Tinjauan Teori Esp

BAB II TINJAUAN TEORI

Pompa ESP dibuat atas dasar pompa sentrifugal bertingkat banyak dimana keseluruhan dari pompa dan motornya ditenggelamkan kedalam cairan. Pompa ini digerakkan dengan motor listrik dibawah permukaan melalui suatu poros motor (shaft) yang memutar pompa, dan akan memutar sudu-sudu (impeller) pompa. Perputaran sudu-sudu itu menimbulkan gaya sentrifugal yang digunakan untuk mendorong fluida ke permukaan. Adapun fungsi dari ESP adalah : Mempermudah penanggulangan scale. Mampu memompa cairan dalam jumlah yang besar. Lebih mudah dioprasikan dan biaya operasi rendah. 2.1. Peralatan Pompa ESP Secara umum peralatan Pompa ESP dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu: 1.

Peralatan diatas permukaan.

2.

Peralatan dibawah permukaan. Pada Gambar 2.1 memperlihatkan secara lengkap peralatan diatas dan

dibawah permukaan dari Pompa ESP.

4

5

Gambar 2.1 Susunan Lengkap Peralatan Pompa ESP3) 2.1.1

Peralatan Diatas Permukaan Peralatan

diatas

permukaan

meliputi

wellhead,

junction

box,

switchboard, dan transformer. 1.

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.

6

Tubing hanger dilengkapi juga dengan lubang untuk hidraulic control line, yaitu saluran cairan hidraulic untuk menekan subsurface ball valve agar terbuka. Pada Gambar 2.2. memperlihatkan tubing hanger dengan cable pack-off. Welhead juga harus dilengkapi dengan “seal” agar tidak bocor pada Iubang untuk kabel dan tulang. Wellhead didesain untuk tahan terhadap tekanan 500 psi sampai 3000 psi.

Gambar 2.2 Cable Pack-Off pada tubing hanger

2.

3)

Junction Box Junction box ditempatkan di antara kepala sumur dan

switchboard untuk alasan keamanan. Gas dapat mengalir keatas melalui kabel dan naik ke permukaan menuju switchboard, yang bisa menyebabkan terjadinya kebakaran. Karena itu, kegunaan dari

7

junction box ini adalah untuk mengeluarkan gas yang naik keatas tadi. Junction biasanya 15 ft (minimum) dari kepala sumur dan normalnya berada diantara 2 sampai 3 ft diatas permukaan tanah. Fungsi dari junction box antara lain : Sebagai

ventilasi

terhadap

adanya

gas

yang

mungkin

bermigrasi kepermukaan melalui kabel agar terbuang ke atmosfer. Sebagai terminal penyambungan kabel dari dalam sumur dengan kabel dan swicthboard. 3.

Switchboard Switchboard adalah panel kontrol kerja dipermukaan saat

pompa bekerja yang dilengkapi dengan motor controller, overload dan underload protection serta alat pencatat (recording instrument) yang bisa bekerja secara manual ataupun otomatis apabila terjadi penyimpangan. Switchboard ini dapat digunakan untuk tegangan dari 440 volt sampai 4800 volt. Fungsi utama dari switchboard adalah : 1.

Untuk mengontrol kemungkinan terjadinya downhole problem seperti : overload atau underload current.

2.

Auto restart setelah underload pada kondisi intermittent well.

3.

Mendeteksi unbalance voltage.

8

Pada switchboard biasanya dilengkapi dengan ammeter chart yang berfungsi untuk mencatat arus motor versus waktu ketika motor bekerja. 4.

Transformer Merupakan alat untuk mengubah tegangan listrik, bisa untuk

menaikan atau menurunkan tegangan. Alat ini terdiri dari core (inti) yang dikelilingi oleh coil dan lilitan kawat tembaga. Keduanya, 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. 2.1.2

Peralatan dibawah Permukaan Peralatan dibawah permukaan dari Pompa ESP terdiri atas pressure

sensing instruments, electric motor, protector, intake, pump unit dan electric cable. 1.

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

9

a.

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

b.

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

Gambar 2.3 Pressure Sensing Instrument3) 2.

Electric Motor Jenis motor Pompa ESP adalah motor listrik induksi dua kutub tiga fasa yang diisi dengan minyak Pelumas khusus yang mempunyai

10

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. Fungsi dari minyak tersebut adalah : 1.

Sebagai pelumas

2.

Sebagai tahanan (isolasi)

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), secara garis besar motor ini mempunyai dua bagian pokok, yaitu 1.

Rotor (gulungan kabel haltis 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

11

saling berhubungan akan ikut berputar pula (poros pompa, intake, dan protector).

Gambar 2.4 Motor Pompa ESP3)

12

3.

Protector Protector (Reda) sering juga disebut dengan Seal Section (Centrilift) atau Equalizer (ODI). Secara prinsip protector mempunyai empat fungsi utama, yaitu: 1.

