BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP

4

Universitas Islam Riau

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP ( ESP )

ESP adalah pompa sentrifugal yang terdiri dari susunan beberapa stages

(tingkat) dipasang pada poros pompa. Satu stage terdiri dari satu impeller dan satu

diffuser. Prinsip kerja dari pompa ESP ini adalah arus listrik dari transformer

disalurkan ke peralatan bawah permukaan melalui kabel listrik yang di klem pada

tubing, dimana motor listrik akan mengubah arus listrik menjadi energi mekanik

yang berputar pada kecepatan relatif konstan, kemudian memutar pompa

(Impeller) melewati poros motor (shaft) yang disambungkan dengan bagian

protector, kemudian energi kinetis fluida diubah menjadi energi potensial oleh

diffuser, sehingga fluida tersebut akan dapat dihisap oleh impeller pada stage yang

berikutnya. Proses ini berlangsung secara terus-menerus hingga stage terakhir,

sehingga fluida akan dapat naik ke permukaan melalui tubing. Setiap tingkat

(stage) yang digunakan akan sangat menentukan besarnya kapasitas produksi

pemompaan. (Imam W.Sujomo. 1995)

Menurut Arindya,R (2011), alasan penggunaan ESP sebagai artificial lift

pada sumur-sumur minyak yaitu:

a. Jenis pompa ini dapat digunakan pada sumur-sumur yang relative

dalam dengan laju produksi dari 100 BFPD sampai 90.000 BFPD

b. Gas Oil Ratio (GOR) yang rendah sangat baik untuk penggunaan ESP

c. Panas yang dimiliki electric motor dapat menurunkan viskositas

produksi fluida, dimana dapat mencairkan fliuda dari sifat paraffin

5


Gambar 2.1 Instalasi Electric Submersible Pump (Brown, Kermit E. 1980)

2.1.1 Peralatan Electric Submersible Pump (ESP)

Berdasarkan buku dari (Baker Hughes, 2011), peralatan ESP dibagi menjadi

2 bagian, yaitu bagian permukan dan bawah permukaan. Dimana komponen

masing-masing perlatannya sebagai berikut.

A. Peralatan Permukaan (Surface Equipment)

1. Wellhead

2. Junction Box

3. Switchboard / Motor Controller

4. Transformer

B. Peralatan dibawah Permukaan (Subsurface Equipment)

1. Pompa

2. Intake (Gas separator)

3. Protector

4. Motor

6


2.1.2 Pump Performance Curve

Pump Performance Curve adalah sistem kerja pompa yang meliput

hubungan antara kapasitas BFPD yang direkomendasikan, Head-feed per stage,

horse power per stage dan effesiensi pompa. Hubungan tersebut digambarkan

berupa grafik dimana pengujian pompa tersebut dilakukan di pabrik dengan

menggunakan fluida air tawar (SG = 1), jumlah stage dan kecepatan tertentu.

Dalam membaca kurva-kurva pompa harus diperhatikan RPM yang digunakam

saat pengujian pompa tersebut.

Gambar 2.2 Pump performance curve (sumber IJP.PT.BOB)

Gambar 2.2 menunjukkan Pump performance curve dengan penjelasan

sebagai berikut :

1. Head Capacity (Kapasitas Daya Angkat)

Kurva ini menunjukkan hubungan antara total dynamic head (TDH) dengan

laju produksi pada kecepatan (RPM) konstan. Pompa baru atau yang masih baik

daya kerjanya akan berkarakteristik kerja sepanjang kurva ini.

2. Pump Efficiency (Efisiensi Pompa)

7


Laju produksi perlu dipertahankan agar pompa tetap bekerja pada effisiensi

maksimum, agar pemakaian pompa dapat bertahan lama. Laju produksi terlalu

besar dari kemampuan ESP akan menyebabkan up thrust kerusakan terjadi pada

bantalan (washer) atas. Sedangkan laju produksi terlalu kecil dari kapasitas ESP

akan menyebabkan down thrust yang akan merusak bantalan bawah. (Manajemen

Produksi Hulu Pertamina, 2003).

3. Brake Horse Power (Daya yang diperlukan)

Kurva BHP adalah kurva yang di plot berdasarkan data tes performa atau

kinerja aktual.

4. Operating Range

Merupakan range yang diperbolehkan suatu unit pompa untuk bekerja.

