井漏不仅会影响钻井作业时效、损失钻井液，而且有可能造成卡钻、井喷等事故，甚至导致井眼报废，造成重大经济损失^[1]。根据漏失地层的特点，可以将井漏分为渗透性漏失、裂缝性漏失和孔洞性漏失3类^[2]。目前国内对断缝体系的预测研究大多从油气成藏的角度出发，以潜山和非常规储层为研究对象，而从钻井工程作业风险角度出发，以古近系—新近系为研究对象的断缝体系研究很少。国内外学者关于井漏特征和机理开展了系统的研究并建立了对应的漏失模型^[3-14]。国内学者马光长^[15]根据井漏特性和原因建立了井漏综合分类方法，并配套相应的堵漏方案。李大奇^[6]等基于井漏动力学进行了井漏机理分析。贾利春^[16]等探究了诱导性裂缝止漏堵漏机理，提出诱导裂缝止漏和止裂临界条件。金衍^{[11, 17]}等通过统计建立了裂缝性储层起裂条件和漏失压力方程。何健^[8-11]等根据裂缝—孔洞性储层物理试验，提出裂缝储层有效应力—裂缝宽度—渗透率关系模型。谭忠健^[18]开展了渤海裂缝性井漏机理研究，提出了地层弱面结构发育是井漏的必要条件、正压差是井漏的主要动力及井漏是过平衡钻井条件下井筒压力—应力—应变再平衡的结果，并针对性配套相应的防漏措施。对于渤海海域古近系—新近系，井漏的通道主要为孔隙和裂缝。通过统计渤海2015—2021年834口井，井漏已经成为钻井作业过程中最普遍复杂情况之一，且以裂缝性漏失最为常见^[19-20]。渤海湾盆地沉积了巨厚的古近系—新近系，且经历了古近纪热隆起的断陷阶段和新近纪热沉降的坳陷阶段，郯庐走滑断裂活动贯穿始终，断缝体系十分发育；目前没有针对裂陷盆地古近系—新近系裂缝性漏失的系统研究可借鉴。本文基于统计分析和地质力学建模方法理清了渤海油田古近系—新近系裂缝性漏失断缝体系特征及力学机理，为渤海油田复杂构造区探井、油气田开发井及调整井钻井过程中井漏风险预测及防漏堵漏作业提供了重要的技术支撑，对保障渤海油田增储上产具有重要意义。

渤海湾盆地是在华北中生界—古生界基底之上发育起来的新生代断陷盆地^[21]，具有多幕式裂陷、多旋回叠加和多成因机制的特征。研究区为渤海湾盆地位于渤海海域的部分，其西侧为黄骅坳陷的延伸，东侧为郯庐断裂带，北边与辽河坳陷相接，南侧与济阳坳陷相连（图 1左）。在新生代板块运动背景下，受地幔隆升引起的水平伸展及太平洋板块斜向俯冲引起的NNE向右旋走滑等双重作用控制，渤海湾盆地在时空上受伸展和走滑交互叠加作用影响，断裂演化特征受区域应力场演化控制，具有古新世—早始新世断陷、晚始新世—渐新世强走滑与强拉张、新近纪走滑与热沉降3个演化阶段特征。古近纪为渤海湾盆地的幕式裂陷期，自下而上发育了古新统—始渐新统孔店组、始新统—渐新统沙河街组和渐新统东营组，古新统—始新统孔店组在渤南地区和辽东湾地区缺失，而在渤中地区为厚层砂砾岩披覆在中生界或太古宇潜山之上，渐新统沙河街组和东营组为陆相湖泊—河流相碎屑岩沉积体系。渐新世中晚期，在渤南地区渤中34-9构造沙河街组至东营组沉积时期伴随间歇性大规模火山活动，发育多套火山岩与砂泥岩、火山碎屑岩等频繁互层沉积，岩性以溢流相玄武岩和爆发相凝灰岩为主。新近纪为裂后热沉降坳陷期，稳定沉积了中新统馆陶组河流相和中新统—上新统明化镇组浅水三角洲相的砂泥岩互层沉积，馆陶组与下伏地层呈角度不整合接触（图 1右）。受多期构造活动的影响，渤海海域断裂发育，主要为伸展断裂和走滑断裂，局部地区发育反转断裂，断裂的发育为裂缝的产生提供了基本地质条件^[19-22]，渤海海域主要发育3条大型断裂带，分别为郯庐断裂带、张家口—蓬莱断裂带和秦皇岛—旅顺断裂带，渤南地区和渤中地区受张家口—蓬莱断裂带和郯庐断裂带中支控制（图 1左）。

