煤層地應力測量方法和裝置與流程

本發明涉及地質測量領域，特別涉及一種煤層地應力測量方法和裝置。

背景技術：

地應力是地殼巖體形成褶皺、斷裂、節理等地質構造的根本作用力。在油氣勘探、鉆井、采油等工程的方案設計與施工中，煤層的地應力數據是不可缺少的基礎參數，其對于判斷井壁的穩定性、地層的破裂力起著至關重要的作用，煤層的地應力數據可以用于定向井以及水平井的井眼軌跡的設計與控制，是實現科學布井的前提。因此，很有必要對煤層的地應力進行測量。其中，地應力通常包括垂向地應力和水平地應力，水平地應力包括最小水平地應力和最大水平地應。

現有技術中，通常采用密度測井信息測量煤層的垂向地應力，采用測量砂泥巖地應力的安德森(英文：Anderson)模型來測量煤層的水平地應力。具體地，根據密度測井信息計算煤層的垂向地應力的計算公式為：其中，H表示待測煤層的埋深，ρ(h)表示以待測煤層的深度為變量的待測煤層的密度函數，g表示重力加速度；Anderson模型中的最小水平地應力的計算公式為:最大水平地應力計算公式為：在采用Anderson模型計算煤層的水平地應力時，μ表示待測煤層的泊松比，σ_v表示待測煤層的垂向地應力，α表示待測煤層的畢奧特(英文：Biot)系數，P_P表示待測煤層的孔隙壓力。根據對待測煤層的測井 信息得到待測煤層的測井數據，根據測井數據得到待測煤層的埋深H、密度函數ρ(h)、泊松比μ和Biot系數α，根據待測煤層的試井數據得到待測煤層的孔隙壓力P_P，然后將H和ρ(h)代入垂向地應力計算公式，計算得到待測煤層的垂向地應力σ_v，將計算得到的垂向地應力σ_v、μ、α和P_P代入最小水平地應力計算公式中，計算得到待測煤層的最小水平地應力，進而根據最小水平地應力與最大水平地應力相等來確定最大水平地應力的大小。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：

相比于砂泥巖，煤層的質地較軟，彈性較小，煤層受力時更容易產生徑向(水平方向)形變，煤層形變后，煤層的地應力會重新分布，最小水平地應力和最大水平地應力不相等，因此，采用Anderson模型測量得到的煤層的水平地應力的準確性較低，且最大水平地應力與最小水平地應力相等對于煤層而言合理性較低。

技術實現要素：

為了解決現有的煤層地應力測量方法測量的水平地應力的準確性較低，且最大水平地應力與最小水平地應力相等合理性較低的問題，本發明提供一種煤層地應力測量方法和裝置。所述技術方案如下：

第一方面，提供一種煤層地應力測量方法，所述方法包括：

建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式，所述最小水平地應力的計算公式包括最小水平構造應力，且所述最小水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式；

建立預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式，所述最大水平地應力的計算公式包括最大水平構造應力，所述最大水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式，且所述最大水平地應力不等于所述最小水平地應力；

獲取待測煤層的力學參數，所述待測煤層為所述預設范圍內的煤層；

根據所述最小水平地應力的計算公式和所述待測煤層的力學參數，計算得到所述待測煤層的最小水平地應力；

根據所述最大水平地應力的計算公式和所述待測煤層的力學參數，計算得到所述待測煤層的最大水平地應力。

可選地，所述建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式，包括：

建立預設范圍內的煤層對應的第一最小水平地應力的計算公式；

在所述第一最小水平地應力的計算公式中引入所述最小水平構造應力，得到所述預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式。

可選地，所述建立預設范圍內的煤層對應的第一最小水平地應力的計算公式，包括：

在所述預設范圍內的煤層中采集煤巖作為煤樣；

確定所述煤樣的楊氏模量；

根據所述煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定所述預設范圍內的煤層的形變系數；

根據所述形變系數，對帶有殘余構造應力的安德森模型進行修正，得到所述預設范圍內的煤層的第一最小水平地應力的計算公式為：

其中，所述B表示所述預設范圍內的煤層的形變系數，所述S_th原表示所述預設范圍內的煤層的殘余構造應力；

所述μ表示煤層的泊松比，所述σ_v表示煤層的垂向地應力，所述α表示煤層的畢奧特系數，所述P_P表示煤層的孔隙壓力。

可選地，所述在所述第一最小水平地應力的計算公式中引入所述最小水平構造應力，得到所述預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式，包括：

在所述第一最小水平地應力的計算公式中引入所述最小水平構造應力，得到所述預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式為：σ_h＝σ_h¹+(σ_h)_T；

其中，所述(σ_h)_T表示所述最小水平構造應力，所述ε_h表示所述最小水平地應力的方向上的構造應力系數，所述ε_H表示所述最大水平地應力的方向上的構造應力系數，所述E表示煤層的楊氏模量。

可選地，所述建立預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式，包括：

對所述煤樣進行凱撒實驗；

根據凱撒實驗的結果，確定所述第一最大水平地應力的計算公式為：σ_H¹＝f(σ_h¹)，所述第一最大水平地應力和所述第一最小水平地應力呈線性關系；

在所述第一最大水平地應力的計算公式中引入所述最大水平構造應力，得到所述預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式為：${\mathrm{\σ}}_H=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+{\left({\mathrm{\σ}}_H\right)}_T;$

其中，所述(σ_H)_T表示所述最大水平構造應力，所述ε_h表示所述最小水平地應力的方向上的構造應力系數，所述ε_H表示所述最大水平地應力的方向上的構造應力的系數，所述E表示煤層的楊氏模量。

可選地，所述確定所述煤樣的楊氏模量，包括：

根據所述煤樣的測井數據，確定所述煤樣的橫波時差和縱波時差；

將所述煤樣的橫波時差和所述縱波時差，代入煤樣的楊氏模量的計算公式計算得到所述煤樣的楊氏模量E1，其中，所述DTS1表示煤樣的橫波時差，所述DTC1表示煤樣的縱波時差，所述ρ1表示煤樣的密度，所述Ω1表示煤樣的含氣飽和度；

所述根據所述煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定所述預設范圍內的煤層的形變系數，包括：

根據所述煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定所述預設范圍內的煤層的形變系數為：其中，所述E1表示煤樣的楊氏模量，所述E2表示砂泥巖的楊氏模量。

可選地，所述待測煤層的力學參數包括：所述待測煤層的楊氏模量E、泊松比μ、畢奧特系數α、垂向地應力σ_v和孔隙壓力P_P，在所述根據所述最小水平地應力的計算公式和所述待測煤層的力學參數，計算得到所述待測煤層的最小水平地應力之前，所述方法還包括：

確定所述預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

可選地，所述確定所述預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原，包括：

讀取所述煤樣所在的煤層的第一期水力壓裂曲線的裂縫閉合壓力，將所述裂縫閉合壓力作為所述煤樣的第一最小水平地應力所述煤樣的第一最小水平地應力為所述煤樣所在煤層的第一最小水平地應力；

