BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 TEORI PENGANGKATAN FLUIDA KE PERMUKAAN Metode Produksi adalah mengangkat fluida dari dalam sumur ke permukaan. Bila tekanan hydrostatic sumur tidak mampu lagi mengalirkan fluida, maka diperlukan alat pengangkatan buatan (Artificial lift). Ada beberapa macam metoda teori untuk pengangkatan fluida ke permukaan yaitu, Gas lift, Rod Pump (Pompa Angguk) dan Pompa benam listrik (Electric Submersible Pump ESP). Pompa Benam Listrik (ESP) merupakan salah satu metode pengangkatan buatan yang dipakai pada Lapangan Minyak XX Indonesia di Onshore Sumatra. Pada bab ini membahas filosofi, teori dan prinsip-prinsip dasar yang melatar belakangi Perancngan dan penggunaan pompa benam listrik (ESP) pada sumur produksi minyak XY-15 di Lapangan XX Indonesia. 2.2. PRODUKTIVITAS FORMASI Produktifitas formasi adalah kemampuan suatu formasi untuk memproduksi fluida yang dikandungnya pada kondisi tekanan tertentu, sumur-sumur yang baru umumnya mempunyai tenaga pendorong alamiah yang mampu mengalirkan fluida hydrokarbon dari reservoir ke permukaan dengan tenaganya sendiri. Kemampuan aliran natural fluida dari formasi kepermukaan akan mengalami penurunan dari waktu ke waktu, besarnya sangat tergantung kepada tekanan reservoir sumur itu sendiri. 8 Page

Parameter yang menyatakan produktivitas formasi adalah Index Produktivitas (PI) dan Inflow Performance Relationship (IPR) 2.2.1. Index Produktivitas Index Produktivitas (PI) merupakan index yang digunakan untuk menyatakan kemampuan suatu formasi untuk berproduksi pada suatu tekanan tertentu atau merupakan perbandingan antara laju produksi yang dihasilkan formasi produktif pada drawdown yang merupakan beda tekanan bubble point karena pada kondisi Pb dibawah Ps (kondisi statis) Fluida formasi satu fasa, bila tekanan reservoir dibawah tekanan bubble point (Pb), minyak, gas semula larut akan terbebaskan, membuat fluida menjadi dua fasa. Secara sistematis dalam bentuk persamaan : PI = qo ps pwf...(2-1) Keterangan : PI = Index Productivitas, BPD/psi Q = Laju alir fluida produksi, BPD Ps = Tekanan Statik, Psi Pb = Tekanan bubble point, psi Pwf = Tekanan alir dasar sumur, psi 9 Page

2.2.2 Inflow Performance Relationship (IPR) Harga Index Produktivitas (PI) dapat dinyatakan dalam grafik berbentuk kurva IPR, untuk fluida reservoir pada tekanan reservoir diatas tekanan buble, fluida berada kondisi satu fasa. Bila tekanan alir dasar sumur (Pwf) diatas harga tekanan gelembung (Pb), kurva IPR digambarkan dalam persamaan linier : Qo = PI (Pr-Pwf)... (2.2) Metoda yang digunakan untuk menghitung produktivitas formasi adalah metode Petroboras. Asumsi yang digunakan pada metoda ini adalah : Minyak, air dan gas tidak mengalir bersama-sama dari reservoir menuju ke sumur (Cased hole). Untuk Pwf >Pb menggunakan beberapa tahap sbb: a. Menghitung q @ P Dengan menggunakan harga J pada b wf P b persamaan... (2-3) qb = PI (Ps-Pb)...(2-4) b. Menghitung harga qo max qo qb + max = c. Menghitung qt max tan q PI.Pb...(2-5) 1.8 max q max = qt max = qo max + Fw Pr o tan...(2-6) PI CG CD 10 P a g e

0.999 qo q b 0.001qo max 1 81 80 max CD Fw F ( 0. 125 ) P o b PI qo max qb CG 0.001qo max d. Memilih Pwf yang lebih kecil dari tekanan jenuh (Pb) e. Menghitung laju produksi pada Pwf tersebut dengan menggunakan Persamaan qo = q b q max Pwf q b 1 0.2 P bg P 0.8 wf P b 2...(2-7) f. Menghitung kembali ke langkah d g. Plot harga Pwf terhadap qo yang diperoleh dari langkah (d) sampai dengan (f) dengan qo sebagai sumbu x dan Pwf sebagai sumbu y Untuk Pwf< Pb menggunakan beberapa tahap sbb: a. Menghitung Pwf / Pb dan menentukan harga A A Pwf = 1 0.2 P bg P 0.8 wf Pb 2...(2-8) b. Menghitung harga J untuk Kurva IPR diatas Pb PI = qo...(2-9) PbA Fo Pr Pb Fw Pr Pwf test 1.8 c. Menghitung qb @ Pwf = Pb dngn persamaan (2-2) harga J Persamaan... (2-10) d. Menghitung qx dengan menggunakan persamaan (2-3) 11 P a g e

