Makalah ESP Prak. Artificial Lift TEPM IV-B 2015

ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP(ESP)

Oleh:Kelompok 5

Tiara Anggraini

(NPM.1303043)

M. Gilang Caesario

(NPM.1303044)

Didi Ilhadi

(NPM.1303049)

Pramana Ganda Kusuma

(NPM.1303064)

M. Wanda Saputra

(NPM.1303068)

Bayu Ade Oktapian

(NPM.1303070)

PROGRAM STUDI TEKNIK EKSPLORASI PRODUKSI MIGASJURUSAN TEKNIK PERMINYAKANPOLITEKNIK AKAMIGAS PALEMBANG

2015KATA PENGANTARPuji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kami sehingga kami berhasil menyelesaikan Makalah ini. Dalam makalah ini kami membahas tentang Electric Submersible Pump.Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman tentang pompa untuk mengangkat fluida reservoir ke permukaan sehingga menambah pengetahuan dibidang perminyakan dan untuk memenuhi tugas mata kuliah Praktikum Desain Pengangkatan Buatan.

Penyusun juga mengucapkan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada Dosen Praktikum Desain Pengangkatan Buatan Bapak RONI ALIDA, ST yang telah membimbing, memberi masukan, dan mengoreksi kesalahan dalam makalah ini sehingga penyusun dapat menyelesaikan makalah ini. Ucapan terima kasih juga kami sampaikan kepada teman-teman yang telah membantu kami menyelesaikan makalah ini, baik materi maupun non materi.Semoga makalah ini dapat mengantar kelompok kami untuk mendapatkan nilai A pada mata kuliah Praktikum Desain Pengangkatan Buatan dan Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada pembaca. Walaupun makalah ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Penyusun mohon untuk saran dan kritiknya. Terima kasih.

Palembang, Maret 2015

PenyusunDAFTAR ISIKATA PENGANTAR.iDAFTAR ISI ...iiBAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .........11.2 Tujuan ...21.3 Batasan Masalah ...2

1.4 Metodologi Penulisan....2 BAB II PEMBAHASAN2.1 Electrical Submersible Pump

2.1.1 Prinsip Kerja

2.2 Peralatan ESP

2.2.1 Peralatan Atas Permukaan

2.2.2 Peralatan Bawah Permukaan

2.3 Kelebihan dan Kekurangan ESP

2.4 Pengoperasian ESP

2.5 Karakteristik Kinerja Pompa ESP

BAB III PENUTUP3.1 Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA .7LAMPIRAN.8BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangSaat ini minyak bumi masih merupakan sumber daya alam utama dalam memenuhi kebutuhan energi dunia, meskipun ketersediaannya sudah semakin menurun. Diperkirakan permintaan energi akan terus meningkat meskipun pemerintah di semua negara di dunia, menjalankan kebijaksanaan-kebijaksanaan yang ketat dalam mengatur pemakaian energi. Indonesia sendiri saat ini masih sangat tergantung pada energi fosil. Hampir 95% dari kebutuhan energi Indonesia masih disuplai oleh energi fosil. Sekitar 50% dari energi fosil tersebut adalah minyak bumi dan sisanya adalah gas dan batubara. Energi fosil adalah energi yang tak terbarukan dan akan habis pada beberapa tahun yang akan datang. Diprediksi tidak lebih dari 50 tahun lagi energi fosil di dunia akan habis.Bahan bakar ibarat darah yang mengalirkan oksigen ke dalam tubuh karena tanpanya kehidupan dapat terhenti. Belum lama ini terkuak wacana di publik mengenai gejolak kenaikan harga minyak bumi (BBM) di pasar Internasional. Kondisi ini seakan membuat Indonesia terbangun dari tidur yang panjang karena dimanjakan oleh sumber daya yang melimpah. Hal ini kemudian memunculkan beberapa kebijakan pemerintah yang akhirnya menuai kontroversi di masyarakat. Tidak hanya sekali kebijakan pemerintah yang dibuat untuk menanggulangi krisis BBM di Indonesia. Seringkali kebijakan tersebut dibuat, namun tidak relevan dengan realitas yang ada di masyarakat, karena masyarakat masih memiliki ketergantungan yang tinggi pada BBM.

