Olie en gas

Wat is een zoutkoepel?



Kolommen zout die binnendringen door bovenliggende sedimenteenheden.

Midden Jurassic zout: Deze dwarsdoorsnede toont rotsen van het Bassin van Oost-Texas tussen de grens van Oklahoma-Texas (aan de linkerkant) en de kustlijn van de Golf van Mexico (aan de rechterkant). De paarse steeneenheid is het Midden-Jurazout, een steeneenheid die onder druk kan stromen. Het zout wordt bedekt door duizenden voet sediment die een enorme druk op het oppervlak van het zout uitoefent en ervoor zorgt dat het stroomt. Op tal van locaties is het zout omhooggedrongen in bovenliggende sedimenten. Dit heeft kleine terpen of torenhoge zoutkolommen geproduceerd die duizenden voet lang kunnen zijn. De zoutkolommen en kleinere terpen worden "zoutkoepels" genoemd. USGS afbeelding 1.

Zoutkoepel: Cartoon van een zoutkoepel met doorboring door twee rotseenheden en vervorming van de rotseenheid direct erboven. Groei van de koepel wordt bewerkstelligd door migratie van zout in de koepel vanuit omliggende gebieden. Het zout migreert naar de koepel omdat het wordt samengedrukt door het gewicht van de overliggende sedimenten.

Wat is een zoutkoepel?

Een zoutkoepel is een heuvel of zoutkolom die naar boven is overgedrongen in bovenliggende sedimenten. Zoutkoepels kunnen zich vormen in een sedimentair bassin waar een dikke laag zout wordt bedekt door jongere sedimenten van aanzienlijke dikte. Waar de omstandigheden het toelaten, kunnen zoutkoepels duizenden voet boven de zoutlaag uitsteken waaruit ze zijn gaan groeien. Een voorbeeld wordt getoond in de illustratie.

In de afbeelding bovenaan de pagina was de paarse steeneenheid (Js) oorspronkelijk een laag zout. Het is de bron van zout voor verschillende zoutkolommen en verschillende kleinere hopen zout die in bovenliggende eenheden zijn binnengedrongen.

De ontwikkeling van zoutkoepels kan rotseenheden vervormen tot vallen die olie en aardgas bevatten. Ze worden vaak gedolven als bronnen van zout en zwavel. De ondoordringbare aard van het zout kan ze belangrijke locaties voor ondergrondse opslag of ondergrondse verwijdering van gevaarlijk afval maken.

De vervorming van zout onder druk

In tegenstelling tot de meeste andere soorten sediment, heeft zout het vermogen om van vorm en stroming te veranderen wanneer het onder voldoende druk wordt geplaatst. Om een ​​zoutkoepel te ontwikkelen, moet de druk op het zout hoog genoeg zijn om het in staat te stellen de bovenliggende sedimenten binnen te dringen. De druk moet groot genoeg zijn om verschillende obstakels te overwinnen. Deze omvatten het gewicht van de bovenliggende lagen, de sterkte van de bovenliggende lagen, wrijvingskrachten en de zwaartekracht die weerstand biedt tegen opheffing.

Twee bronnen van druk die zoutkoepels hebben geproduceerd, zijn de neerwaartse druk van bovenliggend sediment en de laterale druk van tektonische beweging.

Als zich een gebied van zwakte of instabiliteit ontwikkelt in het bovenliggende sediment, kan zout onder voldoende druk erin binnendringen. De zwakte kan worden veroorzaakt door extensiebreuken, een zich ontwikkelende anticline, een stuwkracht of een vallei die in het aardoppervlak erboven is geërodeerd.

Zodra het zout begint te stromen, kan het doorgaan zolang de druk op het zout hoog genoeg is om de weerstandskrachten te overwinnen. De stroom stopt wanneer het zout is gestegen tot een hoogte waar evenwichtsomstandigheden bestaan.

