APLIKASI VSD DALAM MENGATASI MASALAH WATER CUT DAN GAS YANG BERLEBIH PADA SUMUR ESP Abstrak Electric Submersible Pump sebagai salah satu dari alat pengangkat buatan mempunyai beberapa keuntungan seperti rentang kapasitas yang cukup besar, fasilitas permukaan yang berdimensi relatif kecil, dan relatif baik untuk sumur-sumur yang sudah mengalami penurunan tekanan serta sumur yang memiliki dynamic liquid level yang cukup dalam. Namun demikian Electric Submersible Pumpjuga mempunyai beberapa kekurangan seperti tidak tahan terhadap kandungan gas yang tinggi, scale dan masalah kepasiran. Paper ini akan membahas aplikasi Variable Speed Drive(VSD) pada dua sumur dengan kasus yang berbeda. Kenaikan Watercut yang drastis terjadi pada sumur AK-1, sehingga memerlukan langkah pengoptimalisasian yang cepat demi menjaga sumur tetap berproduksi. Penulis akan membahas bagaimana aplikasi VSD pada sumur ini dalam mengatasi kenaikan watercut yang drastis. Sumur AK-2 pada lapangan X merupakan sumur tua dan berproduksi minyak dari lapisan zona produksi Transisi. Sumur AK-2 mempunyai kasus terkait dengan produksi gas berlebih, itu akan menurunkan efisiensi pompa dan menimbulkan masalah yang dapat membuat pompa mati. Dari studi kasus yang akan dibahas oleh penulis, VSD mampu mengatasi masalahmasalah yang ada pada sumur ESP. Dengan mengatasi masalah tersebut akan membuat usia sumur meningkat. 1. PENDAHULUAN Electrical Submersible Pump (ESP) merupakan metode pengangkatan buatan yang paling banyak digunakan diindustri perminyakan. Beberapa keuntungan dari penggunaan ESP adalah rentang kapasitas yang cukup besar, fasilitas permukaan yang berdimensi relatif kecil, dan relatif baik untuk sumur-sumur yang sudah mengalami penurunan tekanan serta sumur yang memiliki dynamic liquid level yang cukup dalam. Namun demikian ESP juga mempunyai beberapa kekurangan seperti tidak tahan terhadap kandungan gas yang tinggi, scale dan masalah kepasiran. Telah banyak dilakukan penelitian dan pengembangan dalam penggunaan ESP, salah satu pengembangan yang telah dilakukan adalah dalam penggunaan Variable Speed Drive (VSD). VSD dapat merubah kecepatan rotasi motor dengan mengubah frekuensi AC Power sebelum dikirim ke dalam peralatan ESP dibawah permukaan. Penggunaan VSD memungkinkan kita untuk mengubah putaran pompa sehingga laju alir fluida dapat berubahubah. Dalam paper ini akan membahas mengenai aplikasi VSD di dua sumur yang berbeda dengan kondisi yang berbeda pula. Sumur AK-1 mempunyai kasus terkait dengan pencegahan water coning dengan indikasi kenaikan water cutyang drastis sementara Sumur AK-2 mempunyai kasus terkait dengan produksi gas berlebih. Kedua sumur tersebut memiliki kedalaman sekitar 5000 ft yang telah menggunakan ESP dan juga manfaat VSD pada masalah teknis di sumur tersebut.
