Depozite de șisturi petroliere din Statele Unite | Harta, geologia și resursele

Conţinut

• Formarea râurilor verzi:
• -Geologie
• -Dezvoltări istorice
• -Surse petroliere
• -Alte resurse minerale
• Șisturi de petrol devonian-Mississippian de est:
• -Mediul de depozitare
• -Resurse

Șisturi petroliere din SUA: Harta zonelor subliniate de Formația Râului Verde din Colorado, Utah și Wyoming, Statele Unite (după Dyni, 2005) și a zonelor majore de șisturi petroliere Devonian minabile în estul Statelor Unite (după Matthews și altele în 1980). Faceți clic pentru a mări harta.

În Statele Unite sunt prezente numeroase depozite de șisturi petroliere, de la precambrian până la vârsta terțiară. Cele mai importante două depozite se află în Formația Râului Verde Eocen din Colorado, Wyoming și Utah și în șisturile negre Devonian-Mississippian din estul Statelor Unite. Șisturile petroliere asociate cu zăcămintele de cărbune de vârsta Pennsilvană se află și în estul Statelor Unite. Se știe că alte depozite sunt în Nevada, Montana, Alaska, Kansas și în alte părți, dar acestea sunt fie prea mici, prea mici sau nu au fost încă suficient de bine explorate (Russell, 1990, p. 82-157) pentru a fi considerate resurse în sensul prezentului raport. Datorită mărimii și gradului lor, majoritatea investigațiilor s-au concentrat asupra râului Verde și a zăcămintelor Devonian-Mississippian.

Formarea râurilor verzi:

-Geologie

Sedimentele lacustrine ale Formației Green River au fost depuse în două lacuri mari care au ocupat 65.000 km2 în mai multe bazine structurale sedimentare din Colorado, Wyoming și Utah în timpul timpului până la mijlocul Eocenului. Ridicarea muntelui Uinta și extensia sa spre est, anticlinul bazinului axial, separă aceste bazine. Sistemul lacurilor Green River a existat de mai bine de 10 milioane de ani în timpul unei perioade cu o temperatură caldă temperată până la subtropicală. În unele părți din istoria lor, bazinele lacului au fost închise, iar apele au devenit extrem de saline.

Fluctuațiile cantității de ape curgătoare ale fluxului au provocat mari extinderi și contracții ale lacurilor, după cum se dovedește prin împletirea pe scară largă a straturilor de lac lacrină cu paturi de gresie și piatră de pământ derivate. În perioadele aride, lacurile s-au contractat, iar apele au devenit din ce în ce mai saline și alcaline. Conținutul de apă de lac al carbonatelor de sodiu solubile și clorurii a crescut, în timp ce carbonatele Ca + Mg + Fe divalente mai puțin solubile au fost precipitate cu sedimente bogate în organice. În perioadele cele mai secetoase, apele lacului au atins salinități suficiente pentru a precipita paturile de nahcolit, halit și trona. Apele de pori ale sedimentelor au fost suficient de sărate pentru a precipita cristale diseminate de nahcolit, scurt, și dawsonite, împreună cu o mulțime de alte minerale de silicat și silicat autigenic (Milton, 1977).

Un aspect demn de remarcat al mineralogiei este lipsa completă a mineralelor cu sulfat autigenic. Deși sulfatul a fost probabil un anion major în apele fluxurilor care intră în lacuri, ionul de sulfat a fost probabil consumat în totalitate de bacteriile care reduc sulfații din lacurile și apele de sedimente, conform următoarei reacții de oxidare-reducere generalizată:

2CH₂O + SO₄^-2 ? 2HCO₃^-1 + H₂S

Rețineți că se formează doi moli de bicarbonat pentru fiecare mol de sulfat care este redus. Sulfura de hidrogen rezultat poate reacționa cu Fe ++ disponibil pentru a precipita sub formă de minerale de sulfură de fier sau poate scăpa de sedimente ca gaz (Dyni, 1998). Alte surse majore de carbonat includ algele care secretă carbonatul de calciu, hidroliza mineralelor silicate și aportul direct din fluxurile care intră.

