Sucker Rod Pump Design - 2008
-
Upload
rizky-dermawan-haq -
Category
Documents
-
view
694 -
download
26
description
Transcript of Sucker Rod Pump Design - 2008
PERANCANGAN DAN ANALISA SUMUR SUCKER ROD PUMP
Sucker Rod Pump Well Design
04/17/2023
2
• Peralatan Atas Permukaan• Peralatan Bawah Permukaan
PERALATAN SUMUR SUCKER ROD PUMP
04/17/2023
3
CERITA SINGKAT SRP
Teknologi Pompa Air mulai berkembang di China sekitar 400 BC, dan di Mesir 476 BC
Sumur air Zaman Romawi (Abad 1) menggunakan sejenis pompa angguk
Dua per tiga sumur-sumur minyak/air di dunia menggunakan SRP
Terutama di lapangan dangkal SRP besar mampu berproduksi sampai 4000
bbl/d Kedalaman bisa mencapai 10 o00 feet
04/17/2023
4
PUMPING UNITKOMPONEN SURFACE DAN SUBSURFACE
Keunggulan :• Komponen permukaan mudah Diperbaiki• Mudah mengatur laju produksi• Cepat diketahui kalau mati
Kerugian :• memerlukan tempat luas• tidak bisa dipasang di offshore• tidak untuk sumur miring
04/17/2023
5
TIGA JENIS PUMPING UNIT Dibedakan berdasarkan letak titik
pusat putaran pada walking beam, yaitu:
Di tengah : Conventional Di ujung depan : Mark II Di ujung belakang : Air Balanced
6
JENIS PUMPING UNIT (1)
CONVENTIONAL UNITSThe LUFKIN Conventional Crank Balanced Unit, widely known and accepted, is the old reliable "WORK HORSE" of the oil patch. This is the most universally adaptable unit in the ‘LUFKIN LINE’, simple to operate and requires minimum maintenance. Shown here is the twopoint base design installed on front and rear concrete blocks.
7
JENIS PUMPING UNIT (2)
MARK II UNITORQUE UNITSThe Mark II unit, due to its unique geometry and phased counterbalance feature, lowers peak torque and horsepower requirements. The unusual geometry of the Mark II produces a somewhat slower up stroke and faster down stroke with reduced acceleration where the load is greatest, resulting in lower peak loadsand longer rod life.
8
JENIS PUMPING UNIT (3)
AIR BALANCED UNITSThe utilization of compressed air instead of heavy cast iron counterweights allows more accurate fingertip control of counterbalance. As a result, the weight of the unit is greatly reduced, significantly lowering transportation and installation costs. Air Balanced units have a distinct advantage in the larger sizes with long strokes, where cast iron counterweights on conventional crank counterbalanced units must be so massive that their use is practically prohibitive.
04/17/2023
9
TIGA TYPE PUMPING UNIT YANG SERING DIGUNAKAN
Conventional Pumping Unit Air Balanced Pumping Unit
1 2
04/17/2023
10
Mark II Pumping Unit
3
04/17/2023
11
BEBERAPA BENTUK PUMPING UNIT
BEAM BALANCED UNIT: Sumur dangkal REVERSED MARK UNIT
LOW PROFILE : Unit Kecil CONVENTIONAL PORTABLE
04/17/2023
12
PUMPING UNITKOMPONEN SURFACE DAN SUBSURFACE
Komponen Peralatan pokok SRP :
1. Motor penggerak2. Peralatan Permukaan3. Peralatan Bawah Permukaan4. Rods (Sucker Rod dan Polished Rod)
04/17/2023
13
SPESIFIKASI PUMPING UNIT
API Standard 11 EContoh:
C – 114 – 143 - 64
C = Conventional
M = Mark II
A = Air Balance
Peak Torque Rating : 114 000 in-lbStructure Capacity : 14 300 lb
Max. Stroke Length : 64 inch
Catatan:• Peak Torque Rating = Reducer Rating• Structure Capacity = Polished Rod Load
04/17/2023
14
Komponen Peralatan Bawah Permukaan: Working Barrel Plunger Jenis Pompa Bawah Permukaan Klasifikasi Pompa Bawah Permukaan
PERALATAN BAWAH PERMUKAAN
04/17/2023
15
KOMPONEN SUBSURFACE SUCKER ROD PUMP
04/17/2023
16
LAJU PRODUKSI YANG DIPEROLEH:
Pada saat sucker rod terangkat, akan terbawa fluida reservoir sebanyak volume pump barrel sepanjang STROKE LENGTH : penampang barrel x panjang langkah
Jika pompa bergerak keatas setiap waktu t menit, PUMPING SPEED, maka dapat dihitung perolehan dalam satu hari, bbl/hari
Tetapi STROKE LENGTH di permukaan tidak sama dengan STROKE LENGTH di pump barrel… MENGAPA?
