Ležišta uljnih škriljaca Sjedinjenih Država | Karta, geologija i resursi

Sadržaj

• Formiranje zelene rijeke:
• -Geologija
• Povijesni razvoj
• - Resursi naftnih derivata
• -Ostali mineralni resursi
• Istočnovonsko-misipska naftna škriljaca:
• -Depozicijsko okruženje
• -Resursi

Američki uljni škriljac: Karta područja koja su podcrtana formacijom Green River u Coloradu, Utahu i Wyomingu, Sjedinjene Države (nakon Dyni, 2005.) i glavnih područja površinski obradivih devonskih škriljaca u istočnim Sjedinjenim Državama (nakon Matthewa i drugih 1980). Kliknite za povećanje karte.

U Sjedinjenim Državama postoje brojna nalazišta uljnih škriljaca, od pretkambrijskog do tercijarnog doba. Dva najvažnija ležišta nalaze se u eocenskoj formaciji zelene rijeke u Koloradu, Wyomingu i Utahu te u devonsko-misisipskim crnim škriljevcima na istoku Sjedinjenih Država. Naftni škriljac povezan s ležištima uglja doba Pennsylvanije također je na istoku Sjedinjenih Država. Poznato je da se za druga ležišta nalaze u Nevadi, Montani, Aljasci, Kansasu i drugdje, ali oni su ili premali, preniskog stupnja ili još uvijek nisu dovoljno dobro istraženi (Russell, 1990, str. 82-157) da bi bili koji se smatraju resursima za potrebe ovog izvješća. Zbog svoje veličine i stupnja, većina je istraživanja usredotočena na Zelenu rijeku i Devonsko-Misisipske naslage.

Formiranje zelene rijeke:

-Geologija

Lakustrinski sedimenti Zelene riječne formacije taloženi su u dva velika jezera koja su zauzimala 65.000 km2 u nekoliko sedimentno-strukturnih bazena u Coloradu, Wyomingu i Utahu tijekom ranog proreda srednjoeocenskog vremena. Uspon planine Uinta i njeno produženje prema istoku, anticiklina Aksijalnog bazena, razdvajaju ove slivove. Sustav jezera Green River postojao je više od 10 milijuna godina u vrijeme tople umjerene do suptropske klime. Tijekom dijelova njihove povijesti, bazeni jezera bili su zatvoreni, a vode su postale izrazito slane.

Fluktuacije u količini dotočnih vodotoka uzrokovale su velika širenja i kontrakcije jezera o čemu svjedoči rašireno međusobno miješanje slojeva lapornog lakrustrina s koritima kopnenih pješčenjaka i muljevitih kamena. Tijekom sušnih vremena jezera su se skupljala, a vode su postajale slanije i lužnije. Sadržaj topljivih natrijevih karbonata i klorida u vodi u jezeru povećan je, dok su manje topivi dvovalentni Ca + Mg + Fe karbonati taloženi sedimentima bogatim organskim uljima. Tijekom suhih razdoblja, vode jezera dosegle su slanosti dovoljne za taloženje korita nahkolita, halita i trone. Vode sedimentne pore bile su dovoljno slane da talože diseminirane kristale nahcolita, shortite i dawsonite zajedno s nizom drugih autohtonih karbonatnih i silikatnih minerala (Milton, 1977).

Značajni aspekt mineralogije je potpuni nedostatak autentičnih sulfatnih minerala. Iako je sulfat vjerojatno glavni anion u vodama potoka koji ulaze u jezera, sumporni ion je vjerojatno potpuno potrošen bakterijama koje reduciraju sulfat u jezerskim i sedimentnim vodama prema sljedećoj generaliziranoj reakciji smanjenja oksidacije:

2CH₂O + SO₄^-2 ? 2HCO₃^-1 + H₂S

Imajte na umu da se na svaki molek sulfata stvaraju dva mola bikarbonata. Rezultirajući vodikov sulfid mogao bi ili reagirati s dostupnim Fe ++ da bi se istaložio kao mineral željezovog sulfida ili mogao pobjeći iz sedimenata kao plin (Dyni, 1998). Ostali glavni izvori karbonata uključuju alge koje izlučuju kalcijev karbonat, hidroliza silikatnih minerala i izravan unos iz dotoka.