De "Density Misconception"

Veel verklaringen voor zoutkoepels suggereren dat de lagere dichtheid van zout, in vergelijking met de dichtheid van bovenliggende rotseenheden, de drijvende kracht is van zoutkoepelvorming. Dat is een misvatting.

Op het moment van afzetting zijn clastic sedimenten boven het zout niet verdicht, bevatten ze oorspronkelijke porieruimte en hebben ze een lagere dichtheid dan het zout. Hun dichtheid overschrijdt de dichtheid van het zout niet totdat ze diep zijn begraven, strak verdicht en gedeeltelijk gelithiseerd. Tegen die tijd zijn het geen zachte sedimenten meer. Het zijn competente rotseenheden die obstakels kunnen zijn voor zoutindringing.

Gewicht versus dichtheid: Lucht heeft een dichtheid die bijna te verwaarlozen is. Een kolom atmosferische lucht weegt echter genoeg om een ​​kolom extreem dicht kwik bijna een meter door een glazen vacuümbuis te drijven.

Hoe dichtheid kan irrelevant zijn

Een kwikbarometer geeft een illustratie van hoe dichtheid niet relevant kan zijn. In 1643 vulde Evangelista Torricelli een glazen buis, aan één uiteinde gesloten, met kwik. Hij hield het toen rechtop in een kom met kwik en hield het ene uiteinde onder water. Nadat de buis rechtop stond, gaf het gewicht van de atmosfeer op het oppervlak van het kwik voldoende druk om een ​​kolom van kwik van bijna een meter hoog te dragen. Het kwik zou stijgen en dalen in de buis als de druk van de atmosfeer veranderde.

In het geval van een kwikbarometer is het dichtheidsverschil tussen het kwik in de buis en de dichtheid van de omringende lucht enorm. Maar het gewicht van de atmosfeer is hoog genoeg om de kolom van kwik te ondersteunen.

In het geval van een zoutkoepel kan duizenden voet sediment, dat op een geografisch uitgebreide zouteenheid drukt, voldoende energie leveren om een ​​zoutkoepel te produceren.

Arctische zoutkoepels: Een satellietbeeld van twee zoutkoepels die uitbarsten op het oppervlak van Melville Island, in het noorden van Canada. De koepels zijn de ronde witte elementen omringd door grijze rots. Ze zijn elk ongeveer 2 mijl breed. Het eiland is omgeven door zeeijs. Zout kan aan de oppervlakte blijven in koude en droge klimaten. Afbeelding door NASA 4. Afbeelding vergroten.

Hoe groot zijn zoutkoepels?

Zoutkoepels kunnen zeer grote structuren zijn. De zoutkernen variëren van 1/2 mijl tot 5 mijl breed. De ouderrots die als zoutbron dienen, zijn meestal enkele honderden tot enkele duizenden voet dik. De zoutkoepels stijgen op van diepten tussen 500 en 6000 voet (of meer) onder het oppervlak 2. Ze bereiken meestal het oppervlak niet. Als ze dat doen, kan zich een zoutgletsjer vormen.

Zoutkoepels van de Golf van Mexico: Een reliëfkaart van de bodem van de Golf van Mexico voor de zuidoostkust van Louisiana. Rode en oranje kleuren vertegenwoordigen ondiep water; blauw staat voor dieper water. De ronde platte structuren zijn de oppervlakte-expressie van zoutkoepels onder het oppervlak. Afbeelding van het NOAA Okeanos Explorer-programma. Afbeelding vergroten.

De eerste Salt Dome Oil Discovery

Zoutkoepels waren bijna onbekend totdat een explorerende oliebron werd geboord op Spindletop Hill in de buurt van Beaumont, Texas in 1900 en voltooid in 1901. Spindletop was een lage heuvel met een reliëf van ongeveer 15 voet waar een bezoeker zwavelbronnen en aardgas kon vinden.