04/17/2023
17
VOLUME BARREL – SP EFFEKTIF
Sp
Ap
VolumeBarrel
04/17/2023
18
JENIS PLUNGER
04/17/2023
19
JENIS POMPATUBING PUMP DANROD PUMP
04/17/2023
20
KlasifikasiSub-surfacePUMP
04/17/2023
21
KODE SPESIFIKASI SUB-SURFACE PUMP
PERANCANGAN PERALATAN POMPA BAWAH PERMUKAAN
• Pump Displacement & Efficiency Volumetric• Perhitungan Beban pada Polished Rod
04/17/2023
23
PERKEMBANGAN METODE PERANCANGAN
Pada waktu WW2 para ahli Sucker Rod Pump (Slonneger, Mills, Coberly, Kemler, Marsh, dll) melakukan banyak penelitian yang hasilnya merupakan makalah ilmiah. Pendekatan yang dilakukan berdasarkan model fisik dan pengukuran
Makalah tersebut menjadi dasar dalam perancangan sumur sucker rod pump
Pengembangan model matematik, dengan menyusun non-dimensional parameter, yang dilakukan oleh Sucker Rod Pump Research (SRPR) Inc.
Model menghasilkan Metode API RP 11L
04/17/2023
24
PARAMETER DESIGN
Pemilihan peralatan atas dan bawah permukaan yang sesuai dengan laju produksi yang diinginkan
Produktivitas lapisan yang dinyatakan dalam besaran tekanan reservoir dan productivity index
Hasil pemilihan peralatan berdasarkan pada produktivitas lapisan, divalidasi dengan melakukan pengukuran beban dengan menggunakan dynamometer serta pengukuran tinggi kolom fluida dinamik dalam sumur.
Dapat dilakukan adjustment terhadap parameter design untuk mendapatkan parameter operasi yang optimum
04/17/2023
25
PARAMETER POMPA DI PERMUKAAN
Panjang Langkah – Stroke Length – inch
Kecepatan Pompa – Pumping Speed – SPM (Stroke Per Menit)
Motor memberikan gerak putar, yang kemudian diubah menjadi gerak naik turun oleh CRANK yang diteruskan ke WALKING BEAM
Walking Beam menarik dan menurunkan POLISHED ROD
04/17/2023
26
PUMP DISPLACEMENT, PD• Diperlukan untuk menentukan laju produksi sumur pompa
PD = (Ap) (Sp) (N) (Conversion)
Luas penampang plunger
Effective Stroke Length
Pumping Speed
bbl/day
in2
inspm
o.1484
04/17/2023
27
EFISIENSI VOLUMETRIK, EV
Pump Displacement, PD adalah laju produksiteoritis untuk satu konfigurasi pompa tertentu.
Q-actual adalah laju produksi nyata yang dihasilkanuntuk satu konfigurasi pompa tertentu, yang sama.
Ev = Q-actual/PD
04/17/2023
28
PARAMETER YANG BERPENGARUH TERHADAP EFFICIENCY VOLUMETRIK Parameter external
Gas yang masuk kedalam pompa Kedalaman Pompa (D>> Ev<<) Fluid level (Fluid Level >> Ev >>)
Parameter internal Oversize plunger Plunger over travel yang disebabkan rod memanjang
waktu upstroke yang disusul mengkerut pada waktu down stroke
Liquid fall back pada waktu up-stroke melalui ruang antara plunger dengan pompa/tubing
04/17/2023
29
PENGARUH GAS DAN OIL SHRINKAGE (1)
Gas bebas yang terproduksi akan mengisi pump barrelJika GLR sebesar 200 scf/stb, maka setiap bbl liquid akanterdapat 200 scf.
Pada kondisi pompa, volume gas sebesar 15.45 cuft atau 2.75 bbl, sehingga mengurangi tempat untuk liquid
Adanya Bo menyebabkan kurangnya volume minyakyang diterima di permukaan.
04/17/2023
30
PENGARUH GAS DAN OIL SHRINKAGE (2)
Gas Into Pump = GIP ditentukan oleh efisiensi Gas Anchor
Effisiensi Gas Anchor 80% artinya 20% gas tetap masuk dalam pompa
EV = 100/(Bg.GIP + Bo)
Perhitungan EV ini diperlukan untuk menentukan Pump Displacement yang diperlukan.
04/17/2023
31
GERAK NAIK-TURUN SUCKER ROD Gerak Naik – Turun Sucker Rod merupakan gerak
harmonik, dengan jarak gerak yang sama dan kecepatan gerak yang tetap
Gerak harmonik tersebut dapat direpresentasikan dalam bentuk gerak melingkar suatu partikel, dimana posisi dari partikel tersebut diproyeksikan ke diagonal lingkaran
Posisi dari partikel dalam gerak melingkar tersebut, pada garis tengah lingkaran merupakan gerak harmonik naik – turun
Fenomena gerak harmonik ini digunakan untuk menurunkan percepatan gerak up-stroke dan down stroke dari sucker rod, yang selanjutnya digunakan untuk menghitung beban percepatan
04/17/2023
32
GERAK HARMONIK Gerak Naik-Turun Pompa
merupakan gerak harmonik
Kecepatan pada waktu up stroke dan down stroke dapat diproyeksikan dalam bentuk lintasan lingkaran
Pada titik awal down stroke dan awal upstroke terjadi percepatan yang maximum
Pada titik akhir upstroke dan akhir down stroke terjadi perlambatan maximum.
