Sadržaj
- Što je Shale?
- Upotrebe Šale
- Konvencionalna nafta i prirodni plin
- Nekonvencionalna nafta i prirodni plin
- Škriljac se koristi za proizvodnju gline
- Škriljevac koji se koristi za proizvodnju cementa
- Nafta iz škriljaca
- Sastav škriljaca
- Boje Šale
- Crni i sivi škriljac
- Crveni, smeđi i žuti šal
- Zelena škriljaca
- Hidraulička svojstva škriljaca
- Tehnička svojstva škriljaca
- Ekspanzivna tla
- Stabilnost nagiba
- Okruženja taloženja škriljaca
Shale: Škriljac se raspada na tanke komade s oštrim rubovima. Javlja se u širokom rasponu boja koje uključuju crvenu, smeđu, zelenu, sivu i crnu. To je najčešća sedimentna stijena i nalazi se u sedimentnim bazenima širom svijeta.
Što je Shale?
Škriljac je sitnozrnata sedimentna stijena koja nastaje sabijanjem mulja i mineralnih čestica gline veličine koje obično nazivamo "blato". Ovaj sastav svrstava škriljevce u kategoriju sedimentnih stijena poznatih kao "blatni kameni". Škriljac se razlikuje od ostalih blatnih kamena po tome što je cijepan i laminiran. "Laminirano" znači da je stijena sastavljena od mnogih tankih slojeva. "Fissile" znači da se stijena lako dijeli na tanke komade duž slojeva.
Upotrebe Šale
Neki škriljci imaju posebna svojstva zbog kojih su im važni resursi. Crne škriljevice sadrže organski materijal koji se ponekad raspada da bi tvorio prirodni plin ili naftu. Ostali se škriljevci mogu drobiti i miješati s vodom da bi se stvorile gline koje se mogu napraviti u različite korisne predmete.
Konvencionalno rezervoar za naftu i prirodni plin: Ovaj crtež ilustrira "antiklinalnu zamku" koja sadrži naftu i prirodni plin. Jedinice sive stijene su nepropusni škriljac. Nafta i prirodni plin formiraju se unutar ovih škriljaca, a zatim migriraju prema gore. Dio nafte i plina postaje zarobljen u žutom pješčenjaku da bi stvorio rezervoar nafte i plina. Riječ je o "konvencionalnom" rezervoaru - što znači da nafta i plin mogu prolaziti kroz porni prostor pješčenjaka i biti proizvedeni iz bušotine.
Konvencionalna nafta i prirodni plin
Crni organski škriljevci izvor su stijena za mnoge najvažnije nalazišta nafte i prirodnog plina u svijetu. Ove škriljevce dobivaju svoju crnu boju od sitnih čestica organske tvari koje su se taložile s blatom iz kojeg su se škriljevci formirali. Kako se blato zakopalo i zagrijavalo u zemlji, dio organskog materijala pretvoren je u naftu i prirodni plin.
Nafta i prirodni plin migrirali su iz škriljaca i gore kroz sedimentnu masu zbog svoje niske gustoće. Nafta i plin često su bili zarobljeni u porastim površinama iznad kamene jedinice poput pješčenjaka (vidi sliku). Ove vrste ležišta nafte i plina poznate su kao "konvencionalni rezervoari", jer se tekućine lako mogu provući kroz pore stijene i u ekstrakcijski bunar.
Iako bušenje može izvući velike količine nafte i prirodnog plina iz stijena, većina toga ostaje zarobljena u škriljcu. Ova nafta i plin vrlo je teško ukloniti, jer su zarobljeni u sitnim porama ili adsorbirani na glinene mineralne čestice koje čine škriljac.
Nekonvencionalno rezervoar nafte i plina: Ovaj crtež ilustrira nove tehnologije koje omogućuju razvoj nekonvencionalnih polja nafte i prirodnog plina. U tim se plinskim poljima nafta i plin zadržavaju u škriljcima ili drugoj kamenoj jedinici koja je nepropusna. Za proizvodnju te nafte ili plina potrebne su posebne tehnologije. Jedan od njih je vodoravno bušenje, u kojem je vertikalni bušotina odstupljena od vodoravne, tako da će prodrijeti na veliku udaljenost stijenskog ležišta. Drugi je hidraulično lomljenje. Ovom tehnikom jedan dio bušotine se hermetički zatvara i pumpa se voda da se stvori pritisak koji je dovoljno visok da lomi okolnu stijenu. Rezultat je visoko lomljivi rezervoar prožet velikim duljinom provrta.
Nekonvencionalna nafta i prirodni plin
Krajem 1990-ih, tvrtke za bušenje prirodnog plina razvile su nove metode oslobađanja nafte i prirodnog plina koji su zarobljeni u malenim porama prostora škriljevca. Ovo je otkriće značajno jer je otključalo neke od najvećih nalazišta prirodnog plina na svijetu.
