Skaly

Vklady ropných bridlíc v Spojených štátoch amerických



Reprint: Správa USA o vedeckom výskume geologického prieskumu USA 2005-5294, John R. Dyni
Ropná bridlica Spojených štátov amerických

Olejová bridlica v USA: Mapa plôch formovaných zelenou riekou v Colorade, Utahu a vo Wyomingu v Spojených štátoch (po Dyni, 2005) a hlavných oblastiach povrchovej ťažiteľnej bridlice Devón vo východných štátoch USA (po Matthews a ďalšie 1980). Kliknutím zväčšíte mapu.

V Spojených štátoch sa vyskytuje množstvo ložísk ropných bridlíc, od predkambrického po treťohorný. Dva najdôležitejšie ložiská sú v Eocene Green River Formation v Colorado, Wyoming a Utah a v devónsko-Mississippianských čiernych bridliciach vo východných Spojených štátoch. Ropná bridlica spojená s uhoľnými ložiskami Pennsylvanianovho veku je tiež vo východných Spojených štátoch. O ďalších ložiskách je známe, že sa nachádzajú v Nevade, Montane, Aljaške, Kansase a inde, ale sú buď príliš malé, príliš nízke, alebo ešte neboli dostatočne preskúmané (Russell, 1990, s. 82-157) na to, aby boli považované za zdroje na účely tejto správy. Väčšina vyšetrovaní sa z dôvodu svojej veľkosti a stupňa zamerala na ložiská Green River a Devonian-Mississippian.

Olejová bridlica - Country Menu

Formácia zelenej rieky:


-Geology

Lacustrínske sedimenty zelenej rieky sa ukladali do dvoch veľkých jazier, ktoré zaberali 65 000 km2 v niekoľkých sedimentárnych štruktúrnych povodiach v Coloradu, Wyomingu a Utahu počas skorého stredného obdobia Eocénu. Vrch povodia Uinta a jeho východné rozšírenie, antiklinika axiálnej panvy, tieto povodia oddeľujú. Systém jazier Green River existoval viac ako 10 miliónov rokov v období teplého mierneho až subtropického podnebia. Počas časti svojej histórie boli povodia jazier zatvorené a vody boli vysoko slané.

Kolísanie množstva pritekajúcich prúdových vôd spôsobilo veľké expanzie a kontrakcie jazier, čoho dôkazom je rozsiahle vzájomné prelínanie morských laustrínnych vrstiev s lôžkami pieskovca a pieskovca z krajiny. Počas vyprahnutých období sa jazerá zmenšili a voda sa stávala slanou a zásaditou. Obsah rozpustenej vody a uhličitanu sodného v vode sa zvýšil, zatiaľ čo menej rozpustné dvojmocné uhličitany Ca + Mg + Fe sa vyzrážali sedimentmi bohatými na organické látky. Počas najsuchších období dosiahli jazerné vody slanosti postačujúce na vyzrážanie ložísk nahcolitu, halitu a tróny. Vody sedimentových pórov boli dostatočne slané, aby vyzrážali rozptýlené kryštály nahcolitu, shortite a dawsonitu spolu s množstvom ďalších autentických uhličitanov a silikátových minerálov (Milton, 1977).

Pozoruhodný aspekt mineralogie je úplný nedostatok pôvodných síranových minerálov. Aj keď bol sulfát pravdepodobne hlavným aniónom v prúdových vodách vstupujúcich do jazier, síranový ión bol pravdepodobne celkom spotrebovaný baktériami znižujúcimi sírany v jazerných a sedimentárnych vodách podľa nasledujúcej zovšeobecnenej oxidačno-redukčnej reakcie:

2CH2O + SO4-2 ? 2HCO3-1 + H2S

Všimnite si, že pre každý mol redukovaného síranu sa tvoria dva móly hydrogenuhličitanu. Výsledný sírovodík by mohol buď reagovať s dostupným Fe ++ na precipitáciu ako minerály sulfidu železa, alebo unikať zo sedimentov ako plyn (Dyni, 1998). Medzi ďalšie hlavné zdroje uhličitanu patria riasy vylučujúce uhličitan vápenatý, hydrolýza kremičitanových minerálov a priamy vstup z prúdiacich tokov.

