BAB IIITINJAUAN PUSTAKA

3.1 Sejarah Singkat ESPPada tahun 1911, seorang kelahiran Rusiabernama Armais Arutunoff menemukan teknologi motor listrik yang ditenggelamkan di dalam cairan air sebagai penggerak pompa air (sentifugal) untuk kepentingan militer setelah peperangan selesai, Arutunoff membuat single stage centrifugal pump yang digerakkan oleh motor listrik untuk kepentingan pertambangan, tidak lama kemudian, dibuat multi stage pump (pompa bertingkat banyak) dimana motor listriknya ikut ditenggelamkan di dalam cairan. Sejak saat itu muncul teknologi pengangkatan buatan untuk memompakan cairan dari dalam sumur ke permukaan dengan pompa sentrifugal bertingkat banyak (multi stage) dengan nama REDA Pump.REDA singkatan dari Russian Electro Dynamo of Arutonoff. Setelah lebih dari 90 tahun sejak pertama kali Armais Arutunoff menemukan metode ESP ini, sekarang ESP dipergunakan hampir diseluruh dunia dengan hasil yang sangat memuaskan. Selama kurun waktu tersebut telah banyak berkembang perusahaan-perusahaan yang membuat ESP dan dilakukan upaya-upaya penyempurnaan serta pengembangan baik dalam hal pemilihan dan penggunaan material, metalurgi, teknologi, daya tahan serta kemampuan produksinya. Semua itu dilakukan dalam usaha untuk mencapai kinerja optimal dari system operasional ESP.

3.2Pengertian Umum Pompa ESPElectric Submersible Pump adalah pompa yang dibuat atas dasar pompa sentrifugal bertingkat (stage) banyak dimana setiap tingkat mempunyai impeller, bagian berputar yang fungsinya memberikan kecepatan terhadap cairan yang dipompakan dan diffuser adalah bagian yang diam berfungsi mengubah tenaga yang berupa kecepatan tinggi menjadi kecepatan rendah tetapi memiliki tenaga tinggi. Pompa ESP secara keseluruhan dari pompa dan motornya ditenggelamkan kedalam cairan,pompa ini digerakkan dengan motor listrik melalui suatu poros motor (shaft) yang memutar sudu-sudu impeller pompa. Perputaransudu-sudu itumenimbulkan gaya sentrifugal yang digunakan untuk mendorongfluidake permukaan.

3.3Syarat-syarat Pemilihan Pompa ESP1.Tekanan formasirendah2.Laju produksi antara 200 -60.000 STB/day3.Produktivity index masih tinggi4.Sumur tidak mempunyai problem kepasiran5.Tersedia peralatan ESP3.4Keuntungan dan Kerugian penggunaan pompa ESP3.4.1Keuntungan1.Dapat beroperasi pada kecepatan tinggi.2.Mampu memompa fluida dalam jumlah besar.3.Dapat memisahkan gas yang mungkin mengganggu proses pengisapan.4.Sesuai dipergunakan pada sumur-sumur yang mempunyai PI tinggi.5.Sesuai dipasang pada sumur-sumur miring karena tidak ada bagian-bagian yang bergerak baik dipermukaan maupun didalam sumur.6.Panas yang ditimbulkan oleh putaran motor akan mengatasi masalah paraffin dan fluida yang viscositasnya tinggi pada temperatur yang rendah.7.Biaya peralatan relatif kecil jika dibandingkan dengan laju produksi yang diperoleh.3.4.2 Kerugian1.Biaya Pertama pemasangan ESP relatiflebih mahal dibanding dengan system artificial lift yang lain2.Kurang baik pada sumur yang memiliki masalah kepasiran3.Pada sumur produksi dengan reservoir yang tidak kompak dimana akibat dari pemompaan dengan rate dan kecepatan yang tinggi, bisa menyebabkan pasir terlepas dari sedimennya dan masuk kedalam pompa sehingga pompa mengalami abrasi.4.Pada sumur yang satu rated reservoir (reservoir jenuh) dengan tekanan lapisan dibawah tekanan saturasi maka gas dalam cairan yang dipompakan bisa menurunkan efisiensi pompa dan bisa terjadi gas locking.5.Menimbulkan emulsi yang diakibatkan dari perputaran impeller pompa yang tinggi.6.Mempercepat terjadinya water conning. Akibat dari pemompaan dengan rate yang tinggi maka akan memacu terjadinya water conning. terutama pada perforasi yang dekat dengan water oil contact.

