Content
- Què és el Shale?
- Usos del Shale
- Petroli i gas natural convencionals
- Petroli i gas natural no convencionals
- Shale S’utilitza per produir argila
- Shale S’utilitza per produir ciment
- Shale Oil
- Composició de Shale
- Colors d'esquist
- Shale negre i gris
- Xarxa, Marró i Groc
- Shale Green
- Propietats hidràuliques de Shale
- Propietats d'enginyeria de sòls d'esquila
- Sòls expansius
- Estabilitat del pendent
- Entorns de deposició d’esquilons
Esquist: L’esquist es trenca a trossos prims amb les vores afilades. Es presenta en una àmplia gamma de colors que inclouen vermell, marró, verd, gris i negre. És la roca sedimentària més comuna i es troba a les conques sedimentàries a tot el món.
Què és el Shale?
L’esquiló és una roca sedimentària de gra fi que es forma a partir de la compactació de partícules minerals d’argila i argila que anomenem habitualment “fang”. Aquesta composició situa l'esquist en una categoria de roques sedimentàries conegudes com "pedres de fang". L’esquist es distingeix d’altres pedres de fang perquè és fissil i laminat. "Laminat" significa que la roca està formada per moltes capes fines. "Fissile" significa que la roca es divideix fàcilment en peces primes al llarg de les laminacions.
Usos del Shale
Alguns esquistos tenen propietats especials que els converteixen en recursos importants. Les esquistes negres contenen material orgànic que de vegades es descompon per formar gas natural o petroli. Es pot triturar i barrejar altres esquistos amb aigua per produir argiles que es poden convertir en diversos objectes útils.
Dipòsit convencional de petroli i gas natural: Aquest dibuix il·lustra una "trampa anticlinal" que conté petroli i gas natural. Les unitats de roca gris són un esquist impermeable. El petroli i el gas natural es formen dins d’aquestes unitats d’esquist i després migren cap a dalt. Una part del petroli i el gas queda atrapat a la pedra arenisca groga per formar un dipòsit de petroli i gas. Es tracta d’un dipòsit “convencional”: és a dir, que el petroli i el gas poden fluir a través de l’espai de porus de la gres i es poden produir a partir del pou.
Petroli i gas natural convencionals
Els esquistos orgànics negres són la roca d'origen per a molts dels dipòsits de petroli i gas natural més importants del món. Aquests esquistats obtenen el seu color negre a partir de petites partícules de matèria orgànica que es dipositaven amb el fang a partir del qual es formava l’esquist. A mesura que el fang estava enterrat i escalfat dins de la terra, part del material orgànic es transformava en petroli i gas natural.
El petroli i el gas natural van emigrar de l’esquistre i cap amunt a través de la massa de sediments a causa de la seva baixa densitat. El petroli i el gas eren sovint atrapats dins dels espais porus d’una unitat de roca subjacent com una gres (vegeu la il·lustració). Aquests tipus de dipòsits de petroli i gas es coneixen amb el nom de "dipòsits convencionals" perquè els fluids poden fluir fàcilment pels porus de la roca i al pou d'extracció.
Tot i que la perforació pot extreure grans quantitats de petroli i gas natural de la roca de l’embassament, gran part de la resta queda atrapada dins l’esquist. Aquest petroli i gas és molt difícil d’eliminar perquè es troba atrapat en espais minus de porus o s’absorbeixen en partícules minerals d’argila que formen l’esquist.
Dipòsit de gas i gas no convencionals: Aquest dibuix il·lustra les noves tecnologies que permeten el desenvolupament de camps de petroli i gas natural no convencionals. En aquests camps de gas, el petroli i el gas es mantenen en esquists o una altra unitat de roca impermeable. Per produir aquest petroli o gas, calen tecnologies especials. Una és la perforació horitzontal, en la qual un pou vertical es desvia a l’horitzontal de manera que penetrarà a una llarga distància de la roca del dipòsit. El segon és la fracturació hidràulica. Amb aquesta tècnica, es tanca una part del pou i es bombea aigua per produir una pressió prou alta com per fracturar la roca circumdant. El resultat és un dipòsit molt fracturat, penetrat per una longitud llarga de pous.
Petroli i gas natural no convencionals
A finals dels anys 90, les empreses de perforació de gas natural van desenvolupar nous mètodes per alliberar el petroli i el gas natural que es troba atrapat dins dels petits espais de porus. Aquest descobriment va ser significatiu perquè va desbloquejar alguns dels dipòsits de gas natural més grans del món.
