Jungtinių Valstijų naftos skalūnų indėliai | Žemėlapis, geologija ir ištekliai

Turinys

• Žaliosios upės formavimas:
• -Geologija
• - Istoriniai pokyčiai
• -Skalių naftos ištekliai
• -Kiti mineraliniai ištekliai
• Rytų devono ir Misisipės naftos skalūnai:
• -Depozicinė aplinka
• - Šaltiniai

JAV naftos skalūnas: Teritorijų, kuriose yra Green River Formation Kolorade, Juta ir Vajomingas (JAV) (po Dyni, 2005), ir pagrindinių paviršiaus paviršiaus minusinių Devono skalūnų skalūnų, esančių rytinėse JAV dalyse (po Matthews ir kt., 1980), žemėlapis. Spustelėkite norėdami padidinti žemėlapį.

JAV yra daugybė naftos skalūnų telkinių, pradedant Prekambrijaus ir baigiant trečiuoju amžiumi. Du svarbiausi telkiniai yra Eoceno žaliosios upės formacijoje Kolorado valstijoje, Vajominge ir Jutos valstijoje bei Devono ir Misisipės juodosiose skalūnose rytinėse JAV dalyse. Naftos skalūnai, susiję su Pensilvanijos amžiaus anglių telkiniais, yra ir rytinėse JAV dalyse. Žinoma, kad kiti telkiniai yra Nevadoje, Montanoje, Aliaskoje, Kanzase ir kitur, tačiau jie yra per maži, per žemos kokybės arba dar nepakankamai ištirti (Russell, 1990, p. 82-157). šios ataskaitos tikslais laikomi ištekliais. Dėl savo dydžio ir laipsnio dauguma tyrimų buvo sutelkti į Žaliosios upės ir Devono bei Misisipės telkinius.

Žaliosios upės formavimas:

-Geologija

Žaliosios upės formacijos laktoininės nuosėdos buvo kaupiamos dviejuose dideliuose ežeruose, kurie užėmė 65 000 km2 keliuose nuosėdų struktūriniuose baseinuose Kolorado, Vajomingo ir Jutos valstijose ankstyvojo ir viduriniojo eoceno metu. Šiuos baseinus atskiria Uintos kalno pakilimas ir jo tęsinys į rytus, ašinis baseino prieškambaris. Žaliosios upės ežerų sistema egzistavo daugiau nei 10 milijonų metų šilto vidutinio ir subtropinio klimato laikais. Per dalį istorijos ežerų baseinai buvo uždaryti, o vandenys tapo labai druskingi.

Įtekančio upelio vandens kiekio svyravimai sukėlė didelius ežerų išsiplėtimus ir susitraukimus, ką patvirtina plačiai paplitusios marlinių lakustrinos sluoksnių sąsajos su sausumos smiltainio ir silikono akmenimis. Sausuoju metu ežerai susitraukė, o vandenys tapo vis druskingesni ir šarmingesni. Ežero vandenyje tirpių natrio karbonatų ir chlorido kiekis padidėjo, tuo tarpu mažiau tirpūs dvivalentiai Ca + Mg + Fe karbonatai buvo nusodinami organinėmis nuosėdomis. Sausiausiais laikotarpiais ežero vandenys buvo pakankamai druskingi, kad būtų galima nusodinti nahcolito, halito ir tronos lovas. Nuosėdų porų vandenys buvo pakankamai druskingi, kad nusodintų išsisklaidžiusių nahcolite, shortite ir dawsonite kristalai kartu su daugybe kitų autigeniškų karbonato ir silikato mineralų (Milton, 1977).

Pabrėžtinas mineralogijos aspektas yra visiškas autigeninių sulfatinių mineralų trūkumas. Nors sulfatai greičiausiai buvo pagrindinė anija srauniuose vandenyse, patenkančiuose į ežerus, sulfato joną ežeruose ir nuosėdiniuose vandenyse, matyt, visiškai sunaudojo sulfatus redukuojančios bakterijos, laikydamiesi šios apibendrintos oksidacijos-redukcijos reakcijos:

2CH₂O + SO₄^-2 ? 2HCO₃^-1 + H₂S

Atminkite, kad kiekvienam redukuoto sulfato moliui susidaro du moliai bikarbonato. Gautas vandenilio sulfidas gali arba reaguoti su turimu Fe ++, kad iškristų kaip geležies sulfido mineralai, arba išeiti iš nuosėdų kaip dujos (Dyni, 1998). Kiti pagrindiniai karbonato šaltiniai yra kalcio karbonatą išskiriantys dumbliai, silikato mineralų hidrolizė ir tiesioginis ištekančių srautų šaltinis.

