Óleo e gás

O que é uma cúpula de sal?



Colunas de sal que se intrometem através de unidades de sedimentos sobrepostas.

Sal jurássico médio: Esta seção mostra as rochas da bacia do leste do Texas entre a fronteira Oklahoma-Texas (à esquerda) e a costa do Golfo do México (à direita). A unidade de rocha roxa é o sal do Jurássico Médio, uma unidade de rocha que tem a capacidade de fluir sob pressão. O sal é coberto por milhares de pés de sedimentos, que exercem uma pressão enorme sobre a superfície do sal e o fazem fluir. Em numerosos locais, o sal invadiu os sedimentos sobrejacentes. Isso produziu pequenos montes ou altas colunas de sal que podem ter milhares de metros de altura. As colunas de sal e os montes menores são chamados de "cúpulas de sal". Imagem 1 do USGS.

Cúpula de sal: Desenho de uma cúpula de sal mostrando perfuração através de duas unidades de rocha e deformação da unidade de rocha imediatamente acima. O crescimento da cúpula é realizado pela migração de sal para a cúpula das áreas circundantes. O sal migra para a cúpula porque é comprimido pelo peso dos sedimentos sobrepostos.

O que é uma cúpula de sal?

Um domo de sal é um monte ou coluna de sal que se intrometeu em sedimentos sobrepostos. As cúpulas de sal podem se formar em uma bacia sedimentar onde uma camada espessa de sal é coberta por sedimentos mais jovens de espessura significativa. Onde as condições permitirem, as cúpulas de sal podem subir milhares de pés acima da camada de sal a partir da qual começaram a crescer. Um exemplo é mostrado na ilustração.

Na ilustração no topo da página, a unidade de rocha roxa (Js) era originalmente uma camada de sal. É a fonte de sal para várias colunas de sal e vários montes menores de sal que invadiram as unidades subjacentes.

O desenvolvimento de cúpulas de sal pode deformar unidades de rochas em armadilhas que retêm petróleo e gás natural. Eles são frequentemente extraídos como fontes de sal e enxofre. A natureza impermeável do sal pode torná-los locais importantes para armazenamento subterrâneo ou disposição subterrânea de resíduos perigosos.

A Deformação do Sal Sob Pressão

Diferentemente da maioria dos outros tipos de sedimentos, o sal tem a capacidade de mudar de forma e fluxo quando colocado sob pressão suficiente. Para desenvolver uma cúpula de sal, a pressão sobre o sal deve ser alta o suficiente para permitir a invasão dos sedimentos subjacentes. A pressão deve ser grande o suficiente para superar vários obstáculos. Isso inclui o peso dos estratos sobrepostos, a força dos estratos sobrepostos, as forças de atrito e a força da gravidade que resiste à elevação.

Duas fontes de pressão que produziram cúpulas de sal são a pressão descendente dos sedimentos subjacentes e a pressão lateral do movimento tectônico.

Se uma área de fraqueza ou instabilidade se desenvolver no sedimento sobreposto, o sal sob pressão adequada poderá invadir o local. A fraqueza pode ser causada por fraturas de extensão, um anticline em desenvolvimento, uma falha de empuxo ou um vale erodido na superfície da Terra acima.

Quando o sal começa a fluir, ele pode continuar enquanto a pressão no sal for alta o suficiente para superar as forças resistentes. O fluxo irá parar quando o sal subir a uma altura em que existem condições de equilíbrio.

O "Equívoco de Densidade"

Muitas explicações sobre as cúpulas de sal sugerem que a densidade mais baixa do sal, comparada à densidade das unidades de rocha sobrepostas, é a força motriz da formação das cúpulas de sal. Isso é um equívoco.

No momento da deposição, os sedimentos clásticos acima do sal não são compactados, contêm espaço poroso siginficante e possuem densidade mais baixa que o sal. Sua densidade não excede a densidade do sal até que estejam profundamente enterrados, compactados firmemente e parcialmente litificados. Até então, eles não são mais sedimentos macios. São unidades de rochas competentes que podem ser obstáculos à intrusão de sal.

Peso vs densidade: O ar tem uma densidade quase insignificante. No entanto, uma coluna de ar atmosférico pesa o suficiente para conduzir uma coluna de mercúrio extremamente denso a quase um metro de um tubo de vácuo de vidro.

Como a densidade pode ser irrelevante

Um barômetro de mercúrio fornece uma ilustração de como a densidade pode ser irrelevante. Em 1643, Evangelista Torricelli encheu um tubo de vidro, fechado em uma extremidade, com mercúrio. Ele então ficou de pé em uma bacia de mercúrio, mantendo uma extremidade submersa. Depois que o tubo estava na vertical, o peso da atmosfera na superfície do mercúrio fornecia pressão suficiente para suportar uma coluna de mercúrio com quase um metro de altura. O mercúrio subia e descia no tubo à medida que a pressão da atmosfera mudava.

