Amerikanske olieskifindskud | Kort, geologi og ressourcer

Indhold

• Green River Formation:
• -Geologi
• -Historisk udvikling
• -Kalor-olieressourcer
• -Andre mineralressourcer
• Eastern Devonian-Mississippian Oil Shale:
• -Depositionsmiljø
• -ressourcer

U.S. olieskifer: Kort over områder, der er understøttet af Green River-dannelsen i Colorado, Utah og Wyoming, USA (efter Dyni, 2005) og større områder med overfladebehandlet Devonian-olieskifer i det østlige USA (efter Matthews og andre 1980). Klik for at forstørre kortet.

Talrige forekomster af olieskifer, lige fra præambisk til tertiær alder, er til stede i USA. De to vigtigste aflejringer er i Eocene Green River Formation i Colorado, Wyoming og Utah og i Devonian-Mississippian black shales i det østlige USA. Olieskifer forbundet med kulaflejringer i Pennsylvanian alder er også i det østlige USA. Det er kendt, at andre indskud er i Nevada, Montana, Alaska, Kansas og andre steder, men disse er enten for små, for lave kvaliteter eller er endnu ikke blevet undersøgt nok (Russell, 1990, s. 82-157) til at være betragtes som ressourcer til denne rapport. På grund af deres størrelse og kvalitet har de fleste undersøgelser fokuseret på Green River og Devonian-Mississippian aflejringer.

Green River Formation:

-Geologi

Lacustrine sedimenter af Green River Formation blev deponeret i to store søer, der besatte 65.000 km2 i adskillige sedimentære strukturelle bassiner i Colorado, Wyoming og Utah i den tidlige midterste eocene tid. Uinta-bjergløftet og dens forlængelse mod øst, Axial Basin anticline, adskiller disse bassiner. Lake River-søsystemet eksisterede i mere end 10 millioner år i en tid med et varmt tempereret til subtropisk klima. I løbet af dele af deres historie blev søens bassiner lukket, og farvandet blev meget salt.

Svingninger i mængden af ​​indstrømmende vandløb forårsagede store udvidelser og sammentrækninger af søerne, hvilket kunne bevises ved en udbredt sammenblanding af marmisk lakustrin-lag med senge af jordafledt sandsten og siltsten. I tørre tider faldt søerne sammen, og farvandet blev mere og mere salt og alkalisk. Sø-vandindholdet i opløselige natriumcarbonater og chlorid steg, medens de mindre opløselige divalente Ca + Mg + Fe-carbonater blev udfældet med organisk rige sedimenter. I de tørreste perioder nåede søens farvande saltholdigheder, der var tilstrækkelige til at udfælde senge af nahcolit, halit og trona. Portvandet i sedimentet var tilstrækkeligt saltvand til at præcipitere spredte krystaller af nahcolit, shortite og dawsonit sammen med en række andre autoritære carbonat- og silikatmineraler (Milton, 1977).

Et bemærkelsesværdigt aspekt af mineralogien er den komplette mangel på autorigeniske sulfatmineraler. Selvom sulfat sandsynligvis var en vigtig anion i strømvandet, der trænger ind i søerne, blev sulfation formodentlig totalt konsumeret af sulfatreducerende bakterier i søen og sedimentvandene i henhold til den følgende generaliserede oxidationsreduktionsreaktion:

2CH₂O + SO₄^-2 ? 2HCO₃^-1 + H₂S

Bemærk, at der dannes to mol bicarbonat for hver mol sulfat, der reduceres. Det resulterende hydrogensulfid kunne enten reagere med tilgængeligt Fe ++ for at udfælde som jernsulfidmineraler eller undslippe fra sedimenterne som en gas (Dyni, 1998). Andre vigtige kilder til karbonat inkluderer calciumcarbonatsekreterende alger, hydrolyse af silicatmineraler og direkte input fra indstrømmende strømme.

De varme alkaliske søfarvande i søerne Eocene Green River gav fremragende betingelser for den rigelige vækst af blågrønne alger (cyanobakterier), der menes at være den største forløber for det organiske stof i olieskiften. I tider med friskende farvande var søerne vært for en række forskellige fisker, stråler, toskaller, gastropoder, ostracodes og anden akvatiske fauna. Områder, der er perifere til søerne, understøttede en stor og varieret samling af landplanter, insekter, padder, skildpadder, firben, slanger, krokodiller, fugle og adskillige pattedyr (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; og Grande, 1984).

