Petroleum Engineer

Artificial Lift dengan HPU (Hydraulic Pumping Unit)

Hydraulic Pumping Unit (HPU) merupakan salah satu jenis dari sucker rod pump. Sucker rod pump digunakan sebagai salah satu alternatif sistem artificial lift. Penggunaan pompa ini dilakukan jika tidak tersedianya gas yang cukup di lapangan, sehingga sistem gas lift tidak dapat diterapkan.

Keuntungan menggunakan HPU adalah sebagai berikut:

1. HPU lebih mudah untuk dipindahkan dan dipasang dari satu sumur ke sumur lain karena tidak memerlukan pondasi, dan teknis penyetelannya sederhana.
2. Perubahan SPM (Stroke per Minute) dan panjang langkah (Stroke Length) lebih mudah. Dalam mengubah SPM tidak perlu mengganti pulley dan dalam penentuan stroke length tidak menggunakan alat berat untuk menggeser crank pin seperti pada pompa angguk.
3. Optimasi sumur dengan alat HPU dapat dilakukan secara tepat dan mudah dengan mengubah parameter kecepatan dan langkah pompa yang dapat dilakukan setiap saat dengan waktu yang lebih cepat, sehingga kehilangan produksi dapat diminimalkan.
4. Pengaturan langkah HPU lebih mudah karena tinggal mengubah setting hidrolik.
5. Pemakaian energi listrik lebih hemat dibandingkan pompa angguk.
6. Kehilangan produksi akan lebih dapat diminimalkan apabila pemasangan, pemindahan, dan pengaturan dapat dilakukan dengan lebih cepat.
7. Mengurangi resiko kebocoran stuffing box karena penempatan hydraulic jack lebih center.
8. Biaya sewa lebih murah dibandingkan pompa angguk.

Kerugian menggunakan HPU adalah sebagai berikut:

1. Tidak cocok untuk produksi besar (Q HPU bpd).
2. Kedalaman sumur terbatas (kedalaman pompa <1000 m) 
3. Kurang cocok untuk sumur miring dan lepas pantai (offshore).

Prinsip Kerja HPU (Hydraulic Pumping Unit)

Prinsip kerja dari instalasi HPU (Hydraulic Pumping Unit) adalah sebagai berikut :

1. Hydraulic fluid bertekanan tinggi dari power pack dipompakan menuju ke hydraulic jack guna mentransmisikan pressure dari hydraulic fluid menjadi gerakan naik turun pada hydraulic jack.
2. Dari gerakan hidrolik tadi kemudian diteruskan oleh polished rod terus sucker rod dan ke plunger, sehingga plunger bergerak turun naik yang merupakan gerakan langkah dari pompa.
3. Apabila plunger bergerak keatas (up-stroke), maka dibawah plunger akan terjadi penurunan tekanan, sehingga tekanan dasar sumur lebih besar dari tekanan dalam pompa, keadaan ini menyebabkan standing valve terbuka dan fluida masuk kedalam pompa.
4. Pada akhir up stroke volume dibawah plunger terisi penuh oleh cairan dan pada saat plunger bergerak kebawah (down-stroke), standing valve akan tertutup karena plunger menekan fluida, pada saat bersamaan fluida tersebut akan menekan traveling valve, fluida keluar dari plunger dan masuk ke tubing.
5. Proses tersebut berlangsung berulang kali, sehingga fluida pada tubing akan bergerak naik ke permukaan dan mengalir menuju separator melalui flow line.

Kerusakan pada Sucker Rod Pump

Kerusakan pada sucker rod pump disebabkan oleh adanya problem pasir, karat, dan gas. Adapun bagian-bagian yang mengalami kerusakan antara lain adalah :

1. Plunger, adanya pasir atau scale pada plunger, sehingga mengakibatkan terjadi stuck dengan working barel.
2. Ball berbentuk oval (tidak bulat) karena pasir, scale dan benturan antara ball dengan dinding cage.
3. Working barel menjadi kempot.
4. Stuffing box bocor karena ketidaklurusan pada saat setting HPU/ pumping unit.
5. Rod putus karena fluida yang bersifat korosif .

Komponen Peralatan HPU
Peralatan HPU terdiri dari power pack, hydraulic jack dan peralatan dibawah permukaan.

