan d = diameter dalam pipa, in) d Persamaan kehilanan tekanan pada airan yan menalir melalui pipa horizontal dapat dituliskan sebaai: γq L P = l...(ii.3) d 5 i 8 di mana: P q l γ L d i = Kehilanan tekanan, psi = Laju alir airan, barel/hari = berat jenis airan relati terhadap air = Panjan pipa, t = Diameter dalam pipa, in 14