FORFATTER(E) OPPDRAGSGIVER(E) BP og Phillips Petroleum. STF66 A01090 Åpen Hans Grüner, Ingrid Landmark

Transkript

1 SINTEF RAPPORT TITTEL SINTEF Kjemi Postadresse: 7465 Trondheim Besøksadresse: S.P. Andersens vei 15A Telefon: / Telefaks: Foretaksregisteret: NO MVA Ekofiskoljene, Gyda og Valhall Egenskaper og forvitring på sjøen, karakterisering av vannløselige komponenter relatert til beredskap. FORFATTER(E) Merete Øverli Moldestad, Frode Leirvik, Liv-Guri Faksness, Ivar Singsaas, May Kristin Ditlevsen og Alf G. Melbye OPPDRAGSGIVER(E) BP og Phillips Petroleum RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. STF66 A01090 Åpen Hans Grüner, Ingrid Landmark GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG Åpen ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) Ekofisk-Gyda-Valhall - revidert.doc Merete Øverli Moldestad Per S. Daling ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) SAMMENDRAG 12 februar -02 Tore Aunaas, Forskningssjef Et omfattende forvitrings- og dispergerbarhetsstudium av Ekofisk blend, Embla, Gyda og Valhall er gjennomført ved 13 C. Resultatene er brukt for å predikere oljenes egenskaper ved hjelp av SINTEFs Olje Forvitrings Modell. Disse prediksjonene viser hvordan oljenes egenskaper vil endres over tid på sjøen ved et søl. Begrensede fysikalske og kjemiske analyser er i tillegg utført på oljene Tor, Eldfisk og Ekofisk. Et studium av sammensetning av utvalgte miljørelaterte komponenter og vannløselig fraksjon til Ekofisk blend og Valhall er gjennomført. Den akutte toksisiteten til denne fraksjonen er målt og sammenlignet med andre oljer. Med utgangspunkt i data fra forvitringsstudiet og studiet av Ekofisk blend og Valhalls sammensetning og vannløselige fraksjon, er OSCAR-modellen brukt for å beregne konsentrasjoner av dispergert olje og løste oljekomponenter i vannsøylen fra et mindre punktutslipp av oljene, med og uten bruk av dispergeringsmiddel. I tillegg er dagens mekaniske feltberedskap inkludert, for sammenligning av forventet effektivitet av kjemisk dispergering. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Kjemi Chemistry GRUPPE 2 Miljø Environmental EGENVALGTE Forvitring Weathering Ekofisk oljer,gyda,valhall Ekofisk crude oils, Gyda, Valhall

2 2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. Innledning og hovedkonklusjoner Innledning Ekofisk, Gyda og Valhall oljenes forvitringsegenskaper mht tiltak på sjøen Karakterisering av vannløselige fraksjoner Simulering av oljekonsentrasjoner i vannsøylen Forvitringsegenskaper Prediksjoner av oljenes egenskaper på sjøen Ekofisk oljene, Valhall og Gydas forvitringsegenskaper - oppsummering Generelt Fysikalske og kjemiske egenskaper Emulgering Kjemisk dispergering Mekanisk oppsamling Karakterisering av vannløselig fraksjoner Karakterisering av vannløselige fraksjoner av oljene Ekofisk Blend og Valhall Sammenligning av Ekofisk Blend og Valhall med WAF fra andre oljer Microtox analyser av WAF løsningene Oppsummering Simulering av oljekonsentrasjoner i vannsøylen Målsetting Input data til analysene Oppsummering Massebalanse Konsentrasjoner i vannsøylen Biologiske effekter i vannsøylen ved oljeutslipp. Bruk av Microtox som en indikator Vedlegg A Råoljers sammensetning, egenskaper og oppførsel på sjøen...83 A1 Kjemisk sammensetning av råoljer...84 A1.1 Hydrokarboner...84 A1.2 Organiske ikke-hydrokarboner...85 A2 Forvitring av råoljer på sjøen...86 A2.1 Fordampning...86 A2.2 Vann-i-olje (v/o) emulgering...87 A2.3 Olje-i-vann (o/v) dispergering...90 A2.4 Vannløselighet av oljekomponenter...90 A2.5 Foto-oksidering...91 A2.6 Biodegradering...91 A2.7 Sedimentering...91 A2.8 Nedsenking ("overvasking")...91 A2.10 Spredning...92 A2.9 Drift av et oljesøl...92 A3 Innvirkning av forvitring på oljen/emulsjonens fysikalske egenskaper...94 A3.1 Viskositet...94 A3.2 Stivnepunkt...95 A3.3 Tetthet...96 A3.4 Flammepunkt...96 Side \ALA\2\

3 3 Vedlegg B Eksperimentelt oppsett og modellering...98 B1 Små-skala testing basert på trinnvis forvitring av oljen...99 B1.1 Trinnvis forvitring av oljen...99 B1.2 Kjemiske og fysikalske egenskaper B1.3 V/o emulgerende tester B1.4 Kjemiske o/v dispergerbarhetstester B1.5 Karakterisering av vannløselige fraksjoner B2 Prediksjoner med SINTEF s Olje Forvitrings Modell B2.1 SINTEF s Olje Forvitrings Modell B2.2 Kriterier for prediksjonene B2.3 Optimalisert mekanisk oppsamling B3 Beredskapsanalyse med OSCAR 2000 modellen B3.1 Beskrivelse av modellsystemet Vedlegg C Resultater og input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell C1 Resultater fra små-skala testing basert på trinnvis forvitring C1.1 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper C1.2 V/o emulgerende egenskaper C1.2.1Definisjon av symboler C1.2.2Vannopptak C1.2.3Viskositet av v/o emulsjon C1.2.4Stabilitet av v/o emulsjon og effektivitet av emulsjonsbryter C1.3 Kjemisk dispergerbarhet C1.3.1 Effektivitet ved ulik dosering av dispergeringsmiddel C1.3.2 Dispergerbarhet C2 Input data til SINTEF s Olje Forvitrings Modell C3 Kjemisk karakterisering og giftighet av WAF og oljer Vedlegg D Referanser \ALA\3\

