本发明属于油气井砂泥岩高温高压地层钻井中的井壁稳定技术领域，尤其涉及一种高温高压储层孔隙压力分析方法。
背景技术：
地层孔隙压力是岩石孔隙中的流体(油、气、水)所具有的压力，也称为孔隙压力或地层压力。正常地层孔隙压力等于从地表到地下某处的连续地层水的静液压力，称为静水压力；高于和低于静水压力的地层孔隙压力分别称为异常低压和异常高压。地层孔隙压力是开展钻完井工程和油气开发的基础参数之一，钻井工程中地层孔隙压力的准确计算对于钻井液密度的合理选择、套管程序设计、实现高效钻井及储层保护具有重大意义，而异常高压是油气勘探中常见的问题。
目前，通常采用的地层孔隙压力钻前预测方法的主要流程为：1)首先利用泥岩地层声波-密度交会数据对地层成压机制进行定性分析；2)依据地层的成压机制定性分析结果，确定地层孔隙压力的预测模型；3)利用测井数据对地层孔隙压力纵向分布规律进行计算，并默认砂岩地层孔隙压力等于邻近泥岩地层孔隙压力。该套地层孔隙压力预测方法主要存在以下问题：(1)利用泥岩地层声波-密度交会图进行地层异常高压成压机制的判断方法的主观因素过多，且无法对某一具体深度的异常高压成压机制进行具体分析；(2)该方法主要针对单一异常高压成压机制进行地层孔隙压力预测，对于多成压机制异常高压情况，该方法计算得到的地层孔隙压力误差较大；(3)对于砂岩地层，尤其是砂岩储层段，未考虑地层起伏及储层厚度带来的形心效应，即油气密度差异造成的浮力效应对地层孔隙压力的影响。
综上所述，在地质与构造条件较为复杂的情况下，传统的地层孔隙压力分析方法所得地层孔隙压力结果难以反映实际地层中的地层孔隙压力真实情况，计算得到的地层孔隙压力将为后续钻井设计带来一定的影响。随着油气勘探向复杂地质条件地区的转移，因其成压机制多样，地层性质特殊，沉积和构造历史复杂的特点，传统的地层孔隙压力预测方法已无法满足这类地区的地层孔隙压力预测的精度要求。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种高温高压储层孔隙压力分析方法，定量化分析各种异常高压成压机制对于地层孔隙压力形成的贡献值，建立多成压机制条件下的孔隙压力计算模型，计算泥岩地层孔隙压力纵向分布规律；再考虑砂岩储层地层起伏、储层厚度及流体密度差影响，利用形心效应计算砂岩层段的地层孔隙压力，最终计算整个砂泥岩剖面的地层孔隙压力，地层孔隙压力分析更为准确。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高温高压储层孔隙压力分析方法，包括以下步骤：
1)采集目标区域的相关地质与构造资料以及测井资料，包括构造历史、地质录井资料、声波时差测井数据、地层密度测井数据及自然伽马测井数据；
2)结合目标区域的地质录井资料，利用测井资料对目标区域的砂岩和泥岩地层进行区分，挑选出泥岩层段；依据gardner模型，利用声波时差测井数据，结合地层密度测井数据，获取全井段泥岩层密度的趋势线；根据全井段泥岩层密度趋势线以及地层密度测井数据计算全井段上覆岩层压力当量密度；
3)利用自然伽马测井数据对目标区域的砂泥岩进行筛选，获取泥岩层段的声波时差测井数据和地层密度测井数据，进而获取不同井深条件下的声波-密度趋势点；将不同垂深处的实测声波密度数据点与其对应井深条件下的声波-密度趋势点相连，得到改进的声波-密度交会图；
4)根据改进的声波-密度交会图进行目标区域异常地层孔隙压力成压机制分析，计算不同成压机制对目标区域泥岩地层孔隙压力形成的贡献值；
5)根据成压机制的不同对泥岩地层孔隙压力计算方法进行选择，分别计算不同成压机制下目标区域的泥岩地层孔隙压力；依据不同成压机制对目标区域泥岩地层孔隙压力形成的贡献值和不同成压机制下目标区域的泥岩地层孔隙压力，计算目标区域实际泥岩地层孔隙压力；
6)如果目标区域砂岩地层厚度不超过15米或者地层起伏落差不超过50米，则砂岩地层孔隙压力等于临近泥岩地层孔隙压力；否则，在邻近泥岩地层孔隙压力的基础上考虑浮力作用，然后计算目标区域砂岩地层孔隙压力。
所述步骤2)中上覆岩层压力当量密度的计算公式为：
式中，σv为上覆岩层压力当量密度；ρw为海水密度；ρr为岩层密度；g为重力加速度；h1、h2、h3分别为海平面深度、泥面深度和泥面以下任一深度；h为任一地层垂直深度；dh表示对深度的积分。
