压裂控水技术
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油水两相渗流理论 饱和度Sw分布规律
六面体内水量增值：
在单位时间内水体积变化值：
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 饱和度Sw分布规律 最终得：
此即一阶拟线性油水两相区含水饱和度分布偏微分方程。
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 含水前缘饱和度 即含水饱和度增加单位数值时，含水率增加的百分数。
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 中高含水层的渗透率
中高含水层的渗透率
Q in r r K P h 2K
inj w g w inj rw
w
△Pinj —— 注水压差，10-1/ MPa rw —— 注水井的折算半径，cm rg —— 注水Baidu Nhomakorabea的控制半径，cm Krw—— 水相相对渗透率（取末端值） h —— 高含水层的吸水厚度，cm Kw—— 高含水层的渗透率，μm2 µ s w —— 注入水的粘度， mPa· Qinj—— 注水速率， cm3/s
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定
在油田开发的中后期，油层含水上升或暴增是自然规 律，我们采油的目的就是尽可能多地将油从地层中开采出
来，所以总希望出的水少、出的油多，但我们原来的思路
只注重了在井筒内找水、堵水、卡水，是一种被动的控水
方法，这种方法在低含水阶段比较有效，到中高含水阶段，
有效期限会越来越短，作业的频率也越来越高。
L x0 ( s wf ,0)
f w ( s wf )
A
t 0
q(t )dt
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 含水饱和度分布简化公式
x x0 f (s0 ) x f x0 f (s0t )
地层中的压力分布
Q r 1 2 2 P（r , t ) Pw (t ) ln 2 r rw 2Kh rw 2 Re
压 裂 控 水 技 术
油田开发进入中后期，一般油层含水增长。从60~70% 到100%不等。这是由于人工注入水、边底水锥进的结果。 之所以水线锥进，是由于开采后期地层压力下降。而水的 流动黏度比油要小得多，所以水“超前”流动，严重影响 油产量。如果油层是高渗透层，则再生产过程中有可能出 砂。不但影响泵效，而且可能使地层垮塌，套管变形，油 井报废。这是困扰采油工程师的老大难问题，也是油田后
不大。
显然Vw∕VO=KwµO∕KO（µw+Rwi），速度比降低。
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 笼统注水井：
油层每米的视吸水指数
q K P h
i wh
q —— 日注水量， Pwh ——井口压力，
m3/d MPa
分层注水井：
h —— 吸水层厚度， m
hi ——各吸水层厚度，m △Pi ——水嘴损失，MPa Qi ——各吸水层吸水量，m3/d
堵剂，我们已研制成功，叫做压裂堵水剂（YD-1），并在
实际应用中取得了较好效果。
压 裂 控 水 技 术
YD-1压裂堵水剂性能
序号 1 2 3 4 5
项目 外观 密度，25℃，g/cm3 暂堵率，% 恢复率，% 溶解性
指标 乳白或者淡黄色固体颗粒 0.8-1.1 ≥90% ≥90% 在油中溶解，在水中不溶解。
Q re 1 Pe (t ) Pw (t ) ln 2Kh rw 2
Q re 1 r 2 P（r , t ) Pe (t ) 1 2 ln 2Kh r 2 re
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 不同时间t时井底压力
压 裂 控 水 技 术
基本原理
选择性堵水剂在地层孔隙中作用方式如上图所示，堵水
剂遇到油就被溶解，恢复被堵塞地层孔隙；遇到水则膨胀， 使堵塞地层孔隙度大幅度下降，抑制了孔隙出水，起到了控 水增油作用。
压 裂 控 水 技 术
压裂堵水剂用量
W h P
I
β —— 用量系数，t(或m3)∕MPa·m △PI ——加堵剂前后压裂施工压力变化值
