TINJAUAN TEORI
2.1 Teori Dasar
Artificial Lift adalah metode pengangkatan fluida sumur dengan cara
memberikan tenaga tambahan ke dalam sumur (bukan ke dalam reservoir) dimana metode ini hanya khusus digunakan pada sumur-sumur minyak atau untuk maksud-maksud peningkatan produksi, pemberian tenaga tambahan yang ada terdiri dari :
1. Pompa terdiri dari :
a. Pompa Angguk (Sucker Rod Pump). b. Pompa ESP ( Electric Submersible Pump). c. Pompa Hidraulik (Hydraulic Jet Pump).
d. Progressive Cavity Pump (PCP) – Moyno Pump. 2. Hydraulic pumping unit
Selain metode dengan menggunakan pompa angguk (Sucker Rod
Pump) ada juga tipe pompa yang hampir sama cara kerjanya yaitu HPU
(Hidraulic Pump Unit) yang digunakan di Pertamina EP Field Asset 1 Pangkalan Susu.
2.2 HPU (Hydraulic Pump Unit)
Hydraulic Pumping Unit (HPU) merupakan salah satu jenis dari
sucker rod pump. Sucker rod pump digunakan sebagai salah satu alternatif sistem artificial lift. Penggunaan pompa ini dilakukan jika tidak tersedianya gas yang cukup di lapangan, sehingga sistem gas lift tidak dapat diterapkan.
Sumur dengan laju produksi dari yang sangat rendah (Low) sampai menengah (Moderate), sangat cocok digunakan HPU untuk mengangkat minyak dari dasar sumur ke permukaan. Hal ini disebabkan karena HPU
6
(Hydraulic Pump Unit) dapat membentuk drawdown yang sangat tinggi di sekitar lubang bor.
Tabel 2.1 Luas Penampang Rod dan Berat Rod di Udara Berdasarkan Ukuran Rod Menurut Kermit Brown (1980) [9]
No Ukuran Rod, in Luas (Ar), In2 Berat Rod, lb/ft
1 5/8 0.307 1,16
2 3/4 0,442 1,63
3 7/8 0,601 2,16
4 1 0,785 2,88
5 1 1/8 0,994 3,64
Menentukan plunger stroke efektif Untuk Plunger travel over (inch)
(
) ( ) Untuk rod stretch (inch)
Untuk tubing stretch (inch)
Keterangan :
ep = plunger over travel, in er = rod stretch, in
et = tubing stretch, in Dt = diameter tubing, in Wf = berat fluida, lb/ft If = impuls factor
Ar = luas penampang rod, in2
L1 = panjang rod jika diameternya berbeda-beda, ft E = modulus young besi, 30 x 106 psi
N = kecepatan pompa, SPM S = stroke length, in
7
2.3 Prinsip Kerja HPU (Hydraulic Pumping Unit)
Prinsip kerja dari instalasi HPU (Hydraulic Pumping Unit) yaitu : 1. Hydraulic fluid bertekanan tinggi dari power pack dipompakan menuju ke
hydraulic jack guna mentransmisikan pressure dari hydraulic fluid
menjadi gerakan naik turun pada hydraulic jack.
2. Dari gerakan hidrolik tadi kemudian diteruskan oleh polished rod terus
sucker rod dan ke plunger, sehingga plunger bergerak turun naik yang
merupakan gerakan langkah dari pompa.
3. Apabila plunger bergerak keatas (up-stroke), maka dibawah plunger akan terjadi penurunan tekanan, sehingga tekanan dasar sumur lebih besar dari tekanan dalam pompa, keadaan ini menyebabkan standing valve terbuka dan fluida masuk kedalam pompa.
4. Pada akhir up stroke volume dibawah plunger terisi penuh oleh cairan dan pada saat plunger bergerak kebawah (down-stroke), standing valve akan tertutup karena plunger menekan fluida, pada saat bersamaan fluida tersebut akan menekan traveling valve, fluida keluar dari plunger dan masuk ke tubing.
