煤层地应力测量方法和装置与流程

技术特征：

1.一种煤层地应力测量方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

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。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

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。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

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。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

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。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

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。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，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。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

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。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，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。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，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。

11.一种煤层地应力测量装置，其特征在于，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。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，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。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，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。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，

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。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，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。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，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E2表示砂泥岩的杨氏模量。

17.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，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。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，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。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，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。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，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。