硬脆性页岩是页岩气、页岩油等非常规油气资源的赋存地质体,也是深层油气资源勘探开发过程中经常遇到的井下事故地质体,其井壁稳定一直是钻井工程界关注的焦点,造成硬脆性页岩地层井壁失稳最重要的因素之一是其复杂的水化作用。硬脆性页岩水化会造成岩石力学性质发生改变,从而影响到地层坍塌压力,给井壁稳定技术建立带来严重的困难。为保证硬脆性页岩地层安全钻进,有必要研究硬脆性页岩水化特征,认清硬脆性页岩水化机理,分析水化对坍塌压力的影响。本文以鄂尔多斯盆地石盒子组硬脆性页岩为研究对象,以钻井液浸泡对页岩物性的影响为主线,开展岩石直剪、三轴压缩、硬度等岩石力学实验研究,系统地阐述了钻井液作用下硬脆性页岩水化的岩石力学特征,基于岩心超声波透射实验所获得的硬脆性页岩水化过程中的声学性质变化,探索揭示了页岩内部结构随水化的动态变化及岩石力学性质随水化降低的特性。在认识硬脆性页岩基础岩石物理性质的基础上,揭示了硬脆性页岩的水化机理,分析了硬脆性页岩水化对坍塌压力的影响。实验研究与理论分析表明:硬脆性页岩水化直接导致其岩石力学性质发生变化,水化后,强度变低、硬度减小。外部结构特征、吸水量、弹性模量、泊松比等参数的变化难以准确评价硬脆性页岩的水化特征。声波时差、衰减系数、时域曲线、频域曲线等超声波信号可作为研究硬脆性页岩水化特征的有效手段。硬脆性页岩黏土矿物中不含蒙脱石,水化膨胀不明显,硬脆性页岩内部微裂隙普遍存在,其特有的结构特征与矿物组分是水化反应的决定因素,是影响水化反应的根本原因,而阳离子交换容量、比表面积与润湿性不同程度地影响硬脆性页岩的水化特征。硬脆性页岩水化是导致坍塌压力上升的主要原因之一,对井壁稳定造成潜在的威胁,井壁稳定设计时应充分认识硬脆性页岩的水化特征,避免井壁坍塌,确保钻井施工安全进行。