Deposit Shale Minyak Amerika Serikat | Peta, Geologi & Sumber Daya

Isi

• Formasi Sungai Hijau:
• -Geologi
• Perkembangan-Historis
• -Shale-Sumber Daya Minyak
• -Sumber Daya Mineral Lainnya
• Minyak Shale Timur Devonian-Mississippian:
• Lingkungan -Deposisi
• - Sumber

Serpih minyak A.S.: Peta area yang digarisbawahi oleh Formasi Green River di Colorado, Utah, dan Wyoming, Amerika Serikat (setelah Dyni, 2005) dan area utama serpih minyak serpihan tambang Devonian di Amerika Serikat bagian timur (setelah Matthews dkk., 1980). Klik untuk memperbesar peta.

Sejumlah deposit serpih minyak, mulai dari zaman Prakambrium hingga Tersier, ada di Amerika Serikat. Dua endapan yang paling penting adalah dalam Formasi Eosen Green River di Colorado, Wyoming, dan Utah dan dalam serpihan hitam Devonian-Mississippian di Amerika Serikat bagian timur. Minyak serpih yang terkait dengan endapan batubara usia Pennsylvania juga di Amerika Serikat bagian timur. Deposit lain diketahui berada di Nevada, Montana, Alaska, Kansas, dan di tempat lain, tetapi ini terlalu kecil, terlalu rendah, atau belum dieksplorasi dengan cukup baik (Russell, 1990, hlm. 82-157) untuk menjadi dianggap sebagai sumber daya untuk keperluan laporan ini. Karena ukuran dan tingkatannya, sebagian besar investigasi berfokus pada Sungai Green dan endapan Devonian-Mississippian.

Formasi Sungai Hijau:

-Geologi

Sedimen Lacustrine dari Formasi Green River diendapkan dalam dua danau besar yang menempati 65.000 km2 di beberapa cekungan sedimen-struktural di Colorado, Wyoming, dan Utah selama awal hingga pertengahan waktu Eosen. Peningkatan Gunung Uinta dan perluasan ke arah timur, antiklin Cekungan Aksial, memisahkan cekungan ini. Sistem danau Green River telah ada selama lebih dari 10 juta tahun pada saat iklim sedang hingga subtropis yang hangat. Selama bagian dari sejarah mereka, cekungan danau ditutup, dan air menjadi sangat asin.

Fluktuasi dalam jumlah aliran air yang mengalir menyebabkan ekspansi besar dan kontraksi danau-danau sebagaimana dibuktikan oleh penyebaran yang luas dari strata lacustrine marly dengan lapisan-lapisan batu pasir dan batulanau yang berasal dari daratan. Selama masa gersang, danau-danau berkontraksi, dan air menjadi semakin asin dan basa. Kandungan air danau dari natrium karbonat dan klorida yang larut meningkat, sedangkan Ca + Mg + Fe karbonat divalen yang tidak larut diendapkan dengan sedimen yang kaya organik. Selama periode terkering, air danau mencapai salinitas yang cukup untuk mengendapkan lapisan nahcolite, halite, dan trona. Perairan pori sedimen cukup salin untuk mengendapkan kristal nahcolite, shortite, dan dawsonite yang disebarluaskan bersama dengan sejumlah karbonat authigenic lainnya dan mineral silikat (Milton, 1977).

Aspek penting dari mineralogi adalah kurangnya mineral sulfat authigenik. Meskipun sulfat mungkin merupakan anion utama di perairan aliran yang memasuki danau, ion sulfat mungkin dikonsumsi secara total oleh bakteri pereduksi sulfat di danau dan air sedimen menurut reaksi pengurangan oksidasi umum berikut:

2CH₂O + SO₄^-2 ? 2HCO₃^-1 + H₂S

Perhatikan bahwa dua mol bikarbonat dibentuk untuk setiap mol sulfat yang berkurang. Hidrogen sulfida yang dihasilkan dapat bereaksi dengan Fe ++ yang tersedia untuk mengendap sebagai mineral besi sulfida atau melepaskan diri dari sedimen sebagai gas (Dyni, 1998). Sumber utama karbonat lainnya termasuk alga yang mensekresi kalsium karbonat, hidrolisis mineral silikat, dan input langsung dari aliran masuk.