Topla alkalna jezerska jezera eocenskih zelenih rijeka pružala su izvrsne uvjete za obilni rast plavo-zelenih algi (cijanobakterija) za koje se smatra da su glavni prethodnik organske materije u uljnom škriljevcu. U doba osvježavajuće vode jezera su ugošćivala razne ribe, raže, školjke, gastropodi, ostracode i drugu vodenu faunu. Područja perifernih jezera podržavala su velik i raznolik skup kopnenih biljaka, insekata, vodozemaca, kornjača, guštera, zmija, krokodila, ptica i brojnih sisavaca (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; i Grande, 1984).

Povijesni razvoj

Pojava uljnih škriljaca u formaciji Green River u Coloradu, Utahu i Wyomingu poznata je već dugi niz godina. Tijekom ranih 1900-ih jasno je utvrđeno da su ležišta u rijeci Green glavni izvor nafte iz škriljaca (Woodruff and Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). Tijekom tog ranog razdoblja, istražena je Zelena rijeka i druga ležišta, uključujući uljni škriljac morske fosforske formacije permijskog doba u Montani (Bowen, 1917; Condit, 1919) i naftni škriljac u koritima tercijarnog jezera u blizini Elka, Nevada (Winchester, 1923).

1967. američko Ministarstvo unutrašnjih poslova započelo je opsežan program za istraživanje komercijalizacije naftnih škriljaca u Green Riveru. Dramatična poskupljenja nafte koja su posljedica OPAR-ovog embarga na naftu 1973-74. Godine pokrenula su još jedno ponovno oživljavanje naftnih škriljaca tijekom 1970-ih i početkom 1980-ih. 1974. nekoliko parcela javnih naftnih škriljaca u Coloradu, Utahu i Wyomingu objavljeno je za nadmetanje u okviru Saveznog programa za iznajmljivanje naftnih škriljaca. Dva trakta iznajmljena su u Koloradu (C-a i C-b), a dva u Utahu (U-a i U-b) naftnim kompanijama.

Na traktima C-a i C-b izgrađeni su veliki podzemni rudarski objekti, uključujući vertikalne osovine, ulaze u prostor i stupove i modificirane in-situ retorte, ali nafta iz škriljaca nije bila proizvedena. Za to vrijeme, Unocal Oil Company razvijala je svoje naftne škriljevce na zemljištu u privatnom vlasništvu na južnoj strani sliva Piceance Creek. Objekti su uključivali rudnik za prostor i stupove s površinskim ulazom, retor od 10 000 barela dnevno (1.460 tona dnevno) i postrojenje za nadogradnju. Nekoliko milja sjeverno od posjeda Unocal, korporacija Exxon otvorila je rudnik soba i stupa s površinskim ulazom, teretnim putevima, odlagalištem otpadaka i akumulacijom i branom.

U 1977-78. Godine, Ministarski ured rudnika SAD otvorio je pokusni rudnik koji je obuhvaćao osovinu duboku 723 metra s nekoliko ulaza u sobu i stup u sjevernom dijelu bazena Piceance Creek radi provođenja istraživanja dubljih ležišta uljnih škriljaca, koji se miješaju s nahkolitom i dawsonitom. Lokalitet je zatvoren krajem 1980-ih.

Tri energetske kompanije potrošile su oko 20 milijuna dolara na U-a / U-b traktate u Utahu kako bi potonule vertikalnu osovinu duboku 313 m i nagnute put za vuču do visokokvalitetne zone uljnih škriljaca i otvorile nekoliko malih ulaza. Ostali sadržaji obuhvaćali su zgradu minske službe, postrojenja za pročišćavanje vode i kanalizacije i nasip za zadržavanje vode.