Op een diepte van ongeveer 1000 voet penetreerde de put een onder druk staand oliereservoir dat het boorgereedschap uit de put blies en het omringende land met ruwe olie overgoot totdat de put onder controle kon worden gebracht. De initiële productie van de put was meer dan 100.000 vaten ruwe olie per dag - een grotere opbrengst dan welke eerdere put ooit ooit had geproduceerd.

De ontdekking van Spindletop leidde tot een boortocht op vergelijkbare structuren in het Gulf Coast-gebied. Sommige van deze putten troffen olie. Die ontdekkingen motiveerden geologen om te leren over de onderstaande structuren die zoveel olie bevatten 3.

Zorgvuldige ondergrondse cartografie van putgegevens, en later het gebruik van seismische enquêtes, stelde geologen in staat om de vorm van zoutkoepels te ontdekken, hypothesen te ontwikkelen over hoe ze worden gevormd en hun rol in aardolie-exploratie te begrijpen.

Perzische Golf Salt Dome: Sir Bani Yas Island in de Perzische Golf aan de westkust van de Verenigde Arabische Emiraten. Het eiland is een heuvel opgeduwd door een stijgende zoutkoepel. De koepel is door het oppervlak van het eiland gebroken en de ronde kern van de koepel is te zien in het midden van het eiland. Afbeelding door NASA Earth Observatory 5. Klik voor grotere afbeelding.

Economisch belang van zoutkoepels

Zoutkoepels dienen als olie- en aardgasreservoirs, zwavelbronnen, zoutbronnen, ondergrondse opslagplaatsen voor olie en aardgas en bergingsplaatsen voor gevaarlijk afval.

Olie- en aardgasreservoirs

Zoutkoepels zijn erg belangrijk voor de aardolie-industrie. Terwijl een zoutkoepel groeit, is de dopsteen erboven omhoog gebogen. Deze dopsteen kan dienen als een olie- of aardgasreservoir.

Naarmate een koepel groeit, zijn de rotsen die het penetreert omhoog gebogen langs de zijkanten van de koepel (zie beide illustraties bovenaan deze pagina). Deze opwaartse boog zorgt ervoor dat olie en aardgas kunnen migreren naar de zoutkoepel waar het zich kan ophopen in een structurele val.

Het opstijgende zout kan ook storingen veroorzaken. Soms laten deze fouten toe dat een permeabele rotseenheid wordt afgedicht tegen een ondoordringbare rotseenheid. Deze structuur kan ook dienen als een olie- en gasreservoir. Een enkele zoutkoepel kan vele bijbehorende reservoirs hebben op verschillende diepten en locaties rond de koepel.

Seismisch onderzoek: Een vroeg seismisch profiel van een zoutkoepel verkregen uit een onderzoek aan boord van schepen. Het toont een centrale zoutkern van ongeveer 1-1 / 2 mijl breed en rotslagen die werden vervormd door de opwaartse beweging van het zout. Seismisch beeld gewijzigd na Parke D. Snavely, Verenigde Staten Geological Survey.

Een bron van zwavel

Zoutkoepels worden soms bedekt door een kaprots die aanzienlijke hoeveelheden elementaire zwavel bevat. De zwavel treedt op als een kristallijn materiaal dat breuken en intergranulaire poriën vult en in sommige gevallen vervangt het de dopsteen. Men denkt dat de zwavel gevormd is uit anhydriet en gips geassocieerd met het zout door bacteriële activiteit.

Sommige zoutkoepels hebben voldoende zwavel in de dopsteen om economisch te kunnen worden teruggewonnen. Het wordt teruggewonnen door een put in de zwavel te boren en oververhit water en lucht door de put te pompen. Het oververhitte water is heet genoeg om de zwavel te smelten. De hete lucht zet de gesmolten zwavel om in een schuim dat drijvend genoeg is om een ​​put naar de oppervlakte te laten stijgen.

Tegenwoordig wordt de meeste zwavel geproduceerd als bijproduct van de raffinage van ruwe olie en de verwerking van aardgas. De productie van zwavel uit zoutkoepels is over het algemeen niet concurrerend met zwavel geproduceerd uit olie en aardgas.