Air danau alkali yang hangat di danau Eocene Green River memberikan kondisi yang sangat baik untuk pertumbuhan berlimpah ganggang biru-hijau (cyanobacteria) yang dianggap sebagai pendahulu utama bahan organik dalam serpih minyak. Selama masa air segar, danau menjadi tuan rumah berbagai ikan, sinar, bivalvia, gastropoda, ostrakoda, dan fauna air lainnya. Daerah pinggiran danau mendukung kumpulan tanaman darat, serangga, amfibi, kura-kura, kadal, ular, buaya, burung, dan berbagai hewan mamalia yang besar dan beragam (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; dan Grande, 1984).

Perkembangan-Historis

Terjadinya serpih minyak di Formasi Green River di Colorado, Utah, dan Wyoming telah dikenal selama bertahun-tahun. Selama awal 1900-an, jelas ditetapkan bahwa deposit Green River adalah sumber daya utama minyak serpih (Woodruff and Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). Selama periode awal ini, Sungai Hijau dan endapan lainnya diselidiki, termasuk serpih minyak dari Formasi Phosphoria laut usia Permian di Montana (Bowen, 1917; Condit, 1919) dan serpih minyak di dasar danau Tersier dekat Elko, Nevada (Winchester, 1923).

Pada tahun 1967, Departemen Dalam Negeri AS memulai program ekstensif untuk menyelidiki komersialisasi deposit serpih minyak Green River. Peningkatan dramatis dalam harga minyak bumi yang dihasilkan dari embargo minyak OPEC tahun 1973-74 memicu kebangkitan kembali kegiatan serpih minyak selama tahun 1970-an dan awal 1980-an. Pada tahun 1974 beberapa bidang tanah serpih minyak publik di Colorado, Utah, dan Wyoming disiapkan untuk penawaran kompetitif di bawah Program Leasing Shale Leasing Minyak Prototipe Federal. Dua traktat disewa di Colorado (C-a dan C-b) dan dua di Utah (U-a dan U-b) untuk perusahaan minyak.

Fasilitas penambangan bawah tanah yang besar, termasuk poros vertikal, entri ruangan dan pilar, dan retort in-situ yang dimodifikasi, dibangun pada Tracts C-a dan C-b, tetapi sedikit atau tidak ada minyak serpih yang diproduksi. Selama waktu ini, Unocal Oil Company sedang mengembangkan fasilitas serpih minyaknya di tanah milik pribadi di sisi selatan Piceance Creek Basin. Fasilitas termasuk tambang ruang dan pilar dengan entri permukaan, retort 10.000 barel / hari (1.460 ton / hari), dan pabrik perbaikan. Beberapa mil di utara properti Unocal, Exxon Corporation membuka tambang kamar-dan-pilar dengan entri permukaan, jalan pengangkutan, tempat pembuangan batu-batuan, dan waduk penampung air dan bendungan.

Pada 1977-78, Biro Pertambangan AS membuka tambang eksperimental yang mencakup poros sedalam 723 m dengan beberapa entri ruangan dan pilar di bagian utara Piceance Creek Basin untuk melakukan penelitian pada endapan minyak serpih yang lebih dalam, yang bercampur dengan nahcolite dan dawsonite. Situs ini ditutup pada akhir 1980-an.

Sekitar $ 80 juta dihabiskan untuk traktat U-a / U-b di Utah oleh tiga perusahaan energi untuk menenggelamkan poros vertikal sedalam 313 m dan cenderung menempuh jalur pengangkutan ke zona serpih minyak tingkat tinggi dan membuka beberapa entri kecil. Fasilitas lain termasuk bangunan layanan tambang, instalasi pengolahan air dan pembuangan limbah, serta bendungan retensi air.

