第七章油基钻井液
钻井液基本概论
钻井液基本概论第一节钻井液的功用、类型和组成一、钻井液的功用钻井液（Drilling Fluids）是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
钻井液又称做钻井泥浆（Drilling Muds），或简称为泥浆（Muds）。
钻井液的循环是通过循环泥浆泵来维持的。
通过泥浆泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑。
然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，在到达地面后经排出管线流入泥浆池，再经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入泥浆泵循环再用。
钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井液循环系统。
钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。
随着钻井难度的逐渐增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。
钻井液最基本的功用有以下几点：1、携带和悬浮岩屑钻井液首要和最基本的功用，就是通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的岩屑携至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持快速钻进。
在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。
2、稳定井壁和平衡地层压力井壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。
性能良好的钻井液应能借助于液相的滤失作用，在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻开的地层并阻止液相大量侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。
与此同时，在钻进过程中需通过不断调节钻井液密度，使液柱压力能够平衡地层压力，从而防止井塌和井喷等井下复杂情况的发生。
3、冷却和润滑钻头、钻具在钻进中钻头一直在高温下旋转并破碎岩层，产生很多热量，同时钻具也不断地与井壁磨擦而产生热量。
正是通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时吸收，然后带到地面释放到大气中，从而起到冷却钻头、钻具、延长其使用寿命的作用。
油基钻井液介绍及应用
油基钻井液一、油基钻井液发展概述1、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%。
2、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、大斜度定向井、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，使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响。
➢为了提高钻速，从20世纪70年代中期开始，较广泛地使用了低胶质油包水乳化钻井液。
➢为保护环境，适应海洋钻探的需要，从80年代初开始，又逐步推广使用了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。
3、油基钻井液的发展阶段二、油基钻井液的组成1、基油(BaseOil)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。
•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注：Mentor26、Mentor28、Escaid110、LVT和BP8313均为常用矿物油的代号。
2、水相(WaterPhase)：•淡水、盐水或海水均可用作油基钻井液的水相。
石油钻井液
油气层对钻井液的要求
1、必须与油气层岩石相匹配
对于水敏性地层，应选用不引起粘土水化膨胀的强抑制性钻井液 对于盐敏性地层，应选用不小于临界矿化度的钻井液 对于碱敏性地层，应选用不超过临界PH值的钻井液 对于酸敏性地层，最好不选用酸溶性暂堵剂……
2、必须与油气层流体相匹配
主要是针对钻井液滤液而言的。设计钻井液配方时必须考虑以下因 素： 滤液组分不与地层流体之间发生沉淀反应，以防止发生结垢等损害 滤液组分不与地层流体之间发生乳化反应 滤液的表面张力不宜过高，以防止水锁损害 滤液中有可能含有的细菌不会在油气层所处的环境中生长
3、 气体类流体 ( 或钻井液 )
对于低压裂缝油气田、稠油油田、低压强水敏或易发生严重
井漏的油气田及枯竭油气田 , 其油气层压力系数往往低于 0.8,
为了降低压差的损害 , 需实现近平衡压力钻井或负压差钻井。 气体类流体以气体为主要组分来实现低密度。该类流体可分为四种 1）空气：由空气或天然气、防腐剂、干燥剂等组成 2) 雾：由空气、发泡剂、防腐剂和少量水混合组成
完井的井底结构可分为四类： 1）封闭式井底—钻开后下油套或尾管固井，射孔； 2）敞开式井底—钻开后产层裸露，或下筛管不固井； 3）混合式井底—产层下部裸露，上部套管固井射孔； 4）防砂完井——砾石充填，筛管。
四类完井井底结构，细分为11种完井方法：
（1）射孔完井法 （2）裸眼完井法 （3）贯眼完井法 （7）筛管防砂完井法 （8）裸眼砾石充填完井法 （9）渗透性材料固井射孔完井法 （10）渗透性材料衬管完井法