Zoutproductie

Sommige zoutkoepels zijn geëxploiteerd door ondergrondse mijnbouw. Deze mijnen produceren zout dat als grondstof wordt gebruikt door de chemische industrie en als zout voor de behandeling van met sneeuw bedekte snelwegen.

Een paar zoutkoepels zijn gedolven door oplossing. Heet water wordt door een put in het zout gepompt. Het water lost het zout op en wordt via productieputten naar het oppervlak teruggebracht. Aan de oppervlakte wordt het water verdampt om het zout te winnen, of het zoute water wordt gebruikt in een chemisch proces.

Zoutkoepel informatie
1 Geologische modellen en evaluatie van onontdekte conventionele en continue olie- en gasbronnen: Boven Krijt Austin Chalk, Amerikaanse Golfkust; Krystal Pearson, Geological Survey, United States Research Report 2012-5159, 2012.
2 Zoutcavernes en hun gebruik voor de verwijdering van olieveldafval: brochure geproduceerd door het National Petroleum Technology Office, Argonne National Laboratory, 1999.
3 Spindletop: The Original Salt Dome: Michel T. Halbouty, artikel gepubliceerd op de website WorldEnergySource.com, 2009.
4 Salt Domes op Melville Island: Jesse Allen, NASA Earth Observatory, afbeelding van de dag op 27 augustus 2006.
5 Sir Bani Yas Island, Verenigde Arabische Emiraten: astronautenfoto van het internationale ruimtestation, NASA Earth Observatory, beeld van de dag op 15 maart 2010.

Ondergrondse opslagreservoirs

Sommige van de in zoutkoepels ontwikkelde mijnen zijn zorgvuldig afgesloten en vervolgens gebruikt als opslagplaatsen voor olie, aardgas en waterstof.

Zoutkoepels in de Verenigde Staten en Rusland dienen ook als nationale opslagplaatsen voor heliumgasreserves van de overheid. Zout is het enige gesteente dat een zo lage permeabiliteit heeft dat het de kleine heliumatomen kan bevatten.

Afvalverwijdering

Zout is een ondoordringbare steen die in staat is om te stromen en breuken af ​​te dichten die zich erin kunnen ontwikkelen. Om deze reden zijn zoutkoepels gebruikt als stortplaatsen voor gevaarlijk afval. Door de mens veroorzaakte grotten in zoutkoepels zijn gebruikt als opslagplaatsen voor boorafval van olievelden en andere soorten gevaarlijk afval in de Verenigde Staten en andere landen. Ze zijn ook in overweging genomen voor de verwijdering van nucleair afval op hoog niveau, maar geen enkele locatie in de Verenigde Staten heeft dat soort afval ontvangen.

Amerikaanse zoutafzettingen: Locatie van zoutafzettingen en zoutkoepelbekkens in de Verenigde Staten. De grote ononderbroken afzetting langs de Golfkust die de drie zoutkoepelbekkens bevat, wordt ondersteund door het Louann-zout. Kaart door Geology.com met locatiegegevens van Argonne National Laboratory 2.

Waar komen zoutkoepels voor?

Zoutkoepels kunnen voorkomen in sedimentaire bekkens waar dikke zoutafzettingen zijn begraven door minstens 500 voet andere soorten sediment. Een van 's werelds grootste zoutkoepelregio's is de Golf van Mexico. Meer dan 500 zoutkoepels zijn aan land en onder de zeebodem van de Golf van Mexico ontdekt. Ze zijn afkomstig van het Louann-zout, een ondergrondse rotseenheid die zijdelings persistent is in het hele gebied. Een kaart in de rechterkolom van deze pagina toont de locatie van zoutafzettingen in de Verenigde Staten en drie zoutkoepelvelden. Grote velden met zoutkoepels zijn ook ontdekt in Angola, Brazilië, Canada, Gabon, Duitsland, Iran en Irak.