Proyek Seep Ridge terletak di selatan traktat U-a / U-b, yang didanai oleh Geokinetics, Inc. dan Departemen Energi AS, memproduksi minyak serpih dengan metode retorting in-situ dangkal. Beberapa ribu barel minyak serpih diproduksi.

Pabrik serpih minyak Unocal adalah proyek besar terakhir untuk memproduksi serpih minyak dari Formasi Green River. Konstruksi pabrik dimulai pada 1980, dan investasi modal untuk membangun tambang, retort, peningkatan pabrik, dan fasilitas lainnya adalah $ 650 juta. Unocal memproduksi 657.000 ton (sekitar 4,4 juta bbls) minyak serpih, yang dikirim ke Chicago untuk disuling menjadi bahan bakar transportasi dan produk lainnya di bawah program yang sebagian disubsidi oleh Pemerintah AS. Tingkat rata-rata produksi pada bulan-bulan terakhir operasi adalah sekitar 875 ton (sekitar 5.900 barel) minyak serpih per hari; fasilitas ini ditutup pada tahun 1991.

Dalam beberapa tahun terakhir, Perusahaan Minyak Shell memulai proyek lapangan eksperimental untuk memulihkan minyak serpih dengan teknik in-situ yang eksklusif. Beberapa perincian tentang proyek telah diumumkan kepada publik, dan hasilnya hingga saat ini (2006) tampaknya mendukung penelitian lanjutan.

-Shale-Sumber Daya Minyak

Ketika simpanan serpih minyak Green River di Colorado menjadi lebih dikenal, perkiraan sumber daya meningkat dari sekitar 20 miliar barel pada 1916, menjadi 900 miliar barel pada 1961, dan menjadi 1,0 triliun barel (~ 147 miliar ton) pada 1989 (Winchester, 1916, p. 140; Donnell, 1961; Pitman dkk., 1989). Bagian litologi dan ringkasan sumber daya oleh zona serpih minyak di Lembah Sungai Piceance ditunjukkan pada Gambar 17.

Sumber daya serpih minyak Green River di Utah dan Wyoming tidak seterkenal di Colorado. Trudell dkk. (1983, hlm. 57) menghitung sumber daya terukur dan estimasi minyak serpih di area sekitar 5.200 km² di Cekungan Uinta timur, Utah, menjadi 214 miliar barel (31 miliar ton) di antaranya sekitar sepertiga berada di zona serpih minyak Mahoni yang kaya. Culbertson dkk. (1980, hlm. 17) memperkirakan sumber daya serpih minyak di Formasi Green River di Green River Basin di barat daya Wyoming menjadi 244 miliar barel (~ 35 miliar ton) minyak serpih.

Sumber daya tambahan juga berada di Cekungan Washakie di timur Cekungan Sungai Green di Wyoming barat daya. Trudell dkk. (1973) melaporkan bahwa beberapa anggota Formasi Sungai Hijau di Kinney Rim di sisi barat Cekungan Washakie mengandung urutan serpih minyak tingkat rendah hingga sedang dalam tiga lubang inti. Dua urutan serpih minyak di Anggota Laney, tebal 11 dan 42 m, rata-rata 63 l / t dan mewakili sebanyak 8,7 juta ton minyak serpih in-situ per kilometer persegi. Perkiraan total sumber daya di Cekungan Washakie tidak dilaporkan karena kurangnya data di bawah permukaan.

-Sumber Daya Mineral Lainnya

Selain energi fosil, deposit serpih minyak Green River di Colorado mengandung sumber daya berharga dari mineral natrium karbonat termasuk nahcolite (NaHCO₃) dan dawsonite. Kedua mineral tersebut bercampur dengan serpih minyak bermutu tinggi di bagian utara cekungan. Dyni (1974) memperkirakan sumber daya nahcolite total pada 29 miliar ton. Beard dkk. (1974) memperkirakan jumlah nahcolite dan 17 miliar ton dawsonite yang hampir sama. Kedua mineral memiliki nilai untuk soda abu (Na₂BERSAMA3) dan dawsonite juga memiliki nilai potensial untuk alumina (Al₂O3) konten. Mineral terakhir kemungkinan besar akan diperoleh kembali sebagai produk sampingan dari operasi serpih minyak. Salah satu perusahaan adalah penambangan larutan nahcolite untuk pembuatan natrium bikarbonat di bagian utara Piceance Creek Basin pada kedalaman sekitar 600 m (Day, 1998). Perusahaan lain menghentikan penambangan larutan nahcolite pada tahun 2004, tetapi sekarang memproses abu soda yang diperoleh dari deposit trona Wyoming untuk memproduksi natrium bikarbonat.