Up stroke
Down stroke
rc
O
P
Vp
q
04/17/2023
33
GERAK HARMONIK (1)Faktor percepatan : α didefinisikan sebagai :
g
a
Dimana : a : percepatan maksimal pada titik harmonik
g : percepatan gravitasi
c
p
r
va
2
Jika jarak antara pusat lingkaran ke lingkaran sebesar rc, maka percepatan gerak harmonik :
Untuk satu putaran atau satu cycle pompa, N Nrv cp 2
Faktor percepatan, αg
Nr
gr
vc
c
p222
4
04/17/2023
34
GERAK HARMONIK (2) Pada siklus pemompaan :
dimana S = polished rod stroke length
Dengan demikian :
a disebut sebagai Mills Acceleration Factor, yang menentukan beban pada polished rod pada saat down stroke ataupun up stroke.
Dua jenis beban yang dialami polished rod, yaitu: Peak polished rod load, PPRL Minimum polished rod load, MPRLDimana harga dari kedua beban tersebut tergantung pada jenis Pumping
Unitnya
g
SN 222 70500
2SN
2
Src
PERANCANGAN SUMUR SUCKER ROD PUMP
Perhitungan BebanPeak Polished Rod LoadMinimum Polished Rod Load
04/17/2023
36
JENIS RODS Polished Rods : the topmost portion of a string of sucker rods. It is
used for lifting fluid by the rod-pumping method. It has a uniform diameter and is smoothly polished to seal pressure effectively in the stuffing box attached to the top of the well.
Sucker Rods : a special steel pumping rod. Several rods screwed together make up the mechanical link from the beam pumping unit on the surface to the sucker rod pump at the bottom of a well. Sucker rods are threaded on each end and manufactured to dimension standards and metal specifications set by the petroleum industry. Lengths are 25 or 30 feet (7.6 or 9.1 meters); diameter varies from 1/2 to 1-1/8 inches (12 to 30 millimeters). There is also a continuous sucker rod (tradename: Corod).
Pony Rods : 1. a sucker rod, shorter than usual, used to make up a sucker rod string of desired length. Pony rods are usually placed just below the polished rod. 2. the rod joined to the connecting rod and piston rod in a mud pump
Sinker Bars : a heavy weight or bar placed on or near a lightweight wireline tool. The bar provides weight so that the tool will lower properly into the well.
Stabilizer Bars
04/17/2023
37
SUCKER ROD & PONY ROD
Pony rods are manufactured to the same chemical properties, rod diameters, dimensions, and tolerances as sucker rods. Standard lengths: 2' (.61 m), 4' (1.22 m), 6' (1.83 m), and 8' (2.44 m). Other lengths are available on special order
Norris A Dover Company
Sucker Rods are manufactured from micro alloyed, modified, special bar quality hot rolled carbon or alloy steel. Bar and sucker rod dimensions and tolerances conform to API Spec 11B, latest edition, and AISI Steel Products Manual. Sucker rods are available in 5/8" (15.88mm), 3/4" (19.05mm), 7/8" (22.23mm), 1" (25.40mm), and 1 1/8" (28.58mm) body diameter and in 25' (7.62m) and 30' (9.14m) lengths, depending on grade.
04/17/2023
38
POLISHED ROD & SINKER BARS
Sinker bars provide concentrated weight above the pump to help keep the rod string straight and in tension, which reduces buckling of the sucker rods or the pump plunger. Norris sinker bars are made from hot rolled carbon manganese steel bar stock.
Sinker bars are surface turned and have API double sucker rod pins, shoulders, and wrench flats on both ends. One end has a reduced section for elevator seating and lifting.
Polished Rod - Piston SteelPolished rods are made from cold finish 1045 carbon steel. They are recommended for moderate-to-heavy loads where corrosion is not a factor.Polished Rod - Alloy Steel Polished rods are made from cold finish 4140 alloy steel. They are recommended for moderate-to-heavy loads under mild corrosive conditions.Polished Rod - Sprayloy® These hard surfaced polished rods are made from cold finish 1045 carbon steel with a hard spraymetal surface applied to the O.D. They are recommended for abrasive and corrosive conditions under moderate-to-heavy loads.
Norris A Dover Company
04/17/2023
39
STABILIZER BARS
Stabilizer Bars...• Stabilize Pumps • Stabilize Sinker Bars • Reduce Wear • Pump More Oil
Oil producers have long suspected that a “stabilizer” at the top of the rod pump plunger would be very beneficial. Under compression load, the rod pump plunger can bend to one side and cause excessive wear on the pump and possible on the tubing string.