图 1

图 1 研究区构造位置图（左）与古近系—新近系地层综合柱状简图（右） Fig. 1 Structural location of the study area (left) and schematic stratigraphic column (right) of the Paleogene-Neogene in Bohai Oilfield

通过对2015年以来漏失井分布统计发现，在平面上，渤海海域古近系—新近系裂缝性漏失主要分布于郯庐断裂带辽东湾段、渤南段及渤中13-19构造带，这3个区域的裂缝性漏失井数占比达87%。漏失井主要分布于凹陷和大断层的下降盘。在垂向上，通过对郯庐断裂带辽东湾段、渤南段及渤中13-19构造带等区域近年来漏失深度及漏失层位统计发现，井漏在垂向上具有明显的分带性，郯庐断裂带辽东湾段漏失深度大于1200m；郯庐断裂带渤南段漏失深度大于2000m；渤中13-19构造带漏失深度大于2400m，在漏失深度上呈现北浅南深的分布特点（图 2）。漏失层位以古近系东营组和沙河街组为主。漏失深度受岩石物性控制作用明显，统计表明，岩石中子孔隙度小于或等于30%易发生裂缝性漏失（图 3）。

图 2

图 2 渤海油田井漏垂向分布特征图 Fig. 2 Vertical distribution characteristics of lost circulation in Bohai Oilfield

图 3

图 3 渤海油田漏失深度岩石物性特征图 Fig. 3 Petrophysical properties of leakage interval in Bohai Oilfield

渤海古近系—新近系裂缝性漏失与郯庐断裂带密切相关，断缝体系的构造样式、地层岩性组合模式、与构造伴生的火山建造均与井漏具有相关性。基于实际地质模型构建了有限元数值模拟，理清了裂缝性漏失断缝体系力学机理及井壁失稳机理：应力是断缝体系产生和保持稳定性的基础，应力场集中区和应力高强度区断缝体系越发育，井漏风险越高。

渤海海域受走滑和伸展双重构造运动作用，多期构造运动叠加复合，多套断裂系统发育是判断易漏构造主要依据^[23-27]。研究区内渤中19-6构造经历印支期挤压、燕山期走滑与喜马拉雅期走滑拉张等多期次构造运动，发育多套断裂系统：南部走滑作用强烈，发育大量NNE向雁列式次级断层，实钻漏失井占比达71.42%；北部断层受伸展作用较强，多为近EW向、NEE向的断层，漏失井占比55.56%。渤中34-9油田以走滑—张性断裂和张性断裂为主^{[18, 28]}，油田范围内多级斜列式断层和“Y”形断层相互切割，并伴有火山活动，断层和裂缝十分发育，实钻漏失井占比高达77.14%。因此，多套断裂系统发育区为井漏高风险区（表 1）。

表 1

表 1 渤中19-6构造和渤中34-9构造断裂特征及易漏断裂组合统计表 Table 1 Statistics of fault features and leaky fault combinations in Bozhong 19-6 structure and Bozhong 34-9 structure 构造名称 断裂平面特征 断裂纵向特征 易漏断裂组合 渤中19-6 （1）“Y”形断层交叉点 （2）多级“Y”形断层组成的负花状构造 （3）“X”形复合断裂 （4）高角度断层 （5）火山通道 渤中34-9 （1）“Y”形断层交叉点 （2）多级“Y”形断层组成的负花状构造 （3）断阶式断裂 （4）高角度断层 （5）火山通道

表 1 渤中19-6构造和渤中34-9构造断裂特征及易漏断裂组合统计表 Table 1 Statistics of fault features and leaky fault combinations in Bozhong 19-6 structure and Bozhong 34-9 structure

基于研究区内易漏构造地质特征，应用ANSYS软件构建二维有限元模型，模拟范围地层横向可视为均质介质，以对应易漏构造已钻井测井或力学实验分析的岩石力学参数为输入参数，力学边界采用对应构造漏失层段主应力加力方向，应力大小采用漏失层段主应力平均值。