Pompa yang dipasang, diharapkan agar tidak melebihi batas operasi tersebut

untuk mencapai efisiensi pompa tertinggi. Operasi pompa yang diluar range nya

(terlalu sedikit atau terlalu banyak aliran) menyebabkan masalah karena efisiensi

yang rendah sehingga menimbulkan pemanasan dan keausan mekanis antara

impeller dan diffuser. Range nilai ini akan berbeda untuk tiap jenis atau tipe

pompa ESP.

2.1.3 Perencanaan Electrical Submersible Pump (ESP)

Dalam merencanakan maupun mengoptimalisasi Electrical Submersible

Pump (ESP) diperlukan berbagai macam data dan perhitungan sebagai berikut :

1. Hitung berat jenis rata-rata dan gradien tekanan menurut persamaan:

( ) ...... (1)

............................................. (2)

2. Produktivitas Indeks ( PI )

PI =

..................................................(3)

3. Penentuan Qb

Qb = PI (Ps-Pb) ..........................................(4)

4. Penentuan laju produksi maksimum (Qmax)

Qmax = (

+ Qb) ........................................... (5)

8


5. Penentuan Pump Intake Pressure (PIP)

a. Perbedaan Kedalaman = Mid Perforasi – Pump Setting Depth.......(6)

b. Perbedaan Tekanan = Perbedaan kedalaman x SGf....................(7)

c. Pump Intake Pressure (PIP) = (Pwf – Perbedaan kedalaman) x Sgf........(8)

6. Penentuan Total Dynamic Head (TDH)

a. Menentukan Fluid Over Pump (FOP)

Fluid Over Pump (FOP) = ( )

..................................... (9)

b. Menentukan Vertical Lift (HD)

Vertical Lift (HD) = Pump Setting Depth (TVD) – FOP .......... (10)

7. Menentukan Tubing Friction Loss (Hf)

Friction Loss (F) dengan volume total fluida (Vt) dapat diperoleh

menggunakan persamaan :

Friction Loss (F) = (

) (

)

................................ (11)

Tubing Friction Loss (Hf) = Friction Loss (F) x PSD (MD) ................ (12)

8. Menentukan Tubing Head ( Ht)

Tubing Head = Tubing Pressure (psi)/Gf(psi/ft) ............ (13)

9. Menentukan Total Dynamic Head (TDH)

10. Total Dynamic Head (TDH) = HD + HF+HT ........................................... (14)

11. Hitung jumlah stages yang digunakan

................................................... (15)

Head capacity didapatkan dari grafik pompa dari perusahaan berdasarkan laju

alirnya.

2.2 PERMASALAHAN SUMUR PRODUKSI ESP

Saat pengoperasian ESP, sering sekali dijumpai permasalahan yang menjadi

kendala. Permasalahan tersebut terbagi 2, diantaranya:

2.2.1 Permasalahan Akibat Kegagalan Pompa

A. Underload atau Low-amp (ampere motor rendah)

9


Menurut Sumarna,E (2011) dalam bukunya menyatakan bahwa underload

terjadi apabila arus yang digunakan lebih tinggi dari normal running ampere.

Penyebab ESP motor underload adalah :

1. Produksi kecil dan produksi banyak membawa gas

2. Voltage yang tinggi atau belebihan

3. Ukuran pompa yang terlalu besar

B. Overload Hi-Amp (ampere motor tinggi)

Menurut Sumarna,E (2011), Overload terjadi apabila arus yang digunakan

melebihi dari normal running ampere Penyebab ESP motor overload adalah :

1. Berat jenis fluida yang dipompakan bertambah (fluida bercampur

pasir atau lumpur)

2. Voltage yang rendah atau kurang

3. Pompa susah berputar (stuck)

C. Zero-Meg (motor terbakar)

Penyebab motor terbakar adalah :

1. Overload (motor hidup melebihi ampere maksimum yang

diperbolehkan).

2. Terjadi hubungan pendek arus listrik

3. Motor terlalu sering hidup mati, sehingga akan sering mengalami load

yang tinggi.