Teplé alkalické jazerné vody jazier Eocene Green River poskytli vynikajúce podmienky pre bohatý rast modrozelených rias (cyanobaktérie), o ktorých sa predpokladá, že sú hlavným predchodcom organických látok v olejovej bridlici. V období osviežujúcich vôd sa v jazerách nachádzalo množstvo rýb, lúčov, lastúrnikov, ulitníkov, ostracodes a ďalších vodných živočíchov. Periférne oblasti jazier podporovali rozsiahlu a rozmanitú sústavu rastlinných rastlín, hmyzu, obojživelníkov, korytnačiek, jašteríc, hadov, krokodílov, vtákov a početných cicavcov (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; a Grande, 1984).

- Historický vývoj

Výskyt ropných bridlíc vo formácii zelenej rieky v Colorade, Utahu a vo Wyomingu je známy už mnoho rokov. Na začiatku 20. storočia sa jasne preukázalo, že ložiská Green River boli hlavným zdrojom bridlicovej ropy (Woodruff and Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). Počas tohto skorého obdobia sa skúmala zelená rieka a ďalšie ložiská vrátane ropných bridlíc morskej fosforečnej formácie permského veku v Montane (Bowen, 1917; Condit, 1919) a ropných bridlíc v terciárnych jazerách blízko Elka, Nevada (Winchester, 1923).

V roku 1967 americké ministerstvo vnútra začalo rozsiahly program na preskúmanie komercializácie ložísk ropných bridlíc Green River. Dramatické zvýšenie cien ropy v dôsledku ropného embarga OPEC v rokoch 1973-74 spôsobilo ďalšie oživenie ropných bridlíc počas 70. a začiatkom 80. rokov 20. storočia. V roku 1974 bolo niekoľko pozemkov z verejných bridlíc v Colorade, Utahu a vo Wyomingu vyhlásených za konkurenčnú ponuku v rámci Federálneho programu na lízing ropných bridlíc. Dva okruhy boli prenajaté ropným spoločnostiam v Colorade (C-a a C-b) a dva v Utahu (U-a a U-b).

Na traktoch C-a a C-b boli vybudované veľké podzemné banské zariadenia vrátane vertikálnych šácht, vstupov do miestností a stĺpov a upravených stredísk na mieste, ale produkovala sa iba malá alebo žiadna bridlicová ropa. Počas tohto obdobia spoločnosť Unocal Oil Company rozvíjala svoje zariadenia na ťažbu ropných bridlíc na pozemkoch v súkromnom vlastníctve na južnej strane povodia rieky Piceance Creek. K vybaveniu patrila baňa s miestnosťami a stĺpmi s povrchovým vstupom, retorta 10 000 barelov / deň (1 460 ton / deň) a modernizácia. Niekoľko kilometrov severne od majetku Unocal otvorila spoločnosť Exxon Corporation baňu s miestnosťami a stĺpmi s povrchovým vstupom, cestnými dopravnými prostriedkami, skládkou odpadu a vodnou nádržou a priehradou.

V rokoch 1977 - 78 americký banský úrad otvoril experimentálnu baňu, ktorá zahŕňala šachtu s hĺbkou 723 m s niekoľkými vstupmi do miestnosti a stĺpu v severnej časti povodia rieky Piceance Creek, aby sa uskutočnil výskum hlbších nálezísk ropných bridlíc, ktoré sú zmiešané s nahcolitom a dawsonitom. Táto stránka bola na konci osemdesiatych rokov zatvorená.

Približne 80 miliónov dolárov vynaložili tri energetické spoločnosti v Utahu na úseky U-a / U-b v Utahu na potopenie vertikálnej šachty s hĺbkou 313 metrov a naklonenia nákladnej dopravy do vysokokvalitnej zóny ropných bridlíc a na otvorenie niekoľkých malých vstupov. K ďalším zariadeniam patrila budova banských služieb, čistiarne odpadových vôd a vodná nádrž.

