Abstract

This work presents results from an ongoing laboratory study investigating pore network characteristics and matrix permeability of selected intervals within the Montney Formation (Western Canada). The primary objectives are to: 1) compare different laboratory-based methodologies for determination of porosity and matrix permeability; 2) characterize the pore network attributes (porosity, pore size distribution (PSD), dominant pore throat size, specific surface area) and matrix permeability of the selected target intervals; and 3) analyse the effects of different controlling factors (anisotropy, effective stress, bitumen saturation) on matrix permeability. Eight selected pairs of core plugs, drilled vertically and horizontally, are analysed in this study. These core plugs are obtained from a vertical interval of 15 m within the fine-grained intervals of the Upper Montney Formation in British Columbia (Canada). The experimental techniques used for characterization include: bitumen reflectance (BRo); RockEval pyrolysis; helium pycnometry; Archimedes, caliper and 3D laser scanner analyses; low-pressure gas (N2) adsorption; pulse-decay; and crushed-rock gas (N2, He) permeability measurements.

Excluding one of the samples (a laminated vertical core plug): 1) the slipcorrected pulse-decay gas (N2) permeability values (measured at effective stress of 15.8 MPa) and apparent crushed-rock gas (He) permeability values generally increase with increasing porosity (4.2–8.1%), ranging from 1.4·105 to 8.6·104 mD: and 2) the slip-corrected pulse-decay (N2) permeability values (1.2·104−8.6·10-4 mD) are consistently higher than apparent crushed-rock (He) permeability values (1.4·105−1·10-4 mD). Pulse-decay (N2) permeability values measured parallel to bedding (horizontal core plugs) are consistently between 10% and 25 times higher than those measured perpendicular to bedding (vertical core plugs). Based on a single pair of laminated core plugs analysed in this study, the degree of permeability anisotropy (ratio between parallel and perpendicular permeability values) appears to be significantly higher for the laminated core plugs (up to 25 times) than bioturbated core plugs (up to 3.5 times). Compared to pulse-decay (N2) permeability values, there is a minimal discrepancy (considering the maximum experimental error margin) between the crushed-rock gas permeability values that were measured on pairs of horizontal/vertical core plugs after crushing/sieving. In a gross sense, slip-corrected pulse-decay (N2) permeability values decrease with increasing bitumen saturation.

Applying multiple analysis techniques on a selected suite of core plugs and crushed-rock materials derived from them, this study provides: 1) valuable insight into the causes of observed variations in porosity/permeability values obtained from laboratory-based techniques; and 2) an integrated description of pore network characteristics and matrix permeability for selected fine-grained intervals within the Montney Formation.

Résumé

Le présent travail fournit les résultats d’une étude en laboratoire continue examinant les caractéristiques du réseau poreux et de la perméabilité de la matrice d’intervalles cibles de la Formation de Montney (Ouest canadien). Les principaux objectifs consistent à: 1) comparer les différentes méthodologies en laboratoire pour déterminer la porosité et la perméabilité de la matrice; 2) caractériser les attributs du réseau poreux (porosité, répartition du diamètre des pores (RDP), diamètre dominant du seuil de pore, mesure de la surface spécifique) et de la perméabilité de la matrice d’intervalles cibles; et 3) analyser les effets des différents facteurs (anisotropie, contrainte effective et saturation bitumineuse) qui régissent la perméabilité de la matrice. Pour cette étude, huit paires de petites carottes d’échantillon forées verticalement et horizontalement ont été analysées. Ces petites carottes ont été extraites d’un intervalle vertical de 15 m à même les intervalles à grain fin de la Formation de Montney supérieure en Colombie-Britannique (Canada). Pour trouver les caractères distinctifs de ces carottes, nous avons utilisé les techniques expérimentales suivantes: facteur de réflexion du bitume (BR0); pyrolyse RockEval; pycnométrie à l’hélium; analyses Archimède, diagraphie de diamétrage et scanneur au lazer 3D; adsorption de gaz (N2) à basse pression; décroissance de l’impulsion; et mesure de la perméabilité du gaz de roche broyée (N2, He).

À l’exclusion de l’un des échantillons (une petite carotte verticale laminée): 1) les valeurs de perméabilité corrigées obtenues par la décroissance de l’impulsion du gaz (N2) mesurées à une contrainte effective 15,8 MPa et les valeurs de perméabilité apparentes du gaz de roche broyée (He) s’accroissent généralement avec une porosité croissante (4,2 % à 8,1 %) variant de 1,4 105 à 8,6 10 4 mD; et 2) les valeurs de perméabilité corrigées (1,2 10 4 à 8,6 104 mD) obtenues par la décroissance de l’impulsion (N2) sont supérieures de manière constante aux valeurs de perméabilité (He) apparentes de la roche broyée (1,4 105 à 1 104 mD). Les valeurs de perméabilité obtenues par la décroissance de l’impulsion (N2) mesurées parallèlement au plan de litage (petites carottes horizontales) se situent de manière constante entre 10 % et 25 fois supérieures que celles mesurées perpendiculairement au plan de litage (petites carottes verticales). Si l’on se base sur une seule paire de petites carottes d’échantillon laminées et analysées dans la présente étude, le degré d’anisotropie de perméabilité (le ratio entre les valeurs de perméabilité sur les plans parallèle et perpendiculaire) pour les petites carottes laminées semble considérablement supérieur (jusqu’à 25 fois) à celles extraites de milieu soumis à la bioturbation (jusqu’a 3,5 fois). Par rapport aux valeurs de perméabilité obtenues par décroissance de l’impulsion (N2), il existe une différence minimale (compte tenu de la marge d’erreur expérimentale) entre les valeurs de perméabilité de la roche broyée mesurées sur les paires de petites carottes horizontales et verticales après broyage et tamisage. Généralement, les valeurs de perméabilité corrigées obtenues par décroissance de l’impulsion (N2) décroissent au fur et à mesure que s’accroît la saturation en bitume.

Avec l’application de multiples analyses techniques sur une série cible de petites carottes et de la roche broyée provenant de celles-ci, la présente étude nous apporte ce qui suit: 1) des renseignements utiles sur les causes de la variation observée dans les valeurs de porosité et de perméabilité obtenues de techniques en laboratoire; et 2) une description intégrée des caractéristiques du réseau poreux et de la perméabilité de la matrice dans des intervalles cibles à grain fin de la Formation de Montney.

Michel Ory

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