1. No category

SINTEF RAPPORT
TITTEL
Forvitringsegenskaper på sjøen og kjemisk dispergerbarhet
for Njord råolje.
SINTEF Kjemi
Postadresse: 7034 Trondheim
Besøksadresse: S.P. Andersens v 15 b
Telefon:
73 59 28 73
Telefaks:
73 59 70 51
Foretaksnr: NO 948 007 029 MVA
FORFATTER(E)
Ivar Singsaas, Tove Strøm-Kristiansen og Per S. Daling
OPPDRAGSGIVER(E)
Norsk Hydro ASA
RAPPORTNR
GRADERING
OPPDRAGSGIVERS REF.
STF66 F97073
Fortrolig
Per Erik Nilsen
GRADERING 1. SIDE
ISBN
PROSJEKTNR.
ANTALL SIDER OG BILAG
66105000
97
ELEKTRONISK ARKIVKODE
PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.)
VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.)
Njord.doc
Ivar Singsaas
Per S. Daling
ARKIVKODE
DATO
GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.)
15 juli, 2002
Tore Aunaas, Forskningssjef
SAMMENDRAG
Hovedmålsettingen med dette studiet er å gjøre det lettere for Norsk Hydro ASA å ta et raskt standpunkt til hvilke
bekjempelsesmetoder som bør benyttes ved et eventuelt søl av Njordolje. Videre er det et mål at Norsk Hydro a.s skal
være i stand til å vurdere / forutsi effekten av en oljevernaksjon over tid og ved ulike værforhold.
Det er foretatt en omfattende laboratoriestudie av Njordoljens forvitringsegenskaper, samt testing av oljens kjemiske
dispergerbarhet ved økende forvitringsgrad. Ved å kombinere de eksperimentelle data med SINTEFs Olje Forvitrings
Modell, er endringer i Njordoljens egenskaper over tid etter et oljesøl ved ulike værsituasjoner, beregnet. Prediksjonene er
gitt i figurer på standardiserte data-ark.
Rapporten er lagt opp til å være et praktisk hjelpemiddel for en skadestedsleder ved et reelt oljesøl. Samtidig inneholder
rapporten informasjon av mer generell art som viser hvor mangesidig og kompleks oljens forvitring på sjøen er. Dette gjør
at den også kan være et hjelpemiddel for Norsk Hydro ASA til opplæring av mannskap i oljevern.
STIKKORD
NORSK
ENGELSK
GRUPPE 1
Miljø
Environment
GRUPPE 2
Kjemi
Chemistry
EGENVALGTE
Forvitring
Weathering
Råolje
Crude oil
Njord
Njord
2
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\2\02-07-15
3
FORORD
Så
lenge
råoljer
og
petroleumsprodukter
transporteres over hav i tankbåter eller i
rørledninger, vil det være fare for oljesøl som
potensielt kan skade miljøet. Forliset av "Braer" på
Shetland, og også mindre ulykker i Norge i senere
tid, har vist at det er et høyt engasjement i slike saker
blant folk flest og i media. Disse sølene har også vist
hvor viktig det er å kunne forutsi effektiviteten til
forskjellige
opprenskningsmetoder
(mekanisk,
brenning, dispergeringsmidler etc.) under gitte
forhold.
Nye oljetyper kommer stadig i produksjon på norsk
sokkel. Store variasjoner i råoljenes fysikalskkjemiske egenskaper gjør at deres oppførsel ved et
eventuelt oljeutslipp på sjøen, kan være svært
forskjellig.
Forvitringsprosesser som f.eks. fordampning og
emulgering av vann endrer de fysikalsk-kjemiske
egenskapene til oljen over tid. Disse endringene vil
være avhengig av bl.a. oljens sammensetning, og
værforholdene på sjøen. For å kunne tilrettelegge en
beredskap mot oljesøl tilpasset den aktuelle
oljetypen, er det derfor viktig å ha kjennskap til de
ulike forvitringsprosessene og hvordan disse
forandrer oljens egenskaper over tid.
God kjennskap til forvitringsegenskapene til en olje
er viktig for:
• Å gjennomføre gode miljørisikoanalyser og
beredskapsanalyser for et felt.
• Beredskapsplanlegging for et oljefelt.
• Sikre optimal effekt av en mekanisk eller
kjemisk opprenskningsaksjon.
Overflateoljens/emulsjonens egenskaper vil ha stor
betydning for en mekanisk oppsamlingsaksjon:
• Effektiviteten til mekanisk oppsamling avhenger
av spredningsegenskaper til oljen
• Lekkasje fra lenser avhenger av viskositeten til
oljen
• Pumpekapasiteten til skimmere avhenger av
viskositet og stivnepunkt til oljen.
• Vanninnholdet i oljen avhenger av oljens
egenskaper.
• Effekt av en emulsjonsbryter avhenger av
emulsjonens stabilitet, som igjen avhenger av
oljens egenskaper.
Effekten av behandling med dispergeringsmidler
avhenger av faktorer som:
• Fysikalsk/kjemiske
egenskaper
til
oljen
(viskositet, voksinnhold, stivnepunkt etc.).
• Oljens
spredningsegenskaper
(oljefilmens
tykkelse).
• Vannopptak i oljen (oljens emulgerende
egenskaper).
Håndboka for Njordoljen vil gjøre det lettere for
Norsk Hydro ASA å ta et raskt standpunkt til hvilke
bekjempelses-metoder som bør benyttes ved et
eventuelt oljesøl med Njordoljen. Videre vil Norsk
Hydro ASA lettere kunne vurdere/forutsi sannsynlig
effektivitet av en oljevernaksjon over tid ved ulike
værforhold. Den vil også kunne være et
hjelpemiddel i opplæring av skadestedsledere,
opprenskningsmannskaper og andre involverte.
Håndboka er lagt opp til å være mest mulig
"brukervennlig", slik at den kan være et praktisk
hjelpemiddel f.eks. for en skadestedsleder ved et
reelt oljesøl. Samtidig inneholder håndboka
informasjon av mer generell art som viser hvor
mangesidig og kompleks oljens forvitring på sjøen
er.
Forvitringsegenskapene til Njordoljen er studert
etter en standardisert laboratorie-prosedyre som er
utviklet, uttestet og tilrettelagt ved SINTEF. De
eksperimentelle resultatene er "overført" til sjøbetingelser ved bruk av SINTEFs Olje Forvitrings
Modell. Disse beregningene er presentert i figurer på
standardiserte data-ark som viser Njordoljens ulike
egenskaper ved økende forvitring på sjøen.
SINTEFs Olje Forvitrings Modell eksisterer som PC
modell under Windows og MS-DOS.
SINTEFs Olje Forvitrings Modell lar seg lett
modifisere og tilpasse nye forvitringsdata, f.eks. fra
feltforsøk eller fra forsøk med Njordoljen i SINTEFs
meso-skala anlegg for forvitringsstudier.
En takk for fin innsats og godt samarbeid i dette
prosjektet går til Merete Øverli Moldestad (forsker),
Inger Kjersti Almås og Oddveig M. Bakken
(laboratorieteknikere), Tone Aas Heggenhougen
(tegner) og May Kristin Ditlevsen (sekretær).
Trondheim, oktober 1997
Ivar Singsaas
Prosjektleder
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\3\02-07-15
4
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\4\02-07-15
5
Innholdsfortegnelse
Side
1.0 Kort om råoljers kjemiske sammensetning og egenskaper ............................................................................ 7
1.1 Sammensetning av råoljer ........................................................................................................................... 7
1.1.1 Hydrokarboner ................................................................................................................................. 7
1.1.2 Organiske ikke-hydrokarboner......................................................................................................... 7
1.2 Råoljers egenskaper..................................................................................................................................... 8
1.2.1 Kokepunktsområde (destillasjonsegenskaper) ................................................................................. 8
1.2.2 Tetthet.............................................................................................................................................. 8
1.2.3 Viskositet ......................................................................................................................................... 8
1.2.4 Stivnepunkt ...................................................................................................................................... 9
1.2.5 Flammepunkt ................................................................................................................................... 9
2. Råoljers egenskaper og deres oppførsel på vann ............................................................................................ 11
2.1 Fordampning ............................................................................................................................................. 11
2.1.1 Effekt av fordampning på egenskaper til den gjenværende oljen................................................... 12
2.2 Vannløselighet av olje-komponenter......................................................................................................... 13
2.3 Foto-oksidering ......................................................................................................................................... 13
2.4 Biodegradering.......................................................................................................................................... 13
2.5 Sedimentering............................................................................................................................................ 13
2.6 Nedsenking ("overvasking") ..................................................................................................................... 13
2.7 Vann-i-olje emulsjon................................................................................................................................. 14
2.7.1 Vann-i-olje emulgering .................................................................................................................. 14
2.7.2 Stabilitet av vann-i-olje emulsjoner ............................................................................................... 15
2.7.3 Reologi (flyt-egenskaper) til vann-i- olje emulsjoner ................................................................... 15
2.7.4 Effekt av vann-i-olje emulgering på oljevernaksjoner ................................................................. 15
2.8 Olje-i-vann dispergering............................................................................................................................ 17
2.8.1 Naturlig olje-i-vann dispergering................................................................................................... 17
2.8.2 Kjemisk dispergering ..................................................................................................................... 17
2.9 Spredning .................................................................................................................................................. 17
2.10 Drift av et oljesøl..................................................................................................................................... 18
3. Eksperimentelle metoder................................................................................................................................... 19
3.1 Forvitring av oljen..................................................................................................................................... 19
3.2 Fysikalsk-kjemiske analyser ...................................................................................................................... 20
3.4 Emulgerende egenskaper........................................................................................................................... 20
3.4.1 Preparering av vann-i-olje emulsjoner ........................................................................................... 21
3.4.2 Metoder for testing av emulsjonsbrytere........................................................................................ 21
3.5 Kjemisk dispergerbarhet............................................................................................................................ 22
3.5.1 Metoder.......................................................................................................................................... 22
3.5.2 Screening av dispergeringsmidler .................................................................................................. 22
3.5.3 Effektivitetstesting av dispergerings- midler................................................................................. 23
3.6 Studier i meso-skala renne......................................................................................................................... 23
3.6.1 Beskrivelse av renna ...................................................................................................................... 24
3.6.2 Test metodikk i meso-skala renna.................................................................................................. 24
4. Resultater og diskusjon ..................................................................................................................................... 27
4.1 Fysikalsk-kjemiske egenskaper ................................................................................................................. 27
4.1.1 Kjemisk sammensetning ................................................................................................................ 27
4.1.2 Destillering (topping)..................................................................................................................... 27
4.1.3 Tetthet............................................................................................................................................ 28
4.1.4 Viskositet ....................................................................................................................................... 28
4.1.5 Stivnepunkt .................................................................................................................................... 28
4.1.6 Flammepunkt ................................................................................................................................. 28
4.1.7 Voks............................................................................................................................................... 28
4.1.8 Asfaltener....................................................................................................................................... 29
4.1.9 Grenseflatespenning....................................................................................................................... 29
4.2 Vann-i-olje emulgering ............................................................................................................................. 29
4.2.1 Viskositet av vann-i-olje emulsjon................................................................................................. 29
4.2.2 Vann-i-olje emulgeringshastighet .................................................................................................. 29
4.2.3 Stabilitet av vann-i-olje emulsjon og effektivitet av emulsjonsbryter ............................................ 30
4.3 Kjemisk dispergerbarhets-testing .............................................................................................................. 34
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\5\02-07-15
6
4.3.1 Screening av dispergeringsmidler .................................................................................................. 34
4.3.2 Effektivitetstesting av to dispergeringsmidler................................................................................ 34
4.4 Meso-skala renne tester ............................................................................................................................. 37
4.4.1 Resultater fra renneforsøk A .......................................................................................................... 37
4.4.2 Resultater fra renneforsøk B .......................................................................................................... 43
4.5 Testing av olje fra Brønn 6497/7-A-8H (Njord 3) .................................................................................... 43
5. Prediksjoner for Njordoljens egenskaper på sjøen......................................................................................... 47
5.1 Innledning ................................................................................................................................................. 47
5.1.1 SINTEFs Olje Forvitrings Modell ................................................................................................. 47
5.2 Kriterier for prediksjonene ........................................................................................................................ 47
5.2.1 Utslipp og oljefilmtykkelse ............................................................................................................ 47
5.2.2 Vind og sjøtilstand ......................................................................................................................... 49
5.2.3 Sjøtemperaturer.............................................................................................................................. 49
5.2.4 Brann og eksplosjonsfare............................................................................................................... 49
5.2.5 Eksperimentelt datagrunnlag.......................................................................................................... 49
5.2.6 Optimalisert mekanisk oppsamling ................................................................................................ 50
5.3 Predikerte verdier ...................................................................................................................................... 50
6. Sammenfatning av Njordoljenes forvitringsegenskaper ................................................................................ 59
6.1 Kjemiske egenskaper................................................................................................................................. 59
6.2 Fysikalske egenskaper ............................................................................................................................... 59
6.3 Vann-i-olje emulgerende egenskaper og effekt av emulsjonsbryter .......................................................... 59
6.4 Kjemisk dispergerbarhet............................................................................................................................ 59
6.5 Meso-skala renne test ................................................................................................................................ 59
6.6 Mekanisk oppsamling................................................................................................................................ 59
7. Referanser .......................................................................................................................................................... 63
Vedlegg A ............................................................................................................................................................... 65
Fysikalsk kjemiske resultater........................................................................................................................... 65
Vedlegg B................................................................................................................................................................ 77
Emulgerende egenskaper og effekt av emulsjonsbryter................................................................................... 77
Definisjon av symboler .......................................................................................................................................... 79
a) Dannelse og egenskaper til vann-i-olje emulsjoner............................................................................. 79
b) Bryting av vann-i-olje emulsjoner ved bruk av emulsjonsbryter: ....................................................... 79
Vedlegg C ............................................................................................................................................................... 81
Resultater kjemisk dispergerbarhet ................................................................................................................. 81
Vedlegg D ............................................................................................................................................................... 87
Meso-skala renne resultater............................................................................................................................. 87
Vedlegg E................................................................................................................................................................ 93
Resultater fra testing av olje fra Brønn 6497/7-A-8H (Njord 3) ..................................................................... 93
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\6\02-07-15
7
1.0
Kort om råoljers kjemiske sammensetning og egenskaper
En råolje er ikke et enhetlig materiale. Kjemisk
sammensetning, og dermed kjemiske og fysikalske
egenskaper til forskjellige råoljer, kan variere svært
mye.
1.1 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 fysikalsk-kjemiske egenskaper. Figur
1.1 viser skjematisk oppdelingen av råoljen i
kjemiske
grupper.
Hovedgruppene
er
hydrokarboner og organiske ikke-hydrokarboner.
Parafiner
n-alkaner
Hydrokarboner
iso-alkaner
Naftener
Aromater
Organiske
ikkehydrokarboner
Figur 1.1
Resiner
Asfaltener
Råoljens sammensetning. Inndeling i
kjemiske grupper.
1.1.1 Hydrokarboner
Størsteparten av komponentene i råoljer er
hydrokarboner, som består av hydrogen (H, 10 -15
vekt%) og karbon (C, 85- 90 vekt%). Disse dekker
skalaen fra enkle, flyktige gasser, som metan (CH4)
med bare et 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 isoalkanske (forgrenet) alifatiske komponenter. Voks,
som er en viktig undergruppe av parafiner, består av
mer enn 20 karbonatomer. Ved høy temperatur vil
voks-komponentene 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%.
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.
1.1.2 Organiske ikke-hydrokarboner
Råoljer
omfatter
også
organiske
ikkehydrokarboner, 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 ikkehydrokarboner er resiner og asfaltener.
Resiner
Sammenlignet med hydrokarbonene er resinene
relativt polare (vann-elskende). De har ofte
overflateaktive egenskaper. Molekylvekten er i
området 700 til 1000. I denne gruppen finnes
karboksylsyrer (naftensyrer), sulfoksider og fenollignende komponenter.
Asfaltener
Asfaltenene er en kompleks gruppe av dårlig
karakteriserte kjemiske strukturer.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\7\02-07-15
8
De består av kondenserte polysykliske, aromatiske
komponenter. Asfaltenene er store molekyler med 6
til 20 aromatiske ringer og sidekjeder.
Molekylvekten er oftest 1000 til 10000.
Asfaltenene kan klassifiseres som "harde" eller
"myke" avhengig av analysemetode. Råoljer kan
inneholde opp til 6 vekt% "harde" og 10 vekt%
"myke" asfaltener.
1.2 Råoljers egenskaper
En råoljes fysikalsk-kjemiske egenskaper er et
resultat av egenskapene til oljens kjemiske
komponenter. Den kjemiske sammensetningen for
råoljer varierer over et vidt spekter, noe som
medfører store variasjoner i fysikalsk-kjemiske
egenskaper.
1.2.1 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,
prinsippielt som en funksjon av molekylvekt, men
også bestemt av kjemisk sammensetning. Figur 1.2
viser destillasjonskurven for 6 forskjellige norske
råoljer, inklusive Njord.
100
Norne
Oseberg Felts.
Draugen
Troll
Njord
Heidrun
Destillat (vol.%)
80
60
40
20
0
0
100
200
300
400
Kokepunkt (°C)
500
600
Figur 1.2 Destillasjonskurven (kokepunkts-området) for 6 norske råoljer.
1.2.2 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).
komponenter med lav molekylvekt, mens oljer med
høyt innhold av høymolekylære aromater, naftener
og asfaltener har høyere tetthet.
1.2.3 Viskositet
I amerikansk litteratur blir tettheten ofte gitt i °API
(Speight, 1980), hvor:
° API =
141.5
− 131.5
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
Viskositeten til en olje uttrykker dens motstand mot
flyt og avhenger av viskositeten til oljens
komponenter. Komponentenes viskositet øker
generelt med økende molekylvekt.
Viskositeten til råoljer varierer i området 3 til 2000
cP ved 13°C. Til sammenligning har vann en
viskositet på 1 cP ved 20°C. Det er mest vanlig å
angi oljens viskositet ved 60°F (15.5°C), 100°F
(37.8°C) eller ved 50°C. For å kunne relatere oljens
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\8\02-07-15
9
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 1.3
viser variasjon i viskositet som funksjon av
temperatur for typiske norske råoljer og
oljeprodukt.
Lette, vannfri råoljer har ofte Newtonsk oppførsel
(viskositeten er uavhengig av skjærhastigheten).
Voksrike eller svært viskøse oljer kan ha ikkeNewtonsk oppførsel (viskositeten varierer med
skjærhastigheten), spesielt nær eller under
stivnepunktet.
100 000
Dynamisk
viskositet (cP)
Kinematisk
=
viskositet (cSt) Tetthet (g/mL)
10 000
2000
1000
IF-240
200
100
Grane
IF-30
Norne
20
Viskositet (cSt)
10
Njord
Troll
Heidrun
Oseberg
feltsenter
Statfjord
2
Marin Diesel
1
0
10
20
30
40
50
60
Temperatur (˚C)
Figur 1.3 Variasjon i viskositet som funksjon av
temperatur for typiske norske råoljer og
oljeprodukt. Figuren er nødvendigvis
ikke gyldig nær stivnepunktet for oljene.
1.2.4 Stivnepunkt
Stivnepunktet er temperaturen hvor en olje slutter å
flyte når den avkjøles under helt definerte
betingelser i laboratoriet. Stivnepunktet målt under
statiske betingelser i laboratoriet gir ofte dårlig
grunnlag for å forutsi temperaturen hvor oljen
stivner under andre betingelser. På grunn av
turbulens på havoverflata kan oljen flyte, og dermed
spre seg på sjøen, ved sjøtemperaturer opptil 10 til
15°C lavere enn oljens stivnepunkt bestemt i
laboratoriet.
Stivnepunktet er relatert til oljens kjemiske
sammensetning, spesielt voksinnholdet (se Avsnitt
1.1.1). Når oljen avkjøles, kan små vokskrystaller
felles ut. Svært parafinske oljer kan ha høyt
stivnepunkt p.g.a. høyt voksinnhold. Stivnepunktet
kan være over 30°C for ekstremt parafinske oljer.
Naftenske oljer, spesielt lav-viskøse, 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.
1.2.5 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. I forbindelse med
mekanisk oppsamling og lagring av oppsamlet olje i
tankbåter, er flammepunktskravet satt til 60°C for
mange båttyper. Dette innebærer at slike båttyper
ikke kan brukes ved mekanisk oppsamling av
relativt fersk råolje. Kriterier for flamme- og
eksplosjonsfare i forbindelse med oljesøl er gitt i
Avsnitt 5.2.4.
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. Flammepunktet vil imidlertid stige
kraftig kort tid etter et utslipp på sjøen p.g.a. rask
fordampning av de letteste komponentene. I tillegg
vil også oljen ta opp vann og danne vann-i-olje
emulsjon. I praksis er det derfor en relativt kort
fareperiode etter utslipp av en råolje.
Det er viktig å presisere at oljens flammepunkt kun
er én av flere parametre som påvirker luftas
antennbarhet over en oljeoverflate. I laboratoriet
måles flammepunktet i et lukket system. I felten,
derimot, vil værsituasjonen ha stor innvirkning på
luftas
antennbarhet.
Dette
innebærer
at
konsentrasjonen av antennbare gasser like over
oljen vil være relativt høyere i rolig vær (havblikk)
og høy temperatur, mens det ved sterk vind vil skje
en forholdsvis rask fortynning av de antennbare
gassene.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\9\02-07-15
10
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\10\02-07-15
11
2.
Råoljers egenskaper og deres oppførsel på vann
Når en råolje søles på sjøen, skjer en rekke
forvitringsprosesser som medfører forandringer i de
fysikalsk-kjemiske egenskapene til råoljen og dens
oppførsel på sjøen. De viktigste faktorene som
influerer forvitringsgraden av en råolje på sjøen er:
2.1 Fordampning
• Opprinnelige fysikalsk-kjemiske egenskaper til
oljen.
• Miljømessige forhold, som vind, strøm, bølger,
sollys og temperatur.
• Vannets egenskaper, som temperatur, salt- og
oksygeninnhold, tetthet, bakterier, næringsstoffer
og partikler.
Fordampningen vil øke når oljen spres utover sjøen
på grunn av at grenseflata mellom olje og luft øker i
tillegg til at tykkelsen av oljeflaket avtar.
Fordampningshastigheten er også avhengig av
vindstyrke, sjøtemperatur og andel av lette
komponenter i oljen og vil derfor variere fra oljesøl
til oljesøl.
Figur 2.1 og 2.2 viser skjematisk de forskjellige
prosessene og hvordan deres relative innvirkning
varierer med tiden. Figur 2.2 viser f.eks. at
fordampningen hovedsakelig skjer i de første timene
og dagene etter et oljesøl, men kan pågå til en viss
grad i uker etter utslippet. Biodegradering, derimot,
starter først senere og kan vedvare i måneder.
En vanlig brukt generalisering er at alle komponenter
med kokepunkt lavere enn 200ºC (mindre enn n-C11)
vil fordampe innen 12 til 24 timer, mens
komponenter med kokepunkt lavere enn 270°C
(mindre enn n-C15) vil forsvinne fra havoverflata
innen noen dager.
Etter at en olje er sølt på sjøen, er fordampning en av
de viktigste forvitrings-prosessene som fjerner olje
fra havoverflata.
Fordampning
Vind
Fotolyse
Vann - i - olje
emulsjon
Drift
Oppdrift av ustabile oljedråper
Olje - i - vann dispersjon
Adhesjon til faste partikler
Vertikal diffusjon
Horisontal diffusjon
Mikrobiell
nedbrytning
Spredning
Utvasking av vannløslige
komponenter
Opptak i marint liv
Sedimentasjon
Opptak og utvasking fra sediment
Figur 2.1
Forvitringsprosesser for olje på vann.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\11\02-07-15
12
0
1
10
Timer
Dag
100
Uke
1000
Måned
10000
År
Fordampning
Utvasking
Foto-oksidasjon
Biodegradering
Sedimentering
Vann-i-olje
emulgering
Ustabil
emulsjon
Olje-i-vann
dispergering
Stabil emulsjon
("mousse")
Spredning
Drift
Figur 2.2
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.
2.1.1 Effekt av fordampning på egenskaper
til den gjenværende oljen
En viktig konsekvens av fordampningsprosessen er
at den gjenværende oljen på havoverflata har
forandret sine fysikalsk-kjemiske egenskaper i
forhold til råoljens egenskaper.
Tetthet
Tettheten til den gjenværende oljen (residuet) øker
når de lette komponentene i oljen fordamper.
Tettheten til oljen innvirker både på spredningen av
oljen på havoverflata og dispergeringen av oljen
ned i vannmassene.
Viskositet
Viskositeten til oljen vil øke p.g.a. tap av lette,
mindre viskøse komponenter og følgelig økende
konsentrasjon av tyngre, mer viskøse komponenter i
den gjenværende oljen (residuet) ved 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.
Stivnepunkt
Stivnepunktet til den gjenværende oljen (residuet)
vil øke i forhold til den opprinnelige oljen p.g.a. at
fordampning av lette komponenter vil konsentrere
voksinnholdet i residuet.
Når en olje stivner, helt eller delvis, er det ofte liten
vits i å behandle den med kjemiske
dispergeringsmidler. Stivnepunktet kan derfor være
en begrensende faktor ved kjemisk dispergering av
parafinske og voksrike oljer. Som omtalt i Avsnitt
1.2.4, kan oljen flyte på sjøen ved temperaturer opp
til 10° til 15°C lavere enn oljens stivnepunkt
bestemt i laboratoriet.
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.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\12\02-07-15
13
Ettersom de flyktige komponentene fordamper og
flammepunktet til residuet øker, vil brannfaren
forbundet med oljesølet raskt avta.
2.2 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) er løselige til
en viss grad. 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, beskrevet i Avsnitt 2.8, kan
derimot bidra i større grad til at oljen forsvinner ned
i vannmassene.
2.3 Foto-oksidering
Påvirkning av sollys vil føre til oksidering av
oljekomponenter, spesielt aromater, som sakte vil
omdannes til resiner og til slutt asfaltener. De fotooksiderte komponentene vil stabilisere vann-i-olje
emulsjoner (se Avsnitt 2.7.2) og har derfor stor
betydning for oljens levetid på havoverflata.
Etter lang forvitring på sjøen vil det dannes tjæreaktige klumper (tar-balls) av oljen. Disse brytes ned
svært langsomt både på sjøen og på strender.
2.4 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.
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
tidevanns-sonen, vil dermed brytes ned ekstremt
sakte og kan bli værende i omgivelsene i årevis.
Naturlig og kjemisk dispersjon av olje ned i
vannmassene
(se
Avsnitt
2.8)
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/m3 sjøvann
per dag (FOH, 1984). Hastigheten i mer kronisk
oljeforurensede områder kan komme opp i 500 til
600 mg/m3 sjøvann per dag (FOH, 1984). Olje i
sedimenter vil biodegradere mye saktere p.g.a.
mangel på oksygen og næringssalter.
2.5 Sedimentering
Svært få råoljer (ingen norske) har høyere tetthet
enn sjøvann, selv etter kraftig forvitring
(fordampning
og
vann-i-olje
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.
2.6 Nedsenking ("overvasking")
Det er observert at sterkt forvitrede (fordampet og
vann-i-olje 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 (Buist
and Potter, 1987).
Det eksisterer et bredt spekter av mikroorganismer,
som hver har sin prefererte gruppe oljekomponenter
som energikilde. De rettkjedede, mettede
hydrokarbonene
(n-alkanene)
er
lettest
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\13\02-07-15
14
2.7 Vann-i-olje emulsjon
Tester utført ved SINTEF indikerer at maksimal
vannopptaksevne for forskjellige oljetyper er
relativt uavhengig av værforholdene, forutsatt at en
nedre energibarriere er passert.
2.7.1 Vann-i-olje emulgering
Vann-i-olje 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 olje-i-vann
dispergeringen (se Avsnitt 2.8) ved signifikant
økning i viskositeten.
Nesten alle råoljer inneholder overflateaktive
komponenter, som fremmer vann-i-olje emulgering.
Prosessen krever i tillegg en viss energitilførsel på
havoverflata. Brytende bølger (vindhastighet over 5
m/s) har vært satt som et minimumskriterium for at
vann-i-olje emulgering skal kunne skje.
Hastigheten for vann-i-olje emulgering kan variere
sterkt fra oljetype til oljetype og er influert av oljens
kjemiske sammensetning. Høyt voksinnhold i en
olje øker ofte emulgeringshastigheten (se Avsnitt
1.1.1). Ettersom stivnepunktet er nært knyttet til
voksinnholdet, vil en olje gjerne emulgere vann
raskere nær eller under stivnepunktet.
Hastigheten for vann-i-olje emulgering avhenger
også av værforholdene. Dette er illustrert i Figur
2.4.
Mindre vannopptak kan imidlertid også foregå i
roligere værsituasjoner.
Maksimal vannopptaksevne ved vann-i-olje
emulgering kan variere sterkt fra oljetype til
oljetype. Figur 2.3 viser sammenhengen mellom
viskositeten til den vannfri oljen (råolje og
fordampet residue) og dens evne til å emulgere
vann.
700
100
600
Vanninnhold (vol.%)
80
500
60
400
Troll
Sture Blend
40
Oseberg feltsenter
300
Veslefrikk
Gullfaks A/B
Tung arabisk
20
200
100
Series1
Series2
Njord
Snitt
0
10
100
0
1
Figur 2.3
2
1000
Oljens viskositet
(cP)
3
10000
4
Korrelasjon mellom råoljers viskositet (med ulik fordampnings-grad) og deres evne til å emulgere
vann.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\14\02-07-15
15
100
2.7.2 Stabilitet av vann-i-olje emulsjoner
Vanninnhold (vol. %)
Vindstyrke= 10 m/s
Resiner, voks og asfaltener har både hydrofile (vannelskende) og hydrofobe (vannhatende eller oljeelskende) 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 2.6. 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 vann-i-olje emulsjon.
80
60
Vindstyrke = 5 m/s
40
20
0
0
6
12
18
24
Tid (timer)
Figur 2.4
Eksempel på vindhastighetens
innvirkning på vannopptaks-hastigheten
til en tilfeldig valgt råolje.
Vann-i-olje emulgering og olje-i-vann dispergering
(Avsnitt 2.8) vil foregå samtidig like etter at en olje
er sølt på sjøen. Ettersom viskositeten til oljeresiduet
øker, vil vann-i-olje 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 Gullfaksoljens oppførsel etter Braer
ulykken ved Shetland i januar 1994.
Hvordan vann-i-olje emulgering foregår, er ennå
ikke fullt ut forstått. Mulige mekanismer kan være:
• Ustabile oljedåper, dannet ved naturlig olje-ivann 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-A),
som kan re-kombineres med oljeflaket.
• Direkte opptak av vanndråper v.h.a. 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 vann-i-olje emulsjonen.
Større vanndråper kan bli kvernet til mindre dråper
av oljeflakets bevegelse i bølgene. Etter en viss tid
vil derfor vann-i-olje emulsjonen inneholde bare små
vanndråper på 1 til 10 µm i diameter. Figur 2.5
illustrerer innvirkningen av miksetiden på
dråpestørrelsen i en vann-i-olje emulsjon.
2.7.3 Reologi (flyt-egenskaper) til vann-iolje emulsjoner
Vann-i-olje emulsjoner er mer viskøse enn
oljeresiduet som utgjør den kontinuerlige fasen.
Figur 2.7 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).
Vann-i-olje emulsjoner har en skjær-tynnende
reologisk oppførsel, d.v.s. viskositeten avtar med
økende skjær-hastighet. 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.
definerte skjærhastigheter og historie (termisk og
mekanisk forhånds håndtering av oljen). På SINTEF
blir viskositeten til vann-i-olje emulsjoner
rutinemessig presentert ved skjær-hastighet 10 s-1.
2.7.4 Effekt av vann-i-olje emulgering på
oljevernaksjoner
Egenskapene til vann-i-olje emulsjoner, som
vanninnhold, viskositet og stabilitet, er svært viktige
for hvor effektiv en mekanisk eller kjemisk
oljevernaksjon vil bli.
Ved
mekaniske
oppsamlingsmetoder
er
vanninnholdet i emulsjonen svært viktig. Et
vanninnhold på 80 vol.% (WOR=4) øker volumet av
forurensende materiale fem ganger i forhold til
vannfri olje.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\15\02-07-15
Adm4100:Tegner\419401\Amop95\oilphas1.eps\10-95
Voks krystaller
Asfalten partikler
Vannfase
Olje fase
og voks stabilisert
Asfalten
Vannfase
Olje fase
stabilisert
Asfalten
16
A
B
= 100 µm
Figur 2.5
Eksempel på mikroskopibilde av dråpestørrelse av vann i en vann-i-olje emulsjon etter
(A) 1 time og (B) 24 timers miksing.
B
1000
Viskositets-forhold
Vannfase
100
10
0
0
20
40
60
80
100
Vanninnhold (vol. %)
Figur 2.6
Stabilisering av vann-i-olje emulsjon
illustrert ved mekanismer som finner
sted i en grenseflatefilm mellom
vanndråpen og oljefasen.
ik41911100\tegner\fig-nor\f2-5-n.eps
Figur 2.7
Eksempel på forholdet mellom
viskositeten til en emulsjon og
viskositeten til den vannfrie oljen, som
utgjør den kontinuerlige fasen, som
funksjon av økende vann-innhold i
emulsjonen (Mackay et al., 1980).
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\16\02-07-15
17
2.8 Olje-i-vann dispergering
2.9 Spredning
2.8.1 Naturlig olje-i-vann dispergering
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.
Hvis det er nok energi på havoverflata, vil bølgene
bryte opp oljeflaket i dråper i størrelsesorden 1 til
1000 µm i diameter. Disse vil bli blandet ned i
vannmassene. Dette skjer hovedsakelig når brytende
bølger er tilstede, typisk ved vindstyrke over 5 m/s.
Som beskrevet i Avsnitt 2.9, vil ofte de største
oljedråpene stige opp til overflata (re-surface) og
danne et "blåskimmer" ("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 olje-i-vann dispergeringshastighet vil være
omtrent 0.5 til 2 vol.% olje per time i starten av et
søl, under moderate værforhold. Dette kan være en
av de viktige prosessene som er med på å bestemme
levetiden for oljen på havoverflata. Den naturlige
olje-i-vann dispergeringshastigheten vil gradvis avta
(se Figur 2.2) ettersom fordampning og vann-i-olje
emulgering øker viskositeten til henholdsvis residuet
og emulsjonen.
2.8.2 Kjemisk dispergering
Kjemiske dispergeringsmidler øker hastigheten og
nivået av den naturlige olje-i-vann dispergeringen.
Det er hovedsakelig på grunn av at
dispergeringsmidlene reduserer grenseflatespenningen mellom olje og vann. 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). 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.
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
2.8. 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/vann-i-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 "blåskimmer" (< 1 µm
tykk). Dette resulterer i en gjennomsnittlig
oljefilmtykkelse i størrelsesorden 0.1 mm for hele
flaket.
Tykk olje
og vann-i-olje
emulsjon (mm)
Vind
"Blåskimmer " (< 1µm)
Figur 2.8
"Windrows"
Oljens spredning og fordeling innen
oljeflaket.
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.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\17\02-07-15
18
2.10 Drift av et oljesøl
Oljeflaket vil bli transportert på havoverflata under
påvirkning av vind og strøm. Dette er illustrert i
Figur
2.9
og
foregår
samtidig
med
forvitringsprosessene omtalt tidligere i Avsnitt 2.
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 2.9
Eksempel på hvordan oljens bevegelse påvirkes av vind og strøm.
IK41961100:Tegner\Fig_nor\vind.ai
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\18\02-07-15
19
3.
Eksperimentelle metoder
Hovedhensikten med dette prosjektet var å skaffe
laboratoriedata for Njordoljen som input til
SINTEFs Olje Forvitrings Modell, som predikerer
hvordan Njordoljen vil oppføre seg på sjøen under
forskjellige værforhold.
Alle forvitringsprosessene, som kort er beskrevet i
Avsnitt 2, påvirkes av faktorer som temperatur,
værforhold samt egenskaper og sammensetning av
oljen. For å kunne forutsi hvordan en bestemt
oljetype vil forvitres på sjøen under forskjellige
værforhold, er det nødvendig å vite hvordan disse
prosessene påvirker hverandre. Derfor er det svært
viktig med kunnskap om forvitringsegenskaper for
oljen, både i forbindelse med beredskapsplanlegging
og optimalisering av en oljevernaksjon.
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, benytter SINTEFs Olje
Forvitrings Modell data på forvitret (fordampet og
vann-i-olje-emulgert) olje. Kvaliteten av resultatene
Olje
nr.
Njord 1
SINTEF
Id.nr.
H 5178
Brønn
Njord 2
H 5223
Njord 3
97-0006
Njord 4
H 5179
Njordoljen:
Fire forskjellige Njord oljer er, etter avtale med
Norsk Hydro ASA, testet på SINTEF i løpet av 1996
og 1997. I forbindelse med prøveboring ønsket
Norsk Hydro ASA å få en oversikt over hvilket
dispergeringsmiddel som ville være mest effektivt på
Njord olje (Njord 1) og olje fra Brønn 36/7-1 (Njord
4). Senere ble en ny olje tilsendt for selve
forvitringsstudien, Njord 2. Det ble vedtatt å benytte
screeningresultatene for dispergeringsmidler for
Njord 2. Underveis i prosjektet ble det besluttet å
utføre en begrenset studie av en olje fra en annen
brønn (Njord 3) som ble antatt å være noe mer
voksrik enn oljen fra forvitringsstudien (Njord 2) og
som muligens ville være noe mer representativ for
den oljen som kom i produksjon. Følgende tabell gir
en oversikt over de oljene som er testet:
Prøvetakin
g
17/3-86
Mottatt
Testing
Referanse
9/10-96
6407/7-2R
10/4-90
4/12-96
Strøm-Kristiansen
(1996)
Denne rapport
6407/7-A8H
36/7-1
Jan.-97
Screening
disp.midler
Forvitringsstudier
Ekstra testing
4.5+Vedlegg E
Screening
disp.midler
1/5-96
3.1 Forvitring av oljen
For å isolere påvirkningen av de forskjellige
forvitringsprosessene (som fordampning og vann-iolje emulgering) ble forvitringen av oljene utført
med en systematisk, trinnvis prosedyre som er
utviklet og senere modifisert ved SINTEF/IKU
(Daling et al., 1990). Forvitringsprosessen som er
illustrert i Figur 3.1, består av:
•
fra SINTEFs Olje Forvitrings Modell er imidlertid
svært avhengig av kvaliteten på tilgjengelige data til
å legge inn i modellen. Gode eksperimentelle
forvitringsdata for den aktuelle oljetypen kan gjøre
beregningene mye mer nøyaktige. Denne type
eksakte data er så langt bare tilgjengelig for ca. 2530 oljetyper.
Avdamping av de letteste komponentene (til
150°C+, 200°C+ og 250°C+ damptemperatur)
v.h.a. en modifisert ASTM destillasjon (Stiver
17/10-96
Denne rapport
Strøm-Kristiansen
(1996)
and Mackay, 1984). Dette simulerer
fordampningstap etter 0.5 til 1 time, 0.5 til 1
dag og 0.5 til 1 uke på sjøen (avhengig av
vindhastighet og temperatur).
• Fersk olje ble plassert i en tynn film (ca. 1 mm)
på sjøvann og utsatt for kunstig sollys (fotooksidert) i 20 timer (20 t ph.ox.)
• De destillerte og foto-oksiderte residuene ble
emulgert med vann til WOR=1 (50 vol.%
vann), WOR=3 (75 vol.% vann) og
WOR=maksimum vanninnhold (se Avsnitt 3.4)
På denne måten ble det laget 16 forskjellige
forvitrede prøver (vannfri residuer og v/o-
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\19\02-07-15
20
emulsjoner) fra Njordoljen. Det ble utført fysikalskkjemiske analyser på prøvene. De ble videre testet
for vann-i-olje emulgerende egenskaper (inklusive
effektivitet av emulsjonsbryter) og kjemisk
dispergerbarhet. På de ferske oljene ble det bare
utført
fysikalsk-kjemiske
analyser
og
dispergerbarhetstesting.
Viskositeten ble målt i hht. en prosedyre beskrevet i
McDonagh and Hokstad, 1993 og omfatter
viskositetesmåling ved 6 forskjellige skjærhastigheter.
Viskositeten for de vannfri residuene er rapportert
ved skjær-hastighet 100 s-1 og på emulsjonene ved
skjær-hastighet 10 s-1, dersom ingenting annet er
spesifisert.
3.2 Fysikalsk-kjemiske analyser
3.4 Emulgerende egenskaper
Fysikalske og kjemiske egenskaper for de ferske
oljene og de destillerte og foto-oksiderte residuene
ble karakterisert med analytiske metoder listet i
Tabell 3.1.
Definisjon og symboler angående de emulgerende
studiene finnes i Vedlegg B. Prosedyrene er
detaljert beskrevet av Hokstad et al., 1993.
Fordampning
Emulgering med vann
Råolje
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
WOR = 1
WOR = 3
WOR = maks
Figur 3.1
Flytskjema for forvitring (fordampning og emulgering) av en råolje. Fordampning av oljen foregår
enten ved destillering (150°, 200° og 250°C+) eller 20 timer foto-oksidering. WOR er vann-til-olje
forhold.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\20\02-07-15
21
Tabell 3.1
Oversikt over fysikalsk-kjemiske analyser benyttet i prosjektet.
Analyse
Metode
Tetthet
ASTM-metode D4052-81.
Viskositet (dynamisk)
Haake Rotovisco RV20 eller Bohlin Visco 88
BV.
Stivnepunkt
ASTM-metode D97-66, IP-metode 15/67.
Flammepunkt
ASTM-metode D93-80, IP-34/85.
Voksinnhold
Uløselig i 2-butanon/diklormetan (1 + 1, vol. +
vol) ved -10°C (Bridié et al., 1980).
"Harde" asfaltener
IP-metode 234/84.
"Myke" asfaltener
Uløselig i n-pentan (Daling og Almås, 1988).
Grenseflatespenning
ASTM-metode 971-82.
Mettet, aromat, resin innhold
Iatroscan, TLC (thin layer chromatography)/ FID
(flame ionization detector).
3.4.1 Preparering av vann-i-olje
emulsjoner
De emulgerende egenskapene til de fire vannfrie
olje residuene (destillerte og foto-oksiderte) ble
testet v.h.a. en standard laboratoriemetode (se Figur
3.2). Metoden er en modifisert versjon av
prosedyren utviklet av Mackay og Zagorski (1982)
basert på roterende flaske. Olje og sjøvann roterte i
0.5 L sylindriske skilletrakter i 24 timer med en
omdreiningshastighet på 30 rpm. Metoden er enkel
og rask. Emulsjonene ble laget ved 13°C med 3.5
vekt% salinitet sjøvann.
Sammenligning av emulgeringshastigheten for
Ekofisk og Oseberg råoljer målt både i
eksperimentelle feltforsøk og i laboratoriestudier
har vist at roterende flasker danner vann-i-olje
emulsjon 6 ganger raskere enn ved 10 m/s
vindhastighet i felten.
Følgende parametre ble målt under preparering av
emulsjonene med maksimalt vanninnhold:
•
•
Relativ vann-i-olje emulgeringshastighet
(kinetikk, representert ved t0.5-verdier).
Maksimal vann-i-olje emulgerende evne
(WORmax, maksimalt vann-til-olje forhold).
Det ble utført 4 parallelle målinger mhp. kinetikk og
maksimal vannopptaksevne.
3.4.2 Metoder for testing av
emulsjonsbrytere
Ønsket mengde emulsjonsbryter (500 og 2000 ppm
relativt til oljevolumet) ble tilsatt dråpevis til
emulsjonen, og dens evne til å bryte emulsjonen ble
testet. Etter en kontakttid på 5 min. og rotasjonstid
på 5 min. (30 rpm) for å mikse emulsjonsbryteren
inn i emulsjonen, fikk den behandlede emulsjonen
hvile i 24 timer. Mengde vann drenert fra
emulsjonen ble sammenlignet med mengde vann
drenert fra ubehandlet emulsjon.
Det ble utført 1 parallell med emulsjonsbryter og 1
parallell uten emulsjonsbryter.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\21\02-07-15
22
Før miksing
Olje
(30 mL)
24 timers
miksing
WOR
02-
Sjøvann
(300 mL)
Metodene er skjematisk framstilt i Figur 3.3.
Testene ble benyttet for å kartlegge kjemisk
dispergerbarhet av råoljen og de forvitrede
prøvene (destillerte, foto-oksiderte og vann-i-olje
emulgerte) laget v.h.a. den trinnvise småskala
prosedyren beskrevet i Avsnitt 3.2.
24 timers miksing og
24 timers henstand
4-
Rotasjonsakse
(30 rpm)
Temperaturen var 13°C, saltinnholdet i sjøvannet
var
3.5
vekt%
og
doseringsforholdet
(dispergerings-middel- til-emulsjon, DER) 1:25.
68-
3.5.2 Screening av dispergeringsmidler
ik41961100/tegner/fig-nor/flasker_32.epsa
Figur 3.2
Prinsipp for den roterende flaske
metoden (Mackay and Zagorski, 1982).
3.5 Kjemisk dispergerbarhet
Det
ble
utført
en
screening
av
6
dispergeringsmidler (listet i Tabell 3.2) på Njord 1
oljen (Id.nr. H5178, prøve tatt 17/3-86) (StrømKristiansen, 1996). Etter avtale med Norsk Hydro
ASA ble denne screeningen benyttet som basis for
utvelgelsen
av
dispergerings-midler
til
effektivitetstestingen i denne studien
Følgende kriterier ble brukt ved utvelgelsen av disse
produktene:
3.5.1 Metoder
Det
eksisterer
mange
forskjellige
laboratoriemetoder for effektivitetstesting av
dispergeringsmidler. Resultatene fra disse metodene
varierer
hovedsakelig
p.g.a.
forskjellig
energitilførsel og prøvetakingsteknikk. 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
forvitret olje. Testene som ble 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 MNStesten 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.
• Dispergeringsmidlene er kommersielt tilgjengelige.
• Produktene er tillatt brukt i Norge
• Noen av produktene har vist relativt høy
effektivitet i tidligere studier ved SINTEF.
• Flere av disse produktene forefinnes i
beredskapslagre eller beredskapsbåter hos bla.
Norsk Hydro a.s, SFT og NOFO.
Tabell 3.2
Dispergeringsmidler benyttet i
screening studien (Njord 1).
Dispergerings-
Tillatt i
midler
Norge
Kommentarer
Corexit 9500
Ja
Nytt produkt
Dasic NS
Ja
*
Enersperse 1037
Ja
Dispolene 36 S
Ja
*
Corexit 9527
Ja
Beredskapsbåt
OSR 5
Ja
Lager Sture
*: Del av SFT's og NOFO's beredskapslager.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\22\02-07-15
Boss\ik41961100\tegner\fig-nor\ifptestN.eps
Boss\IK41961100\tegner\fig-nor\mnstest2.eps
3. Vann reservoar
2. Peristaltisk pumpe
1. Beger
6. Elektromagnet
5. Bølgering
4. Prøvebeger
Prøvering
8. Prøvering
7. Tidsur
Kjølespiral
4
1
inntak
Luft
3
Luft
5
2
8
Manometer
Luftstrøm
Termometer
Strømningsmåler
MNS Test
6
7
IFP Test
23
Figur 3.3
Laboratorie apparatur for effektivitets-testing av dispergeringsmidler.
3.5.3 Effektivitetstesting av dispergeringsmidler
Med basis i screening studien beskrevet i Avsnitt
3.5.2, og resultater vist i Figur 4.7, valgte Norsk
Hydro ASA dispergeringsmidlene Corexit 9500 og
Dasic NS til den videre effektivitetstestingen av
Njord 2 oljen.
Den kjemiske dispergerbarheten ble testet på fersk
olje og de forvitrede prøvene (destillert, fotooksidert og vann-i-olje emulgert), totalt 17 prøver,
med både IFP og MNS testen. Prøvene er illustrert i
Figur 3.1, Avsnitt 3.2. Det ble utført 2 paralleller
med IFP-testen og 1 parallell med MNS-testen.
3.6 Studier i meso-skala renne
Corexit 9500 er et relativt nytt produkt som har vist
seg svært effektivt på flere oljetyper ved testing på
SINTEF. Dasic NS har vist seg som et effektivt
dispergeringsmiddel på mange oljer, bl.a. Sture
Blend og Oseberg feltsenter (Strøm-Kristiansen et
al., 1994-A) og Brage (Strøm-Kristiansen og
Daling, 1994).
Ved studie av forvitringseffekter av forskjellige
oljetyper, er det viktig at oljen blir utsatt for så
realistiske forhold som mulig. I den trinnvise småskala 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 påvirke hverandre.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\23\02-07-15
24
3.6.1 Beskrivelse av renna
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). Mesoskala renna er et bindeledd mellom den trinnvise
små-skala forvitringen og felt-skala. Den
representerer et viktig supplement til eksisterende
laboratorie prosedyrer ved å gi eksperimentelle data
til SINTEFs Olje Forvitrings Modell som forutsier
oljens oppførsel på sjøen under varierende
værforhold.
Den 10 meter lange meso-skala renna, hvor omtrent
1.7 m3 sjøvann sirkulerer, er plassert i et temperatur
kontrollert klimarom (-20 til 50°C). Den er
skjematisk framstilt i Figur 3.4. 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).
4m
4
1
4
1. Bølge generator
2. Fotolyse (sol-lampe)
3. Vind-tunnel
4. Under-vanns prøvetaking
2
3
Figur 3.4
Skjematisk tegning av meso-skala renna sett ovenfra.
3.6.2 Test metodikk i meso-skala renna
Ordinær forvitrings studie
I den ordinær forvitringsstudien (renneforsøk A, se
nedenfor) ble det sluppet 9 L fersk, stabilisert råolje
forsiktig på vannoverflata i renna. 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.
Prøvetaking av overflateolje/emulsjon, i tillegg til
vann for måling av dispergert olje, ble foretatt 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 overflateoljen/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, se Avsnitt 3.3.
• Tetthet av de vannfri residuene ble målt som
beskrevet i Avsnitt 3.3. 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 24
timers drenering av vann. Resultatene er
presentert som fraksjonsvis dehydrering av
emulsjonen (D, definisjon i Vedlegg B).
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\24\02-07-15
25
• Effektivitet 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 24 timers påvirkning av emulsjonsbryter.
Resultatene er presentert som fraksjonsvis
dehydrering av emulsjonen (D, definisjon i
Vedlegg B).
• Kjemisk
dispergerbarhet
av
overflate
emulsjonen ble evaluert med IFP testen,
beskrevet i avsnitt 3.5.1.
• Fordampningstapet ble estimert ved å
sammenligne
tettheten
av
vannfritt
overflateresidue fra renna med predikerte
tettheter fra SINTEFs Olje Forvitrings Modell
under antagelse av null vannopptak. Da vil
oljens endring i tetthet bare avhenge av
fordampning.
Vannprøvene ble analysert ved å ekstrahere 1 L
prøver med diklormetan (DCM). Oljemengden ble
kvantifisert v.h.a. et Philips UV/VIS/NIR
spektrofotometer, og graden av dispersjon av oljen
ned i vannmassene beregnet.
Det ble gjennomført 2 renneforsøk i dette
prosjektet:
Renneforsøk A var en ordinær forvitringsstudie av
Njord 2 oljen med in-situ påføring av dispergeringsmiddel Dag 3, dvs. umiddelbart etter at den
ordinære forvitringsstudien var gjennomført (se
ovenfor). In-situ kjemisk dispergering etter 3 døgns
forvitring ga verdifull informasjon om Njordoljens
kjemiske dispergerbarhet etter relativt lang
forvitringstid. Sammen med forsøket hvor det ble
foretatt kjemisk dispergering etter kort forvitringstid
(Forsøk B, omtalt nedenfor) ga dette informasjon
om hvordan effektivitet av kjemisk dispergering
endret seg ettersom oljen forvitres. Kunnskap om
effekt av kjemisk dispergering etter lang tids
forvitring vil f.eks. være nyttig i forbindelse med
spørsmål om kjemisk dispergering av f.eks. oljeflak
som er drevet bort fra plattformen og dermed ikke
kan behandles i løpet av få timer etter et søl. Dette
ga videre sammenligningsgrunnlag med oppnådde
resultater med Brage og Troll råoljer (prosjekter for
Norsk Hydro a.s, beskrevet i Strøm-Kristiansen et
al., 1994 og 1995) som også ble kjemisk dispergert
in-situ i renna etter 3 dagers forvitring.
Renneforsøk B. I renneforsøk B ble det sluppet 1.5
L fersk, stabilisert Njordolje. Dette ga en
filmtykkelse på ca. 0.25 mm. Intensjonen var å
simulere filmtykkelsen til overflateoljen ved en evt.
undervannsblowout situasjon på Njord feltet.
Beregninger av filmtykkelse ved en blowout på
Troll feltet, med inputdata fra Norsk Hydro, ga
filmtykkelse rundt 0.15 til 0.30 mm, uten å ta
fordampning og vann-i-olje emulgering i
betraktning (Rye, 1995).
Det ble gjennomført in-situ kjemisk dispergering
etter 3 timers forvitring i renna for å evaluere
effektiviteten på dette tidspunktet.
In-situ kjemisk dispergering
Njordoljen ble kjemisk dispergert ved å spraye
dispergeringsmidlet Dasic NS direkte på oljen i
meso-skala renna (in-situ) etter en viss
forvitringstid.
Effekten
av
den
kjemiske
dispergeringen ble evaluert ut fra ekstraksjon av
vannprøver
og
visuell
observasjon
av
overflateoljen/emulsjonen og vannet.
Tabell 3.3
Tidspunkt for in-situ kjemisk
dispergering i renna.
For
søk
Forvitr.
tid
(timer)
Mengde
Dasic NS
(ml)
DOR
(kum.)
DER
(kum.)
A
71.7
80
1:69
1:213
A
74.5
57
1:77
1:171
B
3
21
1:50
1:83
kum.: kumulativ.
Dispergeringsmidlet ble påført v.h.a. en Wagner W
400 SE sprøyte. Tabell 3.3 viser tidspunktene for
dispergeringen samt mengde dispergeringsmiddel
ved hvert av de to forsøkene som er beskrevet
ovenfor.
I tabellen er angitt påføringsforholdet på to måter:
• 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.
• 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.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\25\02-07-15
26
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:
• DER:
1:20
1:64
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\26\02-07-15
27
4.
Resultater og diskusjon
Resultatene fra testingen av Njordoljen er presentert
i sammenligning med resultater fra fem andre
råoljekvaliteter:
•
•
•
•
•
Oseberg Feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
4.1 Fysikalsk-kjemiske egenskaper
De fysikalsk-kjemiske egenskapene er vist i Figur
A1 til A13 og listet i Tabell A1 og A2 i Vedlegg A.
Tabell 4.1
n-C17/Pristan og n-C18/Phytan
forhold for seks råoljekvaliteter.
Olje
n-C17/Pr.
n-C18/Ph.
Njord
1.1
1.8
Oseberg feltsenter
1.4
1.8
Norne
1.5
2.7
Heidrun
1.2
1.5
Draugen
1.1
2.1
Troll
0.2
0.5
4.1.1 Kjemisk sammensetning
Den kjemiske sammensetningen av den ferske
Njordoljen, karakterisert ved gasskromatografi (GC),
er vist i Figur A1 i Vedlegg A.
GC kromatogrammet 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 ved
denne teknikken, og framkommer som en bred,
dårlig definert topp under de skarpe toppene. Dette
er beskrevet som UCM (Useparert, Komplekst
Materiale).
Figur A2 i Vedlegg A viser gasskromatogram av
fersk Njordolje og de andre råoljekvalitetene nevnt
ovenfor.
Gasskromatogrammene gjenspeiler at
Njord er en parafinsk råolje som f.eks. Oseberg og
Norne. Heidrun har et lavere innhold av n-parafiner
og større innhold av UCM. For Draugen og Troll har
det skjedd en biodegradering av n-alkaner i
reservoaret og kromatogrammene for disse ligner
mer på den naftenske Gullfaks oljen.
Gasskromatografi er et viktig verktøy for
identifisering
av
et
oljesøl.
En
vanlig
identifikasjonsparameter er forholdet n-C17/Pristan
og n-C18/Phytan. De aktuelle områdene av
kromatogrammene for de ferske oljene (Figur A1 og
A2 i Vedlegg A) er utvidet. Tabell 4.1 viser
forholdet n-C17/Pristan og n-C18/Phytan, beregnet
med basis i topphøyder, for Njordoljen i
sammenligning med andre råoljekvaliteter. Verdiene
viser at forholdene varierer for de forskjellige
oljetypene og dermed kan være nyttige parametre for
sporbarhet av et oljesøl.
Væskekromatografiresultatene
oppnådd
ved
Iatroscan TLC/FID (250°C+ og 20 timer fotooksidert residuet) er listet i Tabell A2 og vist i Figur
A3 og A4 i Vedlegg A. Figur A3 viser kjemisk
sammensetning av Njordoljen sammenlignet med
andre råoljekvaliteter. Den viser at Njord har et
forholdsvis høyt innhold av mettede hydrokarboner,
noe som er i samsvar med det høye voksinnholdet og
det relativt høye stivnepunktet oppnådd for de
forvitrede residuene av Njord. Norne har omtrent
samme innhold av mettede komponenter som Njord.
Figuren viser også at Njord inneholder lite asfaltener
(Polare B) sammenlignet med de andre råoljene.
4.1.2 Destillering (topping)
Destillert volum av Njordoljen (150°, 200° og
250°C+) er listet i Tabell A1 og vist i Figur A5 i
Vedlegg A.
Njordoljen viser en medium fordampning
sammenlignet med de andre råoljene, og mister fra
17 vol.% for 150°C+ residuet til 35 vol.% for
250°C+ residuet. Dette er høyere enn Norne,
Heidrun og Troll, men lavere enn Oseberg og
Draugen.
Volumet som tapes ved disse destilleringstemperaturene kan sammenlignes med volumet som
fordampes ved et oljesøl på sjøen. Sammensetningen
av 150°C+ residuet er tilsvarende sammensetningen
av en olje 0.5 til 1 time etter at den er sølt på sjøen.
200° og 250°C+ residuene er representative for hhv.
0.5 til 1 dag og 0.5 til 1 uke på havoverflata,
avhengig av værforholdene.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\27\02-07-15
28
Resultatene indikerer at Njordoljen vil miste omtrent
25 til 35 % av sitt volum etter flere dager på sjøen.
På grunn av fordampningen av de lette
komponentene vil de fysikalske og kjemiske
egenskapene til residuene endre seg. De forskjellige
egenskapene er kort diskutert nedenfor.
4.1.3 Tetthet
Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved
fordampning, vil tettheten av det gjenværende
residuet øke.
Tettheten til oljene og de forskjellige residuene er
vist i Figur A6 og listet i Tabell A1 i Vedlegg A.
Njordoljen har forholdsvis lav tetthet sammenlignet
med de andre råoljene. Dette er i overensstemmelse
med at Njordoljen inneholder en relativt høy andel nalkaner (se Avsnitt 1.2.2). Det foto-oksiderte
residuet har en noe høyere tetthet og dette kan
skyldes noe gjenværende vann i prøven.
Stivnepunktet til Njordoljen er relativt høyt for de
tyngre residuene (250°C+ og foto-oksidert),
sammenlignet med de andre råoljene, og ligger her
nesten på samme nivå som Norne. For de lettere
residuene har Njord et medium stivnepunkt. Dette er
i samsvar med det høye innholdet av mettede
hydrokarboner og voks i Njordoljen (se Avsnitt 4.1.1
og 4.1.7).
Stivnepunktet for den ferske Njordoljen er -9°C.
Residuene, destillert til 150°, 200° og 250°C+ har
stivnepunkt i området 6° til 24°C. Dette innebærer at
etter flere dager på sjøen, kan Njordoljen vise en
tendens til å stivne, spesielt under vinterforhold hvor
sjøtemperaturen vil være vesentlig lavere enn
stivnepunktet til oljen. Et stivnepunkt 10° til 15 °C
høyere enn sjøtemperaturen kan være en begrensning
for bruk av dispergeringsmidler i en oljevernaksjon.
Stivnepunktet kan derfor være en begrensning for
kjemisk dispergering av Njord etter lengre tids
forvitring.
4.1.6 Flammepunkt
4.1.4 Viskositet
Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved
fordampning, vil viskositeten av det gjenværende
residuet øke.
Viskositeten til oljene og de forskjellige residuene er
vist i Figur A7 og listet i Tabell A1 i Vedlegg A.
Viskositeten til vannfri olje og residue er av spesiell
interesse i forbindelse med pumping av mekanisk
oppsamlet olje hvor vannet er drenert fra.
Den ferske Njordoljen har en viskositet på 51 cP ved
13°C, økende til 787 cP for 250°C+ residuet. Dette
er relativt høyt sammenlignet med de andre råoljene
og på samme nivå som Norne. Den relativt høye
viskositeten skyldes antagelig det høye voksinnholdet og det høye stivnepunktet for de tyngre
residuene (250°C+ og foto-oksydert).
4.1.5 Stivnepunkt
Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved
fordampning, vil stivnepunktet av det gjenværende
residuet øke, b.a. fordi konsentrasjonen av voks vil
øke.
Stivnepunktet til oljene og de forskjellige residuene
er vist i Figur A8 og listet i Tabell A1 i Vedlegg A.
Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved
fordampning, vil flammepunktet av det gjenværende
residuet øke.
Flammepunktet til oljene og de forskjellige
residuene er vist i Figur A9 og listet i Tabell A1 i
Vedlegg A.
Njordoljen og alle råoljene Njord er sammenlignet
med i denne rapporten har flammepunkt over 60°C
etter destillering til 200°C. Minimum flammepunkt
for lagring av oppsamlet olje er 60°C for mange
båttyper. Dette innebærer at olje oppsamlet etter få
dager på sjøen trygt kan lagres ombord i de fleste
båttyper.
4.1.7 Voks
Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved
fordampning, vil voksinnholdet av det gjenværende
residuet øke.
Voksinnholdet til oljene og de forskjellige residuene
er vist i Figur A10 og listet i Tabell A2 i Vedlegg A.
Njord har et relativt høyt voksinnhold, noe lavere
enn Norne, men vesentlig høyere enn de andre
råoljene den er sammenlignet med.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\28\02-07-15
29
Det er god korrelasjon mellom voksinnhold, innhold
av mettede hydrokarboner og stivnepunkt funnet for
Njordoljen (se Avsnitt 4.1.1 og 4.1.5).
4.2 Vann-i-olje emulgering
Definisjon av symboler i forbindelse med vann-iolje-emulgering finnes i Vedlegg B.
4.1.8 Asfaltener
4.2.1 Viskositet av vann-i-olje emulsjon
Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved
fordampning, vil asfalteninnholdet av det
gjenværende residuet øke.
Asfalteninnholdet til oljene og de forskjellige
residuene er vist i Figur A11 ("harde") og A12
("myke") og listet i Tabell A2 i Vedlegg A.
Njord inneholder relativt lite asfaltener. For ”myke”
asfaltener (Fig. A12) ligger Njord lavere enn de
oljene den er sammenlignet med og noe lavere enn
Norne bortsett fra foto-oksidert residuet. For ”harde”
asfaltener er verdiene noe jevnere mellom de
forskjellige oljene, men her er verdiene generelt
lavere og dermed analyse usikkerheten større.
4.1.9 Grenseflatespenning
Når oljen mister sine mest flyktige komponenter ved
fordampning, vil grenseflatespenningen av det
gjenværende residuet endres.
Grenseflatespenningen til oljene og de forskjellige
residuene er vist i Figur A13 og listet i Tabell A1 i
Vedlegg A.
Grenseflatespenningen mellom sjøvann (3.5 vekt%)
og den ferske Njordoljen og residuene er i samme
område som Heidrun, men noe høyere enn f.eks.
Norne.
Foto-oksidering reduserer grenseflatespennningen
drastisk. Ved foto-oksidering omdannes aromatiske
komponenter til resiner og asfaltener (se Avsnitt
2.3). Disse er overflateaktive.
Figur 4.1 viser forholdet mellom viskositeten av
vann-i-olje emulsjon og vannfri residue, som
emulsjonen er laget av, som funksjon av vanninnhold
i emulsjonen. Det kan sees at viskositetsforholdene,
spesielt for emulsjonene med høyt vanninnhold,
ligger under kurven generalisert av Mackay et al.,
1980. Dette indikerer at emulsjonene som Njordoljen
produserer er mindre stabile enn emulsjonene som
Mackay et al., 1980 benyttet i sine beregninger.
Som diskutert i Kapittel 4.1.4, er både den ferske
Njordoljen og de fordampede residuene relativt
høyviskøse. Viskositetsforholdet i figur 4.1 er
fremkommet ved å dividere viskositeten av et
emulgert residue med viskositeten til det
korresponderende vannfrie residuet. Dersom en olje
ikke danner meget stabile emulsjoner med høy
viskositet vil derfor en høy viskositet på de vannfrie
residuene bidra til å gi lave viskositetsforhold.
Njordoljen dannet forholdsvis lavviskøse emulsjoner
(se Tabell C2 i Vedlegg C). Dette gjelder spesielt for
max.vann emulsjonene (82% vann) av 200 og
250°C+ residuene, og kan skyldes en ”overmetning”
av vann i disse emulsjonene. I meso-skala renna ble
det observert en anriking av voks i “klumper”
(Kapittel 4.4.1). Det samme fenomenet ble observert
for Norneoljen (Strøm-Kristiansen og Singsaas,
1996). Dette kan bidra til at den kontinuerlige fasen
(oljen) blir mindre voksrik og følgelig mindre
viskøs, noe som bidrar til en nedsatt viskositet på
emulsjonen.
4.2.2 Vann-i-olje emulgeringshastighet
Når oljen emulgerer vann, vil volumet øke betydelig.
Et vannopptak på 80 vol.% (WOR=4) vil øke
volumet 5 ganger i forhold til det opprinnelige sølet.
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 Njordoljen.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\29\02-07-15
30
Figur 4.2 viser vanninnholdet i emulsjonene laget av
fordampede residue av Njordoljen etter varierende
rotasjonstid. Resultatene er listet i Tabell B1 i
Vedlegg B.
Maksimalt vannopptak etter 24 timers rotasjon
varierte fra 76 vol.% (WOR=3.2) for 150°C+
residuet til 82 vol.% (WOR=4.4) for 250°C+
residuet. Det foto-oksiderte residuet emulgerte noe
mer vann, 84 vol.% (WOR=5.0).
Figur 4.3 illustrerer hvor raskt Njordoljen emulgerer
vann i forhold til andre råoljekvaliteter.
Vannopptakshastigheten er uttrykt som t0.5 for de
forskjellige residuene. Lav t0.5-verdi tilsier raskt
vannopptak.
Njordoljen har en middels vannopptakshastighet
sammenlignet med de andre råoljene og emulgerer
vann noe saktere enn f.eks. Norneoljen, men noe
raskere enn Draugen og Heidrun.
4.2.3 Stabilitet av vann-i-olje emulsjon og
effektivitet av emulsjonsbryter
I en opprenskningsaksjon etter et oljesøl vil
stabiliteten av en emulsjon være av vesentlig
betydning. Det er også viktig å vite hvordan
effektiviteten av emulsjonsbrytere endres over tid
ettersom egenskapene til emulsjonen endres.
Det er derfor utført stabilitetstesting av emulsjonene
dannet av Njordoljen. I tillegg er effekten av en
emulsjonsbryter evaluert under følgende betingelser:
• Emulsjonsbryter:
• Konsentrasjon av
emulsjonsbryter:
Alcopol O 60 %.
500 ppm og 2000 ppm
(relativt til oljevolumet).
Figur 4.4 viser stabilitet av emulsjonene for
Njordoljen i sammenligning med emulsjoner dannet
med andre råoljekvaliteter. Figur 4.5 og 4.6 viser
effektivitet av emulsjonsbryter på emulsjonene av
Njordoljen sammenlignet med andre råoljer.
Resultatene fra testingen av Njordoljen er listet i
Tabell B2 i Vedlegg B.
Stabiliteten og effektiviteten av emulsjonsbryter er
uttrykt som fraksjonsvis dehydrering, D (se Vedlegg
B for definisjon).
•
D = 0: Emulsjonen er totalt stabil
upåvirket av emulsjonsbryter.
•
D = 1: Emulsjonen er totalt ustabil eller totalt
brutt av emulsjonsbryter.
eller
Figur 4.4 viser at Njord danner relativt ustabile
emulsjoner sammenlignet med de andre råoljene.
Spesielt 250°C+ residuet danner en ustabil emulsjon.
Det foto-oksyderte residuet danner imidlertid stabile
emulsjoner. Den lave stabiliteten antas å skyldes
bl.a. det lave innholdet av asfaltener i Njordoljen.
Asfaltener bidrar til å stabilisere emulsjoner. Norne
danner noe mer stabile emulsjoner enn Njord. Det
kan ha sammenheng med at den er noe mer
asfaltenrik enn Njord. I meso-skala renna ble det
observert relativt store vanndråper i emulsjonen, noe
som er et tegn på at emulsjonen er ustabil.
Figur 4.5 viser at emulsjonene dannet av de
destillerte residuene av Njordolje lett lot seg bryte
med 500 ppm konsentrasjon emulsjonsbryter (D =1).
Det foto-oksiderte residuet dannet emulsjon som var
vanskeligere å bryte og mistet bare 2 % av vannet
etter 24 timer påvirkning av 500 ppm konsentrasjon
av emulsjonsbryter (D = 0.11). Dette er
sammenlignbart med resultatene oppnådd med
Norneoljen, mens Trolloljen er noe mer resistent ved
denne konsentrasjonen av emulsjonsbryter.
Figur 4.6 viser at ved en emulsjonsbryterkonsentrasjon på 2000 ppm vil de fleste emulsjonene
for både Njord og de råoljene den sammenlignes
med, bli brutt. Effekten er noe dårligere på
emulsjonene fra de foto-oksyderte residuene og da
spesielt for Troll.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\30\02-07-15
31
Viskositetsforhold
1000
Mackay
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
100
10
1
0
20
40
60
80
100
Vanninnhold
Figur 4.1
Viskositetsforhold mellom vann-i-olje emulsjon og vannfritt residue, som emulsjonen er laget av,
som funksjon av vanninnhold i emulsjonen av Njordolje. Generalisert kurve (Mackay et al.,
1980) er også vist.
Vann i emulsjon (vol.%)
100
80
60
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
40
20
0
0
5
10
15
20
25
Tid (timer)
Figur 4.2
Vanninnhold som funksjon av rotasjonstid for forskjellige residue av Njordoljen ved 13°C.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\31\02-07-15
32
Vannopptak (t0.5, timer)
1
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
0.1
0.01
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
Olje residue
Figur 4.3
Kinetikk for vann-i-olje emulgering, uttrykt som t0.5-verdier, for forskjellige residue av Njordoljen
ved 13°C.
Dehydr. uten em.bryter (D24t)
1,00
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
-0,20
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
Olje residue
Figur 4.4
Dehydrering av vann-i-olje emulsjon (uten emulsjonsbryter) i løpet av 24 timer ved 13°C.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\32\02-07-15
Dehydr. m/500 ppm em.bryter (D24t)
33
1,00
Njord
Norne
Troll
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
-0,20
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
Olje residue
Dehydr. m/2000 ppm em.bryter (D24t)
Figur 4.5
Effektivitet av Alcopol O 60 % ved 13°C i løpet av 24 timer (500 ppm relativt til olje volumet).
1,00
0,80
0,60
0,40
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
0,20
0,00
-0,20
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
Olje residue
Figur 4.6
Effektivitet av Alcopol O 60 % ved 13 °C i løpet av 24 timer (2000 ppm relativt til oljevolumet).
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\33\02-07-15
34
4.3 Kjemisk dispergerbarhets-testing
Hensikten med å teste kjemisk dispergerbarhet på
vannfri residue og vann-i-olje emulsjoner var å finne
hvordan effektiviteten av dispergeringsmidler avtar
når oljen forvitres. Denne informasjonen er
nødvendig for å kunne forutsi tidsvinduet for bruk av
dispergeringsmidler på forskjellige råoljer under
varierende værforhold.
4.3.1 Screening av dispergeringsmidler
Tidligere studier (f.eks. Strøm-Kristiansen et al.,
1993 og Brandvik et al., 1990) har vist at
dispergeringsmidler virker forskjellig på ulike
oljetyper. Det er sannsynligvis ikke mulig å
framstille noe dispergeringsmiddel som virker godt
på et vidt spekter av oljetyper under alle forhold
(som temperatur, sjøvannsalinitet).
Derfor ble det utført en screening-studie med 6
forskjellige dispergeringsmidler med IFP testen på
200°C+ residuet av Njord 1 oljen (Id.nr. H5178) og
det samme residuet emulgert med vann til WOR = 1
(50 vol.% vann). Resultatene er vist i Figur 4.7 og
listet i Tabell C1 i Vedlegg C. Disse dataene er
tidligere rapportert til Norsk Hydro (StrømKristiansen, 1996)
IFP testen, som skiller bedre mellom effektiviteten
av de forskjellige dispergeringsmidlene enn MNS
testen, ble benyttet i screening-studien.
Dispergerbarhet på over 70 til 80 % anses som god
effektivitet med IFP testen. Alle dispergeringsmidlene som ble testet i dette prosjektet, er tillatt for
bruk i Norge. Resultatene viser en viss spredning i
effektivitet av de forskjellige dispergeringsmidlene
på Njordoljen, både på det vannfri residuet og
emulsjonen. Corexit 9500 og Dasic NS ga høyest
effektivitet.
Resultatene er framstilt i Figur 4.8 (IFP) og 4.9
(MNS). Effektivitetsverdiene er listet i Tabell C2 og
C3 i Vedlegg C.
For å se trenden bedre, er effektiviteten plottet som
funksjon av viskositeten av de vannfri residuene
(målt ved skjær-hastighet 100 s-1) og emulsjonene
(målt ved skjær-hastighet 10 s-1).
Begge dispergeringsmidlene ga ≈ 60 % effektivitet
med IFP testen opp til viskositet 600 cP. Ettersom
viskositeten
økte
for
emulsjonene,
avtok
effektiviteten gradvis og nådde halvparten av
maksimal verdi ved viskositet rundt 2000 cP for
Corexit 9500 og rundt 3-4000 cP ved bruk av Dasic
NS.
MNS testen resulterte i høyere effektivitet ved lave
viskositeter enn IFP testen, både med Corexit 9500
og Dasic NS som dispergeringsmiddel. Dette var
som forventet, siden MNS testen er mer høyenergisk
enn IFP testen. Begge dispergeringsmidlene ga rundt
80-90 % MNS effektivitet opp til viskositet på 1500
cP. Halvparten av maksimal verdi ble oppnådd rundt
3000 cP. Ved viskositeter over 5000 til 6000 cP ble
dispergerbarheten ved MNS testen betraktelig
redusert. De fleste prøvene som ble testet viste en
viss dispergerbarhet, og er øvre grense for
dispergerbarhet for Njord oljen, basert på testingen
med MNS metoden er satt til 7000cP.
Resultatene fra IFP testen viser at Corexit 9500 og
Dasic NS dispergerer Njordoljen omtrent like
effektivt. Resultatene fra denne testingen blir brukt
til å etablere viskositetsgrenser for bruk av
dispergeringsmidler (se pkt. 5.2.5), som igjen vil
være et viktig grunnlag for å bestemme ”tidsvindu”
for bruk av dispergeringsmidler vha. SINTEFs Olje
Forvitrings Modell.
4.3.2 Effektivitetstesting av to
dispergeringsmidler
Det er viktig å vite hvordan oljen lar seg dispergere
kjemisk ved økende forvitring (fordampning og
emulgering) over tid på sjøen for å finne tidsvinduet
for bruk av dispergeringsmidler. Derfor ble det utført
effektivitetstesting med 2 dispergeringsmidler
(Corexit 9500 og Dasic NS) med 2 forskjellige
testmetoder (IFP og MNS) på alle de forvitrede
prøvene av Njordoljen (se Avsnitt 3.5.3).
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\34\02-07-15
35
100
Effektivitet 200°C+ / vannfri
IFP effektivitet (%)
80
Effektivitet 200°C+ / 50 vol.% vann
60
40
20
0
Corexit 9500
Dasic NS
Eners. 1037
Disp. 36S
Corexit 9527
OSR 5
Dispergeringsmiddel
Figur 4.7
Effektivitet av 6 dispergeringsmidler på vannfritt 200°C+ residue og det samme residuet emulgert til
WOR=1 (50 vol.% vann) av Njord 1 oljen (Id.nr. H5178) målt med IFP testen ved 13°C.
DER=1/25 (Strøm-Kristiansen, 1996).
100
Dasic NS
Corexit 9500
IFP effektivitet (%)
80
60
40
20
0
10
100
1000
10000
Viskositet (cP)
Figur 4.8
Effektivitet av dispergeringsmidlene Dasic NS og Corexit 9500 som funksjon av viskositet på vannfri
residue (skjær-hastighet 100 s-1) og emulsjoner (skjær-hastighet 10 s-1) av Njordoljen. IFP
testen ved 13°C. DER=1/25.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\35\02-07-15
36
MNS effektivitet (%)
100
80
Dasic NS
Corexit 9500
60
40
20
0
10
100
1000
10000
Viskositet (cP)
Figur 4.9
Effektivitet av dispergeringsmidlene Dasic NS og Corexit 9500 som funksjon av viskositet på vannfri
residue (skjær-hastighet 100 s-1) og emulsjoner (skjær-hastighet 10 s-1) av Njord 1 oljen. MNS
testen ved 13°C. DER = 1/25.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\36\02-07-15
37
4.4 Meso-skala renne tester
67 vol.%. Det maksimale vanninnholdet var opp
mot 71 vol.%.
Resultatene oppnådd i renneforsøkene er vist i:
• Forsøk A: Figur 4.10 til 4.16 og listet i Tabell
D1 i Vedlegg D.
• Forsøk B: Listet i Tabell D2 i Vedlegg D.
Det eksperimentelle oppsettet for renneforsøkene er
beskrevet i Avsnitt 3.6.
4.4.1 Resultater fra renneforsøk A
Fordampning og kjemisk sammensetning
Fordampningstapet av Njordolje i meso-skala renna
(renneforsøk A) etter forskjellig forvitringstid er
listet i Tabell D1 i Vedlegg D og sammenlignet med
predikerte verdier fra SINTEFs Olje Forvitrings
Modell i Figur 4.10-4.12. Linjene angir predikerte
fordampningstap, basert på aktuelle værforhold,
mens punktene viser eksperimentelt oppnådde data.
Det var god korrelasjon mellom fordampningstapet
oppnådd på overflateresiduet i meso-skala renna og
fordampningstapet predikert med SINTEFs Olje
Forvitrings Modell ved vindstyrke på 10 m/s i hele
forsøksperioden (Figur 4.10).
Tidligere resultater oppnådd ved SINTEF (Almås et
al., 1994) har vist at 48 timers forvitring i renna ofte
gir en fordampning av oljen tilsvarende destillering
til 250°C+ i små-skala testing. Ut ifra GC
kromatogram (Figur D1 i Vedlegg D) for Njord fra
renneforsøk A vil man se at etter 48 timer har de
letteste komponentene (under nC-11) fordampet.
Dette er i bra overensstemmelse med hva som er
observert i renna for andre oljer, og svarer til en
fordampning som for 250°C+ residuet i små-skala
testingen. Dette bekreftes av tetthetsmålingene
(0.863 g/ml for 250°C+ residuet i små-skala
testingen mot 0.868 g/ml etter 48 timer i renna).
Vann-i-olje emulgering
Vanninnholdet i Njordoljen i meso-skala renna
(renneforsøk A) etter forskjellig forvitringstid er
listet i Tabell D1 i Vedlegg D og sammenlignet med
predikerte verdier fra SINTEFs Olje Forvitrings
Modell i Figur 4.11. Linjene angir predikert
vanninnhold, mens punktene viser eksperimentelt
oppnådde data.
Resultatene fra vann-i-olje-emulgeringen i mesoskala renna viste et relativt raskt vannopptak. Etter
1 times forvitring var vanninnholdet i emulsjonen
De eksperimentelle verdiene tilsvarte predikerte
verdier over 15 m/s vindstyrke den første timen av
renneforsøket. Etter 12 timers forvitring i renna ble
det oppnådd vanninnhold i samsvar med predikerte
verdier i området 5 til 10 m/s vindstyrke. Det
maksimale vannopptaket var noe lavere enn det som
ble registrert i små-skala testingen (Avsnitt 4.2.2).
Tidligere forsøk utført i små-skala, meso-skala og i
felt har vist at emulsjoner dannet på sjøen
sannsynligvis lar seg lettere reprodusere i mesoskala renna enn i små-skala skilletraktene med
hensyn på maksimalt vanninnhold og emulgeringshastighet. En mulig årsak kan være at energien som
tilføres under emulgerings-prosessen i de roterende
flaskene er noe høy i forhold til energimengden på
havoverflata.
Viskositet av overflate vann-i-olje emulsjon
Viskositeten oppnådd på Njordoljen i meso-skala
renna (renneforsøk A) etter forskjellig forvitringstid
er listet i Tabell D1 i Vedlegg D og sammenlignet
med predikerte verdier fra SINTEFs Olje
Forvitrings Modell i Figur 4.12. Linjene angir
predikert viskositet, basert på aktuelle værforhold,
mens punktene viser eksperimentelt oppnådde data.
Etter 12-24 timers forvitring i meso-skala renna var
viskositeten på Njord emulsjonen i samme området
som de predikerte verdiene ved 5-10 m/s vind..
Etter 2-3 døgns forvitring falt viskositeten noe og
ble liggende lavt i forhold til de predikerte verdiene.
Dette skyldes at stabiliteten til emulsjonen er
relativt lav (som tidligere observert for andre oljer i
renna).
Stabilitet av emulsjon og effektivitet 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.
Derfor ble stabiliteten evaluert og effekten av
emulsjonsbryteren Alcopol O 60 % testet ved
forskjellig forvitringstid i meso-skala renna.
Resultatene er listet i Tabell D1 i Vedlegg D
(renneforsøk A), som fraksjonsvis dehydrering.
"Uten em.br." gir stabiliteten av emulsjonen og
“Alcopol O 60%" gir effekt av emulsjonsbryter.
Økende dehydrering (høyere D) innebærer at
emulsjonen har mistet økende mengde vann:
D = 0: Ikke noe vann har drenert fra emulsjonen.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\37\02-07-15
38
D = 1: Alt vannet har drenert fra emulsjonen.
Overflateemulsjonen dannet av Njordoljen i renna
var ustabil gjennom hele forsøket. Njord dannet
også en relativt ustabil emulsjon i små-skala
forsøkene (figur 4.4), dog ikke så ustabil som i
renneforsøket. Resiner og asfaltener bidrar sammen
med voks til å stabilisere vann-i-olje emulsjoner.
Njord har et relativt høyt voksinnhold, men
inneholder lite asfaltener. Effekten av emulsjonsbryter er, fordi emulsjonen i utgangspunktet er
såvidt ustabil, vanskelig å registrere.
In-situ kjemisk dispergering
Resultatene fra in-situ dispergeringen av Njordolje i
meso-skala renna (renneforsøk A) er vist i Tabell
D1 i Vedlegg D. In-situ kjemisk dispergering av
overflateemulsjonen ble utført etter ca 72 timers
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 Avsnitt 4.3.2.
Resultatene i Tabell D1 viser at dispergeringen i
renna influerte på overflateemulsjonens egenskaper.
Vanninnholdet falt fra 67 vol.% før påføring til 55
vol.% like etter påføring av dispergeringsmiddel.
Samtidig falt emulsjonens viskositet fra 953 cP til
77 cP.
Reduksjon i vanninnhold og viskositet i tillegg til de
visuelle observasjonene tyder på at dispergeringsprosessen 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., 1995) og i meso-skala renna
(Lewis et al., 1994) og vil være gjenstand for videre
undersøkelser ved SINTEF.
Andre gangs behandling av Njord emulsjonen, med
påføring av 57 ml Dasic NS, førte ikke til en
registrert økning av dispergert olje i vannsøylen.
Det var ikke mulig å ta prøver av
overflateolje/emulsjon etter andre gangs påføring.
Effektiviteten av in-situ kjemisk dispergering av
Njordoljen ble testet med å spraye 80 ml av
dispergeringsmidlet Dasic NS direkte på
overflateemulsjonen i renna (se Tabell 3.3).
Mengde dispergeringsmiddel påført i meso-skala
renna
ga
et
doseringsforhold
DOR
(dispergeringsmiddel til restolje forhold) på 1:69.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\38\02-07-15
39
Figur 4.10 Prediksjoner (linjer) og eksperimentelle data fra renneforsøket (punkter) av fordampning av
Njordoljen. Prediksjonene er beregnet ved 2 mm konstant filmtykkelse. Temperatur 13°C.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\39\02-07-15
40
Figur 4.11 Prediksjoner (linjer) og eksperimentelle data fra renneforsøket (punkter) av vanninnhold i
Njordoljen. Prediksjonene er beregnet ved 2 mm konstant filmtykkelse. Temperatur 13°C.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\40\02-07-15
41
Figur 4.12 Prediksjoner (linjer) og eksperimentelle data fra renneforsøket (punkter) av viskositet av Njordoljen.
Prediksjonene er beregnet ved 2 mm konstant filmtykkelse. Temperatur 13°C.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\41\02-07-15
42
Massebalanse
Figur 4.13 viser beregnet massebalanse for Njord
oljen i meso-skala renne forsøket (renneforsøk A).
Verdiene er listet i Tabell D1 i Vedlegg D.
Hovedelementene i massebalansen er:
•
•
•
kunne dermed beregnes. Det ble tatt omtrent 0.5 L
emulsjon ved hver prøvetaking de første 72 timene.
Etter at den kjemiske in-situ dispergeringen startet,
ble det tatt bare 50 mL emulsjon ved hver
prøvetaking. Oljemengden ved hver prøvetaking ble
beregnet på grunnlag av vanninnholdet i emulsjonen.
Fordampningstap.
Overflateolje.
Olje dispergert ned i vannmassene.
Etter 72 timers forvitring, like før in-situ kjemisk
dispergering ble initiert, var følgende verdier
oppnådd:
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.
Fordampet:
Overflateolje:
Naturlig dispergert:
Prøvetaking:
Adsorbert til veggen:
35 vekt%
35 vekt%
4 vekt%
10 vekt%
16 vekt%
Mengde olje fordampet, dispergert og fjernet ved
prøvetaking ble målt, mens oljen adsorbert til
renneveggen ble estimert. Mengde overflateolje
100
Massebalanse (vekt%)
80
60
Fordampet
Overflateolje
Dispergert
Påføring 80 mL Dasic NS
Prøvetaking
40
Adsorbert
20
0
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
71,83
Tid (timer)
Figur 4.13 Massebalanse fra testingen av Njordoljen i meso-skala renna (forsøk A) ved 13°C.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\42\02-07-15
43
Visuelle observasjoner
Figurene 4.14-4.16 viser bilder fra renneforsøk A.
Figur 4.14 viser emulsjonen før påføring av
dispergeringsmiddel. Vanninnholdet var på 21%
allerede etter 15 min. og etter 2 timer var
vanninnholdet 65% og en kunne se de
karakteristiske lyse stripene i oljen som tyder på
emulsjonsdannelse. Etter et døgn var det tydelig
emulsjonsdannelse, men det så ut til å være relativt
store vanndråper i emulsjonen som igjen tyder på at
den er ustabil. Etter 3 døgn, like før påføring av
dispergeringsmiddel (fig. 4.14), var emulsjonen
tydelig “mousse” farget (sjokolade-brun).
Etter 1. gangs påføring av dispergeringsmiddel (fig.
4.15), dispergerte mesteparten av oljen raskt ned i
vannsøylen. Et tynt lag med relativt vannfri olje ble
liggende igjen på vannoverflaten sammen med
mørkaktige “klumper”. Før 2. gangs påføring av
dispergeringsmiddel var det svært lite olje igjen på
vannoverflaten.
Figur 4.16 viser de mørkaktige “klumpene” som ble
dannet under forvitringsprosessen og som ikke
dispergerte. Disse ble, sammen med en prøve av
olje/emulsjon fra renneveggen og en prøve av
emulsjon tatt like før dispergering, analysert for
voksinnhold. Denne analysen ga følgende resultat,
etter at det ble justert for fordampning:
Prøve
Fersk olje
Olje forvitret 71 timer
Veggprøve
Mørkaktige “klumper”
Voks, vekt%
6.4
3.9
9.0
7.8
Resultatene viser at det har skjedd en “anrikning”
av voks både i den oljen som fester seg langs
veggen og i de klumpene som flyter rundt. Samtidig
skjer det en ”utarming” av voks i resten av oljen.
Mekanismen bak dette er ikke kjent. Imidlertid kan
det være en forklaring at “klumpene” er dannet som
et resultat av “veggeffekten”
4.4.2 Resultater fra renneforsøk B
Resultatene fra renneforsøk B er vist i Tabell D2 i
Vedlegg D. Formålet med dette renneforsøket var å
se hvor effektiv kjemisk dispergering vil være etter
kort tids forvitring (ca. 3 timer) mens oljen ennå
danner en relativt tynn film på havoverflaten.
Oljen emulgerte noe vann i løpet av 3 timers
forvitring (40 vol.% vann) i renneforsøk B.
Viskositeten ble målt til 850 cP og tettheten på
vannfri olje til 0.867 g/ml. Dersom en
sammenligner tettheten i renneforsøk B (0.867 g/ml
etter 3 timer) med renneforsøk A (0.866 g/ml etter
24 timer), viser dette at avdampningen skjedde mye
raskere i renneforsøk B. Dette skyldes at filmtykkelsen var større i forsøk A, noe som ga saktere
fordampning (ca. 2 mm filmtykkelse i forsøk A mot
0.25 mm i forsøk B).
Oljen dispergerte lett under påføring av
dispergeringsmiddel. Også under dette forsøket ble
det registrert “klumper” av olje som ikke lot seg
dispergere. Like etter dispergering ble det registrert
17 vekt% dispergert olje. Hvis fordampningen
(basert på tetthet) beregnes til å være 32% og olje
fjernet ved prøvetaking til 10%, gjenstår ca. 40% av
oljen som ble påsatt ved oppstart. Mesteparten av
dette antas å forefinnes på overflaten, på veggene
og som ikke-dispergerte “klumper”. En stor relativ
andel av oljen i renneforsøk B var adsorbert på
veggene. I meso-skala renna er dette fenomenet mer
fremtredende når forsøk kjøres med små mengder
olje.
Det kan derfor sies at dispergeringen var rimelig
effektiv, men fordi oljefilmen var så tynn var
effektiviteten sannsynligvis noe lavere enn det en
ville fått ved en høyere filmtykkelse, fordi noe av
dispergeringsmidlet kanskje ”gikk gjennom” oljen.
4.5 Testing av olje fra Brønn 6497/7A-8H (Njord 3)
Njord vil bli produsert fra flere brønner. Underveis i
dette prosjektet ble det besluttet å gjennomføre en
begrenset studie av en olje fra en annen brønn
(Njord 3) enn den selve forvitringsstudien ble utført
på (Njord 2). Njord 3 ble antatt å være noe mer
voksrik enn Njord 2 og muligens noe mer
representativ for den ”blandingsoljen” som kom i
produksjon. Hensikten med denne ”ekstratestingen”
var å estimere om Njord 3 vill skille seg vesentlig
fra Njord 2 i sammensetning og oppførsel. Data fra
testingen av Njord 3 oljen (Id.nr.. 97-0006) er
presentert i tabeller og figur i vedlegg E i
sammenligning med Njord 2 oljen som er undersøkt
i denne studien (Id.nr.. H 5223).
Fysikalsk/kjemisk testing
De fysikalsk/kjemiske dataene fra Tabell E1 viser at
Njord 3 oljen (Brønn 6497/7-A-8H) har lavere
tetthet som fersk enn Njord 2 oljen som håndboken
er basert på. Dette tyder på at den inneholder noe
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\43\02-07-15
44
mer lette komponenter, som en tildels også kan se ut
fra gasskromatogrammet i Fig. E1 sammenlignet
med gasskromatogrammet for Njord 2 oljen i Fig.
A1. Ellers er stivnepunktet noe lavere for fersk olje
og voksinnholdet for 250°C+ residuet noe høyere
for Njord 3 oljen.
Emulsjonstesting
Resultatene fra emulsjonstestingen er presentert i
Tabell E2 og E3. Mens Njord 3 hadde et
vannopptak på 87% for 200°C+ residuet, hadde
Njord 2 et vannopptak for tilsvarende residue på
82%. Resultatene tyder ikke på noen signifikant
forskjell i vannopptaket mellom de to oljene.
Emulsjonsstabiliteten er relativt lav for begge
oljene. Effekten av emulsjonsbryter ser ut til å være
relativt lik, og emulsjonene for begge oljene blir
tilnærmet totalt brutt ved tilsats av emulsjonsbryter.
Dispergerbarhetstesting
Det er ingen stor forskjell på dispergerbarheten for
de vannfrie 200°C+ residuene for de to oljene.
Begge dispergerer relativt dårlig med både Dasic
NS og Corexit 9500. For 50% emulsjonene av de to
residuene er det en signifikant forskjell. Mens Njord
2 oljen dispergerer relativt bra med begge
dispergeringsmidlene, dispergerer emulsjonen for
Njord 3 oljen relativt dårlig. Dette kan skyldes det
noe høyere voksinnholdet for Njord 3.
Konklusjon/anbefalinger
Ut fra den begrensede testingen som er utført på
Njord 3 kan det konkluderes med at de to oljene,
Njord 2 (Brønn 6407/7-2R) og Njord 3 (Brønn
6497/7-A-8H), er relativt like i sammensetning og
oppførsel. De skiller seg noe når det gjelder
voksinnholdet, og dette ser ut til å kan ha noe
betydning
for
emulgeringsegenskapene
og
dispergerbarheten.
Imidlertid er ikke disse
forskjellene av en slik karakter at det vil være
hensiktsmessig å gå videre med noen flere
undersøkelser av Njord 3 oljen.
Det bør vurderes, når alle brønnene på Njord er
kommet i produksjon, å foreta noen enkle tester av
blandingsoljen for å sjekke at den i sammensetning
og oppførsel er tilnærmet lik den oljen som denne
forvitringsstudien er utført på (Njord 2).
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\44\02-07-15
45
Figur 4.14 Emulsjon dannet under forvitring av Njord 2 olje i renna. Før påføring av dispergeringsmiddel.
Figur 4.15 Dispergering av Njord 2 olje i renna. Like etter 1. gangs påføring av dispergeringsmiddel..
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\45\02-07-15
46
Figur 4.16 Mørkaktige “oljeklumper” med et høyere innhold av voks enn olje på overflaten før dispergering.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\46\02-07-15
47
5.
Prediksjoner for Njordoljens egenskaper på sjøen
5.1 Innledning
5.2 Kriterier for prediksjonene
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 av
stor interesse med gode prediksjoner for forandring i
oljens egenskaper for å bestemme tidsvinduet for
effektiv påføring av dispergeringsmidler. Lignende
begrensninger eksisterer også for mekanisk
oppsamling (se Avsnitt 5.2.6) og effektiviteten av
brenning (Bech et al., 1992).
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 søl-situasjoner hvor det
er nødvendig å handle inne kort tid, som ved søl
nær en terminal, eller etter flere dager forvitring av
oljen på sjøen, som ved et søl til havs.
Forskjellige tilnærmelser for å forutsi forandringer i
oljens egenskaper p.g.a. forvitring på sjøen, er omtalt
i litteraturen. I mange tilfelle er disse basert på
"mikse-regler",
hvor
forskjellige
fysikalske
egenskaper er utledet med basis i komposisjonelle
forandringer forårsaket av fordampning av de letteste
komponentene i oljen. Enkle "mikse-regler" 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.
5.1.1 SINTEFs Olje Forvitrings Modell
Den numeriske forvitringsmodellen som er utviklet
ved SINTEF/IKU, er mer detaljert beskrevet av
Daling et al., 1990, Johansen, 1991 og Aamo et al.,
1993 i tillegg til i brukerveiledningen for modellen.
De simulerte olje-egenskapene framkommer ved
bruk av en standardisert laboratorieundersøkelse (se
Avsnitt 3 og 4). Resultatene blir brukt som data i
SINTEFs Olje Forvitrings Modell som overfører
oljens egenskaper til sjøbetingelser ved å relatere
fordampningstap og vann-i-oje emulgering til gitte
forhold (olje/vann-i-olje emulsjonsfilmtykkelse,
sjøtemperatur og vindforhold). Figur 5.1 viser
skjematisk SINTEFs Olje Forvitrings Modell, som er
utviklet til en IBM-kompatibel PC-versjon.
5.2.1 Utslipp og oljefilmtykkelse
Realistiske beregninger av fordampningstap under
felt-betingelser, 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-i-vann 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 overflateutblåsninger, utslipp fra skip eller rørledninger.
I dette prosjektet antas et overflate-utslipp med
eksponensiell reduksjon i filmtykkelsen. Følgende
parametre er valgt:
• 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 et eksperimentelt feltforsøk
på Haltenbanken i 1989 (Johansen, 1991). Prøvene
ble da tatt i den tykke delen av det eksperimentelle
oljeflaket.
Denne prosedyren er benyttet i dette prosjektet for å
forutsi egenskapene til Njordoljen over tid på sjøen
under gitte forhold ved sommer- og vintertemperatur
i sjøen.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\47\02-07-15
48
SINTEF's Olje
Forvitrings
Modell
Predikerte egenskaper av oljen som
funksjon av tid på sjøen ved ulike
værforhold:
Laboratoriedata av ferske og
forvitrede oljefraksjoner:
Fordampningstap
Tetthet
Viskositet
Flammepunkt
Stivnepunkt
Vanninnhold
Emulsjons viskositet
Naturlig dispersjon
Total olje massebalanse
"Tidsvindu" for bruk av dispergeringsmidler
Destillasjonskurve (TBP)
Tetthet
Viskositet
Flammepunkt
Stivnepunkt
Vannopptakshastighet (t0.5-verdier)
Maksimal vannopptaksevne
Viskositetsforhold (emulsjon/olje)
Viskositetsgrense for kjemisk
disbergerbarhet
Kriterier brukt
i modellen
Miljøbetingelser
(Vindhastighet, sjøtemperatur,
oljefilm tykkelse)
ik41961100\tegner\fig_nor\model-n.eps
Figur 5.1
Skjematisk diagram over SINTEF's numeriske forvitringsmodell.
Tabell 5.1
Værforhold benyttet i prediksjonene.
Vindstyrke (m/s)
*:
Beaufort vind
Vindtype
Bølgehøyde (m)*
2
2
Lett bris
0.1 - 0.3
5
3
Moderat bris
0.5 - 0.8
10
5
Frisk bris
1.5 - 2.5
15
6-7
Liten kuling
3-4
Signifikant bølgehøyde ca 100 km fra land.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\48\02-07-15
49
5.2.2 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
5.1
viser
sammenhengen mellom forskjellige vindstyrker og
bølgehøyder benyttet i prediksjonene. Dette
representerer værvinduet hvor en oljevernaksjon er
mulig.
5.2.3 Sjøtemperaturer
I prediksjonene er det benyttet to forskjellige
sjøtemperaturer:
• Vinter:
• Sommer:
5°C
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.
5.2.4 Brann og eksplosjonsfare
Flammepunktet er den laveste temperaturen hvor
gassen av en olje kan bli antent av en gnist. Følgende
kriterier er valgt for flammepunktet i prediksjonene:
• Åpen sjø: Hvis oljens flammepunkt er nær, eller
under, sjøtemperaturen, representerer oljen en
eksplosjonsfare.
• Oppsamlet olje i lagertank: Hvis oljens
flammepunkt er lavere enn 60°C, er det påkrevd
med eksplosjonssikre tanker.
Fra et operasjonelt synspunkt er kriteriene for
brannfare svært konservative. På sjøen vil vinden
fortynne gassen over oljesølet, og oljeresiduet vil
emulgere vann (se Avsnitt 1.2.5).
testingen. Den predikerte viskositeten for vann-i-olje
emulsjonen avhenger av vanninnholdet, som
beskrevet i Avsnitt 2.7.3. Ved å benytte
vanninnholdet (WORmax.) oppnådd i små-skala
testingen, ville det bli predikert urealistisk høye
viskositeter for emulsjonen. Erfaringsmessig har det
vist seg at roterende flaske metoden danner
emulsjoner
med
noe
høye
vanninnhold,
sannsynligvis på grunn av høy energi input ved
denne metoden.
Viskositetsgrenser for dispergeringsmiddelbruk
Kriteriene for å predikere dispergerbarheten til den
forvitrede oljen som funksjon av målt viskositet,
basert på den omfattende dispergerbarhetstestingen
av Njordoljen vist i Figur 4.7, er listet i Tabell 5.2.
Ved viskositet 2000 cP viste IFP testen (lav energi)
ca. 30-50 % effektivitet. Ved viskositet 7000 cP
viste MNS testen (høy energi) ca. 10 % effektivitet.
Viskositeten er målt ved skjær-hastighet 100 s-1 på
oljen og de vannfri residuene og ved 10 s-1 på
emulsjonen.
Tabell 5.2
Dispergerbarhetskriterier for
prediksjonene.
Viskositet (cP)
<2000 cP
2000 - 7000 cP
>7000 cP
Dispergerbarhet
Oljen er dispergerbar
Redusert dispergerbarhet
Oljen er ikke dispergerbar
Viskositetsgrensen for redusert kjemisk dispergering
er viskositeten hvor IFP testen ga redusert
effektivitet. Øvre viskositetsgrense for kjemisk
dispergering er viskositeten hvor MNS testen ga lav
effektivitet (se Figur 4.7 i Avsnitt 4).
Stivnepunkt
Tabell 5.3 viser stivnepunktskriteriene som er valgt
for å predikere kjemisk dispergerbarhet av den
forvitrede oljen.
5.2.5 Eksperimentelt datagrunnlag
De fleste eksperimentelle data benyttet i
modelleringen av Njordoljens oppførsel på sjøen, ble
oppnådd i små-skala-testingen (se Avsnitt 4.1 til
4.3). Maksimalt vannopptak (WORmax.) ble derimot
tatt fra meso-skala testingen av oljen (se Avsnitt
4.4). Maksimalt vannopptaksevne oppnådd i småskala testingen var høyere enn den fra meso-skala
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\49\02-07-15
50
Tabell 5.3
Stivnepunktskriterier for
prediksjonene.
Stivnepunkt
Dispergerbarhet
<5°C over sjøtemp
Dispergerbar
5° - 15 °C over sjøtemp
Redusert dispergerbarhet
>15 °C over sjøtemp
Ikke dispergerbar
5.2.6 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 vann-i-olje emulsjonen er lavere enn 1000
cP ved at den unnslipper under lensa p.g.a. lav
viskositet. Derfor har 1000 cP blitt satt som nedre
viskositetsgrense for en optimal mekanisk
ojevernaksjon.
Scenario:
Et oljesøl fra Njordfeltet har drevet omtrent 24 timer.
Vindhastigheten har vært 4 til 5 m/s og temperaturen
omtrent 15°C i perioden. Egenskapene til oljen vil da
tilnærmet være som følger:
•
•
•
•
•
Fordampningstap:
26 %
Flammepunkt:
90 °C
Stivnepunkt: 18 °C
Vanninnhold: 73 vol.% (WOR = 2.7)
Emulsjonsviskositet: 1000 til 2000 cP
På grunn av den relativt lave viskositeten og et
stivnepunkt som kun er 3°C over sjøtemperatur, vil
oljen/emulsjonen fortsatt være godt dispergerbar.
Oljen vil holdes godt tilbake i et lensesystem og det
kan forventes høy effektivitet ved mekanisk
oppsamling.
Øvre viskositetsgrense for mekanisk oljeoppsamling
avhenger sterkt av type skimmer som blir brukt. For
noen disk-skimmere reduseres gjenvinningskapasiteten signifikant ved emulsjonsviskositeter
over 10000 cP (ITOPF, 1986). De store Transrecsystemene som blir brukt av norske oljeselskap
(NOFO) har vist seg å være effektive på viskøse
emulsjoner til og med over 100000 cP.
5.3 Predikerte verdier
Dette avsnittet viser prediksjonene utført på
Njordoljen under forskjellige værforhold. Nedenfor
er det vist et eksempel på hvordan data-arkene kan
benyttes.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\50\02-07-15
54
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\54\02-07-15
56
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\56\02-07-15
58
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\58\02-07-15
59
6.
Sammenfatning av Njordoljenes forvitringsegenskaper
I det følgende oppsummeres forvitringsegenskapene til Njordolje.
6.4 Kjemisk dispergerbarhet
6.1 Kjemiske egenskaper
•
•
Njord er en parafinsk råolje som f.eks.
Oseberg og Norne, med en høy andel mettede
hydrokarboner og relativt lav tetthet.
Oljen har et høyt voksinnhold (6.4 vekt%),
noe lavere enn Norne (8.4 vekt%), men et
relativt lavt asfalteninnhold (0.3 vekt% “soft”)
sammenlignet med de andre råoljene.
6.2 Fysikalske egenskaper
•
•
•
Fordampningen er medium i forhold til de
andre oljene, og ved 15°C vil den tape i
størrelsesorden 22 til 32 % innen 1 døgn,
avhengig av vindforholdene.
Njord er relativt høy-viskøs, men noe lavere
enn Norne, og har en viskositet på 51 cP ved
13°C for fersk olje.
Stivnepunkt er relativt lavt for den ferske oljen
(-9°C), men øker betraktelig ved fordampning
og vil ligge mellom 20 og 30°C etter 5 døgn
på sjøen..
6.3 Vann-i-olje emulgerende
egenskaper og effekt av
emulsjonsbryter
•
•
•
•
•
Njord har en middels vannopptakshastighet,
saktere enn Norne, men noe raskere enn f.eks.
Draugen og Heidrun.
Maksimum vanninnhold oppnådd med
roterende flasker (små-skala) var relativt høyt,
76 til 84 vol.%, mens det i meso-skala renna
ble registrert vannopptak på 71 vol.%.
Innen 5 dager på sjøen, under typiske
værforhold, vil volumet øke, p.g.a. emulgering
med vann og fordampningen tatt i betraktning,
til i størrelsesorden 3 ganger sitt opprinnelige
volum.
Alle residuene av Njordoljen dannet relativt
ustabile v/o emulsjoner, med unntak av fotooksidert prøve.
Emulsjoner oppsamlet på sjøen etter flere
dagers forvitring vil la seg bryte ved relativt
lav dosering av emulsjonsbryter (500 ppm).
Dette er sammenlignbart med resultater
oppnådd med f.eks. Norne.
•
•
•
Njordoljen
har
en
relativt
høy
viskositetsgrense for kjemisk dispergering,
opp til 7000 cP ved skjær-hastighet 10 s-1.
Imidlertid ble det observert en viss redusert
dispergerbarhet mellom 2000 og 7000 cP for
Njordoljen. Det er derfor valgt å benytte en
grense på 7000 cP for bruk av
dispergeringsmidler på denne oljen i
prediksjonene.
Corexit 9500 og Dasic NS var omtrent like
effektive dispergeringsmidler for Njordoljen.
Under værforhold som 5 m/s vindstyrke og
rundt 15°C, vil Njordoljen være dispergerbar
mer enn 5 døgn etter et søl på sjøen.
6.5 Meso-skala renne test
Energitilførselen i meso-skala renna tilsvarer i
området 5 til 10 m/s vindhastighet.
•
•
•
•
•
Fordampningstapet var omtrent 35 % etter 3
dagers forvitring av Njordolje i renna.
Maksimalt vannopptak var 71 vol.%.
Maksimal emulsjonsviskositet var omtrent
1200 cP (skjær-hastighet 10 s-1).
Det var en naturlig dispergering som ble målt
til ca. 4% etter 3 døgn.
In-situ påføring av dispergeringsmidlet Dasic
NS reduserte vanninnholdet og viskositeten av
overflateemulsjonen, og førte til en relativ
effektiv dispergering av oljen.
6.6 Mekanisk oppsamling
Ved 5 m/s vindstyrke og rundt 15°C oppnås nedre
viskositetsgrense på 1000 cP for effektiv mekanisk
oppsamling etter rundt 12-15 timer.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\59\02-07-15
60
40
Fordampning (vekt%)
35
30
25
20
15
Troll
Njord
Norne
Oseberg feltsenter
Heidrun
Draugen
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
Tid på sjøen (timer)
Fordampningsgrad 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
Figur 6.1
120
100
Flammepunkt (°C)
80
Sikkerhetsgrense
60
Troll
Njord
Norne
Oseberg feltsenter
Heidrun
Draugen
40
20
Sjøtemperatur
0
-20
0
5
10
15
20
25
30
Tid på sjøen (timer)
Figur 6.2
Flammepunkt 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:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\60\02-07-15
61
30
Sjøtemperatur
Stivnepunkt °C)
10
-10
Troll
Njord
Norne
Oseberg feltsenter
Heidrun
Draugen
-30
-50
0
5
10
15
20
Tid på sjøen (timer)
25
30
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
Figur 6.3
100
Vanninnhold (vol.%)
80
60
Troll
Njord
Norne
Oseberg feltsenter
Heidrun
Draugen
40
20
0
0
5
10
15
20
25
30
Tid på sjøen (timer)
Figur 6.4
Vanninnhold 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:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\61\02-07-15
62
100000
Viskositet (cP)
10000
1000
Troll
Njord
Norne
Oseberg feltsenter
Heidrun
Draugen
100
10
0
5
10
15
20
25
30
Tid på sjøen (timer)
Figur 6.5
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
1,02
1,00
Tetthet (g/mL)
0,98
0,96
0,94
0,92
Njord
Norne
Oseberg feltsenter
Heidrun
Draugen
Troll
0,90
0,88
0,86
0,84
0
5
10
15
20
25
Tid på sjøen (timer)
Figur 6.6
Tetthet 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:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\62\02-07-15
63
7.
Referanser
ALMÅS, I..K., KNUDSEN, O.Ø., DALING, P.S., 1994: Weathering properties of the Draugen crude oil at sea.
IKU-report no. 41.5113.00/01/94. IKU, Trondheim, Norway.
BECH, C., SVEUM, P. AND BUIST, I., 1992,: In-situ burning of emulsions: The effect of varying water content
and degree of evaporation. In: Proceedings of the 15th AMOP Technical Seminar, June 10-12, Edmonton,
Alberta, Canada, pp. 547-559.
BOCARD, C., CASTAING, C. G. AND GATELLIER, C.. 1984: Chemical oil dispersion in trials at sea and in
laboratory tests: The key role of the dilution process. In: Oil spill chemical dispersants: Research
Experience and recommendations, ASTM STP 840. (T. E. Allen, ed), Philadelphia, USA, pp. 125-142.
BRANDVIK P.J., DALING P.S. and AARESKJOLD K., 1990: Chemical dispersability testing of fresh and
weathered oils - an extended study with eight oil types IKU-report no. 02.0786/12/90.
BRANDVIK, et al , 1995: Dispersant Trials - NOFO Exercice August 14 - 17, 1995 . IKU rapport under
produksjon.
BUIST, I.A, and POTTER, S.G., 1987: Oil submergence. Spill Techn. newsletter, Vol. 12(3).
DALING, P.S., BRANDVIK, P.J., MACKAY, D., JOHANSEN, Ø. 1990: Characterisation of crude oils for
environmental purposes. Paper at the 13th AMOP seminar, Edmonton, Canada, 1990. DIWO-report no. 8.
IKU Report 02.0786.00/08/90. 22 p. Open.
FOH, 1984: Oljers skjebne og effekter i havet. Avslutningsrapport. Miljøverdepartementet.
HOKSTAD, J.N., DALING, P:S, LEWIS, A and KRISTIANSEN, T.S., 1993: Methodology for Testing Waterin-Oil Emulsions and Demulsifiers. Description of Laboratory Procedures.
ITOPF, 1986: Fate of Marine Oil Spills. Technical information paper no. 11/86. The InternationalTankers
Owners Pollution Federation Ltd., London, England.
ITOPF, 1986: Fate of Marine Oil Spills. Technical information paper no. 11/86. The International Tankers
Owners Pollution Federation Ltd., London, England.
JOHANSEN, Ø. 1991: Numerical modelling of physical properties of weathered North Sea crude oils. DIWOreport no. 15. IKU-report 02.0786.00/15/91. Open.
LEWIS, A., DALING, P.S., STRØM-KRISTIANSEN, T.S., SINGSAAS, I., FIOCCO, B., NORDVIK, A., 1994:
Chemical Dispersion of Oil and Water-in-Oil Emulsions - A comparison of Bench Scale Test Methods and
Dispersant Treatment in Meso-Scale Flume. Paper at the 17th AMOP seminar, June 8-10, Vancouver,
Canada, pp. 979-1010.
LEWIS, A., STRØM-KRISTIANSEN, T., BRANDVIK, P. J., DALING, P. S., JENSEN, H., DURELL, G.,
OSTAZESKI, S. A. 1995: Dispersant trials - NOFO exercise June 6-9 1994 Main report ESCOST report
no. 14. IKU Report 22.2050.00/01/95 52p. Unrestricted
LICHTENTHALER, R.G AND DALING, P.S, 1985: Aerial Application Of Dispersants - Comparison of slick
behaviour of chemically treated versus non-treated slicks. Oil Spill Conference, February 25-28, Los
Angeles, California, U.S., pp. 471-478.
MACKAY, D. and ZAGORSKY, W., 1982: "Studies of W/o Emulsions". Report EE-34: Environment Canada,
Ottawa, Ontario.
MACKAY, D., BUIST, I., MASCARENHAS, R., PATERSON, S., 1980: "Oil Spill Processes and Models".
Report EE-8, Environment Canada, Ottawa, Ontario.
MACKAY, D., SZETO, F. 1980: Effectiveness of oil spill dispersants - development of a laboratory method and
results for selected commercial products. Institute of Environmental Studies, University of Toronto, Publ.
no. EE-16.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\63\02-07-15
64
MARTINELLI, F.N. 1984: The status of the Warren Spring Laboratory's rolling flask test in oil spill chemical
dispersants: Research, experience and recommendations. STP 840. Tom E. Allen, Ed. American Society for
Testing and Materials, Philadelphia, pp. 55-68.
McDONAGH, M. and J.N. HOKSTAD. 1993: Standard procedure for viscosity measurement of water-in-oil
emulsions, draft 1.10.93, Warren Spring Laboratory.
NORDVIK, A.B., DALING, P. and ENGELHARDT, F.R, 1992: Problems in the interpretation of spill response
technology studies. In: Proceedings of the 15th AMOP Tecnical Seminar, June 10-12, Edmonton, Alberta,
Canada, pp. 211-217.
RYE, H., 1995:. Beregninger av flaktykkelse ved blow-out på Troll-feltet. IKU rapport nr. 41.51.32.00/03/95.
SINGSAAS, I., DALING, P.S., and JENSEN, H. 1993: Meso-scale laboratory weathering of oils. IKU Report
22.2042.00/04/93, IKU, Trondheim, Norway, 81 p.
SPEIGHT J.G., 1980: The chemistry and technology of petroleum. Corporate Research Laboratories, Exxon
Research and Engineering Company Linden, New Jersey, 81-88.
STIVER, W. and D. MACKAY. 1984. Evaporation rate of spills of hydrocarbons and petroleum mixtures.
Environ, Sci. Technol., vol. 18 (11), pp. 834-840.
STRØM-KRISTIANSEN, T KNUDSEN, O.Ø., SINGSAAS, I., DALING, P.S. 1995-A: Forvitringsegenskaper
på sjøen for Sture Blend, Oseberg feltsenter og Oseberg C råolje. En håndbok for Norsk Hydro a.s (2.
utgave). IKU rapport nr. 22.2070.00/02/95. 108 p.
STRØM-KRISTIANSEN, T. et al 1995-B: Dispersant trials - NOFO exercise August 1995. Surface oil sampling
and analysis. Report in preparation.
STRØM-KRISTIANSEN, T., 1996: Screening av dispergeringsmidler på Njård olje og olje fra Brønn 36/7-1.
IKU rapport nr. 41.5179/01/96. 9p
STRØM-KRISTIANSEN, T., and DALING, P.S., 1994: Forvitringsegenskaper på sjøen for Brage råolje. En
håndbok for Norsk Hydro a.s IKU rapport nr. 41.5129.00/01/94, 88 p.
STRØM-KRISTIANSEN, T., DALING, P.S., SINGSAAS, I., BRANDVIK, P.J.,. 1995: Forvitringsegenskaper
på sjøen og kjemisk dispergerbarhet for Troll råolje. En håndbok for Norsk Hydro a.s. IKU rapport nr.
41.513200/01/95. 104 p.
STRØM-KRISTIANSEN, T., P.S., DALING, LEWIS, A. and NORDVIK, A.B., 1993: Weathering Properties
and Chemical Dispersability of Crude oils Transported in US Waters. IKU Report no. 22.2142.00/01/94.
Marine Spill Response Corporation. Washington D.C. MSRC Technical Report Series 93-032, 214p.
STRØM-KRISTIANSEN, T., SINGSAAS, I.,1996: Forvitringsegenskaper på sjøen og kjemisk dispergerbarhet
for Norne råolje. IKU rapport nr. 41.515100/01/96. 102 p.
AAMO O.M., DALING P.S., 1995: Evaluering av dispergeringsmiddel som første-respons i feltberedskapen på
Njord-feltet. IKU rapport nr. 41.5132.00/02/95.
AAMO O.M., REED M., DALING P.S., JOHANSEN O., 1993: A laboratory-based weathering model: PC
version for coupling to transport models. In Proceedings of the 16th AMOP seminar, Environment Canada.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\64\02-07-15
65
Vedlegg A
Fysikalsk kjemiske resultater
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\65\02-07-15
66
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\66\02-07-15
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph. ox.
Residue
Fordampet
(vol.%)
0
17
25
35
0
25
32
37
0
7
17
24
0
9
19
27
0
30
40
48
0
8
15
24
-
Residue
(vekt%)
100
85
78
68
100
78
72
67
100
94
84
78
100
91
84
75
75
65
57
100
93
87
78
-
Tetthet
(g/ml)
0.835
0.850
0.862
0.863
0.892
0.853
0.890
0.901
0.910
0.907
0.864
0.873
0.881
0.887
0.884
0.883
0.904
0.915
0.924
0.927
0.821
0.874
0.888
0.899
0.898
0.893
0.903
0.909
0.919
0.924
Flammepkt
(°C)
39
80
119
146
48
88
136
141
53
92
116
110
-5
46
79
114
156
-5
37
72
106
148
3
50
80
119
158
Stivnepunkt
(°C)
-9
6
15
24
24
-9
12
18
18
21
15
21
21
27
27
-30
-21
-9
-33
6
18
21
21
-18
-15
-9
3
6
Viskositet
(cP, 100 s-1, 13°C)
51
109
314
787
859
11
62
180
240
350
117
127
233
735*
1126
19
48
84
200
230
5
30
53
250
200
27
49
83
200
262
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\67\02-07-15
202
255
285
181
236
297
-
Kokepunkt
(°C)
189
237
290
203
250
303
196
260
302
Målt ved skjærhastighet 450 s-1.
H 2996
Troll
*:
G 8780
Draugen
Heidrun
Norne
H 3532
H 5223
Njord
Oseberg feltsenter
Sintef ID
Fysikalske variable for forskjellige råoljekvaliteter.
Oljetype
Tabell A1:
Grenseflate-spenning
(mN/m)
12
16
14
18
4
18
19
19
20
3
10
12
10
9
3
13
15
15
15
7
17
17
20
18
2
13
13
14
14
3
G 8780
H 2996
Draugen
Troll
Heidrun
Norne
H 3532
H 5223
Njord
Oseberg feltsenter
Sintef ID
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph. ox.
Residue
40
30
32
27
38
39
26
29
35
32
19
20
Aromater
(vekt%)
12
23
6
12
25
19
3
4
20
19
8
13
Resiner
(vekt%)
2.0
4.2
0.9
0.8
0.8
1.6
0.7
0.8
2.0
1.0
0.3
0.3
Asfaltener
(vekt%)
Asf. “hard”
(vekt%)
0.1
0.2
0.2
0.2
0.3
0.1
0.2
0.2
0.2
0.6
0.2
0.2
0.2
0.2
0.3
0.1
0.2
0.2
0.2
0.4
0.1
0.2
0.2
0.2
0.3
0.2
0.2
0.2
0.2
0.6
Asf. “soft”
(vekt%)
0.3
0.3
0.3
0.4
1.5
1.0
1.3
1.4
1.5
2.8
0.5
0.5
0.6
0.6
0.8
0.8
0.9
1.0
1.1
1.3
0.2
0.3
0.3
0.4
0.8
1.3
1.4
1.5
1.7
3.4
Voks
(vekt%)
6.4
7.6
8.2
9.5
12.7
2.8
3.6
3.9
4.2
5.3
8.4
9.0
10.0
10.8
10.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
2.3
3.1
3.6
4.1
4.6
2.0
2.2
2.4
2.6
2.3
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\68\02-07-15
46
43
62
61
36
41
70
66
44
48
73
67
Mettede
(vekt%)
Kjemiske variable for forskjellige råoljekvaliteter.
Oljetype
Tabell A2:
69
FID1 A, (41516100\NJÅRD1.D)
counts
Pristane
Phytane
300000
200000
nC-18
nC-17
250000
150000
100000
50000
0
24
25
min
FID1 A, (41516100\NJÅRD1.D)
counts
Fersk
400000
nC-20
nC-25
150000
Phytane
nC-17
Pristane
200000
nC-18
nC-15
250000
nC-13
300000
nC-11
nC-9
350000
100000
50000
0
5
Figur A1
10
15
20
25
30
35
40
min
Gass kromatogram av fersk Njordolje. Området for n-C17, Pristan (Pr.), n-C18 og Phytan (Ph.) av
den ferske oljen er ekspandert. UCM er Useparert, Komplekst Materiale.
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/69/02-07-15
70
Figur A2
Gass kromatogram av ferske Nordsjø-oljer. Området for n-C17, Pristan (Pr.), n-C18 og Phytan
(Ph.) er ekspandert. UCM er Useparert, Komplekst Materiale.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\70\02-07-15
71
40
25
20
15
10
80
Mettede
Ph.o
Relativ sammensetning (vekt%)
30
250°C
100
35
Aromater
Polare A (Resiner)
Polare B (Asfaltener)
60
Series1
40
20
5
0
Njord
Oseberg
Norne
Heidrun
0
1
Draugen
Troll
Råolje
Figur A3
Sammensetning av 250°C+ destillert residue og 20 timer foto-oksidert residue av 6 norske oljer
analysert ved Iatroscan, TLC (thin layer chromatography) / FID (flame ionization detector).
Oseberg er Oseberg feltsenter.
Figur A4
Kromatogram av 250°C+ og 20 timer foto-oksidert residue av Njordoljen analysert ved Iatroscan,
TLC (thin layer chromatography) / FID (flame ionization detector).
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/71/02-07-15
72
50
150°C+
200°C+
250°C+
Vol.% avdampet
40
30
20
10
0
Njord
Oseberg
feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
Oljetype
Figur A5
Flyktighet oppnådd ved destillering (topping) av de forskjellige oljene.
0.94
Tetthet (g/mL)
0.92
0.90
0.88
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
0.86
0.84
0.82
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Olje residue
Figur A6
Tetthet av ferske oljer og vannfri residue ved 15.5°C.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\72\02-07-15
73
10000
Viskositet (cP)
1000
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
100
10
1
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Olje residue
Figur A7
Viskositet målt ved skjær-hastighet 100 s-1 av ferske oljer og vannfri residue ved 13°C.
40
Stivnepunkt (°C)
20
0
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
-20
-40
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Olje residue
Figur A8
Stivnepunkt av ferske oljer og vannfri residue.
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/73/02-07-15
Ph.Ox.
74
150
130
Flammepunkt (°C)
110
90
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
70
50
30
10
-10
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
250°C+
Ph.Ox.
Olje residue
Figur A9
Flammepunkt av ferske oljer og vannfri residue.
12
Voks (vekt%)
10
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
8
6
4
2
0
Fersk
150°C+
200°C+
Olje residue
Figur A10 Voksinnhold av ferske oljer og vannfri residue.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\74\02-07-15
75
Asfaltener "harde" (vekt%)
0,6
0,4
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
0,2
0,0
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
250°C+
Ph.Ox.
Olje residue
Figur A11 Asfaltener ("hard") av ferske oljer og vannfri residue.
3.5
Asfaltener "myke" (vekt%)
3.0
2.5
2.0
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
1.5
1.0
0.5
0.0
Fersk
150°C+
200°C+
Olje residue
Figur A12 Asfaltener ("myke") av ferske oljer og vannfri residue.
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/75/02-07-15
Grenseflatespenning (mN/m)
76
Njord
Oseberg feltsenter
Norne
Heidrun
Draugen
Troll
20
10
0
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Olje residue
Figur A13 Grenseflatespenning mellom sjøvann og ferske oljer/residue ved 25°C.
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\76\02-07-15
77
Vedlegg B
Emulgerende egenskaper og effekt av emulsjonsbryter
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/77/02-07-15
78
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\78\02-07-15
79
Definisjon av symboler
rpm: rotasjoner (omdreininger) per minutt
a)
Dannelse og egenskaper til vann-i-olje emulsjoner
t0/5
WOR
WORmax
Uttrykker relativ vannemulgerings-hastighet for en olje; d.v.s. tiden som trengs for å
emulgere halvparten av maksimalt vann-innhold (i vol.%).
Volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonen.
Maksimalt volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonene målt etter 24 timer
rotasjonstid.
Stabilitet til en vann-i-olje emulsjon
En emulsjon er definert som totalt stabil hvis ikke noe vann er separert fra gjennom en 24 timers
settleperiode (ingen dehydrering). Stabiliteten er dermed uttrykt gjennom volumetrisk dehydrering (D,
se definisjon nedenfor) av emulsjonen.
WOR ref − WOR 24 t
WOR ref
D: Fraksjonell dehydrering av emulsjon. D =
D = 1 er en totalt ustabil emulsjon
D = 0 er en totalt stabil emulsjon
D24t
b)
Dehydrering av emulsjonen etter 24 timers settling.
Bryting av vann-i-olje emulsjoner ved bruk av emulsjonsbryter:
WOR:
WORref:
WOR24t:
Volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonen.
Volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonen etter 24 timers rotering.
Volumetrisk vann-til-olje forhold i emulsjonen etter 24 timers rotering + 24 timers settling.
WOR ref − WOR x
WOR ref
D: Fraksjonell dehydrering av emulsjon. D =
hvor x er antall timers påvirkning av emulsjonsbryter før avlesning.
D = 1 er en totalt brutt emulsjon
D = 0 er en totalt stabil emulsjon
D24t
Dehydrering oppnådd etter behandling med emulsjonsbryter og 24 timers settling.
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/79/02-07-15
80
Tabell B1
Vanninnhold ved forskjellig rotasjonstid (30 rpm i 0.5 L sylindriske skilletrakter) for
fordampede residue av Njordoljen ved 13°C . Kinetikken, uttrykt som t0.5 - verdier, er listet.
Miksetid
150°C+
200°C+
250°C+
Foto-oksidert
(timer)
(vol.% vann)
(vol.% vann)
(vol.% vann)
(vol.% vann)
0
0.08
0.17
0.25
0.50
1
2
4
6
8
24
17
29
33
44
54
59
68
65
76
76
25
35
51
81
86
86
86
87
87
82
20
40
73
80
81
81
81
81
81
82
54
84
88
89
87
86
85
84
84
84
0.35
0.12
0.10
0.03
t0.5 (timer)
Tabell B2
Residue
Stabilitet av emulsjon (ingen: uten emulsjonsbryter) dannet av Njordoljen og effektivitet av
emulsjonsbryter Alcopol O 60 % (500 ppm og 2000 ppm relativt til oljevolumet) etter 24 timers
påvirkning (D24t, se Definisjon av symboler foran i Vedlegg B) ved 13°C.
Emulsjonsbryter
WORref
WOR24t
(vol.% vann)
(vol.% vann)
D24t
150ºC+
200ºC+
250ºC+
Ph.ox.
ingen
ingen
ingen
ingen
3.2(76)
4.5(82)
4.5(82)
5.0(84)
1.33(57)
0.93(48)
0.43(30)
4.9(83)
0.58
0.79
0.90
0.05
150ºC+
200ºC+
250ºC+
Ph.ox.
Alc. O 60 % 500 ppm
Alc. O 60 % 500 ppm
Alc. O 60 % 500 ppm
Alc. O 60 % 500 ppm
3.2(76)
4.5(82)
4.5(82)
5.0(84)
0(0)
0(0)
0(0)
4.6(82)
1.0
1.0
1.0
0.11
150ºC+
200ºC+
250ºC+
Ph.ox.
Alc. O 60 % 2000 ppm
Alc. O 60 % 2000 ppm
Alc. O 60 % 2000 ppm
Alc. O 60 % 2000 ppm
3.2(76)
4.5(82)
4.5(82)
5.0(84)
0(0)
0(0)
0(0)
1.1(52)
1.0
1.0
1.0
0.79
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\80\02-07-15
81
Vedlegg C
Resultater kjemisk dispergerbarhet
Screening på Njord 1 oljen
Dispergerbarhet på Njord 2 oljen
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/81/02-07-15
82
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\82\02-07-15
83
Tabell C1
Dispergeringsmiddel
Effektivitet av forskjellige dispergeringsmidler på vannfri 200°C+ residue og WOR=1 (50
vol.% vann) emulsjon av samme residue av Njord 1 oljen ved 13°C. Doseringsrate, DER =
1:25.
Vanninnhold
WOR (vol.% vann)
Effektivitet
(%)
Median dråpestørrelse
(µm)
Corexit 9500
Dasic NS
Eners. 1037
Disp. 36S
Corexit 9527
OSR 5
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
71
68
45
51
17
48
12
16
25
14
36
19
Corexit 9500
Dasic NS
Eners. 1037
Disp. 36S
Corexit 9527
OSR 5
1 (50)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
35
49
32
30
4
17
-
-: Verdi mangler
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/83/02-07-15
84
Tabell C2
Test
metode
Kjemisk dispergerbarhet oppnådd ved IFP testen på Njord 2 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.
Dispergerings
middel
Residue
Vanninnhold
WOR (vol.% vann)
Viskositet
(cP)
Effektivitet
(%)
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
3 (75)
3 (75)
3 (75)
3 (75)
3.2(76)
4.6(82)
4.6(82)
5.3(84)
51
109
314
787
859
277
583
1183
1638
1728
3412
5136
451
1396
1588
25200
58
64
7
1
1
26
58
24
49
53
20
27
55
79
64
16
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
IFP
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox.
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
3 (75)
3 (75)
3 (75)
3 (75)
3.2(76)
4.6(82)
4.6(82)
5.3(84)
51
109
314
787
859
277
583
1183
1638
1728
3412
5136
451
1396
1588
25200
54
60
3
0
1
61
57
25
30
17
8
11
62
58
7
5
-: Verdi mangler
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\84\02-07-15
85
Tabell C3
Test
metode
Kjemisk dispergerbarhet oppnådd ved MNS testen på Njordoljen, 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.
Dispergerings
middel
Residue
Vanninnhold
Viskositet
WOR (vol.% vann)
(cP)
Effektivitet
(%)
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Dasic NS
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
3 (75)
3 (75)
3 (75)
3 (75)
3.2(76)
4.6(82)
4.6(82)
5.3(84)
51
109
314
787
859
277
583
1183
1638
1728
3412
5136
451
1396
1588
25200
77
37
44
5
4
94
91
90
92
91
42
28
76
100
60
13
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
MNS
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Corexit 9500
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.ox
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
0 (0)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
1 (50)
3 (75)
3 (75)
3 (75)
3 (75)
3.2(76)
4.6(82)
4.6(82)
5.3(84)
51
109
314
787
859
277
583
1183
1638
1728
3412
5136
451
1396
1588
25200
86
35
69
7
3
74
81
100
82
81
33
14
78
64
63
8
-: Verdi mangler
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/85/02-07-15
86
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\86\02-07-15
87
Vedlegg D
Meso-skala renne resultater
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/87/02-07-15
88
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\88\02-07-15
0
21
60
67
65
68
69
69
71
70
67
1.00
0.98
0.96
1.05
1.07
1.06
1.10
1.00
0.95
0.97
1.00
1.00
1.03
0.96
1.12
1.06
1.03
1.00
0.98
1.07
Alcopol O 60 %
79
99
205
575
575
847
928
1210
878
953
20
20
20
10
10
10
10
10
10
10
Viskositet
emulsjon
(cP)
(s-1)
0.835
0.849
0.852
0.854
0.857
0.860
0.862
0.864
0.866
0.868
0.869
0.835
0.886
0.955
0.968
0.965
0.972
0.975
0.975
0.979
0.977
0.973
Tetthet
(g/mL)
Residue
Emulsjon
55
-
-
-
77
-
20
-
0.869
-
0.954
-
-
14
20
23
26
26
4
0
-
Dispergert
olje
(vekt%)
-
-
-
-
-
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/89/02-07-15
-
-
-
26
Påføring av 56 ml dispergeringsmiddel Dasic NS (kumulativ DOR 1:77, kumulativ DER 1:171). In-situ dispergeringsforsøk A.
1.23
-
0
14
16
19
22
25
28
29
32
34
35
Fordampningstap
(vekt%)
Påføring av 80 ml dispergeringsmiddel Dasic NS (DOR 1:69, DER 1:213). In-situ dispergeringsforsøk A.
0
0.27
1.50
2.04
1.85
2.17
2.27
2.25
2.50
2.33
2.04
Uten em. br.
Dehydrering av emulsjon (D)
Resultater fra testing av Njord 2 oljen i meso-skala renna ved 13°C. Renneforsøk A.
Emulsjonens
vanninnh.
(WOR) (vol.%)
74.6
-:ikkeutført.
74.5
71.8
71.9
72.0
72.1
72.8
71.7
0
0.25
0.5
1
2
4
8
12
24
48
70.8
(timer)
Tid
Tabell D1
-
-
46
39
59
70
62
Kjemisk disp.
IFP
(vekt%)
-:
ikke utført.
3.1
3.2
3.4
3.7
850
32
Fordampningstap
(vekt%)
0.867
Tetthet
residue
(g/mL)
0
-
(vekt%)
Dispergert olje
-
-
-
17
13
12
10
-
-
Emulsjonens
filmtykkelse
(mm)
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\90\02-07-15
-
Påføring av 21 mL dispergeringsmiddel Corexit 9500 (DOR 1:50, DER:1:83)
0
2.9
3.0
40
(timer)
Emulsjonens
viskositet
(cP, 8 s-1, 13°C)
Resultater fra testing av Njord 2 oljen i meso-skala renna ved 13°C. Renneforsøk B.
Emulsjonens
vanninnhold
(vol.%
Tid
Tabell D2
91
Njord renneforsøk A
FID1 A, (41516100\NJÅRD1.D)
counts
Fersk
400000
nC-20
nC-25
150000
Phytane
nC-17
Pristane
200000
nC-18
nC-15
250000
nC-13
300000
nC-11
nC-9
350000
100000
50000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
min
40
min
40
min
40
min
40
min
nC-13
nC-9
1 time
100000
80000
nC-25
60000
nC-20
nC-17
120000
nC-18
nC-15
140000
nC-11
FID1 A, (661050\NJORD004.D)
counts
40000
20000
0
5
10
15
20
25
30
35
100000
nC-25
80000
nC-20
120000
nC-17
4 timer
nC-15
140000
nC-18
nC-9
160000
nC-13
nC-11
FID1 A, (661050\NJORD005.D)
counts
60000
40000
20000
0
5
10
15
20
25
30
35
FID1 A, (661050\NJORD006.D)
counts
160000
140000
48 timer
nC-25
60000
nC-20
80000
nC-17
nC-15
nC-11
100000
nC-18
nC-13
120000
40000
20000
0
5
10
15
20
25
30
35
FID1 A, (661050\NJORD008.D)
counts
72 timer
nC-20
nC-18
100000
nC-25
nC-11
200000
nC-17
nC-13
300000
nC-15
400000
0
5
Figur D1
10
15
20
25
30
35
Gasskromatogram av Njord råolje og overflateprøver etter forskjellig forvitringstid i meso-skala
renna (forsøk A).
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/91/02-07-15
92
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\92\02-07-15
93
Vedlegg E
Resultater fra testing av olje fra Brønn 6497/7-A-8H (Njord 3)
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/93/02-07-15
94
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\94\02-07-15
95
Tabell E1:Fysikalske og kjemiske variable.
Oljetype
Sintef ID
Residue
Tetthet
(g/ml)
Stivnepunkt
(°C)
Njord 2
Brønn 6407/7-2R
Til forvitr.studie
H 5223
Njord 3
Brønn 6497/7-A-8H
Til ekstratesting
97-0006
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
Fersk
150°C+
200°C+
250°C+
Ph.Ox.
0.835
0.850
0.862
0.863
0.892
0.828
-9
6
15
24
24
-12
0.862
0.875
15
Tabell E2
Asf.”hard”
(vekt%)
Voks
(vekt%)
0.3
0.3
0.4
0.4
0.3
6.4
7.6
8.2
9.5
12.7
0.3
11.8
Vanninnhold ved forskjellig rotasjonstid (30 rpm i 0.5 L sylindriske skilletrakter) for
200°C+ residue av de to Njord 2 og Njord 3 oljene ved 13°C .
Miksetid
(timer)
Njord 2 (H 5223)
200°C+
Njord 3 (97-0006)
200°C+
(vol.% vann)
(vol.% vann)
25
35
51
81
86
86
86
87
87
82
17
25
31
61
87
87
87
87
87
87
0
0.08
0.17
0.25
0.50
1
2
4
6
8
24
Tabell E3
Viskositet
(cP, 100 s-1,
13°C)
51
109
314
787
859
Stabilitet av emulsjoner (ingen= uten emulsjonsbryter) dannet av de Njord 2 og Njord 3 oljene
og effektivitet av emulsjonsbryter Alcopol O 60 % (500 ppm og 2000 ppm relativt til
oljevolumet) etter 24 timers påvirkning (D24t, se Definisjon av symboler foran i Vedlegg B) ved
13°C.
Residue
Emulsjonsbryter
WORref
WOR24t
(vol.% vann)
(vol.% vann)
D24t
Njord 2 (H 5223) 200ºC+
Njord 3 (97-0006) 200ºC+
ingen
ingen
4.5(82)
6.7(87)
0.93(48)
2.3(70)
0.79
0.66
Njord 2 (H 5223) 200ºC+
Njord 3 (97-0006) 200ºC+
Alc. O 60 % 500 ppm
Alc. O 60 % 500 ppm
4.5(82)
6.7(87)
0(0)
0.09(8)
1.0
0.99
Njord 2 (H 5223) 200ºC+
Njord 3 (97-0006) 200ºC+
Alc. O 60 % 2000 ppm
Alc. O 60 % 2000 ppm
4.5(82)
6.7(87)
0(0)
0.09(8)
1.0
0.99
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/95/02-07-15
96
Tabell E4
Test
metode
Kjemisk dispergerbarhet oppnådd ved IFP testen på de to Njordoljen, på 200°C+ vannfri
residue og 50% emulsjon ved 13°C. Viskositeten er målt ved skjær-hastighet 100 s-1
for vannfri residue og skjær-hastighet 10 s-1 for emulsjonene
Olje
Dispergerings
middel
Residue
Vanninnhold
WOR (vol.% vann)
Viskositet
(cP)
Effektivitet
(%)
IFP
IFP
Njord 2
Njord 3
Dasic NS
Dasic NS
200°C+
200°C+
0 (0)
0 (0)
314
-
7
0
IFP
IFP
Njord 2
Njord 3
Dasic NS
Dasic NS
200°C+
200°C+
1 (50)
1 (50)
583
606
58
14
IFP
IFP
Njord 2
Njord 3
Corexit 9500
Corexit 9500
200°C+
200°C+
0 (0)
0 (0)
314
-
3
9
IFP
IFP
Njord 2
Njord 3
Corexit 9500
Corexit 9500
200°C+
200°C+
1 (50)
1 (50)
583
606
57
12
I:\CH661397 Oversikt disp.testing norske råoljer\Adm\Rapport\pdf-filer av rapporter\Njord.doc\ALA\96\02-07-15
97
FID1 A, (661050\NJORD009.D)
counts
Phytane
250000
nC-18
nC-17
Pristane
300000
200000
150000
100000
50000
0
23
24
25
min
nC-9
FID1 A, (661050\NJORD009.D)
nC-11
150000
Phytane
Pristane
200000
nC-25
250000
nC-20
300000
nC-17
Fersk
nC-13
350000
nC-18
400000
nC-15
counts
100000
50000
0
5
Figur E1
10
15
20
25
30
35
Gasskromatogram av fersk Njord 3 olje (Brønn 6497/7-A-8H, Id.nr.. 97-0006)
ik41961100\Njord \Njord.doc/ALA/97/02-07-15
40
min