Analisis Tekanan dan Jumlah Pompa untuk Menginjeksi 35000 BWPD di Echo Flow Station Milik Pertamina Hulu Energy Offshore North West Java (ONWJ)
*Eflita Yohana a , M.S.K Tony Suryo Utomo a , Mohamad Endy Yulianto b , Karina Nur Adhiriva a a Dosen Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
b Dosen Sekolah Vokasi, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, SH. Kampus UNDIP Tembalang Semarang 50239 *Email : efnan2003@gmail.com

## Abstract
Waterflooding is a method of injecting fluid in the form of water into reservoir, which will then push the  oil  in  the  reservoir  layer  to  get  into  the  production  well.  One  of  the  main  components  of  water flooding is pump. Pump is a mechanical device driven by an energy source, where there is an impeller as  the  fluid  inlet.  Impeller  is  a  part  of  water  pump  which  functions  to  convert  and  translates mechanical  energy  into  pump  power,  and  due  to  efficiency  (losses  due  to  fluid  friction  appears) because of changes on flow direction in impeller blades. On several waterflooding equipments owned by  PHE  ONWJ,  some  damages  could  be  found,  thus  waterflooding  had  been  brought  to  a  halt  and causes  a  decline  in  oil  production  rate.  Hence,  PHE  ONWJ  reactivates  waterflood  in  Echo  Flow Station  in  order  to  increase  oil  production  rate.  The  purpose  of  this  research  is  to  calculate  the pressure  values  generated  by  seawater  injection  pump      with  capacity  of  35,000  BWPD.  Water  is injected into production well to increase oil production rate. Moreover, this research also calculates the  number  of  pumps  required,  in  accord  with  the  pumps  available  in  Echo  Flow  Station.  Using analytic methods in the form of calculations and curve reading, the result shows that two out of four available pumps are required for running, and P_discharge value of 980,556 psig to inject water to oil production well is obtained.
Keyword: injection, cavitation, centrifugal pump, waterflood.

## Abstrak
Waterflooding adalah  metode  menginjeksikan  fluida  berupa  air  ke  dalam  reservoir,  yang  diharapkan akan mendorong minyak yang ada pada lapisan reservoir untuk sampai kesumur produksi. Salah satu komponen  utama  dari waterflooding adalah  pompa.  Pompa  merupakan  peralatan    mekanik    yang digerakkan    oleh    suatu    sumber    tenaga,  dimana  terdapat  impeller  sebagai  penghisap  fluida  masuk. Impeller adalah bagian pada pompa air yang berfungsi untuk mengubah energi mekanik dan kemudian diteruskan  pada  daya  pompa,  dan  akibat  adanya  efesiensi  (timbul  kerugian  berupa  gesekan  cairan) karena  perubahan  arah  aliran  yang  terdapat  pada  sudu-sudu  impeller.  Pada  beberapa equipment waterflooding milik  PHE  ONWJ  terdapat  beberapa  kerusakan,  sehingga  kegiatan waterflooding dihentikan,  dan  menyebabkan  menurunnya  hasil  produksi  minyak.  Oleh  karena  itu  PHE  ONWJ melakukan  reaktivasi waterflood di Echo  Flow  Station untuk  kembali  meningkatkan  hasil  produksi minyak  di  lapangan.  Tujuan  penelitian  ini  melakukan  perhitungan  nilai  tekanan  yang  dihasilkan  dari sea  water  injection  pump dengan  kapasitas  air  sebesar  35000  BWPD.  Air  diinjeksikan  ke  sumur produksi  untuk  meningkatkan  hasil  produksi  dari  minyak.  Selain  itu  penelitian  ini  juga  menghitung kebutuhan  pompa  yang  akan  digunakan  dari  ketersediaan  pompa  yang  ada  di  lapangan Echo  Flow Station .  Dengan  menggunakan  metode  analitik  berupa  perhitungan  dan  membaca  kurva,  hasilnya pompa yang dibutuhkan untuk running adalah 2 unit pompa dari 4 unit yang tersedia, dan  didapatkan nilai 𝑃 𝑑𝑖𝑠𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 sebesar 980,556 psig untuk penginjeksi air ke sumur produksi.
