煤层气是一种新型能源,具有很大的发展潜力。但由于煤层气储层渗透率通常较低,且具有低孔、低压的特点,导致煤层气开采的难度增大,开采效率降低。常规水力压裂技术不能有效的用于所有煤层气储层。针对这一情况,本文将冷冻技术引入到煤层气储层改造技术之中。该技术在煤层气开采过程中可有效的提高煤层气的产量。研究冷冻法对煤层气储层的改造机理及低温对煤岩性质的影响,对丰富煤层气开采理论具有重要的学术价值及实际意义。在查阅、整理国内外有关理论文献资料和现场试验数据的基础上,通过COMSOL软件采用等效法建立煤层气储层低温体积改造多场耦合数学模型,实现对煤层气储层温度场、应力场、渗流场分布规律的数值模拟。通过改变煤层气储层低温体积改造过程中的相关参数得出各主要参数变化对储层水平截面和垂向剖面上温度场、应力场、渗流场的影响规律。分析得出注入温度、注入压力以及煤层气储层渗透率改变对煤层气储层改造影响较大。其次,通过颗粒流软件模拟双轴压缩试验,得到不同温度下煤岩宏观参数与微观参数之间的联系。分析随着温度变化,煤岩力学参数变化情况。确定在各低温状态下煤层气储层力学性质的微观参数值。随着温度降低,煤岩的弹性模量显著增大,抗压强度和抗拉强度也随之增大,煤岩颗粒间的胶结力增强,脆性增强。最后,使用PFC2D软件建立不同温度下裂缝扩展模型,分析裂缝扩展规律,对煤层气储层低温改造效果进行评价。使用该软件分别模拟不同注入温度、不同注入压力以及非均匀水平地应力、不同孔隙率等条件下的裂缝扩展及延伸。研究了注入温度,注入压力、储层初始水平地应力、孔隙率等参数对煤层气储层体积改造效果的影响,并通过对井底压力变化曲线的研究,分析煤层气储层内裂缝扩展与井底压力变化之间的联系。结论表明,随着温度降低,裂缝的起裂压力增大,主裂缝与次裂缝生成较多,裂缝扩展距离增大,但温度太低会导致应力集中,从而引起煤层气储层坍塌,不利于裂缝的扩展。