perencanaan ulang electric submersible pump pada sumur …

Perencanaan Ulang Electric Submersible Pump pada Sumur L5A-MRS

Tio Fariz Siswanto

PEM Akamigas

AbstrakPada sumur L5A-MRS terpasang ESP ING 3200 dengan 130 stages. Dari hasil evaluasi, ESP ING 3200 tidak bekerja dengan baik. Efisiensi pompa sebesar 55%, pompa dalam kondisi kelebihan beban muatan, stages yang terpasang (130 stages) kurang dari stages minimal yang dibutuhkan (174 stages) untuk mengalirkan fluida sampai ke permukaan, Diperlukan perencanaan ulang agar pompa dapat beroperasi dengan optimal. Pompa desain adalah ESP ING 4000, 145 stages tersedia, Q desain 4450 bpd, 60 Hz, efisiensi pompa 66%, pada PSD 4000 ft.

Kata kunci: Desain ESP, Evaluasi ESP

AbstractAt L5A-MRS well installed ESP ING 3200 with 130 stages. From the evaluation results, the ESP ING 3200 does not work well. The pump efficiency is 55%, the pump is in overloaded condition, available stages (130 stages) are less than the required minimum stages (174 stages) to lift the fluid up to the surface. It is necessary to do electric submersible pump re-design. Pump design is ESP ING 4000, 145 stages available, Q design 4450 bpd, 60 Hz, pump efficiency 66%, on PSD 4000 ft.

Keywords: ESP design, ESP evaluation

PendahuluanProduksi minyak dari suatu sumur dapat di-lakukan dengan dua cara, yaitu dengan Meto-de Sembur Alam (Natural Flow Method) dan Metode Pengangkatan Buatan (Artificial LiftMethod). Pada sumur sembur alam, tekanan reservoirmampumengangkatfluidaproduksidari dasar sumur sampai ke permukaan dan mengalirkannya sampai ke fasilitas proses. Metode pengangkatan buatan digunakan apa-bila tekanan reservoir sudah tidak mampu lagi memproduksikan minyak dengan sembur alam. Salah satu metode pengangkatan buat-an adalah Electric Submersible Pump (ESP).

Pompa ESP merupakan pompa sentrifugal bertingkat, dengan tiap tingkat terdiri dari im-peller dan diffuser. Fluida yang masuk melalui pump intake akan bergerak menuju tingkat pertama pompa. Putaran impeller tersebut akan memberikan gaya dorong pada fluida,sehinggafluidatersebutakanmemilikiener-gi lebih besar dari pada sebelumnya. Diffuser akanmengarahkanfluidauntukbergerakme-nuju impeller pada tingakat berikutnya dan proses tersebut akan terus berjalan sampai tingkat terakhir.

Dalam penulisan journal ini, penulis mela-kukan evaluasi permasalahan pompa yang

Jurnal Nasional Pengelolaan Energi 41

terpasang pada sumur L5A-MRS. Dilakukan desain ulang terhadap pompa yang terpasang dengan harapan pompa desain dapat bekerja optimaldenganefisiensiterbaikdanmenda-patkan keuntungan untuk perusahaan.

Metode Penelitian

A. Subjek Penelitian

Subjek dalam penulisan jurnal ini adalah eva-luasi pompa ESP dan desain ulang pompa ESP yang terpasang.

B. Objek Penelitian

Objek dalam penulisan jurnal ini adalah mo-del kondisi keadaan pompa ESP yang terpa-sang dan keadaaan pompa yang akan dipa-sang (pompa desain).