3.5Peralatandi Atas Permukaan3.5.1WellheadWellhead atau kepala sumur adalah tempat duduk menggantungnya tubing di dalam sumur. Wellhead yang digunakan untuk instalasi ESP tidak sama dengan Wellhead untuk sumur sembur alamataupun sumur yang menggunakan artificial lift lainnyatetapi disesuaikan dengan keperluan.Wellhead dilengkapi dengan tubing hanger khusus yang mempunyai lubang untuk kabel pack off, Wellhead juga dilengkapi dengan seal agar gas tidak bocor ke permukaan.3.5.2Junction BoxJunction Boxberfungsi sebagai pengaman terhadap bahaya kebakaran dan peledakan. Alat inidipasang di permukaan diantara kepala sumur dan switchboard untuk alasan keamanan.Junction Box di buat tahan terhadap cuaca dengan bahan pelat baja, serta mempunyai kawat grounding. Prosedur letak pemasangan terhadap well head dan switch board juga diatur dalam recomended best practice.3.5.3 Switchboard / Motor ControllerSwitchboard adalah panel kontrol kerja dipermukaan saat pompa bekerja yang dilengkapi dengan motor controller, overload dan underload protection juga ammeter chart yang berfungsi mencatat arus motor bekerja. Ampere chart ini merupakan bagian yang sangat penting untuk memberikan informasi tentang kejadian pada motor dalam sumur.Fungsi utama dari Switchboard adalah:1.Untuk mengontrolkemungkinan terjadinya downhole problem seperti: overload atau underload current.2.Auto restart underload pada kondisi intermittent well.

3.5.4 TransformerESP motor mempunyai kapasitas horse power,amperedanvoltage yang beragam. Tegangan yang dibutuhkan untuk mengoperasikan ESP motor berkisar antara 7.200 13.800 volt. Alasan pemberian tegangan input tinggi adalah untuk mendapatkan ampere yang rendah pada jalur transmisi sehingga tidak diperlukan kabel yang besar, karena selain harganya mahal juga tidak praktis.Tegangan input yang tinggi akan diturunkan dengan menggunakan step-down tranformer sampai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh motor.

3.6Peralatan Bawah Permukaan3.6.1 PompaPompa dipasang menggantung pada tubing dengan menggunakan tubing hanger. Pompa yang dipakai adalah jenis pompa centrifugal multi stage, satu stage terdiri dari satu impeller dan satu diffuser. Impeller terkunci pada sumbu pompa (shaft), sedangkan diffuser dipresspada housing pompa dengan compression sub jumlah stage yang dipasang pada setiap pompa akan berkorelasilangsung dengan kapasitas head (head capacity) dari pompa tersebut.