5. Proses tersebut berlangsung berulang kali, sehingga fluida pada tubing akan bergerak naik ke permukaan dan mengalir menuju separator melalui
8
2.4 Peralatan dari Hydraulic pump unit
Deskripsi Alat atas permukaan
Power Pack berfungsi untuk memompakan oil hydraulic ke silinder
hydraulic yang berada di menara untuk mengangkat beban.
Gambar 2.1 Power Pack
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
Peralatan Power Pack
Gas Engine
Diesel engine adalah compression engine yang mengubah energi kimia (gas) menjadi energi mekanik untuk menggerakkan pompa hidrolik.
Gambar 2.2 Gas Engine
9
Control Panel
Merupakan pusat kontrol listrik pada HPU.
Gambar 2.3 Control Panel Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik merupakan komponen dari system hidrolik yang menyebabkan oli mengalir dari tangki ke system hidrolik atau sebagai sumber energi yang mengubah energi mekanis (putar) menjadi energi dorong.
Gambar 2.4 pompa hidrolik
10
Manifold
Rangkaian penghubung sirkuit hidrolik dari pompa hidrolik menuju manifold blok dan DCV.
Gambar 2.5 Manifold
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Valve Sirkulasi
Valve sirkulasi berfungsi untuk mengatur oli hidrolik mengalir menuju system atau kembali ke tangki.
Gambar 2.6 Valve Sirkulasi
11
Relief Valve
Relief valve berfungsi untuk menjaga tekanan yang ada di
dalam sirkuit hidrolik dengan membatasi tekanan maksimum yang ada pada komponen-komponen di luar maupun di dalam sirkuit dari tekanan yang berlebihan sehingga mencegah kerusakan komponen..
Gambar 2.7 Relief Valve
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Pressure Gauge
Alat penunjuk tekanan HPU secara aktual.
Gambar 2.8 Pressure Gauge
12
DVC (Directional Valve)
Berfungsi untuk mengatur dan mengendalikan cairan hidrolik pada sistem.
Gambar 2.9 DVC (Directional Valve)
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Accumulator
Accumulator berfungsi sebagai reservoir tekanan untuk
menyimpan energi yang nantinya dapat dilepaskan menjadi energi dorong dengan bantuan gas nitrogen bertekanan tinggi.
Gambar 2.10 Accumulator
13
Flow Control
Digunakan untuk mengontrol jumlah aliran fluida.
Gambar 2.11 Flow Control
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Hydraulic Oil Level Switch
Berfungsi sebagai “safety shutdown system”.Hydraulic oil
level switch ini akan mematikan system jika oli dalam tangki
berkurang dari level aman, sehingga mencegah dapat mencegah kerusakan pada pompa hidrolik
Gambar 2.12 Hydraulic Oil Level Switch
14
Oil Temprature Gauge
Berfungsi untuk mengetahui temprature dari oli hidrolik di dalam tangki.
Gambar 2.13 Oil Temprature Gauge
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
Tangki Oil Hidraulic
Berfungsi sebagai tempat penampungan oli hidrolik yang berkapasitas 500 L.
Gambar 2.14 Tangki Oil Hidraulic Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
15
Gate Valve
Gate valve berukuran 2”, harus selalu dalam keadaan
terbuka sebelum power pack dinyalakan.
Gambar 2.15 Gate Valve
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Filter Oil Hydraulic
Fungsinya memisahkan partikel-partikel halus yang ada di dalam oli, menapis kotoran, partikel logam dan sebagainya.
Gambar 2.16 Filter Oil Hydraulic Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
16
Counter Balance
Sebagai control tekanan balik yang berasal dari silinder hidrolik agar pendingin oli hidrolik di dalam heat exchanger menjadi halus dan lebih stabil sehingga pendingin oli lebih sempurna.
