油基钻井液
第七章油基钻井液
石油工程学院
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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
油基钻井液特点 -回复
油基钻井液特点 -回复
油基钻井液是一种用石油为基础的钻井液，具有以下主要特点：
1. 良好的稳定性：油基钻井液相对水基钻井液来说，更具有稳定性，能够有效地防止井壁稳定性问题的出现。
2. 良好的润滑和降阻作用：油基钻井液的润滑和降阻性能较好，能够在钻井过程中保护钻头和井壁，并降低钻头的磨损。
3. 良好的渗透性：油基钻井液具有较好的渗透性，能够迅速渗透到井壁中，防止井壁塌落和沉降。
4. 良好的抗污染性能：油基钻井液在遇到含有油脂、蜡质等污染物质时，仍能保持稳定性和润滑性。
5. 对环境的影响较小：由于油基钻井液本身就是用石油为基础的，因此其对环境和生态系统的影响相对较小。
综上所述，油基钻井液具有稳定性好、润滑和降阻作用好、渗透性好、抗污染性能好和对环境的影响较小等特点。
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。
第七章油基钻井液
油基钻井液的组成与性能
3．滤失量 ．
滤失量低并且滤液主要是油而不是水， 滤失量低并且滤液主要是油而不是水，是油基 钻井液在性能方面的一个重要特点． 钻井液在性能方面的一个重要特点．也是油基钻井 液适于钻强水敏性易坍塌复杂地层以及随够有效保 护油气层的主要原因。通常情况下， 护油气层的主要原因。通常情况下，只要具有良好 的乳化稳定性，油基钻井液的API滤失量可调整至 的乳化稳定性，油基钻井液的 滤失量可调整至 接近于零， 滤失量也不超过10ml．造成低漏 接近于零，HTHP滤失量也不超过 滤失量也不超过 ． 失的原因主要是由于钻井液中的亲油胶体物质在井 失的原因主要是由于钻井液中的亲油胶体物质在井 壁上的吸附和沉积可形成致密的泥饼．其次， 壁上的吸附和沉积可形成致密的泥饼．其次，分散 在油中的乳化水滴也有利于堵孔， 在油中的乳化水滴也有利于堵孔，起一定降滤失作 用。
油基钻井液的组成与性能
油基钻井液的组成与性能
油基钻井液的组成与性能
4．润湿剂 ．
大多天然矿物是亲水的。 大多天然矿物是亲水的。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，它们趋向于与水结合并发 型钻井液时， 固体颗粒进入 型钻井液时 它们趋向于与水结合并发 生聚结，引起高粘度和沉降，从而破坏乳状液的稳定性。 生聚结，引起高粘度和沉降，从而破坏乳状液的稳定性。 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。 速转变为油湿，从而保证它们能较好地悬浮在油相中。
钻井液与完井液化学
第七章 油基钻井液
油基钻井液
油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。 油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。早 世纪20年代 在20世纪 年代，人们就曾使用原油作为钻井液以 世纪 年代， 避免和减少钻井中各种复杂情况的发生。 避免和减少钻井中各种复杂情况的发生。但在实践 中发现使用原油有以下缺点 切力小， 原油有以下缺点： 中发现使用原油有以下缺点：切力小，难以悬浮重 晶石，滤失量大， 晶石，滤失量大，以及原油中的易挥发组分容易引 起火灾等。 起火灾等。于是后来逐渐发展成为以柴油为连续相 的两种油基钻井液——全油基钻井液和油包水乳化 的两种油基钻井液 全油基钻井液和油包水乳化 钻井液。油基钻井液的发展阶段详见下表。 钻井液。油基钻井液的发展阶段详见下表。
浅谈油田钻井液技术及其废弃液的处理
浅谈油田钻井液技术及其废弃液的处理1. 引言1.1 概述油田钻井液技术油田钻井液技术是石油开采过程中至关重要的一环。
钻井液是通过深井钻进地下岩层时循环使用的一种特殊液体。
它不仅起到润滑和冷却钻头的作用，还可以将岩屑输送到地面，维持井内稳定，防止井壁坍塌等。
钻井液种类繁多，根据成分和用途不同，可以分为水基钻井液、油基钻井液和气相钻井液等。
