在煤层气压裂增产的过程中,部分煤层气开采井出现了产水过多、产气不足的现象,使得煤层气产量达不到要求。针对煤层气开采井产水来源的解释,一种是认为煤层气井压裂裂缝连通了顶底板,沟通了水层;二是认为固井水泥环在压裂过程中遭到了损坏,沟通了水层。由于缺乏对地下水泥环状况认识手段,有必要对煤层气井固井水泥环进行压裂试验研究,模拟水力压裂对固井水泥环损坏的影响,以对煤层气排采井出水状况做出科学的判断。因此对煤层气压裂条件下水泥环的损坏研究具有非常重要的意义。本文通过实验获取到了某区块煤岩和顶底板的岩石力学参数,利用测井资料和差应变岩心实验法计算得到了顶底板岩石的地应力,根据广义胡克定律和组合弹簧模型间接计算了煤岩地应力,形成了利用实验和理论模型计算煤岩地应力的方法。为了模拟分析套管-水泥环-岩层系统下水泥环压裂损坏情况,设计了水泥环水力压裂室内物理模拟试验方案,对压裂岩样大小、套管尺寸、水泥环参数、射孔孔眼参数进行了仿真设计。采用全煤岩压裂和含底板煤岩压裂两种情况进行了试验,通过岩心描述、岩样解剖和工业CT扫描、压裂曲线等方式分析水泥环损坏情况。试验结果表明,水力压裂中水泥环拉伸破坏的区域与压裂裂缝穿过的区域是一致的。水泥环剪切破坏的区域在压裂裂缝穿过的区域的一小段距离内,距离越远破坏的程度越轻。水泥环的界面分离在煤层中比较突出,在砂岩中较轻。本文利用ABAQUS有限元软件模拟了室内煤岩压裂试验水泥环的破坏情况,与试验结果进行了对比分析。模拟结果表明,煤岩水力压裂的注入压力可使水泥环在孔眼附近容易出现拉伸破坏和剪切破坏,但在一倍孔眼距离以外,水泥环产生破坏的可能性急剧减小。综合认为,煤岩水力压裂裂缝沟通水层的可能性较大。