e. Menghitung q max dengan menggunakan persamaan (2-4) f. Menghitung Pwf yang lebih kecil dari tekanan jenuh (Pb) g. Menghitung laju produksi pada Pwf tersebut dengan menggunakan persamaan (2-5) h. Menghitung kembali ke langkah d i. Plot harga Pwf terhadap qo yang diperoleh dari langkah (d) sampai dengan (f) dengan qo sebagai sumbu x dan Pwf sebagai y 2.3. ALIRAN FLUIDA DALAM PIPA DAN FRICTION LOSS Aliran fluida dalam pipa dipengaruhi oleh; Sifat-sifat fluida, Friction loss (Hambatan) serta Gradient tekanan fluida sub-sub ini akan membahas pengaruh tersebut terhadap aliran fluida dalam pipa 2.3.1 Sifat fisik Fluida Sifat fisik fluida (gas, minyak dan air) perlu diketahui karena merupakan variable utama aliran fluida dalam media berpori maupun dalam pipa. Sifat fisik fluida yang akan dibahas adalah sifat fisika fluida yang mempengaruhi perencanaan pompa benam listrik (ESP) yaitu kelarutan gas dalam minyak (Rs), faktor volume formasi dari gas (Bg) dan minyak (Bo), viskositas gas ( g), minyak (µo) dan air (µw), factor deviasi gas (Z) serta specific Gravity fluida (SG). Sifat fisika tersebut dinyatakan sebagai fungsi tekanan, untuk suatu temperatur tertentu dan dapat diperoleh dari hasil pemgukuran di laboratorium terhadap contoh fluida, baik yang diperoleh dari permukaan maupun dari dasar sumur. 12 P a g e

Hasil pengukuran tersebut tidak dapat digunakan untuk perhitungan-perhitungan secara umum sehingga dikembangkan suatu korelasi-korelasi perhitungan sifat fisik fluida yang diperoleh dari data laboratorium dan diolah dengan data statistik. A. Kelarutan Gas Dalam Minyak (Rs) Sistem minyak pada tekanan yang tinggi, gas akan terlarut dalam minyak dengan demikian harga kelarutan gas meningkat dan sebaliknya apabila terjadi penurunan tekanan, fasa gas akan terbebaskan dari larutan minyak, jumlah gas yang terlarut akan konstan, apabila tekanan mencapai tekanan saturasi (Bubble Point Pressure-Pb). Menentukan harga Solution Gas Ratio (Rs) pada pump intake dengan menggunakan korelasi Trijana Kartoatmojo untuk API < 30 Rs = 10 0.9265 SGg 0.7060 T 0.0392 P 0..015, SCF bbl...(2-11) Keterangan : SGg : Spesifik Gravity gas P : Tekanan. Psi T : Temperature dasar sumur, of B. Faktor Volume Formasi Faktor volume formasi diperlukan untuk memperkirakan volume fluida pada suatu tekanan dan temperatur tertentu. Perubahan volume fluida yang menyertai perubahan tekanan dan temperatur disebabkan oleh terbebaskanya gas sebagai akibat perubahan tersebut. 13 P a g e

a. Faktor Volume Formasi gas Faktor Volume formasi gas (Bg) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Bg 0.0283.Z.T Cuft / SCF...(2-12) P Keterangan : T = Temperature, orankine P = Tekanan, Psi Z = Faktor deviasi gas diperoleh dari Grafik antara Tpr dan Ppr Tpr = (T+460) / Tpc...(2-13) Ppr = P / Ppc...(2-14) Tpc = 187 + 330 yg 71.5 yg...(2-15) 2 Ppc = 706 51.7 yg 11.1 yg...(2-16) 2 b. Faktor Volume Formasi Minyak (Teori korelasi Trijana Kaartoajmojo) Menentukan faktor volume formasi (Bo) pada pump intake dengan menggunakan korelasi Trijana Kartoatmojo. Bo= 0,979562 0.000106 F yg F = Rs 0.755 yg 1.5...(2-17) 1.5 0.45 T... 2-18) 14 P a g e

