煤层地应力测量方法和装置与流程

本发明涉及地质测量领域，特别涉及一种煤层地应力测量方法和装置。

背景技术：

地应力是地壳岩体形成褶皱、断裂、节理等地质构造的根本作用力。在油气勘探、钻井、采油等工程的方案设计与施工中，煤层的地应力数据是不可缺少的基础参数，其对于判断井壁的稳定性、地层的破裂力起着至关重要的作用，煤层的地应力数据可以用于定向井以及水平井的井眼轨迹的设计与控制，是实现科学布井的前提。因此，很有必要对煤层的地应力进行测量。其中，地应力通常包括垂向地应力和水平地应力，水平地应力包括最小水平地应力和最大水平地应。

现有技术中，通常采用密度测井信息测量煤层的垂向地应力，采用测量砂泥岩地应力的安德森(英文：Anderson)模型来测量煤层的水平地应力。具体地，根据密度测井信息计算煤层的垂向地应力的计算公式为：其中，H表示待测煤层的埋深，ρ(h)表示以待测煤层的深度为变量的待测煤层的密度函数，g表示重力加速度；Anderson模型中的最小水平地应力的计算公式为:最大水平地应力计算公式为：在采用Anderson模型计算煤层的水平地应力时，μ表示待测煤层的泊松比，σ_v表示待测煤层的垂向地应力，α表示待测煤层的毕奥特(英文：Biot)系数，P_P表示待测煤层的孔隙压力。根据对待测煤层的测井 信息得到待测煤层的测井数据，根据测井数据得到待测煤层的埋深H、密度函数ρ(h)、泊松比μ和Biot系数α，根据待测煤层的试井数据得到待测煤层的孔隙压力P_P，然后将H和ρ(h)代入垂向地应力计算公式，计算得到待测煤层的垂向地应力σ_v，将计算得到的垂向地应力σ_v、μ、α和P_P代入最小水平地应力计算公式中，计算得到待测煤层的最小水平地应力，进而根据最小水平地应力与最大水平地应力相等来确定最大水平地应力的大小。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

相比于砂泥岩，煤层的质地较软，弹性较小，煤层受力时更容易产生径向(水平方向)形变，煤层形变后，煤层的地应力会重新分布，最小水平地应力和最大水平地应力不相等，因此，采用Anderson模型测量得到的煤层的水平地应力的准确性较低，且最大水平地应力与最小水平地应力相等对于煤层而言合理性较低。

技术实现要素：

为了解决现有的煤层地应力测量方法测量的水平地应力的准确性较低，且最大水平地应力与最小水平地应力相等合理性较低的问题，本发明提供一种煤层地应力测量方法和装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供一种煤层地应力测量方法，所述方法包括：

建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式，所述最小水平地应力的计算公式包括最小水平构造应力，且所述最小水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式；

建立预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式，所述最大水平地应力的计算公式包括最大水平构造应力，所述最大水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式，且所述最大水平地应力不等于所述最小水平地应力；

获取待测煤层的力学参数，所述待测煤层为所述预设范围内的煤层；

根据所述最小水平地应力的计算公式和所述待测煤层的力学参数，计算得到所述待测煤层的最小水平地应力；

根据所述最大水平地应力的计算公式和所述待测煤层的力学参数，计算得到所述待测煤层的最大水平地应力。

可选地，所述建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式，包括：

建立预设范围内的煤层对应的第一最小水平地应力的计算公式；

在所述第一最小水平地应力的计算公式中引入所述最小水平构造应力，得到所述预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式。

可选地，所述建立预设范围内的煤层对应的第一最小水平地应力的计算公式，包括：

在所述预设范围内的煤层中采集煤岩作为煤样；

确定所述煤样的杨氏模量；

根据所述煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定所述预设范围内的煤层的形变系数；

根据所述形变系数，对带有残余构造应力的安德森模型进行修正，得到所述预设范围内的煤层的第一最小水平地应力的计算公式为：

其中，所述B表示所述预设范围内的煤层的形变系数，所述S_th原表示所述预设范围内的煤层的残余构造应力；

所述μ表示煤层的泊松比，所述σ_v表示煤层的垂向地应力，所述α表示煤层的毕奥特系数，所述P_P表示煤层的孔隙压力。

可选地，所述在所述第一最小水平地应力的计算公式中引入所述最小水平构造应力，得到所述预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式，包括：

在所述第一最小水平地应力的计算公式中引入所述最小水平构造应力，得到所述预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式为：σ_h＝σ_h¹+(σ_h)_T；

其中，所述(σ_h)_T表示所述最小水平构造应力，所述ε_h表示所述最小水平地应力的方向上的构造应力系数，所述ε_H表示所述最大水平地应力的方向上的构造应力系数，所述E表示煤层的杨氏模量。

可选地，所述建立预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式，包括：

对所述煤样进行凯撒实验；

根据凯撒实验的结果，确定所述第一最大水平地应力的计算公式为：σ_H¹＝f(σ_h¹)，所述第一最大水平地应力和所述第一最小水平地应力呈线性关系；

在所述第一最大水平地应力的计算公式中引入所述最大水平构造应力，得到所述预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式为：${\mathrm{\σ}}_H=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+{\left({\mathrm{\σ}}_H\right)}_T;$

其中，所述(σ_H)_T表示所述最大水平构造应力，所述ε_h表示所述最小水平地应力的方向上的构造应力系数，所述ε_H表示所述最大水平地应力的方向上的构造应力的系数，所述E表示煤层的杨氏模量。

可选地，所述确定所述煤样的杨氏模量，包括：

根据所述煤样的测井数据，确定所述煤样的横波时差和纵波时差；

将所述煤样的横波时差和所述纵波时差，代入煤样的杨氏模量的计算公式计算得到所述煤样的杨氏模量E1，其中，所述DTS1表示煤样的横波时差，所述DTC1表示煤样的纵波时差，所述ρ1表示煤样的密度，所述Ω1表示煤样的含气饱和度；

所述根据所述煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定所述预设范围内的煤层的形变系数，包括：

根据所述煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定所述预设范围内的煤层的形变系数为：其中，所述E1表示煤样的杨氏模量，所述E2表示砂泥岩的杨氏模量。

可选地，所述待测煤层的力学参数包括：所述待测煤层的杨氏模量E、泊松比μ、毕奥特系数α、垂向地应力σ_v和孔隙压力P_P，在所述根据所述最小水平地应力的计算公式和所述待测煤层的力学参数，计算得到所述待测煤层的最小水平地应力之前，所述方法还包括：

确定所述预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

可选地，所述确定所述预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原，包括：

读取所述煤样所在的煤层的第一期水力压裂曲线的裂缝闭合压力，将所述裂缝闭合压力作为所述煤样的第一最小水平地应力所述煤样的第一最小水平地应力为所述煤样所在煤层的第一最小水平地应力；