Stabilizer Bars provide strength and stability for the pump plunger, which results in less flexing of the new and improved “Sidewinder” Sucker Rod Guide. The Sidewinder Sucker Rod Guide provides maximum pumping and flow efficiency while virtually eliminating flexing.
Norris A Dover Company
04/17/2023
40
BEBAN POLISHED ROD (1)
Polished Rod mengalami pembebanan dari: Beban Fluida
Beban Rod
Beban Percepatan
rpfrpff WLAAALW 294.0433.0433.0
Nnr MLRMLRMLRW ......2211
L
LR
L
LR
nn
11
rW
04/17/2023
41
BEBAN POLISHED ROD (2)CONVENTIONAL PUMPING UNIT
Peak Polished Rod Load
Minimum Polished Rod Load
1rf WWPPRL
frrf
r WW
WMPRL
127.01490
4.621
04/17/2023
42
BEBAN POLISHED ROD (3)AIR BALANCE PUMPING UNIT Untuk Air Balance terjadi percepatan
30% lebih lambat pada akhir down stroke, dan 30% lebih cepat pada awal up stroke.
Peak Polished Rod Load
Minimum Polished Rod Load
7.01 rf WWPPRL
frWMPRL 127.03.11
04/17/2023
43
BEBAN POLISHED ROD (4)MARK II PUMPING UNIT Untuk Air Balance terjadi percepatan
40% lebih lambat pada akhir down stroke, dan 40% lebih cepat pada awal up stroke.
Peak Polished Rod Load
Minimum Polished Rod Load
6.01 rf WWPPRL
frWMPRL 127.04.11
04/17/2023
44
04/17/2023
45
DESIGN SUCKER ROD (1)
Untuk memperoleh beban rod minimum, namun mampu menahan beban yang optimum, maka sucker rod dipilih terdiri dari beberapa ukuran rod.
Ukuran kecil berada di bagian bawah rangkaian rod, dan makin keatas makin besar. Misalkan :
Dengan demikian perlu ditentukan panjang dari masing-masing ukuran rod, kemudian jumlah masing-masing rod (panjang satu segmen rod 25 ft)
18
7
4
3
04/17/2023
46
DESIGN SUCKER ROD (2) Rangkaian sucker rod yang berbeda ukuran
disebut dengan tapered rod Perlu ditentukan perbandingan panjang masing-
masing ukuran rod Dasar penentuan panjang rod setiap ukuran
adalah: Stress di puncak setiap ukuran rod sama besarnya Stress disebabkan oleh beban fluida dan beban rod
sendiri Beban Fluida :
Beban Rod : L M dimana : L panjang rod M berat/satuan panjang
pA433.0
04/17/2023
47
DESIGN SUCKER ROD (2)
Stress = beban/luas penampang
Asumsi : Rod tidak bergerak (statik) SG fluida = 1.0 Beban bekerja pada seluruh luas
penampang plunger Pompa dipasang pada fluid level
Stress di puncak Rod-1
Stress di puncak Rod-2
Stress Rod 2A2 ; L2
R2=L2/L
Stress Rod 1 A1 ; L1
R1 = L1/L
L = L1+L2
1
1
1
11 433.0433.0
A
LMRA
A
MLA pp
2
21
1
2211 433.0433.0
A
LMRLMRA
A
MLMLA pp
04/17/2023
48
DESIGN SUCKER ROD (3) Jika stress di setiap puncak rod sama
besar, maka
Untuk 3 ukuran rod yang berbeda, persamaan stress menjadi:
2
2211
1
11 433.0433.0
A
LMRLMRA
A
LMRA pp
121 RR
3
332211
1
11 433.0433.0
A
LMRLMRLMRA
A
LMRA pp
1321 RRR
04/17/2023
49
DESIGN SUCKER ROD (4)
Rod Size Metal Area,in2
Rod Weightlb/ft
Elastic Constant, Er
inch/lb.ft
½ 0.196 0.72 1.990 x 10-6
5/8 0.307 1.13 1.270 x 10-6
¾ 0.442 1.63 0.883 x 10-6
7/8 0.601 2.22 0.649 x 10-6
1 0.785 2.90 0.497 x 10-6
1 1/8 0.994 3.67 0.393 x 10-6
Tabel – Sucker Rod Data
04/17/2023
50
DESIGN SUCKER ROD (4)
Tubing Sizein
OD Tubingin
ID Tubingin
Metal Areain2
Et
in/lb.ft
1.90 1.900 1.610 0.800 0.500 x 10-6
2 3/8 2.375 1.995 1.304 0.307 x 10-6
2 7/8 2.875 2.441 1.812 0.221 x 10-6
3 ½ 3.500 2.992 2.590 0.154 x 10-6
4 4.000 3.476 3.077 0.130 x 10-6
4 1/2 4.500 3.958 3.601 0.111 x 10-6
Tabel – Tubing Data
04/17/2023
51
DESIGN SUCKER ROD (5)Rod Sizes in String, inch
Values of R
R1 = 0.759 – 0.0896 Ap
R2 = 0.241 + 0.0896 Ap
R1 = 0.786 – 0.0566 Ap
R2 = 0.214 + 0.0566 Ap
R1 = 0.814 – 0.0375 Ap
R2 = 0.186 + 0.0375 Ap
