Sucker Rod Pumping Design

BAB B SUCKER ROD PUMP

1.1

PENDAHULUAN Didalam Didalam perkemba perkembangan ngan industri industri perminya perminyakan kan selalu selalu diusahak diusahakan an untuk untuk

meni mening ngka katk tkan an

prod produk uksi si

miny minyak ak..

Oleh Oleh

kare karena na

itu itu

pada pada

seti setiap ap

indu indust stri ri

perminy perminyakan akan,, selalu selalu diperhitu diperhitungka ngkan n dan direncan direncanakan akan suatu suatu program program yang sesuai dengan perkembangan teknis dan sistem produksi yang dipakai. Metoda produksi yang banyak dipakai di lapangan minyak adalah pompa sucker rod. Tujuan pemasangan pompa sucker rod adalah untuk mengangkat fluida dari dasar sumur ke permukaan sesuai dengan apa yang diharapkan (optimum) setelah dengan metoda sembur alam sudah tidak dapat lagi diterapkan. Tetapi ada kalanya kalanya sejalan sejalan dengan dengan beropera beroperasiny sinya a pompa, pompa, ternyata ternyata produksi produksi yang yang didap didapatk atkan an tidak tidak sesua sesuaii dengan dengan apa yang yang dihara diharapka pkan. n. Dari Dari data data lapan lapangan gan diperoleh bahwa suatu sumur dengan memiliki efisiensi olumetrik (!) " #$%, yang yang seben sebenarn arnya ya bisa bisa mencap mencapai ai &$%. &$%. 'enuru 'enurunan nan efisie efisiensi nsi sumur sumur terseb tersebut ut disebabkan disebabkan oleh beberapa faktor yaitu  . *aktor keadaan sumur #. *aktor kondisi pompa +ntuk +ntuk faktor faktor keadaan keadaan sumur, sumur, sebab yang yang mempeng mempengaruh aruhii penuruna penurunan n efisiensi efisiensi adalah  

-ondisi sumur dimana kemampuan berproduksi sudah mengecil



!ndapan parafin pada pompa, tubing dan flowline

+ntuk +ntuk faktor faktor kondisi kondisi pompa, pompa, sebab sebab yang yang mempeng mempengaruh aruhii penuruna penurunan n efisiensi efisiensi adalah 

1



erubahnya dimensi atau ukuran komponen / komponen pompa terutama bagian yang sering melakukan gerak mekanis seperti 



•

'ulley pada prime moer 

•

0ounterbalance

•

'olished 1od

•

2ucker 1od string

•

'lunger 

Masuknya gas kedalam plunger 

Dengan demikian diperlukan perencanaan yang tepat pada pompa sucker rod.  3gar produksi yang yang diperoleh diperoleh menjadi optimal. optimal.

1.2 1.2

Peng Penger ertia tian n Umum Umum Pom Pompa pa Suc Suce err Ro! Ro! 'ompa 'ompa 2ucker 2ucker 1od 1od didei dideifin finisi isikan kan sebag sebagai ai alat alat yang yang berfun berfungsi gsi untuk untuk

mengangkat fluida dari dasar sumur ke permukaan. 'eralatan pompa ini terdiri dari bagian / bagian peralatan yang terpisah, tetapi sebenarnya komponen / komponen tersebut merupakan suatu gabungan yang komplek dan memerlukan perencanaan perencanaan yang benar dan teliti. 2ecara garis besar peralatan pompa hisap (2ucker 1od) dibagi menjadi # bagian  a. 'eral 'eralata atan n dia diatas tas permuk permukaan aan b. 'eral 'eralata atan n dibaw dibawah ah perm permuka ukaan an ada # jenis peralatan yang digunakan yaitu  . Tubi Tubing ng pump pump #. 1od pum pump p

2

1." 1."

