页岩气钻井技术(上)
新页HF-2井页岩气钻井技术
井
直 井段 使用 常规塔 式钻 具扫水 泥塞 ，钻 井液采 用 聚胺仿油 基钻 井 液 。钻进 至 １ ８ ３ ２ ． ０ ６ ｍ 后 ，开始 使 用Ｐ Ｄ Ｃ钻头 ＋螺杆 复合 ＋双扶 正器 （ ２ ３ ４ ｍｍ＋ ２ ３ ０ ｍｍ）钻 具钻 进 ，钻进 井 段 １ ８ ３ ２ ． ０ ６ ～２ ３ ８ ９ ． ９ ６ ｍ，但
∞ 处完 钻 ，纯钻 时间 ４ ９ ． ５ ０ ｈ ，平 均钻速 ６ ． ３ ｌ ｍ／ ｈ ，下人 ３ ３ ９ ． ７ ｍｍ×３ ０ ９ ． ９ ６ ｍ 表 层 套管 。固井 采用 常 规 ～
３
１
填
段
固井 ，水 泥浆返 出地 面 。
３ ． ２ 二 开井段 （ ３ １ ２ ． ５ ～１ ８ ２ ３ ｍ）
钻 头 连 续 取 心 作 业 ５次 ，共 耗 时 ７ ． Ｏ ｌ ｄ ，耗 用 金 刚 石 取 心 钻 头 ２只 。取 心 井 段 ３ ０ ５ ５ ～３ ０ ９ ５ ｍ，取 心 总 进
尺 ４ ０ ｍ，岩 心总长 ４ ０ ｍ，平 均 收 获 率 ｉ ０ ０ ，平 均 机 械 钻 速 ０ ． ６ ９ ｍ／ ｈ 。在 该 井 段 钻 进 中 ，将 设计 中 的 ２柱 １ ７ ８ ｍｍ 钻铤增 加至 ７柱 ，有效 地达 到 了释放 钻 井 参数 和 防斜 打直 的 目的 ，钻 进 中扶 正 器 对 井壁
・
４ ４・
石 油 中 旬 刊 ＊ 石 油 天 然 气 工 程
２ ０ １ ５ 年 ９ 月
开 钻 顺 序
井深／ ｍ
钻头尺寸／ ｍｍ 套 管 尺 寸／ ａｍ 套 管 下 人 深 度 ／ ｒ ｍ
页岩气平台气井工艺流程
页岩气平台气井工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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焦页197-4HF页岩气长水平段井钻井关键技术
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｊ ｉ ａ ｏ ｙ ｅ １ ９ ７— ４ ＨＦ ｗ ｅ ｌ ｌ ｉ ｓ ａ ｈ ｏ ｉ ｒ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｏ ｎ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｌ ｏ ｎ ｇ ｈ ｏ ｉ ｒ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｉ ｎ ｓ ｈ ａ ｌ ｅ—ｇ ａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ
211004393_页岩气长水平段水平井钻完井关键技术
185中石化在涪陵、南川、威荣等多个区块开展页岩气水平井开发，其水平段长历经1500以内、1500~3000米、3000米以上三个阶段，针对国内页岩气水平井开发，一般把水平段超过3000m的水平井称为长水平段水平井，通过施工3500米以上水平段水平井，其压裂改造段长、产气量将提高至少30%以上，大幅度提高单井产量，减少部署井数量、节省土地征用，突破地形地貌限制等，真正实现“少井高产”，对于页岩气的效益开发具有重要意义。
1 钻完井难点问题针对东胜页岩气区块，从前期施工情况分析来看，主要存在以下钻井难点问题：（1）浅表层漏、垮风险高。
东胜区块浅层以须家河组、雷口坡组地层出露为主，溶洞、裂缝发育，部分井区与地下暗河连通，极易发生恶性漏失，同时由于沉积过程中砾石对原有缝洞的充填，导致钻井过程中易发生掉块垮塌，钻井过程也易发生卡钻事故，严重影响钻井进度。
（2）中上部地层差异大，从上部地层到目的层，发育灰岩、白云岩、泥岩地层，灰岩裂缝发育易造成井漏，而夹杂的泥岩地层也影响井眼稳定性。
