井壁稳定研究一直是钻井工程的热点课题。井壁失稳主要是地层被钻开形成井眼后打破了原有的地应力平衡状态,此时井周应力二次分布,为维持原有的地应力平衡状态,工程中通过向井眼中注入一定钻井液,钻井液形成的液柱压力来维持地应力平衡,注入密度过高时无法维持地层原有的平衡;注入的钻井液密度过低时,钻井液通过微裂缝进入地层,物化作用造成页岩强度降低从而发生井壁坍塌。传统的井壁坍塌计算模型一般都是基于单一弱面结合Mohr-Coulomb准则进行研究,而页岩地层由于微裂隙、节理、层理弱面大量发育,传统模型已无法精确表征井壁失稳,因此,本文针对页岩地层多弱面性质,基于修正后的多弱面强度理论几何弹性力学建立了适用于多弱面页岩地层的井壁坍塌失稳预测模型,分析了弱面组数、弱面产状、页岩强度弱化及坍塌周期等因素对井壁失稳的影响。计算分析表明:弱面数量越多,坍塌压力越大,安全钻井方位范围更窄,钻井难度更大;随钻进方位变化,不同弱面组数下坍塌压力最高值所在弱面倾角区域发生转化;多组弱面共同作用在钻井后期对井壁坍塌压力影响更显著。最后将模型进行现场应用,结果表明该模型能更精确表征多弱面页岩地层的井壁失稳问题,可以有效指导和预防页岩地层钻井时的井壁坍塌问题。其次,由于在钻井过程中井壁失稳会导致井眼呈现复杂的形态,因此,针对不同的工程地质条件选择不同的破坏准则计算钻井液安全密度窗口从而防止井壁失稳问题是一项具有重要学术价值的研究工作。本文研究了5种不同断层机制下,Mohr-Coulomb、Mogi-Coulomb、Drucker-Prager三种不同岩石破坏准则的适用性,并讨论了不同断层机制下井壁坍塌压力随井眼轨迹的变化规律。研究结果不仅为不同工程地质条件下的破坏准则优选提供科学依据,同时对钻井井眼轨迹优化设计有一定的指导意义,可更加有效指导钻井施工。