شیل های نفتی

شیل های نفتی هیدروکربور جامد:

شیل هاي نفتی رسوبات قهوهاي رنگ تا سیاه و گاهی خاکستري هستند که به صورت لامینه هاي نازك و متراکم دیده می شوند. داراي بیش از 20 درصد مواد آلی هستند و پس از سوختن، حدود 30 درصد خاکستر بر جاي می گذارند. مواد آلی شیل هاي نفتی، در حلالهاي متعارف نامحلول می باشند. این شیل ها را تحت پالایش قرار داده و تا حدود 120 کیلوگرم بر تن هیدروکربورهاي مایع و گازي استخراج نموده اند. مطالعات شیل نفتی در ایران در دهه 1350 آغاز شده و منابع بسیار متعدد در زاگرس شناسایی گردیده اند ولی آن مطالعات به مرحله آزمایش تولید نرسیده اند.
شیل هاي نفتی، را گاهی به غلط شیل کروژندار (Shale Kerogen (نیز خوانده اند، در هر صورت شیل نفتی را مترادف با توربانیت (Torbanite)به حساب می آورند.
شیل هاي نفتی در نهشته هاي کامبرین تـا ترشـیاري گسـترش دارنـد و در بسـیاري از نقـاط جهـان بـه ویـژه غـرب
وجنوب غرب ایران، یافت می شوند. نهشته هاي شیل قیردار (نفت دار) از مقادیر اندك و یا بـدون ارزش اقتصـادي
تا مقادیر زیاد باذخیره چندین میلیارد بشکه نفت قابل استخراج یافت می شوند.
منابع جهانی شیل نفتی درحدود 6/2 تریلیون بشکه تخمین زده می شود امـا بـه دلیـ ل اینکـه هزینـه اسـتخراج و
استحصال نفت خام از این شیلها بالاست، امروزه از این منابع کمتر استفاده می شـود . بـا کـاهش تولیـد نفـت و
افزایش قیمت آن، شیل نفتی جز منابع بالقوه بوده و به طوراحتمال درآینده نیاز جهان سوم به سوختهـا ي فسـیل
توسط همین منابع تامین خواهد شد.
شیل هاي نفتی گروه متفاوتی ازسنگها هستند که داراي مواد آلی می باشند و بیشتر در حلالهـا ي آلـی قابـل حل هستند، اما می توان به وسیله حرارت دادن (تقطیر)، هیدروکربن هاي آنها را استخراج کرد. مواد آلی حـدود 4 تا 5 درصد وزن سنگ را تشکیل می دهند. شیلهاي نفتی داراي مقـدارقابل تـوجه ی مـواد غیرآلـ ی هسـتند کـه عمدتا از کوارتز در اندازه سیلت وکانیهاي رسی تشکیل شده اند.

