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第二章 漏层的特征及漏失影响因素 为了提高防漏、堵漏工艺技术的科学性、针对性、可行性与先进性，必须搞清漏层特征，研究漏失影响因素及漏层分类。钻井与完井过程中，井漏可以发生在任何地质年代形成的地层中，从第四系直至元古界的各种岩性地层中，如粘土岩、砂砾岩、碳酸盐岩、岩浆岩和变质岩等。研究漏失层特征，必须搞清上述漏失层中的漏失通道如何形成，其基本形态和分布规律。第一节 漏失通道的形成 漏失通道按其形成原因可分为两大类，一类是自然漏失通道，另一类是人为漏失通道。一、自然漏失通道 不同岩性的地层形成漏失通道的机理并不相同，下面按岩性分别加以阐述。(一)粘土岩 粘土岩包括泥岩、页岩和黄土等。一般来说，泥、页岩发生井漏的可能性较小。但其中一些较硬脆古老地层的泥、页岩，受地壳运动出露在地表或浅层，因构造运动而破碎形成裂缝、风化作用形成溶孔或其它层间疏松形成漏失通道，易发生井漏。中深井段和深井段泥岩因成岩作用(脱水收缩)、异常高压和构造运动均能形成裂缝，但这类裂缝长度短，宽度小，最大宽度 0.5mm 左右，一般为 0.050.1mm。一般不易形成漏失通道，但个别情况下，如裂缝发育宽度大，亦有可能形成漏失通道。黄土是粘土岩中较特殊的一种，它是第四系陆相沉积物，其主要成分是粉砂和粘土。陇东地区黄土的形成主要是盆地四周的沉积作用。沉积物来源于盆地周围高地，形成不同地点的残积、坡积以及部分风积的沉积物。在沉积过程中，由于自然地理条件和气候条件（由较湿热变成旱热）的改变，可能存在多次的沉积间断时间。由于这种间断沉积作用，使黄土不论从颜色上还是从成份上都出现了数层或数十层的沉积层，层间还夹杂有砂砾石或钙质结核等，其胶结物多为石膏、碳酸钙等盐类，耐水性差，当湿度增加时，强度显著降低。黄土层具有多孔性和多洞性，节理发育，结构疏松，渗透性等特点。黄土孔隙度高达 4050，有大量根管和垂直方向的孔洞，其垂直方向的渗透性与水平方向的渗透性差异很大，其垂直方向的渗透系数比水平方向的渗透系数大 4.537.5 倍，-8-9-垂直节理有时延伸到地面，构成漏失通道，钻进时泥浆从井中漏至地面。此外，黄土的大孔隙结构，当流体进入黄土后，降低了土粒间的粘结力，使结构变形，产生集中渗流，形成很多地下空洞和暗流燧道，进而演变成洞穴，构成了特殊漏失通道，使井漏更趋严重。通常刚钻开黄土层发生井漏时，泥浆还能返出，但越漏越严重，直至有进无出。(二)砂、砾岩 砂、砾岩漏失通道按其成因主要可分为三类。1浅层、中深井段未胶结或胶结差的未成岩的砂、砾层 这类地层由砂粒或砾石构成，由于未胶结或胶结差，因而孔隙度大(大于 50)，孔隙连通性好，渗透率高达 10m2以上，构成孔隙性漏失通道。钻进这类地层极易发生漏失。例如东疆三台、北三台、吐哈盆地表层砾石层，辽河油田浅层流砂层、馆陶组砾石层等。2中、高渗透砂、砾岩层 孔隙是此类地层主要漏失通道。砂、砾岩孔隙按其成因可分为原生孔隙、次生孔隙和混合孔隙等三类。（1）原生孔隙：包括机械压实残留的孔隙、胶结物胶结后残余的孔隙和自生矿物结晶后产生的晶间孔隙。砂、砾石沉积后，其原始孔隙度达 4050，随埋深的增加，在机械压实作用下，改变了原始沉积的颗粒排列方式，砂、砾等碎屑颗粒分别由呈现游离状(极弱压实)点接触状(轻微压实)线接触状(中等压实)镶嵌接触状(强压实)，孔隙度与渗透率不断下降。当机械压实到一定程度时，机械压实对孔隙度与渗透率的影响明显减少，而胶结作用的影响逐渐增大。胶结作用种类很多，包括自生粘土矿物的胶结作用、早期碳酸盐矿物胶结作用、硅质胶结作用、黄铁矿胶结作用等。此外，对原生孔隙产生影响的还有重结晶作用、蚀变作用和交代作用等。（2）次生孔隙：包括粒间溶孔、铸模孔、生物碎屑溶孔、填隙物溶孔、收缩孔、印模孔、粒内孔和微裂缝等。次生孔隙的形成主要处于两个阶段：晚成岩阶段溶解和溶蚀作用形成次生孔隙。此阶段泥质中有机质脱羧基作用产生CO2和蒙脱石释放的层间水进入孔隙形成酸性水，破坏了原孔隙水矿物之间的化学平衡，对砂、砾岩层颗粒和填隙物的易溶组分进行溶解、溶蚀作用，形成次生孔隙。此外，成岩过程，砂、砾岩中粘土矿物蒙脱石脱水收缩也形成孔隙与微裂缝。-10-风化表生成岩作用形成的次生孔隙。沉积物固结和埋藏后，因构造抬升而暴露或接近地表，受到大气淡水的淋滤、溶解作用，其外部因素有游离氧、二氧化碳、大气降水及微生物等，形成次生孔隙。