BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1

Teori Optimasi Optimasi merupakan pendekatan normatif dengan mengidentifikasi

penyelesaian terbaik dari suatu permasalahan yang diarahkan pada titik maksimum atau minimum suatu fungsi tujuan. Optimasi produksi diperlukan perusahaan dalam rangka mengoptimalkan sumberdaya yang digunakan agar suatu produksi dapat menghasilkan produk dalam kuantitas dan kualitas yang diharapkan,

sehingga

perusahaan

dapat

mencapai tujuannya. Optimasi

produksi adalah penggunaan faktor-faktor produksi yang terbatas seefisien mungkin. Faktor-faktor produksi tersebut adalah modal, mesin, peralatan, bahan baku, bahan pembantu dan tenaga kerja. Berdasarkan langkah-langkah optimasi setelah masalah diidentifikasi dan tujuan ditetapkan maka langkah selanjutnya adalah memformulasikan model matematik yang meliputi tiga tahap, yaitu: 1. Menentukan variabel yang tidak diketahui (variabel keputusan) dan nyatakan dalam simbol matematik. 2. Membentuk fungsi tujuan yang ditunjukkan sebagai hubungan linier (bukan perkalian) dari variabel keputusan. 3. Menentukan

semua

kendala

masalah

tersebut

dan

mengekspresikan dalam persamaan atau pertidaksamaan yang juga merupakan

hubungan

linier

dari

variabel

keputusan

mencerminkan keterbatasan sumberdaya masalah tersebut.

7

http://digilib.mercubuana.ac.id/

yang

8

Setiap

perusahaan

akan

berusaha

mencapai

keadaan

optimal

dengan memaksimalkan keuntungan atau dengan meminimalkan biaya yang dikeluarkan dalam proses produksi. Perusahaan mengharapkan hasil yang terbaik

dengan keterbatasan

sumberdaya

yang

dimiliki,

namun

dalam

mengatasi permasalahan dengan teknik optimasi jarang menghasilkan suatu solusi yang terbaik. Hal tersebut dikarenakan berbagai kendala yang dihadapi berada diluar jangkauan perusahaan. Optimasi dapat ditempuh dengan dua cara yaitu maksimisasi dan minimisasi. Maksimisasi adalah optimasi produksi dengan menggunakan atau mengalokasian input yang sudah tertentu untuk mendapatkan keuntungan yang maksimal.

Sedangkan

minimisasi

adalah

optimasi

produksi

untuk

menghasilkan tingkat output tertentu dengan menggunakan input atau biaya yang paling minimal. Persoalan optimasi dibagi menjadi dua jenis yaitu tanpa kendala dan dengan kendala. Pada optimasi tanpa kendala, faktor-faktor yang menjadi kendala atau keterbatasan-keterbatasan yang ada terhadap fungsi tujuan diabaikan sehingga dalam menentukan nilai maksimum atau minimum tidak terdapat batasan-batasan terhadap berbagai pilihan alternatif yang tersedia. Sedangkan pada optimasi dengan kendala, faktor-faktor kendala

terhadap

fungsi

tujuan

diperhatikan

maksimum atau minimum fungsi tujuan. Optimasi dasarnya fungsi

merupakan menjadi

persoalan

maksimum

yang

menjadi

dalam menentukan titik dengan

kendala

pada

dalam menentukan nilai variabel suatu atau

minimum

dengan

memperhatikan

keterbatasan-keterbatasan yang ada. Keterbatasan-keterbatasan itu meliputi input atau faktor-faktor produksi seperti modal, bahan baku, tenaga kerja dan


9

mesin. Optimasi produksi dengan kendala perlu memperhatikan faktor-faktor yang menjadi kendala pada fungsi tujuan karena kendala menentukan nilai maksimum dan minimum. matematis

yang

Fungsi

digunakan

untuk

tujuan

merupakan

mempresentasikan

suatu

pernyataan

kriteria

dalam

mengevaluasi solusi suatu masalah. Fungsi tujuan dalam teknik optimasi produksi merupakan unsur yang penting karena akan menentukan kondisi optimal suatu keadaan. Fungsi tujuan dan kendala merupakan suatu fungsi garis lurus atau linier. Salah satu metode untuk memecahkan masalah optimasi produksi yang mencakup fungsi tujuan dan kendala adalah metode Linear Programming. Linear Programming adalah suatu

teknik

perencanaan

analitis

dengan

menggunakan model matematika yang bertujuan untuk menemukan beberapa kombinasi alternatif solusi. 2.2

Optimasi Model Pengambilan Keputusan

2.2.1 Pengaruh Ketersediaan Data Terhadap Pemodelan Apapun jenis model, akan memiliki sedikit nilai praktis jika tidak didukung oleh data yang handal. Walaupun sebuah model didefenisikan dengan baik,

mutu pemecahannya akan bergantung pada seberapa baik kita dapat

mengestimasi data. Jika estimasi tersebut terdistorsi, pemecahan yang diperoleh, walaupun optimal dalam arti matematis, pada kenyataannya dapat bermutu rendah dari sudut pandang sistem nyata. Dalam beberapa permasalahan, data tidak dapat

diketahui

dengan

pasti sehingga data tersebut dapat

berdasarkan distribusi probabilitas. Pada permasalahan

tersebut,

diestimasi struktur

model kemungkinan perlu diubah untuk mengakomodasi sifat probabilistik


10

dari permintaan. Jadi berdasarkan ketersediaan data, pemodelan sistem dapat dibagi menjadi 2 jenis model, yaitu model probabilistic atau stokastik dan model deterministic. 2.2.2

Penyelesaian Terhadap Model Pengambilan Keputusan Pengambilan keputusan adalah suatu proses yang dikembangkan secara

bertahap dan sistematis. Tidak semua proses pengambilan keputusan dapat dikembangkan secara sistematis

dan

bertahap.

