(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111406765.1 (22)申请日 2021.11.24 (71)申请人 中海石油 （中国） 有限公司 地址 100010 北京市东城区朝阳门北 大街 25号 申请人 中联煤层气有限责任公司 (72)发明人 王波　赵刚　吴鹏　王群超　赵童　 李忠城　张迎春　杜佳　段佳佳　 尚翠红　崔树辉　王鹏飞　蔡文浙　 李震　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 赵青朵 (51)Int.Cl. E21B 47/007(2012.01)E21B 47/14(2012.01) E21B 49/00(2006.01) E21C 39/00(2006.01) E21F 17/00(2006.01) E21F 17/18(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) (54)发明名称 一种煤系地层地应力计算方法及装置 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书8页 附图1页 CN 114033356 A 2022.02.11 CN 114033356 A 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] 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： 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： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114033356 A 2Edv、 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＝ρbVP2， C44＝C55＝ρbVS2， 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+0.48 νdv 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： 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： 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、 泊松权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114033356 A 3