（3）长水平段施工井壁稳定与降摩减阻难度大，目的层为泥页岩地层，受钻井液浸泡、地层岩石矿物的水化膨胀、应力传递等影响存在垮塌风险，同时长水平段施工摩阻扭矩急速增加，倒是后续施工难度大幅增加。
（4）固完井难度大，长水平段水平井钻井施工后，套管无法与钻具一样实现倒装，提高上部载荷，套管的下入存在较大难度。
2 井身结构设计井身结构设计是钻井安全顺利施工的首要条件，合理的井身结构设计能有效针对各类风险提供保护措施，为下步施工提供条件，同时能最大限度地减小裸眼段摩阻，为长水平段水平井提供保障。
页岩气水平井井身结构设计主要考虑两点因素，一个是封固不同压力层系的地层；二是封固各类不稳定地层，为下开次的施工提供井眼条件。
其井身结构设计具体为：导管段采用Φ609.6mm钻头×Φ473.1mm套管封固雷口坡组易漏失、易跨地层；一开采用Φ406.4mm钻头×Φ339.7mm套管封固嘉陵江组裂缝发育层；二开采用Φ311.2mm钻头×Φ244.5mm直至进入目的层龙马溪组顶部，套管封固上部二叠系、志留系易漏失层，为三开油基钻井液施工提供条件；三开采用Φ215.9mm钻头与油基钻井液施工水平段直至完钻[1]。
页岩气开采技术
页岩气开采技术1 综述页岩气是一种以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层中的非常规天然气，是一种非常重要的天然气资源，主要成分是甲烷。
页岩气的形成和富集有其自身的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。
如图1.1所示。
页岩气一般存储在页岩局部宏观孔隙体系中、页岩微孔或者吸附在页岩的矿物质和有机质中。
页岩孔隙度低而且渗透率极低，可以把页岩理解为不透水的混凝土，这也是页岩气与其他常规天然气矿藏的关键区别。
可想而知，页岩气的开采过程极为艰难。
根据美国能源情报署（EIA）2010年公布的数据，全球常规天然气探明储量有187.3×1012m3，然而页岩气总量却高达456×1012m3，是常规天然气储量的2.2倍。
与常规天然气相比，页岩气具有开采潜力大，开采寿命长和生产周期长等优点，至少可供人类消费360年。
从我国来看，中国页岩气探明储量为36×1012m3，居世界首位，在当今世界以化石能源为主要消费能源的背景下，大力发展页岩气开采技术，对我国减少原油和天然气进口，巩固我国国防安全有很重要的意义。
我国页岩气主要分布在四川盆地、长江中下游、华北盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地以及准噶尔盆地，如图1.2所示。
图1.1页岩气藏地质条件图1.2中国页岩气资源分布页岩气开采是一种广分布、低丰度、易发现、难开采、自生自储连续型非常规低效气藏，气开采过程需要首先从地面钻探到页岩层，再通过开凿水平井穿越页岩层内部，并在水平井内分段进行大型水力加砂压裂，获得大量人工裂缝，还需要在同一地点，钻若干相同的水平井，对地下页岩层进行比较彻底的改造，造成大面积网状裂缝，最后获得规模产量的天然气。
因此，水平井技术和水力压裂技术的页岩气成功开采的关键。
2 页岩气水平井技术1821年，世界上第一口商业性页岩气井在美国诞生，在井深21米处，从8米厚的页岩裂缝中产出了天然气。
美国也是页岩气研究开采最先进的国家，也是技术最成熟的国家。
页岩气开采原理
页岩气开采原理
页岩气开采原理是通过水平钻井和水力压裂技术将水和添加剂注入页岩岩层，使岩层裂缝扩大并释放出内部储存的天然气。
具体步骤如下：
1. 水平钻井：首先，在地表选择合适的位置进行垂直钻井，当钻杆到达目标页岩层时，钻井工程师会改变钻头方向，将钻孔延伸成水平方向。
这样可以增加页岩岩层与钻孔的接触面积，提高天然气的开采效率。
2. 水力压裂：完成水平钻井后，高压水和添加剂（如砂岩颗粒）被泵送到井中，进入页岩岩层。
压力和添加剂的作用下，岩石发生裂缝和断裂，从而使天然气能够逸出。
水力压裂也可以同时增加岩石孔隙的连接性，便于天然气在岩层内流动和采集。
3. 采集天然气：一旦页岩层被水力压裂，天然气开始从岩石毛细孔隙中释放出来，并通过新形成的裂缝流向水平井筒。