Bila kita melihat kehidupan sehari-hari, hampir seluruh alat transportasi menggunakan bahan bakar minyak bumi dan kebutuhannya semakin meningkat setiap tahunnya. Padahal minyak bumi merupakan bahan galian yang tidak dapat diperbaharui, artinya hanya sekali pakai kemudian habis. Seperti kita ketahui bahwa minyak bumi berasal dari fosil yang terbentuk jutaan tahun lamanya dengan jumlah yang terbatas, jadi pada suatu saat ketersediaannya pun akan habis.1.2 Tujuan Mengetahui Pompa ESP

Menentukan Peralatan Pompa ESP

Mengetahui Kelebihan dan Kekurangan ESP

1.3 Batasan Masalah Electrical Submersible Pump Prinsip Kerja dan Perawatan Kelebihan dan Kekurangan ESP 1.4 Metodologi PenulisanMakalah didapat dan di buat berdasarkan data yang di dapat dari internet dengan menggunakan metode deskriptif. Metode diskriptif yaitu suatu metode penelitian yang bersifat menggambarkan kenyataan atau faktor sesuai data yang di peroleh.BAB II

PEMBAHASAN2.2 Electrical Submersible PumpESP adalah pompa yang dimasukan ke dalam lubang sumur yang digerakan oleh motor listrik dan merupakan salah satu metode pengangkatan buatan yang efektif dan efisien untuk mengangkat fluida reservoir dalam jumlah besar ke permukaan dari lubang sumur. Peralatan pompa ESP ini terdiri dari sentrifugal pump, intake, protektor dan motor listrik. Unit ini ditenggelamkan dicairan, disambung dengan tubing dan motornya dihubungkan dengan kabel ke permukaan yaitu switchboard dan transformer (Gambar 2.1) (Yani,2009)

Gambar 2.1. Komponen ESP2.1.1 Prinsip Kerja ESP

Prinsip kerja ESP berdasarkan pada prinsip kerja pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal adalah motor hidrolik dengan jalan memutar cairan yang melalui impeller pompa. Cairan masuk kedalam impeller pompa menurun poros pompa, dikumpulkan dalam rumah diffuser kemudian dilempar keluar. Oleh impeller tenaga mekanis motor diubah menjadi tenaga sentrifugal. Cairan yang ditampung dalam diffuser kemudian dievaluasi melalui pipa keluar, dimana sebagian tenaga kinetik diubah menjadi tenaga putaran berupa tekanan, karena cairan dilemparkan keluar maka terjadi proses pengisapan (Balya,2008).

2.2 Peralatan Elektric Submersible Pump

Peralatan pompa benam listrik dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu:

1. Peralatan di atas permukaan.

2. Peralatan di bawah permukaan.

Gambar 2.2. Peralatan Electric Submersible Pump2.2.1 Peralatan di Atas Permukaan

Peralatan di atas permukaan terdiri atas : Wellhead, Junction Box, Switchboard dan Transformer. 1. Wellhead

Wellhead merupakan kepala sumur yang memungkinkan untuk pemasangan kabel dan dilengkapi dengan seal untuk mencegah kebocoran pada lubang kabel ataupun tubing. Wellhead didesain untuk tahan terhadap tekanan 500 psi sampai 3000 psi.

2. Junction Box

Junction Box merupakan suatu tempat yang terletak antara switchboard dan wellhead yang berfungsi untuk tempat sambungan kabel atau penghubung kabel yang berasal dari dalam sumur dengan kabel yang berasal dari switchboard. Junction Box juga digunakan untuk melepaskan gas yang ikut dalam kabel agar tidak menimbulkan kebakaran di switchboard.

Fungsi dari junction box antara lain :

Sebagai ventilasi terhadap adanya gas yang mungkin bermigrasi ke permukaan melalui kabel agar terbuang ke atmosfer.