根据煤样的泊松比计算公式确定所述煤样的泊松比μ1，其中，所述X表示所述预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数；

根据所述煤样所在的煤层的密度测井信息，确定所述煤样的垂向地应力σ_v1，所述煤样的垂向地应力为所述煤样所在煤层的垂向地应力；

根据煤样的毕奥特系数计算公式确定所述煤样的毕奥特系数α1，其中，所述C1表示煤样的岩石压缩系数，所述C1_ma表示煤样的岩石骨架压缩系数；

根据所述煤样所在的煤层的试井数据，确定所述煤样的孔隙压力P_P1，所述煤样的孔隙压力为所述煤样所在煤层的孔隙压力；

将所述煤样的第一最小水平地应力所述煤样的泊松比μ1、所述煤样的垂向地应力σ_v1、所述煤样的毕奥特系数α1、所述煤样的孔隙压力P_P1和所述预设范围内的煤层的形变系数B，代入煤样的第一最小水平地应力计算公式，计算得到所述预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

可选地，在所述根据煤样的泊松比计算公式确定所述煤样的泊松比μ1之前，所述方法还包括：

对所述煤样进行三轴力学实验，得到所述煤样的泊松比；

将所述煤样的泊松比、所述煤样的横波时差和纵波时差代入所述煤样的泊松比计算公式计算得到所述预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数X。

可选地，所述获取待测煤层的力学参数，包括：

根据所述待测煤层的测井数据，确定所述待测煤层的横波时差和纵波时差；

将所述待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的杨氏模量的计算公式计算得到所述待测煤层杨氏模量E，其中，所述DTS表示所述待测煤层的横波时差，所述DTC表示所述待测煤层的纵波时差，所述ρ表示所述待测煤层的密度，所述Ω表示所述待测煤层的含气饱和度；

将所述待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的泊松比计算公式：计算得到所述待测煤层的泊松比μ；

获取所述待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma；

将所述待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma，代入煤层的毕奥特系数计算公式：计算得到所述待测煤层的毕奥特系数α；

根据所述待测煤层的密度测井信息，确定所述待测煤层的垂向地应力σ_v；

根据所述待测煤层的试井数据，确定所述待测煤层的孔隙压力P_P。

第二方面，提供一种煤层地应力测量装置，所述装置包括：

第一建立模块，用于建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式，所述最小水平地应力的计算公式包括最小水平构造应力，且所述最小水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式；

第二建立模块，用于建立预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式，所述最大水平地应力的计算公式包括最大水平构造应力，所述最大水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式，且所述最大水平地应力不等于所述最小水平地应力；

获取模块，用于获取待测煤层的力学参数，所述待测煤层为所述预设范围内的煤层；

第一计算模块，用于根据所述最小水平地应力的计算公式和所述待测煤层的力学参数，计算得到所述待测煤层的最小水平地应力；

第二计算模块，用于根据所述最大水平地应力的计算公式和所述待测煤层的力学参数，计算得到所述待测煤层的最大水平地应力。

可选地，所述第一建立模块，包括

建立单元，用于建立预设范围内的煤层对应的第一最小水平地应力的计算公式；

引入单元，用于在所述第一最小水平地应力的计算公式中引入所述最小水平构造应力，得到所述预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式。

可选地，所述建立单元，包括：

采集子单元，用于在所述预设范围内的煤层中采集煤岩作为煤样；

第一确定子单元，用于确定所述煤样的杨氏模量；

第二确定子单元，用于根据所述煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定所述预设范围内的煤层的形变系数；

修正子单元，用于根据所述形变系数，对带有残余构造应力的安德森模型进行修正，得到所述预设范围内的煤层的最小水平地应力的计算公式为：

其中，所述B表示所述预设范围内的煤层的形变系数，所述S_th原表示所述预设范围内的煤层的残余构造应力；

所述μ表示煤层的泊松比，所述σ_v表示煤层的垂向地应力，所述α表示煤层的毕奥特系数，所述P_P表示煤层的孔隙压力。

可选地，所述引入单元，用于在所述第一最小水平地应力的计算公式中引入所述最小水平构造应力，得到所述预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式为：σ_h＝σ_h¹+(σ_h)_T；

其中，所述(σ_h)_T表示所述最小水平构造应力，所述ε_h表示所述最小水平地应力的方向上的构造应力系数，所述ε_H表示所述最大水平地应力的方向上的构造应力系数，所述E表示煤层的杨氏模量。

可选地，所述第二建立模块，包括：

实验单元，用于对所述煤样进行凯撒实验；

确定单元，用于根据凯撒实验的结果，确定所述第一最大水平地应力的计算公式为：σ_H¹＝f(σ_h¹)，所述第一最大水平地应力和所述第一最小水平地应力呈线性关系；

引入单元，用于在所述第一最大水平地应力的计算公式中引入所述最大水平构造应力，得到所述预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式为：${\mathrm{\σ}}_H=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+{\left({\mathrm{\σ}}_H\right)}_T;$

其中，所述(σ_H)_T表示所述最大水平构造应力，所述ε_h表示所述最小水平地应力的方向上的构造应力系数，所述ε_H表示所述最大水平地应力的方向上的构造应力的系数，所述E表示煤层的杨氏模量。

可选地，所述第一确定子单元，包括：

确定子单元，用于根据所述煤样的测井数据，确定所述煤样的横波时差和纵波时差；

计算子单元，用于将所述煤样的横波时差和所述纵波时差，代入煤样的杨氏模量的计算公式计算得到所述煤样的杨氏模量E1，其中，所述DTS1表示煤样的横波时差，所述DTC1表示煤样的纵波时差，所述ρ1表示煤样的密度，所述Ω1表示煤样的含气饱和度；

所述第二确定子单元，包括：

确定子单元，用于根据所述煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定所述预设范围内的煤层的形变系数为：其中，所述E1表示煤样的杨氏模量，所述E_s为砂泥岩的杨氏模量。

可选地，所述待测煤层的力学参数包括：所述待测煤层的杨氏模量E、泊松比μ、毕奥特系数α、垂向地应力σ_v和孔隙压力P_P，所述装置还包括：

确定模块，用于确定所述预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

可选地，所述确定模块，包括：

读取单元，用于读取所述煤样所在的煤层的第一期水力压裂曲线的裂缝闭合压力，将所述裂缝闭合压力作为所述煤样的第一最小水平地应力所述煤样的第一最小水平地应力为所述煤样所在煤层的第一最小水平地应力；

第一确定单元，用于根据煤样的泊松比计算公式确定所述煤样的泊松比μ1，其中，所述X表示所述预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数；