水基钻井液是最常见的一种，它主要由水、黏土、悬浮剂、碱性物质等组成。
油基钻井液则是以油类为基础，适用于高温高压环境。
油田钻井液技术的发展与创新一直是石油行业的热点之一。
随着石油勘探深度和难度的增加，对钻井液性能的要求也越来越高。
新型钻井液技术的引入，不仅可以提高钻井效率，降低成本，还可以减少环境污染和人员伤害。
不断研究和改进油田钻井液技术，对于提升石油勘探开发水平具有重要意义。
1.2 废弃液处理的必要性废弃液是钻井液在钻井过程中使用后产生的副产品，其成分复杂多样，包含有害物质和重金属等。
这些废弃液如果直接排放或未经处理就进行再利用，会对环境造成严重污染，危害生态系统和人类健康。
废弃液的处理是非常必要的。
通过科学的处理方法，可以有效地将废弃液中的有害物质去除或减少到安全的水平，从而达到回收再利用的目的。
这不仅能减少对环境的污染，还能降低资源浪费，提高资源利用效率。
废弃液处理还能带来经济效益，开发废弃液处理技术可以成为一个新的产业领域，促进经济发展。
废弃液处理的必要性不仅体现在环保和资源利用方面，还在于促进经济发展和保障人类健康。
只有重视废弃液的处理和利用，才能实现可持续发展的目标。
2. 正文2.1 油田钻井液技术分类油田钻井液技术根据其成分和性能可以分为水基钻井液、油基钻井液和气基钻井液三类。
1. 水基钻井液：水基钻井液是以水为基础溶剂，并在其中加入一定的助剂和添加剂，主要包括泥浆和井水两种类型。
泥浆是在井下进行钻井、修井和完井作业时通过泥浆循环系统真空出井的钻井液，井水是通过直接向井眼注入的钻井液。
油基钻井液
0
性 能
柴油（0号）闪点大于82℃，燃点大于93℃，漏斗粘度40～50S 苯胺点>60 ℃
s s v
氧化沥青（软化点150℃，含15%左右石灰 密度1.0～1.04g/cm3 粉）10～12%
有机搬土：2～3% 乳化剂 工业植物油酸3% 水相 用淡水 碱度调节剂：8～10%石灰粉 API失水0ml 25～35mPS
• （二）旋流分离器 • 1.结构
• • • • •
2.工作原理 2 F m u /R 离心力 3.影响分离效率的因素 （1）颗粒的性质 两种密度不同的固相，二者的尺寸符合一定的数 字关系，会有相同的沉降速度
当u1 u2 r1 r2
2 r1 ( 1 0 ) u1 g 9 n 2 r2 ( 2 0 ) u2 g 9 n
• 3.减少处理剂用量
• 4.废浆的运输量较低
二、清除泥浆固相的设备
• （一）振动筛 • 1.结构
• • • • • • • • •
2.类型 单层筛 多层筛 现场常用细筛网下垫一层粗筛网提高其强度。 3.筛网 （1）筛目：12～80目，可清除粒子直径为74um以上粒子。 （2）筛布的选择 尽可能细一些，以提高效率。注意泥浆和筛网强度问题。 当筛网严重----换稍粗的（以泥浆覆盖其总长度75～80% 为合适） • 当筛网堵塞严重----换较细的。 • 使用中发生堵塞的原因是钢丝上粘附了颗粒，解决方法， 除了换较粗的筛网外还可用清水喷射筛网。
• 2.离心机的类型
• （1）重晶石回收离心机
• 作用：从排泄物中回收重晶石
• （2）回收液相离心机（高速离心机）
• 用在油基泥浆及液相贵重的泥浆，回收“重晶石
回收”离心机排出的液相
油基钻井液体系介绍
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油基钻井液基础
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水滴大小及其分布
80/20乳状液 的放大图
80/20乳化不良
➢分散液滴越小，体系分布均匀，稳定性好 ➢分散相增多，可变形粒子增多
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泥浆塘沽基地系列培训教材 油基钻井液体系介绍
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目录
油基钻井液基础 PDF-MOMSM钻井液体系 HTHP-MOMSM钻井液体系 PDF-SBMSM钻井液体系 PDF-SBMⅡSM钻井液体系
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油基钻井液基础
Oil Base Mud Basic Class