1. Power pack berfungsi untuk memompakan hydraulic fluid menuju ke hydraulic jack.
Yang terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut :

a. Electrical control box
Merupakan pusat pengontrol sebagian besar kelistrikan HPU. Komponen – komponen listrik terdiri dari sebuah motor starter, motor overload protector, dan sebuah programmable logic controller.

b. Flow control valve
Digunakan untuk mengontrol jumlah aliran fluida. Katup yang bawah membatasi penyebaran fluida, sedangkan yang atas membatasi seberapa cepat penghalang (valve) dibuka.

c. System relief valve
Sistem ini memungkinkan untuk memberikan pressure selama pemeliharaan dan perbaikan.

d. Tank Weldment
Menjaga agar cairan hidrolik tidak dibawah tekanan. Kapasitas minimal tangki 20 gallons.

e. Oil site gage
Memberikan suatu indikasi batas tinggi cairan. Sehingga hydraulic fluid dapat terus terkontrol agar kinerja tetap berjalan lancar.

f. Manifold block
Memberi tekanan pada cairan hidrolik ke berbagai sistem hidrolik melalui control valve.

g. Pressure switch
Berfungsi mengontrol motor untuk membatasi tekanan pada sistem.

h. Hand pump
Apabila ada gangguan listrik, pompa tangan (manual) digunakan agar sistem tetap berjalan agar fluida tidak kosong dalam setting hydraulic jack. Klep harus digeser dan kemudian dengan secara manual memompa hand pump sampai penghalang telah menutup jalur fluida.
Pompa manual diharapkan untuk digunakan di saat operasi dalam keadaan darurat dan akan memerlukan banyak siklus untuk mengangkat penghalang standard.

i. Pressure gage
Menunjukkan system pressure HPU secara aktual. Standar operasi harus kurang dari 2000 psi.

j. Accumulator
Berfungsi sebagai suatu reservoir tekanan untuk menyimpan cairan yang diberi tekanan.
k. Pompa
Dihubungkan dengan electric motor dan memenuhi tekanan pemompaan untuk mengisi akumulator.

l. Electric motor
Menjalankan pompa hidrolik.

m. EFO valve dan coil
Emergency Fast Operation (EFO), aliran dilewatkan melalui valve pada sirkuit kontrol kendali dan membuat sistim memberikan aliran penuh saat tekanan tertinggi. Operasi ini dimaksudkan untuk memindahkan penghalang (barrier) dalam waktu singkat. Misalnya saat perbaikan ringan.

n. Base filter assembly
Untuk menyaring zat pencemar dari minyak hidrolik selama beroperasi.

o. Directional control valve
Mengoperasikan katup pada operasi normal. Mengalirkan cairan untuk melewati penghalang (barrier).


p. Cabinet
Melindungi komponen pompa hidrolik. Apakah sudah kuat dan terkunci.

2. Hydraulic jack berfungsi untuk mentransmisikan pressure dari hydraulic fluid untuk mengangkat rangkaian SRP.
Yang terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut :

a. Sensor pengatur panjang stroke (S)
Berfungsi untuk mengubah pengaturan panjang stroke sesuai desain yang diinginkan.


b. Tangga
Berfungsi untuk memudahkan pada saat mengatur komponen yang berada diatas hydraulic jack atau untuk memeriksa kerusakan-kerusakan kecil pada hydraulic jack.

c. Menara
Sebagai pondasi untuk polished rod saat beroperasi agar kuat dan lebih sentral sehingga kebocoran pada stuffing box dapat dihindari.

d. Stroke
Berfungsi sebagai penerima hasil transmisi hydraulic fluid bertekanan tinggi dari power pack menjadi gerakan naik turun untuk mengangkat rangkaian sucker rod pump dibawah permukaan.

e. Hydraulic hose
Berfungsi mengalirkan fluida bertekanan tinggi dari power pack ke hydraulic jack unit. Ada dua jenis yang berukuran besar dan kecil. Hose berukuran besar berfungsi untuk mengalirkan fluida bertekanan tinggi dari power pack sehingga akan menaikkan stroke pada hydraulic jack (up-stroke). Hose yang kecil berfungsi mengalirkan hydraulic fluid bertekanan tinggi dari hydraulic jack kembali ke power pack. Proses ini terus berulang kali sehingga fluida pada sumur tersebut bisa diproduksi.

