Søknad om tillatelse etter forurensningsloven - drift av
polymerpilot Johan Sverdrup-feltet
Innhold
1 Sammendrag ... 3
2 Beskrivelse av den omsøkte aktiviteten ... 4
2.1 Polymerpilot ... 4
2.2 Potensial for feltimplementering... 4
2.3 Teknisk beskrivelse av polymerpiloten ... 5
2.4 Kraftbehov... 7
2.5 Tiltak for å hindre uhellsutslipp ... 7
2.6 Logistikk ... 8
2.7 Formål og tidspunkt ... 8
3 Beliggenhet og lisensforhold ... 9
3.1 Utbyggingsløsning Johan Sverdrup ... 10
3.2 PUD og konsekvensutredning ... 11
3.2.1 Referanser til polymer i Johan Sverdrup konsekvensutredning 2014 ... 11
4 Beskrivelse av området ... 13
4.1 Vanndybde og bunnforhold ... 13
4.2 Vind- og strømforhold, temperatur og salinitet ... 13
4.3 Bunndyr og plankton ... 13
4.4 Fiskeressurser ... 14
4.5 Sjøfugl og sjøpattedyr ... 14
4.6 Særlig verdifulle og sårbare områder... 14
5 Bruk og utslipp av kjemikaler ... 16
5.1 Forbruk av kjemikaler... 16
5.2 Tilbakeproduksjon av polymer og mulige utslipp til sjø ... 16
5.3 Effekter av tilbakeprodusert polymer på prosessering ... 17
5.4 Polymer som følger oljeeksport til land ... 18
5.5 Kategorisering og begrunnelse for valgt produkt ... 19
5.6 Miljøvurderinger ... 19
5.7 Polymer versus mikroplast ... 20
5.8 Måleprogram ... 20
6 Miljøaspekter ved polymerflømming... 21
7 Forkortelser ... 22
1 Sammendrag
Johan Sverdrup er et oljefelt som ligger i den midtre delen av Nordsjøen. Feltet skal bygges ut i flere faser.
Fase 1 omfatter utbygging av fire plattformer, tre undervannsinstallasjoner for vanninjeksjon, kraft fra land og dedikerte eksportrørledninger for olje og gass. Forventet oppstart produksjon er i siste del av 2019. Fase 2 inkluderer en ny prosessplattform, områdeløsning for kraft fra land til Utsirahøyden, samt utbygging av satellitt- områder. Produksjonsoppstart for Fase 2 er forventet i 2022.
Denne søknaden gjelder tillatelse etter forurensingsloven til drift av et pilotanlegg for injeksjon og produksjon av polymerholdig vann. Gjennomføring av polymerpilot er satt som vilkår til PUD for Johan Sverdrup fase 1.
Planlagt oppstart for polymerpiloten er årsskiftet 2021-2022. Pilotprogammet vil starte med injeksjon av sjø- vann i ca. 18 måneder, før injeksjon av polymerløsning. Det er antatt at polymerinjeksjonen vil ha en varighet på ett år.
Polymer tilsettes sjøvannet som injiseres i brønnen for trykkstøtte. Polymer øker viskositeten og fortrengnings- effektiviteten til injeksjonsvannet. Produktet er i rød miljøkategori på grunn av lav bionedbrytbarhet. Tilbake- produsert polymer vil følge vannfasen og bli reinjisert sammen med produsert vann. Ved utfall av injeksjons- anlegget kan tilbakeprodusert polymervann bli sluppet til sjø. Forventet regularitet for injeksjonsanlegget er 98 %. Forsøk har vist at tilbakeprodusert polymer reduserer effektiviteten til renseanlegget for produsert vann.
Dette kan kompenseres ved ekstra tilsetning av flokkulant som er i rød miljøkategori. Antatt forbruk og potensielt utslipp av polymer og flokkulant er gitt i Tabell 1-1.
Tabell 1-1. Antatt årlig forbruk og potensielt utslipp av polymer og flokkulant Johan Sverdrup polymerpilot.
Handelsnavn Type Funksjon
Miljø-
klassifisering
Forbruk (kg/år)
Utslipp (kg/år) FLOPAAM©
5115 VHM
Syntetisk polymer Økt viskositet i
injeksjonsvann Rød 2 190 000 12 000
Flokkulant* Flokkuleringsmiddel Forbedre rensing av produsert vann
Rød 350 000 7000
* Produktnavn ikke fastsatt.
Polymerflømming i større skala er nytt på norsk sokkel. Statoil har derfor gjennomført et treårig forsknings- prosjekt for å vurdere miljøeffekter og lukke kunnskapshull. Miljødirektoratet har vært informert og rådført underveis i prosjektløpet. En oppsummering av resultatene fra prosjektet er gitt i kapittel 6. Sluttrapport er forventet i februar 2018. Rapporten vil bli ettersendt Miljødirektoratet når den er klar.
2 Beskrivelse av den omsøkte aktiviteten
2.1 Polymerpilot
Søknaden omhandler gjennomføring av en polymerpilot for Johan Sverdrup-feltet.
Dreneringsstrategien på Johan Sverdrup er trykkstøtte med vanninjeksjon i reservoaret. Iblanding av polymer i injeksjonsvannet øker fortrengningseffekten, og er et av flere mulige tiltak som har vært vurdert for å øke olje- utvinningen på feltet. Polymerpiloten på Johan Sverdrup forventes ikke å gi økt utvinning i seg selv, men ventes å bidra med ny kunnskap. Injeksjon av polymer er ikke tidligere tatt i bruk i større skala på norsk sokkel.
PUD for fase 1 ble godkjent av OED 20.08.15. Følgende vilkår ble da gitt: «Det skal gjennomføres et pilot- prosjekt med polymerinjeksjon med oppstart innen to år etter produksjonsstart. Alternativt skal det
gjennomføres en tidlig implementering av polymerinjeksjon som beskrevet i PUD for første byggetrinn. Pilot- prosjektet skal gjennomføres med minimum to brønner (produksjons- og injeksjonsbrønn).»