第二确定单元，用于根据所述煤样所在的煤层的密度测井信息，确定所述煤样的垂向地应力σ_v1，所述煤样的垂向地应力为所述煤样所在煤层的垂向地应力；

第三确定单元，用于根据煤样的毕奥特系数计算公式确定所述煤样的毕奥特系数α1，其中，所述C1表示煤样的岩石压缩系数，所述C1_ma表示煤样的岩石骨架压缩系数；

第四确定单元，用于根据所述煤样所在的煤层的试井数据，确定所述煤样的孔隙压力P_P1，所述煤样的孔隙压力为所述煤样所在煤层的孔隙压力；

第一计算单元，用于将所述煤样的第一最小水平地应力σ_h1、所述煤样的泊松比μ1、所述煤样的垂向地应力σ_v1、所述煤样的毕奥特系数α1、所述煤样的孔隙压力P_P1和所述预设范围内的煤层的形变系数B，代入煤样的第一最小水平地应力计算公式，计算得到所述预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

可选地，所述装置还包括：

实验单元，用于对所述煤样进行三轴力学实验，得到所述煤样的泊松比；

第二计算单元，用于将所述煤样的泊松比、所述煤样的横波时差和纵波时差代入所述煤样的泊松比计算公式计算得到所述预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数X。

可选地，所述获取模块，包括：

第一确定单元，用于根据所述待测煤层的测井数据，确定所述待测煤层的横波时差和纵波时差；

第一计算单元，用于将所述待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的杨氏模量的计算公式计算得到所述待测煤层杨氏模量E，其中，所述DTS表示所述待测煤层的横波时差，所述DTC表示所述待测煤层的纵波时差，所述ρ表示所述待测煤层的密度，所述Ω表示所述待测煤层的含气饱和度；

第二计算单元，用于将所述待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的泊松比计算公式：计算得到所述待测煤层的泊松比μ；

获取单元，用于获取所述待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma；

第三计算单元，用于将所述待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma，代入煤层的毕奥特系数计算公式：计算得到所述待测煤层的毕奥特系数α；

第二确定单元，用于根据所述待测煤层的密度测井信息，确定所述待测煤层的垂向地应力σ_v；

第三确定单元，用于根据所述待测煤层的试井数据，确定所述待测煤层的孔隙压力P_P。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的煤层地应力测量方法和装置，通过建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式和最大水平地应力的计算公式，获取待测煤层的力学参数，根据最小水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力，根据最大水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。由于建立了针对煤层的水平地应力计算公式，并根据针对煤层的水平地应力计算公式，计算煤层的水平地应力，因此，本发明解决了采用Anderson模型测量得到的煤层的水平地应力的准确性较低，且最大水平地应力与最小水平地应力相等对于煤层而言合理性较低的问题，提高了测量煤层的水平地应力的准确性，测量结果更接近实际值，因此，本发明的合理性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的煤层地应力测量方法的方法流程图；

图2是本发明另一个实施例提供的煤层地应力测量方法的方法流程图；

图3是图2所示实施例提供的确定煤样的杨氏模量的方法的方法流程图；

图4是图2所示实施例提供的确定预设范围内的煤层的残余构造应力的方法的方法流程图；

图5是图2所示实施例提供的获取待测煤层的力学参数的方法的方法流程图；

图6是本发明一个实施例提供的煤层地应力测量装置的框图；

图7是本发明另一个实施例提供的煤层地应力测量装置的框图；

图8是图7所示实施例提供的第一建立模块的框图；

图9是图7所示实施例提供的建立单元的框图；

图10是图7所示实施例提供的第二建立模块的框图；

图11是图7所示实施例提供的第一确定子单元的框图；

图12是图7所示实施例提供的第二确定子单元的框图；

图13是图7所示实施例提供的确定模块的框图；

图14是图7所示实施例提供的获取模块的框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的煤层地应力测量方法的方法流程图，参见图1，该方法流程具体包括：

在步骤101中，建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式， 最小水平地应力的计算公式包括最小水平构造应力，且最小水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式。

在步骤102中，建立预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式，最大水平地应力的计算公式包括最大水平构造应力，最大水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式，且最大水平地应力不等于最小水平地应力。

在步骤103中，获取待测煤层的力学参数，待测煤层为预设范围内的煤层。

在步骤104中，根据最小水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力。

在步骤105中，根据最大水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。

综上所述，本发明实施例提供的煤层地应力测量方法，通过建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式和最大水平地应力的计算公式，获取待测煤层的力学参数，根据最小水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力，根据最大水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。由于建立了针对煤层的水平地应力计算公式，并根据针对煤层的水平地应力计算公式，计算煤层的水平地应力，因此，本发明解决了采用Anderson模型测量得到的煤层的水平地应力的准确性较低，且最大水平地应力与最小水平地应力相等对于煤层而言合理性较低的问题，提高了测量煤层的水平地应力的准确性，测量结果更接近实际值，因此，本发明的合理性较高。

进一步地，步骤101可以包括：

建立预设范围内的煤层对应的第一最小水平地应力的计算公式；

在第一最小水平地应力的计算公式中引入最小水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式。

建立预设范围内的煤层对应的第一最小水平地应力的计算公式，包括：

在预设范围内的煤层中采集煤岩作为煤样；

确定煤样的杨氏模量；

根据煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定预设范围内的煤层的形变系数；

根据形变系数，对带有残余构造应力的安德森模型进行修正，得到预设范围内的煤层的第一最小水平地应力的计算公式为：

其中，B表示预设范围内的煤层的形变系数，S_th原表示预设范围内的煤层的残余构造应力；

μ表示煤层的泊松比，σ_v表示煤层的垂向地应力，α表示煤层的毕奥特系数，P_P表示煤层的孔隙压力。

在第一最小水平地应力的计算公式引入最小水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式，包括：

在第一最小水平地应力的计算公式引入最小水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式为：σ_h＝σ_h¹+(σ_h)_T；

其中，(σ_h)_T表示最小水平构造应力，ε_h表示方向平行于最小水平地应力的构造应力的系数，ε_H表示方向平行于最大水平地应力的构造应力的系数，E表示煤层的杨氏模量。

步骤102可以包括：对煤样进行凯撒实验；

根据凯撒实验的结果，确定第一最大水平地应力的计算公式为：σ_H¹＝f(σ_h¹)，第一最大水平地应力和第一最小水平地应力呈线性关系；

在第一最大水平地应力的计算公式中引入最大水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式为：

其中，(σ_H)_T表示最大水平构造应力，所述ε_h表 示所述最小水平地应力的方向上的构造应力系数，所述ε_H表示所述最大水平地应力的方向上的构造应力的系数，所述E表示煤层的杨氏模量。

