煤层气是一种高效洁净能源,我国储量丰富,抽采煤层气能减少矿井灾害、增加能源供给、减轻环境污染。水平定向钻井技术能使井眼沿煤层延伸,增大解析面积,提高抽采效率,因而被广泛采用。但随着开发深入,其井壁失稳问题日益突出,在水平段钻遇煤层时尤为明显,严重影响了钻井安全和经济效益。该问题受众多因素影响,但目前相关研究十分有限,分析其稳定性、探索失稳机理迫在眉睫。从地质、工程两方面总结了影响煤层气地面水平钻井稳定性的因素,并对赵庄井田2014ZX-U-01H井失稳情况统计,发现3#煤层上部水平段是重点失稳区,处理其失稳严重影响了工程进度。由此,基于Mohr-Coulomb强度准则,在进行井眼应力坐标变换后,采用实测岩石力学参数,通过软件MIDAS GTS NX建立了该水平井的三维有限元模型。研究了水平段井斜角、泥皮厚度、地应力方向等因素对井壁的应力分布特征、变形形式、位移量、井眼形状的影响规律,定量评价了失稳情况,找出了影响水平段井眼稳定性的主要因素,结果表明:(1)随水平段延伸井壁所受Von Mises应力逐渐增大,但3#煤层性质较差且存在纵向差异,井壁最终失稳程度同样受钻遇地层性质影响;(2)失稳时井壁以沿X轴方向变形为主,且底部位移量大于顶部,变形截面呈椭圆型,最大变形区位于3#煤层上部水平段;(3)地应力对破碎地层的变形破坏影响显著,对稳定地层影响较小;井斜角主要影响井壁塑性变形区半径;护壁泥皮则能改善整体井眼的应力集中现象;(4)影响该井水平段稳定性的主次因素顺序:地应力方向、井斜角、泥皮厚度。在研究范围内,随井眼走向与最大主地应力夹角增大、井斜角减小、泥皮厚度增大,井壁稳定性增强;(5)提出井田煤层气井水平段井眼走向与地应力夹角45°、井斜角84°、泥皮厚度1.2cm的最安全钻井组合方案,此时井壁最大Von Mises应力0.52MPa,最大变形量3.04cm,井眼最稳定。研究同实钻现象吻合,解决了传统方法耗时长、成本高、可重复性差、考虑因素不全面等缺点,且在计算原理、荷载条件、材料控制方面优势明显,结果直观、清晰。证明了采用有限元方法研究煤层气水平井稳定性的可行性与合理性,研究思路对开展同类井眼稳定性研究有借鉴意义。