2.2 Potensial for feltimplementering
Prosjektet har analysert potensialet for implementering av polymerinjeksjon på Johan Sverdrup-feltet. I følge PUD-vilkåret skal resultatene fra pilotprosjektet ende opp med en evaluering av en større implementering av polymerinjeksjon, samt drift og produksjon på feltet forøvrig. Piloten forventes å gi ny kunnskap om polymer- injeksjon som kan være relevant for andre felt.
Foreløpige analyser viser at polymerinjeksjon i større skala på Johan Sverdrup har begrenset økonomisk potensial.
Inngangsparametere og resultat fra foreløpige analyser av feltimplementering:
- Et antatt øvre injeksjonspotensial på 15 000 m3/d
- Injeksjon av pulver blandet i vann med lavt saltinnhold. Lavt saltinnhold er nødvendig på grunn av store brønnavstander i en feltimplementering (dvs. krever eget lavsaltanlegg).
- Fem injeksjonsbrønner for polymervann - Polymerkonsentrasjon på 1350 mg/l
- Forventet forbruk polymer rundt 6000 tonn per år - Polymerinjeksjon i 15 år i perioden 2030-2045
- Estimert økt oljeproduksjon mellom 1,0 og 3,2 MSm3 totalt (ikke diskontert) - Estimert tilbakeproduksjon av polymer opp mot 500 tonn/år (Figur 2-1)
Figur 2-1. Estimerte årlige mengder tilbakeprodusert polymer fra feltimplementering.
2.3 Teknisk beskrivelse av polymerpiloten
Polymerpiloten skal bygges ut med en temporær enhet som plasseres på stigerørplattformen (RP) (Figur 2-2).
Forventet driftstid er ett til to år. Piloten skal være en integrert del av RP, men vil bli designet som en uavhengig modul – slik at den kan koples fra og bli fjernet ved hjelp av kranene på plattformen.
Figur 2-2. Polymerpilot-modulen (mørkegrønt) skal plasseres på stigerørsplattformen.
Polymerenheten består av tre hovedelementer; laste- og lagringsområde, anlegg for blanding av polymer og anlegg for injeksjon av sjøvann iblandet polymer.
Polymerpulver blir blandet med oksygenfritt sjøvann, og det blir dannet en høyviskøs væskeløsning. Etter et opphold i modningstanken, blir væskeløsningen tynnet ut med oksygenfritt sjøvann slik at en oppnår ønsket viskositet i vannet som går til injeksjon i reservoaret. Det vil være temperaturkontroll og trykkregulering på injeksjonsvannet for å ha kontroll på det som injiseres. Blandeenhet og modningstank vil være moderat trykk- satt med nitrogen for å unngå innblanding av oksygen fra luften. En skjematisk fremstilling av polymerpiloten er vist i Figur 2-3.
Figur 2-3. Skjematisk fremstilling av polymerpilot med lager, blandeenhet og injeksjon til reservoar.
Polymerpiloten vil ha to brønner; én injektor og én produsent. Avstanden mellom brønnene i reservoaret skal være ca. 300 meter. Injektorbrønnen er planlagt boret og komplementert i 2021, for å kunne starte vann- injeksjon senest to år etter oppstart av produksjon Fase 1. Produksjonsbrønnen skal etter planen være klar i slutten av 2021 eller tidlig i 2022. En prinsippskisse av polymerpiloten og brønnene er vist i Figur 2-4.
Figur 2-4. Polymerpilotbrønner, injektor og produsent.
2.4 Kraftbehov
Maksimalt teoretisk kraftbehov for polymerpiloten er 2,5 MW, men er forventet ikke å overstige 1,5 MW.
Elektrisk kraft brukes hovedsakelig til oppvarming av sjøvann og til injeksjonspumper.
Polymerpiloten vil drives med kraft fra land. Som følge av kort levetid er det ikke lagt vekt på energieffektivitet på drivere som kun skal brukes på polymerpiloten. Tiltaket medfører ikke ekstra utslipp til luft.
2.5 Tiltak for å hindre uhellsutslipp
Lasteområdet
Det vil være et eget dedikert lasteområde for mottak og oppbevaring av transporttanker med polymerpulver.
Lasteområdet vil bli utstyrt med dreneringsanlegg som kan samle opp og lede eventuelt søl og lekkasjer til en egen polymer-dreneringstank.
Værdekk
Inntil fire tanker kan lagres midlertidig på værdekket. Risiko for lekkasjer fra transporttanker som ikke er i bruk regnes som svært lav, og det er derfor ikke planlagt dreneringsanlegg for disse tankene.
Blandeenhet
Blandeenheten vil bli utstyrt med dreneringsanlegg som kan samle opp og lede eventuelt søl og lekkasjer til en egen polymer-dreneringstank. Alt utstyr vil være lukket inne i container med gulv. Eventuelt søl inne i
containeren må fjernes manuelt.
2.6 Logistikk
Polymerkjemikalet vil bli transportert med lastebil fra Frankrike til Dusavika utenfor Stavanger, hvor det skal lagres midlertidig i tanker. Fra Dusavika transporteres polymeren videre med skip i egne transporttanker som løftes om bord på RP hvor de lagres i et dedikert lasteområde. Hver transporttank inneholder ca. 6 tonn polymerpulver – tilsvarende en halv dag til en halv ukes forbruk, avhengig av injeksjonsrate. Lasteområdet på plattformen har plass til 8 transporttanker. Tankene tilkoples polymerenheten og polymerpulver blåses over til blandeenheten med trykkluft. I tillegg kan inntil 4 transporttanker lagres midlertidig på værdekket. Disse må flyttes til lasteområdet for å kunne koples til polymerenheten. En skisse av transporttanken er vist i Figur 2-5.
Figur 2-5. Transporttank for polymerkjemikalie. Tank og beskyttelsesramme er konstruert i stål.