所述步骤4)中计算不同成压机制对目标区域泥岩地层孔隙压力形成的贡献值，包括以下步骤：将实测声波密度数据点相对于其对应井深条件下的声波-密度趋势点的位移沿着两成压机制方向进行正交分解，其中实际位移长度为c，正交分解得到的欠压实作用部分位移长度为e，其他异常高压成压作用部分为f，则得到：
c2＝e2+f2
则欠压实作用对目标区域泥岩地层孔隙压力形成的贡献值为：
w1(h)＝e2/c2
其他异常高压成压作用对目标区域泥岩地层孔隙压力形成的贡献值为：
w2(h)＝f2/c2
其中，w1(h)、w2(h)分别为某一井深处欠压实作用和其他异常高压成压作用对目标区域泥岩地层孔隙压力的贡献值。
所述步骤5)中若存在其他异常高压成压作用，则选用bowers法计算目标区域泥岩地层孔隙压力，其计算公式为：
当dmaxv>depth时，没有发生卸载，则：
当dmaxv≤depth时，假设发生卸载，则：
且
式中，dmaxv为最大地层声波速度对应的深度；depth为总垂深；pp为泥岩地层孔隙压力；σv为上覆岩层压力当量密度；dt为声波时差；dtmin为vmax对应的声波时差；dtml为未固结饱和水地层的声波时差值；vmax取值为1524m/s；σmax为地层卸载开始时的地层的最大有效应力值；vmax为σmax对应的地层声波速度；u为地层的卸载参数；g、h为经验值。
所述步骤5)中若只存在欠压实作用，则采用eaton法计算目标区域泥岩地层孔隙压力；采用泥岩声波速度进行泥岩地层孔隙压力计算时，其计算公式为：
pp＝ρpgh
式中，pp为泥岩地层孔隙压力；ρp为孔隙压力当量密度；ρpn为正常孔隙压力当量密度；σv为上覆岩层压力当量密度；δtn为正常声波时差趋势线值；δtob为实测声波时差测井值；x为eaton指数。
所述步骤5)中目标区域实际泥岩地层孔隙压力的计算公式为：
pmud＝ppn+pdiseq·w1(h)+pcomb·w2(h)
式中，pmud为实际泥岩地层孔隙压力；ppn为正常孔隙压力；pdiseq为eaton法计算得到的泥岩地层孔隙压力值；pcomb为bowers法计算得到的泥岩地层孔隙压力值；w1(h)、w2(h)分别为欠压实作用和其他异常高压成压作用对目标区域泥岩地层孔隙压力形成的贡献值。
所述步骤6)中考虑浮力作用，计算目标区域砂岩地层孔隙压力，包括以下步骤：
①依据砂岩层段的孔隙压力实测点确定气水边界或油水边界的位置，并依据其实测点孔压梯度计算气水边界或油水边界位置的孔隙压力值；
②计算考虑烃柱浮力作用的地层孔隙压力，其计算公式为：
pfloat＝pbound+δρ·(dbound-d(i))/d(i)
式中，pbound为气水界面或油水界面处的孔隙压力值；δρ为烃柱与地层水密度差值；dbound为气水界面或油水界面的垂深；d(i)为气水界面或油水界面上方砂岩层段中某点的垂深；
③以气水边界或油水边界处的泥岩地层孔隙压力为基准点，考虑烃柱与地层水密度差造成的烃柱浮力作用，计算目标区域砂岩层段不同位置的孔隙压力值为：
psand＝pmud+pfloat
式中，psand为目标区域砂岩地层孔隙压力；pmud为砂岩储层邻近泥岩层段的地层孔隙压力；pfloat为考虑烃柱浮力作用的地层孔隙压力。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的一种高温高压储层孔隙压力分析方法，能够确定高温高压地层多成压机制条件下各成压机制对异常压力的影响比例，综合考虑不同成压机制的影响比例，对高温高压地层孔隙压力进行高精度预测。2、本发明的一种高温高压储层孔隙压力分析方法，能够考虑由浮力作用导致的异常孔隙压力，准确地对地层起伏较大或厚度较大的砂岩储层孔隙压力进行预测。3、本发明的一种高温高压储层孔隙压力分析方法，能够对复杂成压机制下的高温高压储层孔隙压力的高精度分析，利于井身结构的优化，实用泥浆密度的合理设计，从而确保高温高压储层的安全顺利钻进。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图；
图2是改进的声波-密度交会图示意图；
图3是成压机制孔压贡献值计算示意图；
