水化作用会引起泥页岩水化膨胀、强度下降、孔隙压力增加等变化,是造成井壁坍塌的主要因素之一。本文通过综合多学科理论知识,深入细致地研究了泥页岩井壁水化失稳机理及其主要影响因素。根据井壁稳定化学/力学耦合作用机理的深入分析,提出抑制泥页岩水化作用的本质在于控制水化应力(水化膨胀压)。本文探讨分析了四种水化应力确定方法;通过对高温高压井壁稳定性模拟实验装置的技术改造,探索性的测定了水化膨胀压;建立了一种水化作用影响泥页岩井壁稳定性评价实验方法;借助压力传递技术,实验研究了不同浓度的氯化钾、氯化钠、氯化钙溶液对泥页岩极低渗透率的影响。根据井壁稳定性化学/力学耦合模型,编写了泥页岩水化/力学耦合安全密度窗口计算软件,软件包括:岩石力学参数计算、动静态力学参数转化、地应力计算、及安全密度窗口计算等四部分。实验数据与测井资料相结合,初步计算分析了水化作用对泥页岩地层坍塌压力及安全密度窗口的影响。通过钻井液防塌技术对策分析认为,阻缓滤液侵入和压力传递,可以预防/控制泥页岩水化作用,促进复杂泥页岩地层井壁稳定。利用新改进的高温高压井壁稳定性模拟实验装置,通过压力传递实验,结合滤液侵入实验等方法,首次在机理上验证了SD-A和HA-Al复配可有效阻缓压力传递;优选出一套水基防塌钻井液体系配方,其封堵性和抑制防塌性能优良。