1. No category

Beredskapsforum, Oslo 10. mars 2015
In-situ brenning (ISB) av olje
- status, FOU initiativer og
operasjonalisering
Per S. Daling, Seniorforsker,
Per Johan Brandvik, Dr.Scient.
Seniorforsker/Professor
([email protected])
SINTEF
Miljøteknologi, Oljevern
SINTEF Materialer og kjemi
1
In-situ brenning av olje – litt historikk…
SINTEF Materialer og kjemi
2
Kontrollert in-situ brenning (ISB)
under DWH- hendelsen (2010)
• Ca. 400 ISB
• 42.000 m3
behandlet
med ISB
•  ca. 5 % av
oljen
SINTEF Materialer og kjemi
Tidligere og pågående FOU initiativer
SINTEF: Svalbard – Svea
(80 / 90-tallet)
OGP Oil-in-Ice JIP (2012 ):
SINTEF Oil-in-Ice JIP (2006 – 2010):
www.ArcticResponseTechnology.org
SINTEF Materialer og kjemi
Minimum thickness
SINTEF Materialer og kjemi
Minimum thickness
SINTEF Materialer og kjemi
Brenning av emulsjon
SINTEF Materialer og kjemi
Operasjonelle begrensinger (eller
utfordringer!) ved ISB
• Oljefilmtykkelse (minimum : 1 – 10 mm, avhengig av oljetype):
1.
2.
Bruk av brannsikre lenser på fritt-drivende flak i åpen sjø /
 < 20 – 40 % isdekningsgrad (operativ begrensning)
> 50 – 60 % isdekning  isen hinder at oljen spres
• Oljens forvitringsgrad:
 Fordamping ( høyere flammepunkt av olje-residue)
 Emulgering (vanninnhold & emulsjonsstabilitet): < 40 – 50 % vann+ ?
 Krav til rask respons (spesielt i åpen sjø!!)
• Vind (<10 m/s)
• Bølger (1-2 meter?)
• Sikkerhet! / Eksponering av personell (røyk)
SINTEF Materialer og kjemi
12
Testing av brannsikre lenser–
Feltforsøk i Barentshavet (2008 / 2009)
- Marginale issone (MIZ), 30% is
Elastec boom
AFTI PyroBoom
Towing different boom systems in ice covered waters. Recording towing loads
and manuvrability in ice..
SINTEF Materialer og kjemi
ISB av Troll råolje (4m3) i brannsikre lenser
Feltforsøk i, Barentshavet, Mai 2009
Immediately after ignition.
Burning 4000 litres of fresh Troll B
crude with the Elastec/American
Marine Boom system.
The burn at maximum burn intensity.
Total burn time was 28 minutes and
efficiency was > 90%.
SINTEF Materialer og kjemi
Ignitors
SINTEF Materialer og kjemi
Antennelse vha “Heli-torch”
(SINTEF / Al Allen, Svalbard, 1988)
SINTEF Materialer og kjemi
(SINTEF / Al Allen, Svalbard, 1988):
Første forsøk med
brannsikre lenser (3Mboom) og Statfjord råolje
SINTEF Materialer og kjemi
(SINTEF / Al Allen, Svalbard, 1988):
Restprodukt fra ISB av Statfjord råolje
SINTEF Materialer og kjemi
Utfordring:
Hvordan redusere
røykproblematikken ?
SINTEF experiment,
Spitsbergen, 1988
Testing av "Ferrocene"  mer
fullstendig forbrenning
2015: F&U potensiale !!
Feriene
FE
SINTEF Materialer og kjemi
How do herders work?