Dalam pemasangan di lapangan dapat menggunakan lebih dari satu pompa yang biasanya disebut tandem. Sedangkan banyaknya pompa yang dipasang akan bervariasi dua atau tiga tergantung dari head capacity yang dibutuhkan untuk menaikan fluida dari dasar sumur ke permukaan.Untuk mengoptimalkan kerja pompa,pompa diletakkan 300 ft dibawah tinggi cairan. Pompa sangat sensitif terhadap rate fluida yang masuk, jika beban cairan yang masuk ke pompa berkurang maka akan menyebabkan arus listrik menurun, kondisi ini disebut underload dan pompa akan mati. Penyebab underload adalah masuknya gas yang berlebihan sehingga beban pompa menjadi lebih ringan (gas locking). Dan sebaliknya apabila beban pompa menjadi lebih berat dari keadaan awal maka akan menyebabkan arus meningkat (overload). Overload ini biasanya disebabkan oleh naiknya laju produksiatau juga karena scale yang terbawa ke pompa.3.6.2Intake (Gas Separator)Dipasang di bawah pompa dimana cara menyambung sumbunya memakai coupling. Intake dirancang untuk mengurangi volume gas yang masuk ke dalam pompa gas separator.Hasil yang berupa gas akan dialirkan menuju annulus dan dialirkan ke flow line lewat casing valve, sedangkan cairan akan mengalir ke pompa melalui tubing ke permukaan. Cairan yang telah mengalami proses pemisahan tidak 100% murni cairan tetapi masih mengandung gas tergantung dari kemampuan gas separator tersebut.Bila sumur tidak banyak mengandung gas cukup menggunakan standar Intake. Intake merupakan saluran masuknya fluida dari dasar sumur ke pompa menuju ke permukaan.

1.Standar Intake Digunakan untuk sumur produksi dengan GRL rendah. Jumlah gas yang masuk ke Intake harus kecil dari 10 15 % dari total volume fluida. Intake mempunyai lubang untuk tempat masuknya fluida ke pompa, dan di bagian luarnya dipasang selubung (screen) yang berguna untuk menyaring partikel masuk ke Intake sebelum masuk ke pompa.2.Rotary Gas SeparatorDapat memisahkan gas sampai 90% dan dipasang untuk sumursumur dengan GRL tinggi, tidak direkomendasikan untuk sumursumur yang abrasive.Cara pemisahan gas dari fluida berlansung dimana fluida memasuki gas separator langsung menuju bagian bawah inducer yang berbentuk ulir. Dibagian ini fluida akan mengalami kenaikan tekanan dan mendorong ke atas memasuki sudu pemutar (centrifuge) dan akibat adanya gaya centrifugal maka gas akan memisahkan diri dari cairan. Akibat dari terpisahnya gas, maka cairan akan mempunyai masa jenis yang lebih besar dan akan terlempar ke dinding, sedangkan gas yang lebih ringan akan bergerak ke atas sepanjang sudu pemutar menuju pemisah aliran.3.Static Gas SeparatorStatic Gas Separator atau sering disebut Reverse Gas Separator, mampu memisahkan gas hingga 20% dari fluidanya. Fluida yang masuk melalui screen akan mengalami proses pencekikan (throting), sehingga fluida tersebut akan mengalami penurunan tekanan.Pada tahap pertama ini sebagian gas yang terlarut dalam cairan akan terlepas dan selanjutnya akan mengalami pembalikan arah aliran ke bawah menuju ke pick up impeller yang ada pada gas separator tersebut. Impeller ini berfungsi sebagai pemutar dan sekaligus pengangkatan fluida ke atas. Putaran impeller akan menimbulkan proses turbulensi pada fluida dan prosescentrifugal, dimana cairan akan terlempar ke luarsedangkan gasnya akan tetap berada dipusaran sekitar sumbu,bersamasama gas dan cairan bergerak ke atas.Cairan diarahkan masuk ke pompa sedangkan gas yang diarahkan keluar menuju annulus melalui lubang yang berada di bagian atas separator. Dengan demikian diharapkan pada saat fluida memasuki stage pompa, fluida mempunyai masa jenis yang relatif lebih tinggi dengan kondisi sebelum mengalami pemisahan.3.6.3ProtectorProtector (reda) sering disebut juga dengan seal section (centrilif) atau equalizer. Protector diisi dengan oil yang memiliki nilai tahanan tinggi karena jika nilai tahanan rendah maka akan mengantarkan arus listrik dan akan menyebabkan terhubungannya antara phase dengan ground (body), sehingga akan menyebabkan motor terbakar. Secara prinsip Protector mempunyai empat fungsi utama, yaitu:1.Untuk melindungi tekanan dalam motor dari tekanan di annulus.2.Menyekat masuknya fluida sumur ke dalam motor.3.Tempat duduknya thrust bearing yang mempunyai bantalan axial dari jenis marine type untuk meredam gaya axial yang ditimbulkan oleh pompa.4.Memberikan ruang pada pengembangan dan penyusutan minyak motor sebagai akibat perubahan temperature dari motor pada saat bekerjadan saat dimatikan.3.6.4MotorJenis motor pompa ESP adalah motor listrik dua kutub, tiga fasa yang diisi minyak pelumas khusus yang mempunyai tahanan listrik (elektrik strength). Motor dipasang paling bawah pada rangkaian dan motor digerakan oleh arus listrik yang dikirim melalui kabel dari permukaan.Motor berfungsi untuk menggerakan pompa dengan mengubah tenaga listrik menjadi tenaga kinetik.Motor dibagi menjadi dua bagian pokok, yaitu:

1.RotorRotor adalah gulungan kabel haltist yang berputar. Yang sering dipergunkan adalah motor induksi, dimana rotor dibuat dari besi pejal silindris 1 feet panjangnya yang dipasang di shaft menggunakan key.2.StatorStator adalah 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 di tengahnya akan ikut berputar, sehingga poros yang saling berhubungan akan ikut berputar pula (poros pompa, Intake dan Protector).3.6.5ElectricCableKabel listrik yang digunakan adalah jenis 3 konduktor. Dilihat dari jenisnya ada 2 jenis, yaitu flat cable dan round cable type. Kabel berfungsi sebagai media penghantar arus listrik dari switchboard sampai motor ESP dalam sumur.3.6.6Pressure Sensing Instrument UnitPressure sensing Instrument Unit atau PSI mempunyai dua komponen utama, yaitu:1.PSI Down Hole UnitDipasang di bawah motor type upper atau center tandem karena alat ini dihubungkan pada sambungan WYE dari electric motor yang seolah olah bagian dari motor.2.PSI Surface Hole UnitMerupakan bagian dari system yang mengontrol kerja down hole unit serta mengambilinformasi dari down hole unit.3.7 Prinsip Kerja Electric Submersible Pump (ESP)Berdasarkan prinsipkerja pompasentrifugal dengan sumbu putar tegak lurus. Pompasentrifugal adalah mesin hidroulis dengan jalan memutar cairan melalui Impeller pompa,Impeller akan mendorongnya masuk,sebagai akibat proses sentrifugal maka fluida tersebut akan terlempar ke luar dan diterima oleh diffuser,oleh diffuser tenaga kineticakan diubah menjadi tenaga potensial (tekanan), maka dengan demikian terjadilah proses pengisapan.3.8 SistemSistem berkaitan dengan isu kompleksitas dari hal-hal yang sulit dipahamioleh manusia. Sistem adalah keadaan-keadaan yang dipersepsikan oleh manusia, yang menyatakan bahwa keadaan yang paling konkret dapat disajikan dari beragam sudut pandang. Konsep persepsi menyangkut cara membangun model-model dalam pikiran kita, yang mana bertalian dengan konsep ide yang menyatakan ide sebagai pemahamanatau opini manusia terhadap model yang dikonstruksikan dalam pikirannya. Kedua konsep ini berhubungan dengan kepentingan dan kemampuan individual manusia. (Flood & Carson,1988)Sistem merupakan koleksi dari satu objek atau lebih yang saling terkait dimana objek tersebut dinyatakan sebagai suatu entitas secara fisik dengan karakteristik atau atribut yang spesifik dan atribut dari objek digambarkan dalam bentuk parameter dan variabel (Murthy et al., 1990). Daellenbach (1994) menguraikan konsep sistem sebagai berikut:1. Sistem merupakan pengaturan pemasangan suatu komponen. Pengaturan berarti ada hubungan khusus yang terjadi antara komponen-komponen tersebut.2. Sistem mengerjakan sesuatu menunjukan karakter yang unik dari suatu sistem3. Setiap sifat komponen memberikan konstribusi kepada sistem dan mempengaruhinya. Tidak ada komponenyang memberikan sifat tersendiri dalam sistem. Sifat sistem dapat berubah bila ada komponen yang dilepas/ dipisahkan4. Kelompok komponen dari sistem dapat mempunyai sifat tersendiri, yang dapat membentuk sub sistem.5. Sistem mempunyai suatu lingkungan yang menyediakan input kepada sistem dan menerima outputdari sistem.6. Sistem diidentifikaski oleh seseorang, yang dimulai