Anggota Puncak Wilkins dari Formasi Sungai Hijau di Cekungan Sungai Hijau di Wyoming barat daya tidak hanya mengandung serpih minyak tetapi juga sumber daya natrium karbonat alam terbesar yang dikenal di dunia sebagai trona (Na₂BERSAMA₃.NaHCO₃.2H₂HAI).Sumber daya trona diperkirakan mencapai lebih dari 115 miliar ton dalam 22 lapisan dengan ketebalan 1,2 hingga 9,8 m (Wiig dkk., 1995). Pada tahun 1997, produksi trona dari lima tambang adalah 16,5 juta ton (Harris, 1997). Trona dimurnikan menjadi soda ash (Na₂BERSAMA₃) digunakan dalam pembuatan botol dan kaca lembaran, soda kue, sabun dan deterjen, bahan kimia pengolahan limbah, dan banyak bahan kimia industri lainnya. Satu ton soda abu diperoleh dari sekitar dua ton bijih trona. Wyoming trona memasok sekitar 90 persen kebutuhan soda ash A.S. selain itu, sekitar sepertiga dari total abu soda Wyoming yang diproduksi diekspor.

Di bagian yang lebih dalam dari Piceance Creek Basin, serpih minyak Green River mengandung potensi sumber daya gas alam, tetapi pemulihan ekonominya dipertanyakan (Cole dan Daub, 1991). Gas alam juga ada di deposit serpih minyak Green River di Wyoming barat daya, dan mungkin di serpih minyak di Utah, tetapi dalam jumlah yang tidak diketahui. Ringkasan sumber minyak dan mineral dari Formasi Green River di Colorado, Wyoming, dan Utah diberikan pada tabel 8.

Minyak Shale Timur Devonian-Mississippian:

Lingkungan -Deposisi

Shale laut hitam yang kaya organik dan sedimen terkait dari Zaman Akhir Devon dan Awal Mississipi mendasari sekitar 725.000 km² di Amerika Serikat bagian timur. Serpihan-serpihan ini telah dieksploitasi selama bertahun-tahun sebagai sumber daya gas alam, tetapi juga telah dianggap sebagai sumber daya potensial serpih minyak serpih dan uranium (Roen dan Kepferle, 1993; Conant dan Swanson, 1961).

Selama bertahun-tahun, ahli geologi telah menerapkan banyak nama lokal untuk serpih ini dan batuan terkait, termasuk Chattanooga, New Albany, Ohio, Sunbury, Antrim, dan lainnya. Sekelompok makalah yang merinci stratigrafi, struktur, dan potensi gas dari batuan ini di Amerika Serikat bagian timur telah diterbitkan oleh Survei Geologi A.S. (Roen dan Kepferle, 1993).

Shale hitam itu diendapkan pada waktu Devonian Akhir dan Mississippian Awal di lautan epeiric besar yang menutupi sebagian besar Amerika Serikat bagian tengah dan timur di sebelah timur Sungai Mississippi. Area tersebut mencakup Platform interior yang luas dan dangkal di barat yang bergerak ke timur menuju Cekungan Appalachian. Kedalaman ke dasar serpihan hitam Devonian-Mississippian berkisar dari eksposur permukaan pada Platform Interior hingga lebih dari 2.700 m di sepanjang poros pengendapan Appalachian Basin (de Witt dkk., 1993, pl. 1).