Projekt Seep Ridge, ktorý sa nachádza južne od tratí U-a / U-b, financovaný spoločnosťou Geokinetics, Inc. a americkým ministerstvom energetiky, produkoval bridlicový olej metódou plytkej in situ situácie. Vyrobilo sa niekoľko tisíc barelov bridlicového oleja.

Závod na výrobu ropných bridlíc z Unocasu bol posledným významným projektom na výrobu bridlicového oleja zo zelenej rieky. Výstavba závodu sa začala v roku 1980 a kapitálové investície do výstavby bane, retorty, modernizácie závodu a ďalších zariadení boli 650 miliónov dolárov. Spoločnosť Unocal vyrobila 657 000 ton (približne 4,4 milióna bbls) bridlicového oleja, ktoré boli odoslané do Chicaga na rafináciu do pohonných hmôt a iných výrobkov v rámci programu čiastočne subvencovaného vládou USA. Priemerná miera produkcie v posledných mesiacoch prevádzky bola okolo 875 ton (okolo 5 900 barelov) bridlicového oleja za deň; zariadenie bolo zatvorené v roku 1991.

V posledných niekoľkých rokoch začala spoločnosť Shell Oil Company experimentálny poľný projekt na získavanie oleja z bridlíc pomocou patentovanej techniky in situ. Niektoré podrobnosti o projekte boli verejne oznámené a zdá sa, že doterajšie výsledky (2006) uprednostňujú pokračujúci výskum.

Zdroje bridlicového oleja

Keď sa ložiská ropných bridlíc Green River v Colorado stali známymi, odhady zdrojov sa zvýšili z približne 20 miliárd barelov v roku 1916, na 900 miliárd barelov v roku 1961 a na 1,0 bilióna barelov (~ 147 miliárd ton) v roku 1989 (Winchester, 1916, s. 140; Donnell, 1961; Pitman a ďalší, 1989). Na obrázku 17 je znázornená litologická časť a zhrnutie zdrojov ropných bridlíc v povodí Piceance Creek.

Zdroje ropných bridlíc Green River v Utahu a Wyomingu nie sú také známe ako zdroje v Colorade. Trudell a ďalší (1983, s. 57) vypočítali namerané a odhadované zdroje bridlicového oleja v oblasti asi 5 200 km2 vo východnej časti povodia Uinty v Utahu na 214 miliárd barelov (31 miliárd ton), z čoho približne jedna tretina je v bohatej mahagónskej bridlicovej zóne. Culbertson a ďalší (1980, s. 17) odhadovali zdroje bridlicovej bridlice vo formácii zelenej rieky v povodí zelenej rieky na juhozápade Wyomingu na 244 miliárd barelov (~ 35 miliárd ton) bridlicovej ropy.

Ďalšie zdroje sú tiež v povodí Washakie na východ od povodia rieky Green na juhozápade Wyomingu. Trudell a ďalší (1973) uviedli, že niekoľko členov útvaru Zelená rieka na Kinney Rim na západnej strane povodia Washakie obsahuje sekvencie troch až troch stupňov ťažby ropy v troch jadrových dierach. Dve sledy ropných bridlíc v Laneyho člene, hrubé 11 a 42 metrov, priemerne 63 l / t a predstavujú až 8,7 milióna ton oleja z bridlice in situ na štvorcový kilometer. Celkový odhad zdroja v umývadle Washakie nebol uvedený pre nedostatok údajov o podpovrchových údajoch.

-Ostatné nerastné zdroje

Okrem fosílnej energie obsahujú ložiská bridlice bridlice Green River v Colorade cenné zdroje minerálov uhličitanu sodného vrátane nahcolitu (NaHCO)3) a dawsonit NaAl (OH)2CO3, Obidve minerály sú zmiešané s vysoko kvalitnými olejovými bridlicami v hlbokej severnej časti povodia. Dyni (1974) odhadoval celkový zdroj nahcolitov na 29 miliárd ton. Beard a ďalší (1974) odhadovali takmer rovnaké množstvo nahcolitov a 17 miliárd ton dawsonitu. Obidva minerály majú hodnotu pre uhličitan sodný (Na2CO 3) a dawsonit má tiež potenciálnu hodnotu pre jeho oxid hlinitý (Al2O3) obsah. Posledne menovaný minerál sa s najväčšou pravdepodobnosťou získa späť ako vedľajší produkt pri ťažbe ropných bridlíc. Jednou spoločnosťou je ťažba nahcolitov na výrobu hydrogénuhličitanu sodného v severnej časti povodia rieky Piceance v hĺbke asi 600 m (deň 1998). Ďalšia spoločnosť zastavila ťažbu roztoku nahcolite v roku 2004, ale teraz spracováva popol sodný získaný z depozitov trónia vo Wyomingu na výrobu hydrogenuhličitanu sodného.