2.7 Formål og tidspunkt
Formålet med polymerpiloten er å teste om injeksjon av polymer er et egnet tiltak for å øke utvinningsgraden på Johan Sverdrup-feltet. Implementering av piloten skal bidra til å innhente informasjon og forståelse om hvordan polymer fungerer som EOR-tiltak, slik at mulig fremtidig bruk på en større skala kan vurderes.
For å kunne oppfylle PUD-vilkåret om implementering av en polymerpilot gitt i PUD for Fase 1, har rettighets- haverne planlagt å ha investeringsbeslutning 1. september 2018. En rekke kommersielle avtaler og forpliktelser forberedes i tiden før denne datoen. Det derfor viktig med en tidlig tilbakemelding om eventuelle utfordringer med å få tillatelse etter forurensingsloven.
Oppstart av testprogrammet er planlagt i slutten av 2021. Det vil være injeksjon av sjøvann i ca. 18 måneder før polymerløsningen blir injisert i reservoaret. Selve polymerinjeksjonen er antatt å foregå i ca. 12 måneder.
En oversikt over gjennomføring av polymerpiloten er vist i Tabell 2-1.
Tabell 2-1. Plan for gjennomføring av pilotprogrammet. Antatt varighet for aktivitetene er oppgitt som antall måneder.
Pilotprogram Dato 2022 2023 2024 2025
Investeringsbeslutning 1.09.2018 Oppstart testprogram 4Q 2021 Injeksjon av sjøvann
Injeksjon av polymer Observasjon Evaluering
18
12
6 6
3 Beliggenhet og lisensforhold
Johan Sverdrup ligger i den midtre delen av Nordsjøen ca. 160 km vest for Stavanger (Figur 3-1). Vanndypet i området er mellom 110 og 120 m. En oversikt over rettighetshaverne er gitt i Tabell 3-1.
Figur 3-1. Lokalisering av Johans Sverdrup-feltet.
Tabell 3-1. Rettighetshavere Johan Sverdrup Unit.
Rettighetshaver Andel (%)
Statoil Petroleum AS (operatør) 40,03
Lundin Norway AS 22,60
Petoro AS 17,36
Aker BP ASA 11,57
Maersk Oil Norway AS 8,44
3.1 Utbyggingsløsning Johan Sverdrup
Utbyggingen av første fase omfatter et feltsenter med fire plattformer; boligplattform, prosessplattform, bore- plattform og stigerørsplattform. Plattformene vil bli knyttet sammen med broer. I tillegg vil det bli etablert tre bunnrammer for injeksjon av produsert vann og sjøvann. Eksport av olje og gass vil gå gjennom rørledninger til henholdsvis Mongstad og Kårstø. Oppstart Fase 1 er planlagt i siste del av 2019. Fase 2 består av en ny prosessplattform, områdeløsning for kraft fra land til Utsirahøyden, modifikasjoner på RP, samt utbygging av satellittområdene Avaldsnes (øst), Kvitsøy (sør) og Geitungen (nord). Produksjonsoppstart for Fase 2 er forventet i 2022.
Figur 3-2. Johan Sverdrup feltsenter Fase 1 + Fase 2.
Figur 3-3. Oversikt Johan Sverdrup-feltet utbygd med Fase 1 og Fase 2.
3.2 PUD og konsekvensutredning
Johan Sverdrup-feltet PUD del 2 - Konsekvensutredning ble sendt på høring i november 2014. Mulig bruk av polymerinjeksjon som EOR-tiltak ble beskrevet i konsekvensutredningen. Under er en opplisting av sitat fra utredningen hvor polymer er nevnt. Merk at avsaltingsanlegget nå er fjernet fra polymerpiloten. Bakgrunnen for dette er at ytterligere beregninger har vist at temperaturen i reservoaret er innenfor det området hvor
polymeren ikke brytes ned, og at kompensering med injeksjon av lavsaltvann dermed ikke er nødvendig.
3.2.1 Referanser til polymer i Johan Sverdrup konsekvensutredning 2014
s. 28 Alternative utbyggingsløsninger vurdert
Bruk av polymerinjeksjon for å oppnå økt oljeutvinning ol. forbindelse med vurdering av polymerinjeksjon som økt utvinningstiltak er bruk av avsaltet vann en av mulighetene. Hensikten med å avsalte vann er å oppnå høyere viskositet med en lavere konsentrasjon av polymer. I fase 1 vil vanlig sjøvann benyttes som injeksjons- vann. Avsalting blir eventuelt en del av framtidige utbygginger.
s. 31. Utvinningsstrategi
Også andre metoder for å øke utvinningsgraden vil bli vurdert, herunder bruk av kjemikalier som øker viskositeten på det injiserte vannet (polymerer). Detaljering og eventuell beslutning av en pilot for
polymerinjeksjon vil bli knyttet til evalueringen av de fremtidige fasene. Hensikten med en pilot er å få mer kunnskap om både teknisk gjennomførbarhet, reservoarforhold og tilbakeproduksjon. To ulike alternativer synes aktuelle; enten en relativt liten pilot (tentativt 5000 Sm3 /d) som involverer leveranse fra et oppankret skip i en avgrenset periode eller en noe større pilot/tidlig implementering (tentativt 20 000 Sm3 /d) som etableres på en av plattformene.
s. 42. Plattformer på senteret
Som det fremgår av illustrasjonen er det tilrettelagt for videre utbygging ved at plattformen er designet med et stort ledig hoveddekk. Dekket er 90 meter langt og 30 meter bredt med en lastekapasitet på ca. 17.000 tonn, med plass til at det kan installeres moduler av forskjellige størrelser og med forskjellige funksjoner for senere faser. Et eksempel kan være moduler for framtidig polymerinjeksjon.