（1）“Y”形断层：以渤中19-6构造东二下亚段为例，岩石力学参数以BZ19-6-J井东二下亚段平均力学参数（弹性模量25.10GPa，泊松比0.21）赋值有限元网格，力学边界采用东西加压42MPa。模拟结果表明，“Y”形断层交叉点是应力汇聚集中点，地层易破裂，是井漏风险最大的区域，交叉点周围是诱导裂缝发育区，为井漏风险次级区。渤中19-6构造和渤中34-9构造钻遇“Y”形断层交叉点发生漏失井占所钻遇该类构造井比例均达90%以上，根据实钻经验，距离“Y”形断层交叉点80m以内井漏风险高，岩性互层强非均质、火山岩高脆性地层等因素会扩大断层对应力场的扰动范围，井漏高风险区范围将会更大。

（2）“X”形复合断裂：以渤中19-6构造沙一段为例，以漏失处等t₀面构建二维平面有限元模型，以漏失处测井岩石力学参数赋值断层力学参数，以漏失层段泥岩力学参数（弹性模量22.04GPa，泊松比0.29）赋值二维平面有限元模型网格单元，力学边界采用现今应力场特征东西方向加压46MPa及右旋走滑52MPa。模拟结果显示，平面上“X”形复合断裂交叉点附近为应力集中点，且实钻证实距离交叉点300m范围内为井漏高风险区。旅大21-2构造及旅大16-3构造均发育“X”形断层，距离交叉点300m范围内的井均发生严重漏失，极大影响钻井作业时效、损失钻井液，部分井因井漏发生卡钻等事故。

（3）断阶式断裂：以渤中34-9构造浅层明化镇组为例，将明化镇组平均岩石力学参数（弹性模量4.69GPa，泊松比0.38）赋值有限元网格，以现今应力场作为边界条件，采用东西加压25MPa。模拟结果表明，斜列式断裂组合压应力高值区集中的断层之间，应力强度高易发育裂缝，井漏风险高；垒堑式断裂组合构造应力集中在构造下部，断层两侧应力差别大，井壁稳定性差，井漏风险高，地堑两侧的断层倾角越小，周缘应力强度越大，井漏风险越高。

（4）高角度断层：主要为发育于新近系的上陡下缓断层，地层疏松，岩石力学参数和力学边界条件同断阶式断裂组合模型。模拟结果表明，高角度断层由于受垂向应力作用相对较弱，在整体拉伸环境中，断层不易闭合，发生裂缝性漏失风险高（表 2）。

表 2

表 2 不同断层构造样式应力场数值模拟及井漏风险评估统计表 Table 2 Stress field numerical simulation with various fault structural patterns and risk assessment of lost circulation 构造样式 代表性地震剖面、平面图 有限元模拟应力场强度 井漏风险模型 “Y”形断层 X”形复合断裂 断阶式断裂组合 斜列式 垒堑式 高角度断层

表 2 不同断层构造样式应力场数值模拟及井漏风险评估统计表 Table 2 Stress field numerical simulation with various fault structural patterns and risk assessment of lost circulation

地层弱面结构决定了漏失通道的类型，为井漏发生提供了必要条件^[18]。渤海湾盆地古近系—新近系主要为陆相沉积，岩性变化快，以典型的砂泥岩互层为主，局部有火山活动形成的火山碎屑与砂泥岩交互沉积。依据渤中19-6构造和渤中34-9构造实钻资料（表 3、表 4），砂泥岩互层界面和火山岩交互沉积地层界面也是井漏高风险区，是沉积作用形成的弱面结构，这些软弱面是井筒稳定性的“短板”，在钻井液柱压力、侵入及钻头破岩下先于地层本体破裂，发生漏失^[18]。

表 3

表 3 渤中19-6构造漏失段岩性统计表 Table 3 Statistics of lithology in leakage interval in Bozhong 19-6 structure 井名 漏失层位 漏失段岩性 累计漏失量/m3 原因描述 BZ19-6-A 东二下亚段 泥岩—粉砂岩互层 345 沉积互层 BZ19-6-B 东二下亚段 泥岩—粉砂岩互层（泥厚砂薄） 204 沉积互层 BZ19-6-C 东二下亚段 闪长岩 60 断层+火成岩裂缝 荧光闪长斑岩 85 断层+火成岩裂缝 BZ19-6-D 沙河街组 含砾中砂岩 20 断层+沉积互层 BZ19-6-E 东三段 厚层泥岩 452 断层+沉积互层 BZ19-6-F 沙河街组 泥质粉砂岩 320 断层+沉积互层 BZ19-6-G 东二下亚段 泥岩—细砂岩互层（泥厚砂薄） 45 沉积互层 泥岩—细砂岩互层 76 沉积互层 泥岩—凝灰岩互层 130 断层+沉积互层 BZ19-6-H 东二下亚段 砂砾岩 80 “Y”形断层 BZ19-6-I 东二下亚段 厚层泥岩 60 裂缝 BZ19-6-J 东二下亚段 泥岩—粉砂岩互层（泥厚砂薄） 82 沉积互层 东三段 泥岩 130 断层+沉积互层 沙河街组 泥岩—粉砂岩互层（泥厚砂薄） 126 沉积互层