从泥浆泵排出的高压钻井液 地面高压管汇
钻井液的循环 再经各种固控 设备进行处理 再沿钻柱与井壁（或套管） 形成的环形空间向上流动 方钻杆、钻杆、钻铤到 钻头，从钻头喷嘴喷出 水龙头、水 龙带、立管
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钻井液基础知识钻井液的概念：钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。
粘土是具有可塑性的、软、有各种颜色的泥土。
一般是含水氧化铝的硅酸盐，由长石和其它硅酸盐分解而成，颗粒直径约在0.1-100μm之间，在水中有分散性，带电性、离子交换性，属于多级分散体系。
简单地说，钻井液是粘土分散在水中形成的溶胶悬浮体（颗粒直径小于2μm）为使钻井液满足钻井工艺要求，常加入各种化学处理剂及惰性物质来调节钻井液的性能，使钻井液“由稀变稠，由稠变稀”。
因此钻井液的性能变化受粘土、水和化学处理剂三方面因素的影响。
我国标准化委员会钻井液分委会将钻井液分为八种：1、淡水钻井液：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。
2、钙处理钻井液；3、不分散低固相聚合物钻井液；4、盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）5、饱和盐水钻井液；6、钾基钻井液；7、油基钻井液；8、气体（包括一般气体及气泡）钻井液。
各类新型钻井液体系：正电胶（MMH）钻井液体系、聚合物-铵盐钻井液体系、两性离子聚合物钻井液体系、大小阳离子钻井液体系、水基无粘土相钻井液。
我国于1986年经钻井液标准化委员会研究决定，把钻井液材料分为16类：1、粘土类：主要用来配制原浆，亦有正反增加粘切、降低漏失量作用，常用的膨润土、抗盐土及有机土等；2、加重材料：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防塌防喷；3、降滤失剂：主要用来降低钻井液的漏失量，常用的有CMC、预先胶化淀粉，聚丙烯酸盐等；4、降粘剂：改善钻井液的流动特性，如粘度、切力，以增加可泵性，减少摩阻。
常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、木质素磺酸盐等5、增粘剂：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，增加胶凝强度以形成高流阻。
常用的有CMC、高聚物、预先胶化淀粉等。
6、润滑剂：主要用来降低摩阻系数，减小扭矩，增加钻头的水马力以及防止粘卡。
常用的有某些油类、石墨、塑料小球及表面活性剂。
钻井液(讲义)
④舍取钻遇断层、裂缝、溶洞等特殊井段数据；
⑤舍取水利因素变化大的井段数据。
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⑸预测结果校核
使用上述随钻地层压力检测方法，要及时收集 邻井已知地层压力数据、随钻压力测试、静压测试和 RFT数据或其它方法能准确求取的地层真实孔隙压力数 据，进行校核，以便修正随钻检测的地层压力，使之更
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⑻在裸眼井段遇到下列情况之一，需考虑分段循环钻井液： ①裸眼井段发生过井漏； ②起钻时有遇阻遇卡的井段； ③钻井液静止24小时以上； ④钻井液性能欠佳，特别是静切力较大； ⑤井下要进行特殊作业。 ⑼复查井段、含地层流体井段和到井底前最后3个立柱，采 用低速下钻。 ⑽下钻时要有专人观察并记录钻井液返出情况。 ⑾如井口不返钻井液，应立即停止下钻，观察井口液面， 发现液面下降，向环形空间罐满钻井液；同时起钻到正常井 段，小排量顶通后，逐渐增加排量，按井漏程序观察处理。 ⑿如钻柱内返钻井液，应进一步减速下钻；如继续返喷， 应静止钻柱1min～2min进行观察，判断是井涌还是环空不畅。 若是井涌，按井控程序处理；如果是环空不畅，应及时接方 钻杆或顶驱系统，循环钻井液。
脆性页岩表面看来是相当坚硬和稳定的， 但是，当放在水中时，则逐渐变成碎块，不过碎 块在水中并不软化或膨胀。脆性页岩的不稳定性 可能是由如下任何一种机理引起的：①页岩可能 是由于结构内的微裂缝表面、层面和解离面水化 而软化，然后，较大的页岩碎块掉入井内；②当 少量粘土被完全不膨胀的石英或长石基岩包围时，
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⒀下钻要平稳，遇阻时以提为主，严禁强压，遇阻超过 100kN（152.4mm以下井眼为50 kN）时，严禁强行下钻，应及 时接方钻杆（或顶驱系统），循环钻井液，正常后才能继续 下钻。 ⒁根据起出的上只钻头和稳定器的磨损情况，结合地层特 点，分析判断井眼欠尺寸的可能性；如果起出的所有稳定器 外径都磨损变小，下钻时应对上只钻头钻过的全部新井段划 眼；如果起出的稳定器中最下面一个稳定器的磨损变小，则 从未磨损的的稳定器所钻达的井深处开始划眼至井底。 ⒂在用牙轮钻头所钻的井段，下入PCD钻头或金刚石钻头， 要减速下钻。若牙轮钻头磨损，易造成刚性强的PCD钻头或金 刚石钻头卡钻。 ⒃钻头下入离井底一个单根或立柱时，应及时接方钻杆 （或顶驱系统），开泵顶通，井口有钻井液返出后，再根据 情况逐渐增加排量，循环正常后，转动钻柱，慢慢下放，下 放至井底。
第七章 井壁取心录井技术
第七章井壁取心录井技术1 井壁取心作业1．1 井壁取心的工艺技术由现场地质人员同取心施工队伍制定，并完成作业任务。
