Rochas

Depósitos de xisto de petróleo nos Estados Unidos



Reimpressão do: Relatório de Investigações Científicas do Inquérito Geológico dos Estados Unidos 2005-5294 por John R. Dyni
Xisto de óleo dos Estados Unidos da América

Xisto de óleo dos EUA: Mapa das áreas subjacentes à Formação Green River no Colorado, Utah e Wyoming, Estados Unidos (após Dyni, 2005) e principais áreas de xisto devoniano de superfície lavável no leste dos Estados Unidos (após Matthews e outros 1980). Clique para ampliar o mapa.

Numerosos depósitos de xisto betuminoso, que variam da idade pré-cambriana à terciária, estão presentes nos Estados Unidos. Os dois depósitos mais importantes estão na Formação Eocene Green River, no Colorado, Wyoming e Utah, e nos folhelhos devonianos-Mississipianos, no leste dos Estados Unidos. O xisto associado a depósitos de carvão da idade da Pensilvânia também está no leste dos Estados Unidos. Sabe-se que outros depósitos estão em Nevada, Montana, Alaska, Kansas e em outros lugares, mas são muito pequenos, muito baixos ou ainda não foram suficientemente explorados (Russell, 1990, p. 82-157) para serem considerados recursos para os fins deste relatório. Devido ao seu tamanho e grau, a maioria das investigações se concentrou nos depósitos de Green River e Devonian-Mississippian.

Xisto de Óleo - Menu Country

Formação de Green River:


-Geologia

Sedimentos lacustres da Formação Green River foram depositados em dois grandes lagos que ocupavam 65.000 km2 em várias bacias sedimentares-estruturais no Colorado, Wyoming e Utah durante o período Eoceno inicial. A elevação da montanha Uinta e sua extensão para o leste, a anticlinha da bacia axial, separam essas bacias. O sistema de lagos Green River existe há mais de 10 milhões de anos durante um período de clima temperado a subtropical quente. Durante partes de sua história, as bacias dos lagos foram fechadas e as águas se tornaram altamente salinas.

As flutuações na quantidade de águas do fluxo de entrada causaram grandes expansões e contrações dos lagos, como evidenciado pela intertonguing generalizada de estratos lacustres marinhos com leitos de arenito e siltito derivados da terra. Durante os períodos áridos, os lagos se contraíam e as águas se tornavam cada vez mais salinas e alcalinas. O teor de água do lago em carbonatos de sódio e cloreto de sódio solúveis aumentou, enquanto os carbonatos de Ca + Mg + Fe menos solúveis e divalentes foram precipitados com sedimentos ricos em orgânicos. Durante os períodos mais secos, as águas do lago atingiram salinidades suficientes para precipitar leitos de nacolita, halita e trona. As águas dos poros dos sedimentos eram salinas o suficiente para precipitar cristais disseminados de nacolito, shortita e dawsonita, juntamente com uma série de outros minerais de carbonato e silicato autênticos (Milton, 1977).

Um aspecto digno de nota da mineralogia é a completa falta de minerais de sulfato autênticos. Embora o sulfato tenha sido provavelmente um dos principais ânions nas águas dos rios que entram nos lagos, o íon sulfato foi presumivelmente totalmente consumido por bactérias redutoras de sulfato no lago e nas águas sedimentares, de acordo com a seguinte reação generalizada de oxidação-redução:

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

Observe que duas moles de bicarbonato são formadas para cada mole de sulfato reduzida. O sulfeto de hidrogênio resultante pode reagir com o Fe ++ disponível para precipitar como minerais de sulfeto de ferro ou escapar dos sedimentos como um gás (Dyni, 1998). Outras fontes importantes de carbonato incluem algas secretoras de carbonato de cálcio, hidrólise de minerais de silicato e entrada direta de fluxos de entrada.

As águas mornas dos lagos alcalinos dos lagos Eocene Green River proporcionaram excelentes condições para o crescimento abundante de algas azul-esverdeadas (cianobactérias), consideradas o principal precursor da matéria orgânica no xisto betuminoso. Durante os tempos de águas refrescantes, os lagos hospedavam uma variedade de peixes, raias, bivalves, gastrópodes, ostracódigos e outras fauna aquática. Áreas periféricas aos lagos sustentavam um conjunto amplo e variado de plantas terrestres, insetos, anfíbios, tartarugas, lagartos, cobras, crocodilos, pássaros e numerosos animais mamíferos (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; e Grande, 1984).

