CN114033356A - 一种煤系地层地应力计算方法及装置 - Google Patents

一种煤系地层地应力计算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种煤系地层地应力计算方法及装置，以精确计算煤层最大、最小水平主应力。该方法包括：通过实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力，据此计算本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的构造系数反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩相邻煤层的应变；构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；进而得到煤层最大、最小水平主应力。

Description

一种煤系地层地应力计算方法及装置
技术领域
本发明涉及多储层联合开发技术领域，更具体地说，涉及一种煤系地层地应力计算方法及装置。
背景技术
煤系地层是指包括煤层、致密砂岩层(以下简称砂岩层)以及页岩层的地层。单层煤层厚度较薄，其上下层位主要为砂岩层，部分为页岩层。由于煤层的地层条件比砂岩层和页岩层更复杂，在砂岩层及页岩层与其相接触的条件下，可以考虑从砂岩层或页岩层位进行压裂作业，通过技术措施使得砂岩层或页岩层的水力裂缝贯穿煤层，以此实现对页岩气、致密砂岩气与煤层气的合采。为了提高资源采收率，低成本、高效益开采非常规天然气资源，实现经济规模化开发，有必要进行煤层气、页岩气、致密砂岩气等多目标层合采先导性试验研究。
与砂岩层和页岩层不同，煤层具有低地应力、低弹性模量、高泊松比和高动态滤失的特点，裂缝沿着层面、割理面和节理面扩展时难以产生新裂缝，且形成的裂缝短宽且形状不规则，导致多层联合压裂(以下简称多层合压)时裂缝很难穿过地层界面并扩展到邻近层，这给多层合压增加了困难。目前关于煤层气、页岩气、致密砂岩气等多目标层合采的技术大多是基于室内小型压裂测试数据来计算煤层最大、最小水平主应力，进而探究对裂缝高度、裂缝形态以及扩展规律的影响。由于地层间或层内的不同岩性岩石的物理特性、力学特性和地层孔隙压力异常等方面的差别造成了层间或层内地应力分布的非均匀性，从而导致地应力大小是随地层性质变化的。再者，由于山前构造带地应力主要来源于上覆地层压力及地质构造运动产生的构造力，不同性质的地层由于其抵抗外力的变形性质不同，因而其承受构造力也不相同。若依靠实测获得层内或层间地应力的分布规律，这显然是不切实际的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种煤系地层地应力计算方法及装置，以实现精确计算煤层最大、最小水平主应力。
一种煤系地层地应力计算方法，包括：
利用测井数据计算测井中不同地层深度处的弹性模量、泊松比、上覆岩层压力和孔隙压力；
通过室内岩心实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力；结合本块砂泥岩所在地层深度处的上覆岩层压力与孔隙压力得到本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的所述构造系数、上覆岩层压力和孔隙压力反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；
根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变，也就是每一块砂泥岩相邻煤层的应变；
构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；
将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最大水平主应力分量相加，得到煤层最大水平主应力；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最小水平主应力分量相加，得到煤层最小水平主应力。
可选的，从地表面到测井井底依次经过第1～m块岩石，m≥2；zn为第n块岩石所在地层深度，变量n＝1、2、…、m；用σVn表示地层深度zn处的所述上覆岩层压力，则σVn的计算公式如下：
σV1＝[ρ1*g*z1]
Figure BDA0003372565250000021
式中，ρn为地层深度zn处的岩石密度，g为重力加速度。
可选的，用Pp表示地层深度zn处的孔隙压力，其计算方程为：
Figure BDA0003372565250000022
Δtnorm＝136+204.323*e-0.001Z
式中，Pn为地层深度zn处的静水孔隙压力；Δtnorm为深度点正常趋势线上的声波时差；Δt为声波测井中地层实际的声波传播时差；x为伊顿指数；z为测井垂深。
可选的，所述弹性模量分为动态弹性模量和静态弹性模量，所述泊松比分为动态泊松比和静态泊松比；
动态弹性模量和动态泊松比的计算公式为：
Figure BDA0003372565250000031
Figure BDA0003372565250000032
Figure BDA0003372565250000033
Figure BDA0003372565250000034
Edv、Edh分别代表竖直及水平方向上的动态弹性模量，νdv、νdh分别代表竖直与水平方向上的动态泊松比，竖直方向定义为垂直于层理方向，水平方向定义为平行于层理方向；
式中，C33＝ρbVP 2，C44＝C55＝ρbVS 2，