油水流速比 假若这时加入压裂堵水剂，在裂缝壁面的孔隙中形成 一个堵层，并可能直接进入孔隙封堵，由于压裂堵水剂堵
水不堵油、见水慢慢固结、见油慢慢溶化，因此，在裂缝
壁面的孔隙截面上，降低了水的流动速度，也即相当于增 加了水的流动阻力，用Rwi表示。 孔隙中水的流速：Vw =Kw∕µw+Rwi；而油流速则影响
结在深部，而不是被动地在井筒防砂。
压 裂 控 水 技 术
其原理是：在松散的地层深处人工建立一道厚厚的防水 墙，在这个防水墙的表面和内部散布者众多有机溶剂，这种 溶剂见油慢慢融化，见水死死堵住，这样油和水在底层中慢 慢置换，所产液体的比例自然会发生变化，油产量慢慢增加， 含水慢慢下降。当然这有一定的有效期，因为水比油毕竟跑 得快，当水沿着油流通道流动时，迟早会超过油，而使得含 水重新上升。这个周期一般会保持半年或一年不等。然后可
以重复施工，进入下一个置换循环过程。
压 裂 控 水 技 术
截至目前已经在留70-160、强26-3、留416-15X、 留18-14、晋95-33、西47-7井等20余口井进行了应用， 压裂后增油控水效果明显，从现场应用和压裂后效果 看达到了我们预期目标。
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 当注入水渗入油区后，将出现一个油水同时混合
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 连通井总产液量QL
连通井总产液量QL
Q Q
n L j 1
Lj
qLj ——第j口井日产液量，m3/d n ——为连通井数
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 平均含水率
平均含水率
1 Q F 2 Q
n W j 1
wj
L
QWj ——第j口井日产水量，m3/d
f w ( s wf )
f w ( S wf ) S wf wc
含水饱和度
fw
w k0 1 0 k w
1
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 确定t时刻前缘位置
f w ( Sw ) x( S w , t ) x0 ( S w , t o ) A
t 0
q (t ) dt
流动的两相渗流区。这种驱油方式称为非活塞式驱油。
一般油层见水后即开始活塞式驱油。（无论是低含水 或中高含水，如果油层全部水淹，则不在此范围之 内）。分析非活塞式水驱油问题关键在于认识两相渗 流区中的渗流状态及阻力变化。
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 水驱油过程中形成两相渗流区的根本原因主要是由 于在微观非均质岩层中渗流的油水存在着较大的粘度差。 影响两相区中渗流阻力的因素：
h —— 裂缝高度
则W=β·h·△PI （YD-1用量系数实验室为0.0033t∕MPa·m）
压 裂 控 水 技 术
压裂堵水剂用量
例：某井压裂层厚10m，裂缝高度15m，压裂堵剂加入前 后压力值为：Pi1=30MPa，Pi2=35MPa，用量系数：β=0.0033
q fw V fb
结合储层和裂缝中的油相和水相状态方程（流体压缩系 数）、饱和度方程和毛管压力方程等约束的条件，采用有限 差分法离散非线性方程组进行耦合模型求解。
压 裂 控 水 技 术
油水流速比 当用水力的方法在油层中人工制造一条裂缝，使得原 来的油层中油水的流动方向改变，由于裂缝中填充了高导 流能力的支撑剂，所以形成的砂堤渗透率一般是油层的几 十倍到几百倍不等，使得油水有了一个高速流动通道。在 有压裂裂缝之前，油水两相在孔隙中流动，其渗流速度比 应该是与其油水相渗透率及油水粘度比有关，可表示为:
期开采的主要矛盾。
压 裂 控 水 技 术
压裂控水增油技术，关键是改变了人们传统认为高含 水层不可压裂的采油观念，在油层中人工造一条高导流能 力的裂缝，流体的渗流由漫长的径向流动，变为短途的线 性流动。虽然流动速度相对增加，但流动压差也相对变小 了。这时如果加入一定量的压裂堵水剂可有效降低地层水 的渗流速度，相对增加油的渗流速度，从而提高油产量。 如果地层出砂，则加入树脂砂和网络品，将松散的油层固
用切线法求得，则：
f 0 ( sof ) t x f x0 t 0 q (t ) dt A