(3)混合型孔隙：在原生孔隙存在的前提下发育了次生孔隙，包括下述孔隙：粒间扩大孔：在原生孔隙基础上溶蚀形成的孔隙；超大孔隙：在原生孔隙的基础上，颗粒全部被溶；微孔隙：骨架颗粒和填隙物中的微裂缝。3中深井段、深井段经成岩作用低孔、低渗的砂、砾岩层 这类地层因成岩压实作用，其孔隙度、渗透率均较低，一般不易发生井漏。如东疆火烧山油田二叠系砂岩的基质孔隙度为 13.38，基质渗透率仅 4.7210-3m2，不可能构成漏失通道。但部分地区砂岩层因受构造变形作用，在构造应力作用下产生破裂形成构造裂缝，此类裂缝尽管所占孔隙度极低，如火烧山二叠系砂岩裂缝孔隙度仅为 0.18，但渗透性高，构成漏失通道，钻井过程引起严重井漏。构造裂缝可分为区域构造裂缝和局部构造裂缝两类。区域构造裂缝是指其形成受区域构造应力场直接控制的裂缝，其方位变化较小，产状较陡，常与层面垂直或近垂直，例如吐哈盆地丘陵油田在褶皱之前形成的两组正交裂缝。局部构造裂缝一般是指其形成与局部构造事件相伴生或受局部构造应力场控制的裂缝。局部构造裂缝又可分为与断层构造有关的裂缝，与褶皱构造有关的裂缝，以及与其它构造(如刺穿构造等)有关的裂缝。与断层构造有关的裂缝包括与断层平行或近平行的裂缝。与断层共轭的剪切缝以及与断层呈大角度相交的张性缝。例如火烧山油田东部发育一条近南北向的火东逆断层，由此断层影响裂缝带宽度约 500m 左右，与褶皱构造有关的裂缝是指在岩石产生和形成褶皱过程中，由局部应力场控制的裂缝；包括平面共轭剪裂缝，剖面共轭剪裂缝，横张裂缝，纵张裂缝及层内剪切裂缝。火烧山油田印支期和燕山早期所形成的大多数构造裂缝即属此例。(三)碳酸盐岩 碳酸盐岩主要是由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩，石灰岩和白云岩是碳酸盐岩的最主要岩石类型。碳酸盐沉积颗粒所形成的原生孔隙和成岩作用与构造运动作用所形成的溶孔、溶洞、裂缝，构成了碳酸盐岩的主要漏失通道。1原生孔隙 碳酸盐岩的沉积颗粒包括内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒、生物碎屑、陆源碎屑等。由-11-这些颗粒沉积而成粒间孔隙、粒内孔、生物的体腔孔、生物骨架孔及遮蔽孔等形成碳酸盐岩的原生孔隙。在成岩过程中，由于世代胶结、充填、压实、压溶、膏化、热液、重结晶、硅化等作用，使孔隙度不断下降。2成岩作用形成孔、洞、缝 (1)白云石化：在石灰岩中发生交代作用，方解石变为白云石。白云石化一方面使晶间孔溶蚀扩大，形成多孔、晶粒粗大、零乱状的“砂糖状”白云岩；另一方面方解石变为白云岩后，体积收缩 1213，生成裂缝。白云石化主要发生在同生成岩阶段，在早成岩阶段、晚成岩阶段和表生成岩阶段亦出现白云石化作用。(2)岩溶：碳酸盐沉积物在同生成岩阶段，由于大气淡水与海水混合作用，形成粒内溶孔、粒间溶孔、铸模孔、晶间溶孔。沉积物在早成岩阶段被固化后，若暴露在大气环境中，易发生溶蚀作用，并具有以下特点：空隙周围无充填物，形态不规则，有时与微缝相连通，溶蚀作用沿粗结构中易溶盐类进行，可形成较均匀的顺层分布的溶孔层，溶孔分布稳定，较严格地受岩性控制。（3）干裂：同生和早成岩阶段，由于海水退出或泻湖干涸，沉积物暴露形成干裂缝。（4）古岩溶：指在地质发展过程中，地下水与可溶性岩石相互作用及其一系列地质现象的总和。古岩溶可分为溶洞、溶孔、溶缝，构成碳酸盐主要漏失通道。根据古岩溶的形成机理以及岩石矿物学特征，将其分为层间岩溶、风化壳岩溶、缝洞系岩溶等三类。层间岩溶指成岩早期碳酸盐暴露地表受大气淡水淋滤形成岩溶；风化壳岩溶指构造运动作用下使碳酸盐岩抬升遭受风化淋滤形成岩溶；缝洞系岩溶是指在埋藏成岩压实排出的压实水作用下形成的岩溶。层间岩溶是风化壳古岩溶发育的地质基础，风化壳古岩溶加剧了层间岩溶的改造。晚成岩期有机质热分解脱羧基产生CO2，形成具有溶解能力的酸性水，导致溶蚀作用，使孔隙度增加。(5)成岩裂缝：成岩作用过程中，在上覆岩层静压作用下，碳酸盐岩收缩破裂和岩层中流体增压所形成的裂缝。（6)重结晶作用：如碳酸盐晶粒变粗，孔隙与喉道增大且变得规则简单，则重结晶作用增加了此层的有效空隙。（7)硅化作用：硅化作用增强碳酸盐岩脆性，在构造应力作用下，易产生构造裂缝。3构造运动形成构造裂缝 在地壳构造运动作用下，地层产生倾斜、褶皱、断裂和岩浆活动，使古老碳酸盐岩形成构造裂缝。-12-成岩作用与构造运动是交叉进行的，促进了孔、洞、缝漏失通道的形成、发育，增加其复杂性，使古岩沿缝溶蚀，形成裂缝溶孔、裂缝溶洞。