 برخی ازشیلهاي نفتی در واقع سیلتستونهـا و گلسنگهاي غنی ازمواد آلی هستند البته برخی ازسنگهاي آهکی نیز غنی از مواد آلی می باشند.
بیشترموادآلی در شیلهاي نفتی به صورت ذرات ریز پراکنـده مـی باشـند و بـه نحـو ي دگرسـان شـده انـد کـه موجوداتی که آنها را تشـکیل داده انـد قابـل تشـخیص نیسـتند . در بسـ یاري از شـیل هـا ي نفتـی بقایـاي جلبکـی و اسپورهاي جلبکی فراوان هستند، به همین دلیل فرض بر این اسـت کـه بیشـتر مـوادآل ی داراي خاسـتگاه جلبکـی
هستند. خرده هاي گیاهی و مگااسپورها نیز ممکن است جز تشکیل دهنده هاي مهم باشند. بنـابرا ین اجـزا تشـکیل
دهند ه متفاوت می باشند. شکل خاص رسـوب ی در شـیل نفتـی وجـود لامیناسـیون مشـخص درمقیـاس میلـی متـر، تناوبی از لایه هاي آواري و آلی می باشد.
دراغلب تعاریف، شیل نفتی، ذخیرهاي بالقوه براي استخراج نفت و قیر طبیعی و گاز است. مواد آلی شیل نفتی، مولکولهاي بزرگی ازکربن، هیدروژن، اکسـیژن و مقـدار کمـی گـوگرد و نیتـروژن هسـتند کـه یـک کمـپلکس بـا سـاختار مولکولی بزرگ را تشکیل می دهند که درحلالهاي آلی (کربندي سولفید) حل نمی گردند.
مواد آلی باکانیهاي متفاوتی مانند کانیهاي دانه ریـز سـیلیکاته و کربناتـه بـه صـورتم خلـوط وجـود دارنـد .
نسبت موادآلی به مواد کانی 75/0 به 5 تا 5/1 به 5 به عنوان یک درجه بندي تجاري مورد بررسـی قرارمـی گیـرد.
مولکولهاي مواد آلی به دلیل بزرگی و غیر قابل حل بودن باید تـا درجـه حـرارت 500 درجـه سـانتیگرادحرارت
داده شوند تا در نتیجه تقطیر به نفت و گاز تبدیل شوند. بعد از تقطیر به مقدار نسبی کربن آلی افزوده مـی شـود
که می تواند به عنوان سوخت، سوزانده شود.
تفاوت شیل نفتی و زغال سنگ در این است که مواد آلی درزغالC/H کمتري داشته و همچنین نسبت مواد آلی به مواد کانی در آن معمولا بیشتراز 75/4 به 5 است.

تاریخچه شیل هاي نفتی:

شیل هاي نفتی از زمانهاي قدیم مانند زغالسنگ به طور مستقیم به عنوان سوخت به کـار مـی رفتـه انـد . کـاربرد جدید شیل نفتی ابتدا درسال 1850 در اسکاتلند براي تولید مواد نفتی و سپس در دیگـر نقـاط دنیـ ا آغـاز شـد . در سال 1847 دکترYoung Jamesاز زغال سنگ ونفت سفید، گریس و واکس تهیه کـرد . سـپس اوکارشـرابه ادینبرگ (Edinburg ) جایی که شیلهاي نفتی یافت شده بودند برد. درسـال 1850 او کراکینـگ نفـت را بـه اجزاي سازنده اش به ثبت رساند. در بین سالهاي 1857 تا 1962 از شیل نفتی، نفت خام استحصال می شد، اما در 1962 به خاطر قیمت بسیار پایین نفت، تولید آن متوقف گردید. کشور استونی اسـتخراج نهشـته هـا ي شـ یل نفتـی را در 1920 شروع کرد و تقریبا بزرگترین مصرف کننده شیل نفتی شد. اگـر چـه امـروزه بیشـتر ین مصـرف شـیل نفتی دراستونی براي تولید برق است.

 زمین شناسی شیل هاي نفتی:

شیل هاي نفتی درگذشته هاي دورتوسط نهشته هاي هم زمان سیلتو اجزا ارگـان یکی در بسـتر دریاچـه هـا و عمـق
دریا تشکیل یافته اند. مواد نهشته شده تحت اثر فشار طبقات بالایی متراکم گشته وسپس گرما و فشـار آنهـا را بـه
مخلوطی از کانیهاي آلی و گلهاي آلی جامد تبدیل نموده، اماگرما و فشارایجاد شـده بـه بزرگـی فرآینـدهاي مشابهی که نفت را تشکیل میدهند نبوده اند.
محیطهاي تشکیل شیلهاي نفتی متنوع وگسترده است و شامل کولابهاي آبشور و دریاچـه هـا وحوضـه هـاي  دریایی کنارقاره اي وسواحل دریایی می باشند. شیلهاي نفتی همچنین درکولابهاي کـم عمـق یـا دریاچـه هـا و همراه با فرم پیت زغالی در محیطهاي رسوبی باتلاقی ساحلی ته نشین شده اند. اغلـب شـیلهـا ي نفتـی درشـرا یط غیرهوازي و به دور از حضور ارگانیسمهاي حفار که ازمواد آلی تغذیه میکنند، شکل می گیرند.
بیشترشیلهاي نفتی لامیناسیون خوبی نشان می دهند که نشان ازمحیط هـا ي کـم انـرژ ي و بـه دورازجریـانهـاي قوي و عملا مواج می باشد. در نهشـته هـاي شـ ل نفتـ  تشـک یلات  River Greenدرکلـرادوو یوتـا، مـواد آلـی  دربسـترها ي فـراوان و گـاه بـه حالـت لامینـه عمـومی با کیلومترهـا  گسـترش جـانب ی دیـده مـی شـوند . نشـانه هـاي
رسوب گذاري توربیدیتی در برخی نهشته ها مانند بسترهاي خطی وشکستگیها و گسلها وجود دارد.
شیل نفتی در سازند ائوسن حاوي دولومیت وکلسیت بیشتري بوده وبه صورت واروهـا ي ریتمیـک مـی باشـد .
اگر چه قبلا به منشا آبهاي نیمه عمیق نسبت داده می شد اما در حال حاضرتصور براین است که رسـوبگذار ي در دریاچه هاي موقتی، نسبتا کم عمق (که اغلب در معرض خشک شدگی قرارگرفته اند)، صورت گرفته باشد.
سیکل هاي کوچک مقیاس شیل هاي نفتی که به طرف بالا به تبخیري ها تبدیل می شوند منعکس کننـده گسـترش
مداوم یک دریاچه لایه لایه غیرشوربه یک دریاچه شور و حوضه شور می باشند. شیل تشکیل شده از یک گونـه منفرد جلبکی در چندین افق در کربونیفر تحتانی در همیلدند در اسکاتلند یافت می شـود . ایـن افـق هـا در دریاچـه آب شیرین در یک کمپلکس دلتایی که زغالهاي هومیکی نیزگسترش دارند یافت می شود. شیل نفتـی دریایی در دریاهاي کم عمق پلاتفرمهاي قاره اي، حوضه دونین شرق و مرکز آمریکاي شمالی، ژوراسیک اروپـا و میوسـن  کالیفرنیا شناخته شده است. این شیل ها در برخی موارد همراه با بالا آمدگی تشکیل شده انـد، زیـرا جلبـک هـا ي پلانکتونی منشا اصلی مواد آلی هستند و داراي یک تاریخچه زمین شناسی هستند.
بیشترشیلهاي نفتی شامل مواد آلـی مشـتق شـده ازجلبـک هـا ي دریاچـه اي مـی باشـند . در بیشترشـیلهـا ي نفتـی ،فرآیندهاي باکتریایی در طول نهشته شدن و دیاژنز سریع آنها اتفاق می افتد. بعضی ازاین فرآیندها می توانند متان
بیولوژیک، دياکسیدکربن، سولفید هیدروژن و آمونیاك تولید کنند و این گازها میتوانند با یونهاي غیر قابـل حل در آب رسوبات واکنش دهند و کربناتهاي اتوژنیک وکانیهاي سـولف یدي (کلسـیت،دولومیت،پیریت) و حتی کانیهاي اتوژنیک نایاب (بادینگ تونیت وآمونیوم فلدسپار) را تشکیل دهند.

طبقه بندي شیل هاي نفتی:

شیلهاي نفتی تا سالهاي اخیر یک گروه ناشناخته اي ازسنگها بودند. هاتن 1987 یک طرح قابل اجرا بـرا ي طبقه بندي شیلهاي نفتی ارائه داد که اساس این طبقه بندي، محیط نهشته شدن آنها و نوع اجـزا ي مختلـف مـواد آلی در زیر میکروسکوپ فلورسانس فوق بنفش بود. او توانسـت براسـاس همـین مطالعـه و اطلاعـات حاصـل از ژئوشیمی نفت، اجزاي مختلف مواد آلی را درشیلهاي نفتی از یکدیگرتمایز نماید.

