4

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.

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 hanger3)

2. 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 seolah-

olah 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 terus-

menerus 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.