Bertahap

dan

sistematis

artinya memiliki kriteria yang sistematis melalui sistem prosedur tertentu yang jelas dan teratur. Suatu kriteria yang baik haruslah mempunyai suatu ukuran atau nilai yang jelas, dapat dipergunakan untuk menilai berbagai alternatif pilihan, dan dapat dengan mudah dihitung dan dijabarkan. Selanjutnya untuk menambah

pemahaman

diterangkan

mengenai

tentang salah

model

satu

pengambilan

model

matematis

keputusan, yang

akan

prosesnya

dikembangkan secara bertahap dan sistematis dalam proses pengambilan keputusan, yaitu Linear Programming. 2.2.3 Pengantar Linear Programming Linear Programming adalah suatu teknik aplikasi matematika dalam menentukan pemecahan masalah yang bertujuan untuk memaksimumkan atau meminimumkan sesuatu yang dibatasi oleh batasan-batasan tertentu, dimana hal ini dikenal juga sebagai teknik optimasi. Linear Programming merupakan suatu model umum yang dapat digunakan dalam pengalokasian suatu

teknik

sumber-sumber operasi

pada

yang

terbatas

akhirnya

pemecahan

masalah

secara optimal. Keberhasilan

diukur

berdasarkan penyebaran

penggunaannya sebagai alat pengambilan keputusan. Sejak diperkenalkan diakhir


11

1940-an, Linear Programming telah terbukti merupakan salah satu alat riset operasi yang paling efektif. Keberhasilannya berakar dari keluwesannya dalam menjabarkan berbagai situasi kehidupan nyata diberbagai bidang pekerjaan, yaitu militer, industri, pertanian, transportasi, ekonomi, kesehatan, dan bahkan ilmu sosial dan perilaku. Disamping itu, tersedianya program komputer yang sangat efisien untuk memecahkan masalah-masalah Linear Programming yang sangat luas merupakan faktor penting dalam tersebarnya penggunaan teknik ini. Kegunaan Linear Programming adalah lebih luas daripada aplikasinya semata. Pada kenyataannya, Linear Programming harus dipandang sebagai dasar penting untuk pengembangan teknik-teknik operasi riset lainnya. Linear Programming adalah sebuah alat deterministik, yang berarti bahwa sebuah parameter model diasumsikan diketahui dengan pasti. Tetapi dalam kehidupan nyata, jarang seseorang menghadapi masalah di mana terdapat kepastian yang sesungguhnya. Teknik Linear Programming mengkompetisi kekurangan ini dengan memberikan analisis pasca optimum dan analisis parametrik yang sistematis untuk memungkinkan pengambil keputusan yang bersangkutan untuk memuji sensitivitas pemecahan

optimum

terhadap perubahan diskrit atau kontinu dalam berbagai

yang

parameter

statis dari

model tersebut. Pada intinya, teknik tambahan ini memberikan dimensi dinamis pada sifat pemecahan Linear Programming yang optimum. Tujuan dari Linear Programming adalah suatu hasil yang mencapai tujuan yang ditentukan (optimal) dengan cara yang paling baik diantara semua alternatif yang mungkin Meskipun

dengan

batasan

mengalokasika sumber-sumber

sumber daya


daya

yang

tersedia.

kepada kegiatan-kegiatan

12

merupakan

jenis

aplikasi

yang

paling umum,

Linear

Programming

mempunyai banyak aplikasi penting lainnya. Sebenarnya, setiap masalah yang metode matematisnya sesuai dengan format umum bagi Linear Programming merupakan masalah bagi Linear Programming. Selanjutnya suatu prosedur penyelesaian yang sangat efisien, dinamakan metode simpleks, tersedia untuk menyelesaiakan masalah-masalah Linear Programming. Linear Programming merupakan masalah pemrograman yang harus memenuhi tiga kondisi berikut: 1. Variabel-variabel keputusan yang terlibat harus positif. 2. Kriteria-kriteria untuk memilih nilai terbaik dari variabel keputusan dapat diekspresikan sebagai fungsi linier. Fungsi kriteria ini biasa disebut fungsi objektif. 3. Aturan-aturan

operasi

diekspresikan sebagai

yang suatu

mengarahkan set

proses-proses

persamaan

atau

dapat

pertidaksamaan

linier. Set tersebut dinamakan fungsi pembatas. 2.2.4 Kelebihan dan Kekurangan Linear Programming Sebagai

alat

kuantitatif

untuk

melakukan

pemrograman,

Linear

Programming mempunyai beberapa kelebihan dan kekurangan. Kelebihankelebihan dari Linear Programming yaitu: 1. Mudah digunakan terutama jika menggunakan alat bantu komputer. 2. Dapat menggunakan banyak variabel sehingga berbagai kemungkinan untuk memperoleh pemanfaatan sumber daya yang optimal dapat dicapai. 3. Fungsi

tujuan

dapat

difleksibelkan

sesuai

penelitian atau berdasarkan data yang tersedia.


dengan

tujuan

13

Kekurangan-kekurangan dari Linear Programming yaitu: 1.

Apabila alat bantu komputer tidak tersedia, maka Linear Programming dengan menggunakan banyak variabel akan menyulitkan analisisnya bahkan mungkin tidak dapat dikerjakan secara manual. Metode ini tidak dapat digunakan secara bebas dalam setiap kondisi, tetapi dibatasi oleh asumsi-asumsi.

2.

Metode ini hanya dapat digunakan untuk satu tujuan misalnya hanya untuk maksimisasi keuntungan atau minimisasi biaya.

2.3

Teori Pompa ESP (Electric Submersible Pump) Sumur-sumur

produksi

minyak

pada

keadaan

tertentu

dapat

berproduksi secara alami (natural flow), dimana tekanan alir reservoir cukup kuat untuk mengalirkan fluida hidrokarbon ke permukaan bumi sesuai kemampuannya. Sumur-sumur natural flow tidak memerlukan tenaga bantuan artificial lift sampai tekanan alir dasar sumur melemah/menurun atau tekanan hidrostatiknya naik dikarenakan kenaikan kadar air produksi. Namun

ada juga

sumur-sumur

produksi

yang pada

saat

well

completion sudah mempunyai harga tekanan alir dasar sumur yang lebih rendah dari tekanan hidrostatik dan tekanan alir di wellhead, sehingga harus digunakan sistem pengangkatan buatan yang sesuai dengan kondisi dan sifatsifat reservoir, fluida dan sumurnya untuk memproduksi minyak ke permukaan. Electric Submersible Pump (ESP) merupakan salah satu sistem pengangkatan buatan yang dipakai oleh CNOOC SES Ltd. ESP cocok digunakan pada kondisi laju alir produksi > 2000 B/D, harga WC tinggi, GLR rendah, kedalaman < 8000 ft, temperatur < 250 oF (kondisi standar) dan < 350 oF (spesial kabel


14

dan motor) dan mekanisme pendorong water drive. Pada sub-bab ini akan membahas prinsip-prinsip dasar yang melatarbelakangi penggunaan ESP. 2.3.1 Produktivitas Formasi Produktivitas formasi merupakan kemampuan dari batuan (formasi) untuk mengalirkan fluida reservoir ke dalam/dasar sumur pada kondisi tekanan tertentu. Sumur-sumur yang baru umumnya mempunyai tenaga pendorong alamiah yang mampu mengalirkan fluida hidrokarbon dari reservoir ke permukaan dengan tenaganya sendiri. Penurunan kemampuan produksi terjadi dengan berjalannya waktu produksi dimana kemampuan dari formasi untuk mengalirkan fluida tersebut akan mengalami penurunan yang besarnya sangat

tergantung

pada penurunan tekanan reservoir. Untuk mengetahui

kemampuan sumur berproduksi pada setiap saat, maka digunakan konsep “Productivity index“, Sedangkan kelakuan formasi produktif dinyatakan dalam bentuk grafis yang dikenal dengan grafik Inflow Performance Relationship (IPR). 2.3.2 Productivity Index (PI) Index Produktivitas (PI) merupakan index yang digunakan untuk menyatakan kemampuan suatu formasi untuk berproduksi pada suatu beda tekanan tertentu atau merupakan perbandingan antara laju produksi yang dihasilkan formasi produktif pada drawdown yang merupakan beda tekanan dasar sumur saat kondisi statis (Ps) dan saat terjadi aliran (Pwf). Secara matematis dapat dituliskan dalam bentuk persamaan:

PI 

q Ps  Pwf

..................................................................... (2-1)


15

dimana: PI

= productivity index, bpd/psi

q= laju produksi cairan total, bbl/day Ps

= tekanan statis reservoir, psi

Pwf

= tekanan dasar sumur sewaktu terjadi aliran, psi

Atau PI dapat juga ditentukan dengan cara:

PI 

q (WFL - SFL) ............................................ (2-2)

dimana: PI

= Produktivity Index, bbl/hari/ft

q

= Laju produksi aliran total, bbl/hari

SFL

= Static Fluid Level, ft

WFL

= Working Fluid Level, ft.

Gambar 2.1 Kurva PI dan Pwf (persamaan 2-1) 2.3.3 Inflow Performance Relationship (IPR) Tujuan menentukan potensi sumur minyak adalah untuk menghitung kemampuan reservoir mengalirkan minyak ke dalam sumur. Kemampuan ini merupakan hubungan antara tekanan alir dasar sumur terhadap laju produksi dan


16

dinyatakan dalam bentuk kurva (Inflow Performance Relationship Curve). Ada 3 metode kurva IPR yaitu kurva IPR satu fasa (Darcy), kurva IPR dua fasa (Vogel) dan kurva IPR tiga fasa (Pudjo Sukarno). 2.3.3.1 Kurva IPR Satu Fasa Aliran fluida dalam media berpori telah dikemukakan oleh Darcy (1856) dalam persamaan:

v

q k dP  ...................................................................................(2-3) A  dL

dimana: v = kecepatan aliran, cm/sec q = laju aliran fluida, cc/sec A = luas penampang media berpori, cm2 k = permeabilitas, darcy  = viskositas fluida, cp P = gradien tekanan dalam arah aliran, atm/cm. L

Persamaan tersebut mencakup beberapa anggapan, diantaranya adalah: 1.

Aliran mantap (steady state).

2.

Fluida yang mengalir satu fasa.

3.

Tidak terjadi reaksi antara batuan dengan fluidanya.

4.

Fluida bersifat incompresible.

5.

Viscositas fluida yang mengalir konstan.

6.

Kondisi aliran isotermal.


17

7.

Formasi homogen dan arah aliran horizontal. Persamaan diatas selanjutnya dikembangkan untuk kondisi aliran radial,

dimana dalam satuan lapangan persamaan tersebut berbentuk:

q

0,007082.k .h.( PS  Pwf )  O BO ln(re  rw )

................................................................. (2-4)

dimana: q

= Laju produksi, BPD.

k

= Permeabilitas efektif minyak, md.

h

= Ketebalan formasi produktif, ft.

Pr

= Tekanan formasi, Psi.

Pwf = Tekanan alir dasar sumur, Psi. μo

= Viscositas, cp.

Bo

= Faktor volume formasi, bbl/stb.

re

= Jari-jari pengurasan sumur, ft.

rw

= Jari-jari sumur, ft.

2.3.3.2 Kurva IPR Dua Fasa Untuk perhitungan aliran dua fasa, Vogel telah memberikan persamaan umum berikut: qt qt max

 Pwf  1  0.2  Pr

 P   0.8 wf   Pr

2

  ..........................................................(2-5) 

dimana: qt

= Laju produksi total, BPD.

qt max = Laju produksi total maksimum, BPD.


18

Pr

= Tekanan formasi, Psi.

Pwf

= Tekanan alir dasar sumur, Psi.

Persamaan diatas akan tepat digunakan untuk persentasi air hingga 50 %. 2.3.3.3 Kurva IPR Tiga Fasa Metode ini dikembangkan dengan 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 dari reservoir menuju lubang sumur. 3. Persentase/kadar air dalam laju produksi total Water Cut (WC) diketahui. Dalam Metode Pudjo Sukarno membuat persamaan sebagai berikut: 2

P   Pwf  qo   A2  wf  ............................................ (2-6)  A0  A1  qt max  Pr   Pr  dimana: An = konstanta persamaan (n = 0, 1 dan 2) dimana harganya berbeda untuk water cut yang berbeda. Hubungan antara konstanta tersebut dengan water cut ditentukan pula dengan analisis regresi:

An  C0  C1 WC   C2 WC  ................................................................ (2-7) 2

dimana: Cn = konstanta untuk masing-masing harga An (dalam Tabel 2.1). Pada umumnya fluida yang mengalir dari formasi ke lubang sumur terdiri dari tiga fasa, yaitu gas, minyak dan air, maka dalam pengembangan kelakuan


19

aliran tiga fasa dari formasi ke lubang sumur dapat menggunakan analisis regresi dari Metode Pudjo Sukarno. Untuk menyatakan kadar air dalam laju produksi total digunakan parameter water cut, yaitu perbandingan laju produksi air dengan laju produksi cairan total. Harga water cut berubah sesuai dengan perubahan tekanan alir dasar sumur, yaitu makin rendah tekanan alir dasar sumur, makin tinggi harga water cut. Tabel 2.1 Konstanta Cn Untuk Masing-Masing An8) A n

C0

C1

C2

A 0

0.980321

0.115661  10-1

0.179050  10-4

0.392799  10-2

0.237075  10-5

0.762080  10-2

0.202079  10-4

A 1

0.414360

A 2

0.564870

Sedangkan hubungan antara tekanan alir dasar sumur terhadap water cut dapat dinyatakan sebagai Pwf/Pr terhadap WC/(WC @ Pwf = Pr), dimana (WC @ Pwf = Pr) telah ditentukan dengan analisis regresi dan menghasilkan persamaan berikut:





WC  P1  Exp P2 Pwf / Pr .....................................................(2-8) WC @ Pwf  Pr


20

Dimana harga P1 dan P2 tergantung dari harga water cut dan dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

P1  1.606207  0.130447 Ln(WC )...................................................... (2-9) P2  0.517792  0.110604  Ln(WC ) ................................................ (2-10) Dimana water cut dinyatakan dalam persen (%) dan merupakan data uji produksi. 2.4 Aliran Fluida Dalam Pipa Aliran fluida dalam pipa dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik fluida, friction loss serta gradien tekanan fluida, sub-bab ini akan membahas pengaruh tersebut terhadap aliran fluida dalam pipa. 2.4.1 Sifat Fisik Fluida Sifat fisik fluida (gas, minyak dan air) perlu diketahui karena merupakan variabel utama aliran fluida dalam media berpori maupun dalam pipa. Sifat fisik fluida yang akan dibahas adalah sifat fisik fluida yang mempengaruhi perencanaan