S 67. Utbygging i framtidige faser
Alle scenariene ivaretar mulighet for implementering av de IOR tiltak som har vært vurdert å gi effekt på Johan Sverdrup. Dette gjelder eksempelvis polymer injeksjon, vann/alternerende gassinjeksjon (WAG) og boring av ekstra brønner.
s. 75. Kraftløsning for fremtidige faser
Det har blitt vurdert ulike IOR-tiltak, inkludert WAG (Water alternating gas), polymerinjeksjon med eller uten lavsalt vanninjeksjon. Estimert kraftbehov for disse IOR-tiltakene er i området 5 til 15 MW, og hvorvidt dette vil påvirke maksimum kraftbehov avhenger av hvilken løsning som velges, og når tiltakene settes i gang.
s. 106. 7.2 Utslipp i driftsfasen
Hovedkilder for utslipp til sjø under normal drift vil være:
• Renset produsert vann når renseanlegget er ute av drift, som inkluderer
•
• Kjølevann
• Sanitært avløpsvann
• Drenasjevann
s. 109. Produksjonskjemikalier
Dersom det i framtidige faser besluttes å gjennomføre injeksjon av polymerer for å øke oljeutvinningen, vil noe av de injiserte polymerene bli tilbakeprodusert i produksjonsbrønnene. Polymerene følger
produsertvannstrømmen. Syntetiske polymerer er definert som røde kjemikalier fordi de ikke brytes ned i naturen, og utslipp er derfor ikke ønskelig.
Basert på studier foretatt i 2014 kan mengden polymer lagret på stigerørsplattformen variere mellom 400 og 800 tonn. Dette vil blant annet avhenge av; valgt produkt, injeksjonsvolum, konsentrasjon og krav til
lagerkapasitet. En mulig transportløsning er via lagerskip. Overføring av polymer vil trolig skje ved blåsing gjennom slanger fra skip til lagersiloer. Polymersystemet skal være et lukket system.
En oppdatert og detaljert oversikt over kjemikalier vil bli presentert i utslippssøknaden.
s. 111. Andre utslipp til sjø
Utslipp av tilbake-produsert syntetiske polymerer
Bruk av syntetiske polymerer for å oppnå økt oljeutvinning vil ikke bli tatt i bruk for første utbyggingsfase, men vil bli vurdert for neste fase. En av utfordringene ved bruk av denne metoden er at polymerene som injiseres etter hvert vil bli tilbake-produsert, med mulige konsekvenser knyttet både til prosessen, og til eventuelle utslipp til sjø. Det vurderes derfor tiltak for å unngå slike utslipp:
• Degradering mekanisk
• Degradering kjemisk (deoksidering)
• Høy regularitet på produsertvann-reinjeksjon
• Nedstengning av brønner med tilbake-produsert polymer i korte perioder når produsertvann injeksjonssystemet ikke er tilgjengelig
For de to første punktene pågår det teknologiutviklingsprogrammer. I tillegg er det aktuelt med dedikerte forsøk knyttet til Johan Sverdrup-forhold i 2015. Foreløpige tester gjennomført med syntetisk tillaget produsertvann, inneholdende tilbakeprodusert syntetisk polymer (HPAM), viser at dette ikke innfrir kravet om bio-nedbrytbarhet (BOD28 < 20 %), og vil dermed bli kategorisert som et rødt produkt. Produsertvann-reinjeksjon (PWRI) med høy planlagt regularitet anses derfor som påkrevd.
Foreløpig er det lite kunnskap om spredning og fordeling av polymer i vannsøylen og/eller i sediment. I tillegg er det liten kunnskap om hvordan polymerer i miljøet f.eks. kan påvirke gjeller på fisk og filtrerende organismer.
Enkle toksisitets-tester som er utført viste lav giftighet i alger og bakterier. Ytterligere forskningsarbeid innen dette området er planlagt, og skal påbegynnes i 2015. Her vil det bl.a. bli fokusert på de nevnte
kunnskapshullene. I tillegg er det også planen å se på metoder for å analysere nedbrytningsprodukter i miljøet (sjøvann og sediment), samt måter å vurdere risiko av utslipp av slike typer stoffer til sjø.
4 Beskrivelse av området
Nedenfor er det gitt en kort beskrivelse av fysiske og biologiske forhold på Johan Sverdrup-feltet. For
ytterligere informasjon viser vi til konsekvensutredningen fra 2014. Hele utredningen kan lases ned fra Statoils hjemmeside: http://www.statoil.com.
4.1 Vanndybde og bunnforhold
Nordsjøen er et grunt hav sammenlignet med Norskehavet og Barentshavet. To tredje-deler av Nordsjøen er grunnere enn 100 meter. Johan Sverdrup er lokalisert i den midtre delen av Nordsjøen med vanndybder på 110 til 120 meter.
Sedimentene ved Johan Sverdrup er i hovedsak karakterisert som veldig fin sand. Innholdet av silt og leire varierer fra 4,6 - 10,4 %. Det ble gjennomført grunnlagsundersøkelser på Johan Sverdrup i 2015 (Region II).
4.2 Vind- og strømforhold, temperatur og salinitet
Området preges av sørgående vannmasser i vest og kyst-strømmen i øst.
Nordsjøen og Skagerak er møtested for atlanterhavsvann og ferskvann. De viktigste årsakene til variasjoner i vannmassene er endringer i innstrømning av atlantisk vann, vindforhold, varmeutveksling med atmosfæren og ferskvannstilførsel. Vannmassene i Nordsjøen strømmer for det meste mot klokken, svinger innom Skagerak og fortsetter så nordover som en del av Den norske kyststrømmen. Om vinteren er vertikalblandingen stor i de fleste delene av området og forskjellen er liten mellom vannlagene. Om sommeren skaper oppvarmingen av de øvre vannlagene et klart temperatursprang i 20-50 meters dyp. Det kan være stor variasjon i strømmønsteret avhengig av vindstyrke og -retning. Variasjonene i strømmene har effekt på økosystemet i Nordsjøen.
Dominerende vindretning er fra sør og sørvest om vinteren, med økende innslag av nordlige vinder i sommer- halvåret. Om vinteren kan vinden komme opp i over 30 m/s. Gjennomsnittlig vindhastighet er ca. 9 m/s.
4.3 Bunndyr og plankton
Grunnlagsundersøkelsene fra 2015 viser at Johan Sverdrup-feltet har et sunt og uforstyrret bunndyrsamfunn dominert av flerbørstemark og slangestjerner.