表 3 渤中19-6构造漏失段岩性统计表 Table 3 Statistics of lithology in leakage interval in Bozhong 19-6 structure

表 4

表 4 渤中34-9构造漏失段岩性统计表 Table 4 Statistics of lithology in leakage interval in Bozhong 34-9 structure 井名 漏失层位 漏失段岩性 累计漏失量/m3 原因描述 BZ34-9-A 沙三段 凝灰岩 12 断层+火山沉积交互 BZ34-9-B 东三段 泥岩—细砂岩互层 28 断层+沉积互层 沙二段 细砂岩 40 断层+沉积互层 沙三段 凝灰质细砂岩 12 火山沉积交互 BZ34-9-C 沙三段 沉凝灰岩—粉砂岩互层 38 断层+沉积互层 BZ34-9-D 东三段 火山通道玄武岩 1500 火山通道及裂缝 BZ34-9-E 沙一段 沉凝灰岩 33 火山沉积交互 BZ34-9-F 东二下亚段 玄武岩 533 火成岩裂缝 凝灰质泥岩 火山沉积交互 BZ34-9-G 东三段 溢流相玄武岩 20 火成岩裂缝 沙二段 泥岩—细砂岩互层（泥厚砂薄） 28 沉积互层

表 4 渤中34-9构造漏失段岩性统计表 Table 4 Statistics of lithology in leakage interval in Bozhong 34-9 structure

渤中19-6构造和渤中34-9构造区域岩石力学物理实验表明（表 5），同一压实背景下砂岩的弹性模量大于泥岩，泊松比小于泥岩。根据黄氏模型^[29]和孔隙弹性模型^[30]的应力计算公式，应力与弹性模量成正比，且弹性模量对应力的影响大于泊松比对应力的影响（图 4），因此，相同应力状态下，砂岩比泥岩具有更高的应力，泥岩比砂岩具有更大的变形量，薄互层岩体界面处应变量不一致，导致附加应力的产生，易发育裂缝导致井壁失稳，且泥岩越厚应变量越大，产生附加应力越大，井壁失稳危险性越大（图 5）。

表 5

表 5 研究区岩石力学实验统计表 Table 5 Statistics of rock mechanical tests in the study area 构造名称 层位 深度/m 岩性 长度/mm 直径/mm 质量/g 密度/(g·cm-3) 抗压强度/MPa 弹性模量/GPa 泊松比 渤中34-9 明化镇组 1796.22 细砂岩 44.43 25.19 48.28 2.18 11.23 4.74 0.37 1796.78 细砂岩 45.66 25.17 49.40 2.18 10.98 4.66 0.39 1801.73 细砂岩 45.01 25.21 47.49 2.11 13.45 5.01 0.37 1804.52 泥岩 47.63 25.48 47.96 2.09 9.06 4.37 0.43 东二下亚段 2854.30 泥岩 47.72 25.58 49.53 2.02 16.09 16.08 0.29 2854.61 泥岩 47.00 25.58 51.16 2.12 34.69 17.17 0.30 2854.24 细砂岩 48.29 25.55 51.81 2.09 45.56 22.76 0.31 2854.24 细砂岩 48.29 25.55 51.81 2.09 43.77 20.37 0.29 2854.29 凝灰岩 46.23 25.62 49.96 2.10 65.17 31.51 0.23 2481.26 玄武岩 50.90 25.55 55.58 2.13 131.58 53.22 0.19 2481.75 玄武岩 46.78 25.13 55.71 2.40 152.71 55.79 0.23 渤中19-6 东二下亚段 3205.51 细砂岩 45.91 25.55 55.88 2.38 50.82 29.37 0.19 3207.38 细砂岩 46.16 25.51 56.26 2.39 52.23 26.05 0.26 3209.21 细砂岩 42.76 25.19 52.35 2.37 53.07 28.17 0.18 3214.13 泥岩 38.61 25.09 45.26 2.37 35.79 19.78 0.34 3214.56 泥岩 46.53 25.07 54.82 2.39 40.19 19.58 0.29 3215.16 泥岩 45.05 25.07 50.16 2.41 38.77 21.29 0.32

