Skály

Vklady ropných břidlic Spojených států



Reprint: Zpráva o vědeckém výzkumu Spojených států o geologických průzkumech 2005-5294, John R. Dyni
Spojené státy americké Oil Shale

Ropná břidlice v USA: Mapa oblastí podložených útvarem Green River Formation v Coloradu, Utahu a Wyomingu ve Spojených státech (po Dyni, 2005) a hlavních oblastech povrchové těžitelné devonské ropné břidlice ve východních Spojených státech (po Matthewsovi a dalších 1980). Klikněte pro zvětšení mapy.

Ve Spojených státech je přítomna řada ložisek ropných břidlic, od Precambrianu po třetihor. Dvě nejdůležitější ložiska jsou v Eocene Green River Formation v Coloradu, Wyoming a Utah a v devonsko-Mississippianských černých břidlicích ve východních Spojených státech. Ropná břidlice spojená s uhelnými ložisky ve věku Pennsylvanian je také ve východních Spojených státech. Je známo, že jiná ložiska jsou v Nevadě, Montaně, na Aljašce, v Kansasu a jinde, ale jsou buď příliš malá, příliš nízká, nebo dosud nebyla dostatečně prozkoumána (Russell, 1990, s. 82-157), aby byla považovány za zdroje pro účely této zprávy. Vzhledem k jejich velikosti a stupni se většina vyšetřování zaměřila na ložiska Green River a devonsko-Mississippianská ložiska.

Ropná břidlice - Country Menu

Formace zelené řeky:


-Geologie

Lacustrine sedimenty Green River Formation byly uloženy ve dvou velkých jezerech, které zabíraly 65 000 km2 v několika sedimentárních strukturálních povodích v Coloradu, Wyomingu a Utahu během časného středního eocénského času. Uinta hora povzbuzení a jeho východní rozšíření, Axic mísa anticline, oddělit tyto mísy. Jezerní systém Green River existoval více než 10 milionů let v období teplého mírného až subtropického klimatu. Během části jejich historie byla povodí jezera uzavřena a voda se stala vysoce slanou.

Kolísání množství přítokových vodních toků způsobilo velké expanze a kontrakce jezer, o čemž svědčí rozšířené vzájemné provázání březových lakustriálních vrstev s ložisky pískovců a bahenních kamenů. Během vyprahlých období se jezera zmenšila a vody se stávaly stále slanější a zásaditější. Obsah jezerní vody v rozpustných uhličitanech sodným a chloridech vzrostl, zatímco méně rozpustné dvojmocné uhličitany Ca + Mg + Fe byly vysráženy sedimenty bohatými na organické látky. Během nejsušších období dosáhly vody jezera slanosti dostatečné k vysrážení lóží nahcolite, halite a trona. Vody sedimentárních pórů byly dostatečně solné, aby se vysrážely rozptýlené krystaly nahcolite, shortite a dawsonite spolu s řadou dalších autentických uhličitanových a silikátových minerálů (Milton, 1977).

Pozoruhodný aspekt mineralogie je úplný nedostatek autentických sulfátových minerálů. Ačkoli síran byl pravděpodobně hlavním aniontem ve vodních tocích vstupujících do jezer, síranový ion byl pravděpodobně zcela spotřebován bakteriemi redukujícími sírany v jezerech a sedimentárních vodách podle následující generalizované oxidačně-redukční reakce:

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

Povšimněte si, že pro každý mol redukovaného síranu se vytvoří dva moly hydrogenuhličitanu. Výsledný sirovodík mohl buď reagovat s dostupným Fe ++ a vysrážet jako minerály sirníku železa, nebo uniknout ze sedimentů jako plyn (Dyni, 1998). Mezi další hlavní zdroje uhličitanu patří řasy vylučující uhličitan vápenatý, hydrolýza silikátových minerálů a přímý vstup z proudících toků.

Teplé alkalické jezerní vody jezer Eocene Green River poskytovaly vynikající podmínky pro bohatý růst modrozelených řas (cyanobakterií), o nichž se předpokládá, že jsou hlavním předchůdcem organické hmoty v ropné břidlicovce. Během osvěžujících vod byla v jezerech řada ryb, paprsků, mlžů, plžů, ostracodes a dalších vodních živočichů. Oblasti okrajové k jezerům podporovaly rozsáhlé a rozmanité seskupení rostlin, hmyzu, obojživelníků, želv, lizardů, hadů, krokodýlů, ptáků a četných savců (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; a Grande, 1984).

