页岩气是一种清洁、高效的能源资源和化工原料。我国页岩气储量丰富,居全球第一,有必要加大页岩气的勘探开发力度。但是,页岩地层在钻井过程中频繁发生井壁失稳、井下故障和复杂,严重影响了页岩气勘探开发。引发页岩地层井壁失稳因素包括复杂的井壁围岩地质环境和应力状态以及页岩层理/裂缝十分发育,还包括钻井施工过程对井壁围岩产生如开挖应力卸荷、地层热交换、页岩水化和钻井施工动力等多方面扰动。本文以涪陵气田焦石坝地区龙马溪组地层为例,综合运用分析测试、仿真计算、模拟实验、理论分析等手段,考察了龙马溪组页岩试样矿物成分、岩心岩貌和层理结构对页岩力学性能的影响;研究了页岩气井钻井施工过程中扰动因素如何引起井壁应力状态变化和岩石力学强度劣化,明确了试样表面和内部孔隙和裂缝的发育与扩展演化规律;建立了页岩扰动统计损伤模型和损伤本构模型,及井壁围岩抗剪和抗拉破坏准则,可以预测井壁围岩的坍塌压力和破裂压力,为石油企业提供井壁失稳预警,实现钻井全周期内安全平稳的钻进提供理论指导。取得的主要研究成果如下:（1）通过采用扫描电镜、图像数字化分析软件和核磁共振等现代微细观测试技术,提出了一种按照dmax/dmin比值分类考察试样表面孔隙和裂缝演化扩展发育和以T2能谱与孔径分类考察试样内部孔隙和裂缝演化扩展发育的损伤定量化方法,并利用T2能谱信号强度推导出试样孔隙率计算公式。并将系统研究了钻进施工过程中动力冲击扰动、应力卸荷扰动、地温传递扰动和页岩水化扰动后的页岩试样表面和内部微细观孔隙和裂缝的损伤演化特性,可以揭示页岩受各种扰动微细观损伤的深层机理。（2）通过理论分析、力学推导和计算仿真的方法,分别分析了由机械钻井破岩、钻柱振动碰摩、地层应力卸荷、地层温度热传递和页岩水化等因素扰动下的井壁上的附加应力场分布规律。并结合室内模拟试验,考察动力冲击扰动、应力卸荷扰动、热传递扰动和页岩水化扰动后的试样表面和内部不同类型的孔隙和裂缝所占比例变化规律,研究试样微细观孔隙和裂缝的发育与扩展演化规律,揭示了各种扰动损伤宏观力学机理:动力冲击扰动损伤属于动剪切力扰动,损伤演化行为是以中、大优势孔隙的剪切错动扩展为主;应力卸荷扰动损伤是属于静剪切力扰动,损伤演化行为也是以中、大优势孔隙的剪切错动扩展为主,且具有扰动集聚区;热传递扰动损伤是属于体缩拉伸致裂,产生张拉裂痕为主,损伤演化行为是以整体微、中、大孔隙都有扩展发育,没有优势孔隙和局部化效应;页岩水化扰动损伤属于体积膨胀挤拉致裂,损伤演化行为是以微小孔隙发育和扩径为主。（3）基于各因素扰动后页岩试样体变和力学性质的劣化响应,采用连续损伤理论和强度统计理论相结合,以体积膨胀率作为考察变量,建立了页岩各因素扰动统计损伤模型。在某一种因素扰动作用后,再通过三轴压缩试验继续讨论页岩加荷作用下的损伤劣化规律,本文以动力扰动和加荷下岩石的总损伤变量代入到损伤本构方程,建立了基于Drucker-Prager损伤准则的页岩动力扰动-加荷耦合统计损伤模型和统计损伤本构模型。（4）将地层影响因子和总扰动损伤变量代入Mohr-Coulomb强度准则和抗拉强度准则,建立了考虑多因素扰动损伤井壁围岩抗剪切破坏准则和抗拉破坏准则,可以确定井壁围岩的坍塌压力、破裂压力计算模型,以及井壁失稳预警系统,为石油企业技术应用提供理论指导。