Sisteme depozitionale resurse minerale asociate
Master II
Lect. Dr. Relu D. ROBAN
Resurse minerale si sisteme depozitionale asociate
Roci siliciclastice
Roci argiloase
Roci evaporitice
Roci piroclastice
Roci ferilitice, alitice, manganolitice
Roci fosforitice
Roci carbonatice
ALGORITM
- Mineralogie/compozitie
- Textura si structura
- Sistematica
- Sisteme depozitionale
- Diageneza
- Resurse si Utilizari
Roci siliciclastice
Compozitie
Textura si structura
Sistematica
Sisteme depozitionale
Diageneza
Resurse si Utilizari
Compozitie petrografica
Fragmente de silicati (claste)
Particule alogene: granoclaste si litoclaste
Fractia usoara: =2,89 g/cm3
Particule autigene: ciment si particule formate in bazin
Compozitie petrografica
Particule
- granoclaste: fragmente monocristaline
- litoclaste: fragmente policristaline uni- sau polifazice
Liant
Matrice - clastica sidepozitionala
postdepozitionala deformationala sau reziduu al particulelor casante
Cimet: particule chimice dimensine
mineralogie
forma
structura
Granoclaste si litoclaste
Granoclaste
Fractia usoara
Cuart (monocristalin -Qm, policristalin-Qp)
Feldspati (potasici-Fk, plagioclazi-Fp)
Mice (muscovit -Mu, biotit-Bi)
Minerale argiloase (matrice)
Fractia grea
- Minerale grele
Litoclaste
Plutonice
Vulcanice
Metamorfice
Sedimentare
Textura
Granulometrie:
Rudite
Arenite
Silturi
Lutite
Forma:
Sfericitate
Rotunjime
Structuri
Ale suprafetelor de strat
suprafete inferioare:
Mecanoglife
suprafete superioare:
forme de fund: ondulatii, dune, antidune
Interne
laminatii si stratificatii orizontal paralele
laminatii-stratificatii incrucisate
granoclasari normale si inverse
imbricatii
masive
Sistematica
Roci ruditice
Mobile
Dupa rotunjime:
o pietrisuri, grohotisuri
Dupa gradul de consolidare:
o Coglomerate, brecii
Dupa structura:
orto-(clast supported)
para(matrix suppoorted)
Dupa compozitie:
o oligomictice
o polimictice
Roci arenitice
Mobile
o nisipuri
Dupa gradul de consolidare:
Gresii, graywackes
Dupa compozitie:
o cuartoase
o feldspatice
o litice
o subfeldspatice
o sublitice
Criteriul compozitional clasificarea ruditelor
Boggs JR, 2009
Criteriul compozitional clasificarea arenitelor
The Pettijohn classification of sandstones, often referred to as a Toblerone plot (Pettijohn 1975).
Arenite
Tectofaciesuri
Arii sursa
Analiza nisipurilor actuale din diverse tipuri de bazine sedimentare a condus la delimintarea unor campuri cu multe suprapuneri in diagrama QFL
Yerino si Maynard (1984)
TE=Trailing-edge (margine pasiva), SS=Strike-slip, CA=Continental margin, BA=Back arc, FA=Forearc
Cadrul tectonic si provenienta clastelor Dickinson and Suczec (1979)
Arie sursa Semnificatie tectonica Compozitia modala Craton interior Interiorul unui bloc continental
sau margine pasiva Gresii bogate in Qt cu raporturi foarte mari Qm/Qp si Fk/Fp
Fundament ridicat (nlat)
Margine de rift sau falie transformanta
Gresii cuarto-feldspatice (Qm-F) cu continuturi scazute in L si cu raport. Qm/F si Fk/Fp.
Arc magmatic (divizat, nedivizat si tranzitional)
Arc insular sau arc continental Gresii feldspato-litice (F-L) vulcanoclastice cu raport. mari Fp/Fk si Lv/Ls ce trec gradat catre compozitii cuarto-feldspatice reprezentand material erodat din radacinile plutonice ale arcului magm.
Orogen reciclat Complex de subductie sau centura cutata
Gresii cuarto-litice (Q-Lt) cu continuturi scazute in F si Lv si cu rap. variabile Qm/Qp si Qp/Ls
Analiza gresiilor vechi.
Arenite
compozitie vs climat
Studii experimentale pe nisipuri siliciclasice actuale cu provenienta cunoscuta, roci metamorfice si roci plutonice din zone climatice diferite umede si aride a condus la delimitarea unor campuri relativ distincte in diagrama QFL (Suttner, et al., 1981).
Ulterioar diagrama a avut tendinta de a fi standardizata.