Untuk melindungi tekanan dalam motor dari tekanan di annulus.

2.

Menyekat masuknya fluida sumur kedalam motor

3.

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

4.

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

4.

Intake Intake dipasang dibawah pompa dengan cara menyambungkan sumbunya (shaft) memakai coupling. Intake merupakan saluran masuknya fluida dari dasar sumur ke pompa menuju permukaan. Untuk jenis-jenis tertentu, intake ada yang dipasang menjadi satu dengan housing pompa (intregrated), tetapi ada juga yang berdiri sendiri. Ada beberapa jenis intake yang sering dipakai, yaitu: Standart Intake, dipakai untuk sumur dengan GLR rendah. Jumlah gas yang masuk pada intake harus kurang dari 10%

13

sampai dengan 15% dari total volume fuida. 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.

Gambar 2.5 Jenis labyrinth Type Protector3)

14

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% dan fluidanya. 5.

Pump Unit Unit pompa merupakan Multistages Centrifugal Pump, yang terdiri dari : impeller, diffuser, shaft (tangkai) dan housing (rumah pompa). Di dalam housing pompa terdapat sejumlah stage, dimana tiap stage terdiri dan 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 Iebih dan 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. Seluruh stage disusun secara vertikal, dimana masing-masing stage dipasang tegak lurus pada poros pompa yang berputar pada housing.

15

Prinsip kerja pompa ini, yaitu fluida yang masuk kedalam pompa rnelalui intake akan diterima oleh stage paling bawah dari pompa, impeller

akan

mendorongnya

masuk,

sebagai

akibat

proses

centrifugal maka fluida tersebut akan terlempar keluar dan diterima oleh diffuser. Oleh diffuser, tenaga kinetis (velocity) fluida akan diubah menjadi tenaga potensial (tekanan) dan diarahkan ke stage selanjutnya.

Gambar 2.6

Jenis Rotary Gas Separator3) Gambar 2.7 Unit Pompa ESP3)

16

Pada proses tersebut fluida memiliki energi yang semakin besar dibandingkan pada saat masuknya. Kejadian tersebut terjadi terusmenerus sehingga tekanan head pompa berbanding linier dengan jumlah stages, artinya semakin banyak stage yang dipasangkan, maka semakin bcsar kemampuan pompa untuk mengangkat fluida. 6.

Electric Cable Kabel yang dipakai adalah jenis tiga konduktor. Fungsi utama dari kabel tersebut adalah sebagai media penghantar arus listrik dari switchboard sampai ke motor didalam sumur. Kabel harus tahan terhadap tegangan tinggi, temperatur, tekanan migrasi gas dan tahan terhadap resapan cairan dari sumur. Untuk itu maka kabel harus mempunyai isolasi dan sarung yang baik. Bagian dari kabel biasanya terdiri dari : 1.

Konduktor (Conductor)

2.

Isolasi (Insulation)

3.

Sarung (sheath)

4.

Jaket

Ada dua jenis kabel yang biasa dipakai yaitu round dan flat cable. Pada jenis round cable dibagian luar sarungnya dibungkus lagi dengan karet (rubber jacket). Biasanya kabel jenis round ini memiliki ketahanan yang Iebih lama daripada jenis flat cable, tetapi memerlukan ruang penempatan yang lebih besar.

17

Secara umum ada dua jenis kabel yang biasa dipakai di lapangan, yaitu 1.

Low Temperature Disarankan untuk pemasangan pada sumur-sumur dengan maximum 200°F.

2.

High Temperature Cable Disarankan untuk pemasangan pada sumur-sumur dengan temperatur yang cukup tinggi sampai mencapai 400°F.

Gambar 2.8 Jenis Flat Cable dan Round cable3)

18

7.

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 kebocoran fluida dari tubing (kehilangan fluida) akan 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.

8.

Bleeder Valve Bleeder valve dipasang satu joint diatas check valve, mempunyai fungsi mencegah minyak keluar pada saat tubing dicabut. Fluida akan keluar melalui bleeder valve.

9.

Centralizer Berfungsi untuk menjaga kedudukan pompa agar tidak bergeser atau selalu ditengah-tengah pada saat pompa beroperasi, sehingga kerusakan kabel karena gesekan dapat dicegah.

3.2

Karakteristik Kinerja Pompa ESP Motor listrik berputar pada kecepatan relatif konstan, memutar pompa

(impeller) melewati poros (shaft) yang disambungkan dengan bagian protector. Power disalurkan ke peralatan bawah permukaan melalui kabel listrik konduktor

19

yang di klem pada tubing. Cairan memasuki pompa pada bagian intake dan dilepas ke tubing ketika pompa sedang beroperasi. Kelakukan pompa berada pada harga effisiensi tertinggi apabila hanya cairan yang terproduksi. Tingginya volume gas bebas menyebabkan operasi pompa tidak effisien.