Keterangan ; Rs : Kelarutan Gas dalam minyak, Scf/bbl yg : Spesifik gravity minyak yo : Spesifik grafity minyak T : Temperature, orankine C. Viskositas Viskositas merupakan keengganan suatu fluida untuk mengalir. Harga viskositas ini dipengaruhi oleh temperature dan tekanan, pada temperatur yang tinggi harga viskositas fluida akan mengecil dan sebaliknya pada temperatur rendah harga viskositas akan semakin besar. D. Specifik Gravity Fluida Spesific Gravity fluida (SG) adalah perbandingan antara densitas fluida tersebut dengan fluida yang lain pada kondisi standard (14.7 psi, 60oF). Untuk menghitung besarnya SG fluida tertentu, biasanya air diambil sebagai patokan densitas sebesar 62.40 lb/cuft. Dalam teknik Perminyakan specific garvity sering dinyatakan dengan oapi (American Petroleum Institute), dengan persamaan sebagai berikut : Sgo = 141.5...(2-19) 131.5 o API Untuk fluida campuran, besarnya specific Gravity dapat ditentukan dengan persamaan berikut : 15 P a g e

SGrata = WcxSGw 1 Wc x ( Sgo )...(2-20) Keterangan : o : Derajat API SGf : Specific Gravity fluida Wc : Water Cut SGw : Specific Gravity Air SGo : Specific Gravity minyak API 2.3.2. Friction Loss (Teori William and Hazen) Persamaan gradient tekanan pada umumnya digunakan untuk setiap fluida yang mengalir pada sudut kemiringan pipa tertentu dinyatakan dengan tiga komponen, yaitu adanya perubahan energi potensial (elevasi), adanya gesekan pada dinding pipa dan adanya perubahan energi kenetik. dp dp dp dp dl dl dl dl...(2-21) el f acc fpv 2 pvdp dp g...(2-22) p sin dl gc 2g c d g cdl Keterangan p = densitas fluida. Lb/cuft V = kecepatan aliran, ft/dt F = Faktor gesekan D = diameter dalam pipa, inch Ө = sudut kemiringan G = percepatan Gravitasi, ft/dt2 16 P a g e

Z P h Gambar 2.1. Skema Umum Sistem Aliran Fluida yang mengalir didalam pipa akan mengalami tegangan geser (shear stress) pada dinding pipa, sehingga terjadi kehilangan sebagian tenaganya yang sering disebut dengan friction loss. Darcy dan Weisbah s menghitung kehilangan energi karena gesekan dengan persamaan : h= f Lv 2...(2-23) d.2 g Keterangan : h = friction loss, ft f = friction factor L = Panjang pipa, ft 17 P a g e

V = kecepatan aliran rata-rata dalam pipa, ft/s2 Berdasarkan persamaan diatas, William-Hazen membuat suatu persamaan empiris untuk friction loss (hf), yaitu : 100 Fh = 2.0830 C 1.85 Q / 34.3 1.85...(2-24) 4,8655 ID C = Konstanta dari bahan yang digunakan dalam pembuatan pipa. Berdasarkan persamaan tersebut, William-Hazen membuat garafik friction loss seperti yang ditunjuk dalam Gambar 2.2. Total Dynamic Head FRICTION LOSS 500 2 3/8 200 2 7/8 3 ½ 73 5000 PA U/ XP E RT E S P/ I WS Gambar 2.2. Grafik Friction loss Teori William Hazen 2.4 ELECTRIC SUBMERSIBLE PUMP 18 P a g e

Pompa benam listrik (ESP) dibuat atas dasar pompa sentrifugal bertingkat banyak dimana keseluruhan pompa dan motornya ditenggelamkan ke dalam cairan. Pompa ini digerakkan dengan motor listrik dibawah permukaan melalui suatu poros motor (shaft) yang memutar pompa, dan akan memutar sudu-sudu (impeller) pompa. Perputaran sudu-sudu itu menimbulkan gaya sentrifugal yang digunakan untuk mendorong fluida ke permukaan atau dengan kata lain Electric Submersible Pump (ESP) adalah Boster Presure untuk mendorong/mengangkat fluida dari dalam sumur ke atas permukaan. 2.4.1. Peralatan Electrical Submersible Pump (ESP) Peralatan pompa benam listrik (ESP) dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Peralatan diatas permukaan. 2. Peralatan dibawah permukaan. Peralatan diatas dan dibawah permukaan dari pompa listrik secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 2.3 2.4.1.1. Peralatan di atas Permukaan Peralatan diatas permukaan terdiri dari : Wellhead Junction Box Switchboard dan Transformer (Step up / down Trafo) 19 P a g e

