Comprehensive chemical characterization of the unresolved petrogenic components of produced water

Produsert vann fra offshore oljeproduksjonsplattformer representerer den største direkte utslipp av avløpsvann til offshore-miljøet og er kjent for å inneholde en sammensatt blanding av tungmetaller, oppløste organiske forbindelser inkludert hydrokarboner, fenoler og organiske syrer, samt rester av oljeproduksjonskjemikalier. De oljerelaterte komponentene som overvåkes rutinemessig i produsert vann er BTX (benzen, toluen, xylen), alkylfenoler, fenoler, olje i vann, utvalgte organiske syrer og polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH). Noen av de naturlige oljerelaterte produserte vannkomponentene har potensiale til å skade miljøet og påvirke det endokrine systemet. Dette inkluderer den komplekse blandingen av PAH-er og naftensyrer. Det har vært betydelige fremskritt de siste 5 årene innen teknologi for avansert analyseinstrumentering og kjemometriske verktøy og programvare. Prosjektgruppen har utforsket og utviklet nye databehandlingsmetoder for å forbedre karakteriseringen av de komplekse kjemiske blandinger. Det ble også utført en omfattende vurdering av ytelsen til analysemetoder brukt på produsert vann som muliggjorde betydelige forbedringer av disse metodene. Validering av de forbedrede metodene ble deretter utført via analyse av naftensyrer i produsert vann. Dette arbeidet var i samarbeid med Equinor. Vi målte konsentrasjonen av 180 naftensyrer i det produserte vannet fra seks forskjellige plattformer for å generere den første detaljerte kartleggingen av disse forbindelsene. Disse kraftige nye metodene vil være et viktig verktøy for fremtidig analyse og risikovurdering av produsert vann.

This project enabled the first comprehensive characterization and quantification study of the NAs in PW samples. As of today, this is the most comprehensive study providing detailed chemical characterization and concentrations of NAs in the complex unresolved mixture of produced water. Our results showed a high level of diversity in the samples both in terms of detection and concentrations. The observed diversity warrants further and more comprehensive characterization of NAs in the produced water. Finally, the observed diversity also indicates the need for more investigations in order to identify a few isomer groups as markers of presence of NAs in the PW samples. Simple analytical methods and algorithms are developed and made available to the industry and the stakeholders for analysis of PW, particularly NAs.

Produced water from offshore oil production platforms represents the largest direct discharge of effluent into the offshore environment and is known to contain a complex mixture of heavy metals, dissolved organic compounds including hydrocarbons, phenols and organic acids, as well as the residues of oil production chemicals. The petrogenic components that are routinely monitored in produced water are BTX (benzene, toluene, xylene), alkylphenols (C1-9), phenols, oil in water, selected organic acids and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Some of the natural petrogenic produced water components are known to have the potential to harm the environment and able to antagonize the estrogen (ER) and aryl hydrocarbon receptor (AhR) and antagonize the androgen receptor (AR) antagonists with chromatographically unresolved complex mixtures of PAHs and naphthenic acids identified as the responsible components. There have been considerable advances over the last 5 years in analytical instrumentation and chemometric tools facilitated by the development and availability of affordable high-resolution MS instrumentation coupled to comprehensive chromatographic techniques advanced data handling software. The project team has successfully used a number of the approaches to resolve unresolved components from various sources combined with multi-variate chemometrics statistical tools to relate the toxicity of oil isolates to specific components. Within the current proposal we have sought to focus on identifying the key toxic components of regulatory concern in produced water through the combined use of advanced analytical methods with standard toxicity tests and multivariate analytical approaches.