4. Gangguan pada panel Switchboard

5. Scale

D. Low Effisiensi

Penyebab pompa low effisiensi :

1. Pompa di pakai sudah melewati batas pemakaian

2. Penggunaannya tidak maksimal karena pompa telah dipakai dalam

jangka waktu yang lama

E. Fluid Not Support (FNS)

FNS atau Fluid Not Support adalah kondisi dimana fluida yang tidak dapat

mengalir ke permukaan. Adapun penyebab dari FNS adalah :

1. Pemasangan ukuran pompa yang terlalu besar

10


2. Sumur memiliki PI yang terlalu optimis (dari data swab) sehingga

tidak sesuai dengan ukuran pompa yang di desain.

3. Desain pompa yang tidak akurat karena estimate yang kebesaran

dengan kondisi aktual

2.2.2 Permasalahan Akibat Kondisi Sumur

A. Scale

Scale merupakan hasil kristalisasi dan pengendapan mineral dari formasi

air yang terproduksi bersama minyak dan gas. Jenis scale yang sering ditemui

adalah kalsium karbonat, kalsium sulfat,stronsium sulfat dan senyawa-senyawa

besi.

B. Gas Lock

Keadaan gas lock ditandai oleh adanya harga ampere yang rendah. Bila

harga ampere merosot hingga di bawah underload (batas bawah harga ampere)

maka pompa otomatis berhenti.

C. Pressure Drop adalah turunnya tekanan sumur pada waktu diproduksikan

D. Perubahan Temperatur, sejalan dengan berubahnya temperature (ada

kenaikan suhu) maka akan terjadi penguapan kemudian terjadi perubahan

kelarutan yang akan mempunyai akibat yang sama dengan perubahan tekanan,

karena perubahan tekanan akan mengakibatkan terjadinya temperature.

E. Mishandling

Pada dasarnya peralatan ESP memiliki prosedur penanganan khusus,

secara fisik perbandingan panjang dengan diameter sangat besar, khususnya pada

motor dan pompa. Mishandling merupakan kesalahan dalam penanganan yang

tidak sesuai standar operasi prosedur atau biasanya disebut dengan Human Error.

Sebagai contoh motor dengan panjang 30 ft hanya berdiameter 5,5 inchi dengan

beban dari motor itu sendiri jika diangkat dengan tidak baik mengakibatkan

deflect (bengkok), deflect berlebihan yang diakbatkan penanganan yang salah

akan merupakan masalah bagi motor tersebut. Berdasar penjelasan di atas,

peralatannya seperti motor, protector, pompa dan lain-lain ke dalam sebuah

shipping box steel. Selain itu juga sebagai pelindung terhadap benturan fisik

11


selama pengiriman. Permasalahan dikarenakan kesalahan penanganan

(mishandling) berhubungan dengan memasang (Installation) atau memsukkan

unit pompa ke dalam sumur dan kondisi peralatan (Assembly).

F. Gassy

Gassy merupakan kondisi dimana masuknya gas bebas ke dalam fluida

produksi yang lebih berat (minyak), sehingga membuat gas yang terproduksi

terlebih dulu dibanding fluida dan membuat pompa tidak bekerja maksimal karena

sebagian besar ruang sudah terisi oleh gas. Untuk mengantisipasi gassy ini dapat

dipasang komponen AGH pada ESP.

2.3 TROUBLESHOOTING

Tujuan dari pengerjaan ini adalah untuk membantu engineer atau teknisi

dalam pengecekan operasi electic submersible pump untuk mengetahui penyebab

permasalahan pada komponen dan menyediakan rekomendasi agar mengurangi

atau mencegah.

2.3.1 Ampchart (Ammeter Chart)

Ampchart merupakan salah satu alat yang paling bernilai untuk

mendiagnosa masalah di dalam lubang sumur. Suatu kondisi yang dapat di

diagnosa dengan sebetulnya dapat membantu untuk mengambil tindakan yang

tepat tanpa perlu mengangkat peralatan pompa ke permukaan atau bila harus

mengangkatnya, keputusan yang lebih baik telah dapat ditentukan sebelumnya.

