03-2 Pompa Angguk.pdf

8/19/2019 03-2 Pompa Angguk.pdf

1/63

TEKNIK PRODUKSI NO : TP.03.02

JUDUL : POMPA ANGGUK

SUB JUDUL : Perencanaan Dan Analisa Ulah SumurPompa Angguk

Halaman : 1 / 63

Revisi/Thn : 2/ Juli 2003

Manajemen Produksi Hulu

PERENCANAAN DAN TROUBLESHOOTING SUMUR POMPA ANGGUK

1. TUJUAN

! Menentukan kemungkinan adanya kerusakan atau kekurangan sistim pemompaan dan saran

penanggulangannya, sehingga diperoleh efisiensi maksimum.

! Memilih parameter desain pompa angguk, konfigurasi, kedalaman penempatan, diameter, panjang

langkah, kecepatan pompa, ukuran batang isap, beban counterbalance dan daya kuda, sesuai laju

produksi, sifat fluida, kondisi reservoir serta geometri sumur.

2. METODE DAN PERSYARATAN

2. 1 METODE

! Metode yang dipakai sesuai dengan pedoman API ( American Petroleum Institute) RP11L.

! Metode analisa dilakukan dengan pengamatan langsung dan atau pembacaan dynagraph.

Pembacaan dynagraph dapat dilakukan secara kwalitatif dan kwantitatif. Metoda kwantitatif

dilakukan dengan metode konvensional dan metoda Fagg.

2. 2 PERSYARATAN

Tidak ada persyaratan khusus.

3. LANGKAH KERJA

3.1. DISAIN POMPA ANGGUK UNTUK SUMUR DALAM

1. Siapkan data yang diperlukan dan isi Data Sheet No. 1 (lihat Gambar 1)

2. Lakukan runtunan perhitungan dengan cara mengisi Data Sheet no. 2 (lihat Gambar 5)

2. A. Pengisian Butir a Sampai j:

a. Hitung displacement pompa ( PD) atau laju alir pada efisiensi 100 % (Q inj), yaitu lajualir yang di inginkan dibagi efisiensi:

Q100 = Q (yang diinginkan /efisiensi) (1)

Laju alir yang diinginkan dihitung dari IPR (Gilbert atau Vogel).

Efisiensi pompa diperkirakan sesuai pengalaman lapangan atau gunakan Tabel 1;

umumnya diambil 80 %


2/63




Halaman : 2 / 63



Catatan : Tabel 1; dapat dipakai untuk pompa piston hidrolik maupun pompa angguk.

b. Aras kerja cairan (H) dihitung sebagai berikut:

H = Depth / SG fluida (2)

P wf = Ps - Q (yang diinginkan) / PI (3)

c. Pasang pompa pada kedalaman sekitar 75 feet di bawah aras kerja cairan dari hasil

perhitungan butir b, guna menghindari interferensi gas , Apabila aras kerja cairan < 275

feet di atas puncak perforasi, maka penempatan pompa dianjurkan sekitar 30 sampai

100 feet di bawah perforasi atau kebiasaaan lapangan.d. Dengan harga displacement yang didapat dari butir a dan kedalaman pompa dari c.

Pilihlah konfigurasi torque-stroke rod yang sesuai dengan menggunakan Gambar 7, 8

atau 9. Pilihan konfigurasi yang sedikit di atas titik yang didapat, pada Gambar 7, 8 at

au 9 tersebut hanya berlaku untuk kondisi aras cairan sama dengan kedalaman pompa

efisiensi 100 %, SG=1, tubing duduk dan counterbalance sempurna.Umumnya

digunakan Gambar 8 (Composite 30.000 psi stroke limit ) . panjang langkah (S). Selain

menggunakan gambar dapat juga ditentukan sesuai petunjuk pabrik.

e.Kecepatan pompa ( N ) diperkirakan dengan menggunakan Gambar 10,11 atau 12.Untuk

pompa conventional dianjurkan rnenggunakan Gambar dikurangi 15 %. Untuk pompa

Air- Balance dan Mark II dianjurkan mengambil harga di bawah harga maksimal yang

di dapat dari grafik masing-rnasing, sebagai contoh N diambil 15 % di bawah harga

maksimal yang didapat. Perlu diusahakan - supaya kecepatan tidak tepat sinkron, yaitu

dengan melihat harga bilangan bulat "n" yang dihitung dari persamaan 3

"n" =23700/NL. Dalam pemilihan kecepatan pompa (H) hindarkan angka "n" dekat

dengan bilangan bulat sejauh. " 10 %.

f. Tentukan diameter plunger dan jenis pompa yang dipilih sebagai berikut :

! Hitung pump factor PF dengan rumus :

NS

PD PF # (4)

! Berdasarkan harga PF, tentukan diameter plunger menggunakan Tabel 2,

setelah me1ihat kemampuan (Rating) unit pompa API yang bersangkutan (Tabel 8)

! Atas dasar diameter plunger dan ukuran tubing, pilih jenis pompa dari Tabel 3.

g. Hitung SG fluida dengan rumus :


3/63




Halaman : 3 / 63



SG minyak = API o$5.131

5.141 (5)

SG fluida = SG rninyak (l-KA) + SG Air (l-KA) (6)

Apabila data tersebut tidak diketahui gunakan SG = 1

h. Ukuran tubing, lihat data sheet no. l.

i. Berdasarkan nomor konfigurasi batang.upaman yang didapat dan butir d, dan diameter

plunger didapat dari butir f, tentukan kombinasi diamater dan pajang (%) batang upaman

dari Tabel 4.Misal dari butir d diperoleh nomor batang isap : 85, dan butir f diperoleh

diameter plunger = 1.75", maka dari Tabel 4 akan diperoleh kombinasi batang upaman

1", 7/6", 3/4" dan 5/8" serta % panjang masing-masing adalah 29.6; 30. 4; 29.5 dan

10.5 %

j. Menentukan service factor yang tergantung pada kebiasaan lapangan atau gunakan

standard API sebagai berikut :

2. B. Isi butir 1 sampai dengan 35 sebagai berikut :

1.wr = Berat batang upaman rata-rata di udara, lb/ft. Untuk standard API dan tanpa

sinker bar , wr dibaca dan Tabe1 4.