PRESSUREGAUGE CHOKE J.BOX FLOWLINE TRANSFORMER SW.GEAR /VSD PRODUCTION WELLHEAD PENETRATOR CONNECTOR TUBINGHANGER PACKER SLIDDINGSLEEVE/DRAINVALVE POWERCABLE SPLICE CHECKVALVE ONEJOINTTUBING PUMP MOTORFLATCABLE INTAKE PROTECTOR POTHEAD MOTOR PSIUNIT FirmansyahMansur Gambar 2.3 Susunan lengkap peralatan Electric Submersible Pump (ESP) 20 P a g e

Wellhead Wellhead atau kepala sumur dilengkapi dengan tubing hanger khusus yang mempunyai lubang untuk cable pack off atau penetrator. Cable pack off biasanya tahan sampai tekanan 3000 psi. Tubing hanger dilengkapi lubang hydraulic control line, saluran cairan hidrolik untuk menekan subsurface ball valve agar terbuka. Wellhaed juga harus dilengkapi dengan seal agar tidak bocor pada lubang kabel. Wellhead didesain untuk tahan terhadap tekanan 500 psi sampai 3000 psi. Gambar 2.4. Gambar 2.4 Wellhead (Kepala Sumur) 21 P a g e

Gambar 2.5 Skematik Electric Submersible Pump (ESP) Junction Box Junction Box merupakan suatu tempat yang terletak antara switchboard dan wellhead, Junction Box berfungsi untuk tempat sambungan kabel atau penghubung kabel yang berasal dari dalam sumur dengan kabel yang berasal dari 22 P a g e

switchboard. Junction box juga digunakan untuk melepaskan gas yang ikut dalam kabel agar tidak menimbulkan kebakaran di switchboard. Fungsi dari junction box antara lain : Sebagai ventilasi terhadap adanya gas yang mungkin bermigrasi ke permukaan melalui kabel agar terbuang ke atmosfer. Sebagai terminal penyambungan kabel dari dalam sumur dengan switchboard. Gambar 2.6 Junction Box 23 P a g e

Gambar 2.7 Cable Pack-Off pada Tubing Hanger Junction Box Gambar 2.8 Wellhead, Junction Box, Switchboard 24 P a g e

Switchboard. Switchboard adalah panel kontrol kerja dipermukaan saat pompa bekerja yang dilengkapi motor controller, overload dan underload protection serta alat pencatat (recording instrument) yang bisa bekerja secara manual ataupun otomatis bila terjadi penyimpangan. Switchboard dapat digunakan untuk tegangan 4400-4800 volt. Fungsi utama dari switchboard adalah : Mengontrol kemungkinan terjadinya downhole problem seperti overload atau underload current. Auto restart underload pada kondisi intermittent well. Mendeteksi unbalance voltage Tempat pemasangan alat Variabel Speed Drive (VSD) Switchboard biasanya dilengkapi dengan amper meter chart yang berfungsi untuk mencatat arus motor versus waktu ketika motor bekerja, Pengembangan tehnologi untuk switchboard pada saat ini yaitu dapat di applikasikan dengan pemasangan Variabel Speed Drive (VSD) yang berfungsi untuk mengontrol pemompaan secara otomatis karena dapat di setting pada the best pump rate sehingga kemungkinan untuk underload dan overload dapat dieleminasi oleh VSD. 25 P a g e

Gambar 2.9 Switchboard Transformer Transpormer merupakan alat untuk mengubah tegangan listrik, bisa untuk menaik kan atau menurunkan tegangan. Transpormer terdiri dari core (inti) yang dikelilingi oleh coil dari lilitan kawat tembaga. Keduanya, baik core maupun coil direndam dengan minyak trafo sebagai pendingin dan isolasi. Perubahan tegangan akan sebanding dengan jumlah lilitan kawatnya. Tegangan input transformer biasanya diberikan tinggi agar ampere yang rendah pada jalur transmisi, sehingga tidak dibutuhkan kabel (penghantar) yang besar. Tegangan input yang tinggi akan 26 P a g e

diturunkan dengan menggunakan step-down transformer sampai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh motor. Gambar 2.10 Transformer 2.4.1.2. Peralatan Bawah Permukaan Peralatan dibawah permukaan dari pompa benam listrik terdiri atas pressure testing sensing instrument, electric motor, protector, intake, pump unit dan electric cable serta alat penunjang lainya. PSI Unit ( Pressure testing Sensing Instrument) 27 P a g e