4 4 1. Innledning og hovedkonklusjoner 1.1 Innledning Følgende aktiviteter er gjennomført i dette studiet: Studier av oljenes forvitring og dispergerbarhet på sjøen Fysikalske og kjemiske analyser på Ekofisk, Ekofisk blend, Eldfisk, Embla, Gyda, Tor og Valhall. Emulgerende egenskaper til Ekofisk blend, Embla, Gyda og Valhall. Dispergerbarheten til Ekofisk blend og Valhall All testing knyttet til forvitring ble gjennomført ved 13ºC. Disse resultatene er brukt for å predikere oljenes egenskaper på sjøen ved ulike vind og temperaturforhold med SINTEF s Olje Forvitrings Modell. Disse prediksjonene viser hvordan oljenes egenskaper vil endres over tid på sjøen ved et søl. Effektiviteten til en oljevernaksjon (mekanisk, dispergering, brenning) er avhengig av de fysikalske og kjemiske egenskapene til oljen ved aksjonstidspunktet, og det er derfor viktig å ha gode prediksjoner av forandring i oljens egenskaper over tid. Studium av komponentsammensetning og oljenes vannløselige fraksjon (WAF) Karakterisering av sammensetningen av utvalgte miljørelaterte komponenter til de ferske Ekofisk Blend og Valhall råoljene. Tillaging av vannløselige fraksjoner (WAF = Water Accommodated Fraction) for fersk Ekofisk Blend og Valhall, og karakterisering av komponentsammensetningen til WAF-fraksjonene. Akutt giftighet av oljenes WAF-fraksjoner er estimert ved hjelp av Microtoxtesting. De vannløselige komponentene (WAF) har høy bio-tilgjengelighet overfor marine organismer og antas derfor i stor grad å kunne bidra til evt. skadelige effekter på livet i vannsøylen etter et oljeutslipp. Ved bruk av kjemisk dispergeringsmiddel vil konsentrasjonene av både dispergerte oljedråper (THC = totale hydrokarboner eller TEOC = total ekstraherbare organiske komponenter) og løste oljekomponenter i vannsøylen øke betraktelig. Dette vil imidlertid være lokale effekter ettersom fortynning i sjøvannet raskt vil bringe konsentrasjonen under et eventuelt skadelig nivå. Eventuelle effekter i vannsøylen fra dispergert og løst olje må i en oljevernsammenheng vurderes opp mot eventuelle skader et oljeflak på overflaten og strandet olje kan forårsake (på f.eks. sjøfugl). Det er forskjeller i sammensetning og mengde av vannløselige komponenter som kan forårsake effekter, både mellom forskjellige råoljer, og mellom råoljer, kondensat og forskjellige oljeprodukter (Faksness et al og Hokstad et al. 1998, 1999 a og b og 2000).

5 5 Simulering av oljekonsentrasjoner i vannsøylen OSCAR modellen er benyttet til å gjennomføre simuleringer av et 100 m 3 utslipp av oljene Ekofisk Blend og Valhall, med fokus på konsentrasjoner av TEOC og WAF uten beredskapstiltak og med bruk av kjemisk dispergering. Den mekaniske feltberedskapen som i dag finnes i Ekofiskområdet er også inkludert i simuleringene for sammenligning av effektivitet mot kjemisk dispergering. Med basis i data fra forvitringsstudiet og studiet av oljens komponentsammensetning og vannløselige fraksjon, er OSCAR (Oil Spill Contingency and Response) modellen benyttet til å simulere forløpet av et mindre punktutslipp av hhv. Ekofisk Blend og Valhall med og uten tiltak. Dette viser hvordan de data som er fremkommet i laboratoriestudiet kan brukes operasjonelt til å vurdere hvilken beredskapsstrategi som vil være mest gunstig miljømessig såkalt NEBA (Net Environmental Benefit Analysis). Gjennom dispergeringsforskriftene er det åpnet for bruk av kjemisk dispergeringsmidler hvor det er miljømessig mest gunstig. Bruk av modellverktøy med input fra gode laboratoriedata på oljens kjente sammensetning og forvitringsegenskaper vil være et godt og nødvendig utgangspunkt for å kunne utføre en NEBA, og å gjøre de miljømessige vurderingene som skal til for å kunne velge mellom forskjellige tiltak i en utslipps-situasjon. 1.2 Ekofisk, Gyda og Valhall oljenes forvitringsegenskaper mht tiltak på sjøen Detaljerte konklusjoner over forvitringsegenskaper og tiltak er gitt i kapittel 2.2. Oljens forvitringsegenskaper De fysikalske og kjemiske analysene viser at alle oljene er parafinske oljer med lavt asfalteninnhold (Gyda ligger noe høyere enn de andre) og middels til høyt innhold av voks. Eldfisk, Embla, Gyda og Tor har høy andel av lette komponenter, og høy avdamping ved forvitring på havoverflaten (41-48% avdampet for 250 C+ residuet). Ekofisk, Ekofisk blend og Valhall har lavere innhold av lette komponenter og en moderat avdamping ved forvitring (35-38% avdampet for 250 C+ residuet). Embla har såpass lav tetthet at den kan karakteriseres som en lettolje Emulsjonstesting er utført på Ekofisk blend, Embla, Gyda og Valhall. Ekofisk blend, Gyda og Valhall har et raskt vannopptak og danner stabile emulsjoner. Embla har et tregere vannopptak og vil ikke nå maksimalt vanninnhold før flere dagers forvitring på sjøen, emulsjonen som dannes er ustabil og brytes lett ved mekanisk påvirkning. Alle emulsjonene i studiet brytes totalt ved tilsats av laveste dosering emulsjonsbryter (500ppm Alcopol O 60%). Kjemisk dispergering Ekofisk blend vil ha godt potensiale for kjemisk dispergering, det er imidlertid typisk for parafinske oljer at de krever en viss bølgeenergi (brytende bølger) for å gi god dispergering. Det anbefales et doseringsforhold (dispmiddel:emulsjon) på 1:25. Ekofisk blend vil ha potensiale for kjemisk dispergering: Inntil ett døgn etter søl på sjøen ved 10-15m/s vindstyrke ved sommertemperatur. Inntil 12 timer etter et søl ved m/s vindstyrke ved vintertemperatur.