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

Gambar 2.3 Junction Box3. Switchboard

Switchboard adalah panel kontrol kerja di permukaan saat pompa bekerja yang dilengkapi motor controller, overload dan underload protection serta alat pencatat (recording instrument) yang bisa bekerja secara manual ataupun otomatis bila terjadi penyimpangan. Switcboard dapat digunakan untuk tegangan 4400-4800 volt.

Fungsi utama dari switchbord adalah :

Mengontrol kemungkinan terjadinya downhole problem seperti overload atau underload current.

Auto restart underload pada kondisi intermittent well.

Mendeteksi unbalance voltage.

Switchboard biasanya dilengkapi dengan ampermeter chart yang berfungsi untuk mencatat arus motor versus waktu ketika motor bekerja

Gambar 2.4 Switchboard4. Transformer Transformer merupakan alat untuk mengubah tegangan listrik, bisa untuk menaikkan atau menurunkan tegangan. Alat ini terdiri dari core (inti) yang dikelilingi oleh coil dari lilitan kawat tembaga. Keduanya, baik core maupun coil direndam dengan minyak trafo sebagai pendingin dan isolasi. Perubahan tegangan akan sebanding dengan jumlah lilitan kawatnya. Tegangan input transformer biasanya diberikan tinggi agar ampere yang rendah pada jalur transmisi, sehingga tidak dibutuhkan kabel (penghantar) yang besar. Tegangan input yang tinggi akan diturunkan dengan menggunakan step-down transformer sampai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh motor.

Gambar 2.5 Transformer5. Breaker

Breaker berfungsi sebagai alat untuk penyambung dan pemutus aliran listrik ke komponen permukaan ESP.2.2.2 Peralatan di Bawah Permukaan Peralatan di bawah permukaan dari ESP terdiri atas pressure testing sensing instrument, electric motor, protector, intake, pump unit dan electric cable serta alat penunjang lainnya.

1. PSI Unit (Pressure Sensing Instruments) PSI (Pressure Sensing Instrument) adalah suatu alat yang mencatat tekanan dan temperatur sumur. Secara umum PSI unit mempunyai 2 komponen pokok, yaitu :

a. PSI Down Hole Unit

Dipasang di bawah Motor Type Upper atau Center Tandem, karena alat ini dihubungkan pada Wye dari Electric Motor yang seolah-olah merupakan bagian dari motor tersebut.

b. PSI Surface Readout

Merupakan bagian dari sistem yang mengontrol kerja Down Hole Unit serta menampakkan (Display) informasi yang diambil dari Down hole unit.

2. Motor (Electric Motor) Jenis motor ESP adalah motor listrik induksi 2 kutub 3 fasa yang diisi dengan minyak pelumas khusus yang mempunyai tahanan listrik (dielectric strength) tinggi. Tenaga listrik untuk motor diberikan dari permukaan mulai kabel listrik sebagai penghantar ke motor. Putaran Motor adalah 3400 RPM 3600 RPM tergantung besarnya frekuensi yang diberikan serta beban yang diberikan oleh pompa saat mengangkat fluida.

Stator menginduksi aliran listrik dan mengubah menjadi tenaga putaran pada rotor, dengan berputarnya rotor maka poros (shaft) yang berada di tengahnya akan ikut berputar, sehingga poros yang saling berhubungan akan ikut berputar pula (poros pompa, intake dan protector)

Panas yang ditimbulkan oleh putaran rotor akan dipindahkan ke housing motor melalui media minyak motor , untuk selanjutnya dibawa ke permukaan oleh fluida sumur

Fungsi dari minyak tersebut adalah :

Sebagai pelumas

Sebagai tahanan (isolasi)

Sebagai media penghantar panas motor yang ditimbulkan oleh perputaran rotor ketika motor tersebut sedang bekerja.