➢闪点及燃点分别在82℃及93℃以上； ➢白油苯胺点在60℃以上； ➢粘度不易过高，便于对流变性进行调控；
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油基钻井液基础
（2）水相
淡水、海水或盐水均可作为水相
➢ 有效控制水相活度，消除泥、页岩水化膨胀，保证井壁稳定 ➢ 有的盐类可降低水相的表面张力，对乳状液起稳定作用 ➢ 增加抗地下水或盐类的污染能力 ➢ 可提高乳状液密度
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油基钻井液基础
（3）乳化剂
乳化剂是乳状液能否稳定的成具有一定强度的吸附膜，阻止液滴碰撞时发生聚
并而使乳状液稳定
➢ 降低油水界面张力，使得体系稳定 ➢ 增加外相粘度，增加液滴发生碰撞阻力
泥浆中心产品： 主乳化剂：PF-MOEUAL
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。
油基钻井液技术
低胶质油包水乳 柴油、乳化剂、润湿剂、少量
化液
亲油胶体、乳化水（15%
矿物油、乳化剂、润湿剂、亲 低毒油包水乳化 油胶体、乳化水（10-60%）
钻井液
1950年
增加水相活度提高井眼稳定性，耐 燃性提高，
1975
可明显提高钻速，降低钻井总成本。 但由于放宽滤失量，对某些松散、
易塌地层已经储层不适合。
1980年 1990 2005
1、概述
1.3 油基钻井液的主要用途： 1) 钻敏感性地层，如页岩、盐层、硬石膏层； 2) 钻高温深井； 3) 生产层的钻进和取芯，射孔和完井液，作修井液； 4) 定向井钻井液，小井眼的钻井液； 5) 大位移井、复杂结构井钻井液； 6）钻含 H2S和 CO2的地层，作封隔液，作防腐蚀控制液； 7) 解卡的浸泡液。
1、概述
1.4 油基钻井液的分类 ★主要有两大类： 1) 油相钻井液。 是由氧化沥青、有机酸、碱、稳定剂及高闪点柴油等组成的混合物。 通常只混3％～5％的水； 2) 油包水乳化钻井液（反相钻井液）。 是由各种添加剂组成，包括被用来水乳化和稳定的乳化剂、改变其他 添加剂润湿性的润湿剂。 这种体系的特点是最高含水可达60％。 合成基钻井液、气制油基钻井液是油包水乳化钻井液的一类。
油基钻井液技术
汇报内容
1 概述 2 组分与性能 3 现场配制方法 4 现场维护与处理 5 固相控制 6 基础油回收与废弃物处理 7 应注意的问题
1、概述
1.1 油基钻井液（OBM, Oil Based Mud)的定义 ★定义：油基泥浆被定义为以油为连续相的泥浆。 对比：水基钻井液（WBM, Water Based Mud)：水是连续相，
其他为分散相。 我们在使用水基泥浆时，有时为了提高润滑性能，混入一定量
油气层钻井液类型及油气层钻井液特点是什么？
油气层钻井液类型及油气层钻井液特点是什么？油气层钻井液是钻井的“血液”，在钻井作业中起着非常重要的作用。
因此对钻井液要求很高，根据不同油气层的性质特点，匹配不同的钻井液类型。
本文大致为大家归纳总结了以下4大油气层钻井液类型及油气层钻井液特点。
油气层钻井液类型：1）水基钻井液2）油基钻井液3）气体钻井液 4）合成基钻井液一）油气层钻井液——水基钻井液水基钻井液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。
水基钻井液里至少包括一种流变改性剂，以及以下至少一种成份：无机盐、分散剂、页岩稳定剂，增重剂或细碎的黏土粒子。
水基钻井液特点：成本小.配浆简单. 污染相对较小。
二）油气层钻井液——油基钻井液油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液油基钻井液成份组成包括：油、水、有机黏土和油溶性化学处理剂。
油基钻井液特点：润滑性好，对油气层损害小，有利于稳定井壁的特点，广泛运营在各类钻井平台。
油基钻井液还具有抗高温，抗盐钙侵蚀的特点。
三）油气层钻井液——气体钻井液气体钻井液是将空气或氮气注入常规钻井液中形成的。
它是以气体作为分散相，液体作为连续相，并加入稳定剂而形成的气液混合体系。
充气钻井液以液相为主，所以他既属于气体型钻井流体，又属于轻质水基钻井液。
气体钻井液特点：与一般常规钻井液相比具有速度快，周期短，综合成本低等优点。