(四)火成岩 火成岩以熔岩为主，最主要的是玄武岩和安山岩，其次是英安岩、粗面岩、流纹岩和少量次火山岩及脉岩类。相伴生的是火山碎屑岩及火山碎屑沉积岩类。火成岩由于岩浆喷发、溢流、冷凝、结晶、构造运动和风化作用等因素，在熔岩内形成发育的孔隙和裂缝，构成漏失通道。1孔隙（1）气孔：岩浆内的挥发组分集中之后再散逸出去而留下的空间，形状是圆形、椭圆形、长形、不规则形等，空间小的只能在显微镜下看到，大的直径可在 1m 左右。（2）杏仁体内孔：次生矿物充填气孔留下的空间或充填矿物被溶蚀形成的空隙。（3）斑晶间空：由于矿物结晶，在晶体间产生的孔隙。结晶程度越高，该种孔隙越发育。（4）收缩孔：火山玻璃质或充填某种空间的物质，因其冷凝、结晶而收缩产生的孔隙，见于喷出岩。（5）微晶晶间孔：发育于火山岩的基质中，矿物结晶成晶体，在晶体间形成孔隙。（6）玻晶间孔：火山玻璃与矿物晶体间的孔隙。（7）晶内孔：多见于斑晶内，主要是溶蚀作用形成。（8）熔蚀孔：整个矿物被熔蚀掉而留下的孔隙，孔隙的形状即原矿物的形状。（9）胀裂孔：在深部结晶的矿物随熔浆运移至浅部或近地表处，由于压力骤降和温度的变化，晶体发生胀裂形成的孔隙。（10）塑性孔：冷凝呈塑性状态的熔浆，再发生移运、翻转、熔浆塑性表面相接触而留下一些不能弥合的孔隙。2裂缝 形成时喷出地表的熔岩、呈侵入形式产出的次火山岩以及侵入岩，它们在漫长的地质历史时期中可能整块地发生变化，这种变化甚至是从其就位时就开始的。多期次、多种形式的地质构造变动和断裂运动，使熔岩体发生断裂，形成裂缝，常见的裂缝有：(1)构造裂缝：由于构造断裂运动形成。(2)隐爆裂缝：形成于次火山岩体内，上涌的岩浆达近地表处，由于挥发份在熔岩体的某一部位集中，形成巨大压力而发生隐蔽爆破形成裂缝。(3)成岩裂缝：岩浆冷凝、结晶过程中形成的裂缝。-13-(4)风化裂缝：喷出地表的熔岩或因抬升露出、接近地表的岩体，因风、降水、气温等作用，使岩石、矿物发生裂开而形成的裂缝。(5)竖直节理：岩浆自身冷凝而形成。(6)柱状节理：喷出地表的熔岩冷凝形成的，呈竖直状。(五)变质岩 古生代、太古代、元古代的变质岩，因受变晶、构造运动、物理风化和化学淋溶形成裂缝和孔隙，成为漏失通道。1变晶成因(1)变晶间孔隙：变晶矿物间的孔隙。(2)变余粒间孔隙：在变质程度较低岩石中保留的原生孔隙，也见于残余的原碎 岩中的粒间孔隙。2构造运动成因 构造运动形成的构造裂缝和因受应力作用造成岩石破碎，在矿物、岩石碎间形成的破碎粒间孔隙。3物理风化成因(1)风化裂缝：当岩石暴露于地表，因风化、剥蚀作用产生的裂缝。(2)风化破碎粒间孔隙；因温差、冰冻等物理因素造成岩石的破碎、崩解，在碎 之间形成的孔隙。4化学淋溶成因(1)溶蚀孔隙；在前期形成的孔隙，如变晶间、变余粒间、破碎粒间、矿物晶体内，经溶蚀作用形成的孔隙。(2)溶蚀缝隙：在前期形成的裂缝，由于溶蚀扩大，或充填的裂缝再溶蚀。(六)烧变岩 东疆火烧山油田构造南翼的侏罗系西山窑煤层，由于地壳运动和造山运动，煤层自燃形成烧变岩，产生较多裂缝和孔洞，形成漏失通道。二、人为漏失通道的形成 人为漏失通道主要指的是我们通常所说的诱导裂缝。诱导裂缝包括两个方面，一是由于外力（如液柱压力等）大于地层岩石破裂压力造成岩石破碎所形成的诱导裂缝。二是外力造成闭合裂缝的开启所形成的诱导裂缝。(一)地层破裂压力的定义 地层破裂压力定义为在某深度处，井内泥浆柱所产生的压力升高到足以压裂地层，使其原有裂缝张开延伸或形成新的裂缝时的井内流体压力，这时会发生泥浆的漏失。地层破裂压力与地层深度之比，称为地层破裂压力梯度。(二)影响地层破裂压力的主要因素 地层破裂压力主要取决于地层的特性(主要包括岩层强度、弹性常数和天然裂缝发育情况等)、孔隙压力、上覆岩层重量和地应力等因素。一般情况下，作用在地下岩石某单元体上的应力有垂向主应力Z和水平主应力H(它又分为两个相互垂直的x和y)(图 21)。y在地下埋藏着的岩层中，由于受上方覆盖岩层的重力作用和构造运动的影响，作用着地应力。这种地应力在不同地区和不同油田构造断块里是不相同的。通常，三个主应力是不相等的。Y x1垂向主应力 垂向主应力来自上覆岩层的重量压力。由于地层中存在的孔隙压力支持了部分上覆岩层压力，故直接作用在岩层骨架颗粒的应力(又称垂直的骨架应力或有效垂向应力)z，等于上覆岩石压力扣除孔隙压力的影响。