2. DASAR TEORI ESP adalah rangkaian pompa sentrifugal yang terdiri dari beberapa unit yang dipergunakan untuk mengangkat fluida dari dalam sumur ke permukaan. Pompa ini bekerja dengan tenaga listrik dan dipasang dibawah permukaan fluida dalam suatu sumur produksi. Electric Power atau tenaga listrik disuplai dari transformer (step down) melalui switch board. Pada switchboard, semua prilaku dari ESP dan kabel akan dikontrol/dimonitor (seperti amperage, voltage, dll).power akan diteruskan dari switchboard ke ESP motor melalui power cable yang terikat sepanjang tubing dan body ESP.Pada ESP motor, electric power akan dirobah menjadi mechanical power (tenaga putaran).tenaga putaran akan diteruskan ke protector dan pump melalui shaft yang dihubungkan dengan coupling.as atau shaft dari ESP pump akan berputar, pada waktu yang bersamaan, impeller akan ikut berputar dan mendorong fluida yang masuk melalui pump intake atau gas separator kearah permukaan.fluida yang didorong, secara bertahap akan memasuki tubing dan terus menuju kepermukaan sampai ke stasiun pengumpul. Dalam mendesain pompa ESP pada sumur yang memiliki GOR tinggi, salah satu faktor yang sulit diprediksi adalah jumlah gas bebas yang masuk kedalam intake pompa. Bila kandungan gas bebas terproduksinya tinggi tidak dikontrol maka akan menyebabkan kerusakan pompa akibat kavitasi. Apabila gas yang cukup banyak ikut terproduksi pada sumur ESP, maka dapat menurunkan efisiensi pompa dan menimbulkan problem pada pompa. Salah satu cara untuk mengatasi jumlah gas bebas yang terproduksi dan masuk kedalam pompa adalah dengan mengontrol rateproduksi. Hal tersebut dapat dilakukan dengan mengaplikasikan VSD pada sumur ESP. VSD dapat merubah kecepatan rotasi motor dengan mengubah frekuensi AC Powersebelum dikirim ke dalam motor ESP dibawah permukaan. Penggunaan VSD memungkinkan pengoperasian pompa pada rentang frekuensi yang lebih luas. Dengan mengubah frekuensi akan mempengaruhi kinerja pompa, dan dapat memperbesar fleksibilitas pompa. Variable speed drive (VSD) Merupakan perangkat tambahan yang dipasang pada unit ESP yang dapat merubah frekuensi putaran pompa sehingga dapat mengatur laju putaran pompa. Unit ini terpasang pada swicthboard. Faktor-faktor yang menyebabkan perlunya penggunaan VSD : peningkatan water cut yang terlalu cepat meningkatnya tubing head pressure (THP) perubahan tekanan reservoir / perubahan PI (produksi index) komponen utama VSD : Graphical Control Sistem (GCS) berfungsi sebagai tombol pengontrol Rectifier berfungsi mengkonversi AC ke DC Link DC berfungsi menyediakan gelombang DC halus untuk inverter Inverter berfungsi perubahan DC kembali ke output tiga fase frekuensi variabel AC Melalui penggunaan VSD ini, kita dapat mengoptimalkan suatu pompa dan motor tertentu pada berbagai kondisi aplikasi. Salah satunya pada sumur minyak dengan watercut yang cukup tinggi. Selain itu juga pada sumur minyak yang memiliki GOR yang cukup
tinggi. Dengan aplikasi VSD, maka laju produksi dapat dikontrol dengan mengatur frekuensi. Dengan melakukan sensitifiti frekuensi maka kita juga dapat mensensitiviti laju produksi sumur tersebut, dari hal tersebut kita dapat menentukan laju produksi optimum dimana jumlah gas yang terproduksi masuk ke dalam pompa tidak mengganggu kinerja pompa. 3. APLIKASI LAPANGAN Sumur AK-1 merupakan sumur tua yang merupakan sumur onshore. Sumur ini berproduksi pada tahun 2008 dengan intial rate sebesar 677 BFPD dan water cut sebesar 1,16%. Tetapi seiring diproduksikan, pada bulan ke tiga sampai bulan keenam sumur mengalami kenaikan watercut yang cukup drastis. Oleh sebab itu laju produksi perlu dikontrol untuk menghambat kenaikan watercut yang drastis tersebut. Untuk melakukan kontrol terhadap rate yaitu menggunakan VSD. Sumur AK-2 pada lapangan X, sudah dipasang ESP dengan desain pompa yang laju produksinya 650 BFPD pada frekuensi 60 Hz. Tetapi pada kenyataannya di awal produksi sumur tidak dapat diproduksikan karena terlalu banyak gas bebas yang terproduksi masuk kedalam pompa sehingga menimbulkan gas lock pada pompa. Oleh karena