Projekt Seep Ridge smješten je južno od U-a / U-b traktata, koji su financirali Geokinetics, Inc. i američko Ministarstvo energetike, proizveli su ulje iz škriljaca iz plinskog in-situ metoda retortacije. Proizvedeno je nekoliko tisuća barela škriljaca.

Postrojenje za ukrcavanje škriljaca Unocal bio je posljednji veliki projekt proizvodnje nafte iz škriljaca iz formacije Green River. Gradnja postrojenja započela je 1980., a kapitalna investicija za izgradnju rudnika, remont, nadogradnju postrojenja i ostale objekte iznosila je 650 milijuna dolara. Unocal je proizveo 657.000 tona (oko 4,4 milijuna bbl) škriljaca, koje je isporučeno u Chicago za preradu u transportna goriva i druge proizvode u okviru programa koji je djelomično subvencionirala američka vlada. Prosječna stopa proizvodnje u posljednjim mjesecima rada bila je oko 875 tona (oko 5.900 barela) škriljaca dnevno; objekt je zatvoren 1991. godine.

U posljednjih nekoliko godina, Shell Oil Company započeo je eksperimentalni terenski projekt za prikupljanje nafte iz škriljaca vlastitom in-situ tehnikom. Neki detalji o projektu javno su objavljeni, a čini se da rezultati do danas (2006.) favoriziraju kontinuirano istraživanje.

- Resursi naftnih derivata

Kako su postajala poznatija ležišta iz škriljaca u Green Riveru u Koloradu, procjene resursa povećale su se s oko 20 milijardi barela 1916., na 900 milijardi barela 1961, i na 1,0 bilijuna barela (~ 147 milijardi tona) 1989. (Winchester, 1916., str. 140; Donnell, 1961; Pitman i drugi, 1989.). Litološki presjek i sažetak izvora po uljnim škriljačkim zonama u slivu Piceance Creek prikazani su na slici 17.

Resursi naftnih škriljaca Green River u Utahu i Wyomingu nisu toliko poznati kao oni u Koloradu. Trudell i ostali (1983., str. 57) izračunali su izmjerene i procijenjene resurse nafte iz škriljaca na području od oko 5200 km² u istočnom slivu Uinte, Utah, trebalo bi biti 214 milijardi barela (31 milijardi tona), od čega se oko jedne trećine nalazi u zoni bogatih škriljaca s mahagonijskim uljima. Culbertson i drugi (1980., str. 17) procijenili su da su resursi iz naftnih škriljaca u formaciji Zelene rijeke u slivu Zelene rijeke na jugozapadu Wyominga bili 244 milijardi barela (~ 35 milijardi tona) nafte iz škriljaca.

Dodatna sredstva nalaze se i u slivu Washakie istočno od sliva rijeke Green na jugozapadu Wyominga. Trudell i ostali (1973) izvijestili su da nekoliko članova formacije Green River na Kinney Rumu na zapadnoj strani Washakiejskog bazena sadrži nizove uljnih škriljaca niskih do umjerenih u tri rupe u jezgri. Dva nastavka uljnih škriljaca u Laneyevom članu, debljine 11 i 42 m, prosječno su 63 l / t i predstavljaju čak 8,7 milijuna tona in situ inkrilca iz škriljaca po kvadratnom kilometru. Ukupna procjena resursa u slivu Washakie nije prijavljena zbog nedostatka podzemnih podataka.