Da#a Da#arr Pemi Pemi$i% $i%an an Pom Pompa pa Suc Suce err Ro! Ro! 4enis pompa yang banyak digunakan di lapangan produksi minyak antara

lain  . 2ucker rod pump #. 0entrifugal pump Dilapangan produksi kebanyakan menggunakan jenis 2ucker 1od 'ump. 5al ini dikarenakan karena  . 'omp 'ompa a suck sucker er rod rod dapa dapatt digu diguna naka kan n untu untuk k sumu sumur rsu sumu murr yang yang berp berpas asir  ir  maupun yang tidak berpasir. #. 'ompa 'ompa sucker rod rod lebih lebih mudah dioper dioperasik asikan an dan lebih lebih cepat cepat dapat diketah diketahui ui bila ada kerusakan mekanisnya 6. 'ompa 'ompa sucker sucker rod dapat dapat diguna digunakan kan untuk untuk sumur sumur / sumur sumur produks produksii besar  besar  maupun kecil. 7. 'ompa 'ompa sucker sucker rod lebih lebih efekti efektiff bila bila diper dipergu gunak nakan an untuk untuk sumur sumursum sumur ur yang mempunyai kedalaman kurang dari $$$ m 8. 'eralata 'eralatan n / peralatan peralatan yang yang rusak dapat dapat diperbai diperbaiki ki didalam didalam negeri. negeri.

1.&

De#ri De#rip#i p#i Pera$a Pera$atan tan Pompa Pompa Suce Sucerr Ro! Ro!

'eralatan pompa sucker rod dapat dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu peralatan diatas permukaan dan peralatan dibawah permukaan.

1.&. 1.&.1 1

Pera Pera$a $ata tan n !iata !iata# # perm permu uaa aan n

3

'eral 'eralata atan n diata diatas s permu permukaa kaan n ini berfu berfung ngsi si untuk untuk mengat mengatur ur naik naik turunn turunnya ya rangkaian sucker rod, dimana tenaga yang diberikan oleh unit pompa digunakan untuk mengangkat fluida dari dasar sumur. 1.&. 1.&.2 2

Pera Pera$a $ata tan n Di'a( Di'a(a% a% Perm Permu uaa aan n

*ung *ungsi si pera perala lata tan n pomp pompa a suck sucker er rod rod yang yang ada ada dida didala lam m sumu sumurr (dib (dibaw awah ah permukaan adalah untuk memindahkan atau mengangkat fluida dari dasar sumur  ke permukaan. 'ompa bawah permukaan pada sucker rod dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu Tubing pump dan rod pump. 1. )u'ing 'ing Pump ump Tubing pump merupakan jenis pompa sucker rod bawah permukaan yang pertama pertama kali dikembangk dikembangkan. an. 'ompa 'ompa jenis jenis ini didirika didirikan n dengan dengan adanya adanya pump barre barrell yang yang dipasa dipasang ng langsu langsung ng pada pada bagia bagian n bawah bawah dari dari rangka rangkaia ian n tubing tubing,, sedangkan plunger disambungkan dengan rangkaian sucker rod. Tubing pump mempunyai ukuran yang lebih besar jika dibanding rod pump. Disamping itu juga mempunyai produksi yang lebih besar pada ukuran (si9e) tubing yang sama, olume yang besar akan mengakibatkan beban besar pula beban yang diterima oleh rod string. +ntuk itu pemakaian pompa ini sebaiknya pada sumur dangkal.

4

*am'ar 1

Pera$atan Pompa Ba(a% Permuaan )ipe )u'ing )u'ing Pump

5

2. Ro! Pump 1od pump merupakan jenis pompa sucker rod bawah tanah dimana seluruh unitnya (pump barrel, plunger, traelling dan standing ale) disambung langsung dengan rangkaian sucker rod dan dudukan pada dasar tubing (seating nipple). 4enis rod pump ini mempunyai keunggulan, yaitu waktu perbaikan pompa cukup mengangkat rangkaian

rod

saja,

sedangkan

pada tubing pump harus

mengangkat rangkaian tubing dan rodnya. 1od pump mempunyai kapasitas yang lebih kecil dibanding dengan tubing pump pada ukuran tubing yang sama. 1od pump ini dibedakan menjadi tiga type yaitu  

1od pump stationery barrel top hold down



1od pump stationery barrel bottom hold down



1od pump traelling barrel bottom hold down

a. 1od 'ump 2tationery arrel Top 5old Down 'ompa ini sangat sering digunakan pada sumur / sumur yang mengandung pasir. iasanya pasir atau partikel / partikel lain sering mengendap antara tubing dan pump barrel dimana dapat mengakibatkan terjepitnya sewaktu dicabut. Tetapi dengan stationery barrel top hol down pump, tidak menjadi masalah karena pasir dapat mengendap diantara tubing dan barrel.