R1 = 0.627 – 0.1393 Ap
R2 = 0.199 + 0.0737 Ap
R3= 0.175 + 0.0655 Ap
R1 = 0.664 – 0.894 Ap
R2 = 0.181 + 0.0478 Ap
R3= 0.155 + 0.0416 Ap
R1 = 0.582 – 0.01110 Ap
R2 = 0.158 + 0.4210 Ap
R3= 0.137 + 0.0364 Ap
R4= 0.123 + 0.0325 Ap
43
85
87
43
187
87
43
85
187
43
81
87
43 11
04/17/2023
52
DESIGN SUCKER ROD (5)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
44 All 0.726 1.990x10-6
1.000 - - - - - 100.0
54 1.06 0.908 1.990x10-6
1.138 - - - - 44.6 55.4
54 1.25 0.929 1.990x10-6
1.140 - - - - 49.5 50.5
54 1.50 0.957 1.990x10-6
1.137 - - - - 56.4 43.6
54 1.75 0.990 1.990x10-6
1.122 - - - - 64.6 35.4
54 2.00 1.027 1.990x10-6
1.095 - - - - 73.7 26.3
54 2.25 1.067 1.990x10-6
1.061 - - - - 83.4 16.6
54 2.50 1.108 1.990x10-6
1.023 - - - - 93.5 6.5Dp = plunger diameter Fc = frequency factor
04/17/2023
53
DESIGN SUCKER ROD (6)
Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
55 All 1.135 1.270x10-6
1.000 - - - - 100 -
64 1.06 1.164 1.382x10-6
1.229 - - - 33.3 33.1 33.5
64 1.25 1.211 1.319x10-6
1.215 - - - 37.2 35.9 26.9
64 1.50 1.275 1.232x10-6
1.184 - - - 42.3 40.4 17.3
64 1.75 1.341 1.141x10-6
1.145 - - - 47.4 45.2 7.4
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
54
DESIGN SUCKER ROD (7)
Dengan menggunakan data pada Tabel Rod, Tubing, dan Pump #, maka dapat dihitung beban-beban rod.
Selanjutnya dapat dihitung Peak Polished Rod Load, dan Minimum Polished Rod Load.
Perhitungan beban tersebut akan digunakan untuk menentukan effective plu
04/17/2023
55
Polished Rod Stroke Length vs
Actual Length of Plunger Travel
EFFECTIVE PLUNGER STROKE
04/17/2023
56
EFFECTIVE PLUNGER STROKE – SP (1) Effective Plunger Stroke :
gerakan plunger relatif terhadap working barrel
Pada saat up stroke, traveling valve tertutup dan standing valve terbuka, rod akan mengalami beban tambahan, yaitu beban fluida (disamping beban rod sendiri) yang menyebabkan terjadi stretch pada rod (pemanjangan)
Pada saat upstroke, gaya tarik dari plunger juga akan memberikan stretch (pemendekan) pada tubing
LiquidIN
LiquidOUT
04/17/2023
57
EFFECTIVE PLUNGER STROKE – SP (2) Effective Plunger Stroke :
gerakan plunger relatif terhadap working barrel
Pada saat down stroke, akibat beban percepatan maka rod juga mengalami stretch (pemendekan)
Pada saat down stroke, traveling valve terbuka, dan standing valve tertutup, akan menyebabkan tubing mengalami stretch (pemanjangan)
LiquidOUT
04/17/2023
58
EFFECTIVE PLUNGER STROKE – SP (3)
Rod dan tubing memanjang dan mengkerut sebagai akibat pengaruh beban yang bekerja dan beban yang terbebaskan selama siklus pompa
Plunger over travel sebagai akibat dari beban dinais dan sifat elastis dari rod
Rod bervibrasi selama siklus pompa Pengaruh gesekan pada peralatan
subsurface Adanya gas dalam working barrel
04/17/2023
59
EFFECTIVE PLUNGER STROKE – SP (4)
Effective Plunger Stroke:
dimana:Sp = effective plunger stroke, inch
S = polished rod stroke, inchep = plunger overtravel, inch
et = tubing strecth, inch
er = rod stretch, inch
Berlaku untuk Conventional, Mark II, dan Air Balance Pumping Unit
Jika ujung tubing di-anchor, maka tidak terjadi stretch terhadap tubing
rtpp eeeSS
04/17/2023
60
EFFECTIVE PLUNGER STROKE – SP (5)
Akibat terjadi stretch pada rod dan pada tubing, maka akan terjadi (Marsh & Coberly): Plunger overtravel (Coberly’s Formula)
Tubing Stretch Rod Stretch
E
Lep
28.40
t
pft EA
LDAe
20.5
r
pfr EA
DAe
20.5
E = Modulus Young – besi = 30 x 106 psi D = kedalaman working fluid level, ft
n
npfr A
L
A
L
A
L
E
DAe .....