6 6 Valhall vil også ha et godt potensiale for kjemisk dispergering, men vil fordre en viss energi på havoverflaten (brytende bølger) for å oppnå tilfredsstillende dispergering. Det anbefales en dosering av dispergeringsmiddel på 1:25 (dispmiddel:emulsjon). Valhall viser en noe lavere dispergeringseffektivitet sammenlignet med Ekofisk blend ved samme dosering. Den har imidlertid et lengre tidsvindu på grunn av et tregere vannopptak: Inntil 4 døgn etter søl på sjøen ved m/s vindstyrke ved sommertemperatur. Inntil 2 døgn etter et søl ved m/s vindstyrke ved vintertemperatur. Mekanisk oppsamling Ekofisk blend, Gyda og Valhall vil oppnå høye viskositeter ved lengre tids forvitring på sjøen, dette vil kunne føre til nedsatt mekanisk oppsamlingseffektivitet. Ved vinterforhold vil alle oljene ha temperaturer over stivnepunktet i løpet av kort tids forvitring på sjøen. Dette vil antakeligvis føre til høyere viskositetsverdier og muligens tilflytsproblemer. Det er ikke generert laboratoriedata ved vintertemperatur og det kan ikke trekkes sikre konklusjoner om potensialet for mekanisk oppsamling ved lavere temperaturer, men det er grunn til å anta at det vil være fordelaktig å bruke HiWax skimmer i forhold til en tradisjonell overløpsskimmer (som f.eks. Transrec). Oppsamlingskapasiteten til Foxtail-skimmer reduseres vesentlig for voksrike oljer med viskositeter på cp ved 10 s -1. En reduksjon i oppsamlingseffektivitet kan oppstå for Gyda, Ekofisk blend og Valhall. For Ekofisk blend vil dette skje etter 1-2 døgn, mens for Gyda og Valhall etter 4-5 døgn. 1.3 Karakterisering av vannløselige fraksjoner Dette karakteriseringsstudiet viser at det er variasjon i kjemisk sammensetning av de vannløselige fraksjonene (WAF) fra de fire oljene som er sammenlignet (Ekofisk blend, Valhall, Troll og Siri). Ekofisk Blend og Valhall (fersk, 1:40) har ganske lik total WAF og TEOC konsentrasjon, men Ekofisk Blend WAF inneholder omtrent dobbelt så mye PAH, NPD og fenoler som WAF fra Valhall. Det er imidlertid liten forskjell i målt akutt toksisitet, slik at det kan tyde på at WAF fra Ekofisk Blend og Valhall har omlag lik toksisitet, når giftigheten er normalisert med hensyn på total WAF konsentrasjon. Troll ser ut til å gi WAF som er forholdsvis forskjellig fra Ekofisk Blend og Valhall, både med hensyn på total WAF konsentrasjon, kjemisk sammensetning og toksisitet: WAF fra de to Ekofisk oljene har en høyere total WAF konsentrasjon og høyere BTEX og fenol konsentrasjon, mens Troll har omtrent en dobbelt så høy TEOC konsentrasjon. Når det gjelder giftighet av WAF, har Ekofisk Blend og Troll samme EC 50 i %, mens den relative toksisiteten (normalisert mot total WAF konsentrasjon) indikerer at Troll er mer toksisk enn Ekofisk Blend og Valhall. Utfra det begrensede studiet som er gjort av Ekofisk blend og Valhall kan det sluttes at i en tidlig fase (fersk olje) vil total konsentrasjonen av vannløselige komponenter (WAF) fra disse to oljene kunne ligge noe høyt sammenlignet med andre råoljer på