Šilti Eoceno žaliosios upės ežerų šarminiai ežerų vandenys sudarė puikias sąlygas gausiai augti melsviesiems dumbliams (melsvadumbliams), kurie, kaip manoma, yra pagrindinis organinių medžiagų pirmtakas naftos skalūnu. Gaivinančių vandenų metu ežeruose gyveno įvairios žuvys, spinduliai, dvigeldžiai moliuskai, pilvakojai, ostrakodai ir kita vandens fauna. Ežerų pakraščiuose buvo didelis ir įvairus sausumos augalų, vabzdžių, varliagyvių, vėžlių, driežų, gyvačių, krokodilų, paukščių ir daugybės žinduolių rūšių rinkinys (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; ir Grande, 1984).

- Istoriniai pokyčiai

Naftos skalūnų atsiradimas Žaliosios upės formavime Kolorado mieste Juta ir Vajomingas buvo žinomas daugelį metų. Dešimtojo dešimtmečio pradžioje buvo aiškiai nustatyta, kad Žaliosios upės telkiniai buvo pagrindinis skalūnų naftos šaltinis (Woodruff and Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). Šiuo ankstyvu laikotarpiu buvo ištirta Žaliosios upės ir kitų telkinių būklė, įskaitant jūrų fosforijos formavimosi Permijos amžių Montanoje (Bowenas, 1917; Condit, 1919), ir trečiojo ežero dugne netoli Elko, Nevada (Winchester, 1923 m.).

1967 m. JAV vidaus reikalų departamentas pradėjo išsamią programą, siekdamas ištirti Žaliosios upės naftos skalūnų telkinių komercializavimą. Dramatiškas naftos kainų padidėjimas dėl OPEC 1973–1974 m. Embargo paskatino dar vieną naftos skalūnų veiklos atsinaujinimą aštuntajame dešimtmetyje ir devintojo dešimtmečio pradžioje. 1974 m. Keli federalinių naftos skalūnų žemės sklypai Kolorade, Juta ir Vajomingas buvo paskelbti konkursui pagal Federalinę naftos skalūnų nuomos programą. Du sandoriai buvo išnuomoti Kolorado valstijoje (C-a ir C-b), o du - Juta (U-a ir U-b) naftos kompanijoms.

C-a ir C-b traktatuose buvo pastatytos didelės požeminės kasybos įmonės, įskaitant vertikalius šachtus, įėjimus iš kolonų ir kolonų bei modifikuotus in situ retorius, tačiau skalūnų alyvos negauta arba jos negauta. Tuo metu „Unocal Oil Company“ plėtojo savo skalūnų įrenginius privačioje žemėje Piceance Creek baseino pietinėje pusėje. Įrenginiai apėmė kambario ir kolonų miną su įvažiavimu į paviršių, 10 000 barelių per dieną (1460 tonų per dieną) retortą ir modernizavimo gamyklą. Už kelių mylių į šiaurę nuo „Unocal“ turto „Exxon Corporation“ atidarė kambario ir kolonų miną su įvažiavimu į paviršių, gabenimo keliais, uolienų sąvartynu ir vandens saugyklą bei užtvanką.

1977–78 m. JAV kasyklų biuras atidarė eksperimentinę kasyklą, kurioje buvo 723 m gylio šachta su keliais įėjimais iš kambario ir kolonų šiaurinėje Piceance Creek baseino dalyje, kad būtų atlikti gilesnių naftos skalūnų telkinių tyrimai, kurie susimaišo su nahcolite ir dawsonite. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje svetainė buvo uždaryta.

Trys energetikos kompanijos Jutos „U-a / U-b“ traktatams išleido apie 80 milijonų JAV dolerių, kad nuskandintų 313 m gylio vertikalųjį veleną ir pakreiptų krovinių kelią į aukšto lygio degalų skalūną ir atidarytų keletą nedidelių įrašų. Kiti įrenginiai apėmė minų tarnybų pastatą, vandens ir nuotekų valymo įrenginius ir vandens sulaikymo užtvanką.