20.5
2
2
1
1
Single Rod Tapered Rod
04/17/2023
61
EFFECTIVE PLUNGER STROKE – SP (6)
Berdasarkan Marsh’s Formula:
Rod Stretch :
Tubing Stretch
EA
AALe
r
rpgr
220.5
EA
LAAe
t
rpLt
220.5
04/17/2023
62
PUMP DISPLACEMENT, PD• Diperlukan untuk menentukan laju produksi sumur pompa
Luas penampang plunger
Effective Stroke Length
Pumping Speed
bbl/day
in2
inspm
o.1484
ConversionNSAPD pp
04/17/2023
63
Perkiraan Laju Produksi Sumur PompaDiameter Plunger yang dibutuhkan
Rod Number (dari Tabel)Ukuran-Ukuran Rod
Perhitungan BebanBeban rod, fluida, percepatan, bouyancy, dll
Effective Plunger StrokePerhitungan Laju Produksi berdasarkan peralatan
Perhitungan Pump DisplacementEfisiensi Volumetrik
PERANCANGAN PERALATAN BAWAH PERMUKAAN
PERANCANGAN PUMPING UNITSUMUR SUCKER ROD PUMP
CounterbalanceTorque pada Gear ReducerHorsepower of Prime MoverSpeed Reduction and Engine Sheave Size
04/17/2023
65
ENERGY FLOW PADA SUCKER ROD PUMP
04/17/2023
66
PERANCANGAN COUNTER BALANCE (1)
Counter Balance bertujuan untuk mengurangi beban maximum yang dialami prime mover pada saat up-stroke
Tanpa counter balance, maka prime mover harus mampu mengangkat seluruh beban polished rod, yaitu beban rod, beban fluida, beban percepatan, beban gesekan, dll
Pada saat awal down stroke, counter balance mulai bergerak keatas, sampai akhir dari down stroke. Gerakan ini tidak menggunakan energi yang minimum dari prime mover tetapi bergerak terutama akibat dari berat rod;
Pada saat upstroke, energi yang di”simpan” oleh counter balance, di”lepas”kan untuk mengangkat beban polished rod, fluida, dll.
Counter balance merupakan “jantung” dari pumping unit
04/17/2023
67
PERANCANGAN COUNTER BALANCE (2)
Dengan demikian pada saat down stroke beban rod harus mampu mengangkat counter balance, atau pada waktu down stroke berat counter balance harus sepadan dengan berat rod.
Demikian pula, pada waktu up stroke berat counter balance harus dapat membantu prime mover dan gear reducer untuk mengangkat rod dan fluida yang dipompa
Secara ideal, counter balance effect:
2
MPRLPPRLCi
04/17/2023
68
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (3)
Beban Maximum :
Beban Minimum :
Beban rata-rata :
frictionbouyancyWW rf 1
frictionbouyancyWr 1
bouyancyWW
BebanMinBebanMax
rf 225.0
5.0
04/17/2023
69
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (4)
Maka Counter balance Effect yang ideal adalah:
Pada waktu up stroke beban pada prime mover adalah beban rod + beban fkuida, dibantu dengan counterbalance, keadaan ini menimbulkan unbalanced force
Besarnya unbalanced force :
frfi WWC 127.015.0
ancecounterballoadupstrokeforceunbalance __fW5.0
04/17/2023
70
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (5)
Sedangkan pada waktu down stroke beban meliputi beban rod dan beban bouyancy, yang berlawanan dengan counterbalance, yang juga menimbulkan unbalance force, yaitu
loaddownstrokeancecounterbalforceunbalanced __
fW5.0
04/17/2023
71
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (6)
Dengan demikian diupayakan bahwa unbalanced force selalu sama pada waktu down stroke dan upstroke, untuk menghasilkan counterbalanced yang tepat
Pada kondisi ini, torque yang bekerja pada gear reducer sama besarnya, baik pada waktu up stroke dan down stroke.
Pada kondisi bagaimana bisa terjadi torque pada gear reducer yang tidak sama besarnya pada saat upstroke dan downstroke?
04/17/2023
72
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (7)
Persamaan Ci, merupakan persamaan teoritis dari sisi mechanical, namun pada keadaan sebenarnya harga C menunjukkan harga yang berbeda, yaitu Ca.