El Barri de Barras de Texas va ser el primer gran camp de gas natural desenvolupat en una roca d’embassament d’esquistos. El fet de produir gas a partir del Shale Barnett era tot un repte. Els espais porus en el sistema d'esquistos són tan minúsculs que el gas té problemes per moure's a través del sistema. Els foradadors van descobrir que podrien augmentar la permeabilitat de l’esquile mitjançant la bombada de l’aigua al pou sota pressió que era prou alta com per fracturar l’esquist. Aquestes fractures van alliberar part del gas dels espais porus i van permetre que aquest gas fluís cap al pou. Aquesta tècnica es coneix com a "fracturació hidràulica" o "hidrofracing".
Els perforadors també van aprendre a perforar fins al nivell de l’esquist i girar el pou de 90 graus per perforar horitzontalment a través de la unitat de roca d’esquist. Això va produir un pou amb una "zona de pagament" molt llarga a través de la roca de l'embassament (vegeu la il·lustració). Aquest mètode es coneix com a "perforació horitzontal".
La perforació horitzontal i la fracturació hidràulica van revolucionar la tecnologia de perforació i van obrir el camí per desenvolupar diversos camps gegants de gas natural. Aquests inclouen el Shale Marcellus a l'Appalachians, el Shale de Haynesville a Louisiana i el Shale de Fayetteville a Arkansas. Aquests enormes embassaments de esquistos contenen prou gas natural per atendre totes les necessitats dels Estats Units durant vint anys o més.
Xist en maons i rajoles: L’esquist s’utilitza com a matèria primera per fabricar molts tipus de maons, rajoles, canonades, terrisseries i altres productes manufacturats. El maó i la rajola són alguns dels materials més àmpliament utilitzats i molt desitjats per construir cases, parets, carrers i estructures comercials. Copyright de la imatge iStockphoto / Guy Elliott.
Shale S’utilitza per produir argila
Tothom té contacte amb productes elaborats amb esquistos. Si viviu en una casa de maons, conduïu per una carretera de maons, visqueu en una casa amb teulada o guardeu les plantes en testos de "terracota", teniu contacte diari amb articles que probablement eren de xisto.
Fa molts anys, aquests mateixos articles eren de fang natural. Tot i això, l’ús fort va esgotar la majoria dels petits dipòsits d’argila. Necessitant una nova font de matèries primeres, els fabricants aviat van descobrir que la barreja d’esquís de terra finament amb aigua produiria una argila que sovint tenia propietats similars o superiors. Avui en dia, la majoria d’objectes que abans eren produïts a partir d’argila natural han estat substituïts per articles gairebé idèntics fets d’argila fabricada barrejant finament el esquistó mòlt amb aigua.
Kits de rock i minerals: Obteniu un kit de roques, minerals o fòssils per obtenir més informació sobre els materials de la Terra. La millor manera d’aprendre sobre les roques és tenir disponibles exemplars per fer proves i exàmens.
Shale S’utilitza per produir ciment
El ciment és un altre material comú que es fa sovint amb esquistes. Per fabricar ciment, la pedra calcària triturada i l’esquema s’escalfen a una temperatura prou alta com per evaporar tota l’aigua i descompondre la pedra calcària en òxid de calci i diòxid de carboni. El diòxid de carboni es perd com a emissió, però l’òxid de calci combinat amb l’esquema escalfat fa una pols que s’endureix si es barreja amb aigua i es deixa assecar. El ciment s’utilitza per fabricar formigó i molts altres productes per a la indústria de la construcció.
Esquistó d’oli: Una roca que conté una quantitat important de material orgànic en forma de kerogen sòlid. Fins a 1/3 de la roca pot ser material orgànic sòlid. Aquest exemplar té aproximadament quatre centímetres de deu.
Shale Oil
L’esquistó d’oli és una roca que conté quantitats importants de material orgànic en forma de kerogen. Fins a 1/3 de la roca pot ser un querogen sòlid. Els hidrocarburs líquids i gasosos es poden extreure de l’esquist de petroli, però la roca s’ha d’escalfar i / o tractar amb dissolvents. Generalment és molt menys eficient que la perforació de roques que produiran gas o gas directament en un pou. L’extracció dels hidrocarburs de l’esquist de petroli produeix emissions i residus de productes que causen preocupacions mediambientals importants. Aquesta és una de les raons per les quals els jaciments mundials de xistre no s’han utilitzat de manera agressiva.
L’esquistó d’oli generalment compleix la definició de “esquistó”, ja que és “una roca laminada formada per almenys un 67% de minerals d’argila”. Tot i això, de vegades conté suficient material orgànic i minerals de carbonats que els minerals d'argila representen menys del 67% de la roca.
