向页岩储层中注入超临界CO₂能够在提高页岩气采收率的同时实现CO₂地质封存,但CO₂—水—页岩会发生相互作用,导致储层孔隙结构及物理特性发生变化,进而影响井壁稳定性及页岩气产量,亟需开展相关机理基础研究。为此,以四川盆地长宁地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,基于矿物组分测试、扫描电镜、超声波透射等室内实验,系统分析了超临界CO₂—水—岩相互作用对页岩物理特性的影响,进而建立了页岩储层井壁稳定性评价模型,定量评价了超临界CO₂—水—岩相互作用对井壁稳定性的影响。研究结果表明:(1)黏土矿物水化作用及超临界CO₂—水—岩相互作用均导致页岩孔隙度及渗透率增加、声波能量损失及力学强度下降,页岩在超临界CO₂—水环境中,声波信号呈现高频向低频迁移特征,声波速度降幅为去离子水环境的2.53倍,孔隙度与渗透率增幅分别为其1.57倍和2.60倍,力学参数平均劣化程度为去离子水环境的2.12倍;(2)去离子水环境主要引发黏土矿物水化膨胀和分散,而超临界CO₂—水环境则通过碳酸盐溶解与黏土水化协同作用,加剧孔隙结构演化;(3)相较于原状地层,黏土矿物水化作用、超临界CO₂—水—岩相互作用分别使临界坍塌压力当量密度提升20.9%和42.7%。结论认为:(1)井壁稳定评价模型预测的坍塌压力当量密度为1.57 g/cm³,与现场实测数据(平均值为1.53 g/cm³)吻合良好(平均误差为2.61%),验证了井壁稳定性评价模型的可靠性;(2)研究成果有助于认识超临界CO₂—水—岩相互作用下页岩物理特性演化机理,为页岩气安全高效开发提供理论支撑。