然后，运用抽油泵等装置将天然气输送到地面设备进行储存和处理。
4. 环境保护：在整个开采过程中，需要严格控制水和添加剂的使用，以减少对地下水资源的污染。
此外，储存和处理阶段也要采取相应的措施，以确保环境不受污染。
以上就是页岩气开采的基本原理。
通过水平钻井和水力压裂技术，能够充分利用页岩岩层内部的天然气资源，提高天然气开采效率，促进能源产业的发展。
页岩气开采技术
据预测，到2030年，中国页岩气产量将达到150亿立方米，占国内天然气产 量的15%左右。随着国际合作和经验技术交流的加强，中国页岩气开采技术也将 逐步走向世界前列。
总之，世界页岩气资源和开采现状表明，页岩气已经成为全球清洁能源领域 的重要角色。中国作为页岩气资源大国，其发展前景在政策支持、市场需求和技 术进步的共同推动下十分看好。随着国内外合作和研发的深入进行，中国页岩气 产业将迎来更为广阔的发展空间，为推动全球清洁能源革命和应对气候变化作出 积极贡献。
总结
国内页岩气开采技术的不断进步和发展，为我国能源结构的优化和清洁能源 的发展提供了有力支持。本次演示介绍了国内页岩气开采技术的现状、技术创新 和未来展望。通过水平井技术和水力压裂技术的不断优化和创新，我国页岩气开 采成本降低、效率提高，
为实现清洁能源的规模化发展奠定了基础。随着技术的进一步突破和市场需 求的增加，国内页岩气开采的前景十分广阔。未来，需要继续加强技术研发和创 新，推动页岩气开采技术的进步，为我国的能源事业作出更大的贡献。
2、水平井技术
水平井技术已成为页岩气开采的重要手段。水平井能够增大储层暴露面积， 提高产能，并有助于降低生产成本。其原理是在垂直主井眼的基础上，侧钻出一 条或多条水平井眼，以实现对更大储层的开发。水平井技术的优势在于提高产能、 降低成本以及减少环境影响。然而，该技术的实施需要先进的设备和钻井技术， 同时对地质和工程要求较高。
3、水力压裂技术
水力压裂技术是页岩气开采过程中的一项关键技术。其原理是通过向储层注 入高压泵入的流体（通常是水和砂），使储层产生裂缝，进而释放出被困的天然 气。水力压裂技术的主要优点是提高产能、降低钻井成本和减少开发时间。然而， 该技术也存在一定的局限性，如对储层造成潜在损害、需要大量水资源以及可能 引起地质灾害等。
页岩气水平井钻井技术
页岩气水平井钻井技术摘要当前我国页岩气水平井钻井施工整体表现出成本高、周期长、复杂事故多等问题。
针对这些问题，本文对国内页岩气井进行了技术跟踪，归纳了当前我国页岩气水平井钻井过程中所面临的轨迹优化及控制、井壁稳定、摩阻扭矩、井眼清洁以及固井技术等难点问题。
关键词页岩气水平井轨迹控制井壁稳定摩阻美国页岩气资源的规模化开发和商业化利用，正在改变着世界能源格局，而同为世界能源进口大国的中国，同样拥有丰富的页岩气资源。
政策以及相关支持政策的陆续出台，不但表明了我国政府大力发展页岩气资源的决心，而且正在积极推进我国页岩气产业的全面、快速发展。
页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式，在一定地质条件下聚集成藏并具有商业开发价值的非常规天然气。
与常规天然气藏相比，页岩气储层孔隙度主体小于10％，储层孔隙为0~500nm，孔喉直径介于5~200nm，渗透率极低，一般多采用水平井并经水力压裂技术改造后进行开发。
当前，公认的具备商业开采价值的页岩气藏需具备以下条件：①页岩气储集层厚度大于100ft（30m）；②富有机质页岩有机质丰富，TOC > 3 %；③成熟度Ro在1.1-1.4之间；④气含量>100ft3/t；⑤产水量较少，低氢含量；⑥黏土含量小于40 %，混合层组分含量低；⑦脆性较高，低泊松比、高杨氏弹性模量；⑧围岩条件有利于水力压裂控制。
页岩气藏作为典型的连续型油气聚集，往往分布在盆地内厚度大、分布广的集“生-储-聚”为一体的页岩烃源岩地层中。