确定煤样的杨氏模量，包括：

根据煤样的测井数据，确定煤样的横波时差和纵波时差；

将煤样的横波时差和纵波时差，代入煤样的杨氏模量的计算公式计算得到煤样的杨氏模量E1，其中，DTS1表示煤样的横波时差，DTC1表示煤样的纵波时差，ρ1表示煤样的密度，Ω1表示煤样的含气饱和度；

根据煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定预设范围内的煤层的形变系数，包括：

根据煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定预设范围内的煤层的形变系数为：其中，E1表示煤样的杨氏模量，E2表示砂泥岩的杨氏模量。

进一步地，待测煤层的力学参数包括：待测煤层的杨氏模量E、泊松比μ、毕奥特系数α、垂向地应力σ_v和孔隙压力P_P，在步骤104之前，该方法还包括：

确定预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

确定预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原，包括：

读取煤样所在的煤层的第一期水力压裂曲线的裂缝闭合压力，将裂缝闭合压力作为煤样的第一最小水平地应力煤样的第一最小水平地应力为煤样所在煤层的第一最小水平地应力；

根据煤样的泊松比计算公式确定煤样的泊松比μ1，其中，X表示预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数；

根据煤样所在的煤层的密度测井信息，确定煤样的垂向地应力σ_v1，煤样的垂向地应力为煤样所在煤层的垂向地应力；

根据煤样的毕奥特系数计算公式确定煤样的毕奥特系数α1，其中，C1表示煤样的岩石压缩系数，C1_ma表示煤样的岩石骨架压缩系数；

根据煤样所在的煤层的试井数据，确定煤样的孔隙压力P_P1，煤样的孔隙压力为煤样所在煤层的孔隙压力；

将煤样的第一最小水平地应力煤样的泊松比μ1、煤样的垂向地应力σ_v1、煤样的毕奥特系数α1、煤样的孔隙压力P_P1和预设范围内的煤层的形变系数B，代入煤样的第一最小水平地应力计算公式，计算得到预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

进一步地，在根据煤样的泊松比计算公式确定煤样的泊松比μ1之前，该方法还包括：

对煤样进行三轴力学实验，得到煤样的泊松比；

将煤样的泊松比、煤样的横波时差和纵波时差代入煤样的泊松比计算公式计算得到预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数X。

步骤103可以包括：根据待测煤层的测井数据，确定待测煤层的横波时差和纵波时差；

将待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的杨氏模量的计算公式计算得到待测煤层杨氏模量E，其中，DTS表示待测煤层的横波时差，DTC表示待测煤层的纵波时差，ρ表示待测煤层的密度，Ω表示待测煤层的含气饱和度；

将待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的泊松比计算公式：计算得到待测煤层的泊松比μ；

获取待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma；

将待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma，代入煤层的毕奥特系数计算公式：计算得到待测煤层的毕奥特系数α；

根据待测煤层的密度测井信息，确定待测煤层的垂向地应力σ_v；

根据待测煤层的试井数据，确定待测煤层的孔隙压力P_P。

综上所述，本发明实施例提供的煤层地应力测量方法，通过建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式和最大水平地应力的计算公式，获取待测煤层的力学参数，根据最小水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力，根据最大水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。由于建立了针对煤层的水平地应力计算公式，并根据针对煤层的水平地应力计算公式，计算煤层的水平地应力，因此，本发明解决了采用Anderson模型测量得到的煤层的水平地应力的准确性较低，且最大水平地应力与最小水平地应力相等对于煤层而言合理性较低的问题，提高了测量煤层的水平地应力的准确性，测量结果更接近实际值，因此，本发明的合理性较高。

请参考图2，其示出了本发明另一个实施例提供的煤层地应力测量方法的方法流程图，参见图2，该方法流程具体包括：

在步骤201中，在预设范围内的煤层中采集煤岩作为煤样。

其中，预设范围可以根据实际情况确定。

在步骤202中，确定煤样的杨氏模量。

请参考图3，其示出的是图2所示实施例提供的确定煤样的杨氏模量的方法的方法流程图，参见图3，该方法流程具体包括：

在步骤2021中，根据煤样的测井数据，确定煤样的横波时差和纵波时差。

在本发明实施例中，煤样的测井数据可以根据对煤样所在煤层的测井信息 获得，其可以是预先获知的，且测井数据通常包括：横波时差和纵波时差，因此，可以直接根据煤样的测井数据，确定煤样的横波时差和纵波时差。

在步骤2022中，将煤样的横波时差和纵波时差，代入煤样的杨氏模量的计算公式，计算得到煤样的杨氏模量。

其中，煤样的杨氏模量的计算公式为：DTS1表示煤样的横波时差，DTC1表示煤样的纵波时差，ρ1表示煤样的密度，Ω1表示煤样的含气饱和度。其中，DTS1和DTC1即为步骤2021中确定的煤样的横波时差和纵波时差，煤样的密度ρ1，以及煤样的含气饱和度Ω1的获得过程可以参考现有技术，本发明实施例在此不作赘述。

需要说明的是，现有技术中，砂泥岩的杨氏模量的计算公式为：其中，DTS2表示砂泥岩的横波时差，DTC2表示砂泥岩的纵波时差，ρ2表示砂泥岩的密度，参见煤样的杨氏模量的计算公式和砂泥岩的杨氏模量计算公式可以看出，煤样的杨氏模量的计算公式中增加了煤样的含气饱和度Ω1和0.64，其中，0.64表示的是由于煤层对甲烷的吸附对杨氏模量的影响，通常情况下，煤层对甲烷的吸附会导致煤层的弹性模量降低36％，也即，煤层对甲烷的吸附会导致煤层的弹性模量降低为砂泥岩的弹性模量的64％，且由于不同区域的煤层的含气饱和度不同，含气饱和度会对煤层的弹性模量造成一定的影响，因此，本发明实施例中还考虑了含气饱和度对煤层的弹性模量的影响，具体表述可参见煤样的杨氏模量的计算公式。

在步骤203中，根据煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定预设范围内的煤层的形变系数。

其中，根据煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定预设范围内的煤层的形变系数包括：根据煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定预设范围内的煤层的形变系数为：其中，E1表示煤样的杨氏模量，E2表示砂泥 岩的杨氏模量。

其中，由于砂泥岩和煤岩在力的作用下都会产生形变，消耗能量，导致其地应力发生改变，而由于煤岩相对砂泥岩来说更易于变形，当以相同的力作用于煤岩和砂泥岩时，煤岩会发生更大的形变，所以相对砂泥岩，煤岩会额外的消耗能量。因此，形变系数可以定义为：不同弹性模量的岩石在相同力的作用下由于形变所消耗的能量占总能量之比，而弹性模量可以表示材料抵抗形变的强度，因此，可以采用煤样的杨氏模量的对数和砂泥岩的杨氏模量的对数之比表示预设范围内的煤层的形变系数。