Figure BDA0003372565250000035
C12＝C13＝C33-2C55，C11＝C12+2C66；Vp为纵波速度，单位m/s；ρb为密度，单位kg/m3；Vs为横波速度，单位m/s；ρf为钻井液密度，单位kg/m3；Vf为井眼中钻井液的流速，单位m/s；VT为管波速度，单位m/s；
静态弹性模量Es与静态泊松比vs的计算公式为：
νs＝0.07+0.48νdv
Es＝0.272Edv。
可选的，用σH和σh表示一块砂泥岩最大、最小水平主应力，求取本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数A、B的方程为：
Figure BDA0003372565250000036
Figure BDA0003372565250000041
式中：α为有效应力系数。
可选的，根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变的方程为：
Figure BDA0003372565250000042
Figure BDA0003372565250000043
式中，εH为水平方向最大应变；εh为水平方向最小应变；设定所述最大、最小水平应变在所有地层的纵向与横向这个两水平方向上均为常数。
可选的，所述根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量，包括：
根据所述砂泥岩最大水平应变的方程，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，此时本方程中εH、Pp分别表示由上覆岩层压力产生的水平方向应变、静水孔隙压力；
根据所述砂泥岩最大、最小水平应变的方程，计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量，此时本方程中的εH、εh、Pp分别表示由构造运动产生的水平方向最大应变、水平方向最小应变、静水孔隙压力。
一种煤系地层地应力计算装置，包括：
地质参数计算模块，用于利用测井数据计算测井中不同地层深度处的弹性模量、泊松比、上覆岩层压力和孔隙压力；
砂泥岩主应力计算模块，用于通过室内岩心实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力；结合本块砂泥岩所在地层深度处的上覆岩层压力与孔隙压力得到本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的所述构造系数、上覆岩层压力和孔隙压力反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；
煤层应变计算模块，用于根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变，也就是每一块砂泥岩相邻煤层的应变；
煤层主应力计算模块，用于构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最大水平主应力分量相加，得到煤层最大水平主应力；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最小水平主应力分量相加，得到煤层最小水平主应力。
从上述的技术方案可以看出，本发明结合测井数据和煤层地应力反演模型，分析由上覆岩层压力和构造运动分别产生的煤层水平主应力分量，进而计算煤层水平主应力。模拟结果能准确反映实际情况，实验成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例公开的一种煤系地层地应力计算方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种煤系地层地应力计算装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种煤系地层地应力计算方法，包括：
步骤S01：利用测井数据计算测井中不同地层深度处的弹性模量、泊松比、上覆岩层压力和孔隙压力。
具体的，所述上覆岩层压力的计算过程如下：
z轴垂直向下，从地表面到测井井底依次经过第1～m块岩石，m≥2；zn为第n块岩石的顶深也即第n块岩石所在地层深度，变量n＝1、2、…、m，z0＝0对应于地表面。
用σVn表示第n块岩石所受上覆岩层压力，也即地层深度zn处的上覆岩层压力。上覆岩层压力σVn的大小相当于从地表面到地层深度zn的岩石密度的积分。不同地层深度处的岩石具有不同的岩性和孔隙度，因此不同地层深度处的岩石密度不同，通过将z1～zn处的岩石密度处对应的压力相加，可以更准确地确定地层深度zn处的上覆岩层压力σVn。但对于现场而言，由于施工故障或者节约成本，并非所有井段都有测井曲线或者进行测井施工，即当井泥质含量高时，密度测井经常测量到异常低的密度。同时密度测井通常不会从井底一直测量到地表面。因此，有必要外推密度以获得作为深度函数的上覆岩层压力σVn，其计算公式为：
σV1＝[ρ1*g*z1]
Figure BDA0003372565250000061
式中，ρn为地层深度zn处的岩石密度，g是重力加速度。式中其他参数含义参见上文描述。
其中，所述孔隙压力的计算过程如下：
根据深度点正常趋势线上的声波时差与声波测井中地层实际的声波传播时差的比值估算孔隙压力。地层深度zn处的孔隙压力Pp的计算方程为：
Figure BDA0003372565250000062
Δtnorm＝136+204.323*e-0.001Z
式中，