根據煤樣的泊松比計算公式確定所述煤樣的泊松比μ1，其中，所述X表示所述預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數；

根據所述煤樣所在的煤層的密度測井信息，確定所述煤樣的垂向地應力σ_v1，所述煤樣的垂向地應力為所述煤樣所在煤層的垂向地應力；

根據煤樣的畢奧特系數計算公式確定所述煤樣的畢奧特系數α1，其中，所述C1表示煤樣的巖石壓縮系數，所述C1_ma表示煤樣的巖石骨架壓縮系數；

根據所述煤樣所在的煤層的試井數據，確定所述煤樣的孔隙壓力P_P1，所述煤樣的孔隙壓力為所述煤樣所在煤層的孔隙壓力；

將所述煤樣的第一最小水平地應力所述煤樣的泊松比μ1、所述煤樣的垂向地應力σ_v1、所述煤樣的畢奧特系數α1、所述煤樣的孔隙壓力P_P1和所述預設范圍內的煤層的形變系數B，代入煤樣的第一最小水平地應力計算公式，計算得到所述預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

可選地，在所述根據煤樣的泊松比計算公式確定所述煤樣的泊松比μ1之前，所述方法還包括：

對所述煤樣進行三軸力學實驗，得到所述煤樣的泊松比；

將所述煤樣的泊松比、所述煤樣的橫波時差和縱波時差代入所述煤樣的泊松比計算公式計算得到所述預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數X。

可選地，所述獲取待測煤層的力學參數，包括：

根據所述待測煤層的測井數據，確定所述待測煤層的橫波時差和縱波時差；

將所述待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的楊氏模量的計算公式計算得到所述待測煤層楊氏模量E，其中，所述DTS表示所述待測煤層的橫波時差，所述DTC表示所述待測煤層的縱波時差，所述ρ表示所述待測煤層的密度，所述Ω表示所述待測煤層的含氣飽和度；

將所述待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的泊松比計算公式：計算得到所述待測煤層的泊松比μ；

獲取所述待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma；

將所述待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma，代入煤層的畢奧特系數計算公式：計算得到所述待測煤層的畢奧特系數α；

根據所述待測煤層的密度測井信息，確定所述待測煤層的垂向地應力σ_v；

根據所述待測煤層的試井數據，確定所述待測煤層的孔隙壓力P_P。

第二方面，提供一種煤層地應力測量裝置，所述裝置包括：

第一建立模塊，用于建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式，所述最小水平地應力的計算公式包括最小水平構造應力，且所述最小水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式；

第二建立模塊，用于建立預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式，所述最大水平地應力的計算公式包括最大水平構造應力，所述最大水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式，且所述最大水平地應力不等于所述最小水平地應力；

獲取模塊，用于獲取待測煤層的力學參數，所述待測煤層為所述預設范圍內的煤層；

第一計算模塊，用于根據所述最小水平地應力的計算公式和所述待測煤層的力學參數，計算得到所述待測煤層的最小水平地應力；

第二計算模塊，用于根據所述最大水平地應力的計算公式和所述待測煤層的力學參數，計算得到所述待測煤層的最大水平地應力。

可選地，所述第一建立模塊，包括

建立單元，用于建立預設范圍內的煤層對應的第一最小水平地應力的計算公式；

引入單元，用于在所述第一最小水平地應力的計算公式中引入所述最小水平構造應力，得到所述預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式。

可選地，所述建立單元，包括：

采集子單元，用于在所述預設范圍內的煤層中采集煤巖作為煤樣；

第一確定子單元，用于確定所述煤樣的楊氏模量；

第二確定子單元，用于根據所述煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定所述預設范圍內的煤層的形變系數；

修正子單元，用于根據所述形變系數，對帶有殘余構造應力的安德森模型進行修正，得到所述預設范圍內的煤層的最小水平地應力的計算公式為：

其中，所述B表示所述預設范圍內的煤層的形變系數，所述S_th原表示所述預設范圍內的煤層的殘余構造應力；

所述μ表示煤層的泊松比，所述σ_v表示煤層的垂向地應力，所述α表示煤層的畢奧特系數，所述P_P表示煤層的孔隙壓力。

可選地，所述引入單元，用于在所述第一最小水平地應力的計算公式中引入所述最小水平構造應力，得到所述預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式為：σ_h＝σ_h¹+(σ_h)_T；

其中，所述(σ_h)_T表示所述最小水平構造應力，所述ε_h表示所述最小水平地應力的方向上的構造應力系數，所述ε_H表示所述最大水平地應力的方向上的構造應力系數，所述E表示煤層的楊氏模量。

可選地，所述第二建立模塊，包括：

實驗單元，用于對所述煤樣進行凱撒實驗；

確定單元，用于根據凱撒實驗的結果，確定所述第一最大水平地應力的計算公式為：σ_H¹＝f(σ_h¹)，所述第一最大水平地應力和所述第一最小水平地應力呈線性關系；

引入單元，用于在所述第一最大水平地應力的計算公式中引入所述最大水平構造應力，得到所述預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式為：${\mathrm{\σ}}_H=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+{\left({\mathrm{\σ}}_H\right)}_T;$

其中，所述(σ_H)_T表示所述最大水平構造應力，所述ε_h表示所述最小水平地應力的方向上的構造應力系數，所述ε_H表示所述最大水平地應力的方向上的構造應力的系數，所述E表示煤層的楊氏模量。

可選地，所述第一確定子單元，包括：

確定子單元，用于根據所述煤樣的測井數據，確定所述煤樣的橫波時差和縱波時差；

計算子單元，用于將所述煤樣的橫波時差和所述縱波時差，代入煤樣的楊氏模量的計算公式計算得到所述煤樣的楊氏模量E1，其中，所述DTS1表示煤樣的橫波時差，所述DTC1表示煤樣的縱波時差，所述ρ1表示煤樣的密度，所述Ω1表示煤樣的含氣飽和度；

所述第二確定子單元，包括：

確定子單元，用于根據所述煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定所述預設范圍內的煤層的形變系數為：其中，所述E1表示煤樣的楊氏模量，所述E_s為砂泥巖的楊氏模量。

可選地，所述待測煤層的力學參數包括：所述待測煤層的楊氏模量E、泊松比μ、畢奧特系數α、垂向地應力σ_v和孔隙壓力P_P，所述裝置還包括：

確定模塊，用于確定所述預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

可選地，所述確定模塊，包括：

讀取單元，用于讀取所述煤樣所在的煤層的第一期水力壓裂曲線的裂縫閉合壓力，將所述裂縫閉合壓力作為所述煤樣的第一最小水平地應力所述煤樣的第一最小水平地應力為所述煤樣所在煤層的第一最小水平地應力；

第一確定單元，用于根據煤樣的泊松比計算公式確定所述煤樣的泊松比μ1，其中，所述X表示所述預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數；