在步骤204中，根据形变系数，对带有残余构造应力的安德森模型进行修正，得到预设范围内的煤层的第一最小水平地应力的计算公式，第一最小水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式。

其中，第一最小水平地应力的计算公式为：

其中，B表示预设范围内的煤层的形变系数，S_th原表示预设范围内的煤层的残余构造应力；μ表示煤层的泊松比，σ_v表示煤层的垂向地应力，α表示煤层的毕奥特系数，P_P表示煤层的孔隙压力。其中，μ、σ_v、α和P_P为煤层的力学参数。实际应用中，对于预设范围内的煤层而言，B和S_th原都是不变的，因此，采用上述第一最小水平地应计算公式计算煤层的第一最小水平地应力时，B和S_th原为已知数。

在上述第一最小水平地应计算公式中，表示的是垂向地应力的水平分量，αP_P表示的是由孔隙压力而转化成的水平地应力，S_th原-αP_p表示的是由水平构造应力转化成的水平地应力。

其中，带有构造应力的安德森模型可以参考现有技术，本发明实施例在此不再赘述。本发明中首先确定了煤层的形变系数，采用煤层的形变系数对带有 构造应力的安德森模型进行修正，得到针对煤层的第一最小水平地应力的计算公式。

在步骤205中，在第一最小水平地应力的计算公式引入最小水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式。

其中，最小水平构造应力为ε_h表示最小水平地应力的方向上的构造应力系数，ε_H表示最大水平地应力的方向上的构造应力系数，E表示煤层的杨氏模量，E可以是煤层的力学参数。

在第一最小水平地应力的计算公式引入最小水平构造应力，得到的预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式为：

在步骤206中，确定预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

由于最小水平地应力计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式，参见步骤205中的最小水平地应力计算公式可知，在采用步骤205中的最小水平地应力的计算公式计算煤层的最小水平地应力之前，需要确定预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原和最小水平地应力的方向上的构造应力系数ε_h，最大水平地应力的方向上的构造应力系数ε_H。

请参考图4，其示出的是图2所示实施例提供的确定预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原的方法的方法流程图，参见图4，该方法流程可以包括以下几个步骤：

在步骤2061中，读取煤样所在的煤层的第一期水力压裂曲线的裂缝闭合压力，将裂缝闭合压力作为煤样的第一最小水平地应力

其中，煤样的第一最小水平地应力即为煤样所在煤层的第一最小水平地应力，由于地层是在第一次压裂时被压裂开的，第一次压裂得到的第一期水力压裂曲线中的数据能够反映原始地层的应力状态，因此，本发明实施例中，采用 第一期水力压裂曲线的裂缝闭合压力作为煤样的第一最小水平地应力。

在步骤2062中，对煤样进行三轴力学实验，得到煤样的泊松比。

在进行三轴力学实验时，可以直接根据实验数据确定煤样的泊松比μ1。

在步骤2063中，将煤样的泊松比、煤样的横波时差和纵波时差代入煤样的泊松比计算公式，计算得到预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数。

其中，煤样的横波时差和纵波时差即为步骤2021中，根据煤样的测井数据，确定的横波时差和纵波时差。

其中，煤样的泊松比计算公式为：X为煤层的泊松比的纠正系数，DTS1为煤样的横波时差，DTC1为煤样的纵波时差。在该煤样的泊松比计算公式中，当μ1、DTS1和DTC1都已知时，可以求解得到煤层的泊松比的纠正系数X，该纠正系数X可以用于纠正预设范围内的所有煤层的泊松比。

需要说明的是，现有技术中，砂泥岩的泊松比计算公式为：其中，DTS2表示砂泥岩的横波时差，DTC2表示砂泥岩的纵波时差，0.5可以用于表示砂泥岩的泊松比的纠正系数。由于相比于砂泥岩，煤层的质地较软，弹性较小，煤层受力时更容易产生形变，因此，煤层的泊松比的纠正系数与砂泥岩的泊松比的纠正系数不同，而对于预设范围内的煤层来讲，其泊松比的纠正系数相同。

本发明实施例中，为了确定煤层的泊松比的纠正系数，将砂泥岩的泊松比计算公式中的0.5用X代替，对采集到的煤样进行三轴力学实验，得到煤样的泊松比，并根据煤样所在煤层的测井数据，确定了煤样的横波时差和纵波时差，进而将煤样的泊松比、横波时差和纵波时差代入反推出煤层的泊松比的纠正系数X。

在步骤2064中，根据煤样的泊松比计算公式，确定煤样的泊松比。

当确定了煤层的泊松比的纠正系数X后，煤样的泊松比计算公式即为以煤 岩的横波时差DTS1和纵波时差DTC1为自变量的计算公式，将煤样的横波时差DTS1和纵波时差DTC1代入煤样的泊松比计算公式，计算即可得到煤样的泊松比μ1。

在步骤2065中，根据煤样所在的煤层的密度测井信息，确定煤样的垂向地应力σ_v1。

其中，煤样的垂向地应力为煤样所在煤层的垂向地应力。根据煤样所在的煤层的密度测井信息，计算煤样的垂向地应力的计算公式为：采用该计算公式计算煤样的垂向地应力时，σ_v1表示煤样的垂向地应力，H1表示煤样所在的煤层的埋深，h1表示位于煤样所在的煤层上的测量点的深度，ρ1(h1)表示测井得到的以煤样所在的煤层上的测量点的深度为变量的煤层的密度函数，g表示重力加速度，取值可以为9.8m/s²。

将煤层的密度函数ρ1(h1)、重力加速度g、煤样所在的煤层的埋深H1，代入公式中进行计算，即可得到煤样的垂向地应力σ_v1。

在步骤2066中，根据煤样的毕奥特系数计算公式，确定煤样的毕奥特系数。

其中，煤样的毕奥特系数计算公式为C1表示煤样的岩石压缩系数，C1_ma表示煤样的岩石骨架压缩系数，B表示步骤203中确定的预设范围内的煤层的形变系数。

其中，$C1=3\·\frac{1-2\mathrm{\μl}}{E1},{C1}_{\mathrm{ma}}{=\left\{\mathrm{\ρ}1\right[\frac{1}{{\left(\mathrm{DTC}1\right)}^2}-\frac{4}{3{\left(\mathrm{DTC}1\right)}^2}]\×{10}^9\}}^{-1},$E1为步骤2022中计算得到的煤样的杨氏模量，μ1为步骤2064中计算得到的煤样的泊松比，ρ1为煤样的密度，DTC1为步骤2021中确定的煤样的纵波时差，煤样的密度ρ1的获得过程可以参考现有技术；将μ1和E1代入公式计算得到煤样的岩石压缩系数C1，将ρ1和DTC1代入公式计算得到 煤样的岩石骨架压缩系数C1_ma，之后将B、C1和C1_ma代入公式计算得到煤样的毕奥特系数α1。

