La technologie de pompage réduit les coûts des pipelines traitant du pétrole à haute viscosité

Le transport du pétrole brut lourd par pipeline peut être difficile et coûteux. Le principal contributeur aux dépenses d’exploitation (opex) des exploitants de pipelines est le coût de l’énergie, en particulier l’énergie nécessaire à l’entraînement des pompes. Pour les matériaux très visqueux et denses, comme le pétrole lourd et le bitume, le choix d'une technologie de pompe économe en énergie est particulièrement essentiel pour contrôler les coûts, permettant des économies de 20 à 50 % sur la consommation d'énergie.

La compréhension de l’impact de la viscosité sur les performances de pompage devient plus importante à mesure que la demande mondiale pour une nouvelle production de pétrole brut augmente. McKinsey & Company, une société de gestion mondiale, estime qu'au cours des deux prochaines décennies, les sociétés d'exploration et de production devront ajouter 38 millions de barils par jour de nouvelle production de brut pour répondre à la demande.

Cette demande croissante s’accompagne d’une dépendance croissante au pétrole brut lourd. Plus de la moitié du pétrole brut récupérable dans le monde a une gravité de 22 degrés de l'American Petroleum Institute (API) ou moins, avec des viscosités comprises entre 50 et plus de 1 000 centistokes (cSt) en fonction de la gravité API, de la température et de la composition chimique. Plus de 80 % du pétrole lourd et du bitume naturel techniquement récupérables dans le monde sont concentrés dans l'hémisphère occidental, y compris d'importants gisements au Venezuela et au Canada ainsi qu'en Californie, en Alaska et en Utah.

Les exploitants de pipelines ont exploré diverses approches pour atténuer les effets d’une viscosité élevée. Une installation pilote dans le nord de l'Alberta a été construite pour pomper du bitume brut et lourd ressemblant à du goudron dans un état chauffé à travers un pipeline longue distance isolé et enterré afin d'en réduire la viscosité. D'autres méthodes incluent la valorisation partielle du pétrole avant son entrée dans le pipeline par hydrocraquage, hydrotraitement ou hydroraffinage. Cette démarche nécessite la construction d'installations en amont. Le plus souvent, un diluant est ajouté à un fluide visqueux pour réduire la viscosité effective. Les diluants peuvent être des hydrocarbures (condensats, essence, kérosène ou naphta). Cependant, le diluant lui-même représente un coût d'exploitation important (même s'il est ensuite récupéré du fluide transporté), et les installations permettant de transporter, stocker, mélanger et éliminer/recycler le diluant ajoutent encore aux coûts. La préparation d'émulsions huile dans eau nécessite l'ajout de 30 à 35 % d'eau et d'une petite quantité de tensioactif.

La méthode la plus efficace pour gérer une viscosité élevée, avec un avantage financier, est l'utilisation d'une technologie de pompage appropriée.

Les pompes centrifuges sont omniprésentes dans l'exploitation des pipelines, mais elles sont conçues pour des liquides de viscosité relativement faible (supérieure à 45 degrés API) tels que l'eau, les hydrocarbures raffinés et le pétrole brut léger. Sur ces fluides à faible viscosité, les pompes centrifuges peuvent fonctionner de manière rentable, atteignant des rendements de l'ordre de 80 % ou mieux. Cependant, même une légère augmentation de la viscosité dégrade les performances des pompes centrifuges en raison de la perte par friction. La viscosité est la mesure de la résistance d'un fluide au cisaillement lorsqu'une énergie est appliquée. L'action de pompage génère un cisaillement élevé du liquide, car le fluide est éjecté de la roue par la force centrifuge. Plus la viscosité est élevée, plus la résistance est grande et plus la pompe centrifuge doit travailler dur, nécessitant plus de puissance et, par conséquent, consommant plus d'énergie.

Depuis un demi-siècle, les compagnies pétrolières et les exploitants de pipelines recherchent des alternatives aux pompes centrifuges pour déplacer du pétrole à haute viscosité. Les pompes volumétriques (PD), connues sous le nom de pompes volumétriques, utilisent un principe de fonctionnement différent de celui des pompes centrifuges, réduisant l'impact de la perte par friction et augmentant ainsi l'efficacité lors du pompage de fluides très visqueux. Les pompes PD ont une cylindrée par cycle de pompage ; ce cycle peut être la réciprocité ou la rotation. Un avantage des pompes PD est qu'elles déplacent des volumes constants de liquide au cours de chaque cycle de fonctionnement, ce qui leur permet de maintenir un débit relativement constant, même lorsque la pression change. Ces capacités permettent aux exploitants de pipelines de contrôler le débit avec précision et cohérence en contrôlant la vitesse de la pompe, indépendamment de la pression du fluide.