随着非常规油气在国家能源需求所占比重加大,页岩油气作为一种替代资源,逐渐成为勘探开发的重点,但页岩钻井井壁失稳问题一直是困扰页岩油气安全钻探的世界级难题,尤其是硬脆性裂缝油页岩,由于岩石脆性大、裂缝发育,失稳问题更为严重。ZH凹陷地层在勘探开发进程中,硬脆性裂缝油页岩地层井壁失稳问题尤为突出,主要是因为对地层井壁失稳机理认识不清并且油页岩层段岩石脆性很强、微裂缝发育,使得井眼围岩稳定性差,在钻探油页岩井段时,经常发生井壁的周期性坍塌破坏。因此开展ZH凹陷硬脆性裂缝油页岩地层的井壁稳定性研究,对现场安全钻井尤为重要。本文以ZH凹陷硬脆性裂缝油页岩为研究对象,通过测井资料、电镜扫描实验、岩石三轴试验等实验为研究手段,对地层裂缝产状、岩石理化性能、岩石脆性、地层地应力大小及方向进行了分析。基于渗流理论、半透膜等效孔隙压力理论、热传导理论以及多孔介质弹性理论,分析了地层井周应力分布。基于裂缝面间的摩擦原理,即裂缝面上的剪应力超过摩擦力时岩石沿着裂缝面破坏,建立了考虑裂缝面倾向与倾角的裂缝面的地层破坏准则。通过结合岩石本体Mogi-Coulomb破坏准则与含有裂缝面地层的破坏准则给出了考虑地层水化、温度作用、裂缝渗流等因素影响下的井壁稳定力化热渗流耦合模型。基于井壁稳定力化热渗流耦合模型,编制了相应的计算程序,利用ZH凹陷硬脆性裂缝油页岩地层测井及实验数据,分析了水力压差、化学势差、温度差、裂缝渗流等因素影响下的硬脆性裂缝油页岩的井壁稳定性规律,并且研究了不同钻井液性能下ZH凹陷硬脆性裂缝油页岩地层的安全钻井周期。研究结果表明,ZH凹陷油页岩地层脆性很高,这就使得在钻井过程中,诱导了地层微裂缝产生,造成井壁坍塌掉块;ZH凹陷硬脆性裂缝油页岩地层裂缝发育,钻井液侵入地层,水化作用使得裂缝面摩擦系数降低,是油页岩地层失稳的主控因素;分析表明当地层不含裂缝面时,沿着最小水平地应力钻进时油页岩地层最稳定,坍塌压力最低值为1.168 g·cm-3,地层含有裂缝面时,在最小水平地应力方位钻进时地层最稳定,坍塌压力最低值为1.173 g·cm-3;在地层裂缝渗流作用下井壁处地层孔隙压力提高了3.3 MPa,地层坍塌压力在井壁处升高幅度最大;其中低温低活度钻井液可以有效降低井壁坍塌压力,利于ZH凹陷油页岩地层井壁稳定。