本發(fā)明涉及助排劑領域，具體涉及一種用于油氣井的無氟、低表面張力、低界面張力的環(huán)保性無氟助排劑及其制備方法。

背景技術：

油氣井助排劑主要用于油氣井壓裂、解堵時降低工作液體表面張力和油水界面張力。目前，助排劑主要由碳氫系表面活性劑與含氟表面活性劑復配而成，如專利ZL 200410026257.0，CN 104371702A，CN 104403657A。氟表面活性劑指在表面活性劑碳氫鏈中氫原子部分或全部被氟原子取代了的表面活性劑，其特點為：表面活性高，能有效降低水的表面張力，且化學穩(wěn)定性好，耐強酸、強堿、強氧化劑和高溫。但含氟表面活性劑的價格過高，且不易生物降解，從而引起環(huán)境污染，部分全氟表面活性劑已被國際經濟合作發(fā)展組織(OECD)定義為持久存在于環(huán)境、具有生物儲蓄性并對人類有害的物質，因此，含氟表面活性劑的使用受到制約。

近幾年，不含氟的助排劑已受到關注，如專利CN 102295919B中采用烷基三甲基溴化銨或烷基溴化吡啶作主劑，以脂肪醇聚氧乙烯醚、雙羥乙基十二烷基酰胺或甜菜堿為增強劑，并加入助溶劑制成無氟酸化助排劑。王宏彪在2009年的大慶石油學院碩士研究生學位論文“壓裂液用非氟碳助排劑研究”采用陰/陽離子表面活性劑復配理論，優(yōu)選出表面張力和界面張力較低的兩個助排劑配方：助排劑A：12wt％(ABS+LP)+8wt％AES+25％溶劑+55wt％水，助排劑B：14wt％(K-12+OS)+6wt％AES+25wt％溶劑+55wt％水。助排劑A的1wt‰水溶液表面張力為26.4mN/m，與煤油界面張力為1.2mN/m；助排劑B的1wt‰水溶液的表面張力為25.0mN/m，與煤油界面張力為1.3mN/m。在以上公開發(fā)表的文獻中，無氟助排劑的界面性能均比較差，與煤油間的界面張力偏高。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)保性無氟助排劑及其制備方法，具有結構簡單、制作簡單、制作成本低等優(yōu)點。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

一種環(huán)保性無氟助排劑，其特征在于，按質量百分比計包括以下成分：

在優(yōu)選的實施方案中，其中所述陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑與陽離子表面活性劑中的總活性物含量按質量百分比計為20～50％。

在優(yōu)選的實施方案中，其中所述陰離子表面活性劑選自由雙烷基二苯醚雙磺酸鹽、烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鹽、α-烯烴磺酸鹽和烷基苯磺酸鈉組成的組中的一種或幾種。

在優(yōu)選的實施方案中，其中所述雙烷基二苯醚雙磺酸鹽的烷基鏈長度選自由C6-C10組成的組中的一種或幾種，所述α-烯烴磺酸鹽的烷基鏈長度選自由C12-C18組成的組中的一種或幾種。

在優(yōu)選的實施方案中，其中所述非離子表面活性劑選自由烷基糖苷和脂肪醇聚氧乙烯醚組成的組中的一種或兩種。

在優(yōu)選的實施方案中，其中所述烷基糖苷的烷鏈長度選自由C6-C10組成的組中的一種或幾種。

在優(yōu)選的實施方案中，其中所述陽離子表面活性劑選自由C12烷基三甲基溴化銨、C6-10烷基三甲基氯化銨和C8-C10烷基二甲基芐基氯化銨組成的組中的一種或幾種。

在優(yōu)選的實施方案中，其中所述溶劑為乙醇或異丙醇。

一種根據上述環(huán)保性無氟助排劑的制備方法，包括，向緩慢攪拌(其轉速范圍為20-40r/min)的反應釜中加入上述比例的水和溶劑，并將反應釜內的溫度加熱至40-50℃，然后再向反應釜中加入上述比例的陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑，待攪拌(其轉速范圍為40-80r/min)均勻后，加入上述比例的陽離子表面活性劑，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為40-80r/min)均勻，即得到產品。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用陰/陽/非離子表面活性劑進行復配，特別是選用雙子型陰離子表面活性劑雙烷基二苯醚雙磺酸鹽，并通過調整陰離子與陽離子表面活性劑的親油基結構，使陰/陽表面活性劑離子對在氣液表面、油水界面的排列密度增大，從而有效降低了體系的表/界面張力；本發(fā)明中所用的非離子表面活性劑主要用于增加陰/陽表面活性劑離子對在水中的溶解性，并通過調整其烷鏈結構，使其與陰/陽表面活性劑離子對在氣液表面、油水界面形成混合吸附膜，進一步降低體系的表/界面張力；

(2)本發(fā)明的助排劑中不含氟表面活性劑，成本低，生物降解性好；

(3)本發(fā)明的助排劑使用濃度低，0.5wt‰時表面張力低于26mN/m，與煤油的界面張力低于0.05mN/m，性價比高，能減少化學物質對環(huán)境的排放量。