Desenvolvimentos Históricos

A ocorrência de xisto betuminoso na Formação Green River, no Colorado, Utah e Wyoming, é conhecida há muitos anos. Durante o início de 1900, ficou claramente estabelecido que os depósitos de Green River eram um recurso importante de óleo de xisto (Woodruff e Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). Durante esse período inicial, o rio Verde e outros depósitos foram investigados, incluindo xisto de petróleo da Formação Fosforiana marinha da idade do Permiano em Montana (Bowen, 1917; Condit, 1919) e xisto de petróleo em leitos terciários de lago perto de Elko, Nevada (Winchester, 1923).

Em 1967, o Departamento do Interior dos EUA iniciou um extenso programa para investigar a comercialização dos depósitos de xisto de Green River. Os dramáticos aumentos nos preços do petróleo resultantes do embargo de petróleo da OPEP de 1973-74 provocaram outro ressurgimento das atividades de xisto durante a década de 1970 e no início da década de 1980. Em 1974, várias parcelas de terras públicas de xisto de petróleo no Colorado, Utah e Wyoming foram colocadas em licitação competitiva sob o Programa Federal de Protótipo de Leasing de Xisto de Petróleo. Dois setores foram arrendados no Colorado (C-a e C-b) e dois em Utah (U-a e U-b) para empresas de petróleo.

Grandes instalações de mineração subterrânea, incluindo eixos verticais, entradas de salas e pilares e réplicas in situ modificadas, foram construídas nos Tratados C-a e C-b, mas pouco ou nenhum óleo de xisto foi produzido. Durante esse período, a Unocal Oil Company estava desenvolvendo suas instalações de xisto de petróleo em terras particulares no lado sul da bacia de Piceance Creek. As instalações incluíam uma mina de quarto e pilar com entrada na superfície, uma réplica de 10.000 barris / dia (1.460 toneladas / dia) e uma planta de modernização. A alguns quilômetros ao norte da propriedade da Unocal, a Exxon Corporation abriu uma mina de pilares com entrada de superfície, estradas de transporte, lixão de rochas residuais e um reservatório e represa de armazenamento de água.

Em 1977-78, o Bureau of Mines dos EUA abriu uma mina experimental que incluía um poço de 723 m de profundidade com várias entradas de quartos e pilares na parte norte da bacia de Piceance Creek para conduzir pesquisas sobre os depósitos mais profundos de xisto de petróleo, que são misturados com nacolite e dawsonita. O site foi fechado no final dos anos 80.

Cerca de US $ 80 milhões foram gastos nos setores U-a / U-b em Utah por três empresas de energia para afundar um eixo vertical de 313 m de profundidade e transportar a uma área de alto grau de xisto de petróleo e abrir várias entradas pequenas. Outras instalações incluíam um edifício de serviços de minas, estações de tratamento de água e esgoto e uma barragem de retenção de água.

O projeto Seep Ridge, localizado ao sul dos setores U-a / U-b, financiado pela Geokinetics, Inc. e pelo Departamento de Energia dos EUA, produziu óleo de xisto por um método superficial de retorta no local. Vários milhares de barris de óleo de xisto foram produzidos.

A planta de óleo de xisto da Unocal foi o último grande projeto a produzir óleo de xisto da Formação Green River. A construção da fábrica começou em 1980, e o investimento de capital para a construção da mina, retorta, modernização da planta e outras instalações foi de US $ 650 milhões. A Unocal produziu 657.000 toneladas (cerca de 4,4 milhões de barris) de óleo de xisto, que foram enviadas para Chicago para refino de combustíveis de transporte e outros produtos sob um programa parcialmente subsidiado pelo governo dos EUA. A taxa média de produção nos últimos meses de operação foi de cerca de 875 toneladas (cerca de 5.900 barris) de óleo de xisto por dia; a instalação foi fechada em 1991.

Nos últimos anos, a Shell Oil Company iniciou um projeto de campo experimental para recuperar o óleo de xisto por uma técnica proprietária in situ. Alguns detalhes sobre o projeto foram anunciados publicamente, e os resultados até o momento (2006) parecem favorecer a continuação da pesquisa.

Recursos de óleo de baleia

À medida que os depósitos de xisto de Green River, no Colorado, se tornaram mais conhecidos, as estimativas do recurso aumentaram de cerca de 20 bilhões de barris em 1916, para 900 bilhões de barris em 1961 e para 1,0 trilhão de barris (~ 147 bilhões de toneladas) em 1989 (Winchester, 1916, p.140; Donnell, 1961; Pitman e outros, 1989). Uma seção litológica e um resumo dos recursos por zonas de xisto de petróleo na Bacia de Piceance Creek são mostrados na figura 17.