四）油气层钻井液——合成基钻井液合成基钻井液是一种在性能上具有油基钻井液特性,而在性质上具有环保特性的一种新型钻井液体系.合成基钻井液是以人工合成的有机物为连续相,盐水为分散相,加上乳化剂,降滤失剂,流型改进剂等组成。
合成基钻井液特点：合成基钻井液的特点常常表现于易于生物降解、对环境无污染，排污标准达到国家环保要求;滤液是基液而不是水，稳定井壁性能好，有保护油层气作用；常规性能稳定，易于控制和操作；液相粘度高，利于悬浮和携带钻屑，且热稳定性高，高温时仍能满足携屑的需要。
目前，钻井技术对于先进技术的依赖程度正在不断增加，油气层钻井液类型要匹配具体钻井平台上钻井工艺技术和油层气项目性质的使用要求。
油基钻井液施工工艺技术
36油基钻井液施工工艺技术杜 佳 张祥云 西部钻探工程有限公司钻井液分公司【摘 要】油基钻井液因为具有良好的井壁稳定性、润滑性以及抗污染能力等特点，已经广泛应用于水平井钻井施工当中。
本文主要对油基钻井液相关配制工艺和油基钻井液的性能维护进行了阐述，以供参考。
【关键词】油基钻井液；施工；工艺技术油基钻井液以水滴为分散相，油为连续相，实质是一种乳化液，它具有抗高温、润滑性好、对环境的污染小的性能，并具有很强的井壁稳定性，现已成为解决高难度的高温深井、页岩水平井、大斜度定向井的重要钻井技术工具，并且广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。
近年来，国内外加大了页岩水平井开发力度，油基钻井应用研究也在不断深入，并取得了一系列可观的成果。
一、相关配制工艺1.配置顺序对性能的影响油基钻井液的原理是将油和水这两种彼此不相容的物质，通过加入乳化剂等，并应用机械高速剪切的方式将水相分散于油相中。
油基钻井液的配置过程中需要加入一系列的其他物质以保证其性能的实现。
也因此，这些所加入的物质的顺序对油基钻井液的性能就具有一定的影响。
这些其他物质一般包含柴油、湿润剂、降滤失剂等。
2.油基钻井液现场配制工艺步骤施工现场通常采用两个泥浆罐配制油基钻井液，但如果在施工过程中，没有足够的泥浆罐，则采用单个泥浆罐配制，其主要步骤如下:（1）根据所配油基钻井液体积及油水比，在配浆罐中配制相应体积及浓度的CaCl 2溶液。
（2）在开启搅拌机、泥浆枪的条件下，泵入配浆用基础油，并通过加料漏斗加入乳化剂，将油水混合体系充分混合剪切。
（3）向混合体系中依次加入石灰、有机土和油基钻井液降滤失剂，每种处理剂加入后均需充分搅拌。
（4）根据钻井液密度要求，加入加重材料至所需密度，加重完毕后再充分搅拌。
二、油基钻井液的性能维护1.油基钻井液流变性维护在实际钻井工程施工过程中需要维护油基钻井液较低的流变性，有效降低当量循环密度和泵压，以防止诱发漏失现象发生；同时，避免流变性过低导致加重材料沉降引发井下复杂问题的出现；最后还要充分考虑水平井井眼清洁的问题，防治重晶石沉降问题。
油基钻井液优缺点及应用 (2)
油基钻井液优缺点及应用李贺（中国石油大学（华东）石油工程学院，海洋油气工程专业， 11042105）摘要：油基钻井液具有抗高、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等优点。
国外早在20世纪60年代就十分重视油基钻井液技术的开发与应用。
现已广泛作为钻深井、超深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层及储层保护的重要手段。
国外油基钻井液体系及配套技术比较成熟。
国内在油基钻井液方面尽管开展了一些工作，但应用较少还没有形成体系。
目前，国内非常规油气资源的开发已经启动，对油基钻井液有了迫切需求。
我国应在油基钻井液应用方面尽快行动起来，在借鉴国外经验和国内初步实践的基础上，首先开展油基钻井液的应用，在应用中积累经验、完善体系。
并通过油基钻井液处理剂、降滤失剂、提黏切剂、封堵剂及润湿剂的研制，逐渐形成具有国内特点、能够满足现场需要的油基钻井液体系，以及钻井液回收处理循环再利用的配套设备与方法。
同时，开展油基钻井液高温下流变性、稳定性研究，以形成系统的流变性控制方法为油基钻井液体系的应用提供理论支撑，促进国内页岩气等非常规油气资源的开发。