需要说明的是，现有技术中，砂泥岩的毕奥特系数计算公式为：其中，C2表示砂泥岩的岩石压缩系数，C2_ma表示砂泥岩的岩石骨架压缩系数，由于形变会改变岩石的骨架，因此，本发明实施例中，采用形变系数B，对砂泥岩的岩石骨架压缩系数进行修正，得到煤层的毕奥特系数计算公式。

在步骤2067中，根据煤样所在的煤层的试井数据，确定煤样的孔隙压力P_P1。

其中，煤样的孔隙压力为煤样所在煤层的孔隙压力，煤样的孔隙压力P_P1可以直接根据煤样所在的煤层的试井数据确定，本发明实施例在此不再赘述。

在步骤2068中，将煤样的第一最小水平地应力煤样的泊松比μ1、煤样的垂向地应力σ_v1、煤样的毕奥特系数α1、煤样的孔隙压力P_P1和预设范围内的煤层的形变系数B，代入煤样的第一最小水平地应力计算公式，计算得到预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

其中，煤样的第一最小水平地应力计算公式为

计算得到预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原后，就确定了煤层的第一最小水平地应力计算公式其是一个以煤层的力学参数μ、σ_v、α和P_P为自变量的公式。

需要说明的是，实际应用中，对于预设范围内的煤层而言，ε_h和ε_H也是不变的，ε_h和ε_H的实际求取过程可以参考的S_th原的求取过程，本发明实施例在此不再赘述。

在步骤207中，对煤样进行凯撒实验。

凯撒实验属于现有技术，因此对煤样进行凯撒实验的过程可以参考现有技 术，本发明实施例在此不再赘述。

在步骤208中，根据凯撒实验的结果，确定第一最大水平地应力的计算公式为：σ_H¹＝f(σ_h¹)，第一最大水平地应力和第一最小水平地应力呈线性关系。

其中，最大第一水平地应力的计算公式是以最小第一水平地应为自变量的计算公式，最大第一水平地应力和最小第一水平地应力呈线性关系。其中，可以对凯撒实验的结果进行分析，确定最大水平地应力的计算公式。

在步骤209中，在第一最大水平地应力的计算公式中引入最大水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式。

其中，最大水平构造应力为ε_h表示最小水平地应力的方向上的构造应力系数，ε_H表示最大水平地应力的方向上的构造应力系数，E表示煤层的杨氏模量，E可以是煤层的力学参数。

在第一最大水平地应力的计算公式引入最小水平构造应力，得到的预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式为：

${\mathrm{\σ}}_H=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+{\left({\mathrm{\σ}}_H\right)}_T=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+\frac{E}{1-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ϵ}}_H+\frac{\mathrm{E\μ}}{1-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ϵ}}_h,$由于实际应用中，对于预设范围内的煤层而言，ε_h和ε_H也是不变的，在求取ε_h和ε_H后，ε_h和ε_H即为已知数，而第一最小水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式，煤层的力学参数包括E和μ，因此预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式也是以煤层的力学参数为自变量的计算公式。

在步骤210中，获取待测煤层的力学参数，待测煤层为预设范围内的煤层。

由于煤层的最小水平地应力的计算公式和最大水平地应力的计算公式都是以煤层的力学参数为自变量的计算公式，因此，在测量煤层的水平地应力之前，可以先获取待测煤层的力学参数。其中，待测煤层的力学参数包括：待测煤层的杨氏模量、泊松比、毕奥特系数、垂向地应力和孔隙压力。

请参考图5，其示出的是图2所示实施例提供的获取待测煤层的力学参数的方法的方法流程图，参见图5，该方法流程可以包括以下几个步骤：

在步骤2101中，根据待测煤层的测井数据，确定待测煤层的横波时差和纵波时差。

在本发明实施例中，待测煤层的测井数据可以根据待测煤层的测井信息获得，其可以是预先获知的，且测井数据通常包括：横波时差和纵波时差，因此，可以直接根据待测煤层的测井数据，确定待测煤层的横波时差和纵波时差。

在步骤2102中，将待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的杨氏模量计算公式，计算得到待测煤层的杨氏模量。

其中，煤层的杨氏模量计算公式为：其中，DTS表示待测煤层的横波时差，DTC表示待测煤层的纵波时差，ρ表示待测煤层的密度，Ω表示待测煤层的含气饱和度，待测煤层的密度ρ和含气饱和度Ω的获得过程可以参考现有技术，本发明实施例在此不作赘述。将待测煤层的纵波时差、横波时差、密度和含气饱和度带入上述公式中计算即可得到待测煤层的杨氏模量E。

在步骤2103中，将待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的泊松比计算公式，计算得到待测煤层的泊松比。

其中，煤层的泊松比计算公式为：其中，μ表示待测煤层的泊松比，DTS表示待测煤层的横波时差，DTC表示待测煤层的纵波时差，X表示步骤2063中确定的预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数，在预设范围内，X为常数。

将步骤2101中确定的待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的泊松比计算公式计算得到待测煤层的泊松比μ。

在步骤2104中，获取待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma。

其中，$C=3\·\frac{1-2\mathrm{\μ}}{E},C_{\mathrm{ma}}{=\left\{\mathrm{\ρ}\right[\frac{1}{{\left(\mathrm{DTC}\right)}^2}-\frac{4}{3{\left(\mathrm{DTC}\right)}^2}]\×{10}^9\}}^{-1},$μ表示步骤2103中计 算得到的待测煤层的泊松比，E表示步骤2102中计算得到的待测煤层的杨氏模量，ρ表示待测煤层的密度，DTC表示步骤2081中确定的待测煤层的纵波时差；将E和μ代入公式计算得到待测煤层的岩石压缩系数C；将ρ和DTC代入公式计算得到待测煤层的岩石骨架压缩系数C_ma。

在步骤2105中，将待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma，代入煤层的毕奥特系数计算公式，计算得到待测煤层的毕奥特系数α。

其中，煤层的毕奥特系数计算公式为：B表示步骤203中确定的预设范围内的煤层的形变系数，将步骤2104中确定的待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma代入煤层的毕奥特系数计算公式计算得到待测煤层的毕奥特系数α。

在步骤2106中，根据待测煤层的密度测井信息，确定待测煤层的垂向地应力σ_v。

其中，根据待测煤层的密度测井信息，计算待测煤层的垂向地应力的计算公式为：采用该计算公式计算待测煤层的垂向地应力时，σ_v表示待测煤层的垂向地应力，H表示待测煤层的埋深，h表示位于待测煤层上的测量点的深度，ρ(h)表示测井得到的以待测煤层上的测量点的深度为变量的待测煤层的密度函数，g表示重力加速度，取值可以为9.8m/s²。