-Historisk udvikling

Forekomsten af ​​olieskifer i Green River Formation i Colorado, Utah og Wyoming har været kendt i mange år. I de tidlige 1900'ere blev det tydeligt konstateret, at Green River-aflejringerne var en vigtig ressource til skiferolie (Woodruff og Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). I denne tidlige periode blev Green River og andre aflejringer undersøgt, herunder olieskifer i den marine Phosphoria-dannelse af permisk alder i Montana (Bowen, 1917; Condit, 1919) og olieskifer i tertiære søbed nær Elko, Nevada (Winchester, 1923).

I 1967 begyndte det amerikanske indenrigsministerium et omfattende program til at undersøge kommercialiseringen af ​​olieskiferforekomsterne i Green River. De dramatiske stigninger i oliepriser, som følge af OPEC-olieembargo i 1973-74, udløste en ny genopblomstring af olie-skiferaktiviteter i 1970'erne og ind i begyndelsen af ​​1980'erne. I 1974 blev adskillige pakker med offentlige olieskifter i Colorado, Utah og Wyoming stillet til konkurrencebistand under Federal Prototype Oil Shale Leasing Program. To kanaler blev lejet i Colorado (C-a og C-b) og to i Utah (U-a og U-b) til olieselskaber.

Store underjordiske minefaciliteter, inklusive lodrette aksler, rum- og søjleindgange og modificerede in-situ-retorter, blev konstrueret på traktaterne C-a og C-b, men der blev ikke produceret ringe eller ingen skiferolie. I løbet af denne tid udviklede Unocal Oil Company sine olieskiferfaciliteter på privatejet jord på den sydlige side af Piceance Creek-bassinet. Faciliteterne omfattede en rum-og-søjle mine med en overfladeindgang, en 10.000 tønde / dag (1.460 ton / dag) retort og et opgraderingsanlæg. Et par miles nord for ejendommen Unocal åbnede Exxon Corporation en rum-og-søjle mine med en overfladeadgang, transportveje, affaldsstortdepot og et vandopbevaringsreservoir og dæmning.

I 1977-78 åbnede det amerikanske ministerium for miner en eksperimentel mine, der omfattede en 723 m-dyb skaft med adskillige rum-og-søjleindgange i den nordlige del af Piceance Creek-bassinet for at undersøge de dybere aflejringer af olieskifer, som er blandet med nahcolite og dawsonite. Webstedet blev lukket i slutningen af ​​1980'erne.

Cirka 80 millioner dollars blev brugt på U-a / U-b-kanalerne i Utah af tre energiselskaber til at synke en 313 m-dyb lodret skaft og skrå hen ad vejen til en højkvalitetszone med olieskifer og for at åbne flere små poster. Andre faciliteter omfattede en gruveservicebygning, vand- og kloakrensningsanlæg og en vandopbevaringsdam.

Seep Ridge-projektet placeret syd for U-a / U-b-kanalerne, finansieret af Geokinetics, Inc. og U.S. Department of Energy, producerede skiferolie efter en lav in-situ retortingmetode. Flere tusinde tønder skiferolie blev produceret.

Den unokal olieudskifter var det sidste store projekt til produktion af skiferolie fra Green River Formation. Anlægskonstruktion begyndte i 1980, og kapitalinvesteringer til konstruktion af miner, retort, opgradering af anlæg og andre faciliteter var $ 650 millioner. Unocal producerede 657.000 tons (ca. 4,4 mio. Bbls) skiferolie, som blev sendt til Chicago for raffinering til transportbrændstoffer og andre produkter under et program, der delvis blev subsidieret af den amerikanske regering. Den gennemsnitlige produktionshastighed i de sidste driftsmåneder var ca. 875 ton (ca. 5.900 tønder) skiferolie pr. Dag; anlægget blev lukket i 1991.

I de sidste par år begyndte Shell Oil Company et eksperimentelt feltprojekt for at udvinde skiferolie ved hjælp af en proprietær in-situ-teknik. Nogle detaljer om projektet er blevet offentliggjort, og resultaterne til dato (2006) ser ud til at favorisere fortsat forskning.

-Kalor-olieressourcer

Efterhånden som olieskiferaflejringerne i Green River i Colorado blev bedre kendt, steg estimaterne af ressourcen fra ca. 20 milliarder tønder i 1916 til 900 milliarder tønder i 1961 og til 1,0 billioner tønder (~ 147 milliarder ton) i 1989 (Winchester, 1916, s. 140; Donnell, 1961; Pitman m.fl., 1989). Et litologisk snit og et resumé af ressourcerne ved olieskiferzoner i Piceance Creek-bassinet er vist i figur 17.

