3.2 Kelakuan Aliran Fluida dalam Pipa dan Friction Loss
3.2.3 Tekanan Head dan Gradien Tekanan
Tekanan hidrostatik suatu fluida adalah tekanan yang disebabkan oleh suatu kolom fluida pada suatu luasan. Bila dinyatakan secara matematis :
144 h
P 1 f , lb/in2 ... (3-14)
Pada suatu kolom fluida, tekanan pada suatu titik adalah sama dengan tekanan pada permukaan fluida ditambah dengan tekanan akibat kolom fluida setinggi titik tersebut dari permukaan. Ketinggian tersebut disebut Head.
SGf
x H P
433 ,
0 , ft ... (3-15) Gradien tekanan disebabkan oleh suatu kolom fluida pada satu unit ketinggian, sehingga bila persamaan (3-8) dimasukkan P = 1 psi dan H = 1 ft, maka gradien tekanan (Gf) adalah :
SGmix x
ft psi
Gf 0,433 / ... (3-16) 3.3 Progressive Cavity Pump
Progressive Cavity Pump atau biasa disebut pompa PCP merupakan salah satu alat dari artificial lift untuk meningkatkan laju produksi dalam industri perminyakan. Sejarah PCP dimulai pada akhir tahun 1920-an dimana Seorang warga Perancis Rene Moineau mendesain rotary compresor dengan sistem mekanisme rotasi baru yang digunakan untuk penggunaan tekanan fluida yang bervariasi. Dia menamakan alatnya sebagai “Capsulism”. Di pertengahan tahun 1950-an, prinsip PCP diaplikasikan untuk aplikasi motor hidrolik yang berbanding terbalik dengan penggunaan PCP.
Kemudian pada tahun 1980-an, PC pump digunakan sebagai metode artificial lift, lebih dikenal sebagai pompa alternatif dari metode pengangkatan konvensional yang umumnya dipakai dalam industri perminyakan. Sekarang PC pump digunakan untuk pengangkatan fluida dengan kedalaman lebih dari 2000 meter. Alat ini menawarkan banyak keuntungan dibandingkan peralatan pengangkatan traditional. Tentunya, yang lebih penting adalah biaya produksi yang lebih rendah per barrelnya.
Elemen Utama & Desain PCP Pompa ini memiliki 2 elemen utama yaitu rotor dan stator. Rotor sebagai penggerak PCP, berbentuk batang spiral yang terbuat dari alloy steel atau stainless steel yang dibalut dengan chrome. Ada juga yang terbuat dari chrome secara keseluruhan. Biasanya memiliki panjang 1.5 – 14 meter dengan diameter ¾ - 1 inch. Sedangkan stator sebagai seal rotor (wadahnya) yang berbentuk spiral, terbuat dari steel tube diluarnya dan elastomer berbahan nitrile rubber atau viton rubber didalamnya (merupakan co-polymer acrylonitrile & butadine). Stator dengan desain khusus memiliki elastomer yang terbuat dari teflon. Biasanya memiliki panjang yang kurang lebih sama dengan rotor yaitu sekitar 1.5-14 meter namun dengan ukuran diameter yang lebih besar antara 2.5-4.5 inch.
23
Desain PC Pump terdiri dari single external helical gear (rotor) yang berputar secara ekesentrik didalam double internal helical gear (stator), didalam stator terdapat karet untuk tempat berputarnya rotor karet ini bernama elastomer.
Keunggulan PC pump terletak pada ketahanan yang lebih tinggi terhadap solid content yang terdapat pada bawah sumur dibandingkan dengan metode artificial lift lain, PC Pump menggunakan peralatan yang lebih praktis dibanding artificial lift lain yang kompleks peralatan yang digunakan. PC pump sangat baik dalam mengatasi masalah kepasiran dan parafin. Keunggulan lain PCP ialah:
a. Desain pemasangan peralatan yang cukup sederhana b. Dapat dioperasikan pada sumur dangkal
c. Tidak terjadi gas lock.
d. Mampu mengangkat hampir keseluruhan jenis oil (sekitar 5-42 0API) e. Harga relatif murah dan rendah pemakaian energi listriknya
f. Mudah perawatan dan pemeliharaannya
Kekurangan PC Pump terletak pada rentannya dengan temperature yang tinggi. Batas maksimum suhu tertinggi adalah 250 F. Beberapa kekurangan PC Pump adalah
a. Temperature maksimum 250 0F dikarenakan elastomer sensitif terhadap temperature tinggi.
b. Sensitif terhadap tekanan yang berlebihan
c. Tidak kompatibel dengan beberapa chemical, H2S & oil gravity yang tinggi.
d. Kedalaman yang bisa dicapai sekitar 6000 ft. Sangat rendah bila dibandingkan dengan ESP & gas lift yang mencapai 15,000 ft.
e. Flow rate PC pump hanya sekitar 8000 bpd. Sangat rendah bila dibandingkan dengan ESP yang mencapai 50,000 bpd & Gas Lift yang mencapai 80,000 bpd. (Dunia Migas).