PSI (Pressure Sensing Instrument) adalah suatu alat yang mencatat tekanan dan temperature sumur. Secara umum PSI unit mempunyai 2 komponen pokok, yaitu : a. PSI Down Hole Unit dipasang dibawah Motor Type Upper atau Tandem, Karena alat ini dihubungkan pada Wye dari Electrik Motor yang seoalaholah merupakan bagian dari motor tersebut. b. PSI Surface Readout Merupakan bagian dari system yang megontrol kerja Down Hole Unit serta menampakkan (Display) informasi yang diambil dari Down Hole Unit. Gambar 2.11 Pressure Sensing dan Read out Instrument Motor (Electric Motor) 28 P a g e

Jenis motor ESP adalah motor listrik induksi 2 kutub 3 fasa yang diisi dengan minyak pelumas khusus yang mempunyai tahanan listrik (dielectric strength) tinggi. Tenaga listrik untuk motor diberikan dari permukaan melalui kabel listrik pengantar ke motor. Putaran motor adalah 3400 RPM 3600 RPM tergantung besarnya frequensi yang deberikan serta beban yang diberikan oleh Pompa saat mengangkat fluida. Secara garis besar motor ESP seperti juga motor listrik yang lain mempunyai dua bagian pokok, yaitu : Rotor (bagian yang berputar) Stator (bagian yang diam) Putaran rotor akan dipindahkan ke housing motor melalui media minyak motor untuk selanjutnya dibawa ke permukaan oleh fluida sumur. Fungsi minyak khusus tersebut adalah : Sebagai Pelumas Sebagai tahanan (isolasi) Sebagai media penghantar panas motor yang ditimbulkan oleh perputaran rotor ketika motor tersebut sedang bekerja. Minyak tersebut harus mempunyai spesifikasi tertentu yang biasanya sudah ditemukan oleh pabrik yaitu bewarna jernih tidak mengandung bahan kimia, dielectric strength tinggi, lubricant dan tahan panas. Minyak yang diisikan akan mengisi semua celah-celah yang ada dalam motor, yaitu antara rotor dan stator. Untuk mendapatkan pendingin yang baik, pihak pabrik sudah menentukan bahwa kecepatan fluida yang melewati motor (Velocity) harus > 1 ft/sec. Kurang 29 P a g e

dari itu motor akan menjadi panas dan kemungkinan bisa terbakar (Motor Burn Out). Gambar 2.12 Motor Electric Submersible Pump (ESP) Protector Protector sering juga disebut Seal Section. Karena alat ini berfingsi untuk menahan masuknya fluida sumur kedalam motor, menahan thrust laod yang ditimbulkan oleh pompa pada saat pompa mengangkat cairan, juga untuk menyeimbangkan tekanan yang ada didalam motor dengan tekanan didalam annulus. Secara prinsip protector mempunyai 5 fungsi utama yaitu: 30 P a g e

Untuk mengimbangi tekanan dalam motor dengan tekanan di annulus. Tempat duduknya thrust bearing untuk meredam gaya axial yang ditimbulkan oleh pompa Menyekat masuknya fluida sumur kedalam motor Memberikan ruang untuk pengembangan dan penyusutan minyak motor akibat perubahan temperatur dalam motor pada saat bekerja dan pada saat dimatikan. Untuk penghubung motor ke pompa dan mentransmisikan torsi motor untuk memutar poros pompa (Shaft) Stator menginduksi aliran listrik dan mengubah menjadi tenaga putaran pada rotor, dengan berputarnya rotor maka poros (shaft) yang berada ditengahnya akan ikut berputar, sehingga poros yang saling berhubungan akan ikut berputar pula (poros pompa, intake dan protector). Untuk jenis motor listrik induksi dikenal putaran medan magnet yang biasa disebut Syncronous Speed yaitu putaran medan magnet atau putaran motor kalau seandainya tidak ada faktor kehilangan atau internal motor losses yang diakibatkan oleh beban shaft (shaft load) dan friction putaran motor yang biasanya tertera pada nama plat (Name Plate) dari pabrik misalnya : 3600 RPM/60 Hz Panas yang ditimbulkan oleh motor. 31 P a g e

Gambar 2.13 Protector unit Electric Submersible Pump (ESP) Gambar 2.14 Pompa, Intake, Labyrint Type Protector, Motor 32 P a g e