6

*am'ar 2

K$a#i+ia#i Pompa Sucer Ro!

7

b. 1od 'ump Traelling arrel ottom 5old Down 'ompa ini berbeda cara kerjanya dengan pompa / pompa yang lain kalau pompa yang lain. 'lunger bergerak turun naik sedangkan barrelnya diam tidak bergerak, tetapi pada traelling barrel pump, kebalikannya yaitu  barrel yang turun naik sedangkan plunger diam. :ambar memperlihatkan bagian / bagian dari peralatan pompa bawah permukaan jenis tubing pump. 3dapun bagian / bagian dari pompa bawah permukaan terdiri dari  . Tubing 2eperti halnya pada peralatan sembur alam, tubing digunakan untuk mengalirkan minyak dari dasar sumur permukaan setelah minyak diangkat oleh pompa yang ditempatkan pada ujung tubing. #. ;orking arrel Merupakan tempat antara dimana plunger dapat bergerak naik turun sesuai dengan langkah pemompaan dan menampung minyak sebelum diangkat oleh plunger pada waktu up stroke. 6. 'lunger   Merupakan bagian dari pompa yang terdapat didalam barrel dan dapat bergerak naik turun yang berfungsi sebagai pengisap minyak dari f ormasi masuk ke barrel yang kemudian diangkat ke permukaan melalui tubing. 7. 2tanding >), harga 'wf  adalah nol. 4adi persamaan # menjadi   PI 

=

q  Ps − 0

Gma> " 'F > 's

(#)

1..2 Karateri#ti Opera#i 'ada operasi pompa, penenggelaman pompa di dalam cairan sumur  merupakan faktor yang sangat penting dan perlu dipertimbangkan. Dan penenggelaman pompa itu sendiri adalah jarak antara standing ale dengan working fluid leel. 3pabila suatu sumur mempunyai working fluid leel yang tinggi dan penenggelaman pompa terlalu dalam, maka traelling ale akan selalu membuka karena tekanan hidrostatik cairan yang masuk ke dalam pompa terlalu besar, akibatnya efisiensi pompa akan menurun.

17

1.." Karateri#ti Pompa -arakteristik pompa ini akan menentukan kebocoran dan pengisian cairan ke dalam pompa. -ebocoran melalui plunger menjadi kecil apabila iskositas cairan tinggi, oleh karena itu dalam menentukan fit dari plunger ini sangat dipengaruhi oleh iskositas. :leen H 2team menyatakan bahwa kebocoran dapat diabaikan bila plunger fit antara $,$$ s?d $,$$# in. untuk menghitung kebocoran melalui plunger, digunakan rumus  2"

1,382 x d   x  D  x C   µ   x  L  x 10

3

−8

 (bpd)

(6)

Dimana  2

" -ebocoran melalui plunger

(bpd)

d

" Diameter plunger

(in)

D

" -edalaman pompa

(?$$$ ft)

0

" diameter plunger clearance

(in)

µ

" / 0) . 2?#

(7&)

Dalam perhitungan ini harga 0 dianggap J8% dari counter balance effect ideal atau $,J8 0i 4adi torsi maksimal  Tp " (;ma> / $,J8 0i) . 2?#

1.7.7

(7J)

Pengurangan Kecepatan Dari Prime Mo/er e Cran S%a+t

Tenaga yang dipindahkan dari engine sheae yang mempunyai diameter d c, ke unit sheae yang berdiameter d u, dengan menggunakan $= G . : . EH 

(87)

Dimana  EH "

Het Eift, adalah perbedaan tekanan yang menyebabkan adanya aliran fluida dari pompa ke permukaan, dinyatakan dalam feet dari fluida yang diproduksikan.