第二確定單元，用于根據所述煤樣所在的煤層的密度測井信息，確定所述煤樣的垂向地應力σ_v1，所述煤樣的垂向地應力為所述煤樣所在煤層的垂向地應力；

第三確定單元，用于根據煤樣的畢奧特系數計算公式確定所述煤樣的畢奧特系數α1，其中，所述C1表示煤樣的巖石壓縮系數，所述C1_ma表示煤樣的巖石骨架壓縮系數；

第四確定單元，用于根據所述煤樣所在的煤層的試井數據，確定所述煤樣的孔隙壓力P_P1，所述煤樣的孔隙壓力為所述煤樣所在煤層的孔隙壓力；

第一計算單元，用于將所述煤樣的第一最小水平地應力σ_h1、所述煤樣的泊松比μ1、所述煤樣的垂向地應力σ_v1、所述煤樣的畢奧特系數α1、所述煤樣的孔隙壓力P_P1和所述預設范圍內的煤層的形變系數B，代入煤樣的第一最小水平地應力計算公式，計算得到所述預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

可選地，所述裝置還包括：

實驗單元，用于對所述煤樣進行三軸力學實驗，得到所述煤樣的泊松比；

第二計算單元，用于將所述煤樣的泊松比、所述煤樣的橫波時差和縱波時差代入所述煤樣的泊松比計算公式計算得到所述預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數X。

可選地，所述獲取模塊，包括：

第一確定單元，用于根據所述待測煤層的測井數據，確定所述待測煤層的橫波時差和縱波時差；

第一計算單元，用于將所述待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的楊氏模量的計算公式計算得到所述待測煤層楊氏模量E，其中，所述DTS表示所述待測煤層的橫波時差，所述DTC表示所述待測煤層的縱波時差，所述ρ表示所述待測煤層的密度，所述Ω表示所述待測煤層的含氣飽和度；

第二計算單元，用于將所述待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的泊松比計算公式：計算得到所述待測煤層的泊松比μ；

獲取單元，用于獲取所述待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma；

第三計算單元，用于將所述待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma，代入煤層的畢奧特系數計算公式：計算得到所述待測煤層的畢奧特系數α；

第二確定單元，用于根據所述待測煤層的密度測井信息，確定所述待測煤層的垂向地應力σ_v；

第三確定單元，用于根據所述待測煤層的試井數據，確定所述待測煤層的孔隙壓力P_P。

本發明提供的技術方案帶來的有益效果是：

本發明提供的煤層地應力測量方法和裝置，通過建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式和最大水平地應力的計算公式，獲取待測煤層的力學參數，根據最小水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力，根據最大水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。由于建立了針對煤層的水平地應力計算公式，并根據針對煤層的水平地應力計算公式，計算煤層的水平地應力，因此，本發明解決了采用Anderson模型測量得到的煤層的水平地應力的準確性較低，且最大水平地應力與最小水平地應力相等對于煤層而言合理性較低的問題，提高了測量煤層的水平地應力的準確性，測量結果更接近實際值，因此，本發明的合理性較高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明一個實施例提供的煤層地應力測量方法的方法流程圖；

圖2是本發明另一個實施例提供的煤層地應力測量方法的方法流程圖；

圖3是圖2所示實施例提供的確定煤樣的楊氏模量的方法的方法流程圖；

圖4是圖2所示實施例提供的確定預設范圍內的煤層的殘余構造應力的方法的方法流程圖；

圖5是圖2所示實施例提供的獲取待測煤層的力學參數的方法的方法流程圖；

圖6是本發明一個實施例提供的煤層地應力測量裝置的框圖；

圖7是本發明另一個實施例提供的煤層地應力測量裝置的框圖；

圖8是圖7所示實施例提供的第一建立模塊的框圖；

圖9是圖7所示實施例提供的建立單元的框圖；

圖10是圖7所示實施例提供的第二建立模塊的框圖；

圖11是圖7所示實施例提供的第一確定子單元的框圖；

圖12是圖7所示實施例提供的第二確定子單元的框圖；

圖13是圖7所示實施例提供的確定模塊的框圖；

圖14是圖7所示實施例提供的獲取模塊的框圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

請參考圖1，其示出了本發明一個實施例提供的煤層地應力測量方法的方法流程圖，參見圖1，該方法流程具體包括：

在步驟101中，建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式， 最小水平地應力的計算公式包括最小水平構造應力，且最小水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式。

在步驟102中，建立預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式，最大水平地應力的計算公式包括最大水平構造應力，最大水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式，且最大水平地應力不等于最小水平地應力。

在步驟103中，獲取待測煤層的力學參數，待測煤層為預設范圍內的煤層。

在步驟104中，根據最小水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力。

在步驟105中，根據最大水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。

綜上所述，本發明實施例提供的煤層地應力測量方法，通過建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式和最大水平地應力的計算公式，獲取待測煤層的力學參數，根據最小水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力，根據最大水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。由于建立了針對煤層的水平地應力計算公式，并根據針對煤層的水平地應力計算公式，計算煤層的水平地應力，因此，本發明解決了采用Anderson模型測量得到的煤層的水平地應力的準確性較低，且最大水平地應力與最小水平地應力相等對于煤層而言合理性較低的問題，提高了測量煤層的水平地應力的準確性，測量結果更接近實際值，因此，本發明的合理性較高。

進一步地，步驟101可以包括：

建立預設范圍內的煤層對應的第一最小水平地應力的計算公式；

在第一最小水平地應力的計算公式中引入最小水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式。

建立預設范圍內的煤層對應的第一最小水平地應力的計算公式，包括：

在預設范圍內的煤層中采集煤巖作為煤樣；

確定煤樣的楊氏模量；

根據煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定預設范圍內的煤層的形變系數；

根據形變系數，對帶有殘余構造應力的安德森模型進行修正，得到預設范圍內的煤層的第一最小水平地應力的計算公式為：

其中，B表示預設范圍內的煤層的形變系數，S_th原表示預設范圍內的煤層的殘余構造應力；

μ表示煤層的泊松比，σ_v表示煤層的垂向地應力，α表示煤層的畢奧特系數，P_P表示煤層的孔隙壓力。

在第一最小水平地應力的計算公式引入最小水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式，包括：

在第一最小水平地應力的計算公式引入最小水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式為：σ_h＝σ_h¹+(σ_h)_T；

其中，(σ_h)_T表示最小水平構造應力，ε_h表示方向平行于最小水平地應力的構造應力的系數，ε_H表示方向平行于最大水平地應力的構造應力的系數，E表示煤層的楊氏模量。

步驟102可以包括：對煤樣進行凱撒實驗；

根據凱撒實驗的結果，確定第一最大水平地應力的計算公式為：σ_H¹＝f(σ_h¹)，第一最大水平地應力和第一最小水平地應力呈線性關系；

在第一最大水平地應力的計算公式中引入最大水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式為：

其中，(σ_H)_T表示最大水平構造應力，所述ε_h表 示所述最小水平地應力的方向上的構造應力系數，所述ε_H表示所述最大水平地應力的方向上的構造應力的系數，所述E表示煤層的楊氏模量。