C. Tahapan Penelitian

Berikut ini tahapan-tahapan yang akan digu-nakan penulis selama melakukan penelitian:

1. Studi pustaka2. Informasi umum dan asumsi3. Evaluasi pompa ESP terpasang4. Menentukan Q desain dan Pwf desain5. Perencaan ulang ESP6. Analisis hasil perhitungan7. Evaluasi data hasil analisis8. Simpulan dan Saran

D. Pengumpulan Data

Data-data yang diperlukan untuk melakukan penelitian meliputi:

1. Data produksi sumur2. Data reservoir sumur3. Data ketersediaan pompa

E. Pengolahan Data

Data akan dianalisis dan diolah dalam bentuk tabel maupun grafik dengan menggunakan

microsoft excel. Hal ini bertujuan agar para-meter evaluasi dan hasil analisis dapat dike-taui dengan jelas.

Hasil Penelitian dan PembahasanDalam bab ini disajikan tahapan evaluasi ESP yang terpasang (ING 3200) dan perencanaan ulang terhadap ESP yang terpasang dengan harapan desain pompa ESP hasil desain (ING 4000) dapat bekerja dengan optimal.

Evaluasi pada pompa ESP ING 3200 meliputi evaluasi frekuensi dan evaluasi stages yang terpasang.

Untuk mengevaluasi frekuensi-frekuensi di-perlukan nilai recommended flow range pada frekuensi 50-60 Hz. Nilai recommended flow range didapatkan dari Pump Performance Curve dan disajikan dalam tabel berikut.

Tabel 1. Recommended Flow Range ING 3200 pada 50-60 Hz

Frekuensi

(Hz)

Recommended Flow Range

(BFPD)

50 1667 – 3600 BFPD

51 1700 – 3672 BFPD52 1733 – 3744 BFPD53 1767 – 3816 BFPD54 1800 – 3888 BFPD55 1833 – 3960 BFPD56 1867 – 4032 BFPD57 1900 – 4104 BFPD58 1933 – 4176 BFPD59 1967 – 4248 BFPD60 2000 – 4320 BFPD

Berdasarkan data well test, rate yang dipro-duksikan oleh pompa ING 3200 sebanyak 4310 BFPD. Rate sebanyak 4310 BFPD tidak direkomendasikan untuk diproduksi pada frekuensi 50-59 Hz dikarenakan rate 4310 BFPD diatas batas recommended flow range di frekuensi 50-59 Hz. Apabila tetap diproduk-

42 Volume 1 No 2 tahun 2019

sikan pada frekuensi 50-59 Hz, maka pompa akan mengalami kondisi upthrust dan dapat menyebabkan pompa rusak.

Frekuensi yang memungkinkan untuk dipakai adalah frekuensi 60 Hz (2000 – 4320 BFPD), akan tetapi pada frekuensi 60 Hz dengan rate produksi 4310 BFPD mendekati batas atas recommended flow range sehingga efisiensipompa menurun sampai di bawah 57% dan pompatidakberoperasipadaefisiensiterba-ik.

Untuk mengevaluasi stages yang terpasang,

diperlukan Pump Performance Curve ING 3200 dan data jumlah stages terpasang. Jum-lah stages terpasang adalah 130 stages. Untuk Pump Performance Curve menggunakan fre-kuensi yang memiliki nilai recommended flow range mencakup rate produksi 4310 bpd (Q gross), yaitu pada frekuensi 60 Hz dengan ni-lai recommended flow range 2000 – 4320 bpd dan jumlah stages 130 stages. Plot nilai rate produksi 4310 bpd pada pump performance curve, maka akan didapatkan nilai pump effi-ciency, motor load, dan head.

Gambar 1. Pump Performance Curve ING 3200 60 Hz, 130 Stages

Berdasarkan hasil plot didapatkan nilai ef-siensi pompa sebesar 55%, beban motor se-besar 192 HP, dan head sebesar 3200 ft atau 24.615 ft/stages.