页岩作为粘土岩常见岩石类型之一，是由粘土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的，其成分复杂，除包含高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等粘土矿物外，还含有诸如石英、长石、云母等碎屑矿物和铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等自生矿物，页岩层理构造发育，多呈页状或薄片状（图1左），并沿层理发育有大量裂隙和微裂隙（图1右），脆性高、易碎，外力击打作用下易裂成碎片，且吸水膨胀性强，长时间裸露浸泡后极易引起井壁缩径、垮塌、掉块等复杂事故。
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二、页 岩 气 开 发 情 况 页
由国土资源部油气资源战略研究中心组 织施工的第一口井深超千米战略调查井－ 岑页1井，于2011年4月13日在贵州省黔东 南州开钻，设计垂深1500m。钻探目的是 为开展页岩气资源潜力评价和有利区优选 提供依据。
科学钻探 永无止境
二、页 岩 气 开 发 情 况 页 中石化第一口页岩气水平井通过 论证，并于2011年6月3日开钻。 日开钻。 论证，并于 年 月 日开钻 在建111井侏罗系自流井组东岳 庙页岩段钻探获工业气流之后，为 了加快鄂西渝东建南地区页岩气勘 探步伐，获取页岩气评价参数，整 体评价该区勘探潜力提供地质依 据，通过科研人员精心准备，部署 建页HF-1井，目的是进一步落实单 井产气能力，探索页岩气钻井工程 及储层改造工艺技术。
2004
2006
2007～2008
2004年 2004年，重庆市渝南和东南 地区下寒武、下志留、 地区下寒武、下志留、中二 叠三套地层。 叠三套地层。其中重庆綦 万盛、南川、武隆、 江、万盛、南川、武隆、彭 酉阳、 水、酉阳、秀山和巫溪等区 县是页岩气资源最有利的成 矿区带
川盆地西南地区进行了页 岩气资源调查研究， 岩气资源调查研究，认为 我国的页岩气资源应该是 常规天然气的几倍之多， 常规天然气的几倍之多， 开发潜力不可估量
科学钻探 永无止境
一、页 岩 气 基 本 情 况 页
3、页岩气运移特征 页岩气运移特征
流动机理
微小的基质孔隙中的气体向大孔隙和裂缝作扩散运动，达西定律; 基质孔隙表面的吸附气一定压力下发生解吸。
从基质表面解吸
通过基岩和微孔隙扩散
在天然裂缝中的达 西渗流
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一、页 岩 气 基 本 情 况 页
科学钻探 永无止境
三、页岩气钻井关键技术 2、钻井井位部署 钻井井位部署 页岩气的吸附气含量达到25%-85%，同时没有远距离的运移和聚合，因 此，其开采必须借助于现代化的压裂工艺，通过进一步扩充裂缝，连通相 关的孔隙，从而获得一定产能的页岩气。以前由于压裂工艺和设备的限 制，导致无法获得页岩气具有工业价值的页岩气。现代设备和技术的快速 发展，是目前页岩气工业能够有快速发展的重要因素之一
四川盆地寒武系筇竹寺组、志 留系龙马溪组页岩气资源初步 估算：寒武系页岩气资源量 (7.14~14.6)× (7.14~14.6)×1012m3，志留系 (2~4)× (2~4)×1012m3。
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一、页岩气基本情况 页岩气基本情况
6、页岩气开采方式 页岩气开采方式
页岩气层低孔、低渗，多数含气页岩都需要实施水力压裂
非洲沙哈拉地区 7.76 2%
前苏联 17.75 4%
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一、页 岩 气 基 本 情 况 页 5、中国页岩气分布情况 中国页岩气分布情况 中国
我国探明储量约30千亿立方米，超过常规天然气4.1千亿立方米 30千亿立方米， 4.1千亿