Het lift tersebut berbeda dengan pump depth disebabkan pengaruh tekanan casing (yang merupakan gaya yang cenderung untuk mengangkat fluida). Dalam bentuk feet of fluid pengaruh tekanan casing adalah perbedaan antara

37

kedalaman pompa (pump setting depth) dengan working fluid leel dalam casing yaitu (ED). 2edang pengaruh tekanan tubing ' t, eGuialen dengan 

 P t  (# / in 2 )  x 144 (in 2 /   ft  62,4 G (# /   ft 3 )

=

 P t  0,433 G

  ft 

(88)

Dengan demikian Het Eift  EH " E / (E / D) K

"DK

 P t 

(8=)

0,433 G

 P t  0,433 G

2elanjutnya, selain dibutuhkan tenaga untuk mengangkat cairan juga diperlukan tenaga untuk mengatasi gesekan antara pompa dengan polished rod. Tenaga ini telah ditentukan secara empiris, yaitu energi yang hilang akibat gesekan per  stroke adalah  ?& ;r  > #2 " $,#8 ; > 2 (in?lb)

(8)

ila kecepatan pemompaan (H), horse power gesekan adalah  5f  "

0,25 W r  . S  . N  (in # / min) 12 (in /   ft )  x 33000 (  ft .# / min/ &p )

" =,6 > $ ;r  . 2 . H (hp)

(8&)

38

Total polished rod horse power adalah jumlah 5 h  dan 5f , rake horse power  untuk prime moer harus juga termasuk polished rod horse power dan untuk faktor keselamatan digunakan konstanta ,8. 4adi  5b " ,8 (5h K 5f )

1.:

(8J)

Conto% Ana$i#i# E+i#ien#i 8o$umetri !an De#ign Pompa Sucer Ro! Sumur <

1.:.1

Ana$i#i# E+i#ien#i 8o$umetri Pompa Sucer Ro! Sumur  Data / data sumur  

Homor sumur





Dalam



6$$ ft



2umbat



#J=# ft



'erforasi



#&$ ft / #&7= ft



Tubing



# B@ > #&$7 ft



*luid leel (D)



#=68 ft



'ompa



#@ 1;3 J ft



'lunger



CI



2ucker 1od



C@ >  ft



?&@ > J$ ft



2aringan gas?suction pipe



# B@ 0up type??&@



Mud 3nchor



# B@ !+ Tubing  joint



'umping +nit



Eufkin 0 / 7D687



'olished rod stroke (2)



87 in



2 ' M (H)



6

39



!lectro motor Dordt



Dordt 7$ 5'



'roduksi (G)



77 bbl?day



:as Oil 1atio



#,# Mcf?bbl



2pesifik grafiti (:)



$,&7#

'erhitungan  

Tubing # B@ pada tabel 7 diperoleh  3t " ,&# in#



'lunger  C@, pada tabel 6 diperoleh  3p " #,7$8 in#



2ucker rod C@, pada tabel # diperoleh  3ri " $,77# in# dan M " ,=6 lb?ft



2ucker rod ?&@. 'ada tabel # diperoleh  3r# " $,=$ in# dan M# " #,= lb?ft

N

*aktor 'ercepatan

α

"

" " N

S  . N  2 70500 54.13 2 70500

$,#J

!ffectie 'lunger 2troke (2p) 2p " e  p

= "

et "

" "

2 K ep  (et K er ) 40,8 .  L2 . α   E  40,8 . 2804

2

30  x 10

. 0,129 6

"

.6J in

5,20 G .  D .  A p . L  E  .  At  5,20 . 0,8142 . 2635 . 2,405 . 2804 6

30  x 10 .1,812

,6&7 in

40

er  "

5,20 . G .  D .  A p

 E 

   L1  L2  +   Ar 1  Ar 2

       

"

" 2p " " N

87 K ,6J / (,6&7 K 8,$76) 7&,J8# in

'ump Displacement ( $$% 44 227,186

 > $

%$J,6 %

erdasarkan perhitungan efisiensi olumetrik pompa diatas, diketahui bahwa efisiensi olumetrik pompa sumur adalah sekitar #$%. 2ebagian patokan apakah suatu pompa terpasang efisien atau tidak adalah dari efisiensi olumetriknya. Dalam hal ini pompa terpasang dikatakan efisien bila efisiensi olume lebih besar  atau sama dengan &$%.