7 7 grunn av et relativt høyt innhold av lettløselige mono-aromater, BTEX. Etter kort tid er imidlertid disse flyktige komponentene fordampet, og WAF vil være dominert av semiflyktige naftalener og fenoler, samt mer komplekse, polare forbindelser (N,S,Oforbindelser, inkludert organiske syrer). Forskjellen i total WAF konsentrasjon mellom de ulike råoljene jevner seg da mer ut. Generelt ligger WAF konsentrasjonen for råoljer langt lavere enn for kondensater og lette oljeprodukter. Når det gjelder akutt giftighet av den vannløselige fraksjonen fra oljene Ekofisk Blend og Valhall, har laboratorieforsøkene gitt EC 50 -verdier (Microtox) som ligger mellom ca. 0.7 og 3.4 ppm. OSCAR modellen har predikert WAF konsentrasjoner som går over 0.5 ppm (se avsnitt 4.3.2) i en tidlig fase av et scenario der oljene blir behandlet med dispergeringsmiddel. Selv om det må utvises stor varsomhet med å trekke konklusjoner på grunnlag av en så forenklet giftighetstest som den som er gjort i dette laboratoriestudiet, kan resultatene betraktes som et varsel om at faren for akutt giftighet ikke kan utelukkes i en tidlig fase av et søl med Ekofisk og Valhall. 1.4 Simulering av oljekonsentrasjoner i vannsøylen Det er gjennomført simulering med OSCAR 2000 modellen for et punktutslipp av hhv. 100 m 3 Ekofisk Blend og Valhall ved 5 og 10 m/s vind. Simuleringene viser: Mekanisk oppsamling fra eksisterende feltberedskapsfartøy og kjemisk dispergering med helikopter kommer relativt likt ut mht. effektivitet ved 5 m/s vind. Ved høyere vindhastighet (10 m/s vind) vil kjemisk dispergering kunne fjerne olje fra overflaten raskere enn mekanisk oppsamling. Dette skyldes i hovedsak at effektiviteten i den mekaniske oppsamlingen reduseres mer med økende vind og bølgeaktivitet. Samtidig vil dispergeringsprosessen gå raskere når energien i systemet øker som følge av mer brytende bølger. Bruk av kjemisk dispergeringsmiddel øker konsentrasjonene av dispergert olje (THC) og vannløselige olje komponenter (WAF) i vannsøylen betraktelig kort tid etter behandling. På grunn av fortynning vil imidlertid konsentrasjonene raskt reduseres. Konsentrasjonene av THC og WAF ser ut til å være noe lavere ved 10 m/s vind sammenlignet med 5 m/s vind. Dette antas å skyldes en kombinasjon av flere faktorer: - ved sterkere vind vil oljen spres mer på overflaten før dispergering slik at selve dispergeringen foregår over et større område. - den naturlige dispergeringen vil være høyere ved sterk vind og denne prosessen starter før den kjemiske dispergeringen kommer igang, slik at en større del av oljen vil være naturlig dispergert ved 10 m/s vind. - fordampningen vil være noe høyere ved 10 m/s vind. I og med at de mest flyktige komponentene også samtidig er blant de mest vannløselige, vil økt fordampning ha fjernet en del av disse før dispergering kommer igang. Ved bruk av dispergeringsmiddel er det simulert konsentrasjoner av vannløselige oljekomponenter (WAF) over 0.5 ppm. Laboratorieforsøk med Microtox har gitt EC 50 verdier for WAF fra Ekofisk Blend og Valhall på mellom 0.7 og 3.4 ppm. Det må utvises stor varsomhet i evaluering av Microtox resultater mot simulerte WAFkonsentrasjoner. Imidlertid kan disse resultatene betraktes som et varsel om at muligheten for akutt giftighet ikke kan utelukkes i en tidlig fase når kjemisk dispergeringsmiddel benyttes på oljene. Dette vil være begrenset til en relativt kort periode etter påføring.

8 8 2. Forvitringsegenskaper 2.1 Prediksjoner av oljenes egenskaper på sjøen Effektiviteten til en oljevernaksjon (mekanisk, bruk av dispergeringsmidler, brenning) vil avhenge av de fysikalske og kjemiske egenskapene til oljen ved aksjonstidspunktet. Det er derfor viktig med gode prediksjoner av forandring i oljens egenskaper over tid på sjøen. Forskjellige tilnærmelser for å forutsi oljens forvitringsegenskaper på sjøen, er omtalt i litteraturen. i mange tilfelle er disse basert på "mikseregler", hvor forskjellige fysikalske egenskaper er utledet med basis i komposisjonelle forandringer forårsaket av fordampning av de letteste komponentene i oljen. Enkle "mikseregler" vil være relevante for egenskaper som tetthet, men mindre relevant for egenskaper som viskositet og stivnepunkt. I tillegg til rene råoljedata (Crude Oil Assay), benytter SINTEF s Olje Forvitrings Modell (SINTEF s OFM) også forvitringsdata for den aktuelle oljetypen. Flere feltforsøk har verifisert at dette øker robustheten av modellprediksjonene vesentlig (Daling et al. 1997). SINTEF s OFM er benyttet til å predikere oljens egenskaper på sjøen basert på en forvitringsstudie ved 13 C. Vedlegg C3 gir en oversikt over inputdata som er benyttet i modelleringen. Prediksjonene viser forvitringsegenskaper ved sommer- og vintertemperatur ved fire forskjellige vindstyrker og tar utgangspunkt i et overflateutslipp med: Initiell filmtykkelse: 20 mm Sluttfilmtykkelse: 1 mm Halveringstid i filmtykkelse: 1 time Prediksjonene kan brukes som et hjelpemiddel i opplærings- og øvelsessammenheng, samt i en reell sølsituasjon.

9 9 Eksempel på bruk av prediksjonsarkene Dersom Ekofisk blend oljen har drevet en viss tid på sjøen kan oljens egenskaper estimeres vha. prediksjonsarkene ved angitt tid etter utslipp kombinert med sjøtemperatur og vindstyrke. Tabell 2.1 viser eksempler på bruk av prediksjonsarkene ved følgende scenarier: Drivtid: 24 timer Temperatur: 5 C / 15 C Vindstyrke: 10 m/s Emulsjonene ligger på grensen til dårlig dispergerbarhet både ved sommer og vintertemperatur, og svært begrenset dispergerbarhet må påregnes. Tabell 2.1 Forvitringsegenskaper til Ekofisk blend oljen avlest i prediksjonsark. Egenskap Vintertemperatur 5 C Sommertemperatur 15 C Fordampning 30% 33% Stivnepunkt 19 C 21 C Viskositet vannfri olje 4500 cp 2700 cp Vanninnhold 70% 83% Viskositet emulsjon cp 8500 cp

10 10 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: EKOFISK BLEND 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 23, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 50 Winter Conditions (5 C) 40 Evaporated (%) Hours Days 50 Summer Conditions (15 C) 40 Evaporated (%) Hours Days Figur 2.1 Fordampning av Ekofisk blend ved sjøtemperatur på 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

11 11 Property: POUR POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: EKOFISK BLEND 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 20, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible 40 Winter Conditions (5 C) Pour Point ( C) Hours Days 40 Summer Conditions (15 C) Pour Point ( C) Hours Days Based on pour point measurements of weathered, water-free oil residues. Figur 2.2 Stivnepunkt for Ekofisk blend ved sjøtemperatur 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

12 12 Property: VISCOSITY FOR WATER-FREE OIL Oil Type: EKOFISK BLEND 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 20, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Summer Conditions (15 C) 1000 Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Figur 2.3 Viskositet for vannfri Ekofisk blend ved sjøtemperatur 5 C og 15 C. (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1.