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一、页 岩 气 基 本 情 况 页
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一、页 岩 气 基 本 情 况 页 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、页岩气、煤层气、天然气对比 页岩气、煤层气、 页岩气 页岩气
成因类型 主要成分 成藏特点 分布特点 储集方式 储层特征 埋藏深度 资源潜力 开采特点
有机质热演化成因， 有机质热演化成因，生物成 因 甲烷为主， 甲烷为主，少量的乙烷丙烷 等 自生、自储、 自生、自储、自保 受页岩分布控制， 受页岩分布控制，有广布性 吸附气和游离气并存， 吸附气和游离气并存，吸附 气占20%～85% 气占 ～
中国石化第一口开钻的页岩油水平井开钻。 中国石化第一口开钻的页岩油水平井开钻。
2011年4月23日，由河南油田施工的部署在河南油田泌阳凹陷深凹区的泌 页HF-1井正式开钻，该井是我国第一口页岩油水平井设计斜深3661米， 主要钻探目的是评价泌阳凹陷深凹区页岩油产能，进一步落实储量规 模，为建立中国石化陆相页岩油勘探开发先导试验区奠定基础。
煤层气
有机质热演化成因， 有机质热演化成因，生物成因 甲烷为主 自生、自储、 自生、自储、自保 受煤层分布控制， 受煤层分布控制，有广布性 吸附气为主， 吸附气为主，占85%以上 以上
天然气
有机质热演化成因，生物成因， 有机质热演化成因，生物成因，原油裂解 成因 甲烷为主，乙烷、 甲烷为主，乙烷、丙烷等含量变化较大 生、储、盖合理组合 受生、 受生、储、盖组合控制 受生、 受生、储、盖组合控制
4、世界页岩气分布情况 页岩气分布情况
太平洋（经济合作与发展组 织） 65.5 14% 亚太其他地区 8.89 2% 南亚 0 0% 北美 108.8 24%
总量： 总量：456 单 位：1012m3 （千
亿）
中亚和中国 99.9 22%
拉丁美洲 59.95 13%
中东和北非 72.15 16% 西欧 14.44 中欧和东欧 3% 1.1 0%
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二、页 岩 气 开 发 情 况 页
2、加拿大页岩气勘探开发情况 、
加拿大是第二个开发页岩气勘探、研究和开发的国家。据估算加拿大西部沉 积盆地页岩气原资源量约24.4×1012m3。加拿大不列颠哥伦比亚东北部页岩 气资源量超过28.3×1012m3，保守估计也有7.1×1012m3，占该地区未发现天 然气资源(包括常规和非常规)的34%。目前加拿大商业开采还处于起步阶 段，1998 年底开始页岩气商业开采，2008年的日产量超过2.3×106m3；而 欧洲才刚刚起步。
低渗： 为 低渗：φ为8%—20%，k为0.1—50md;中 ， 为 中 低孔、低渗特征， 为 ），φ为 低孔、低渗特征，φ为4%-6%， 双重孔隙（基质和割理系统）， 为1%—5%， ， 双重孔隙（基质和割理系统）， ， 高渗： 渗:φ为20%—25%，k为50—300md;高渗： 为 ， 为 高渗 k<0.001md k为0.5—5.0md 为 φ>25%，k>300md ， 较浅，最浅 米 较浅，最浅8.2米 456×1012m3 × 排气降压解析开采 一般大于300米 米 一般大于 37× 37×1012m3 排水降压解析开采 一般大于500米 米 一般大于 44× 44×1012m3 自然压力开采
科学钻探 永无止境
一、
页岩气基本情况 二、
页岩气开发情况
三、 页 岩 气 钻 井 关 键 技 术 四、 页 岩 气 钻 井 技 术 难 点 五、 页 岩 气 钻 井 技 术 措 施
科学钻探 永无止境
三、页岩气钻井关键技术
1、页岩气进入井眼途径
在钻井、完井降压的作用下，裂缝系统中的页岩气流（游离气）向井 眼并且基质系统中的页岩气（吸附气）在基质表面进行解析； 在浓度差的作用下，页岩气由基质系统向裂缝系统进行扩散； 在流动势的作用下，页岩气通过裂缝系统流向井眼。