Kata kunci: injeksi, kavitasi, pompa sentrifugal, waterflood.

## Nomenklatur
SG Specific Gravity 𝝆 Densitas ( 𝒌𝒈 𝒎 𝟑 ⁄ ) V Kecepatan Aliran Fluida (ft/s) Q Debit Fluida (BWPD) d Diameter dalam pipa (inch) Re Bilangan Reynold 𝝁 Viskositas dinamik H Differensial Head (ft) 𝑷 Tekanan pada pompa (psig) 𝑩𝑯𝑷 Brake Horse Power (Hp)
𝒆 Efisiensi Pompa 𝑷 𝒘 Hidraulic Power (Hp) 𝑵𝑷𝑺𝑯 𝒂
Net Positive Suction Head Available 𝑵𝑷𝑺𝑯 𝒓 Net Positive Suction Head Requirement
𝒏 𝒔 Kecepatan Spesifik ( 𝒎 𝟑 𝒎𝒆𝒏𝒊𝒕 ⁄ )
𝝈 Koefisien  Kavitasi

## 1. Pendahuluan
Untuk menghasilkan produksi minyak, electrical submersible pump (ESP) sering digunakan karena mempunyai laju alir  yang  besar.  Pompa  jenis  ini memiliki  dua komponen  utama,  terdiri  dari impeller dan diffuser . ESP  berfungsi unutuk mengambil minyak sampai batas ekonomisnya. Pengambilan minyak dilakukan di dalam reservoir yang berada jauh di dasar laut.
Turunnya  laju  produksi  minyak  disebabkan  oleh  produksi  minyak  secara  terus  –  menerus,  yang  juga mengakibatkan turunnya tekanan reservoir. Karena turunnya tekanan, maka  cadangan minyak masih tersisa di celah – celah bebatuan. Untuk itu perlu adanya tindakan mengambil sisa-sisa cadangan minyak tersebut.  Tahap kedua disebut secondary  oil  recovery yang  digunakan  apabila  suatu  reservoir  mendekati  batas  ekonomis  melalui  perolehan  tahap pertama. Oleh karena itu diperlukan perlakuan yang disebut injeksi waterflooding [1]. Metode waterflooding dilakukan  dengan  cara  menginjeksikan  air  ke  dalam reservoir dan  diharapkan  dapat mendorong minyak yang tertinggal pada celah  – celah bebatuan dalam reservoir sehingga mampu menggiring minyak ke sumur produksi dan sampai ke permukaan [2].
Dalam    pelaksanaannya,  proyek  injeksi  air  diklasifikasikan  menjadi  dua,  yaitu pressure  maintenance dan secondary recovery . Pressure maintenance umumnya dilaksanakan pada saat energi pendorong reservoir masih cukup besar untuk mengalirkan minyak ke permukaan dan laju produksi masih tinggi. Hal ini dilakukan agar tekanan reservoir sebagai  energi  pendorong tetap  dalam  kondisi  yang tinggi. Sedangkan  pada secondary  recovery ,  injeksi air  dilakukan pada  saat  tekanan reservoir sudah  tidak  mampu  lagi  mendorong  minyak  dengan  tenaga  alamiahnya  sendiri  dan  laju produksinya  sudah  rendah.  Hal  ini  dilakukan  untuk  mendesak  cadangan  minyak  sisa  yang  masih  tertinggal  dalam reservoir ketika tahap awal produksi dilaksanakan [3].