表 5 研究区岩石力学实验统计表 Table 5 Statistics of rock mechanical tests in the study area

图 4

图 4 弹性模量与泊松比对应力的影响 Fig. 4 Influence of elastic modulus and Poisson's ratio on field stress

图 5

图 5 BZ19-6-J井厚泥薄砂互层段应力—应变与井漏关系图 Fig. 5 Relationship between stress-strain and lost circulation in the interbedding of thick mudstone and thin sandstone in Well BZ19-6-J

选取研究区内东二下亚段易漏层段代表性岩性剖面，应用ANSYS软件构建应力—应变有限元数值模拟模型，岩性力学参数选取东二下亚段砂岩和泥岩平均力学参数：砂岩弹性模量为23.12GPa，泊松比为0.23；泥岩弹性模量为18.79GPa，泊松比为0.31；凝灰岩弹性模量为31.51GPa，泊松比为0.23，以现今应力场作为边界条件，采用两侧水平挤压加力方式，应力大小采用东二下亚段平均主应力值42MPa。应力—应变有限元数值模拟结果表明：

（1）厚泥薄砂互层型：BZ19-6-J井3220~3230m厚泥薄砂互层段，薄层砂岩具有相对更高的应力强度，在井筒压差下形成诱导裂缝（图 5）。相对其他砂岩段，厚泥薄砂处岩石更易变形，大大增加了漏失风险。

（2）厚砂薄泥互层型和砂泥岩等厚互层型：BZ34-9-B井2945~2950m厚砂薄泥互层段，砂泥岩界面应力强度大，薄泥岩内应力和变形大，在正压差下易产生诱导裂缝，断层穿过增加了井漏风险；2960~2967m砂泥岩等厚互层砂岩应力强度相对更大，砂泥岩厚度越接近，应力、应变差别越小，在井筒压差下相比2945~2950m处更稳定（图 6）。

图 6

图 6 BZ34-9-B井厚砂薄泥与砂泥等厚互层段应力—应变与井漏关系图 Fig. 6 Relationship between stress-strain and lost circulation in the interbedding of thick sandstone and thin mudstone, and sandstone and mudstone with equal thickness in Well BZ34-9-B

（3）火山沉积交互地层：渤中34-9油田89%的井漏发生在火山岩和沉积岩交互层段，火山岩沉积具有较强的非均质性^{[18, 31]}。BZ34-9-C井漏失发生在凝灰岩与粉砂岩及泥岩互层段，凝灰岩相对形变量小，与泥岩、粉砂岩界面产生更大的附加应力，相比岩石强度大的凝灰岩，砂岩更易破裂，井漏风险更大（图 7）。

图 7

图 7 BZ34-9-C井火山沉积交互层段应力—应变与井漏关系图 Fig. 7 Relationship between stress-strain and lost circulation in the volcanic and sedimentary interaction interval in Well BZ34-9-C

考虑渤海海域古近系—新近系典型砂泥岩互层特征，构建了不同厚度砂泥岩互层有限元模型，力学参数和应力边界的设置同研究区有限元模型。厚泥薄砂互层型的砂岩段、厚砂薄泥互层型的界面处极易引发井漏，砂泥岩等厚互层型的泥岩段井漏风险较大，在井筒压差下先破裂，发生井漏。火山沉积交互沉积型临近火山岩的砂岩易破裂，发生漏失。不同岩性组合漏失风险由大到小依次为：厚泥薄砂互层型 > 砂泥岩等厚互层型 > 厚砂薄泥互层型（图 8）。

图 8

图 8 不同薄互层组合岩体应力—应变特征图 Fig. 8 Stress and strain characteristics of rock mass with various thin interbedded combinations

火山通道伴生断层及火山通道内热沉降作用形成的节理缝是井漏的天然通道^[18]，实钻表明火山通道具有逢钻必漏、漏失量大、堵漏成功率低、反复漏失、处理井漏周期长的特点。BZ34-9-D井钻遇火山通道发生失返性漏失，累计漏失钻井液达1500m³。根据BZ34-9-D井岩性和常规测井曲线（图 9），以溢流相玄武岩作为喷发期次的开始，以火山沉积岩或正常沉积岩作为喷发期次的结束，BZ34-9-D井东一段和东二段共发育5个火山喷发旋回，裂缝在火山岩段均有明显的增多现象，其突增趋势与火山喷发旋回相吻合，表明火山活动有利于裂缝的形成，裂缝是漏失的主要通道。