分布范围广
早期以游离气为主， 产量 早期以游离气为主 ， 较高， 递减快（ 较高 ， 递减快 （ 第一年产量 降到65 65% 降到65%） 后期以吸附气产出为主， 后期以吸附气产出为主 ， 产量相对较低，年递减率 2%～3%，产量稳定 预测页岩气田开采寿命可 50～80年 达50～80年
厚度大
普遍含气
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二、页 岩 气 开 发 情 况 页 3、中国 、
建111，建页 ，建页HF-1井、涪页 等大量页岩气井陆续生 井 涪页1等大量页岩气井陆续生 产、开钻和通过井位论证 2010年4月16日至 日，国土资源部油气 年 月 日至 日至17日 战略研究中心在重庆市组织召开全国页岩 气资源战略调查和勘探开发学术研讨会， 气资源战略调查和勘探开发学术研讨会， 2009年8月，国土资源部在重庆市 綦江县启动了中国首个页岩气资 源勘查项目 2004年开始前期基础性研究工 作，2007年10月中国石油与美 国新田石油公司签署了《威远 地区页岩气联合研究
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二、页 岩 气 开 发 情 况 页
2010年10至12月，由中石化江汉油田钻井公司在中扬子湘鄂西 花果坪复向斜钻探了的第一口页岩气参数井——河页1井
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二、页 岩 气 开 发 情 况 页 江汉油田建南地区首口页岩气井—— 建111井，该井位于湖北省利川市建 南镇茶坪村，于2010年6月23日开 钻，7月14日完钻，完钻井深845米， 完钻层位上三叠统须家河组须五段。 12月2日，针对该井东岳庙段610 ～ 646米泥页岩段采用页岩气大型水力 压裂测试，点火成功，焰高0.5 ～ 5 米，测试获2998 ～ 3925立方米/天工 业气流，目前该层系稳定日产量2000 余方，试采运行良好。自今年1月1日 试采以来，由最初的自喷带水、注气 试采，转到目前的注气稳定产气阶 段，截止到目前，已累计产气28万余 立方米。 建111井在东岳庙段获得的 勘探突破，证实了建南地区侏罗系陆 相地层具有页岩气勘探开发潜力，展 示了鄂西渝东浅层的勘探前景，为油 田“稳油增气”提供了新的增长点。
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提
纲
一、
页岩气基本情况 二、
页岩气开发情况
三、 页 岩 气 钻 井 关 键 技 术 四、 页 岩 气 钻 井 技 术 难 点 五、 页 岩 气 钻 井 技 术 措 施
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二、页 岩 气 开 发 情 况 页
1、国外
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 1082 1840 2156 2223 2842 4259
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二、页 岩 气 开 发 情 况 页
2011年4月18日，勘探南方分公司第一口页岩气水平井——涪页HF1井通 过集团公司专家审查。该井构造位于川东弧形高陡褶皱带拔山寺向斜，以 页岩气勘探有利层系下侏罗统自流井组大安寨段页岩层为目的层，设计完 钻井深3692米，水平段长度1200米左右，钻井的目的是评价该地区页岩气 产能，准确获取页岩气评价指标参数，力争涪陵地区页岩气勘探突破，为 页岩气开发奠定基础。 勘探南方从2010年开始着手页岩气的勘探研究，通过与Weather Ford和 国内高校共同研究后认为，涪陵地区页岩气分布广，厚度大，总资源量达 到1.028亿方，有着良好的勘探开发前景。