Figure BDA0003372565250000071
为地层深度zn处的上覆岩层压力，Pn为地层深度zn处的静水孔隙压力，由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关，即：
Pn＝0.00981ρ/h
式中，ρ为液体的密度，单位g/cm3；h液柱的垂直高度，单位m。
Δtnorm为该深度点正常趋势线上的声波时差，单位s/m；Δt为声波测井中地层实际的声波传播时差，单位s/m；x为伊顿指数，一般可取1，z为测井垂深。
其中，所述弹性模量、泊松比的计算过程如下：
所述弹性模量分为动态弹性模量和静态弹性模量，所述泊松比分为动态泊松比和静态泊松比。煤系地层的动态弹性模量和动态泊松比根据测井数据求取，而静态弹性模量和静态泊松比结合实验测量结果，拟定动态和静态之间的关系，进而获取各个地层段的静态值；动态弹性常数是由弹性波在岩石中的传播速度计算得到的应力-应变关系。大多数岩石在某种程度上是各向异性的。在单轴压缩条件下，分别从水平方向和垂直方向切割岩心测量弹氏模量时，其数值会有所不同。各向异性岩石的广义胡克定律将具有两个以上的独立弹性系数。这种关系通常写成
σ＝Cε
其中，σ为应力；ε为应变；C为弹性刚度，单位GPa。
Figure BDA0003372565250000072
横向各向同性地层可通过C11＝C22、C12＝C21、C13＝C31＝C23＝C32、C44＝C55、C33五个独立的弹性刚度来量化。此外，C11和C12可以与C66相关。对于直井，C33为垂直传播的纵波模量，C44为横波模量，C66可由管波速度估算。各向同性模量与声波速度的关系如下：
C33＝ρbVP 2
C44＝C55＝ρbVS 2
Figure BDA0003372565250000081
C12＝C13＝C33-2C55
C11＝C12+2C66
上式中，Vp为纵波速度，单位m/s；ρb为不同岩石的密度，单位kg/m3；Vs为横波速度，单位m/s；ρf为钻井液密度，单位kg/m3；Vf为井眼中钻井液的流速，单位m/s；VT为管波速度，单位m/s。Vp、Vs等随地层深度变化。
然后根据这些速度数据计算竖直和水平方向上的动态弹性模量和动态泊松比：
Figure BDA0003372565250000082
Figure BDA0003372565250000083
Figure BDA0003372565250000084
Figure BDA0003372565250000085
Edv、Edh分别代表竖直及水平方向上的动态弹性模量，νdv、νdh分别代表竖直与水平方向上的动态泊松比，竖直方向定义为垂直于层理方向，水平方向定义为平行于层理方向。
静态弹性模量Es与静态泊松比vs为：
νs＝0.07+0.48νdv
Es＝0.272Edv。
步骤S02：通过室内岩心实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力；结合本块砂泥岩所在地层深度处的上覆岩层压力与孔隙压力得到本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数(采用下述公式1～2)；利用本块砂泥岩对应的所述构造系数、上覆岩层压力和孔隙压力反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力(仍是采用下述公式1～2)；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同。
具体的，所述室内岩心实验测量砂泥岩地层最大最小主应力的手段是基于Kaiser原理，通过声发射Kaiser实验测定的。其中所述砂泥岩地层为非均质各向异性的线弹性体，并假定在沉积后期地质构造运动过程中，地层与地层之间不发生相对位移。求取一块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数的方程为：
Figure BDA0003372565250000091
Figure BDA0003372565250000092
式中：A、B为本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；σH、σh为本块砂泥岩最大、最小水平主应力；α为有效应力系数，通常取0.85。
步骤S03：根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变，也就是每一块砂泥岩相邻煤层的应变，其中设定所述最大、最小水平应变在所有地层的纵向与横向这个两水平方向上均为常数。
其中，根据应力求出砂泥岩应变即煤层应变的方程为：
Figure BDA0003372565250000093
Figure BDA0003372565250000094
式中，εH为砂泥岩水平方向最大应变，也即砂泥岩最大水平应变；εh为砂泥岩水平方向最小应变，也即砂泥岩最小水平应变。
在地层构造运动中，相邻地层的构造应变是相等的，求出的砂泥岩的应变对应为煤层的应变。
步骤S04：构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量(仍是采用公式3或公式4)，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量(仍是采用公式3～4)。
其中，煤层应变用初始条件下位移约束表示，上覆岩层压力用上部受力表示。例如在某一示例下，对所述构造应力引起水平应力分量初始条件下为：位移约束x左＝0，位移约束x下＝0，位移约束x右max＝0.5mm，位移约束x右min＝0.17mm；对所述上覆压力引起水平应力分量初始条件下为：位移约束x左＝0位移约束x右＝0位移约束x下＝0，自由端受力F上＝σVn；上式x代表位移，下标左、右、上、下表示位移方向。