Mostres de nucli d’esquila: Quan es fa una perforació d’esquist per a l’avaluació de petroli, gas natural o recursos minerals, sovint es recupera un nucli del pou. Aleshores es pot provar la roca del nucli per conèixer el seu potencial i com es pot desenvolupar el recurs millor.
Composició de Shale
L’esquila és una roca composta principalment per grans minerals de mida argila. Aquests petits cereals solen ser minerals d’argila com l’analfabet, la caolinita i la smectita. L’esquena conté generalment altres partícules minerals de mida argila com el quars, el sílex i el feldspat. Altres components poden incloure partícules orgàniques, minerals de carbonats, minerals d'òxids de ferro, minerals de sulfur i grans minerals pesants. Aquests "altres constituents" de la roca sovint són determinats per l'entorn de deposició dels esquists i sovint determinen el color de la roca.
Esquistó negre: Xisto negre ric en orgànic. El gas natural i el petroli de vegades queden atrapats en els petits espais de porus d’aquest tipus d’esquist.
Colors d'esquist
Com la majoria de les roques, el color de l’esquís sovint és determinat per la presència de materials específics en quantitats menors. Un poc per cent dels materials orgànics o el ferro poden alterar significativament el color d’una roca.
Els gasos de xisto juguen: Des de finals dels anys 90, desenes de esquistes orgàniques negres anteriorment poc productives s’han desenvolupat amb èxit en camps de gas valuosos. Consulteu l'article: "Què és el gas d'esquist?"
Shale negre i gris
Un color negre en roques sedimentàries gairebé sempre indica la presència de materials orgànics. Un o dos per cent de materials orgànics poden donar un color gris fosc o negre a la roca. A més, aquest color negre gairebé sempre implica que l’esquisto format a partir dels sediments dipositats en un entorn deficient d’oxigen. Qualsevol oxigen que entrés al medi ambient va reaccionar ràpidament amb les restes orgàniques en descomposició. Si hi hagués present una gran quantitat d’oxigen, les restes orgàniques haurien decaigut totes. Un entorn pobre d’oxigen també proporciona les condicions adequades per a la formació de minerals sulfurs com la pirita, un altre mineral important que es troba en la majoria de les esqueles negres.
La presència de restes orgàniques en esquists negres els converteix en els candidats a la generació de petroli i gas. Si el material orgànic es conserva i s'escalfa adequadament després de l'enterrament, es podria produir petroli i gas natural. El Shale Barnett, el Shale Marcellus, el Shale de Haynesville, el Shale de Fayetteville i altres roques productores de gas són esquistos de color gris fosc o negre que generen gas natural. El Shaken Bakken de Dakota del Nord i l'Eagle Ford Shale de Texas són exemples d'esquistos que produeixen petroli.
De vegades, els esquistos grisos contenen una petita quantitat de matèria orgànica. Tot i això, els esquistos grisos també poden ser roques que contenen materials calcaris o simplement minerals d’argila que donen com a resultat un color gris.
Utica i Marcellus Shale: Es creu que dos esquistols orgànics negres a la conca dels Apal·liques contenen prou gas natural per subministrar els Estats Units durant diversos anys. Es tracta del Marcellus Shale i Utica Shale.
Xarxa, Marró i Groc
Les arbres que es dipositen en ambients rics en oxigen sovint contenen partícules minúscules d’òxid de ferro o minerals d’hidròxid de ferro com ara hematita, goethita o limonita. Uns pocs per cent d’aquests minerals distribuïts a través de la roca poden produir els colors vermell, marró o groc exhibits per molts tipus d’esquist. La presència d’hematita pot produir un esquistó vermell. La presència de limonita o goethita pot produir un esquistó groc o marró.
Shale Green
De vegades es troben esquistes verdes. Això no hauria d’estranyar perquè alguns dels minerals i argiles d’argila que formen gran part del volum d’aquestes roques són típicament d’un color verdós.
Es pot esquiar bé el gas natural: En menys de deu anys, l’esquil s’ha disparat fins al protagonisme en el sector energètic. Els nous mètodes de perforació i desenvolupament de pous, com ara la fracturació hidràulica i la perforació horitzontal, poden tapar el petroli i el gas natural atrapats dins de la matriu ajustada dels esquistos orgànics. Copyright de la imatge iStockphoto / Edward Todd.
Propietats hidràuliques de Shale
Les propietats hidràuliques són característiques d’una roca com ara la permeabilitat i la porositat que reflecteixen la seva capacitat de retenir i transmetre fluids com aigua, petroli o gas natural.