Teksaška škrilja Barnett bila je prvo veliko polje prirodnog plina razvijeno u stijeni u rezervoaru iz škriljaca. Proizvodnja plina iz škriljaca Barnett bila je izazov. Prostori pora u škriljcu su tako sitni da plin ima poteškoće s kretanjem kroz škriljac i u bunar. Drilleri su otkrili da bi mogli povećati propusnost škriljaca ispumpavanjem vode u bunar pod pritiskom koji je bio dovoljno visok da lomi škriljac. Ovi lomovi su oslobodili dio plina iz pora i omogućili tom plinu do izvora. Ova tehnika je poznata kao "hidraulično lomljenje" ili "hidrofrakcija".
Drilleri su također naučili kako bušiti do nivoa škriljaca i okretati bunar za 90 stupnjeva kako bi se bušio horizontalno kroz jedinicu stijene iz škriljaca. To je proizvelo bunar s vrlo dugom "plaćom zonom" kroz stijensku stijenu (vidi sliku). Ova metoda je poznata kao "horizontalno bušenje".
Horizontalno bušenje i hidraulično lomljenje revolucionirali su tehnologiju bušenja i otvorili put razvoju nekoliko ogromnih polja prirodnog plina. Tu spadaju Škriljevo Marcellus u Appalachians, Shale Haynesville u Louisiani i Shale Fayetteville u Arkansasu. U tim ogromnim rezervoarima iz škriljaca nalazi se dovoljno prirodnog plina da bi mogao služiti svim američkim potrebama tijekom dvadeset i više godina.
Škriljevac u opeci i crijepu: Škriljac se koristi kao sirovina za izradu mnogih vrsta cigle, crijepa, cijevi, lončarskih proizvoda i drugih proizvedenih proizvoda. Cigla i crijep su neki od najčešće korištenih i vrlo poželjnih materijala za izgradnju kuća, zidova, ulica i komercijalnih građevina. Autorska prava slike iStockphoto / Guy Elliott.
Škriljac se koristi za proizvodnju gline
Svi imaju kontakt s proizvodima od škriljaca. Ako živite u ciglanoj kući, vozite ciglom od cigle, živite u kući s krovom od crijepa ili držite biljke u loncima "terra cotta", svakodnevno imate kontakt s predmetima koji su vjerojatno napravljeni od škriljaca.
Prije mnogo godina ti isti predmeti izrađeni su od prirodne gline. Međutim, velika upotreba iscrpila je većinu malih ležišta gline. Potrebni novom izvoru sirovina, proizvođači su ubrzo otkrili da će miješanjem fino mljevenog škriljaca s vodom nastati glina koja često ima slična ili superiorna svojstva. Danas je većina predmeta koji su nekada proizvedeni od prirodne gline zamijenjeni gotovo identičnim predmetima od gline proizvedene miješanjem sitno mljevenih škriljaca s vodom.
Rock & Mineral Kitovi: Nabavite komplet od kamena, kamena ili fosila da biste saznali više o materijalima Zemlje. Najbolji način za učenje o stijenama je raspolaganje uzorcima za testiranje i ispitivanje.
Škriljevac koji se koristi za proizvodnju cementa
Cement je još jedan uobičajeni materijal koji se često izrađuje iz škriljaca. Za dobivanje cementa, drobljeni vapnenac i škriljac zagrijavaju se na temperaturu dovoljno visoku da isparava svu vodu i razgradi vapnenac na kalcijev oksid i ugljični dioksid. Ugljični dioksid gubi se kao emisija, ali kalcijev oksid u kombinaciji s zagrijanom škriljevcem čini prah koji će se stvrdnuti ako se pomiješa s vodom i ostavi da se osuši. Cement se koristi za izradu betona i mnogih drugih proizvoda za građevinsku industriju.
Nafta iz škriljaca: Stijena koja sadrži značajnu količinu organskog materijala u obliku čvrstog kerogena. Do 1/3 stijene može biti čvrst organski materijal. Ovaj uzorak je širok približno četiri inča (deset centimetara).
Nafta iz škriljaca
Uljni škriljac je stijena koja sadrži značajne količine organskog materijala u obliku kerogena. Do 1/3 stijene može biti čvrst kerogen. Tekući i plinoviti ugljikovodici mogu se izvući iz uljnih škriljaca, ali stijena se mora zagrijati i / ili tretirati otapalima. To je obično mnogo manje učinkovito od bušenja stijena koje će donijeti naftu ili plin izravno u bušotinu. Izvlačenje ugljikovodika iz naftnih škriljaca stvara emisije i otpadne proizvode koji izazivaju značajne probleme okoline. To je jedan od razloga zašto na svijetu široka nalazišta naftnih škriljaca nisu agresivno korištena.
