FORFATTER(E) OPPDRAGSGIVER(E) Norsk Hydro ASA GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG. Fortrolig

Transkript

1 SINTEF RAPPORT TITTEL SINTEF Kjemi Postadresse: 7465 Trondheim Besøksadresse: S.P. Andersens vei 15A Telefon: / Telefaks: Foretaksregisteret: NO MVA Oseberg Sør Egenskaper og forvitring på sjøen relatert til beredskap FORFATTER(E) Frode Leirvik, Merete Øverli Moldestad OPPDRAGSGIVER(E) Norsk Hydro ASA RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. STF66 F00120 Fortrolig Steingrim Ringel GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG Fortrolig ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) Oseberg Sør.doc Merete Øverli Moldestad Ivar Singsaas ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) SAMMENDRAG Tore Aunaas, Forskningssjef Det er foretatt et omfattende laboratoriestudie av Oseberg Sør oljens forvitringsegenskaper, samt en begrenset evaluering av dens kjemiske dispergerbarhet, både ved 5 og 13 C, i små-skala laboratoriestudier og i meso-skala testbasseng. Oppnådde resultater ble benyttet som input i prediksjon av Oseberg Sør oljens egenskaper på sjøen ved hjelp av SINTEF s Olje Forvitrings Modell. Prediksjonene vil kunne bidra i bl.a. opplæring av beredskapspersonell; table top øvelser samt raske og effektive beslutningsprosesser i en akutt utslippssituasjon med Oseberg Sør oljen. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Kjemi Chemistry GRUPPE 2 Miljø Environmental EGENVALGTE Forvitring Weathering Oseberg Sør råolje Oseberg Sør crude oil

2 2 INNHOLDSFORTEGNELSE Side 1. Innledning og hovedkonklusjoner Innledning Oseberg Sør oljens forvitringsegenskaper Forvitringsegenskaper Prediksjoner av Oseberg Sør Oljens egeskaper på sjøen Oseberg Sør oljens forvitringsegenskaper Generelt Fysikalsk/kjemisk Emulsjonsdannelse Kjemisk dispergering Mekanisk oppsamling...12 Vedlegg A Råoljers sammensetning, egenskaper og oppførsel på vann...17 A1 Kjemisk sammensetning av råoljer...17 A1.1 Hydrokarboner...17 A1.2 Organiske ikke-hydrokarboner...18 A2 Forvitring av råoljer på sjøen...19 A2.1 Fordampning...20 A2.2 Vann-i-olje (v/o) emulgering...21 A2.3 Olje-i-vann (o/v) dispergering...23 A2.4 Vannløselighet av oljekomponenter...24 A2.5 Foto-oksidering...24 A2.6 Biodegradering...24 A2.7 Sedimentering...25 A2.8 Nedsenking ("overvasking")...25 A2.9 Spredning...25 A2.10 Drift av et oljesøl...26 A3 Innvirkning av forvitring på oljen/emulsjonens fysikalske egenskaper...27 A3.1 Viskositet...27 A3.2 Stivnepunkt...29 A3.3 Tetthet...30 A3.4 Flammepunkt...30 Vedlegg B. Eksperimentelt oppsett og modellering...32 B.1 Små-skala testing basert på trinnvis forvitring av oljen...32 B.1.1 Trinnvis forvitring av oljen...32 B.1.2 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper...33 B.1.3 V/o emulgerende tester...33 B.1.4 Kjemiske v/o dispergerbarhetstester...35 B.2 Meso-skala renneforsøk...36 B.3 Prediksjoner med SINTEF s Olje Forvitrings Modell...39 B.3.1 SINTEF s Olje Forvitrings Modell...39 B.3.2 Kriterier for prediksjonene...40 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\2\

3 3 Vedlegg C Resultater og input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell...44 C.1 Resultater fra små-skala testing basert på trinnvis forvitring...44 C.1.1 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper...44 C.1.2 V/o emulgerende egenskaper...55 C1.3 Kjemisk o/v dispergerbarhet...65 C.2 Resultater fra meso-skala forsøk...68 C.2.1 Fordampning...68 C.2.2 Vann-i-olje emulgering...68 C.2.3 Viskositet...68 C.2.4 In-situ kjemisk dispergering...72 C.2.5 Massebalanse...73 C.2.6 Tilflytsegenskaper...75 C.2.7 Visuelle observasjoner...76 C.3 Inputdata til SINTEF s Olje Forvitrings Modell...85 Vedlegg D Referanser...88 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\3\

4 4 1. Innledning og hovedkonklusjoner 1.1 Innledning Følgende aktiviteter er gjennomført i dette studiet: Studium av forvitringsegenskaper til Oseberg Sør ved 5 og 13 C Dispergerbarhetstesting for Oseberg Sør ved 5 og 13 C Renneforsøk ved 5 og 13 C Resultatene er brukt til å predikere Oseberg Sør oljens egenskaper på sjøen ved hjelp av SINTEF s Olje Forvitrings Modell. Prediksjonene viser hvordan Oseberg Sør oljens egenskaper vil endres over tid på sjøen ved et utslipp. 1.2 Oseberg Sør oljens forvitringsegenskaper Oseberg Sør råolje er en parafinsk olje (tetthet 0,828 g/ ml) med meget lite asfaltener og relativt høyt voksinnhold. Stivnepunktet for fersk Oseberg Sør olje ligger på 6 C økende til 27 C for 250 C+ residuet. Oseberg Sør oljen vil emulgere vann raskt med et maksimalt vanninnhold på 61 vol. % ved vintertemperatur (5 C ) og 65 vol. % ved sommertemperatur (13 C ). Emulsjoner som dannes vil være stabile ved henstand, men vil brytes ved mekanisk påvirkning. Noe vann (mellom 10 til 30 % avhengig av forvitringsgrad) vil dreneres ut fra emulsjonen over en 24 timers settletid f.eks. i en tank. Dette gjelder emulsjoner både ved vinter- (5 C ) og ved sommertemperatur (13 C ). Både ved vinter og sommertemperatur vil tilsats av lav konsentrasjon av emulsjonsbryter (500 ppm Alcopol O 60 %) bryte Oseberg Sør emulsjonen. Oseberg Sør oljen vil ha potensiale for kjemisk dispergering både ved vinter- og sommertemperatur (5 C), dog med noe nedsatt effektivitet. Denne dispergerbarheten vil vedvare 1-2 dager før viskositeten blir for høy for effektiv dispergering. Oljen synes å fordre en viss bølgeenergi for å dispergere (brytende bølger). Bruk av dispergeringsmidler anbefales derfor bare ved vindhastigheter over 5 m/s. Den ferske Oseberg Sør oljen har et høyt stivnepunkt (6 C), dette er allikevel relativt lavt i gruppen av voksrike oljer. Det er ingen grunn til å tro at det vil oppstå tilflytsproblemer til en tradisjonell overløpsskimmer for oljen som er testet i dette studiet, dette underbygges av observasjoner gjort ved mesoskala testing av Oseberg Sør oljen. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\4\

5 5 2. Forvitringsegenskaper 2.1 Prediksjoner av Oseberg Sør Oljens egeskaper 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 for forandring i oljens egenskaper over tid på sjøen. Forskjellige tilnærmelser for å forutsi oljens forvitringsegenskaper på sjøen, er omtalt i litteraturen. I mange tilfeller 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 mer sammensatte 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 Oseberg Sør oljens egenskaper på sjøen med data basert på en omfattende forvitringsstudie utført både ved vintertemperatur (5 C) og sommertemperatur (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 Prediksjonene kan brukes som et hjelpemiddel i opplærings- og øvelsessammenheng, samt i en reell sølsituasjon. Eksempel på bruk av prediksjonsarkene Dersom Oseberg Sør 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 Tabell 2.1 Forvitringsegenskaper til Oseberg Sør oljen avlest i prediksjonsark. Egenskap Vintertemperatur 5 C Sommertemperatur 15 C Fordampning ca. 33% ca. 36% Stivnepunkt ca. 26 C ca. 28 C Viskositet vannfri olje ca cP ca. 5000cP Vanninnhold ca. 60% ca. 65% Viskositet emulsjon ca. 7300cP ca. 6600cP Emulsjonen vil være dispergerbar både for 5 og 13 C, men med noe nedsatt dispergerbarhet. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\5\

6 6 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Winter condition (5 C) 40 Evaporated (%) Hours Days Figur 2.1-a Fordampning av Oseberg Sør oljen ved sjøtemperatur 5 C. Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Summer Condition 15 C 40 Evaporated (%) Hours Days Figur 2.1-b Fordampning av Oseberg Sør oljen ved sjøtemperatur 15 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\6\

7 7 Property: POUR POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, 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 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute 40 Winter condition (5 C) Pour Point ( C) Hours Days Based on pour point measurements of weathered, water-free oil residues. Figur 2.2-a Stivnepunkt for Oseberg Sør oljen ved sjøtemperatur 5 C. Property: POUR POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used 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 Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, 2001 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute 40 Summer Condition 15 C Flash Point ( C) Hours Days Based on pour point measurements of weathered, water-free oil residues. Figur 2.2-b Stivnepunkt for Oseberg Sør oljen ved sjøtemperatur 15 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\7\

8 8 Property: FLASH POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Copyright 2001 Pred. date: Jan. 23, 2001 No fire hazard Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Fire hazard in tankage (<60 C) Release rate: 1.33 metric tons/minute Fire hazard at sea surface (below sea temperature) 150 Summer Condition 5 C 100 Flash Point ( C) Hours Days Based on flash point measurements of weathered, water-free oil residues. Figur 2.3-a Flammepunkt for vannfri Oseberg Sør. Property: FLASH POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Copyright 2001 Pred. date: Jan. 23, 2001 No fire hazard Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Fire hazard in tankage (<60 C) Release rate: 1.33 metric tons/minute Fire hazard at sea surface (below sea temperature) 200 Summer Condition 15 C 150 Flash Point ( C) Hours Days Based on flash point measurements of weathered, water-free oil residues. Figur 2.3-b Flammepunkt for vannfri Oseberg Sør. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\8\

9 9 Property: VISCOSITY FOR WATER-FREE OIL Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Winter condition (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Figur 2.4-a Viskositet for vannfri Oseberg Sør olje ved sjøtemperatur 5 C (basert på laboratoriedata ved 5 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1. Property: VISCOSITY FOR WATER-FREE OIL Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, Summer Condition 15 C Viscosity (cp) Hours Days Figur 2.4-b Viskositet for vannfri Oseberg Sør olje ved sjøtemperatur 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\9\

10 10 Property: WATER CONTENT Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Copyright 2000 Pred. date: Jan. 26, Winter condition (5 C) 60 Water content (%) Hours Days Figur 2.5-a Vanninnhold til Oseberg Sør emulsjon ved sjøtemperatur 5 C (basert på laboratoriedata ved 5 C). Property: WATER CONTENT Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Summer Condition 15 C 60 Water content (%) Hours Days Figur 2.5-b Vanninnhold til Oseberg Sør emulsjon ved sjøtemperatur 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\10\

11 11 Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Copyright 2000 Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Pred. date: Jan. 31, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Chemically dispersible (-) Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Reduced chemical dispersibility Release rate: 1.33 metric tons/minute Poorly / slowly chemically dispersible (>10000 cp) Summer Condition 5 C Viscosity (cp) Hours Days Figur 2.6-a Viskositet for Oseberg Sør emulsjon ved sjøtemperatur 5 C (basert på laboratoriedata ved 5 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1. Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Copyright 2000 Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Pred. date: Jan. 31, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): Chemically dispersible (<1500 cp) Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Reduced chemical dispersibility Release rate: 1.33 metric tons/minute Poorly / slowly chemically dispersible (>10000 cp) Summer Condition 15 C Viscosity (cp) Hours Days Figur 2.6-b Viskositet for Oseberg Sør emulsjon ved sjøtemperatur 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet målt ved skjærhastighet 10s -1. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\11\

12 Oseberg Sør oljens forvitringsegenskaper Generelt Det er gjennomført et forvitringsstudie av Oseberg Sør i laboratorieskala ved vinter (5 ) og sommertemperatur (13 C) og i meso-skala testbasseng ved samme temperaturer. Det eksperimentelle oppsettet benyttet for å fremskaffe data på Oseberg Sør oljen, er beskrevet i Vedlegg B, mens detaljerte resultater finnes i Vedlegg C Fysikalsk/kjemisk Oseberg Sør er en parafinsk olje (tetthet 0,828 g/ ml) og vil miste % av de letteste komponentene i løpet av det første døgnet på sjøen. Oseberg Sør oljen har har en høyere avdamping enn Fram og Varg, men en lavere avdamping enn Brage og Oseberg Øst. Oseberg Sør oljen inneholder svært lite asfaltener (0,04 vekt % harde ) samtidig som den har et høyt voksinnhold (5,24 vekt % voks) olje. Den ferske oljen har et høyt stivnepunkt (6 C). Stivnepunktet til det vannfrie residuet vil stige til ca 12 C i løpet av den første timen på sjøen ved en vindhastighet på 10 m/s Emulsjonsdannelse Oseberg Sør vil emulgere vann raskt med et maksimalt vanninnhold på 61 vol. % ved vintertemperatur (5 C ) og 65 vol. % ved sommertemperatur (13 C ). Emulsjoner som dannes vil være stabile ved henstand. Minimalt med vann vil dreneres ut fra emulsjonen over en 24 timers settletid f.eks. i en tank uten tilsats av emulsjonsbryter. Dette gjelder emulsjoner både ved vinter- (5 C) og ved sommertemperatur (13 C ). Erfaringer fra meso skala testing viser imidlertid at emulsjonen brytes ved kraftig mekanisk påvirkning. Både ved vinter og sommertemperatur vil tilsats av lav konsentrasjon av emulsjonsbryter (500 ppm Alcopol O 60 %) bryte Oseberg Sør emulsjonen i løpet av en 10 minutters settleperiode Kjemisk dispergering Oseberg Sør er dispergerbar, men med noe nedsatt dispergeringseffektivitet.for begge temperaturer gjelder at oljen trenger høy energitilførsel for å dispergere (brytende bølger). Dette vil bety at dispergerbarheten er nedsatt for lavere vindhastigheter. Oseberg Sør vil være dispergerbar i 1-2 døgn etter utslippstidspunktet ved høyere vindhastigheter (>5m/s) Mekanisk oppsamling Erfaringer fra norske feltforsøk (Nordvik et al. 1992) har vist at effektiviteten av mange mekaniske oppsamlingsmetoder avtar dersom viskositeten av oljen eller v/o emulsjonen er lavere enn cp ved at den unnslipper under lensa. Derfor har cp blitt satt som nedre viskositetsgrense for en optimal mekanisk oljevernaksjon for å forhindre for stor lekkasje gjennom lensa (gjelder ved brytende bølger). Nedre grense for optimal mekanisk oppsamling oppnås etter ca. 1 til 2 timer etter et utslipp på sjøen ved sommertemperatur og fra første stund ved vintertemperatur for Oseberg Sør. Øvre viskositetsgrense for mekanisk oljeoppsamling avhenger sterkt av type skimmer som blir brukt. For noen disk-skimmere reduseres oppsamlingskapasiteten signifikant ved emulsjonsviskositeter over cp (ITOPF 1986). I ITOPF 1986 sies det imidlertid ikke noe om hvilken skjærhastighet denne viskositeten gjelder. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\12\

13 13 Transrec-skimmerne (200, 250 og 300), som blir brukt av norske oljeselskap (NOFO), viste under oljevernaksjonen med Mercantile Marcia (i Sognesjøen i 1989) å kunne pumpe emulsjoner av bunkersolje, med viskositet over cp, men med lav kapasitet. (viskositeten er målt ved skjærhastighet 1 s -1. Dette vil tilsvare en viskositet på ca cp ved skjærhastighet 10 s -1 ) Erfaringer fra meso skala forsøk og utførte tilflytstester viser at den ferske oljen som er testet ikke vil stivne og gi problemer med tilflyt til en tradisjonell overløpsskimmer. Oseberg Sør oljen danner heller ikke spesielt viskøse emulsjoner som kunne ha ført til begrensede tilflytsegenskaper. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\13\

14 14 Fordampning (vekt%) Tid på sjøen (timer) Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Figur 2.7 Fordampning som funksjon av tid på sjøen ved 5 m/s vind, 15 C sjøtemperatur, og 20 til 2 mm filmtykkelse med halveringstid på 1 time. 30 Stivnepunkt ( C) Sjøtemperatur Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Tid på sjøen (timer) Figur 2.8 Stivnepunkt som funksjon av tid på sjøen ved 5 m/s vind, 15 C sjøtemperatur, og 20 til 2 mm filmtykkelse med halveringstid på 1 time. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\14\

15 Vanninnhold (vol%) Tid på sjøen (timer) Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Figur 2.9 Vannopptak som funksjon av tid på sjøen ved 5 m/s vind, 15 C sjøtemperatur, og 20 til 2 mm filmtykkelse med halveringstid på 1 time Viskositet (cp) ved 10 s Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Tid på sjøen (timer) Figur 2.10 Emulsjonsviskositet som funksjon av tid på sjøen ved 5 m/s vind, 15 C sjøtemperatur, og 20 til 2 mm filmtykkelse med halveringstid på 1 time. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\15\

16 16 Vedlegg A Råoljers sammensetning, egenskaper og oppførsel på sjøen I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\16\

17 17 Vedlegg A Råoljers sammensetning, egenskaper og oppførsel på vann En råolje er ikke et enhetlig materiale. Kjemisk sammensetning, og dermed fysikalske egenskaper til forskjellige råoljer, kan variere svært mye. A1 Kjemisk sammensetning av råoljer Råoljer er en kompleks blanding av tusenvis av kjemiske komponenter. Den relative sammensetningen vil imidlertid variere svært mye fra olje til olje, noe som resulterer i store variasjoner i fysikalske egenskaper. Figur A1 viser skjematisk oppdelingen av råoljen i kjemiske grupper. Hovedgruppene er hydrokarboner og organiske ikke-hydrokarboner. Hydrokarboner n-alkaner iso-alkaner Parafiner Naftener Organiske Ikke hydrokarboner Aromater Resiner Asfaltener Figur A1 Råoljers sammensetning. Inndeling i kjemiske grupper. A1.1 Hydrokarboner Størsteparten av komponentene i råoljer er hydrokarboner, som består av hydrogen (H, vekt %) og karbon (C, vekt %). Disse dekker skalaen fra enkle, flyktige gasser, som metan (CH 4 ) med bare ett karbonatom, opp til store, komplekse molekyler med mer enn 100 karbonatomer. Hydrokarbonene i råoljer omfatter mettede og umettede molekyler i lineære, forgrenede og sykliske konfigurasjoner. Mettede hydrokarboner inneholder bare enkeltbindinger. Umettede hydrokarboner inneholder dobbelt- og / eller trippelbindinger, oftest i tillegg til enkeltbindinger. Hydrokarboner inndeles i alifater og aromater. To viktige grupper av alifater er parafiner og naftener. Parafiner Parafiner inkluderer n-alkanske (rett-kjedet) og iso-alkanske (forgrenet) alifatiske komponenter. Voks, som er en viktig undergruppe av parafiner, består av mer enn 20 karbonatomer. Ved høy temperatur vil vokskomponentene i en råolje være løst. Voks (spesielt n-alkaner) tenderer til å felle ut ved lav temperatur. Voksinnholdet i en råolje kan variere fra 0,5 vekt % til 40 eller 50 vekt % i ekstreme tilfeller. Hovedandelen av verdens råoljer har imidlertid et voksinnhold på 2 til 15 vekt %. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\17\

18 18 Naftener Naftener er sykloalkaner som består av en eller flere mettede ringer (oftest 5 eller 6). Hver ring kan ha en eller flere parafinske sidekjeder. Aromater Aromater er en spesiell type umettede sykliske hydrokarboner. De kan ha rettkjedede eller forgrenede sidekjeder, noe som fører til et stort antall isomere. Eksempler på lavmolekylære aromatiske komponenter er bensen, toluen og xylen. Naftalen og antrasen er større aromatiske komponenter (også kalt Polynukleære Aromatiske Hydrokarboner, PAH) og består av henholdsvis 2 og 3 ringer. A1.2 Organiske ikke-hydrokarboner Råoljer inneholder også organiske ikke-hydrokarboner, som i tillegg til hydrogen og karbon kan inneholde små mengder nitrogen (N), svovel (S) eller oksygen (O) eller spormetaller som vanadium (V) og nikkel (Ni). De to viktigste gruppene av organiske ikke-hydrokarboner er resiner og asfaltener. Resiner Sammenlignet med hydrokarbonene er resinene relativt polare. De har ofte overflateaktive egenskaper. Molekylvekten er i området 700 til I denne gruppen finnes karboksylsyrer (naftensyrer), sulfoksider og fenol lignende komponenter. Asfaltener Asfaltenene er en kompleks gruppe av dårlig karakteriserte kjemiske strukturer. De består av kondenserte polysykliske, aromatiske komponenter. Asfaltenene er store molekyler med 6 til 20 aromatiske ringer og sidekjeder. Molekylvekten er oftest fra 1000 til I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\18\

19 19 A2 Forvitring av råoljer på sjøen Når en råolje søles på sjøen, skjer en rekke forvitringsprosesser som medfører forandringer i de fysikalske egenskapene. De viktigste forvitringsprosessene er: Fordampning. Emulgering. Dispergering. Spredning av oljen på havoverflaten. De viktigste faktorene som influerer oljens oppførsel på sjøen er: Kjemiske og fysikalske egenskaper til den ikke forvitrede råoljen. Miljømessige forhold, som vind, strøm, bølger, sollys og temperatur. Vannets egenskaper, som temperatur, salt- og oksygeninnhold, tetthet, bakterier, næringsstoffer og partikler. Vind Drift Vann - i - olje emulsjon Fotolyse Fordampning Spredning Olje - i - vann dispersjon Vertikal diffusjon Horisontal diffusjon Oppdrift av ustabile oljedråper Adhesjon til faste partikler Sedimentasjon Mikrobiell nedbrytning Utvasking av vannløslige komponenter Opptak i marint liv Opptak og utvasking fra sediment Figur A2 Forvitringsprosesser for olje på vann. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\19\

20 20 0 Timer 1 10 Dag 100 Uke 1000 Måned År Fordampning Utvasking Foto-oksidasjon Biodegradering Sedimentering Vann-i-olje emulgering Ustabil emulsjon Olje-i-vann dispergering Stabil emulsjon ("mousse") Spredning Drift boss\ik \tegner\fig-nor\emulsjon.eps Figur A.3 Relative innvirkning av forvitringsprosesser over tid. Bredden av linjene indikerer viktigheten av prosessene. Figur A2 og viser skjematisk de forskjellige prosessene. Figur A3 viser hvordan deres relative innvirkning varierer med tiden; fordampningen skjer hovedsakelig de første timene og dagene, men kan til en viss grad pågå i uker etter utslippet. Biodegradering, derimot, starter først senere og kan vedvare i måneder. A2.1 Fordampning Når oljen spres utover sjøen, vil fordampningshastigheten øke fordi grenseflatearealet mellom olje og luft øker. Fordampningshastigheten er også avhengig av vindstyrke, sjøtemperatur og andel av lette komponenter i oljen og vil derfor variere fra tilfelle til tilfelle. En vanlig brukt generalisering er at alle komponenter med kokepunkt lavere enn 200ºC (mindre enn n- C 11 ) vil fordampe innen 12 til 24 timer på sjøen, mens komponenter med kokepunkt lavere enn 270 C (mindre enn n-c 15 ) vil forsvinne fra havoverflata innen noen dager. Lette råoljer vil miste en stor volumandel raskt, mens tyngre oljer vil fordampe saktere. Lette raffineriprodukt som nafta (kokepunktsområde 30 til 180 C) og kerosen (140 til 250 C) vil fordampe totalt etter noen timer / dager på havoverflata. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\20\

21 21 Kokepunktskurven Destillasjonskurven framkommer ved å måle damptemperatur som funksjon av mengde avdestillert. Destillasjonskurven gir en indikasjon på relativ mengde av forskjellige kjemiske komponenter, prinsipielt som en funksjon av molekylvekt. Kokepunktskurven er input til SINTEFs forvitringsmodell og brukes til å predikere oljens avdamping som funksjon av tid på sjøen. Figur A4 viser destillasjonskurven for at utvalg av norske råoljer Destillat(vol%) OSEBERG SØR OSEBERG ØST VARG BRAGE FRAM Kokepunkt ( C) Figur A4 Destillasjonskurve (kokepunkts-område) for norske råoljer. A2.2 Vann-i-olje (v/o) emulgering V/o emulgering er den forvitringsprosessen som bidrar mest til at oljen blir "gjenstridig" og dermed forblir på havoverflata. Den forsinker fordampningen av oljen og begrenser den naturlige o/v dispergeringen ved signifikant økning i viskositeten. Nesten alle råoljer inneholder overflateaktive komponenter, som fremmer v/o emulgering. Prosessen krever en viss energitilførsel på havoverflata, og brytende bølger (vindhastighet over 5 m/s) har vært satt som et minimumskriterium for at v/o emulgering skal kunne skje. Mindre vannopptak kan imidlertid også foregå i roligere værsituasjoner. Maksimal vannopptaksevne ved v/o emulgering kan variere sterkt fra oljetype til oljetype. For asfaltenske oljer vil maksimalt vannopptak være omvendt proporsjonalt med viskositeten. Voksrike oljer vil danne emulsjoner med høyt vanninnhold uavhengig av residuets viskositet. Tester utført ved SINTEF indikerer at maksimal vannopptaksevne for forskjellige oljetyper er relativt uavhengig av værforholdene, forutsatt at en nedre energibarriere er passert. Hastigheten for v/o emulgering kan variere sterkt fra oljetype til oljetype og er influert av oljens kjemiske sammensetning. Høyt voksinnhold i en olje øker ofte emulgeringshastigheten. Ettersom stivnepunktet er nært knyttet til voksinnholdet, vil en olje gjerne emulgere vann raskere nær eller I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\21\

22 22 under stivnepunktet. Hastigheten for v/o emulgering avhenger også av værforholdene. Dette er illustrert i Figur A Vanninnhold (vol.%) Vindstyrke = 10 m/s Vindstyrke = 5 m/s Figur A Tid (timer) Eksempel på vindhastighetens innvirkning på vannopptakshastigheten til en tilfeldig råolje. V/o emulgering og o/v dispergering vil foregå samtidig like etter at en olje er sølt på sjøen. Ettersom viskositeten til oljeresiduet øker, vil v/o emulgeringen dominere. I svært urolig vær kan imidlertid noe olje dispergere ned i vannmassene i stedet for å emulgere vann også etter at den er fordampet og blitt mer viskøs. Et godt eksempel er Gullfaksoljens oppførsel etter Braer ulykken ved Shetland i januar Hvordan v/o emulgering foregår, er ennå ikke fullt ut forstått. Mulige mekanismer kan være: Ustabile oljedåper, dannet ved naturlig o/v dispergering, flyter opp til havoverflata ( resurfacing ) og inkluderer vanndråper i oljeflaket. Brytende bølger kan lage vannfylte oljebobler ("ballonger", som omtalt i Lewis et al. 1994), som kan rekombineres med oljeflaket. Direkte opptak av vanndråper vha. turbulens i olje/vann grenseflata. Ikke alle vanndråpene som er opptatt av oljeflaket, vil være stabile. De største dråpene vil synke gjennom oljefilmen og ut av v/o emulsjonen. Større vanndråper kan bli kvernet til mindre dråper av oljeflakets bevegelse i bølgene. Etter en viss tid vil derfor v/o emulsjonen inneholde bare små vanndråper på 1 til 10 µm i diameter. Figur A6 illustrerer innvirkningen av miksetiden på dråpestørrelsen i en v/o emulsjon. Figur A6 Mikroskopibilde av vanndråper i en v/o emulsjon etter (A) 1 time og (B) 24 timer miksing. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\22\

23 23 Stabilitet av v/o emulsjoner Resiner og asfaltener har hydrofile (vann-elskende) og hydrofobe (vann-hatende eller olje-elskende) egenskaper og er dermed overflateaktive. Disse komponentene vil derfor konsentreres i grensesjiktet mellom oljen og vannet og danne en grenseflatefilm. De hydrofobe egenskapene til asfaltenene vil kunne føre til en videre oppkonsentrering av voks rundt dråpen, og dermed ytterligere bygging av grenseflatefilmen mellom fasene. Stabilisering vha. asfaltener og voks er illustrert i Figur A7 Grenseflatefilmen utgjør en fysisk barriere mot koalesens, d.v.s. sammensmelting, som vil gi større og mer ustabile vanndråper. Resiner, voks og asfaltener er derfor svært viktige komponenter i forbindelse med stabiliteten til en v/o emulsjon. Voksrike oljer med lite asfaltener synes å danne emulsjoner stabilisert av den kontinuerlige fasens reologiske styrke (viskositet/elastisitet). Emulsjonene kjennetegnes av relativt store vanndråper og lav viskositet. Stabiliteten er gjerne god ved lagring, men de brytes når mekanisk påvirkning ødeleggger den reologiske stabiliseringen. Asfalten og voks stabilisert Olje fase Asfalten stabilisert Olje fase Vannfase Vannfase Vannfase Figur A7 Asfalten partikler Voks krystaller Adm4100:Tegner\419401\Amop95\oilphas1.eps\10-95 Stabilisering av v/o emulsjon illustrert ved mekanismer som finner sted i en grenseflatefilm mellom vanndråpen og oljefasen A2.3 Olje-i-vann (o/v) dispergering Naturlig o/v dispergering Hvis det er nok energi på havoverflata, vil bølgene bryte opp oljeflaket i dråper i størrelsesorden 1 til 1000 µm i diameter. For tyngre råoljer og bunkersoljer kan det forekomme oljedråper opptil 1 til 5 cm i diameter. Disse vil bli blandet ned i vannmassene. Dette skjer hovedsakelig når brytende bølger er tilstede, typisk ved vindstyrke over 5 m/s. De største oljedråpene vil stige opp til overflata (re-surface) og danne et "sheen" bak oljeflaket. Oljedråper med diameter mindre enn 100 µm vil stige med en hastighet <1 til 2 meter pr. time. Naturlig o/v dispergeringshastighet vil være omtrent 0,5 til 2 vol. % olje per time i starten av et søl, under moderate værforhold. Dette vil avhenge sterkt av type olje og kan være en av de viktigste prosessene som er med på å bestemme levetiden for oljen på havoverflata. Den naturlige o/v dispergeringshastigheten vil gradvis avta ettersom fordampning og v/o emulgering øker viskositeten til henholdsvis residuet og emulsjonen. Kjemisk o/v dispergering Kjemiske dispergeringsmidler øker hastigheten og nivået av den naturlige o/v dispergeringen. Det er hovedsakelig på grunn av at dispergeringsmidlene reduserer grenseflatespenningen mellom olje og vann. Ved effektiv kjemisk dispergering dannes det svært små oljedråper (typisk 5-50 µm). Feltforsøk under moderate værforhold har vist at kjemisk dispergering resulterer i økt oljekonsentrasjon i vannkolonna ned til ca. 10 meters dybde kort tid etter påføring av dispergeringsmiddel (Lichtenthaler and Daling 1985, Brandvik et al. 1996). Denne konsentrasjonen I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\23\

24 24 avtar raskt p.g.a. fortynning, forårsaket av horisontal og vertikal miksing av vannmassene, og vil være langt under generelt giftighetsnivå for de fleste organismer i sjøen. Økningen i stivnepunkt forårsaket av fordampning, kan føre til at oljen blir svært vanskelig å dispergere. Laboratorietester har vist at oljen kan være kjemisk dispergerbar ved temperaturer ned til 10 til 15 C under stivnepunktet til oljen. Ettersom oljen forvitrer og danner mer viskøse emulsjoner, vil vanligvis dispergerbarheten avta. Øvre viskositetsgrense for effektiv bruk av dispergeringsmidler kan variere fra cp til cp, avhengig av oljetype. A2.4 Vannløselighet av oljekomponenter De tyngre komponentene i råoljer er i all hovedsak uløselige i vann, mens mindre molekyler, spesielt de aromatiske komponentene til en viss grad er løselige. Imidlertid er disse komponentene også flyktige og fordamper raskt. Fordampningene er typisk ganger raskere enn løseligheten inn i vannfasen. Konsentrasjonen av løste oljekomponenter i vannet under et oljesøl vil derfor ofte være svært lav (<1 mg/l). Vannløseligheten av oljekomponenter bidrar derfor i liten grad til fjerningen av olje fra vannoverflata. Når den vannløselige fraksjonen av olje likevel er av vesentlig interesse, er det fordi den har høy bio-tilgjengelighet, og dermed potensiale til å forårsake akutte toksiske effekter på marine organismer. Den kjemiske sammensetningen av en oljes vannløselige fraksjon avhenger av selve oljens sammensetning (og dermed av forvitringsgrad) og av de ulike komponentenes vannløselighet. Det relative innholdet av komponenter med høy vannløselighet, f.eks. mono-aromater (Bensen, Toluen, Etylbensen og Xylener, BTEX) og fenoler, er lagt høyere i den vannløselige fraksjonen enn i selve oljen. A2.5 Foto-oksidering Påvirkning av sollys vil føre til oksidering av oljekomponenter, spesielt aromater, som sakte vil omdannes til resiner og til slutt asfaltener. De foto-oksiderte komponentene vil stabilisere v/o emulsjoner og har derfor stor betydning for oljens levetid på havoverflata. Etter lang forvitring på sjøen vil det dannes tjæreaktige klumper (tar-balls) av oljen. Disse brytes ned svært langsomt både på sjøen og på strender. A2.6 Biodegradering Sjøvann inneholder mange typer mikroorganismer, f.eks. bakterier. Noen av disse kan benytte oljekomponenter som energikilde. Selv om det er lite bakterier tilstede ved utslippstidspunktet, vil bakterietallet øke svært raskt under gunstige forhold. Viktige faktorer som påvirker den mikrobielle nedbrytningen, er: Konsentrasjonen av nitrogen og fosfor i form av næringssalter som nitrater og fosfater. Tilgang på oksygen. Temperatur. Det eksisterer et bredt spekter av mikroorganismer, som hver har sin prefererte gruppe oljekomponenter som energikilde. De rettkjedede, mettede hydrokarbonene (n-alkanene) er lettest biodegraderbare. I prinsippet kan alle oljekomponenter brytes ned av mikroorganismer. Ettersom mikroorganismene lever i sjøen, vil biodegraderingen bare foregå på grenseflata mellom oljen og vannet. Olje som har strandet over tidevannssonen, vil dermed brytes ned ekstremt sakte og kan bli værende i omgivelsene i årevis. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\24\

25 25 Naturlig og kjemisk dispersjon av olje ned i vannmassene vil øke grenseflatearealet mellom olje og vann betydelig. Dette medfører at nedbrytningen av olje skjer minst 10 til 100 ganger raskere i sjøen enn på havoverflata. Det er mange faktorer som påvirker biodegraderingen. Selv etter mange års forskning er det vanskelig å forutsi hastigheten av den mikrobielle nedbrytningen. Det er rapportert om nedbrytnings-hastigheter på 1 til 30 mg/m 3 sjøvann per dag (FOH 1984). Hastigheten i mer kronisk oljeforurensede områder kan komme opp i 500 til 600 mg/m 3 sjøvann per dag (NRC, 1985). Olje i sedimenter vil biodegradere mye saktere p.g.a. mangel på oksygen og næringssalter. A2.7 Sedimentering Svært få råoljer (ingen norske) har høyere tetthet enn sjøvann, selv etter kraftig forvitring (fordampning og v/o emulgering). Forvitrede råoljer vil derfor normalt ikke synke. Oljen vil derimot kunne klebe til partikulært materiale i vannmassene og dermed synke. Emulsjoner med høyt vanninnhold kan ha tetthet svært nære vannets egen og dermed ha en større tilbøyelighet til sedimentering ved hefting til partikulært materiale. A2.8 Nedsenking ("overvasking") Det er observert at sterkt forvitrede (fordampet og v/o emulgert) og tunge oljer kan forsvinne fra havoverflata en viss tid for senere å komme tilbake til overflata igjen (Buist and Potter 1987). Denne "overvaskingen" av oljen er i hovedsak avhengig av tetthet og viskositet av den forvitrede oljen i tillegg til den aktuelle sjøtilstanden. Emulsjoner vil ha høyere tetthet og vil derfor lettere bli utsatt for overvasking. Overvasking av oljen vil ha stor innvirkning på effektiviteten av en oljevernaksjon. A2.9 Spredning Olje som er sølt på sjøen, vil spre seg utover havoverflata. Spredningen kan skje svært raskt og er ofte den dominerende prosessen i startfasen av et utslipp. Dens betydning avtar med tiden. Faktorer som vil medføre redusert spredning av oljen er: Høy oljetetthet. Høy oljeviskositet Dersom stivnepunktet til oljen er 10 til 15 C høyere enn sjøtemperaturen. Etter hvert vil de oseanografiske forholdene, som strøm, bølger og vind, dominere spredningen av oljen. Vind og bølger vil bryte oljeflaket opp i bånd ("windrows"), som hovedsakelig vil være utstrakt parallelt med vindretningen. Dette er illustrert i Figur A8. Det vil være store variasjoner i filmtykkelsen, ofte med en faktor på flere tusen. En tommelfingerregel sier at 90 vol. % av oljen vil bestå av tykk olje / emulsjon ("oil patches", 1 til 5 mm tykke). Dette vil ofte dekke et areal som utgjør mindre enn 10 % av det totale oljeflaket. De resterende 10 vol. % av oljen vil dekke 90 % av flakets areal i form av "sheen" (< 1 µm tykk). Dette resulterer i en gjennomsnittlig oljefilmtykkelse i størrelsesorden 0,1 mm for hele flaket. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\25\

26 26 Tykk olje-i-vann emulsjon (mm) Vind "Sheen" (< 1µm) "Windrows" ik /tegner/fig-nor/skimmer.eps Figur A8 Oljens spredning og fordeling innen oljeflaket. A2.10 Drift av et oljesøl Oljeflaket vil bli transportert på havoverflata under påvirkning av vind og strøm. Dette er illustrert i Figur A9 og foregår samtidig med forvitringsprosessene omtalt tidligere i Vedlegg A. Vind og bølger lager en strøm i vannmassene. På overflata er denne strømmen omtrent 3 % av vindstyrken. I vindstille er driften av oljeflaket bestemt av strømforholdene 3 % Vind - 10 m/s 100 % Figur A9 Eksempel på hvordan oljens bevegelse påvirkes av vind og strøm. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\26\

27 27 A3 Innvirkning av forvitring på oljen/emulsjonens fysikalske egenskaper A3.1 Viskositet Viskositeten til råoljer varierer i området 3 til 2000 cp ved 13 C og uttrykker dens motstand mot flyt. Til sammenligning har vann en viskositet på 1 cp og sirup en viskositet på cP ved 20 C. Det er mest vanlig å angi oljens viskositet ved 60 F (15,5 C), 100 F (37,8 C) eller ved 50 C. For å kunne relatere oljens viskositet målt i laboratoriet til det den ville vært på sjøen, blir viskositeten målt ved sjøtemperatur. Typisk sommertemperatur i Nordsjøen er 13 C. Viskositet er svært temperaturavhengig. For væsker avtar viskositeten ved økende temperatur. Figur A10 viser variasjon i viskositet som funksjon av temperatur for typiske norske råoljer og oljeprodukt. Lette, vannfrie råoljer har ofte Newtonsk oppførsel (viskositeten er uavhengig av skjærhastigheten). Voksrike eller svært viskøse oljer kan ha ikke-newtonsk oppførsel (viskositeten avtar med skjærhastigheten; den er skjærtynnende), spesielt nær eller under stivnepunktet. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\27\

28 Kinematisk = viskositet (cst) Dynamisk viskositet (cp) Tetthet (g/ml) Viskositet (cst) Grane Varg Norne Fram Visund Oseberg Øst Brage Ekofisk/Ula Statfjord Draugen 2 Marin Diesel Temperatur ( C) \varg\grafisk\viskon.eps Figur A10 Variasjon i viskositet som funksjon av temperatur for typiske norske råoljer og oljeprodukt. Figuren er ikke gyldig under stivnepunktet for oljene. Ved fordampning av lette, mindre viskøse komponenter vil det skje en oppkonsentrering av mer viskøse, tyngre komponenter. Viskositeten vil derfor øke med økende fordampning. For de fleste norske oljer vil viskositetsøkningen typisk være fra 3 til 2000 cp for fersk råolje til noen hundre/tusen cp for residuene. Viskositet til v/o emulsjoner V/o emulsjoner er oftest mer viskøse enn oljeresiduet som utgjør den kontinuerlige fasen. Figur A11 illustrerer hvordan forholdet mellom viskositeten til emulsjonen og viskositeten til oljeresiduet som utgjør den kontinuerlige fasen, kan øke drastisk med økende vanninnhold i emulsjonen (Mackay et al. 1980). Enkelte voksrike oljer danner emulsjoner med relativt store vanndråper. Disse emulsjonene kan ta opp høye andeler av vann, men vil ikke nedarve den sterke voksstrukturen til de vannfrie residuene. Dette fører til at emulsjonenes viskositet øker lite, eller til og med faller med økende vanninnhold. Denne effekten er særlig fremtredende under eller nære det vannfrie residuets stivnepunkt. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\28\

29 Viskositets-forhold Vanninnhold (vol. %) 100 Figur A11 Eksempel på forholdet mellom emulsjonsviskositet og viskositeten til den vannfrie oljen som funksjon av vanninnhold i emulsjonen (Mackay et al. 1980). V/o emulsjoner har en skjærtynnende reologisk oppførsel, d.v.s. viskositeten avtar med økende skjærhastighet. En emulsjon kan dermed være flytende under turbulente forhold på sjøen, men kan bli mer viskøs, til og med stivne, under roligere sjøforhold og på strender. Måling av viskositet må derfor utføres under kontrollerte betingelser, d.v.s. definert skjærhastighet og historie (termisk og mekanisk). På SINTEF blir viskositeten til v/o emulsjoner rutinemessig målt over et stort skjærhastighetsområde, og presentert ved skjærhastighet 10 s -1. Egenskapene til v/o emulsjoner, som vanninnhold, viskositet og stabilitet, er svært viktige for hvor effektiv en mekanisk eller kjemisk oljevernaksjon vil bli. A3.2 Stivnepunkt Stivnepunktet er temperaturen hvor en olje slutter å flyte når den avkjøles under helt definerte betingelser i laboratoriet. Stivnepunktet målt under statiske betingelser i laboratoriet gir ofte dårlig grunnlag for å forutsi temperaturen hvor oljen stivner under andre betingelser. På grunn av turbulens på havoverflata kan oljen flyte, og dermed spre seg på sjøen, ved sjøtemperaturer opptil 10 til 15 C lavere enn oljens stivnepunkt bestemt i laboratoriet. Stivnepunktet er avhengig av oljens kjemiske sammensetning, spesielt voksinnholdet. Svært voksrike oljer har ofte høyt stivnepunkt. Når oljen avkjøles, kan små vokskrystaller felles ut. Stivnepunktet kan være over 30 C for ekstremt voksrike oljer. Naftenske oljer, spesielt lavviskøse, kan ha stivnepunkt lavere enn -40 C. Det er delvis forårsaket av lavt innhold av voks, men også av evnen naftenske komponenter har til å holde voks i løsning. Stivnepunktet til den gjenværende oljen (residuet) vil øke pga. oppkonsentrering av voksinnholdet i tillegg til tap av komponenter som holder voks i løsning. Når en olje stivner, helt eller delvis, vil det ofte oppnås liten effekt ved å behandle den med kjemiske dispergeringsmidler. Stivnepunktet kan derfor være en begrensende faktor ved kjemisk dispergering av voksrike oljer. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\29\

30 30 A3.3 Tetthet I denne rapporten beregnes tetthet etter ASTM D og angis i g/ml. Andre vanlige måter å angi tetthet på er relativ tetthet og API. Relativ tetthet for en olje er forholdet mellom tettheten til oljen ved 15,5 C og tettheten til destillert vann ved 15,5 C (Speight 1980). I amerikansk litteratur blir tettheten ofte gitt i API: API = Relativ tetthet Tettheten for råoljer varierer stort sett i området 0,780 til 1,000 g/ml ved 15,5 C. Oljer med lav tetthet inneholder ofte mye parafinske komponenter med lav molekylvekt, mens oljer med høyt innhold av naftener og asfaltener har høyere tetthet. Tettheten til den gjenværende oljen (residuet) øker når de lette komponentene i oljen fordamper. Tettheten til emulsjoner øker med vanninnholdet. En emulsjon med høyt vanninnhold kan ha tetthet svært nære vannets egen. Tettheten til oljen/emulsjonen innvirker både på spredning på havoverflata og dispergering ned i vannmassene. A3.4 Flammepunkt Flammepunktet er den laveste temperaturen hvor dampen generert ved oppvarming av oljen kan bli antent av en flamme. Flammepunktet avhenger av andel lavmolekylære komponenter i oljen. Ferske råoljer har derfor ofte lave flammepunkt, i området -40 til 30 C. Flammepunktet øker raskt når de lette komponentene damper av. Flammepunktet indikerer relativ flamme- og eksplosjonsfare for en olje. I forbindelse med mekanisk oppsamling og lagring av oppsamlet olje i tankbåter, er kravet til flammepunkt satt til 60 C for mange båttyper. En tommelfingerregel sier at det er forbundet med brann / eksplosjonsfare å bevege seg i et oljesøl hvor flammepunktet til oljen er nær eller lavere enn sjøtemperaturen. Siden flammepunktet vil stige kraftig kort tid etter et utslipp på sjøen samt at oljen vil emulgere vann, vil det i praksis være en relativt kort fareperiode etter utslipp av en råolje. Det er viktig å presisere at oljens flammepunkt kun er én av flere parametre som påvirker luftas antennbarhet over en oljeoverflate. I laboratoriet måles flammepunktet i et lukket system. I felten, derimot, vil værsituasjonen ha stor innvirkning på luftas antennbarhet. Dette innebærer at konsentrasjonen av antennbare gasser like over oljen vil være relativt høye i rolig vær (havblikk) og høy temperatur, mens det ved sterk vind vil skje en forholdsvis rask fortynning av de antennbare gassene. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\30\

31 31 Vedlegg B Eksperimentelt opplegg og modellering I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\31\

32 32 Vedlegg B. Eksperimentelt oppsett og modellering Oljen som er brukt i forvitringsstudiet ble mottatt den og gitt SINTEF Id Ifølge merking på prøvebeholderen er prøven tatt fra brønn K13H etter testseparator den Prøven er en produksjonsprøve og er tilsatt korrosjonsinhibitor i en rate på 2 liter/time. B.1 Små-skala testing basert på trinnvis forvitring av oljen B.1.1 Trinnvis forvitring av oljen For å isolere påvirkningen av de forskjellige forvitringsprosessene (som fordampning og emulgering) ble forvitringen av Oseberg Sør utført med en systematisk, trinnvis prosedyre som er utviklet og senere modifisert ved SINTEF (Daling et al.1990 og Strøm-Kristiansen et al. 1994). Forvitringsprosessen illustrert i Figur B. 1 består av: Avdamping av de letteste komponentene (til 150 C+, 200 C+ og 250 C+ damptemperatur) vha. en modifisert ASTM destillasjonsmetode (Stiver and Mackay 1984). Dette simulerer fordampningstap etter ca. 0,5 til 1 time, ca. 0,5 til 1 dag og ca. 0,5 til 1 uke på sjøen (avhengig av vindhastighet og temperatur). De destillerte residuene ble emulgert med 50 vol.% vann, 75 vol.% vann og maksimalt vanninnhold. Råolje Fordampning 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.ox. Emulgering med vann WOR = 1 WOR = 3 WOR = maks Figur B. 1 Flytskjema for forvitring (fordampning og emulgering) av en råolje. Fordampning av oljen foregår enten ved destillering (150, 200 og 250 C+) eller 20 timer fotooksidering. WOR er vann-til-olje forhold. Oseberg Sør ble ikke foto-oksidert. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\32\

33 33 På denne måten ble det laget 12 forskjellige forvitrede prøver (vannfri residue og v/o-emulsjoner, illustrert i Figur B1 av Oseberg Sør. Residuene ble analysert på: Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper Evne til å ta opp vann og danne v/o emulsjon Kjemisk dispergerbarhet B.1.2 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper for den ferske oljen og de destillerte residuene ble karakterisert med analytiske metoder listet i Tabell B. 1. Viskositeten ble målt i h.h.t. en prosedyre beskrevet i (McDonagh and Hokstad 1995) og omfatter viskositetesmåling ved 6 forskjellige skjær-hastigheter. Tabell B. 1 Oversikt over analyser benyttet i prosjektet. Egenskap Voksinnhold Analysemetode Uløselig i 2-butanon/diklormetan (1:1) ved -10 C (Bridié et al. 1980). "Harde" asfaltener IP-metode 143/84. Myke asfaltener Uløselig i n-pentan (Daling og Almås 1988) Stivnepunkt ASTM-metode D97-66, IP-metode 15/67. Tetthet ASTM-metode D Viskositet (dynamisk) Haake Rotovisco RV20. Elastisitet Physica MCR300 Flammepunkt ASTM-metode D93-80 B.1.3 V/o emulgerende tester Definisjoner og symboler angående de emulgerende studiene finnes i Kap.3. Prosedyrene er detaljert beskrevet av Hokstad et al Preparering av v/o emulsjoner De emulgerende egenskapene til de tre vannfrie residuene ble testet vha. en standard laboratoriemetode. Metoden er en modifisert versjon av en prosedyre utviklet av Mackay og Zagorski 1982, basert på roterende flaske prinsippet. Olje og sjøvann roterte i 0.5 L sylindriske skilletrakter i 24 timer med en omdreiningshastighet på 30 rpm. (omdreininger per minutt). Metoden skissert i Figur B.2, er enkel og rask. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\33\

34 34 Før miksing 24 timers miksing 24 timers miksing og 24 timers henstand Olje (30 ml) Sjøvann (300 ml) WOR Rotasjonsakse (30 rpm) ik /tegner/fig-nor/flasker_32.epsa Figur B.2 Prinsipp for den roterende flaske metoden (Mackay and Zagorski 1982). Sammenligning av emulgeringshastigheten for Ekofisk, Oseberg og Troll råoljer målt både i eksperimentelle feltforsøk og i laboratoriestudier har vist at roterende flasker danner v/o emulsjon 6 ganger raskere enn ved 10 m/s vindhastighet på sjøen. Følgende parametre ble målt under preparering av emulsjonene med maksimalt vanninnhold: Relativ v/o emulgeringshastighet (kinetikk, representert ved t 0.5 -verdier). Maksimal v/o emulgerende evne (maksimalt vannopptak). Det ble utført 4 parallelle målinger m.h.p. kinetikk og maksimal vannopptaksevne. Metoder for testing av emulsjonsbrytere Ønsket mengde emulsjonsbryter (500 og 2000 ppm relativt til oljevolumet) ble tilsatt dråpevis til emulsjonen, og dens evne til å bryte emulsjonen ble testet. Etter en kontakttid på 5 min. og rotasjonstid på 5 min. (30 rpm) for å mikse emulsjonsbryteren inn i emulsjonen, fikk den behandlede emulsjonen hvile i 24 timer. Mengde vann drenert fra emulsjonen ble sammenlignet med mengde vann drenert fra ubehandlet emulsjon. Det ble utført 1 parallell med emulsjonsbryter og 1 parallell uten emulsjonsbryter. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\34\

35 35 B.1.4 Kjemiske v/o dispergerbarhetstester Dasic NS er det dispergeringsmidlet som Hydro har valgt å bruke i sin beredskap, og derfor det dispergeringsmidlet som er brukt i dette studiet. Det eksisterer mange forskjellige laboratoriemetoder for effektivitetstesting av dispergeringsmidler. Resultatene fra disse metodene varierer hovedsakelig p.g.a. forskjellig energitilførsel. Ingen enkelt metode kan simulere alle forhold på sjøen. Det er derfor viktig å bruke minst to forskjellige metoder for å vurdere kjemisk dispergerbarhet av Oseberg Sør. Testene, skjematisk framstilt i Figur B3, benyttet i dette prosjektet var: IFP (Institute Francais du Pétrole test, Bocard et al. 1984) er den offisielle metoden brukt for godkjenning av dispergeringsmidler i Frankrike. Det er en lav-energi test (sammenlignet med MNS-testen beskrevet nedenfor) og representerer muligens en mer realistisk tilnærmelse til feltforhold enn mange andre testmetoder p.g.a. kontinuerlig fortynning. Prøvetakingen er dynamisk. MNS (Mackay and Szeto 1980) har vært godkjenningsmetoden for Canada. Energitilførselen foregår ved å blåse luft over olje / vann overflata. Dette produserer en sirkulær bølgebevegelse som er estimert å tilsvare middels til høy sjø-tilstand. Prøvetakingen er dynamisk. Det er utført et begrenset dispergeringsstudium på Oseberg Sør. Dispergerbarheten til residue og et utvalg av w/o emulsjoner er testet ved 5 og 13 C. Følgende oppsett ble benyttet ved dispergerbarhetstestingen: Dispergeringsmiddel: Dasic NS Doseringsforhold (DER/DOR): 1:25 (DER/DOR er dispergeringsmiddel til emulsjons/oljeforhold) Det ble utført 2 paralleller med IFP-testen og 1 parallell med MNS-testen. IFP Test Beger 2. Peristaltisk pumpe 3. Vann reservoar 4. Prøvebeger 5. Bølgering 6. Elektromagnet 7. Tidsur 8. Prøvering Boss\ik \tegner\fig-nor\ifptestN.eps MNS Test Termometer Strømningsmåler Luftstrøm Manometer Luft inntak Luft Prøvering Kjølespiral Boss\IK \tegner\fig-nor\mnstest2.eps Figur B3 Laboratorieapparatur for effektivitetstesting av dispergeringsmidler. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\35\

36 36 B.2 Meso-skala renneforsøk I den trinnvise små-skala forvitringsprosedyren blir oljen destillert og emulgert med vann i separate prosesser. I en reell utslippssituasjon på sjøen vil disse prosessene foregå samtidig og dermed påvirke hverandre. For å studere forvitringsprosessene samtidig, som i felten, men under kontrollerte betingelser, har SINTEF bygd et basseng i meso-skala (Singsaas et al. 1993). Meso-skala renna er dermed et bindeledd mellom forvitring i trinnvis små-skala og feltskala. Den gir et svært verdifullt supplement, til laboratorietestingen, som input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell for prediksjon av Oseberg Sør oljens forvitringsegenskaper på sjøen. Beskrivelse av renna Den 10 meter lange meso-skala renna, hvor omtrent 1.7 m 3 sjøvann sirkulerer, er plassert i et temperaturkontrollert klimarom (-20 til 50 C). Den er skjematisk framstilt i Figur B.4 Overflateenergien som trengs for å danne v/o emulsjon og til å dispergere olje ned i vannet, kommer fra en bølgegenerator (1). For å regulere fordampningen kan forskjellige vindhastigheter simuleres av to vifter plassert i en overbygd vindtunnel (3). Fordampningshastigheten i renna er kalibrert til å simulere 5-10 m/s vindstyrke. 4 m Bølge generator 2. Fotolyse (sol-lampe) 3. Vind-tunnel 4. Under-vanns prøvetaking 2 3 Figur B. 4 Skjematisk tegning av meso-skala renna sett ovenfra. Test metodikk i meso-skala renna Det ble sluppet 9 L varm (ca.30 C), fersk, stabilisert råolje forsiktig på vannoverflata i renna. Oseberg Sør ble forvitret i henholdsvis 2 og 3 dager i renna ved 5 C og 13 C. Forsøkene ble avsluttet med påføring av dispergeringsmidlet Dasic NS. Effektiviteten av dispergeringsmidlet ble evaluert. Det ble tatt prøver av overflateoljen / emulsjonen, i tillegg til vann for måling av dispergert olje, etter en standardisert prosedyre. Prøvetakingen var hyppigst de første timene etter at forsøket startet og like etter påføring av dispergeringsmiddel. Det ble utført følgende analyser på overflate-oljen / emulsjonen: Vanninnhold ble målt ved å bruke varme (ca. 50 C) i kombinasjon med emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % (5000 ppm relativt til emulsjonsvolumet) i 15 ml kapslede prøverør. Viskositet ble målt ved spesifisert skjærhastighet (Vedlegg B). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\36\

37 37 Tetthet av de vannfri residuene ble målt som beskrevet i Vedlegg B. Tettheten av emulsjonene ble beregnet med basis i vanninnholdet i emulsjonen og tettheten av vannfri residue og sjøvann. Stabilitet av overflateemulsjonen ble testet ved å sammenligne vanninnholdet i det øyeblikket prøven ble tatt med vanninnholdet etter drenering av vann. Resultatene er presentert som fraksjonsvis dehydrering av emulsjonen (D, definisjon i Vedlegg C). Effekt av emulsjonsbryter (Alcopol O 60 %, ca. 500 ppm relativt til emulsjonsvolumet) ble testet ved å sammenligne vanninnholdet i det øyeblikket prøven ble tatt med vanninnholdet etter påvirkning av emulsjonsbryter. Kjemisk dispergerbarhet av overflateemulsjonen ble evaluert med IFP- og MNS- testen Fordampningstapet ble estimert ved å sammenholde tettheten av vannfritt overflateresidue fra renna med predikerte tettheter fra SINTEF s Olje Forvitrings Modell. Tilflytstest ble gjennomført og elastisiteten målt for evaluering av emulsjonens tilflytsegenskaper over tid. Tilflytstesten er beskrevet senere i dette kapitlet. Vannprøvene ble analysert ved å ekstrahere 1 L prøver med diklormetan (DCM). Oljemengden ble kvantifisert vha. et Philips UV / VIS / NIR spektrofotometer, og graden av dispersjon av oljen ned i vannmassene beregnet. In-situ kjemisk dispergering Oseberg Sør ble kjemisk dispergert ved å spraye dispergeringsmidlet Dasic NS direkte på oljen i meso-skala renna (in-situ) vha. en Wagner W 400 SE sprøyte. Tabell B2 viser tidspunktene for dispergeringen. Effekten av den kjemiske dispergeringen ble evaluert ut fra ekstraksjon av vannprøver og visuell observasjon av overflateoljen / emulsjonen og vannet. Tabell B. 2 Tidspunkter for in-situ kjemisk dispergering i renna. temperatur ( C) Forvitringstid (timer) Volum Dasic NS (ml) kumulativ DOR (%) kumulativ DER (%) 52,8 58,13 0,9 0,4 5 C 53,8 58,66 1,9 1,3 72,9 62,00 1,0 0,4 13 C 74,4 58,51 2,0 1,4 I tabellene er påføringsforholdet angitt på to måter: Volumetrisk dispergeringsmiddel-til-emulsjons forhold (DER), hvor både fordampning av de letteste komponentene av oljen og emulgering av vann inn i oljeresiduet, er tatt hensyn til. Volumetrisk dispergeringsmiddel-til-olje forhold (DOR). DOR beregnes ut fra gjenværende oljemengde (residue). Det blir her ikke tatt hensyn til emulgering av vann. I laboratoriet er det enkelt å beregne både DER og DOR. Under en dispergeringsprosess etter et søl på sjøen kan det være vanskelig å estimere DER. Som et eksempel kan nevnes: I en reell situasjon søles 100 tonn olje på sjøen. Etter 4 timer har 20 % av de letteste komponentene i oljen fordampet, og den har emulgert 75 vol. % vann. Det påføres 5 tonn dispergeringsmiddel. Både fordamping og emulgering er kanskje noe ujevn og usikker, idet emulsjonen f.eks. er ujevnt distribuert utover sjøen. Å dosere dispergeringsmidlet i forhold til den opprinnelige oljemengden (100 tonn) vil dermed være enklere og sikrere enn å dosere i forhold til emulsjonsmengden. Forutsatt en jevn distribusjon av en homogen emulsjon, blir doseringsforholdene: DOR: 1:20 (5 %) DER: 1:64 (1,6 %) I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\37\

38 38 Tilflytstesten Flere skimmertyper fordrer en viss kontinuerlig tilrenning for at oppsamlingseffektiviteten skal være god. SINTEF har derfor utviklet en enkel test for grovkarakterisering av oljers tilflytsegenskaper. Testen er svært enkel og er tenkt brukt til raske vurderinger av forventet effektivitet til tilflytsavhengige skimmere. Tilflytstesten består av en aluminiumsform med et avgrenset rom i den ene enden og et målebånd i bunnen (figur B.5). Under testingen måles hvor langt oljen flyter til definerte tider. Flytlengdene i testen vil kunne si noe om oljen/emulsjonens tilflytsegenskaper. Figur B.5 Testen fylles opp med en definert mengde olje/emulsjon, tiltes over og flytlengder avleses ved forskjellige tidspunkter. Tilflytstesten er fremdeles under utvikling, men vil etterhvert sammenholdes med laboratoriedata, storskalatester og reologiske måleparametre for videre kalibrering av metoden. Grensene for hva som kan betraktes som god, middels og dårlig tilflyt vil da bli evaluert. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\38\

39 39 B.3 Prediksjoner med SINTEF s Olje Forvitrings Modell Effektiviteten til forskjellige oljevernaksjoner vil avhenge av de fysikalske og kjemiske egenskapene til oljen. Dette gjelder spesielt for behandling med dispergeringsmidler, hvor økt viskositet p.g.a. fordampning og vann-i-olje emulgering kan gjøre oljen resistent mot dispergeringsmidler i løpet av timer, eller dager, etter et oljeutslipp. Derfor er det viktig å fremskaffe gode prediksjoner for forandring i oljens egenskaper for å bestemme tidsvinduet for effektiv påføring av dispergeringsmidler. Lignende begrensninger eksisterer også for mekanisk oppsamling og brenning (Bech et al. 1992). Forskjellige tilnærmelser for å forutsi forandringer i oljens egenskaper p.g.a. forvitring 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 enkelte egenskaper, som tetthet, men mindre relevant for mer sammensatte egenskaper som viskositet og stivnepunkt. Som en konsekvens av dette, blir det benyttet en mer empirisk tilnærmelse, basert på laboratoriemålinger, i prediksjonene med SINTEFs Olje Forvitrings Modell. B.3.1 SINTEF s Olje Forvitrings Modell Den numeriske forvitringsmodellen som er utviklet ved SINTEF, er mer detaljert beskrevet av Daling et al. 1990, Johansen 1991 og Aamo et al i tillegg til i brukerveiledningen for modellen. De simulerte olje-egenskapene framkommer ved bruk av den standardiserte laboratorieundersøkelsen beskrevet i Vedlegg B. Resultatene blir brukt som input i SINTEF s Olje Forvitrings Modell som overfører oljens egenskaper til sjøbetingelser ved å relatere fordampningstap og v/o emulgering til gitte forhold (olje / emulsjonsfilmtykkelse, sjøtemperatur og vindforhold). Figur B.6 viser skjematisk SINTEF s Olje Forvitrings Modell. Det er gjennomført verifisering av modellen mot feltforsøk ved flere anledninger (Daling et al. 1997). SINTEF's Olje Forvitrings Modell Laboratoriedata av ferske og forvitrede oljefraksjoner: Destillasjonskurve (TBP) Tetthet Viskositet Flammepunkt Stivnepunkt Vannopptakshastighet (t 0.5 -verdier) Maksimal vannopptaksevne Viskositetsforhold (emulsjon/olje) Viskositetsgrense for kjemisk disbergerbarhet Predikerte egenskaper av oljen som funksjon av tid på sjøen ved ulike værforhold: Fordampningstap Tetthet Viskositet Flammepunkt Stivnepunkt Vanninnhold Emulsjons viskositet Naturlig dispersjon Total olje massebalanse "Tidsvindu" for bruk av dispergeringsmidler Kriterier brukt i modellen Miljøbetingelser (Vindhastighet, sjøtemperatur, oljefilm tykkelse) ik \tegner\fig_nor\model-n.eps Figur B. 6 Skjematisk diagram over SINTEF's numeriske forvitringsmodell. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\39\

40 40 B.3.2 Kriterier for prediksjonene De grafiske framstillingene omfatter prediksjoner av de fysikalske egenskapene til oljen over en periode på 15 minutter til 5 dager etter et utslipp. Dette for å dekke et spekter av søl-situasjoner. Det kan bli nødvendig å handle innen kort tid, som ved utslipp nær en terminal, eller etter flere dagers forvitring av oljen på sjøen, som ved et søl til havs. Utslipp og oljefilmtykkelse Realistiske beregninger av fordampningstap under feltbetingelser, basert på felteksperimenter, danner basisen for prediksjonen av oljeparametrene. Fordampningstapet over tid er avhengig av: Opprinnelig sammensetningen av oljen (destillasjonskurven) Sjøtemperaturen Vindstyrken Initiell tykkelse av oljeflaket Endringer i oljefilmtykkelsen forårsaket av fordampning, spredning, o/v dispergering og v/o emulgering. Dette innebærer at endringen i oljens egenskaper kort tid etter et søl, spesielt den første timen, avhenger svært mye av utslippsbetingelsene, f.eks. om det er undersjøiske- eller overflateutblåsninger, utslipp fra skip eller rørledninger. I dette prosjektet antas et overflateutslipp med eksponentiell reduksjon i filmtykkelsen: Initiell filmtykkelse: 20 mm. Slutt filmtykkelse: 1 mm. Disse betingelsene gir en utvikling i oljens fysikalske egenskaper over tid godt i samsvar med endringer observert i et eksperimentelt feltforsøk på Haltenbanken i 1989 (Johansen 1991). Prøvene ble da tatt i den tykke delen av det eksperimentelle oljeflaket. Vind og sjøtilstand Værforholdene har stor innvirkning på forvitringshastigheten til en olje på sjøen. Det er relativ nær sammenheng mellom vindstyrke og signifikant bølgehøyde. Tabell B. 3 viser sammenhengen mellom forskjellige vindstyrker og bølgehøyder benyttet i prediksjonene. Tabell B. 3 Værforhold benyttet i prediksjonene. Vindstyrke (m/s) Beaufort vind Vindtype Bølgehøyde (m)* 2 2 Lett bris Moderat bris Frisk bris Liten kuling 3-4 * Signifikant bølgehøyde ca 100 km fra land. Sjøtemperaturer I prediksjonene er det benyttet to forskjellige sjøtemperaturer: Vinter: 5 C Sommer: 15 C Laveste og høyeste temperatur målt i overflatevannet på Statfjord-feltet i perioden 1978 til 1986 var henholdsvis 5,4 og 16,5 C. Oljevernaksjoner tenderer til å være vanskeligere ved lave enn ved høye sjøtemperaturer. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\40\

41 41 Brann og eksplosjonsfare Flammepunktet er den laveste temperaturen hvor gassen av en olje kan bli antent av en gnist. Følgende kriterier er valgt for flammepunktet i prediksjonene: Åpen sjø: Hvis oljens flammepunkt er nær, eller under, sjøtemperaturen, representerer oljen en eksplosjonsfare. Oppsamlet olje i lagertank: Hvis oljens flammepunkt er lavere enn 60 C, er det påkrevd med eksplosjonssikre tanker. Fra et operasjonelt synspunkt er kriteriene for brannfare svært konservative. På sjøen vil vinden fortynne gassen over oljeflaket, og oljeresiduet vil emulgere vann (se Vedlegg A). Eksperimentelt datagrunnlag De eksperimentelle data benyttet i modelleringen av Oseberg Sør oljenes oppførsel på sjøen, ble oppnådd i små-skala testingen (se Vedlegg C), men ble supplert med data oppnådd i meso-skala testingen etter en grundig sammenstilling og vurdering av dataene. Data fra meso-skala testing er viktig for å få mest mulig reelle data. Viskositetsgrenser for dispergeringsmiddelbruk Kriteriene lagt til grunn for å sette viskositetsgrenser ut fra laboratorietestingen, er vist i Tabell B4 (Lewis et al b). Tabell B4 Kriterier for å sette dispergerbarhetsgrenser ut fra laboratorietestingen. Dispergerbarhet Kriterie Lett dispergerbar IFP-effektivitet > 50% / MNS-effektivitet > 70 til 80% Redusert dispergerbarhet IFP-effektivitet < 50% / MNS-effektivitet > 5% Sakte / dårlig dispergerbar MNS-effektivitet < 5% Tabell B.5 Viskositetsgrenser for prediksjonene. Viskositet (cp) Viskositet (cp) Dispergerbarhet 5 C 13 C <10000 <10000 Redusert dispergerbarhet >10000 >10000 Oljen er sakte / dårlig dispergerbar Viskositetsgrensene for å predikere tidsvinduet for Oseberg Sør oljenes dispergerbarhet, basert på dispergerbarhetstestingen av oljen (Vedlegg B1), er vist i tabell B5 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\41\

42 42 Stivnepunkt Tabell B.6 viser stivnepunktskriteriene som er valgt for å predikere kjemisk dispergerbarhet av den forvitrede oljen. Tabell B.6 Stivnepunktskriterier for prediksjonene. Stivnepunkt Dispergerbarhet < 5 C over sjøtemp Lett dispergerbar 5-15 C over sjøtemperatur Redusert dispergerbarhet > 15 C over sjøtemperatur Sakte / dårlig dispergerbar Stivnepunktet er bestemt etter ASTM-metode D Dette er en enkel test med relativ lav energi. På sjøen vil energien være høy og en vil ikke oppleve stivning før et stykke under stinepunktet.. Grenseverdiene er satt ut fra erfaringsverdier ved SINTEF. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\42\

43 43 Vedlegg C Resultater og input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\43\

44 44 Vedlegg C Resultater og input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell Resultatene fra testingen av Oseberg Sør oljen er presentert i sammenligning med resultater fra andre råoljer (alle for Norsk Hydro ASA): Oseberg Sør (1999) (bunnhullsprøve) Oseberg Øst (produksjonsprøve) Brage (bunnhullsprøve) Fram (bunnhullsprøve) Varg (bunnhullsprøve) Disse oljene er alle testet ved SINTEF. Studiene er beskrevet i hhv. Resby og Singsås,1999, Strøm et.al.,1998, Strøm og Daling,1994, Resby og Daling,1999, Resby og Moldestad,2000. Oljen som går under betegnelsen Oseberg Sør 1999 var gjenstand for et begrenset forvitringsstudium hos SINTEF i C.1 Resultater fra små-skala testing basert på trinnvis forvitring C.1.1 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper Oppnådde resultater fra de fysikalske og kjemiske analysene er listet i Tabell C.3 og tabell C.4 Kjemisk sammensetning Kromatogrammene til de to ferske Oseberg Sør oljene er sammenstilt i Figur C.1. Residuene til oljen brukt i dette forvitringsstudiet er vist i i figur C.2 og kromatogrammer av de andre oljene det er sammenlignet med i dette studiet er vist i figur C.3. GC kromatogrammene viser n-alkanene som systematiske, smale topper. De tidligste toppene er lavtkokende komponenter. Noen av de mer komplekse komponentene, som resiner (NSOforbindelser) og naftener er umulig å separere med denne teknikken, og framkommer som en bred, dårlig definert topp under de skarpe toppene. Dette er beskrevet som UCM (Useparert, Komplekst Materiale). Gasskromatografi er et viktig verktøy for identifisering av et oljesøl. En vanlig identifikasjonsparameter er forholdet n-c 17 / Pristan og n-c 18 / Phytan. Tabell C. 1 viser forholdet n-c 17 / Pristan og n-c 18 / Phytan, beregnet med basis i topphøyder, for Oseberg Sør oljen i sammenligning med andre råoljer. Verdiene viser at forholdene varierer for de forskjellige oljetypene og dermed kan være nyttige parametre for sporbarhet av et oljesøl. Tabell C. 1 n-c 17 / Pristan og n-c 18 / Phytan forhold for forskjellige råoljer. Olje n-c 17 / Pristan n-c 18 / Phytan. Oseberg Sør 1,3 3,4 Oseberg Sør 99 1,6 3,4 Oseberg Øst 1,3 1,8 Brage 1,2 1,7 Fram 2,0 3,1 Varg 1,9 2,2 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\44\

45 45 Oseberg Sør fersk counts FID1 A, (I:\HPCHEM\1\DATA\ \OSEBS009.D) nc-9 nc-11 counts FID1 A, (I:\HPCHEM\1\DATA\6 nc-17 Pristane nc nc Phytane 8000 nc nc-17 nc-18 nc min 2000 nc min Oseberg Sør 99 fersk FID1 A, (I:\HPCHEM\1\DATA\661190\OSEBS002.D) counts nc-9 nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 nc nc-30 Figur C Gasskromatogram av de ferske Oseberg Sør oljene. min Den relativt store andelen av n-alkantopper over hele kromatogrammet viser at Oseberg Sør er en parafinsk olje med høyt voksinnhold (spesielt høyt for Oseberg Sør 1999). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\45\

46 46 counts FID1 A, (I:\HPCHEM\1\DATA\ \OSEBS008.D) 150 C nc-9 nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 nc-18 nc-20 nc min counts FID1 A, (I:\HPCHEM\1\DATA\ \OSEBS007.D) 200 C nc-9 nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 nc-18 nc-20 nc min counts FID1 A, (I:\HPCHEM\1\DATA\ \OSEBS006.D) 250 C nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 nc-18 nc-20 nc-25 nc min Figur C. 2 Gasskromatogram av residuene til Oseberg Sør oljen. Sammenstillingen av kromatogrammene til de forskjellige residuene til Osebeg Sør oljen viser hvordan de lettere komponentene dampes av og det relative innholdet av tyngre komponenter vil øke. Dette kan sammenliknes med den avdampingen som vil skje med olje på sjøen. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\46\

47 47 Oseberg Øst fersk counts FID1 A, (I:\HPCHEM\1\DATA\99022\OSEBERG1.D) nc-9 nc-11 Fersk nc nc nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 nc-25 nc min Brage fersk FID1 A, (FROLJER\FRESH006.D) counts nc nc nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 nc-25 nc min Fram fersk counts FID1 A, (I:\HPCHEM\1\DATA\FRAM\ D) nc nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 nc-18 Pristane Phytane nc-20 nc nc-30 Figur C Gasskromatogram av ferske norske oljer min I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\47\

48 48 Destillering (topping) Destillert volum av Oseberg Sør er listet i tabell C.3. Oseberg Sør oljen mister en betydelig andel av sine lette komponenter ved destillering, fra 18 vol % for 150 C+ til 38 vol % for 250 C+ residuet. Volumet som toppes av ved disse destillasjons-temperaturene kan sammenlignes med volumet som fordampes ved et oljesøl på sjøen. Sammensetningen av 150 C+ residuet tilsvarer sammensetningen av en olje 0,5 til 1 time etter et søl på sjøen. 200 C+ og 250 C+ residuene er representative for hhv. 0,5 til 1 dag og 0,5 til 1 uke på sjøen, avhengig av værforholdene. Oseberg Sør inneholder en større andel lette komponenter sammenlignet med de andre oljene. Oseberg Sør (1999) ser ut til å være en betydelig tyngre olje enn den som er analysert i dette studiet. Vol.% avdampet C+ 200 C+ 250 C+ 0 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Oljetype Figur C. 4 Avdampet volum ved destillering av forskjellige norske oljer. Tetthet Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved fordampning, vil tettheten av det gjenværende residuet øke. Tettheten til Oseberg Sør er listet i tabell C.3 Oseberg Sør oljen er en lett parafinsk råolje, med lavest tetthet av alle oljene det sammenliknes med i denne rapporten. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\48\

49 49 0,92 0,90 Tetthet (g/ml) 0,88 0,86 0,84 0,82 0,80 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.Ox. Olje residue Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Figur C. 5 Tetthet av ferske oljer og vannfri residue ved 15,5 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\49\

50 50 Stivnepunkt Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved fordampning, vil stivnepunktet til det gjenværende residuet øke, blant annet fordi konsentrasjonen av voks vil øke. Stivnepunktet til Oseberg Sør og oljene den sammenlignes med er listet i tabell C.3. Stivnepunktet til den ferske Oseberg Sør er på 6 C, mens 250 C+ residuet har et stivnepunkt på 27 C. Stivnepunkt for residuene er svært høye, men på grunn av det høye innholdet av lette komponenter ligger stivnepunktet til den ferske oljen relativt lavt i forhold til de andre voksrike oljene. Et stivnepunkt på C over sjøtemperaturen vil kunne føre til at en olje stivner og dermed endrer sine tilflyts-egenskaper på sjøen. Den ferske Oseberg Sør har stivnepunkt nære sjøtemperaturen vinters tid. Dette tyder på at det ikke vil oppstå tilflytsproblemer til en tradisjonell overløpsskimmer. Denne slutningen underbygges av observasjoner gjort i meso skala forsøk. 30 Stivnepunkt ( C) 10 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg -10 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.Ox. Olje residue Figur C. 6 Stivnepunktet til ferske oljer og vannfri residue. Viskositet Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved fordampning, vil viskositeten av det gjenværende residuet øke. Viskositeten til Oseberg Sør og de andre oljene den sammenlignes med er listet i tabell C.3. Den ferske Oseberg Sør oljen har en viskositet på 9 cp ved 13 C og 47 cp ved 5 C (skjærhastighet 10 s -1 ). 250 C+ residuet har en viskositet på 5018 cp ved 13 C og cp ved 5 C. Viskositetene til Oseberg Sør ligger på samme nivå som Oseberg Øst, men under Fram og Varg. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\50\

51 51 Viskositet (cp) Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg 10 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.Ox. Olje residue Figur C. 7 Viskositet målt ved skjærhast. 10 s -1 av ferske oljer og vannfri residue ved 5 C Viskositet (cp) Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.Ox. Olje residue Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Figur C.8 Viskositet målt ved skjærhast. 10 s -1 av ferske oljer og vannfri residue ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\51\

52 52 Asfaltener Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved fordampning, vil asfalteninnholdet i det gjenværende residuet øke. Asfalteninnholdet til Oseberg Sør og oljene den sammenlignes med er listet i Tabell C.4. Oseberg Sør oljen har svært lite asfaltener (0,04% harde ). Det lave asfalteninnholdet vil føre til at de emulsjoner som dannes vil ha en begrenset stabilitet (se Tabell C. 9) Asfaltener "harde" (vekt%) 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.Ox. Olje residue Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Figur C. 9 Asfaltener ( harde ) av ferske oljer og vannfri residue. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\52\

53 53 Voks Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved fordampning, vil voksinnholdet av det gjenværende residuet øke. Voksinnholdet til Oseberg Sør oljen og oljene den sammenlignes med er listet i tabell C.4. Den ferske Oseberg Sør oljen har et voksinnhold på 5,3 %, mens 250 C+ residuet har et voksinnhold på 8,3 %. Dette er relativt høye verdier, selv om den ligger lavt i forhold til de andre oljene det sammenlignes med. Voksinnholdet er noe høyere i Oseberg Sør oljen fra 1999 enn for oljen brukt i dette studiet. Dette gir utslag i lavere stivnepunkt og viskositetsverdier for oljen i dette studiet. 15 Voks (vekt%) 10 5 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg 0 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.Ox. Olje residue Figur C. 10 Voksinnhold av ferske oljer og vannfri residue. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\53\

54 54 Tabell C. 3 Fysikalske data for oljene sammenlignet i dette studiet. Oljetype Sintef ID Residue Kokepunk t ( C) Fordampet (vol.%) Residue (vekt %) Tetthet (g/ml) Flamme punkt ( C) Stivnepunkt ( C) Viskositet (cp,10s -1 ) 5 C 13 C Oseberg Fersk , Sør 150 C ,3 80,9 0, C ,3 7,4 0, C ,1 62,8 0, Oseberg Sør Fersk , C ,2 89,2 0, C ,6 80,5 0, C ,7 0, Oseberg Øst Fersk , C , C , C , Brage H0420 Fersk , C , C , C , Fram Fersk ,0 0, C+ - 12,2 89,0 0, C+ - 24,7 77,0 0, C ,2 72,1 0, Varg Fersk , C ,1 87,1 0, C ,2 0, C ,4 68,3 0, : Data mangler I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\54\

55 55 Tabell C. 4 Kjemiske data for oljene sammenlignet i dette studiet. Oljetype Sintef ID Residue Asf. hard (vekt %) Asf. soft (vekt %) Voks (vekt %) Oseberg Sør Fersk 0,04 0,30 5,2 150 C+ 0,05 0,38 6,5 200 C+ 0,06 0,41 7,1 250 C+ 0,07 0,49 8,3 Oseberg Sør Fersk 0,07-7, C+ 0,08-8,6 200 C+ 0,09-9,5 250 C+ 0,1-10,9 Oseberg Øst Fersk 1,1 2,4 7,2 150 C+ 1,3 2,9 8,6 200 C+ 1,5 3,3 9,9 250 C+ 1,7 3,8 11,3 Brage Fersk 0,4 3 8,4 150 C+ 0,5 3, C+ 0,6 4 11,2 250 C+ 0,7 4,6 12,9 Fram Fersk 0,17 0,71 6, C+ 0,19 0,79 6, C+ 0,22 0,92 7, C+ 0,24 0,98 8,47 Varg Fersk 0,16-9,3 150 C+ 0,19-10,7 200 C+ 0,21-12,0 250 C+ 0,24-13,6 C.1.2 V/o emulgerende egenskaper C Definisjon av symboler rpm: rotasjoner (omdreininger) per minutt. t 0.5 : uttrykker relativ vannemulgerings-hastighet for en olje; d.v.s. tiden som trengs for å emulgere halvparten av maksimalt vanninnhold (i vol.%) WOR volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonen WOR ref : volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonen etter 24 timers rotering WOR x : volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonen etter 24 timers rotering og x timer settling D: WORref WOR24t fraksjonell dehydrering av emulsjon. D = WORref Økende D betyr avtagende stabilitet dvs. økende effekt av emulsjonsbryter: D = 1: D = 0: betyr at emulsjonen har mistet alt vannet i testperioden (settleperioden) betyr at emulsjonen ikke har mistet noe vann i testperioden (settleperioden) I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\55\

56 56 C Vannopptak Når oljen emulgerer vann, vil volumet øke betydelig. Et vannopptak på 80 vol.% vil øke volumet 5 ganger i forhold til den vannfri oljen. I tilknytning til en opprenskningsaksjon etter et utslipp er det derfor viktig å ha kjennskap til hvor mye vann en olje vil emulgere, og hvor raskt emulgeringen vil skje. Disse parametrene ble derfor testet på Oseberg Sør. Tabell C5 og C6 viser vanninnholdet i emulsjonene, samt kinetikken i vannopptakshastighet ved forskjellig tidspunkt i testapparaturen, ved vinter- og sommertemperatur. Oseberg Sør emulgerte relativt hurtig, noe som er typisk for oljer med middels til høyt voksinnhold. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\56\

57 57 10 Vannopptak (t 0.5, timer) 1 0,1 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Fram Varg 0, C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Figur C. 11 Kinetikk for v/o emulgering, uttrykt som t 0.5 -verdier, for norske oljer ved 5 C. Vannopptak (t 0.5, timer) ,1 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg 0, C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Figur C.12 Kinetikk for v/o emulgering, uttrykt som t 0.5 -verdier, for norske oljer ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\57\

58 58 Tabell C. 5 Vanninnhold ved forskjellig rotasjonstid (30 rpm i 0.5 L sylindriske skilletrakter) for fordampede residue av Oseberg Sør oljen ved 5 C. Kinetikken, uttrykt som t verdier, er listet. Miksetid (timer) 150 C+ (vol.% vann) 200 C+ (vol.% vann) 250 C+ (vol.% vann) 0, , , , * * * t 0.5 (timer) 0,38 0,17 0,41 *: Ved 91 vol.% er alt tilgjengelig vann emulgert. Tabell C. 6 Vanninnhold ved forskjellig rotasjonstid (30 rpm i 0.5 L sylindriske skilletrakter) for fordampede residue av Oseberg Sør oljen ved 13 C. Kinetikken, uttrykt som t verdier, er listet. Miksetid (timer) 150 C+ (vol.% vann) 200 C+ (vol.% vann) 250 C+ (vol.% vann) 0, , , , * 91* * 91* * 91* * 91* 82 t 0.5 (timer) 0,27 0,10 0,11 *: Ved 91 vol.% er alt tilgjengelig vann emulgert. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\58\

59 59 C Viskositet av v/o emulsjon Tabell C.7 og C8 viser viskositeten for Oseberg Sør oljen, dens forskjellige fordampede residuer og emulsjoner. Tabellverdiene viser at viskositeten øker med økende vanninnhold og økende fordampningsgrad av residuet. Tabell C. 7 Viskositeter for Oseberg Sør oljen, dens residue og emulsjoner ved 5 C. Residue Vanninnhold Viskositet (cp) (vol.%) 10 s s -1 Fersk C C C C C C C C C C C C : ikke utført p.g.a maksimalt vannopptak lavere enn 75 vol. %.. Tabell C. 8 Viskositeter for Oseberg Sør oljen, dens residue og emulsjoner ved 13 C. Residue Vanninnhold Viskositet (cp) (vol.%) 10 s s -1 Fersk C C C C C C C C C C+ 91* C+ 91* C *: Ved 91 vol.% er alt tilgjengelig vann emulgert I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\59\

60 60 C Stabilitet av v/o emulsjon og effektivitet av emulsjonsbryter I en opprenskningsaksjon etter et oljesøl vil stabiliteten av en emulsjon være av vesentlig betydning. I tillegg er det viktig å kjenne effektiviteten av emulsjonsbryter. Det er derfor utført stabilitetstesting av emulsjonene dannet av Oseberg Sør oljen samt at effekten av emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % er evaluert. Resultatene fra testingen av Oseberg Sør oljen er listet i tabell C9 og C10, som viser dehydrering både etter 10 minutter settling (D 10 min ) og 24 timer settling (D 24 timer ) ved testtemperatur. I tabellen er stabiliteten og effekten av emulsjonsbryter uttrykt som fraksjonsvis dehydrering, D. D=0: Emulsjonen er totalt stabil eller upåvirket av emulsjonsbryter i testperioden. D=1: Emulsjonen er totalt ustabil eller totalt brutt av emulsjonsbryter i løpet av testperioden. Stabilitet Som vist i tabell C9 og C10 har Oseberg Sør oljens emulsjoner neglisjerbar dehydrering etter ett døgns henstand, dette gjelder både ved sommer- og vintertemperatur. Emulsjonene som ble dannet under meso-skala testingen var stabile ved henstand men ble brutt ved mekanisk påvirkning. Stabiliteten til Oseberg Sør emulsjonene og andre oljers emulsjoner er sammenlignet i figur C13 og C14. Effekt av emulsjonsbryter Tabell C. 9 og Tabell C. 10 viser at både lav (500 ppm) og høy (2000 ppm) konsentrasjon av emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % vil drenere bort nesten alt vannet fra emulsjon i løpet av noen få minutter etter påføring, for olje som har ligget et par dager på sjøen. For emulsjoner som har ligget på sjøen mer enn to døgn anbefales det likevel at en bruker høy konsentrasjon av emulsjonsbryter fordi en da vil få drenert bort så og si alt vannet fra emulsjon i løpet av en 10 minutters settleperiode. Verdier for effekt av emulsjonsbryter er sammenlignet i figurene C15- C18. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\60\

61 61 Tabell C. 9 Residue Stabilitet av emulsjon (ingen: uten emulsjonsbryter) dannet av Oseberg Sør oljen og effektivitet av emulsjonsbryter Alcopol O 60% (500 ppm og 2000 ppm relativt til oljevolumet) ved 5 C. Emulsjonsbryter Vann i emulsjon (vol.%) Dehydrering Referanse 10 min. 24 timer D 10 minutter D 24 timer 150ºC+ ingen ,28 0,35 200ºC+ ingen ºC+ ingen ,04 0,04 150ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,95 0,95 200ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,88 0,88 250ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,70 0,70 150ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,97 0,97 200ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,00 1,00 250ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,88 1,00 Tabell C. 10 Stabilitet av emulsjon (ingen: uten emulsjonsbryter) dannet av Oseberg Sør oljen og effektivitet av emulsjonsbryter Alcopol O 60% (500 ppm og 2000 ppm relativt til oljevolumet) ved 13 C. Vann i emulsjon (vol.%) Dehydrering Residue Emulsjonsbryter Referanse 10 min. 24 timer D 10 minutter D 24 timer 150ºC+ ingen ,00 0,05 200ºC+ ingen ,00 0,05 250ºC+ ingen ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,93 0,97 200ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,90 0,92 250ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,19 0,22 150ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,00 1,00 200ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,96 0,98 250ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,96 0,96 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\61\

62 62 Dehydrering uten emulsjonsbryter (D24t) 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Fram Varg 150 C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Figur C. 13 Dehydrering av v/o emulsjon (uten emulsjonsbryter) i løpet av 24 timer ved 5 C. Dehydrering uten emulsjonsbryter (D24t) 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Figur C C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Dehydrering av v/o emulsjon (uten emulsjonsbryter) i løpet av 24 timer ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\62\

63 63 1,00 Dehydr. 500 ppm em.bryter (D 24t ) 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Fram Varg 150 C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Figur C. 15 Effektivitet av 24 timer påvirkning av emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % ved 5 C (500 ppm relativt til oljevolumet). Dehydr. 500 ppm em.bryter (D 24t ) 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg Figur C.16 Effektivitet av 24 timer påvirkning av emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % ved 13 C (500 ppm relativt til oljevolumet). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\63\

64 64 Dehydr ppm em.bryter (D 24t ) 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Fram Varg 150 C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Figur C.17 Effektivitet av 24 timer påvirkning av emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % ved 5 C (2000 ppm relativt til oljevolumet). 1,00 Dehydr ppm em.bryter (D 24t ) 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Oseberg Sør Oseberg Sør 99 Oseberg Øst Brage Fram Varg 150 C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Figur C.18 Effektivitet av 24 timer påvirkning av emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % ved 13 C (2000 ppm relativt til oljevolumet). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\64\

65 65 C1.3 Kjemisk o/v dispergerbarhet Hensikten med å teste kjemisk dispergerbarhet på Oseberg Sør oljen er å evaluere tidsvinduet for bruk av dispergeringsmiddel. Det er utført et meget begrenset dispergerbarhetsstudium på Oseberg Sør. Resultatene fra effektivitetstestingen er vist i Figur C19 og listet i Tabell C12 og C13. Effektiviteten er plottet som funksjon av viskositeten (målt ved skjærhastighet 10 s -1 ). Det er skilt mellom resultatene for IFP og MNS-testen, samt mellom vannfritt residue og emulsjoner for MNS. Dette er gjort fordi vannfrie avdampede oljer ved temperaturer under stivnepunktet får dårlig inntrengning av dispergeringsmidler. Effektivitetsresultatene for de vannfrie residuene vil derfor vise en annen trend enn sine respektive emulsjoner. For å lette lesbarheten i figurene, er det trukket en best fit linje gjennom punktene. Som forventet, resulterte den lavenergetiske IFP-testen i lavere effektivitet enn den høyenergetiske MNS-testen. Effektiviteten av dispergeringsmidlet avtok ved økende viskositet. Dette er i tråd med tidligere observasjoner ved SINTEF. Den lavenergetiske IFP-testen ga svært lave dispergeringseffektiviteter. Dette kan tyde på at dispergering av Oseberg Sør oljen vil fordre en viss energi på vannoverflaten (minimum brytende bølger). Ifølge testene vil Oseberg Sør oljen være dispergerbar med noe nedsatt effektivitet, noe som gjenspeiles i dispergerbarhetsgrensene satt i prediksjonene. Dispergerbarhetsgrensene, basert på disse resultatene, er listet i Tabell C11. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\65\

66 Effektivitet (vekt%) vannfri MNS emulsjon MNS IFP Viskositet (cp) Figur C.19 Effektivitet av dispergeringsmidlet Dasic NS som funksjon av viskositet (skjærhastighet 10 s -1 ) av Oseberg Sør oljen. DER 1:25. Trendene fra 5 og 13 C er sammenfallende og er derfor framstilt i samme diagram. Tabell C.11 Viskositetsgrenser for prediksjonene. Viskositet (cp) Viskositet (cp) Dispergerbarhet 5 C 13 C Redusert dispergerbarhet >10000 >10000 Oljen er sakte / dårlig dispergerbar I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\66\

67 67 Tabell C12 Kjemisk dispergerbarhet for Oseberg Sør oljen, dens forskjellige vannfri residue og emulsjoner ved 5 C. Viskositeten er målt ved skjærhastighet 10 s -1 og skjærhastighet 100 s -1. Effektivitet (vekt %) Residue Vanninnhold Viskositet Viskositet IFP MNS (vol. %) (cp, 10 s -1 ) (cp, 100 s -1 ) Fresk C C C C ,2 200 C ,8 250 C ,6 150 C ,7 200 C ,4 250 C ,3 150 C+ 91* C C : Data mangler *: Alt tilgjengelig vann er tatt opp Tabell C13 Kjemisk dispergerbarhet for Oseberg Sør oljen, dens forskjellige vannfri residue og emulsjoner ved 13 C. Viskositeten er målt ved skjærhastighet 10 s -1 og skjærhastighet 100 s -1. Effektivitet (vekt %) Residue Vanninnhold Viskositet Viskositet IFP MNS (vol. %) (cp, 10 s -1 ) (cp, 100 s -1 ) Fresh ,4 85,6 150 C ,8 55,1 200 C ,8 250 C C ,3 200 C ,6 250 C C C ,6 250 C ,3 150 C+ 91* C+ 91* C *: Alt tilgjengelig vann er tatt opp I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\67\

68 68 C.2 Resultater fra meso-skala forsøk Det ble gjennomført renneforsøk med Oseberg Sør råolje ved 5 C og 13 C. Nedenfor presenteres resultatene oppnådd i meso-skala renneforsøket. Eksperimentene ble avsluttet med in-situ påføring av dispergeringsmidlet Dasic NS på oljen. Det eksperimentelle oppsettet er beskrevet i Vedlegg B2. Resultatene er oppsummert i tabell C17 og C18. C.2.1 Fordampning Fordampningsresultatene oppnådd under renneforsøkene, sammenliknet med verdier predikert med SINTEF s Olje Forvitrings Modell, er vist i Figur C20 og C21. Det ble oppnådd en noe høyere fordampning enn de predikerte verdier for den første timen. Fordampningen avtok mot slutten av forsøket og tilsvarte predikert verdi ved ca. 5 m/s vindstyrke etter 3 dager. C.2.2 Vann-i-olje emulgering Emulgeringsresultatene oppnådd under renneforsøkene, sammenliknet med verdier predikert med SINTEF s Olje Forvitrings Modell. tabell C.14 viser en sammenligning av relativ vannopptakshastighet oppnådd med roterende skilletrakter under laboratorietestingen og i renneforsøket. Vannopptaket sammenliknet med de predikerte verdiene fra forvitringsmodellen finnes i figur C22 og C23. Tabell C. 14 Vannopptakshastighet (t 0.5 -verdier) oppnådd i laboratorietesting og meso-skala renneforsøk. Test Vintertemperatur (5 C) Sommertemperatur (13 C) Roterende skilletrakter* 0,32 0,16 Renneforsøk 0,27 0,32 *: Snittverdi for 150, 200 og 250 C+ residuene. Tidligere erfaring ved SINTEF har vist at voksrike oljer emulgerer vann raskere, evt. med tilnærmet lik hastighet, i meso-skala renna i forhold til i laboratoriet. Tabell C.14 viser at dette også var tilfelle for Oseberg Sør oljen ved 5 C. Etter 3 dagers forvitring i meso-skala renna ble det oppnådd maksimalt vanninnhold på ca. 62 vol. % ved 5 C og 65% for 13 C. Vannopptaket er noe raskere i meso-skala forsøket enn de predikerte verdier.det raske vannopptaket i meso-skala skyldes at Oseberg Sør oljen innkapsler relativt store dråper vann i emulsjonen. Dråpestørrelsen i emulsjonen vil males ned i størrelse med tiden, men aldri nok til å få virkelig viskøse emulsjoner. C.2.3 Viskositet Viskositetsresultatene oppnådd under renneforsøkene, sammenliknet med verdier predikert med SINTEF s Olje Forvitrings Modell, er vist i Figur C24 og C25. De oppnådde viskositetsverdiene ligger jevnt over litt lavere enn de predikerte verdiene. Prediksjonen er basert på viskositeter målt på emulsjoner preparert med roterende skilletrakter og disse emulsjonene hadde en litt annen karakter enn de emulsjonene som ble dannet i renneforsøket. Emulsjonene som ble dannet med roterende skilletrakter var mer finmalte og emulgerte små vanndråper, mens emulsjonen i renna emulgerte store vanndråper. Generelt vil store vanndråper i emulsjon bidra til en lavere viskositet enn små vanndråper. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\68\

69 69 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Copyright 2000 Pred. date: Jan. 31, Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Winter condition (5 C) 40 Evaporated (%) Hours Days Figur C. 20 Predikert fordampning av Oseberg Sør oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøket ved 5 C. Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Summer Condition 15 C 40 Evaporated (%) Hours Days Figur C. 21 Predikert fordampning av Oseberg Sør oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøket ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\69\

70 70 Property: WATER CONTENT Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Copyright 2000 Pred. date: Jan. 26, Winter condition (5 C) 60 Water content (%) Hours Days Figur C. 22 Predikert vannopptak for Oseberg Sør oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøk ved 5 C. Property: WATER CONTENT Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Copyright 2000 Pred. date: Jan. 23, Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Summer Condition 15 C 60 Water content (%) Hours Days Figur C. 23 Predikert vannopptak for Oseberg Sør oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøk ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\70\

71 71 Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: Oseberg Sør 5 C 2000 Description: TBP from SINTEF Copyright 2000 Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Pred. date: Jan. 31, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Viscosity (cp) Hours Days Figur C. 24 Predikert viskositet for Oseberg Sør oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøk ved 5 C. Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: Oseberg Sør 13 C 2000 Description: TBP from SINTEF Copyright 2000 Data Source: SINTEF Applied Chemistry (2000), Weathering data used Pred. date: Jan. 31, 2001 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Initial/Terminal Oil film thickness: 20 mm/1 mm Release rate: 1.33 metric tons/minute Summer Condition 15 C Viscosity (cp) Hours Days Figur C. 25 Predikert viskositet for Oseberg Sør oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøk ved 5 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\71\

72 72 C.2.4 In-situ kjemisk dispergering In-situ kjemisk dispergering av overflate emulsjonen ble utført etter henholdsvis 2 og 3 dagers forvitring for 5 og 13 C. Effektiviteten av in-situ kjemisk dispergering av Oseberg Sør oljen ble testet med å spraye dispergeringsmidlet Dasic NS direkte på overflate-emulsjonen i renna. Det ble utført to dispergeringer med to timers mellomrom. Resultatene fra forsøket er vist i Figur C26 og C27 som en del av den totale massebalansen. I tillegg er resultatene listet i tabell C15 og C16. Emulsjonen ble samlet til et flak på ca. 1,5 meters lengde før første påføring av dispergeringsmiddel. Påføring av dispergeringsmiddel ga emulsjonen en hvitaktig overflate, noen som skyldes skumdannelse på emulsjonsoverflata. Ved andre gangs påføring var det lite olje/emulsjon igjen på overflata. Renneforsøk ved 5 og 13 C Den mørkebrune Oseberg Sør emulsjonen fikk noen lysere partier og ble noe mindre viskøs etter først gangs påføring av dispergeringsmiddel. Ved andre gangs påføring av dispergeringsmiddel var det bare et par liter emulsjon igjen på overflata. Emulsjonseffektiviteten ble ikke nevneverdig forandret ved andre gangs dispergering. Emulsjonen ble raskt svært lys ved dispergering og gikk gradvis tilbake til opprinnelig farge etterhvert som den re-emulgerte vann. Det ble ikke observert økende dispergeringseffektivitet ved andre gangs påføring av dispergeringsmiddel. Dispergert olje i vannmassene i forhold til tilgjengelig olje på overflaten ligger på omtrent 20%. Dette gjelder for begge forsøk, og for begge påføringer av disperingsmiddel. Den oppnådde dispergeringseffektiviteten er moderat i sammenlikning med renneforsøk for andre råoljer. Det ble ikke observert store forskjeller mellom dispergeringsforløpet for de to renneforsøkene (5 og 13 C). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\72\

73 73 Tabell C. 15 Massebalanse før og etter påføring av dispergeringsmiddel i forsøk A ved 5 C. 72 timers forvitring, før påføring av dispergeringsmiddel (vekt %) Etter andre gangs påføring av dispergeringsmiddel (vekt %) Fordampet olje 30,0 30,1 Olje på overflata 61,6 48,8 Dispergert olje 1,0* 13,6* Prøveuttak 2,5 2,5 Adsorbert olje 5,0 5,0 *Disse verdiene er del av en massebalanse og må ikke oppfattes som et uttrykk for dispergeringseffektiviteten Tabell C. 16 Massebalanse før og etter påføring av dispergeringsmiddel i forsøk A ved 13 C. 72 timers forvitring, før påføring av dispergeringsmiddel (vekt %) Etter andre gangs påføring av dispergeringsmiddel (vekt %) Fordampet olje 34,0 34,2 Olje på overflata 58,5 44,6 Dispergert olje 1,6* 15,2* Prøveuttak 2,9 2,9 Adsorbert olje 3,0 3,0 *Disse verdiene er del av en massebalanse og må ikke oppfattes som et uttrykk for dispergeringseffektiviteten C.2.5 Massebalanse Figur C26 og C27 viser estimert massebalanse for Oseberg Sør oljen i meso-skala. Verdiene er listet i tabell C15 og C16 Hovedelementene i massebalansen er: Fordampningstap. Overflateolje. Olje dispergert ned i vannmassene. Siden det initielle oljevolumet i renneeksperimentet er relativt lite (9 L), må i tillegg følgende parametre taes i betraktning: Olje fjernet ved prøvetaking. Olje adsorbert til renneveggen. Mengde olje fordampet, dispergert og fjernet ved prøvetaking ble målt. Oljen adsorbert til renneveggen ble anslått visuelt. Mengde overflateolje ble ut fra dette beregnet. Mengde prøve ble notert etter hver prøvetaking og brukt i beregningen av massebalansen. Oljemengden ved hver prøvetaking ble beregnet på grunnlag av vanninnholdet i emulsjonen. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\73\

74 74 Oseberg Sør 5 C Massebalanse (vekt %) Fordampet Overflateolje Dispergert Prøvetaking Adsorbert På føring a v 58 og 59 ml Da sic NS Tid (timer) Figur C. 26 Massebalanse fra testingen av Oseberg Sør oljen i meso-skala renna ved 5 C. Oseberg Sør 13 C Massebalanse (vekt %) Fordampning Overflateolje Dispergert Prøvetaking Adsorbert Påføring a v 62 og 58 ml Da sic NS Tid (timer) Figur C. 27 Massebalanse fra testingen av Oseberg Sør oljen i meso-skala renna ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\74\

75 75 C.2.6 Tilflytsegenskaper Sammenlignende testverdier for tilflytstesten finnes i figur C.28. Data i figuren er tatt fra renneforsøk av Norne og Oseberg Sør ved forskjellige temperaturer. Sammenlignende tilflytsdata fra renneforsøk 14 God tilflyt Flytlengde i tilflytstesten etter 30 sek. (cm) Norne 3 C Norne 13 C Norne 6 C Oseberg Sør 5 C Oseberg Sør 13 C Dårlig tilflyt Tid på vannet (timer) Figur C.28 Sammenlignende tilflytsdata fra renneforsøk. Y-aksen viser flytlengde i tilflytstesten etter 30 sekunder. X-aksen viser forløpt tid i renneforsøket. Oseberg Sør har betydelig bedre tilflytsverdier enn Norne de første timene. Etterhvert som oljene emulgerer vil alle de sammenlignede forsøkene med unntak av Norne 3 C få høyere flytlengder og ende opp i relativt god tilflyt. Både Norne og Oseberg danner emulsjoner som er spesielle for enkelte voksrike oljer i og med at emulsjonenen har lavere viskositet enn de vannfrie residuene. For en mindre voksrik olje (eks Balder) vil en kunne forvente en økning i tilflytsproblemer med tiden på sjøen. Tilflytstesten er utført som del av et NOFO prosjekt for utredning av voksrike oljers flytegenskaper i en oppsamlingssituasjon. Resultatene vil bli knyttet opp mot rheologiske måleparametere og oppsamlingseffektivitet fra bassengtesting av skimmere. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\75\

76 76 C.2.7 Visuelle observasjoner Renneforsøk A ved 5 C Oljen var temperert til 30 C før forsøksstart. Ved påføring fløt den jevnt utover og tok opp vann svært hurtig. Den ferske oljen fikk ikke den stive hinnen som ofte er observert ved renneforsøk for voksrike oljer Etter 1 times forvitring begynte emulsjonen og få noen lysere striper, denne trenden utviklet seg og etter 24 timer var emulsjonen overveiende lys med mørkere marmoreringer. Derfra gikk utviklingen mot en stadig mørkere emulsjon.tykkere flak av emulsjonen inneholder mye vann innbakt i lommer i emulsjonen. Under hele forsøket hadde emulsjonen relativt store vanndråper, noe som fører til en løs emulsjon med langsom viskositetsøkning. Figur C. 29 Påføring av Oseberg Sør oljen (ca. 30 C ved påføring) ved 5 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\76\

77 77 Figur C. 30 Oseberg Sør oljen forvitret 1time i renna ved 5 C. Oljen er nesten emulgert til maksvann med store vanndråper og mye fritt vann. Figur C. 31 Oseberg Sør oljen forvitret 2 timer i renna ved 5 C. Store dråper i emulsjonen og begynnende marmoreringer(lyse emulsjonsstriper). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\77\

78 78 Figur C. 32 Oseberg Sør oljen forvitret 10 timer i renna ved 5 C. Emulsjonen er blitt overveiende lys. Figur C. 33 Oseberg Sør oljen forvitret 48 timer i renna ved 5 C. Mindre dråper i emulsjonen, men framdelses mye fritt vann. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\78\

79 79 Figur C. 34 Etter 1. gangs dispergering av Oseberg Sør oljen ved 5 C. Dannelse av lys skumemulsjon. Figur C. 35 Etter 2. gangs dispergering av Oseberg Sør oljen ved 5 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\79\

80 80 Renneforsøk B ved 13 C Oljen var temperert til 30 C før forsøksstart. Ved påføring fløt den jevnt utover og tok opp vann svært hurtig. Etter 1 times forvitring begynte emulsjonen og få noen lysere striper, denne trenden utviklet seg og etter 12 timer var emulsjonen overveiende lys med mørkere marmoreringer. Derfra gikk utviklingen mot en stadig mørkere emulsjon. Under hele forsøket hadde emulsjonen relativt store vanndråper, noe som fører til en ustabil emulsjon med langsom viskositetsøkning. Figur C. 36 Like etter påføring av Oseberg Sør oljen (ca. 30 C ved påføring) ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\80\

81 81 Figur C. 37 Oseberg Sør oljen forvitret 3timer i renna ved 13 C. Figur C. 38 Oseberg Sør oljen forvitret 10 timer i renna ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\81\

82 82 Figur C. 39 Oseberg Sør oljen forvitret 24 timer i renna ved 13 C. Figur C. 40 Oseberg Sør oljen etter 1. dispergering ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\82\

83 83 Figur C. 41 Oseberg Sør oljen etter 2.gangs dispergering ved 13 C. Tilflytsegenskaper i renneforsøkene Begge renneforsøkene ble fulgt opp med reologiske målinger og tilflytstest (omtalt i Vedlegg B.2). Som vist i figur C.28 indikerer tilflytstesten bedre tilflyt for Oseberg Sør enn for Norne de første timene. Etterhvert som oljene emulgerte stabiliserte resultatene for tilflytstesten seg på et relativt høyt nivå (god tilflyt). Resultatene fra tilflytstesten bekreftes av visuelle observasjoner og reologiske målinger. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Sør.doc\ALA\83\