Vrchol Wilkins Peak v rámci formácie zelenej rieky v povodí zelenej rieky na juhozápade Wyomingu obsahuje nielen ropnú bridlicu, ale aj najväčší známy zdroj prírodného uhličitanu sodného na svete ako trónu (Na2CO3.NaHCO3.2H2O). Trónový zdroj sa odhaduje na viac ako 115 miliárd ton na 22 lôžkach v hrúbke od 1,2 do 9,8 m (Wiig a ďalší, 1995). V roku 1997 trónová produkcia z piatich baní predstavovala 16,5 milióna ton (Harris, 1997). Trona sa rafinuje na uhličitan sodný (Na2CO3) používané pri výrobe fliaš a plochého skla, jedlej sódy, mydla a čistiacich prostriedkov, chemikálií na úpravu odpadu a mnohých ďalších priemyselných chemikálií. Jedna tona sódy sa získava z približne dvoch ton trónovej rudy. Wyoming trona dodáva asi 90 percent potrieb amerického uhličitanu sodného; okrem toho sa vyváža asi jedna tretina z celkového množstva vyrobeného sódy z Wyoming.

V hlbšej časti povodia rieky Piceance Creek leží ropná bridlica Green River potenciálny zdroj zemného plynu, jej hospodárske oživenie je však sporné (Cole a Daub, 1991). Zemný plyn sa vyskytuje aj v ložiskách ropných bridlíc Green River na juhozápade Wyomingu a pravdepodobne v ropných bridliciach v Utahu, ale v neznámych množstvách. V tabuľke 8 je uvedený prehľad ropných bridlíc a zdrojov nerastných surovín zelenej rieky v Colorado, Wyoming a Utah.

Východoeurópska-Mississippianska ropná bridlica:


-Depozičné prostredie

Čierne bioprodukty bohaté na morské bridlice a súvisiace sedimenty z neskorého devónu a raného Mississippianu sú základňou asi 725 000 km2 vo východných Spojených štátoch. Tieto bridlice sa už mnoho rokov využívajú ako zdroj zemného plynu, ale tiež sa považovali za potenciálny zdroj bridlicovej ropy a uránu v nízkej kvalite (Roen a Kepferle, 1993; Conant a Swanson, 1961).

V priebehu rokov geológovia aplikovali na tieto bridlice a súvisiace horniny mnoho miestnych mien, vrátane Chattanooga, New Albany, Ohio, Sunbury, Antrim a ďalších. Skupina dokumentov, ktoré podrobne opisujú stratigrafiu, štruktúru a potenciál plynu týchto hornín vo východných Spojených štátoch, uverejnila americká geologická služba (Roen a Kepferle, 1993).

Čierne bridlice boli uložené počas neskorého devónskeho a skorého Mississippianského času vo veľkom epeirickom mori, ktoré pokrývalo väčšinu stredných a východných Spojených štátov východne od rieky Mississippi. Táto oblasť zahŕňala širokú plytkú vnútornú platformu na západe, ktorá stúpala na východ do Appalačskej kotliny. Hĺbka k základni devónsko-slezipippských čiernych bridlíc siaha od povrchových expozícií na vnútornej platforme po viac ako 2 700 m pozdĺž depozičnej osi Appalachianskej kotliny (de Witt a iní, 1993, ich pl. 1).