Small amounts of
herder sprayed on
water around
perimeter of slick
Herder rapidly
spreads to form
monolayer
Herder changes surface
chemistry of water
causing slick to
contract into smaller
area
SINTEF Materialer og kjemi
ISB med bruk av "herdere" (Herding agents)
ISB av fersk Heidrun råolje (uten
lenser) behandlet med herder
Barents Sea (2008)
SINTEF Materialer og kjemi
Pågående FOU på Herders:
Utfordring: oljens fordeling innen oljeflaket
Eksempel: 10 m3 Statfjord råolje etter 4 timer på sjøen:
Thick emulsion
(1 - 4 mm), IR”white” (80 vol.%)
Thin oil film
(5 - < 100 µm
IR-black
”Metallic”
Rainbow (ca 1µm)
Only UV-response
• "Average film thickness" does NOT exist (0.1 mm)
• Very easy to herd "sheen" / rainbow / metallic
• Easy to OVERESIMATE increase in film thickness
Sheen
(< 1µm)
UV-respons
Nøkkel-spørsmål: Vil kjemiske herdere oppkonsentrere den tykke
emulsjonen innen et oljeflak til "brennbar" tykkelse ?
Foto: LN-SFT
SINTEF Materialer og kjemi
SINTEF Oil-in-Ice JIP (2006 – 1010):
Kartlegging av ulike oljers antennbarhet ved
ulik forvitringsgrad
Laboratory burning cell studies
(100 ml weathered oil)
Meso-scale Svea 2007-08
(200 litres)
Full-scale field studies
2009 (2000 litres)
SINTEF Materialer og kjemi
29
Antennbarhet av ulike råoljer (200 L) etter ulike
forvitringstid (meso-skala, Svea, Svalbard)
(Eksempel: 50% is-dekning)
100
Troll
Ignitable
90
Statfjord
80
Norne
Kobbe
19
70
Grane
38
2
60
39
50
40
NOT Ignitable
30
20
10
0
0
10
20
30
Weathering time (hours)
40
50
60
SINTEF Materialer og kjemi
33
Full-scale ISB of 2m3 Troll crude
weathered 6 hours in ice
Click for video
SINTEF Materialer og kjemi
35
SINTEF Oil-in-Ice JIP (2006 – 1010):
Implementering av nye algoritmer i SINTEF
OWModel  Estimere "tidsvindu" for ISB
•
”Ingitability / burning” limits
• ”Time
window” for in-situ burning
Implement algorithms for
ice coverage
SINTEF Materialer og kjemi
Implementering av antennbarhet i SINTEF OWM
Eksempel: Forvitring av Oseberg Blend i 60% is-dekning
Open water
Ignitable
Ignitable
NOT Ignitable
15 m/s
vind
10 m/s
vind
5 m/s
vind
NOT Ignitable
Predictions of “Ignitability” by the SINTEF Oil Weathering Model (ver 4.0)
SINTEF Materialer og kjemi
43
Oppsummering
• ISB Største poteniale:
– Gode optimale betingelser kan ISB ha stor "behandlingskapasitet"
– Redusert logistikkbehov (utstyr/personell/avfallsbehandling)
• ISB største utfordring:
– Avhengig av en minimum oljetykkelse
– Redusert tidsvindu pga forvitring: f.eks. Oljer med rask
emulsjonsdannelse i åpen sjø  krav til rask respons
– Produserer sort, tykk røyk (2-10% av oljen)
– Sikkerhet!
• ISB Antennbarhet kan predikeres (SINTEF OWM) som funksjon
av:
– Oljens egenskaper/forvitring
– Isforhold (opptil 90% dekningsgrad)
 Gir operativt tidsvindu for ISB
(Bør uttestes /valideres på flere "relevante" norske oljer !)
SINTEF Materialer og kjemi
Hva trengs for å operasjonalisere ISB..?
• Utstyr/teknologi (Pågående FOU)
– Brannsikre lenser (større & mer holdbare)
– Droner
• Antenning (større avstand/høyde & raskere)
• Fjernovervåking / monitorering (atmosfærisk prøvetaking)
• Påføring av herdere
– Kjemiske herdere (olje type, forvitring, filmtykkelse)
• Implementering i operative beredskapsplaner:
– Beredskapsanalyser (inkl. kartlegging av oljers antennbarhet)
– Operasjonelle modeller: viktig støtteverktøy (OWM, OSCAR)
– Trening av personell
SINTEF Materialer og kjemi
Spørsmål ?
47
SINTEF Materialer og kjemi