Naftni škriljac obično ispunjava definiciju "škriljaca" po tome što je to "laminirana stijena koja se sastoji od najmanje 67% minerala gline". Međutim, ponekad sadrži dovoljno organskih materijala i karbonatnih minerala od kojih glineni minerali čine manje od 67% stijene.
Uzorci jezgre iz škriljaca: Kad se izbuši škriljac za procjenu nafte, prirodnog plina ili mineralnih resursa, iz bušotine se često izvlači jezgra. Stijena u jezgri tada se može testirati kako bi se saznalo o njenom potencijalu i kako se potencijal najbolje može razvijati.
Sastav škriljaca
Škriljac je stijena sastavljena uglavnom od mineralnih zrna veličine gline. Ova sitna zrna obično su minerali gline poput ilitita, kaolinita i smektita. Škriljevac obično sadrži druge mineralne čestice gline poput kvarca, kestena i feldspar. Ostali sastojci mogu uključivati organske čestice, karbonatne minerale, minerale željezovog oksida, sulfidne minerale i teška mineralna zrna. Ti "drugi sastojci" u stijeni često se određuju u okolišu taloženja škriljaca i oni često određuju boju stijene.
Crni škriljac: Crna škriljac organski bogat. Prirodni plin i nafta ponekad su zarobljeni u sitnim porama ove vrste škriljaca.
Boje Šale
Kao i većina stijena, boja škriljaca često se određuje prisutnošću specifičnih materijala u manjim količinama. Samo nekoliko posto organskih materijala ili željeza može značajno promijeniti boju stijene.
Igra iz škriljca: Od kraja 1990-ih, deseci prethodno neproduktivnih crnih organskih škriljaca uspješno su razvijeni u vrijedna plinska polja. Pogledajte članak: "Što je plin iz škriljca?"
Crni i sivi škriljac
Crna boja u sedimentnim stijenama gotovo uvijek ukazuje na prisutnost organskih materijala. Samo jedan ili dva posto organskih materijala može dati kamenu tamno sivu ili crnu boju. Uz to, ova crna boja gotovo uvijek podrazumijeva da se škriljevac nastao iz sedimenta taloži u okruženju sa nedostatkom kisika. Svaki kisik koji je ušao u okoliš brzo je reagirao s raspadajućim organskim ostacima. Kad bi bila prisutna velika količina kisika, organske krhotine bi propadale. Okoliš siromašan kisikom također pruža odgovarajuće uvjete za stvaranje sulfidnih minerala poput pirita, drugog važnog minerala koji se nalazi u većini crnih škriljaca.
Prisutnost organskih otpadaka u crnim škriljevcima čini ih kandidatima za proizvodnju nafte i plina. Ako se organski materijal nakon ukopa očuva i pravilno zagrijava, može se proizvesti nafta i prirodni plin. Barnett Shale, Marcellus Shale, Haynesville Shale, Fayetteville Shale i ostale stijene za proizvodnju plina sve su tamno sive ili crne škriljevce koje daju prirodni plin. Baklinski škriljac iz Sjeverne Dakote i Teksaški orao Eagle iz Teksasa primjeri su škriljaca koji daju ulje.
Sivi škriljevci ponekad sadrže malu količinu organske tvari. Međutim, sivi škriljevci mogu biti i stijene koje sadrže vapnenaste materijale ili jednostavno glinene minerale koji rezultiraju sivom bojom.
Utica i Marcellus Shale: Smatra se da dvije crne škriljevke u bazenu Appalachian sadrže dovoljno prirodnog plina za opskrbu Sjedinjenih Država nekoliko godina. To su Škriljac Marcellus i Utica Shale.
Crveni, smeđi i žuti šal
Škriljevi koji se talože u okruženjima bogatim kisikom često sadrže sitne čestice željezovog oksida ili minerala željeznog hidroksida poput hematita, goetita ili limonita. Samo nekoliko posto ovih minerala distribuiranih kroz stijenu može proizvesti crvenu, smeđu ili žutu boju izloženu mnogim vrstama škriljaca. Prisutnost hematita može stvoriti crveni škriljac. Prisutnost limonita ili goetita može stvoriti žuti ili smeđi škriljac.
Zelena škriljaca
Povremeno se nalaze zeleni škriljevci. To ne bi trebalo biti iznenađujuće, jer neki od minerala gline i mikrota koji čine velik dio volumena ovih stijena tipično su zelenkaste boje.
Dobro škriljac iz prirodnog plina: Za manje od deset godina, škriljac je naglo opao u energetskom sektoru. Nove metode bušenja i bušenja bušotina, poput hidrauličkog lomljenja i vodoravnog bušenja, mogu uljepšati naftu i prirodni plin zarobljeni unutar tijesne matrice organskih škriljaca. Autorska prava slike iStockphoto / Edward Todd.