-Historický vývoj

Výskyt ropných břidlic v Green River Formation v Coloradu, Utahu a ve Wyomingu je znám již mnoho let. Během časných dvacátých let bylo jasně prokázáno, že ložiska Zelené řeky jsou hlavním zdrojem břidlicové ropy (Woodruff and Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). Během tohoto raného období byla zkoumána Zelená řeka a další ložiska, včetně ropné břidlice mořské fosforové formace permského věku v Montaně (Bowen, 1917; Condit, 1919) a ropné břidlice v teritoriálních jezerech poblíž Elko, Nevada (Winchester, 1923).

V roce 1967 zahájilo americké ministerstvo vnitra rozsáhlý program pro vyšetřování komercializace ložisek ropných břidlic Green River. Dramatický nárůst cen ropy vyplývající z ropného embarga OPEC v letech 1973-74 spustil další oživení ropných břidlic během 70. a začátkem 80. let. V roce 1974 bylo několik pozemků z veřejných ropných břidlic v Coloradu, Utahu a ve Wyomingu předloženo do konkurenční nabídky v rámci Federal Prototype Oil Shale Leasing Program. Dva okruhy byly pronajaty ropným společnostem v Coloradu (C-a a C-b) a dva v Utahu (U-a a U-b).

Na traktech C-a a C-b byla postavena velká podzemní těžební zařízení, včetně vertikálních šachet, vstupů do místností a sloupů, a upravených in situ situací, ale produkovala se jen malá nebo žádná břidlicová ropa. Během této doby Unocal Oil Company rozvíjela své zařízení na těžbu ropy na soukromém pozemku na jižní straně povodí Piceance Creek. Zařízení zahrnovalo důlní místnost a sloup s povrchovým vstupem, retortu 10 000 barel / den (1 460 tun / den) a modernizaci. Několik kilometrů severně od Unocalu otevřel Exxon Corporation důl pro pokoje a sloupy s povrchovým vstupem, silniční dopravou, skládkou odpadu a vodní nádrží a přehradou.

V letech 1977–78 americký důlní úřad otevřel experimentální důl, který zahrnoval šachtu o hloubce 723 m s několika vstupy do místnosti a sloupu v severní části povodí Piceance Creek, aby provedl výzkum hlubších ložisek ropných břidlic, které se mísí s nahcolitem a dawsonitem. Místo bylo uzavřeno na konci 80. let.

Tři energetické společnosti utratily kolem U-a / U-b v Utahu zhruba 80 milionů dolarů, aby potopily vertikální šachtu o hloubce 313 m a nakloněnou cestu do vysokokvalitní zóny ropných břidlic a otevřely několik malých vstupů. Mezi další zařízení patřila budova důlních služeb, úpravny vody a odpadních vod a přehrada zadržující vodu.

Projekt Seep Ridge, umístěný jižně od tratí U-a / U-b, financovaný společností Geokinetics, Inc. a americkým ministerstvem energetiky, produkoval břidlicový olej pomocí mělké metody in situ situování. Bylo vyrobeno několik tisíc barelů břidlicového oleje.

Zařízení na výrobu ropných břidlic Unocal bylo posledním velkým projektem na výrobu břidlicového oleje z formace Green River. Výstavba závodu začala v roce 1980 a kapitálové investice do výstavby dolu, retorty, modernizace závodu a dalších zařízení činily 650 milionů dolarů. Unocal vyrobil 657 000 tun (asi 4,4 milionu bbl) břidlicové ropy, které byly odeslány do Chicaga za účelem rafinace do pohonných hmot a dalších produktů v rámci programu částečně dotovaného vládou USA. Průměrná produkce v posledních měsících provozu činila asi 875 tun (asi 5 900 barelů) břidlicového oleje denně; zařízení bylo uzavřeno v roce 1991.

V uplynulých několika letech zahájila společnost Shell Oil Company experimentální polní projekt na získání břidlicové ropy pomocí vlastní techniky in situ. Některé podrobnosti o projektu byly veřejně oznámeny a zdá se, že dosavadní výsledky (2006) podporují pokračující výzkum.

Zdroje těžby ropy

Když se ložiska břidlicových břidlic Green River v Coloradu stala známějšími, odhady zdrojů se zvýšily z přibližně 20 miliard barelů v roce 1916, na 900 miliard barelů v roce 1961 a na 1,0 bilionů barelů (~ 147 miliard tun) v roce 1989 (Winchester, 1916, s. 140; Donnell, 1961; Pitman a další, 1989). Litologická část a shrnutí zdrojů ropnými břidlicovými zónami v povodí Piceance Creek jsou na obrázku 17.

