FORFATTER(E) OPPDRAGSGIVER(E) Saga Petroleum ASA OPPDRAGSGIVERS REF. Jon Rytter Hasle PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) Ivar Singsaas

Transkript

1 TITTEL SINTEF RAPPORT SINTEF Kjemi Postadresse: 7034 Trondheim Besøksadresse: S.P. Andersens v 15 b Telefon: Telefaks: Foretaksnr: NO MVA Forvitringsegenskaper Lavrans og Kristin kondensat. Stokastiske drivbaneberegninger ved overflate- og undervannsutslipp for Kristin kondensat. FORFATTER(E) Ivar Singsaas, Tove Strøm, Mark Reed, Øistein Johansen, Henrik Rye og Per S. Daling. OPPDRAGSGIVER(E) Saga Petroleum ASA RAPPORTNR GRADERING STF66 F97086 Fortrolig GRADERING 1. SIDE ISBN Fortrolig ELEKTRONISK ARKIVKODE Lavrans-Kristin.doc ARKIVKODE DATO SAMMENDRAG OPPDRAGSGIVERS REF. Jon Rytter Hasle PROSJEKTNR PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) Ivar Singsaas GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) Tore Aunaas, Forskningssjef ANTALL SIDER OG BILAG VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) Per S. Daling 86 Dette prosjektet har bestått av følgende hovedaktiviteter: Små-skala forvitringsstudie av Kristin og Lavrans Meso-skala renneforsøk for Kristin Stokastiske drift- og spredningsberegninger for overflateutslipp av Kristin Spredning av Kristin kondensat fra undervannsutblåsning Følgende hovedkonklusjoner ble funnet: De fysikalsk-kjemiske egenskapene til kondensatene bidrar til at fordampningen er stor og de danner ikke stabil vann-i-olje emulsjon ved et søl på sjøen. Beregninger av undervannsutblåsning viser at på grunn av stor utslippshastighet antas oljedråpene i plumen å bli svært små. Det antas derfor at de ikke vil stige til overflaten, men følge de tyngre vannmassene fra plumen ned til innlagringsdyp. Overflateoljens filmtykkelse vil derfor sannsynligvis bli bare noen µm tykk. På grunn av rask fordampning og fordi Kristin ikke danner stabil vann-i-olje emulsjon vil levetiden på overflaten bli forholdsvis kort. Dette medførte at oljen ikke nådde land i noen av de gitte scenariene for drivbaneberegninger. NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Kjemi Chemistry GRUPPE 2 Miljø Environment EGENVALGTE Forvitring Weathering Lavrans, Kristin kondensat Lavrans, Kristin condensate Spredning av olje Oil spreading

2 2 Innholdsfortegnelse Side 1. Bakgrunn og målsetting Oljers kjemiske sammensetning, egenskaper og oppførsel på sjøen Sammensetning av oljer Oljers egenskaper Oljers oppførsel på sjøen Eksperimentelt Kondensatene som er testet Forvitring av oljene Fysikalsk-kjemiske analyser Emulsjonstesting Meso-skala renne test Beskrivelse av meso-skala renna Test metodikk i meso-skala renna Resultater og diskusjon Fysikalske og kjemiske egenskaper Lavrans kondensat Kristin kondensat Emulgerende egenskaper Lavrans kondensat Kristin kondensat Stabilitet for vann-i-olje emulsjonene og effekt av emulsjonsbryter Meso-skala renne test Prediksjoner Modellering med SINTEF s Olje Forvitrings Modell Kriterier for prediksjonene Predikerte verdier Oppsummering av forvitringsegenskaper for Lavrans og Kristin Undervanns utblåsning Innledning Input til modellene Meteorologiske og oseanografiske forhold Kort omtale av Utblåsning-modellen Beregning av undervannsplume og eventuelt flak på sjøoverflaten Konsentrasjoner i vannmassene Statistiske Oljedriftberegninger Innledning Resultater fra drivbaneberegninger Utblåsning med overflateutslipp, 2360 tonn /døgn i 77 døgn Havari av lagertanker, tonn i 1 døgn Undervannsutblåsning, 3940 tonn/døgn i 77 døgn Oppsummering og anbefalinger Referanser...81 Dannelse og egenskaper til vann-i-olje emulsjoner...86 Bryting av vann-i-olje emulsjoner ved bruk av emulsjonsbryter:...86

3 3 1. Bakgrunn og målsetting Lavrans og Kristin er gass / kondensatfelt. De vurderinger av miljørisiko som hittil er gjort, ble utført på et så tidlig stadium at uhellsutslipp av en generell Nordsjø-olje ble lagt inn som dimensjonerende hendelse. I forbindelse med feltplanlegging er det behov for å korrigere disse vurderingene. Hensikten med prosjektet er å fremskaffe relevante eksperimentelle data på forvitrings- og emulgerende egenskaper til kondensatene Lavrans og Kristin. Dette for å kunne anslå hvordan disse kondensatene vil oppføre seg på havoverflaten ved et eventuelt utslipp. Denne informasjonen skal så benyttes i stokastisk drift- og spredningsberegninger, som vil legges til grunn for nye vurderinger av miljøkonsekvenser ved uhellsutslipp. Resultatene fra prosjektet vil dessuten være av stor nytteverdi i forbindelse med dimensjonering og planlegging av beredskapen ved disse to kondensatfeltene. De forvitringsprediksjonene som fremskaffes i dette prosjektet vha. SINTEF s Olje Forvitrings Modell, vil gjøre det lettere for Saga ved et eventuelt søl fra kondensatfeltene Lavrans eller Kristin, å ta en rask beslutning om hvilke bekjempelsesmetoder som bør benyttes, og videre kunne vurdere effektiviteten av en oljevernaksjon som funksjon av kondensatenes egenskaper over tid ved forvitring på sjøen. Ved prosjektets oppstart så det ut til at det kunne være Lavrans som ville bli utbygd først. Imidlertid ble det underveis signalisert fra oppdragsgiver at det sannsynligvis vil være Kristin som blir bygd ut først. På denne bakgrunn ble det i samråd med oppdragsgiver bestemt at meso-skala renneforsøk samt sprednings- og drivbaneberegninger skulle utføres for Kristin kondensatet. Prosjektet består derfor av følgende hovedaktiviteter: 1. Små-skala forvitringsstudie av Kristin og Lavrans 2. Meso-skala renneforsøk for Kristin 3. Stokastiske drift- og spredningsberegninger for overflateutslipp av Kristin 4. Spredning av Kristin kondensat fra undervannsutblåsning

4 2. Oljers kjemiske sammensetning, egenskaper og oppførsel på sjøen En olje (råolje / kondensat) er ikke et enhetlig materiale. Kjemisk sammensetning, og dermed kjemiske og fysikalske egenskaper til forskjellige oljer, kan variere svært mye. Hvorvidt en olje klassifiseres som en råolje eller et kondensat refereres tilbake til tilstanden i reservoaret. Kondensatet er lettere enn råoljer og inneholder ikke så mye tyngre komponenter som f.eks. resiner og asfaltener. Det er en gradvis overgang mellom oljer som kan klassifiseres som kondensat og lette råoljer Sammensetning av oljer 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 kjemiske og fysikalske egenskaper. Figur 2.1 viser skjematisk oppdelingen av oljen i kjemiske grupper. Hovedgruppene er hydrokarboner og organiske ikke-hydrokarboner. 4 Hydrokarboner n-alkaner iso-alkaner Parafiner Naftener Organiske ikkehydrokarboner Aromater Resiner Asfaltener Figur 2.1: Oljens 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 (f.eks. 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 (se kap. 4.1). Organisk ikke-hydrokarboner Disse kan inneholde, i tillegg til hydrogen og karbon, små mengder nitrogen, svovel eller oksygen samt spormetaller som varadium og nikkel. De to viktigste gruppene er resiner og asfaltener Oljers egenskaper En oljes kjemiske og fysikalske egenskaper er et resultat av egenskapene til oljens kjemiske komponenter. Den kjemiske sammensetningen for råoljer og kondensat varierer over et vidt spekter, noe som medfører store variasjoner i kjemiske og fysikalske egenskaper. De viktigste fysikalske og kjemiske egenskapene til en olje i oljevernsammenheng er omtalt nedenfor.

5 5

6 Kokepunktsområde Etter at en olje er sølt på sjøen vil de letteste komponentene i oljen fordampe. Dette fører til at oljen blir mer tyktflytende og endrer egenskapene sine. Kondensat inneholder en større andel lette komponenter enn en råolje. Tetthet Tettheten for råoljer varierer stort sett i området 0.8 til 0.95 g/ml ved 15 C, mens kondensat kan ha tetthet i området 0.74 til 0.8 g/ml. 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 Viskositeten til en olje uttrykker dens motstand mot flyt og avhenger av viskositeten til oljens komponenter. Viskositeten til råoljer varierer i området 3 til 2000 cp ved 13 C, mens kondensat kan ha en lavere viskositet (ned mot 1cP). Til sammenligning har vann viskositet 1 cp ved 20 C. Viskositeten avtar generelt med økende temperatur. Stivnepunkt Stivnepunktet er temperaturen hvor en olje slutter å flyte når den avkjøles. Stivnepunktet er relatert til oljens kjemiske sammensetning, spesielt voksinnholdet. 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 når de lette komponentene damper av. Flammepunktet indikerer relativ flamme- og eksplosjonsfare for en olje Oljers oppførsel på sjøen Når en olje søles på sjøen, skjer en rekke forvitringsprosesser som medfører forandringer i de kjemiske og fysikalske egenskapene til oljen og dens oppførsel på sjøen. De viktigste forvitringsprosessene i oljevernsammenheng er spredning av oljen på havoverflaten, fordampning og vann-i-olje emulgering. De viktigste faktorene som influerer forvitringsgraden av en olje på sjøen er: Opprinnelige kjemiske og fysikalske egenskaper til oljen. Miljømessige forhold, som vind, strøm, bølger, sollys og temperatur. 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 40-50% av oljen fordampe for enkelte råoljer, mens for enkelte kondensat kan så mye som opp mot 90% fordampe relativt raskt (0.5-1 dag). Det er imidlertid relativt stor spredning for forskjellige kondensat. Fordampning vil også endre de fysikalske og kjemiske egenskapene til den gjenværende oljen i forhold til den ferske oljens egenskaper. Når de lette komponentene i oljen fordamper vil både

7 7 tettheten og viskositeten til den gjenværende oljen øke. Likeså vil stivnepunktet øke fordi fordampning av lette komponenter vil konsentrere voksinnholdet i den gjenværende oljen. Vann-i-olje emulgering Vann-i-olje emulgering er den forvitringsprosessen som bidrar mest til at oljen blir vanskelig nedbrytbar og dermed forblir på havoverflaten. Vannopptaksevne og hastighet varierer sterkt fra oljetype til oljetype. Enkelte oljetyper kan ta opp så mye som 80 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 (emulsjon) og dermed ha økt 3-4 ganger i volum. Dette innebærer at vann-i-olje emulgering ofte har svært stor innvirkning på en oljevernaksjon. Et kondensat vil vanligvis ikke ta opp så mye vann som mange råoljer og eventuelle emulsjoner vil være ustabile.

8 8 3. Eksperimentelt 3.1. Kondensatene som er testet Tabell 3.1 viser brønn og prøvetakingsspesifikasjonene til kondensatene som er testet gjennom dette prosjektet. Tabell 3.1 Kondensatene testet i dette prosjektet. Kondensat Brønn Prøvetakingsdato Sintef reg.nr. Lavrans 6406/ : Kristin 6406/ Forvitring av oljene Når en olje søles på sjøen, blir den utsatt for forskjellige forvitringsprosesser, som: Fordampning av de letteste komponentene. Vann-i-olje emulgering. Påvirkning av sollys. Spredning på vannoverflata. Olje-i-vann dispergering. For å isolere påvirkningen av de forskjellige forvitringsprosessene (som fordampning og vanni-olje emulgering) utfører SINTEF rutinemessig en systematiske forvitring av oljer vha. en trinnvis prosedyre som er utviklet og forbedret ved SINTEF (Daling et al., 1990). Forvitringsprosessen er illustrert i Figur 3.1. I dette prosjektet ble det bare utført destillering (ingen foto-oksidering) av oljene. Det ble videre bare laget vann-i-olje (v/o) emulsjoner med maksimalt vanninnhold. Oljene ble destillert (toppet) til damptemperatur 150, 200 og 250 C, toppingsgrader som tilsvarer henholdsvis 0.5 til 1 time, 0.5 til 1 dag og 0.5 til 1 uke avdamping på sjøen. Vann-i-olje emulsjonene ble laget etter en standardisert metode (roterende flaske, vist i Figur 3.2). Denne metoden er utviklet av Mackay og Zagorski, 1982 og videreutviklet ved SINTEF. Metoden ble utviklet etter en grundig evaluering av forskjellige metoder for å simulere energiforholdene på sjøen og er standardisert og kalibrert mot feltforhold og anses dermed som svært godt egnet til testing av oljers emulgerende egenskaper i laboratoriet.

9 9 Råolje Fordampning 150 C+ 200 C+ 250 C+ Ph.ox. Emulgering med vann WOR = 1 WOR = 3 WOR = maks Figur 3.1 Flytskjema for forvitring (fordampning og emulgering) av en råolje. Fordampning av oljen foregår ved destillering (150, 200 og 250 C+). WOR er vann-til-olje forhold (se vedlegg B). 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 3.2 Prinsipp for roterende flaske metoden (Mackay and Zagorski, 1982).

10 Fysikalsk-kjemiske analyser Hver av de vannfrie residuene (Kapittel 3.2) ble testet på parametre listet i Tabell 3.2. Tabell 3.2 Oversikt over fysikalsk-kjemiske analyser utført i prosjektet. Analyse Metode Tetthet ASTM-metode D Stivnepunkt ASTM-metode D97-66, IP-metode 15/67. Grenseflatespenning ASTM-metode Viskositet (dynamisk) Haake Rotovisco RV20 Voksinnhold Uløselig i 2-butanon / diklormetan (1 + 1, vol. + vol) ved -10 C (Bridié et al., 1980). "Harde" asfaltener IP-metode 234/84. Mettet, aromat, resin innhold Iatroscan, TLC (thin layer chromatography) / FID (flame ionization detector). Det ble i tillegg målt viskositet på v/o emulsjonene. Viskositetsmålingene, både på emulsjoner og vannfrie residuer, var i hht. prosedyre beskrevet i McDonagh and Hokstad Prosedyren innebærer viskositetsmåling ved 6 forskjellige skjær hastigheter, fra 1 til 200 s -1. Viskositeten til residuene fra små-skala testingen i denne rapporten er oppgitt ved 100 s Emulsjonstesting Emulsjonstestingen i dette prosjektet omfattet følgende: Registrering av vannopptakshastighet (kinetikk) under vann-i-olje emulgeringsprosessen. Testing av v/o emulsjonenes stabilitet. Effekt av emulsjonsbryteren Alcopol O 60% på emulsjonen. Det ble benyttet konsentrasjoner på 500 og 2000 ppm relativt til oljevolumet. Emulsjonstestingen ble utført i klimarom ved 13 C og med sjøvann av normal salinitet (3.5 vekt%). Vannopptakshastighet uttrykkes i t 1/2 verdier, som er tiden (timer) for å emulgere halvparten av maksimalt vanninnhold (i vol.%). Vannopptakshastigheten ved bruk av roterende skilletrakter er korrelert mot feltdata og gir 6 ganger raskere opptak enn i felt. Denne parameteren er viktig for å beregne vannopptakshastighet ved ulike værforhold vha. SINTEF's Olje Forvitrings Modell. Stabilitet av emulsjonen og effekt av emulsjonsbryter ble registrert etter 10 minutter og etter 24 timer. Alcopol O 60% blir rutinemessig benyttet i forvitringsprosjekter ved SINTEF for å teste effektiviteten på v/o emulsjoner dannet av norske råoljer. Alcopol O 60 % inngår i NOFO's beredskapslager i forbindelse med mekanisk oppsamling.

11 11 Stabiliteten og effekt av emulsjonsbryter uttrykkes som fraksjonsvis dehydrering, D, av emulsjonen: D=0 betyr at emulsjonen ikke har mistet noe vann. Den er fullstendig stabil, eller upåvirket av emulsjonsbryter, i testperioden. D=1 betyr at emulsjonen har mistet alt vannet. Den er fullstendig ustabil, eller totalt brutt av emulsjonsbryter, i testperioden. Eksempelvis betyr D 24timer = 0.5 at emulsjonen har mistet halvparten av sitt opprinnelige vanninnhold (volumetrisk fraksjon) i løpet av 24 timer, enten med påvirkning av emulsjonsbryter eller uten emulsjonsbryter (stabilitet). Definisjon av symboler i forbindelse med emulsjonstesting er gitt i Vedlegg B Meso-skala renne test Ved forvitringsstudie er det viktig at oljen blir utsatt for så realistiske forhold som mulig. I den trinnvise små-skala forvitringsprosedyren blir oljen destillert, foto-oksidert 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 disse forvitringsprosessene når de foregår samtidig, som i felten, men under kontrollerte betingelser, har SINTEF bygd et basseng i meso-skala (Singsaas et al. 1993). Meso-skala renna er et bindeledd mellom forvitring i små-skala og felt-skala. Den representerer et viktig supplement til eksisterende laboratorie prosedyrer ved å gi eksperimentelle data til SINTEF s Olje Forvitrings Modell som forutsier oljens oppførsel på sjøen under varierende værforhold Beskrivelse av meso-skala 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 3.3. Overflate-energi for å danne vann-i-olje emulsjon og til å dispergere olje ned i vannet, kommer fra en bølge generator. Graden av brytende bølger kan varieres. For å regulere fordampningen kan forskjellige vindhastigheter simuleres av to vifter plassert i en overbygd vindtunnel. Om ønsket, kan oljen bli utsatt for kunstig sollys (foto-oksidasjon) Test metodikk i meso-skala renna I dette prosjektet ble det først sluppet 1 liter fersk Kristin kondesat for å simulere tynn oljefilm (ca. 0.2 mm), (forsøk A). Etter 1 døgns forvitring ble nye 9 liter kondensat påført og forvitret i 2 døgn, (forsøk B). Oljefilmtykkelsen ble ca. 2 mm. Strømmen i vannet, produsert av bølgegeneratoren og vindviftene, førte til at oljen gjennomsnittlig beveget seg en runde i løpet av 2 min. Det ble tatt prøver av overflateoljen, i forsøk B. I tillegg ble det tatt vannprøver for måling av dispergert olje, etter en standardisert prosedyre forsøk A og B. Prøvetakingen var hyppigst de første timene etter at forsøkene startet.

12 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. Tetthet av de vannfrie residuene ble målt for beregning av fordampning. Filmtykkelse ble målt ved bruk av pad for adsorpsjon av olje fra overflaten og analyse av oljemengde ved ekstraksjon og spektrofotometriske målinger 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 oljens endring i tetthet kun være avhengig av fordampning m Bølge generator 2. Fotolyse (sol-lampe) 3. Vind-tunnel 4. Under-vanns prøvetaking 2 3 Figur 3.3 Skjematisk tegning av meso-skala renna sett ovenfra. Vannprøvene ble analysert ved å ekstrahere 1 L prøver med diklormetan (DCM). Oljemengden ble kvantifisert ved gasskromatografisk analyse for å bestemme graden av dispersjon av olje ned i vannmassene. In-situ kjemisk dispergering ble ikke gjennomført ved avslutningen av forsøkene fordi det var lite kondensat igjen på overflaten.

13 13 4. Resultater og diskusjon Etter avtale med Saga er resultatene oppnådd gjennom små-skala testingen av Lavrans og Kristin kondensatene vist i sammenligning med data for Snorre oljen (Hokstad og Daling, 1992) og Midgard kondensatet (Moldestad og Daling, 1991) Fysikalske og kjemiske egenskaper Fysikalske data er vist i Tabell 4.1 og 4.2, og kjemiske data i Tabell 4.3. Gasskromatoagram er vist i Vedlegg A. Tabell 4.1 Fysikalske data. Olje Residue Kokepunkt Fordampet (vol%) Residue (vekt%) Tetthet (g/ml) Lavrans Fersk C C C Kristin Fersk C C C Midgard Fersk C C C Snorre Fersk C C C Tabell 4.2 Fysikalske data (*: Stivnepunktsproblemer. **: Målt på vannfri olje etter emulgering.) Olje Residue Flammepunkt ( C) Stivnepunkt ( C) Viskositet (cp, 13 C) 100 s -1 Viskositet** (cp, 13 C) 100 s -1 Grenseflatespenning (mn/m) Lavrans Fersk C * C * C * Kristin Fersk C C * C * Midgard Fersk C C C Snorre Fersk C C C

14 14 Tabell 4.3 Kjemiske data. Olje Residue Mettede (vekt%) Aromater (vekt%) Polare A Resiner (vekt%) Polare B Asfaltener (vekt%) Asfaltener (vekt%) Voks (vekt%) Lavrans Fersk < C < C < C < Kristin Fersk C C C Midgard Fersk < C < C < C < Snorre Fersk C C C Lavrans kondensat Lavrans har en relativt høy tetthet sammenlignet med Midgard (Tabell 4.1), men lavere tetthet enn Snorre råolje. Fordampningen ligger også mellom Midgard og Snorre. Dette indikerer at Lavrans kondensatet inneholder mer tyngre (med høyt kokepunkt) komponenter enn Midgard, som er et lett kondensat hvor tilnærmet 90% er antatt å fordampe i løpet av de første 6 timene etter et søl på sjøen. Lavrans har relativt høye stivnepunkts verdier (Tabell 4.2), på linje med Snorre. Stivnepunkt for Midgard er ikke målt, men antas å være vesentlig lavere enn Lavrans. Stivnepunktet har sammenheng med voksinnholdet i kondensatet og innfluerer bl.a. på viskositetsmålingene. Som det fremgår av Tabell 4.2 har både 150, 200 og 250ºC+ residuene til Lavrans relativt høye viskositeter sammenlignet med Snorre og Midgard. På grunn av det relativt høye voksinnholdet vil 200 og 250 C+ residuene og delvis 150 C+ residuet til Lavrans ha stivnet under statiske betingelser ved 13 C. Dette medførte problemer under viskositetsmålingene som ble utført med konsentrisk sylinder system, ved at residuet stivnet og klebet seg til veggen i målesylinderen. Dette fenomenet er observert tidligere for bl.a. Norne råolje (Strøm- Kristiansen et al., 1996). Som Tabell 4.2 viser ble viskositeten også målt på tilnærmet vannfri olje etter emulsjons-testing. Tallene her viser at viskositeten for disse prøvene var langt lavere enn for de tilsvarende prøvene som ikke var utsatt for den mekaniske påvirkningen i de rotere skilletraktene. Vi antar at dette har med voksstrukturen i det opprinnelige residuet å gjøre og at denne blir forstyrret ved mekanisk påvirkning. De høye viskositetstallene som fremkom for de vannfrie residuene uten mekanisk påvirkning antas derfor ikke å være relevant for kondensatet ved et eventuelt fritt drivende søl på sjøen. Derimot kan det høye voksinnholdet forårsake operasjonelle problemer/lagringsproblemer i forbindelse med f.eks. mekanisk oppsamling hvor oljeresiduet kan stivne.

15 15 Figur 4.1 A viser bilde av ferskt Lavrans kondensat ved romtemperatur (20ºC) og oppvarmet til 40ºC. Ved den laveste temperaturen felles det ut vokskrystaller fra kondensatet, som legger seg i bunnen av flasken. Dette skjer under statiske betingelser. Ved oppvarming til 40ºC løses voksen igjen. Figur 4.1 B viser 200ºC+ residuet til Lavrans i sammenligning med ferskt kondensat. 200ºC+ residuet har et stivnepunkt på 24 C og under statiske betingelser ved 13ºC vil residuet stivne. Det må understrekes at ved et eventuelt søl på sjøen hvor det dannes en tynn oljefilm og med bølgeaktivitet tilstede, vil det ikke være mulig for kondensatet å danne en slik voks-gitter struktur på denne måten. Ut fra den kjemiske sammensetningen (Tabell 4.3) kan man se at Lavrans inneholder en veldig stor andel mettede hydrokarboner (98.8% for 250ºC+ residuet). Væskekromatografiresultatene oppnådd ved Iatroscan TLC/FID viser også at innholdet av aromater er lavt, samt at innholdet av de tunge fraksjonene, resiner og asfaltener, er meget lavt. Ser en på voks, som tilhører gruppen mettede hydrokarboner, er innholdet av disse høyt sammenlignet med Midgard og også høyt sammenlignet med Snorreoljen. Som det vil fremgå senere er voks- og asfalteninnholdet viktig for en olje s evne til å danne stabile vann-i-olje emulsjoner. Analysen av den kjemiske sammensetningen understreker at Lavrans ikke inneholder asfaltener i motsetning til f.eks. en råolje (Snorre) Kristin kondensat Når det gjelder fysikalske data ligner Kristin mye på Lavrans, men det er også klare forskjeller. Tettheten er noe høyere og fordampningen (andel lette komponenter) noe lavere. Dette indikerer at Kristin kondensatet inneholder noe mer tyngre komponenter enn Lavrans, men fortsatt betraktelig lavere enn en råolje. Kristin har gjennomgående lavere stivnepunkt enn Lavrans og vi ser de samme fenomenene (klebing/stivning) når det gjelder viskositetsmålingene, dog ikke for 150ºC+ residuet, som har et stivnepunkt på 6ºC. Kristin har et noe lavere flammepunkt for de forskjellige residuene enn Lavrans, og skiller seg her ikke mye fra Snorre. Grenseflatespenningen mellom olje og vann ligger omkring 20 mn/m for de fleste parafinske nordsjøoljer. Både Kristin og Snorre ligger i dette området, mens Lavrans ligger noe lavere. Den kjemiske sammensetningen viser at Kristin inneholder omkring 10% mindre mettede hydrokarboner enn Lavrans, men ligger fortsatt relativt høyt sammenlignet med f.eks. Snorre. Væskekromatografiresultatene viser dessuten at Kristin har et relativt lavt innhold av aromater, selvom det er vesentlig høyere enn for Lavrans. Resultatene viser også at Kristin inneholder en relativt høy andel tyngre komponenter (resiner og asfaltener) sammenlignet med andre kondensat (6.8% resiner for Kristin mot 0,4% for Lavrans). Ut ifra de fysikalsk/kjemiske analysene kan man trekke det konklusjonen at Kristin ligger nærmere Snorre enn Lavrans og at begge skiller seg vesentlig fra Midgar. Imidlertid inneholder begge vesentlig mer lette komponenter enn en typisk råolje noe som medfører en høyere grad av fordampning ved et søl på sjøen sammenlignet med råoljer.

16 Emulgerende egenskaper Vanninnholdet i Lavrans og Kristin kondensatene etter varierende rotasjonstid i emulgeringsprosessen, er vist i Tabell 4.4 og 4.5. Kinetikken (t½) angir tiden i timer før kondensatet har emulgert halvparten av sitt maksimale vanninnhold (i vol.%) Lavrans kondensat Som vist i Tabell 4.4 emulgerte Lavranskondensatet inn noe vann, men dannet svært svake og ustabile v/o emulsjoner. Vannopptaket var veldig raskt både for 150 og 200ºC + residuene, mens 250ºC + residuet tok opp vann noe saktere. Da rotasjonen ble stoppet etter 24 timer, mistet emulsjonene alt vannet i løpet av få minutter. Dette viser at Lavrans ikke vil danne noen stabil emulsjon dersom den blir sølt på sjøen. Figur 4.1 C viser emulsjoner dannet for 250ºC+ residuet til Lavrans etter 6 timers rotasjonstid. Vannopptaket på det tidspunktet var nærmere 40%, men emulsjonen var meget ustabil. I prediksjonene som presenteres i kap. 5 er Lavrans lagt inn med 0 i vannopptak fordi emulsjonene er så ustabil at vannet vil separeres ut i løpet av meget kort tid. Tabell 4.4 Vanninnhold i Lavrans kondensat ved varierende rotasjonstid. Vanninnhold i v/o emulsjon (vol%) Miksetid (timer) 150 C+ 200 C+ 250 C Kinetikk (t½) Kristin kondensat Som vist i Tabell 4.5 tok 150ºC+ residuet opp kun 25% vann, mens 200ºC+ residuet tok opp 45% og 250ºC+ residuet 71% vann. Opptakshastigheten var høy for de to første residuene og noe lavere for 250ºC+ residuet. Emulsjonene dannet fra 200 og 250ºC+ residuene til Kristin mistet ikke vannet riktig så raskt som Lavrans. Imidlertid, emulsjonene fra Kristin mistet også mesteparten av vannet ved henstand (fra 10 min til 1 time settlingstid). Dette viser at heller ikke Kristin danner stabile emulsjoner ved et evt. søl på sjøen. I prediksjonene er Kristin lagt inn med et maksimum vannopptak på 25%, som er i overensstemmelse med det som ble oppnådd i meso-skala renna (se 4.3). Figur 4.1 E of F viser emulsjonene for 150 og 200ºC+ residuene av Kristin etter henholdsvis 10 minutter (E) og 1 time (F) settlingstid.

17 17 Under emulsjonstestingen av 250 C+ residuet til Kristin ble det dannet en mørkaktig klump i rørene (Figur 4.1D). Mens voksinnholdet i 250 C+ residuet til Kristin i utgangspunktet var 16.7% viste analyser at voksinnholdet i klumpen var 23.2% og i det gjenværende residuet i røret 12.2%. Dette viser at det var en anriking av voks i den klumpen som ble dannet. Det samme fenomenet ble ikke observert i renneforsøkene og det er grunn til å tro at det er forårsaket av veggeffekten i de roterende flaskene og at dette ikke vil opptre ved et frittdrivende søl på sjøen ved 13 C. Resultatene viser at Kristin kondensatet kan ha en tendens til å danne en svak og ustabil v/oemulsjon ved et eventuelt søl på sjøen. Derfor kan Kristin ha en noe lengre levetid på sjøen enn Lavrans og Midgard, men forskjellen mellom Kristin og Lavrans er ikke stor. Derfor vil Kristin, på linje med Lavrans ha en sterk tendens til å dispergere relativt raskt ned i vannmassene. Tabell 4.5 Vanninnhold i Kristin kondensat ved varierende rotasjonstid Vanninnhold i v/o emulsjon (vol%) Miksetid (timer) 150 C+ 200 C+ 250 C Kinetikk (t½)

18 18 A B C D E F Figur 4.1 Bilder tatt under små-skala testingen av Lavrans og Kristin. A. Voksutfelling i ferskt Lavrans kondensat ved 20 C; løst ved 40 C. B. 200 C+ residuet til Lavrans stivner ved 13 C (stivnepunkt 24 C). C. Vannopptak og emulsjonsdannelse 250 C+ residuet til Lavrans. Emulsjonen ble brutt etter kort tids henstand (settling). D. Voksklump dannet under emulsjonstesting av 250 C+ residuet til Kristin. E. Emulsjonstesting av Kristin, 150 og 200 C+ residuene. Etter 10 min. henstand (settlingstid). F. Emulsjonstesting av Kristin, 150 og 200 C+ residuene. Etter 1 t henstand (settlingstid).

19 Stabilitet for vann-i-olje emulsjonene og effekt av emulsjonsbryter For både Lavrans og Kristin ble effekten av emulsjonsbryter evaluert under følgende betingelser: Emulsjonsbryter: Alcopol O 60% Konsentrasjon av emulsjonsbryter: 500 ppm og 2000 ppm (relativt til oljevolumet) WOR er volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonen og D er dehydrering av emulsjonen etter 24 timers settling med og uten tilsats av emulsjonsbryter. D = 1 er en totalt ustabil emulsjon (alt vannet separert ut) D = 0 er en totalt stabil emulsjon (ikke noe vann separert ut) Stabiliteten til emulsjonene ble målt etter 24 timers rotasjon i de roterende skilletraktene og henstand i hhv. 10 minutter (D 10min ) og 24 timer (D 24t ), både før og etter tilsats av emulsjonsbryter, før avlesning. Som det fremgår av tabell 4.6 er emulsjonene dannet for Lavrans så ustabile at selv uten tilsats av emulsjonsbryter vil de bli totalt brutt i løpet av 10 minutters henstand. Derfor er det ikke mulig å si hva en eventuell effekt av emulsjonsbryter vil være for Lavrans vedkommende. Tabell 4.6 Stabilitet av emulsjon (ingen: uten emulsjonsbryter) dannet av Lavrans kondensatet og effektivitet av emulsjonsbryter Alcopol O 60 % (500 ppm og 2000 ppm relativt til oljevolumet) etter 10 min.(d 10min )og 24 timers henstand (D 24t ) ved 13 C. Residue Emulsjonsbryter WOR ref (vol.% vann) WOR 10min (vol% vann) WOR 24t (vol.% vann) D 10min D 24t Lavrans 150ºC+ ingen 0.14(12) 0(0) 0(0) ºC+ ingen 0.22(18) 0(0) 0(0) ºC+ ingen 1.27(56) 0(0) 0(0) ºC+ Alc.O 60 % 500 ppm 0.14(12) 0(0) 0(0) ºC+ Alc.O 60 % 500 ppm 0.22(18) 0(0) 0(0) ºC+ Alc O 60 % 500 ppm 1.27(56) 0(0) 0(0) ºC+ Alc.O 60 % 2000 ppm 0.14(12) 0(0) 0(0) ºC+ Alc.O 60 % 2000 ppm 0.22(18) 0(0) 0(0) ºC+ Alc.O 60 % 2000 ppm 1.27(56) 0(0) 0(0) Som det fremgår av Tabell 4.7 vil emulsjonene dannet fra Kristin holde noe lengre på vannet enn Lavrans emulsjonene, men etter 24 timer er det kun 250ºC+ residuet som fortsatt vil inneholde noe vann. Emulsjonsbryter har en god effekt i løpet av 10 minutter for 200 og 250ºC+ residuet. 150ºC+ residuet tar opp meget lite vann og danner en meget ustabil emulsjon. Etter 24 timer er alle emulsjonene brutt. Dette viser at Kristin danner noe mer stabile emulsjoner enn Lavrans og også en del andre kondensat som er undersøkt hos SINTEF. Imidlertid er emulsjonene meget

20 20 ustabile. Som det vil fremgå av resultatene blir også denne emulsjonen fullstendig brutt ved tilsats av emulsjonsbryter. Med så ustabile emulsjoner som disse to kondensatene danner vil evt. bruk av emulsjonsbryter i en oljevernaksjon sannsynligvis ikke være så aktuelt. Imidlertid tyder resultatene for Kristin på at dersom emulsjonsbryter blir benyttet vil denne virke bra selv ved den laveste konsentrasjonen. Tabell 4.7 Stabilitet av emulsjon (ingen: uten emulsjonsbryter) dannet av Kristin kondensatet og effektivitet av emulsjonsbryter Alcopol O 60 % (500 ppm og 2000 ppm relativt til oljevolumet) etter 10 min (D 10min ) og 24 timers henstand (D 24t ) ved 13 C. Residue Emulsjonsbryter WOR ref (vol.% vann) WOR 10min (vol% vann) WOR 24t (vol.% vann) D 10min D 24t Kristin: 150ºC+ ingen 0.33(25) - 0(0) 0(0) 1, ºC+ ingen 0.82(45) 0.67(40) 0(0) ºC+ ingen 2.45(71) 2.45(71) 0.33(25) ºC+ Alc.O 60 % 500 ppm 0.33(25) - 0(0) 0(0) 1, ºC+ Alc.O 60 % 500 ppm 0.82(45) 0(0) 0(0) ºC+ Alc O 60 % 500 ppm 2.45(71) 0.67(40) 0(0) ºC+ Alc.O 60 % 2000 ppm 0.33(25) 0(0) 0(0) 1, ºC+ Alc.O 60 % 2000 ppm 0.82(45) 0(0) 0(0) ºC+ Alc.O 60 % 2000 ppm 2.45(71) 0.33(25) 0(0)

21 4.3. Meso-skala renne test Forsøk A ble igangsatt 27.mai 1997 ved at 1 liter Kristin kondensat ble blandet med 10 liter sjøvann og påført i renna. Ved en jevn fordeling over hele overflaten i renna gir 1 liter en teoretisk filmtykkelse på ca. 0.2 mm. Oljemengden påført i dette forsøket var så liten at det ikke var mulig å ta prøver av overflateolje. Etter omtrent 1 døgns forvitring ble forsøk B igangsatt ved å påføre nye 9 liter kondensat i renna. Dette ga en teoretisk filmtykkelse på ca. 2 mm. Tabell 4.8 viser resultatene fra de to renneforsøkene. 21 Tabell 4.8 Resultater fra de to meso-skala renneforsøkene med Kristin kondensat Dato Forsøk Tid Emulsjonens vanninnhold Viskositet Tetthet olje Fordamp -ningstap Dispergert olje Film tykkelse timer vol% WOR cp s-1 g/ml vekt% vekt% mm 27/5 A / /5 B Vann i olje emulgering I forsøk B tok kondensatet opp noe vann, men kom ikke høyere i vanninnhold enn rundt 20%. Dette er lavere enn i små-skala testingen og skyldes den lave stabiliteten til emulsjonen og den noe lavere bølgeenergien kondensatet er utsatt for i renna sammenlignet med i små-skala testingen. Viskositet Viskositeten oppnådd i forsøk B svinger noe og ligger i området fra 85 til 170 cp ved en skjærhastighet på 25 s-1. Dette gjenspeiler det lave vannopptaket og den lave stabiliteten til emulsjonen. På grunn av energitilførselen i renna ser man ikke de samme klebingsproblemene ved måling av viskositet som ble observert i små-skala testingen for 200ºC+ og 250ºC+ residuene (se Tabell 4.2). På sjøen, med energi tilstede, vil oljen være flytende ved temperaturer 10-15ºC under stivnepunktet og ved en sjøtemperatur på 13ºC (typisk

22 sommertemperatur i Nordsjøen) vil sannsynligvis Kristin kondensatet ikke stivne under ellers normale forhold. Fordampning Etter 48 timers forvitring, i forsøk B, oppnådde Kristin en fordampning på 52%. Dette tilsvarer et sted mellom fordampningstapet til 200ºC+ og 250ºC+ residuene fra destilleringen (toppingen) av kondensatet (se Tabell 4.1). En toppingsgrad på 200ºC tilsvarer omtrent dags fordampning på sjøen og 250ºC tilsvarer omtrent 0.5 til 1 ukes fordampning på sjøen. Fordampningen oppnådd i renna er derfor i god overensstemmelse med predikert forvitring basert på små-skala testingen. Dispergert olje I renneforsøk A ble det oppnådd en naturlig dispergering på 7.4% etter 23 timer. Basert på erfaring med råoljer er dette relativt høyt. Dispergeringen var prosentvis høyere i forsøk A, med tynn oljefilm, enn i forsøk B, med større filmtykkelse. Måling av filmtykkelsen ved avslutningen av forsøk A indikerer at tilnærmet 5% av oljen som ble påsatt ved oppstart av forsøket, fremdeles finnes på vannoverflaten. Graden av dispergering i forsøk B er lavere enn forventet. Dette har sammenheng med det faktum at mye av kondensatet som ellers ville bidratt til økt dispergering festet seg på renneveggen (se under). På grunn av de naturlige begrensningene man har i små- og mesoskala sammenlignet med åpen sjø, f.eks. veggeffekt og prøvetaking, vil man måtte ta hensyn til dette ved en evaluering av resultatene. Vi har tidligere sett at også råoljer etter en tids forvitring fester seg til renneveggen, men ikke i samme grad som Kristin kondensatet. Dette kan ha sammenheng med klebingen som er diskutert tidligere i rapporten. Reduksjonen i den målte oljefilm tykkelse, som teoretisk ved start i forsøk A var ca. 0.2 mm og i forsøk B ca. 2 mm, gjenspeiler økende fordampning, økende dispergering og det faktum at en økende andel av oljen festet seg på veggen utover i forsøkene. Visuelle observasjoner Etter 5 timers forvitring i forsøk A flyter kondensatet rundt som et fettlag på toppen av vannsøylen. En del kondensat har festet seg til veggen, mens det er meget vanskelig visuelt å anslå hvor mye som er dispergert fordi kondensatet i utgangspunktet er såvidt lyst av farge. Etter 9 timer ser det ut til å være mindre mengder kondensat på overflaten, mens vannet ser ut til å være noe mer gulaktig. Ved avslutningen av forsøk A (etter 23 timer) så det omtrent ut som etter 9 timer, men muligens noe mer gulfarge på vannet og lite kondensat igjen på overflaten. I forsøk B ble kondensatet påført direkte fra en hagekanne og det spredde seg jevnt utover vannflaten. Etter 6 timers forvitring var det mindre kondensat på overflaten og det var vanskelig å ta overflateprøver. Det kunne observeres visuellt at emulsjonen som ble dannet av den brytende bølgen var meget ustabil og at vann feltes ut av emulsjonen kontinuerlig i de roligere partiene av renna. Etter ca. 11 timer var mengde kondensat på overflaten minket betraktelig og mengde kondensat på renneveggene var økt. Avsetningen på veggene minnet om grease når en tok på det og besto av fordampet kondensat som stivnet når det ikke lengre ble utsatt for bølgeaktivitet. En analyse av voksinnholdet til kondensatet som var avsatt på veggene ga en verdi på 14.3% som er en normal verdi fordampningen tatt i betraktning, og tyder ikke på noen voksanrikning. Etter 48 timers forvitring, ved avslutning av forsøk B, var det lite 22

23 kondensat igjen på overflaten. Veldig mye var avsatt på veggene og fargen på vannfasen tydet ikke på noen økning i dispergeringen. 23

24 Figur 4.2 A-D viser bilder fra de to renneforsøkene med Kristin kondensat. Bilde A er tatt ca. 10 minutter etter oppstart i forsøk A og viser den relativt tynne oljefilmen. Bilde B er tatt ca. 10 minutter etter oppstart i forsøk B. Fordi oljemengden i dette forsøket var 9 ganger større enn i det foregående er oljefilmen tykkere og det er mulig å ta ut prøver for analyse. Bilde C er tatt 11 timer ut i forsøk B og viser at mengden kondensat på vannoverflaten er redusert og at kondensatet fester seg til veggen og stivner. Bilde D er tatt ved avslutningen av forsøk B (etter ca. 48 timer) og viser at mengden kondensat på vannoverflaten er betraktelig redusert. 24 A B C D Figur 4.2 Bilder fra renneforsøk med Kristin kondensat. A. 10 min etter oppstart i forsøk A. B. 10 min etter oppstart i forsøk B. C. Ca. 11 timers forvitring i forsøk B. D. Ved avslutning av forsøk B (ca. 48 timer). Massebalanseberegninger Massebalansen etter 23 timer i forsøk A og 48 timer i forsøk B kan stipuleres som følger: Forsøk A Forsøk B Fordampet (målt) 52 vekt% 52 vekt% Dispergert (målt) 7.5 vekt% 2 vekt% Overflate (målt) 5 vekt% 10 vekt% Prøvetaking (kalkulert) 2.5 vekt% 12 vekt% Adsorbert til vegg (stipulert) 33 vekt% 24 vekt%

25 Prediksjoner Modellering med SINTEF s Olje Forvitrings Modell Effektiviteten til forskjellige oljevernaksjoner avhenger av, i tillegg til værforholdene, de fysikalske og kjemiske egenskapene til oljen. SINTEF har utviklet en numerisk modell for prediksjon av oljens forvitringsegenskaper på sjøen. SINTEF s Olje Forvitrings Modell er detaljert beskrevet av Daling et al., 1990, Johansen, 1991 og Aamo et al., 1993 i tillegg til i brukerveiledningen for modellen. SINTEF s Olje Forvitrings Modell kan simulere oljenes forvitringsegenskaper på sjøen basert på: Crude Assay, som inneholder data på fersk råolje. Crude Assay og resultater oppnådd gjennom SINTEF's standardiserte laboratorieundersøkelse (Daling et al., 1990). Bruk av laboratoriedata, i tillegg til Crude Assay, vil resultere i langt mer pålitelige prediksjoner i forhold til Crude Assay alene. Figur 4.3 viser skjematisk SINTEF s Olje Forvitrings Modell, som er utviklet til en IBMkompatibel PC-versjon. 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) Figur 4.3 Skjematisk diagram over SINTEF s Olje Forvitrings Modell.

26 Kriterier for prediksjonene Utslipp og oljefilmtykkelse De grafiske framstillingene omfatter prediksjoner av de fysikalske egenskapene til oljen over en periode på 5 min. til 5 dager etter et utslipp. Dette er for å dekke et spekter av sølsituasjoner hvor det er nødvendig å handle innen kort tid (første linje respons) eller etter flere dager forvitring av oljen på sjøen, som ved et søl til havs. Realistiske beregninger av fordampningstap under feltbetingelser, basert på felteksperimenter, danner basisen for prediksjonen av oljeparametrene. Fordampningstapet over tid er avhengig av den opprinnelige sammensetningen av oljen (destillasjonskurven), sjøtemperaturen og vindstyrken. I tillegg påvirkes fordampningen av den initielle tykkelsen av oljeflaket og til endringer i oljefilmtykkelsen forårsaket av fordampning, spredning, olje-ivann dispergering og vann-i-olje emulgering. Dette innebærer at endringen i oljens egenskaper kort tid etter et søl, spesielt den første timen, avhenger svært mye av utslippsbetingelsene, f.eks. om det er undersjøiske- eller overflate-utblåsninger, utslipp fra skip eller rørledninger. For en råolje brukes ofte følgende parametre for filmtykkelse: Initiell filmtykkelse: 20 mm. Slutt filmtykkelse: 2 mm. Halveringstid for reduksjon i filmtykkelsen: 1 time. Disse betingelsene gir en utvikling i oljens fysikalske egenskaper over tid godt i samsvar med endringer observert i eksperimentelle feltforsøk (f.eks. Johansen, 1991, Lewis et al., 1995, Brandvik et al., 1996). Prøvene ble da tatt i den tykke delen av det eksperimentelle oljeflaket. Et lett kondensat, som i motsetning til en råolje ikke vil danne stabile v/o emulsjoner, vil spre seg raskere utover vannflata enn en tykkere olje. Følgende parametre er derfor valgt for oljefilmtykkelsen for Lavrans og Kristin kondensatene: Initiell filmtykkelse: 1 mm. Slutt filmtykkelse: 0.05 mm. Halveringstid for reduksjon i filmtykkelsen: 1 time. 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 4.9 viser sammenhengen mellom forskjellige vindstyrker og bølgehøyder benyttet i prediksjonene. Dette representerer værvinduet hvor en oljevernaksjon er mulig.

27 27 Tabell 4.9 Værforhold benyttet i prediksjonene. Vindstyrke (m/s) Beaufort vind Vindtype Bølgehøyde (m) 2 2 Lett bris Moderat bris Frisk bris Liten kuling 3-4 Temperatur I prediksjonene er det benyttet to forskjellige sjøtemperaturer: Vinter: 5 C Sommer: 15 C For norske forhold er dette ekstremverdier. Eksempelvis kan nevnes at 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. Stivnepunkt Tabell 4.10 viser stivnepunktskriteriene som er valgt for å predikere kjemisk dispergerbarhet av den forvitrede oljen. Disse kriteriene er basert på både dispergeringstesting i laboratoriet og fra observasjoner fra feltforsøk med påføring av dispergeringsmidler på forvitrede oljer med høyt stivnepunkt. Tabell 4.10 Stivnepunktskriterier for prediksjonene. Stivnepunkt Dispergerbarhet <5 C over sjøtemp Dispergerbar 5-15 C over sjøtemp Redusert >15 C over sjøtemp di Ikke dispergerbar b h Naturlig dispergering / total massebalanse Prediksjon av oljeflakets totale massebalanse som funksjon av tid, er basert på algoritmer fra Delvigne og Sweeney, 1988, og er nærmere beskrevet i brukermanualen til SINTEF's Olje Forvitrings Modell.

28 4.4.3 Predikerte verdier I det følgende presenteres prediksjonene for Lavrans og Kristin under forskjellige værforhold. Som tidligere nevnt (Kap ) danner Lavrans så ustabile v/o-emulsjoner at kondensatet er lagt inn i SINTEF s Olje Forvitrings Modell med 0 i vannopptak. Kristin, som danner v/oemulsjoner med noe høyere stabilitet, er lagt inn med et vannopptak på 25%. Av denne grunn er prediksjonsarkene for vannopptak og emulsjonsviskositet for Lavrans tatt ut. Ved prediksjon av fordampning, flammepunkt, stivnepunkt, vannopptak, emulsjonsviskositet og tetthet kjøres modellen uten at naturlig dispersjon er tatt hensyn til (slått på). Dette gjøres for å kunne se utviklingen av de forskjellige parametrene over tid, forutsatt at oljen ikke dispergerer ned i vannmassene. I prediksjonsarkene for massebalanse er naturlig dispersjon tatt inn og man vil se at fordampningen avtar når økende andel av oljen dispergerer ned i vannmassene. Oljer som det tidligere er foretatt forvitringsstudier på ved SINTEF, og som SINTEF s Olje Forvitrings Modell er kalibrert mot, inneholder inntil ca. 5 vekt % voks. Vanligvis utføres de forskjellige analysene ved en temperatur på 13ºC og modellen predikerer da oljens forvitring ved 5ºC utfra disse dataene. For spesielt voksrike oljer, med høyt stivnepunkt, som kan ha en tendens til å stivne på sjøen, kan forskjellen i oppførsel mellom 5ºC (vinterforhold) og 15ºC (sommerforhold) være så signifikant at det kan være nødvendig å utføre testing også ved lavere temperatur (3-5ºC). Det ferskeste eksemplet på dette er Norne oljen, som ble testet ved 3ºC og som viste stor forskjell i oppførsel fra 3ºC kontra 13ºC. Imidlertid har Norne et stivnepunkt på ca. 20ºC som fersk olje, mens f.eks. både Lavrans og Kristin har stivnepunkt under 0ºC for de ferske oljene. Selv om stivnepunktet for begge kondensatene øker raskt med økende avdamping og for Lavrans sitt vedkommende når verdier som ligger på linje med Norne etter noen timer på sjøen, vil sannsynligvis bølgeaktivitet bidra til at kondensatet emulgere noe vann slik at det ikke vil ha samme tendensen til å stivne som f.eks. Norne. I tillegg vil spredningen av disse kondensatene være stor i en initiell fase av en sølsituasjon og det vil dannes en relativt tynn oljefilm og den naturlige dispergeringen vil være stor. Vi mener derfor at de predikerte verdiene for de to kondensatene ved 5ºC vil gi et tilnærmet riktig bilde av kondensatets oppførsel på sjøen, men det kan anbefales å utføre et meso-skala renneforsøk med Lavrans kondensatet ved 3ºC for en verifikasjon. 28

29 29 Prediksjoner for Lavrans og Kristin kondensat

30 30 Property: EVAPORATIVE LOSS Oil Type: LAVRANS Data Source: IKU Petroleum Research (1996) Oil film thickness: Initial (mm): 1 Terminal (mm): 0.05 Halftime in thickness reduction (hrs): 1.0 Copyright 1998 Applied Chemistry Pred. date: Feb. 19, 1998 Wind Speed (m/s): 15 Wind Speed (m/s): 10 Wind Speed (m/s): 5 Wind Speed (m/s): 2 80 Winter Conditions (5 C) Evaporated (%) Hours Days 80 Summer Conditions (15 C) 70 Evaporated (%) Hours Days