 هاتن سنگهاي رسوبی غنی ازموادآلی را به سه گروه زیرتقسیم کرد:
– زغال هومیک وشیل هاي کربناته
– سنگهاي غنی از بیتومین (سنگ مخزن نفت دارو ماسه قیري)
– شیل نفتی

برپایه محیطهاي رسوبی سه گروه اصلی ازشی لها شناسایی شده اند:

ساحلی، دریاچهاي و دریاي

– شیل هاي نفتی ساحلی:
مواد غنی از لیپید مانند رزین، اسپور، کوتیکول (واکس) و بافت کرکی ریشهها و سـاقه گیاهـان لولـه اي مـی باشند که در تشکیلات زغالی باتلاقی ومردابی تشکیل گشته اند.

– شیل هاي نفتی دریاچه اي:
شامل مواد آلی غنـی از لیپیـد مـی باشـند کـه از جلبـک هـا یی کـه در آب شـیرین، شـورآب هـا یـا دریاچـه هـاي
آب شورزندگی می کنند، مشتق شده اند.

– شیل هاي نفتی دریایی:
از مــواد آلــی غنــی از لیپیــد کــه ازجلبــک دریــایی (میکروارگانیســم تــک ســلولی بــا منشــا (نامشــخص) و
دینوفلاژلاتهاي دریایی (ارگانیسم تکسلولی با یک پوسته) مشخص میشوند، تشکیل شده اند.
هاتن سه ماسرال عمده را در شیل نفتی تشخیص داد:
Telalginite
Lamalginite
Bituminite
 Telalginiteتشکیل شده ازمواد آلی با ساختار ضخیمی می باشند که ازجلبـک هـاي تـک سـلول ی شـب یه بـه
(Tasmanites ) و (Botryococcus) مشتق گشته اند.

Lamalginite تشکیل شده ازمواد آلی با ساختارظریف بوده که از جلبک هاي تک سلولی که به صـورت لامینه هاي جدا از هم دیده می شوند.
Bituminite (بیتــومین) ترکیــب مهمــی در اکثــر شــیلهــاي نفتــی اســت کــه کــاملا بــی شــکل بــوده و
زیرمیکروسکوپ با فلورسانس کم مشخص می شود. ترکیب و منشا این ماسرالها بـه طـور کامـل مشـخص نبـوده
ولی معمولا به عنوان یکی از مهمترین مواد آلی در بسیاري از شیلهاي نفتی دریایی شناخته می شوند.

 تشکیل کروژن:
کروژن یک ژئوپلیمر پیچیده با وزن مولکولی بالا است که از دیـاژنز مـواد آلـی تشـک یل شـده اسـت .

چهار گـروه اصلی از ترکیبات آلی در موجودات زنده وجـود دارد:

کربوهیـدراتهـا، لیگنیـتهـا، پـروتئینهـا و لیپیـدها می باشد OوN،S،H،Cازعناصر ترکیباتی کروژن در شیل نفتی عمدتا از نوع I است که داراي نسـبت بـالا ي C/H و نسـبت پـا یینC/O اسـت . ایـن نـوع نهشت ها زمواد جلبکی لیپیددار سرچشمه گرفته است. برخی ازکروژنها درشیل نفتی ممکن است از نوع II باشد که از خرده هاي گیاهی آوندي تشکیل شده اند. برخی فلزات نظیر وانادیوم، نیکل، اورانیـوم ومولیبـدن درشـیلهـا ي  نفتی به فراوانی یافت می شوند ساحلی، دریاچهاي و دریاي.