1.:.2

De#ign Pompa Sucer Ro! Pa!a Sumur < Data / data sumur  

'engukuran kedalaman fluida

 #&$8 ft



'st

 &=, psi

41



'wf 

 8J,= psi



G

 77,$ bbl?day



2pesifik :raity

 $,&7#

Motor listrik yang tersedia merk Dordt  J8 1'M, 7$ 5' 'umping unit yang ada tipe Eufkin 0 / 7D / 6 / 87 dapat didefinisikan sebagai berikut  N0

 0onensional (tipe konensional)

N 77 Ma>imum 'eak TorGue 1ating dalam ribuan in lbs Dalam hal ini pompa memiliki torsi maksimal sebesar 7$$$ in lbs ND

 Double 1eduction :ear 1educer 

N6  Ma>imum 'olished 1od Eoad 1ating dalam ratusan lbs Dalam hal ini pompa memiliki beban polished rod maksimal sebesar 6$$ lbs. N 87  'anjang langkah maksimal dalam in Dalam hal ini pompa memiliki panjang langkah maksimal sebesar  87 in 'ada perhitungan efisiensi olumetrik sebelumnya (#$%) diketahui bahwa kedalaman fluida pada saat itu adalah #=68 ft. setelah diadakan pengukuran kedalaman berikutnya ternyata fluid leel sebesar #&$8 ft. sehingga terjadi penambahan head sebesar $ ft. 'ada kedalaman lebih dari #&$8 ft terdapat lapisan lumpur. Dimana jika pompa diletakkan pada kedalaman lebih dari #&$8 ft, lumpur ikut tersedot oleh pompa. Tersedotnya lumpur ini tidak banyak yang sampai keluar permukaan sebab pada pompa tersebut dipasang alat pemisah lumpur yang disebut Mud  3nchor. ;alau demikian lumpur ini bisa mengakibatkan kerusakan pada ball and

42

seat yang pada akhirnya mengakibatkan kebocoran pompa. 2elain itu lumpur  bisa menyumbat standing ale sehingga minyak tidak dapat memasuki plunger. Tidak dapatnya minyak memasuki plunger inilah yang menyebabkan efisiensi olumetrik menurun. Dengan melihat kondisi diatas, untuk mencegah agar lumpur tidak bisa masuk secara langsung kedalam pompa, maka perlu penempatan atau penenggelaman pompa pada leel diatas batas antara minyak dan lumpur. 'erhitungan / perhitungan  N

Menentukan besarnya 'F  'F "

" "

N

q  P  st 

−

P wf  

44 86,7

−

59,6

,=#6 bbl?day?psi

Menentukan G ma> Gma> " 'F . 'st " ,=#6 . &=, " 7$, bbl?day

N

ila diasumsi bahwa efisiensi olumetrik (! ) " &$%, akan didapatkan pump displacement ( $,&7# (#&$$ . ,= / $,#J7 . 67) " 686,$8 lbs

N

2ehingga  ;ma>

;min

"

;f  K ;r  ( K α)

"

686,$8 K 67,7 (  K $,7)

"

8&7,J8= lbs

"

;r  (  α  $,# > :)

"

67,7 ( / $,7 / $,# . $,&7#)

"

##,6= lbs

47

erdasarkan perhitungan diatas, dengan ; ma> " 8&7 berarti pumping unit Eufkin 07D687 memenuhi syarat untuk digunakan. -arena tipe ini mampu menahan beban polished rod maksimal " 6$$ lbs N

0ounter balance effect ideal (0 i) 0i "

N

W max

+ W min 2

"

5784,1956 + 2727,36 2

"

7#88, lbs

Torsi maksimum (Tp)  Tp "

(W max − 0,95 C i )  . 2?#

"

(8&7,J8= / $,J8 . 7#88,) . 67?#

"

#J=$$,=7 in lbs

erdasarkan perhitungan torsi maksimal tersebut berarti pumping unit 0 7D687 yang mempunyai kekuatan menahan torsi sebesar 7$$$ in lbs, sesuai untuk digunakan.

