PENGENALAN METODE PRODUKSI ARTIFICIAL LIFT 3.1. Metoda Produksi Pengangkatan Buatan ( Artificial Lift )
C. Perhitungan Horse Power Kompressor
3.1.2. Electrical Submersible Pump (ESP)
3.3.2.3.1. Prinsip Kerja Electrical Submersible Pump
1 P1 P2 0.223M 0.2 ... (3.11)
3.1.2. Electrical Submersible Pump (ESP)
Electric Submersible Pump (ESP) adalah pompa yang dimasukkan ke dalam lubang sumur yang digunakan untuk memproduksi minyak secara artificial lift (pengangkatan buatan) dan digerakkan oleh motor listrik. Peralatan pompa listrik submersible terdiri dari pompa sentrifugal, protector dan motor listrik. Unit ini ditenggelamkan di cairan, disambung dengan tubing dan motornya dihubungkan dengan kabel ke permukaan yaitu dengan switchboard dan transformator.
Pompa ESP terdiri dari pompa sentrifugal bertingkat banyak berputar 3,475 – 3,500 RPM, 60 Hz dengan motor listrik induksi sinkron kutub 3 fase, berbentuk sangkar, instalasi ESP dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Pompa ESP biasanya dipakai untuk laju produksi 200 – 2,500 STB/day, walaupun dapat digunakan untuk produksi sampai 95,000 STB/day. Pompa ESP umumnya digunakan pada sumur miring di daerah lepas pantai. Di daratan hanya digunakan untuk laju produksi tinggi yaitu di atas 2,000 STB/day, karena pompa angguk akan lebih ekonomis untuk sumur dengan laju produksi rendah.
3.3.2.3.1. Prinsip Kerja Electrical Submersible Pump
Prinsip kerja dari electrical submersible pump adalah berdasarkan pada prinsip kerja pompa sentrifugal dengan sumbu putarnya tegak lurus. Pompa sentrifugal adalah motor hidrolik dengan jalan memutar cairan yang melalui impeller pompa, cairan masuk kedalam impeller pompa menurut poros pompa, dikumpulkan
dalam rumah pompa atau difusser kemudian dilempar keluar. Oleh impeller tenaga mekanis motor dirubah menjadi tenaga hidrolik. Impeller terdiri dari dua piringan yang didalamnya terdapat sudu-sudu, pada saat impeller diputar dengan kecepatan sudut W, cairan dalam impeller dlempar keluar dengan tenaga potensial dan knetik tertentu. Cairan yang ditampung dalam rumah pompa kemudian dievaluasi melalui pipa keluar (diffuser), dimana sebagian tenaga kinetik dirubah menjadi tenaga potensial berupa tekanan. Karena cairan dilemparkan keluar maka terjadi proses penghisapan.
Gambar 3.8.Instalasi Electric Submersible Pump 3.1.2.2. Peralatan Electrical Submersible Pump
Pada dasarnya submersible pump adalah pompa centrifugal bertingkat banyak, dimana proses dari pompa centrifugal dihubungkan di lapangan dengan motor penggerak. Peralatan electric submersible pump dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu :
2. Peralatan Di Bawah Permukaan 1. Peralatan Di Bawah Permukaan
Peralatan pompa ESP di bawah permukaan terdiri dari : a. Motor Listrik
Motor Listrik yang digunakan adalah motor induk tiga fase, dua katup, squirrel cage. Fungsi dari motor ini adalah untuk menggerakkan shaft pompa sehingga impeller-impellernya berputar. Putaran motor listrik umumnya dirancang dengan kecepatan 3500 putaran per menit (RPM), dengan frekwensi 60 hz.
Motor diisi dengan minyak yang tahan terhadap tegangan listrik yang tinggi. Motor didisain untuk tegangan yang dapat dipakai antara 230 sampai 5000 volt, dengan satuan listrik 12 sampai 125 Ampere. Penambahan daya HP dari motor dilakukan dengan merangkai panjang motornya.
Rangkaian motor tandem (bertingkat) dapat mencapai 750 HP dengan panjang sekitar 90 ft. Selain ukuran motor, yang perlu diperhatikan adalah horse power dan seri motor. Jenis seri menunjukkan diameter motor yang harus sesuai dengan diameter dalam dari casing sumur, yang dapat dilihat pada Gambar 3.9. b. Kabel
Kabel dipakai sebagai sarana penghantar daya listrik dari permukaan ke motor yang letaknya di dalam sumur. Kabel selain tahan temperatur dan tekanan fluida, serta kedap terhadap resapan liquid dari sumur. Untuk itu kabel harus memiliki bagian seperti :
- Konduktor - Isolasi - Sarung
Gambar 3.9. Motor Pompa ESP
Ada dua jenis kabel yang biasa dipakai round cable atau flat cable. Jenis-jenis kabel dapat dilihat pada Gambar 3.10.
Kabel listrik terdiri dari tiga kabel yang diisolir satu sama lain dengan pembalut dari karpet. Ketiganya terbungkus oleh suatu pelindung yang terbuat dari baja penampang kawat tembaga berubah-ubah fungsi tegangan arus dari motor dan
biasanya dipilih antara 16,25 atau 35 mm2. Hubungan antara tubing dan kabel dilakukan dengan pertolongan kabel clamp.