dari suatu kepentingan yang spesifik.Dengan demikian sistem memiliki sejumlah elemen penting yaitu komponen, relasi antar komponennya, perilaku atau aktivitas atau proses transformasi, lingkungan, masukan dan keluaran, serta kepentingan khusus dari pengamat yang mendiskripsikan sistem itu serta mengarahkan berbagai proses yangberlangsung dalam sistem tersebut, sehingga penetapan suatu sistem bersifat subjektif.Checkland (1981, dalam Khisty, 1995) menyajikan tipologi sistem yang terdiri atas 3 jenis sistem yaitu natural system, physical system, dan human activity system. Kedua jenis sistem yang pertama dikenal dengan hard system dimana metodologi sistemnya terus dikembangkan secara berkelanjutan dan sukses dalam aplikasinya. Sistem yang ketiga, umumnya sangat kacau, tidak terdefinisikan, dan tidak dapat digambarkan dengan jelas sehingga analisis harus berdasarkan aktivitas yang ditetapkan, penilaian manusia,dan hubungan-hubungan non fisik. Hal ini dikarenakan sistem aktivitas manusia hanya dapat dinyatakan sebagai persepsi dari orang yang mengaitkan maksud terhadap apa yang mereka harapkan.3.9 Pemodelan SistemModel, menurut Websters Ninth New Collegiate Dictionary, didefinisikan sebagai sebuah deskripsi atau analogi yang digunakan untuk membantu menggambarkan sesuatu yang tidak dapat diamati secara langsung (Daellenbach, 1994), yang disajikan dalam bahasa tertentu (yang disepakati) dari suatu sistem nyata (Simatupang, 1994) dan dapat disajikan dalam bentuk ikonik, simbolik, ataupun analogi (Murthy et al., 1990).Pemodelan sebuah sistem harus memenuhi beberapa kriteria yakni (i) model harus mewakili (merepresentasikan) sistem nyata dan (ii) model merupakan penyederhanaan dari kompleksnya sistem. Pendekatan sistem mencoba menggali elemen-elemen terpenting yang memiliki kontribusi yang signifikan terhadap tujuan sistem, dan membantu untuk memahami masalah yang ditetapkan terkait dengan sifat, lingkungan, gejala pembangkit dan gejala respons. (Simatupang, 1994).Pendekatan sistem menitikberatkan pada pengukuran tujuan, kuantifikasi, reductionist thinking dan mechanistic synthesis, atau dengan kata lain pengamat tidak mempengaruhi keteraturan yang ada (clockwork) tetapi ia mengetahui apa yang terjadi dimanapun jika salah satu bagian sistem dirubah dan si pengamat menjadi bagian dari sistem dalam hal pemilihan parameter dan pembangunan metode (Schiere et al., 2004). Pendekatan sistem menyajikan pola pikir yang sistematis dalam merekonstruksikan suatu situasi permasalahan yang dikemas dalam suatu metodologi berbasis sistem. Beragam metode dikembangkan dalam metodologi sistem dengan karakteristik permasalahaan yang berbeda namun secara umum dapat dikelompokkan dalam dua kategori yaitu,soft system methodology (SSM) dan hard system methodology (HSM).SSM merupakan pendekatan yang berkaitan dengan situasi-situasi permasalahan yang kompleks karena kacau balau, tidak terstruktur, tidak terdefinisikan, tidak bebas dari manusia, atau dengan kata lain stakeholder yang berbeda dengan sudut pandang yang berbeda memiliki persepsi yang berbeda tentang situasi permasalahan dan isu-isu utamanya dan kemungkinan tidak ada kesesuaian dalam