Gambar 3.3 Instalasi Progressive Cavity Pump (R&M, PC pump short course.,2012) 3.3.1 Prinsip kerja Progressive Cavity Pump
Prinsip Kerja PC Pump bekerja atas dasar Progressing Cavity yaitu proses pemindahan rongga-rongga yang terbentuk antara rotor dan stator yang berlangsung secara terus menerus dengan mengandalkan 2 elemen utama yang telah dijelaskan seperti diatas. Dimana rotor yang berputar didalam stator dan berputar secara eksentris didalam stator. Pompa (rotor & stator) berada dibawah lubang perforasi jika masalah pada sumur adalah gas sedangkan pompa berada diatas lubang perforasi jika masalah yang terjadi pada sumur adalah kepasiran dan jarak pemasangan pompa minimal 100 m atau 330 ft dibawah fluid level untuk mengantisipasi loss flow yang terjadi. Fluida mengalir kedalam stator dan terus mengair melalui tubing hingga ke permukaan.
25
Gambar 3.4 Prinsip Kerja PCP (Pertamina Jambi, Workshop., 2009) 3.3.2 Peralatan Progressive Cavity (PCP)
secara umum peralatan PCP dibagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Peralatan Atas Permukaan
2. Peralatan Bawah Permukaan 3.3.2.1 Peralatan Atas permukaan:
Peralatan diatas permukaan berfungsi sebagai penggerak peralatan yang berada di bawah permukaan:
a. Power unit
b. Drive Head – Electric motor, dan Gear Box, Pull eye c. Variable Speed Drive (VSD)
a. Power Unit
Power unit merupakan bagian yang terpenting unttuk operasi produksi sebagai alat vital untuk mengalirkan tenaga kelistrikan.
Gambar 3.5 Power Unit
(NOV, Progressing Cavity Pump System, catalog)
b. Drive head
Merupakan suatu rangkaian yang terpasang diatas wellhead, drive head meneruskan tenaga dari Power unit untuk menggerakan komponen yang terdapat didalamnya. Komponen-komponen drive head sebagai berikut:
-electric motor -Gear box -Pull eye
27
Gambar 3.6 Drive Head (R&M, Pc Pump Technology.,2012)
c. Variable Speed Drive (VSD)
Merupakan peralatan yang digunakan untuk mengubah frekuensi dari power unit menuju Drive head. Frekuensi yang diubah akan mempengaruhi cepat lambatnya pompa dalam berputar.
Gambar 3.7 Variable Speed Drive (VSD) (Petroskills, Progressive cavity Pumping System) 3.3.2.2. Peralatan bawah permukaan.
Peralatan bawah permukaan ini yang berada di bawah surface hingga yang terbenam ke dalam fluida sumur sehingga dapat mengangkat fluida ke permukaan, peralatan ini terdiri dari beberapa bagian yaitu :
- casing - Rotor
- tubing - Stator
- sucker rod - Elastomer
- polish rod - Tig bar / stop bin
- pony rod - Centralizer
a. Casing
Casing merupakan suatu pipa baja yang berfungsi antara lain untuk melindungi formasi produktif dari tekanan di sekitarnya, mempermudah pengaliran fluida dari formasi produktif dan agar sumur tidak runtuh. Gambar casing dilihat pada Gambar 3.8 dan spesifikasi casing terdapat pada Tabel III-2.
Gambar 3.8 Casing
(Petroskills, Progressive cavity Pumping System) Casing
29
Tabel III-2 Spesifikasi Casing
b. Tubing
Tubing merupakan pipa alir vertikal yang ditempatkan di dalam casing produksi yang berfungsi untuk mengalirkan fluida produksi dari sumur ke permukaan atau mengalirkan fluida injeksi ke dalam sumur.
API (American Petroleum Institute) menspesifikasikan tubing menjadi 9 grade yaitu : H-40, J-55, K-55, C-75, L-80, N-80, C-95, P-105 dan P-110 di mana angka minimun yield strength dan abjad H, J dan N hanyalah kependekan verbal, sedangkan untuk K mempunyai ultimate strength yang lebih besar dibandingkan grade J, C, L berarti restricted yield point, P berarti high strength. Tubing dapat dilihat pada Gambar 3.9 dan spesifikasinya pada Tabel III-3.
Gambar 3.9
(Petroskills, Progressive cavity Pumping System) Tubing
31
Tabel III-3 Spesifikasi Tubing
c. Sucker rod
Merupakan penghubung antara rotor dengan peralatan penggerak yang ada di permukaan maka sucker rod yang digunakan harus kuat untuk memutar pompanya. Fungsinya untuk mengalirkan fluida yang terproduksi dari bawah permukaan ke atas permukaan. Sucker rod ini terletak didalam tubing dan di atas rangkaian rotor dan stator. Sucker rod pada rangkaian pcp dapat dilihat pada Gambar 3.10 dan spesifikasi terdapat pada Tabel III-4.
Gambar 3.10 Sucker rod
(Petroskills, Progressive cavity Pumping System)
TABEL III-4