将待测煤层的密度函数ρ(h)、重力加速度g、待测煤层的埋深H，代入公式中进行计算，即可得到待测煤层的垂向地应力σ_v。

在步骤2107中，根据待测煤层的试井数据，确定待测煤层的孔隙压力P_P。

其中，待测煤层的孔隙压力P_P可以直接根据待测煤层的试井数据确定，本 发明实施例在此不再赘述。

在步骤211中，根据最小水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力。

具体地，将步骤2102中计算得到的待测煤层的杨氏模量E、步骤2103中计算得到的待测煤层的泊松比μ，步骤2105中确定的待测煤层的毕奥特系数α，步骤2106中确定的待测煤层的垂向地应力σ_v和步骤2107中确定的待测煤层的孔隙压力P_P代入最小水平地应力的计算公式中，计算得到待测煤层的最小水平地应力σ_h。

在步骤212中，根据最大水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。

具体地，由于第一最大水平地应力的计算公式是以第一最小水平地应力为自变量的计算公式，实际应用中，可以先计算出煤层的第一最小水平地应力，然后将煤层的第一最小水平地应力和步骤2102中计算得到的待测煤层的杨氏模量E、步骤2103中计算得到的待测煤层的泊松比μ，代入最大水平地应力计算公式计算得到待测煤层的最大水平地应力。

需要说明的是，在本发明实施例中，当需要计算煤层的垂向地应力时，可以参考现有技术中的根据待测煤层的密度测井信息，计算待测煤层的垂向地应力的计算公式进行计算，本发明实施例在此不做详细赘述。煤层的垂向地应力计算公式、最小水平地应力计算公式和最大水平地应力计算公式可以称为煤层的地应力模型。

进一步地，还需要说明的是，本发明实施例提供的煤层地应力测量方法也适用于测量煤层顶底板的地应力，采用与上述类似的方法，本发明实施例中还提供了煤层的顶底板的地应力模型，其中，在煤层的顶底板的地应力模型中， 煤层的顶底板的最小水平地应力计算公式为：最大水平地应力计算公式为：σ_H3＝f(σ_h3)，垂向地应力计算公式为：其中，σ_v3表示煤层顶底板的垂向地应力，H3表示煤层顶底板的埋深，h3表示位于煤层顶底板上的测量点的深度，ρ3(h3)表示测井得到的以煤层顶底板上的测量点的深度为变量的煤层顶底板的密度函数，g表示重力加速度，取值可以为9.8m/s²，B表示预设范围内的煤层的形变系数，μ3表示煤层顶底板的泊松比，α3表示煤层顶底板的毕奥特系数，P_P3表示煤层顶底板的孔隙压力，S_th原表示预设范围内的煤层的残余构造应力，煤层顶底板的最小水平地应力计算公式是以煤层顶底板的力学参数为自变量的计算公式，煤层顶底板的最大水平地应力计算公式是以最小水平地应力为自变量的计算公式。

还需要说明的是，本发明实施例提供的煤层地应力测量方法步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的煤层地应力测量方法，通过建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式和最大水平地应力的计算公式，获取待测煤层的力学参数，根据最小水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力，根据最大水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。由于建立了针对煤层的水平地应力计算公式，并根据针对煤层的水平地应力计算公式，计算煤层的水平地应力，因此，本发明解决了采用Anderson模型测量得到的煤层的水平地应力的准确性较低，且最大水平地应力与最小水平地应力相等对于煤层而言合理性较低的问题，提高了测量煤层的水平地应力的准确性，测量结果更接近实际值，因此，本发明的合理性较高。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

请参考图6，其示出了本发明一个实施例提供的煤层地应力测量装置60的框图，该煤层地应力测量装置60可以用于执行图1或图2所示实施例提供的煤层地应力测量方法，参见图6，该煤层地应力测量装置60可以包括但不限于：

第一建立模块610，用于建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式，最小水平地应力的计算公式包括最小水平构造应力，且最小水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式。

第二建立模块620，用于建立预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式，最大水平地应力的计算公式包括最大水平构造应力，最大水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式，且最大水平地应力不等于最小水平地应力。

获取模块630，用于获取待测煤层的力学参数，待测煤层为预设范围内的煤层。

第一计算模块640，用于根据第一建立模块610建立的最小水平地应力的计算公式和获取模块630获取到的待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力。

第二计算模块650，用于根据第二建立模块620建立的最大水平地应力的计算公式和获取模块630获取到的待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。

综上所述，本发明实施例提供的煤层地应力测量装置，通过建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式和最大水平地应力的计算公式，获取待测煤层的力学参数，根据最小水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力，根据最大水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。由于建立了针对 煤层的水平地应力计算公式，并根据针对煤层的水平地应力计算公式，计算煤层的水平地应力，因此，本发明解决了采用Anderson模型测量得到的煤层的水平地应力的准确性较低，且最大水平地应力与最小水平地应力相等对于煤层而言合理性较低的问题，提高了测量煤层的水平地应力的准确性，测量结果更接近实际值，因此，本发明的合理性较高。

请参考图7，其示出了本发明另一个实施例提供的煤层地应力测量装置70的框图，该煤层地应力测量装置70可以用于执行图1或图2所示实施例提供的煤层地应力测量方法，参见图7，该煤层地应力测量装置70可以包括但不限于：

第一建立模块710，用于建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式，最小水平地应力的计算公式包括最小水平构造应力，且最小水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式。

第二建立模块720，用于建立预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式，最大水平地应力的计算公式包括最大水平构造应力，最大水平地应力的计算公式是以煤层的力学参数为自变量的计算公式，且最大水平地应力不等于最小水平地应力。

获取模块730，用于获取待测煤层的力学参数，待测煤层为预设范围内的煤层。

第一计算模块740，用于根据第一建立模块710建立的最小水平地应力的计算公式和获取模块730获取到的待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力。

第二计算模块750，用于根据第二建立模块720建立的最大水平地应力的计算公式和获取模块730获取到的待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。

可选地，请参考图8，其示出的是第一建立模块710的框图，参见图8，第一建立模块710，包括：

建立单元711，用于建立预设范围内的煤层对应的第一最小水平地应力的计算公式；

引入单元712，用于在建立单元711建立的第一最小水平地应力的计算公式中引入最小水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式。

可选地，请参考图9，其示出的是建立单元711的框图，参见图9，建立单元711，包括：

采集子单元7111，用于在预设范围内的煤层中采集煤岩作为煤样；

第一确定子单元7112，用于确定采集单元7111采集的煤样的杨氏模量；

第二确定子单元7113，用于根据第一确定单元7112确定的煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定预设范围内的煤层的形变系数；