具體實施方式

本發(fā)明實施例的一種環(huán)保性無氟助排劑，包括質量百分比為10～35％的陰離子表面活性劑、5～10％的非離子表面活性劑、1～5％的陽離子表面活性劑、10～30％的溶劑，余量為水。

所述環(huán)保性無氟助排劑的制備方法：先向反應釜中先加入一半的水和全部的溶劑，并攪拌(其轉速范圍為20-40r/min)均勻，在攪拌(其轉速范圍為20-40r/min)的過程中將反應釜內的溫度加熱至40-50℃，在攪拌(其轉速范圍為40-80r/min)下向反應釜內緩慢加入陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑，待溶液攪拌(其轉速范圍為40-80r/min)均勻后，再加入陽離子表面活性劑和剩下的水，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為40-80r/min)均勻，即得到產品。

下面通過具體舉例說明本發(fā)明的配方：

實施例1

陰離子表面活性劑為雙烷基二苯醚雙磺酸鹽，非離子表面活性劑為烷基糖苷(APG)，陽離子表面活性劑為C12烷基三甲基溴化銨，其按質量百分比計的配比如下：

所述陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑與陽離子表面活性劑中的總活性物含量按質量百分比計為20％。

制備方法：在反應釜中先加入700kg水和100kg異丙醇，加熱至40-50℃，在攪拌下(其轉速范圍為20r/min)緩慢加入陰離子表面活性劑雙烷基二苯醚雙磺酸鹽120kg和非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚60kg，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為40r/min)，待體系均勻后，再加入陽離子表面活性劑C12烷基三甲基溴化銨，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為40r/min)均勻，即得到產品。當該產品的使用濃度為0.5wt‰時，其具有的表面張力為25.6mN/m，與煤油的界面張力為0.016mN/m。

實施例2

陰離子表面活性劑為烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鹽(AES)，非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚，陽離子表面活性劑為C16烷基三甲基氯化銨，其按質量百分比計的配比如下：

所述陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑與陽離子表面活性劑中的總質量百分比按質量百分比計為50％。

制備方法：在反應釜中先加入350kg水和150kg異丙醇，加熱至40-50℃，在攪拌(其轉速范圍為40r/min)下緩慢加入陰離子表面活性劑烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鹽(AES)350kg和非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚120kg，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為80r/min)，待體系均勻后，再加入陽離子表面活性劑C16烷基三甲基氯化銨，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為80r/min)均勻，即得到產品。當該產品的使用濃度為0.5wt‰時，其具有的表面張力為25.2mN/m，與煤油的界面張力為0.042mN/m。

實施例3

陰離子表面活性劑為a-烯烴磺酸鹽(AOS)，非離子表面活性劑為烷基糖苷(APG)，陽離子表面活性劑為C10烷基三甲基氯化銨，其按質量百分比計的配比如下：

所述陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑與陽離子表面活性劑中的總質量百分比按質量百分比計為30％。

制備方法：在反應釜中先加入500kg水和200kg異丙醇，加熱至40-50℃，在攪拌(其轉速范圍為25r/min)下緩慢加入陰離子表面活性劑a-烯烴磺酸鹽(AOS)150kg和非離子表面活性劑烷基糖苷(APG)140kg，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為50r/min)，待體系均勻后，再加入陽離子表面活性劑C10烷基三甲基氯化銨，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為50r/min)均勻，即得到產品。該產品的使用濃度為0.5wt‰時，表面張力為25.1mN/m，與煤油的界面張力為0.025mN/m。

實施例4

陰離子表面活性劑為仲烷基磺酸鈉(SAS)，非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚，陽離子表面活性劑為C8-C10烷基二甲基芐基氯化銨，其按質量百分比計的配比如下：

所述陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑與陽離子表面活性劑中的總質量百分比按質量百分比計為40％。

制備方法：在反應釜中先加入400kg水和200kg乙醇，加熱至40-50℃，在攪拌(其轉速范圍為30r/min)下緩慢加入陰離子表面活性劑仲烷基磺酸鈉(SAS)250kg和非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚120kg，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為60r/min)，待體系均勻后，再加入陽離子表面活性劑C8-C10烷基二甲基芐基氯化銨，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為60r/min)均勻，即得到產品。該產品的使用濃度為0.5wt‰時，其具有的表面張力為25.3mN/m，與煤油的界面張力為0.033mN/m。

實施例5

陰離子表面活性劑為烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鹽(AES)和烯烴磺酸鹽(AOS)，非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚，陽離子表面活性劑為C12-14烷基三甲基氯化銨，其按質量百分比計的配比如下：

所述陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑與陽離子表面活性劑中的總質量百分比按質量百分比計為25％。

制備方法：在反應釜中先加入600kg水和150kg異丙醇，加熱至40-50℃，在攪拌(其轉速范圍為35r/min)下緩慢加入陰離子表面活性劑烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鹽(AES)50kg、烯烴磺酸鹽(AOS)50kg和非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚100kg，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為70r/min)，待體系均勻后，再加入陽離子表面活性劑C12-C14烷基三甲基氯化銨50Kg，繼續(xù)攪拌(其轉速范圍為70r/min)均勻，即得到產品。該產品的使用濃度低為0.5wt‰時，其具有的表面張力為24.8mN/m，與煤油的界面張力為0.026mN/m。

本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內。