1．2 井壁取心是对油气探井完钻后，完成电测井时，视井下实际情况需要而进行的一项录井技术，由各油气田探区的勘探部（处）或相当的地质主管部门决定。
1．3 录井单位和施工单位的有关技术人员在现场具体商定取心位置和取心颗数。
1．4 拟定井壁取心，必须综合钻时、气测、岩屑及钻井液录井资料、电测资料，以综合测井曲线为重要依据。
1．5 精心施工，确保井壁取心质量和准确的取心深度。
2 井壁取心的原则2．1 凡岩屑严重失真，地层岩性不清的井段均可进行井壁取心。
2．2 凡应该进行钻进取心，而错过了其取心机会的井段，都应作井壁取心。
2．3 油气层段钻井取心收获率太低，岩屑代表性又差，油气层情况不清时，要进行井壁取心。
2．4 岩屑录井无显示，而气测有异常，电测解释为可疑层，邻井为油气层的井段要井壁取心。
2．5 判断不准或需要落实的特殊岩性段要进行井壁取心。
2．6 需要了解的具有特殊地质意义的层段，如断层破碎带、油气水界面、生油层特征等要井壁取心。
3 井壁取心质量要求3．1取心密度依设计或实际需要而定。
通常情况下，应以完成地质目的为准，重点层应加密，取出岩心必须是具有代表性的岩石。
3．2 井壁取心的岩心实物直径不得小于12mm，岩心实物有效厚度不得小于5mm。
条件具备，尽可能采用大直径井壁取心。
每颗井壁取心在数量上应保证满足识别、分析、化验需要。
若因泥饼过厚或枪弹打取井壁太少，不能满足要求时，必须重取。
岩性出乎预料时，要校正电缆，重取。
3．3 井壁取心出井后，要有效保证岩心的正常顺序，避免颠倒。
及时按出枪顺序由上而下系统编号、贴好标签，准确定名描述。
及时观察描述油气水显示，选样送化验室。
及时整理装盒妥善保存。
岩性定名必须在井壁取心后一天内通知测井单位。
3．4 井壁取心数量不得少于设计要求，收获率应达到70％以上。
钻井液和完井液化学—第七章 油基钻井液
油基钻井液的组成与性能
油基钻井液的组成与性能
9．油基钻井液的配制
大多数情况下，油基钻井液是在生产现场配制 而成的。为了能够形成稳定的油包水乳状液，在配 制时必须按照一定的步骤和顺序将各种组分混合在 一起。
油基钻井液的组成与性能
二、油基钻井液的性能
由于油基钻井液的连续相是油，因此在性能上与 水基钻井液有较大区别： 1．密度 温度和压力对密度的影响：钻井液作为一种多相 流体，既具有热膨胀性，又具有可压缩性，因此其 密度是温度和压力的函数。 密度的调控方法：通常使用的油基钻井液的密度为 0.84~ 2.64 g/cm3 。 最常用的加重材料是重晶石和碳 酸钙。不使用加重材料，而采取调整油水比和改变水 相密度的方法也能在一定程度上控制油基钻井液的密 度。
油基钻井液的组成与性能
2．流变性
油包水乳化钻井液是水滴和各种固相颗粒分散在油相中 形成的多相分散体系，影响其流变性能的因素及影响程度与 水基钻井被有较大区别。下面着重讨论各组分和温度、压力 对流变性的影响．
1)油基钻井液中各组分对流变性的影响
使用一种具有典型配方的油包水乳化钻井液，在只改变其 中一种组分加量，而其余组分加量维持不变的情况下，分别 测定其流变参数。实验结果表明，随着有机土、重晶石、含 水量(常用水油比表示)和乳化剂的逐渐增加，钻井液的表观粘 度依次增大，均呈现出一种规律性的变化。油基钻井 Nhomakorabea的组成与性能
5．亲油胶体
习惯上将有机土、氧化沥青以及亲油的褐煤粉、 二氧化锰等分散在油包水乳化钻井液油相中的固体 处理剂统称为亲油胶体，其主要作用是用做增粘剂 和降滤失剂。其中使用最普通的是有机土，其次是 氧化沥青。有了这两种处理剂，可以使油基钻井液 的性能可以像水基钻井液那样很方便地随时进行必 要的调整。
钻井液知识
第一章续论第一节钻井液工艺发展概论钻井液技术是钻井系统工程中的一个重要组成部分，人们常说：“钻井液是钻井的血液”，这形象地说明其在钻井作业中的重要地位。
尤其是随着石油勘探开发工作的发展，勘探领域越来越广泛，钻井深度不断增加，钻遇的地层日益复杂，钻井液作业越来越得到重视，并提出了更严格的要求。
随着科学技术的迅速发展，新型钻井液和新型化学处理剂不断出现，钻井液流变学和钻井液水力学研究更加深入，在安全、优质、快速钻井等方面，必须更严格地执行各项技术规定和要求。
钻井液的工艺发展概况：一、水基钻井液：水基钻井液体系基本经历了五个发展阶段。
1、天然（或自然）钻井液体系：大约用于1904年至1921年间，人们使用清水造浆。
由于不加处理剂的钻井液未进行化学处理，也没有具体的性能要求，因此，不能很好地满足钻井的要求，使用时经常出现井下复杂情况。
2、细分散钻井液体系：在1921年至1946年间使用，人为地采用粘土来配制钻井液，并加入一些化学分散剂，如烧碱、纯碱、褐煤、单宁等具有充分分散作用的处理剂，使粘土颗粒变小，进入胶体颗粒范围，从而提高了浑水浆的稳定性，大大改善了钻井液的性能。
在这个阶段，一些测定仪器开始使用，钻井液性能初步得到了控制，基本可以满足中深井的一般要求。
然而，由于井的加深及井温的升高，这种钻井液的不稳定性极为明显，尤其是粘度及切力变化较大。
通过多年的研究与实践，发现在钻水泥塞时受钙侵处理后的钻井液性能变得较为稳定，人们才认识到粘土在钻井液中分散得愈好，受外界影响愈敏感，性能波动就愈大，而经过无机盐处理的适度絮凝的钻井液则可大大地改善其不稳定性。
3、粗分散钻井液体系：1946年至1973年间，使用了多种无机盐类抑制剂（钙基钻井液体系）。
在加入分散剂的基础上，又加入适量的无机絮凝剂，如石灰、石膏等，保持了粘土颗粒在“适度絮凝”状态下，获得更高的抗钙、抗污染能力。
后期配合了各种耐盐的降粘剂，如木质素磺酸盐的使用及应用降滤失剂，形成了不同的盐类抑制性钻井液品种，大大提高了其耐温及抗各种侵污的能力，减少了井下复杂情况的发生，钻速有一定的提高。
石油钻井液.
四、油气钻井液的类型
五、油气钻进完井护壁 六、结语
、
一、钻井液的分类、功用
通常根据分散介质分为三大类： 水基钻井液、油基钻井液、气基钻井液 按用途分类： 油气钻井液、地质勘探钻孔冲洗液、工程 地质勘探钻探液、水井钻井液、灌注桩钻孔稳 定液等、、、
油气层对钻井液的要求
1、必须与油气层岩石相匹配
对于水敏性地层，应选用不引起粘土水化膨胀的强抑制性钻井液 对于盐敏性地层，应选用不小于临界矿化度的钻井液 对于碱敏性地层，应选用不超过临界PH值的钻井液 对于酸敏性地层，最好不选用酸溶性暂堵剂……
2、必须与油气层流体相匹配
主要是针对钻井液滤液而言的。设计钻井液配方时必须考虑以下因 素： 滤液组分不与地层流体之间发生沉淀反应，以防止发生结垢等损害 滤液组分不与地层流体之间发生乳化反应 滤液的表面张力不宜过高，以防止水锁损害 滤液中有可能含有的细菌不会在油气层所处的环境中生长
油气层对钻井液的要求
3、尽量降低固相含量 为防止因固颗粒堵塞造成的油气层的损害，钻井液中除保持维护 其性能所必须的膨润土和加重材料外，应尽可能降低其它无用固 相含量。 膨润土以够用为度，防止超量。 对渗透率较高的油气层，应尽可能采用无固相或无粘土相钻井液。 4、密度可调，以满足不同压力油气层近平衡压力钻井需要 我国油气层的压力系数范围为0.4~2.87，因此使用密度可调的不 同类型的钻井液才能满足要求。 对于低压、低渗、岩石坚硬、的油气层，需采用负压钻进来减轻 对油气层的损害。
钻 井 液 的 主 要 作 用
悬排钻渣；平衡地压； 冷却润滑；防止垮塌； 传递信息；取芯取样； 传递动力；承受重量。
控制压力
油基钻井液基础理论
油基钻井液基础理论我们在使用水基泥浆时，有时为了提高润滑性能，混入高达10％～15％的原油或柴油，这种混油泥浆油是分散在水中的，连续相为水，是水包油乳化钻井液，不能称为油基泥浆。
油基泥浆被定义为以油为连续相的泥浆。
主要有两大类：一种是油相钻井液，是氧化沥青、有机酸、碱、稳定剂及高闪点柴油的混合物。
通常只混3％～5％的水；另一种是油包水乳化钻井液（反相钻井液），有各种添加剂被用来使水乳化和稳定，这种体系最高含水可达50％。
油基泥浆主要用在：1) 钻复杂和麻烦的页岩2) 钻高温深井3) 生产层的钻进和取芯4) 钻盐层、硬石膏层、杂盐层5) 用作定向井的钻井液6) 用作小井眼的钻井液7) 钻含H2S和CO2的地层8) 用作射孔和完井液9) 用作解卡的浸泡液10) 用作封隔液11) 用作修井液12) 用作防腐蚀控制液13) 用作套管封隔液在乳状液中存在的水越多，水滴聚集和合并的机会越大。
假定水珠的大小相同，含水量小的体系更稳定，如果水量相同，水珠越细，乳状液越稳定，大水珠比小水珠更易聚结，另外，水珠大小愈均匀，乳状液也就越稳定。
为了使水在油中乳化，必须有足够的化学乳化剂，以便在每个水珠周围形成完整的一层膜。
若加入的乳化剂不足，乳状液将不会稳定。
为得到更细的大小均匀的水细珠，应该以剪切的方式给体系施加外力，可以通过泥浆枪或离心泵的搅拌作用来实现，尤其在初配油基泥浆时，尽一切可能高度剪切泥浆是非常重要的。
M－I泥浆公司还推荐一种剪切泵，使泥浆通过时受到很高的剪切作用。
正常钻进后油基泥浆经过钻头几个循环周后就获得足够的剪切了。
水珠大小对粘度和凝胶强度也有影响。
当加入油时，由于水珠之间的隔离更大，乳状液就变得更稳定，反之，增加水时，由于水珠之间的距离变小将降低稳定性。
加入油和水将影响粘度，油会降低粘度而水增加粘度。
为了控制粘度、凝胶强度和滤失量，需要调整适当的油与水的比例。
固体颗粒进入油包水乳状液中，可以有正负两种不同的效应，这取决于固相被润滑的方式，如果由一种液相和固相形成的角小于90度，就说该固相优先地被该液相润湿，如果接触角为0度，固相被液相完全润湿。
油基钻井液—油包水乳化钻井液
项目九：油基钻井液
任务 01 油基钻井液
知识点 3 油基钻井液的配方
项目九：油基钻井液
任务二：
油基钻井液下
课程名称：泥浆材料检测与应用
知识点 01 油基钻井液的配制 知识点 02 油基钻井液的性能要求
项目九：油基钻井液
任务 02 油基钻井液下
知识点 1 油基钻井液的配制
1.洗净并准备好两个混合罐。 2.用泵将配浆用基油打入1号罐内，按预先计算的量加入所需的主乳 化剂、辅助乳化剂和润湿剂，充分搅拌2h，直至所有油溶性组分全 部溶解。 3.按所需的水量将水加入2号罐内，让其溶解所需CaCl2量的70%。 4.在专门设备搅拌下，将CaCl2盐水缓慢加入油相。 5.在继续搅拌下加入适量的亲油胶体和石灰。 6.如性能合乎要求，加入重晶石以达到所要求的钻井液密度。 7.当体系达到所需的密度后，加入剩余的粉状CaCl2，最后充分搅拌。
水相：淡水、盐水或海水。
乳化剂：油溶乳化剂（HLB值3～6）、水溶乳化剂 （HLB值8～16），二者复配使用。
国内外油基钻井液使用的乳化剂包括硬脂酸钙、 SPAN-80、石油磺酸钙、OP-10
润湿剂：具有两亲特性的表面活性剂
pH调节剂：通常使用生石灰控制油基钻井液的碱度， 保持pH值在9.0～10.5左右。
项目九：油基钻井液
任务一：
油基钻井液
课程名称：泥浆材料检测与应用
知识点 01 油基钻井液的简介 知识点 02 油基钻井液的组成 知识点 03 油基钻井液的配方
项目九：油基钻井液
任务 01 油基钻井液
知识点 1 油基钻井液的简介
பைடு நூலகம்
油基钻井液特点 井眼稳定性好、润滑性好、抗温能力强。
油基钻井液分类： 1.全油基钻井液，含水量不超过5%。 2.油包水型乳化钻井液，含水量约为10%～40%。
油基钻井液的基本组成
油基钻井液的基本组成油基钻井液的基本组成油基钻井液是一种用于钻井的液体，由多种化学物质组成。
它与水基钻井液相比，具有更好的耐高温性能和更低的毒性，因此在深海、高温、高压等特殊环境下使用较为广泛。
下面将详细介绍油基钻井液的基本组成。
1. 基础油油基钻井液中最主要的成分是基础油。
它通常由矿物油、合成酯类或脂肪酸酯等组成。
这些材料具有较高的化学稳定性和良好的耐高温性能，可以满足复杂环境下对液体稳定性和流变特性的要求。
2. 加稠剂为了使油基钻井液具有适当的黏度和流变特性，通常需要添加加稠剂。
常用的加稠剂包括粘土、聚合物和胶体等。
这些材料可以增加液体粘度，提高其悬浮能力，并改善其流变特性。
3. 起泡剂在深海或其他高压环境下，油基钻井液容易产生气泡，从而影响其性能。
因此，需要添加起泡剂来防止气泡的产生。
常用的起泡剂包括硅酸盐、聚合物和表面活性剂等。
4. 抑制剂油基钻井液中会存在一些有害物质，如氧化物、硫化物和氮化物等。
这些物质可能对钻井设备和地层造成损害。
为了避免这种情况的发生，需要添加抑制剂来减少这些有害物质的含量。
5. 防腐剂在使用过程中，油基钻井液可能会受到微生物或其他污染因素的影响而变质。
为了防止这种情况的发生，需要添加防腐剂来保持液体的稳定性和清洁度。
6. pH 调节剂油基钻井液在使用过程中可能会受到酸碱度变化的影响而导致性能下降。
为了避免这种情况的发生，需要添加 pH 调节剂来控制液体的酸碱度。
7. 润滑剂油基钻井液中还需要添加一定量的润滑剂，以减少钻杆和井壁之间的摩擦力。
常用的润滑剂包括石墨、聚合物和金属表面活性剂等。
总结：油基钻井液是一种复杂的化学体系，由多种化学物质组成。
其基本组成包括基础油、加稠剂、起泡剂、抑制剂、防腐剂、pH 调节剂和润滑剂等。
这些成分可以保证油基钻井液在特殊环境下具有良好的耐高温性能和流变特性，从而为钻井操作提供了可靠的保障。
第七章 油基钻井液
△P=（Pm-Ps）+RTln(am/as)/V
（1）Pm-PS 取决于泥浆压力与地层孔隙压力之差； （2）RTln(am/as)/V (渗透压)取决于泥浆水活度am与地层水活 度as 之比值 。显然，在泥浆密度一定的情况下，可通过 调节钻井液活度来控制△P， 进而控制滤失量大小。
若am>as ,，则渗透压>0，渗透压的存在使渗滤压差△P增大。 若am=as ,，则渗透压=0，渗透作用对渗滤压差△P无影响。
破乳电压：使乳状液破乳或使水滴聚结合并形成电流通 路所需的最低电压。 破乳电压越高，乳状液越稳定。 乳化稳定性影响因素： （1）电解质浓度：水相电解质浓度愈高，水的导电性愈好，
破乳电压降低；
（2）水含量：水相增加，水滴间的平均距离缩短，电流易
于击穿，也容易合并成电流通路，因而降低电稳定性；
（3）水润湿的固体：水润湿固体形成大的水滴，因而降低 电稳定性； （4）水珠大小：水滴愈大，乳状液的稳定性越差，一般要 求保持在3-5μm; （5）温度：温度升高，乳状液的稳定性变差。
对于密度小于l.68g／cm3的油基钻井液，也可用碳酸钙
作为加重材料。虽然其密度只有2.7g／cm3 ，比重晶石低
得多，但它的优点是比重晶石更容易被油所润湿，而且具 有酸溶性，可兼作保护抽气层的暂堵剂。
二、油基钻井液性能
1、固相含量 在满足钻井液流变性和滤失造壁性前提下，固相含量尽量少。 2、流变性
第二节
活度平衡的W/O乳化钻井液
一、活度平衡：指通过增加水相中无机盐的浓度， 使钻井液和地层水的活度相等，从而达到阻止泥 浆中的水向地层运移的目的。 二、滤失量影响因素 ：
滤失方程：
dVf
KAP dt h
钻井液基本解析
钻井液目前主要有两种分类方式，通常我们按流体介质将钻 井液分为水基，油基和气体型三类。 （详见图表一）
图表一：钻井液的基本组成
水基钻井液
油基钻井液
气体型钻井流体
1、水相：淡水或盐水 1、油相：柴油或原油 1、气体：空气、氮气等
2、活性固相：土粉 2、悬浮剂
2、泡沫
3、钻井液处理剂
3、钻井液处理剂
3、稳定泡沫
用途：1、增加钻井液的密度。 2、控制地层压力。 3、降低滤失。 4、桥堵、油层保护。
优点：1、在15%的HCl溶液中90%的溶解。 2、提供有效的架桥。
物理性质：1、外观：粉末。 2、密度：2.7g/cm3。
降滤失剂
SDMC 低粘羧甲基纤维素钠盐 LV—sodium carboxyl methyl cellulose SL—LVCMC 降滤失剂 产品描述：低粘羧甲基纤维素钠盐又称LV-CMC，是由氯乙酸钠与碱 性纤维素反应制得。用于控制水基钻井液的滤失。实验室抗温在 150℃，实际抗温在180℃，具有良好的抗盐性能。 SL—LVCMC技术要求：
6、盐水钻井液体系：氯化钠含量大于1%（质量分数）的水基钻井液。 盐水钻井液是用盐水（或海水）配制而成的。
7、油基钻井液体系；以油（通常使用柴油或矿物油）作为连续相的 钻井液称做油基钻井液。与水基钻井液相比较，油基钻井液的主要特 点是能抗高温，有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力，润滑性好， 并可有效地减轻对油气层的损害等。
性能 2%水溶液表观粘度，mPa.s 基浆滤失量，mL 滤失量（1％加量），mL
指标 ≤30 60.0±5.ห้องสมุดไป่ตู้ ≤10
用途：1、用于降低盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼厚度。 2、在水敏性地层促进井眼稳定。 3、胶体稳定剂。
钻井液基础知识
钻井液基础知识一、钻井液概述1、钻井液概念钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。
2、钻井液的分类（1）淡水钻井液（2）钙处理钻井液（3）不分散低固相聚合物钻井液（4）盐水钻井液（5）饱和盐水钻井液（6）钾基钻井液（7）油基钻井液（8）气体钻井液3、钻井液在钻井中的作用（1）清洗井底，携带岩屑，保持井底干净，保证钻头不断的破碎地层，使钻进不中断。
（2）平衡地层中的流体压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。
（3）平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。
（4）发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。
（5）悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。
另外承受钻杆和套管的部分重力。
（6）润滑并冷却钻头钻具。
（7）防止地层中盐水、岩盐、石膏、芒硝等对钻井液的污染，防止硫化氢污染和损害。
（8）利用钻井液，准确获得井下资料。
二、钻井液性能指标1、钻井液密度（1）概念：指单位体积钻井液的质量，常以g/cm3表示。
（2）钻井液密度与钻井的关系密度的大小直接关系着钻井速度的快慢，因此密度必须符合地质和工程的要求，大小适中。
密度过大有以下害处：A、损害油气层B、降低钻井速度C、过大压差易造成压差卡钻D、易憋漏地层E、易引起过高的粘切F、多消耗钻井液材料和动力G、抗污染能力下降密度过低则容易发生井喷、井塌、缩径及携岩能力下降等。
（3）提高钻井液密度的方法一般可在钻井液体系中加入密度较大的惰性物质，如石灰石粉、重晶石粉等；也可加入可溶性盐，另外根据情况可选用除气、除泡等工艺方法。
（4）降低钻井液密度的方法A、机械法：把有害物质通过机械设备清除，如使用震动筛、除砂器等。
B、稀释法：加入一定量的清水稀释钻井液，使其密度下降。
C、使用化学絮凝剂来降低密度。
D、使用发泡剂或充气来增大体积而降低密度。
2、钻井液的流动性（1）、钻井液的粘度、切力A、表观粘度：是用一定体积的钻井液流过规定尺寸的小孔所需的时间来表示。
油基钻井液体系介绍
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PDF-MOM油基泥浆现场作业
顶替隔离液
准备8方稠塞作为隔离液； 用海水钻穿水泥塞后，先替入4方隔离液＋海水20方＋4方隔 离液，紧跟油基泥浆，在顶替过程中高速不停泵； 待第一个稠塞返出可直接排放，同时可以携带出大部分水泥 塞钻屑，减少跑浆现象； 第二个稠塞返出时进计量罐进行回收；
碱度调节剂：PF-MOALK
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油基钻井液基础
（6）亲油性胶体
习惯上将有机土、氧化沥青以及亲油性褐煤等分 散在油包水钻井液中的固相处理剂统称为亲油胶 体。
主要作用就是增稠和降滤失，其中使用最普遍的 是有机土和氧化沥青。
泥浆中心产品： 有机土：PF-MOGEL
温度、压力对油基钻井液流变性影响
温度升高，粘度下降；压力上升，粘度上升 温度越高，压力对流变性影响程度越小 压力引起的流变性增幅大于温度引起的降幅，故在实
际钻井中，同一油包水钻井液在井底的流变性都比地 面高，若为加重钻井液，还会高得更多
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PDF-MOM 钻井液体系
PDF-MOM Oil Base Drilling Fluid
SM
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PDF-MOM油基泥浆的组成
主要是针对渤海油田使用的，其配方由下列具有良好抗温稳定性的配
套处理剂组成： 油相 PF-MO
水相
乳化剂 降失水剂
CaCl2水溶液
PF-MOEMUL、PF-MOCOAT PF-MOTEX
25－35 kg/m3 5－15 kg/m3 5－15 kg/m3 30－50 kg/m3
石油工程-钻井液
第四章钻井液在钻井工程中，人们常常以“泥浆是钻井的血液”来形象地说明钻井液在钻井中的重要地位。
钻井液的作用可以概括为：清洗井底，携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡地层压力；保护井壁；协助破岩；地质录井；将水力功率传递给钻头；保护油气层等。
在钻井实践过程中钻井液技术不断发展，从最初采用清水开始，经历了清水、天然泥浆、细分散泥浆、粗分散泥浆、不分散低固相泥浆、无固相泥浆等几个阶段。
在这一过程中，为了解决某些复杂问题，出现了油基泥浆以及空气、泡沫等新型钻井液，远远超出了粘土和水形成的“泥浆”范围，因此人们用“钻井液”来代替“泥浆”这一名称。
本章从钻井液的基本组成——粘土出发，介绍钻井液的基本性能及调整方法、现场常用钻井液的组成和特点。
第一节粘土基本知识一、几种主要粘土矿物的晶体构造及特点粘土主要是由粘土矿物(含水的铝硅酸盐)组成。
粘土矿物的种类很多，不同粘土矿物有不同的晶体构造及特点，但其晶体都是由两种基本构造单位组成的。
1．粘土晶体构造中的基本单位1)硅氧四面体。
每个四面体中都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅在四面体的中心，四个氧原子(或氢氧)在四面体的顶点。
2)铝氧八面体。
铝原子处于八面体的中心，与上面和下面的各三个氧原子或氢氧形成一个正八面体。
2．高岭石的晶体结构高岭石晶体由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成。
四面体片的顶尖都朝着八面体片，二者由共用的氧原子和氢氧原子团联结在一起。
由于它是一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，所以称高岭石为1：1型粘土矿物。
高岭石单元晶层，一面为OH层，另一面为O层，片与片之间易形成氢键，晶胞之间连结紧密，故高岭石的分散度低。
高岭石晶格中几乎没有晶格取代现象，它的电荷是平衡的，因此高岭石电性微弱。
这些特点决定了高岭石水化很差。
油气层中高岭石颗粒大而附着力弱。
常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。
3．蒙脱石的晶体结构蒙脱石是由上下两个硅氧四面体片中间夹一层铝氧八面体片组成，硅氧四面体的尖顶朝向铝氧八面体，铝氧八面体片和上下两层硅氧四面体片通过共用氧原子和氢氧联结形成紧密的晶层，因此称为2：1型。
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第三节
低毒油包水乳化钻井液
矿物油钻井液与常规油包水乳化钻井液无本质上
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3.乳化剂
乳化剂的作用机理是：（1）在油／水界面形成具
有一定强度的吸附膜；(2）降低油水界面张力；(3）
增加外相粘度。阻止分散相液滴聚并变大，使乳状液 保持稳定。吸附膜的强度最重要，是决定乳状液能否 保持稳定。
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油包水乳化钻井液中，常用的乳化剂有：
第七章
本章主要掌握：
油基钻井液
1. 油基钻井液的基本特点 2. 油包水乳化钻井液的组成和性能调节 3.平衡活度油包水乳化钻井液
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油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。油基钻 井液抗高温、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，成为钻高难度的高温深井、大 斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，可广 泛地用做解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。 目前全油基钻井液较少使用，通常所说的油基钻井 液主要指以柴油或低毒矿物油（白油）为连续相的油包 水乳化钻井液。
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(1)油基钻井液中各组分对流变性的影响
随着有机土、重晶石、含水量和乳化剂的逐渐增
加，钻井液的表观粘度依次增大，有机土和氧化沥青等 亲油胶体、加重材料以及水滴在油相中的高度分散是塑 性粘度增大的主要原因。有机土颗粒和微细水滴之间的 相互作用使油包水乳化钻井液有较高的动切力和凝胶强 度。油包水乳化钻井液动切力的大小取决于体系中有机 土颗粒的水滴的浓度（含量和分散度），以及它们之间
第二节
活度平衡的油包水乳化钻井液
活度平衡是指通过适当增加水相中无机盐（通常使 用CaCl2和NaCl）的浓度，使钻井液和地层中水的活度 保持相等，阻止油浆中的水向地层运移。可有效地避 免在页岩地层钻进时出现的各种复杂问题，使井壁保 持稳定。
钻井液水相中的盐度高于地层水的盐度时，页岩 中的水自发地移向钻井液，使页岩去水化；如果地层 水比钻井液水相具有更高的盐度，钻井液中的水将移 向地层。
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2．水相
淡水、盐水或海水均可用做油基钻井液的水相。通 常使用含一定量CaCl2或NaCl的盐水，主要目的控制水
相的活度，防止或减弱泥页岩地层的水化膨胀，保证
井壁稳定。
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在一定的含水量范围内，随着水相体积增加，油基
钻井液的粘度、切力增大。常用水相体积调控油基钻井 液流变参数，增大含水量可减少基油用量，降低成本。 另一方面，随着含水量增大，维持油基钻井液乳化稳定 性的难度增加，必须添加更多的乳化剂才能保持稳定。 对于高密度油基钻井液，水相含量尽可能小。调整油水 比的一般原则是，尽可能低的成本配制成具有良好乳化
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4．乳化稳定性
衡量乳状液稳定性的定量指标主要是破乳电压， 测量油基钻井液破乳电压的实验称为电稳定性（ES）
实验。破乳电压值越高钻井液越稳定。一般要求，油
包水乳化钻井液的破乳电压不得低于 400V。
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乳状液稳定性变差通常是由于钻井液中出现亲水
作为加重材料。优点是比重晶石更容易被油润湿，具有
酸溶性，兼作保护油气层的暂堵剂。
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二、油基钻井液的性能 1．密度 ( l）温度和压力对密度的影响
钻井液是一种多相流体，具有热膨胀情况下，随井深
增加逐渐趋于减小。
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相互作用的强度。
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常用以下方法调整流变参数：
① 需要增加粘度、切力时，可适当减小油水比，适 当增加一部分水的含量，使体系中微细水滴的浓度增 加。 ② 适当增大有机土、氧化沥青等亲油胶体的用量增加 粘切，在体系不含水或含水较少时，亲油胶体主要增 加μp，对τ0增加和凝胶强度无明显效果。
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目前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。
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），不选择单 价的钠盐或钾盐。
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一元金属皂的分子中只有一个烃链，在油水界面
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钻遇的大多数水敏性页岩地层，控制CaCl2质量