Intake (Gas Separator) Intake atau Gas separator dipasangkan dibawah pompa dengan cara menyambungkan sumbunya (shaft) memakai coupling. Intake ada yang dirancang untuk mengurangi volume gas yang masuk ke dalam pompa, disebut dengan gas separator, tetapi ada juga yang tidak. Untuk yang terakhir ini disebut dengan intake saja atau standard intake. Ada beberapa intake yang diproduksikan oleh reda yang populer dipakai adalah Standard intake, Static Gas Separator, Rotary gas Separator. Gambar 2.15 Intake (Rotary Gas Separator) 33 P a g e

Unit Pompa Unit pompa merupakan Multistage Centrifugal Pump, yang terdiri dari: Impeler, diffuser, shaft (tangkai) dan housing (rumah pompa). Di dalam housing pompa terdapat sejumlah stage, dimana tiap stage terdiri dari satu impeller dan satu diffuser. Jumlah stage yang dipasang pada setiap pompa akan dikorelasi langsung dengan Head capacity dari pompa tersebut. Dalam pemasanganya bisa menggunakan lebih dari satu (tandem) tergantung dari Head Capacity yang dibutuhkan untuk menaikan fluida dari lubang sumur ke permukaan. Impeller merupakan bagian yang bergerak, sedangkan diffuser adalah bagian yang diam. Seluruh stage disusun secara vertikal, dimana masing-masing satage dipasang tegak lurus pad poros pompa yang berputar pada housing. Prinsip kerja pompa ini, yaitu fluida yang masuk kedalam pompa melalui intake akan diterima oleh stage paling bawah dari pompa, impeler akan mendorongnya masuk, sebagai akibat prosess centrifugal maka fluida akan terlempar keluar dan diterima diffuser. 34 P a g e

Gambar 2.16 ESP (Impeller Deffuser) Unit Electrical Submersible Pump Oleh diffuser, tenaga kinetis (velocity) fluida akan diubah menjadi tenaga potensial (tekanan) dan diarahkan ke stage selanjutnya. Pada proses tersebut fluida memiliki energi yang semakin besar dibandingkan pada saat masuknya. Kejadian tersebut terjadi terus-menerus sehingga tekanan head pompa berbanding 35 P a g e

linier dengan jumlah stages, artinya semakin banyak stages yang dipasangkan, maka semakin besar kemampuan pompa untuk mengangkat fluida. Gambar 2.17 Unit Electric Submersible Pump (ESP) 36 P a g e

Electric Cable Kabel yang dipakai adalah 3 jenis konduktor. Dilihat dari bentuknya ada dua jenis, yaitu flat cable type dan round cable type. Fungsi kabel tersebut adalah sebagai media penghantar arus listrik dari switchboard sampai ke motor di dalam sumur. Secara umum ada2 jenis kelas kabel yang lazim digunakan di lapangan, yaitu : a. Low temperatur cable, yang biasanaya dengan material isolasi nya terdiri dari jenis polypropylene ethylene (PPE) atau nitrile. Direkomendasikan untuk pemasangan pada sumur-sumur dengan temperatur maximum 205oF b. High temperatur cable, banyak dibuat dengan jenis Ethylene Prophylene Diene Methylene (EPDM). Direkomendasikan untuk pemasangan pada sumur-sumur dengan temperatur yang cukup tinggi sampai 400oF Kerusakan pada round cable merupakan hal yang sering kali terjadi pada saat menurunkan dan mencabut rangkaian ESP. Untuk menghindari atau memperkecil kemungkinan itu, maka kecepatan string pada saat menurunkan rangkaian tidak boleh melebihi dari 1500 ft / jam dan harus lebih pelan lagi ketika melewati deviated zone atau dog leg. Kabel harus tahan terhadap tegangan tinggi, temperatur, tekanan migrasi gas dan tahan terhadap resapan cairan dari sumur maka kabel harus mempunyai isolasi dan sarung yang baik. Bagian dari kabel biasanya terdiri dari : Konduktor (conductor) 37 P a g e

Isolasi (Insulation) Sarung (Sheath) Jaket Gambar 2.18 Jenis Flat Cable dan Round Cable 38 P a g e

Check Valve Check valve biasanya dipasang pada tubing (2-3 joint) diatas pompa. Hal ini bertujuan untuk menjaga fluida tetap berada di atas pompa. Jika check valve tidak dipasang maka dapat terjadi kebocoran fluida dari tubing (kehilangan fluida) akan melalui pompa yang dapat menyebabkan aliran balik dari fluida yang naik ke atas, sebab aliran balik (back flow) tersebut membuat putaran impeller berbalik arah, dan dapat menyebabkan motor terbakar atau rusak karena beban motor menjadi berat (Over Load). Check valve pada umumnya digunakan agar tubing tetap terisi penuh dengan fluida sewaktu pompa mati dan mencegah supaya fluida tidak turun kebawah. Bleeder Valve Bleeder valve dipasang satu joint diatas check valve, mempunyai fungsi mencegah minyak keluar pada saat tubing di cabut. Fluida akan keluar melalui bleeder valve. Centralizer Berfungsi untuk menjaga kedudukan pompa agar tidak bergeser atau selalu ditengah-tengah pada saat pompa beroperasi, sehingga kerusakan kabel karena gesekan dapat dicegah. 39 P a g e