PT.  Pertamina  Hulu  Energy  Offshore  North  West  Java  merupakan  salah  satu  anak  perusahaan  milik  PT. Pertamina persero sebagai penghasil minyak dan gas bumi. Injeksi waterflooding juga dipakai oleh PT. Pertamina Hulu Energy  Offshore  North  West  Java  sebagai  salah  satu  metode  untuk  pemanfaatan  air  sebagai  penginjeksi  untuk penanggulangan masalah penurunan produksi akibat turunnya tekanan reservoir [4]. Karena  tingkat  kesadahan  air  laut  cukup  tinggi,  mengakibatkan  beberapa equipment mengalami  korosi  dan menyebabkan bocornya pipa-pipa di dasar laut, untuk itu sistem waterflood di Echo flow station dihentikan sementara waktu.  Terhentinya  penginjeksian  air  sehingga  produksi  minyak  pun  ikut  turun,  maka  Pertamina  ONWJ  melakukan reaktivasi  kembali  sistem waterflood dengan  mengganti  pipa-pipa  yang  mengalami  kebocoran  dan  mengganti equipment yang  mengalami  kerusakan.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  melakukan  kalkulasi  ulang  guna  menghitung performa  pompa  berupa head, efisiensi,  BHP,  dan hydraulic  power pompa  untuk  menginjeksikan  air  sebesar  35000 BWPD ke sumur injeksi dan mengitung NPSHa dan NPSHr untuk identifikasi kavitasi pada pompa.

## 2. Material dan metodologi penelitian
Metode analitik digunakan untuk mengolah data yang diperoleh. Penelitian ini menggunakan pompa sentrifugal 6  tingkat  sebagai  media  yang  dianalisis.  Pompa sentrifugal merupakan peralatan dengan komponen yang  sederhana. Pompa  sentrifugal  mengubah  energi  kecepatan menjadi  energi  tekanan.  Perubahan n energi n terjadi n karena n dua n bagian utama n pompa, n impeller n dan n volute n atau difuser. n Impeller adalah  bagian  berputar  yang  mengubah  energi  dari penggerak n menjadi n energi n kinetik. n Volute n atau n difuser n adalah n bagian n tak n bergerak n yang n mengubah n energi  kinetik menjadi i energi i tekan [5]. Gambar 1 merupakan bagian-bagian pada pompa sentrifugal [6].
A Stuffing Box B Packing C Shaft D Shaft Sleeve E Vane F Casing G Eye of Impeller H Impeller
I Casing wear ring
J Impeller K Discharge nozzle A B C D E F G H I J K
Dari n hasil n perhitungan bilangan Reynold dapat menentukan jenis aliran laminar atau turbulen. m Setelah m diketahui  jenis  alirannya,  dilakukan n perhitungan  jumlah  kebutuhan  pompa  untuk  menginjeksikan 35000  BWPD  dengan  kapasitas    masing  –  masing  pompa  yang  telah  ada.  Sebelum  melakukan  penelitian,  perlu mengidentifikasi  jalur-jalur penginjeksian air  di echo  flow  station .  Gambar  2  menunjukan  skema  penginjeksian air  di echo flow station [7].
Gambar 2. Skema penginjeksian air di Echo flow station [7]
Gambar 3 merupakan equipment layout penginjeksian air di  lapangan Echo flow station, equipment waterflood terdiri  dari  3  buah feed  pump yang  disusun  secara  parallel,  1  buah deaerator, 2  buah booster  pump, dan  4  buah sea water injection yang nantinya akan di injeksikan ke sumur injeksi EF, EJ, ED, EB. [7].
EB ED EA ESER EF EJ E COM EPRO
Penelitian ini, hanya dibatasi pada sea water injection pump saja, yaitu pada section 4 . Pompa yang digunakan dalam penginjeksian ini disusun secara parallel dengan kapasitas masing-masing pompa sebesar 560 USgpm, diameter impeller 6 inch, 𝑷 𝒔𝒖𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 maksimum sebesar 184 psig, dengan specific gravity (SG) fluida sebesar 1.023, dan viskositas kinematik sebesar 1 cSt.
Persamaan  1  merupakan  persamaan  untuk mencari nilai Specific  Gravity (SG),  yang digunakan untuk mencari nilai  densitas  dari  liquid.  Kecepatan  linier  didapat  dengan  menggunakan  Persamaan  2,  dan  Persamaan  3  digunakan untuk menghitung nilai bilangan Reynold dengan 𝝆 adalah densitas fluida, V adalah kecepatan rata-rata aliran, D adalah diameter pipa dan 𝝁 merupakan viskositas dinamik fluida air laut [8].