Yang menyebabkan perbedaan tersebut adalah: Geometri dari pumping unit Stroke length Posisi dari counterweight pada`waking beam atau crank, Dll
Oleh karena itu perhitungan harus berdasarkan keadaan nyata di lapangan, dan tidak boleh melampaui dari batasan yang telah ditetapkan untuk setiap pumping unit.
04/17/2023
73
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (8)
OWc
Fp
Fp
CW
l1
l2
d
r
bb
g
g
q
d Jarak crankshaft sampai center of gravity dari counterweight
r Jarak crankshaft ke pitman bearing
l1 Jarak saddle bearing ke tail bearing
l2 Jarak saddle bearning ke bridle
Cs Structural unbalance, lb (dari spesifikasi)
Wc Berat counterweight, lb
Diagram Counterweightdan Walking Beam
04/17/2023
74
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (9)
OWc
Fp
Fp
CW
l1
l2
d
r
bb
g
g
q
Perhitungan counterbalance effect nyata :
wst CCC
Actual counter balance effect ditentukan dari berat counterweight, dan geometri dari counventional pumping unit. Total counterbalance effect, Ct adalah jumlah counter balance effect Cw (yang diperoleh dari berat counter weight, Wc, ditambah counter balance effect yang dihasilkan dari structural unbalanced, Cs
04/17/2023
75
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (10)
OWc
Fp
Fp
CW
l1
l2
d
r
bb
g
g
q
Perhitungan counterbalance effect nyata :
wst CCC
2
1
l
l
r
dWC cw
2
1
l
l
r
dWCC cst
2
1
l
l
r
dWCC cts
04/17/2023
76
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (11)
Perhitungan Torque Torque adalah gaya tegak lurus yang bekerja pada
ujung batang dikalikan dengan panjang batang, yang cenderung untuk menghasilkan rotasi.
Pada pumping unit torque merupakan gaya (inch-pound) yang bekerja pada crank dan yang terhubung dengan poros dari gear reducer.
Gaya tersebut dihasilkan dari beban tarikan pada pitman sebagai akibat beban dari sumur, gerak yang berlawanan dari counter balance dan putaran dari prime mover.
Fd
04/17/2023
77
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (12)
Peak Torque pada saat upstroke ditentukan dengan persamaan:
PTu = peak torque upstroke, lbs PPRL = peak polished rod load, lbs Ct = total counterbalance effect, lbs S = polished rod stroke, in
Peak Torque pada saat downstroke :
MPRL = minimum polished rod load, lbs
2
SCPPRLPT tu
2
SMPRLCPT td
04/17/2023
78
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (13)
Prime MoverDua jenis Prime Mover, yaitu: Internal Combustion Engine
Single-, dual-, atau multi-cylinder Electric Motor, lebih banyak digunakan
karena sangat reliable,dan trouble-free. Pembahasan selanjutnya tentang Prime Mover
akan ditekankan pada Electric Motor. Namun demikian parameter yang digunakan tidak jauh berbeda dengan parameter pada internal combustion engine
04/17/2023
79
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (14)
Horsepower Total Nameplate Motor Horse Power:
dimana: PRHP = polished rod horsepower CLF = cyclic load factor Es = surface efficiency dari pumping
system
s
np E
CLFPRHPHP
04/17/2023
80
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (15)
Horsepower Polished rod horsepower:
dimana: PRHP = polished rod horsepower HPh = hydraulic horsepower HPf = friction horsepower
Hydraulic horsepower:
fh HPHPPRHP
nfh LQxHP 61036.7
04/17/2023
81
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (16)
Net Lift Menyatakan perbedaan tekanan ke arah pergerakan
fluida yang dipompa. Jika pompa di pasang pada working fluid level, maka
Net Lift sama dengan kedalaman pompa dipasang (dengan anggapan, bahwa tidak ada tekanan gas dalam annulus)
Jika pompa dipasang dibawah working fluid level, maka net lift akan dipengaruhi oleh tekanan casing dalam annulus
Net Lift juga dipengaruhi oleh tubing back pressure yang cenderung untuk melawan pengangkatan fluida
04/17/2023
82
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (17)
Net Lift Jika pompa dipasang pada working fluid
level:
Jika tekanan tubing tidak berpengaruh, maka Pt = 0
Maka LN = L = D
Jika pompa dipasang dibawah working fluid level:
f
tN
PLL
31.2
f
t
f
tN
PD
PDLLL
31.231.2
04/17/2023
83
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (18)
Frictional Horsepower
Untuk Air balanced dan Mark II
Catatan : persamaan diatas hanya merupakan pendekatan, dan tidak disarankan untuk digunakan jika ada persamaan lain yang lebih baik.