Viktige planteplankton i området er grønnalger, kiselalger og dinoflagellater. Primærproduksjonen av plante- planktonet foregår i de øverste 30-50 meter av vannmassene, og er størst under våroppblomstringen i mars/april, med mindre topp under høstoppblomstringen i september/oktober. Dyreplanktonet i Nordsjøen domineres av hoppekreps, hvorav raudåte er den vanligste arten. De største mengdene med raudåte er i de øvre vannlag og opptrer fra mars og utover. I mai kan hoppekreps utgjøre 80-90 % av dyreplanktonets bio- masse, og er den viktigste arten for dyreplanktonspisende fisk i denne delen av Nordsjøen. I august vil bestanden av raudåte minke, og i oktober er den nesten forsvunnet helt.
4.4 Fiskeressurser
Nordsjøen er kjent som et fiskerikt havområde. Noen av de store fiskebestandene er under "føre var"-grensen for gytebestandens størrelse (sei og tobis på noen av feltene i Nordsjøen), blant annet som følge av høy beskatning. Torsk er under kritisk nivå, mens bestandene av øyepål, nordsjøsild, makrell, kolmule og rødspette er større enn "føre var"- grensen for gytebestandens størrelse.
Sei, makrell, sild, torsk og reke er de viktigste kommersielle artene med tanke på konsum i Nordsjøen. Andre kommersielt viktige arter er kolmule, øyepål og tobis, som i all hovedsak fiskes av industritrålere, og benyttes i produksjon av fiskemel og fiskeolje, som i sin tur benyttes i fôr til oppdrettsnæringen. Artene som er nevnt ovenfor er viktige både for økonomisk verdiskapning og som bestander i økosystemet.
Det er ikke kjent at det finnes noen spesielt sårbare gyte- eller oppvekstområder ved eller rundt Johan Sverdrup-feltet.
4.5 Sjøfugl og sjøpattedyr
Nordsjøen er et viktig område for sjøfugl, som generelt oppholder seg tett ved kyststripa og i de sentrale deler av Nordsjøen gjennom hele året. Det finnes sjøfugl spredt over store deler av Nordsjøen i myteperioden (juli - oktober), men også i vinterhalvåret er overvintringsbestanden av lomvi spredt over store deler av året.
Sjøpattedyr i influensområdet inkluderer sel og hval. Både havert og steinkobbe, som er selarter, finnes her.
Det er også observert hvalarter i området. Noen av artene har fast tilhold her, men flertallet er mer sporadiske gjester i norske farvann. Nise og spekkhogger er de mest kystnære artene.
4.6 Særlig verdifulle og sårbare områder
Johan Sverdrup-feltet er lokalisert i god avstand til de mest sårbare områdene (gyteområder for tobis). De nærmeste områdene som er markert er gyteområder for hhv. torsk og makrell (område 12). Dette er arter som gyter i de frie vannmassene, og over relativt store områder. Av den grunn er de ikke sårbare i samme grad som for eksempel gyteområder for tobis. En oversikt over særlig viktige områder i Nordsjøen er vist i Figur 4-1.
Figur 4-1. Særlig verdifulle områder i Nordsjøen. Plasseringen av Johan Sverdrup er antydet med stjerne.
5 Bruk og utslipp av kjemikaler
5.1 Forbruk av kjemikaler
Polymer i pulverform skal blandes med sjøvann til en høyviskøs væskeløsning. Anlegget har en øvre
kapasitetsgrense på 5000 m3/d, men det er forventet at injektiviteten i brønnen vil begrense injeksjonsraten til ca. 3000 m3/dag. Injisert polymervann vil ha en konsentrasjon av polymer på 2000 mg/l, som er anleggets øvre begrensning. Lavere konsentrasjon kan være aktuelt for å redusere bruk av kjemikaler, dersom dette er hensiktsmessig. Anleggets kapasitet og forventet forbruk er vist i Tabell 5-1.
Tabell 5-1. Kapasitet og forventet forbruk av polymer.
Alternativ
Injeksjonsrate (m3/dag)
Polymerkonsentrasjon (mg/l)
Forbruk polymer (kg/dag)
Forbruk polymer (kg/år)
Kapasitet 5000 2000 10 000 3 650 000
Forventet 3000 2000 6 000 2 190 000
Tilbakeprodusert polymer kan gi økt behov for bruk av produksjonskjemikaler som emulsjonsbryter og flokkulant. Produktene som skal brukes på Johan Sverdrup er foreløpig ikke fastsatt. Emulsjonsbryter vil normalt være i miljøkategori gul Y2 eller rød. Flokkuleringskjemikaler er vanligvis i rød miljøkategori på grunn av lav bionedbrytbarhet. Det er vurdert at polymerpiloten kan utløse et ekstra behov for bruk av flokkulant på opp mot 1800 kg/døgn og ca. 350 000 kg/år. Årlig forbruk av Flokkulant på Johan Sverdrup uten injeksjon av polymer er antatt å komme opp i ca. 220 000 kg ved maksimum vannproduksjon.
Valg av produkter og beregnede mengder produksjonskjemikaler vil bli presentert i søknad om drift av Johan Sverdrup-feltet, planlagt innsendt rundt årsskiftet 2018-2019.
5.2 Tilbakeproduksjon av polymer og mulige utslipp til sjø
Det er forventet at produksjonsbrønnen til polymerpiloten vil produsere ca. 3000 m3 vann per dag. Dette vannet vil i varierende grad inneholde rester av injisert polymer. Det er krevende å forutsi hvor mye polymer som kommer tilbake til plattformen siden konsentrasjonen av tilbakeprodusert polymer er en funksjon av mange faktorer; bl.a. injisert konsentrasjon, produksjonsrate, adsorpsjon i reservoaret, samt plassering av injektor og produsentbrønn.
Det er estimert at tilbakeprodusert polymer på topp kan nå en rate på rundt 1600 kg/dag og 350 000 kg/år, basert på forventet injeksjonsrate 3000 m3/d og konsentrasjon 2000 mg/l (ref. kapittel 5.1). Tilbakeprodusert polymer vil trolig nå maksimum i april 2024. Estimert tilbakeproduksjon er vist som dagsrater i Figur 5-1 og årlige mengder i Figur 5-2.
Vannet fra produksjonsbrønnen går til produsert vann-reinjeksjonsanlegget, som har en forventet regularitet på 98 %. Teoretisk sett kan det da bli utslipp av polymerholdig vann i 2 % av året (7,3 dager). Dersom reinjeksjon- sanlegget går ned i perioden med størst mengde tilbakeprodusert polymer, er det beregnet at utslipp av polymer kan bli ca. 12 000 kg/år. Det dette som er lagt til grunn for omsøkt utslippsmengde. Under største delen av testperioden er beregnede dagsrater tilbakeprodusert polymer betydelig lavere, og eventuelt utfall av injeksjonsanlegget vil da gi et mindre utslipp enn omsøkt.
Utslipp av tilbakeprodusert polymer skal minimeres. Dersom reinjeksjonsanlegget er ute av drift, kan brønnen som produserer polymer stenges inntil anlegget er operativt igjen. Dette forutsetter imidlertid at stenging av produksjonsbrønnen ikke påvirker testresultatene til polymerpiloten. Selv om produksjonsbrønnen stenges, kan det ikke utelukkes at mindre restvolumer i prosessanlegget går til sjø sammen med produsert vann.
Figur 5-1. Estimert mengde tilbakeprodusert polymer oppgitt som dagsrate (kg/dag).
Figur 5-2. Estimert årlig mengde tilbakeprodusert polymer (kg/år).
5.3 Effekter av tilbakeprodusert polymer på prosessering
Prosjektet har gjennomført forsøk for å påvise mulige konsekvenser av polymer i prosessanlegget. Polymer forventes å følge vannfasen gjennom prosessanlegget til reinjeksjon i reservoaret. Både separasjons-
Polymer gir mer stabile emulsjoner, noe som kan gjøre det vanskeligere å separere brønnstrømmen.
Problemet kan kompenseres med bruk av emulsjonsbryter. Uavhengig av tilbakeprodusert polymer, er det planlagt for kontinuerlig bruk av emulsjonsbryter på Johan Sverdrup. Endelig valg av produkt er ikke foretatt, men generelt er emulsjonsbrytere røde kjemikalier som i hovedsak følger oljen.
Siden polymeren er vannløselig, vil den følge produsert vann inn i vannrenseanlegget som reduserer olje- innholdet i produsert vann før reinjeksjon i reservoaret. Anlegget består av tre trinn; hydrosykloner, kompakt flotasjonsenhet og avgassingsenhet. Forsøk har vist at virkningsgraden blir betydelig redusert ved midlere og høyere konsentrasjon av tilbakeprodusert polymer. Foreløpige tester indikerer at dosering av flokkulant i konsentrasjoner opp mot 600 ppm kan kompensere for de negative effektene av tilbakeprodusert polymer i vannrenseanlegget. Dosering i så høye doser kan medføre negative sekundære effekter i prosessen. Det er ikke uvanlig å tilsette flokkulant i vannbehandlingen, men da i langt lavere doser (10-50 ppm). Dersom ønsket kvalitet på utslippsvannet ikke oppnås, kan polymerproduksjonsbrønnen måtte stenges i perioder. Prosjektet vil arbeide videre for å løse problemer knyttet til vannrenseanlegget.
Nedsatt ytelse på renseanlegget for produsert vann øker risikoen for redusert injektivitet i injeksjonsbrønnen.
Produksjonen på Johan Sverdrup er avhengig av vanninjeksjon som trykkstøtte i reservoaret. Redusert injektivitet kan derfor i ytterste konsekvens føre til at polymerpiloten må stenges ned for å unngå negative effekter på oljeproduksjonen.
Forsøk har vist at polymer kan avsetts i kontakt med varme overflater. Dette er relevant for varmeveksleren mellom første og andre trinns-separator. Omfanget av avsetning er usikkert, og vil variere med mengde polymerholdig vann som strømmer gjennom varmeveksleren. Et mulig kompenserende tiltak er tilsetning av kjemikaler. Tester vil bli utført for å finne egnet kjemikal og doseringsområde. Kjemikalet er forventet å være i rød miljøkategori.
5.4 Polymer som følger oljeeksport til land
En mindre mengde vann vil følge oljeeksporten fra Johan Sverdrup til terminalen på Mongstad. Andel vann i oljen kan utgjøre inntil 0,5 % av eksportkapasiteten, dvs. i alt 525 m3 vann/dag ved en produksjon på 105 000 Sm3 olje/dag. Vannet i oljeeksporten vil stamme fra ulike kilder som blandes sammen med vann fra polymer- brønnen. Det er derfor stor usikkerhet knyttet til endelig konsentrasjon av polymer i eksportstrømmen. Det er antatt at den totale mengden polymer i oljeeksporten vil bli opp mot 55-95 kg/dag.
Vannet er distribuert i oljen og vil derfor i stor grad følge med oljen til mottaker. Under lagring i kavernene på Mongstad kan noe vann felles ut av oljefasen, inntil 40 % avhengig av mengde vann i oljen. Drenasjevann fra kavernene rutes til et vannbehandlingsanlegg for fjerning av oljerester. Siden det ikke er ønskelig at polymer- holdig vann slippes ut til omgivelsene, ser Statoil på ulike tekniske løsninger for å ta ut polymer fra drenasje- vannet. Laboratorieforsøk viser at polymer kan fjernes effektivt ved hjelp av kjemisk utfelling. Utfelt polymer vil bli levert til egnet mottak. Tre ulike alternativ for utfelling av polymer fra kavernene er under vurdering:
1. Separat behandling av segregert dreneringsvann som innebærer investering i nye anlegg for kjemisk rensing og slamseparasjon.
2. Behandling av dreneringsvann i eksisterende ballastvannanlegget, som blir oppgradert med kjemisk behandling.
3. Separat kjemisk behandling av segregert dreneringsvann, som blir rutet til ballastvannanlegget for slamseparasjon.
Det er antatt at pilotprosjektet vil føre til at polymerholdig vann kommer til Mongstad i en periode på ca. to år, med start i februar 2023. Prosjektering og implementering av renseanlegg for polymer vil følge samme prosjektløp som resten av polymerpiloten, ref. kapittel 2.7.
5.5 Kategorisering og begrunnelse for valgt produkt
Valgt produkt polymer flømming på Johan Sverdrup er den syntetiske polymeren FLOPAAM© 5115 VHM fra SNF. HOCNF for det omsøkte produktet foreligger i NEMS Chemicals. Flere ulike typer polymerer har vært evaluert for bruk på Johan Sverdrup-feltet. Biologiske polymerer har også vært vurdert, men funnet uegnet. En kort begrunnelse for dette er gitt under.
De vanligste biopolymerene som blir benyttet for økt oljeutvinning er Xantan, Scleroglucan og Schozophyllan.
Xantan er det eneste produktet som er kommersielt tilgjengelig. Biopolymerer består av sukkerkomponenter, og i motsetning til syntetiske polymerer er de utsatt for biologisk degradering og derfor klassifisert som grønne kjemikaler. Biopolymerer brytes ned når bakterier angriper molekylene og degraderer polymeren til mindre fragmenter. Bakterier har muligheter for å utvikle seg ved ulike temperaturer og saliniteter i reservoaret. Det vil derfor være nødvendig å tilsette biocid for å motvirke biologisk degradering. Biocider er kostbare kjemikaler sammenlignet med biopolymerproduktet. Det er også viktig at biopolymeren er kompatibel med valgt biocid.
Mulige biocider kan være glutaraldehyd eller alkanoleter. Disse er klassifisert som gule kjemikaler.
Biopolymer har vært vurdert på Johan Sverdrup-feltet, men funnet uegnet hovedsakelig på grunn av:
• Store temperatur- og salinitetsvariasjoner over feltet som gjør det vanskelig å velge type biopolymer og én type biocid.
• Store brønnavstander gir lang oppholdstid og degenerering i reservoaret.
• Uforutsigbar biologisk aktivitet over feltet.
De viktigste parameterne for valg av polymerprodukt på Johan Sverdrup har vært effekt på viskositet, samt termisk og mekanisk stabilitet. I alt har 26 polymerprodukter blitt evaluert. Alle syntetiske polymerer er i rød miljøkategori på grunn av lav bionedbrytbarhet.
5.6 Miljøvurderinger
Flopaam 5115© VHM er et kjemisk produkt som har til hensikt å øke viskositeten til injeksjonsvannet og dermed øke fortrengningseffektiviteten og gi økt oljeutvinning. Produktet er et pulver som består av 100 % anionisk polyakrylamid. Polyakrylamid er fullstendig vannløselig og vil følge vannet via separator i prosess- anlegget videre til produsertvanninjeksjon eller utslipp til sjø. Polyakrylamid er ubetydelig giftig for marine organismer. Eventuell gifteffekt antas å være forårsaket av økt viskositet, en effekt som hurtig vil forsvinne i miljøet i takt med fortynningen av polymerene. Polymeren kan i utgangspunktet betraktes som biologisk inert der akutte giftighetseffekter ikke er sannsynlig. Utførte tester på plankton og fisk viser ingen vesentlige effekter på overlevelse og vekst i det konsentrasjonsområdet som polymerene vil opptre allerede i kort avstand fra eventuelle utslippspunkt.
Polyakrylamid er ikke biologisk nedbrytbart i kaldt, mørkt naturlig sjøvann. Flere forsøk har vært utført, og ingen viser tegn til at slike polymerer brytes ned innen rimelig tid. Selv ikke langtidstester med høykonsentrerte bakteriemengder klarte å påvise nedbrytning over noen få titalls prosent. Polyakrylamid er et rødt kjemikal i henhold til OSPARs kriterier. En ytterligere vurdering av miljøaspekter er gitt i kapittel 6.
Flokkulant (produkt er ikke valgt) er et flokkuleringsmiddel som benyttes for å rense produsert vann for dispergert olje. Flokkulanten binder seg til de små oljedråpene i hydrosykloner, Epcon og flotasjonsceller der flokkulant-oljedråpe-komplekset flyter i vannet og dermed kan skimmes av og sendes til oljefasen. Kjemikalet er ikke giftig for marine organismer, ikke bioakkumulerende og ikke biologisk nedbrytbart (rød). Kjemikalet er på substitusjonslisten til leverandør, men det finnes pt. ingen effektive bionedbrytbare flokkuleringskjemikaler.
De er alle polymerbaserte og er ikke lett bionedbrytbare. Under og etter bruk vil polymeren hovedsakelig være bundet til oljedråper som går i oljefasen. Overskudd av polymer vil følge produsertvannet. Det antas at om lag 20 % av forbruket følger vann, mens 80 % vil ende opp i oljefasen. Grunnet lav giftighet, høy vannløselighet og intet potensiale for bioakkumulering, vil utslipp ikke medføre hverken lang- eller kortidseffekter i resipienten, men vil likevel bidra med ikke-nedbrytbare stoffer til sjø.
5.7 Polymer versus mikroplast
Mikroplast er faste plastpartikler med størrelse under 5 mm og er laget av et nettverk av polymerkjeder.
Polymerkjedene er bundet sammen, enten i krystallstruktur eller av kryssbindinger, og vil ikke kunne dissosiere til enkeltmolekyler igjen. Plast kan inneholde forskjellige additiver og binde til seg miljøgifter fra omgivelsene.
Mikroplast brytes svært sakte ned i marint miljø og er ansett for å ha negativ påvirkning på livet i havet.
I motsetning til plast er EOR-polymerer enkeltmolekyler som løses fullstendig i sjøvann. De bidrar til den generelle forurensningen av havmiljøet, men bindes ikke sammen i kjeder og antas ikke å kunne akkumulere i organismer.
Det er stor oppmerksomhet knyttet til marin forurensning av plast og mikroplast. Statoil har derfor bestilt en litteraturstudie fra det nederlandske forskningsinstituttet TNO for å se nærmere på likheter og forskjeller mellom EOR-polymerer og mikroplast. Rapport fra denne studien skal være ferdig i løpet av januar, og vil da bli etter- sendt til Miljødirektoratet.
5.8 Måleprogram
Polymerpiloten medfører ikke regulære utslipp til sjø. Eventuelle utslipp av tilbakeprodusert polymer i forbindelse med nedetid på injeksjonsanlegget følger produsert vann, som måles.
Siden omsøkt prosjekt er en testpilot med formål om best mulig datafangst, er det lagt opp til å ha et
omfattende overvåkingsprogram med målinger i både opprinnelig injeksjonsvann og i produsert vann som kan inneholde rester av tilbakeprodusert polymer. Måleprogrammet er ikke fastsatt, men trolig vil det bli tatt prøver på daglig til ukentlig basis.
6 Miljøaspekter ved polymerflømming
Siden polymerflømming i større skala er nytt på norsk sokkel, har Statoil gjennomført et treårig forsknings- prosjekt for å vurdere miljøeffekter og lukke kunnskapshull. Miljødirektoratet har vært informert og rådført underveis i prosjektløpet. Fagrapporten fra prosjektet er skrevet på engelsk og vil bli ferdigstilt i februar 2018.
Rapporten refererer videre til mer detaljerte fagrapporter og utkast til publikasjoner. Under følger en kort oppsummering på norsk.
Forskningsprosjektet har gjennomført eksperimentelle forsøk og modelleringer for å innhente kunnskap om skjebnen til anioniske polyakrylamide (APAM) polymerer i marint miljø og å se på potensielle skadelige effekter på relevante marine arter. Basert på resultatene er det gjennomført en risikovurdering av produsert vann- utslipp fra polymerpilot og feltimplementering. Prosjektet har også sett på forbedring og optimalisering av metoder for å analysere polymerkonsentrasjoner og molekylærvektdistribusjon på lave og realistiske konsentrasjoner i produsert vann og sjøvann nær utslippspunktet. Prosjektets formål har vært å fylle kunnskapshull som ble identifisert i Johan Sverdrup konsekvensutredning fra 2014.
Det er utført modelleringer for å se på potensiell fordeling av polymer etter utslipp; i vannsøylen, binding til partikler (alger) og sedimentert på bunnen. DREAM ble benyttet til modellering av spredning og
konsentrasjoner av polymer. Utfelling av polymer bundet til alger var begrenset av algetettheten og ikke av polymerkonsentrasjon. I de fleste modellerte scenariene var mer enn 90 % av polymermolekylene løst i vannmassene.
Prosjektet har studert potensielt skadelige effekter på alger (Rhodomonas Baltica), krepsdyret raudåte
(Calanus finmarchicus) og atlantisk torsk. For raudåte og torsk inkluderte studiene de tidlige og mest følsomme livsstadiene. Studiene ble utført med ulike molekylstørrelser på polymeren, henholdsvis 200 kDa, 2800 kDa og 8000 kDa. For å unngå effekter fra viskositetsendringer som ville overskygge eventuelle effekter av polymer, ble de fleste eksperimentene utført med 200 kDa polymer.
Det ble ikke observert hemming av vekst i algestudiene, selv ved svært høye polymer-konsentrasjoner. Størst effekt ble observert ved langtidseksponering av raudåte, hvor det ble observert effekter på utvikling hos de tidlige utviklingsstadiene fra nauplii til kopepoditter. Hos torsk ble det observert effekter ved svært høye polymerkonsentrasjoner (6000 mg/l), som er langt over hva som kan forekomme i et naturlig havmiljø.
Effektdata basert på parametere som overlevelse, vekst/utvikling og reproduksjon er normalt brukt for å fast- sette PNEC (forventet nulleffektkonsentrasjon). Den laveste effektverdien fra studiene av subletale effekter ved langtidseksponering (14 dager) med 200 kDa APAM av tidlige livsstadier hos raudåte (nauplii-kopepoditt) ga en estimert EC10-verdi på 517 mg/l. Denne verdien ble brukt for å fastsette PNEC benyttet i miljørisikovurderingen og beregning av EIF. PNEC-verdien for polymer ble fastsatt ved å dividere laveste EC10-verdi (517 mg/l) med en usikkerhetsfaktor på 10, siden kroniske effektdata for de tre trofiske nivåene alge, krepsdyr og fisk er tilgjengelige.
EIF-beregninger for feltimplementering viste at en utslippskonsentrasjon av polymer på 100 mg/l i produsert vann over 8 dager bidro med mindre enn 0,1 % til total EIF. For polymerpiloten var EIF mindre enn 1 både for en referanse uten polymer og for et scenario med utslipp av 500 mg/l polymer i produsertvannet over 8 dager. I scenariet med polymer tilstede bidro polymer med 0,7 % av total EIF.
Standardtester har foreløpig ikke kunne vise at syntetisk polymer er biologisk nedbrytbar. ECETOC har tatt initiativ til å modifisere OECD 306-testen slik at den blir mer realistisk og gir mer repeterbare svar. Resultater fra dette arbeidet er forventet i løpet av vinteren.
På grunn av høy molekylvekt og sterkt hydrofile egenskaper forventes det ikke at polymeren skal kunne krysse cellemembraner eller akkumulere i kroppsvevet til marine organismer. Tester med merket polymer utført på alger og raudåte støtter antagelsen om at polymer ikke kan tas opp i marine organismer.
7 Forkortelser
APAM Anionisk polyakrylamid
EOR Forbedret oljeutvinning (Enhanced Oil Recovery) P1 Produksjonsplattform 1
RP Stigerørplattform