Projektas „Seep Ridge“, esantis į pietus nuo U-a / U-b traktatų, finansuojamas „Geokinetics, Inc.“ ir JAV energetikos departamento, gamino skalūnų aliejų sekliais in situ retortyviniais metodais. Buvo pagaminta keli tūkstančiai barelių skalūnų alyvos.

„Unocal“ skalūnų gamykla buvo paskutinis didelis skalūnų aliejaus iš žaliosios upės formacijos projektas. Augalų statyba prasidėjo 1980 m., O kapitalo investicijos į minos statybą, retortą, gamyklos modernizavimą ir kitus įrenginius buvo 650 milijonų dolerių. „Unocal“ pagamino 657 000 tonų (apie 4,4 mln. Barų) skalūnų naftos, kuri buvo išsiųsta į Čikagą perdirbti į degalus ir kitus produktus pagal programą, kurią iš dalies subsidijavo JAV vyriausybė. Vidutinis per pastaruosius eksploatavimo mėnesius pagamintos produkcijos kiekis buvo apie 875 tonos (apie 5900 barelių) skalūnų aliejaus per dieną; pastatas buvo uždarytas 1991 m.

Per pastaruosius kelerius metus „Shell Oil Company“ pradėjo eksperimentinį lauko projektą, skirtą skalūnų naftai atgauti patentuota in situ technika. Kai kurie duomenys apie projektą buvo viešai paskelbti, o iki šiol (2006 m.) Gauti rezultatai, atrodo, palankūs tęstiniams tyrimams.

-Skalių naftos ištekliai

Kolorado valstijoje sužinojus apie Green River naftos skalūnų telkinius, ištekliai padidėjo nuo maždaug 20 milijardų barelių 1916 m. Iki 900 milijardų barelių 1961 m. Ir iki 1,0 trilijono barelių (~ 147 milijardų tonų) 1989 m. (Winchester, 1916, p. 140; Donnell, 1961; Pitman ir kiti, 1989). Litologinis pjūvis ir išteklių, suskirstytų pagal skalūnų zonas Piceance Creek baseine, santrauka parodyta 17 paveiksle.

„Green River“ skalūnų ištekliai Juta ir Vajomingas nėra tokie gerai žinomi kaip Kolorado ištekliai. Trudell ir kiti (1983, p. 57) apskaičiavo išmatuotus ir apskaičiuotus skalūnų naftos išteklius maždaug 5 200 km plote.² rytiniame Jutos baseino Uinta baseine - 214 milijardų barelių (31 milijardo tonų), iš kurių maždaug trečdalis yra turtingoje raudonmedžio alyvų skalūnų zonoje. Culbertsonas ir kiti (1980, p. 17) apskaičiavo, kad žaliųjų upių baseino Vajomingo pietvakariuose esančios žaliosios upės formacijos deginamųjų skalūnų ištekliai yra 244 milijardai barelių (~ 35 milijardų tonų) skalūnų naftos.

Papildomi ištekliai taip pat yra Washakie baseine į rytus nuo Green River baseino pietvakariuose Vajominge. Trudell ir kiti (1973 m.) Pranešė, kad keliuose Žaliosios upės formavimosi Kinney Rime, esančiame vakarinėje Washakie baseino pusėje, narėse yra žemo ar vidutinio laipsnio naftos skalūnų seka trijose šerdies skylėse. Dviejų „Laney Member“ skalūnų naftos skalūnų sekos, kurių storis 11 ir 42 m, vidutiniškai 63 l / t ir sudaro 8,7 mln. Tonų in situ skalūnų naftos kvadratiniame kilometre. Nebuvo pranešta apie bendrą Washakie baseino išteklių vertinimą, nes trūksta požeminių duomenų.

-Kiti mineraliniai ištekliai

Greta iškastinės energijos Kolorade esančios „Green River“ naftos skalūnų telkiniuose yra vertingų natrio karbonato mineralų, įskaitant nahcolitą (NaHCO), išteklių.₃) ir dawsonite. Abu mineralai yra sumaišyti su aukštos kokybės naftos skalūnais gilumoje šiaurinėje baseino dalyje. Dyni (1974) apskaičiavo, kad bendri nahcolito ištekliai yra 29 milijardai tonų. Barzda ir kiti (1974 m.) Įvertino beveik tiek pat nahcolito ir 17 milijardų tonų dawsonito. Abu mineralai turi sodos pelenų (Na₂CO3) ir dawsonitas taip pat turi savo aliuminio oksido (Al₂O3) turinys. Pastarąjį mineralą greičiausiai bus galima panaudoti kaip šalutinį naftos skalūnų operacijos rezultatą. Viena įmonė tirpalas išgauna nahcolitą natrio bikarbonatui gaminti šiaurinėje Piceance Creek baseino dalyje maždaug 600 m gylyje (1998 m. Diena). Kita įmonė 2004 m. Nutraukė nahcolito gavybos tirpalą, tačiau dabar natrio bikarbonato gamybai perdirbti sodos pelenus, gautus iš Vajomingo tronos telkinių.