Zdroje ropných břidlic Green River v Utahu a Wyomingu nejsou tak známé jako v Coloradu. Trudell a další (1983, s. 57) vypočítali měřené a odhadované zdroje břidlicové ropy v oblasti asi 5 200 km2 ve východní Uinta Basin, Utah, na 214 miliard barelů (31 miliard tun), z nichž asi jedna třetina je v bohaté mahagonské ropné břidlicové zóně. Culbertson a další (1980, s. 17) odhadovali zdroje břidlicové břidlice v útvaru Zelené řeky v povodí Zelené řeky na jihozápadě Wyomingu na 244 miliard barelů (~ 35 miliard tun) břidlicové ropy.

Další zdroje jsou také v povodí Washakie východně od povodí řeky Green River na jihozápadě Wyomingu. Trudell a další (1973) uvedli, že několik členů útvaru Green River na Kinney Rim na západní straně Washakie Basin obsahuje sekvence tří až třístupňových ropných břidlic ve třech otvorech jádra. Dvě sekvence ropných břidlic v Laney Member, tlusté 11 a 42 m, průměrně 63 l / t a představují až 8,7 milionu tun in-situ břidlicového oleje na km čtvereční. Celkový odhad zdroje v povodí Washakie nebyl uveden pro nedostatek údajů o podpovrchových hodnotách.

-Ostatní nerostné zdroje

Kromě fosilní energie obsahují ložiska ropných břidlic Green River v Coloradu cenné zdroje minerálů uhličitanu sodného včetně nahcolitu (NaHCO)3) a dawsonite NaAl (OH)2CO3. Oba minerály jsou smíchány s vysoce kvalitní ropnou břidlicí v hluboké severní části pánve. Dyni (1974) odhadl celkový nahcolitový zdroj na 29 miliard tun. Beard a další (1974) odhadli téměř stejné množství nahcolite a 17 miliard tun dawsonitu. Oba minerály mají hodnotu pro sodový popel (Na2CO 3) a dawsonit má také potenciální hodnotu pro jeho oxid hlinitý (Al2O3) obsah. Posledně jmenovaný minerál se s největší pravděpodobností získá zpět jako vedlejší produkt při těžbě břidlic. Jednou společností je těžba nahcolitů pro výrobu hydrogenuhličitanu sodného v severní části povodí Piceance Creek v hloubkách asi 600 m (den 1998). Další společnost zastavila těžbu roztoků nahcolite v roce 2004, ale nyní zpracovává sodový popel získaný z vinařských trónových ložisek na výrobu hydrogenuhličitanu sodného.

Člen Wilkins Peak v útvaru Green River v povodí Green River v jihozápadním Wyomingu obsahuje nejen ropnou břidlici, ale také největší známý zdroj přírodního uhličitanu sodného na světě jako trona (Na2CO3.NaHCO3.2H2Ó). Zdroj trony se odhaduje na více než 115 miliard tun na 22 lůžkách v tloušťce od 1,2 do 9,8 m (Wiig a další, 1995). V roce 1997 činila trona těžba z pěti dolů 16,5 milionu tun (Harris, 1997). Trona se rafinuje na sodový popel (Na2CO3) používané při výrobě lahví a plochého skla, jedlé sody, mýdla a saponátů, chemikálií pro zpracování odpadu a mnoha dalších průmyslových chemikálií. Jedna tuna sodového popela se získá z asi dvou tun tronové rudy. Wyoming trona dodává asi 90 procent potřeb amerického sodového popela; kromě toho se vyváží asi jedna třetina celkového vyrobeného sodového popílku z Wyomingu.

V hlubší části povodí Piceance Creek leží ropná břidlice Green River potenciální zdroj zemního plynu, ale její hospodářské oživení je sporné (Cole a Daub, 1991). Zemní plyn je také přítomen v ložiscích ropných břidlic Green River na jihozápadě Wyomingu a pravděpodobně v ropných břidlicích v Utahu, ale v neznámých množstvích. Shrnutí ropných břidlic a nerostných zdrojů Green River Formation v Coloradu, Wyomingu a Utahu je uvedeno v tabulce 8.

Východní devonsko-Mississippianská ropná břidlice:


-Depoziční prostředí

Černá organická bohatá mořská břidlice a související sedimenty z pozdního devonu a raného Mississippianu jsou základem asi 725 000 km2 ve východních Spojených státech. Tyto břidlice byly využívány po mnoho let jako zdroj zemního plynu, ale byly také považovány za potenciální nízkoúrovňový zdroj břidlicové ropy a uranu (Roen a Kepferle, 1993; Conant a Swanson, 1961).