Gambar 2.6 MotorMinyak 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. Panas yang ditimbulkan oleh putaran rotor akan dipindahkan ke housing motor melalui media minyak motor, untuk selanjutnya dibawa ke permukaan oleh fluida sumur. Untuk mendapatkan pendinginan yang sempurna maka pemasangan ESP unit sangat dianjurkan di atas perforasi untuk memastikan fluida yang masuk ke intake melewati seluruh housing motor, tetapi ESP karena sesuatu pertimbangan bisa juga dipasang di bawah perforasi dengan memakai casing shroud (selubung pelindung) yang digantungkan di bagian atas intake sampai ke bagian bawah motor. Untuk mendapatkan pendingin yang baik, pihak pabrik sudah menentukan bahwa kecepatan fluida yang melewati motor (velocity) harus > 1 ft/sec. Kurang dari itu motor akan menjadi panas dan kemungkinan bisa terbakar.

3. Protector Protector sering juga disebut Seal Section. Alat ini berfungsi untuk menahan masuknya fluida sumur ke dalam motor, menahan thrust load yang ditimbulkan oleh pompa pada saat pompa mengangkat cairan, juga untuk menyeimbangkan tekanan yang ada di dalam motor dengan tekanan di dalam annulus. Secara prinsip protector mempunyai 4 fungsi utama yaitu:

Untuk mengimbangi tekanan dalam motor dengan tekanan di annulus.

Tempat duduknya thrust bearing untuk meredam gaya axial yang ditimbulkan oleh pompa.

Menyekat masuknya fluida sumur ke dalam motor

Memberikan ruang untuk pengembangan dan penyusutan minyak motor akibat perubahan temperatur dalam motor pada saat bekerja dan pada saat dimatikan

Secara umum protector mempunyai dua macam tipe, yaitu :

1. Positive Seal atau Modular Type protector 2. Labyrinth Type Protector

Untuk sumur-sumur miring dengan temperatur > 300 0F disarankan menggunakan protector dari jenis seal atau modular type protector.

Gambar 2.7 Protector4. Intake (Gas Separator)Intake dipasangkan di bawah pompa dengan cara menyambungkan sumbunya (shaft) memakai coupling. Intake ada yang dirancang untuk mengurangi volume gas yang masuk ke dalam pompa, disebut dengan gas separator, tetapi ada juga yang tidak. Untuk yang terakhir ini disebut dengan intake saja atau standart intake.

Ada beberapa intake yang diproduksikan oleh Reda yang populer dipakai, yaitu :

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 di bagian luar dipasang selubung (screen) yang gunanya untuk menyaring partikel masuk ke intake sebelum masuk ke dalam pompa

Gambar 2.8 Gas separator Rotary Gas Separator dapat memisahkan gas sampai dengan 90%, dan biasanya dipasang untuk sumur-sumur dengan GLR tinggi. Gas separator jenis ini tidak direkomendasikan untuk dipasang pada sumur-sumur yang abrasive.

Static Gas Separator atau sering disebut reverse gas separator, yang dipakai untuk memisahkan gas hingga 20% dari fluidanya.5. Pompa Unit pompa merupakan Multistage Centrifugal Pump, yang terdiri dari: impeller, diffuser. Di dalam housing pompa terdapat sejumlah stage, dimana tiap stage terdiri dari satu impeller dan satu diffuser. Jumlah stage yang dipasang pada setiap pompa akan dikorelasi langsung dengan Head Capacity dari pompa tersebut. Dalam pemasangannya bisa menggunakan lebih dari satu (tandem) tergantung dari Head Capacity yang dibutuhkan untuk menaikkan fluida dari lubang sumur ke permukaan. Impeller merupakan bagian yang bergerak, sedangkan diffuser adalah bagian yang diam.

Prinsip kerja pompa ini yaitu fluida yang masuk ke dalam pompa melalui intake akan diterima oleh stage paling bawah dari pompa, impeler akan mendorongnya masuk sebagai akibat proses centrifugal maka fluida akan terlempar keluar dan diterima diffuser. Oleh diffuser tenaga kinetis fluida akan diubah menjadi tenaga potensial (tekanan) dan diarahkan ke stage selanjutnya.

