Releases of oily produced water from offshore installations - A combined laboratory and modelling study comparing resulting surface oil slicks and oil slicks detected by satellite

Abstract

Produsertvann er et biprodukt fra petroleumsindustrien som blir sett på som avfall, og blir ført opp til overflaten sammen med olje og gass. Etter at produsertvannet har gått gjennom nødvendige renseprosesser på oljeplattformen for å imøtekomme dagens miljøkrav, er den vanligste håndteringen å slippe produsertvannet ut i havet. Flere oljeplattformer på norsk sokkel har kontinuerlige produsertvann-utslipp som under visse forhold kan føre til oljeflak på havoverflaten som kan detekteres av satellittradar. Det er knyttet bekymring til den mulige skaden oljeflakene har på fugleliv og annet marint dyreliv som oppholder seg på eller nært havoverflaten. Målet med denne studien har vært å bidra til en økt forståelse knyttet til hvordan produsertvann oppfører seg når det slippes ut i havet, i tillegg til økt kunnskap om deteksjon med satellittradar, dråpestørrelse og utslippsforhold.

Eksperimenter og simuleringer ble gjennomført for å imøtekomme målet med studien. Eksperimentene ble gjort innendørs i en bølgerenne under en rekke varierte forhold og fokuserte på utslippsvinkel, hastighet, temperatur og salinitet. Det ble også gjennomført produsertvann-utslipp hvor gasstrøm eller oljedråper ble tilført. I tillegg ble det gjort simuleringer i programmet OSCAR for å bedre forstå hvordan vind, strøm, tidevann og bølger påvirker oppførselen til produsertvann-plumen. Fem simuleringer ble gjennomført med en varierende størrelse på oljedråpene i produsertvannet.

Den observerte trenden fra eksperimentene gjort i bølgerennen var jo større tetthet produsertvannet hadde, jo dypere sank det. Det ble vist at utslippsvinkelen påvirket hvor dypt produsertvannet sank, ettersom utslipp med en nedovervendt utslippsvinkel sank dypere sammenlignet med utslipp som hadde en horisontal utslippsvinkel. Temperaturen spilte også en viktig faktor for tettheten til produsertvannet, som igjen påvirket oppførselen til produsertvannet i havet. Tilførselen av gass i produsertvann-utslippet førte til at plumen steg nærmere vannoverflaten. Størrelsen på oljedråpene påvirket ikke oppførselen til plumen, men om produsertvannet steg til havoverflaten ble det observert at større oljedråper var en favoriserende faktor for dannelse av oljeflak. I tillegg kan denne oppgaven bidra med kunnskap om produsertvann-utslipp og dens oppførsel i havet.

Produced water is a liquid waste byproduct from the petroleum industry and is brought up to the surface along with the extraction of oil and gas. After the produced water has gone through cleaning treatments to meet environmental regulations, discharge to sea is the most common practice used on offshore installations to handle the oily water. Several petroleum fields have a continuous release of produced water and can under certain conditions lead to the formation of oil sheens on the sea surface that are detected by satellite radar. There is raised a concern regarding the potential harm for seabirds and other marine life that resides on or near the sea surface. The aim of this study was to contribute to a better understanding of the behavior of produced water once it is discharged at sea, satellite radar detection, droplet size and discharge conditions.

Experiments and simulations were carried out to meet the aim of the study. The experiments were conducted indoor in a wave basin under varying conditions and focused on release angle, velocity, temperature and salinity. It was also conducted produced water releases that included a gas flow or oil droplets. Additionally, simulations were carried out in the OSCAR model to comprehend how winds, currents, tide and waves might affect the plume behavior. Five simulations were conducted with a varying oil droplet size in the produced water.

The observed trend from the conducted experiments in the wave basin were that the denser produced water plumes sank deeper. It was shown that the outlet angle influences how deep the plume sinks, as releases with a downward outlet angle sank deeper compared to releases with a horizontal outlet angle. Also, the temperature played an important factor to the produce waters density, which was seen to influence its behavior. The inclusion of gas in the produced water release affected the plume to rise towards the surface. The oil droplet size did not affect the plume behavior, but bigger droplets were observed to favor the formation of oil sheens if the plume surfaced. This thesis also helps fill some of the knowledge gaps regarding PW releases and its behavior once let out in the ocean.