Habitat of Biodegraded Heavy Oils: Industrial Implications

• Published in: Oil & gas science and technology Vol. 63; no. 5; pp. 587 - 607
• Main Authors: Eschard, R., Huc, A. Y.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Paris EDP Sciences 01.09.2008; Technip; Institut Français du Pétrole (IFP)
• Subjects: Applied sciences; Crude oil, natural gas and petroleum products; Energy; Exact sciences and technology; Fuels; Geology and geochemistry. Geological and geochemical prospecting. Petroliferous series; Physics; Prospecting and exploration; Prospecting and production of crude oil, natural gas, oil shales and tar sands; Canada; North America; America; Biodegradation; Viscosity; Heterogeneity; Salt; Long distance; Exploration; Permeability; Porosity; Shallow depth; Cretaceous; Tectonics; Heavy oil
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189
• DOI: 10.2516/ogst:2008017

Heavy oil, extra-heavy oil and tar sands account for half of the petroleum resources of the world. Due to their high viscosity their production is a major technical and economical challenge. The understanding of the origin and geological habitat of these unconventional oils is crucial in order to optimize exploration and production operations. The vast majority of these heavy oils originates from the biodegradation of conventional oils by bacterial activity. The limiting factors of the involved biological processes (temperature, nutrients, etc.) are controlled by the geological situation. In this respect, foreland basins which harbour a large part of the current deposits of heavy oils correspond to particularly favourable conditions in promoting the biodegradation of large charges of oil. They are characterized by long distance lateral oil migration draining substantial volume of the petroleum system. This migration is supported by an adequate drainage system which exhibits a large lateral continuity and consists of the first syntectonic fluvial and fluvial-deltaic sediments filling the foreland basins. As a result of this migration the oil reaches shallow situation in the forebulge where the temperature is compatible with bacterial activity. The reservoirs associated with the “forebulge” are often high porosity and high permeability sand bodies, initially hosting large volume of water and facilitating the circulation of meteoric water helping in the nutrient availability. For the sake of production, the heterogeneities associated with these fluvial and fluvial-deltaic sediments have to be carefully considered. The geological models developed for the architecture and for the stratigraphic evolution of fluvial channels and incised valleys provide useful guidelines in order to characterize the reservoirs for production purposes in such geological setting. The technical difficulties in recovering these highly viscous fluids require to integrate more detailed reservoir description than usually needed when producing conventional oil plays. The Cretaceous reservoirs of the Mannville Formation in Canada is presented to exemplify the types of heterogeneities encountered in fluvial reservoirs, their rational, their effect on the heavy oil recovery and the impact of the geological knowledge on the production strategy. Les huiles lourdes, extra-lourdes et les sables bitumineux représentent des ressources mondiales équivalentes à celles des pétroles conventionnels. En raison de leur forte viscosité leur production est un défi technique et économique majeur. Comprendre l'origine et l'habitat géologique de ces pétroles non-conventionnels est un enjeu important pour optimiser les opérations d'exploration et de production. La grande majorité des pétroles lourds est le résultat de la dégradation de pétroles conventionnels par une activité bactérienne. Les facteurs limitant des processus biologiques impliqués (température, sels nutritifs, etc.) sont contrôlés par la situation géologique. De ce point de vue, les bassins d'avant-pays, qui abritent actuellement une large part des accumulations d'huiles lourdes, sont particulièrement favorables à la biodégradation de grandes charges d'huiles. En effet, ces bassins se caractérisent par une migration latérale des huiles sur de longues distances, drainant de ce fait un volume important du système pétrolier. Cette migration est favorisée par un système de drains efficaces présentant une grande continuité latérale. Ces derniers correspondent aux premiers remplissages sédimentaires, fluviaux et fluviaux-deltaïques, se mettant en place lors de l'initiation tectonique du bassin d'avant-pays. La structure du bassin permet ainsi aux huiles d'atteindre, au niveau du "fore bulge", des profondeurs suffisamment faibles pour que la température permette l'activité bactérienne. Les réservoirs associés avec le “fore bulge” sont souvent constitués de corps sableux non consolidés, car n'ayant jamais subis d'enfouissement notables, et présentant de fortes porosités et perméabilités. Avant d'être mis en charge, ils contiennent de larges volumes d'eau, et ils facilitent les circulations d'eaux météoriques, favorisant la disponibilité des sels nutritifs indispensables aux micro-organismes responsables de la biodégradation. En ce qui concerne la production, les hétérogénéités associées aux corps sédimentaires fluviaux ou fluviaux-deltaïques doivent être attentivement pris en compte. Notamment, les modèles géologiques développés pour rendre compte de l'architecture et de l'évolution stratigraphique des chenaux fluviaux et des vallées incisées fournissent des guides utiles lorsqu'il s'agit de caractériser les réservoirs situés dans un tel contexte géologique afin de les produire. Les difficultés techniques qu'il y a pour récupérer ces huiles très visqueuses exigent, à l'évidence, de disposer d'une description du réservoir encore plus détaillée que ce que requiert la production de pétrole conventionnel. Les réservoirs Crétacé de la Formation de Mannville au Canada sont donnés comme exemples des types d'hétérogénéités présents dans les corps sédimentaires fluviaux, du contrôle géologique de ces hétérogénéités, de leurs effets sur la récupération des huiles lourdes et de la prise en compte de l'information géologique dans la stratégie de production.