2水平地应力 根据该地区有无受到构造运动的影响以及构造运动的形态，可将水平地应力分为三种情况：(1)未受地质构造运动扰动过的沉积较新的连续沉积盆地，属于水平均匀地应力状态。其水平地应力只来源于上覆岩层的重力作用。设地下岩层可视为各向同性、均质的弹性体，根据地层在水平方向上的应变受到约束的条件可以导出：zyx=1 (2-1)式中 yx、水平方向两个有效的主地应力，MPa；z有效的上覆岩层压力，MPa；-14-地层的泊松比，0时，形成水平诱导裂缝，此种情况大多在浅层，例如大庆油田萨尔图地区。产生水平裂缝时的最小注入压力，必须大于作用在裂缝面上的原地层法向应力。在深部地层中，只有在逆断层活动区域里才能形成水平裂缝，但注入压力很高，要大于或至少等于上覆岩层压力。xyz水平裂缝的起裂条件为：1)2)(1(11S)pz(+=tpPPpf (2-6)其中=1-St地层抗压强度。当时，形成垂直诱导裂缝，我国大部分油田钻井过程所形成的裂缝，绝大部分是垂直裂缝。四川石油管理局采用微电阻率(FMI)测井，从 FMI 图象明显显示诱导裂缝主要为一条垂直裂缝，其次伴生有两组高角度的共轭剪切裂缝，张性压裂缝的走向总是与最大水平主应力方向平行，压裂缝的径向延伸不大，但纵向延伸穿层却可能很大，其穿层长度可达几十至几百米，对井漏产生严重影响。yxzyzx或-15-16-第二节 漏失通道的基本形态和分布规律 漏失通道基本形态可以归纳为五类：裂缝型、孔隙型、洞穴型、孔隙裂缝型、洞穴裂缝型等。下面着重讨论前三种，后两种是前三种的交叉。一、裂缝型 (一)裂缝型漏失通道的基本形态 根据对漏失层段岩心的观察和微电阻成象测井资料的分析，裂缝型漏失通道的形态具有以下特点。(1)裂缝在地层中分布和发育是不均匀的，其形状可以是直线的，也可以是曲线的、波浪型的，其表面可以是光滑的，亦可能是粗糙的。裂缝段长可以从几米到几十米。(2)裂缝在地层中可能以张开状态存在，亦可能以闭合状态存在，地层中张开裂缝的开度大小可以反应裂缝规模。依据裂缝的开度可以将裂缝分为不同类别，其分类标准与岩性有关，见表 2l。表 2-1 裂缝的类别 碳酸盐地层 砂、砾岩地层 裂缝的类别 开度，m 裂缝的类别 开度，m 大裂缝 15000 大裂缝 100 宽裂缝 100015000 小裂缝 500100 中裂缝 10004000 微裂缝 1015 细裂缝 601000 毛细管裂缝 10 毛细管裂缝 0.2560 超毛细管裂缝 0.25 (3)裂缝按照倾角大小可分为垂直裂缝(倾角为 700900)、斜交裂缝(200700)、水平裂缝(00200)和网状裂缝(各种裂缝交叉成网)。其中倾角大于 450者称为中高角度裂缝，裂缝倾角小于 450者称为中低角度裂缝。(4)裂缝按其成因可分为构造裂缝与非构造裂缝。构造裂缝都是在一定的岩石应力作用下产生的，根据直接形成的应力，可将其分为以下三种：张性缝：在张应力作用下形成的裂缝。其特点是：缝向粗糙不平，产状不稳定，平面上呈锯齿状延伸，且延伸不远即消失；裂缝两壁张开，有时被矿物充填，矿物生长线方向与两壁直交；尾端常呈树枝状分叉或具杏仁状结环。剪切缝：在剪切应力作用下形成。其特点是：缝面平直光滑，裂缝产状稳定，平面上呈直线延伸，且延伸较远；缝向上有擦痕，裂缝两侧有时还有微小的错开现象；尾端有尾折、菱形分叉或菱形结环等现象，反映出两组共轭裂缝的方向。张剪性裂缝：由张应力和剪切力复合形成的裂缝。此类裂缝同时具有张裂缝和剪裂缝特性，在有纤维状矿物充填的裂缝中，其矿物的纤维方向与裂缝壁斜交，有时甚至出-17-现弯曲，说明裂缝在拉张作用的同时还剪切运动；裂缝面上常有羽饰现象，反映了裂缝在剪切的同时还有张裂作用性质。非构造裂缝是指岩石在非构造应力作用下形成的裂缝，常顺层分布于岩层界面上，具弯曲、断续、尖灭、分枝等特点。此类裂缝按形成时期与沉积或成岩作用时期的先后序列，可分为原生裂缝和后生裂缝两种。其中原生裂缝又可分为干燥失水收缩作用下形成的裂缝、脱水裂缝、热收缩裂缝及矿物相变裂缝。后生裂缝包括抬升作用造成应力释放形成的裂缝，由于风化、剥蚀、岩溶等表面作用产生的裂缝，以及在水力压裂中产生的人工裂缝(诱导裂缝)等。(5)裂缝形成张开的同时或之后不久，地下热液即可将其溶解物质沉淀于裂缝中，使裂缝填充，此外，裂缝在其形成和发展过程中，因沉积岩受温度、压力，特别是地下水的溶解、沉淀、搬运等作用，在裂缝中形成各种后生矿物，形成不同形式充填。根据裂缝中矿物的填充程度，一般可将裂缝分为无充填、不完全充填和完全充填三种，其中不完全充填常又可分为半充填和局部充填。