𝑺𝑮 = 𝝆𝒛𝒂𝒕 𝒄𝒂𝒊𝒓
𝝆𝒂𝒊𝒓 (1)
𝑽 = 𝟎.𝟎𝟏𝟐 .𝑸 𝒅𝟐
(2)
𝑹𝒆 = 𝝆.𝒅.𝑽 𝝁 = 𝒅.𝑽 𝒗𝒌𝒊𝒏𝒆𝒎𝒂𝒕𝒊𝒌
(3)
Gambar 4 dan 5 merupakan kurva dari vendor pompa  yang digunakan pada SWI pump di Echo Flow Station sebagai acuan untuk menentukan efisiensi dan differential head dengan meninjau jumlah fluida yang akan diinjeksikan yaitu sebesar 35.000 BWPD [9].
Gambar 4. Kurva Efisiensi Injection Pump [9]
Gambar 5. Kurva Differential Head Injection Pump [9] H ea d - ft Capacity - USgpm H ea d - ft Capacity - USgpm E ff ic ie n c y E ff ic ie n c y
Persamaan  4  digunakan    untuk  menentukan  nilai  tekanan  yang  keluar  dari sea  water  injection  pump untuk menginjeksikan air ke sumur injeksi. Selanjutnya untuk menghitung BHP ( Brake Horse Power )  dan Hidraulic Power digunakan persamaan 5 dan 6 [8].
𝑯 =   𝑷 𝒅𝒊𝒔𝒄𝒉𝒂𝒓𝒈𝒆 −𝑷 𝒔𝒖𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏
(4) 𝑩𝑯𝑷 = 𝑸.𝑯.𝑺𝑮 𝟑𝟗𝟔𝟎.𝒆 (5)
𝑷 𝒘 = 𝑸.𝑯.𝑺𝑮 𝟑𝟗𝟔𝟎 (6)
NPSHa i dan i NPSHr i pompa dihitung i untuk i mengetahui i kemampuan pompa beroperasi. Parameter pompa tidak mengalami kavitasi adalah nilai NPSHa harus lebih besar nilainya dari NPSHr.
NPSHa n adalah n tekanan n maksimum n pada n sisi n hisap n yang n bernilai n positif [10].
NPSHr n adalah n head n pada n sisi n hisap pompa yang terletak pada centerline impeller n di n atas n tekanan n uap n jenuh n fluida [11]. m Perhitungan n dilakukan  berdasarkan  data  yang  diperoleh  dari Technical  Note milik  Pertamina  Hulu  Energy Offshore Northwest Java sebagai berikut :
n (jumlah tingakt pada pompa)
: 6 Q ( flowrate ) : 35000 BWPD = 3,86 𝒎 𝟑 𝒎𝒊𝒏 ⁄ Head Total : 1750 ft = 533.4 m 𝑯 𝑵 ( Head Total /n) : 88.9 m n : 3560 rpm T : 60 F = 15.56 o C NPSHa : 424 ft = 129.235 m
NPSHr didapat dengan mencari nilai kecepatan spesifik ( 𝒏 𝒔 ) pada persamaan 7, dan nilai koefisien kavitasi ( 𝝈 ) dengan  meninjau  grafik  hubungan  antara  nilai  kecepatan  spesifik  ( 𝒏 𝒔 )  dengan  koefisien  kavitasi  ( 𝝈 )  seperti  yang ditunjukan  pada  Gambar  6  [12].  Setelah  mendapat  nilai  koefisien  kavitasi,  dapat  mencari  nilai  NPSHr  dengan menggunakan  persamaan  8  di  bawah  ini  [8].  Setelah  mendapatkan  nilai  NPSHa  dan  nilai  NPSHr,  maka  dapat menganalisa mampukah pompa berkerja.
𝒏 𝒔 = 𝒏√𝑸 𝑯𝟑 𝟒 ⁄ (7)
𝝈 = 𝑯𝒔𝒗𝒏 𝑯𝒏 (8)
Gambar 6. Grafik Hubungan antara Koefisien Spesifik dengan Koefisien Kavitasi. [12]
Kecepatan spesifik 𝑛 𝑠 ( 𝑚 3 𝑚𝑖𝑛, 𝑚, 𝑟𝑝𝑚) ⁄ K o e fi si en ka v it a si 𝜎

## 3. Hasil dan pembahasan
Sesuai  dengan  metode  yang  tertera  di  atas,  dilakukan  perhitungan  berdasarkan  persamaan-persamaan  yang tertera dan didapatkan hasil yang dimuat pada Tabel 1.