確定煤樣的楊氏模量，包括：

根據煤樣的測井數據，確定煤樣的橫波時差和縱波時差；

將煤樣的橫波時差和縱波時差，代入煤樣的楊氏模量的計算公式計算得到煤樣的楊氏模量E1，其中，DTS1表示煤樣的橫波時差，DTC1表示煤樣的縱波時差，ρ1表示煤樣的密度，Ω1表示煤樣的含氣飽和度；

根據煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定預設范圍內的煤層的形變系數，包括：

根據煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定預設范圍內的煤層的形變系數為：其中，E1表示煤樣的楊氏模量，E2表示砂泥巖的楊氏模量。

進一步地，待測煤層的力學參數包括：待測煤層的楊氏模量E、泊松比μ、畢奧特系數α、垂向地應力σ_v和孔隙壓力P_P，在步驟104之前，該方法還包括：

確定預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

確定預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原，包括：

讀取煤樣所在的煤層的第一期水力壓裂曲線的裂縫閉合壓力，將裂縫閉合壓力作為煤樣的第一最小水平地應力煤樣的第一最小水平地應力為煤樣所在煤層的第一最小水平地應力；

根據煤樣的泊松比計算公式確定煤樣的泊松比μ1，其中，X表示預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數；

根據煤樣所在的煤層的密度測井信息，確定煤樣的垂向地應力σ_v1，煤樣的垂向地應力為煤樣所在煤層的垂向地應力；

根據煤樣的畢奧特系數計算公式確定煤樣的畢奧特系數α1，其中，C1表示煤樣的巖石壓縮系數，C1_ma表示煤樣的巖石骨架壓縮系數；

根據煤樣所在的煤層的試井數據，確定煤樣的孔隙壓力P_P1，煤樣的孔隙壓力為煤樣所在煤層的孔隙壓力；

將煤樣的第一最小水平地應力煤樣的泊松比μ1、煤樣的垂向地應力σ_v1、煤樣的畢奧特系數α1、煤樣的孔隙壓力P_P1和預設范圍內的煤層的形變系數B，代入煤樣的第一最小水平地應力計算公式，計算得到預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

進一步地，在根據煤樣的泊松比計算公式確定煤樣的泊松比μ1之前，該方法還包括：

對煤樣進行三軸力學實驗，得到煤樣的泊松比；

將煤樣的泊松比、煤樣的橫波時差和縱波時差代入煤樣的泊松比計算公式計算得到預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數X。

步驟103可以包括：根據待測煤層的測井數據，確定待測煤層的橫波時差和縱波時差；

將待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的楊氏模量的計算公式計算得到待測煤層楊氏模量E，其中，DTS表示待測煤層的橫波時差，DTC表示待測煤層的縱波時差，ρ表示待測煤層的密度，Ω表示待測煤層的含氣飽和度；

將待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的泊松比計算公式：計算得到待測煤層的泊松比μ；

獲取待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma；

將待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma，代入煤層的畢奧特系數計算公式：計算得到待測煤層的畢奧特系數α；

根據待測煤層的密度測井信息，確定待測煤層的垂向地應力σ_v；

根據待測煤層的試井數據，確定待測煤層的孔隙壓力P_P。

綜上所述，本發明實施例提供的煤層地應力測量方法，通過建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式和最大水平地應力的計算公式，獲取待測煤層的力學參數，根據最小水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力，根據最大水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。由于建立了針對煤層的水平地應力計算公式，并根據針對煤層的水平地應力計算公式，計算煤層的水平地應力，因此，本發明解決了采用Anderson模型測量得到的煤層的水平地應力的準確性較低，且最大水平地應力與最小水平地應力相等對于煤層而言合理性較低的問題，提高了測量煤層的水平地應力的準確性，測量結果更接近實際值，因此，本發明的合理性較高。

請參考圖2，其示出了本發明另一個實施例提供的煤層地應力測量方法的方法流程圖，參見圖2，該方法流程具體包括：

在步驟201中，在預設范圍內的煤層中采集煤巖作為煤樣。

其中，預設范圍可以根據實際情況確定。

在步驟202中，確定煤樣的楊氏模量。

請參考圖3，其示出的是圖2所示實施例提供的確定煤樣的楊氏模量的方法的方法流程圖，參見圖3，該方法流程具體包括：

在步驟2021中，根據煤樣的測井數據，確定煤樣的橫波時差和縱波時差。

在本發明實施例中，煤樣的測井數據可以根據對煤樣所在煤層的測井信息 獲得，其可以是預先獲知的，且測井數據通常包括：橫波時差和縱波時差，因此，可以直接根據煤樣的測井數據，確定煤樣的橫波時差和縱波時差。

在步驟2022中，將煤樣的橫波時差和縱波時差，代入煤樣的楊氏模量的計算公式，計算得到煤樣的楊氏模量。

其中，煤樣的楊氏模量的計算公式為：DTS1表示煤樣的橫波時差，DTC1表示煤樣的縱波時差，ρ1表示煤樣的密度，Ω1表示煤樣的含氣飽和度。其中，DTS1和DTC1即為步驟2021中確定的煤樣的橫波時差和縱波時差，煤樣的密度ρ1，以及煤樣的含氣飽和度Ω1的獲得過程可以參考現有技術，本發明實施例在此不作贅述。

需要說明的是，現有技術中，砂泥巖的楊氏模量的計算公式為：其中，DTS2表示砂泥巖的橫波時差，DTC2表示砂泥巖的縱波時差，ρ2表示砂泥巖的密度，參見煤樣的楊氏模量的計算公式和砂泥巖的楊氏模量計算公式可以看出，煤樣的楊氏模量的計算公式中增加了煤樣的含氣飽和度Ω1和0.64，其中，0.64表示的是由于煤層對甲烷的吸附對楊氏模量的影響，通常情況下，煤層對甲烷的吸附會導致煤層的彈性模量降低36％，也即，煤層對甲烷的吸附會導致煤層的彈性模量降低為砂泥巖的彈性模量的64％，且由于不同區域的煤層的含氣飽和度不同，含氣飽和度會對煤層的彈性模量造成一定的影響，因此，本發明實施例中還考慮了含氣飽和度對煤層的彈性模量的影響，具體表述可參見煤樣的楊氏模量的計算公式。

在步驟203中，根據煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定預設范圍內的煤層的形變系數。

其中，根據煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定預設范圍內的煤層的形變系數包括：根據煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定預設范圍內的煤層的形變系數為：其中，E1表示煤樣的楊氏模量，E2表示砂泥 巖的楊氏模量。

其中，由于砂泥巖和煤巖在力的作用下都會產生形變，消耗能量，導致其地應力發生改變，而由于煤巖相對砂泥巖來說更易于變形，當以相同的力作用于煤巖和砂泥巖時，煤巖會發生更大的形變，所以相對砂泥巖，煤巖會額外的消耗能量。因此，形變系數可以定義為：不同彈性模量的巖石在相同力的作用下由于形變所消耗的能量占總能量之比，而彈性模量可以表示材料抵抗形變的強度，因此，可以采用煤樣的楊氏模量的對數和砂泥巖的楊氏模量的對數之比表示預設范圍內的煤層的形變系數。