图4是某一实施例中高温高压井储层段的改进声波-密度交会图；
图5是某一实施例中高温高压井储层段的孔隙压力计算结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明的方法基于有效应力原理，对传统声波-密度交会图进行改进；考虑多种因素对高温高压储层孔隙压力的影响，利用改进的声波-密度交会图对复杂成压机制下高温高压地层中异常高压的各种成压机制对地层孔隙压力形成的贡献值进行定量化分析，定量化分析了各种成压机制的权重，根据权重分析法建立复杂成压机制下的孔隙压力计算模型。该模型可以有效提高复杂成压机制下高温高压储层孔隙压力的分析精度，适用于高温高压砂泥岩地层钻进过程中多孔隙压力成压机制条件下的地层孔隙压力预测。本发明方法的计算精度和实用性高，预测效果好，计算得到的孔隙压力结果可真实反映高温高压储层孔隙压力的真实情况。依据分析结果可利于井身结构的优化、实用泥浆密度的合理设计，从而确保高温高压储层的安全顺利钻进。
基于上述原理，如图1所示，本发明提供的一种高温高压储层孔隙压力分析方法，包括以下步骤：
1)采集目标区域的相关地质与构造资料以及测井资料，其中，地质与构造资料包括构造历史和地质录井资料(如目标砂岩层厚度、孔隙压力实测值、储层流体密度测试值)，测井资料包括声波时差测井数据、地层密度测井数据、自然伽马测井数据等。
2)结合目标区域的地质录井资料，利用测井资料对目标区域的砂岩和泥岩地层进行区分，挑选出泥岩层段；依据gardner模型(加德纳模型)，利用声波时差测井数据，结合地层密度测井数据，获取全井段泥岩层密度的趋势线；根据全井段泥岩层密度趋势线以及地层密度测井数据计算全井段上覆岩层压力当量密度，作出上覆岩层压力当量密度剖面。
其中，gardner模型为：
ρ＝a(106/dt)b
式中，ρ为地层密度；dt为声波时差数据；a、b为经验系数。
上覆岩层压力当量密度的计算公式为：
式中，σv为上覆岩层压力当量密度；ρw为海水密度，一般取值为1.03g/cm3；ρr为岩层密度；g为重力加速度；h1、h2、h3分别为海平面深度、泥面深度和泥面以下任一深度；h为任一地层垂直深度；dh表示对深度的积分(d为积分符号)。
3)如图2所示，利用自然伽马测井数据对目标区域的砂泥岩进行筛选，获取泥岩层段的声波时差测井数据和地层密度测井数据，进而获取不同井深条件下的声波-密度趋势点；再将不同垂深处的实测声波密度数据点与其对应井深条件下的声波-密度趋势点相连，得到改进的声波-密度交会图。
4)根据步骤3)得到的改进的声波-密度交会图进行目标区域异常地层孔隙压力成压机制分析，得到不同成压机制对目标区域泥岩地层孔隙压力形成的贡献值。
如图3所示，首先将实际声波密度数据点相对于其对应井深条件下的声波-密度趋势点的位移沿着两成压机制方向进行正交分解，其中实际位移长度为c，正交分解得到的欠压实作用部分位移长度为e，水热增压与化学成岩等其他异常高压成压作用部分为f，则可得到：
c2＝e2+f2
则欠压实作用对地层孔隙压力形成的贡献值为：
w1(h)＝e2/c2
水热增压与化学成压等其他异常高压成压作用对地层孔隙压力形成的贡献值为：
w2(h)＝f2/c2
其中w1(h)、w2(h)分别为某一井深处欠压实作用和水热增压与化学成压等其他异常高压成压作用对地层孔隙压力的贡献值。
则目标目标区域泥岩地层的孔隙压力可表达为：
式中，pp(h)为泥岩地层孔隙压力；ppn为正常孔隙压力；i表示第i种成压机制；ppi(h)为第i种成压机制下所形成的孔隙压力；wi(h)为第i种(i＝1,2)成压机制对目标区域地层孔隙压力形成的贡献值。
5)根据成压机制的不同对泥岩地层孔隙压力计算方法进行选择，常用的地层孔隙压力计算方法有eaton法(伊顿法)和bowers法(鲍尔斯法)。
若只存在欠压实作用，采用eaton法进行孔隙压力计算。eaton法可以采用多种测井资料进行孔隙压力计算，包括泥岩声波速度、电阻率、电导率、密度等。由欠压实造成的异常高压预测只需获取两个经验参数a和b(与前面的a和b表示意义相同)，通常这两个参数可通过正常压实区分析确定或由邻井资料的经验选取。对于孔隙压力预测而言，通常采用声波时差(声波速度)的计算方法，计算公式为：
pp＝ρpgh
