随着常规能源的枯竭,页岩油因其巨大的资源量而得到越来越多的关注,开采技术得到迅猛发展。水基钻井液是实现页岩油经济高效开发的必然途径,当前我国页岩油大都采用油基钻井液进行钻探,水基钻井液用于钻探页岩油相对较少,主要原因是水基钻井液钻探页岩油井壁失稳问题突出。在泥页岩地层的过平衡钻井中,水基钻井液滤液侵入地层,泥页岩遇水膨胀,其强度降低,最终导致井壁失稳;当采用水基钻井液欠平衡钻泥页岩地层时,钻井液也可能在毛管力和化学势等因素的作用下,逆流自吸进入泥页岩地层,从而引发井壁垮塌问题。本文以页岩油地层特性为基础,分析了考虑毛管力和化学势共同作用下的水基钻井液逆流自吸侵入规律,并在此基础上建立了考虑水基钻井液逆流自吸影响的页岩油地层坍塌压力模型。主要研究成果有:(1)以油水两相渗流理论为基础,结合毛管力方程,同时引入扩散系数,对井壁处含水饱和度进行了修正,建立了欠平衡钻井过程中水基钻井液侵入页岩油地层模型,利用该模型系统分析了钻井时间、欠压差、原始含水饱和度、残余油饱和度等因素对钻井液侵入深度的影响规律。主要认识有:引入扩散系数后,含水饱和度降低,侵入深度减少;侵入深度和含水饱和度随钻井时间和原始含水饱和度的增大而增加,随欠压差和残余油饱和度的增大而降低。(2)在综合考虑毛管力效应、离子浓度差和泥页岩半渗透膜效应影响的基础上,建立力-化耦合作用下的逆流自吸水侵模型,分析了离子浓度差、温度和半透膜效率对逆流自吸时侵入深度和含水饱和度的影响规律。主要认识有:考虑化学势后,侵入深度和含水饱和度均增加;欠压差越小,化学势作用越显著;侵入深度和含水饱和度随离子浓度差、温度和半透膜效率的增大而增加。(3)建立了考虑逆流自吸影响的页岩油地层坍塌压力模型,系统分析了水化应力、化学势、时间、欠压差、残余油饱和度和原始含水饱和度等因素对坍塌压力的影响规律。主要认识有:考虑水化应力和化学势作用后,坍塌压力增加;坍塌压力随钻井时间、原始含水饱和度的增大而增加,随着欠压差和残余油饱和度的增大而减少。本文研究成果丰富了页岩油地层坍塌压力基础理论研究,为页岩油地层的安全经济高效开发提供了理论支持。