关键词：油基钻井液水平井页岩气非常规油气资源油气层保护水敏性复杂地层0.引言与水基钻井液相比，油基钻井液在井壁稳定、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆，以及快速钻进等方面具有明显优势，已成为钻探高温深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井、各种复杂井段和储层保护的重要手段。
早在20世纪60年代，国外就十分重视油基钻井液体系的开发与应用，70年代就针对深井、超深井钻井的需要，先后研制出一系列高温油基钻井液体系，并成功应用。
目前，国外在复杂井钻井及非常规油气井钻探中，油基钻井液的应用占主导地位。
国内20世纪80年代以来，先后在部分油田使用过油基钻井液，并开展了大量的室内研究工作，但考虑到油基钻井液的安全、成本、需求和环境保护问题，油基钻井液在我国应用十分有限，尚未形成体系。
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：
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KAP dt h
钻井液发展史-油基(辛一男)
油基钻井液的发展历史辛一男中国石油大学（北京）石油工程学院石工09－4班摘要简要介绍了钻井液中的油基钻井液的发展历史，发展过程，从全油基钻井液到油包水乳华钻井液再到合成基钻井液，都为油气钻井顺利进行起到了巨大的作用。
此外还介绍了油基钻井液国先进技术及发展趋向。
关键词油基钻井液油包水乳化合成基钻井液钻井液19世纪60年代，美国宾夕法尼亚州第一口油井的成功开钻揭开了近代石油工业的序幕，同时也开启了钻井液的发展篇章。
从最初的纯水到现在的各种复杂钻井液，从水基钻井液到油基钻井液到合成基钻井液再到气基钻井液，钻井液可以说是类别丰富，功能齐全。
钻井液的定义很多，国内定义为：钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行的流体；亦有钻井液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。
美国石油协会API定义为：在旋转钻井中用以完成钻井工作中各种功能的循环流体。
《钻井工作流体导论》中的定义：把通过人为控制，使得用于油气钻井作业的流体具有一定的性能，来实现钻井和地质目的这种特定性能的流体称为钻井工作流体（Drilling Working Fluids）。
钻井液的首次使用的具体时间已不可考（19世纪中期，顿钻开始使用钻井液，1901年在钻井液中加入黏土），但随着使用的日益增多，钻井液的目的和作用却愈加明确。
钻井液的功用有以下两大点：一，保证快速安全钻井：（1）携带和悬浮岩屑（2）控制地层压力和保持井壁稳定（3）冷却、润滑和支撑钻具组合（4）传递水动力（5）保户储层，减小储层伤害二，保护油气层，取全钻井资料：（6）提供足够的地层评价信息，有利于地层评价和油气的发现（7）不损害环境、人员和设备（8）便于注水泥和完井作业（9）降低钻井成本（10）抑制气体水合物形成根据流体介质的不同，钻井流体可分为水基钻井流体、油基钻井流体和气基钻井流体三种。
亦或为以下几类：（1）水为连续相的水基钻井液：细分散钻井液、粗分散钻井液、聚合物钻井液、盐类钻井液。
国内外油基钻井液研究与应用进展
油基 钻井液 的缺点 主要体 现在 成本高 、不利 于 录 井作 业 、 环境存 在严重影 响 等 。采用 油基钻井 液成 对 Ｊ 功钻 井 的同时 ，会 对周 围的环境 产生 污染及 对储层 造
结构 ， 黏弹性 会 逐渐增 大 ， 定 时 间后 （ 于 ４ｈ 趋 于 一 大 ） 平衡 。 一现 象对于 现场作业 很不利 ， 这 故保证 钻井液低
滑 性好 ， 制性 强 ， 利于 保持 井 壁 稳定 ， 最 大 限度 抑 有 能
所吸 附的油量 ， 还具 有改善 流变性 和降滤 失的作用 。 通 过加 入一种 油溶性 的聚合物 表面活 性剂 ，能够 显著降 低 岩屑 上油 的滞 留量 ｌ。 ９ ＿
１ ． 低 剪 切 速 率 流 变 性 控 制 ．４ ３
１ ． 技术 难点 ３
１ ． 悬 浮 稳 定 性 。１ ３
降 滤失 剂 主要 用 于控 制体 系 的滤 失量 和稳 定性 ，
高 软 化点 （ 于 ２ ０℃ ） 青是 良好 的降 滤 失剂 之一 ， 大 ２ 沥 同时还有 一些其 他类型 的降滤失 剂 。国外研 制 出了一
种 在油基 钻 井液 和合 成 基钻 井 液 中均具 有 溶解 性好 、
８１ ～ ２个 碳 原 子 的 亲 油 基 和 一 个 亲 水 的 胺 基 的 烷 基 伯
盐 膏层 、 量衰竭 的低 压地 层 和海洋 深水 钻井 ］ 能 。
２２１ ．． ３ 气 制 油 钻 井 液 ．
胺 表 面活性 剂 ，可通 过选 择不 同 的烷基 来实 现 亲油 基 团 的变化 ， 通 过胺基 的重 复作 用来 改变 亲 水基 团 ， 并 从 而使 表面活 性剂 达到 预想 的性 能 ｌｊ Ｉ ８ 。油 脂加 工废料 与 有 机碱 为原 料 ， 成可 降解 乳化 剂 Ｃ Ｔ， 合 Ｅ 用其 配制 的油 基钻井 液体 系 ， 滤失量 较低 ， 化稳 定性 较好 ［ 。 Ｂ值 乳 １ Ｖ 小 于 １的 ２种 或 ３种 乳 化 剂 复 合 而成 的 可转 相 乳 化 剂 ． 用于钻 井 液ห้องสมุดไป่ตู้的可转相 的乳 化 剂 ］ 可 。
钻井液的分类
②有机浆液
原料取自有机化合物及其衍生物
有机化学组成上分类
丹宁类、木质素类、腐殖酸类、纤维素类、丙烯酸类、聚糖类、树脂类、表面活性剂类、其它共聚物类
分子量较大，分子结构比较复杂
有机浆材即可单独或主体作为钻井液，也可作为其他钻井液的添加剂
②饱和盐水钻井液
指含盐量达到饱和（常温下浓度为 3.15×105mg／l左右）的钻井液
（注意NaCl溶解度随温度变化而变化）
制备：饱和盐水制成/配成钻井液后加盐至饱和
应用：（其他水基钻井液难以处理的）大段岩盐层和复杂盐膏层
作完井液、修井液
③海水钻井液
指用海水配制而成的含盐钻井液
体系中不仅含有约3×104mg/l的NaCl，还含有一定量的Ca2+和Mg2+
目前含水量在5%以下的普通钻井液已较少使用
目前主要使用油水比在(50～80)：(50～20)范围内的油包水乳化钻井液
特点：
能抗高温，有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力，润滑性好，并可有有效地减轻对油气层的损害等
（与水基钻井液比较）
配制成本高，对环境有污染
应用：使用该类钻井液已成为钻深井、超深井、大位移井、水平井和各种复杂地层的重要手段之一
7、合成基钻井液
含义：以合成的有机化合物为连续相、盐水为分散相并含有乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液
组分：合成的有机化合物（连续相）、盐水（分散相）、乳化剂、降滤失剂、流型改进剂
使用无毒、能够生物降解的非水溶性有机物取代了油基钻井液中通常使用的柴油
因而这类钻井液既保持了油基钻井液的各类优良特性，同时有能大大减轻钻井液排放对环境造成的不良影响
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7.加重材料
• 重晶石粉在水基和油基钻井液中，都是最重要 的加重材料。对于油基钻井液，加重前应注意 调整好各项性能，油水比不宜过低，并适当地 多加入一些润湿剂和乳化剂，使重晶石加入后， 能及时地将其颗粒从亲水转变为亲油，从而能 够较好地分散和悬浮在钻井液中。 • 对于密度小于1.68g／cm3 (14ppg)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， 可兼作保护油气层的暂堵剂。
油基钻井液主要指以柴油或低毒矿物油（白油）作为连续相的油包水乳化钻井液。
第一节 油基钻井液的组成与性能
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。
1.基油
• 在油包水乳化钻井液中用做连续相的油称为基油(Base Oil)。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。柴油用做基油时应具备以下条件： • (1)为确保安全，其闪点和燃点应分别在82℃和93℃以上。 • (2)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。 • (3)为了有利于对流变性的控制和调整，其粘度不宜过高。 温度和压力对2号柴油粘度的影响见图7-1。
较好的润湿剂有季胺盐(如十二烷基三甲基溴化铵)、卵磷脂和石油 磺酸盐等。
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 中使用最普遍的是有机土，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。
无色液体 无色液体 800 785 71 72 66 78 73 40 262 255 10～13 2.0 1.8 1.7 >1000000 >1000000
2.水相
• 淡水、盐水或海水均可用做油基钻井液的 水相(Water Phase)。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。
• 绝大多数用于油包水乳化钻井液的乳化剂 是油溶性的表面活性剂，它们的HLB值(即亲 水亲油平衡值)一般应在3.5～6之间。但为 了形成密堆复合膜，增强乳化效果，有时 也使用HLB值大于7的表面活性剂作为辅助 乳化剂。乳化剂的有效性常常与基油的化 学组成以及水相的pH值和含有的电解质等 因素有关，某些乳化剂在高温下还容易发 生降解。
6.石灰
石灰是油基钻井液中的必要组分，其主要作用有以下方面： (1)提供的Ca2+有利于二元金属皂的生成，从而保证所添加的乳 化剂可充分发挥其效能。 (2)维持油基钻井液的pH值在8.5～10范围内以利于防止钻具腐蚀。 (3)可有效地防止地层中CO2和H2S等酸性气体对钻井液的污染， 其反应式如下： Ca(OH)2+H2S=CaS↓+2H2O Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O 在油基钻井液中，未溶Ca(OH)2的量一般应保持在0.43～0.72 kg ／m3(1.5～2.5磅／桶)范围内；或者将钻井液的甲基橙碱度控 制在0.5～1.0cm3，当遇到CO2或H2S污染时应提至2.0cm3。
指以油作为连续相的钻井液。 早在20世纪20年代，人们就曾使用原油作为钻井液以避免 和减少钻井中各种复杂情况的发生。但在实践中发现使用 原油有以下缺点：切力小，难以悬浮重晶石，滤失量大， 以及原油中的易挥发组分容易引起火灾等。 以柴油为连续相的两种油基钻井液----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 7％； 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％。
加重剂
视需要而定
项目 密度／g.cm-3 漏斗粘度／s 表观粘度／mPa.s 塑性粘度／mPa.s 动切力／Pa 静切力（初／终）／ Pa 破乳电压／v API滤失量／ml HTHP滤失量／ml PH值 含砂量／% 泥饼磨阻系数 水滴细度 (35所占%)
指标 0.90-2.00 30-100 20-120 15-100 2-24
优缺点
• 优点：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 可广泛地用做解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。 • 缺点：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，而且与使 用水基钻井液相比机械钻速一般较低。以上缺点大大地限 制了油基钻井液的推广应用。 • 为了提高钻速，从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。为保护生态环境，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。
• 氧化沥青是一种将普通石油沥青经加热吹气氧化处理后与 一定比例的石灰混合而成的粉剂产品，常用做油包水乳化 钻井液的悬浮剂、增粘剂和降滤失剂，亦能抗高温和提高 体系的稳定性。它主要由沥青质和胶质组成，是最早使用
的油基钻井液处理剂之一。在早期使用的油基钻井液中，
氧化沥青的用量较大，用此法可将油基钻井液的API滤失 量降低为零，高温高压滤失量也可控制在5m1以下。但是， 它的最大缺点是对提高机械钻速不利，因此在目前常用的 油基钻井液配方中，已对其限制使用。