Electric

Submersible

Pump

(ESP)

yaitu

kelarutan

gas

dalamminyak (Rs); Faktor Volume Formasi (FVF), Viskositas (μ), serta Specific Gravity Fluida (SG). Sifat fisik tersebut dinyatakan sebagai fungsi tekanan, untuk suatu temperatur tertentu dan dapat diperoleh dari hasil pengukuran di laboratorium terhadap contoh fluida, baik yang diperoleh dari permukaan maupun dari dasar sumur. Hasil pengukuran tersebut tidak dapat digunakan untuk perhitunganperhitungan secara umum sehingga dikembangkan suatu korelasi-korelasi perhitungan sifat fisik fluida yang diperoleh dari data laboratorium dan diolah dengan data statistik.


21

a. Kelarutan Gas Dalam Minyak (Rs) Sistem minyak pada tekanan yang tinggi, gas mula-mula terlarut dalam minyak, seiring terjadinya penurunan tekanan, fasa gas yang mula-mula terlarut dalam minyak akan terbebaskan dari larutan minyak. Jumlah gas yang terlarut akan tetap konstan sampai mencapai tekanan saturasi (Bubble Point Pressure-Pb).

Gambar 2.2 Rs Sebagai Fungsi Tekanan5) b. Faktor Volume Formasi (FVF) Faktor volume formasi diperlukan untuk memperkirakan volume fluida pada suatu tekanan dan temperatur tertentu. Perubahan volume fluida yang

menyertai

perubahan

tekanan

dan

temperatur

terbebaskannya gas sebagai akibat perubahan tersebut.


disebabkan

oleh

22

Gambar 2.3 Hubungan Faktor Volume Formasi Minyak dengan Tekanan5) c. Viskositas ( μ ) Viskositas

merupakan

keengganan

suatu

fluida

untuk

mengalir.

Harga viskositas ini dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan, pada temperatur yang tinggi harga viskositas fluida akan mengecil dan sebaliknya pada temperatur rendah harga viskositas akan semakin besar.

Gambar 2.4 Hubungan

Viskositas

Minyak

Reservoir5)


Dengan

Tekanan

23

d. Specific Gravity Fluida (SG) Specific Gravity fluida (SG) adalah perbandingan antara densitas fluida tersebut dengan fluida yang lain pada kondisi standart (14.7 psi, 60o F). Untuk menghitung besarnya SG fluida tertentu, biasanya air diambil sebagai patokan densitas sebesar 62.40 lb/cuft. Spesific Gravity fluida (SGf) dapat dihitung apabila harga spesific gravity air (SGw) dan spesific gravity minyak (SGo) serta watercut (WC) diketahui, yaitu dengan menggunakan persamaan berikut :

SGf  1 - WC x SGo  WC x SGw ................................................... (2-11) dimana: SGf

= Spesific gravity fluida

SGo

= Spesific gravity minyak

SGw

= Spesific gravity air

WC

= Water cut, fraksi

2.4.2 Friction Loss Persamaan gradien 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 kinetik. Fluida yang mengalir di dalam pipa maka akan mengalami tegangan geser (shear stress) pada dinding pipa, sehingga terjadi kehilangan sebagian tenaganya


24

yang sering disebut dengan friction loss. Darcy dan Weisbah’s menghitung kehilangan energi karena gesekan dengan persamaan: h=f

Lv 2 .......................................................................................... (2-12) d  2g

dimana: h = Friction loss, ft f = Friction factor L = Panjang pipa, ft v = Kecepatan aliran rata-rata dalam pipa, ft/s2 d = Diameter pipa, inch g = Percepatan gravitasi Berdasarkan persamaan diatas, William-Hazen membuat suatu persamaan empiris untuk friction loss (hf), yaitu:

100  hf  2,0830  C 

1,85

 Q1,85   4,8655  ............................................................(2-13)  ID 

dimana: hf C

= Friction loss, psi per 1000 ft = Koefisien friksi; 94 (tubing lama > 10 tahun) dan 120 (tubing baru)

Q

= Laju produksi, gallon/menit

ID

= Diameter dalam pipa, inchi

Berdasarkan persamaan tersebut, William-Hazen membuat Grafik friction loss seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.5.


25

Gambar 2.5 Grafik Friction Loss Berdasarkan Persamaan WilliamHazen8)

2.5

Electric Submersible Pump (ESP) Electric Submersible Pump (ESP) merupakan salah satu artificial lift

yang menggunakan pompa sentrifugal bertingkat banyak, dimana setiap tingkat terdiri dari dua bagian, yaitu impeller (bagian yang berputar) dan diffuser (bagian yang diam) serta memiliki poros yang dihubungkan langsung dengan motor penggerak. Motor penggerak ini menggunakan tenaga listrik yang di supplai dari permukaan dengan perantaraan kabel listrik. Sedangkan sumber listrik diambil dari power plant yang ada di lapangan minyak.


26

Gambar 2.6 Jenis Pompa ESP 2.5.1 Peralatan Electric Submersible Pump Secara umum peralatan Electric Submersible Pump (ESP) terdiri dari dua bagian, yaitu: peralatan bawah permukaan dan peralatan atas permukaan. Susunan lengkap peralatan ESP dapat dilihat pada Gambar 2.7.


27

Gambar 2.7 Susunan lengkap peralatan ESP 2.5.2 Peralatan di Bawah Permukaan Peralatan

bawah

permukaan

dari

ESP

terdiri

dari

centralizer,

pressure sensing instruments, electric motor, protector, intake, pump unit, electric cable, check valve, dan bleeder valve. Dalam kondisi kerja, unit bawah permukaan ditenggelamkan dalam fluida dengan disambung tubing yang kemudian digantungkan pada well head. a. Centralizer Centralizer atau sering digunakan Entry Guide (Gambar 2.8) berfungsi untuk menjaga kedudukan motor dan unit pompa berada ditengah sehingga pendinginan dapat tercapai dengan baik. Juga dalam beberapa kasus dapat mencegah kerusakan kabel karena adanya gesekan. Dalam penggunaan


28

centralizer harus teliti untuk memastikan centralizer tidak akan berputar dan bergeser ke atas atau ke bawah pada tubing string.

Gambar 2.8 Entry Guide b.

Pressure Sensing Instruments Tranducers untuk tekanan dan suhu bottom hole dipasang pada salah satu

komponen unit di dasar sumur dan dihubungkan dengan main power cable dan

groundingnya.