N

-eperluan tenaga (5b)  5ydraulik (5h) " ,6= > $= . G . : . E " ,6= . $= . 7, . $,&7# . #&$$ " ,J#78 5p  *riction (5f )

" =,6 . $ . ;f  . 2. H " =,6 . $ . 686,$8 . 67 . J " $,888 5p

48

 Maka  5b

" ,8 (5h K 5f ) " ,8 (,J#78 K $,888) " 6,7 5p

erarti !lectro motor merk Dordt 7$ 5p memenuhi syarat untuk digunakan. N

Diameter pulley !lectro Motor yang dibutuhkan (de)  'umping speed yang diinginkan, H " J 2'M !lektro motor yang tersedia, H e " J8 rpm 'itch diameter dari pumping unit 07D687 adalah (d u) " #$ in :ear radio () " #&,= de "

 . du .

 N   N e

"

#&,= . #$ .

"

, in

19 975

4adi diameter pulley electro motor yang diperlukan adalah , in.

Lampiran 1

49

)a'e$ 2 +kuran 1od (in) 8?&

Euas (in #) $,6$

erat (lb?ft) ,=

6?7

$,77#

,=6

?&

$,=$

#,=



$,&8

#,&&

 ?&

$,JJ7 Data Sucer Ro!

6,=7

50

)a'e$ " Euas (in#)

-onstanta 'ompa



$,&8

(bpd?in?2pm) $,=

 ?=

$,&&=

$,6

 ?7

,##

$,&#

 ?#

,=

$,#=#

 6?7

#,7$8

$,68

 #8?68

#,77&

$,6=J

#

6,7#

$,7==

#A

6,J=

$,8J$

# ?#

7,J$J

$,#&

# 6?7

8,J7$

$,&&

6 6?7

,$78

,=6J

7C

,# Pump P$unger Data

#,=6$

Diameter (in)

)a'e$ & +kuran nominal

Diameter luar

erat

Euas penampang

(in)  ?#

(in) ,J$$

(lb?ft) #,J$

$,&$$

#

#,68

7,$

,6$7

# ?#

#,&8

=,8$

,&#

6

6,8$$

J,6$

#,8J$

6 ?#

7,$$$

,$$

6,$

7

7,8$$

#,8

6,=$

Data )u'ing

51

)a'e$ , -edalaman

+kuran

+kuran

+kuran rod

-ecepatan

'ompa (ft) $$$$$

(in) # 6?7

(in) 6

(in) ?&

'emompaan 2'M #7 J

$$#8$

# ?#

6

?&

#7 J

#8$=8$

# ?7

# ?#

6?7

#7 J

=8$J$$

#

# ?#

6?7

#7 J

J$$#8$

 6?7

# ?#

6?7

#7 J

#8$6$$$

 ?#

#

8?& / 6?7

#7 J

6$$$6$$

 ?7

#

8?& / 6?7

#7 &

6$$7$$$  # 8?& / C #7 & Data Untu Perencanaan Pumping Unit AP Si=e &> !engan Stroe "& in

)a'e$  +kuran / ukuran 1od 'ada 2tring (in) 8?& / 6?7

5arga 1 " $,8J / $,$&J= 3p 1# " $,#7 K $,$&J= 3p

6?7 / ?&

1 " $,&= / $,$8== 3p 1# " $,#7 K $,$8== 3p

&  

1 " $,&7 / $,$68 3p 1# " $,&= K $,$68 3p

8?& / 6?7 / ?&

1 " $,=# / $,6J6 3p 1# " $.JJ K $,$6 3p 16 " $,8 K $.$=88 3p

6?7 / ?& / 

1 " $,==7 / $,$&J7 3p

52