Os recursos de xisto de Green River em Utah e Wyoming não são tão conhecidos quanto os do Colorado. Trudell e outros (1983, p. 57) calcularam os recursos medidos e estimados do óleo de xisto em uma área de cerca de 5.200 km2 no leste da Uinta Basin, Utah, são 214 bilhões de barris (31 bilhões de toneladas), dos quais cerca de um terço está na rica zona de xisto de mogno. Culbertson e outros (1980, p. 17) estimaram os recursos de xisto de petróleo na Formação do Rio Verde na Bacia do Rio Verde, no sudoeste do Wyoming, em 244 bilhões de barris (~ 35 bilhões de toneladas) de óleo de xisto.

Recursos adicionais também estão na bacia de Washakie, a leste da bacia do rio Green, no sudoeste do Wyoming. Trudell e outros (1973) relataram que vários membros da Formação Green River, na orla Kinney, no lado oeste da bacia de Washakie, contêm seqüências de graus baixo a moderado de xisto de petróleo em três orifícios. Duas seqüências de xisto betuminoso no Laney Member, com 11 e 42 m de espessura, têm média de 63 l / te representam 8,7 milhões de toneladas de óleo de xisto in situ por quilômetro quadrado. Uma estimativa total do recurso na Bacia de Washakie não foi relatada por falta de dados do subsolo.

-Outros recursos minerais

Além da energia fóssil, os depósitos de xisto de Green River no Colorado contêm recursos valiosos de minerais de carbonato de sódio, incluindo nacolite (NaHCO3) e dawsonita NaAl (OH)2CO3. Ambos os minerais são misturados com xisto de óleo de alta qualidade na parte norte profunda da bacia. Dyni (1974) estimou o recurso total de nacolite em 29 bilhões de toneladas. Beard e outros (1974) estimaram quase a mesma quantidade de nahcolite e 17 bilhões de toneladas de dawsonite. Ambos os minerais têm valor para a carbonato de sódio (Na2CO 3) e dawsonita também têm valor potencial para sua alumina (Al2O3) conteúdo. É provável que o último mineral seja recuperado como subproduto de uma operação de xisto de óleo. Uma empresa é a mineradora de soluções de nahcolita para a fabricação de bicarbonato de sódio na parte norte da bacia de Piceance Creek, a profundidades de cerca de 600 m (Day, 1998). Outra empresa interrompeu a mineração de nahcolite em 2004, mas agora processa carbonato de sódio obtido dos depósitos de trona de Wyoming para fabricar bicarbonato de sódio.

O membro do pico de Wilkins da formação de Green River na bacia do rio Green, no sudoeste do Wyoming, contém não apenas xisto de petróleo, mas também o maior recurso conhecido mundialmente de carbonato de sódio natural como trona (Na2CO3.NaHCO3.2H2O). O recurso trona é estimado em mais de 115 bilhões de toneladas em 22 leitos, com espessura de 1,2 a 9,8 m (Wiig e outros, 1995). Em 1997, a produção de trona de cinco minas foi de 16,5 milhões de toneladas (Harris, 1997). Trona é refinado em carbonato de sódio (Na2CO3) usado na fabricação de garrafas e vidros planos, bicarbonato de sódio, sabão e detergentes, produtos químicos para tratamento de resíduos e muitos outros produtos químicos industriais. Uma tonelada de carbonato de sódio é obtida a partir de duas toneladas de minério de trona. O trona de Wyoming fornece cerca de 90% das necessidades de carbonato de sódio dos EUA; além disso, cerca de um terço do total de carbonato de sódio produzido em Wyoming é exportado.

Na parte mais profunda da bacia de Piceance Creek, o xisto de Green River contém um recurso potencial de gás natural, mas sua recuperação econômica é questionável (Cole e Daub, 1991). O gás natural também está presente nos depósitos de xisto de Green River, no sudoeste do Wyoming, e provavelmente no xisto de Utah, mas em quantidades desconhecidas. Um resumo do xisto betuminoso e dos recursos minerais da Formação Green River no Colorado, Wyoming e Utah é apresentado na tabela 8.

Xisto do petróleo Devoniano-Mississipiano Oriental:


Ambiente de Deposição

O xisto marinho preto rico em orgânicos e os sedimentos associados da idade do Devoniano tardio e do início do Mississipi sustentam cerca de 725.000 km2 no leste dos Estados Unidos. Esses folhelhos são explorados há muitos anos como um recurso de gás natural, mas também têm sido considerados como um recurso potencial de baixo teor de óleo de xisto e urânio (Roen e Kepferle, 1993; Conant e Swanson, 1961).