Vajomingo pietvakariuose esančio Žaliosios upės baseino „Wilkins Peak“ nario, esančio Žaliosios upės baseine, sudėtyje yra ne tik skalūnų, bet ir didžiausias pasaulyje žinomas natūralaus natrio karbonato šaltinis kaip trona (Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O).Apskaičiuota, kad troonos ištekliai sudaro daugiau kaip 115 milijardų tonų 22 lovose, kurių storis nuo 1,2 iki 9,8 m (Wiig ir kt., 1995). 1997 m. Trona iš penkių kasyklų pagamino 16,5 mln. Tonų (Harris, 1997). Trona yra rafinuota į sodos pelenus (Na₂CO₃), naudojamas gaminant butelius ir plokščią stiklą, kepimo soda, muilą ir ploviklius, atliekų apdorojimo chemikalus ir daugelį kitų pramoninių chemikalų. Viena tona sodos pelenų gaunama iš maždaug dviejų tonų tronos rūdos. Vajomingo trona patenkina apie 90 procentų JAV sodos poreikio; Be to, apie trečdalis viso pagaminto Vajomingo sodos pelenų yra eksportuojama.

Gilesnėje Piceance Creek baseino dalyje Green River naftos skalūnu yra potencialus gamtinių dujų šaltinis, tačiau jo ekonominis atsigavimas yra abejotinas (Cole and Daub, 1991). Natūralios dujos taip pat yra Žaliosios upės degalų telkiniuose pietvakariuose Vajominge ir tikriausiai naftos skalūne Juta, tačiau nežinomais kiekiais. Kolorado, Vajomingo ir Jutos Kolorado, Vajomingo ir Jutos upių skalūnų ir mineralinių išteklių suvestinė pateikta 8 lentelėje.

Rytų devono ir Misisipės naftos skalūnai:

-Depozicinė aplinka

Juodojo ekologiškai turtingo jūrinio skalūno ir su juo susijusių vėlyvojo devono ir ankstyvojo Misisipio amžiaus nuosėdų yra apie 725 000 km² rytinėse JAV dalyse. Šie skalūnai daugelį metų buvo naudojami kaip gamtinių dujų šaltinis, tačiau taip pat buvo laikomi potencialiu žemos kokybės skalūnų aliejaus ir urano šaltiniu (Roen ir Kepferle, 1993; Conant ir Swanson, 1961).

Metams bėgant, geologai pritaikė daugybę vietinių pavadinimų šiems skalūnams ir su jais susijusioms uolienoms, įskaitant Čatanuga, Naujasis Albanis, Ohajas, Sunberis, Antrimas ir kt. JAV geologijos tarnyba paskelbė grupę dokumentų, kuriuose išsamiai aprašyta šių uolienų stratigrafija, struktūra ir dujų potencialas rytinėse JAV dalyse (Roen ir Kepferle, 1993).

Juodieji skalūnai buvo deponuoti vėlyvojo devono ir ankstyvojo Misisipės laikais didelėje epeirinėje jūroje, kuri apėmė didžiąją vidurinę ir rytinę JAV dalis į rytus nuo Misisipės upės. Ši sritis apėmė plačią, negilią vidinę platformą iš vakarų, kuri siekia rytus į Apalačų baseiną. Devono ir Misisipės juodųjų skalūnų gylis yra nuo paviršiaus ekspozicijos vidaus platformoje iki daugiau nei 2700 m išilgai Apalačių baseino nusėdimo ašies (de Witt ir kiti, 1993, jų pl. 1).