构造裂缝充填矿物常以方解石为主，其次是石英。在碳酸盐岩中还有白云石，在变质岩中还有绿泥石等矿物。此外，在充填物中还有一些泥质、碳质等物质。裂缝中矿物充填以后，若介质环境发生改变，常在局部发生溶蚀作用。被充填裂缝也可以在后期的构造作用下重新活 动张开，甚至再次被矿物充填。构造微裂缝在构造活动停止后常可以被固结，其固结方式一般可分三种：第一种为愈合式固结；第二种是焊接式固结；第三种为充填式固结。沉积岩和变质岩以充填式固结为主。裂缝的充填性与其力学性质、岩性、埋藏深度及所处的构造背景有关。四川石油管理局对 274.41m 碳酸盐岩心的裂缝充填物形态、组分、充填程度进行观察，其结果见表22 和图 22。由表与图可以看出：表 2-2 四川盆地部分岩心的缝、洞充填情况统计 井号 充填情况统计 方解石泥 质 石 膏 碳 质 白云质 石 英 硫 磺 粉砂质 岩心层位 岩心长度 缝洞总数 数 量 占总数%数 量占总数%数 量 占总数%数 量 占总数%数 量占总数%数 量占总数%数量占总数%数 量 占总数%数 量 占总数%2962米 1898条 64 13126 9415 21.839 2.1804.2392.180.47 0.37 3 0.16 1 2 3 4 5 6 7 8 Te12 Te12Te1 P P P CZ S 279.41米 867个 304个 35 287950/0/0/10.3393 0/0/裂缝有 64的缝隙被各种后生矿物所充填，充填物绝大多数为方解石晶体(占 69)。充填方式有两种，一种是完全充填，另一种是部分充填，仅部分空间被固相矿物充填，余下裂缝空间中充填矿化水、天然气或油类。裂缝中充填的固相以三种形态存在：马牙状自形晶后生矿物充填缝，山丘状自形晶后生矿物充填缝，片状他形晶后生矿物充填缝，见图 22。对准噶尔盆地火烧山油田岩心观察发现，大部分张性缝被完全充填，剪切缝与张剪性缝基本未被充填，即使少量缝被充填，亦仅为局部充填。(二)裂缝型漏失通道的分布规律 各种岩性的地层均可能形成裂缝，不同成因的裂缝其分布规律有所不同。1构造裂缝分布规律 构造裂缝的形成和发育程度主要取决于构造应力场和地层岩性、岩相。(1)与褶皱和其它构造有关的裂缝的形成与构造相伴生，受构造应力场控制，在褶皱形成过程中，岩层弯曲越明显，其坡度变化率越大，产生的应变增量就越大，与褶皱有关的裂缝也就越发育。在同一构造上，裂缝发育有很强的部位性，褶皱陡翼及顶部向翼部过度最大转折部位，裂缝最为发育(图 23)。(2)与断层有关的构造裂缝，发育程度和宽度与断层性质、规模、断距及地层离断层距离所处断层位置有关。断层规模大，断层附近裂缝发育宽度越大；断距越大，断层产生剪切应力越强烈，附近裂缝也就越发育；离断层越近的地层，裂缝越发育(图 2-18-4)；断层上盘较中、下盘裂缝发育。(3)构造裂缝以中、高角度为主。火烧山油田砂岩中构造裂缝以高角度为主，倾角大于 75o者占 90，几乎见不到近水平的构造裂缝。辽河油田碳酸盐岩中，以中高角度为主；变质岩中倾斜裂缝占 71，垂直缝占 20，水平缝仅占 9。(4)构造裂缝无论碳酸盐岩、砂砾岩还是变质岩均以张性缝为主。辽河油田碳酸盐岩层大裂缝中，张性缝占 63，张剪性缝占 20.2，剪切缝仅占 16.7；变质岩中，张性缝占 68，张剪缝占 24，剪切缝仅占 8。(5)构造裂缝的切穿性与应力大小、岩层厚度、岩性组合及裂缝性质有关。一般张性缝切穿程度较小，从岩心上观察到从几厘米到几十厘米，很少超过 lm。剪性缝的切穿深度大，在岩心上可观察到从十几厘米到十几米均有，这种裂缝与岩石的力学性质及剪切应力值大小有关。(6)构造裂缝发育状况与岩性、岩相有较大关系。不同岩性的岩石强度和力学性质不同，因而在相同构造应力场作用下，裂缝的发育程度不一致。裂缝密度随岩石中脆性组份(各种石英、长石、白云石和方解石等矿物)增加而增高。-19-裂缝发育程度与岩石粒度有关。岩石颗粒越细，构造裂缝密度越大，切深越浅，延伸越短，开度值较小；相反，岩石颗粒变粗，构造裂缝间距变大，密度越小，切穿越，延深越远，开度值也较大(图 25)。相似成分和结构的岩石中，裂缝的发育程度还受岩石的孔隙度控制，随着岩石孔隙度降低，岩石强度增加，裂缝更发育，但低孔隙砂岩的变形剪切破裂，不如同等的高孔隙砂岩强烈(Nelson，1985)。构造裂缝平均间距与岩层厚度呈直线关系(Larr 等，1984)，在其它条件相同的情况下，薄层岩石比厚层岩石中裂缝更发育。