在步驟204中，根據形變系數，對帶有殘余構造應力的安德森模型進行修正，得到預設范圍內的煤層的第一最小水平地應力的計算公式，第一最小水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式。

其中，第一最小水平地應力的計算公式為：

其中，B表示預設范圍內的煤層的形變系數，S_th原表示預設范圍內的煤層的殘余構造應力；μ表示煤層的泊松比，σ_v表示煤層的垂向地應力，α表示煤層的畢奧特系數，P_P表示煤層的孔隙壓力。其中，μ、σ_v、α和P_P為煤層的力學參數。實際應用中，對于預設范圍內的煤層而言，B和S_th原都是不變的，因此，采用上述第一最小水平地應計算公式計算煤層的第一最小水平地應力時，B和S_th原為已知數。

在上述第一最小水平地應計算公式中，表示的是垂向地應力的水平分量，αP_P表示的是由孔隙壓力而轉化成的水平地應力，S_th原-αP_p表示的是由水平構造應力轉化成的水平地應力。

其中，帶有構造應力的安德森模型可以參考現有技術，本發明實施例在此不再贅述。本發明中首先確定了煤層的形變系數，采用煤層的形變系數對帶有 構造應力的安德森模型進行修正，得到針對煤層的第一最小水平地應力的計算公式。

在步驟205中，在第一最小水平地應力的計算公式引入最小水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式。

其中，最小水平構造應力為ε_h表示最小水平地應力的方向上的構造應力系數，ε_H表示最大水平地應力的方向上的構造應力系數，E表示煤層的楊氏模量，E可以是煤層的力學參數。

在第一最小水平地應力的計算公式引入最小水平構造應力，得到的預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式為：

在步驟206中，確定預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

由于最小水平地應力計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式，參見步驟205中的最小水平地應力計算公式可知，在采用步驟205中的最小水平地應力的計算公式計算煤層的最小水平地應力之前，需要確定預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原和最小水平地應力的方向上的構造應力系數ε_h，最大水平地應力的方向上的構造應力系數ε_H。

請參考圖4，其示出的是圖2所示實施例提供的確定預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原的方法的方法流程圖，參見圖4，該方法流程可以包括以下幾個步驟：

在步驟2061中，讀取煤樣所在的煤層的第一期水力壓裂曲線的裂縫閉合壓力，將裂縫閉合壓力作為煤樣的第一最小水平地應力

其中，煤樣的第一最小水平地應力即為煤樣所在煤層的第一最小水平地應力，由于地層是在第一次壓裂時被壓裂開的，第一次壓裂得到的第一期水力壓裂曲線中的數據能夠反映原始地層的應力狀態，因此，本發明實施例中，采用 第一期水力壓裂曲線的裂縫閉合壓力作為煤樣的第一最小水平地應力。

在步驟2062中，對煤樣進行三軸力學實驗，得到煤樣的泊松比。

在進行三軸力學實驗時，可以直接根據實驗數據確定煤樣的泊松比μ1。

在步驟2063中，將煤樣的泊松比、煤樣的橫波時差和縱波時差代入煤樣的泊松比計算公式，計算得到預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數。

其中，煤樣的橫波時差和縱波時差即為步驟2021中，根據煤樣的測井數據，確定的橫波時差和縱波時差。

其中，煤樣的泊松比計算公式為：X為煤層的泊松比的糾正系數，DTS1為煤樣的橫波時差，DTC1為煤樣的縱波時差。在該煤樣的泊松比計算公式中，當μ1、DTS1和DTC1都已知時，可以求解得到煤層的泊松比的糾正系數X，該糾正系數X可以用于糾正預設范圍內的所有煤層的泊松比。

需要說明的是，現有技術中，砂泥巖的泊松比計算公式為：其中，DTS2表示砂泥巖的橫波時差，DTC2表示砂泥巖的縱波時差，0.5可以用于表示砂泥巖的泊松比的糾正系數。由于相比于砂泥巖，煤層的質地較軟，彈性較小，煤層受力時更容易產生形變，因此，煤層的泊松比的糾正系數與砂泥巖的泊松比的糾正系數不同，而對于預設范圍內的煤層來講，其泊松比的糾正系數相同。

本發明實施例中，為了確定煤層的泊松比的糾正系數，將砂泥巖的泊松比計算公式中的0.5用X代替，對采集到的煤樣進行三軸力學實驗，得到煤樣的泊松比，并根據煤樣所在煤層的測井數據，確定了煤樣的橫波時差和縱波時差，進而將煤樣的泊松比、橫波時差和縱波時差代入反推出煤層的泊松比的糾正系數X。

在步驟2064中，根據煤樣的泊松比計算公式，確定煤樣的泊松比。

當確定了煤層的泊松比的糾正系數X后，煤樣的泊松比計算公式即為以煤 巖的橫波時差DTS1和縱波時差DTC1為自變量的計算公式，將煤樣的橫波時差DTS1和縱波時差DTC1代入煤樣的泊松比計算公式，計算即可得到煤樣的泊松比μ1。

在步驟2065中，根據煤樣所在的煤層的密度測井信息，確定煤樣的垂向地應力σ_v1。

其中，煤樣的垂向地應力為煤樣所在煤層的垂向地應力。根據煤樣所在的煤層的密度測井信息，計算煤樣的垂向地應力的計算公式為：采用該計算公式計算煤樣的垂向地應力時，σ_v1表示煤樣的垂向地應力，H1表示煤樣所在的煤層的埋深，h1表示位于煤樣所在的煤層上的測量點的深度，ρ1(h1)表示測井得到的以煤樣所在的煤層上的測量點的深度為變量的煤層的密度函數，g表示重力加速度，取值可以為9.8m/s²。

將煤層的密度函數ρ1(h1)、重力加速度g、煤樣所在的煤層的埋深H1，代入公式中進行計算，即可得到煤樣的垂向地應力σ_v1。

在步驟2066中，根據煤樣的畢奧特系數計算公式，確定煤樣的畢奧特系數。

其中，煤樣的畢奧特系數計算公式為C1表示煤樣的巖石壓縮系數，C1_ma表示煤樣的巖石骨架壓縮系數，B表示步驟203中確定的預設范圍內的煤層的形變系數。

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為步驟2022中計算得到的煤樣的楊氏模量，μ1為步驟2064中計算得到的煤樣的泊松比，ρ1為煤樣的密度，DTC1為步驟2021中確定的煤樣的縱波時差，煤樣的密度ρ1的獲得過程可以參考現有技術；將μ1和E1代入公式計算得到煤樣的巖石壓縮系數C1，將ρ1和DTC1代入公式計算得到 煤樣的巖石骨架壓縮系數C1_ma，之后將B、C1和C1_ma代入公式計算得到煤樣的畢奧特系數α1。