Suttner at al., 1981)
Rudite
Continentale
Desertic
Glaciar
Conuri aluviale
Fluviatil
Lacustru
Tranzitionale
Delte
Estuare
Litoral deschis
Marin-oceanice
Self
Taluz
Cambie abisala
Sisteme depozitionale asociate
Arenite
Sisteme depozitionale asociate
Continentale
Desertic
Glaciar
Conuri aluviale
Fluviatil
Tranzitionale
Delte
Estuare
Litoral deschis
Marin-oceanice
Self
Taluz
Cambie abisala lobi turbiditici
Sisteme depozitionale asociate
Diageneza siliciclastitelor etape si procese
Boggs, Jr. (2009)
Resurse si utilizari
Materiale de constructii
Industria sticlei
Filtre
Fracturare hidraulica
Abrazivi
Pietrisuri
Nisipuri
Placersuri minerale grele
Nisipuri cuartoase utilizari
Fracturare hidraulica
Industria sticlei
Filtre
Nisipuri pentru fracturarea hidraulica
Introducere
Standarde (API)
Ocurente in lume
Resurse in Romania
Zacaminte neconventionale
necesita fisurare hidraulica
Ce reprezinta nisipul pentru fracturarea hidraulica (frac sand)?
FRACTURAREA HIDRAULICA
Utilizata pt prima data in USA in anii 1940
Fracturarea accentueaza curgerea gazului si titeiului spre gaura de sonda (well stimulation )
Fluidul este pompat in foraj sub presiune pentru a fractura roca
Se formeaza o retea inter-conectata de fracturi si spatii poroase care accentuaza curgerea de titei si gaz spre gaura de sonda
Se foloseste in aprox. 90% din forajele din USA.
Fisurarea hidraulica
George Mitchell, parintele -shale gas a lucrat mult
timp (18 ani) pentru solutionarea problemelor de fracturare
1981: Mitchell Energy a explorat Barnett Shale, Texas
Roca argiloasa avea porozitate buna dar permeabilitatea slaba fara valoare comerciala
La inceputul anilor 1990 a fost utilizata fracturarea hidraulica (numai apa) pentru a uni spatiile poroase
Ce reprezinta nisipul pentru fracturarea hidraulica (frac sand)?
Problema: cand pomparea este finalizata, noii porii formati se
inchid Solutie: adaugarea nisipului in fluidul de fracturare. Atunci
cand presiunea apei din pori scade atunci particulele nisipoase sustin (prop ) fracturile deschise. A fost introdus termenul proppants:
Particulde de dimensiuni arenitice rezistente mecanic naturale: nisip cuartos sintetice:
ceramica = sintered bauxite, kaolin, alumina resin coated
Mitchell Energy a forat orizontal in Barnett Shale
Se obtine o lungime multiplicata a zonei productive
Daca unitatea are 100 ft grosime atunci zona productiva are 100 ft in foraj vertical
Dar daca forajul este dirijat orizontal 5000 ft prin formatiunea tinta, zona productiva este de 50 ori mai lunga
Fracking with proppants + horizontal drilling = successful exploitation
Compozita fluidului de fracturare
Apa
Marcellus shale Consum mediu nisip/foraj 1-2 m lbs nisip/foraj 1,8-2,7 mii tone
97-99% apa 3% nisip/aditivi 4-5m gal water= 15-19m litri
Istoricul fracturarilor hidraulice
Estimarea consumului de gaz in USA pana in 2035
48 bazine deshale gas in 32 tari
Recent news headlines from World Oil 3. Algerian shale gas potential equal to that of US
Chevron to explore for shale gas in China, Argentina, Romania
USGS releases first shale oil-gas resource assessment for Alaska North
Slope
The futures bright! The futures frac sand!
Nisipuri pentru fracturarea hidraulica
Standarde: American Petroleum Institute API RP 56 Cuart (SiO2)% Granulometrie Rotunjime si sfericitate Rezistenta mecanica Solubilitate in acid Turbiditate
Cuart API ~ 99% SiO2
Granulometrie
90% = 20-70 mesh sau 0,212-1,7 mm
Morfometrie
Indexul Kumbein: Sf>0,6, Ro>0,6
Crush resistance (Rezistenta la incarcare-spargere) mare!:
Stress compresiv -4000-6000 psi max. [procente de greutate]
psi = pounds per square inch
max
14% pt 20-40, 16-30 mesh
10% 30-50 mesh
6% 70-40 mesh
20% 6-12 mesh
0, 4536 kg =1 lbs =1 livra-1 pounds 6000 pounds =2,7 t
Solubilitate in acid- mica: Determina materialul necuartos din nisipul de fracturare
O cantitate specifica masurata de nisip este pusa intr-o solutie constand in
12 parti HCl si 3 parti HF, la temperatura si pentru o perioada de timp standard.