Gambar 2.17 Counter Balance Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Hydraulic Hose
Berfungsi mengalirkan fluida bertekanan tinggi dari power
pack ke hydraulic cylinder unit dan sebaliknya juga mengalirkan hydraulic fluid bertekanan tinggi dari hydraulic cylinder kembali
ke power pack.
Gambar 2.18 Hydraulic Hose Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
17
Menara Silinder Hydraulic
Menara hydraulic cylinder berfungsi sebagai pondasi dari HPU yang juga tempat berdirinya hydraulic cylinder dan rangkaian pengangkat polish rod.
Gambar 2.19 Menara Silinder Hydraulic Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
Base Plate
Sebagai dudukan dasar (base) dari menara yang dapat dipakai pada flange ukuran 7 1/16 (spesifikasi 2000, 3000, dan 5000) sehingga HPU sejajar penuh dengan sumur. Dikenal juga sebagai sub plate.
Gambar 2.20 Base Plate
18
Polished rod
Merupakan tangkai rod yang berada diluar sumur yang menghubungkan sucker rod string dengan carier bar dan dapat naik turun di dalam stuffing box. Diameter stuffing box lebih besar dari diameter polished rod. Panjang polished rod adalah 8, 11, 16, dan 22 ft.
Gambar 2.21 polished rod
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Stuffing box
Stuffing box dipasang diatas kepala (casing atau tubing head) untuk mencegah/menahan minyak agar supaya tidak keluar bersama naik turunnya polish rod. Dengan demikian seluruh aliran minyak hasil pemompaan akan mengalir ke flowline lewat crosstee. Disamping itu juga berfungsi sebagai tempat kedudukan polishhead rod sehingga dengan demikian polish rod dapat bergerak naik turun dengan bebas
19
Gambar 2.22 stufing box
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
Rubber
Di pasang pada sucker rod untuk menjaga agar sucker rud
tidak bergesekan pada tubing
Gambar 2.23 rubber
20
Mud ancor
untuk menghindarkan masuknya pasir atau padatan ke dalam pompa.
Gambar 2.24 mud anchor Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Gas anchor
komponen yang dipasang dibagian bawah pompa, yang berfungsi, untuk memisahkan gas dari minyak agar gas tersebut tidak ikut masuk ke dalam pompa bersama - sama dengan minyak, karena adanya gas akan mengurangi efisiensi pompa digunakan gas anchor, untuk menghindarkan masuknya pasir atau padatan ke dalam pompa digunakan
mud anchor, mengurangi atau menghindari terjadinya tubing stretch
digunakan tubing anchor, Sucker rod string . Energi ditransfer dari alat-alat permukaan ke plunger melalui sucker rod string. Rod dibuat dari 90% lebih besi dengan campuran Merupakan Carbon (supaya lebih kuat), Mangan dan Silikat (mencegah Fe-Oksida), Nikel (anti karat), Molibdenum (lebih kuat), Cuprum (anti karat). Ukuran yang umum adalah 5/8”, 3/4”, 7/8”, 1” dan 1-1/8”. Rod memberikan efek terbesar dari seluruh gerakan dan kinerja seluruh instalasi HPU
21
Gambar 2.25 Gas anchor Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Standing valve
Merupakan katup yang terdapat di bagian bawah working barel yang berfungsi memberi jalan masuk bagi fluida dari dalam sumur masuk ke
working barel (pada saat up-stroke, standing valve terbuka) dan untuk
menahan fluida agar tidak keluar dari working barel pada saat plunger bergerak ke bawah (pada saat down-stroke, standing valve tertutup).
Standing valve terdiri dari sebuah bola besi dan tempat dudukan (ball dan seat).