13 13 Property: WATER CONTENT Oil Type: EKOFISK BLEND 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 23, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Winter Conditions (5 C) 80 Water content (%) Hours Days 100 Summer Conditions (15 C) 80 Water content (%) Hours Days Figur 2.4 Vanninnhold i Ekofisk blend ved sjøtemperatur 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

14 14 Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: EKOFISK BLEND 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 20, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<1000 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>10000 cp) Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Summer Conditions (15 C) Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur 2.5 Viskositet av Ekofisk blend v/o emulsjon ved sjøtemperatur 5 og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1.

15 15 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: EMBLA 2000 Description: TBP SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 29, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 50 Winter Conditions (5 C) 40 Evaporated (%) Hours Days 50 Summer Conditions (15 C) 40 Evaporated (%) Hours Days Figur 2.6 Fordamping av Embla ved sjøtemperatur på 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

16 16 Property: POUR POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: EMBLA 2000 Description: TBP SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 29, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible 40 Winter Conditions (5 C) 20 Pour Point ( C) Hours Days 40 Summer Conditions (15 C) 20 Pour Point ( C) Hours Days Based on pour point measurements of weathered, water-free oil residues. Figur 2.7 Stivnepunkt for Embla ved sjøtemperatur 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

17 17 Property: VISCOSITY FOR WATER-FREE OIL Oil Type: EMBLA 2000 Description: TBP SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 29, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Winter Conditions (5 C) 1000 Viscosity (cp) Hours Days Summer Conditions (15 C) 1000 Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Figur 2.8 Viskositet for vannfri Embla ved sjøtemperatur 5 C og 15 C. (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1.

18 18 Property: WATER CONTENT Oil Type: EMBLA 2000 Description: TBP SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 29, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 80 Winter Conditions (5 C) 60 Water content (%) Hours Days 80 Summer Conditions (15 C) 60 Water content (%) Hours Days Figur 2.9 Vanninnhold i Embla ved sjøtemperatur 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

19 19 Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: EMBLA 2000 Description: TBP SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 29, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<1000 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>10000 cp) Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Summer Conditions (15 C) Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur 2.10 Viskositet av Embla v/o emulsjon ved sjøtemperatur 5 og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1. Dispergerbarhetsgrensene for Ekofisk blend er brukt.

20 20 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: GYDA 2000 Description: TBP - Crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2002 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Jan. 02, 2002 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 50 Winter Conditions (5 C) 40 Evaporated (%) Hours Days 50 Summer Conditions (15 C) 40 Evaporated (%) Hours Days Figur 2.11 Fordampning av Gyda ved sjøtemperatur på 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

21 21 Property: POUR POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: GYDA 2000 Description: TBP - Crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2002 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Jan. 02, 2002 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible 40 Winter Conditions (5 C) Pour Point ( C) Hours Days 40 Summer Conditions (15 C) Pour Point ( C) Hours Days Based on pour point measurements of weathered, water-free oil residues. Figur 2.12 Stivnepunkt for Gyda ved sjøtemperatur 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

22 22 Property: VISCOSITY FOR WATER-FREE OIL Oil Type: GYDA 2000 Description: TBP - Crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2002 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Jan. 02, 2002 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Winter Conditions (5 C) 1000 Viscosity (cp) Hours Days Summer Conditions (15 C) 1000 Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Figur 2.13 Viskositet for vannfri Gyda ved sjøtemperatur 5 C og 15 C. (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1.

23 23 Property: WATER CONTENT Oil Type: GYDA 2000 Description: TBP - Crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2002 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Jan. 02, 2002 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Winter Conditions (5 C) 80 Water content (%) Hours Days 100 Summer Conditions (15 C) 80 Water content (%) Hours Days Figur 2.14 Vanninnhold i Gyda ved sjøtemperatur 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

24 24 Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: GYDA 2000 Description: TBP - Crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2002 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Jan. 02, 2002 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<400 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>8000 cp) Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Summer Conditions (15 C) Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur 2.15 Viskositet av Gyda v/o emulsjon ved sjøtemperatur 5 og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1. Dispergerbarhetsgrensene til Valhall er brukt.

25 25 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: VALHALL 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 20, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 40 Winter Conditions (5 C) 30 Evaporated (%) Hours Days 40 Summer Conditions (15 C) 30 Evaporated (%) Hours Days Figur 2.16 Fordampning av Valhall ved sjøtemperatur på 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

26 26 Property: POUR POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: VALHALL 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 20, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible 40 Winter Conditions (5 C) Pour Point ( C) Hours Days 40 Summer Conditions (15 C) Pour Point ( C) Hours Days Based on pour point measurements of weathered, water-free oil residues. Figur 2.17 Stivnepunkt for Valhall ved sjøtemperatur 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

27 27 Property: VISCOSITY FOR WATER-FREE OIL Oil Type: VALHALL 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 20, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Summer Conditions (15 C) 1000 Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Figur 2.18 Viskositet for vannfri Valhall ved sjøtemperatur 5 C og 15 C. (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1.

28 28 Property: WATER CONTENT Oil Type: VALHALL 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 23, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Winter Conditions (5 C) 80 Water content (%) Hours Days 100 Summer Conditions (15 C) 80 Water content (%) Hours Days Figur 2.19 Vanninnhold i Valhall ved sjøtemperatur 5 C og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C).

29 29 Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: VALHALL 2000 Description: TBP crude assay Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data Copyright 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Pred. date: Mar. 20, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<400 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>8000 cp) Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Summer Conditions (15 C) 1000 Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur 2.20 Viskositet av Valhall v/o emulsjon ved sjøtemperatur 5 og 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1.