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 油井见水时间：（即水驱油前缘到达井排的时间）
xf ( s wf , t ) x0 ( S wf ,0)
f w ( s wf )
A
t 0
q(t )dt
Q re 3 Pw (t ) P ln 2Kh rw 4
不同时刻的供给压力
Q Pe (t ) P 8Kh
压 裂 控 水 技 术
压裂裂缝中油水两相的渗流控制方程 基于孔隙介质渗流的三个基本原理：质量守恒（包括基 岩和人工裂缝内的流体质量守恒、固相质量守恒）、Darcy 定律和状态方程。应用物质导数并结合应力-应变模型得到 储层中油水两面相渗流的控制方程，忽略裂缝的孔隙度变化， 得到裂缝中油水两相的渗流控制方程：
o K fo
0
K fo
Pfo f s fo o Co
p fo t
f o
s fo t
o P0 Pfo
q fo V fb
w
w
Pfw f s fw w C w
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f w
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w Pw Pfw
V K V V K
w w O O O W
i
压 裂 控 水 技 术
油水流速比 但当压裂后，油水的渗流速度都加快，原因是裂缝砂 堤的高渗透率所致。这时在孔隙中两相流速，与在裂缝中 两相流速，形成明显对比：
V K V V K
wL wL O OL OL W
iL
压 裂 控 水 技 术
压 裂 控 水 技 术
在油田开发的中后期，油层含水上升或暴增是自然规 律，我们采油的目的就是尽可能多地将油从地层中开采出
来，所以总希望出的水少、出的油多，但我们原来的思路
只注重了在井筒内找水、堵水、卡水，是一种被动的控水 方法，这种方法在低含水阶段比较有效，到中高含水阶段， 有效期限会越来越短，作业的频率也越来越高。压裂堵水 是一种进攻性的理论，犹如得了病的人，外用药效果不佳，
干脆动手术刀，拉开一条口子，从内部清理，压裂就像在
出水的地层中动手术。
压 裂 控 水 技 术
我们知道，砂岩地层中，可能油、气、水三相流动， 也可能油水两相流动，由于水的粘度小，因此流动速度快，
而油的速度最慢，这样就会出现了水淹层，或含水不断上
升的现象。假如在压裂裂缝壁面上的孔隙中，加入一种堵 剂，这种堵剂是有选择性的，见水就死死堵住不放，见油 则慢慢溶化，这样就会降低水的渗流速度，相对增加油的 流动速度，也就是增加油井的产油量，减少出水量。这种
wf e
Pwf ——注水井井底压力，MPa Pe ——油藏压力，MPa
q ——日注水量，m3/d
h ——厚度，m
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 注水井的压力指数PI值
注水井的压力指数PI值
P
I
Pt dt
t O
t
P(t) ——注水井关井t 时间后的井口压力，MPa t ——关井时间，min
i
Q K P P h
i wh i
i
其中水嘴损失：
1 Q P 2 A
i i
Qi ——第i层吸水量， m3/d Ai ——水嘴截面积， cm3
i
Φ ——流量系数，取0.82
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 油层每米的吸水指数K
油层每米的吸水指数K
q K P P h
a.粘度阻力变化，它使得阻力增加。
b.油水两相渗透率变化，它使阻力减小。
（ko+kw<k），两相区中渗入水量的增加和被驱油量的减
少就决定了两相区中饱和度变化的基本状况。
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 饱和度Sw分布规律
对注水井来说：dt时间内，侵入六面体的水量=六面 体内水量增值。
压 裂 控 水 技 术
压 裂 控 水 技 术
控水压裂施工程序
根据地层出水情况，设计了不同的有针对性解决方式和 施工工艺，达到增油控水目的。
序号 1 2 3 含水率（%） 20-50 60—90 ≥90 解决方式 在前置液中加入 500-600（kg）堵水剂，1 段加入 在前置液中加入 600-1000(kg)堵水剂，1-2 段加入 在前置液中加入 1000-5000（kg）堵水剂，2-4 段加入
