通过管道输送重质原油既困难又昂贵。管道运营商运营支出(opex)的最大单一贡献者是能源成本，特别是驱动泵的能源。BETVICTOR体育官网对于稠油和沥青等高粘性和高密度材料，选择节能泵技术对于控制成本尤为重要，可节省20%至50%的功耗。
随着全球新原油产量需求的增长，了解粘度对泵送性能的影响变得越来越重要。全球管理公司麦肯锡(McKinsey & Company)估计，在未来20年里，勘探和生产公司将需要每天增加3800万桶原油产量来满足需求。
随着需求的增长，对重质原油的依赖也在增加。世界上超过一半的可采原油是美国石油协会(API)重力22度或更低，粘度范围在50到1000厘斯托(cSt)以上，这取决于API重力、温度和化学成分。全球技术上可开采的重油和天然沥青80%以上集中在西半球，包括委内瑞拉、加拿大以及加州、阿拉斯加和犹他州的大量储量。
尝试降低高粘度
管道运营商已经探索了多种方法来减轻高粘度的影响。在阿尔伯塔省北部建立了一个试验设施，通过绝缘和地下的长距离管道泵送加热状态下的重焦油状沥青，以降低粘度。其他方法包括在石油进入管道之前通过加氢裂化、加氢处理或加氢精制对其进行部分升级。这种方法需要建造上游设施。更常见的是，向粘性流体中添加稀释剂以降低有效粘度。稀释剂可以是碳氢化合物(凝析油、汽油、煤油或石脑油)。然而，稀释剂本身是一项重大的运营成本(即使后来从运输的流体中回收)，而运输、储存、混合和去除/回收稀释剂的设施进一步增加了成本。水包油乳剂的制备需要添加30% ~ 35%的水和少量的表面活性剂。
处理高粘度的最有效的方法是使用合适的泵送技术。
高粘度离心泵BETVICTOR体育官网
离心泵在管道作业中普遍存BETVICTOR体育官网在，但它们适用于粘度相对较低的液体(大于API 45度)，如水、精炼碳氢化合物和轻质原油。对于这些低粘度流体，离心泵的运行成本低，效率在80%左右或更高。BETVICTOR体育官网然而，由于摩擦损失，即使粘度略有增加，离心泵的性能也会降低。BETVICTOR体育官网粘度是流体在施加能量时抗剪切能力的量度。泵送作用产生高的液体剪切，因为流体被离心力甩出叶轮。粘度越高，阻力越大，离心泵工作起来就越困难——需要更大的马力，因此消耗更多的能量。
高粘度旋转PD泵BETVICTOR体育官网
半个世纪以来，石油公司和管道运营商在输送高粘度石油时一直在寻找离心泵的替代品。BETVICTOR体育官网正排量泵(PD)又称容积泵，其工作原理与离心泵不同，可BETVICTOR体育官网减少摩擦损失的影响，从而在泵入高粘性流体时提高效率。PD泵BETVICTOR体育官网每个泵送周期有一个排量;这个循环可以是往复的，也可以是旋转的。PD泵的优点是它们在每个操作周期中移动BETVICTOR体育官网恒定体积的液体，使它们即使在压力变化时也能保持相对恒定的流量。该功能允许管道操作人员通过控制泵速来精确和一致地控制流量，而不受流体压力的影响。
PD泵的流量随着流体粘度的增加而增加(即回流减少)。与其他类型的泵不同，大多数PD泵是自吸的，有BETVICTOR体育官网些可以创造高真空条件。
三桨泵BETVICTOR体育官网
PD泵BETVICTOR体育官网分为往复泵和旋转泵两类。其中一种类型的旋转PD泵-三轴螺杆泵-通常适用于高粘度管道应用。BETVICTOR体育官网委内瑞拉和加拿大西部已经安装了数百台三螺杆泵，早BETVICTOR体育官网期安装的每台泵的运行时间超过5.4万小时。泵送元件由三个运动部件组成:动力转子(主螺杆)和两个对称对立的惰轮转子，都在紧密配合的壳体孔内工作。进入的工艺流体由旋转的动力转子通过与相互啮合的惰轮转子形成的腔体输送。从吸入到排出，流体通过一系列不断形成和转化腔进行转移，直到到达套管出口。与离心泵和某些类型的PD泵不同，三螺杆BETVICTOR体育官网泵是自吸的，它们只需要一个机械密封，这降低了维护成本。
离心泵vs. PD泵BETVICTOR体育官网
尽管已知粘性流体对离心泵效率的影响，但很少有文献对应用不同类型的泵对管道泵送粘性油的经济性进行测量和比较。测试了管道服务中常用的BB3规格离心泵、8 × 10-13 5级离心泵和为管道服务设计的旋转PD三螺杆泵。两种系统分别在10 cSt(由于操作限制，PD泵为20 cSt)到500 cSt的流体粘度范围内进行了评估，以确定增加粘度对效率、功率以及能源运营成本的影响。
所选择的额定点代表BB3管道泵安装的常用额定的平均值:2500英尺(762米)，3300加仑/分钟(gpm)(750立方米/小时[m3/h])。流体比重设置为0.9。这导致压差要求为976磅/平方英寸(psi) (67.3 bar)。在每种情况下，工作点(扬程、流量和比重[SG])保持不变，并改变速度以达到额定点。对于BB3离心泵，使用最大直径的叶轮以达到最佳效率。使用API 610测试公差。BB3离心泵的粘度修正方法为美国国家标准学会/液压学会(ANSI/HI) 9.6.7 2015。
不同粘度下的性能结果如图1所示。
效率曲线的形状有显著差异。BB3离心泵效率随着粘度的增加而下降，从80%到60%。三螺杆泵效率在50 cSt左右达到最大值，然后缓慢下降。这是由于泵内两种不同机制的相互作用:回流(随着流体粘度的提高而减少)和摩擦损失(随着流体粘度的提高而缓慢增加)。
由于能源成本是最大的单一运营支出，泵效率的显著差异对管道运营商的底线产生了巨大的影响。图2显示了每年运行8000小时泵的年电力成本的差异。BETVICTOR体育官网使用三螺杆泵处理高粘度油的节省程度取决于当地的电力成本。BETVICTOR体育官网所示成本是根据工业电力用户2020年每千瓦时(kWh)的典型成本计算得出的，以美元表示:美国为0.067美元，巴西为0.117美元，德国为0.206美元。对于稠油和沥青等高粘性和高密度的管道材料，投资三螺杆泵技术的投资回报率为正。这些泵可以可BETVICTOR体育官网靠地运行25到30年，每年节省的电力超过了购买成本。随着全球石油需求推动重油开采的增长，管道运营商需要考虑哪种原油粘度调整和泵送技术的组合能够使他们的运营成本最可控。