Dengan mengukur tahanan listrik kabel, tranducers

dan casing kemudian mengukur lagi tanpa tranducernya ESP maka perbedaan pengukuran tersebut adalah tahanan listriknya. Karakteristik tahanan listrik dari tranducers tahanan dan suhu yang dicatat tersebut

dikalibrasikan

dan

diterjemahkan dengan tabel-tabel yang ada untuk membaca harga tekanan dan suhu alir sebenarnya pada saat testing dari dasar sumur. Secara umum PSI Unit (Gambar 2.9) mempunyai 2 komponen pokok, yaitu: 1.

PSI Down Hole Unit, Dipasang dibawah Motor Type Upper atau Center Tandem, karena alat ini dihubungkan pada Wye dari Electric Motor yang seolah-olah merupakan bagian dari Motor tersebut.


29

2.

PSI Surface Readout, Merupakan bagian dari system yang mengontrol kerja Down Hole Unit serta menampakkan (display) informasi yang diambil dari Down Hole Unit.

Gambar 2.9 PSI Down Hole Unit dan Surface Readout c. Electric Motor Jenis motor pompa benam listrik adalah motor listrik induksi dua kutub tiga fasa yang diisi dengan minyak pelumas khusus yang mempunyai tahanan listrik (dielectric strength) tinggi. Dipasang paling bawah dari rangkaian dan motor tersebut digerakkan oleh arus listrik yang dikirim melalui kabel dari permukaan. Motor berfungsi untuk menggerakan pompa dengan mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Untuk lebih jelas dapat dihat pada Gambar 2.10 Motor ESP.


30

Gambar 2.10 Motor ESP


31

Fungsi dari minyak tersebut adalah: 1. Sebagai pelumas 2. Sebagai tahanan (isolator) 3. Sebagai media penghantar panas motor yang ditimbulkan oleh perputaran rotor ketika motor tersebut sedang bekerja. Jadi minyak tersebut harus mempunyai spesifikasi tertentu yang biasanya

sudah

ditentukan

oleh

pabrik,

yaitu

berwarna

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. Motor berfungsi sebagai tenaga penggerak pompa (prime mover), yang mempunyai 2 (dua) bagian pokok, yaitu: 1.

Rotor (gulungan kabel halus yang berputar)

2.

Stator (gulungan kabel halus yang stasioner dan menempel pada badan motor)

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). d. Seal Section (Protector) Kadang-kadang disebut isolation chamber. Protector (Gambar 2.11) dipasang diantara unit-unit motor dan pompa yang mempunyai fungsi utama yaitu:


32

1.

Menghubungkan ESP motor dan pompa housing

2.

Menghindarkan aliran fluida produksi masuk ke dalam ESP motor, namun memberikan tekanan keseimbangan di dalam motor dengan tekanan sumur.

3.

Tempat duduknya thrust bearing (yang mempunyai bantalan axial dari jenis marine type) untuk meredam gaya axial yang ditimbulkan oleh pompa.

4.

Memberikan ruang untuk pengembangan dan penyusutan minyak motor sebagai akibat dari perubahan temperatur dari motor pada saat bekerja dan saat dimatikan.

Secara umum protector mempunyai dua macam type, yaitu:Positive Seal atau Modular Type Protector dan Labyrinth Type Protector.Untuk sumur-sumur miring dengan temperatur > 300 F disarankan menggunakan protektor dari jenis positive seal atau modular type protektor.

Gambar 2.11 Protector


33

e. Intake (Gas Separator) Gas separator (Gambar 2.12) berfungsi memisahkan free gas dari aliran fluida produksi dan membantu mengalirkan keluar, biasanya ke arah casing annulus, menjauh dari pump intake. Dengan demikian, membantu mencegah gas locking dan umumnya efektif untuk gassy wells.

Gambar 2.12 Gas Separator


34

Ada beberapa jenis intake yang sering dipakai, yaitu standart intake, rotary gas separator, static gas separator: 1.

Standart Intake Dipakai untuk sumur dengan GLR rendah. Jumlah gas yang masuk pada

intake harus kurang dari 10% sampai dengan 15% dari total volume fluida. Intake mempunyai lubang untuk masuknya fluida ke pompa, dan dibagian luar dipasang selubung (screen) yang gunanya untuk menyaring partikel masuk ke intake sebelum masuk kedalam pompa. 2.

Rotary Gas Separator Dapat memisahkan gas 80-95%, dan biasanya dipasang untuk sumur-

sumur

dengan

GLR

tinggi.

Gas

Separator

jenis

ini

tidak

dipakai

untuk

direkomendasi untuk dipasang pada sumur-sumur yang abrasive. 3.

Static Gas Separator Sering

disebut

reverse

gas

separator,

yang

memisahkan gas 25-50% dari fluidanya. f. Pump (Pompa) Merupakan pompa sentrifugal multistage, dimana setiap pompa terdiri dari sebuah rotating impeller dan stationary difuser (Gambar 2.13 dan 2.14). Sebuah ESP terdiri dari beberapa stage dan jumlah stage menentukan jumlah dari ketinggian fluida yang dihasilkan dan tenaga yang diperlukan untuk menggerakkan

pompa.

Perubahan

tekanan

dan energi

dimulai sewaktu

aliran fluida produksi dipompa memasuki impeller, dan sewaktu impeller mulai berputar gerakan putaran ini mendorong suatu gerakan putar dari liquid. Ada 2 komponen gerakan liquid yang ditimbulkan oleh impeller, yaitu:


35

1.

Gerakan radial ke arah keluar dari titik tengah impeller, kekuatan sentrifugal.

2.

Gerakan arah tangential pada pinggir luar diameter impeller.

Fungsi diffuser sesuai namanya adalah merubah sebagian dari energi kecepatan tinggi menjadi energi kecepatan relatif rendah dan merubah ke pressure energy. 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 linier dengan jumlah stages, artinya semakin banyak stages yang dipasangkan,

maka

semakin

besar

kemampuan

mengangkat fluida.

