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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