Ao longo dos anos, os geólogos têm aplicado muitos nomes locais a esses folhelhos e rochas associadas, incluindo Chattanooga, New Albany, Ohio, Sunbury, Antrim e outros. Um grupo de artigos detalhando a estratigrafia, estrutura e potencial de gás dessas rochas no leste dos Estados Unidos foi publicado pelo U.S. Geological Survey (Roen e Kepferle, 1993).

Os folhelhos negros foram depositados durante o período devoniano tardio e do início do Mississipi em um grande mar epírico que cobria grande parte do centro e leste dos Estados Unidos a leste do rio Mississippi. A área incluía a ampla e rasa plataforma interior a oeste, que se classifica para leste na Bacia dos Apalaches. A profundidade até a base dos folhelhos devonianos-Mississipianos varia de exposições na superfície da plataforma interior a mais de 2.700 m ao longo do eixo deposicional da Bacia dos Apalaches (de Witt e outros, 1993, pl. 1).

O mar devoniano tardio era relativamente raso com ação mínima de corrente e de ondas, bem como o ambiente em que o xisto de alume da Suécia foi depositado na Europa. Uma grande parte da matéria orgânica no xisto preto é betuminita amorfa, embora alguns organismos fósseis estruturados, como Tasmanitas, Botryococcus, Foerstia, e outros foram reconhecidos. Conodontes e braquiópodes linguloides são moderadamente distribuídos através de alguns leitos. Embora grande parte da matéria orgânica seja amorfa e de origem incerta, acredita-se geralmente que grande parte dela foi derivada de algas planctônicas.

Nas partes distais do mar Devoniano, a matéria orgânica se acumulava muito lentamente, juntamente com sedimentos argilosos de grãos muito finos em águas pouco oxigenadas e livres de organismos escavadores. Conant e Swanson (1961, p. 54) estimaram que 30 cm da parte superior do xisto de Chattanooga depositada na plataforma interior do Tennessee poderiam representar até 150.000 anos de sedimentação.

Os folhelhos pretos engrossam para o leste na Bacia dos Apalaches devido a quantidades crescentes de sedimentos clásticos que foram lançados no mar Devoniano a partir do planalto dos Apalaches, a leste da bacia. Pirita e marcassita são minerais autigênicos abundantes, mas minerais de carbonato são apenas uma fração menor da matéria mineral.

-Recursos

O recurso de xisto de óleo está na parte da Plataforma Interior, onde os xistos pretos são os mais ricos e os mais próximos da superfície. Embora se saiba há muito tempo que produz óleo ao retorcer, a matéria orgânica no xisto preto devoniano-Mississipiano produz apenas cerca da metade da matéria orgânica do xisto de óleo do rio Green, que se acredita ser atribuível a diferenças no tipo de matéria orgânica (ou tipo de carbono orgânico) em cada um dos folhelhos de óleo. O xisto devoniano-Mississipiano tem uma proporção mais alta de carbono orgânico aromático do que o xisto Green River, e é demonstrado pelo balanço de material dos ensaios de Fischer para produzir muito menos óleo de xisto e uma porcentagem maior de resíduo de carbono (Miknis, 1990).

O xisto devoniano-Mississipiano de hidrorretortante pode aumentar o rendimento de óleo em mais de 200% do valor determinado pelo ensaio Fischer. Por outro lado, a conversão de matéria orgânica em óleo por triagem por hidrorretração é muito menor para o xisto de Green River, cerca de 130 a 140% do valor do ensaio Fischer. Outros folhelhos de óleo marinho também respondem favoravelmente à triagem por hidrorretração, com rendimentos iguais ou superiores a 300% do ensaio Fischer (Dyni e outros, 1990).

Matthews e outros (1980) avaliaram os folhelhos de óleo Devoniano-Mississipiano em áreas da Plataforma Interior, onde os folhelhos são ricos o suficiente em matéria orgânica e próximos o suficiente da superfície para serem laváveis ​​em poço aberto. Resultados de investigações no Alabama, Illinois, Indiana, Kentucky, Ohio, Michigan, leste de Missouri, Tennessee e Virgínia Ocidental indicaram que 98% dos recursos mineráveis ​​próximos da superfície estão em Kentucky, Ohio, Indiana e Tennessee (Matthews, 1983) .

Os critérios para a avaliação do recurso xisto devoniano-Mississipiano usado por Matthews e outros (1980) foram:

  1. Teor de carbono orgânico: = 10% em peso
  2. Sobrecarga: = 200 m
  3. Taxa de decapagem: = 2,5: 1
  4. Espessura do leito de xisto: = 3 m
  5. Mineração a céu aberto e hidrorretração

Com base nesses critérios, os recursos totais de óleo de xisto devoniano-Mississipiano foram estimados em 423 bilhões de barris (61 bilhões de toneladas).