Gambar 2.13 Pompa ESP


pompa

untuk

36

Diffuser

Impeller Gambar 2.14 Diffuser dan Impeller

Untuk mengetahui spesifikasi diameter dan seri dari jenis pompa yang digunakan, Schlumberger menggunakan karakter secara abjad seperti pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Diameter dan Seri Pompa Series Outside Minimum diameter casing size

Type A

338

3.38”

4 ½”

D

400

4.00”

5 ½”

G

540

5.13”

6 5/8”

S

538

5.38”

7”

H

562

5.63”

7”

J

675

6.75”

8 5/8”

M

738

7.25”

9 5/8”

L

862

8.63”

10 ¾”

N

950

9.5”

11 ¾”

950

10.00”

11 ¾”

1125

11.25”

13 3/8”

P


37

Sebagai contoh penulisan tatanama seri pompa SN2600 dapat diartikan: S

= seri 538 dengan OD pompa 5,38”

N

= jenis material dari stage, Ni-resist

2600 = laju alir dengan efisiensi terbaik pada @60 Hz : 3500 RPM g. Check Valve Check valve biasanya dipasang pada tubing (2-3 joint) diatas pompa. Bertujuan untuk menjaga fluida tetap berada di atas pompa. Jika check valve tidak dipasang maka akan ada kebocoran fluida dari tubing (kehilangan fluida) yang melalui pompa yang dapat menyebabkan aliran balik dari fluida yang naik keatas, sebab aliran balik (back flow) tersebut membuat putaran impeller berbalik arah, dan dapat menyebabkan motor terbakar atau rusak. Jadi umumnya check valve digunakan agar tubing tetap terisi penuh dengan fluida sewaktu pompa mati dan mencegah supaya fluida tidak turun kebawah. h. Bleeder Valve Bleeder valve dipasang satu joint diatas check valve, mempunyai fungsi mencegah minyak keluar pada saat pompa dicabut. Bleeder valve dapat digantikan

dengan

wireline

sliding

sleeve

door

(SSD).

Beda

antara

keduanya yaitu sliding sleeve door dapat dibuka dan ditutup menggunakan wireline sementara bleeder valve hanya dapat dibuka dan tidak bisa ditutup. i. Electric Cable Jenis kabel listrik untuk unit-unit instalasi ESP harus tahan terhadap rendaman minyak, gas, maupun air asin di dalam sumur dan tetap operasional dalam kondisi sumur yang sangat berat, antara lain tekanan alir, suhu tinggi, korosi dan sedikit gesekan-gesekan fisik dengan dinding-dinding


38

dalam casing. Fungsi utama kabel

ESP adalah untuk mengalirkan energi

untuk

menggerakan dan memutar motor dan pompa di dalam sumur produksi. Kabel ESP terdiri dari tiga konduktor listrik disusun berupa konfigurasi round cable dan flat cable yang umumnya terbuat dari bahan copper dan juga dilapisi berbagai metal tapes terbuat dari baja galvanis, bronze, stainless steel dan bahan non metalik polyethylene. Dapat dilihat pada Gambar 2.15 Elecric Cable.

Gambar 2.15 Elecric Cable j. Automatic Diverter Valve (ADV) Automatic Diverter Valve (ADV) dipasang 4 joint diatas pompa. ADV didesain untuk meningkatkan runtime ESP pada sumur berpasir dimana ADV akan aktif secara otomatis pada saat start-up ESP. Fungsi dari ADV yaitu untuk mencegah jatuhnya padatan kedalam pompa pada saat ESP mati, mencegah putaran balik, dan mencegah terjadinya plugging. Jadi alat ini dapat bekerja secara otomatis, tidakseperti penggunaan SSD dan RCV. ADV dapat dilhat pada Gambar 2.16.


39

Gambar 2.16 Automatic Diverter Valve (ADV) 2.5.3

Peralatan di Atas Permukaan Unit peralatan atas permukaan ESP terdiri dari beberapa komponen utama,

yaitu: wellhead, junction box, switchboard, transformer dan VSD. Peralatan atas permukaaan tersebut berperan untuk mengontrol kondisi ESP di bawah permukaan. a. Wellhead Wellhead atau kepala sumur dilengkapi dengan tubing hanger khusus yang mempunyai lubang untuk cable pack-off atau penetrator. Cable pack-off ini biasanya tahan sampai tekanan 3000 psi. Tubing hanger dilengkapi juga dengan lubang untuk hidraulic control line, yaitu saluran cairan hidraulik untuk menekan subsurface ball valve agar terbuka. Wellhead juga harus dilengkapi dengan “seal” agar tidak bocor pada lubang untuk kabel dan tulang. Wellhead di


40

desain untuk tahan terhadap tekanan 500 psi sampai 3000 psi. Dapat dilhat pada Gambar 2.17 Wellhead.

Gambar 2.17 Wellhead b. Junction Box Junction box (Gambar 2.18) ditempatkan di antara kepala sumur dan untuk alasan keamanan. Gas dapat mengalir keatas melalui kabel dan ke permukaan menuju switchboard, yang bisa menyebabkan terjadinya kebakaran, karena itu kegunaan dari junction box ini adalah untuk mengeluarkan gas yang naik keatas tadi. Juction box biasanya 15 ft (minimum) dari kepala sumur dan normalnya berada diantara 2 sampai 3 ft diatas permukaan tanah.


41

Fungsi dari junction box antara lain: 1.

Sebagai ventilasi terhadap adanya gas yang mungkin bermigrasi kepermukaan melalui kabel agar terbuang ke atmosfir.

2.

Sebagai terminal penyambungan kabel dari dalam sumur dengan kabel dari switchboard.

Gambar 2.18 Junction Box c. Switchboard Switchboard berfungsi untuk mengontrol kerja pompa (Gambar 2.19). Peralatan yang ada pada switchboard yaitu: 1. Start

stop

panel,

yang

berfungsi

untuk


menghidupkan

atau

42

mematikan motor. 2. Breaker, sebagai pemutus aliran listrik saat dilakukan reparasi pompa. 3. Fuse, merupakan pengaman jika terjadi hubungan singkat pada arus listrik atau bila terjadi over voltage. 4. Recording ammeter, sebagai pencatat besarnya arus yang digunakan motor.

Gambar 2.19 Switchboard d. Transformer Merupakan alat untuk mengubah tegangan listrik, bisa untuk menaikan atau menurunkan tegangan. Alat ini terdiri dari core (inti) yang dikelilingi oleh coil


43

dari lilitan kawat tembaga. Baik core maupun coil direndam dengan minyak trafo sebagai pendingin dan isolasi. Perubahan tegangan akan sebanding dengan jumlah lilitan kawatnya. Biasanya tegangan input transformer diberikan tinggi agar didapat ampere yang rendah pada jalur transmisi,

sehingga

tidak

dibutuhkan kabel (penghantar) yang besar. Tegangan input yang tinggi akan diturunkan dengan menggunakan step-down tranformer sampai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh motor. Transformer dapat dilihat pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Transformer e. Variable Speed Drive (VSD) Sistem ESP dioperasikan dengan frekuensi tetap 50 atau 60 Hz. Secara umum Variable

Speed

Drive

(VSD)

merupakan

switchboard

yang mempunyai

kapasitas frekuensi yang dapat diubah. VSD digunakan untuk mengubah frekuensi tetap dari gelombang AC power menjadi frekuensi lainnya, biasanya berkisar


44

antara 30-90 Hz. VSD dapat dilihat pada Gambar 2.21. Dengan adanya range frekuensi tersebut, akan memberikan keleluasaan dalam penentuan laju alir produksi yang disesuaikan dengan kemampuan sumur melalui pengaturan putaran pompa. Dengan pengaturan putaran diharapkan akan didapatkan pemompaan yang optimum dengan tanpa harus merubah perencanaan jumlah stage. Penentuan

besarnya

frekuensi

output

dari

VSD

yang

nantinya

merupakan frekuensi putaran pompa dapat ditentukan melalui beberapa jenis pengontrol (control mode), yaitu:  Speed Mode, yaitu pengaturan berdasarkan speed sebagai harga tetapan. Misal dengan Speed Mode pada 52 Hz, berarti motor akan tetap pada putaran 52 Hz.  Current Mode, yaitu pengaturan berdasarkan running ampere sebagai harga tetapan. Misal dengan Current Mode pada 40 Amp, berarti VSD akan mengatur putaran (frekuensi) untuk menyesuaikan running ampere (40 Amp). Dengan mengubah frekuensi maka pump performance akan berubah juga. Frekuensi yang lebih tinggi menyebabkan kecepatan pompa menjadi lebih besar yang akan memberikan rate produksi dan head lebih besar, maka horse power yang dibutuhkan juga menjadi lebih besar.