修正子单元7114，用于根据第二确定单元7113确定的形变系数，对带有残余构造应力的安德森模型进行修正，得到预设范围内的煤层的最小水平地应力的计算公式为：

其中，B表示预设范围内的煤层的形变系数，S_th原表示预设范围内的煤层的残余构造应力；

μ表示煤层的泊松比，σ_v表示煤层的垂向地应力，α表示煤层的毕奥特系数，P_P表示煤层的孔隙压力。

可选地，引入单元712，用于在第一建立单元711建立的第一最小水平地应力的计算公式中引入最小水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式为：σ_h＝σ_h¹+(σ_h)_T；

其中，(σ_h)_T表示最小水平构造应力，ε_h表示最小水平地应力的方向上的构造应力系数，ε_H表示最大水平地应力的方向上的构造应力系数，E表示煤层的杨氏模量。

可选地，请参考图10，其示出的是第二建立模块720的框图，参见图10，第二建立模块720，包括：

实验单元721，用于对采集单元711采集的煤样进行凯撒实验；

确定单元722，用于根据实验单元721的凯撒实验的结果，确定第一最大水平地应力的计算公式为：σ_H¹＝f(σ_h¹)，第一最大水平地应力和第一最小水平地应力呈线性关系；

引入单元723，用于在确定单元722确定的第一最大水平地应力的计算公式中引入最大水平构造应力，得到预设范围内的煤层对应的最大水平地应力的计算公式为：${\mathrm{\σ}}_H=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+{\left({\mathrm{\σ}}_H\right)}_T;$

其中，(σ_H)_T表示最大水平构造应力，ε_h表示最小水平地应力的方向上的构造应力系数，ε_H表示最大水平地应力的方向上的构造应力的系数，E表示煤层的杨氏模量。

可选地，请参考图11，其示出的是第一确定子单元7112的框图，参见图10，第一确定子单元7112，包括：

确定子单元71121，用于根据煤样的测井数据，确定煤样的横波时差和纵波时差；

计算子单元71122，用于将确定子单元71121确定的煤样的横波时差和纵波时差，代入煤样的杨氏模量的计算公式计算得到煤样的杨氏模量E1，其中，DTS1表示煤样的横波时差，DTC1表示煤样的纵波时差，ρ1表示煤样的密度，Ω1表示煤样的含气饱和度；

请参考图12，其示出的是第二确定子单元7113的框图，参见图12，第二确定子单元7113，包括：

确定子单元71131，用于根据煤样的杨氏模量和砂泥岩的杨氏模量，确定预设范围内的煤层的形变系数为：其中，E1表示煤样的杨氏模量，E2 表示砂泥岩的杨氏模量。

可选地，请继续参考图7，待测煤层的力学参数包括：待测煤层的杨氏模量E、泊松比μ、毕奥特系数α、垂向地应力σ_v和孔隙压力P_P，该煤层地应力测量装置70还可以包括：

确定模块760，用于确定预设范围内的煤层的残余构造应力S_th原。

可选地，请参考图13，其示出的是确定模块760的框图，参见图13，确定模块760，包括：

读取单元761，用于读取煤样所在的煤层的第一期水力压裂曲线的裂缝闭合压力，将裂缝闭合压力作为煤样的第一最小水平地应力σ_h1，煤样的第一最小水平地应力为煤样所在煤层的第一最小水平地应力；

第一确定单元762，用于根据煤样的泊松比计算公式确定煤样的泊松比μ1，其中，X表示预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数；

第二确定单元763，用于根据煤样所在的煤层的密度测井信息，确定煤样的垂向地应力σ_v1，煤样的垂向地应力为煤样所在煤层的垂向地应力；

第三确定单元764，用于根据煤样的毕奥特系数计算公式确定煤样的毕奥特系数α1，其中，C1表示煤样的岩石压缩系数，C1_ma表示煤样的岩石骨架压缩系数；

第四确定单元765，用于根据煤样所在的煤层的试井数据，确定煤样的孔隙压力P_P1，煤样的孔隙压力为煤样所在煤层的孔隙压力；

第一计算单元766，用于将煤样的第一最小水平地应力σ_h1、煤样的泊松比μ1、煤样的垂向地应力σ_v1、煤样的毕奥特系数α1、煤样的孔隙压力P_P1和所述预设范围内的煤层的形变系数B，代入煤样的第一最小水平地应力计算公式，计算得到预设范围内的煤层的残余 构造应力S_th原。

可选地，该煤层地应力测量装置70还可以包括：

实验单元767，用于对采集单元711采集的煤样进行三轴力学实验，得到煤样的泊松比；

第二计算单元768，用于将实验单元767得到的煤样的泊松比、确定子单元7121确定的煤样的横波时差和纵波时差代入煤样的泊松比计算公式计算得到预设范围内的煤层的泊松比的纠正系数X。

可选地，请参考图14，其示出的是获取模块730的框图，参见图14，获取模块730，包括：

第一确定单元731，用于根据待测煤层的测井数据，确定待测煤层的横波时差和纵波时差；

第一计算单元732，用于将第一确定单元731确定的待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的杨氏模量的计算公式计算得到待测煤层杨氏模量E，其中，DTS表示待测煤层的横波时差，DTC表示待测煤层的纵波时差，ρ表示待测煤层的密度，Ω表示待测煤层的含气饱和度；

第二计算单元733，用于将第一确定单元731确定的待测煤层的横波时差和纵波时差，代入煤层的泊松比计算公式：计算得到待测煤层的泊松比μ；

获取单元734，用于获取待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma；

第三计算单元735，用于将获取单元734获取到的待测煤层的岩石压缩系数C和岩石骨架压缩系数C_ma，代入煤层的毕奥特系数计算公式：计算得到待测煤层的毕奥特系数α；

第二确定单元736，用于根据待测煤层的密度测井信息，确定待测煤层的垂向地应力σ_v；

第三确定单元737，用于根据待测煤层的试井数据，确定待测煤层的孔隙压力P_P。

综上所述，本发明实施例提供的煤层地应力测量装置，通过建立预设范围内的煤层对应的最小水平地应力的计算公式和最大水平地应力的计算公式，获取待测煤层的力学参数，根据最小水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最小水平地应力，根据最大水平地应力的计算公式和待测煤层的力学参数，计算得到待测煤层的最大水平地应力。由于建立了针对煤层的水平地应力计算公式，并根据针对煤层的水平地应力计算公式，计算煤层的水平地应力，因此，本发明解决了采用Anderson模型测量得到的煤层的水平地应力的准确性较低，且最大水平地应力与最小水平地应力相等对于煤层而言合理性较低的问题，提高了测量煤层的水平地应力的准确性，测量结果更接近实际值，因此，本发明的合理性较高。

需要说明的是：上述实施例提供的煤层地应力测量装置在测量煤层的地应力时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的煤层地应力测量方法与装置实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。