Pada proses tersebut fluida mempunyai energi yang semakin besar dibandingkan pada saat fluida masuk. Kejadian tersebut terjadi terus-menerus sehingga tekanan head pompa berbanding linier dengan jumlah stage, artinya semakin banyak stage yang dipasang, maka semakin besar kemampuan pompa untuk mengangkat fluida.

Gambar 2.9 Pompa ESP6. Electric Cable Tenaga listrik untuk menggerakan motor yang berada di dasar sumur disuplai oleh kabel yang khusus digunakan untuk pompa ESP. Kabel yang dipakai adalah 3 jenis konduktor. Dilihat dari bentuknya ada dua jenis, yaitu flat cable type dan round cable type. Fungsi kabel tersebut adalah sebagai media penghantar arus listrik dari switchboard sampai ke motor di dalam sumur.

Secara umum ada 2 jenis kabel yang lazim digunakan di lapangan, yaitu :

Low temperature cable, yang biasanya dengan material isolasinya terdiri dari jenis polypropylene ethylene (PPE) atau nitrile. Direkomendasikan untuk pemasangan pada sumur-sumur dengan temperatur maximum 205 0F

High temperature cable, banyak dibuat dengan jenis ethylene prophylene diene methylene (EPDM). Direkomendasikan untuk pemasangan pada sumur-sumur dengan temperatur yang cukup tinggi sampai 400 0F

Kerusakan pada round cable merupakan hal yang sering kali terjadi pada saat menurunkan dan mencabut rangkaian ESP. Untuk menghindari atau memperkecil kemungkinan itu, maka kecepatan string pada saat menurunkan rangkaian tidak boleh melebihi dari 1500 ft / jam dan harus lebih pelan lagi ketika melewati deviated. Kabel harus tahan terhadap tegangan tinggi, suhu, tekanan migrasi gas dan tahan terhadap resapan cairan dari sumur maka kabel harus mempunyai isolasi dan sarung yang baik. Bagian dari kabel biasanya terdiri dari :

Konduktor (conductor )

Isolasi (Insulation)

Sarung (sheath) Jaket 6. Centralizer Berfungsi untuk menjaga kedudukan pompa agar tidak bergeser atau selalu di tengah-tengah pada saat pompa beroperasi, sehingga kerusakan kabel karena gesekan dapat dicegah.2.3 Kelebihan dan Kekurangan ESP

Setiap jenis artificial lift mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing, berikut ini merupakan beberapa point penting mengenai keunggulan dari ESP.

ESP sangat fleksibel untuk digunakan pada range kecepatan aliran yang rendah ataupun tinggi

Dapat dipergunakan pada water cut yang tinggi

Tidak ada bagian / komponen sistem yang dapat bergerak dipermukaan, sehingga tidak menggangu pemukiman.

Tidak adanya kebocoran dipermukaan membuat metoda ini memberikan dampak lingkungan yang sangat kecil.

Memungkinkan untuk dikontrol dari permukaan secara otomatis

Dapat digunakan pada sumur miring ataupun horizontal

Sedangakan kekurangan ESP antara lain:

Biaya operasi awal relative mahal

Memiliki keterbatasan untuk kedalaman menengah karena pengaruh batasan temperature pada Insulasi kabel dan seal pada motor

Membutuhkan sumber tenaga listrik yang stabil

Tidak cocok untuk sumur dengan GOR tinggi

Untuk melakukan perbaikan pada komponen dibawah permukaan, harus dilakukan pembongkaran seluruh peralatan komplesi2.4 Pengoperasian ESP

Pompa Electric submersible Pump (pompa benam) dimana pompa ini dapat dioperasikandidalam air. Beberapa hal yang perlu diperhatikan tentang cara pengoperasianElectrical Submersible Pump adalah sebagai berikut :

Beberapa cara pemasangan yang dianjurkan seperti terlihat pada tabelpenentuan kode pompa.

Pompa tidak boleh diletakkan pada kedalaman lebih dari 20 m.