## Tabel 1. Spesifikasi pompa
No Keterangan Nilai Satuan 1. Densitas Liquid ( 𝝆 𝒍𝒊𝒒𝒖𝒊𝒅 ) 1020 𝒌𝒈 𝒎 𝟑 ⁄ 2. Kecepatan Aliran Fluida (V) 5.83 𝒇𝒕 𝒔 ⁄ 3. Bilangan Reynold ( Re ) 270910.7807 4. Efisiensi Pompa (e) 71 % 5. Debit Fluida (Q) 510.42 USgpm 6. Differensial Head (H) 1860 ft 7. Tekanan Luar ( 𝑷 𝒅𝒊𝒔𝒄𝒉𝒂𝒓𝒈𝒆 ) 980.556 psig 8. Brake Horse Power (BHP) 345.43 horse power 9. Hidraulic Power ( 𝑷 𝒘 ) 245.26 horse power 10. Kecepatan Spesifik ( 𝒏 𝒔 ) 241.548 𝒎 𝟑 𝒎𝒆𝒏𝒊𝒕 ⁄
11. Koefisien Kavitasi ( 𝝈 ) 0.123 12. Net Positive Suction Head Available (NPSHa) 129.235 meter 13. Net positive Suction Head Requirment (NPSHr) 10.9346 meter
Bilangan Reynold didapat dengan mencari beberapa variabel seperti densitas liquid dan kecepatan linear, yang diperoleh  menggunakan  persamaan  1  dan  2,  dengan  hasil  nilai 𝝆 𝒍𝒊𝒒𝒖𝒊𝒅 sebesar  1020 𝒌𝒈 𝒎 𝟑 ⁄ dan  kecepatan  linear sebesar  5,83 𝒇𝒕 𝒔 ⁄ .  Dengan  dua  data  varibel  tersebut  maka  didapat hasil  bilangan Reynold sebesar  270910,7807  yang menunjukan bahwa aliran tersebut merupakan jenis aliran turbulen.
Gambar  3  dan  Gambar  4  digunakan  untuk  memperoleh nilai  efisiensi  dan  diferensial head, dan  didapat nilai dengan  hasil  71%.  Untuk  efisiensi  dan  diferensial head sebesar  1860 𝒇𝒕 atau  setara  dengan  805,556  psig.  Kedua  hal tersebut  didapat  dengan  cara  meninjau  dari  nilai  kapasitas  atau flowrate -nya yaitu  sebesar  35000  BWPD  yang dikonversikan menjadi 510,42 USgpm.
Persamaan 4 digunakan  untuk  menentukan nilai  tekanan  keluar  ( 𝑷 𝒅𝒊𝒔𝒄𝒉𝒂𝒓𝒈𝒆 ),  dengan menjumlahkan 𝑷 𝒔𝒖𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 dengan 𝑯 ( diferential  head )  sehingga  didapat  nilai 𝑷 𝒅𝒊𝒔𝒄𝒉𝒂𝒓𝒈𝒆 sebesar  980,556  psig.  Untuk  mencari  nilai 𝑩𝑯𝑷 (𝑩𝒓𝒂𝒌𝒆 𝑯𝒐𝒓𝒔𝒆 𝑷𝒐𝒘𝒆𝒓) , menggunakan persamaan 5 dengan hasil 345,43 Hp. Serta menggunakan persamaan 6 untuk mencari nilai Hydraulic Power dan diperoleh hasil sebesar 245,26 Hp. Kecepatan  spesifik  bernilai 241.548 𝒎 𝟑 𝒎𝒆𝒏𝒊𝒕 ⁄ dengan  menggunakan persamaan  7.  Dengan nilai  kecepatan spesifik  yang  didapat,  maka  diperoleh  nilai  koefisien  kavitasi  menggunakan  kurva  pada  gambar  6,  sebesar  0.123. Dengan menggunakan persamaan 8 didapat nilai 𝑯 𝒔𝒗𝒏 atau NPSHr sebesar 10.9347 m. Pompa sentrifugal tersebut dapat dikatakan mampu berkerja karena memenuhi syarat pompa tidak mengalami kavitasi, yaitu NPSHa lebih besar dari nilai NPSHr.