SNWxNS
W
HP r
r
f71031.6
1233000
28
SNWxHP rf71025.6
04/17/2023
84
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (16)
Cyclic Load Factor (CLF) Prime Mover diharapkan dapat memenuhi
kebutuhan power, untuk: Hydraulic horsepower Surface equipment losses Subsurface losses Cyclic load, yang disebabkan perubahan beban
selama upstroke dan downstroke. Perubahan beban tersebut menyebabkan
kebutuhan arus listrik yang selalu berubah. Harga CLF tergantung pada jenis Motor Listrik
yang digunakan
04/17/2023
85
PERANCANGAN COUNTERBALANCE (17)
Cyclic Load Factor (CLF)
Conventional & Air Balanced
Mark II
NEMA “D”Electric MotorSlow speed engine
1.375NEMA “D”Electric MotorSlow speed engine
1.10
NEMA “D”Electric MotorMulti-Cylinders engine
1.897NEMA “D”Electric MotorMulti-Cylinders engine
1.517
04/17/2023
86
SPEED REDUCTION & ENGINE SHEAVE SIZE
Menghitung hubungan antara sheave pada motor dengan sheave pada pumping unit.
Kedua sheave tersebut dihubungkan dengan BELT
Dimana : de = diameter engine sheave, inches du = diameter pumping unit sheave, inches Ne = kecepatan putaran engine sheave, rpm Nu = kecepatan putaran pumping unit sheave, rpm
e
uue N
dNd
04/17/2023
87
SPEED REDUCTION & ENGINE SHEAVE SIZE
Jika Z = speed ratio dari speed reducer, yaitu:
dimana N = pumping speed, spm Maka:
e
ue N
NZdd
N
NZ u
04/17/2023
88
SPESIFIKASI PUMPING UNIT
API Standard 11 EContoh:
C – 114 – 143 - 64
C = Conventional
M = Mark II
A = Air Balance
Peak Torque Rating : 114 000 in-lbStructure Capacity : 14 300 lb
Max. Stroke Length : 64 inch
Catatan:• Peak Torque Rating = Reducer Rating• Structure Capacity = Polished Rod Load
04/17/2023
89
TERIMA KASIH
Dilanjutkan dengan Slides tentangProsedur Perancangan Pompa Sucker Rod berdasarkan :
API RP 11 L
OLD BRAGA - 1933
04/17/2023
90
ROD AND PUMP DATA
APPENDIX A
04/17/2023
91
ROD AND PUMP DATA (1)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
44 All 0.726 1.990x10-6
1.000 - - - - - 100.0
54 1.06 0.908 1.990x10-6
1.138 - - - - 44.6 55.4
54 1.25 0.929 1.990x10-6
1.140 - - - - 49.5 50.5
54 1.50 0.957 1.990x10-6
1.137 - - - - 56.4 43.6
54 1.75 0.990 1.990x10-6
1.122 - - - - 64.6 35.4
54 2.00 1.027 1.990x10-6
1.095 - - - - 73.7 26.3
54 2.25 1.067 1.990x10-6
1.061 - - - - 83.4 16.6
54 2.50 1.108 1.990x10-6
1.023 - - - - 93.5 6.5
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
92
ROD AND PUMP DATA (2)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
55 All 1.135 1.270x10-6
1.000 - - - - 100 -
64 1.06 1.164 1.382x10-6
1.229 - - - 33.3 33.1 33.5
64 1.25 1.211 1.319x10-6
1.215 - - - 37.2 35.9 26.9
64 1.50 1.275 1.232x10-6
1.184 - - - 42.3 40.4 17.3
64 1.75 1.341 1.141x10-6
1.145 - - - 47.4 45.2 7.4
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
93
ROD AND PUMP DATA (3)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
94
ROD AND PUMP DATA (4)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
95
ROD AND PUMP DATA (5)
Rod #
Dp,inch
Rod Weigh
tlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
76 1.06 1.802 0.816x10-6
1.072 - - 28.5 71.5 - -
76 1.25 1.814 0.812x10-6
1.077 - - 30.6 69.4 - -
76 1.50 1.833 0.804x10-6
1.082 - - 33.8 66.2 - -
76 1.75 1.855 0.795x10-6
1.088 - - 37.5 62.5 - -
76 2.00 1.880 0.785x10-6
1.093 - - 41.7 58.3 - -
76 2.25 1.908 0.774x10-6
1.096 - - 46.5 53.5 - -
76 2.50 1.934 0.764x10-6
1.097 - - 50.8 49.2 - -
76 2.75 1.967 0.751x10-6
1.094 - - 56.5 43.5 - -
76 3.75 2.039 0.722x10-6
1.078 - - 68.7 31.3 - -
76 3.75 2.119 0.690x10-6
1.047 - - 82.3 17.7 - -
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
96
ROD AND PUMP DATA (6)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
97
ROD AND PUMP DATA (7)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
98
ROD AND PUMP DATA (8)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
99
ROD AND PUMP DATA (9)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
Dp = plunger diameterFc = frequency factor
04/17/2023
100
ROD AND PUMP DATA (10)Rod #
Dp,inch
Mlb/ft
Er, in/lb.ft
Fc Rod String, % of each size
1 1/8 1 7/8 3/4 5/8 1/2
Dp = plunger diameterFc = frequency factor