这种关系在粉砂岩、细砂岩、中砂岩、含砾砂岩中表现得相当明显。粉砂岩和细砂岩中，岩层厚度与裂缝间距中值比值为 1.631.67，中砂岩中其比值为 1.28，在含砾砂岩中其平均比值为 0.84。构造裂缝发育程度与沉积微相有关，不同沉积微相中岩性及其组合、岩石的结构与构造以及岩石厚度的差异，使得形成构造裂缝发育程度不同。2.非构造裂缝分布规律 (1)沉积或成岩作用所形成的原生裂缝，一般分布在泥岩类、成岩压实脱水收缩带和异常高压带中。裂缝大部分为高角度纵向张性缝，很少见剪切缝，长度较小，上不穿顶，下不透底，裂缝最长小于 80cm，最短 2cm，绝大部分小于 15cm。裂缝最大宽度0.5mm，一般为 0.050.1mm。微裂缝十分发育，宽度一般在 15m，形成网络状分布。(2)人为压裂诱导裂缝可发生在各种岩性地层中，通常沿最大地应力方向发育，大多为垂直裂缝。诱导裂缝的形成可分为以下三种情况：在致密地层形成新的裂缝；使地层中天然裂缝扩大；地层中闭合裂缝重新开放，形成漏失通道。-20-21-二、孔 隙 型 (一)孔隙型漏失通道的基本形态 孔隙型漏失通道的基本形态是以孔隙为基础，由喉道连接而成的不规则的孔隙体系。孔隙按其大小分为大、中、小，喉道可分为粗、中、细、微细，其划分标准见表 23。表 23 孔隙结构类型划分标准 孔隙级别 孔隙平均孔宽m 喉道级别 喉道平均直径m 最大连通喉道半径m 主要连通平均喉道半径m 粗 50 100 100 大 100 中 1050 55100 30100 中 20100 细 110 555 30 小 20 微细 1 5 5 1.砂、砾岩孔隙型漏失通道的基本形态 (1)孔隙类型。砂、砾岩孔隙基本类型有四种：粒间孔、溶蚀孔、微孔隙和裂隙。(2)喉道结构与类型。喉道是两个颗粒间连通的狭窄部分或者两个较大空间之间的收缩部分(图 26)。每一条喉道可以连通两个孔隙，而每一个孔隙至少可以和 3 条以上的喉道相连接，最多的可以与 6 条和 8 条连通。常见孔隙喉道有四种：喉道仅仅是孔隙的缩小部分。此类孔隙大、喉道粗，孔隙与喉道直径比接近 1，粒间胶结物少，固结疏松(图 26A)。喉道断面是可变收缩部分。此类孔隙大(或较大)、喉道细，孔隙与喉道直径比很大(图 26B)。片状或弯片状喉道。砂岩或砾岩进一步压实，或者由于压溶作用使晶体再生长时其再生长边之间包围的孔隙变得较小，据颗粒形状不同，又可分为片状和弯曲片状喉道，这种喉道的有效胀开宽度小，一般小于 1mm，个别的有几十微米。此类孔隙(喉)结构很细小，孔喉比由中等到大，为凹凸接触式(图 26C、D)。管束状喉道。当杂基和各种胶结物含量较高时，原生的粒间孔隙有时可能完全被堵死。这类孔喉结构，常见于砂岩骨架颗粒间的杂基支撑及孔隙和基底胶结类型之中。孔喉比近似于 1(图 26E)。(3)孔隙和喉道的组合类型。孔隙和喉道有大小和粗细之分(表 24)，并按一定的搭配关系组合成十种孔喉组合类型(表 25)。表 24 孔喉分类 喉 道 孔 隙 类 型 分级界限，m 类 型 中值直径界限，m 粗喉道 7.5 大孔 60 中喉道 7.5 中孔 3060 细喉道 1.2 小孔 1030 微喉道 0 微孔 10 2.碳酸盐孔隙型漏失通道基本形态 (1)孔隙类型分为两大类。原生孔隙，可分为三种：a.残余粒间孔隙：碳酸盐颗粒之间未被胶结物充填或未充填满的孔隙。b.生物遮蔽孔隙，由于生屑的遮蔽作用形成的孔隙。c.生物体腔孔隙：生物死亡后其软体部分腐烂分解后留下的空间。次生孔隙，可分为五种：a.晶间孔隙：白云石晶体之间的接触孔隙。-22-b.晶间溶孔：白云石晶间孔被溶蚀扩大形成的孔隙。c.铸模孔隙：碳酸盐颗粒或生屑被完全溶蚀后形成的孔隙。d.粒内溶孔：由于选择性溶解作用在鲕粒、碎屑及生屑中形成的孔隙。e.粒间溶孔：粒间胶结物被部分溶蚀形成的孔隙。此外，还有针孔及晶内溶孔等。(2)孔隙形状多变，有不规则形、多边形、长条形、菱形、圆形、椭圆、花斑状、针尖状等。其中粒内溶孔多为椭圆、浑圆形，粒间溶孔常呈不规则或菊花状，晶间溶孔则多为菱形及长柱形等。(3)孔隙大小及分布。面积法孔隙分布有三种情况。阶梯型随孔隙直径的增大，控制孔隙面积也增大，孔隙直径 1.9521.35m，平均孔隙直径 69m；对称型的孔分布具有近对称形态，孔径 1.95164m；不对称型的孔在粗孔隙一端，孔隙含量较多，在细孔隙一端，孔隙含量较少，并拖了一个很长的尾巴。孔径 5.48640m。个数法孔隙大小分布也有三种情况。