具体的，所述地层水平主应力由上覆岩层压力以及构造作用共同产生。需要从两方面分别反演水平主应力分量。采用公式3计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量时，εH、Pp为由上覆岩层压力产生的水平方向应变、静水孔隙压力；采用公式3～4计算由构造运动产生的煤层水平主应力分量时，εH、εh、Pp为由构造运动产生的水平方向最大应变、水平方向最小应变、静水孔隙压力。
步骤S05：将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最大水平主应力分量相加，得到煤层最大水平主应力；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最小水平主应力分量相加，得到煤层最小水平主应力。
例如在某一示例下，如表1所示：
表1LX-2S井构造作用及重力引起的水平应力分量
Figure BDA0003372565250000101
Figure BDA0003372565250000111
下面给出本发明实施例的一个现场验证试验：
对LX-2S井进行了现场压裂工作，压裂层位为本溪组8+9#号煤(1928.6～1937.7m)，射孔层段为1930～1934m，孔密为16孔/m，压裂液为清水+1.92KCl，支撑剂为20/40目(30方)+30/50目(18方)+40/70目(2方)。
小型压裂测试采用2～8～2m3/min的形式注入压裂液，随着排量的增加，套压也逐渐增大，当出现了压力降低的现象，认为此处的压力为地层破裂时对应的套压，其值为44MPa。根据摩阻数据库，得到本井的管柱摩阻为12.9MPa，其他摩阻为5.72MPa，液柱压力为18.9MPa，因此地层破裂压力为43.5MPa，地层最小主应力为28.5MPa。前文计算知最小主应力为28.8MPa左右，破裂压力为41MPa左右。计算破裂压力与实测破裂压力相差2.5MPa(6.1％)，最小主应力与实测值相差0.3MPa(1.1％)，计算结果与实测结果相差较小，这说明计算得到的结果可信度较高。
由以上描述可知，本发明实施例结合测井数据和煤层地应力反演模型，分析由上覆岩层压力和构造运动分别产生的煤层水平主应力分量，进而计算煤层水平主应力。模拟结果能准确反映实际情况，实验成本较低。
与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种煤系地层地应力计算装置，包括：
地质参数计算模块10，用于利用测井数据计算测井中不同地层深度处的弹性模量、泊松比、上覆岩层压力和孔隙压力；
砂泥岩主应力计算模块20，用于通过室内岩心实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力；结合本块砂泥岩所在地层深度处的上覆岩层压力与孔隙压力得到本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的所述构造系数、上覆岩层压力和孔隙压力反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；
煤层应变计算模块30，用于根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变，也就是每一块砂泥岩相邻煤层的应变；
煤层主应力计算模块40，用于构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最大水平主应力分量相加，得到煤层最大水平主应力；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最小水平主应力分量相加，得到煤层最小水平主应力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种煤系地层地应力计算方法，其特征在于，包括：
利用测井数据计算测井中不同地层深度处的弹性模量、泊松比、上覆岩层压力和孔隙压力；
通过室内岩心实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力；结合本块砂泥岩所在地层深度处的上覆岩层压力与孔隙压力得到本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的所述构造系数、上覆岩层压力和孔隙压力反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；
根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变，也就是每一块砂泥岩相邻煤层的应变；
构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；
将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最大水平主应力分量相加，得到煤层最大水平主应力；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最小水平主应力分量相加，得到煤层最小水平主应力。
2.根据权利要求1所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于：