L’esquist té una mida de partícula molt petita, de manera que els espais intersticials són molt reduïts. De fet, són tan petits que el petroli, el gas natural i l’aigua tenen dificultats per moure’s per la roca.L’esquistó pot servir per tant com a roca capçalera per a les trampes de petroli i gas natural, i també és un aquiclude que bloqueja o limita el cabal d’aigües subterrànies.
Tot i que els espais intersticials d’un esquist és molt reduït, poden ocupar un volum important de la roca. D’aquesta manera, el sistema de esquistes pot contenir quantitats importants d’aigua, gas o petroli, però no poder transmetre’ls eficaçment a causa de la baixa permeabilitat. La indústria del petroli i el gas supera aquestes limitacions de esquistos mitjançant la utilització de perforació horitzontal i fracturació hidràulica per crear porositat artificial i permeabilitat dins de la roca.
Alguns dels minerals d'argila que es produeixen en el esquist tenen la capacitat d'absorbir o adsorbir grans quantitats d'aigua, gas natural, ions o altres substàncies. Aquesta propietat de esquistos pot permetre retenir o alliberar de forma selectiva i tenaciosa fluids o ions.
Mapa de sòls extensius: L’Enquesta Geològica dels Estats Units ha preparat un mapa generalitzat de sòls expansius per als 48 estats inferiors.
Propietats d'enginyeria de sòls d'esquila
Els arbres i els sòls que se’n deriven són alguns dels materials més problemàtics per construir. Estan sotmesos a canvis de volum i competència que generalment els converteixen en substrats de construcció poc fiables.
Desnivell: L’esquiló és una roca propensa a l’esllavissada.
Sòls expansius
Els minerals argilosos d'alguns sòls derivats del esquist tenen la capacitat d'absorbir i alliberar grans quantitats d'aigua. Aquest canvi en el contingut d’humitat s’acompanya generalment d’un canvi de volum que pot arribar a ser fins a un tant per cent. Aquests materials s’anomenen “sòls expansius”. Quan aquests sòls es mullen s’inflen i quan s’assequen s’encongen. Els edificis, les carreteres, les línies d’utilitat o altres estructures col·locades sobre o dins d’aquests materials poden ser debilitats o danyats per les forces i el moviment del canvi de volum. Els sòls expansius són una de les causes més habituals de danys en la fundació als edificis dels Estats Units.
Delta d'esquiles: Un delta és un dipòsit de sediments que es forma quan un corrent entra en un cos d’aigua permanent. La velocitat de l’aigua del corrent disminueix sobtadament i els sediments que s’hi transporten s’instal·len al fons. Els deltes són on es diposita el major volum de fang terrestre. La imatge de dalt és una vista per satèl·lit del delta de Mississipí, que mostra els seus canals distributius i dipòsits interdistributaris. L’aigua blava brillant que envolta el delta està carregada de sediment.
Estabilitat del pendent
L’esquiló és la roca més sovint associada a esllavissades. El clima transforma l’esquema en un sòl ric en argila que normalment té una força de cisalla molt baixa, sobretot quan està humit. Quan aquests materials de poca resistència estan humits i en una vessant escarpada, poden moure’s lentament o ràpidament en pendent. Sovint, la sobrecàrrega o l’excavació dels humans desencadenarà un fracàs.
Esquist a Mart: L’esquisto també és una roca molt comuna a Mart. Aquesta foto va ser presa per la càmera mast del Mars Curiosity Rover. Presenta afloraments d’esquiles de fusteria de llits prims al cràter Gale. Forat forats per curiositat a les roques del cràter Gale i minerals argilosos identificats als esqueixos. Imatge de la NASA.
Entorns de deposició d’esquilons
Una acumulació de fang comença amb la meteorització química de les roques. Aquesta intempèrie descompon les roques en minerals d'argila i altres partícules petites que sovint formen part del sòl local. Una tempesta de pluja podria rentar petites partícules de terra de la terra i a les rieres, donant a les corrents un aspecte "fangós". Quan el corrent s'alenteix o entra en un cos d'aigua permanent com un llac, un pantà o un oceà, les partícules de fang s'instal·len al fons. Si no es troba enterrat i enterrat, aquesta acumulació de fang es pot transformar en una roca sedimentària coneguda com "llosa de fang". Així es forma la majoria d’esquiles.
El procés de formació de esquistes no està limitat a la Terra. Els rovers de Mart han trobat molts afloraments a Mart amb unitats de roques sedimentàries que semblen els esquistos que es troben a la Terra (vegeu la foto).