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。但在实践中发现原油有一些缺点：无切力，不能悬浮加重剂；滤失量较高，损害油层渗透性；含有易挥发的馏分，闪点低，易引起火灾。以后发展成为以原油（或柴油）为分散介质，以沥青为分散相，加乳化剂配成的油基钻井液。到1950年前后，进一步发展成为油包水乳化钻井液。l975年以后，研究配制成功了低胶质油基钻井液，提高了钻速，降低了成本，从而使低胶质油包水乳化钻井液逐步得到推广应用。油基钻井液的发展可分成6个阶段（见表）。

油基钻井液主要由基油、水相、乳化剂、润湿剂等组成，图1表示密度为1.32克/厘米³的油基钻井液的典型组成。

图1　油基钻井液的典型组成（ρ=1.32g/cm³）

在油包水乳化钻井液中用作连续相的油。普遍使用的基油为柴油（中国常使用0号柴油）和各种低毒矿物油。为确保安全，基油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（图2）。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，其黏度不宜过高。

图2　温度和压力对柴油黏度的影响

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氯化钙（CaCl₂）或氯化钠（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%，但不低于10%。

在一定的含水量范围内，随着水所占比例的增加，油基钻井液的黏度、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，随着含水量的增大，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，为了保持钻井液性能的稳定，必要时应适当补充基油。

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。常用的乳化剂有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、司盘-80（span-80）、环烷酸钙、石油磺酸铁、油酸、环烷酸酞胺和腐殖酸酞胺等。

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水/油（W/O）型钻井液时，它们趋向于与水聚集，引起高黏度和沉降，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剂，使重晶石和钻屑颗粒表面由亲水变为亲油（图3），从而保证它们能很好地悬浮在油相中。

虽然用作乳化剂的表面活性剂也能够在一定程度上起润湿剂的作用，但其效果有限。较好的润湿剂有季铵盐（如十二烷基三甲基溴化铵）、卵磷脂和石油磺酸盐等。

图3　润湿反转示意图

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，其主要作用是增黏和降滤失。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像水基钻井液那样很方便地随时进行必要的调整。

有机土很容易分散在油中起提黏和悬浮重晶石的作用，通常在100毫升油包水乳化钻井液中加入3克有机土，便可悬浮200克左右的重晶石粉。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。

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，常用作油包水乳化钻井液的悬浮剂、增黏剂和降滤失剂，亦能抗高温和提高体系的稳定性。氧化沥青是最早使用的油基钻井液处理剂之一，对控制滤失效果很好，但对提高机械钻速不利。

石灰是油基钻井液中的必要组分，其主要作用有以下3个方面：①提供的钙离子（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效能。②维持油基钻井液的pH在8.5～10，以利于防止钻具腐蚀。③可有效防止地层中二氧化碳和硫化氢等酸性气体对钻井液的污染。在油基钻井液中，未溶氢氧化钙[Ca(OH)₂]的含量一般应保持在0.43～0.72千克/米³范围内；或者将钻井液的甲基橙碱度控制在0.5～1.0毫升，当遇到二氧化碳或硫化氢污染时应提至2.0毫升。

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，使重晶石加入后能够较好地分散和悬浮在钻井液中。

对于密度小于1.68克/厘米³的油基钻井液，可用碳酸钙作为加重材料。虽然密度只有2.7克/厘米³，但优点是比重晶石更容易被油所润湿，而且具有酸溶性，可兼做保护油气层的暂堵剂。

由于油基钻井液的连续相是油，在性能上与水基钻井液有较大区别。

钻井液作为一种多相流体，既有热膨胀性，又具有可压缩性，因此其密度是温度和压力的函数。油的可压缩性相对比水强很多，因此温度和压力对油基钻井液的影响比较明显。为了提高油基钻井液密度，可以选用加重材料，重晶石能将其密度提至2.64克/厘米³，碳酸钙可以提至1.68克/厘米³。除此之外，还有调整油水比或者增加水相无机盐浓度的方法。当遇到低压地层，需要降低密度时，可以采用基油稀释，提高油水比、运用固控设备清除部分加重材料或者加入塑料微球。

油基钻井液中最常用的是油包水乳化钻井液，其流变性能的影响因素与水基钻井液有很大差别。但其流变模式却仍然采用宾汉、幂律、卡森等模式，且高温高压下的流变性与常温下差异很大。

W/O乳化钻井液是非牛顿体，属于剪切变稀体。实验表明，可以用宾汉、幂律、卡森模式来描述其流变性，卡森模式拟合程度最高，宾汉模式拟合程度最低。

油基钻井液中流变性能的影响因素与水基钻井液有很大差别。主要表现在：①除亲油胶体外，体系的油水比对黏度和切力的影响较大。②在一定温度下，随压力的增加，表观黏度明显增大。③体系的乳化稳定性对流变参数有直接影响等，且高温高压下的流变性与常温下差异很大。

主要是用来表征乳状液中水滴的乳化稳定性状况，是油包水乳化钻井液体系的重要性能之一。油是不导电的，若体系能通电，说明乳化水滴已联结起来，形成了电流的通道。水滴越小、乳化膜越厚，乳状液越稳定，电稳定性越高。采用破乳电压的高低来表征钻井液电稳定性的强弱，一般要求乳化钻井液的破乳电压需保持在200伏以上，加重钻井液应保持在400伏以上。

通常采用破乳电压测定仪测量。该仪器是对油包水乳化钻井液稳定性范围的测试，从相对乳化稳定性的测量中可预测出这些系统的电解液杂质的电阻和时间稳定性。该仪器由测试仪器、电极、电源线、样品杯、样品杯盖等组成。

电稳定性测定仪采用微计算机技术，通过升压变频变换为交流电（AC）电压0～2000伏、频率340赫的检测电压。当按下“RUN”键时，探极上电极间的电压自动迅速以150±10伏/秒的电压上升率匀速升高，当样品杯中的检测样品被慢慢电离并最后发生击穿，此时通过检测电路自动显示该样品的电稳定性值，同时启动蜂鸣器报警和ALARM指示灯“闪烁”。该仪器的供电采用交流、直流两用。接通电源时，仪器就处于充电状态且不影响该仪器的正常测试。

乳状液稳定性变差通常是由于出现亲水固体而引起的。如果钻井液缺少光泽，流动时旋涡减少，钻屑趋向于相互聚结并容易黏附在振动筛筛网上，或者泥浆杯取样后固相下沉速度过快，均表明有亲水固体存在。这时应及时补充乳化剂和润湿剂，并注意调整好油水比，使原有的乳化稳定性尽快恢复。

油包水乳化钻井液体系必须保持良好的电稳定性，及时补充乳化剂和润湿剂，保持油基钻井液的性能，这是油基钻井液的核心问题。

油基钻井液经历了原油作为钻井液、全油基钻井液、油包水乳化钻井液体系以及可逆乳化钻井液、无土相油基钻井液阶段。其中油包水乳化钻井液体系出现在19世纪50年代，70年代应用了低胶质油包水乳化钻井液和活度平衡的油包水乳化钻井液。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。20世纪逐渐发展起来可逆乳化钻井液、无土相油基钻井液体系。

与水基钻井液相比，油基钻井液具有抗高温、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，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，并且还广泛用作解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。