Apele calde ale lacurilor alcaline ale lacurilor fluviului verde Eocen au furnizat condiții excelente pentru creșterea abundentă de alge verzi albastre (cianobacterii) despre care se crede că sunt principalul precursor al materiei organice din șisturile petroliere. În perioadele de reîmprospătare a apelor, lacurile au găzduit o varietate de pești, raze, bivalve, gastropode, ostracode și altă faună acvatică. Zonele periferice cu lacurile au susținut un ansamblu mare și variat de plante terestre, insecte, amfibieni, broaște țestoase, șopârlele, șerpii, crocodilii, păsările și numeroase animale mamifere (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; și Grande, 1984).

-Dezvoltări istorice

Apariția sistului petrolier în Formația Râului Verde din Colorado, Utah și Wyoming este cunoscută de mai mulți ani. La începutul anilor 1900, s-a stabilit clar că zăcămintele Green River erau o resursă majoră de ulei de șist (Woodruff and Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). În această perioadă timpurie, râul verde și alte zăcăminte au fost cercetate, inclusiv șisturile petroliere din Formația fosforică marină a vârstei Permiene în Montana (Bowen, 1917; Condit, 1919) și șisturile petroliere în albiile lacurilor terțiare de lângă Elko, Nevada (Winchester 1923).

În 1967, Departamentul de Interne al SUA a început un program amplu de investigare a comercializării zăcămintelor de șisturi petroliere Green River. Creșterile dramatice ale prețurilor petrolului rezultate în urma embargoului petrolului OPEC din 1973-74 au declanșat o altă reînviere a activităților de șisturi petroliere în anii '70 și la începutul anilor '80. În 1974, mai multe parcele de terenuri publice de șisturi petroliere din Colorado, Utah și Wyoming au fost scoase la licitație competitivă în cadrul Programului federal de închiriere a șisturilor petroliere. Două tractiuni au fost închiriate în Colorado (C-a și C-b) și două în Utah (U-a și U-b) companiilor petroliere.

Multe instalații miniere subterane, inclusiv arbori verticali, intrări în cameră și stâlp și modificări in situ modificate, au fost construite pe tractoarele C-a și C-b, dar nu s-a produs ulei de șist. În acest timp, Unocal Oil Company și-a dezvoltat instalațiile de șisturi petroliere pe terenuri private de pe partea de sud a bazinului Piceance Creek. Facilitățile includeau o mină de cameră și stâlp cu o intrare de suprafață, o replică de 10.000 barili / zi (1.460 tone / zi) și o instalație de modernizare. La câțiva kilometri nord de proprietatea Unocal, Exxon Corporation a deschis o mină de cameră și stâlp, cu o intrare de suprafață, drumuri de transport, depozit de roci de gunoi și un rezervor de depozitare a apei și baraj.

În 1977-78, Biroul Minelor din SUA a deschis o mină experimentală care a inclus un puț adânc de 723 m cu mai multe intrări în cameră și stâlp în partea de nord a bazinului Piceance Creek pentru a efectua cercetări asupra depozitelor mai adânci de șisturi petroliere, care se îmbină cu nahcolit și dawsonite. Locul a fost închis la sfârșitul anilor '80.

Aproximativ 80 de milioane de dolari au fost cheltuiți pe tracturile U-a / U-b din Utah de către trei companii energetice pentru a scufunda un arbore vertical de 313 m adâncime și a drumului înclinat spre o zonă înaltă de șisturi petroliere și pentru a deschide mai multe intrări mici. Alte facilități includeau o clădire de servicii de mină, stații de tratare a apei și canalizării și un baraj de reținere a apei.

