Forecasting the shape and length of IHS mudstone beds in the middle McMurray Formation, Fort Hills mine, AB, Canada

Abstract

Abstract The South Pit oil sands mine is located on the Fort Hills lease, in northern Alberta, Canada. The mine produces bitumen from the interbedded, poorly lithified sandstone and mudstone of the Lower Cretaceous McMurray Formation. The McMurray Formation is informally subdivided into the lower, middle, and upper members, representing deposition in fluvial, estuarine, and deltaic environments, respectively. The middle McMurray Formation hosts the majority of bitumen reserves and features complex internal geometry. It has been interpreted to be deposited as a series of large, tidally influenced point bars consisting of cross-stratified sandstone beds overlaid by interbedded sandstone and mudstone (i.e. inclined heterolithic stratification; IHS). Understanding the shape and length of the McMurray mudstone beds is essential as the mudstone beds act as either “baffles” or “barriers” to steam flow during Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) — in situ bitumen recovery method for underground reservoirs. The observations conducted in the South Pit mine indicate that the facies D50 value (median grain size) correlates well with mudstone bed architecture. In accord with these observations, a simple facies model was developed to predict the shape and length of the McMurray mudstones based on the facies D50 values. Additional evidence obtained from cores and dipmeter logs corroborates the proposed facies model. Résumé La mine de sables bitumineux de South Pit est située sur le bail minier de Fort Hills en Alberta septentrional, au Canada. La mine produit du bitume à partir de grès interlité faiblement lithifié et de mudstone du Crétacé inférieur de la Formation de McMurray. La Formation de McMurray est officieusement subdivisée en membres inférieur, moyen et supérieur, ce qui représente des dépôts dans des environnements de nature fluviale, estuarienne et deltaïque, respectivement. C’est dans le membre moyen de la Formation de McMurray que gîte la majorité des réserves bitumineuses selon une géométrie interne complexe. D’après les interprétations, ces réserves auraient été déposées en séries de larges dépôts de rives convexes composées de lits de grès à stratification entrecroisée recouverts de grès et de mudstone interstratifiés (stratification hétérolithique inclinée ou SHI). Une bonne compréhension de la forme et de la longueur des lits de mudstone de McMurray se révèle essentielle, puisque les lits de mudstone agissent comme « chicanes » ou « barrières » devant le débit de vapeur du drainage par gravité au moyen de la vapeur (ou procédé SAGD) dans la récupération in situ du bitume dans les réservoirs miniers souterrains. Les observations menées dans la mine de South Pit indiquent que la valeur D50 du faciès (calibre du grain médian) est bien corrélée avec l’architecture des lits de mudstone. En accord avec ces observations, nous avons conçu un modèle de faciès simple afin de prédire la forme et la longueur du mudstone de McMurray selon la valeur D50 du faciès. Des indices probants additionnels tirés de carottes et d’enregistrements de pendage corroborent le modèle de faciès proposé. Michel Ory