我国优质能源如石油、天然气产能不足,而中国工程院院士袁亮指出到2030年我国的煤层气产量有望达到900亿m3。开发利用煤层气资源不仅能有效遏制煤矿瓦斯灾害,降低甲烷气体对大气环境的温室效应,而且可以优化我国能源结构、缓解能源短缺问题。但我国煤层气开发进度仍然缓慢,主要是因为储层煤岩的力学强度低、对应力敏感性强、较为破碎,加之煤层气井在钻进过程中,井壁围岩处于一个热流固耦合(THM)的动态环境中,容易引起卡钻、埋钻等井下复杂事故。因此,本文做了以下研究工作:1、进行含气煤岩的常规三轴力学试验,测试得到了煤岩的抗压强度、内聚力、内摩擦角、泊松比及弹性模量等基本力学参数;进行含气煤岩THM耦合力学试验,揭示了煤岩在温度场、渗流场及地应力重分布情况下的强度特性、变形特性、渗流特征等。2、针对钻进过程中地应力的重分布情况,基于弹塑性力学、渗流力学及热力学为基础,并结合煤岩的弹塑性特征,以煤岩孔隙率为桥梁,考虑煤岩塑性变形破坏阶段新生裂隙对渗透特性的影响,建立了含气煤岩THM耦合模型。并将所建模型导入COMSOL Multiphysics软件进行求解,结合试验结果验证了模型的正确性,深化了对储层煤岩THM耦合的研究。3、以宁武盆地太原组的煤层气储层为背景,利用建立的THM耦合数学模型对煤层气水平井欠平衡及近平衡钻井工况下的井周围岩应力及变形情况进行模拟分析,模拟结果与实际情况吻合度较高。结果将为现场施工方案的制定、防塌措施的制定具有指导意义。本文的研究成果深化了对钻进扰动下煤层气水平井井壁稳定机理的认识,建立的THM耦合数学模型揭示了钻进过程中含气煤岩与地层温度、流体压力及地应力的关系,为研究煤层气井井壁稳定提供了理论依据。THM耦合数值模拟将为煤层气井钻进过程中制定合理的技术措施,维持井壁稳定具有参考意义。