Tecnologia de bombeamento reduz custos em tubulações que manuseiam óleo de alta viscosidade

Transportar petróleo bruto pesado através de oleodutos pode ser difícil e caro. O maior contribuinte para as despesas operacionais (opex) dos operadores de gasodutos é o custo da energia, especificamente a energia para acionar as bombas. Para materiais altamente viscosos e densos, como petróleo pesado e betume, a seleção de tecnologia de bomba com eficiência energética é especialmente crítica para controlar custos, proporcionando economias de 20% a 50% no consumo de energia.

A compreensão do impacto da viscosidade no desempenho do bombeamento torna-se mais importante à medida que cresce a demanda global por nova produção de petróleo bruto. A McKinsey & Company, uma empresa de gestão global, estima que durante as próximas duas décadas, as empresas de exploração e produção necessitarão de adicionar 38 milhões de barris por dia de nova produção de crude para satisfazer a procura.

Com esta procura crescente surge uma dependência cada vez maior do petróleo bruto pesado. Mais da metade do petróleo bruto recuperável do mundo tem gravidade de 22 graus do American Petroleum Institute (API) ou inferior, com viscosidades na faixa de 50 a mais de 1.000 centistokes (cSt), dependendo da gravidade API, temperatura e composição química. Mais de 80% do petróleo pesado e do betume natural tecnicamente recuperáveis ​​do mundo estão concentrados no Hemisfério Ocidental, incluindo grandes depósitos na Venezuela e no Canadá, bem como na Califórnia, no Alasca e no Utah.

Os operadores de dutos exploraram uma variedade de abordagens para mitigar os efeitos da alta viscosidade. Uma instalação piloto no norte de Alberta foi construída para bombear betume bruto semelhante a alcatrão em estado aquecido através de uma tubulação de longa distância isolada e enterrada para diminuir a viscosidade. Outros métodos incluem a melhoria parcial do petróleo antes de entrar no oleoduto através de hidrocraqueamento, hidrotratamento ou hidrorrefinação. Esta abordagem requer a construção de instalações a montante. Mais comumente, um diluente é adicionado a um fluido viscoso para reduzir a viscosidade efetiva. Os diluentes podem ser hidrocarbonetos (condensado, gasolina, querosene ou nafta). No entanto, o diluente em si representa um custo operacional significativo (mesmo que seja posteriormente recuperado do fluido transportado), e as instalações para transportar, armazenar, misturar e remover/reciclar o diluente aumentam ainda mais os custos. A preparação de emulsões óleo em água requer a adição de 30% a 35% de água e uma pequena quantidade de surfactante.

O método mais eficaz de lidar com alta viscosidade, com benefício financeiro, é o uso de tecnologia de bombeamento adequada.

As bombas centrífugas são onipresentes nas operações de dutos, mas são projetadas para líquidos com viscosidade relativamente baixa (superior a 45 graus API), como água, hidrocarbonetos refinados e petróleo bruto leve. Nestes fluidos de baixa viscosidade, as bombas centrífugas podem ser operadas de forma econômica, alcançando eficiências em torno de 80% ou mais. No entanto, mesmo um ligeiro aumento na viscosidade degrada o desempenho das bombas centrífugas devido à perda por atrito. A viscosidade é a medida da resistência de um fluido ao cisalhamento quando a energia é aplicada. A ação de bombeamento gera alto cisalhamento do líquido, à medida que o fluido é expelido do impulsor pela força centrífuga. Quanto maior a viscosidade, maior a resistência e mais difícil a bomba centrífuga precisa trabalhar – exigindo mais potência e, portanto, consumindo mais energia.

Durante meio século, as empresas petrolíferas e os operadores de oleodutos têm procurado alternativas às bombas centrífugas para movimentar petróleo de alta viscosidade. As bombas de deslocamento positivo (PD), conhecidas como bombas volumétricas, empregam um princípio de funcionamento diferente das bombas centrífugas, reduzindo o impacto da perda por atrito e aumentando assim a eficiência ao bombear fluidos altamente viscosos. As bombas PD têm um deslocamento por ciclo de bombeamento; esse ciclo pode ser alternativo ou rotação. Uma vantagem das bombas PD é que elas movem volumes constantes de líquido durante cada ciclo operacional, permitindo-lhes manter uma vazão relativamente constante, mesmo quando a pressão muda. Os recursos permitem que os operadores de tubulações controlem o fluxo de maneira precisa e consistente, controlando a velocidade da bomba, independentemente da pressão do fluido.