Nisipul este apoi uscat.
Se calculeaza diferenta de greutate
Specificatiile API pentru cantitatea pierduta nu depasesc: 2.0% pt 6 x 50 mesh si 3.0% pt 40 x 70 and 70 x 140 mesh pentru a indeplini canlitatea de FS
Turbiditate: Cantitatea de fractie fina- silt-lutit in nisip de regula este spalata in timpul procesarii
Ottawa and Brandy Sand
Ocurente in lume
Nisip invelit in rasina
Resin coated 40/70
Alternative
China ceramic propants Zhengzhou Vidar Water Industrial Co., Ltd. China Manufacturer
Marime si forma uniforma Sporeste conductivitatea
Ceramica
Nisip natural Sortare mai
slaba si forme mai neregulate, strans impachetate Conductivitate mai mica
Natural v Synthetic proppants
Mei Yang, Lead Research Engineer, Cadre Poppants Inc. Feb 2012
For tight gas reservoirs, we correct the prejudice that natural sand proppants cannot be applied to deeper reservoirs by showing results that are superior to those of manmade proppants. Natural sands proppants have a much larger range of applicability than previously thought.
.si totusi
Producatori
Majori Badger Mining Carmeuse Ind. Sands div. (just sold to Pioneer) Carbo Ceramics (ceramic) Fairmount Saint-Gobain (ceramic) Unimin US Silica
Minori Chieftain Sand & Proppants Heemskirk Canada Progressive Railroad Northern Frac Smart Sand Western Permian St. Peter Sand CCS Silica
Atlas Resins & Proppants Cadre Proppants Canadian Proppants CanFrac Sands Cardinal C-E Minerals (ceramic) Completion Sand EOG (captive) Erna Frac Sand Hi Crush J5Global
Manley Bros Mississippi Sand LLC Natural Resource Partners Ozark Pattison Sand Preferred Sands Premium Bluebird Sand Proppant Specialists (Frac Tech) ProSands Sargent Sand Superior Silica
Noi producatori din USA
Cantitatile de nisip cuartos folosit in USA pentru operatiunea de fracturare milioane tone , 2000-2011
Pioneer Natural Resources Company (PNR -NYSE: PXD ) Carmeuse Ind. Sands (CIS)
PNRs estimated 2013 proppant requirements pre-CIS buy
Prognoze pentru resurse si necesitati
Nisip grosier : 20/40, optim pentru conductivitate in foraje adanci seen as optimal for conductivity, Nisip fin : 40/70, 70/140, optim pentru foraje orizontale - shale gas
Ceramic: Unit Price: US $ 350 / Tonne
PRETURI
Ottawa Sand Brandy Sand
Saint Peter Fm (Illinois)
Jordan Fm. (Minnesota)
Galeville Fm. (Wisconsin)
Ironton Fm. (Wisconsin)
Disponibil 12-70mesh
Hickory Fm. (Texas)
Disponibil 8-40mesh
Inapoi la geologie . Sisteme depozitionale
Brandy Sands
Stratigrafie: Riley Formation Hickory Sandstone Member Varsta: Cambrian Grosime: 150 m grosime Discontinuitate in baza peste un fundament
granitic Petrofaciesuri: gresie feldspatica si
subfeldspatica, pe alocuri gresie cuartoasa- diagenetica, subordonat conglomerate, silturi si mudstone
Sisteme depozitionale: costier, estuare, litoral, self
Arii sursa: fundament granitic, sisteme eoliene si fluviatile
Diageneza: Slab cimentata, ingropare maxima- 1000 m. Ciment cuartos de supracrestere
Exploatare: cariera, la 15-20 m de suprafata
8
Cu acordul dr. Cistina Panaiotu Brandy Sands
Exploatarea in cariera
Cu acordul dr. Cistina Panaiotu Brandy Sands
Cu acordul dr. Cistina Panaiotu Brandy Sands
Ottawa Sand
Stratigrafie: St Peter Fm.
