泥页岩井壁失稳问题一直是钻井工程中一个复杂且带有世界性的难题,针对这一问题的研究工作从20世纪40年代起就开始进行,至20世纪90年代,进入了泥页岩井壁稳定的多场耦合研究阶段,出现了很多不同的理论模型。这些模型不同程度的促进了井壁稳定的发展,但是,由于泥页岩多场耦合的复杂性,模型中的很多参数很难进行实验室测定,严重影响了模型计算的准确性和模型的实用性。如国内外文献在对力学-化学耦合研究中的关键参数—膜效率的测量过程就存在一定问题:膜效率计算要求实验测量化学势作用下岩芯两端产生的最大压差,然而实验过程中测量得到岩芯两端最大压差实际上是力学-化学耦合流动产生的最大压差,不是单纯化学势作用产生的最大压差,所以这种计算膜效率的方法是不正确的。因此,进行力学-化学耦合基础理论研究,建立正确的膜效率计算方法,建立合理的力学-化学耦合井壁稳定计算模型,使模型参数可测量化,增加模型的实用性,仍然是一项复杂,艰巨且具有重大研究意义的课题。本论文的研究内容及相应的结论如下:1、深化了多场耦合理论研究。本文建立了新的力学-化学耦合井壁稳定计算模型,并给出了模型中参数的实验室测定方法,实现模型参数可测量化,增强了模型的实用性。2、分析并指出了目前国内外文献中膜效率计算方法存在的问题,建立了新的膜效率计算方法。应用新的膜效率计算方法和本文建立的孔隙压力计算模型对7块不同岩芯的实验结果进行了分析,结果显示:数值计算结果与实验结果吻合程度较好。3、实验研究了泥页岩强度随含水量的变化规律,并建立了孔隙压力-含水量-抗剪强度三者的关系,进而计算了强度参数随时间的变化关系。得到规律:内聚力、内摩擦角随着含水量的增加而减小,强度参数的变化对井壁稳定的影响是巨大的,甚至是决定性的。4、研制了泥页岩力学-化学耦合压力传递实验仪,并进行了压力传递模拟实验。该套设备在功能、稳定性和精度方面都达到了目前国际先进水平。5、开发了泥页岩力学-化学耦合坍塌压力数值模拟软件,并进行了敏感因素的规律性分析,结果表明,钻井液活度越低越有利于井壁稳定,膜效率越大,井眼稳定性越好。6、通过初步的现场应用,进行了钻井液类型优选,计算了合理的钻井液密度。三种类型钻井液对比结果表明:聚合醇钻井液最有利于井壁稳定性。缺点是,聚合醇钻井液价格昂贵。其次,硅酸盐钻井液也具有良好的稳定井壁性能,且价格相对便宜。聚丙烯酰氨钻井液相对性能较差。泥页岩井壁稳定性研究是一个系统研究,本文仅对力学-化学耦合模型和膜效率计算方法进行了一定程度改进,尚有诸多因素没有考虑,需要进一步摸索研究。