井壁失稳一直是困扰石油钻井的重大技术难题,泥页岩水化膨胀是造成井壁失稳的一个重要因素,而蒙脱石是泥页岩的主要组成成分之一,且在常见粘土矿物中最易吸水膨胀,因此蒙脱石水化是引起井壁失稳的根本性因素。利用分子模拟软件Materials Studio 5.0构建了钠蒙脱石的微观结构模型,分析探讨了钠蒙脱石的水化膨胀过程及机理,并向钠蒙脱石层间加入了不同的典型页岩抑制剂,包括无机盐（NaCl、KCl、NH₄Cl和CaCl₂）和胺类有机小分子（甲酰胺、尿素）,进行了分子动力学模拟,通过分析钠蒙脱石/水/页岩抑制剂体系的结构变化、计算运动以及力学性能等参数,研究了无机盐和胺类有机小分子的种类与浓度对蒙脱石水化的抑制作用效果及作用机理。模拟发现,钠蒙脱石层间距随着层间水分子数的增加而不断增大,当水分子数为32时可形成1个水化层,水分子数逐渐增加为64时形成第二层水化层,层间最多可形成三个水化层,对应的水分子数为96。随着水化层数的增加,钠蒙脱石层间钠离子的配位数、水化数和水化半径逐渐减小,钠离子与水分子的自扩散能力逐渐增强,弹性力学性能逐渐降低。无机盐可以抑制蒙脱石的水化,作用效果与阳离子的种类有关,主要依靠阳离子自身的水化以及与蒙脱石之间的静电引力来发挥抑制作用。饱和浓度条件下的NaCl、KCl、NH₄Cl和CaCl₂均能较好的抑制蒙脱石的水化,提高蒙脱石的力学稳定性,根据模拟结果可得,作用效果最好的是KCl,其次是CaCl₂、NH₄Cl和NaCl。胺类有机小分子抑制蒙脱石水化的能力与分子结构及官能团有关,甲酰胺和尿素均可与层间水分子及蒙脱石表面的氧原子形成氢键,抑制层间钠离子的水化,限制层间水分子及钠离子的自扩散。甲酰胺和尿素分子在不同浓度时对钠蒙脱石体系的密度和力学性能影响不同,但有相同的变化规律,即存在一临界浓度,低于此浓度时,胺类分子的加入可增大蒙脱石的密度,提高体系的力学性能,而高于此浓度时,体系密度减小,力学性能变差。甲酰胺和尿素都是在低浓度时能更好地发挥抑制作用,提高钠蒙脱石的稳定性,综合各参数对比分析,甲酰胺比尿素的整体作用效果好。