3. Peralatan pompa dibawah permukaan, terdiri dari SRP. Fungsi peralatan pompa sucker rod didalam sumur adalah untuk membantu menaikan fluida sumur ke permukaan melalui tubing. Unit pompa sucker rod terdiri dari :

a. Tubing
Tubing adalah pipa untuk produksi dan bisa dipindah atau diganti tidak seperti casing. Tubing berfungsi seperti tempat mengalirnya fluida produksi sampai ke permukaan. Pada artificial lift, tubing juga berfungsi sebagai tempat menggantungnya pompa.

b. Pompa, merupakan alat utama pada sucker rod pump, pompa dipasang diujung sucker rod, yang terletak di dalam tubing.
Pompa yang ada di dalam sumur terdiri beberapa komponen, antara lain yaitu :

1. Working barel
Merupakan tempat dimana plunger dapat bergerak naik turun sesuai dengan langkah pemompaan dan menampung fluida sebelum diangkat oleh plunger pada saat up-stroke.

2. Plunger
Merupakan torak atau tangkai pompa yang terletak di dalam working barrel, apabila plunger ditarik ke atas (up-stroke) maka fluida akan masuk ke dalam working barrel melalui standing valve, sedangkan sewaktu plunger diturunkan (down-stroke) fluida akan keluar ke atas melalui travelling valve. Pada plunger ini terdapat ball dan seat, yang berfungsi sebagai katup.

3. Standing valve
Merupakan katup yang terdapat di bagian bawah working barel yang berfungsi memberi jalan masuk bagi fluida dari dalam sumur masuk ke working barel (pada saat up-stroke, standing valve terbuka) dan untuk menahan fluida agar tidak keluar dari working barel pada saat plunger bergerak ke bawah (pada saat down-stroke, standing valve tertutup). Standing valve terdiri dari sebuah bola besi dan tempat dudukan (ball dan seat).

4. Travelling valve
Merupakan ball and seat yang terletak pada bagian bawah dari plunger dan akan ikut bergerak ke atas dan ke bawah menurut gerakan plunger. Fungsinya :

a. Mengalirkan atau memindahkan fluida dari working barrel masuk ke plunger, hal ini terjadi pada saat plunger bergerak ke bawah.
b. Menahan fluida pada saat plunger bergerak ke atas sehingga fluida tersebut dapat dipindahkan ke tubing untuk selanjutnya dialirkan ke permukaan.

5. Anchor
Merupakan komponen yang dipasang dibagian bawah pompa, yang berfungsi :

a. Untuk memisahkan gas dari minyak agar gas tersebut tidak ikut masuk ke dalam pompa bersama - sama dengan minyak, karena adanya gas akan mengurangi efisiensi pompa digunakan gas anchor.

b. Untuk menghindarkan masuknya pasir atau padatan ke dalam pompa digunakan mud anchor.
c. Mengurangi atau menghindari terjadinya tubing stretch digunakan tubing anchor.

c. Sucker rod string
Energi ditransfer dari alat-alat permukaan ke plunger melalui sucker rod string. Rod dibuat dari 90% lebih besi dengan campuran Carbon (supaya lebih kuat), Mangan dan Silikat (mencegah Fe-Oksida), Nikel (anti karat), Molibdenum (lebih kuat), Cuprum (anti karat). Ukuran yang umum adalah 5/8”, 3/4”, 7/8”, 1” dan 1-1/8”. Rod memberikan efek terbesar dari seluruh gerakan dan kinerja seluruh instalasi HPU.

1. Sucker rod, merupakan batang/rod penghubung antara plunger dengan peralatan dipermukaan. Fungsi utamanya adalah melanjutkan gerak naik turun. Umumnya panjang satu single dari sucker rod yang sering digunakan berkisar 25 ft.

2. Pony rod, merupakan rod yang mempunyai panjang yang lebih pendek dari panjang rod umumnya (<25ft. Fungsinya untuk melengkapi panjang dari sucker rod, apabila tidak mencapai kepanjangan yang dibutuhkan ukurannya adalah: 2, 4, 6, 8, 12 ft.

3. Polished rod, merupakan tangkai rod yang berada diluar sumur yang menghubungkan sucker rod string dengan carier bar dan dapat naik turun di dalam stuffing box. Diameter stuffing box lebih besar dari diameter polished rod. Panjang polished rod adalah 8, 11, 16, dan 22 ft.