Proiectul Seep Ridge s-a aflat la sud de tracturile U-a / U-b, finanțate de Geokinetics, Inc. și Departamentul de Energie al SUA, produs ulei de șist printr-o metodă de retortare superficială in situ. Au fost produse câteva mii de barili de ulei de șist.

Uzina de șisturi petroliere Unocal a fost ultimul proiect major care a produs ulei de șist din formația Green River. Construcția uzinei a început în 1980, iar investițiile de capital pentru construcția minei, replică, modernizare a instalațiilor și alte facilități au fost de 650 milioane dolari. Unocal a produs 657.000 de tone (aproximativ 4,4 milioane de bbl) de ulei de șist, care au fost expediate la Chicago pentru rafinarea combustibililor de transport și a altor produse în cadrul unui program parțial subvenționat de guvernul S.U.A. Rata medie de producție din ultimele luni de funcționare a fost de aproximativ 875 tone (aproximativ 5.900 barili) de ulei de șist pe zi; instalația a fost închisă în 1991.

În ultimii ani, Shell Oil Company a început un proiect experimental pe teren pentru recuperarea uleiului de șist printr-o tehnică proprie in situ. Unele detalii despre proiect au fost anunțate public, iar rezultatele de până în prezent (2006) par a favoriza continuarea cercetării.

-Surse petroliere

Pe măsură ce zăcămintele de șisturi petroliere Green River din Colorado au devenit mai cunoscute, estimările resursei au crescut de la aproximativ 20 de miliarde de barili în 1916, la 900 de miliarde de barili în 1961 și la 1,0 trilioane de barili (~ 147 miliarde de tone) în 1989 (Winchester, 1916, p. 140; Donnell, 1961; Pitman și alții, 1989). În secțiunea litologică sunt prezentate o secțiune litologică și un rezumat al resurselor pe zonele de sist de ulei din bazinul Piceance Creek.

Resursele de șisturi petroliere Green River din Utah și Wyoming nu sunt la fel de cunoscute ca cele din Colorado. Trudell și alții (1983, p. 57) au calculat resursele măsurate și estimate ale uleiului de șist pe o suprafață de aproximativ 5.200 km.² în bazinul estic al Uinta, Utah, va fi de 214 miliarde de barili (31 miliarde de tone) din care aproximativ o treime se află în zona bogată de șisturi petroliere de mahon. Culbertson și alții (1980, p. 17) au estimat că resursele de șisturi din formarea râurilor verzi din bazinul râului verde din sud-vestul Wyomingului să fie de 244 miliarde barili (~ 35 miliarde tone) de ulei de șist.

Resurse suplimentare sunt, de asemenea, în bazinul Washakie, la est de Bazinul Fluviului Verde, în sud-vestul Wyoming. Trudell și alții (1973) au raportat că mai mulți membri ai Formației Green River de pe Kinney Rim de pe latura de vest a Bazinului Washakie conțin secvențe de scăzut de până la moderat de șisturi petroliere în trei găuri de miez. Două secvențe de șisturi de ulei în membrul Laney, cu 11 și 42 m grosime, în medie 63 l / t și reprezintă 8,7 milioane de tone de ulei de șist in situ pe kilometru pătrat. Nu a fost raportată o estimare totală a resursei din Bazinul Washakie din lipsa datelor de pe suprafață.