tujuan. Sejumlah metodologi dikembangkan dalam kategori SSM seperti the strategic assumption surfacing and tasting method, the viable systems model, Checklands soft systems methodology, the social system science, robustness analysis, strategic choice approach, strategic option development and analysis dan the total system intervention. (Daellenbach, 1994).SSM difokuskan pada proses pembelajaran dan penyelidikan dan memuat elemen-elemen dari struktur situasi, elemen-elemen proses dan hubungan antara keduanya disamping menguji peran penting dari setiap aktor dalam situasi, perilaku yang diharapkan dalam peran (norma) dan nilai (value) yang menilai kinerja sistem (Khisty, 1995). Stakeholder adalah orang-orang yang memiliki kepentingan pribadi dalam situasi permasalahan dan solusinya (Churchman, 1961, dalam Reisman& Oral, 2003). Daellenbach (1994) mengelompokkanstakeholder ini menjadi problem owner, problem user, problem customer, dan problem solver, dimana para stakeholder ini tidak mengacu pada orang secara aktual tetapi pada peran dari berbagai orang yang terlibat.HSM ditujukan untuk masalah-masalah yang telah terdefinisikan guna mencari solusi yang optimal. Pendekatan hard system menetapkan tujuan yang ingin dicapai dan merancang sistem untuk mencapai tujuan itu (Khisty,1995). Hasil penelusuran Flood dan Carson (1988) menemukan beberapa metode yang digunakan dalam metodologi ini yaitu analisis sistem, rekayasa sistem, dan riset operasi. Analisis sistem merupakan suatu penaksiran yang sistematik terhadap biaya dan implikasi-implikasi yang lainnya untuk memenuhi kebutuhan yang ditetapkan dalam berbagai cara. Rekayasa sistem mencakup sejumlah aktivitas yang diarahkan secara bersamaan untuk penciptaan entitas komplek buatan manusia dan atau prosedur dan aliran-aliran informasi yang berkaitan dengan operasi-operasinya. Rekayasa sistem lebih ditujukan untuk mendesian kembali sistem yang ada kedalam sistem yang baru. Riset operasi dibandingkan dengan rekayasa sistem lebih ditujukan untuk mengoperasionalkan sistem. Riset operasi mencakup konstruksi formal model matematika yang terdiri atas fungsi, persamaan dan ketidaksamaan serta teknik-teknik yang tersedia untuk mencari solusi-solusi optimal bagi model tersebut.HSM mengabaikan faktor manusia dengan latar belakang pemikiran berbasis padapaham reduksionisme yang menitikberatkan pada aspek permasalahan dan visi dari keseluruhan keteraturan yang mekanistik. HSM, dengan memfokuskan pada kegunaan dan output yang terukur, cenderung mengabaikan aspek-aspek pikiran (mind) dan pengaruh waste. Selain itu, dengan membakukan suatu sistem ke dalam suatu batasan yang didefinisikan dengan baik, HSM cenderung mengabaikan variabilitas dan perubahan dalam waktu dan ruang. (Schiere et al., 2004).

3.10 Metodologi OR/MSMetodologi OR/MS, sebagai salah satu HSM, meliputi 3 tahap utama yaitu formulasi permasalahan, pemodelan matematika dan implementasi rekomendasi. Ketiga tahap ini dijabarkan kembali dalam 11 tahapan rinci yang menyatakan proses abstraksi permasalahan sampai tindak lanjut hasil yang diberikan oleh model yang telah diimplementasikan.

Gambar 3.1 Metodologi OR/MS (Daellenbach, 1994, hal. 90)III-4