No caso de um barômetro de mercúrio, a diferença de densidade entre o mercúrio no tubo e a densidade do ar circundante é enorme. Mas, o peso da atmosfera é alto o suficiente para suportar a coluna de mercúrio.

No caso de uma cúpula de sal, milhares de metros de sedimentos, pressionando uma unidade salina geograficamente extensa, podem fornecer energia suficiente para produzir uma cúpula de sal.

Abóbadas de sal ártico: Uma imagem de satélite de duas cúpulas de sal que irromperam na superfície da ilha de Melville, norte do Canadá. As cúpulas são as feições brancas e redondas, cercadas por rochas cinza. Eles são cada cerca de 2 quilômetros de diâmetro. A ilha é cercada por gelo marinho. O sal pode persistir na superfície em climas frios e áridos. Imagem da NASA 4. Ampliar imagem.

Quão grandes são as cúpulas de sal?

As cúpulas de sal podem ser estruturas muito grandes. Os núcleos de sal variam de 1/2 milha a 5 milhas de diâmetro. As unidades de rochas-mãe que servem como fonte de sal geralmente têm várias centenas a alguns milhares de pés de espessura. As cúpulas de sal ascendem a profundidades entre 500 e 6000 pés (ou mais) abaixo da superfície 2. Elas geralmente não atingem a superfície. Se o fizerem, uma geleira de sal pode se formar.

Cúpulas de sal no Golfo do México: Um mapa em relevo do piso do Golfo do México, na costa sudeste da Louisiana. As cores vermelha e laranja representam águas rasas; azul representa águas mais profundas. As estruturas redondas e planas são a expressão superficial das cúpulas de sal subterrâneas. Imagem do programa NOAA Okeanos Explorer. Ampliar imagem.

A primeira descoberta de óleo de domo de sal

As cúpulas de sal eram quase desconhecidas até que um poço de petróleo exploratório fosse perfurado em Spindletop Hill, perto de Beaumont, Texas em 1900 e concluído em 1901. Spindletop era uma colina baixa com um relevo de cerca de 15 pés, onde um visitante podia encontrar fontes de enxofre e infiltrações de gás natural.

A uma profundidade de cerca de 1000 pés, o poço penetrou em um reservatório de óleo pressurizado que soprou as ferramentas de perfuração para fora do poço e regou a terra circundante com petróleo bruto até que o poço pudesse ser controlado. A produção inicial do poço foi superior a 100.000 barris de petróleo por dia - um rendimento maior do que qualquer poço anterior já havia produzido.

A descoberta de Spindletop provocou uma série de perfurações em estruturas semelhantes na área da Costa do Golfo. Alguns desses poços atingiram o petróleo. Essas descobertas motivaram os geólogos a aprender sobre as estruturas abaixo que continham quantidades tão vastas de petróleo 3.

O mapeamento cuidadoso da superfície dos dados dos poços e, posteriormente, o uso de pesquisas sísmicas, permitiram aos geólogos descobrir a forma das cúpulas de sal, desenvolver hipóteses sobre como elas se formam e entender seu papel na exploração de petróleo.

Cúpula de sal do Golfo Pérsico: Sir Bani Yas Island no Golfo Pérsico, na costa oeste dos Emirados Árabes Unidos. A ilha é um monte erguido por uma cúpula salgada crescente. A cúpula rompeu a superfície da ilha e o núcleo redondo da cúpula pode ser visto no centro da ilha. Imagem do NASA Earth Observatory 5. Clique para ampliar a imagem.

Importância econômica das cúpulas de sal

As cúpulas de sal servem como reservatórios de petróleo e gás natural, fontes de enxofre, fontes de sal, locais de armazenamento subterrâneo de petróleo e gás natural e locais de disposição de resíduos perigosos.

Reservatórios de Petróleo e Gás Natural

As cúpulas de sal são muito importantes para a indústria do petróleo. À medida que uma cúpula de sal cresce, a rocha do alto é arqueada para cima. Essa rocha de tampa pode servir como um reservatório de petróleo ou gás natural.

À medida que a cúpula cresce, as rochas que ela penetra são arqueadas para cima ao longo dos lados da cúpula (veja as duas ilustrações no topo desta página). Esse arco ascendente permite que o petróleo e o gás natural migrem em direção ao domo de sal, onde podem se acumular em uma armadilha estrutural.

O aumento do sal também pode causar falhas. Às vezes, essas falhas permitem que uma unidade de rocha permeável seja vedada contra uma unidade de rocha impermeável. Essa estrutura também pode servir como um reservatório de petróleo e gás. Um único domo de sal pode ter muitos reservatórios associados em uma variedade de profundidades e locais ao redor do domo.