Gambar 2.26 standing valve Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
22
Lower/upper
Berfungsi sebagai penyambung antara pump barel dan standing valve
Gambar 2.27 lower/upper Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
Pump barrel
Merupakan tempat dimana plunger dapat bergerak naik turun sesuai dengan langkah pemompaan dan menampung fluida sebelum diangkat oleh plunger pada saat up-stroke
Gambar 2.28 pump barrel Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu
23
Plunger
Merupakan torak atau tangkai pompa yang terletak di dalam working
barrel, apabila plunger ditarik ke atas (up-stroke) maka fluida akan masuk ke
dalam working barrel melalui standing valve, sedangkan sewaktu plunger diturunkan (down-stroke) fluida akan keluar ke atas melalui travelling valve. Pada plunger ini terdapat ball dan seat, yang berfungsi sebagai katup.
Gambar 2.29 plunger
Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Tubing
Tubing adalah pipa untuk produksi dan bisa dipindah atau diganti tidak seperti casing. Tubing berfungsi seperti tempat mengalirnya fluida produksi sampai ke permukaan. Pada artificial lift, tubing juga berfungsi sebagai tempat menggantungnya pompa
Gambar 2.30 tubing
24
Sucker rod
Merupakan batang/rod penghubung antara plunger dengan peralatan dipermukaan. Fungsi utamanya adalah melanjutkan gerak naik turun. Umumnya panjang satu single dari sucker rod yang sering digunakan berkisar 25 ft
Gambar 2.31 sucker rod Sumber : 2016, PT. Pertamina EP Asset 1 Pangkalan Susu Pony rod
Merupakan rod yang mempunyai panjang yang lebih pendek dari panjang rod umumnya (<25ft. Fungsinya untuk melengkapi panjang dari
sucker rod, apabila tidak mencapai kepanjangan yang dibutuhkan ukurannya
adalah: 2, 4, 6, 8, 12 ft
Gambar 2.32 pony rod
25
2.5 Keuntungan dari hydraulic pump unit
1. Tidak memerlukan pondasi sehingga mudah dipindahkan dari sumur ke sumur lain dan sederhana dalam teknis penyetelannya.
2. Penentuan SPM (Stroke Per Minute) dan panjang langkah (Stroke Length) lebih mudah, karena tidak memerlukan penggantian pulley dan tidak memerlukan alat berat untuk menggeser crank pin dalam penentuan
stroke length seperti pada pompa angguk.
3. Pengoptimasian sumur dengan HPU dapat dilakukan dengan mudah dan tepat karena parameter kecepatan dan langkah pompa dapat dilakukan setiap saat dengan waktu yang lebih cepat, sehingga kehilangan produksi dapat di minimalkan.
4. Pengaturan langkah HPU lebih mudah karena tinggal mengubah setting hidrolik.
5. Pemakaian energi listrik lebih hemat dibandingkan pompa angguk.
6. Kehilangan produksi akan lebih dapat diminimalkan apabila pemasangan, pemindahan, dan pengaturan dapat dilakukan dengan lebih cepat.
7. Mengurangi resiko kebocoran stuffing box karena penempatan hydraulic jack lebih center.
8. Biaya sewa lebih murah dibandingkan pompa angguk. 2.6 Kerugian Dari Hydraulic Pump Unit (HPU)
1. Tidak cocok untuk produksi besar sekitar 150-500 bpd. 2. Kedalaman sumur terbatas (kedalaman pompa <1500 m). 3. Kurang cocok untuk sumur miring dan lepas pantai (offshore).
26
2.7 Kerusakan Pada hydraulic pump unit
Kerusakan pada hydraulic pump unit disebabkan oleh adanya problem pasir, karat, dan gas. Adapun bagian - bagian yang mengalami kerusakan antara lain adalah :
1. Plunger, adanya pasir atau scale pada plunger, sehingga mengakibatkan terjadi stuck dengan working barel.
2. Ball berbentuk oval (tidak bulat) karena pasir, scale dan benturan antara
ball dengan dinding cage.
3. Working barel menjadi kempot.
4. Stuffing box bocor karena ketidak lurusan pada saat setting HPU/ pumping unit.
27