صنعت شیل نفتی و میزان ذخایر آن درجهان:

منابع شیل هاي نفتی در جهان داراي پراکندگیهاي زیـادي اسـت، بسـیاري ازایـن منـابع کـم تـر مـورد بررسـی رارگرفته اند و به حفاري هاي اکتشافی بیشتري براي تعیین ذخیره شان نیاز است. بعضی ذخایر بـه وسـیله حفـار ي و آنالیز به خوبی شناسایی شده اند مانند:
– شیل نفتی  River Greenدرآمریکاي غربی وایالت متحده آمریکا.
– نهشته هاي ترشیاري درکوئیزیلند استرالیا.
– نهشته هاي سوئد و استونی.
– نهشته هاي اللاجن در اردن وهچنین شایددرفرانسه وآلمان و برزیل و نیز روسیه.
بزرگترین نهشته هاي شیلهاي نفتی درغرب ایالت متحده آمریکا می باشـد کـه شـامل ذخیـره اي درحـدود  5/1
تریلیون بشکه است. در کلرادو ذخیرهاي حدود یک تریلیون بشکه وجود دارد. ذخیره شیل هاي سیاه دونین شـرق
ایالت متحده،حدود 189 میلیارد بشکه می باشد.
نهشته هاي مهم دیگردراسـتونی، برزیل، اسـترالیا، اردن و مـراکش مـی باشـند . کـل ذخایرشیلهـا ي نفتـی جهـان
درحدود 6/4 تریلیون بشکه می باشد که این رقم، یک رقم محافظه کارانه ازمقدارواقعی شیل دردنیا اسـت، زیـرا
در بسیاري از کشورها وجود این نهشته ها گزارش نشده وتحقیقاتی انجام نشده است.
حدود 40 درصد از انرژي هنگام تولید نفت از شیل در طول مراحل معدنکاري، حمل، تقطیر و مصرف، استفاده می شود. همچنین آب براي اضافه کردن هیدروژن به شیل نفتی قبل از انتقال به پالایشگاه نفت مورد نیاز است.

اقتصاد:
هزینه مورد نیاز براي استحصال نفت ازشیل هاي نفتی بسـیار بالا می باشـد . بزرگتـرين نهشـته هـا ي شـیل نفتـی در
ایالت متحده درکلرادوي غربی، یک منطقه خشک بدون آب می باشد. شیلهاي نفتی می توانند به صورت پـودر شده ازطریق خط لوله به یک محل پالایش اولیه انتقال یابند.

جایگاه شیل نفتی درآینده:
میزان نفت حاصل از شیل هاي نفتی که می تواند از یک نهشته بدست آید به عوامل زیـادي بسـتگی دارد. حـرارت
ژئوترمال یاعوامل دیگر ممکن است همه یا مقداري از نهشـته را فاسـد کنـد، بنـابراین مقـدارا نرژ ي بدسـت آمـده
ازشـیل ممکـن اسـت کـاهش یابـد.

بعضـی نهشـته هـا یـا قسـمتی ازآنهامانندقسـمتهـاي وسـیعی ازشـیلهــاي دونیندر آمریکاي شرقی که درعمق زیاد دفن شده انـد، درآینـده ازنظر اقتصـاد ي اهمیـت خواهندداشـت . اسـتفاده از زمینهاي مسطح ممکن است از نهشته هاي شیل نفتی قابـل دسـترس بـه خصـوص درکشـورها ي غربـی صـنعتی بکاهد (یعنی ازدسترس بودن آنها بکاهد) .
بعضی مواقع قیمت حاصل ازشیل با نفت خام قابل مقایسه است و با آن تفاوت چندانی ندارد اما با کاهش منابع نفت
خام در آینده، نفت حاصل ازشیل در بین انرژيهاي فسیلی دنیا جایگاه ویژه اي پیدامی کنـد .

در زیـر تصـاویري از معادن شیل هاي نفتی را مشاهده می کنید.