30 Ekofisk oljene, Valhall og Gydas forvitringsegenskaper - oppsummering Generelt Det er utført forvitringsstudium på oljene: Ekofisk blend, Embla, Gyda og Valhall. Ekofisk blend og Valhall har i tillegg gjennomgått dispergerbarhetstesting. Oljene Ekofisk, Eldfisk og Tor er kun analysert for fysikalske og kjemiske egenskaper. Det eksperimentelle oppsettet benyttet for å fremskaffe data er beskrevet i Vedlegg B, mens detaljerte resultater finnes i Vedlegg C. Råoljens kjemiske og fysikalske egenskaper samt forvitring på sjøen er beskrevet i Vedlegg A. Nedenfor oppsummeres forvitringsegenskapene til oljene relatert til beredskap. I tillegg vises prediksjonene innbyrdes sammenlignet ved 15 C og 5 m/s vind i figur Fysikalske og kjemiske egenskaper Ekofisk er en parafinsk olje med moderat innhold av lette komponenter (avdamping for 250 C+ residuet på 36%). Den har lite asfaltener (0,06%) og har et middels voksinnhold i forhold til de voksrike oljene (4,7%). Stivnepunktet for den ferske råoljen er 12 C. De fysikalske og kjemiske egenskapene viser at forvitringsegenskapene vil ha likheter med Ekofisk blend. Ekofisk blend er en parafinsk olje med moderat innhold av lette komponenter. Oljen vil dampe av i størrelsesorden 30% av de lette komponentene i løpet av et døgn på sjøen ved 15 C og en vindhastighet på 5 m/s. Denne fordampningen vil føre til en økning i stivnepunktet fra 0 C for den ferske råoljen til ca 16 C for det vannfrie residuet. Oljen vil ved dette tidspunktet ha tatt opp omlag 74% vann og ha en viskositet på 4000 cp. Ekofisk blend har et middels voksinnhold (4,9%) og et lavt innhold av asfaltener (0,07%). Eldfisk er en parafinsk olje med høyt innhold av lette komponenter (avdamping på 250C+ residuet på 48%). Den har lite asfaltener og middels voksinnhold (5,1%). Stivnepunktet for den ferske råoljen er 6 C. Eldfisk har likheter med fysikalske og kjemiske egneskaper som kan ligne på Embla, og vil trolig ha størst likhet med Embla i forvitringsegenskaper. Embla er en parafinsk olje med høyt innhold av lette komponenter. Etter 1 døgns forvitring på sjøen ved 15 C og 5 m/s vindhastighet vil oljen ha dampet av ca 35% av de letteste komponentene. På grunn av den høye fordampingen vil stivnepunktet ha økt dramatisk fra 24 C for den ferske råoljen til 20 C for det vannfrie residuet. Vanninnholdet i emulsjonen vil ha nådd 60% og emulsjonsviskositeten vil ligge rundt 600 cp. Embla har et høyt voksinnhold (7,9%) og et lavt innhold av asfaltener (0,02%). Gyda er en parafinsk olje med høyt innhold av lette komponenter. Etter et døgns forvitring på sjøen vil Gyda ha mistet ca 36% av de letteste komponentene. Ved denne fordampningen vil stivnepunktet til det vannfrie residuet være omtrent 25 C, den ferske råoljen har et stivnepunkt på 15 C. Fordampingen for Gyda skjer relativt raskt, og stivnepunktet vil nå sjøtemperatur (15 C) allerede etter 3 timer. Etter et døgn

31 31 ved de nevnte temperatur- og vindbetingelser vil oljen ha tatt opp 80% vann og ha en emulsjonsviskositet på 4000 cp. Gydas forvitringsegenskaper har mange fellestrekk med Ula oljen som ble testet i et tidligere forvitringsstudium ved SINTEF (Resby et. al. 1999). Tor er en parafinsk olje med middels innhold av lette komponenter (41% for 250 C+ residuet). Den har lavt asfalteninnhold (0,09%) og høyt voksinnhold (7,4%). Stivnepunktet for den ferske råoljen er 6 C. Av oljene i denne studien ligner Tor mest på Gyda i fysikalske og kjemiske egenskaper. Forvitringsegenskapene til Tor vil trolig ha fellestrekk med Gyda. Valhall er en parafinsk olje med moderat innhold av lette komponenter. Valhall vil miste ca 28% av de letteste komponentene ved et døgns forvitring, gitt sommertemperatur (15 C) og vindhastighet på 5 m/s. Stivnepunktet for det vannfrie residuet vil på dette tidspunktet ligge rundt 15 C, mot den ferske råoljens stivnepunkt som er 6 C. Vanninnholdet vil ha nådd 70% og emulsjonsviskositeten vil være ca 2000 cp. Valhall har middels voksinnhold (5,1%) og lavt innhold av asfaltener (0,0,7%) Emulgering De emulgerende egenskapene til Ekofisk blend, Embla, Gyda og Valhall ble testet ved 13 C. Alle oljene i dette studiet emulgerer raskt bortsett fra Embla som vil trenge fra 1-5 dager (avhengig av temperaturen) for å oppnå maksimalt vannopptak. Emulsjonene som dannes vil nå en maksimalverdi i størrelsesorden cP i løpet av 5 dager, med unntak av Embla der emulsjonen vil stabiliseres rundt 800 cp etter 5 døgn. Gyda har et svært raskt vannopptak og vil nå maksimalt vanninnhold ( 80%) etter bare 5 timers forvitring på sjøen ved 15 C og 5 m/s vindhatighet. Det raske og høye vannopptaket er en av flere likheter med Ula oljen som har gjennomgått forvitringsstudier ved SINTEF tidligere (Resby et. al. 1999). Emulsjonene til Ekofisk blend, Gyda og Valhall vil være stabile, og i liten grad brytes ved mekanisk påvirkning. Emulsjoner av Embla er ustabile, vil miste vann ved lagring og brytes totalt ved mekanisk påvirkning. Alle oljene vil brytes fullstendig ved tilsats av lav dosering av Alcopol O 60% emulsjonsbryter (500ppm) Kjemisk dispergering Dispergerbarhetstesting er utført på Ekofisk blend og Valhall. Vurderinger av dispergerbarhetsgrenser for de to oljene er gjort utfra vurderinger av trender mellom dispergeringseffektivitet og viskositet. Sammenhengene er fremstilt grafisk i figur C12. Kriteriene som er brukt til bestemmelse av visksoitetsgrenser for dispergering er framstilt i Tabell B4.