Ampchart memang bukan alat diagnostik satu-satunya tetapi ampchart lebih

penting karena dapat menunjukan apa yang terjadi pada unit ini selama unit ini

berjalan. Ampmeter sendiri mempunyai suatu alat pencatat melingkar (round

recording chart) dengan sebuah pena yang bergerak masuk atau keluar

berdasarkan jumlah arus listrik yang berada di dalam switchboard. Berikut ini

merupakan permasalaha sumur yang dapat dibaca oleh ampchart :

A. Pompa berjalan normal

Pada kondisi operasi normal, perekam ammeter akan menggambar kurva

simetris dan halus. Realisasi operasi normal dapat menghasilkan kurva yang

12


sedikit diatas atau dibawah ampere name plate tetapi selama kurva simetris dan

konsisten dari hari ke hari, sistem ini beroperasi dengan benar, contoh pada

gambar 2.3

Gambar 2.3 Pompa berjalan normal (Baker Huges, 2008)

B. Gassy

Kondisi ini biasanya terjadi pada sumur yang mengandung gas ringan

(associated gas), dimana minyak yang mengandung gas atau emulsi gas, minyak

atau air masuk ke dalam pompa. Hal ini dapat diatasi dengan memasang gas

separator pada rangkaian pompa, sebagai pengganti pump intake. Pada gambar

2.4 terlihat kurva ampere bergerak secara tidak teratur mulai dari awal

Gambar 2.4 Ampchart – gassy (Baker Huges, 2008

13


C. Beban Rendah

Grafik pada gambar 2.5, yaitu menunjukkan pompa dijalankan (distart)

dengan normal tetapi diikuti dengan penurunan harga ampere secara bertahap,

selanjutnya terjadi keadaan tanpa beban untuk beberapa saat dan akhirnya terjadi

kerusakan pada unitnya dan pompa berhenti karena overload (beban berlebih).

Grafik ini menandakan pompa yang salah desain (ukurannya), atau salah

melakukan penyetelan pelindung beban rendahnya (underload protection relay),

kesalahan tersebut mengakibatkan tertahannya fluida produksi, sehingga motor

bekerja pada keadaan tanpa beban. Selanjutnya karena tidak ada aliran maka tidak

terjadi pendinginan motor sehingga timbul panas dan ini menyebabkan overload

(beban berlebih) dan akhirnya motor mati.

Gambar 2.5 Beban Rendah (Baker Huges, 2008)

D. Beban berlebih.

Grafik pada gambar 2.6, titik A pada gambar adalah saat dijalankan;

biasanya menunjukkan harga ampere yang meningkat, B adalah pada keadaan

pompa bekerja normal, C menunjukkan kenaikan beban hingga mencapai batas

tertinggi (overload) dan akhirnya pompa mati.

14


Gambar 2.6 Beban Berlebih (Over Load) (Baker Huges, 2008)

2.4 PREMATURE FAILURE

Dalam pengoperasia Electrical Submersible Pump (ESP) memiliki banyak

masalah yang sering timbul, diantaranya tidak sesuainya laju produksi yang

diinginkan dengan laju produksi sebenarnya. Kondisi tersebut dapat disebabkan

karena adanya gas lock, kepasiran, scale, viscous serta tidak sesuainya ukuran

pompa yang di pasang pada sumur. Namun ada juga yang mengalami kerusakan

diawal produksi yang sering disebut premature failure.

Premature failure adalah kondisi abnormal yang terjadi pada electrical

submersible pump dimana umur pompa atau run life pompa yang sebelumnya

panjang tiba-tiba menjadi begitu singkat. Kegagalan yang biasanya terjadi pada

saat premature failure adalah Fluida Not Support (FNS) serta adanya partikel-

partikel seperti pasir dan scale yang menghambat kinerja pompa.

2.5 PEKERJAAN DISMANTLE

Pekerjaan dismantle merupakan salah satu prosedur pekerjaan yang

dilakukan untuk menganalisa dan menentukan masalah pada pompa produksi

minyak tidak terkecuali pompa ESP. Pekerjaan dismantel dilakukan apabila

terjadi permasalahan saat ESP yang beroperasi memiliki run life kecil dari 90 hari

15


atau premature failure (Tergantung Kontrak Perusahaan) dengan cara mencabut

unit ESP dan di analisa di central shop satu per satu. Berdasarkan rufe of term

perusahaan, apabila run life ESP lebih dari 90 hari maka tidak perlu dilakukan

pekerjaan dismantle. Hal ini bergantung kepada keputusan dari pihak perusahaan

mengenai tindakan selanjutnya. Namun sebaliknya apabila run life ESP kecil dari

90 hari atau premature failure maka akan dilakukan pekerjaan dismantle yang

mana dilakukan program Well Service dengan mencabut unit ESP lalu dibawa ke

Central Shop untuk dilakukan identifikasi mengenai permasalahan yang terjadi

pada komponen ESP. Kemudian,setelah dianalisis maka hasil akhir pekerjaan

dismantle akan dibuat di laporan ESP Pullling Report oleh pihak company.