分数在 30%～ 35％。采取加入足量无机盐，一部分 水从页岩转移到钻井液中来。但是要防止进入钻井液 的水量过多。进水过多，一方面会影响钻井液的油水 比和性能，另一方面页岩过快收缩，容易引起井壁剥
落掉块，不利于井壁稳定。
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为了对付低压地层，有时降低油基钻井液的密度。 可采取方法：
(1）用基油稀释，提高油水比。这种方法使钻井液中固 相所占体积分数减少，粘度和切力降低。 (2）用固控设备清除部分加重材料。
(3）加入塑料微球。这种充氮塑料微球由酚醛树脂或脲 醛树脂制成，直径范围为50-300μm ，密度范围为0.10.25g/cm3。加入钻井液之后，粘度和切力增加，滤失量
湿反转作用。
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有机土很容易分散在油中起提粘和悬浮重晶石的作
用。有机土在一定程度上增强油包水乳状液的稳定性， 起固体乳化剂的作用。 氧化沥青常用做油包水乳化钻井液的悬浮剂、增粘 剂和降滤失剂，主要由沥青质和胶质组成氧化沥青将油 基钻井液的API滤失量降低为零，高温高压滤失量也可 控制在5ml以下。最大缺点是对提高机械钻速不利，在
加基油的用量。
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(2）温度和压力对油基钻井液流变性的影响
油包水乳化钻井液的一个重要特点是流变性压力 影响较大，在高温高压下粘度较高。在实际钻井过程 中，井内钻井液所承受的温度和压力同时随井深增加 升高。一方面温度升高油包水乳化钻井液表观粘度降 低，另一方面压力升高表观粘度增大。常温下压力对 表观粘度的影响很大，随着温度升高，压力的影响逐
子聚集在油和固体的界面并将亲油端指向油相，原来
亲水的固体表面转变为亲油，发生润湿反转。
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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，保证它们能较好地悬浮在油 相中。较好的润湿剂有季胺盐（如十二烷基三甲基溴
化铰）和石油磺酸盐。一般要求油包水乳化钻井液中
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第一节 油基钻井液的形成与性能 一、油基钻井液的组成及配制方法
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形 成的稳定的乳状液体系。 1．基油 用做连续相的油称为基油。目前普遍使用的基油为 柴油和各种低毒矿物油。
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稳定性和其它性能的油包水乳化钻井液。
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在实际钻井过程中，一部分地层水不可避免进入 钻井液，油水比下降，为保持钻井液性能稳定，必要 时适当补充基油的量。全油基钻井液，水是应清除的 污染物，一般3％-5％的水是可以容纳的，不必一定要 清除，靠增加基油来减少水量增加钻井液成本。
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(2)密度的调控方法
通常使用的油基钻井液的密度范围为0.84-
2.64g/cm3。最常用的加重材料是重晶石和碳酸钙。重 晶石能将油基钻井液密度提至2.64g/cm3，碳酸钙只能 提至1.68g/cm3。 不使用加重材料，采取调整油水比和改变水相密度 的方法在一定程度上控制油基钻井液的密度。无机盐 是用来增加水相密度的主要物质，最常用的盐为CaCl2 和NaCl。
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③ 对于加重的油基钻井液，表观粘度会随密度增大而
逐渐增加。重晶石主要增加μp，不增加τ0，重晶石悬
浮不好，应立即补充乳化剂和润湿剂，增强乳化稳定
性，提高体系中微细水滴的分散度和浓度，同时加强
固控进一步减少体系中的钻屑含量。
④ 降低粘度、切力时，可适当增大油水比，适当增
上的定向排列趋向于形成一个凹形油面，有利于形成
O/W型乳状液；二元金属皂的分子中含有两个烃链，在 界面上的排列趋向于形成一个凸形油面，有利于形成 W/O型乳状液。
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由乳化剂分子的空间构型决定乳状液类型的原理 在胶体化学中称做定向楔型理论。含义是将乳化剂分 子比喻成两头大小不同的楔子，如果要求它们排列紧 密和稳定，那么截面小的一头总是指向分散相，截面 大的一头留在分散介质中。
目前常用的油基钻井液配方中限制使用。
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6. 石灰
石灰是油基钻井液中的必要组分，主要作用有： ( 1 ）提供的Ca2+有利于二元金属皂的生成，保证添加 的乳化剂充分发挥效能。 ( 2 ）维持油基钻井液的PH值在8.5-10范围内有利于防 止钻具腐蚀。 ( 3 ）防止地层中CO2和H2S等酸性气体对钻井液的污染 ，反应式为：
降低。
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2．流变性
油包水乳化钻井液是水滴和各种固相颗粒分散在油
相中形成的多相分散体系，影响流变性能的因素及影响
程度与水基钻井液有较大区别。(1）除亲油胶体等增粘
剂外，体系的油水比对粘度、切力有影响；( 2）在一
定温度下，随压力增加，表观粘度增大；(3）体系的乳