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水平主应力、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水平主应力构造系数、最小水平主应力构造系数;利用本块砂泥岩对应的所述最大水平主应力构造系数、最小水平主应力构造系数、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水平主应力、最小水平主应力;同一区块内每一块砂泥岩的所述最大水平主应力构造系数、最小水平主应力构造系数相同;根据所述区块内每一块砂泥岩最大水平主应力、最小水平主应力,计算每一块砂泥岩最大水平应变、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水平主应力分量、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;z n 为第n块岩石所在地层深度,变量n=1、2、…、m;用σ Vn 表示地层深度z n 处的所述上覆岩层压力,则σ Vn 的计算公式如下:式中,ρ n 为地层深度z n 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P p 表示地层深度z n 处的孔隙压力,其计算方程为:Δt norm =136+204.323*e -0.001Z式中,P n 为地层深度z n 处的静水孔隙压力;Δt norm 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:E dv 、E dh 分别代表竖直及水平方向上的动态弹性模量,ν dv 、ν dh 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,C 33 =ρ b V P 2 ,C 44 =C 55 =ρ b V S 2 , C 12 =C 13 =C 33 -2C 55 ,C 11 =C 12 +2C 66 ;V p 为纵波速度,单位m/s;ρ b 为密度,单位kg/m 3 ;V s 为横波速度,单位m/s;ρ f 为钻井液密度,单位kg/m 3 ;V f 为井眼中钻井液的流速,单位m/s;V T 为管波速度,单位m/s;静态弹性模量E s 与静态泊松比v s 的计算公式为:ν s =0.07+0.48ν dvE s =0.272E dv 。
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σ H 和σ h 表示一块砂泥岩最大水平主应力、最小水平主应力,求取本块砂泥岩最大水平主应力构造系数A、最小水平主应力构造系数B的方程为: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水平主应力、最小水平主应力,计算每一块砂泥岩最大水平应变、最小水平应变的方程为:式中,ε H 为水平方向最大应变;ε h 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水平主应力分量、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ε H 、P p 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水平应变、最小水平应变的方程,计算由构造运动产生的煤层最大水平主应力分量、最小水平主应力分量,此时本方程中的ε H 、ε h 、P p 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水平主应力、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水平主应力构造系数、最小水平主应力构造系数;利用本块砂泥岩对应的所述最大水平主应力构造系数、最小水平主应力构造系数、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水平主应力、最小水平主应力;同一区块内每一块砂泥岩的所述最大水平主应力构造系数、最小水平主应力构造系数相同;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水平主应力、最小水平主应力,计算每一块砂泥岩最大水平应变、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水平主应力分量、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。