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泥页岩中黏土矿物的水化膨胀是造成井壁不稳定的主要原因之一,其中黏土矿物的表面水化是由黏土矿物晶体表面(膨胀性黏土表面包括外表面和内表面)吸附水分子以及交换性阳离子水化而引起的,因水化势较大而难以去除,国内外尚未解决黏土矿物表面水化的抑制问题。蒙脱石在黏土矿物中广泛存在,且最易发生水化膨胀作用,因此蒙脱石水化对于油气井的井壁稳定性研究至关重要。通过构建Na-蒙脱石晶体模型和Na-蒙脱石-水界面模型,对Na-蒙脱石内/外表面水化的作用机理进行了研究。并以常见的无机盐、有机硅酸盐、直链状胺类小分子乙二胺及其同系物为研究对象,对不同页岩抑制剂与Na-蒙脱石晶体内/外表面的相互作用进行了模拟。通过分析Na-蒙脱石层间及晶体外表面的水分子吸附构象、氢键分布、各组分浓度分布、动力学特征、径向分布函数、离子水化参数和蒙脱石的力学参数,研究了阳离子、阴离子、温度、胺类小分子碳链长度等因素对页岩抑制剂抑制作用的影响及其作用机理。模拟结果表明,阳离子的水化能力对Na-蒙脱石的水化膨胀有直接的影响,模拟得到的阳离子在Na-蒙脱石晶体内/外表面表现出的水化能力由大到小排列为:Mg2+>Ca2+>Na+>NH4+>K+。向层间加入水化能力较弱的无机盐阳离子,将层间的补偿Na+置换出来,可以有效降低Na-蒙脱石的水化膨胀作用。无机盐阳离子的加入可以抑制层间Na+的水化,减小水分子和Na+的自扩散性,同时无机盐阳离子能够抑制晶体外表面与界面水间的吸附作用,使水分子远离晶层表面,破坏界面水原有的层状分布结构;阴离子中甲基硅酸根与cl-相比具有更好的抑制性,甲基硅酸根中的羟基可与晶层表面形成氢键发生吸附,占据晶层表面吸附位点,降低Na-蒙脱石内/外表面水分子自扩散系数;温度升高不利于层间离子水化,但有利于层间水分子的扩散和晶层的膨胀,温度升高使Na-蒙脱石晶体外表面水化层分子有序度减小,水化层厚度增加;乙二胺及其同系物在Na-蒙脱石层间和晶体外表面的吸附状态均为平躺吸附,当分子碳链的碳原子数增加至8个以上(1,8-辛二胺、1,10-癸二胺),其自扩散系数逐渐增大,分子某一端的胺基可能由于氢键作用力不足脱离晶层,游离在水相中,呈斜躺状吸附;乙二胺及其同系物的加入能降低层间Na+的水化能力,侵占晶层表面原有的水分子吸附位点,降低水分子和Na+的自扩散性,增强Na-蒙脱石力学性能,使晶体外表面界面水的浓度峰远离晶面,降低界面水分子有序度,抑制水分子的扩散运动。整体抑制效果随碳链长度的增加呈先增后减的趋势,在1,6-己二胺处达到最佳。