六面体内水量增值：
在单位时间内水体积变化值：
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 饱和度Sw分布规律 最终得：
此即一阶拟线性油水两相区含水饱和度分布偏微分方程。
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 含水前缘饱和度 即含水饱和度增加单位数值时，含水率增加的百分数。
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 中高含水层的渗透率
中高含水层的渗透率
Q in r r K P h 2K
inj w g w inj rw
w
△Pinj —— 注水压差，10-1/ MPa rw —— 注水井的折算半径，cm rg —— 注水Baidu Nhomakorabea的控制半径，cm Krw—— 水相相对渗透率（取末端值） h —— 高含水层的吸水厚度，cm Kw—— 高含水层的渗透率，μm2 µ s w —— 注入水的粘度， mPa· Qinj—— 注水速率， cm3/s
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定
在油田开发的中后期，油层含水上升或暴增是自然规 律，我们采油的目的就是尽可能多地将油从地层中开采出
来，所以总希望出的水少、出的油多，但我们原来的思路
只注重了在井筒内找水、堵水、卡水，是一种被动的控水
方法，这种方法在低含水阶段比较有效，到中高含水阶段，
有效期限会越来越短，作业的频率也越来越高。
L x0 ( s wf ,0)
f w ( s wf )
A
t 0
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压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 含水饱和度分布简化公式
x x0 f (s0 ) x f x0 f (s0t )
地层中的压力分布
Q r 1 2 2 P（r , t ) Pw (t ) ln 2 r rw 2Kh rw 2 Re
压 裂 控 水 技 术
油田开发进入中后期，一般油层含水增长。从60~70% 到100%不等。这是由于人工注入水、边底水锥进的结果。 之所以水线锥进，是由于开采后期地层压力下降。而水的 流动黏度比油要小得多，所以水“超前”流动，严重影响 油产量。如果油层是高渗透层，则再生产过程中有可能出 砂。不但影响泵效，而且可能使地层垮塌，套管变形，油 井报废。这是困扰采油工程师的老大难问题，也是油田后
不大。
显然Vw∕VO=KwµO∕KO（µw+Rwi），速度比降低。
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 笼统注水井：
油层每米的视吸水指数
q K P h
i wh
q —— 日注水量， Pwh ——井口压力，
m3/d MPa
分层注水井：
h —— 吸水层厚度， m
hi ——各吸水层厚度，m △Pi ——水嘴损失，MPa Qi ——各吸水层吸水量，m3/d
堵剂，我们已研制成功，叫做压裂堵水剂（YD-1），并在
实际应用中取得了较好效果。
压 裂 控 水 技 术
YD-1压裂堵水剂性能
序号 1 2 3 4 5
项目 外观 密度，25℃，g/cm3 暂堵率，% 恢复率，% 溶解性
指标 乳白或者淡黄色固体颗粒 0.8-1.1 ≥90% ≥90% 在油中溶解，在水中不溶解。
Q re 1 Pe (t ) Pw (t ) ln 2Kh rw 2
Q re 1 r 2 P（r , t ) Pe (t ) 1 2 ln 2Kh r 2 re
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 不同时间t时井底压力
压 裂 控 水 技 术
基本原理
选择性堵水剂在地层孔隙中作用方式如上图所示，堵水
剂遇到油就被溶解，恢复被堵塞地层孔隙；遇到水则膨胀， 使堵塞地层孔隙度大幅度下降，抑制了孔隙出水，起到了控 水增油作用。
压 裂 控 水 技 术
压裂堵水剂用量
W h P
I
β —— 用量系数，t(或m3)∕MPa·m △PI ——加堵剂前后压裂施工压力变化值