2.6 SWAB TEST DAN SONOLOG TEST

2.6.1 Swab Test

Swab test dan swabbing job adalah pekerjaan dengan prosedur yang sama,

data dari hasil swab test menunjukkan tingkat produktivitas interval perforasi

(lapisan) yang di uji.

Tujuan swab test adalah untuk menentukan production rate atau laju alir

produksi saat pengujian melalui prosedur pengangkatan fluida untuk sekali run

sehingga laju alirnya mencapai konstan. Selain itu, tujuan lain swab test adalah

untuk melakukan production test melalui penentuan SFL (static fluid level) dan

WFL (working fluid level) serta untuk mengambil sampel fluida dari lapisan yang

di uji untuk di ukur water cut dari fluida tersebut. Ketiga data tersebut berguna

untuk menentukan parameter reservoir performance, seperti Productivity Index

(PI), laju alir (q) dan tekanan reservoir masing-masing lapisan. Semua data yang

diperoleh akan digunakan untuk menentukan jenis dan ukuran pompa yang akan

dipasang pada sumur.

Data yang didapat dari hasil swab : Initial/Static Fluid level (IFL/SFL), Low

Fluid Entrance (LFE), Tubing Load, Casing Load, Total Load, Total Recovery,

Formation Fluid Recovery, Working Fluid level (WFL), Flow rate per day (Q),

Productivity Index (PI), Rate maximal (Q max), Water Cut (WC).

16


2.6.2 Sonolog Test

Sonolog Test merupakan uji yang dilakukan untuk mengetahui ketinggian

kolom fluida pada sumur, baik sumur produksi dalam kondisi hidup atau dalam

keadaan pompa bekerja (Working Fluid level), maupun sumur produksi dalam

kondisi mati atau dalam keadaan pompa dimatikan (Static Fluid level). Test ini

dilakukan dengan menggunakan sonolog unit. Sonolog unit adalah peralatan

acoustic penghasil gelombang suara.

Teknik pemantulan gelombang bunyi untuk mengetahui efek pantulannya

dari sumur telah dikenal selama 50 tahun Pada awalnya, penggunaannya terbatas

hanya untuk mengetahui adanya cairan di anulus di atas pompa. Kemudian setelah

pengembangan teknik pemantulan gelombang bunyi, beberapa operator dapat

membuat interpretasi dari rekaman data. (Taryana,N,2014).

Amperianto,A.(2007) dalam paper nya mengemukakan bahwa semakin

tinggi fluid level maka semakin besar pula fluida yang dapat diproduksikan karena

tekanannya masih besar. Fluid level ini dapat menentukan ukuran dan setting

depth pompa yang akan dipasang. Ketinggian fluida diatas pompa (fluid above

pump) yang aman berkisar antara 300 – 400 ft. Jika kurang dari ketinggian

tersebut pompa akan cepat panas atau bisa terjadi masalah FNS yang dapat

merusak pompa. Sedangkan setelah sumur diproduksikan, penentuan fluid level

sangat diperlukan untuk mengetahui apakah sumur tersebut masih support untuk

pompa yang sebelumnya dipasang. Suatu sumur dikatakan masih support untuk

ukuran suatu pompa jika WFL sumur tersebut sekitar 300-400 ft diatas pump

setting depth. Istilah support disini menandakan bahwa pompa yang digunakan

dapat menghisap fluida dari dalam sumur dengan efisiensi optimal dan tidak

merusak pompa.

Dalam pengambilan data test dengan menggunakan sonolog unit sering

sekali terjadi kesalahan yang disebabkan oleh faktor-faktor berikut :

1. Keberadaan foam, keberadaan gas pada sumur akan mengakibatkan

kesalahan interpretasi data sehingga data yang diambil menjadi lebih

dangkal dari pada data sebenarnya.

17


2. Kesalahan pembacaan chart, hal ini terjadi jika dalam menentukan batas

atas sumur dan batas level fluida dalam sumur terjadi kesalahan.

3. Adanya kebocoran pada tubing atau tubing leak.

4. Tidak terconnect nya cable dari gas gun ke leptop sehingga pembacaan

chart tidak dapat dilakukan.

Documents

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP