Perencanaan Pompa Sucker Rod

Sebelum dilakukan perencanaan pompa perlu dilakukan analisis perhitungan perilaku pompa. Tujuan dari analisis perhitungan pompa sucker rod ini adalah untuk mendapatkan perilaku yang effisien dari peralatan yang tersedia.
1. Analisis gerakan rod
            Apabila sucker rod yang digantungkan pada polished rod ini bergerak naik turun dengan kecepatan yang tetap, maka gaya yang bekerja pada polished rod adalah berat dari sucker rod, Wr. Dalam hal ini sucker rod mengalami suatu percepatan, maka dari itu polished rod akan menderita beban sebagai beban tambahan, yaitu beban percepatan, a.
            Apabila panjang langkah polished rod dinyatakan dalam inchi dan kecepatan pemompaan dalam stroke per menit (SPM) dgn persamaan:
  ..........................................................................................   (3-154)
dimana :
a   =  faktor percepatan
S   =  panjang langkah polished rod, inchi
N  =  kecepatan pemompaan, SPM.
Jadi untuk mendapatkan beban yang maksimum yang terdapat pada sucker rod string adalah berat sucker rod dikalikan dengan faktor percepatan.
2. Effective plunger stroke
            Selama pemompaan berlangsung jumlah minyak yang diperoleh, tidaklah tergantung dari panjang langkah polished rod, tetapi tergantung dari gerakan relatif plunger terhadap working barrel dan ini umumnya disebut dengan effective plunger stroke (Sp). Pada dasarnya langkah ini berbeda dengan polished stroke, hal ini disebabkan oleh dua faktor yaitu yang pertama adanya rod stretch dan tubing stretch, selanjutnya yang kedua adanya plunger over-travel karena adanya percepatan.
            Rod yang digunakan dari permukaan sampai sub surface pump tidak perlu sama diameternya, tetapi dapat dilakukan kombinasi dari beberapa ukuran rod, yaitu 5/8, 3/4, 7/8, 1, dan 9/8.
            Selanjutnya effective plunger stroke (Sp) dapat dihitung dari persamaan :
  .............   (3-155)

Dalam hal tappered rod string, persamaan (3-155) menjadi :
  ..................   (3-156)
dimana:
L1, L2, Ln    =  panjang rod string, ft
E     =  modulus elastisitas (besarnya tergantung dari bahan), psi
At    =  luas penampang dari dinding tubing, inchi2
Ar    =  luas penampang rod, inch2
G    =  specific gravity fluida.
D    =  working fluid level, ft
L     =  kedalaman pompa, ft

Ap   =  luas permukaan plunger, inchi2

3. Perhitungan beban polished rod
            Perhitungan beban peralatan di permukaan untuk instalasi pompa sangat dipengaruhi beban polished rod maksimum. Perkiraan mula-mula terhadap counter balance yang diperlukan berdasarkan beban polished rod maksimum dan minimum.
            Selama siklus pemompaan, terdapat lima faktor yang mempengaruhi beban bersih (net load) dari polished rod, yaitu :
a.      Beban fluida
b.      Beban mati dari sucker rod
c.      Beban percepatan dari sucker rod
d.     Gaya ke atas pada sucker rod
e.      Gaya gesakan.
            Beban gesekan tidak dapat diturunkan secara matematis tetapi beban ini dapat diperkirakan secara empiris dari dynamometer test. Sedangkan untuk keperluan disain, beban gesekan ini dapat dinyatakan sebagai +F (up-stroke) dan sebagai -F   (down-stroke).
Beban maksimum polished rod (saat up-stroke) adalah :
Wmax  =  Wf + Wr + (Wr ´ a) + F  .........................................................   (3-157)
Beban minimum polished rod (saat down-stroke) adalah :
Wmin  =  Wr - (Wr ´ a) - (0.217 Wr ´ G) - F  .....................................   (3-158)
dimana :
Wmax  =  beban maksimum yang diderita polished rod, lb
Wmin  =  beban minimum yang diderita polished rod, lb
Wr   =  bobot mati dari rod, lb
Wf   =  beban berat fluida, lb
F   =  beban gesekan.
4. Pemilihan panjang rod
            Tujuan pemilihan panjang rod adalah untuk mendapatkan unit stress pada puncak setiap bagian rod adalah sama besarnya. Stress ini akibat dari beban plunger dan berat rod di bawah titik yang ditentukan.
            Apabila stress pada puncak dari setiap bagian sama besarnya, maka didapat hubungan sebagai berikut :
  .......   (3-159)
dan :
R1 + R2 + R3 + R4  = 1  .........................................................................   (3-160)
dimana :
, dan
i    = 1, 2, 3, 4.
            Persamaan (3-160) adalah untuk tappered rod string yang terdiri dari empat bagian. Jadi untuk tappered rod string yang hanya terdiri dari dua bagian, R3 dan R4 sama dengan nol, dan untuk tiga bagian, maka R4 sama dengan nol.
            Untuk suatu kombinasi rod yang tertentu, harga M (berat rod) dan harga A (luas penampang rod) merupakan suatu konstanta, dengan demikian dapat dibuat hubungan antara R sebagai fungsi dari Ap untuk kombinasi rod tertentu.
5. Pump displacement dan laju produksi
            Secara teoritis pump displacement dapat dihitung dengan menggunakan effective plunger stroke, yaitu :
V = K Sp N  ..........................................................................................   (3-161)
dan :
q = Ev ´ V  ...........................................................................................   (3-162)
dimana :
K  =   konstanta plunger tertentu
V  =   pump displacement, BBL/hari
N  =   kecepatan pompa, SPM
Ev =  volumetric efficiency dari pompa (perbandingan antara rate fluida dengan pump displacement).
Besarnya efisiensi volumetrik pompa ini sangat dipengaruhi oleh adanya beberapa faktor, yaitu :
-     karakteristik pompa, seperti plunger slippage dan clearance pompa
-     sifat fluida, kandungan gas, fluida berbuih.
6. Perencanaan counter balance
            Secara teoritis efek counter balance ideal (Ci) harus sedemikian rupa, sehingga prime mover akan membawa beban rata-rata yang sama besarnya baik pada waktu up-stroke maupun pada waktu down-stroke.
            Selain efek counter balance yang ditimbulkan oleh berat counter balance, terdapat pula efek counter balance yang disebabkan oleh keadaan instalasi di permukaan yang tidak seimbang (Cs) dimana Cs ditentukan oleh pabrik pembuat. Dengan demikian, total efek counter balance dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
  ..........................................................................   (3-163)
dimana :
d     =  jarak crank shaft dengan pusat gravitasi dari counter weight, ft
r      =  jarak antara crank shaft dengan pitman bearing, ft
Wc   =  counter weight, lb
L1    =  jarak dari sadle bearing ke tail bearing, ft
L2    =  jarak dari sadle bearing ke bridle, ft.
Sedangkan harga puntiran maksimum dihitung dengan persamaan :
  ...........................................................................   (3-164)
dimana:
Wmax  =  beban polished rod maksimum, lb.
7. Prime mover
            Sumber energi sebagai penggerak pompa, pada umumnya ada dua jenis, yaitu :
-       Motor bakar (combustion engine)
-       Motor listrik (electrical engine).
            Apabila fluida dengan laju = q (BBL/hari) dan SG = G, diangkat dari kedalaman L (ft), maka kebutuhan power dapat dihitung dengan persamaan :
Hh = 7.36 ´ 10-6 ´ q ´ G ´ L,  HP  ......................................................   (3-165)
Persamaan (3-165 menganggap bahwa, pompa dipasang pada fluid level dan pengaruh tubing diabaikan. Dan dalam bentuk umum menjadi :
Hh = 7.36 ´ 10-6 ´ q ´ G ´ LN  ...........................................................   (3-166)
dimana : LN = perbedaan tekanan yang menyebabkan adanya aliran fluida dari pompa ke permukaan, dinyatakan dalam ft dari fluida yang diproduksi.
............. (3-167)
Sedangkan tenaga yang diperlukan untuk mengatasi gesekan antara pompa dan polished rod per stroke adalah :
Hf  =  6.31 ´ 10-7 Wr S N, HP  .............................................................   (3-168)
dimana :
Wr   = berat tapered rod string, lb.
Jadi total polished rod horse power adalah merupakan jumlah tenaga untuk mengangkat fluida dan tenaga untuk gesekan, atau :
Hb = 1.5 (Hh + Hf)   ..............................................................................   (3-169)
            Tujuan dari perencanaan instalasi sucker rod pump adalah pengangkatan fluida formasi ke permukaan pada laju produksi yang diinginkan. Untuk mengurangi jumlah perhitungan trial and error dalam perencanaan pompa ini, maka digunakan suatu grafik, selanjutnya dari grafik ini dapat ditentukan kondisi pemompaan yang optimum sesuai dengan laju produksi dan kedalamannya. Prosedurnya adalah sebagai berikut :
1.        Persiapkan data-data yang diperlukan, yaitu :
-       Laju produksi dan kedalaman pompa
-       Volumetric efficiency pump
-       Specific gravity fluida
-       Working fluid level.
2.    Langkah-langkah perencanaan instalasi pompa adalah sebagai berikut :
a.      Dari produksi maksimum, perkirakan besarnya volumetric efficiency, dan hitung pump displacement.
b.      Tentukan stroke length dan API rating dari pumping unit.
c.      Dari hasil pembacaan grafik, tentukan ukuran tubing rod dan kecepatan pompa dengan menggunakan tabel-tabel yang telah ditentukan.
d.     Hitung panjang dari bagian-bagian rod string.
e.      Hitung panjang dari bagian-bagian rod string berdasarkan kelipatan 25 ft.
f.       Tentukan faktor percepatan.
g.      Tentukan effective plunger stroke length.
h.      Dengan menggunakan volumetric efficiency yang diperkirakan, tentukan laju produksi yang mungkin dan check terhadap laju yang diinginkan.
i.        Hitung bobot mati dari rod.
j.        Hitung berat fluida.
k.      Tentukan beban polished rod maksimum dan check hasilnya terhadap beban maksimum dari peralatan yang dipilih.
l.        Hitung stress maksimum pada puncak dari rod string dan check hasilnya terhadap working stress maksimum yang diinginkan dari rod yang dipergunakan.
m.    Hitung counter balance effect ideal dan check hasilnya terhadap counter balance yang dapat digunakan pada peralatan yang dipilih.
n.      Dari buku petunjuk pabrik, tentukan posisi counter weight untuk mendapatkan counter balance effect ideal.
o.      Dengan anggapan bahwa penyimpangan counter balance tidak lebih dari 5%, tentukan torsi maksimum pada gear reducer dan check hasilnya terhadap API rating yang tertera pada alat yang dipilih.
p.      Hitung break horse power.
q.      Dari buku petunjuk pabrik, tentukan gear reducer ratio dan unit sheave size untuk peralaan yang dipilih. Dari hasil ini tentukan engine sheave size untuk mendapatkan pumping speed yang diinginkan.


Subscribe to receive free email updates:

0 Response to "Perencanaan Pompa Sucker Rod"

Post a Comment