需要說明的是，現有技術中，砂泥巖的畢奧特系數計算公式為：其中，C2表示砂泥巖的巖石壓縮系數，C2_ma表示砂泥巖的巖石骨架壓縮系數，由于形變會改變巖石的骨架，因此，本發明實施例中，采用形變系數B，對砂泥巖的巖石骨架壓縮系數進行修正，得到煤層的畢奧特系數計算公式。

在步驟2067中，根據煤樣所在的煤層的試井數據，確定煤樣的孔隙壓力P_P1。

其中，煤樣的孔隙壓力為煤樣所在煤層的孔隙壓力，煤樣的孔隙壓力P_P1可以直接根據煤樣所在的煤層的試井數據確定，本發明實施例在此不再贅述。

在步驟2068中，將煤樣的第一最小水平地應力煤樣的泊松比μ1、煤樣的垂向地應力σ_v1、煤樣的畢奧特系數α1、煤樣的孔隙壓力P_P1和預設范圍內的煤層的形變系數B，代入煤樣的第一最小水平地應力計算公式，計算得到預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

其中，煤樣的第一最小水平地應力計算公式為

計算得到預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原后，就確定了煤層的第一最小水平地應力計算公式其是一個以煤層的力學參數μ、σ_v、α和P_P為自變量的公式。

需要說明的是，實際應用中，對于預設范圍內的煤層而言，ε_h和ε_H也是不變的，ε_h和ε_H的實際求取過程可以參考的S_th原的求取過程，本發明實施例在此不再贅述。

在步驟207中，對煤樣進行凱撒實驗。

凱撒實驗屬于現有技術，因此對煤樣進行凱撒實驗的過程可以參考現有技 術，本發明實施例在此不再贅述。

在步驟208中，根據凱撒實驗的結果，確定第一最大水平地應力的計算公式為：σ_H¹＝f(σ_h¹)，第一最大水平地應力和第一最小水平地應力呈線性關系。

其中，最大第一水平地應力的計算公式是以最小第一水平地應為自變量的計算公式，最大第一水平地應力和最小第一水平地應力呈線性關系。其中，可以對凱撒實驗的結果進行分析，確定最大水平地應力的計算公式。

在步驟209中，在第一最大水平地應力的計算公式中引入最大水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式。

其中，最大水平構造應力為ε_h表示最小水平地應力的方向上的構造應力系數，ε_H表示最大水平地應力的方向上的構造應力系數，E表示煤層的楊氏模量，E可以是煤層的力學參數。

在第一最大水平地應力的計算公式引入最小水平構造應力，得到的預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式為：

${\mathrm{\σ}}_H=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+{\left({\mathrm{\σ}}_H\right)}_T=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+\frac{E}{1-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ϵ}}_H+\frac{\mathrm{E\μ}}{1-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ϵ}}_h,$由于實際應用中，對于預設范圍內的煤層而言，ε_h和ε_H也是不變的，在求取ε_h和ε_H后，ε_h和ε_H即為已知數，而第一最小水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式，煤層的力學參數包括E和μ，因此預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式也是以煤層的力學參數為自變量的計算公式。

在步驟210中，獲取待測煤層的力學參數，待測煤層為預設范圍內的煤層。

由于煤層的最小水平地應力的計算公式和最大水平地應力的計算公式都是以煤層的力學參數為自變量的計算公式，因此，在測量煤層的水平地應力之前，可以先獲取待測煤層的力學參數。其中，待測煤層的力學參數包括：待測煤層的楊氏模量、泊松比、畢奧特系數、垂向地應力和孔隙壓力。

請參考圖5，其示出的是圖2所示實施例提供的獲取待測煤層的力學參數的方法的方法流程圖，參見圖5，該方法流程可以包括以下幾個步驟：

在步驟2101中，根據待測煤層的測井數據，確定待測煤層的橫波時差和縱波時差。

在本發明實施例中，待測煤層的測井數據可以根據待測煤層的測井信息獲得，其可以是預先獲知的，且測井數據通常包括：橫波時差和縱波時差，因此，可以直接根據待測煤層的測井數據，確定待測煤層的橫波時差和縱波時差。

在步驟2102中，將待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的楊氏模量計算公式，計算得到待測煤層的楊氏模量。

其中，煤層的楊氏模量計算公式為：其中，DTS表示待測煤層的橫波時差，DTC表示待測煤層的縱波時差，ρ表示待測煤層的密度，Ω表示待測煤層的含氣飽和度，待測煤層的密度ρ和含氣飽和度Ω的獲得過程可以參考現有技術，本發明實施例在此不作贅述。將待測煤層的縱波時差、橫波時差、密度和含氣飽和度帶入上述公式中計算即可得到待測煤層的楊氏模量E。

在步驟2103中，將待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的泊松比計算公式，計算得到待測煤層的泊松比。

其中，煤層的泊松比計算公式為：其中，μ表示待測煤層的泊松比，DTS表示待測煤層的橫波時差，DTC表示待測煤層的縱波時差，X表示步驟2063中確定的預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數，在預設范圍內，X為常數。

將步驟2101中確定的待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的泊松比計算公式計算得到待測煤層的泊松比μ。

在步驟2104中，獲取待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數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表示步驟2103中計 算得到的待測煤層的泊松比，E表示步驟2102中計算得到的待測煤層的楊氏模量，ρ表示待測煤層的密度，DTC表示步驟2081中確定的待測煤層的縱波時差；將E和μ代入公式計算得到待測煤層的巖石壓縮系數C；將ρ和DTC代入公式計算得到待測煤層的巖石骨架壓縮系數C_ma。

在步驟2105中，將待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma，代入煤層的畢奧特系數計算公式，計算得到待測煤層的畢奧特系數α。

其中，煤層的畢奧特系數計算公式為：B表示步驟203中確定的預設范圍內的煤層的形變系數，將步驟2104中確定的待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma代入煤層的畢奧特系數計算公式計算得到待測煤層的畢奧特系數α。

在步驟2106中，根據待測煤層的密度測井信息，確定待測煤層的垂向地應力σ_v。

其中，根據待測煤層的密度測井信息，計算待測煤層的垂向地應力的計算公式為：采用該計算公式計算待測煤層的垂向地應力時，σ_v表示待測煤層的垂向地應力，H表示待測煤層的埋深，h表示位于待測煤層上的測量點的深度，ρ(h)表示測井得到的以待測煤層上的測量點的深度為變量的待測煤層的密度函數，g表示重力加速度，取值可以為9.8m/s²。

將待測煤層的密度函數ρ(h)、重力加速度g、待測煤層的埋深H，代入公式中進行計算，即可得到待測煤層的垂向地應力σ_v。

在步驟2107中，根據待測煤層的試井數據，確定待測煤層的孔隙壓力P_P。

其中，待測煤層的孔隙壓力P_P可以直接根據待測煤層的試井數據確定，本 發明實施例在此不再贅述。

在步驟211中，根據最小水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力。

具體地，將步驟2102中計算得到的待測煤層的楊氏模量E、步驟2103中計算得到的待測煤層的泊松比μ，步驟2105中確定的待測煤層的畢奧特系數α，步驟2106中確定的待測煤層的垂向地應力σ_v和步驟2107中確定的待測煤層的孔隙壓力P_P代入最小水平地應力的計算公式中，計算得到待測煤層的最小水平地應力σ_h。