-Alte resurse minerale

Pe lângă energia fosilă, zăcămintele de șisturi de petrol din Râul Verde din Colorado conțin resurse valoroase de minerale de carbonat de sodiu, inclusiv nahcolit (NaHCO₃) și dawsonite. Ambele minerale sunt amestecate cu șisturi de ulei de înaltă calitate în partea de nord adâncă a bazinului. Dyni (1974) a estimat resursa totală de nahcolit la 29 de miliarde de tone. Barba și alții (1974) au estimat aproape aceeași cantitate de nahcolit și 17 miliarde de tone de dawsonit. Ambele minerale au valoare pentru cenușa de sodă (Na₂CO3) și dawsonitul are, de asemenea, valoare potențială pentru alumina sa (Al₂O3) conținut. Cel din urmă mineral este cel mai probabil recuperat ca produs secundar al unei operații de șisturi de ulei. O companie este soluția de minecolit nahcolit pentru fabricarea bicarbonatului de sodiu în partea de nord a bazinului Piceance Creek la adâncimi de aproximativ 600 m (Ziua, 1998). O altă companie a oprit nahcolitul de extragere a soluțiilor în 2004, dar acum procesează cenușă de sodiu obținută din depozitele de trona din Wyoming pentru a produce bicarbonat de sodiu.

Membrul Vârfului Wilkins al Formației Râului Verde din Bazinul Râului Verde din sud-vestul Wyoming conține nu numai șisturi petroliere, ci și cea mai mare resursă cunoscută din lume de carbonat natural de sodiu sub numele de trona (Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O).Resursa trona este estimată la peste 115 miliarde de tone în 22 de paturi cuprinse între 1,2 și 9,8 m grosime (Wiig și altele, 1995). În 1997, producția de trona din cinci mine a fost de 16,5 milioane de tone (Harris, 1997). Trona este rafinată în cenușă de sodă (Na₂CO₃) utilizat la fabricarea sticlei și a sticlei plate, a bicarbonatului de sodiu, a săpunului și a detergenților, a substanțelor chimice pentru tratarea deșeurilor și a multor alte substanțe chimice industriale. O tonă de cenușă de sodă este obținută din aproximativ două tone de minereu de trona. Wyoming trona furnizează aproximativ 90 la sută din necesarul de cenușă de sodă din SUA; în plus, aproximativ o treime din totalul de cenușă de sodă produsă de Wyoming este exportat.

În partea mai adâncă a bazinului Piceance Creek, șistul petrolier Green River conține o resursă potențială de gaz natural, însă recuperarea economică a acesteia este discutabilă (Cole și Daub, 1991). Gazul natural este prezent și în zăcămintele de șisturi petroliere din Green River din sud-vestul Wyomingului și probabil în șisturile petroliere din Utah, dar în cantități necunoscute. Un rezumat al șisturilor petroliere și al resurselor minerale ale Formației Râurilor Verzi din Colorado, Wyoming și Utah este prezentat în tabelul 8.

Șisturi de petrol devonian-Mississippian de est:

-Mediul de depozitare

Șisturile marine bogate în organice negre și sedimentele asociate Devonian târziu și Mississippian timpuriu stau la baza a aproximativ 725.000 km² în estul Statelor Unite. Aceste șisturi au fost exploatate timp de mai mulți ani ca resursă de gaz natural, dar au fost considerate, de asemenea, ca o potențială resursă de grad scăzut de ulei de șist și uraniu (Roen și Kepferle, 1993; Conant și Swanson, 1961).

De-a lungul anilor, geologii au aplicat multe denumiri locale acestor șisturi și roci asociate, inclusiv Chattanooga, New Albany, Ohio, Sunbury, Antrim și altele. Un grup de documente care detaliază stratigrafia, structura și potențialul de gaze al acestor roci din estul Statelor Unite au fost publicate de SUA Geological Survey (Roen și Kepferle, 1993).

Șisturile negre au fost depuse în timpul devonianului târziu și al Mississippianului timpuriu, într-o mare mare epeirică, care a acoperit o mare parte din mijlocul și estul Statelor Unite, la est de râul Mississippi. Zona a cuprins platforma interioară largă, superficială, la vest, care se orientează spre est în Bazinul Apalahian. Adâncimea până la baza șisturilor negre Devonian-Mississippian variază de la expunerile de suprafață pe Platforma Interioară la peste 2.700 m de-a lungul axei de depozitare a Bazinului Apalahian (de Witt și alții, 1993, pl. 1).