45

Gambar 2.21 Variable Speed Drive 2.6

Dasar Perencanaan Electric Submersible Pump (ESP) Ada beberapa langkah yang perlu diperhatikan dalam perencanaan Electric

Submersible Pump (ESP) yang akan dijelaskan dalam sub bab berikut ini. 2.6.1

Pengumpulan Data Teknis yang Diperlukan Mengumpulkan data yang diperlukan, yaitu data sumur (diameter dan

panjang casing dan liner, kedalaman dan interval perforasi, diameter dan panjang tubing beserta coupling, data reservoir (laju produksi, tekanan statik dan alir sumur, temperatur dasar sumur, GOR, WC, SG minyak air dan gas, dan viskositas minyak) dan data PVT (tekanan gelembung dan gas terlarut).


46

2.6.2 Perhitungan Spesific Gravity Rata-rata dan Gradien Fluida Untuk menentukan harga SG rata-rata dapat digunakan Persamaan (2-14). Dan untuk menentukan besarnya gradien tekanan digunakan persamaan: ..................................... (2-14) Keterangan: Gf

= gradien tekanan, psi,ft.

Sgmix

= SG rata-rata fluida.

2.6.3 Penentuan Laju Alir Produksi Optimum (Qopt) Untuk menentukan laju alir produksi optimum (Qopt) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: ............................................... (2-15) Keterangan: Qopt

= laju alir produksi optimum, BFPD.

WOR = water oil ratio, %. Qt

= laju alir total fluida, BFPD.

2.6.4 Penentuan Datum (Mid Perforation) Untuk

menentukan

datum

dapat

dihitung

dengan

menggunakan

persamaan: ............. (2-16) 2.6.5 Penentuan Kedalaman Pompa (PSD) Batasan umum untuk menentukan letak kedalaman pompa dalam suatu sumur adalah bahwa pompa harus ditenggelamkan didalam fluida sumur.


47

Sebelum perhitungan perkiraan Pump Setting Depth dilakukan, terlebih dahulu diketahui parameter yang menentukannya, yaitu Static Fluid Level (SFL) dan Working Fluid Level (WFL) dimana untuk menentukannya digunakan alat sonolog atau dengan operasi wireline, bila sumur tersebut tidak menggunakan packer. Jika sumur menggunakan packer, maka penentuan SFL dan WFL dilakukan dengan pendekatan: A. Static Fluid Level (SFL, ft) Apabila sumur dalam keadaan mati (tidak diproduksikan), sehingga tidak ada aliran, maka tekanan didepan perforasi sama dengan tekanan statik sumur (Ps). Sehingga kedalam permukaan fluida di annulus (SFL, ft) adalah: =

−

+

,

........................................ (2-17)

B. Working Fluid Level (WFL, ft)

Bila sumur diproduksikan dengan rate produksi sebesar Q (bbl/D), dan tekanan alir dasar sumur adalah Pwf (psi), maka ketinggian (kedalaman bila diukur dari permukaan) fluida di annulus adalah: =

Keterangan:

−

+

,

.................................... (2-18)

SFL

= Statik Fluid Level, ft.

WFL

= Working Fluid Level, ft.

Ps

= Tekanan Statik sumur, psi.

Pwf

= Tekanan alir dasar sumur, psi.

Q

= Rate produksi, BPD.


48

D

= Kedalaman sumur, ft.

Pc

= Casing Head Pressure, psi.

ρb

= Tekanan Bubble Point, psi.

Gf

= Gradient Fluida Sumur, psi/ft.

Untuk mengetahui berbagai posisi pompa, maka dapat dilihat pada Gambar 2.22 berikut:

Gambar 2.22 Berbagai Posisi Pompa Pada Kedalaman Sumur 2.6.5.1 Pump Setting Depth Minimum Pada

keadaan

yang

diperlihatkan

dalam

Gambar

2.22B.

(posisi

minimum) dalam waktu yang singkat akan terjadi pump-off, oleh karena ketinggian fluida level diatas pompa relatif sangat kecil atau pendek sehingga gas yang akan dipompakan. Pada kondisi ini pump intake pressure (PIP) akan menjadi


49

kecil. Jika PIP mencapai harga dibawah bubble point pressure (ρb), maka akan terjadi penurunan efficiency volumetric dari pompa (disebabkan terbebasnya gas dari larutan). Pump Setting Depth (PSD) minimum dapat ditulis dengan persamaan: =

+

−

,

.................................. (2-19)

2.6.5.2 Pump Setting Depth Maksimum Sedangkan keadaan yang ditunjukkan oleh Gambar 2.22C. (pompa pada keadaan maksimum) juga kedudukan yang kurang menguntungkan. Karena dalam keadaan ini memungkinkan terjadinya overload (pembebanan berlebihan), yaitu pengangkatan beban kolom fluida yang terlalu berat. Kedalaman Pump Setting Depth (PSDmax) dapat didefinisikan: =

−

−

,

........................................ (2-20)

2.6.5.3 Pump Setting Depth Optimum Kedudukan ini yang paling dikehendaki dalam perencanaan pompa benam listrik seperti dalam Gambar 2.22D. (pompa dalam keadaan optimum). Selanjutnya untuk menentukan kedalaman pompa yang optimum tadi (agar tidak terjadi pump-off dan overload serta sesuai dengan kondisi rate yang dikehendaki), maka kapasitas pompa yang digunakan harus sesuai dengan produktivitas formasi dari sumur yang bersangkutan. Untuk casing head tertutup, maka: Kedalaman pompa optimum =

c

+

G .............................. (2-21)


50

Untuk casing head terbuka, maka: Kedalaman pompa optimum =

c

+

G ......................... (2-22)