在步驟212中，根據最大水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。

具體地，由于第一最大水平地應力的計算公式是以第一最小水平地應力為自變量的計算公式，實際應用中，可以先計算出煤層的第一最小水平地應力，然后將煤層的第一最小水平地應力和步驟2102中計算得到的待測煤層的楊氏模量E、步驟2103中計算得到的待測煤層的泊松比μ，代入最大水平地應力計算公式計算得到待測煤層的最大水平地應力。

需要說明的是，在本發明實施例中，當需要計算煤層的垂向地應力時，可以參考現有技術中的根據待測煤層的密度測井信息，計算待測煤層的垂向地應力的計算公式進行計算，本發明實施例在此不做詳細贅述。煤層的垂向地應力計算公式、最小水平地應力計算公式和最大水平地應力計算公式可以稱為煤層的地應力模型。

進一步地，還需要說明的是，本發明實施例提供的煤層地應力測量方法也適用于測量煤層頂底板的地應力，采用與上述類似的方法，本發明實施例中還提供了煤層的頂底板的地應力模型，其中，在煤層的頂底板的地應力模型中， 煤層的頂底板的最小水平地應力計算公式為：最大水平地應力計算公式為：σ_H3＝f(σ_h3)，垂向地應力計算公式為：其中，σ_v3表示煤層頂底板的垂向地應力，H3表示煤層頂底板的埋深，h3表示位于煤層頂底板上的測量點的深度，ρ3(h3)表示測井得到的以煤層頂底板上的測量點的深度為變量的煤層頂底板的密度函數，g表示重力加速度，取值可以為9.8m/s²，B表示預設范圍內的煤層的形變系數，μ3表示煤層頂底板的泊松比，α3表示煤層頂底板的畢奧特系數，P_P3表示煤層頂底板的孔隙壓力，S_th原表示預設范圍內的煤層的殘余構造應力，煤層頂底板的最小水平地應力計算公式是以煤層頂底板的力學參數為自變量的計算公式，煤層頂底板的最大水平地應力計算公式是以最小水平地應力為自變量的計算公式。

還需要說明的是，本發明實施例提供的煤層地應力測量方法步驟的先后順序可以進行適當調整，步驟也可以根據情況進行相應增減，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化的方法，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內，因此不再贅述。

綜上所述，本發明實施例提供的煤層地應力測量方法，通過建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式和最大水平地應力的計算公式，獲取待測煤層的力學參數，根據最小水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力，根據最大水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。由于建立了針對煤層的水平地應力計算公式，并根據針對煤層的水平地應力計算公式，計算煤層的水平地應力，因此，本發明解決了采用Anderson模型測量得到的煤層的水平地應力的準確性較低，且最大水平地應力與最小水平地應力相等對于煤層而言合理性較低的問題，提高了測量煤層的水平地應力的準確性，測量結果更接近實際值，因此，本發明的合理性較高。

下述為本發明裝置實施例，可以用于執行本發明方法實施例。對于本發明裝置實施例中未披露的細節，請參照本發明方法實施例。

請參考圖6，其示出了本發明一個實施例提供的煤層地應力測量裝置60的框圖，該煤層地應力測量裝置60可以用于執行圖1或圖2所示實施例提供的煤層地應力測量方法，參見圖6，該煤層地應力測量裝置60可以包括但不限于：

第一建立模塊610，用于建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式，最小水平地應力的計算公式包括最小水平構造應力，且最小水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式。

第二建立模塊620，用于建立預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式，最大水平地應力的計算公式包括最大水平構造應力，最大水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式，且最大水平地應力不等于最小水平地應力。

獲取模塊630，用于獲取待測煤層的力學參數，待測煤層為預設范圍內的煤層。

第一計算模塊640，用于根據第一建立模塊610建立的最小水平地應力的計算公式和獲取模塊630獲取到的待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力。

第二計算模塊650，用于根據第二建立模塊620建立的最大水平地應力的計算公式和獲取模塊630獲取到的待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。

綜上所述，本發明實施例提供的煤層地應力測量裝置，通過建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式和最大水平地應力的計算公式，獲取待測煤層的力學參數，根據最小水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力，根據最大水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。由于建立了針對 煤層的水平地應力計算公式，并根據針對煤層的水平地應力計算公式，計算煤層的水平地應力，因此，本發明解決了采用Anderson模型測量得到的煤層的水平地應力的準確性較低，且最大水平地應力與最小水平地應力相等對于煤層而言合理性較低的問題，提高了測量煤層的水平地應力的準確性，測量結果更接近實際值，因此，本發明的合理性較高。

請參考圖7，其示出了本發明另一個實施例提供的煤層地應力測量裝置70的框圖，該煤層地應力測量裝置70可以用于執行圖1或圖2所示實施例提供的煤層地應力測量方法，參見圖7，該煤層地應力測量裝置70可以包括但不限于：

第一建立模塊710，用于建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式，最小水平地應力的計算公式包括最小水平構造應力，且最小水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式。

第二建立模塊720，用于建立預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式，最大水平地應力的計算公式包括最大水平構造應力，最大水平地應力的計算公式是以煤層的力學參數為自變量的計算公式，且最大水平地應力不等于最小水平地應力。

獲取模塊730，用于獲取待測煤層的力學參數，待測煤層為預設范圍內的煤層。

第一計算模塊740，用于根據第一建立模塊710建立的最小水平地應力的計算公式和獲取模塊730獲取到的待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力。

第二計算模塊750，用于根據第二建立模塊720建立的最大水平地應力的計算公式和獲取模塊730獲取到的待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。

可選地，請參考圖8，其示出的是第一建立模塊710的框圖，參見圖8，第一建立模塊710，包括：

建立單元711，用于建立預設范圍內的煤層對應的第一最小水平地應力的計算公式；

引入單元712，用于在建立單元711建立的第一最小水平地應力的計算公式中引入最小水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式。

可選地，請參考圖9，其示出的是建立單元711的框圖，參見圖9，建立單元711，包括：

采集子單元7111，用于在預設范圍內的煤層中采集煤巖作為煤樣；

第一確定子單元7112，用于確定采集單元7111采集的煤樣的楊氏模量；

第二確定子單元7113，用于根據第一確定單元7112確定的煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定預設范圍內的煤層的形變系數；

修正子單元7114，用于根據第二確定單元7113確定的形變系數，對帶有殘余構造應力的安德森模型進行修正，得到預設范圍內的煤層的最小水平地應力的計算公式為：

其中，B表示預設范圍內的煤層的形變系數，S_th原表示預設范圍內的煤層的殘余構造應力；

μ表示煤層的泊松比，σ_v表示煤層的垂向地應力，α表示煤層的畢奧特系數，P_P表示煤層的孔隙壓力。

可選地，引入單元712，用于在第一建立單元711建立的第一最小水平地應力的計算公式中引入最小水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式為：σ_h＝σ_h¹+(σ_h)_T；