Pesquisa sísmica: Um perfil sísmico inicial de uma cúpula de sal adquirida em uma pesquisa a bordo. Ele mostra um núcleo de sal central com cerca de 1-1 / 2 milhas de largura e camadas de rocha que foram deformadas pelo movimento ascendente do sal. Imagem sísmica modificada após Parke D. Snavely, Estados Unidos Geological Survey.

Uma fonte de enxofre

Às vezes, as cúpulas de sal são cobertas por uma rocha que contém quantidades significativas de enxofre elementar. O enxofre ocorre como um material cristalino que preenche fraturas e poros intergranulares e, em alguns casos, substitui a tampa da rocha. Pensa-se que o enxofre se formou a partir de anidrita e gesso associado ao sal por atividade bacteriana.

Algumas cúpulas de sal têm enxofre suficiente na rocha da tampa para que possa ser recuperada economicamente. Ele é recuperado perfurando um poço no enxofre e bombeando água superaquecida e ar abaixo do poço. A água superaquecida é quente o suficiente para derreter o enxofre. O ar quente converte o enxofre derretido em uma espuma que é flutuante o suficiente para subir um poço até a superfície.

Hoje, a maior parte do enxofre é produzido como subproduto do refino de petróleo bruto e do processamento de gás natural. A produção de enxofre a partir de domos de sal geralmente não é competitiva em termos de custo com o enxofre produzido a partir de petróleo e gás natural.

Produção de sal

Algumas cúpulas de sal foram exploradas pela mineração subterrânea. Essas minas produzem sal que é usado como matéria-prima pela indústria química e como sal para o tratamento de estradas cobertas de neve.

Algumas cúpulas de sal foram extraídas por solução. A água quente é bombeada para um poço no sal. A água dissolve o sal e é trazida de volta à superfície através dos poços de produção. Na superfície, a água é evaporada para recuperar o sal ou a água salgada é usada em um processo químico.

Informação Salt Dome
1 Modelos geológicos e avaliação de recursos contínuos e de petróleo e gás não descobertos: Cretáceo superior Austin Chalk, Costa do Golfo dos EUA; Krystal Pearson, Pesquisa Geológica dos Estados Unidos, Relatório de Investigações Científicas 2012-5159, 2012.
2 Cavernas de sal e seu uso no descarte de resíduos de campos de petróleo: brochura produzida pelo Escritório Nacional de Tecnologia do Petróleo, Argonne National Laboratory, 1999.
3 Spindletop: The Original Salt Dome: Michel T. Halbouty, artigo publicado no site WorldEnergySource.com, 2009.
4 cúpulas de sal na ilha de Melville: Jesse Allen, Observatório da Terra da NASA, imagem do dia de 27 de agosto de 2006.
5 Sir Bani Yas Island, Emirados Árabes Unidos: Fotografia de astronauta da Estação Espacial Internacional, Observatório da Terra da NASA, Imagem do dia de 15 de março de 2010.

Reservatórios Subterrâneos

Algumas das minas desenvolvidas em domos de sal foram cuidadosamente seladas e usadas como locais de armazenamento de petróleo, gás natural e hidrogênio.

As cúpulas de sal nos Estados Unidos e na Rússia também servem como repositórios nacionais de reservas governamentais de gás hélio. O sal é o único tipo de rocha que tem uma permeabilidade tão baixa que pode conter os minúsculos átomos de hélio.

Depósito de lixo

O sal é uma rocha impermeável que tem a capacidade de fluir e selar fraturas que possam se desenvolver dentro dela. Por esse motivo, as cúpulas de sal têm sido usadas como locais de descarte de resíduos perigosos. Cavernas feitas pelo homem em domos de sal têm sido usadas como repositórios de resíduos de perfuração de campos de petróleo e outros tipos de resíduos perigosos nos Estados Unidos e em outros países. Eles também foram considerados para a eliminação de alto nível de resíduos nucleares, mas nenhum local nos Estados Unidos recebeu esse tipo de lixo.

Depósitos de Sal nos EUA: Localização de depósitos de sal e bacias hidrográficas nos Estados Unidos. O grande depósito contínuo ao longo da Costa do Golfo, que contém as três bacias das cúpulas de sal, é sustentado pelo Louann Salt. Mapa de Geology.com com dados de localização do Laboratório Nacional Argonne 2.

Onde ocorrem as cúpulas de sal?

Cúpulas de sal podem ocorrer em bacias sedimentares onde depósitos grossos de sal foram enterrados por pelo menos 500 pés de outros tipos de sedimentos. Uma das maiores regiões do mundo em domos de sal é o Golfo do México. Mais de 500 cúpulas de sal foram descobertas em terra e no fundo do mar do Golfo do México. Eles se originam do Louann Salt, uma unidade de rocha subterrânea que é lateralmente persistente em toda a área. Um mapa na coluna direita desta página mostra a localização dos depósitos de sal nos Estados Unidos e três campos de domos. Grandes campos de domos de sal também foram descobertos em Angola, Brasil, Canadá, Gabão, Alemanha, Irã e Iraque.