itu, laju produksi perlu dikontrol untuk mengurangi jumlah gas terproduksi yang menghambat kinerja pompa. Untuk mengatur laju produksi yaitu menggunakan VSD. 4. ANALISA TEKNIS Pada Sumur AK-1 dari optimasi laju alir produksi yang dilakukan, terlihat di Gambar 1 bahwa usia sumur dapat diperpanjang ditandai dengan kenaikan watercut yang dapat diperlambat, walaupun laju alir minyak perharinya turun. Dengan penurunan laju alir berarti memberi kesempatan lebih kepada minyak untuk mengalir dari formasi kedalam lubang sumur sehingga mengurangi efek terjadinya coning. Apabila sumur dibiarkan dengan laju alir sekitar 680 BFPD, maka usia sumur tersebut hanya 205 hari, karena setelah itu watercutnya diprediksi akan bernilai 100%. Sedangkan dengan pengontrolan laju alir produksi, sumur tersebut mampu diperpanjang usianya menjadi 403 hari. Hasil evaluasi teknis menunjukkan walaupun laju produksi minyak berkurang tapi dari sisi kumulatif produksi meningkat dengan perbedaan sampai dengan 14,889 bbl minyak. Gambar 1. Hasil analisa watercut sumur AK-1
Kemudian keuntungan menurunkan laju alir menggunakan VSD adalah: 1. Tidak perlu mendatangkan RIG untuk mengganti pompa, 2. Dapat melakukan optimasi dari berbagai macam tingkat laju alir produksi 3. Lebih mudah dan cepat untuk dilakukan Untuk kasus sumur AK-2 karena masalah Gas Lock, maka laju alir produksi harus diturunkan agar menjaga gas yang berlebih pada posisi intake pompa. Dari hasil perhitungan secara teori laju produksi desain dapat diturunkan sampai frekuensi 45 Hz.Gas separator yang digunakan pada sumur ini mampu menangani gas bebas sebesar 65% dari fluida. Pada laju produksi desain awal 650 BFPD, volume gas bebas diperkirakan mencapai 85%. Hal ini tidak dapat di tangani oleh Gas Separator, oleh karena itu laju produksi perlu diturunkan untuk menurunkan kandungan gas bebas yang masuk kedalam pompa. Setelah dilakukan analisa sensitifiti pada berbagai harga laju produksi maka dapat diketahui laju produksi desain yang optimum dimana gas bebasnya mampu ditangani oleh Gas Separator. Dari hasil analisa pada laju produksi 500 BFPD, persentase volume gas bebas yang masuk ke dalam pompa sebesar 60 %, sehingga dapat ditangani oleh gas separator (Tabel 1). Tabel 1. Perhitungan gas bebas sumur AK-2
Gas bebas memang memberi masalah kepada sistem ESP. Apabila gas bebas yang masuk ke dalam pompa terlalu banyak maka akan dapat mengakibatkan kavitasi dan gas lock. Apabila gas bebas masuk kedalam pompa maka gas tersebut akan mengganggu putaran impeler pompa. Hal ini dapat menurunkan efisiensi dan merusak pompa. Dalam sistem ESP untuk melindungi kerusakan pompa maka bila kondisi itu terjadi, akan menimbulkan kondisi underload dan mematikan pompa secara otomatis. 5. KESIMPULAN Variable Speed Drive (VSD) dapat memperluas rentang aplikasi pompa ESP sehingga memungkinkan untuk menyesuaikan laju alir desain ESP dengan kondisi aktual sumur. Pada kasus sumur ESP dengan kenaikan watercutdrastis, VSD digunakan untuk mengontrol laju produksi sehingga dapat menanggulangi kenaikan water cut tersebut sehingga memperpanjang usia sumur, meningkatkan perolehan minyak kumulatif. Pada sumur ESP yang memproduksi gas cukup tinggi, VSD diaplikasikan untuk mengontrol laju alir produksi sehingga memberikan efek mengontrol gas bebas yang masuk kedalam pompa. Dari pengaplikasian tersebut diperoleh laju produksi optimal pada 500 BFPD dengan menggunakan VSD pada frekuensi 45 Hz. Mengontrol laju produksi dengan menggunakan VSD sangat efektif karena mampu menjaga kinerja pompa tetap berada di dalam rentang efisiensi optimumnya. 6. DAFTAR PUSTAKA Brown, K.E., 1984. The Technology Of Artificial Lift Methods. Lake, L.W., 2006. Petroleum Engineering Handbook-Society of Petroleum Engineering. Rukmana, D., Kristanto. D., dan Aji, V.D.C., 2012. Teknik Reservoir Teori dan Aplikasi. Wahyu Prasetyo, 2005. Aplikasi VSD Variable Speed Drive. www.omesh-migas08.blogspot.sg/2010/01/migas_3399.html www.vigiku.blogspot.sg/2012/09/artificial-lift.html www.bayupancoro.wordpress.com/2008/07/02/variable-speed-drive-vsd-aka-inverter/