Perancangan Pompa Torak 3 Silinder u ntuk Injeksi Lumpur Kedalaman 10000 FT dengan Debit 500 GPM

Abstrak—Suatu operasi pemboran sumur minyak ataupun gas, diperlukan suatu sistem pemompaan yang bertujuan untuk menginjeksikan lumpur pemboran kedalam sumur. Lumpur pemboran merupakan faktor yang penting dalam pemboran. Dalam proses pemboran langsung, mata bor (bit) yang dipakai selalu menggerus batuan formasi dan menghasilkan serpihan pemboran (cutting), sehingga semakin dalam pemboran maka semakin banyak pula cutting yang dihasilkan. Agar tidak menumpuk dan menyebabkan drill collar terjepit, maka serpihan tersebut perlu diangkat ke permukaan dengan baik. Untuk itu diperlukan sebuah pompa yang mampu mensirkulasikan lumpur pemboran dari mud pit ke dalam sumur dan kembali ke mud pit. Perancangan pompa torak ini berdasarkan pada kedalaman sumur pemboran dan debit pemompaan yang dibutuhkan. Selajutnya ditentukan besarnya kerugian-kerugian sepanjang jalur sirkulasi fluida untuk mendapatkan daya minimum yang dibutuhkan pompa. Hasil yang didapatkan dari perancangan pompa torak ini adalah power minimum minimum pompa sebesar 700 HP dengan diameter silinder 6,5 inch dan panjang langkah14,65 inch Kata Kunci—Lumpur pemboran, pompa sirkulasi, pompa torak. P I. PENDAHULUAN OMPA merupakan suatu mesin yang mengubah energi mekanik menjadi energi hydrodinamik. Suatu fluida akan menerima energi mekanis dari pompa sehingga dapat mengalir dari suatu tempat ke tempat tertentu. Prinsip utama pompa yakni membuat perbedaan tekanan antara saluran masuk (suction) dan salauran keluar (discharge). Dengan adanya perbedaan tekanan maka fluida dapat mengalir. Pada suatu operasi pemboran sumur minyak ataupun gas, diperlukan suatu sistem pemompaan yang bertujuan untuk menginjeksikan lumpur pemboran kedalam sumur [1]. Lumpur pemboran merupakan faktor yang penting dalam pemboran. Kecepatan pemboran, efisiensi, keselamatan dan biaya pemboran sangat tergantung pada lumpur ini dan sitem sirkulasinya. Dalam proses pemboran langsung, mata bor (bit) yang dipakai selalu menggerus batuan formasi dan menghasilkan serpihan pemboran (cutting), sehingga semakin dalam pemboran maka semakin banyak pula cutting yang dihasilkan. Agar tidak menumpuk dan menyebabkan drill collar terjepit, maka serpihan tersebut perlu diangkat ke permukaan dengan baik. Pada proses sirkulasi fluida pemboran, pompa torak digunakan dari awal hingga akhir operasi pemboran. Pada awal proses pemboran tidak dibutuhkan tekanan tinggi, sehinnga pompa torak dioperasikan pada putaran rendah. Selain itu juga bisa menggunakan diameter silinder kecil untuk mendapatkan tekanan rendah. Semakin dalam proses pemboran, maka tekanan yang dibutuhkan semakin besar, maka digunakan putaran pompa yang lebih tinggi. Pompa torak memiliki karakterisktik head yang yang sangat tinggi, sehingga mampu digunakan untuk mensirkulasikan fluida pemboran hingga kedalaman lebih dari 20.000 feet. Namun untuk menjaga agar tekanan pemompaan stabil maka pompa torak dijadikan sistem seri atau multistage. Selain itu juga dapat dilakukan dengan mengganti ukuran silinder torak menjadi lebih kecil sehingga didapatkan tekanan yang lebih besar. Umumnya rig berukuran kecil memiliki minimal dua buah pompa torak (mud pump) sebagai cadangan maupun dijadikan multistage agar mendapatkan tekanan yang stabil. Proses sirkulasi lumpur pemboran umumnya digunakan tipe pompa torak 3 silinder (triplex single acting pump). Pemilihan pompa jenis ini karena mempunyai beberapa kelebihan, yakni memiliki kualitas aliran yang mendekati kontinu (δ≈1). Selain itu pompa torak dapat dilalui fluida pemboran yang berkadar solid tinggi dan abrasif, pemeliharaan serta sistem kerjanya yang tidak rumit [1]. Pompa lumpur (mud pump) memiliki peranan yang sangat penting dalam proses sirkulasi lumpur pemboran. Kapasitas pompa menyesuaikan dengan ukuran rig dan karakteristik sumur. Penggunaan pompa yang terlalu kecil, akan menyebabkan komponen pompa akan cepat mengalami keausan, bearing akan mengalami beban berlebih, mengurangi umur komponen dan laju aliran lumpur akan berkurang sehingga pemboran tidak efisien.
Jika pompa yang digunakan terlalu besar, maka konstruksi pompa akan sangat besar dan membutuhkan biaya tinggi untuk proses transportasi sehingga biaya investasi melambung tinggi. Dari penjelasan diatas diperlukan pompa torak yang mampu mensirkulasikan lumpur pemboran dari mud pit ke dalam sumur pemboran dan kembali ke mud pit. Oleh karena itu dirancang pompa torak single stage 3 silinder (triplex) yang dapat mengatasi kerugian tekanan sepanjang sistem sirkulasi lumpur pemboran. Sehingga perlu diketahui seberapa besar kerugian tekanan yang terjadi disepanjang sistem sirkulasi, power minimum yang dibutuhkan oleh pompa, dan akhirnya didapatkan geometri pompa torak. 퐻 퐻푝푝푝푝푝푝푝푝푝푝 = 푃푃2− −푃푃1 휌 휌휌휌 +푣푣22 −푣푣12 2휌휌 +푧푧2 −푧푧1 +Σ퐻퐻푙푙푝푝푙푙푙푙푙푙푙푙 dimana pada Gambar 2 dalam kondisi: (2) 1. Tidak ada perbedaan tekanan pada kondisi 1 dan 2 2. Tidak ada perbedaan kecepatan permukaan fluida pemboran 3. Tidak ada perbedaan ketinggian antara kondisi 1 dan 2 Sehingga persamaan diata menjadi: 퐻 퐻푝푝푝푝푝푝푝푝푝푝 = 퐻퐻푙푙푝푝푙푙푙푙푙푙푙푙 (3) Perhitungan kerugian tekanan sepanjang aliran dilakukan di setiap segmen peralatan pemboran, yakni: peralatan pernukaan, drill pipe, drill collar, drill bit, dan annular.