Neskoro devónske more bolo relatívne plytké, s minimálnymi prúdovými a vlnovými účinkami, podobne ako v prostredí, v ktorom bola v Európe uložená bridlicová bridlica švédska. Veľká časť organických látok v čiernej bridlici je amorfný bituminit, hoci niekoľko štruktúrovaných fosílnych organizmov, ako sú napr. Tasmanity, Botryococcus, Foerstia, a ďalšie boli uznané. Conodonts a linguloid brachiopods sú zriedka distribuované cez niektoré postele. Aj keď veľká časť organickej hmoty je amorfná a neistého pôvodu, všeobecne sa verí, že väčšina z nej pochádza z planktónových rias.

V distálnych častiach Devónskeho mora sa organická hmota akumulovala veľmi pomaly spolu s veľmi jemnozrnnými ílovitými sedimentmi v slabo okysličených vodách bez organizmov, ktoré norylo nory. Conant a Swanson (1961, s. 54) odhadovali, že 30 cm hornej časti Chattanooga Shale uloženej na vnútornej platforme v Tennessee môže predstavovať až 150 000 rokov sedimentácie.

Čierne bridlice zhustnú na východ do Appalachianskej kotliny kvôli zvyšujúcemu sa množstvu klastových sedimentov, ktoré sa vrhli do devónskeho mora z Appalachianskej vysočiny ležiacej na východ od kotliny. Pyrit a markazit sú hojnými pôvodnými minerálmi, ale uhličitanové minerály sú iba malou časťou minerálnej hmoty.

-ZDROJE

Zdroj ropných bridlíc je v tej časti vnútornej platformy, kde sú čierne bridlice najbohatšie a najbližšie k povrchu. Hoci je už dlho známe, že olej produkuje po odstúpení od zmluvy, organická hmota v bridlicovej čiernej bridlicovej oblasti Devónsko-Mississippian poskytuje iba asi polovicu tej istej organickej hmoty ako ropná bridlica Green River, čo sa považuje za pripísateľné rozdielom v type organických látok. (alebo typ organického uhlíka) v každej z ropných bridlíc. Olejová bridlica z Devónu-Mississippian má vyšší pomer aromatického a alifatického organického uhlíka ako ropná bridlica Green River a podľa materiálovej bilancie Fischerovej skúšky sa zistí oveľa menej bridlicového oleja a vyššie percento zvyškov uhlíka (Miknis, 1990).

Hydroretorizácia bridlice devónsko-Mississippianskej ropy môže zvýšiť výťažok oleja o viac ako 200 percent hodnoty stanovenej Fischerovým testom. Naopak, premena organickej hmoty na olej pomocou hydroretorizácie je oveľa menšia pre olejovú bridlicu Green River, približne 130 až 140 percent hodnoty testu podľa Fischera. Na bridlicu tiež reagujú iné bridlice z morských olejov, ktorých výťažky dosahujú až 300 percent Fischerovej analýzy (Dyni a ďalšie, 1990).

Matthews a ďalší (1980) vyhodnotili devónsko-Mississippianske ropné bridlice v oblastiach platformy Interiér, kde sú bridlice dostatočne bohaté na organické látky a sú dostatočne blízko k povrchu, aby ich bolo možné vyťažiť otvorenou jamou. Výsledky vyšetrovaní v Alabame, Illinois, Indiane, Kentucky, Ohiu, Michigane, na východe Missouri, Tennessee a Západná Virgínia naznačili, že 98 percent povrchových zdrojov určených na povrchovú ťažbu je v Kentucky, Ohiu, Indiane a Tennessee (Matthews, 1983). ,

Kritériá hodnotenia devónsko-Mississippianskeho zdroja bane bridlíc, ktorý používali Matthews a ďalší (1980), boli:

  1. Obsah organického uhlíka: = 10 hmotnostných percent
  2. Preťaženie: = 200 m
  3. Pomer odstraňovania: = 2,5: 1
  4. Hrúbka bridlicového lôžka: = 3 m
  5. Ťažba a hydroraforovanie na otvorenom ihrisku

Na základe týchto kritérií sa odhadovalo, že celkové zdroje ropy z bridlicovej bridlice v Devónsko-Mississippe sa odhadujú na 423 miliárd barelov (61 miliárd ton).