## 4. Kesimpulan
Dari data perhitungan di atas, dapat disimpulkan bahwa untuk menginjeksikan air sebesar 35.000 BWPD cukup hanya menggunakan 2 unit Sea Water Injection dari 4 unit yang ada dilapangan, dengan masing-masing pompa dengan kapasitas  560  USgpm  atau  sebesar  19200  BWPD.  Dengan  masing  masing  pompa  menginjeksikan  air  sebesar  510,42 USgpm atau senilai dengan 17500,11 BWPD. Karena hanya menggunakan 2 unit pompa, maka 2 unit pompa lainnya dapat stand  by untuk  mengantisipasi  pompa  yang  sedang running apabila  mengalami  kerusakan.  Pompa  dapat beroperasi dan tidak mengalami kavitasi karena nilai NPSHa yang lebih besar dibandingkan dengan nilai NPSHr

## Ucapan terimakasih
Dalam pembuatan  paper  ini  banyak  pihak  yang  membantu penulis  sehingga dapat  menyelesaikan   paper  ini, untuk itu Penulis mengucapkan terimakasih kepada PT. Pertamina Hulu Energy Offshore North West Java.

## Referensi
[1]   Approximate CARE, Is P, For G, Set ONE, Conditions OF. Hydraulic Datasheet. 2006;(20):2–4.
[2]   El-Khatib N. Waterflooding performance of communicating stratified reservoirs with log-normal permeability distribution. SPE Reserv Eval Eng. 1999;2(6):542–9.
[3]   Kristanto D, Santoso AP. Evaluasi Penggunaan Injeksi Air Untuk Pressure Maintenance Evaluasi Penggunaan Injeksi Air Untuk Pressure. 2007;20(2):159–69.
[4]   Lubis IT, Arief ATAM, Prabu IUA. PERENCANAAN INJEKSI WATERFLOODING DENGAN METODE PREDIKSI BUCKLEY LEVERETT DAN CRAIG GEFFEN MORSE PADA SUMUR INJEKSI I DI LAPISAN W3 STRUKTUR NIRU PT PERTAMINA EP ASSET 2 FIELD LIMAU. J Ilmu Tek Sriwijaya. 2014;2(4).
[5]   Baskoro AI. Universitas Diponegoro 2012 Universitas Diponegoro 2012. Universitas Diponegoro; 2013.
[6]   Hariady S. Analisa Kerusakan Pompa Sentrifugal 53-101C Wtu Sungai Gerong Pt. Pertamina Ru Iii Plaju. J Desiminasi Teknol. 2014;2(1):29–42.
[7]  Conceptual Study for E-Main Water Injection Re-Development. 2018.
[8]   KARASSIK IJ, KRUTZSCH. W, FRASER WH, MESSINA JP. Pump Handbook. 1976.
[9]   Pumps Ingersoll Dresser. Flowserve Pump Division. 2006. (Sea Water Injection). Report No.: Vendor reference : 9999-60005.
[10]  Tukiman, Santoso P, Satmoko A. Perhitungan dan Pemilihan Pompa pada Instalasi Pengolahan Air Bebas Mineral Irradiator Gamma 200 kCi. PRIMA - Apl dan Rekayasa dalam Bid Iptek Nukl. 2013;10(2):51–60.
[11]  Iskandar N, Pangestu RB. Evaluasi Rendahnya Maintenance Between Failure (Mtbf) Pada Pompa Vertikal. Rotasi. 2017;19(1):18–23.
[12]  Sularso, Tahara H. Perawatan dan Pemeliharaan Kompresor. cetakan ke. Jakarta: PT Pertja; 2000.