Suhu air yang dipompakan tidak boleh lebih dari 40C. Arah rotasi pompa harus benar sebab jika tidak, akan berakibat kapasitas pompa akan berkurang dan motor akan kelebihan beban.

Gunakan handel pengangkat untuk mengangkat pompa, jangan sekali-kali mengangkat dengan mempergunakan selang atau cable powernya.

Apabila pompa telah bekerja pada air yang sudah terkontaminasi biarkan pompa bekerja untuk periode yang singkat di air bersih atau siram dengan air yang bersih diseluruh sambungan tempat pembuangan.Sebab apabila tertinggal di pompa tanah liat ,semen dan lainnya yang sejenis jika sudah kering akan berakibat pompa tidak dapat bekerja.

Apabila pompa akan tetap dipakai untuk suatu jangka waktu tertentu simpanlah pada gudang yang kering.

2.5 Karakteristik Kinerja Pompa ESP

1. Kurva Brake Horse Power

Kurva BHP menggambarkan daya (HP) yang diperlukan untuk dapat mengangkat fluida dari dalam sumur ke permukaan. Tenaga atau daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa harus dapat mengatasi faktor kehilangan yang mungkin terjadi pada pompa. Faktor kehilangan yang terjadi diantaranya adalah:

Kebocoran fluida antar impeller

Gesekan aliran antar impeller

Friksi pada bearring

Dan lain-lain.2. Kurva Efisiensi Pompa

Kurva efisiensi pompa merupakan perbandingan antara output horsepower dengan input horsepower. Kurva efisiensi pompa digunakan agar pada rencana pemakaian ESP dapat diantisipasi berapa lama pompa dapat digunakan untuk mengangkat fluida dari sumur ke permukaan. Sehingga dari kurva tersebut dapat diketahui berapa efisiensi pompa sesuai laju alir yang diinginkan

3. Kurva Kapasitas Head Pompa

Kurva kapasitas Head Pompa digunakan untuk menentukan jumlah stage yang dibutuhkan pada saat perencanaan ESP. Dalam menentukan jumlah stage yang dibutuhkan, terlebih dahulu harus diketahui Total Dynamic Head dan laju produksinya. Dengan naik nya jumlah produksi, maka head pompa akan turun dan sebaliknya. Pemyimpangan dari kurva head pompa dapat terjadi apabila dalam proses pengangkatan pompa mengalami kerusakan atau tubing mengalami kebocoran.

Dalam proses desain ESP harus memperhatikan laju alir dan ketiga faktor yang disebutkan di atas, apabila apabila terjadi kesalahan dalam proses desain ESP dapat mengakibatkan berbagai masalah pada ESP, seperti downthrust dan upthrust. Kondisi downthrust adalah dimana impeller bergesekan dengan bantalan bawah, hal ini bisa disebabkan oleh rendahnya laju alir produksi. Sedangkan kondisi upthrust adalah dimana impeller bergesekkan dengan bantalan atas, hal ini dapat disebabkan oleh pompa yang terlalu kecil atau tekanan reservoir besar sedangkan tekanan tubing rendah.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

ESP adalah pompa yang dimasukan ke dalam lubang sumur yang digerakan oleh motor listrik dan merupakan salah satu metode pengangkatan buatan yang efektif dan efisien untuk mengangkat fluida reservoir dalam jumlah besar ke permukaan dari lubang sumur. Prinsip kerja ESP berdasarkan pada prinsip kerja pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal adalah motor hidrolik dengan jalan memutar cairan yang melalui impeller pompa. Cairan masuk kedalam impeller pompa menurun poros pompa, dikumpulkan dalam rumah diffuser kemudian dilempar keluar. Oleh impeller tenaga mekanis motor diubah menjadi tenaga sentrifugal. Cairan yang ditampung dalam diffuser kemudian dievaluasi melalui pipa keluar, dimana sebagian tenaga kinetik diubah menjadi tenaga putaran berupa tekanan, karena cairan dilemparkan keluar maka terjadi proses pengisapan.DAFTAR PUSTAKA