众所周知,我国非常规油气资源特别是页岩气资源量丰富,具有良好的开发前景,但同时在页岩地层钻采时也易发生井壁失稳,井壁失稳的实质是由于对地层的力学行为认识不清楚而导致的。考虑页岩具有低渗、层理性等特点,当钻页岩地层时,选择什么样的力学模型来分析井壁稳定问题变的尤为重要。本文重点从以下三个方面来考虑:(1)由于页岩的吸水膨胀,使地层力学及强度参数具有时空分布的特点。在本论文(第二章)主要对页岩水化膨胀参数进行实验分析并总结。同时参考Chenevert所提出的线弹性水化模型并进行拓展(第三章),在非均匀地应力地层中将水化模型分为轴对称和非轴对称两部分,因为该模型是非线性模型,采用有限差分法进行求解;(2)由于页岩的渗透率一般较低,多孔弹性力学更适合用来分析井壁稳定问题,虽然该理论已被一部分国内学者应用研究,但目前大部分现场工程应用还是采用线弹性模型。因此,本论文(第四章)详细阐述了多孔弹性力学理论基础,同时给出了各向同性以及横观各向同性地层条件下的孔隙压力和井周应力的解析解;(3)参考Heidug和Wong(第五章)所提出的力-化耦合模型(考虑离子扩散),该模型基于非平衡热力学推导而来,且形式与Biot模型相似。本论文通过将化学势表示成溶质质量分数的线性形式,并结合多孔弹性力学,从而最终解得各向同性页岩地层力-化耦合多孔线弹性模型条件下的孔隙压力和井周应力解析解。