Gambar 3.10.Kabel c. Protector (Seal Section)
Protector diletakkan di antara motor dan pompa. Fungsinya : - Tempat menyimpan bahan pelumas untuk pompa.
- Tempat menyimpan minyak untuk pompa.
- Menjaga tekanan dalam pompa dan motor agar selalu lebih besar dari tekanan di luar pompa.
- Mencegah masuknya cairan ke dalam motor.
Protector terdiri dari dua kamar yaitu kamar atas dan kamar bawah. Keduanya dipisahkan oleh piston. Tekanan hidrostatis cairan dalam pompa sumur masuk ke dalam protector melalui orifice dan bekerja pada piston. Karena tegangan di dalam kamar atas, tekanan dijaga agar lebih besar tekanan di luar pompa. Di dalam kamar atas dimasukkan minyak pelumas pompa, sedangkan di dalam kamar bawah permukaan dimasukkan minyak motor. Pemilihan protector dilakukan sesuai dengan pompa. Protector (Seal Section) dapat dilihat pada Gambar 3.11
d. Intake Section (Separator Gas)
Pada umumnya yang tidak banyak mengandung gas, cukup dengan menggunakan pump intake, sedangkan untuk sumur yang mengandung gas terutama
dissolved gas (gas terlarut dalam minyak) sangat perlu menggunakan separator gas, yang dapat ditunjukkan pada Gambar 3.12 Kegunaan dari separator gas, adalah : Mencegah turunnya head capacity yang dapat dihasilkan oleh pump.
Mencegah terjadinya gas lock dan kavitasi pompa terutama pada flow rate (laju aliran) yang tinggi dan fluida yang mengandung gas, dengan demikian akan dapat memperbaiki efisiensi pompa.
Mencegah terjadinya fluktuasi beban pada motor penggeraknya. Mengurangi adanya surging (tekanan dan sentakan).
e. Pompa Centrifugal
Pompa submersible adalah tipe pompa centrifugal multi tingkat. Setiap tingkat terdiri dari bagian yang bergerak yaitu impeller dan bagian yang stasioner (tidak bergerak) yaitu diffuser. Tipe dan ukuran dari tiap tingkat menentukan volume dari fluida yang dapat diproduksi. Jumlah tingkatnya menentukan jumlah head yang dihasilkan, apabila dikalikan dengan daya (HP) per tingkat dan spesific gravity-nya, maka jumlah HP motor yang dibutuhkan dapat ditentukan.
Pompa tandem adalah beberapa single pump (pompa tunggal) yang disusun seri baik secara hydraulic untuk memberikan total head dari pompa yang dibutuhkan untuk keperluan tertentu.
Komponen ini, seperti halnya poros pompa dibuat khusus yang tahan korosi, scale, temperatur tinggi, pasir dan jumlah tingkat yang digunakan untuk ukuran tertentu tergantung pada head pengangkatan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.10 f. Motor Lead Cable
Motor lead cable disebut juga motor lead extension dan berbentuk flat (pipih). Panjangnya dibuat sepanjang pothead pada motor sampai dengan bagian atas dari pompanya, yang kemudian disambungkan dengan power kabelnya.
Seal section, gas separator dan pompa dengan flat cable ini dimasukkan agar total diameter luar rangkaian pompa dan motor lead cable tidak terlalu besar untuk dimasukkan sumur, terutama pada sumur yang menggunakan liner yang ukurannya
lebih besar dari diameter casing. Motor lead cable diberi pelindung (cable guards) untuk mencegah kerusakan pada waktu dimasukkan ke dalam sumur.
Gambar 3.12.Gas Separator atau Intake Section 2. Peralatan Di Atas Permukaan
Peralatan di atas permukaan untuk pompa ESP terdiri dari ; a. Juction Box
Juction atau vent box digunakan untuk melepaskan gas yang ikut dalam kabel agar tidak menimbulkan kebakaran di switchboard. Alat ini menghubungkan tenaga ke kabel sumur.
Untuk sumur pompa di lepas pantai yang masih bertekanan tinggi, umumnya dilengkapi dengan packer dan subsurface check valve. Valve ini dipasang 300 ft di bawah well head (kepala sumur). Dalam keadaan darurat dapat ditutup secara manual ataupun otomatis.
c. Switchboard
Merupakan suatu panel control yang dilengkapi dengan tombol on-off untuk over atau under-load protection, sekring, ammeter recording, lampu signal, intermitting timer dan remote control. Secara keseluruhan alt ini berfungsi untuk mengatur atau mengontrol operasi arus listrik yang dibutuhkan oleh motor.
d. Down Hole Pressure Monitor
Digunakan untuk memonitor intake pressure (tekanan hisapan) dalam sumur, dan sangat diperlukan untuk mengetahui performance (ulah kerja pompa).
Selain alat monitor tekanan, dapat digunakan centriguard motor controller yang gunanya untuk memonitor secara terus-menerus ulah kerja peralatan electric submersible pump, yang menayangkan secara sekejap :
Kondisi over-current dan under-current. Mudah melakukan setting.
Baik untuk memproteksikan terhadap single pasingatau kondisi arus yang tidak balance yang dapat mengakibatkan motor terlalu panas, kerusakan kabel.