Tecnologia de bombeamento reduz custos em oleodutos que lidam com óleo de alta viscosidade

Mover petróleo bruto pesado através de oleodutos pode ser difícil e caro. O maior contribuinte individual para despesas operacionais (opex) para operadores de dutos é o custo da energia, especificamente a energia para acionar as bombas. Para materiais altamente viscosos e densos, como óleo pesado e betume, a seleção de tecnologia de bomba energeticamente eficiente é especialmente crítica para controlar custos, proporcionando economia de 20% a 50% no consumo de energia.

Uma compreensão do impacto da viscosidade no desempenho do bombeamento torna-se mais importante à medida que cresce a demanda global por uma 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 precisarão adicionar 38 milhões de barris por dia de nova produção de petróleo para atender à demanda.

Com essa demanda crescente, aumenta a dependência 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 1000 centistokes (cSt), dependendo da gravidade API, temperatura e composição química. Mais de 80% do petróleo pesado tecnicamente recuperável e do betume natural do mundo estão concentrados no Hemisfério Ocidental, incluindo grandes depósitos na Venezuela e no Canadá, bem como na Califórnia, Alasca e 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, tipo alcatrão, em um estado aquecido, através de uma tubulação de longa distância isolada e enterrada para diminuir a viscosidade. Outros métodos incluem a atualização parcial do petróleo antes de entrar no oleoduto por meio de hidrocraqueamento, hidrotratamento ou hidrorrefino. 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 próprio diluente é 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 de 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 em operações de dutos, mas são projetadas para líquidos com viscosidade relativamente baixa (maior que API 45 graus), como água, hidrocarbonetos refinados e petróleo bruto leve. Nesses 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 leve aumento na viscosidade degrada o desempenho das bombas centrífugas devido à perda por atrito. 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, pois o fluido é expulso 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.

Por meio século, companhias petrolíferas e operadoras de oleodutos buscaram alternativas para bombas centrífugas ao movimentar óleo 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, assim, aumentando a eficiência ao bombear fluidos altamente viscosos. As bombas PD têm um deslocamento por um ciclo de bombeamento; esse ciclo pode ser de reciprocidade ou rotação. Uma vantagem das bombas PD é que elas movem volumes constantes de líquido durante cada ciclo operacional, permitindo que elas mantenham uma taxa de fluxo relativamente constante, mesmo quando a pressão muda. Os recursos permitem que os operadores de tubulação controlem o fluxo de forma precisa e consistente, controlando a velocidade da bomba, independentemente da pressão do fluido.