从地表面到测井井底依次经过第1～m块岩石，m≥2；zn为第n块岩石所在地层深度，变量n＝1、2、…、m；用σVn表示地层深度zn处的所述上覆岩层压力，则σVn的计算公式如下：
σV1＝[ρ1*g*z1]
Figure FDA0003372565240000011
式中，ρn为地层深度zn处的岩石密度，g为重力加速度。
3.根据权利要求2所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于，用Pp表示地层深度zn处的孔隙压力，其计算方程为：
Figure FDA0003372565240000012
Δtnorm＝136+204.323*e-0.001Z
式中，Pn为地层深度zn处的静水孔隙压力；Δtnorm为深度点正常趋势线上的声波时差；Δt为声波测井中地层实际的声波传播时差；x为伊顿指数；z为测井垂深。
4.根据权利要求3所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于，所述弹性模量分为动态弹性模量和静态弹性模量，所述泊松比分为动态泊松比和静态泊松比；
动态弹性模量和动态泊松比的计算公式为：
Figure FDA0003372565240000021
Figure FDA0003372565240000022
Figure FDA0003372565240000023
Figure FDA0003372565240000024
Edv、Edh分别代表竖直及水平方向上的动态弹性模量，νdv、νdh分别代表竖直与水平方向上的动态泊松比，竖直方向定义为垂直于层理方向，水平方向定义为平行于层理方向；
式中，C33＝ρbVP 2，C44＝C55＝ρbVS 2，
Figure FDA0003372565240000025
C12＝C13＝C33-2C55，C11＝C12+2C66；Vp为纵波速度，单位m/s；ρb为密度，单位kg/m3；Vs为横波速度，单位m/s；ρf为钻井液密度，单位kg/m3；Vf为井眼中钻井液的流速，单位m/s；VT为管波速度，单位m/s；
静态弹性模量Es与静态泊松比vs的计算公式为：
νs＝0.07+0.48νdv
Es＝0.272Edv。
5.根据权利要求4所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于，用σH和σh表示一块砂泥岩最大、最小水平主应力，求取本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数A、B的方程为：
Figure FDA0003372565240000031
Figure FDA0003372565240000032
式中：α为有效应力系数。
6.根据权利要求5所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于，根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变的方程为：
Figure FDA0003372565240000033
Figure FDA0003372565240000034
式中，εH为水平方向最大应变；εh为水平方向最小应变；设定所述最大、最小水平应变在所有地层的纵向与横向这个两水平方向上均为常数。
7.根据权利要求6所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于，所述根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量，包括：
根据所述砂泥岩最大水平应变的方程，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，此时本方程中εH、Pp分别表示由上覆岩层压力产生的水平方向应变、静水孔隙压力；
根据所述砂泥岩最大、最小水平应变的方程，计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量，此时本方程中的εH、εh、Pp分别表示由构造运动产生的水平方向最大应变、水平方向最小应变、静水孔隙压力。
8.一种煤系地层地应力计算装置，其特征在于，包括：
地质参数计算模块，用于利用测井数据计算测井中不同地层深度处的弹性模量、泊松比、上覆岩层压力和孔隙压力；
砂泥岩主应力计算模块，用于通过室内岩心实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力；结合本块砂泥岩所在地层深度处的上覆岩层压力与孔隙压力得到本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的所述构造系数、上覆岩层压力和孔隙压力反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；
煤层应变计算模块，用于根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变，也就是每一块砂泥岩相邻煤层的应变；
煤层主应力计算模块，用于构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最大水平主应力分量相加，得到煤层最大水平主应力；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最小水平主应力分量相加，得到煤层最小水平主应力。
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