2.6.6 Perhitungan Pump Intake Pressure (PIP) Intake adalah tempat masuknya fluida untuk diisap oleh pompa, pada kondisi sumur yang memiliki Gas Liquid Ratio (GLR) yang relatif tinggi juga dipasang gas separator agar gas yang terkandung dapat terlepaskan ke annulus lubang sehingga hanya fluida saja yang akan diisap oleh pompa. Berdasarkan setting depth pump, besarnya Pump Intake Pressure (PIP) dapat dihitung dengan persamaan: PIP = Pwf – {(Datum – PSD) x Gf} .................................................(2-23)

Keterangan: PIP

= Pump Intake Pressure (Psi)

Pwf

= Tekanan alir dasar sumur (Psi)

Datum = Mid Perforasi (ft) PSD

= Pump setting Depth (ft)

Gf

= Gradient fluida (Psi/ft)

2.6.7 Perhitungan Net Vertical Lift (Hd) Net Vertical Lift merupakan jarak vertikal yang dilalui dimana fluida akan terangkat ke permukaan yaitu antara fluid level dengan surface. Dapat dihitung dengan Persamaan berikut: Vertical lift, (Hd)

= Pump setting Depth (TVD) – FOP


51

Fluid Over Pump, (FOP)

= PIP/Gf

Keterangan: FOP

= Fluid Over Pump, (ft)

Hd

= Net vertical lift, (ft)

2.6.8 Perhitungan Besarnya Friction Loss di Tubing (Hf) Dari Persamaan (2-13) maka dapat ditentukan besarnya friction Loss Sepanjang Tubing (Hf) adalah: =

............................................................... (2-24)

Keterangan:

Hf

= Friction loss pada tubing, ft.

PSD

= Kedalaman letak pompa dr permukaan, ft MD.

2.6.9 Perhitungan Total Dynamic Head (TDH) Total dynamic Head (TDH) adalah total pressure dimana pompa bekerja yang dinyatakan sebagai head (kolom atau ketinggian kolom cairan). TDH juga dapat dinyatakan sebagai pressure differential sepanjang pompa (outlet-inlet), atau sebagai kerja yang dilakukan oleh pompa pada cairan untuk menaikkannya dari satu level energi ke level lainnya yang dinyatakan dalam satuan feet (ft). TDH dihitung dengan persamaan sebagai berikut: =

+

+

..................................................... (2-25)


52

Keterangan: TDH

= Total Dynamic Head, ft.

THP

= Tubing Head Pressure, psi.

Gf

= Gradien tekanan fluida sepanjang tubing, psi/ft.

Hf

= Friction loss di tubing, ft.

Hd

= Net Vertikal Lift, ft.

2.6.10 Penentuan Jenis Pompa dan Motor Berdasarkan data laju alir desain ESP, dapat ditentukan jenis pompa yang akan digunakan sesuai dengan spesifikasi yang tersedia, pompa yang digunakan adalah merk REDA, maka jenis-jenis pompa yang sesuai dapat dilihat dari pump summary. Jarak clearance antara OD pompa dengan ID casing minimal 1 inch. Grafik performa pompa dapat dilihat pada lampiran. Grafik performa pompa digunakan untuk menentukan Head Capacity, Horse Power Motor dan efisiensi pompa. Pemilihan seri pompa ini berdasarkan efisiensi maksimum pada laju produksi yang sudah didesain. Semua data yang didapatkan dari grafik tersebut digunakan untuk melakukan perhitungan dan perencanaan

selanjutnya.

Data

Head

Capacity

pompa

digunakan

menghitung banyaknya stages pompa yang dibutuhkan: Head per stage (feet/stage) =

.................................... (2-26)

Keterangan: TDH

= Total Dynamic Head, ft.

Head Capacity = Head per stages, ft/stages.


untuk

53

Setelah didapatkan jumlah stages pompa yang dibutuhkan, kemudian dilanjutkan dengan melakukan perhitungan besarnya Horse Power yang dibutuhkan, nilai HP/stage didapat dari Grafik Pompa : Horse Power Motor = Brake Horse Power x stages .............. (2-27) Brake Horse Power = Stages x

xSGmix

.............. (2-28)

Setelah didapatkan Horse Power Motor, selanjutnya adalah penentuan jenis motor. Penentuan jenis motor harus disesuaikan dengan jenis seri pompa yang dipilih dan besarnya Horse Power yang dibutuhkan sesuai dengan spesifikasi yang tersedia. Fluida yang mengalir melewati motor harus memiliki kecepatan > 1 ft/s sebagai syarat untuk pendinginan pada motor. =

( ,

Keterangan:

–

)

............................................ (2-29)

V = kecepatan aliran fluida, ft/s. Pada

tiap–tiap

jenis

motor

kecepatan

aliran

fluida

berbeda-beda

tergantung dari OD Motor. Spesifikasi motor yang tersedia dapat dilihat pada lampiran. 2.6.11 Penentuan Jenis Kabel dan Besarnya Voltage Dalam pemilihan kabel hal yang harus diperhatikan yaitu clearance antara ID casing dengan OD maksimum unit pompa harus lebih besar dari 0,126 inch. Clearance = ID Casing - OD Pompa, Inch........................... (2-30) Selain clearance, hal yang perlu dipilih tipe/jenis kabel dan panjang kabel.


54

Reda telah membuat grafik-grafik penurunan voltage pada kabel untuk beberapa harga amper motor yang berbeda. Penentuan panjang kabel (L) dapat dihitung dengan persamaan berikut : L = PSD + 100 ft .................................................................... (2-31) Keterangan: L

= panjang kabel, ft.

PSD

= Pump Setting Depth, ft MD.

Berdasarkan pembacaan harga arus listrik (A) dan tegangan listrik (Vmotor) yang dibutuhkan untuk jenis motor yang bersangkutan, maka dapat dipilih jenis kabel pada lampiran. Pemilihan jenis kabel sebaiknya memilih jenis kabel yang memiliki kehilangan tegangan dibawah atau sekitar 30 volt tiap 1,000 ft. Hasil pembacaan voltage loss (Voltage Drop/1000, ft) yang didapat dari chart berdasarkan amper motor kemudian digunakan untuk perhitungan voltage drop kabel pada koreksi temperatur dengan menggunakan persamaan berikut: ∆

Keterangan: ∆ L

=

............................ (2-32)

= Voltage Dropp Kabel, Volt = Panjang Kabel, ft.

2.6.12 Pemilihan Switchboard dan Transformer Menentukan jenis switchboard yang akan dipakai perlu diketahui terlebih dahulu

berapa besarnya

voltage total

(Vtotal)


yang akan

bekerja pada

55

switchboard tersebut. Besarnya Voltage total atau tegangan yang bekerja pada switchboard dapat dihitung dari persamaan berikut ini: =

+ ∆

............................................. (2-33)

Perhitungan selanjutnya adalah perhitungan besarnya KVA yang dibutuhkan oleh transformer pada saat pengoperasian nantinya. =

.

.................................................... (2-34)


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents