FORFATTER(E) OPPDRAGSGIVER(E) Norsk Hydro ASA ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.)

Transkript

1 TITTEL SINTEF RAPPORT SINTEF Kjemi Postadresse: 7034 Trondheim Besøksadresse: S.P. Andersens vei 15A Telefon: Telefaks: Foretaksnr.: NO MVA OSEBERG ØST RÅOLJE: Egenskaper og forvitring på sjøen relatert til beredskapstiltak FORFATTER(E) Tove Strøm, Ivar Singsaas, Per S. Daling og Janne Lise M. Resby OPPDRAGSGIVER(E) Norsk Hydro ASA RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. STF66 A98152 Åpen Magne Thomassen GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG Åpen ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) Oseberg Øst.doc Ivar Singsaas Per S. Daling ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) Tore Aunaas, Forskningssjef SAMMENDRAG Det er foretatt en omfattende laboratoriestudie av Oseberg Øst oljen s forvitringsegenskaper, samt en evaluering av dens kjemiske dispergerbarhet, både ved 5 og 13 C, i små-skala laboratoriestudier og i testbasseng. Oppnådde resultater ble benyttet som input i prediksjon av Oseberg Øst oljen s egenskaper på sjøen vha. SINTEF s Olje Forvitrings Modell. Prediksjonene vil danne basis for bl.a. spredningsberegninger for Oseberg Øst oljen, beredskapsevaluering / beredskapsplanlegging for Oseberg Øst feltet, opplæring av beredskapspersonell; table top øvelser samt raske og effektive beslutningsprosesser i en sølsituasjon med Oseberg Øst oljen. Oseberg Øst er en relativt lett, men samtidig en meget asfaltenrik og voksrik olje med et høyt stivnepunkt, dermed noe spesiell i norsk sammenheng. Den dannet stabile og klebrige, viskøse emulsjoner både ved vinter (5 C) og sommertemperatur (13 C), og emulgerte vann sakte med et oppnådd maksimalt vanninnhold på ca. 75 vol.%. Oseberg Øst oljen vil ha et relativt godt potensiale for kjemisk dispergering: Inntil ca timer etter et søl på sjøen ved ca. 10 m/s vindstyrke ved vintertemperatur. Inntil ca. 1 til 2 døgn etter et søl på sjøen ved ca. 10 m/s vindstyrke ved sommertemperatur. Det er ingen grunn til å anta spesielle problemer med tilrenning til en tradisjonell overløpsskimmer for Oseberg Øst oljen etter at den har emulgert vann. Som vannfri olje, spesielt under vinterforhold, vil det derimot kunne oppstå tilflytsproblemer. På grunn av den klebrige konsistensen på Oseberg Øst emulsjon kan det være et potensiale for bruk av adhesjonsskimmer. Oseberg Øst vil danne emulsjon med så høy viskositet at det kan oppstå problem i pumpeprosesser, som i skimmer og fra beredskapsfartøy til shuttletanker. SINTEF anbefaler at tilflytsegenskaper, optimal skimmertype og potensiale for pumping utredes nærmere eksperimentelt. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Kjemi Chemistry GRUPPE 2 Miljø Environmental EGENVALGTE Forvitring Weathering Voksrik råolje Waxy crude oil Oseberg Øst råolje Oseberg Øst crude oil

2 2 Forord Stadig nye oljetyper kommer i produksjon på norsk sokkel. Store variasjoner i råoljenes fysikalskkjemiske egenskaper gjør at deres oppførsel ved et eventuelt søl på sjøen, kan være svært forskjellig. Forliset av Braer på Shetland samt Sea Empress i Wales har vist hvor viktig det er å kunne forutsi effektiviteten til forskjellige opprenskningsmetoder (mekanisk, brenning, dispergeringsmiddel etc.). Det er derfor viktig å ha gode kunnskaper om hver enkelt olje s forventede oppførsel på sjøen ved en eventuell sølsituasjon. Hensikten med denne rapporten er å gjøre det lettere for Norsk Hydro ASA å ta et raskt standpunkt til hvilke bekjempelsesmetoder som bør benyttes ved et eventuelt oljesøl med Oseberg Øst oljen. En takk for fin innsats og godt samarbeid i gjennomføringen av dette prosjektet går til Janne Lise Myrhaug (cand.scient), Kjersti Almås, Bror Johansen (forskningsteknikere), Oddveig M. Bakken, Unni Merete Wang (teknikere), Tone Aas Heggenhougen (grafisk konsulent), May Kristin Ditlevsen og Anne Larsen (seniorsekretærer). Trondheim, August 1998 Ivar Singsaas Prosjektleder I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\2\

3 3 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. Kort om råoljers sammensetning, egenskaper og oppførsel på sjøen Kjemisk sammensetning av råoljer Råoljers fysikalske egenskaper Råoljers oppførsel på sjøen Prediksjoner av Oseberg Øst oljen s egenskaper på sjøen...8 Eksempel på bruk av prediksjonsarkene Oseberg Øst oljen s forvitringsegenskaper relatert til beredskapen...14 Vedlegg A Råoljers sammensetning, egenskaper og oppførsel på vann...19 A1 Kjemisk sammensetning av råoljer...19 A1.1 Hydrokarboner...19 A1.2 Organiske ikke-hydrokarboner...20 A2 Råoljers fysikalske egenskaper...21 A3 Råoljers oppførsel på sjøen...24 A3.1 Fordampning...24 A3.2 Vannløselighet av oljekomponenter...26 A3.3 Foto-oksidering...26 A3.4 Biodegradering...26 A3.5 Sedimentering...27 A3.6 Nedsenking ("overvasking")...27 A3.7 Vann-i-olje (v/o) emulgering...27 A3.9 Olje-i-vann (o/v) dispergering...30 A3.10 Spredning...31 A3.11 Drift av et oljesøl...32 Vedlegg B Eksperimentelt oppsett og modellering...35 B1 Små-skala testing basert på trinnvis forvitring av oljen...35 B1.1 Trinnvis forvitring av oljen...35 B1.2 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper...36 B1.3 V/o emulgerende tester...37 B1.4 Kjemiske v/o dispergerbarhetstester...38 B2 Meso-skala renneforsøk...39 B3 Prediksjoner med SINTEF s Olje Forvitrings Modell...42 B3.1 SINTEF s Olje Forvitrings Modell...42 B3.2 Kriterier for prediksjonene...43 B3.3 Optimalisert mekanisk oppsamling...45 Vedlegg C Resultater og input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell...49 C1 Resultater fra små-skala testing basert på trinnvis forvitring...49 C1.1 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper...49 C1.2 V/o emulgerende egenskaper...58 C1.2.1Definisjon av symboler...58 C1.2.2Vannopptak...58 C1.2.3Viskositet av v/o emulsjon...60 C1.2.4Stabilitet av v/o emulsjon og effektivitet av emulsjonsbryter...60 C1.3 Kjemisk o/v dispergerbarhet...64 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\3\

4 4 C2 Resultater fra meso-skala renne forsøk...67 C2.1 Fordampning...67 C2.2 Vann-i-olje emulgering...67 C2.3 Viskositet...71 C2.4 Stabilitet og effekt av emulsjonsbryter...71 C2.5 In-situ kjemisk dispergering...72 C2.6 Massebalanse...73 C2.7 Visuelle observasjoner...74 C3 Inputdata til SINTEF s Olje Forvitrings Modell...86 Vedlegg D Referanser...91 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\4\

5 5 1. Kort om råoljers sammensetning, egenskaper og oppførsel på sjøen Dette kapitlet gir en meget kort beskrivelse av råoljers kjemiske sammensetning, egenskaper og oppførsel på sjøen. For mer utfyllende omtale, se Vedlegg A. 1.1 Kjemisk sammensetning av råoljer Oljer 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 1.1 viser skjematisk oppdelingen av oljen i kjemiske grupper. Hovedgruppene er hydrokarboner og organiske ikke-hydrokarboner. Hydrokarboner n-alkaner iso-alkaner Parafiner Naftener Organiske Ikke hydrokarboner Aromater Resiner Asfaltener Figur 1.1 Oljen s sammensetning. Inndeling i kjemiske grupper. Hydrokarboner Størsteparten av komponentene i en råolje er hydrokarboner, som består av hydrogen og karbon. Hydrokarbonene inndeles ofte i alifater (parafiner og naftener) og aromater. Voks er en viktig undergruppe av parafiner, og består av mer enn 20 karbonatomer. Parafiner og naftener refereres ofte til som mettede hydrokarboner. Organisk ikke-hydrokarboner Disse kan inneholde, i tillegg til hydrogen og karbon, små mengder nitrogen, svovel eller oksygen samt spormetaller som vanadium og nikkel. De to viktigste gruppene er resiner og asfaltener. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\5\

6 6 1.2 Råoljers fysikalske egenskaper En olje s kjemiske og fysikalske egenskaper er et resultat av egenskapene til oljen s kjemiske komponenter. De viktigste fysikalske egenskapene til en olje i oljevernsammenheng er omtalt nedenfor. Kokepunktsområde Kokepunktsområde (destillasjonskurve) indikerer den relative fordelingen av lette og tyngre komponenter i oljen. Etter at en olje er sølt på sjøen, vil de letteste komponentene i oljen fordampe. Dette fører til at oljen blir mer tyktflytende og får endrede egenskaper. Tetthet Tettheten for råoljer varierer stort sett i området 0.8 til 0.95 g/ml ved 15 C. Oljer med lav tetthet inneholder ofte mye parafinske komponenter med relativt lav molekylvekt, mens oljer med høyt innhold av høymolekylære aromater, naftener og asfaltener har høyere tetthet. Viskositet / reologisk oppførsel Viskositeten til en olje uttrykker dens motstand mot flyt og varierer i området 3 til 2000 cp ved 13 C. Til sammenligning har vann viskositet 1 cp ved 20 C. Viskositeten avtar generelt med økende temperatur. Dersom viskositeten er uavhengig av skjærhastigheten den måles ved, har fluiden en Newtonsk oppførsel. Dersom viskositeten blir lavere ved økende skjærhastighet, har fluiden en skjærtynnende oppførsel. V/o emulsjoner og voksrike oljer er typiske eksempler på fluider som har skjærtynnende oppførsel. Stivnepunkt Stivnepunktet er temperaturen hvor en olje slutter å flyte når den avkjøles. Oljer med høyt stivnepunkt har ofte høyt voksinnhold. 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 et lavt flammepunkt, i området -40 til 30 C og defineres / klassifiseres som A-væske. Flammepunktet øker raskt når de lette komponentene damper av. Enkelte beredskapsfartøy har oppsamlingstanker som bare kan inneholde væske (olje) med flammepunkt over 60 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\6\

7 7 1.3 Råoljers oppførsel på sjøen Når en olje søles på sjøen, skjer en rekke forvitringsprosesser som medfører forandringer i den kjemiske sammensetningen og de fysikalske egenskapene. De viktigste faktorene som influerer oljen s oppførsel på sjøen er: Kjemiske og fysikalske egenskaper til den utgangsoljen Miljømessige forhold, som vind, strøm, bølger, sollys og temperatur Fordampning Emulgering Dispergering Spredning av oljen på havoverflata Fordampning Fordampning bidrar til at volumet av den gjenværende oljen på havoverflaten minker. I løpet av de første dagene etter er søl på sjøen kan så mye som opptil % av de letteste komponentene fordampe for enkelte råoljer. For andre råoljer kan dette være vesentlig mindre. Fordampning vil endre den kjemiske sammensetningen ved at tyngre komponenter konsentreres opp, noe som medfører at fysikalske egenskaper som tetthet, viskositet og stivnepunkt til den gjenværende oljen (residuet) øker i forhold til i den ferske oljen. Vann-i-olje (v/o) emulgering V/o emulgering er den forvitringsprosessen som bidrar mest til at oljen blir vanskelig nedbrytbar og dermed resistent på havoverflaten. Vannopptaksevne og hastighet varierer sterkt fra oljetype til oljetype. Enkelte oljetyper kan ta opp så mye som 80 til 90 vol.% vann. Om en olje er relativt tyntflytende når den søles på sjøen, kan den etter noe tid (timer til dager) ha endret seg til en seig og svært tyktflytende masse (v/o emulsjon) og dermed ha økt 3-4 ganger i volum. Dette innebærer at v/o emulgering ofte har svært stor innvirkning på en oljevernaksjon, f.eks. ved tilflyt til skimmer, pumpekapasitet og tankkapasitet ved mekanisk oppsamling. Emulsjonens vanninnhold / viskositet vil også ha stor innvirkning på effektiviteten ved kjemisk dispergering og in-situ brenning. Olje-i-vann (o/v) dispergering Hvis det er nok energi på havoverflata - hovedsakelig når brytende bølger er tilstede (typisk ved vindstyrke over 5 m/s) vil bølgene bryte opp oljeflaket i dråper i størrelsesorden 1 til 1000 µm i diameter. Disse vil bli blandet ned i vannmassene og danne o/v dispersjon. De største oljedråpene vil stige opp til overflata ( re-surfacing ) og danne et "sheen" bak oljeflaket. For tyngre råoljer og bunkersoljer kan det forekomme at oljeklumper på opptil 1 til 5 cm i diameter sjås ned i vannmassene. Kjemiske dispergeringsmidler øker hastigheten og nivået av den naturlige o/v dispergeringen, hovedsakelig på grunn av at dispergeringsmidlene reduserer grenseflatespenningen mellom olje og vann. Ved effektiv kjemisk dispergering dannes det svært små oljedråper (typisk 5 til 50 µm i diameter). Spredning av oljen på havoverflata Olje som er sølt på sjøen, vil spres utover havoverflata. Spredningen kan skje svært raskt og er ofte den dominerende prosessen i startfasen av et søl. Dens betydning avtar med tiden. Faktorer som høy tetthet, høy viskositet og stivnepunktet 10 til 15 C høyere enn sjøtemperaturen, vil medføre redusert spredning av oljen. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\7\

8 8 2. Prediksjoner av Oseberg Øst oljen s egenskaper på sjøen Effektiviteten til en oljevernaksjon (mekanisk, bruk av dispereringsmidler, brenning) vil avhenge av de fysikalske og kjemiske egenskapene til oljen ved aksjonstidspunktet. Det er derfor viktig med gode prediksjoner for forandring i oljen s egenskaper over tid på sjøen. Forskjellige tilnærmelser for å forutsi oljen s forvitringsegenskaper på sjøen, er omtalt i litteraturen. I mange tilfelle er disse basert på "mikseregler", hvor forskjellige fysikalske egenskaper er utledet med basis i komposisjonelle forandringer forårsaket av fordampning av de letteste komponentene i oljen. Enkle "mikseregler" vil være relevante for egenskaper som tetthet, men mindre relevant for egenskaper som viskositet og stivnepunkt. I tillegg til rene råoljedata (Crude Oil Assay), benytter SINTEF s Olje Forvitrings Modell (SINTEF s OFM) også forvitringsdata for den aktuelle oljetypen. Flere feltforsøk har verifisert at dette øker robustheten av modellprediksjonene vesentlig (Daling et al. 1997). SINTEF s OFM er benyttet til å predikere Oseberg Øst oljen s egenskaper på sjøen basert på en omfattende forvitringsstudie 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: 2 mm Halveringstid i filmtykkelse: 1 time Prediksjonene kan brukes som et hjelpemiddel i opplærings- og øvelsessammenheng, samt i en reell sølsituasjon. Eksempel på bruk av prediksjonsarkene Dersom Oseberg Øst oljen har drevet en viss tid på sjøen kan oljen s 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 Osebertg Øst oljen avlest i prediksjonsark. Egenskap Vintertemperatur 5 C Sommertemperatur 15 C Fordampning ca. 35 % ca. 37 % Stivnepunkt ca. 22 C ca. 23 C Viskositet vannfri olje ca cp ca cp Vanninnhold ca. 75 % ca. 75 % Viskositet emulsjon ca cp ca cp I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\8\

9 9 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: OSEBERG ØST 5 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, 1998 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): Winter Conditions (5 C) 40 Evaporated (%) Hours Days Figur 2.1-a Fordampning av Oseberg Øst oljen ved sjøtemperatur på 5 C. Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: OSEBERG ØST 13 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, Summer Conditions (15 C) 40 Evaporated (%) Hours Days Figur 2.1-b Fordampning av Oseberg Øst oljen ved sjøtemperatur på 15 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\9\

10 10 Property: POUR POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: OSEBERG ØST 5 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) 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 Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, Winter Conditions (5 C) Pour Point ( C) Hours Days Figur 2.2-a Stivnepunkt for Oseberg Øst oljen ved sjøtemperatur 5 C. Property: POUR POINT FOR WATER-FREE OIL Oil Type: OSEBERG ØST 13 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) 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 Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, Summer Conditions (15 C) Pour Point ( C) Hours Days Figur 2.2-b Stivnepunkt for Oseberg Øst oljen ved sjøtemperatur 15 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\10\

11 11 Property: VISCOSITY FOR WATER-FREE OIL Oil Type: OSEBERG ØST 5 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<3000 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>20000 cp) Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Sep. 16, Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 100 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur 2.3-a Viskositet for vannfri Oseberg Øst oljen 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 ØST 13 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<3000 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>20000 cp) Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Sep. 16, Summer Conditions (15 C) Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 100 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur 2.3-b Viskositet for vannfri Oseberg Øst oljen 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 Øst.doc\ALA\11\

12 12 Property: WATER CONTENT Oil Type: OSEBERG ØST 5 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, 1998 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): Winter Conditions (5 C) 80 Water content (%) Hours Days Figur 2.4-a Vanninnhold i Oseberg Øst olje ved sjøtemperatur 5 C (basert på laboratoriedata ved 5 C). Property: WATER CONTENT Oil Type: OSEBERG ØST 13 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, Summer Conditions (15 C) 80 Water content (%) Hours Days Figur 2.4-b Vanninnhold i Oseberg Øst olje ved sjøtemperatur 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\12\

13 13 Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: OSEBERG ØST 5 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<3000 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>20000 cp) Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Sep. 16, Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur 2.5-a Viskositet av Oseberg Øst v/o emulsjon ved sjøtemperatur 5 C (basert på laboratoriedata ved 5 C). Viskositet vannfri målt ved skjærhastighet 10s -1. Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: OSEBERG ØST 13 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Sep. 16, 1998 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<3000 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>20000 cp) Oil film thickness: Initial (mm): 20 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): Summer Conditions (15 C) Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur 2.5-b Viskositet av Oseberg Øst v/o emulsjon ved sjøtemperatur 15 C (basert på laboratoriedata ved 13 C). Viskositet vannfri målt ved skjærhastighet 10s -1. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\13\

14 14 3. Oseberg Øst oljen s forvitringsegenskaper relatert til beredskapen Det er gjennomført et omfattende forvitrings- og dispergerbarhets-studie av Oseberg Øst oljen i laboratorieskala og i meso-skala testbasseng, både ved vinter (5 ) og sommertemperatur (15 C). Det eksperimentelle oppsettet benyttet for å fremskaffe data på Oseberg Øst oljen, er beskrevet i Vedlegg B, mens detaljerte resultater finnes i Vedlegg C. Nedenfor oppsummeres forvitringsegenskapene til Oseberg Øst oljen relatert til beredskap. I tillegg vises prediksjoner sammenlignet med egenskaper for andre norske råoljer (ved sommertemperatur). Oseberg Øst er en relativt lett olje (tetthet g/ ml) og vil f.eks miste 30 til 40 % av de letteste komponentene i løpet av det første døgnet på sjøen; sammenlignbar med Veslefrikk og langt høyere enn for Grane. Oseberg Øst er en meget asfaltenrik (1.1 vekt % harde, sammenlignbar med Grane) og samtidig en voksrik (7.2 vekt % voks, høyere enn Veslefrikk) olje, dermed noe spesiell i norsk sammenheng. Den har et høyt stivnepunkt (ca. 15 C allerede etter en time på sjøen), på linje med Veslefrikk. Oseberg Øst danner stabile, klebrige og viskøse emulsjoner som beholder alt vannet i løpet av 24 timers henstand, både ved vinter (5 C) og sommertemperatur (13 C). Oseberg Øst emulgerte vann sakte, om enn raskere enn Grane, og oppnådde et maksimalt vanninnhold på ca. 75 vol.% (både sommer og vintertemperatur). Både ved vinter og sommertemperatur trengs høy konsentrasjon emulsjonsbryter (2000 ppm Alcopol O 60 %) for å drenere vannet ut av Oseberg Øst emulsjonen. Emulsjonsbryteren vil være virksom etter kort tid; allerede etter 10 til 15 minutter vil 80 til 90 % av vannet settles ut. Oseberg Øst oljen vil ha et godt potensiale for kjemisk dispergering: Inntil ca timer etter et søl på sjøen ved ca. 10 m/s vindstyrke ved vintertemperatur. Inntil ca. 1 til 2 døgn etter et søl på sjøen ved ca. 10 m/s vindstyrke ved sommertemperatur. Nedre grense for optimal mekanisk oppsamling ( tommelfingerregel på ca 1000 cp) oppnås etter ca. 2 til 3 timer etter et søl på sjøen ved ca. 10 m/s vindstyrke ved sommertemperatur og 0.5 til 1 time ved vintertemperatur. Det er ingen grunn til å anta spesielle problemer med tilrenning til en tradisjonell overløpsskimmer for Oseberg Øst etter at den har emulgert vann. Som vannfri olje, spesielt under vinterforhold, vil det derimot kunne oppstå tilflytsproblemer. På grunn av den klebrige konsistensen på Oseberg Øst emulsjon (til motsetning fra den margarinaktige Norneemulsjonen) kan det være et potensiale for bruk av adhesjonsskimmer. Oseberg Øst vil danne emulsjon med så høy viskositet at det kan oppstå problem i pumpeprosesser, som i skimmer og fra beredskapsfartøy til shuttletanker. SINTEF anbefaler at tilflytsegenskaper, optimal skimmertype og potensiale for pumping utredes nærmere eksperimentelt. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\14\

15 15 Fordampning (vekt%) Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk Tid på sjøen (timer) Figur 3.1 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. Stivnepunkt ( C) Sjøtemperatur Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk Tid på sjøen (timer) Figur 3.2 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 Øst.doc\ALA\15\

16 Vanninnhold (vol%) Tid på sjøen (timer) Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk Figur 3.3 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 Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk Tid på sjøen (timer) Figur 3.4 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 Øst.doc\ALA\16\

17 17 Vedlegg A Råoljers sammensetning, egenskaper og oppførsel på sjøen I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\17\

18 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\18\

19 19 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 ikkehydrokarboner Aromater Resiner Asfaltener Figur A1 Råoljen s 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 tilfelle. 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 Øst.doc\ALA\19\

20 20 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 omfatter 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 1000 til Asfaltenene kan klassifiseres som "harde" eller "myke" avhengig av analysemetode. Råoljer kan inneholde opp til 6 vekt % "harde" og 10 vekt % "myke" asfaltener. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\20\

21 21 A2 Råoljers fysikalske egenskaper En råolje s fysikalsk egenskaper er et resultat av egenskapene til oljen s kjemiske sammensetning. Kokepunktsområde (destillasjonsegenskaper) Destillasjonskurven indikerer den relative fordelingen av lette og tyngre komponenter i oljen. Den framkommer ved å måle damptemperatur som funksjon av mengde olje destillert. Destillasjonskurven er en indikator på relativ mengde av forskjellige kjemiske komponenter, prinsipielt som en funksjon av molekylvekt. Figur A2 viser destillasjonskurven for forskjellige norske råoljer. Destillat (vol.%) Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk 20 0 Figur A Kokepunkt ( C) Destillasjonskurve (kokepunkts-område) for norske råoljer. Tetthet 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 = Re lativ tetthet Tettheten for råoljer varierer stort sett i området 0,780 til 1,000 g/ml (49,9 til 10,0 API) ved 15 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. Viskositet Viskositeten til råoljer, som avhenger av viskositeten til oljen s komponenter, varierer i området 3 til 2000 cp ved 13 C og uttrykker dens motstand mot flyt. Komponentenes viskositet øker generelt med økende molekylvekt.. Til sammenligning har vann en viskositet på 1 cp ved 20 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\21\

22 22 Det er mest vanlig å angi oljen s viskositet ved 60 F (15,5 C), 100 F (37,8 C) eller ved 50 C. For å kunne relatere oljen s 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 A3 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 Kinematisk = viskositet (cst) Dynamisk viskositet (cp) Tetthet (g/ml) IF-240 Grane Viskositet (cst) IF-30 Njord Troll Oseberg Øst Oseberg feltsenter Statfjord 2 Marine Diesel Temperatur ( C) 6621/ \OsebergØst\grafisk\viskon.eps Figur A3 Variasjon i viskositet som funksjon av temperatur for typiske norske råoljer og oljeprodukt. Figuren er ikke gyldig under stivnepunktet for oljene. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\22\

23 23 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 oljen s stivnepunkt bestemt i laboratoriet. Stivnepunktet er relatert til oljen s kjemiske sammensetning, spesielt voksinnholdet. Svært voksrike oljer kan ha 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. 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 stabilisert råolje. Det er viktig å presisere at oljen s 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 Øst.doc\ALA\23\

24 24 A3 Råoljers oppførsel på sjøen Når en råolje søles på sjøen, skjer en rekke forvitringsprosesser som medfører forandringer i de fysikalsk egenskapene og dens oppførsel på sjøen, hvorav de viktigste er: Fordampning. Emulgering. Dispergering. Spredning av oljen på havoverflaten. De viktigste faktorene som influerer oljen s 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. Figur A4 og viser skjematisk de forskjellige prosessene. Figur A5 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. 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 A4 Forvitringsprosesser for olje på vann. A3.1 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 oljesøl til oljesøl. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\24\

25 25 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, mens komponenter med kokepunkt lavere enn 270 C (mindre enn n-c 15 ) vil forsvinne fra havoverflata innen noen dager. 0 1 Timer Dag Uke Måned År Fordampning Utvasking Foto-oksidasjon Biodegradering Sedimentering Vann-i-olje emulgering Olje-i-vann dispergering Ustabil emulsjon Stabil emulsjon ("mousse") Spredning Drift Figur A5 Relative innvirkning av forvitringsprosesser over tid. Bredden av linjene indikerer viktigheten av prosessene. Lette råoljer vil tape en stor volumandel raskt, mens tyngre oljer vil fordampe saktere. Lette raffineriprodukt som gassolje (kokepunktsområde 30 til 180 C) og kerosen (140 til 250 C) vil fordampe totalt etter noen timer / dager på havoverflata. Effekt av fordampning på egenskaper til den gjenværende oljen En viktig konsekvens av fordampningsprosessen er at den gjenværende oljen på havoverflata forandrer kjemisk sammensetning og dermed sine fysikalsk egenskaper i forhold til råoljen s egenskaper. Flammepunkt Flammepunktet til den gjenværende oljen (residuet) på sjøen vil øke når de mer flyktige og ikke lett antennbare komponentene fordamper. Økt vindstyrke forårsaker økt fordampning og dermed en raskere økning i flammepunktet. Ettersom flammepunktet til residuet øker, vil brannfaren forbundet med oljesølet avta. Stivnepunkt Stivnepunktet til den gjenværende oljen (residuet) vil øke pga. oppkonsentrering av voksinnholdet i tillegg til tap av komponenter for å holde 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 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\25\

26 26 dispergering av voksrike oljer. En olje kan være i flytende tilstand på sjøen ved temperaturer opp til 10 til 15 C lavere enn oljen s stivnepunkt bestemt i laboratoriet. Viskositet 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 i området 5 til 20 cp for fersk råolje til noen hundre cp for residuene. Tetthet Tettheten til den gjenværende oljen (residuet) øker når de lette komponentene i oljen fordamper. Tettheten til oljen innvirker både på spredning av oljen på havoverflata og dispergering av oljen ned i vannmassene. A3.2 Vannløselighet av oljekomponenter De tyngre komponentene i råoljer er i all hovedsak uløselige i vann, mens mindre molekyler, spesielt aromatiske (f.eks. bensen og toluen) til en viss grad er løselige. Imidlertid er disse komponentene også flyktige og fordamper raskt. Fordampningen er typisk 10 til 100 ganger raskere enn løseligheten inn i vannfasen. Konsentrasjonen av oljekomponenter løst i vannet under et oljesøl vil derfor ofte bli svært lav (<1 mg/l). Vannløseligheten av oljekomponenter har derfor bare en helt ubetydelig effekt på fjerningen av olje fra vannoverflata. Naturlig dispersjon kan derimot bidra i større grad til at oljen forsvinner ned i vannmassene. A3.3 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 oljen s levetid på havoverflata. Etter lang forvitring på sjøen vil det dannes tjære-aktige klumper (tar-balls) av oljen. Disse brytes ned svært langsomt både på sjøen og på strender. A3.4 Biodegradering Sjøvann inneholder mange typer mikroorganismer, f.eks. bakterier. Noen av disse kan benytte oljekomponenter som energikilde. Selv om det er lite bakterier tilstede i det øyeblikket oljesølet skjer, 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 Øst.doc\ALA\26\

27 27 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. Olje i sedimenter vil biodegradere mye saktere p.g.a. mangel på oksygen og næringssalter. A3.5 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. Bunkersoljer tenderer til å bli tyngre og tyngre. Sedimentering kan dermed bli et økende problem i framtida ved søl av tunge bunkersoljer. A3.6 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. Overvasking av oljen vil ha stor innvirkning på effektiviteten av en oljevernaksjon. A3.7 Vann-i-olje (v/o) emulgering V/o emulgering er den forvitrings-prosessen som bidrar mest til at oljen blir "gjenstridig" og dermed forblir på havoverflata. Den forsinker både fordampningen av oljen og den naturlige o/v dispergeringen ved signifikant økning i viskositeten. Nesten alle råoljer inneholder overflateaktive komponenter, som fremmer v/o emulgering. Prosessen krever i tillegg en viss energitilførsel på havoverflata. Brytende bølger (vindhastighet over 5 m/s) har vært satt som et minimumskriterie 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. Figur A6 viser sammenhengen mellom viskositeten til den vannfri oljen (råolje og fordampet residue) og dens evne til å emulgere vann. 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 oljen s 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 under stivnepunktet. Hastigheten for v/o emulgering avhenger også av værforholdene. Dette er illustrert i Figur A7. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\27\

28 Vanninnhold (vol.%) Oseberg Øst 5 C Oseberg Øst 13 C Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk Gullfaks A/B Tung arabisk Oljens viskositet (cp) Figur A6 Korrelasjon mellom råoljers viskositet (med ulik fordampningsgrad) og deres evne til å emulgere vann. 100 Vanninnhold (vol.%) Vindstyrke = 10 m/s Vindstyrke = 5 m/s Tid (timer) Figur A7 Eksempel på vindhastighetens innvirkning på vannopptaks-hastigheten 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 stede for å emulgere vann også etter at den er fordampet og blitt mer viskøs. Et godt eksempel er Gullfaksoljen s oppførsel etter Braer ulykken ved Shetland i januar I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\28\

29 29 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 re-kombineres 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 A8 illustrerer innvirkningen av miksetiden på dråpestørrelsen i en v/o emulsjon. Figur A8 Mikroskopibilde av vanndråper i en v/o emulsjon etter (A) 1 time og (B) 24 timer miksing. Stabilitet av v/o emulsjoner Resiner, voks og asfaltener har både 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. Stabilisering vha. asfaltener og voks er illustrert i Figur A9. 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. Asfalten og voks stabilisert Olje fase Asfalten stabilisert Olje fase Vannfase Vannfase Vannfase Figur A9 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 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\29\

30 30 Reologi til v/o emulsjoner V/o emulsjoner er mer viskøse enn oljeresiduet som utgjør den kontinuerlige fasen. Figur A10 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) Viskositets-forhold Vanninnhold (vol. %) 100 Figur A10 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. A3.9 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 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. Turbulensen i vannkolonna vil dominere vertikal og horisontal bevegelse av disse dråpene, som derfor kan betraktes som permanent dispergerte. 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. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\30\

31 31 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 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 emuljsoner, vil vanligvis dispergerbarheten avta. Øvre viskositetsgrense for effektiv bruk av dispergeringsmidler kan variere fra cp til cp, avhengig av oljetype. A3.10 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 søl. Dens betydning avtar med tiden. Faktorer som vil medføre redusert spredning av oljen er: Høy oljetetthet. Høy oljeviskositet Dersom stivnepunktet til oljen blir 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 A11. 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 sølarealet 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 Øst.doc\ALA\31\

32 32 Tykk olje-i-vann emulsjon (mm) Vind "Sheen" (< 1µm) "Windrows" ik /tegner/fig-nor/skimmer.eps Figur A11 Oljen s spredning og fordeling innen oljeflaket. A3.11 Drift av et oljesøl Oljeflaket vil bli transportert på havoverflata under påvirkning av vind og strøm. Dette er illustrert i Figur A12 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 Vind - 10 m/s 3 % 100 % Figur A12 Eksempel på hvordan oljen s bevegelse påvirkes av vind og strøm. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\32\

33 33 Vedlegg B Eksperimentelt oppsett og modellering I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\33\

34 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\34\

35 35 Vedlegg B Eksperimentelt oppsett og modellering Hovedhensikten med dette prosjektet var å skaffe laboratoriedata for Oseberg Øst oljen som input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell, som predikerer hvordan den vil oppføre seg på sjøen under forskjellige værforhold. Det er utviklet numeriske modeller for å beregne forvitringsegenskapene for oljer på sjøen under forskjellige værforhold. Disse modellene kombinerer ofte teoretiske og empiriske betraktninger, og kan være nyttige redskap i en reell oljesølsituasjon. I tillegg til data for råoljen (Crude Oil Assay), benytter SINTEF s Olje Forvitrings Modell data på forvitret (fordampet og emulgert) olje. Kvaliteten av resultatene er imidlertid svært avhengig av kvaliteten på tilgjengelige data til å legge inn i modellen. Gode eksperimentelle forvitringsdata er så langt tilgjengelig for ca oljetyper. Det er gjennomført forvitringsstudie på Oseberg Øst oljen både ved 5 og 13 C i laboratorie-skala og meso-skala testbasseng. Det ble benyttet sjøvann med 3.5 vekt % salinitet. Oseberg Øst oljen SINTEF mottok 20 L Oseberg Øst olje Oseberg Øst oljen har fått SINTEF identifisering Prøven kom fra brønn 30/6-19 og var merket: Serial N.:2-19T2-3 Dato: Time:15:00-17:00 DST 2 Test:PT2. Filled with:dead Oil I tillegg mottok SINTEF 20 L Oseberg Øst olje Denne var ikke merket spesielt, men har samme spesifikasjoner den første Oseberg Øst oljen SINTEF mottok. B1 Små-skala testing basert på trinnvis forvitring av oljen B1.1 Trinnvis forvitring av oljen For å isolere påvirkningen av de forskjellige forvitringsprosessene (som fordampning og emulgering) ble forvitringen av Oseberg Øst oljen utført med en systematisk, trinnvis prosedyre som er utviklet og senere modifisert ved SINTEF (Daling et al.1990 og Støm-Kristiansen et al. 1994). Forvitringsprosessen illustrert i Figur B1, 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 (se Vedlegg C). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\35\

36 36 Råolje Fordampning 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.ox. Emulgering med vann WOR = 1 WOR = 3 WOR = maks Figur B1 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 Øst oljen ble ikke foto-oksidert. På denne måten ble det laget 12 forskjellige forvitrede prøver (vannfri residue og v/o-emulsjoner, illustrert i Figur B1) fra Oseberg Øst oljen. Residuene ble analysert på: Kjemisk sammensetning og fysikalsk egenskaper Evne til å ta opp vann og danne v/o emulsjon Kjemisk dispergerbarhet B1.2 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 B1. Viskositeten ble målt i h.h.t. en prosedyre beskrevet i (McDonagh and Hokstad 1995) og omfatter viskositetesmåling ved 6 forskjellige skjær-hastigheter. Viskositeten for de vannfri residuene er rapportert ved skjærhastighet 100 s -1 og på emulsjonene ved skjærhastighet 10 s -1, dersom ingenting annet er spesifisert. Tabell B1 Oversikt over analyser benyttet i prosjektet. Egenskap Analysemetode Voksinnhold Uløselig i 2-butanon/diklormetan (1 + 1, vol. + vol) 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 eller Bohlin Visco 88 BV. Flammepunkt ASTM-metode D93-80 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\36\

37 37 B1.3 V/o emulgerende tester Definisjon og symboler angående de emulgerende studiene finnes i Vedlegg C. Prosedyrene er detaljert beskrevet av Hokstad et al Preparering av v/o emulsjoner De emulgerende egenskapene til de tre vannfri 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 B2, er enkel og rask. 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 B2 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 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\37\

38 38 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. B1.4 Kjemiske v/o dispergerbarhetstester Hensikten med denne studien er å kartlegge øvre viskositetsgrense for Oseberg Øst oljen s dispergerbarhet, noe som gir svært viktig input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell for å evaluere tidsvinduet for effektiv påføring av dispergeringsmiddel. 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 Øst oljen. 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. Følgende oppsett ble benyttet: Dispergeringsmiddel: Dasic NS Doseringsforhold (DER): 1:25 (DER er dispergeringsmiddel til emulsjonsforhold) Det ble utført 2 paralleller med IFP-testen og 1 parallell med MNS-testen. Effektivitetstestingen ble gjennomført på den ferske oljen og de forvitrede prøvene (fordampet og emulgert som vist i Figur B1). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\38\

39 39 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. B2 Meso-skala renneforsøk I den trinnvise små-skala forvitringsprosedyren blir oljen destillert og emulgert med vann i separate prosesser. I en reell sølsituasjon 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). Mesoskala renna er dermed et bindeledd mellom forvitring i trinnvis små-skala og feltskala. Den gir svært verdifullt supplement til laboratorietestingen som input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell for prediksjon av Oseberg Øst oljen s 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 B4. Overflateenergien for å danne v/o emulsjon og til å dispergere olje ned i vannet, kommer fra en bølgegenerator. For å regulere fordampningen kan forskjellige vindhastigheter simuleres av to vifter plassert i en overbygd vindtunnel. Fordampningshastigheten i renna er kalibrert til å simulere 5-10 m/s vindstyrke. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\39\

40 m Bølge generator 2. Fotolyse (sol-lampe) 3. Vind-tunnel 4. Under-vanns prøvetaking 2 3 Figur B4 Skjematisk tegning av meso-skala renna sett ovenfra. Test metodikk i meso-skala renna Det ble sluppet 9 L fersk, stabilisert råolje forsiktig på vannoverflata i renna. Oljefilmtykkelsen ble ca. 2 mm. Oseberg Øst oljen ble forvitret 3 dager i renna. Forsøket 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). 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 testen, beskrevet i Vedlegg B. Fordampningstapet ble estimert ved å sammenligne tettheten av vannfritt overflateresidue fra renna med predikerte tettheter fra SINTEF s Olje Forvitrings Modell under antagelse av null vannopptak. Da vil oljen s endring i tetthet bare avhenge av fordampning. 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. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\40\

41 41 In-situ kjemisk dispergering Oseberg Øst oljen ble kjemisk dispergert ved å spraye dispergeringsmidlet Dasic NS direkte på oljen i meso-skala renna (in-situ) etter endt forvitring 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 B2-a Tidspunkt for in-situ kjemisk dispergering i renna ved 5 C. Forvitrings-tid (timer) Volum Dasic NS (ml) kumulativ DOR (%) ,2 0, ,4 1, ,2 2,9 kumulativ DER (%) Tabell B2-b Tidspunkt for in-situ kjemisk dispergering i renna ved 13 C. Forvitrings-tid (timer) Volum Dasic NS (ml) kumulativ DOR (%) 71,3 62 1,2 0,3 73,5 60 2,3 1,2 74,3 61 3,4 2,6 kumulativ DER (%) I tabellene er angitt påføringsforholdet 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 oljen fordampet 20 % av de letteste komponentene, 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 Øst.doc\ALA\41\

42 42 B3 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 oljesøl. Derfor er det viktig å fremskaffe gode prediksjoner for forandring i oljen s 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 oljen s 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 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. B3.1 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 oljen s egenskaper til sjøbetingelser ved å relatere fordampningstap og v/o emulgering til gitte forhold (olje / emulsjonsfilmtykkelse, sjøtemperatur og vindforhold). Figur B5 viser skjematisk SINTEF s Olje Forvitrings Modell, som er utviklet til en PC-versjon. 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 B5 Skjematisk diagram over SINTEF's numeriske forvitringsmodell. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\42\

43 43 B3.2 Kriterier for prediksjonene De grafiske framstillingene omfatter prediksjoner av de fysikalske egenskapene til oljen over en periode på 5 minutter til 5 dager etter et utslipp for å dekke et spekter av søl-situasjoner. Det kan bli nødvendig å handle innen kort tid, som ved søl nær en terminal, eller etter flere dager 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 oljen s 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 eksponensiell reduksjon i filmtykkelsen: Initiell filmtykkelse: 20 mm. Slutt filmtykkelse: 2 mm. Halveringstid for reduksjon i filmtykkelsen: 1 time. Disse betingelsene gir en utvikling i oljen s 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 B3 viser sammenhengen mellom forskjellige vindstyrker og bølgehøyder benyttet i prediksjonene. Dette representerer værvinduet hvor en oljevernaksjon er mulig. 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 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\43\

44 44 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. 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 oljen s flammepunkt er nær, eller under, sjøtemperaturen, representerer oljen en eksplosjonsfare. Oppsamlet olje i lagertank: Hvis oljen s 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 oljesølet, og oljeresiduet vil emulgere vann (se Vedlegg A). Eksperimentelt datagrunnlag De fleste eksperimentelle data benyttet i modelleringen av Oseberg Øst oljen s oppførsel på sjøen, ble oppnådd i små-skala testingen (se Vedlegg C). Endel av dataene er oppnådd i meso-skala testingen, og det ble foretatt en grundig samstilling og vurdering av dataene som ble benyttet som input. Dataene oppnådd i meso-skala testingen var imidlertid til uvurderlig hjelp i modelleringen av Oseberg Øst oljen s egenskaper. 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% Viskositetsgrensene for å predikere tidsvinduet for Oseberg Øst oljen s dispergerbarhet, basert på den omfattende dispergerbarhetstestingen av oljen (Vedlegg B1), er vist i Tabell B5. Tabell B5 Viskositetsgrenser for prediksjonene. Viskositet (cp) Dispergerbarhet 5 C 13 C < < Oljen er lett dispergerbar > og < > og < Redusert dispergerbarhet > > Oljen er sakte / dårlig dispergerbar I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\44\

45 45 Stivnepunkt Tabell B6 viser stivnepunktskriteriene som er valgt for å predikere kjemisk dispergerbarhet av den forvitrede oljen. Tabell B6 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 B3.3 Optimalisert 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. 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 vilken skjærhastighet dette gjelder. 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 (ved skjærhastighet 1 s -1 ), men med lav kapasitet. Senere tids studier (januar til mars 1998) ved SFT s testbasseng i Horten, har vist at også de tradisjonelle Transrec-systemene vil kunne få redusert effektivitet på emulsjoner allerede ved en viskositet på cp (10s -1 ). For å redusere friksjonen i slangen til Transrec-systemene er det installert en vanninjeksjonskrave mellom skimmer og slange, for dermed å kunne øke pumpekapasiteten for viskøse emulsjoner. Som et resultat av testingen med Norneoljen i SFT s testbasseng er det også utviklet en ny trommelskimmer som har vist god oppsamlingseffekt på voksrik stivnet olje og som også er tilpasset Transrec-systemet. Det foreligger for øvrig liten dokumentasjone på effeektivviteten av mop-skimmere som foxtail på voksrike oljer med høyt stivnepunkt. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\45\

46 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\46\

47 47 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 Øst.doc\ALA\47\

48 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\48\

49 49 Vedlegg C Resultater og input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell Resultatene fra testingen av Oseberg Øst oljen er presentert i sammenligning med resultater fra andre råoljer: Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk Oseberg feltsenter, Troll, Grane og Veslefrikk er alle testet ved SINTEF. Studiene er beskrevet i hhv. Strøm-Kristiansen et al a, Strøm-Kristiansen et al b, Strøm og Daling 1997 og Brandvik og Daling C1 Resultater fra små-skala testing basert på trinnvis forvitring C1.1 Kjemisk sammensetning og fysikalske egenskaper Oppnådde resultater fra små-skala testingen er vist i Figur C1 til C11 og listet i Tabell C2 og C3. Kjemisk sammensetning Den kjemiske sammensetningen av den ferske Oseberg Øst oljen og de fordampede residuene (150, 200 og 250 C+), karakterisert ved gasskromatografi (GC), er vist i Figur C1. 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). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\49\

50 50 FID1 A, (661129\OSBOS counts FID1 A, (661129\OSBOST01.D) nc-9 nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 Fersk nc-25 nc-30 counts nc-17 Pristane 26 nc-18 Phytane min min counts FID1 A, (661129\OSBOST02.D) nc-9 nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 nc nc min counts FID1 A, (661129\OSBOST03.D) nc-9 nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 nc nc min counts FID1 A, (661129\OSBOST05.D) nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 nc nc-11 nc min Figur C1-a Gasskromatogram av fersk og destillert (150, 200 og 250 C+) Oseberg Øst olje. Området for n-c 17, Pristan (Pr.), n-c 18 og Phytan (Ph.) av den ferske oljen er ekspandert. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\50\

51 51 FID1 A, (661129\OSBOST01.D) counts nc-9 nc-11 nc-13 Oseberg Øst Fersk Fersk nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 nc-25 nc min FID1 A, (FROLJER\FRESH005.D) counts nc-9 nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane Oseberg feltsenter G5457 Fersk nc-20 nc-25 nc min FID1 A, (FROLJER\FRESH004.D) counts nc-9 nc-11 nc-13 nc-15 Pristane nc-17 nc-18 Phytane nc-20 Troll H2996 Fersk nc-25 nc min FID1 A, (661073\GRANE001.D) counts nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 nc-25 Grane Fersk nc min counts FID1 A, (G:\HPCHEM\1\DATA\FROLJER\FRESH016.D) nc nc-11 nc-13 nc-15 nc-17 Pristane nc-18 Phytane nc-20 Veslefrikk Fersk Fersk nc-25 nc min Figur C1-b Gasskromatogram av ferske norske oljer. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\51\

52 52 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 C1 viser forholdet n- C 17 / Pristan og n-c 18 / Phytan, beregnet med basis i topphøyder, for Oseberg Øst 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 C1 n-c 17 / Pristan og n-c 18 / Phytan forhold for forskjellige råoljer. Olje n-c 17 / Pristan n-c 18 / Phytan. Oseberg Øst Oseberg feltsenter 1,4 1,8 Troll 0,2 0,5 Grane 1,3 1,9 Veslefrikk 1,4 1,6 Destillering (topping) Figur C2 viser at Oseberg Øst oljen mister en betydelig andel av sine lette komponenter ved destillering, fra 20 vol.% for 150 C+ residuet til 41 vol.% for 250 C+ residue. Oseberg Øst oljen mister noe mindre lette komponenter enn Veslefrikk og betydelig mer enn Grane etter et søl på sjøen. 50 Vol.% avdampet C+ 200 C+ 250 C Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk Oljetype Figur C2 Flyktighet oppnådd ved destillering av forskjellige norske oljer. Volumet som tapes ved disse destillerings-temperaturene kan sammenlignes med volumet som fordampes ved et oljesøl på sjøen (se Vedlegg B1). Resultatene indikerer at Oseberg Øst oljen vil miste 35 til 42 % av sitt volum etter flere dager på sjøen. På grunn av fordampningen av de lette komponentene vil de fysikalske egenskapene til residuene endre seg. De forskjellige egenskapene er kort diskutert nedenfor. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\52\

53 53 Tetthet Figur C3 viser at Oseberg Øst er en lett råolje med tetthet sammenlignbar med Veslefrikk og mye lavere enn Grane. Tettheten øker med økende fordampning. 0,97 0,95 Tetthet (g/ml) 0,93 0,91 0,89 0,87 Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk 0,85 0,83 Figur C3 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph. ox. Olje residue Tetthet av ferske oljer og vannfri residue ved 15.5 C. Stivnepunkt Figur C4 viser at stivnepunktet til Oseberg Øst oljen er mye høyere enn for Grane og sammenlignbart med Veslefrikk. Dette stemmer med at Oseberg Øst har et høyt voksinnhold. Stivnepunktet for den ferske Oseberg Øst oljen er 3 C. De destillerte residuene har stivnepunkt i området 15 til 21 C. Et stivnepunkt 10 til 15 C høyere enn sjøtemperaturen kan være en begrensning for bruk av dispergeringsmidler i en oljevernaksjon ved at oljen stivner. Oseberg Øst oljen kan stivne ved vintertemperatur og relativt rolig vær. Stivner oljen vil det også kunne oppstå tilflytsproblemer ved en eventuell mekanisk oppsamlingsaksjon. 30 Stivnepunkt ( C) Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk -30 Figur C4 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph. ox. Olje residue Stivnepunktet til ferske oljer og vannfri residue. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\53\

54 54 Viskositet Viskositeten til vannfri olje og residue er av spesiell interesse i forbindelse med pumping av mekanisk oppsamlet olje hvor vannet er drenert fra. Figur C5 viser at den ferske Oseberg Øst oljen har en viskositet på 11 cp ved 13 C, økende til 704 cp (skjærhastighet 100s -1 ) for 250 C+ residuet. Oseberg Øst oljen er mye mindre viskøs enn Grane ved 13 C. Råolje som inneholder lite voks og har lavt stivnepunkt vil ofte oppvise en tilnærmet Newtonsk reologisk oppførsel. Det vil bl.a. innebære at den målte viskositeten vil være relativt lik uansett vilken skjærhastighet den blir målt ved. Vann-i-olje emulsjoner derimot har som oftest ikke- Newtonsk oppførsel og viskositeten blir derfor meget avhengig av skjærhastighet. SINTEF har ofte rapportert viskositet for vannfri olje ved en skjærhastighet på 100s -1, og viskositet for emulsjoner ved skjær 10s -1, og disse data blir vanligvis blitt brukt som input til SINTEF s Olje Forvitrings Modell. For voksrike oljer med høyt stivnepunk viser ofte også vannfrie oljer en stor grad av ikke- Newtonsk oppførsel. Som vist i Tabell C2 er det tildels stor forskjell i målt viskositet ved skjær 100s -1 sammenlignet med skjær 10s -1 for Oseberg Øst. Forskjellene er størst ved lav temperatur. Dette har sammenheng med at oljen har en større tendens til å stivne ved lav temperatur. Som input til de prediksjonene som er utført for Oseberg Øst har vi derfor valgt å benytte viskositeten ved skjær 10s -1 også for vannfrie residuer Viskositet (cp) Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph. ox. Olje residue Oseberg Øst 5 C Oseberg Øst 13 C Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk Figur C5 Viskositet målt ved skjærhast. 100 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 Øst.doc\ALA\54\

55 55 Asfaltener Figur C6 viser at Oseberg Øst oljen har et høyt asfalteninnhold, på linje med Grane og mye høyere enn Troll. Det høye asfalteninnholdet bidrar til at Oseberg Øst oljen danner stabile emulsjoner på sjøen (se Kap. C1.2). Asfalteninnholdet øker med økende toppingsgrad. 3 Asfaltener "harde" (vekt%) 2 1 Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk 0 Figur C6 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph. ox. Olje residue Asfaltener ( harde ) av ferske oljer og vannfri residue. Voks Oseberg Øst oljen har et høyere voksinnhold enn alle de oljene den sammenlignes med (Figur C7). Den ferske oljen har et voksinnhold på 7.2 % stigende til 11.3 % for 250 C+ residuet. Dette er i tråd med at Oseberg Øst oljen vil oppnå et høyt stivnepunktet etter få timer på sjøen (150 C+ residuet som tilsvarer ca. en time på sjøen, har et stivnepunkt på 15 C, se Figur C4). Voks (vekt%) Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk 0 Figur C7 Fersk 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph. ox. Olje residue Voksinnhold av ferske oljer og vannfri residue. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\55\

56 56 Tabell C2 Fysikalske data. Oljetype Sintef ID Residue Kokepunkt ( C) Fordampet (vol.%) Residue (vekt %) Tetthet (g/ml) Stivnepunkt ( C) Viskositet (cp, 100 s -1 ) Viskositet (cp, 10 s -1 ) 5 C 13 C 5 C 13 C Oseberg Øst Fersk , C , C , C , Oseberg G 5457 Fersk feltsenter 150 C C C Ph.ox Troll H 2996 Fersk C C C Ph.ox Grane Fersk C C C Ph.ox Veslefrikk Fersk C C C Ph.ox : Data mangler I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\56\

57 57 Tabell C3 Kjemiske data Oljetype Sintef ID Residue Asf. hard (vekt %) Asf. soft (vekt %) Voks (vekt %) 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 Oseberg G 5457 Fersk feltsenter 150 C C C Ph.ox Troll H 2996 Fersk C C C Ph.ox Grane Fersk C C C Ph.ox Veslefrikk Fersk C C C Ph.ox : Data mangler I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\57\

58 58 C1.2 V/o emulgerende egenskaper C1.2.1 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 vann-innhold (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 WORx fraksjonell dehydrering av emulsjon. D = WORref Økende D betyr minkende stabilitet / økende effektivitet av emulsjonsbryter: D = 1: betyr at emulsjonen har mistet alt vannet i testperioden (settleperioden) D = 0: betyr at emulsjonen ikke har mistet noe vann i testperioden (settleperioden) C1.2.2 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 Øst oljen. Tabell C4 viser vanninnholdet i emulsjonene, samt kinetikken i vannopptakshastighet ved forskjellig tidspunkt i testapparaturen, ved sommer og vintertemperatur. Oseberg Øst oljen emulgerte vann relativt sakte ved begge testtemperaturene. Figur C 8 viser at Oseberg Øst oljen emulgerte vann noe raskere enn Grane, men mye saktere enn Veslefrikk ved 13 C. Vannopptak (t 0.5, timer) ,1 Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk 0,01 Figur C8 150 C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue 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 Øst.doc\ALA\58\

59 59 Tabell C4-a Vanninnhold ved forskjellig rotasjonstid (30 rpm i 0.5 L sylindriske skilletrakter) for fordampede residue av Oseberg Øst 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) t 0.5 (timer) 0,16 0,92 0,55 Tabell C4-b Vanninnhold ved forskjellig rotasjonstid (30 rpm i 0.5 L sylindriske skilletrakter) for fordampede residue av Oseberg Øst 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) * * * * * t 0.5 (timer) 0,09 0,13 0,63 *: Et vannopptak på 91 vol.% vann skyldes veggeffekter i de roterende flaskene og representerer en overmetning av vann i emulsjonen. Dette fenomenet er også tidligere erfart ved SINTEF, spesielt ved testing av 150 C+ residuet av voksrike råoljer. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\59\

60 60 C1.2.3 Viskositet av v/o emulsjon Tabell C5 viser viskositeten oppnådd på Oseberg Øst oljen, dens forskjellige fordampede residuer og emulsjoner. De tabulerte verdiene viser at viskositeten øker med økende vanninnhold og økende fordampningsgrad av residuet. Tabell C5-a Viskositeter for Oseberg Øst 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 Tabell C5-b Viskositeter for Oseberg Øst 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* 2129* C C *: 91 vol.% representerer en overmetning av vann i emulsjonen som emulgerte alt tilgjengelig vann. C1.2.4 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 Øst oljen samt at effekten av emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % er evaluert. Resultatene fra testingen av Oseberg Øst oljen er listet i Tabell C6, som viser dehydrering både etter 10 minutter settling (D 10 min ) og 24 timer settling (D 24 time ) ved testtemperatur. Figur C9 og C10 viser hhv. stabilitet av emulsjonene og effektivitet av emulsjonsbryter på Oseberg Øst oljen i I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\60\

61 61 sammenligning med emulsjoner dannet med andre råoljer (etter 24 timer settling) ved sommertemperatur. Stabilitet Oseberg Øst oljen danner stabile emulsjoner som beholdt bortimot alt vannet over en 24 timer settleperiode, både ved vinter og sommertemperatur (Tabell C6). Dette tilsvarer Veslefrikk ved 13 C (Figur C9). Effekt av emulsjonsbryter Høy dosering emulsjonsbryter (2000 ppm) drenerte ut rundt 80 % av vannet fra Oseberg Øst emuljsonene i løpet av 10 minutter, både ved sommer og vintertemperatur. Lav dosering emulsjonsbryter (500 ppm) vil settle ut noe vann i løpet av 10 minutters påvirkning ved 5 C, en effekt som ikke ytterligere forsterkes etter 24 timers settling. Tabell C6-a viser at D 10 min = D 24 timer 0.22 for emulsjonen dannet av 200 C+ residuet. Høyere dosering emulsjonsbryter (2000 ppm) vil drener ut 80 til 90% av vannet etter 24 timer påvirkning. Ved sommertemperatur vil lav dosering emusljonsbryter (500 ppm) ha en rask effekt på en emulsjon dannet kort tid etter at Oseberg Øst oljen er sølt på sjøen (D 10 min = 1.0 for emulsjonen dannet av 150 C+ residuet). Dehydr. uten em.bryter (D 24t ) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Oseberg Øst Oseberg feltsenter Troll Grane Veslefrikk -0,2 Figur C9 150 C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Dehydrering av v/o emulsjon (uten emulsjonsbryter) i løpet av 24 timer ved 13 C. Tabell C6-a Residue Stabilitet av emulsjon (ingen: uten emulsjonsbryter) dannet av Oseberg Øst 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 ,00 0,03 200ºC+ ingen ,00 0,07 250ºC+ ingen ,00 0,00 150ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,20 0,29 200ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,22 0,22 250ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,08 0,08 150ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,90 200ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,86 0,91 I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\61\

62 62 250ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,82 0,82 Tabell C6-b Stabilitet av emulsjon (ingen: uten emulsjonsbryter) dannet av Oseberg Øst 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 0,04 200ºC+ ingen ,00 0,01 250ºC+ ingen ,00 0,00 150ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,00 1,00 200ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,17 0,21 250ºC+ Alc. O 60 % 500 ppm ,05 0,08 150ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,00 1,00 200ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,85 0,89 250ºC+ Alc. O 60 % 2000 ppm ,86 0,90 Dehydr. 500 ppm em.bryter (D 24t ) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Oseberg Øst Troll Grane -0,2 150 C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Figur C10-a 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 Øst.doc\ALA\62\

63 63 Dehydr ppm em.bryter (D 24t ) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Oseberg Øst Oseberg feltsenter Grane Troll Veslefrikk -0,2 150 C+ 200 C+ 250 C+ Olje residue Figur C10-b 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 Øst.doc\ALA\63\

64 64 C1.3 Kjemisk o/v dispergerbarhet Hensikten med å teste kjemisk dispergerbarhet på Oseberg Øst oljen var å evaluere tidsvinduet for bruk av dispergeringsmiddel. Resultatene fra effektivitetstestingen er vist i Figur C11 og listet i Tabell C7. Effektiviteten er plottet som funksjon av viskositeten av de vannfri residuene og emulsjonene (målt ved skjærhastighet 10 s -1 ). For å lette lesbarheten i figurene, er det trukket en best fit linje gjennom punktene. Det ble observert generelle trender både ved 5 og 13 C: 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. I den lavenergetiske IFP-testen dispergerte de vannfri prøvene dårligere enn emulsjonene av samme residue. Denne effekten er observert tidligere på voksrike oljer ved SINTEF (Strøm- Kristiansen og Singsaas 1996) og skyldes at oljen masseres, slik at voksstrukturen delvis brytes under emulgeringsprosessen. Dermed blir oljen lettere dispergerbar etter at den har emulgert vann. Dispergerbarhetsgrensene, basert på disse resultatene, er listet i Tabell B5 i Vedlegg B3. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\64\

65 Effektivitet (vekt%) IFP emulsjoner MNS IFP-effektivitet på emulsjoner MNS-effektivitet IFP-effektivitet på vannfri olje 20 IFP Vannfri Viskositet (cp) Figur C11-a Effektivitet av dispergeringsmidlet Dasic NS som funksjon av viskositet på vannfri residue og emulsjoner (skjærhastighet 10 s -1 ) av Oseberg Øst oljen ved 5 C. DER 1: Effektivitet (vekt%) IFP emulsjoner MNS IFP-effektivitet på emulsjoner MNS-effektivitet IFP-effektivitet på vannfri olje 20 IFP vannfri Viskositet (cp) Figur C11-b Effektivitet av dispergeringsmidlet Dasic NS som funksjon av viskositet på vannfri residue og emulsjoner (skjærhastighet 10 s -1 ) av Oseberg Øst oljen. IFP test og MNS test ved 13 C. DER 1:25. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\65\

66 66 Tabell C7-a Kjemisk dispergerbarhet for Oseberg Øst oljen, dens forskjellige vannfri residue og emulsjoner ved 5 C. Viskositeten er målt ved skjær-hastighet 100 s -1 for vannfri residue og skjær-hastighet 10 s -1 for emulsjonene. Effektivitet (vekt %) Residue Vanninnhold Viskositet Viskositet IFP MNS (vol. %) (cp, 10 s -1 ) (cp, 100 s -1 ) Fresh C C , C C C C C C C C C : Data mangler Tabell C7-b Kjemisk dispergerbarhet for Oseberg Øst oljen, dens forskjellige vannfri residue og emulsjoner ved 13 C. Viskositeten er målt ved skjær-hastighet 100 s -1 for vannfri residue og skjær-hastighet 10 s -1 for emulsjonene. Effektivitet (vekt %) Residue Vanninnhold Viskositet Viskositet IFP MNS (vol. %) (cp, 10 s -1 ) (cp, 100 s -1 ) Fresh C C C C C C C C C C : Data mangler I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\66\

67 67 C2 Resultater fra meso-skala renne forsøk Nedenfor presenteres resultatene oppnådd i meso-skala renneforsøkene med Oseberg Øst oljen. 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 C11. C2.1 Fordampning Fordampningsresultatene oppnådd under renneforsøkene, sammenliknet med verdier predikert med SINTEF s Olje Forvitrings Modell, er vist i Figur C13. Tidligere erfaring ved SINTEF har vist at fordampningstapet oppnådd etter 3 døgn i meso-skala renna ofte tilsvarer destillering til 250 C (f.eks. Singsaas et al 1997). Dette var tilfelle også for Oseberg Øst oljen (se Tabell C2 og C11), der fordampningen foregikk noe saktere i starten av forsøket ved 5 C i forhold til ved 13 C. Renneforsøk A ved 5 C Det ble oppnådd god overensstemmelse med predikerte verdier for vindhastighet 2 til 5 m/s det første døgnet. Fordampningen økte mot slutten av forsøket og tilsvarte predikert verdi ved ca. 10 m/s vindstyrke etter 3 dager. Renneforsøk B ved 13 C Oppnådde fordampningstap harmonerte godt med predikerte verdier ved 5 til 10 m/s vindhastighet ved 13 C. C2.2 Vann-i-olje emulgering Emulgeringsresultatene oppnådd under renneforsøkene, sammenliknet med verdier predikert med SINTEF s Olje Forvitrings Modell, er vist i Figur C14. Tabell C8 inneholder kinetikk i vannopptakshastighet, oppnådd med roterende skilletrakter under laboratorietestingen (se Vedlegg C1), samt i renneforsøkene. Tabell C8 Kinetikk i vannopptakshastighet (t 0.5 -verdier) oppnådd i laboratorietesting og meso-skala renneforsøk. Test Vintertemperatur (5 C) Sommertemperatur (13 C) Roterende skilletrakter* Renneforsøk *: Snittverdi for 150, 200 og 250 C+ residuene. Tidligere erfaring ved SINTEF har vist at oljen emulgerer vann saktere, evt. med tilnærmet lik hastighet, i meso-skala renna i forhold til i laboratoriet. Tabell C11 viser at dette også var tilfelle for Oseberg Øst oljen ved 13 C. Ved 5 C emulgerte den imidlertid vann mye raskere i meso-skala renna (t 0.5 = 0.16) enn i laboratoriet(t 0.5 = 0.54). Oseberg Øst oljen er så asfalten- og voksrik at den danner meget viskøse emulsjoner, spesielt ved lav temperatur. Det ble derfor innesluttet overskuddsvann (som ikke er reelle vanndråper i emulsjonen) i oljen i renneforsøkene ved 5 C. Dette overskuddsvannet var vanskelig å få drenert fra i prøvetakingsprosessen. Dermed ble det, spesielt de første timene av forsøket, registrert kunstig høyt vanninnhold i emulsjonen (se Figur 14a). Etter 3 dagers forvitring i meso-skala renna ble det oppnådd maksimalt vanninnhold på ca. 75 vol.% ved begge renntestene. Vannopptaket harmonerte meget bra med predikerte verdier for vindhastighet 5 10 m/s i 13 C forsøket. Oljen emulgerte imidlertid ikke vann den første timen i dette eksperimentet. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\67\

68 68 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: OSEBERG ØST 5 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Oil film thickness: Initial (mm): 2 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, Winter Conditions (5 C) 40 Evaporated (%) Figur C13-a Hours Predikert fordampning av Oseberg Øst oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøket ved 5 C. Days Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: OSEBERG ØST 13 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Oil film thickness: Initial (mm): 2 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, Sea surface temperature (13 C) 40 Evaporated (%) Figur C13-b Hours Predikert fordampning av Oseberg Øst oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøket ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\68\ Days

69 69 Property: WATER CONTENT Oil Type: OSEBERG ØST 5 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Oil film thickness: Initial (mm): 2 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, Winter Conditions (5 C) 80 Water content (%) Figur C14-a Hours Predikert vannopptak for Oseberg Øst oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøk ved 5 C. Days Property: WATER CONTENT Oil Type: OSEBERG ØST 13 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Oil film thickness: Initial (mm): 2 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Jul. 28, Sea surface temperature (13 C) 80 Water content (%) Figur C14-b Hours Predikert vannopptak for Oseberg Øst oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøk ved 13 C. Days I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\69\

70 70 Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: OSEBERG ØST 5 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Sep. 16, 1998 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<3000 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>20000 cp) Oil film thickness: Initial (mm): 2 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): Winter Conditions (5 C) Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur C15-a Predikert viskositet for Oseberg Øst oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøk ved 5 C. Property: VISCOSITY OF EMULSION Oil Type: OSEBERG ØST 13 C Data Source: SINTEF Applied Chemistry (1998) Applied Chemistry Copyright 1998 Pred. date: Sep. 16, 1998 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 Chemically dispersible (<3000 cp) Reduced chemical dispersibility Poorly / slowly chemically dispersible (>20000 cp) Oil film thickness: Initial (mm): 2 Terminal (mm): 2 Halftime in thickness reduction (hrs): Sea surface temperature: 13 C Viscosity (cp) Hours Days Based on viscosity measurements carried out at a shear rate of 10 reciprocal seconds. Chemical dispersability information based on experiments under standard laboratory conditions. Figur C15-b Predikert viskositet for Oseberg Øst oljen sammenliknet med eksperimentelle data fra renneforsøk ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\70\

71 71 C2.3 Viskositet Viskositetsresultatene oppnådd under renneforsøkene, sammenliknet med verdier predikert med SINTEF s Olje Forvitrings Modell, er vist i Figur C15. I begge forsøk ble oppnådd viskositetsverdier som harmonerte med de predikerte verdiene. Viskositeten ved slutten av forsøksperioden var imidlertid noe lavere enn den som ble predikert. C2.4 Stabilitet og effekt av emulsjonsbryter Det er viktig å ha et inntrykk av stabiliteten av emulsjonen og hvor lett den lar seg bryte med emulsjonsbryter ved varierende forvitringsgrad. I en opprenskningsaksjon av sølt / forvitret olje vil tankkapasitet ombord i fartøyet ofte være en begrensende faktor. Å bryte emulsjonen, for deretter å drenere vannet fra oppsamlingstanken, vil gi rom for økte mengder oppsamlet emulsjon. Tiden det tar å bli kvitt vannet er av vesentlig betydning. Derfor ble dehydreringen målt over en tidsperiode fra 10 minutter til 24 timer settletid av emulsjonen Dehydreringen ble målt både uten emulsjonsbryter (stabilitet) og etter tilsetting av emulsjonsbryteren Alcopol O 60%. Resultatene er listet i Tabell C9, som fraksjonsvis dehydrering, D. Økende dehydrering (høyere D) innebærer at emulsjonen har mistet en økende mengde vann (se Kap. 1.2 for definisjoner). Vanligvis øker stabiliteten av en v/o emulsjon, og effekten av emulsjonsbryter avtar, med økende forvitringstid av en olje. Dette var også tilfelle med Oseberg Øst oljen både ved 5 og 13 C. Tabell C9-a Dehydrering av v/o emulsjon laget i meso-skala renna ved 5 C (uten Alcopol = stabilitet av emulsjon). Prøve Forvitringstid Dehydrering uten Alcopol Dehydrering med Alcopol (timer) *D 10 min. *D 1 time *D 3 timer *D 24 timer *D 10 min. *D 1 time *D 3 timer *D 24 timer 1 0,3 0,14 0,19 0,19 0,19 0,96 0,96 0,96 0,96 2 0,5 0,11 0,15 0,15 0,15 0,97 0,97 0,97 0,97 3 1,0 0,13 0,16 0,16 0,16 1,00 1,00 1,00 1,00 4 2,0 0,15 0,22 0,22 0,22 0,99 0,89 0,89 0,89 5 3,0 0,14 0,19 0,19 0,19 0,98 0,98 0,98 0,98 6 4,0 0,11 0,13 0,13 0,13 0,98 0,98 0,98 0,98 7 5,0 0,14 0,14 0,14 0,14 1,00 1,00 1,00 1,00 8 5,5 0,10 0,10 0,10 0,10 0,98 0,98 0,98 0, ,0 0,10 0,12 0,12 0,12 0,90 0,92 0,92 0, ,0 0,09 0,11 0,11 0,11 0,20 0,27 0,27 0, ,0 0,17 0,20 0,20 0,20 0,20 0,25 0,25 0, ,4 0,09 0,09 0,09 0,09 0,14 0,14 0,14 0, ,4 0,13 0,13 0,13 0, ,6 0,03 0,03 0,03 0, ,9 0,00 0,00 0,00 0, ,4 0,06 0,06 0,06 0, ,3 0,00 0,00 0,00 0, ,4 0,00 0,00 0,00 0, *: Tid emulsjonen står ved 5 C (etter prøvetaking) for å drenere ut vann; settletid. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\71\

72 72 Tabell C9-b Dehydrering av v/o emulsjon laget i meso-skala renna ved 13 C (uten Alcopol = stabilitet av emulsjon). Prøve Forvitringstid Dehydrering uten Alcopol Dehydrering med Alcopol (timer) *D 10 min. *D 1 time *D 3 timer *D 24 timer *D 10 min. *D 1 time *D 3 timer *D 24 timer 1 0,25 ** ** ** ** ** ** ** ** 2 0,5 ** ** ** ** ** ** ** ** 3 1,0 ** ** ** ** ** ** ** ** 4 2,0 0,97 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 5 3,0 0,51 0,85 0,01 1,00 1,00 1,00 0,01 1,00 6 4,0 0,43 0,84 0,96 1,00 0,92 1,00 1,00 1,00 7 5,0 0,32 0,67 0,74 0,86 0,94 1,00 0,01 1,00 8 6,0 0,22 0,01 0,64 0,75 0,91 0,01 0,96 0, ,0 0,16 0,00 0,01 0,01 0,86 0,01 0,01 0, ,0 0,12 0,00 0,01 0,16 0,66 0,01 0,01 0, ,0 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,01 0,01 0, ,0 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,40 0,01 0, ,4 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,00 0,01 0, ,5 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,00 0,01 0, ,8 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,00 0,01 0, ,0 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,00 0,01 0, ,6 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,00 0,01 0, ,8 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,00 0,01 0,01 *: Tid emulsjonen står ved 13 C (etter prøvetaking) for å drenere ut vann; settletid. **: Oseberg Øst oljen tok ikke opp vann den første timen ved 13 C-forsøket; dermed ikke noe vann å drenere ut. C2.5 In-situ kjemisk dispergering In-situ kjemisk dispergering av overflate emulsjonen ble utført etter endt forvitring i renna. Dette var et supplement til den tidligere omtalte MNS og IFP testingen utført på prøvene laget etter trinnvis små-skala forvitringsprosedyre og omtalt i Vedlegg B3. Effektiviteten av in-situ kjemisk dispergering av Oseberg Øst oljen ble testet med å spraye dispergeringsmidlet Dasic NS direkte på overflate-emulsjonen i renna tre ganger. Resultatene fra forsøket er vist i Figur C16 som en del av den totale massebalansen. I tillegg er resultatene listet i Tabell C11. Emulsjonen ble samlet til et flak på ca. 1,5 meters lengde før de to første påføringene av dispergeringsmiddel ved hvert av forsøkene A og B. Den tredje påføringen foregikk - mer operasjonelt - ved å spraye mens emulsjonen fløt fritt utover vannet. Påføring av dispergeringsmiddel ga emulsjonen en hvitaktig overflate, noen som skyldes skumdannelse på emulsjonsoverflata. Visuelle observasjonene viser at dispergerings-prosessen foregår i 2 trinn, med delvis bryting av emulsjonen før dispergering av oljen starter. Denne emulsjonsbrytende effekten ved påføring av dispergeringsmiddel er også tidligere påvist, både i feltforsøk (Lewis et al a) og i mesoskala renna (Lewis et al. 1994) og vil være gjenstand for videre undersøkelser ved SINTEF. Renneforsøk A ved 5 C Den svarte, viskøse emulsjonen ble brutt opp i mindre flak etter påføring av dispergeringsmiddel. Emulsjonsflakene fløt sammen igjen mot tidspunktet før neste behandling. Andre gangs påføring resulterte i mindre flak av tydelig mindre viskøs emulsjon. Vannfasen ble mer og mer farget etter hver påføring. Tredje gangs behandling av oljen hadde relativt god effekt, og store deler av emulsjonen dispergerte ned i vannkolonna. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\72\

73 73 Renneforsøk B ved 13 C Den svarte emulsjonen (som inneholdt tildels relativt store vanndråper) ble tydelig mer tyntflytende etter påføring av dispergeringsmiddel. Tre behandlinger med dispergeringsmiddel førte til at all oljen på vannoverflata i renna, dispergerte ned i vannkolonna. Det var tydelig større effekt av dispergeringsmiddel ved 13 C i forhold til ved 5 C. Tabell C10-a Massebalanse før og etter påføring av dispergeringsmiddel i forsøk A ved 5 C. 72 timers forvitring, før påføring av dispergeringsmiddel (vekt %) Etter tredje gangs påføring av dispergeringsmiddel (vekt %) Fordampet olje Olje på overflata Dispergert olje 0 11 Prøveuttak Adsorbert olje Tabell C10-b Massebalanse før og etter påføring av dispergeringsmiddel i forsøk B ved 13 C. 72 timers forvitring, før påføring av dispergeringsmiddel (vekt %) Etter tredje gangs påføring av dispergeringsmiddel (vekt %) Fordampet olje Olje på overflata 30 0 Dispergert olje 0 25 Prøveuttak Adsorbert olje C2.6 Massebalanse Figur C16 viser estimert massebalanse for Oseberg Øst oljen i meso-skala. Verdiene er listet i Tabell C10. 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 Øst.doc\ALA\73\

74 74 Massebalanse (vekt%) Fordampet Overflateolje Dispergert Prøvetaking Adsorbert Påføring 64, 66, 149 ml Dasic NS Tid (timer) Figur C16-a Massebalanse fra testingen av Oseberg Øst oljen i meso-skala renna ved 5 C. Massebalanse (vekt%) Fordampet Overflateolje Dispergert Prøvetaking Adsorbert Påføring 60 ml Dasic NS Tid (timer) Figur C16-b Massebalanse fra testingen av Oseberg Øst oljen i meso-skala renna ved 13 C. C2.7 Visuelle observasjoner Renneforsøk A ved 5 C Oljen var temperert til ca 20 C før forsøkstart. Ved påføring fløt den relativt lett utover vannoverflata. Allerede etter 1 time hadde oljen samlet seg i store flak. Store og mindre oljedråper (1 mm. til flere cm i diameter) ble slått ned i vannet, spesielt rundt bølgegeneratoren, for så igjen å stige til overflata. Det dannet seg en mørk, nesten svart emulsjon med relativt store vanndråper (basert på visuell betraktning). Omtrent 90 % av emulsjonen var samlet i store flak, mens den resterende mengden var oppdelt i mindre flak. Behandling med dispergeringsmiddel medførte en viss farging av vannfasen samt at oljen ble tydelig mer tyntflytende. Effekten økte med antall påføringer. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\74\

75 75 Figur C17 Påføring av Oseberg Øst oljen (ca. 20 C ved påføring) i forsøk A ved 5 C. Figur C18 Oseberg Øst oljen forvitret 1 time i renna i forsøk A ved 5 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\75\

76 76 Figur C19 Oseberg Øst oljen forvitret 1 dag i renna i forsøk A ved 5 C. Figur C20 Oseberg Øst oljen forvitret 3 dager i renna i forsøk A ved 5 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\76\

77 77 Figur C21 4 minutter etter 1. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk A ved 5 C. Figur C22 Like før 2. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk A ved 5 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\77\

78 78 Figur C23 Like etter 2. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk A ved 5 C. Figur C24 Like før 3. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk A ved 5 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\78\

79 79 Figur C25 Like etter 3. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk A ved 5 C. Renneforsøk B ved 13 C Oseberg Øst oljen oppførte seg mye likt under dette forsøket som ved 5 C testen beskrevet ovenfor. Også her var oljen temperert til ca 20 C før forsøkstart. Emulsjonen ble mørk, nesten svartfarget, men tydelig mindre viskøs enn i forsøk A. Behandling med dispergeringsmiddel hadde en tydelig større effekt i forhold til ved 5 C-testen, og bare et tynt lag ( skimmer ) av olje var igjen på vannoverflata etter 3. gangs påføring. Massebalansen, basert på målinger (Figur C16), viser at all tilgjengelig olje ble dispergert ned i vannkolonna i dette forsøket. Dette viser at Oseberg Øst oljen har et godt potensiale for kjemisk dispergering ved sommertemperatur. Gjentatte påføringer vil øke effektiviteten i forhold til bare en behandling med dispergeringsmiddel, noe som også tidligere er observert ved SINTEF på asfaltenrike oljer (Strøm et al. 1997). I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\79\

80 80 Figur C26 Påføring av Oseberg Øst oljen (ca. 20 C ved påføring) i forsøk B ved 13 C. Figur C27 Oseberg Øst oljen forvitret 4 timer i renna i forsøk B ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\80\

81 81 Figur C28 Oseberg Øst oljen forvitret 1 dag i renna i forsøk B ved 13 C. Figur C29 Oseberg Øst oljen forvitret 3 dager i renna i forsøk B ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\81\

82 82 Figur C30 Ti minutter etter 1. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk B ved 13 C. Figur C31 Like før 2. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk B ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\82\

83 83 Figur C32 15 minutter etter 2. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk B ved 13 C. Figur C33 3 minutter etter 3. gangs dispergering av Oseberg Øst oljen i forsøk B ved 13 C. I:\CH Oversikt disp.testing norske råoljer\adm\rapport\pdf-filer av rapporter\oseberg Øst.doc\ALA\83\