图 9

图 9 BZ34-9-D井火山岩及裂缝特征图 Fig. 9 Characteristics of volcanic rocks and fractures in Well BZ34-9-D

渤中34-9构造近年来发现了渤海海域最大的新生界火成岩油气藏^{[16, 18]}。断裂复杂多样且活动持久，引起新生代大规模的幔源成因岩浆活动^[32]，渐新世中晚期火山活动达到顶峰，沿着断裂发育多个火山通道（表 1）。火山活动作用是涉及多个物理场互相耦合的复杂问题，始新世—渐新世火山活动时期，研究区受郯庐断裂带和太平洋板块运动的右旋伸展走滑作用，形成了一系列NEE向为主的走滑断裂，拉张—走滑断裂发生强烈活动并切穿基底，直达上地幔岩浆房，成为岩浆活动的主通道。因此，研究区的火山是在构造应力场作用下，沿活动的走滑断裂上涌而形成的，且在拉张应力环境下，岩浆对地层上拱影响较小，可视为等效构造应力场作用。

选取渤中34-9构造平面上火山通道相对较为集中、纵向上火山机构在地震剖面上特征明显且裂缝发育的东二段（易漏层段）作为模拟靶区。以单井录井岩性和测井电性为约束，运用地震振幅和方差属性刻画火山岩空间范围，通过相干切片提取东二段不同深度火山通道形状，再运用有限元建模方法构建火山通道相模型（图 10左），并通过布尔运算等方法，将火山通道相模型嵌入地层模型中，构建研究区有限元模型，将模型划分为22294个节点和108820个单元（图 10右）。本文只考虑火山热作用和构造作用下的应力场特征，研究区地层为砂泥岩与火山岩交互沉积地层，可视为横观各向同性介质，对有限元热分析模型中不同岩石均设置各向同性的导热系数和热膨胀系数，火山通道底部温度设置1200℃，设置无限远围岩温度40℃为边界温度。利用力学实验静态参数对测井计算的岩石力学参数进行动静态校正, 以研究区内玄武岩力学参数赋值火山通道（弹性模量40.76GPa，泊松比0.19），以东二下亚段平均力学参数赋值围岩（弹性模量21.60GPa，泊松比0.25），以围岩力学参数的88%赋值断层（弹性模量19.01GPa，泊松比0.22）。应力场模拟的力学边界以模型底部约束，结合渐新世时期东西拉伸、右旋走滑应力特征，加载东西方向42MPa挤压应力及50MPa的顺时针剪切走滑作用应力。

图 10

图 10 渤中34-9构造火山通道—断层模型（左）与有限元模型（右） Fig. 10 Volcanic conduit-fault model (left) and finite element model (right) of Bozhong 34-9 structure

模拟结果表明：由于始新世—渐新世期间右旋伸展走滑作用，总体上应力高值区沿WN—ES方向长条状展布。火山通道对周围应力场影响较大，受火山影响，最大主应力和最小主应力分布趋势差异较大，最大主应力在火山周围表现为挤压应力，在区域右旋走滑作用下，南北两侧呈现椭圆状分布的高值区，由于东西方向伸展作用，东西两侧为小范围低值区；最小主应力在火山周围表现为拉张应力，南北两侧表现为低值区，东西两侧表现为高值区，有利于张性缝或张剪缝的发育。火山周围应力强度较大，与断层相连的高值区呈近东西方向展布，是裂缝发育有利区域（图 11），热—力耦合形成的裂缝为井漏发生提供了漏失通道。

图 11

图 11 渤中34-9构造渐新世时期火山—构造耦合应力场平面分布图 Fig. 11 Plane distribution of volcanic-tectonic coupling stress field in Bozhong 34-9 structure in the Oligocene （a）最小主应力；（b）中间主应力；（c）最大主应力；（d）应力强度

本研究形成了渤海海域古近系—新近系三大类易漏断缝体系特征和力学机制的认识，为工程施工钻前天然断缝体系表征与井位、井身结构及井轨迹优化、随钻井筒压力控制及井壁加固与封堵等防漏措施方案设计提供技术支持。该技术在渤中34-9和渤中19-6区块初步推广应用，对降低漏失风险、提高钻完井安全和时效发挥了重要作用。