其中，(σ_h)_T表示最小水平構造應力，ε_h表示最小水平地應力的方向上的構造應力系數，ε_H表示最大水平地應力的方向上的構造應力系數，E表示煤層的楊氏模量。

可選地，請參考圖10，其示出的是第二建立模塊720的框圖，參見圖10，第二建立模塊720，包括：

實驗單元721，用于對采集單元711采集的煤樣進行凱撒實驗；

確定單元722，用于根據實驗單元721的凱撒實驗的結果，確定第一最大水平地應力的計算公式為：σ_H¹＝f(σ_h¹)，第一最大水平地應力和第一最小水平地應力呈線性關系；

引入單元723，用于在確定單元722確定的第一最大水平地應力的計算公式中引入最大水平構造應力，得到預設范圍內的煤層對應的最大水平地應力的計算公式為：${\mathrm{\σ}}_H=f\left({\mathrm{\σ}}_h^1\right)+{\left({\mathrm{\σ}}_H\right)}_T;$

其中，(σ_H)_T表示最大水平構造應力，ε_h表示最小水平地應力的方向上的構造應力系數，ε_H表示最大水平地應力的方向上的構造應力的系數，E表示煤層的楊氏模量。

可選地，請參考圖11，其示出的是第一確定子單元7112的框圖，參見圖10，第一確定子單元7112，包括：

確定子單元71121，用于根據煤樣的測井數據，確定煤樣的橫波時差和縱波時差；

計算子單元71122，用于將確定子單元71121確定的煤樣的橫波時差和縱波時差，代入煤樣的楊氏模量的計算公式計算得到煤樣的楊氏模量E1，其中，DTS1表示煤樣的橫波時差，DTC1表示煤樣的縱波時差，ρ1表示煤樣的密度，Ω1表示煤樣的含氣飽和度；

請參考圖12，其示出的是第二確定子單元7113的框圖，參見圖12，第二確定子單元7113，包括：

確定子單元71131，用于根據煤樣的楊氏模量和砂泥巖的楊氏模量，確定預設范圍內的煤層的形變系數為：其中，E1表示煤樣的楊氏模量，E2 表示砂泥巖的楊氏模量。

可選地，請繼續參考圖7，待測煤層的力學參數包括：待測煤層的楊氏模量E、泊松比μ、畢奧特系數α、垂向地應力σ_v和孔隙壓力P_P，該煤層地應力測量裝置70還可以包括：

確定模塊760，用于確定預設范圍內的煤層的殘余構造應力S_th原。

可選地，請參考圖13，其示出的是確定模塊760的框圖，參見圖13，確定模塊760，包括：

讀取單元761，用于讀取煤樣所在的煤層的第一期水力壓裂曲線的裂縫閉合壓力，將裂縫閉合壓力作為煤樣的第一最小水平地應力σ_h1，煤樣的第一最小水平地應力為煤樣所在煤層的第一最小水平地應力；

第一確定單元762，用于根據煤樣的泊松比計算公式確定煤樣的泊松比μ1，其中，X表示預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數；

第二確定單元763，用于根據煤樣所在的煤層的密度測井信息，確定煤樣的垂向地應力σ_v1，煤樣的垂向地應力為煤樣所在煤層的垂向地應力；

第三確定單元764，用于根據煤樣的畢奧特系數計算公式確定煤樣的畢奧特系數α1，其中，C1表示煤樣的巖石壓縮系數，C1_ma表示煤樣的巖石骨架壓縮系數；

第四確定單元765，用于根據煤樣所在的煤層的試井數據，確定煤樣的孔隙壓力P_P1，煤樣的孔隙壓力為煤樣所在煤層的孔隙壓力；

第一計算單元766，用于將煤樣的第一最小水平地應力σ_h1、煤樣的泊松比μ1、煤樣的垂向地應力σ_v1、煤樣的畢奧特系數α1、煤樣的孔隙壓力P_P1和所述預設范圍內的煤層的形變系數B，代入煤樣的第一最小水平地應力計算公式，計算得到預設范圍內的煤層的殘余 構造應力S_th原。

可選地，該煤層地應力測量裝置70還可以包括：

實驗單元767，用于對采集單元711采集的煤樣進行三軸力學實驗，得到煤樣的泊松比；

第二計算單元768，用于將實驗單元767得到的煤樣的泊松比、確定子單元7121確定的煤樣的橫波時差和縱波時差代入煤樣的泊松比計算公式計算得到預設范圍內的煤層的泊松比的糾正系數X。

可選地，請參考圖14，其示出的是獲取模塊730的框圖，參見圖14，獲取模塊730，包括：

第一確定單元731，用于根據待測煤層的測井數據，確定待測煤層的橫波時差和縱波時差；

第一計算單元732，用于將第一確定單元731確定的待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的楊氏模量的計算公式計算得到待測煤層楊氏模量E，其中，DTS表示待測煤層的橫波時差，DTC表示待測煤層的縱波時差，ρ表示待測煤層的密度，Ω表示待測煤層的含氣飽和度；

第二計算單元733，用于將第一確定單元731確定的待測煤層的橫波時差和縱波時差，代入煤層的泊松比計算公式：計算得到待測煤層的泊松比μ；

獲取單元734，用于獲取待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma；

第三計算單元735，用于將獲取單元734獲取到的待測煤層的巖石壓縮系數C和巖石骨架壓縮系數C_ma，代入煤層的畢奧特系數計算公式：計算得到待測煤層的畢奧特系數α；

第二確定單元736，用于根據待測煤層的密度測井信息，確定待測煤層的垂向地應力σ_v；

第三確定單元737，用于根據待測煤層的試井數據，確定待測煤層的孔隙壓力P_P。

綜上所述，本發明實施例提供的煤層地應力測量裝置，通過建立預設范圍內的煤層對應的最小水平地應力的計算公式和最大水平地應力的計算公式，獲取待測煤層的力學參數，根據最小水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最小水平地應力，根據最大水平地應力的計算公式和待測煤層的力學參數，計算得到待測煤層的最大水平地應力。由于建立了針對煤層的水平地應力計算公式，并根據針對煤層的水平地應力計算公式，計算煤層的水平地應力，因此，本發明解決了采用Anderson模型測量得到的煤層的水平地應力的準確性較低，且最大水平地應力與最小水平地應力相等對于煤層而言合理性較低的問題，提高了測量煤層的水平地應力的準確性，測量結果更接近實際值，因此，本發明的合理性較高。

需要說明的是：上述實施例提供的煤層地應力測量裝置在測量煤層的地應力時，僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將設備的內部結構劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述實施例提供的煤層地應力測量方法與裝置實施例屬于同一構思，其具體實現過程詳見方法實施例，這里不再贅述。

本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。