32 32 Vurderinger av dispergeringsmiddeldoseringer er gjort utfra testing av dispergeringsmidlene Corexit 9500 og Dasic NS ved forskjellige doseringer. Resultatene av screeningen er fremstilt i figur C11. Ekofisk blend Ekofisk blend vil ha godt potensiale for kjemisk dispergering, det er imidlertid typisk for parafinske oljer at de krever en viss bølgeenergi (brytende bølger) for å gi god dispergering. Det anbefales et doseringsforhold (dispmiddel:emulsjon) på 1:25. Ekofisk blend vil ha potensiale for kjemisk dispergering: Inntil ett døgn etter søl på sjøen ved 10-15m/s vindstyrke ved sommertemperatur. Inntil 12 timer etter et søl ved m/s vindstyrke ved vintertemperatur. Valhall Valhall vil også ha et godt potensiale for kjemisk dispergering, men vil fordre en viss energi på havoverflaten (brytende bølger) for å oppnå tilfredsstillende dispergering. Det anbefales en dosering av dispergeringsmiddel på 1:25 (dispmiddel:emulsjon). Valhall viser en noe lavere dispergeringseffektivitet sammenlignet med Ekofisk blend ved samme dosering. Den har imidlertid et lengre tidsvindu på grunn av et tregere vannopptak. Valhall vil ha potensiale for kjemisk dispergering: Inntil 4døgn etter søl på sjøen ved 10-15m/s vindstyrke ved sommertemperatur. Inntil 2døgn etter et søl ved m/s vindstyrke ved vintertemperatur. Siden dispergerbarheten til Embla og Gyda ikke er testet, så er dispergerbarhetsgrensene til Ekofisk blend brukt for Embla i prediksjonene, mens for Gyda er dispergerbarhetsgrensene til Valhall benyttet. Dette er gjort ut fra en vurdering av hvilke oljer som har felles trekk Mekanisk oppsamling Nedre grense for optimal mekanisk oppsamling ( tommelfingerregel på ca 1000 cp) oppnås mellom 1 og 2 timer for Ekofisk blend, Gyda og Valhall ved 10 m/s vindhastighet både for sommer og vintertemperatur. Embla emulgerer noe langsommere, og vil ikke nå 1000 cp før 12 timers forvitring på sjøen ved 10 m/s vindhastighet. Oppsamling av Ula med Foxtail-skimmer er testet hos SINTEF tidligere (Resby et al. 1999). Denne testingen viste at kontakten mellom adhesjonsbåndet og emulsjonen var dårlig fordi båndet ble liggende oppå emulsjonen og at tilflyten var dårlig (båndet laget hull i emulsjonen som ikke ble tettet ) Oppsamlingskapasiteten ble derfor vesentlig redusert. Siden Gyda oljen har beslektede egenskaper med Ula oljen, er det grunn til å forvente tilsvarende redusert oppsamlingskapasitet for Gyda og sannsynligvis også for Ekofisk blend og Valhall ved bruk av Foxtail-skimmer. For Ekofisk blend vil dette skje etter 1-2 døgn, for Gyda og Valhall etter 4-5 døgn. Ekofisk blend vil nå emulsjons viskositeter rundt cp i løpet av 0,5-1 døgn. Viskositeten for Valhall og Gyda vil ligge i underkant av cp i løpet av 2-3 døgn. Dette er verdier som kan gi nedsatt effektivitet for enkelte skimmertyper (disk

33 33 skimmere, tradisjonelle overløpsskimmere) Embla danner mindre viskøse emulsjoner som ikke forventes å gi problemer ved mekanisk oppsamling. Stivnepunktsproblematikken er ikke fullt ut forstått, og det er vanskelig å forutsi om en olje vil stivne på havoverflaten. SINTEF jobber sammen med NOFO for å utrede problematikken rundt stivning av voksrike oljer og tilflytsproblemer til overløpsskimmere. En forutsetning for stivning er at oljen får ro til å stivne uten kontinuerlig energitilførsel eller emulgering. Viskositetene til de vannfrie residuene ved 13 C ligger såpass lavt over så lang tid at det anses som overveiende sannsynlig at oljen kommer til å emulgere, selv med ett minimum av energi på havoverflata. Prediksjonene for stivnepunkt ved 5 C viser at oljen umiddelbart vil utsettes for temperaturer nær stivnepunktet, dette vil antakeligvis bidra til å øke viskositeten og dermed føre til nedsatt emulgering. Siden det ikke er foretatt analyser på oljene ved lavere temperaturer er det vanskelig å trekke konklusjoner om hvorvidt oljene vil gi tilflytsproblemer ved vintertemperatur, men det er grunn til å anta at det vil være fordelaktig å bruke HiWax skimmer i forhold til en tradisjonell overløpsskimmer (f.eks. Transrec). Det forventes ikke tilflytsproblemer ved 13 C.

34 34 Fordampning (vekt%) Tid på sjøen (timer) Ekofisk blend Embla Gyda Valhall Ula Figur 2.21 Fordampning som funksjon av tid på sjøen ved 5 m/s vind, 15 C sjøtemperatur, og 20 til 1 mm filmtykkelse med halveringstid på 1 time. 25 Sjøtemperatur Stivnepunkt ( C) 15 5 Ekofisk blend Embla Gyda Valhall Ula Tid på sjøen (timer) Figur 2.22 Stivnepunkt som funksjon av tid på sjøen ved 5 m/s vind, 15 C sjøtemperatur, og 20 til 1 mm filmtykkelse med halveringstid på 1 time.