2.4.2. Karakteristik Kinerja Electric Submersible Pump (ESP) Motor Listrik berputar pada kecepatan relatif konstan, memutar pompa (impeller) meleawati poros (shaft) yang disambungkan dengan bagian protector. Power disalurkan ke peralatan bawah permukaan melalui kabel listrik konduktor yang di klem pada tubing. Cairan memasuki pompa sedang beroperasi. Kelakuan pompa berada pada harga efisiensi tertinggi bila hanya cairan yang terproduksi. Tingginya volume gas bebas menyebabkan operasi pompa tidak efisien. 2.4.2.1. Kurva kelakuan Electric Submersible Pump (Pump Performance Curve) Beberapa kinerja dari berbagai pompa dihadirkan dalam bentuk katalog yang diterbitkan oleh produsen. Kurva kinerja dari suatu pompa benam listrik menmpilkan hubungan antara : Head capacity, Rate capacity, Horse Power dan efisiensi pompa yang disebut dengan Pump Performance Curve. Kapasitas berkaitan dengan volume, laju alir cairan yang diproduksikan, termasuk juga gas bebas atau gas yang terlarut dalam minyak. Head pompa benam listrik berkaitan dengan specific gravity fluida, dimana jika head diubah menjadi tekanan maka harus dikalikan dengan specific gravity fluida, maka dapat dinyatakan sebagai berikut : Tek. Pompa = (head / stage) x (gradien tekanan fluida) x (jumlah stage)...(2-25) 40 P a g e

Gambar 2.19 Gambar kurva kelakuan pompa dan cara menghitung kemampuan pompa 41 P a g e

Gambar 2.20 Kurva Kelakuan Electric Submersible Pump SN3600 50Hz 42 P a g e

Gambar 2.21 Kurva Kelakuan Pompa Electric Submersible SN3600 60Hz 43 P a g e

2.4.2.2. Brake Horse Power Kurva kinerja pompa yang ditunjukkan dalam Gambar 2.19 dan Gambar 2.20 menyatakan horse power per stage yang didasarkan atas specific Gravity fluida perhitungan. Dengan demikian horse power dapat dinyatakan didalam persamaan : HP = (hp per stage) x SGf x stage...(2-26) 2.4.2.3 Kurva Intake Pompa Peramalan kurva intake pompa Electric Submersible Pump dipertimbangkan untuk dua hal yaitu : Memompa cairan dan Memompa cairan dan gas keduanya diasumsikan bahwa pompa diletakkan didasar sumur dan yang tetap adalah tekanan wellhead dan ukuran tubing. Kasus kedua dianggap semua gas dipompakan bersama-sama cairan. Variabel yang terpengaruh adalah jumlah stage pompa. Peramalan kurva intake untuk pompa benam listrik adalah untuk kasus yang kedua. 2.5 DASAR PERENCANAAN POMPA Electrical Submersible Pump Pada prinsipnya perencanaan atau desain suatu unit pompa Electric Submersible Pump untuk sumur-sumur dengan WC (water cut) tinggi adalah sama seperti perencanaan unit pompa Electric Submersible Pump biasa. Dimana dengan maksimalnya laju produksi yang diinginkan maka maksimal juga produksi cairan yang terproduksi. Controlnya dengan menghitung laju kritis dimana besarnya laju produksi minyak yang diinginkan lebih besar dari laju kritis sehingga terjadi water 44 P a g e