-Ostali mineralni resursi

Pored fosilne energije, nalazišta škriljaca u Green Riveru u Koloradu sadrže i dragocjene resurse natrijevih karbonata, uključujući naholit (NaHCO₃) i dawsonite. Oba minerala miješaju se s visokokvalitetnim uljnim škriljevcima u dubokom sjevernom dijelu sliva. Dyni (1974) je ukupni resurs nahlitita procijenio na 29 milijardi tona. Beard i drugi (1974.) procijenili su gotovo jednaku količinu naholita i 17 milijardi tona dawsonita. Oba minerala imaju vrijednost sode pepela (Na₂CO3) i dawsonit također ima potencijalnu vrijednost za glinicu (Al₂O3) sadržaj. Potonji se mineral najvjerojatnije dobiva kao nusprodukt operacije uljnih škriljaca. Jedna je tvrtka naftni rudnik za proizvodnju natrijevog bikarbonata u sjevernom dijelu sliva Piceance Creek na dubinama od oko 600 m (Dan, 1998.). Još jedna tvrtka prestala je iskopavati otopinu nahcolite 2004. godine, ali sada obrađuje sodu pepeo dobivenu iz ležišta trona Wyoming za proizvodnju natrijevog bikarbonata.

Vrhunac Wilkins vrha u formaciji Green River u slivu rijeke Green na jugozapadu Wyominga sadrži ne samo ulje iz škriljaca već i najveći svjetski poznati prirodni natrijev karbonat kao trona (Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O).Resurs trone procjenjuje se na više od 115 milijardi tona u 22 kreveta u rasponu od 1,2 do 9,8 m debljine (Wiig i drugi, 1995.). 1997. godine proizvodnja trona iz pet rudnika iznosila je 16,5 milijuna tona (Harris, 1997.). Trona se rafinira u sodom pepelu (Na₂CO₃) koristi se u proizvodnji boca i ravnog stakla, sode bikarbone, sapuna i deterdženata, kemikalija za obradu otpada i mnogih drugih industrijskih kemikalija. Jedna tona soda pepela dobiva se iz oko dvije tone trona rude. Wyoming trona opskrbljuje oko 90 posto američkog potreba za pepelom; pored toga, oko trećine ukupnog proizvedenog sode pepela Wyoming izvozi se.

U dubljem dijelu sliva Piceance Creek, škriljac iz rijeke Green River sadrži potencijalni izvor prirodnog plina, ali njegov ekonomski oporavak je upitan (Cole i Daub, 1991.). Prirodni plin prisutan je i u naftnim škriljevima Green River u jugozapadnom Wyomingu i vjerojatno u uljnim škriljevcima u Utahu, ali u nepoznatim količinama. Sažetak uljnih škriljaca i mineralnih resursa formacije Green River u Coloradu, Wyomingu i Utahu dan je u tablici 8.

Istočnovonsko-misipska naftna škriljaca:

-Depozicijsko okruženje

Crna morska škriljaca bogata organskim vrstama i pripadajući sedimenti kasnog devonskog i ranog misisijskog doba leže u oko 725 000 km² na istoku Sjedinjenih Država. Ove se škriljac već dugi niz godina eksploatira kao izvor prirodnog plina, ali se smatraju i potencijalnim niskokvalitetnim resursom škriljacke nafte i urana (Roen i Kepferle, 1993; Conant i Swanson, 1961).

Tijekom godina geolozi su primijenili mnoga lokalna imena na ove škriljevce i pripadajuće stijene, uključujući Chattanooga, New Albany, Ohio, Sunbury, Antrim i druge. Američki geološki institut (Roen i Kepferle, 1993.) objavio je skup radova koji govore o stratigrafiji, strukturi i plinskom potencijalu ovih stijena u istočnim Sjedinjenim Državama.

Crne škriljevce naslagane su tijekom kasnog devonskog i ranog misipskog doba u velikom epeirskom moru koje je pokrivalo veći dio srednjih i istočnih Sjedinjenih Država istočno od rijeke Mississippi. Područje je obuhvaćalo široku, plitku, unutarnju platformu na zapadu koja se smješta prema istoku u Appalachian Basin. Dubina do baze devonsko-misisipskih crnih škriljaca kreće se od površinskih ekspozicija na unutarnjoj platformi do više od 2700 m duž osi taloženja u Appalachian kotlini (de Witt i drugi, 1993, njihov pl. 1).