Untuk non API atau dengan sinker bar wr = berat total di udara panjang total.

2. E r = Konstanta elastisitas batang. upaman in/lb-ft dari Tabel 4.Untuk non API ,

Er = jumlah hasil kali panjang tiap ukuran batang upaman dengan konstanta

elastisitasnya (Tabel 7) dibagi dengan panjang total rangkaian batang

upaman.

3. B = Faktor frekwensi rangkaian batg. upaman. Pada tapered string merupakan

fungsi dari panjang dan kombinasi btg.upaman. Untuk API lihat Tabel untuk

non API lihat Gambar 13-17.Bila bukan tapered (hanya satu macam

ukuran). B = 1.

4. E t = Konstanta e1astisitas tubing, in/lb-ft. dibaca dari Tabel 6. Bila tubing dianker

E t = 1.

5. F o = Beban total f luida ( gross) di plunger ; dihitung sesuai persamaan yang

tercantum.

6.1/k r = Konstanta elastisitas total rangkaian batang upaman, in-lb. yaitu stretch

(perpanjangan) btg.upaman per lb beban. Hitung sesuai persamaan yang


4/63




Halaman : 4 / 63



tercantum.

7. S kr = Beban yang dibutuhkan agar rangkaian batang upaman mulur sepanjang

langkah batang upaman S, di hitung dengan persamaan yang tercantum.

8. F o /S kr = Beban total fluida pada plunger (lb) dibagi dengan beban yang dibutuhkan

agar terjadi pemanjangan sepanjang S. (lb)

9. N/N o = Kecepatan pompa tanpa dmensi untuk batang isap "non tapered "; dihitung

sesuai persamaan yang tercantum.

10. N/N o' = Kecepatan pompa tanpa dimensi untuk batang upaman ”tapered ”; dihitung

sesuai persamaan yang tercantum.11 1/k t = Pemanjangan tubing, untuk tubing yang tergantung bebas (tak dianker) ;

dihitung sesuai persamaan yang tercantum. Apablla tubing (dianker), maka

pemanjangan = 0.

12. S p /S = Faktor panjang 1angkan plunger ; ditentukan dengan menggunakan Gambar

18.

13. S p = Panjang langkah efektip plunger , yaitu panjang langkah plunger sebenarnya,

dihitung sesuai persamaan yang ada.

14. PD = Displacement pompa, b/d, dihitung sesuai persamaan yang tercantum.

Catatan : Pada langkah 14 ini, apabila displacement pompa ternyata lebih kecil dari yang

diinginkan (lihat butir a), maka data pada b-j (atau a-j) di ubah dan langkah 1 - 14

diulangi. Apabila perbedaan tersebut besar, ubahlah diameter plunger , panjang

langkah dan kecepatan pompa.

15. W = Berat batang upaman di udara; dihitung sesuai persamaan.

16. W rf = Berat batang isap di dalam fluida; dihitung sesuai persamaan.

17. W rf /S kr = Berat batang isap dalam f luida dibagi beban yang menyebabkan rangkaian

batang isap mulur sepanjang S.

18. F 1 /S = Faktor beban maksimal batang upaman ( Polished Rod Peak Factor );

ditentukan dengan menggunakan Gambar 19.

19. F 2 /S kr = Faktor beban minimal batang upaman ( Polished Rod Minimum Factor );

ditentukan dengan menggunakan Gambar 20..

20. 2T/S kr = Faktor beban puntir maksimal ( Peak Torque Factor ) ; tentiikan dengan

menggunakan Gambar 20


5/63




Halaman : 5 / 63



21. F3/S kr = Faktor daya kuda batang upaman (Polished Rod HP ) ; ditentukan dengan

menggunakan Gambar 23

22. T a = Faktor perubahan beban puntir (torque adjusment factor ) ; ditentukan dengan

menggunakan Gambar 23 - dan 24 apabila W rf /S kr bukan 0, 3.

23. PPRL = Beban batuan upaman maksimum ( peak polished rod load ) ; dihitung sesuai

persamaan tercantum.

24. MPRL = Beban batang upaman minimum (minimum polished rod load ); dihitung

sesuai persamaan tercantum

25. PT = Beban puntir maksimum ( peak torque); dihitung sesuai persamaan tercantum.26. PRHP = Daya kuda batang upaman ( Polished Rod HP ) untuk pompa konvensional;

dihitung sesuai persamaan tercantum

27. CBE = Beban counterbalance ; dihitung sesuai persamaan tercantum.

28. Stress (max) = Beban batang upaman maksimum dibagi luas penampang batang.upaman

terbesar.

29.Stress (min) = Beban batang.upaman minimum dibagi luas penampang batang upaman `

terbesar.

30.Sress maksimum yang diijinkan; dihitung sesuai persamaan yang tercantum

(gunakan T r =900 psi untuk Grade C, 115000 untuk Grade D dan 85000 untuk Grade E)

31. PRHP untuk Air Balance dan Mark II; dihitung sesuai persamaan yang tercantum.

32. EBHP = Brake HP mesin (motor), untuk pompa jenis konvensional dan air balance d ;

dihitung sesuai persamaan yang tercantum,

33. EBHP untuk pompa jenis Mark II = PRHP

34. NPHP = Daya kuda motor listrik; dihitung sesuai persamaan yang tercantum.

35. d = Diameter sheave ( pull ) pada roda prime mover ; dihitung sesuai persamaan

yang tercantum. Data mengenal gear ratio, diameter pulir gearbox dan

kecepatan motor didapat dari keterangan pabriknya. Apabi1a terdapat

ukuran pull , usahakan agar kecepatan belt dibawah 5000 ft/menit.