参差不齐型平均孔径为 67m；不对称型平均孔径 510m；反阶梯型平均孔径 1530m，孔隙分布在细孔一端出现高峰，随孔径增大，孔隙个数越来越少。(4)喉道类型可分为三种：管状喉道、缩颈喉道、片状喉道(图 27)。(5)喉道大小及分布有四种类型。反阶梯型，平均孔喉直径为 0.010.09m；单峰细歪度型，平均孔喉直径为 0.09lm；单峰粗歪度型，平均孔喉直径为 l10m；-23-多峰型，平均孔喉直径为 420m。(6)孔隙与喉道的组合关系主要有溶蚀孔、粒间孔一缩颈喉、管状喉组合模式和晶间孔一片状喉道组合模式等。孔隙与喉道分布参数的变化特征不完全相一致。两者既有联系又有区别，必须用各自的结构参数分别加以描述。(二)孔隙型漏失通道的分布规律 各种岩性地层均可以形成孔隙型漏失通道，但其孔隙成因有所区别，因而分布规律亦不相同。1.砂、砾等碎屑岩孔隙型漏失通道分布规律 此类地层的孔隙及孔喉发育程度受以下因素控制：(1)沉积作用的影响。原始沉积作用对地层孔隙度、渗透率的影响具有决定意义，因埋藏后的一切成岩作用所引起的变化，均是在原始沉积作用基础上进行的。碎屑骨架颗粒的大小对渗透率影响较明显(图 28)，而对孔隙度影响不十分明显(图 29)。砂、砾等碎屑岩中填隙物含量对孔隙度、渗透率影响十分明显，随填隙物含量的增加，孔隙度明显下降，渗透率亦明显下降(表 26)。表 26 填隙物含量对碎屑岩孔隙度、渗透率的影响-24-25-(2)成岩作用的影响。的各种成岩条件。机械压实作用及自生矿物胶结作用，使岩孔隙结构有直接影响。因骨架颗粒中的岩屑含量、结构、矿物地层次生孔隙与渗透率，因而绝大部分风化壳均是严重漏失带。生溶蚀孔隙组成。大多数地区漏失通道以岩段不发育。这是因为固体白云石晶体的摩尔体积比孔隙度，%渗透率，10-3m2填隙物含量，%一 般 多 数 一 般 多 数 5 1000 400010000 10 10 1530 1825 02000 1020 525 1018 51000 20 520 10 3100 孔隙的演化取决于埋藏后原始沉积形成的孔隙呈不断减少的趋势；溶蚀和溶解作用部分地、局部地增加了孔隙。以辽河盆地下第三系砂岩层孔隙演变说明以上的规律。该地层埋深小于 1500m 时，以机械压实为主，原生孔隙受机械压实，使孔隙度从 4050降至 25左右(1500m)，次生孔隙不发育。埋藏大于 1500m 时，自生矿物析出，胶结作用逐渐增强，在胶结作用与压实作用共同作用下，原生孔隙进一步减少，次生孔隙增加。从 15002100m 埋深区间，压实损失的孔隙为 9.815.7，平均 14.07；胶结作用损失孔隙为 2.96.2，平均 6.2，溶蚀平均增加孔隙 6.1，增加孔隙小于损失孔隙，此阶段以原生孔隙为主。埋深 2100m2800m，压实平均损失孔隙 19.6，胶结作用损失孔隙 2.512.9，溶蚀作用平均增加孔隙 6.3，此阶段胶结作用损失孔隙大于浅埋藏段，也明显小于压实损失孔隙；溶蚀作用产生的孔隙比例明显增加，原生孔隙仅略占优势，部分地区次生孔隙占优势。埋深 2800m 以后，呈现原生孔隙和次生孔隙并存，次生孔隙占的比例随埋深增加而增大。母岩的岩性对碎屑成分的不同，造成成岩作用的差异。不同矿物成分的岩屑颗粒，在同一成岩作用下所产生的结构大不相同。风化作用增加此类 2.碳酸盐岩孔隙漏失通道分布规律 碳酸盐岩孔隙型漏失通道由原生孔隙和次次生溶蚀孔隙为主，它的发育程度受下述因素所控制。(1)岩性起决定性的控制作用。溶孔主要发育在白云岩段，而灰白云化前的方解石小 1213，因此白云化作用的结果，使岩石孔隙度增加 1213，渗透与溶蚀效应增强。图 210 中所列举的岩石成分与孔隙度关系证实了这个论点。白云岩的厚度控制了溶孔的发育程度。溶孔的纵向分布与岩性组合密切相关，膏岩与云灰岩之间的组合有利于溶孔的形成，因为膏岩可以被压榨出大量的孔隙水和结晶水而提供溶孔形成的水源；另一方面，因其结构致密，起隔水屏蔽作用，抑制了地下水径流条件，控制了溶孔的发育。碳酸盐纯度对溶孔发育起到控制作用。岩石中含杂质越多，越不利于溶蚀作用的进行，孔隙越不发育。溶孔较发育岩石的杂质含量均小于 2。(2)岩石结构对溶孔发育分布有重要作用。岩石结构对孔隙度的发育有较大影响。溶孔较发育的岩石，一般都是颗粒较粗大。粒屑粉晶云岩、粗屑云岩都具有早期云化及暴露溶蚀等特征，易形成溶孔，粉晶云岩亦具有早期暴露溶蚀的特征，受混合水或回流渗透影响而白云化，因而其溶孔亦较发育；而致密泥晶岩石溶孔发育很差(图 211)。