Marea Devoniană târzie a fost relativ superficială, cu acțiuni minime de curent și val, la fel ca mediul în care s-a depus Șistul Alum al Suediei în Europa. O mare parte din materia organică din sistul negru este bituminita amorfă, deși câteva organisme fosile structurate cum ar fi Tasmanite, Botryococcus, Foerstia, iar alții au fost recunoscuți. Conodonturile și brachiopodele linguloide sunt distribuite puțin prin unele paturi. Deși o mare parte din materia organică este amorfă și de origine incertă, se consideră, în general, că o mare parte a acesteia a fost derivată din alge planctonice.

În părțile distale ale mării Devonian, materia organică s-a acumulat foarte lent, împreună cu sedimente argiloase cu granulație fină, în apele slab oxigenate, fără organisme înfundate. Conant și Swanson (1961, p. 54) au estimat că 30 cm din partea superioară a șisturilor de Chattanooga depuse pe Platforma Interioară din Tennessee ar putea reprezenta până la 150.000 de ani de sedimentare.

Șisturile negre se îngroașă spre est în Bazinul Apalahian, din cauza unor cantități din ce în ce mai mari de sedimente clastice care au fost vărsate în marea Devoniană de pe tărâmul Apalahian aflat la estul bazinului. Piritul și marcasitul sunt minerale autenigenice abundente, dar mineralele carbonatate sunt doar o fracțiune minoră din materia minerală.

-Resurse

Resursa de șisturi petroliere se află în acea parte a platformei interioare, unde șisturile negre sunt cele mai bogate și cele mai apropiate de suprafață. Deși este cunoscută de mult timp să producă ulei la retort, materia organică din șistul negru Devonian-Mississippian produce doar aproximativ jumătate din cantitatea de materie organică din șisturile de ulei de la Green River, care se crede că este atribuită diferențelor de tipul de materie organică (sau tip de carbon organic) în fiecare dintre șisturile de ulei. Șistul petrolier Devonian-Mississippian are un raport mai mare între carbonul aromatic și cel organic alifatic decât șistul de ulei Green River și se arată prin echilibrul material Fischer afirmă că produce mult mai puțin ulei de șist și un procent mai mare de reziduuri de carbon (Miknis, 1990).

Șisturile de ulei hidroretortant Devonian-Mississippian pot crește randamentul uleiului cu mai mult de 200 la sută din valoarea determinată prin testul Fischer. În schimb, conversia materiei organice în ulei prin hidroretortare este mult mai mică pentru șisturile de ulei de la Green River, aproximativ 130 până la 140 la sută din valoarea testului Fischer. Alte șisturi de ulei marin răspund, de asemenea, favorabil la hidroretortare, cu randamente la fel de mult sau mai mult de 300% din testul Fischer (Dyni și alții, 1990).

Matthews și alții (1980) au evaluat șisturile petroliere Devonian-Mississippian în zonele platformei interioare, unde șisturile sunt suficient de bogate în materie organică și suficient de aproape de suprafață pentru a fi minabile prin groapa deschisă. Rezultatele investigațiilor din Alabama, Illinois, Indiana, Kentucky, Ohio, Michigan, estul Missouri, Tennessee și Virginia de Vest au indicat că 98 la sută din resursele minere aproape de suprafață se află în Kentucky, Ohio, Indiana și Tennessee (Matthews, 1983) .

Criteriile pentru evaluarea resursei de șisturi petroliere Devonian-Mississippian utilizate de Matthews și alții (1980) au fost:

1. Conținut de carbon organic: = 10% în greutate
2. Suprasolicitare: = 200 m
3. Raport de stripare: = 2,5: 1
4. Grosimea patului de șist: = 3 m
5. Minerit și hidroortortare în groapă

Pe baza acestor criterii, resursele totale de ulei de șist Devonian-Mississippian au fost estimate la 423 de miliarde de barili (61 de miliarde de tone).