Green River-skiferressourcer i Utah og Wyoming er ikke så kendt som dem i Colorado. Trudell m.fl. (1983, s. 57) beregnet de målte og estimerede ressourcer af skiferolie i et område på ca. 5.200 km² i det østlige Uinta-bassin, Utah, til at være 214 milliarder tønder (31 milliarder tons), hvoraf cirka en tredjedel er i den rige mahogni-olieudskiferzone. Culbertson m.fl. (1980, s. 17) vurderede olieskiferressourcerne i Green River Formation i Green River Basin i sydvest Wyoming til at være 244 milliarder tønder (~ 35 milliarder ton) skiferolie.

Yderligere ressourcer er også i Washakie-bassinet øst for Green River Basin i det sydvestlige Wyoming. Trudell m.fl. (1973) rapporterede, at flere medlemmer af Green River Formation på Kinney Rim på vestsiden af ​​Washakie-bassinet indeholder sekvenser med lav til moderat kvalitet af olieskifer i tre kernehuller. To sekvenser af olieskifer i Laney-medlemmet, 11 og 42 m tykke, gennemsnitligt 63 l / t og repræsenterer så meget som 8,7 millioner ton in-situ skiferolie pr. Kvadratkilometer. Et samlet estimat af ressourcen i Washakie-bassinet blev ikke rapporteret på grund af mangel på underjordiske data.

-Andre mineralressourcer

Foruden fossil energi indeholder Green River-olieskiferaflejringer i Colorado værdifulde ressourcer af natriumcarbonatmineraler, herunder nahcolite (NaHCO)₃) og dawsonite. Begge mineraler er blandet med højkvalitets olieskifer i den dybe nordlige del af bassinet. Dyni (1974) vurderede den samlede nahcolite-ressource til 29 milliarder ton. Beard m.fl. (1974) anslog næsten den samme mængde nahcolite og 17 milliarder ton dawsonite. Begge mineraler har værdi for soda (Na₂CO3) og dawsonit har også potentiel værdi for dets aluminiumoxid (Al₂O3) indhold. Det sidstnævnte mineral genvindes sandsynligvis som et biprodukt af en olie-skiferoperation. Et firma er en løsning, der udvindes nahcolite til fremstilling af natriumbicarbonat i den nordlige del af Piceance Creek-bassinet på 600 m dybder (Day, 1998). Et andet selskab stoppede opløsning af minerydning af nahcolite i 2004, men forarbejder nu soda, der er opnået fra Wyoming tronaflejringer til fremstilling af natriumbicarbonat.

Wilkins Peak-medlem af Green River Formation i Green River Basin i det sydvestlige Wyoming indeholder ikke kun olieskifer, men også verdens største kendte ressource af naturligt natriumcarbonat som trona (Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O).Trona-ressourcen anslås til mere end 115 milliarder ton i 22 senge, der spænder fra 1,2 til 9,8 m i tykkelse (Wiig m.fl., 1995). I 1997 var troneproduktionen fra fem miner 16,5 millioner tons (Harris, 1997). Trona raffineres til soda (Na₂CO₃) brugt til fremstilling af flaske og fladt glas, bagepulver, sæbe og rengøringsmidler, affaldsbehandlingskemikalier og mange andre industrikemikalier. Et ton soda opnås fra ca. to ton tronmalm. Wyoming trona leverer ca. 90 procent af den amerikanske soda-behov; derudover eksporteres ca. en tredjedel af den samlede producerede Wyoming soda.

I den dybere del af Piceance Creek-bassinet indeholder Green River-olieskifer en potentiel ressource af naturgas, men dens økonomiske genopretning er tvivlsom (Cole og Daub, 1991). Naturgas er også til stede i Green River-olieskiferaflejringer i det sydvestlige Wyoming og sandsynligvis i olieskiferen i Utah, men i ukendte mængder. En oversigt over olieskifer og mineralressourcer fra Green River Formation i Colorado, Wyoming og Utah er vist i tabel 8.

Eastern Devonian-Mississippian Oil Shale:

-Depositionsmiljø

Sort organisk rig havskifer og tilhørende sedimenter i den tidlige Devonian og den tidlige Mississippian alder ligger under ca. 725.000 km² i det østlige USA. Disse skifer er blevet udnyttet i mange år som en naturgasressource, men er også blevet betragtet som en potentiel lavkvalitetsressource til skiferolie og uran (Roen og Kepferle, 1993; Conant og Swanson, 1961).

