Abstract

Organic petrography and field emission scanning electron microscopy (FESEM) images of drill-core samples from five wells comprising a thermal maturity series through the Montney Formation are used to document and interpret the thermal evolution of migrated secondary organic matter (bitumen and oil) from the late oil window into the dry gas window. The present-day organic matter (OM) consists almost entirely of pore-filling secondary OM that migrated into the organic-lean siltstones of the Montney Formation as liquid hydrocarbons. With increasing burial depth and changing temperature, pressure and compositional conditions, the originally introduced oil became unstable and dissociated into different fractions. These dissociated hydrocarbon fractions underwent secondary cracking resulting in a range of solid and fluid hydrocarbon products including: natural gas, condensate, light oil, fluid-like hydrocarbon residue (FHR) and solid bitumen and pyrobitumen. The solid to semi-solid secondary OM products have distinct characteristics in each of the late oil, wet gas and dry gas windows. The wide range of OM textures observed undoubtedly reflect a complex interplay of many organic maturation mechanisms: however, petrographic observations in this study suggest important distinctions in how the different dissociated fractions of the original oil matured. The dissociated asphalt-rich fraction, which precipitated as globular or granular aggregates in the central portions of large open pores, matured and consolidated into solid bitumen (oil and wet gas windows) and pyrobitumen (dry gas window). Solid bitumen/pyrobitumen accumulations have different degrees of organic porosity that partially reflect the variable composition of the precursor asphalt fraction. The early paraffin-rich heavy oil fraction matured into paraffin wax (late oil window), FHR (wet gas window) and carbon residue (dry gas window) that coats grain surfaces and fills the finer interstices of the original pore network. Differences in OM maturity operated at the micrometer scale such that, in the dry gas window, non-porous pyrobitumen in large pores is commonly observed next to highly porous pyrobitumen associated with clays in smaller pores.

Résumé

Afin de documenter et d’interpréter l’évolution thermique des matières organiques secondaires migrantes (bitumes et pétrole) de la fenêtre à pétrole tardive jusqu’à la fenêtre à gaz sec, on a utilisé les images de la pétrographie organique et de la microscopie par émission électronique de champ (MÉÉC) de carottes d’échantillon de cinq puits comprenant des séries de maturité thermique provenant de la Formation de Montney. La matière organique (MO) actuelle se compose presque entièrement de MO secondaire de remplissage de pores qui ont migré dans les siltstones faibles en matières organiques de la Formation de Montney comme hydrocarbures liquides. En raison de la profondeur d’enfouissement croissante, des changements de température, de la pression et des conditions compositionnelles, le pétrole introduit à l’origine est devenu instable pour se dissocier en différentes fractions. Ces fractions d’hydrocarbures dissociées ont été soumises à des craquages secondaires pour se convertir en un éventail de produits d’hydrocarbures solides et fluides, y compris les suivants: gaz naturel, condensat, pétrole léger, résidus d’hydrocarbures fluides (RHF), bitume solide et pyrobitume. Les produits de MO secondaires solides à semi-solides ont des caractéristiques distinctes dans chaque fenêtre à pétrole tardif et à fenêtre à gaz humide et sec. La grande variété de textures de MO observées reflète sans aucun doute une interaction complexe de nombreux mécanismes de maturation organique: cependant, les observations pétrographiques de la présente étude suggèrent des distinctions importantes qui montrent dans quelle mesure les différentes fractions dissociées du pétrole sont arrivées à maturation. Riche en asphalte précipité sous forme d’agrégats globulaires ou granulaires dans les parties centrales des larges pores ouverts, la fraction dissociée est arrivée à maturation pour se consolider en bitume solide (fenêtre à pétrole et à gaz humide) et en pyrobitume (fenêtre à gaz sec). Les accumulations de bitume solide et de pyrobitume ont des degrés différents de porosité organique qui reflètent partiellement la composition variable de la fraction asphaltique précurseur. En raison de sa maturation, le pétrole lourd précoce riche en paraffine s’est changé en cire de paraffine (fenêtre à pétrole tardive), en RHF (fenêtre à gaz humide) et en carbone résiduel (fenêtre à gaz sec). Ces derniers ont enduit les surfaces du grain et rempli les fines interstices du réseau poreux original. Les différentes maturations que l’on observe dans les MO se sont réalisées à l’échelle micrométrique, de sorte que, dans la fenêtre à gaz sec, on voit couramment du pyrobitume non poreux logé dans les larges pores adjacents à du bitume hautement poreux associé à de l’argile dans les plus petits pores.

Michel Ory

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