-26-27-(3)局部构造对溶孔形成作用明显。构造核部，构造应力相对集中，裂隙非常发育，地下水活动频繁，溶蚀形迹明显，而且溶蚀缝内石膏填隙物多次再溶蚀成孔；而偏离构造高点之处，构造应力较弱，裂缝发育较差，溶孔发育程度相对较弱。断层造成溶孔层重复，并通过伴生裂隙沟通地下水流，使溶孔层厚度显著增加或使各溶孔层联成一体。(4)古今水文地质条件对溶孔的控制作用。溶孔作为水岩作用的产物，经过漫长的地质年代，经受溶解、侵蚀、搬运和沉积等一系列作用，在溶孔发育演化过程中，地下水流是最活跃的动力因素，其动力系统和地球化学特征的变化，对溶孔的形成起到了重要作用。(5)风化壳古岩溶发育大量溶孔、溶缝。在表生成岩阶段，由于构造运动使碳酸盐岩抬升地表，遭受风化淋滤形成溶孔。3.火成岩孔隙型漏失通道分布规律 火成岩孔隙发育程度受下述因素所控制：(1)岩浆岩相类型：在不同的火成岩相中的岩石类型不同，组分不同，其岩石结构也不同，因而孔隙发育程度也不一样。一般来说，气孔孔隙多发育在喷溢玄武岩中的 A、C 带；非晶质中发育脱玻化孔隙。不同岩相带的岩石性质不同，其抗风化改造能力不同，对次生孔隙的形成产生影响。一般来说，最有利于孔隙发育的相带是中距离火山斜坡相(过渡相带)，近火山口及远火山斜坡相次之，单元熔岩流中，中、上部气孔发育。(2)风化作用：在风化侵蚀带，岩浆岩孔隙发育完善。岩浆岩孔隙发育程度随风化程度增大而增高。4变质岩孔隙型漏失通道分布规律 变质岩的孔隙发育程度主要受古表生物理风化作用和化学淋滤作用所控制。当变质岩暴露地表时，在大气水和温度剧变等因素的影响下，产生淋滤孔隙和粒间孔隙；当其又下降，上部被沉积岩所覆盖，使孔隙保留下来。此外，孔隙发育程度还与原岩矿物组份、变质程度、混合岩化程度等因素有关。三、洞 穴 型 -28-(一)洞穴型漏失通道的基本形态 洞穴形状不规则，其大小长宽不等。任丘油田奥陶系灰岩中，根据钻井放空高度，溶蚀洞穴小者 0.2m，最大达 3m。四川盆地钻井过程中遇到的洞穴，高度达 4.8m 以上。陕甘宁盆地奥陶系灰岩中，洞穴最大可达 2m，在四川、广西、湖北等地区表层所见到碳酸盐岩洞穴高度可达十多米，通过对这些洞穴的观察，其空间形态主要有四种：1.廊道型 洞穴长度宽度，都有一个延伸方向比较稳定的主通道。有时主通道一侧或两侧发育一些支洞，但支洞的长度和规模均远不如主洞。洞道比较平直，洞顶一般比较平整，洞壁溶蚀形态较发育。2.厅堂型 洞穴长度宽度，洞壁很少有溶蚀形态，上部常呈参差齿状，洞顶比较平整。3.倾斜型 洞穴长度宽度，洞顶向里倾斜，洞口向外形成喇叭形，断面常呈三角形。4.迷宫型 洞穴呈网状交织分布，没有一个明显的主通道，也没有固定的延伸方向，各通道不规则交汇分叉，互相连通，还有斜向洞穴上下交替发育，构成一个复杂的洞穴系统。洞口、洞壁和洞顶的形状极不规则。部分洞穴中有水流，给堵漏施工带来更大的难度。(二)洞穴型漏失通道分布规律 洞穴大多分布在碳酸盐岩、黄土及煤层所形成的烧变岩中，其分布非均匀性很强。黄土中洞穴的分布，在流体进入黄土后产生集中渗流地带。烧变岩的洞穴分布与煤燃烧之前洞穴的分布情况及煤的燃烧完善程度有关。碳酸盐岩洞穴主要分布在晚元古界到中三叠统海相碳酸盐岩中。大洞主要在石灰岩中，白云岩中形成小洞型溶蚀网。质纯、粗结构的碳酸盐岩以及构造角砾碳酸盐岩中洞穴最为发育。洞穴分布在同生成岩阶段的岩溶和表生成岩阶段的古岩溶中。主要分布在风化古岩溶的三个带中：1.表层岩溶带 在风化面至 25m 范围内，属垂直渗流带，是古岩溶洞穴最发育带。2.浅层岩溶带 位于风化面以下 4080m 范围内，处于潜水面和地区侵蚀面之间的潜流水平岩溶带。由于地下水近水平流动，致使顺层层间溶洞发育。-29-3.深层岩溶带 位于风化面以下 100350m 范围内。地表水的淋滤难以达到这样深度，只有在垂直裂缝切割较深及地下水排泄基面低的地区，才形成深层岩溶带的洞穴。此外，洞穴还分布在成岩过程中。由于成岩差异及压实作用，使岩石变形及溶蚀而形成的洞穴，称为变形构造洞穴。第三节 漏失的影响因素 钻井完井过程中，当出现下述两种情况时均会发生井漏。第一种情况，当地层存在天然漏失通道时，井筒中泥浆作用于井壁地层的动压力(P动)超过地层漏失压力(P漏)就会发生井漏；另一种情况，当P动大于地层破裂压力(P漏)时，泥浆压裂地层，形成新的漏失通道，产生井漏。因此说，上述三个压力大小的变化，直接影响井漏的发生，研究漏失的影响因素必须分析影响p漏、p破、p动的有关因素。一、影响漏失