Vėlyvojo devono jūra buvo palyginti sekli, o srovė ir bangos buvo mažai veikiamos, panašiai kaip aplinka, kurioje Europoje buvo deponuotas Švedijos aliuminio skalūnas. Didžioji dalis juodojo skalūno organinių medžiagų yra amorfinis bituminitas, nors keletas struktūrinių iškastinių organizmų, tokių kaip Tasmanitai, botryococcus, Foerstia, ir kiti buvo pripažinti. Konodontai ir linguloidiniai brachiopodai yra lengvai pasiskirstę per kai kurias lovas. Nors didžioji dalis organinių medžiagų yra amorfos ir neaiškios kilmės, paprastai manoma, kad didžioji jų dalis buvo gauta iš planktoninių dumblių.

Tolimose devono jūros dalyse organinės medžiagos labai lėtai kaupėsi kartu su labai smulkiagrūdžiais molingais nuosėdomis silpnai deguonies turinčiuose vandenyse, kuriuose nėra banguojančių organizmų. Conantas ir Swansonas (1961, p. 54) apskaičiavo, kad 30 cm viršutinės Chattanooga skalūno dalies, esančios Tenesio vidaus platformoje, viršutinė dalis gali atspindėti net 150 000 sedimentacijos metų.

Juodieji skalūnai sutirštėja į rytus į Apalačų baseiną dėl vis didesnių molinių nuosėdų, kurios buvo išmetamos į Devono jūrą iš Apalačų aukštumos, esančios į rytus nuo baseino, kiekio. Piritas ir markazitas yra gausūs autigeniški mineralai, tačiau karbonatiniai mineralai yra tik nedidelė mineralinės medžiagos dalis.

- Šaltiniai

Naftos skalūnų ištekliai yra toje Vidaus platformos dalyje, kur juodieji skalūnai yra turtingiausi ir arčiausiai paviršiaus. Nors jau seniai žinoma, kad naftos produktai gaunami retortuojant, Devono ir Misisipės juodojo skalūno organinės medžiagos išskiria tik apie pusę tiek, kiek yra Žaliosios upės naftos skalūnų organinės medžiagos, kuri, kaip manoma, gali būti siejama su organinių medžiagų rūšies skirtumais. (arba organinės anglies rūšis) kiekviename iš degalų. Devono ir Misisipės naftos skalūnų aromatinės ir alifatinės organinės anglies santykis yra didesnis nei „Green River“ skalūnų, ir tai parodo medžiagų balanso „Fischer“ metodai, gaunantys žymiai mažiau skalūnų naftos ir didesnį anglies likučių procentą (Miknis, 1990).

Devono ir Misisipės naftos skalūnų hidraulinis atspaudimas gali padidinti naftos išeigą daugiau nei 200 procentų vertės, kurią nustatė Fišerio tyrimas. Priešingai, organinių medžiagų pavertimas nafta hidroreaktoriais yra daug mažesnis „Green River“ naftiniams skalūnams - maždaug nuo 130 iki 140 procentų „Fischer“ tyrimo vertės. Kiti jūriniai naftos skalūnai taip pat teigiamai reaguoja į hidroretruktūrizavimą - jų išeiga yra 300 procentų arba didesnė nei Fischerio tyrimas (Dyni ir kt., 1990).

Matthews ir kiti (1980) įvertino Devono ir Misisipės naftos skalūnus vidaus platformos vietose, kur skalūnai yra pakankamai turtingi organinėmis medžiagomis ir pakankamai arti paviršiaus, kad juos būtų galima iškasti atviroje duobėje. Tyrimų Alabamos, Ilinojaus valstijoje, Indianoje, Kentukyje, Ohajo valstijoje, Mičigano mieste, rytiniame Misūryje, Tenesyje ir Vakarų Virdžinijoje tyrimų rezultatai parodė, kad 98 proc. Paviršiaus paviršiaus mineralinių išteklių yra Kentukyje, Ohajo valstijoje, Indianoje ir Tenesyje (Matthews, 1983). .

Matthews ir kitų (1980) naudojamų Devono ir Misisipės naftos skalūnų išteklių vertinimo kriterijai buvo šie:

1. Organinės anglies kiekis: = 10 masės procentų
2. Perdengimas: = 200 m
3. Nuvalymo santykis: = 2,5: 1
4. Skalūnų sluoksnio storis: = 3 m
5. Kasyba atviroje duobėje ir hidroreaktorius

Remiantis šiais kriterijais, bendri Devono ir Misisipės skalūnų naftos ištekliai buvo įvertinti 423 milijardų barelių (61 milijardo tonų).