Laut Devonian Akhir relatif dangkal dengan aksi arus dan gelombang yang minimal, seperti lingkungan tempat Alum Shale Swedia disimpan di Eropa. Sebagian besar bahan organik dalam serpih hitam adalah bituminite amorf, meskipun beberapa organisme fosil terstruktur seperti Tasmanites, Botryococcus, Foerstia, dan yang lainnya telah diakui. Brachiopoda conodont dan linguloid didistribusikan secara hemat melalui beberapa lapisan. Meskipun banyak dari bahan organik itu amorf dan asalnya tidak pasti, secara umum diyakini bahwa sebagian besar berasal dari alga planktonik.

Di bagian distal dari laut Devon, bahan organik terakumulasi sangat lambat bersama dengan sedimen lempung berbutir halus di perairan beroksigen buruk bebas dari organisme penggalian. Conant dan Swanson (1961, hlm. 54) memperkirakan bahwa 30 cm bagian atas Shale Chattanooga yang diendapkan pada Platform Interior di Tennessee dapat mewakili sedimentasi sebanyak 150.000 tahun.

Shale hitam menebal ke timur ke Cekungan Appalachian karena meningkatnya jumlah sedimen klastik yang ditumpahkan ke laut Devonian dari dataran tinggi Appalachian yang terletak di sebelah timur cekungan. Pyrite dan marcasite adalah mineral autigenik yang berlimpah, tetapi mineral karbonat hanya sebagian kecil dari materi mineral.

- Sumber

Sumber daya serpih minyak berada di bagian Platform Interior tempat serpih hitam adalah yang terkaya dan paling dekat dengan permukaan. Meskipun lama diketahui menghasilkan minyak setelah retorting, bahan organik di serpihan hitam Devonian-Mississippian hanya menghasilkan sekitar setengah dari bahan organik serpih minyak Green River, yang dianggap disebabkan oleh perbedaan jenis bahan organik. (atau jenis karbon organik) di masing-masing serpih minyak. Serpihan minyak Devonian-Mississippian memiliki rasio karbon organik aromatik dan alifatik yang lebih tinggi daripada serpih minyak Sungai Green, dan ditunjukkan oleh neraca bahan pengujian Fischer untuk menghasilkan minyak serpihan yang jauh lebih sedikit dan persentase residu karbon yang lebih tinggi (Miknis, 1990).

Serpih minyak Devonian-Mississippian Hydroretorting dapat meningkatkan hasil minyak lebih dari 200 persen dari nilai yang ditentukan oleh uji Fischer. Sebaliknya, konversi bahan organik menjadi minyak dengan hydroretorting jauh lebih sedikit untuk serpih minyak Green River, sekitar 130 hingga 140 persen dari nilai uji Fischer. Shale minyak laut lainnya juga merespons positif terhadap hydroretorting, dengan hasil sebanyak, atau lebih dari, 300 persen dari uji Fischer (Dyni, dan lainnya, 1990).

Matthews dkk. (1980) mengevaluasi serpih minyak Devonian-Mississippian di area Platform Interior di mana serpih tersebut cukup kaya akan bahan organik dan cukup dekat ke permukaan untuk dapat ditambang dengan lubang terbuka. Hasil penyelidikan di Alabama, Illinois, Indiana, Kentucky, Ohio, Michigan, Missouri timur, Tennessee, dan Virginia Barat menunjukkan bahwa 98 persen sumber daya yang dapat ditambang di dekat permukaan ada di Kentucky, Ohio, Indiana, dan Tennessee (Matthews, 1983) .

Kriteria untuk evaluasi sumber daya serpih minyak Devonian-Mississippian yang digunakan oleh Matthews dan lainnya (1980) adalah:

1. Kandungan karbon organik: = 10 persen berat
2. Overburden: = 200 m
3. Rasio pengupasan: = 2.5: 1
4. Ketebalan lapisan serpih: = 3 m
5. Penambangan terbuka dan hydroretorting

Berdasarkan kriteria ini, total sumber daya serpih minyak Devonian-Mississippian diperkirakan 423 miliar barel (61 miliar ton).