Насосные технологии сокращают затраты на трубопроводы, перекачивающие высоковязкую нефть

Перемещение тяжелой сырой нефти по трубопроводам может быть трудным и дорогостоящим. Наибольший вклад в эксплуатационные расходы (операционные расходы) операторов трубопроводов вносит стоимость энергии, особенно энергии для привода насосов. Для очень вязких и плотных материалов, таких как тяжелая нефть и битум, выбор энергоэффективной насосной технологии особенно важен для контроля затрат, обеспечивая экономию от 20% до 50% энергопотребления.

Понимание влияния вязкости на производительность перекачки становится все более важным по мере роста глобального спроса на добычу новой сырой нефти. McKinsey & Company, глобальная управляющая компания, оценивает, что в течение следующих двух десятилетий компаниям по разведке и добыче потребуется увеличить добычу нефти на 38 миллионов баррелей в день, чтобы удовлетворить спрос.

С этим растущим спросом растет зависимость от тяжелой сырой нефти. Более половины добываемой в мире сырой нефти имеет плотность 22 градуса Американского института нефти (API) или ниже, а вязкость находится в диапазоне от 50 до более 1000 сантистоксов (сСт) в зависимости от плотности API, температуры и химического состава. Более 80% технически извлекаемой тяжелой нефти и природного битума в мире сосредоточено в Западном полушарии, включая крупные месторождения в Венесуэле и Канаде, а также в Калифорнии, Аляске и Юте.

Операторы трубопроводов исследовали различные подходы к смягчению последствий высокой вязкости. Пилотная установка в северной Альберте была построена для перекачки сырого, тяжелого смолоподобного битума в нагретом состоянии через изолированный и подземный трубопровод на большие расстояния для снижения вязкости. Другие методы включают частичную облагораживания нефти перед ее поступлением в трубопровод путем гидрокрекинга, гидроочистки или гидроочистки. Этот подход требует строительства объектов добычи. Чаще всего к вязкой жидкости добавляют разбавитель для снижения эффективной вязкости. Разбавителями могут быть углеводороды (конденсат, бензин, керосин или лигроин). Однако сам по себе разбавитель требует значительных эксплуатационных затрат (даже если он впоследствии будет извлечен из транспортируемой жидкости), а средства для транспортировки, хранения, смешивания и удаления/переработки разбавителя еще больше увеличивают затраты. Для приготовления эмульсий масло в воде необходимо добавить от 30% до 35% воды и небольшое количество поверхностно-активного вещества.

Наиболее эффективным методом борьбы с высокой вязкостью, дающим финансовую выгоду, является использование подходящей технологии перекачки.

Центробежные насосы повсеместно используются в трубопроводах, но они предназначены для жидкостей с относительно низкой вязкостью (более 45 градусов API), таких как вода, очищенные углеводороды и легкая сырая нефть. На этих жидкостях с низкой вязкостью можно экономически эффективно эксплуатировать центробежные насосы, достигая эффективности в середине 80% или выше. Однако даже незначительное увеличение вязкости ухудшает производительность центробежных насосов из-за потерь на трение. Вязкость — это мера сопротивления жидкости сдвигу при приложении энергии. При перекачивании создается высокий сдвиг жидкости, поскольку жидкость выбрасывается из рабочего колеса под действием центробежной силы. Чем выше вязкость, тем больше сопротивление и тем тяжелее должен работать центробежный насос, требующий больше лошадиных сил и, следовательно, потребляющий больше энергии.

На протяжении полувека нефтяные компании и операторы трубопроводов искали альтернативу центробежным насосам при перекачке нефти высокой вязкости. Насосы объемного вытеснения (PD), известные как объемные насосы, используют другой принцип работы, чем центробежные насосы, уменьшая влияние потерь на трение и тем самым повышая эффективность при перекачивании жидкостей с высокой вязкостью. Насосы ПД имеют производительность за один цикл откачки; этот цикл может быть возвратно-поступательным движением или вращением. Преимущество насосов PD заключается в том, что они перемещают постоянные объемы жидкости в течение каждого рабочего цикла, что позволяет им поддерживать относительно постоянный расход даже при изменении давления. Эти возможности позволяют операторам трубопроводов точно и последовательно контролировать поток, контролируя скорость насоса независимо от давления жидкости.