Varsta: Ordovician
Grosime: max 250 m grosime
Petrofaciesuri: gresie cuartoasa
Sisteme depozitionale:
fluviatil
campie litorala
cune eoliene
Nisipuri pentru fracturarea hidraulica
Resurse in Romania: studiu de caz
Documentare - sursa: ANRM, Procema,Universitatea Bucuresti (arhiva personala)
Baza de date
Scop: inventarierea zacamintelor de nisip din romania si gasrea unor combinatii Care sa satisfaca standardele penru fracturarea hidraulica
Halliburton Aghires
Miorcani
Cuar 94-98%
Cuar 90% Feldspai 2-3 % Mice 1-3 %
Opal, calcedonie comportament faza criptocritalin amorfa
Incluziuni rare Incluziuni frecvente Impuriti carbonatice i argiloase
Contur foarte rotunjit la rotunjit Ro = 0,9-0,7
Contur subangular-angular, Suprafee neregulate nsoite de concaviti Ro = 0,6-0,3
Conture mamelonare, forme concreionare; suprafee neregulate
Granule izometrice Sf = 0,8-1
Granule izometrice, elongate Sf =0,7-0,4
Granule izometrice
Rezisten ridicat Rezisten redus la presiuni
Rezisten redus la presiuni
Standarde mineralogice si tehnologice ale nisipurilor utilizate de PETROM SA- 2001, inainte de inceperea studiului
Ocurente de nisip in Romania
Identificate 230 ocurente si zacaminte dee nisipuri cuartoase
in 9 unitati geologice majore
Unitatile geologice ale Romaniei si principalele zone
cu zacaminte de nisip cuartos
CO MA DP BT PM CR CM DG DB
Valenii Munte
(Franghieti, gura Vitioarei, Copaceni)
Buzau (Valea Rea, Crivineni
Valea Sibiciului)
Suceava (Humor, Ilisesti,Plesa)
Aghires Fagetul Ierii
Faget (Jupanesti,Faget
Scaune)
Miorcani si Hudesti
Anastasiu et al., 2001
Muntii Apuseni-Bazinul Transilvaniei Fagetul Ierii Eocen- nediferentiat Aghires Strate de Cetate Oliocen Delte grosiere-fluviatil
Fagetul Ierii
Aghires
Carpatii Orientali Oligocen- Aquitanian Gresie de Kliwa superioara
Lobi turbiditici
Depresiunea Panonica Faget -Scaune Pliocen- nediferentiat Sistemul litoral- shoreface
Platforma Moldoveneasca Miorcani Badenian Nisipuri de Miorcani
Distributia cuartului
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Qz min
Qz max
Nisipul se apropie de standardele API
-1 0 1 2 3 4 5
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Grafic centralizator al poligoanelor de frecventa
ale probelor analizate Vg3
Vc7
Vf3
Sp2
Fj7
Fs2
Fi4
Ag4
Bh2
Bm1
Pr1
Pc1frecv
enta
%
phi
Nisipul este mai fin decat standardele API
API
Anastasiu et al., 2001
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
20
40
60
80
Reprezentarea grafica centralizata a procentelor indicilor
morfometrici ai rotunjimii - probele carora li s-a facut si
analiza granulometrica
Vc7
Vg3
Vf3
Sp2
Fj7
Fs2
Fi4
Ag4
Bh2
Bm1
Pr1
Pc1
frecventa
%
Indici ai rotunjimii
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
20
40
60
80
Reprezentarea grafica centralizata a procentelor indicilor
morfometrici ai sfericitatii - probele carora li s-a facut si
analiza granulometrica
Vc7
Vg3
Vf3
Sp2
Fj7
Fs2
Fi4
Ag4
Bh2
Bm1
Pr1
Pc1fr
ecventa
%
indici ai sfericitatii
Nisipul nu corespunde standardelor API
API
Anastasiu et al., 2001
Concluzie
Compozitie da
Granulometrie- nu
Randament pe sita- nu
Morfometrie- nu
Rezerve- nu
Standarde API
Nisip Romania
Placersuri
Mineralogie
Modalitati de transport si acumulare
Sisteme depozitionale
Placersuri
Mineralogie
Modalitati de transport si acumulare
Sisteme depozitionale
Nemetalifere:
Zircon
Granati
Metalifere
Aur
Oxizi- ex. Fe, Ti
Mineralogie
Modalitati de transport si acumulare
Sisteme depozitionale
Carling & Breakspear (2006)
Modalitati de transport si acumulare
Sortare gravimetrica Sortare hidraulica
Carling & Breakspear (2006)
Sortare hidraulica antrenarea clastelor in miscare
Carling & Breakspear (2006)
Zone de acumulare: stratul activ
Dune si ondulatii hidraulice- distributia si redistributia mineralelor grele In functie de conditiile hidraulice
Detalii procese de transport si acumulare minerale grele si forme de fund
Placersuri
Continentale
Desertic
Glaciar
Conuri aluviale
Fluviatil
Lacustru
Tranzitionale
Delte
Estuare
Litoral deschis
Marin-oceanice
Self
Taluz
Cambie abisala
Mineralogie
Modalitati de transport si acumulare
Sisteme depozitionale