油水流速比 假若这时加入压裂堵水剂，在裂缝壁面的孔隙中形成 一个堵层，并可能直接进入孔隙封堵，由于压裂堵水剂堵
水不堵油、见水慢慢固结、见油慢慢溶化，因此，在裂缝
壁面的孔隙截面上，降低了水的流动速度，也即相当于增 加了水的流动阻力，用Rwi表示。 孔隙中水的流速：Vw =Kw∕µw+Rwi；而油流速则影响
结在深部，而不是被动地在井筒防砂。
压 裂 控 水 技 术
其原理是：在松散的地层深处人工建立一道厚厚的防水 墙，在这个防水墙的表面和内部散布者众多有机溶剂，这种 溶剂见油慢慢融化，见水死死堵住，这样油和水在底层中慢 慢置换，所产液体的比例自然会发生变化，油产量慢慢增加， 含水慢慢下降。当然这有一定的有效期，因为水比油毕竟跑 得快，当水沿着油流通道流动时，迟早会超过油，而使得含 水重新上升。这个周期一般会保持半年或一年不等。然后可
以重复施工，进入下一个置换循环过程。
压 裂 控 水 技 术
截至目前已经在留70-160、强26-3、留416-15X、 留18-14、晋95-33、西47-7井等20余口井进行了应用， 压裂后增油控水效果明显，从现场应用和压裂后效果 看达到了我们预期目标。
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 当注入水渗入油区后，将出现一个油水同时混合
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 连通井总产液量QL
连通井总产液量QL
Q Q
n L j 1
Lj
qLj ——第j口井日产液量，m3/d n ——为连通井数
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 平均含水率
平均含水率
1 Q F 2 Q
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QWj ——第j口井日产水量，m3/d
f w ( s wf )
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含水饱和度
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1
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 确定t时刻前缘位置
f w ( Sw ) x( S w , t ) x0 ( S w , t o ) A
t 0
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流动的两相渗流区。这种驱油方式称为非活塞式驱油。
一般油层见水后即开始活塞式驱油。（无论是低含水 或中高含水，如果油层全部水淹，则不在此范围之 内）。分析非活塞式水驱油问题关键在于认识两相渗 流区中的渗流状态及阻力变化。
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 水驱油过程中形成两相渗流区的根本原因主要是由 于在微观非均质岩层中渗流的油水存在着较大的粘度差。 影响两相区中渗流阻力的因素：
h —— 裂缝高度
则W=β·h·△PI （YD-1用量系数实验室为0.0033t∕MPa·m）
压 裂 控 水 技 术
压裂堵水剂用量
例：某井压裂层厚10m，裂缝高度15m，压裂堵剂加入前 后压力值为：Pi1=30MPa，Pi2=35MPa，用量系数：β=0.0033
q fw V fb
结合储层和裂缝中的油相和水相状态方程（流体压缩系 数）、饱和度方程和毛管压力方程等约束的条件，采用有限 差分法离散非线性方程组进行耦合模型求解。
压 裂 控 水 技 术
油水流速比 当用水力的方法在油层中人工制造一条裂缝，使得原 来的油层中油水的流动方向改变，由于裂缝中填充了高导 流能力的支撑剂，所以形成的砂堤渗透率一般是油层的几 十倍到几百倍不等，使得油水有了一个高速流动通道。在 有压裂裂缝之前，油水两相在孔隙中流动，其渗流速度比 应该是与其油水相渗透率及油水粘度比有关，可表示为:
期开采的主要矛盾。
压 裂 控 水 技 术
压裂控水增油技术，关键是改变了人们传统认为高含 水层不可压裂的采油观念，在油层中人工造一条高导流能 力的裂缝，流体的渗流由漫长的径向流动，变为短途的线 性流动。虽然流动速度相对增加，但流动压差也相对变小 了。这时如果加入一定量的压裂堵水剂可有效降低地层水 的渗流速度，相对增加油的渗流速度，从而提高油产量。 如果地层出砂，则加入树脂砂和网络品，将松散的油层固