表7-1 油基钻井液的发展阶段
类型 原油作为钻井 液 全油基钻井液 油包水乳化钻 井液 低胶质油包水 乳化钻井液 低毒油包水乳 化钻井液 组分 开始使 用时间 特点
有利于防塌、防卡和保护油气层，但流变 1920 年 原油 性不易控制，易着火，使用范围仅限于 前后 100℃以内浅井 具有油基钻井液的各种优点，可抗 柴油、沥青、乳化剂及少 1939年 200~250℃高温，但配制成本高，较易着火， 量水（7%以内） 钻速较低 柴油、乳化剂、润湿剂、 通过水相活度控制有利于井壁稳定，与全 1950 年 亲 油 胶 体 、 乳 化 水 油基钻井液相比不易着火，配制成本有所 前后 （10%~60%） 降低，抗温可达200~230℃ 柴油、乳化剂、润湿剂、 可明显提高钻速，降低钻井总成本。但由 少 量 亲 油 胶 体 、 乳 化 水 1975年 于放宽滤失量，对某些松散易塌地层不适 (15%左右) 合，对储层的损害较大 矿物油、乳化剂、润湿剂、 具有油基钻井液的各种优点，同时可有效 亲 油 胶 体 、 乳 化 水 1980年 地防止对环境的污染，特别适用于海洋钻 (10%~60%) 井
• 有机土是由亲水的膨润土与季胺盐类阳离子表面活 性剂发生相互作用后制成的亲油粘土。所选择的季 胺盐必须有很强的润湿反转作用，目前常用的有： 十二烷基三甲基溴化铵，十二烷基二甲基苄基氯化 铵。 • 有机土很容易分散在油中起提粘和悬浮重晶石的作 用，通常在100ml油包水乳化钻井液中加入3g有机 土便可悬浮200g左右的重晶石粉。有机土还可在一 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。国外常用的有机土有Baroid公司生产的 Geltone和M-I公司生产的VG-69等，其一般用量为 5.7～17.1kg／m3。国内有机土产品的用量也大致在 这一范围内。
第三节 低毒油包水乳化钻井液
• 使用以脂肪烃或脂环烃为主要成分的精制油(俗称 矿物油或白油)代替通常使用的柴油，作为油包水 乳化钻井液的连续相，因而大大减轻了钻屑时对 环境，特别是对于海洋生物所造成的危害。从这 个意义上讲，矿物油钻井液又被称为低毒油包水 乳化钻井液(Low-Toxicity lnvert Emulsion Drilling Fluid)。
3.乳化剂
• 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(Emulsifier)。一般认为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。 • 在油包水乳化钻井液中，常用的乳化剂有以下类型； • (1)高级脂肪酸的二价金属皂，硬脂酸钙； • (2)烷基磺酸钙； • (3)烷基苯磺酸钙； • (4)斯盘-80(或Span-80)，主要成分为山梨糖醇酐单油酸脂。
一元金属皂的分子中只 有一个烃链，这类分子 在油水界面上的定向排 列趋向于形成一个凹形 油面，因而有利于形成 O／W型乳状液；而二 元金属皂的分子中含有 两个烃链，它们在界面 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。这 种由乳化剂分子的空间 构型决定乳状液类型的 原理在胶体化学中被称 做定向楔型理论。其含 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，截面大的一头则留 在分散介质中。
表7-2 各种基油的物理性质 注：Mentor26、Mentor28、LVT、Escaid110和BP8313均为常用矿物油的代号。
性质 外观 密度／kg· —3 m 闪点／℃ 苯胺点／℃ 倾点／℃ 终沸点／℃ 芳烃含量／质量 ％ 粘度／mPa· s (40℃测定) LC50值／mg·— 1 1WSF Mentor26 Mentor28 EscaidllO 五色液体 无色液体 838 845 93 120 26 79 306 15 土6.4 321 2.7 19.0 4.2 >1000000 >l000000 无色液体 790 79 76 54 242 0.9 1.6 >l000000 LVT BP8313 2号柴油 棕黄色液体 840 82 59 45 329 30～50 2.7 80000