Kasno devonsko more bilo je relativno plitko s minimalnom strujom i djelovanjem valova, slično okruženju u kojem je Alumski škriljac bio odložen u Europi. Veliki dio organske tvari u crnom škriljevcu je amorfni bituminit, iako je nekoliko strukturiranih fosilnih organizama poput Tasmaniti, Botryococcus, Foerstia, a drugi su prepoznati. Kondodanti i jezični brahiopodi rijetko su raspoređeni kroz neke slojeve. Iako je veći dio organske tvari amorfan i nesigurnog podrijetla, općenito se vjeruje da je velik dio proizveden iz planktonskih algi.

U udaljenim dijelovima девоnskog mora organska tvar akumulirala se vrlo sporo, zajedno s vrlo sitnozrnatim glinastim sedimentima u slabo kisikovanim vodama bez organizama koji se ukopavaju. Conant i Swanson (1961, str. 54) procijenili su da 30 cm gornjeg dijela škriljaca Chattanooga, pohranjenog na unutarnjoj platformi u Tennesseeju, može predstavljati čak 150 000 godina sedimentacije.

Crna škriljac se zadebljava na istok u Appalachian kotlinu zahvaljujući sve većoj količini klastičnih sedimenata koji su istjerani u девоnsko more iz appalahijskog gorja koje leži istočno od sliva. Pirit i markazit obilni su autohtični minerali, ali karbonatni minerali samo su mali dio mineralne materije.

-Resursi

Resurs nafte iz škriljaca nalazi se u onom dijelu unutarnje platforme na kojem su crni škriljci najbogatiji i najbliži površini. Iako je dugo poznato da proizvodi ulje prilikom retorgiranja, organska tvar u devonsko-misisipskom crnom škriljacu daje tek oko pola manje od organske materije iz uljnih škriljaca u rijeci Green River, za koju se smatra da se može pripisati razlikama u vrsti organske tvari (ili vrstu organskog ugljika) u svakoj od uljnih škriljaca. Devonsko-misisipska uljna škriljaca imaju veći omjer aromatskog i alifatskog organskog ugljika u odnosu na škriljevce iz rijeke Green River, a pokazuje materijalna ravnoteža koju Fischer pokušava dati mnogo manje ulja iz škriljaca i veći postotak ostataka ugljika (Miknis, 1990.).

Hidroretiranjem slavonskih škriljaca iz девоna i Misisipija može se povećati prinos nafte za više od 200 posto vrijednosti utvrđene Fischerovim testom. Suprotno tome, pretvaranje organske tvari u ulje hidroterapijom znatno je manje za škriljac iz rijeke Green River, oko 130 do 140 posto Fischerove vrijednosti. Ostali škriljaci iz morskog ulja također povoljno reagiraju na hidrorektor, s prinosima čak i više od 300 posto Fischerove analize (Dyni i drugi, 1990.).

Matthews i drugi (1980.) ocijenili su девоnsko-misizipske uljne škriljevce na područjima unutarnje platforme gdje su škriljevci dovoljno bogati organskom tvari i dovoljno blizu površine da se mogu otvoriti u jamu. Rezultati istraživanja u Alabami, Illinoisu, Indiani, Kentuckyju, Ohiju, Michiganu, istočnoj Missouriju, Tennesseeju i Zapadnoj Virdžiniji pokazali su da se 98 posto minskih resursa u blizini površine nalazi u Kentuckyju, Ohaju, Indiani i Tennesseeu (Matthews, 1983). ,

Kriteriji za evaluaciju девоnsko-misisipskog resursa iz škriljaca koji su koristili Matthews i drugi (1980.) bili su:

1. Sadržaj organskog ugljika: = 10 masenih postotaka
2. Preopterećenje: = 200 m
3. Omjer uklanjanja: = 2,5: 1
4. Debljina škriljevca: = 3 m
5. Otvaranje ruda i hidroretor

Na temelju tih kriterija procjenjuje se da su ukupni izvori nafte iz škriljaca u девоnu i Mississipiji na 423 milijardi barela (61 milijardi tona).