V průběhu let geologové aplikovali na tyto břidlice a související horniny mnoho místních jmen, včetně Chattanooga, New Albany, Ohio, Sunbury, Antrim a dalších. Skupina článků popisujících stratigrafii, strukturu a plynový potenciál těchto hornin ve východních Spojených státech byla publikována americkým geologickým průzkumem (Roen a Kepferle, 1993).

Černé břidlice byly uloženy během pozdního devonského a raného Mississippianského času ve velkém epeirickém moři, které pokrývalo hodně středních a východních Spojených států východně od řeky Mississippi. Tato oblast zahrnovala širokou, mělkou vnitřní platformu na západě, která stoupá na východ do Appalachianské pánve. Hloubka základny devonsko-Mississippianských černých břidlic sahá od povrchových expozic na vnitřní platformě po více než 2 700 m podél depoziční osy Appalachianské pánve (de Witt a další, 1993, jejich pl. 1).

Pozdní devonské moře bylo relativně mělké s minimálním proudovým a vlnovým působením, podobně jako prostředí, ve kterém byla švédská břidlice ve Švédsku uložena v Evropě. Velká část organické hmoty v černé břidliici je amorfní bituminit, ačkoli několik strukturovaných fosilních organismů, jako je Tasmanity, Botryococcus, Foerstia, a další byli uznáni. Conodonts a linguloid brachiopods jsou střídmě distribuováni přes některé postele. Ačkoli hodně organické hmoty je amorfní a nejistého původu, to je obecně věřil, že hodně z toho byla odvozena z planktonických řas.

V distálních částech devonského moře se organická hmota hromadila velmi pomalu spolu s velmi jemnozrnnými jílovitými sedimenty ve špatně okysličených vodách bez organismů nory. Conant a Swanson (1961, s. 54) odhadli, že 30 cm horní části Chattanooga Shale uložené na vnitřní platformě v Tennessee může představovat až 150 000 let sedimentace.

Černé břidlice zhoustnou na východ do Appalachianské pánve kvůli rostoucímu množství klastových sedimentů, které se vrhly do devonského moře z Appalachianské vysočiny ležící na východ od pánve. Pyrit a markazit jsou hojné autentické minerály, ale uhličitanové minerály jsou jen malou částí minerální hmoty.

-Zdroje

Zdroj ropných břidlic je v té části vnitřní platformy, kde jsou černé břidlice nejbohatší a nejblíže k povrchu. Ačkoli je již dlouho známo, že při retortu produkuje olej, produkuje organická hmota v devonsko-Mississippianské černé břidlici pouze asi polovinu, než organická hmota ropné břidlice Green River, což se považuje za přičitatelné rozdílům v typu organické hmoty (nebo typ organického uhlíku) v každé z ropných břidlic. Břidlice devonsko-Mississippianského oleje mají vyšší poměr aromatického a alifatického organického uhlíku než břidlice Green River a podle materiálové bilance Fischerovy testy vykazují mnohem méně břidlicového oleje a vyšší procento zbytků uhlíku (Miknis, 1990).

Hydroretorizace roponosné břidlice devonsko-Mississippian může zvýšit výtěžek oleje o více než 200 procent hodnoty stanovené Fischerovým testem. Naproti tomu přeměna organické hmoty na olej hydroretorováním je mnohem menší u břidlic ropy Green River, asi 130 až 140 procent Fischerovy hodnoty. Jiné břidlice mořského oleje také příznivě reagují na hydroretorizaci s výtěžky až 300 procent Fischerova testu (Dyni a další, 1990).

Matthews a další (1980) vyhodnotili devonsko-Mississippianské ropné břidlice v oblastech vnitřní platformy, kde jsou břidlice dostatečně bohaté na organickou hmotu a jsou dostatečně blízko k povrchu, aby mohly být vytěženy otevřenou jámou. Výsledky vyšetřování v Alabamě, Illinois, Indianě, Kentucky, Ohiu, Michiganu, východní Missouri, Tennessee a Západní Virginii naznačily, že 98 procent těžitelných zdrojů na blízkém povrchu je v Kentucky, Ohiu, Indianě a Tennessee (Matthews, 1983). .

Kritéria pro hodnocení devonsko-Mississippianského zdroje břidlic využívaného Matthewsem a dalšími (1980) byla:

  1. Obsah organického uhlíku: = 10 hmotnostních procent
  2. Přetížení: = 200 m
  3. Poměr stripování: = 2,5: 1
  4. Tloušťka břidlicového lože: = 3 m
  5. Těžba a hydroraforování na otevřené lomu

Na základě těchto kritérií se odhaduje, že celkové zdroje devonsko-Mississippianské břidlicové nafty činí 423 miliard barelů (61 miliard tun).