如何有效缩短预热时间,提高蒸汽腔发育速度/质量,合理判断转入生产时机,评价地质力学因素在生产中的重要性,是当前克拉玛依超稠油SAGD（蒸汽辅助重力泄油）开采面临的难题。本文主要从地质力学角度探讨以上难题的解决方法。前人对克拉玛依油砂剪胀和张性扩容的力学/温度条件、微观变形机理和应力-渗流耦合关系认识不清。本文通过三轴剪切实验、等向压缩-膨胀循环加载实验、电镜扫描实验、渗透率实验等,研究了克拉玛依油砂在储层改造和SAGD开采条件下的变形特征、微观结构和渗流特征。三轴剪切实验发现,常温下0.5～2 MPa有效围压下存在应变软化和剪胀,剪胀量随围压降低而增加;45～70 oC时,0.5 MPa有效围压下应变软化和剪胀明显;100 oC下,0.5～5 MPa有效围压下均发生了明显的应变软化和剪胀。等向加载实验显示,随着孔隙压力增加,油砂体积膨胀,体积扩容量随温度增加而降低。电镜实验显示,原状油砂颗粒间的接触点/面稀少,粒间充填大量沥青/粘土混合物,具有沥青基底式胶结结构;常温和0.5 MPa有效围压下剪切带发育明显,砂粒显著翻转,形成粒间大孔隙;高温下沥青排出孔隙后,角砾状颗粒充分接触,形成“互锁”结构,提升剪胀潜能。渗透率实验显示,在低有效围压下发生剪胀有利于提高渗透率;随着平均有效应力降低,张性扩容诱导渗透率在半对数坐标中呈线性增加趋势。传统油砂本构模型未充分考虑温度、沥青相变和孔隙塌陷。本文改进了一种沥青基底式胶结油砂弹塑性本构模型,及考虑温度和有效含油饱和度的盖帽Drucker-Prager（D-P）模型。研究发现,从20 oC到70 oC,油砂弹性模量降低,体积模量和泊松比增加;70 oC到100 oC,弹性模量增加,体积模量和泊松比降低。随温度增加,D-P内摩擦角和粘聚力降低,剪切屈服面和盖帽屈服面均收缩。剪胀诱导渗透率与体应变呈近似线性关系。张性扩容诱导渗透率随体应变增加而增加,温度较高时渗透率增加幅度更大。采用Touhidi-Baghini公式拟合渗透率-体应变关系的效果较好。体积扩容后,岩石孔隙度和含水饱和度均增加。传统模型没有考虑SAGD不同开采阶段稠油热-流-固耦合机理的差异性,没有考虑稠油相态变化对热-流-固耦合分析的影响。本文建立了SAGD全生命周期内储层改造-预热-生产各个阶段的热-流-固-相变耦合模型,给出了各阶段骨架热孔隙弹塑性变形方程、渗流方程和相变传热方程,推导了耦合有限元方程,给出了求解耦合方程组的数值算法。依据改进模型进行案例分析发现,挤液扩容阶段,模拟井底压力与现场实测数据相符,储层温度传播范围较小,井壁岩石应力路径沿着向左靠近剪切屈服面的方向移动,储层中仅有热孔隙弹性变形,井间区域孔隙度增加量最大。若不考虑井筒传热效应,则应力路径整体向左上平移,更接近于剪切屈服面,但储层同样仅有热孔隙弹性变形,最大孔隙度增加量位于井壁处。对更深储层进行挤液改造,其应力路径整体向左上平移,更接近于剪切屈服面。预热阶段,井间热力连通充分,沥青相变区呈椭圆形,最大Mises应力位于井壁下方,井周附近半米范围内出现塑性区。若不考虑相变传热,则井间温度增加速度更快。蒸汽突破和蒸汽腔上升阶段,腔外压力传播比温度传播快,蒸汽腔正上部孔隙度增加量最大,蒸汽腔及其边缘位置发生塑性屈服;蒸汽腔横向扩展和蒸汽腔衰减阶段,泄油区体积增加,蒸汽腔外两侧孔隙度增加量最大。本文提出了一套SAGD全生命周期内施工效果的评价建议,提出了一种直井辅助SAGD井改造含泥质夹层稠油储层的工程设想,并在理论上给予了佐证。研究表明,在挤液扩容阶段,增加注液压力或体积扩容量将扩大水力波及范围,增加井底距、井间距或注液粘度将缩小水力波及范围。在预热阶段,沥青相变界面移动速度和井壁热流量随时间逐渐降低,井间中点温度达到80 oC时即可转入生产。在生产阶段,考虑地质力学因素的预测产量高于传统模型。对含泥质夹层储层进行挤液扩容,上夹层正上部的孔隙压力基本没有增加,井壁岩石应力路径沿着向左接近剪切屈服面的方向移动,储层只有热孔隙弹性变形,两夹层中间的孔隙率增加量最大;沿着注汽井延伸方向,孔隙率差异大,导致不同井段预热阶段的初始蒸汽腔非均匀发育。采用直井辅助技术对含泥质夹层储层进行挤液扩容后,上夹层上部储层孔隙压力有明显提升,水平井井壁岩石应力路径向左移动,更加接近于剪切屈服面;对于含夹层段储层,孔隙比在纵向上整体增加,上夹层上部储层孔隙率显著改善。对于采用直井辅助挤液扩容后仍无法有效开采的储层,应当调整生产策略,将水平井改造为注汽井,直井改造为生产井进行开采。