Hidraulička svojstva škriljaca
Hidraulička svojstva su karakteristike stijene kao što su propusnost i poroznost koja odražavaju njezinu sposobnost zadržavanja i prijenosa tekućina poput vode, nafte ili prirodnog plina.
Škriljac ima vrlo malu veličinu čestica, pa su međuprostorni prostori vrlo mali. U stvari su toliko male da se nafta, prirodni plin i voda teško kreću kroz stijenu.Škriljac može, dakle, poslužiti kao kapuljača za zamke nafte i prirodnog plina, a također je akviklju koji blokira ili ograničava protok podzemne vode.
Iako su međuprostorni prostori u škriljcu vrlo mali, oni mogu zauzeti značajan volumen stijene. To omogućava škriljcu da zadrži značajne količine vode, plina ili nafte, ali ne može ih učinkovito prenijeti zbog male propusnosti. Naftna i plinska industrija prevazilazi ta ograničenja škriljaca pomoću horizontalnog bušenja i hidrauličnog lomljenja kako bi se stvorila umjetna poroznost i propusnost unutar stijene.
Neki od minerala gline koji se javljaju u škriljcu imaju sposobnost apsorbiranja ili adsorpcije velikih količina vode, prirodnog plina, iona ili drugih tvari. Ovo svojstvo škriljaca može mu omogućiti da selektivno i odlučno drži ili slobodno oslobađa tekućine ili ione.
Ekspanzivna karta tla: Američki geološki institut pripremio je generaliziranu mapu ekspanzivnih tla za niže 48 država.
Tehnička svojstva škriljaca
Škriljevci i tla dobivena na njima su neki od najproblematičnijih materijala na kojem se treba graditi. Podložne su promjenama u volumenu i kompetentnosti koje ih obično čine nepouzdanim građevinskim supstratima.
odron: Škriljac je stijena koja je sklona klizištu.
Ekspanzivna tla
Minerali gline u nekim tlima iz škriljaca imaju sposobnost upijanja i ispuštanja velikih količina vode. Ova promjena sadržaja vlage obično prati promjenu volumena koja može biti i do nekoliko posto. Ti se materijali nazivaju "ekspanzivna tla". Kad ta tla postanu vlažna, nabubre se, a kad se osuše, smanjuju se. Zgrade, ceste, komunalni vodovi ili druge građevine postavljene na ili unutar ovih materijala mogu se oslabiti ili oštetiti promjenom sile i pokreta. Ekspanzivna tla jedan su od najčešćih uzroka oštećenja temelja na zgradama u Sjedinjenim Državama.
Delta škriljaca: Delta je talog taloga koji nastaje kada struja uđe u stajaće vodeno tijelo. Brzina struje potoka naglo se smanjuje i sedimenti se talože na dno. Delta je mjesto na kojem se odlaže najveći volumen zemaljskog blata. Gornja slika je satelitski prikaz delte Mississippi, prikazuje njezine distribucijske kanale i interdistribucijske naslage. Svijetloplava voda koja okružuje deltu natopljena je sedimentom.
Stabilnost nagiba
Škriljac je stijena koja je najčešće povezana s klizištima. Vremenske prilike transformiraju škriljac u tlo bogato glinom koje obično ima vrlo malu čvrstoću smicanja, posebno kada je vlažno. Kad su ovi materijali male čvrstoće vlažni i na strmoj padini, mogu se polako ili brzo kretati niz padinu. Preopterećenje ili iskopavanje ljudi često će pokrenuti neuspjeh.
Škriljac na Marsu: Škriljac je također vrlo uobičajena stijena na Marsu. Ovu fotografiju snimila je kamera s jarbolom Mars Curiosity Rover. Prikazuje tanko podložene cijepljene škriljevce koji istječu u krateru Gale. Radoznalost je izbušila rupe u stijenama Gale Cratera i prepoznala minerale gline u reznicama. NASA slika.
Okruženja taloženja škriljaca
Nakupljanje blata započinje kemijskim vremenskim utjecajem stijena. Ovakvim vremenskim utjecajem lomi se stijene u minerale od gline i druge sitne čestice koje često postaju dio lokalnog tla. Kišna oluja mogla bi isprati sitne čestice tla s kopna i u potoke dajući potocima "blatan" izgled. Kad se potok uspori ili uđe u stajaće vodeno tijelo poput jezera, močvare ili oceana, čestice blata talože se na dno. Ako se neometano i zakopa, ovo nakupljanje blata može se transformirati u sedimentnu stijenu poznatu kao "blatni kamen". Tako se formira većina škriljaca.
Proces formiranja škriljaca nije ograničen na Zemlju. Marsovski veslači pronašli su na Marsu mnoštvo izdanaka s sedimentnim stijenskim jedinicama koje izgledaju poput škriljaca na Zemlji (vidi fotografiju).