I årenes løb har geologer anvendt mange lokale navne på disse skifer og tilhørende klipper, herunder Chattanooga, New Albany, Ohio, Sunbury, Antrim og andre. En gruppe papirer, der detaljerede stratigrafi, struktur og gaspotentiale for disse klipper i det østlige USA, er blevet offentliggjort af U.S. Geological Survey (Roen og Kepferle, 1993).

De sorte skifere blev deponeret i den sene Devon-tid og den tidlige Mississippian-tid i et stort epeirisk hav, der dækkede store dele af det midterste og østlige USA øst for Mississippi-floden. Området omfattede den brede, lave, indvendige platform på vest, der klassificerer østover i Appalachian Basin. Dybden til bunden af ​​Devonian-Mississippian black shales spænder fra overfladeeksponeringer på den indre platform til mere end 2.700 m langs aflejringsaksen i Appalachian Basin (de Witt m.fl., 1993, deres pl. 1).

Det sene Devoniske hav var relativt lavt med minimal strøm og bølgefunktion, ligesom miljøet, hvor Sveriges Alumskifer blev deponeret i Europa. En stor del af det organiske stof i sortskiferen er amorf bituminit, skønt nogle få strukturerede fossile organismer som f.eks. Tasmanitter, Botryococcus, Foerstia, og andre er blevet anerkendt. Conodonts og linguloid brachiopoder fordeles sparsomt gennem nogle senge. Selvom meget af det organiske stof er amorft og af usikker oprindelse, antages det generelt, at meget af det stammer fra planktoniske alger.

I de distale dele af Devonhavet akkumulerede det organiske stof meget langsomt sammen med meget finkornede lereteafsedimenter i dårligt oxiderede farvande, der ikke var gravende organismer. Conant og Swanson (1961, s. 54) anslåede, at 30 cm af den øverste del af Chattanooga-skiferen deponeret på den indre platform i Tennessee kunne repræsentere så meget som 150.000 år med sedimentation.

De sorte skifere tykner østover i Appalachian-bassinet på grund af stigende mængder af klastiske sedimenter, der blev kastet i Devonhavet fra det appalachiske højland, der ligger øst for bassinet. Pyrit og marcasit er rigelige autentiske mineraler, men carbonatmineraler er kun en mindre del af mineralstoffet.

-ressourcer

Olieskiferressourcen er i den del af den indre platform, hvor de sorte skifere er de rigeste og tættest på overfladen. Selvom det længe er kendt for at producere olie ved retortning, giver det organiske stof i Devonian-Mississippian sort skifer kun ca. halvdelen så meget som det organiske stof i Green River-olieskiferen, hvilket menes at kunne tilskrives forskelle i typen organisk stof (eller type organisk kulstof) i hver af olieskifrene. Den Devonian-Mississippian-olieskifer har et højere forhold mellem aromatisk og alifatisk organisk kulstof end Green River-olieskifer, og det er vist ved materialebalance Fischer-analyser giver meget mindre skiferolie og en højere procentdel af kulstofrester (Miknis, 1990).

Hydrotortortering af Devonian-Mississippian olieskifer kan øge olieudbyttet med mere end 200 procent af den værdi, der er bestemt ved Fischer-assay. I modsætning hertil er omdannelsen af ​​organisk materiale til olie ved hydroretortering langt mindre for Green River-olieskifer, ca. 130 til 140 procent af Fischer-analyseværdien. Andre marine olieskifer reagerer også positivt på hydroretorting med udbytter så meget som eller mere end 300 procent af Fischer-assayet (Dyni, og andre, 1990).

Matthews m.fl. (1980) evaluerede de Devonian-Mississippian-olieskifer i områder af den indre platform, hvor skiferne er rig nok på organisk stof og tæt nok til overfladen til at kunne formes ved åben pit. Resultaterne af undersøgelser i Alabama, Illinois, Indiana, Kentucky, Ohio, Michigan, det østlige Missouri, Tennessee og West Virginia indikerede, at 98 procent af de ressourcer, der er tæt på overflaten, er i Kentucky, Ohio, Indiana og Tennessee (Matthews, 1983) .

Kriterierne for evaluering af den Devonian-Mississippian olie-skifer ressource anvendt af Matthews og andre (1980) var:

1. Organisk kulstofindhold: = 10 vægtprocent
2. Overbelastning: = 200 m
3. Stripping ratio: = 2,5: 1
4. Skifersengens tykkelse: = 3 m
5. Open-pit minedrift og hydroretorting

På baggrund af disse kriterier blev de samlede Devonian-Mississippian skiferolieressourcer anslået til at være 423 milliarder tønder (61 milliarder ton).