35 Vanninnhold (vol%) Ekofisk blend Embla Gyda Valhall Ula Tid på sjøen (timer) Figur 2.23 Vannopptak som funksjon av tid på sjøen ved 5 m/s vind, 15 C sjøtemperatur, og 20 til 1 mm filmtykkelse med halveringstid på 1 time Viskositet (cp) ved 10 s Ekofisk blend Embla Gyda Valhall Ula Tid på sjøen (timer) Figur 2.24 Emulsjonsviskositet som funksjon av tid på sjøen ved 5 m/s vind, 15 C sjøtemperatur, og 20 til 1 mm filmtykkelse med halveringstid på 1 time

36 36 3. Karakterisering av vannløselig fraksjoner Den vannløselige fraksjonen er av spesiell interesse på grunn av at den har høy biotilgjengelighet overfor marine organismer (Neff and Stubblefield, 1995, McAuliffe, 1987), og dermed potensiale for å forårsake akutte toksiske effekter på marine organismer. Akutt giftighet av enkeltkomponenter eller komponentblandinger er ikke bare avhengig av biokjemiske eller fysiologiske effekter på organismen, men også av biotilgjengelighet. Oljesøl i det marine miljø har en effekt på marine organismer, og har en rekke virkemåter; Overflateolje er skadelig for marine pattedyr og sjøfugl, hovedsakelig på grunn av tilgrisingseffekt og tap av isolasjonsevne, vannløselige komponenter og dispergert olje (både naturlig og kjemisk dispergert) i vannsøylen kan være giftig overfor pelagiske organismer, både på grunn av akutt giftighet, men også tilgrisingseffekter (f.eks. tilgrising av spiseapparat hos zooplankton). Mengde og sammensetning av marine ressurser i en gitt lokalitet varierer over sesong (f.eks. myting av sjøfugl, gyting av fisk eller tetthetsvariasjoner hos zooplankton). Ved å bruke dispergeringsmidler på et oljeflak vil det produseres en dispersjon av olje med oljedråper i størrelsesområdet 1-70 µm (Lunell, 1993). I en sky av oljedispersjon vil det relativt raskt produseres en vannløselig fraksjon av oljen, og den totale konsentrasjon av løste oljekomponenter kan være godt over et akutt-toksiske nivå. Dette konsentrasjonsfeltet og vannvolum som har en konsentrasjon av vannløselige oljekomponenter over et akutt toksisk nivå beregnes i OSCAR 2000-modellen, og denne modellen benytter relevante laboratoriedata for den aktuelle oljen som inngangsdata. Det er valgt å studere den vannløselige fraksjonen i laboratoriesystemer der det ikke foreligger dispergerte oljedråper. Dette skyldes dels at det antas at løste oljekomponenter og dispergerte oljedråper har helt ulik virkningsmekanisme, og dels at det ved kjemisk analyse av vannprøver der det foreligger dispergerte oljedråper ikke er mulig å fastslå hvor stor andel av komponentene som foreligger i løsning og hvor mye som inngår i dråpefasen. Denne studien kartlegger hvilke kjemiske komponenter og hvilke konsentrasjonsnivåer som kan foreligge i løst form ved ulike olje-vann-forhold. Ulike olje-vann forhold simulerer forskjellige konsentrasjoner av oljedispersjoner i vannmassene. Både oljesøl situasjoner og utslipp av produsert vann gir vannmasser som er eksponert for olje. Dette er komplekse og dynamiske systemer bestående av både dispergerte oljedråper og oppløste oljekomponenter. På grunn av fortynning og forvitring vil sammensetningen av den vannløselige fraksjonen endres som funksjon av tid etter et utslipp. I tilfeller der det er dispergert olje tilstede vil denne, sammen med overflateolje, være en kilde for stadig utløsning av vannløselige oljekomponenter. Dette betyr at forvitringsgraden, som forandres over tid, er bestemmende for konsentrasjon og kjemisk sammensetning av den vannløselige fraksjon. I denne studien er det imidlertid kjørt forsøk med kun fersk olje, noe som vil gi et bilde av konsentrasjoner og kjemisk sammensetning i vannet ved dispergering av fersk olje.

37 37 Laboratorietestene benyttet i denne studien gjør oss i stand til å bestemme både konsentrasjon og kjemisk sammensetning av den vannløselige fraksjon av oljen i skyen av oljedispersjon. Videre er den vannløselige fraksjon testet for akutt toksisitet (Microtox), og resultatene brukes til å bestemme hvilken konsentrasjon av den vannløselige fraksjon som gir en akutt toksisk effekt på halvparten av populasjonen av testorganismen (EC 50 ). Begrepet Water Accommodated Fraction, WAF, benyttes her som betegnelse på vannløselig fraksjon (Singer et al.,2000). Forkortelsen WAF er benyttet i en del figurer og tabeller i det følgende. 3.1 Karakterisering av vannløselige fraksjoner av oljene Ekofisk Blend og Valhall I dette studiet er det brukt oljemengder som gir olje:vann-forhold på henholdsvis 1:40 (25 g olje/ L sjøvann) og 1: (100 mg olje / L sjøvann), og tillagingen er gjort ved 13 C. Valget av disse to olje:vann-forholdene er diskutert i Vedlegg B, avsnitt B1.5. Den kjemiske sammensetningen av en oljes vannløselige fraksjon avhenger av selve oljens sammensetning og av de ulike komponentenes vannløselighet. De mest vannløselige komponentene vil anrikes i vannfasen. Slik forskyves den relative kjemiske sammensetningen av en vannløselig fraksjon i forhold til den kjemiske sammensetningen av selve oljen. Figurene 3.1 og 3.2 viser den kjemiske sammensetningen av h.h.v. fersk Ekofisk Blend og Valhall olje, og de vannløselige fraksjonene av de samme oljene. Av figurene sees at det relative innholdet av komponenter med høy vannløselighet, f.eks. mono-aromater (Bensen, Toluen, Etylbensen og Xylener; BTEX) og fenoler, er langt høyere i de vannløselige fraksjonene enn i selve oljene.