渤中34-9油田古近系—新近系发育典型的火山沉积交互地层，东一段和东二段沉积期为火山规模活动期，纵向上发育多期次火山沉积旋回（图 9）。爆发相凝灰岩、溢流相玄武岩结构致密，抗压强度和抗张强度均较高。旋回上部的沉凝灰岩、凝灰质砂岩和凝灰质泥岩等火山碎屑岩，经过流水搬运、分选且含有砂、砾等陆源碎屑，相比旋回下部火山岩物性变好，但其压实程度低，岩石强度低，承压能力较低。区域内火山沉积交互地层井段长达千余米，已钻探井的火山沉积交互地层最高达26层，单井钻遇火山沉积超400m，加之断裂系统与火山沉积交互地层耦合发育，钻井过程中极易出现井漏等复杂情况，开发作业初期漏失率达到77.14%，漏失规模以小—中漏和失返性漏失为主，火山通道漏失速率达108m³/h，漏失量达1500m³。

为了降低作业风险，提高作业时效，从研究区断缝体系特征和力学特征进行分类并提出针对性措施：（1）火山通道及伴生断层。井位或井轨迹应尽量避开100m以上，若无法避开，则采用小参数钻穿，下技术套管封堵，并配套柔性复合堵漏技术。（2）天然断层和溢流相火山岩。该类地层微裂缝发育，应优化井位或井轨迹尽量避开或少钻，裂缝受井筒压力影响较大，应采用小参数钻进钻穿断层裂缝带，下技术套管封堵，同时配套随钻ECD检测，钻井液密度参考断层裂缝临界开启当量密度下限，配套雷特高承压堵漏措施^[33]。（3）低承压火山沉积交互段。该类地层具有坍塌压力高、漏失压力低和破裂压力低的特征，易水化坍塌和产生诱导缝，发生井漏，应采用大井眼、低活度盐NaCl钻井液体系、低密度钻井液钻穿火山沉积交互地层低承压段，下技术套管封堵，同时采用纳米级物理封堵剂PF-AquaSeal和智能铝化学井壁加固剂PF-SmartSeal进一步提高火山沉积交互地层承压能力。方案实施后渤中34-9构造漏失率由77.14%降低至17.00%，节约井漏处理时效520h。

渤中19-6油田古近系—新近系为典型的砂泥岩互层地层，局部发育火山通道和火山岩。其中天然断层和砂泥岩交互地层是漏失频发井段。从研究区断缝体系特征和力学特征进行分类并提出针对性措施：（1）天然断层。“Y”形断层、多级“Y”形断层组成的负花状构造的花心、高陡构造的上部应尽量避开，若无法避开，应采用小参数钻进钻穿断层裂缝带，下技术套管封堵，同时配套随钻ECD检测，钻井液密度参考断层裂缝临界开启当量密度下限，配套雷特高承压堵漏措施。（2）厚泥薄砂互层。应配套随钻ECD检测，实时监测井底循环压力，确保井底压差小于临界漏失压差，同时钻进时钻井液中添加随钻单封堵漏材料，提高地层承压能力，且起、下钻避免憋压，防止激动压力过高。方案实施后渤中19-6构造漏失率由71.42%降低至零，节约井漏处理时效150h。

（1）“Y”形断层交叉点及多级“Y”形断层组成的负花状构造的花心为应力集中区，实钻证实距离断裂交叉点80m范围以内为井漏高风险区；“X”形复合断裂交叉点附近为应力集中区，实钻证实距离交叉点300m范围内为井漏高风险区；断阶式断裂组合压应力高值区集中的断层之间、垒堑式构造下部，地堑两侧的小倾角断层、高角度断层也是井漏高风险区。

（2）厚泥薄砂互层型、火山沉积交互型的砂岩接触界面具有应力差大、应变大的特点，在井筒压差下易产生裂缝，是井漏高风险的岩性组合。

（3）火山通道对应力场影响较大，其周缘是应力集中区域，应力场分布明显受到火山通道和断层的分割。火山通道及伴生断层周围是裂缝发育高值区，结合渤中19-6构造和渤中34-9构造实钻情况，一般火山通道及100m范围内属于井漏高风险区，具有逢钻必漏的特点，应尽量避开。