用切线法求得，则：
f 0 ( sof ) t x f x0 t 0 q (t ) dt A
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 油井见水时间：（即水驱油前缘到达井排的时间）
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q(t )dt
Q re 3 Pw (t ) P ln 2Kh rw 4
不同时刻的供给压力
Q Pe (t ) P 8Kh
压 裂 控 水 技 术
压裂裂缝中油水两相的渗流控制方程 基于孔隙介质渗流的三个基本原理：质量守恒（包括基 岩和人工裂缝内的流体质量守恒、固相质量守恒）、Darcy 定律和状态方程。应用物质导数并结合应力-应变模型得到 储层中油水两面相渗流的控制方程，忽略裂缝的孔隙度变化， 得到裂缝中油水两相的渗流控制方程：
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i
压 裂 控 水 技 术
油水流速比 但当压裂后，油水的渗流速度都加快，原因是裂缝砂 堤的高渗透率所致。这时在孔隙中两相流速，与在裂缝中 两相流速，形成明显对比：
V K V V K
wL wL O OL OL W
iL
压 裂 控 水 技 术
压 裂 控 水 技 术
在油田开发的中后期，油层含水上升或暴增是自然规 律，我们采油的目的就是尽可能多地将油从地层中开采出
来，所以总希望出的水少、出的油多，但我们原来的思路
只注重了在井筒内找水、堵水、卡水，是一种被动的控水 方法，这种方法在低含水阶段比较有效，到中高含水阶段， 有效期限会越来越短，作业的频率也越来越高。压裂堵水 是一种进攻性的理论，犹如得了病的人，外用药效果不佳，
干脆动手术刀，拉开一条口子，从内部清理，压裂就像在
出水的地层中动手术。
压 裂 控 水 技 术
我们知道，砂岩地层中，可能油、气、水三相流动， 也可能油水两相流动，由于水的粘度小，因此流动速度快，
而油的速度最慢，这样就会出现了水淹层，或含水不断上
升的现象。假如在压裂裂缝壁面上的孔隙中，加入一种堵 剂，这种堵剂是有选择性的，见水就死死堵住不放，见油 则慢慢溶化，这样就会降低水的渗流速度，相对增加油的 流动速度，也就是增加油井的产油量，减少出水量。这种
wf e
Pwf ——注水井井底压力，MPa Pe ——油藏压力，MPa
q ——日注水量，m3/d
h ——厚度，m
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 注水井的压力指数PI值
注水井的压力指数PI值
P
I
Pt dt
t O
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P(t) ——注水井关井t 时间后的井口压力，MPa t ——关井时间，min
i
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其中水嘴损失：
1 Q P 2 A
i i
Qi ——第i层吸水量， m3/d Ai ——水嘴截面积， cm3
i
Φ ——流量系数，取0.82
压 裂 控 水 技 术
中高含水基本参数的确定 油层每米的吸水指数K
油层每米的吸水指数K
q K P P h
a.粘度阻力变化，它使得阻力增加。
b.油水两相渗透率变化，它使阻力减小。
（ko+kw<k），两相区中渗入水量的增加和被驱油量的减
少就决定了两相区中饱和度变化的基本状况。
压 裂 控 水 技 术
油水两相渗流理论 饱和度Sw分布规律
对注水井来说：dt时间内，侵入六面体的水量=六面 体内水量增值。
压 裂 控 水 技 术
压 裂 控 水 技 术
控水压裂施工程序
根据地层出水情况，设计了不同的有针对性解决方式和 施工工艺，达到增油控水目的。
序号 1 2 3 含水率（%） 20-50 60—90 ≥90 解决方式 在前置液中加入 500-600（kg）堵水剂，1 段加入 在前置液中加入 600-1000(kg)堵水剂，1-2 段加入 在前置液中加入 1000-5000（kg）堵水剂，2-4 段加入