(Torbanite) توربانیت:
کانی توربانیت از نام محلی به نام توربن هیل اسکاتلند اخذ گردید که براي اولین بار در این محل کشف شده است. در اساس نامی مترادف براي زغالهایی است که منشا آنها از لجنهاي جلبکی بوده و به آنها  boghead
coal می گویند ولی غالبا براي شیلهاي نفتی به شدت کربونیزه به کار می رود.

(Bitumenite) بیتومنیت:
نام دیگر توربانیت است

:Wollongongite) ولونگونگیت :
گاهی به صورت (Wollongite )  و یا (Wallongite ) نیز نوشته یا خوانده شده است. شیلهایی شبیه زغال هستند مشابه با توربانیت. نام کانی از محل نمونه واقع در ولونگونگ، که ناحیه اي است در ایالت نیوسات ویلز استرالیا، اخذ گردیده است.

(Kerogen) کروژن:
ذرات ریز مواد آلی موجود در سنگهاي رسوبی است که در حلالهاي متعارف مانند: کلروفورم، بنزن، متانول و غیره در اسیدهاي غیر اکسیدان مانند کلریدریک و سولفوریک نامحلول می باشند.
باید توجه داشت مواد آلی که به همراه مواد رسوبی در درون حوضه هاي رسوبی ته نشست می شوند را نباید با
کروژن اشتباه نمود، چون کروژن ماده اي است که از دگرگونی مواد آلی در طی زمان زمین شناسی حاصل شده است، در عین حال اگر سنگ رسوبی حاوي کروژن باشد نمی توان آن را بیتومینی و یا نفتی به حساب آورد. در اصل کروژن ترکیب اصلی زایش نفت و گاز است. کروژن داراي انواع ذیل است:

(Alginite) الگینیت:
کروژنی است که تماما از بقایاي بدنه جلبکها حاصل شده و داراي منشا دریایی است. این کروژن داراي توان هیدروکربور زایی بسیار خوبی است. الگینیت به همراه کروژنهاي بی شکل که فاقد ساختمان داخلی هستند و از خرده هاي جلبکی ایجاد شده اند، تشکیل دهنده گروهی از کروژنها به نام نوع ( یک) می باشند.

(Amorphous Kerogen) شکل بی کروژن:
از بقایاي جانداران پلانکتونی دریایی ترکیب یافته و فاقد ساختمان داخلی هستند. این کروژنهاي بی شکل به
همراه نوع اکسی نیت (Exinite (گروه کروژنهاي نوع II) دوم) را به وجود میآورند که از نظر توان نفت-
زایی خوب، طبقهبندي می شوند.

(Exinite) نیت اکسی:
چنانچه اشاره شد متعلق به گروه کروژنهاي نوعII) دوم) است ولی داراي منشا خشکی میباشد و بیشتر از
بقایاي پوستههاي دانههاي گرده و هاگها و تخم گیاهان و همچنین از کوتیکول برگهاي گیاهان سبزینهدار
گذشته، منشا گرفته است.

(Vitrinite) ویترینیت:
متعلق به کروژن نوع (  III سوم ) است و داراي منشا خشکی و از بقایاي فیبري و چوبی گیاهان و مواد کلوئیدي
فاقد ساختمان نشات گرفته و قدرت هیدروکربورزایی آن مناسب طبقه بندي شده است. شایان ذکر است، که کروژنهاي استخراج شده از سنگهاي منشاء در زاگرس از قبیل سازندهاي کژدمی، گرو، گدوان، پابده و گورپی متعلق به انواع II و III گزارش شده اند.
(Internite) اینترنایت:
این کروژن از بقایاي چوبی اکسید شده و دوباره در چرخش قرار گرفته گیاهان گذشته و متعلق به خشکی منشا گرفته است و از نظر زایش هیدروکربورها ضعیف می باشد. اینترنیت جز کروژنهاي نوع ( IV چهارم) طبقه بندي می شود.