La tecnologia di pompaggio riduce i costi nelle tubazioni che gestiscono olio ad alta viscosità

Lo spostamento del petrolio greggio pesante attraverso gli oleodotti può essere difficile e costoso. Il principale contributore alle spese operative (OPEX) per gli operatori dei gasdotti è il costo dell’energia, in particolare l’energia per azionare le pompe. Per i materiali altamente viscosi e densi, come il petrolio pesante e il bitume, la scelta di una tecnologia di pompaggio ad alta efficienza energetica è particolarmente critica per il controllo dei costi, consentendo un risparmio dal 20% al 50% nel consumo energetico.

Comprendere l’impatto della viscosità sulle prestazioni di pompaggio diventa più importante man mano che cresce la domanda globale di nuova produzione di petrolio greggio. McKinsey & Company, una società di gestione globale, stima che durante i prossimi due decenni, le società di esplorazione e produzione dovranno aggiungere 38 milioni di barili al giorno di nuova produzione di greggio per soddisfare la domanda.

A questa crescente domanda si accompagna una crescente dipendenza dal petrolio greggio pesante. Più della metà del petrolio greggio recuperabile a livello mondiale ha una gravità pari o inferiore a 22 gradi dell'American Petroleum Institute (API), con viscosità comprese tra 50 e oltre 1000 centistoke (cSt) a seconda della gravità API, della temperatura e della composizione chimica. Oltre l’80% del petrolio pesante e del bitume naturale tecnicamente recuperabili del globo è concentrato nell’emisfero occidentale, compresi grandi giacimenti in Venezuela e Canada, nonché in California, Alaska e Utah.

Gli operatori delle condutture hanno esplorato una varietà di approcci per mitigare gli effetti dell'alta viscosità. Un impianto pilota nel nord dell'Alberta è stato costruito per pompare bitume grezzo, pesante, simile al catrame, allo stato riscaldato attraverso una conduttura a lunga distanza isolata e interrata per diminuire la viscosità. Altri metodi includono il parziale potenziamento del petrolio prima che entri nell'oleodotto attraverso l'idrocracking, l'idrotrattamento o l'idroraffinazione. Questo approccio richiede la costruzione di strutture a monte. Più comunemente, un diluente viene aggiunto a un fluido viscoso per ridurre la viscosità effettiva. I diluenti possono essere idrocarburi (condensa, benzina, cherosene o nafta). Tuttavia, il diluente stesso rappresenta un costo operativo significativo (anche se viene successivamente recuperato dal fluido trasportato) e le strutture per trasportare, immagazzinare, miscelare e rimuovere/riciclare il diluente aumentano ulteriormente i costi. La preparazione delle emulsioni olio in acqua richiede l'aggiunta dal 30% al 35% di acqua e una piccola quantità di tensioattivo.

Il metodo più efficace per gestire l'alta viscosità, con vantaggi economici, è l'uso di un'adeguata tecnologia di pompaggio.

Le pompe centrifughe sono onnipresenti nelle operazioni di oleodotti, ma sono progettate per liquidi con viscosità relativamente bassa (maggiore di 45 gradi API) come acqua, idrocarburi raffinati e petrolio greggio leggero. Su questi fluidi a bassa viscosità, le pompe centrifughe possono essere utilizzate in modo economicamente vantaggioso, raggiungendo efficienze intorno all'80% o migliori. Tuttavia, anche un leggero aumento della viscosità degrada le prestazioni delle pompe centrifughe a causa della perdita di attrito. La viscosità è la misura della resistenza di un fluido al taglio quando viene applicata energia. L'azione di pompaggio genera un elevato taglio del liquido, poiché il fluido viene espulso dalla girante dalla forza centrifuga. Maggiore è la viscosità, maggiore è la resistenza e più intensa è la necessità di funzionamento della pompa centrifuga, richiedendo più potenza e, quindi, consumando più energia.

Per mezzo secolo, le compagnie petrolifere e gli operatori di oleodotti hanno cercato alternative alle pompe centrifughe per spostare petrolio ad alta viscosità. Le pompe volumetriche (PD), note come pompe volumetriche, utilizzano un principio di funzionamento diverso rispetto alle pompe centrifughe, riducendo l'impatto della perdita di attrito e quindi aumentando l'efficienza durante il pompaggio di fluidi altamente viscosi. Le pompe PD hanno una cilindrata per ciclo di pompaggio; quel ciclo può essere reciproco o rotazione. Un vantaggio delle pompe PD è che spostano volumi costanti di liquido durante ciascun ciclo operativo, consentendo loro di mantenere una portata relativamente costante, anche al variare della pressione. Le funzionalità consentono agli operatori delle tubazioni di controllare il flusso in modo preciso e coerente controllando la velocità della pompa, indipendentemente dalla pressione del fluido.