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油基钻井液 中国石油大学（北京） 2008年10月 定义及类型 油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。 两种油基钻井液——全油基钻井液和油包水乳化钻井液。在全油基钻井液中，水是无用的组分，其含水量不应超过10%；而在油包水钻井液中，水作为必要组分均匀地分散在柴油中，其含水量一般为10～60%。 油基钻井液的优缺点 与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。 目前已成为钻高难度的高温深井、大位移井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。 油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，并对井场附近的环境会造成影响。 油基钻井液的发展阶段 油基钻井液的组成 油包水乳化钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量的乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定的乳状液体系。 基油（Base Oil） 在油包水乳化钻井液中用作连续相的油称为基油，目前普遍使用的基油为柴油（我国常使用零号柴油）和各种低毒矿物油。 为确保安全，其闪点和燃点应分别在82℃和93℃以上。 由于柴油中所含的芳烃对钻井设备的橡胶部件有较强的腐蚀作用，因此芳烃含量不宜过高，一般要求柴油的苯胺点在60℃以上。苯胺点是指等体积的油和苯胺相互溶解时的最低温度。苯胺点越高，表明油中烷烃含量越高，芳烃含量越低。 为了有利于对流变性的控制和调整，其粘度不宜过高。 各种基油的物理性质 油基钻井液的组成 水相（Water Phase）： 淡水、盐水或海水均可用作油基钻井液的水相。但通常使用含一定量CaCl2或NaCl的盐水，其主要目的在于控制水相的活度，以防止或减弱泥页岩地层的水化膨胀，保证井壁稳定。 油包水乳化钻井液的水相含量通常用油水比来表示。一般情况下，水相含量为15～40%，最高可达60%，且不低于10%。 在一定的含水量范围内，随着水所占比例的增加，油基钻井液的粘度、切力逐渐增大。因此，人们常用它作为调控油基钻井液流变参数的一种方法，同时增大含水量可减少基油用量，降低配制成本。 但是，随着含水量增大，维持油基钻井液乳化稳定性的难度也随之增加，必须添加更多的乳化剂才能使其保持稳定。对于高密度油基钻井液，水相含量应尽可能小些。 在实际钻井过程中，一部分地层水会不可避免地进入钻井液，即油水比呈自然下降趋势，因此为了保持钻井液性能稳定，必要时应适当补充基油的量。 对于全油基钻井液，水是应加以清除的污染物，但一般3～5%的水是可以容纳的，不必一定要清除，因为靠增加基油来减少水量会使钻井液成本显著增加。 油基钻井液的组成 乳化剂（Emulsifier） 为了形成稳定的油包水乳化钻井液，必须正确地选择和使用乳化剂。一般认为乳化剂的作用机理是： 在油/水界面形成具有一定强度的吸附膜； 降低油水界面张力； 增加外相粘度; 以上三方面均可阻止分散相液滴聚并变大，从而使乳状液保持稳定。其中又以吸附膜的强度最为重要，被认为是乳状液能否保持稳定的决定性因素。 油基钻井液的组成 在油包水乳化钻井液中，常用的乳化剂有以下类型： 高级脂肪酸的二价金属皂，如硬脂酸钙： 烷基磺酸钙： 烷基苯磺酸钙： 斯盘-80（或span-80），主要成分为山梨糖醇酐单油酸脂： 此外，国内用于油包水乳化钻井液的乳化剂还有：环烷酸钙、石油磺酸铁、油酸、环烷酸酰胺和腐植酸酰胺等。国外在该类钻井液中使用的乳化剂多用代号表示，如Oilfaze、Vertoil、EZ-Mul 、DFL和Invermul等都是常用的乳化剂。 油基钻井液的组成 值得注意的是，在以上乳化剂中，属于阴离子表面活性剂的都是有机酸的多价金属盐（钙盐、镁盐和铁盐等，以钙盐居多），而不选择单价的钠盐或钾盐。 由于皂分子具有两亲结构，即烃链是亲油的，而离子型基团―COOˉ是亲水的，因此当皂类存在于油、水混合物中时，其分子会在油水界面自动浓集并定向排列，将其亲水端伸入水中，亲油端伸入油中，从而导致导致界面张力显著降低，有利于乳状液的形成。 楔形稳定理论 油基钻井液的组成 大多数天然矿物是亲水的。当重晶石粉和钻屑等亲水的固体颗粒进入w/o型钻井液时，它们趋向于与水聚集，引起高粘度和沉降，从而破坏乳状液的稳定性。 为了避免以上情况的发生，有必要在油相中添加润湿控制剂，简称润湿剂。润湿剂也是具有两亲结构的表面活性剂，当其分子聚集在油和固体的界面并将亲油端指向油相时，原来亲水的固体表面便转变为亲油，这一过程常被称作润湿反转（Wettability Reversal）。 润湿剂的加入使刚进入钻井液的重晶石和钻屑颗粒表面迅速转变为油湿，从而保证它们能较好地悬浮在油相中。 虽然用