Untuk mengetahui jumlah stages minimal yang dibutuhkan, perlu dilakukan perhitung-an Total Dynamic Head (TDH) sebagai berikut:

Menghitung SGL (Spesific Gravity) campuran menggunakan persamaan:

SGL = (Fraksi air ×SG air)+(Fraksi minyak ×SG minyak)

SGL = (98%×1.02)+(2%×0.985)

SGL = 1.0193


E.J.9um Performance Curve bl he -- .4% 4.0$%%. 6.4. le4.0.. 0e hf.es 204.79 6L .0%.. ge .$%.e%L - %00 0e.. 02 - 2%t • 6.0 Le. 66%c -- 4 - 6.0

• 8eP - - - ·- lo Oy 2.1$% 720d . . 0r e0

el. we4s% ' ' •. 40.d e+$ •

1, • • 1.46 4866 •

t " • 4006 "" • $g4 7d % • ' pt% tot 4 • / kt}.. 4 Md i

/ Le 24l% ,- • " / 0#44An 44.6

2% 42%

' $0 0d 16.d 200d 2¢ - .. - .. - Capacity Savel pet Day 00.0.4$b.%.0.

.0h44eh$000..%.-4..(4.6.

Menghitung PIP (Pump Intake Pressure) menggunakan persamaan:

PIP = Pwf - [ 2.31ft/psi(DatumDepth -PumpDepth)×SGL ]

PIP = 722,9 - [ 2.31ft/psi(5302.658 -3711.942)×1,0193 ]

PIP = 21 psi

Menghitung Net Dynamic Lift menggunakan persamaan:

Net Dynamic Lift = PSD - SGL

PIP x 2, 31 ft/psi

Net Dynamic Lift = 3711, 942 - 1, 019321 x 2, 31ft/psi

Net Dynamic Lift = 3664.37 ft

Menghitung nilai friction loss pada ID tubing 2.992 inch pada Q = 4310 bpd dengan persa-maan:

F=86.31 ft/1000

Menghitung total friction loss sepanjang PSD:

Konversi wellhead pressure dalam satuan ft dengan persamaan:

Menghitung TDH (Total Dynamic Head) de-ngan persamaan:

TDH = Net Dynamic Lift + Total Friction Loss

+ WHP (ft)

TDH = 3664.377+320.4+294.6)

TDH = 4279 ft

Jumlah stages minimal yang dibutuhkan agar fluida dapatmengalir ke permukaan (stages required) dapat diketahui dengan persamaan:

Stages Required = 173.8 (174 stages)

Stages yang terpasang (available stages) ada-lah 130 stages, sedangkan jumlah stages mi-nimal yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluidasampaikepermukaan(stages required) adalah 174 stages,makasecarateorifluidati-dak bisa mengalir sampai ke permukaan ka-rena jumlah available stages dibawah jumlah stages yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluidasampaikepermukaan(stages required). Jika fluidadapatmengalirsampaikepermu-kaan, maka pompa dalam keadaan kelebihan beban muatan (overload) karena perbedaaan stages yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida(174stages) cukup besar dibandingkan dengan stages yang terpasang (130 stages).

Oleh karena itu, perlu dilakukan perencanaan ulang terhadap pompa yang terpasang agar sumur tetap dapat berproduksi dengan rate yang besar dan pompa yang digunakan untuk memproduksikan rate tersebut bekerja se-caraoptimalpadaefisiensiyangbaik(diatas60%) dengan stages yang tersedia.

Perencaan ulang ESP meliputi perhitungan Inflow Performance Relationship (IPR), me-nentukan Q desain dan Pwf desain, pemilihan pompa, dan perhitungan jumlah stages yang dibutuhkan.

IPR pada sumur L5A-MRS menggunakan Me-tode Vogel dengan langkah perhitungan seba-gai berikut:

Menghitung nilai Qmaksimum, menggunakan per-samaan:


Q 1.85 100! (=,) F=-2.083('') A434.3 C (D'885°

4310 8° 10o!8>» (=.$) F-2.083(') .\34.3

· 94 (2.99218055

Total Friction Loss = FXPSD 86.31

Total Friction Loss 100@ 3711.942

Total Friction Loss= 320.4 ft

WHP (psi)2.31 ft/psi WHP (ft)= SGl

13082.31 ft/psi WHP (ft)= 1.0193

WHP (ft)= 294.6 ft

TDH Stages Required= h d' 1 ea/stages

4279 Stages Required - 4.615

Q max = 5173.068 bpd

Menghitung nilai Q pada berbagai Pwf asumsi:

Q pada Pwf = 0 psi (Q max)

Q pada Pwf = 200 psi

Q pada Pwf = 2000 psi

Q pada Pwf = Pr = 2074.5 psi

Q =

Tabulasi nilai Pwf asumsi dan Q pada Pwf asumsi:

Tabel 2. Pwf asumsi dan Q pada Pwf asumsi

Pwf asumsi

(psi)

Q pada Pwf asumsi

(bbl)

0 5173.068200 5034.857400 4819.714600 4527.641800 4158.6371000 3712.7021200 3189.8351400 2590.0381600 1913.311800 1159.6512000 329.062074.5 0

Plot antara Pwf asumsi dan Q pada Pwf asum-si (Q@Pwf asumsi) menghasilkan IPR untuk sumur L5A-MRS.

Gambar 2. IPR Sumur L5A-MRS

Untuk melakukan perencaan ulang ESP, terle-bih dahulu tentukan rate yang akan diproduk-sikan (Q desain) dan tekanan pada rate yang akan diproduksikan (Pwf desain).

Agar mendapatkan keuntungan bagi perusa-haan, pompa memiliki efisiensi diatas 60%,submergence pompa ± 100 ft, dan penyesu-aian stages yang tersedia, penulis merenca-nakan Q desain sebesar 4450 bpd pada PSD 4000 ft.

Plot Q desain pada grafik IPR (Inflow Per-formance Relationship), didapatkan tekanan pada Q desain (Pwf desain).


(Q test) (thy=

a(") %) · Pr · Pr (43 JO)

o=.his, gee 1-0.2 30745,0.83074.5 IPR Sumur L5A-MRS

( 0 0 ') 0-61.060)811-02(54,$)"(5) 1-so6s

( ( 200 ) ( 200 )') Q=(5173.068) 1-0.2 3074$],30745, l= 5034.857

( (2000) (2000)') Q=(5173.068) 1-0.2 3o744!0.8',30o14.5, I= 329.06

( (2074.5) (2074.5)2)

(5173.068) 1-0.2 3074s,)50745, '0

s'

2500

_ 2000 9o £ #1500 £ = { 1000

z 500

0 0

0 "·. 0 0 %

0 I 000 2000 3000 4000 5000

Q@Pwf asumsi. bbl

Gambar 3. Q Desain dan Pwf Desain pada IPR Sumur L5A-MRS

Dari hasil plot, didapatkan Pwf pada Q desain (4450 bpd) adalah sebesar 646.65 psi.

Penentuan pompa ESP berdasarkan Q desain dan ketersediaan pompa di workshop. Tentu-kan pompa ESP yang mempunyai nilai recom-mended flow range mencakup Q desain.

Pompa yang mempunyai nilai recommended flow range mencakup Q desain (4450 bpd) adalah pompa ING 4000 pada frekuensi 60 Hz dengannilai recommended flowrangesebe-sar 2600 – 5200 bpd.

Setelah menentukan pompa, kemudian meng-hitung berapa jumlah stages minimal yang di-perlukanuntukmengalirkanfluidasampaikepermukaan dengan pompa yang dipilih (ING 4000, 60 Hz). Penentuan jumlah stages me-nyesuaikan stages yang tersedia. Perhitungan stages yang dibutuhkan sebagai berikut:

Menghitung SGL campuran menggunakan persa-maan:

SGl mix= (Fraksi air ×SG air) + (Fraksi minyak ×SG minyak)

SGl mix = (98% × 1.02)+(2% × 0.985)

SGl mix = 1.0193

Menghitung PIP (Pump Intake Pressure) meng-gunakan persamaan:

PIP = 71.8 psi

Menghitung Net Dynamic Lift menggunakan persamaan:

Net Dynamic Lift = 3837.253

Menghitung nilai friction loss pada ID tubing 2.992 inch pada Q desain = 4450 bpd dengan persamaan:

F = 91.57 ft/1000

Menghitung total friction loss sepanjang PSD:

Total Friction Loss = F × PSD

Total Friction Loss =366.3 ft

Konversi wellhead pressure dalam satuan ft. Wellhead pressure pada Pwf desain diasumsi-


QDesain dan Pwf Desain pada IPR Sumur L5A-MRS

2400 21000 1800 Q z 150o

g 1200 900 646,651179

60X

0 1000 2000 3000 4000 5000 0 bpd

pgMetode Vogel Qbegain (44$0bpd)

PIP =Pf desain [(Datum Depth-Pump Depth) xSGll

2.31 ft/psi

_ [(5302.658 -4000) x 1.0193] PIP = 646.65- 2.3 fr ..I 'psi

(PIP x2 31 ft/psi) Net Dynamic Lift =PSD- SGi

. (s» Net Dynamic Lift = 4000- 10193

0 18s

%%es.(""() C (D'6ss

(4450) 1.s5 10085 .= F -2083() ...34.3 94 (2.992°

91.57 Total Friction Loss 10c 4000

kan sebesar 100 psi.

Menghitung TDH (Total Dynamic Head) de-ngan persamaan:

TDH = Net Dynamic Lift + Total Friction Loss + WHP (ft)

TDH = 3837.253 + 366.3 + 226.62

TDH = 4430.2 ft

Menentukan head/stages dari Pump Perfor-mance Curve ING 4000, 60 Hz. Plot Q desain 4450 bpd pada Pump Performance Curve ING 4000, 60 Hz.

Gambar 4. Plot Q Desain pada Pump Performance Curve ING 4000

Dari plot didapatkan nilai head/stages sebe-sar 31 ft/stages danefisiensipompa66%.

Jumlah stages minimal dihitung dengan per-samaan:

Stages = 142.9 (143 stages)

Stages minimal yang dibutuhkan pompa un-tukmengalirkanfluidasampaikepermukaanadalah sebanyak 143 stages.

KesimpulanBerdasarkan hasil evaluasi pompa terpasang dan perencanaan ulang, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Setelah dilakukan evaluasi, pompa yang terpasang (ING 3200) mengalami per-masalahan kondisi upthrust, kelebihan


WHP (ps1)x2.31 ft/psi WHP (ft) = SGI

EJp.pump Performance Curve bet l 2$

qi ff-NG4.0 f%pt St.4446.40%4 .-l ft ooh 200 $.2000 .L D 0 .PL $.e 000 % $. 0$.e 02 $. p • 6000 % .6. 66.%c • 600 w. 60.0.

• BEP et0 lg - •• lo 0% 1646 4 - 0 e( • � 4+33.48

146 •• -- e.6rs • --- 128 4?$ 78

109 36$

' ' 6.6

bu e $14 30 $0

' \ 72 240 24 4.0

L/ '- \ 4 80 8 6

/ '- 366 12$ 1? 20

/ orto 18. .. 06. 10

/ I I Of AT4GAN 26 .2

• 6.0 10d ·- po - 6.0 420 - 40 6.00.0

Capacity arel per Day

TDH Stages = _

head/stages

Stages= 4430.2

31

beban muatan (overloaded condition), danefisiensipompayangsangat rendah(55%).

2. Pompa desain (ING 4000) direncakan pada Q desain 4450 bpd, Pwf desain

646.65 psi, PSD 4000 ft.3. EfisiensipompaING4000mencapai66%

dengan Q produksi yang lebi besar dari pompa ING 3200.

Daftar PustakaBrown, KE, 1977, “The Technology of Artificial Lift”, Volume 1, Tulsa:Petroleum Publishing

Company.

Centrilift, 1997, “Electric Submersible Pump Handbook”, Oklahoma: Centrilift.


perencanaan ulang electric submersible pump pada sumur …

Documents