Investigations of Burial Diagenesis in Carbonate Hydrocarbon Reservoir Rocks - Machel, Hans G. (Geoscience Canada, 2005)
Investigations of burial diagenesis are instrumental for hydrocarbon exploration and exploitation. A proper investigation of diagenesis, with the aim to assist in exploration for and exploitation of hydrocarbons, should follow the "6 -Step Process". Step 1 : facies analysis (including establishing the primary porosity and permeability distributions, and the "primary aquastratigraphy" - a term newly defined in this article); Step 2 : petrographic analyses (paragenetic sequence, mapping amounts and spatial distribution of diagenetic phases); Step 3 : geochemical analyses (isotopes, trace elements, fluid inclusions, etc.); Step 4 : burial history and paleohydrology; Step 5: integration with extant data (especially petrophysical data), if available, and Step 6 : modeling (not necessary, but desirable in at least some cases). Diagenesis, at any depth from near-zero to several kilometres, is governed by various intrinsic and extrinsic factors that include thermodynamic and kinetic constraints, as well as microstructural factors. These factors govern diagenetic processes such as cementation, dissolution, compaction, recrystallization, replacement, and sulfate-hydrocarbon redox-reactions. Cementation, dissolution, and dolomitization require significant flow of groundwater (of whatever type and/or salinity, ranging from fresh to hypersaline), driven by an externally imposed hydraulic gradient. Other processes, such as stylolitization and thermochemical sulfate reduction, commonly take place without significant groundwater flow in hydrologically stagnant systems that are geochemically closed. Two effects of diagenesis that are especially important for hydrocarbon reservoirs are enhancement and/or reduction of porosity and permeability. However, these rock properties can also remain essentially unchanged through diagenesis at depths from near-zero to several kilometres. In extreme cases, an aquifer or hydrocarbon reservoir rock can have highly enhanced porosity and permeability because of extensive mineral dissolution, or it can be plugged up by extensive mineral precipitation. SUMMAIRE Les études de diagenèse d’enfouissement sont des instruments essentiels dans les domaines de l’exploration et de l’exploitation des hydrocarbures. Une étude de la diagenèse ayant comme objectif de contribuer à l’exploration et l’exploitation des hydrocarbures devrait suivre le processus suivant en six étapes : Étape 1) L’analyse des faciès (comportant la mesure de la distribution de la porosité et de la perméabilité initiales, ainsi que de l’" aqua-stratigraphie " - terme redéfini dans le présent article; Étape 2) Les analyses pétrographiques (séquence paragénétique, cartographie de la répartition volumique et spatiale des différentes phases diagénétiques); Étape 3) Les analyses géochimiques (isotopiques, d’éléments traces, des inclusions fluides, etc.); Étape 4) L’historique d’enfouissement et la paléohydrologie; Étape 5) L’intégration avec les données existantes (particulièrement les données pétrophysiques), et Étape 6) La modélisation (pas nécessaire mais utile dans certains cas). Qu’il s’agisse de très faibles profondeurs ou de profondeurs de plusieurs kilomètres, la diagenèse est un phénomène qui est déterminé par des facteurs intrinsèques et extrinsèques, incluant des facteurs thermodynamiques et cinétiques, ainsi que microstructuraux. Ces facteurs déterminent des processus diagénétiques comme la cimentation, la dissolution, la compaction, la recristallisation, la substitution, ainsi que les réactions d’oxydoréduction sulfate-hydrocarbures. La cimentation, la dissolution et la dolomitisation suppose la circulation de volumes considérables d’eaux souterraines (peu importe le type et ou la salinité, qu’elles soient douces ou hyper-salines), mobilisés par les gradients hydrauliques ambiants. D’autres processus comme la stylolitisation et la réduction thermochimique des sulfates, se produisent généralement sans apport substantiel en eau dans le contexte de systèmes hydrologiques stagnants et géochimiques clos. La bonification et ou la détérioration de la porosité et de la perméabilité sont deux des effets diagénétiques particulièrement importants dans la caractérisation des réservoirs d’hydrocarbures. Cependant, ces propriétés lithologiques peuvent demeurer presqu’inchangées par la diagenèse qu’elle se produise à des profondeurs faibles ou de plusieurs kilomètres. Dans les cas limites, un aquifère ou un réservoir d’hydrocarbures peut comporter des porosités et des perméabilités qui auront été grandement bonifiées par l’action d’une dissolution minérale importante, ou voir leurs pores colmatés par l’action d’une précipitation minérale importante.