式中，pp为泥岩地层孔隙压力；ρp为孔隙压力当量密度；ρpn为正常孔隙压力当量密度；σv为上覆岩层压力当量密度；δtn为正常声波时差趋势线值；δtob为实际声波时差测井值；x为eaton指数。
若存在其他异常高压成压作用，选用bowers法进行孔隙压力计算。bowers方法是采用声波速度和经验参数来确定垂直有效应力、再由上覆岩层压力当量密度减去垂直有效应力从而求得孔隙压力的方法，计算公式为：
pp＝σv-σe
式中，σe为垂直有效应力。
对于其他成压机制引起的异常压力，如高温高压地层中水热增压与化学成岩等综合成压机制，还需要获取地层卸载开始时的地层的最大有效应力值σmax及其对应的地层声波速度vmax，以及地层的卸载参数u。dmaxv为最大地层声波速度对应的深度，也就是卸载发生时的深度；depth为总垂深。
当dmaxv>depth时，没有发生卸载，则孔隙压力为：
当dmaxv≤depth时，假设发生卸载，则孔隙压力为：
式中，dtmin为vmax对应的声波时差；dtml为未固结饱和水地层即泥面的声波时差值；vmax一般取值为1524m/s；g、h分别为经验值。
然后依据孔隙压力成压机制定量分析中得到的各成压机制对孔隙压力的贡献值，可以计算得到目标区域的实际泥岩地层的孔隙压力为：
pmud＝ppn+pdiseq·w1(h)+pcomb·w2(h)
其中：
式中，pmud为实际泥岩地层孔隙压力；ppn为正常孔隙压力；pdiseq为eaton法计算得到的泥岩孔隙压力值；pcomb为使用bowers法计算得到的泥岩孔隙压力值；w1(h)、w2(h)分别为欠压实作用与其他成压机制综合作用对泥岩地层孔隙压力的贡献值。
6)一般情况下，认为砂岩地层孔隙压力由邻井泥岩地层通过流体传递形成，即在不考虑其他因素的影响条件下，砂岩地层孔隙压力等于临近泥岩地层孔隙压力。如果砂岩地层厚度超过15米，或者地层起伏落差超过50米，则需要考虑浮力作用后计算目标区域的砂岩地层孔隙压力。
首先，依据砂岩层段的孔隙压力实测点确定气水边界或油水边界的位置，并依据其实测点孔压梯度计算出气水边界或油水边界位置处的孔隙压力值；
然后，计算考虑烃柱浮力作用的地层孔隙压力pfloat，其计算公式为：
pfloat＝pbound+δρ·(dbound-d(i))/d(i)
式中，pbound为气水界面或油水界面处的孔隙压力值；δρ为烃柱与地层水密度差值；dbound为气水界面或油水界面的垂深；d(i)为气水界面或油水界面上方砂岩层段中某点的垂深。
最后，以气水边界或油水边界位置处的泥岩地层孔隙压力为基准点，考虑烃柱与地层水密度差造成的烃柱浮力作用，计算砂岩层段不同位置的孔隙压力值：
psand＝pmud+pfloat
式中，psand为砂岩地层孔隙压力；pmud为砂岩储层邻近泥岩层段的地层孔隙压力；pfloat为考虑烃柱浮力作用的地层孔隙压力。
下面以莺歌海盆地的一口高温高压气井为例，进一步说明本发明的一种高温高压储层空袭压力分析方法，包括以下步骤：
1)收集目标井相关地质资料及测井数据：莺歌海盆地的该口高温高压气井目标段地层深度为3200m左右，地层孔隙压力实测值为1.71～1.81g/cm3。
2)作出上覆岩层压力剖面。
3)-4)建立莺歌海盆地的该口高温高压气井储层段的改进声波-密度交会图，如图4所示；根据改进的声波-密度交会图，对目标井目标地层的成压机制进行分析，可以判断出泥岩地层中欠压实作用与水热增压及其伴生的化学压实作用两种成压机制的比重。
5)-6)选用声波时差测井数据对地层孔隙压力进行预测：如图5所示，为对莺歌海盆地的该口高温高压井地层孔隙压力的预测结果。根据成压机制判断结果，目标井段成压机制为欠压实作用与热水增压及其伴生的化学压实作用共同作用，分别采用eaton法和bowers法进行地层孔隙压力的初步计算；再按照计算得到的各成压机制对地层孔隙压力的贡献比例，利用加权法计算得到泥岩段地层孔隙压力在1.70～1.75g/cm3之间；目标砂岩储层较厚，且砂岩储层起伏较大，烃柱浮力作用不能忽视，因此计算得到砂岩储层孔隙压力在1.75～1.80g/cm3之间。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。