coning. Produksi tersebut terus dilakukan karena masih bernilai ekonomis dan terjadinya water coning bersifat wajar untuk sumur-sumur tua yang mempunyai water cut yang lebih besar dari 90 %. 2.5.1. Perkiraan Laju Produksi Maksimum Laju produksi suatu sumur yang diinginkan harus sesuai dengan produktifitas sumur. Dengan membuat kurva IPR dari kurva ini kita dapat mengetahui laju produksi maksimum dari sumur. 2.5.2. Menentukan Gradien Fluida. Menentukan Specific Gravity rata-rata menggunakan persamaan (2-27) Gradien fluida (GF) = 0.433 x SG, bila mengandung gas kurangi Gradien Fluida sebesar 10 % 2.5.3 Perkiraan Pump Setting Depth (PSD) Perkiraan pump setting depth merupakan suatu batasan umum untuk menentukan letak kedalaman pompa dalam suatu sumur adalah bahwa pompa harus ditenggelamkan didalam fluida sumur. Perencanaan ini dilakukan dengan mengansumsikan kedalaman PSD (Pump Setting Depth) yang memenuhi persyaratan lebih besar dari tekanan gelembung (Pb) PIP GF x (Mid Perfo PSD) > Pb...(2-28) 45 P a g e

2.5.4. Pump Intake Pressure PIP = Pb + 50 2.5.5. Perhitungan Volume Total a) volume Gas bebas Pada Pump Intake Pressure Fg = Gs @ Pb Gs @ PIP...(2-29) b) Volume Gas Pada Pump Intake Pressure Vg = Fg x Bg...(2-30) c) Volume Oil Pada Pump Intake d) Vo = BOPD x Bo...(2.31) e) Volume air pada intake (Bw = 1.0 bbl/stb) dari laju alir yang kita inginkan. Vw = BWPD x Bw...(2-32) f) Total Volume fluida Vt = Vo + Vg + Vw...(2-33) 2.5.6. Total Dynamic Head (TDH) TDH = Hd + Ft + Ht Keterangan : Hd : Kedalaman perkiraan produksi dynamic fluid level Ft : Tubing Friction Loss Ht : Tubing head Pressure 46 P a g e

PIPx2.31 = PSD... (2-34) Sg a) Hd b) Friction Loss dari tubing 2.7/8 dengan ID = 2.44 Friction Loss = Ft 100 2.083 C 1.85 ID 4.8655 Qt 34.3 1.85... (2-35) = FlxPSD...(2-36) 1000 = Tubing Pr essurex2.31... (2-37) SGf c) Tubing Head Ht 2.5.7. Perhitungan Jumlah Tingkat Pompa Untuk menghitung jumlah tingkat pompa stage), sebelumnya dihitung dahulu Total Dynamic Head (TDH, Ft) pada laju produksi yang diinginkan. Dari tabel pump performance kita dapat memilih pompa yang cocok dan dengan laju alir yang kita inginkan maka setelah melakukan perhitungan untuk sumur XY-15 lapangn COPI dipilih tipe pompa dari merek Reda, yang sesuai adalah pompa REDA 538 SN 3600, 60 Hz series 540. dengan capacity range 2400 4600 Bfpd. Jumlah Stage = TDH / Head. Untuk penjelasan lebih lanjut akan di bahas pada Bab IV tentang Perancangan Pompa ESP untuk sumur XY-15 di lapangan XX ConocoPhillips Indonesia. Pada gambar berikut adalah contoh perhitungan untuk mencari dan menentukan 47 P a g e

bagaimana cara menghitung Total Dunamic Head (TDH) mengikuti formula yang tertulis diatas yaitu TDH = Hd + Ft + Ht. 2735 Ft 236 Ft/ 1000 Ft 595.36 Ft TDH = 2735 + 236 + 595.36 = 3566 Ft Firmansyah Mansur Gambar 2.22 Contoh Cara menghitung Total Dinamic Heat 2.5.8. Pemilihan Motor dan Horse Power Pemilihan motor baik single motor maupun tandem didasarkan pada tabel yang di sediakan oleh pabrik pembuatnya terlampir pada halaman lampiran. Besarnya horse power yang dibutuhkan motor pada hasil perhitungan tidak tersedia dalam tabel, maka dipilih motor yang memiliki horse power lebih besar yang mendekati : HP = (Hp per stage) x SGf x stage 48 P a g e

2.5.9. Pemilihan Switchboard dan Transformer Menentukan switchboard yang akan dipakai perlu diketahui terlebih dahulu berapa besarnya voltage yang akan bekerja pada switchboard tersebut. Besarnya tegangan yang bekerja dapat dihitung dari oersamaan berikut : Vs = Vm + Vc, Volt...(2-38) Vc = (L / 1000) x Voltage, Volt......(2-39) Keterangan : Vs = Surface voltage, Volt Vm = Motor voltage, Volt Vc = Correction voltage, volt L = Panjang kabel, ft Menentukan besarnya tegangan transformer yang diperlukan dengan persamaan : T= Vsx Im x1.73, KVA 1000 Keterangan : T = Ukuran transformer, KVA 49 P a g e