3.2 DISAIN POMPA ANGGUK UNTUK SUMUR DANGKAL

1. Siapkan data berikut :

! Laju produksi (BFPD)

! Productivity Index (B/D/psi)


6/63




Halaman : 6 / 63



! Tekanan Statik Sumur (psi)

! Kedalaman Sumur (ft)

! Water Cut (%,fraksi)

! SG air

! API minyak, o API

! Effisiensi Volumetrik

! Jenis Rod

2. Dari laju produksi yang diinginkan dan volumetric efficiency yang diperkirakan hitung pump

displacement (PD).

PD = 0.1484 A p S p N (7)

PD = pump displacement , b/d

A p = luas irisan plunger , in2

S p = panjang efektif langkah pompa, in

N = kecepatan pompa, spm ( stroke/menit)

Qdesain = E v x pump displacement

E v = volumetric efficiency, %, fraksi

3. Dari Gambar 1 pilih Unit API dan panjang stroke unitnya.

4. Dari tabel 6-13 pilih ukuran tubing, ukuran plunger , ukuran rod , kecepatan pompa yang sesuai dengan

kedalaman pompanya. Hitung fraksi panjang setiap rod (Tabel 5) dan Tabel 14,15,16 ( plunger ,tubing

dan rod ).

5. Bulatkan ukuran rod kedekat per-25 ft.

6 Hitung Mill’s acceleration factor % .

70500

SxN ! # (8)

7. Tentukan panjang langkah efektif,S p

S p = S + e p-et -er (9)

Untuk plunger overtravel :

E

! L.e p

2840# (10)


7/63




Halaman : 7 / 63



Untuk tubing stretch :

t

p

t E A

G L D A.e

205# (11)

Untuk rod stretch :

r

p

r E A

G L D A.e

205# (12)

8. Dengan volumetric efficiency yang tadi, tentukan apakah laju produksinya bisa dicapai dengan S p

dan ukuran plunger yang ada.

Q = K S p N E v (13)

9. Hitung beratrod , W r

10.Hitung berat fluida, W f

W f = 0.433 G L ( A p-Ar ) (14)

11.Hitung PPRL dan cek terhadapbeam load unit yang dipilih.

Untuk unit Konvensional

PPRL = W f + W r (1+% ) (15)

MPRL = W r (1-% -0.127 G) (16)

Untuk Air Balance:

PPRL = W f + W r (1+0.7 % ) (17)

MPRL = W r (1-1.3% -0.127 G) (18)

Untuk Mark II ,

PPRL = W f + W r (1+0.6 % ) (19)

MPRL = W r (1-1.4% -0.127 G) (20)

12.Hitung maksimum stress di puncak rod dan cek terhadap maksimum stress yang diijinkan.

Maksimum stress rod = PPRL/Al (21)

13. Hitung counterbalance effect dan cek terhadapcounterbalance yang ada.

C i =0.5 W f + W r ( 1-0.127 G) (22)

14. Dari buku pabrik pompa, tentukan posisi counterweight agar didapat efek counterbalance

ideal.

15. Dengan asumsi tak akan meleset 5% dari ideal, hitung peak torque ( PT ) gear reducer dan cek terhadap

rating API nya.

PT =(PPRL –0.95 C i ) S/2 (23)


8/63




Halaman : 8 / 63



16. Hitung HHP , H friksi dan brake HP untuk motor. Pilih motornya.

H h = 7.36 x 10 –6

q G L N (24)

H f = 6.31 x 10 –7

W r S N (25)

H b = 1.5 ( H h+H f ) (26)

17. Dari buku pabrik bisa dipilih gear reduction ratio dan unit pullir motor serta pompa berdasarkan

kecepatan motornya.

3.3 METODE LANGSUNG ANALISA KERUSAKAN

Lakukan pengamatan langsung dan tentukan jenis kerusakan serta cara penanggulangannya denganmenggunakan Tabel 1

3.4 PEMBACAAN DYNAGRAPH

3.4.1 Analisa Kwalitatif

1. Lakukan pengukuran dinamometer dan dapatkan dynagraphnya.

2. Bandingkan bentuk kurva tersebut dengan bentuk kurva pada gambar 3 dan pilih yang

sesuai.

3. Pergunakan keterangan dibawah bentuk kurva yang sesuai untuk menentukan jenis

kerusakan.

3.4.2 Analisa Kwantitatif

3.4.2.1 Cara Perhitungan Konvensional

1. Persiapkan data :

! defleksi maksimum ( Dmax)

! defleksi minimum ( Dmin)

! luas daerah dibawah kurva ( A1)

! luas daerah dalam kurva ( A2)

! panjang dynagraph ( L), lihat (Gambar-1)2. Hitung beban maksimum dengan persamaan :

Beban maksimum = c Dmax (27)

c = konstanta kalibrasi

3. Hitung beban minimum dengan persamaan :

Beban miminum = c Dmin (28)

4. Hitung beban upstroke rata-rata dengan persamaan :


9/63




Halaman : 9 / 63



Beban upstroke rata-rata =& '

L

A Ac 12 $ (29)

5. Hitung beban downstroke rata-rata dengan persamaan :

Beban downstroke rata = L

Ac 1 (30)

6. Hitung beban counterbalance seharusnya dengan

persamaan :

L

2

A Ac 21 (

)

*+,

- $

(31)

7. Hitung beban pada batang upaman ( polished rod ) dengan persamaan :

& '3300012 N S

L

A c HP 2rod

.# (32)

8. Bandingkan HP rod dan beban counterbalance total hasil perhitungan dengan

kenyataan.

9. Bila efisiensi terlalu rendah lihat butir 2 Tabel 1.

3.4.2.2 Cara Perhitungan Metode Fagg

1. Persiapkan data untuk perhitungan :

! Beban pada upaman (W )

! Effect counter balance total (C )

! Sudut crank (/)

! Panjang langkah (S )

2. Hitung Torque (0) untuk berbagai macam sudut crank (/) sebagai berikut :

0 = (W – C ) x (S /2) x sin /

3. Gambar grafik torque terhadap sudut crank (0° - 360°)

4. Bandingkan gambar pada butir 3 dengan grafik torque pada gambar 6.

5. Keterangan pada kurva yang sesuai menyatakan keadaan counter-weight .

4. DAFTAR PUSTAKA

1. API RP11L4: “Curves for Selecting Beam Pumping Units”,1970


10/63




Halaman : 10 / 63



2. “ Artificial Lift Sucker RodPumping ”, Atlantic RichField Co. , Manual. 1972.

3. Barmi, Okti, “Teknik_Produksi Minyak &.Gas Bumi, Pumping Unit I, Conventional Unit, PE-28

&29 “ Pertamina Unit E.P II, 1982.

4. Brown, K. E.: “The Technology of Artificial Lift Methods", vol. 2A. , Pen Well Publ. , 1980.

5. Craft,B.C., Holden, W. R.& Graves, E. D. Jr. , “Well Design Drilling and Production“ Prentice

Hall, 1962.

6. Engineer, Roy & Pavis L., “Calculator Program Speeds Rod Pump Design", World Oil, Feb. 1,

1984.

7. Gibbs, S. G : “ A Review of Methods for Design and Analysis of Rod Pumping Installations“, JPT,Des. , 1982.

8. Patterson, Jr. : “ Prod. Operation Eng. Tech. - Sucker Rod Pumping ”. ARCO Oil & Gas Co., I982.

9. Hind, T. E. W. : “ Princhple of Oil Well Production” , McGraw Hill, 1981.

10. Sucker Rod .Handbook, Bethlehem Steel Handbook 489, 1958

11. API RP11L4 “Curves for Selecting Beam Pumping Units”, 1970.

12. Bambang Tjiptadi, “ Personal Communication”, 1984

13. Manual for Artificial Lift –Sucker Rod Pumping, Atlantic Richfield Co.,1972.

14. Engineer,Roy & Davis,L., Calculator Programs Speeds Rod Pump Design,World Oil,Feb.1,1984.

15. Nind,T.E.W,” Principles of Oil Well Production”,McGraw Hill,1981

16. Gibbs,S.G., “ Review of Methods for Design and Analysis of Rod Pumping Installations”,

JPT,Dec.1982

17. Jennings, J.W. & Laine,R.E., “ Method for Designing Fiberglass Sucker Rod Strings Using API

RP 11L”, SPE 18188,1988

18. Jennings, J.W., “The Design of Sucker Rod Pump System“ , SPE 20152, 1989.

19. ESSO Production School,Sucker Rod Pump, Pendopo,1972

20. “ Primer of Oil-Well Service and Workover ”, 3 rd Ed., PES,Univ.of Texas at Austin,1979

21. Lea,J.F & Winkler,H.W., “What’s New in Artificial Lift “, part 1, World Oil,March 1997

22. Lufkin Industries Inc., “ Internet Communication”, June 17,1997 at

http://www/lufkin.com/lulof/lulof4.htm

5. DAFTAR SIMBOL

A1 = luas daerah di bawah kurva dynagraph, in2


11/63




Halaman : 11 / 63



A2 = luas daerah di dalam kurva dynagraph, in2

c = konstanta kalibrasi beban, lb/in.

Dmax = defleksi maksimum, in.

Dmin = defleksi minimum, in.

L = panjang kurva dynagraph, in

N = jumlah langkah / menit.

PD = pengurasan pompa BPD

H = kedalaman aras cairan kerja. ft

L = kedalaman pompa, ftS = panjang langkah, inch

N = kerapatan pompa, SPM

D = diameter plunger , inch

G = specific Gravity fluida produksi

SF = faktor perbaikan

W r = berat rangkaian, lb/ft

E r = konstanta elastisitas batang.upaman , inch/lb-ft

F c = faktor frekwensi

E t = konstanta elastisitas tubing, inch/lb-ft

F o = perbedaan beban fluida pada luas Plunger , Ib

S kr = beban agar batang upaman mulur sepanjang S

N o = frekwensi alami untuk daya Untapered , SPM

N o’ = frekwensi alami untuk tapered , SPM

S p = panjang langkah pompa, inch

w = berat total batang upaman di udara, lb

wrf = berat total batang upaman di fluida, lb

F 1 = faktor berat batang upaman

F 2 = minimum faktor berat batang upaman

T = torsi crank , lb-inch

F 3 = faktor daya batang upaman

T a = faktor perubahan beban puntir bila W rf /S kr bukan 0.3

PPRL = beban batang upaman,lb

MPRL = minimum beban batang upaman, lb


12/63




Halaman : 12 / 63



PT = minimum beban batang upaman, lb

PRHP = daya batang upaman

CBE = counterweight ,1b

A = luas batang upaman, in

EBHP = daya mesin terpakai

NPHP = daya mesin " Name Plate"

Dis = diameter unit sheave, inch

d = diameter engine sheave, inch

RPM = kecepatan mesin, RPM R = pembandingan gear box

T r = minimum tensile strength batang upaman, Grade C= 90. 000 psi.

S = panjang langkah, in.

W = beban, Ib

0 = torque, in-lb

/ = sudut crank, °

A p = luas irisan plunger , in2

At = luas penampang dinding tubing, in2

C i = counterbalance ideal, lb

D = kedalaman working level fluida, ft

E = moulus Young besi, 30 x 106 psi

e p = plunger overtravel,in

et = tubing stretch, in

er = rod stretch, in

G = SG fluida

H h = hydraulic horse power , hp

H f = horse power oleh friksi, hp H b = brake horse power , hp

K = konstanta pompa

L N = net lift , ft

MPRL = Minimum Polished Rod Load , beban minimum di polished rod , lb

N = kecepatan pompa, spm ( stroke/menit)

PD = pump displacement , b/d


13/63




Halaman : 13 / 63



PPRL = Peak Polished Rod Load atau beban maksimum di polished rod, lb

PT = peak torque, in-lb

S = panjang stroke dari polished rod

S p = panjang efektif langkah pompa, in

W r = berat rod di udara, lb

W f = berat fluida di atas pompa, lb

% = Mill’s acceleration factor

6. LAMPIRAN

6.1 LATAR BELAKANG DAN RUMUS


14/63




Halaman : 14 / 63



6.1.1 DESAIN SUMUR DALAM

Pompa angguk merupakan alat pengangkatan buatan yang paling umum dipakai di dunia

ini karena tidak mudah rusak, mudah diperbaiki, dikenal banyak orang lapangan dan toleran

terhadap fluktuasi laju produksi. Pompa ini tidak cocok dipakai dilepas pantai karena

kebanyakan sumur berprofil miring.

Dikenal tiga macam periengkapan permukaan pompa angguk, yaitu :

1. Konvensional

2. Air Balance3. Mark II

Gambar 2 memperlihatkan ketiga unit di atas. Dalam klasifikasinya, API menggunakan

kode misalnya;

C - 1 6 0 D - 1 7 3 - 6 4.

x - x x x x - x x x - x x

Alat bawah permukaan digolongkan berdasarkan Gambar 3. Gambar 4 memperlihatkan

perangkat pompa angguk bawah perrnukaan. Dalam garis besarnya terdapat dua macam

pompa yaitu : tubing dan rod pump. Pemasangan tubing pump dilakukan bersama dengan

tubingnya.rod pump cukup rod nya saja. Cara pemasangan yang terakhir mengakibatkan

kapasitas pompa agak berkurang besarnya. Batang isap pompa dibuat dari tahanan besi

dengan berbagai campuran penahan karat, penambahan kekuatan, dan lain-lain. Dewasa ini

Panjang langkah maksimum, in

Polished rod rating, ratusan lb

Gear reducer, D = double, S = single

Peak Torque Rating, ribuan in-lb

Jenis alat permukaan, C = konvensional

B = beam balance

M = Mark II

A = Air Balance


15/63




Halaman : 15 / 63



dipakai pula fiber-glass.

6.1.2 DESAIN SUMUR DANGKAL (METODE MILL’S)

Yang pertama kali harus diketahui untuk disain adalah:

1. Laju produksi

2. Net lift

Kedua hal tsb untuk memilih ukuran plunger agar menghasilkan beban minimum di rod nya

dan peralatan permukaan, gear box serta motornya. Dengan mengetahui ukuran plunger maka

ditentukan ukuran tubingnya, ukuran rod dan panjangnya, panjang langkah pompa, kecepatan

pompa, rating torque dan besar motornya.

Karena kesemuanya ini saling tergantung maka solusi matematis yang tak tergantung

pengalaman akan sulit. Bila telah dibuat beberapa asumsi, maka bisa dibuat grafik untuk

pegangan pertama dalam memilih pompanya. Asumsi yang dipakai biasanya adalah:

1. Fluida sumur berdensitas = 1 (SG =1).

2. Net lift sama (atau hampir sama) dengan puncak cairan kerja (working fluid level ) dan

kedalaman pompa

Setelah peralatan dan kondisi kerja dipilih dari grafik dan tabel diatas, maka perlu dicek

dengan persamaan-persamaan sebelumnya apakah produksi, beban-beban, torque dll cocok.

Dalam beberapa hal perlu juga diatur kembali, misalnya kalau tubing sudah pasti ukurannya,

maka ini akan menentukan besar pompanya ( plunger nya) sehingga secara keseluruhan akan

lebih kecil ukuran pompanya dari grafik yang ditentukan disini.

Dengan mengikuti bentuk grafik, faktor pertama adalah pump displacement yang dihitung dari

produksi yang diinginkan dibagi dengan volumetric efficiency. Untuk mencek beban, torque dll diperlukan pula SG fluida dan working fluid level (puncak cairan kerja). Kalau data-data ini tak

tersedia, maka mungkin dianggap effisiensi 80%, SG =1, working fluid level dekat kedalaman

pompa.

6.1.3 ANALISA KERUSAKAN

Beberapa pengamatan langsung serta penggunaan alat dinamometer diperlukan dalam

mempelajari kekurangan pada peralatan sistem pompa angguk. Pengamatan langsung ini


16/63




Halaman : 16 / 63



dilakukan secara periodik dan kadang-kadang memerlukan ketelitian yang tinggi.

Dinamometer Gambar 4 adalah alat untuk mencatat berat beban yang ditanggung oleh

batang upaman terhadap waktu secara kontinu. Dari pencatatan ini diperoleh beban

maksimum dan beban minimum, beban standing valve, beban travelling valve serta beban

counterbalance . Informasi yang bisa didapat dari dynamometer adalan beban batang isap,

aras cairan, kebocoran tubing, kebocoran standing/travelling valve, keseimbangan

counterbalance dan lain-lain.

Di pasaran tersedia bermacam-macam dinamometer, seperti Johnson-Fagg (mekanikdengan per elastik), Leutert (hidraulik) dan End Devices, Inc. dan Delta-XCorp (Elektrik).

6.2 CONTOH SOAL

Produksi total suatu sumur direncanakan = 165 B/D.

Diketahui :

! PI sumur = 2.5 (B/D/psi)

! Tekanan statik = 193 psi pada 5278 ft { tengah- tengah perforasi)

! Water cut = 32 % misalkan pompa yang akan digunakan jenis konvensional

SG air = 1.2 ; ° API minyak= 31.

Lakukan perencanaan pompa angguk untuk sumur tersebut. Isi data sheet no. 1 dan lakukan

perhitungan sebagai berikut (Pada contoh disini dituliskan pada halaman 55).

a. Anggap eff = 0.8 maka,

Q100= 165/0.8 = 206 B/D

b. Dengan der. ° API = 31 , SGo = 141. 51/ (131.5 + 31 ) = 0.87

maka SG rata-rata = 0.68 x 0.87 + 0.32 x 1.2 = 0.976

Dari Gilbert: P wf = P s - Q/P i = 193 - 165 / 2.5 = 127 psigKedalaman aras cairan (H) = 5278 ft - 127 ft / (0.433 X 0.97) = 4977 ft atau diambil 4975 ft.

c. Kedalaman pompa lebih kurang 75 ft di bawah aras cairan, jadi L = 4975 + 75 = 5050 ft.

d. Dengan L = 5050 ft dan D = 306 B/D,

dari Gambar 8 terpilih pompa Grafik No. 27, yaitu konfigurasi pompa dengan gearbox torque

114000 in-lb, panjang langkah 48 “, konfigurasi batang isap no. 54 (3/4”, 5/8 ”, ½”).Karena

sesuai Tabel 5 batang isap diameter ½ “ terlalu kecil untuk tubing 2 3/8”, maka untuk


17/63




Halaman : 17 / 63



konfigurasi pompa harus dipilih grafik yang lebih tinggi. Dari Gambar 5 terpilih grafik no.23,

yaitu konfigurasi pompa dengan gearbox torque 160000 lb-in, panjang langkah 54” dan

konfigurasi batang isap no. 75 (7/8”, ¾”, 5/8”); perbandingan persen panjang batang isap

dapat dicari dari Tabel 4.

e. Kecepatan pompa ditentukan dari Gambar 10 dan diperoleh dengan N = 25 spm dan 85 % N

adalah 21 spm. Dicoba dihitung harga “n”,

yaitu : n = 237000 / (25 x 5050) = 1.877, ternyata cukup jauh darl bilangan bulat (sekitar 12

%), sehingga ambil N = 25 spm

f. Diameter plunger dihitung berdasarkan persamaan : PF = PD / S x N (7)

PF = 206 / 54 x 21 = 0.182 dan sesuai Tabel 3,diperoleh diameter plunger 1 ¼” untuk tubing

2 3/8". Dan sesuai Tabel 3 diperoleh pula pompa jenis pompa bawah tanah yang harus

dipilih., yaitu jenis rod one piece heavy wall barrel RH .

g. Sesuai butir b maka SG = 0.976

h. Tubing adalah 2 3/8 in.

i. Sesuai butir d: Bt.upaman = diameter 7/8”, 24, 8 %, diameter ¾ ”, 28.6 % dan diameter 5/8,

46.6 %

j. SF = 1.0 (tak ada H2O atau garam dan direncanakan pemakaian inhibitor).

Selanjutnya lakukan perhitungan dan isi butir 1 sampai dengan 14 pada. Data Sheet

no.2, Lihat balaman 56.Dari hasil perhitungan, diperoleh Q100 =192 B/D (butir 14) lebih kecil

dari PD = 206 B/D (butir a).Dengan demikian harus diadakan perubahan data desain, halaman

dilakukan dengan mencari plunger berukuran lebih besar (1 ½”), yang menghasilkan pump

factor 0.262 (Tabel 2) dan kecepatan pompa :

N = PD / (5 x SF) = 206 / (54 x 0.252) = 14.6 spm.

Untuk tubing 2 3/8” dan diameter plunger 1 ½” harus digunakan pompa bawah tanah.

Jenis tubing one-piece, heavy wall barrel (RH) seperti diperlihatkan oleh Tabel 3.

Desain batang isap yang baru didapat dari tabel 4 di mana konfigurasi batang isap masih

no.75 tetapi persentase panjang berubah (lihat halaman 57). Dari sini diperoleh Q100 butir 14

hanya 157 B/D yang lebih kecil dari PD. Selanjutnya lakukan perhitungan baru dengan mencoba

menaikkan kecepatan pompa menjadi 19 spm. Ternyata diperoleh Q100 = 219 B/D (lihat halaman


18/63




Halaman : 18 / 63



58) . jadi sudah lebih besar dari 206 B/D, sehingga langkah perhitungan dilanjutkan dengan

halaman 59 dan 60, sambungan) untuk perhitungan beban. Perhitungan tersebut menghasilkan

stress 24032 psi (Butir 28) dan masih di bawah stress yang diijinkan 26922 psi (butir 30). Desain

ini dapat diterima.

6.3. GAMBAR, GRAFIK DAN TABEL YANG DIPERLUKAN


19/63




Halaman : 19 / 63



A1 = Luas Daerah di Bawah Kurva, in2

A2 = Luas Daerah di Bawah Kurva, in2

Dmak = Defleksi Maksimum, in

Dmin = Defleksi Minimum, in

Gambar 1. DYNAGRAPH NORMAL (IDEAL)

Gambar 2. DYNAGRAPH TEORITIS DAN NYATA


20/63




Halaman : 20 / 63



Gambar 3. INTERPRETASI KWALITATIF DYNAGRAPH


21/63




Halaman : 21 / 63



Gambar 4. PERANGKAT BAWAH PERMUKAAN POMPA ANGGUK


22/63




Halaman : 22 / 63



Gambar 5. DIAGRAM API, COMPOSITE 25000 PSI


23/63




Halaman : 23 / 63



Gambar 6 DIAGRAM API, COMPOSITE 30000 PSI


24/63




Halaman : 24 / 63



Gambar 7. DIAGRAM API, COMPOSITE 35000 PSI


25/63




Halaman : 25 / 63



Gambar 8. KECEPATAN MAKSIMUM POMPA PRAKTIS

AIR BALANCED UNIT .


26/63




Halaman : 26 / 63



Gambar 9 KECEPATAN MAKSIMUM POMPA PRAKTIS

MARK II UNIT .


27/63




Halaman : 27 / 63



Gambar 10. DASAR PERTAMBAHAN PRESENTASE FREKWENSI

UNTUK 1 – 1/8. 1 DAN 7/8 TAPERED


28/63




Halaman : 28 / 63



Gambar 11 DASAR PERTAMBAHAN PRESENTASE FREKWENSI

UNTUK 1 , 7/8 DAN 3/4 TAPERED


29/63




Halaman : 29 / 63




UNTUK 7/8, 3/4 DAN 5/8 TAPERED


30/63




Halaman : 30 / 63




UNTUK ¾, 5/8 DAN 1/2 TAPERED


31/63




Halaman : 31 / 63




UNTUK 1 – 7/8, 3/4 DAN 5/8 DAN 1 – 7/8, 3/4 DAN 5/8


32/63




Halaman : 32 / 63



Gambar 15. FAKTOR PANJANG LENGKAH BLUNDER


33/63




Halaman : 33 / 63



Gambar 16. BEBAN BATANG UMPAN


34/63




Halaman : 34 / 63



Gambar 17. BEBAN BATANG UPAMAN MINIMUM


35/63




Halaman : 35 / 63



Gambar 18. TORSI


36/63




Halaman : 36 / 63



Gambar 19. DAYA BATANG UPAMAN


37/63




Halaman : 37 / 63



Gambar 20. TORSI YANG DIANJURKAN


38/63


39/63




Halaman : 39 / 63




40/63




Halaman : 40 / 63




41/63




Halaman : 41 / 63




42/63




Halaman : 42 / 63




43/63




Halaman : 43 / 63




44/63




Halaman : 44 / 63




45/63




Halaman : 45 / 63




46/63




Halaman : 46 / 63




47/63




Halaman : 47 / 63




48/63




Halaman : 48 / 63




49/63




Halaman : 49 / 63




50/63




Halaman : 50 / 63




51/63




Halaman : 51 / 63



Data Sucker Rod

Rod Size Area (in2) Weight (lb/ft)

5/6 0.307 1.16

3/4 0.442 1.63

7/8 0.601 2.16

1 0.785 2.88

1 1/8 0.994 3.64

Data Plunger

Diameter Area Konstanta pompa(in) (in2) (bbl/hari/spm)

1 0.785 0.116

1 1/16 0.886 0.131

1 1/4 1.227 0.182

1 1/2 1.767 0.262

1 3/4 2.405 0.357

1 15/22 2.488 0.369

2 3.142 0.466

2 1/4 3.976 0.59

2 1/2 4.909 0.728

2 3/4 5.94 0.881

3 3/4 11.045 1.6396 3/4 17.721 2.63

Data Tubing

Ukuran Nominal Diameter luar Weight Wall Area

(in) (in) (lb/ft) (in2)

1 1/2 1.9 2.9 0.8

2 2.375 4.7 1.304

2 1/2 2.875 6.5 1.812

3 3.5 9.3 2.59

3 1/2 4 11 3.077

4 4.5 12.75 3.601


52/63




Halaman : 52 / 63




53/63




Halaman : 53 / 63




54/63




Halaman : 54 / 63




55/63




Halaman : 55 / 63




56/63




Halaman : 56 / 63



TABEL 1

ANALISA PENGAMATAN LANGSUNG

GEJALA PENYEBAB TINDAKAN

1.Pumping unit berjalantidak ada aliran

a. batang isap putus - Ganti batang isap yangputus

- Apabila putus karenakorosi gunakan inhibitoratau ganti dengan kwalitas

yang lebih baik.

b. Gas lock atau gaspounding

- Buang tekanan annulus- Dekatkan jarak traveling

standing valve.- Gunakan gas anchor atau

sistem pemisah gas didalamsumur.

- Gunakan pompa duatingkat(two stage/ratio compoundpump)

- Perdalam letak pompa jikamemungkinkan.

c. Standing valve tidak dudukdi tempatnya (umumnyaterjadi pada pompa type-T)

- Dudukkan kembalistanding valve

d. Pumped off - Perkecil ukuran pompa danbila memungkinkanperdalamletak pompa

- Kurangi kerapatan langkahpompa dan perpendekpanjang langkah

2.Produksi terlalu kecilatau efisiensi pompaterlalu rendah

a. Terlalu banyak gas yangmempengaruhi kerjapompa

- Lihat butir 1-b- Bila telah terpasang

pebaikisistem pemisahan gas didalam sumur

- Perbesar ukuran pipa isapdi bawah pompa.

b. Fit atau clearance antara - Perkecil fit.


57/63




Halaman : 57 / 63



plunger dan liner terlalubesar (kondisi normaladalah fit 0,003 inch)

c. Kebocoran pada travellingvalve, standing valve ataupada ulir tubing

- Perbaiki bagian yangrusak

d. Sebab lain dipermukaan

- back pressure terlalu

besar (akibat adanya valvetertutup scale up, pasir,paraffin dll.)

- SPM turun karena V-beltslip

- Stuffing box bocor

e. Plunger aus- kepasiran

- berkarat

f. Tubing bocor atau rusakkarena batang isapmenggesek tubing.

g. Tubing ikut bergerak naikturun

- Hilangkan hambatan pada

sistem pipa salur

- Kencangkan V-belt

- Perbaiki

- Lihat butir 4

- Gunakan inhibitor

- Ganti tubing dan rodguide

- Pasang tubing anchor

3.Suara dan putaran mesintidak teratur

a. sumur tidak berproduksi,sehingga waktu langkahnaik tak ada cairan yangterangkat

b. Letak counter weight tidaktepat sehingga tak adakeseimbangan denganbeban sumur

- lihat butir 1

- Hentikan pumping unit; bilacounter weight terletakdiatas,berarti counter effectterlalu kecil. Geser counter weight menjauhi crankshaft

- Bila counter weight terletak

di bawah, berarti counter effect terlalu besar. Geser


58/63




Halaman : 58 / 63



counter weight mendekaticrankshaft

4.Sentakan di bridle (kabelpenggantung)

a. Gerakan batang isapmengalami gesekanberlebihan akibat adanyaScale, pasir, paraffin dll.

b. Adanya fluid atau gaspounding, yang dapatmeningkat menjadi gas

lock

c. Letak batang upaman( polished rod) tidak tepatpada sumbu sumur, (dapatmenimbulkan bunyitumbukan sucker rodcoupling dengan tubing)

d. Plunger terlalu rapatdengan barelnya valve.

- Bersihkan sumur, tubing,dan pompa

- Jika penyebabnya scaleatau paraffin gunakaninhibitor

- Jika penyebabnya pasir,naikkan setting setting

depth pompa. Pada yanglebih parah, lakukan sandcontrol serta gunakanpompa jenis top hold down

- Lihat butir 1b dan d

- Untuk fluid poundingpasangpompa berukuran lebihkecil,kurangi kecepatan pompadanpanjang langkah. Jikaperlupemompaan secaraintermitten.

- Letakan polished rod tepatpada sumbu sumur

dengan menggeser kepalasumur

- perbesar fit/clearence

5.Pada maksimum downstroke, ada sedikit loncatanpada polished rod di bunyi

- Traveling valve menumbukstanding

- Jauhkan standing valvedan traveling valve


59/63




Halaman : 59 / 63



tumbukan. - HIdupkan sumur dan amatikemungkinan standingvalve tercabut. Bila benarlakukan tindakan sepertipada butir1-C

6.Batang upaman ( polished rod) hangus kehitaman

7.Getaran pada pumpingunit

- Tidak ada aliran cairanyang berfungsi melumasibatang upaman ( polished rod) dengan stuffing box

packing

- Stufing box packing terlalukuat menjepit batangupaman ( polished rod)

- Baut pondasi telah longgar

- Pompa kepasiran

- Kerusakan pada gear box

- Kerusakan pada bantalan

equalizer, pitman, centerbearing

- Seperti tersebut pada butir1, jika perlu ganti batangupaman ( polished rod)

- Longgarkan ikatan

- Kencangkan kembali

- Lihat butir 4a

- Perbaiki

- Ganti bantalan


60/63




Halaman : 60 / 63



6.3. CONTOH PERHITUNGAN

6.3.1 Contoh 1

a. Dari suatu dinamometer (Gambar 5) didapat:

Dmax = 1,20 in

Dmin = 0,63 in

A1 = 2,10 in2 (luas daerah dibawah gambar)

A2 = 1, 14 in2 (luas daerah dalam gambar)

L = 2, 97 in (panjang kartu dinamometer)

ZERO

Gambar 5. DINAMOMETER CARD

c = konstanta kalibrasi, 128000 Ib/in untuk alat tersebut

S = 45 in. dan N = 18,5 spm.

b. Hitung counterbalance yang seharusnya dan HP rod.

c. Jawab :

1. Beban maksimum = c Dmax = 12800 x 1,20 = 15360 Ib

2. Beban minimum = c Dmin = 12800 x 0,63 = 8064 Ib

3. Beban upstroke rata-rata = L

) A(Ac 12 $

= & ' lb139642,97

2,101,114 #$12800

4. Beban downstroke rata-rata = L

Ac 1

= lb90512,97

2,1 12800 #(

)

*+,

-

L = 2,97


61/63




Halaman : 61 / 63



5. Beban counterbalance seharusnya = L

2

A Ac 21 (

)

*+,

- $

= lb11507 2,97

2

1,42,112800

#

( )

*+,

- $

6. HP pada rod =3300012

N S L

A c 2

.

( )

*+,

-

= HP 10,33300012

18,5452,97

1,14 12800

#.

( ) *+

, -

6.3.2 Contoh 2

Fagg telah memberikan rumus untuk menghitung torque

0 = (W – C ) (S /2) sin/

dimana :

W = beban (load)

C = pengaruh counterbalance pada batang upaman, Ib

/ = sudut crank, 0 -180° langkah naik

180 - 360o langkah turun

S = panjang langkah, inci

Gambar 6. METODE FAGG UNTUK ANALISA TORQUE

a. Pada Gambar 6 terlihat jarak titik E di atas garis nol = 1 3/16", jarak F diatas 0 = 11/16", dan jarak C


62/63




Halaman : 62 / 63



13/16" dari 0. Konstanta alat dinamometer = 4000 Ib/in. Panjang stroke 72".

b. B erapa torque pada gear reducer pada saat sudut crank 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°, 210°, 240°,

270°, 300°, 330°, dan 360° c.

c. Jawab : C = 4000 Ib/in x 13/16 in = 3250 Ib

Pada 30° W = 4000 Ib/in x 1 3/16" = 4750 Ib

Jadi T = (4750 - 3250) x (72/2) (sin 30°) = 27000 in-lb.

Pada 240° W = 4000 x 11/16 = 2750 Ib

T = (2750 - 3250) x (72/2) (sin 240°) = 15600 in-lb

Untuk sudut-sudut lainnya lakukan perhitungan dengan cara yang sama dan gambarkan hubunganantara torque dengan sudut crank, seperti dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7. TORQOUE VS SUDUT

Dari gambar tersebut terlihat pembebanan bersifat under counterbalance . Selanjutnya gunakan Tabel 1

sebagai pegangan dalam penanggulangananya.


63/63




Halaman : 63 / 63


Documents

03-2 Pompa Angguk.pdf