溫敏聚合物在油氣開采中的研究進展

潘一，徐明磊，侯冰，郭奇，楊雙春，KANTOMA Daniel Bala

（1 遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院，遼寧撫順113001；2 中國石油大學(北京)石油工程學院，北京102249；3 北京航空技術研究中心，北京100076；4 遼寧石油化工大學國際教育學院，遼寧撫順113001）

溫敏聚合物（temperature-sensitive polymer，TSP）作為當前熱點材料之一，能夠對外界環境的溫度改變做出響應，從而產生相應化學性質轉變或物理結構變化的高分子材料。近年來溫敏聚合物已成為航天、醫學、紡織等眾多行業的熱點研究課題，在石油行業，無論是油氣井鉆探、油田開采還是油田污水處理等方面國內外專家學者都進行了探索應用。例如利用驅替液黏度增加可以提升毛管力（毛管力為驅油主要動力）以此提高油氣開采效率的原理，沙特阿拉伯法赫德國王石油礦產大學的Kamal 等[1]提出了一種適用于高溫高剪切（HTHS）條件的新型熱敏水溶性聚合物。由于存在熱敏單體，當溫度超過低臨界相轉變溫度（LCST）時，就會形成物理網絡進而導致黏度增加，有效解決了高溫高鹽儲層的開采困難等問題。德國巴斯夫公司[2]基于疏水改性聚丙烯酰胺研發出可用于提高采收率的溫敏聚合物，該聚合物的黏度可隨溫度變化而變化，且該升溫增稠行為可逆。在地表溫度下注入期間，流體的黏度較低，可以快速注入，進入地層后黏度增加，從而使驅油效率更加高效。國內學者也對TPS 進行了大量研究，如天津大學的樊國強[3]利用異丙基丙烯酰胺（NIPA）、過硫酸鉀（KPS）等合成接枝聚合物PAA-g-PNIPA 和PAAg-P （NIPA-CO-DMAA） 制得溫敏增稠劑PAA/PNIPA8，可在高溫環境中對泥漿性能具有較高穩定作用。此外英國石油、雪佛龍、納爾科以及德士古等公司聯合開發出一種新型溫敏微凝膠驅油劑并已經投入使用[4]。還有學者對油田工作液的流行調節、溫敏聚合物工作原理建模等方向進行了研究[5-6]。目前溫敏聚合物相關產品已在國內的冀東油田[7]以及印度尼西亞部分油田投入使用并且表現出良好的溫敏性能[8]。

油氣開采的現代化對油氣生產具有重要意義，而將溫敏材料應用于油氣開采是當前石油行業實現現代化的重要研究方向，其能夠有效應對溫度變化解決油田開采中遇熱降黏、流體竄流等常見問題[9]，并且針對性突出、性能高效。但目前未見有學者將油氣開采中溫敏材料體系進行綜述報道。本文對溫敏聚合物在油氣開采過程中的采前準備、油氣開采以及采后處理三個方面的研究和應用現狀進行了評述，并對溫敏聚合物在油氣開采中的應用進行了展望，以期相關學者參考。

1 油氣采前準備的化學品

1.1 酸化液稠化劑

在油層進入正式開采之前，若生產層滲透率較低或儲層受到泥漿嚴重污染時，還需進行酸化處理、水力壓裂等增產措施，以便清理孔縫中的殘余封堵物質，或連通（增大）儲集層原有孔縫，增加儲集層滲透率，以此達到改善油、氣、水流動狀況，實現水井注入量及油氣產量增長的目的。但目前酸化液稠化劑存在主要問題，便是溶液黏度會隨溫度及鹽度的升高而迅速降低，而TSP的引入能有效解決上述升溫降黏等問題[10]。

為此，一些學者便對酸化液稠化劑進行溫敏改進，如戴姍姍等[11]將丙烯酰胺（AM）以及含有溫敏基團的烯丙基聚氧乙烯醚（APEG）進行共聚，制備出如圖1所示的一種新型二元溫敏型酸液稠化劑P(AM-APEG)。該產品溫敏性能突出，不受外界環境影響，同時具有良好的緩速效果，即隨著測試溫度的升高，相對黏度降低的速度有所減緩，但遇熱增黏能力稍有不足。因此，戴姍姍等[12]為了進一步增強酸化液稠化劑的增黏作用，基于P(AMAPEG)產品，將APEG、AM及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）進行自由共聚，研發出溫度敏感型酸液稠化劑P(AM-DMC-APEG)。在有效解決工作液黏度隨溫度增加而急劇下降問題的同時，稠化增黏能力更強，稠化酸緩速效果也更加良好。

圖1 P（AM-APEG）溫敏酸液稠化劑［11］

總體來說，由于溫敏酸化液稠化劑中溫敏聚合物所具有一定含量的疏水、親水基團，當外部環境變化尤其是當溫度產生波動時，這些基團的親、疏水作用將發生明顯改變，進而引起聚合物結構與性能的轉變。通過引入不同基團進行多元聚合，以便降低酸液黏度受溫度變化影響。但當前溫敏酸化液稠化劑的溫度敏感性稍有不足，增稠性能尚有欠缺，本文作者建議今后加強對感溫靈敏度、增黏能力以及耐溫能力方面的研究。

1.2 常規壓裂液稠化劑

壓裂液在油氣生產中具有重要作用，并且貫通于整個壓裂作業過程，被稱為壓裂“血液”。而稠化劑作為壓裂液主要添加劑之一，其增稠能力以及高溫穩定性是當前稠化劑的主要研究方向[13]。而溫敏聚合物的引入有效解決了稠化劑高溫失效等問題，為此一些學者進行了相關研究。

王晨[14]在磺酸基胍膠分子鏈引入碳氫長鏈以及聚醚鏈段，在此基礎上研發出締合型溫敏疏水磺酸基胍膠（PAGG），圖2為該凝膠的合成過程，SHGOH 為自制陰離子胍膠，PMS 為含聚乙二醇單硬酸酯（PEGS）鏈段單異氰酸酯中間物質，以PAGG凝膠為壓裂液稠化劑時，碳氫長鏈相對廉價，既能有效降低壓裂成本，又能夠提升壓裂液性能。當外界環境低于濁點時，PAGG中溫敏基團展現出親水性能，從而使稠化劑親水能力迅速提升，增加溶液中難溶物的溶解度、更利于泵注以及壓裂液配制；當外界環境高于濁點時，PAGG中溫敏基團表現出疏水特性，稠化劑也由親水特性向疏水特性轉變，凝膠壓裂液的抗溫能力亦有所增強?？傊甈AGG壓裂液的耐剪切、抗高溫能力突出，破膠液表面活性強，殘余物質少，極大地減小對儲層巖石的破壞。

嚴芳芳[15]以氧氯化鋯為主體，丙三醇和乳酸為配體，合成出具有溫敏特性的乳酸丙三醇有機鋯，可作為壓裂液稠化劑，并以此配制出羥丙基瓜膠凍膠壓裂液。經實驗得出，該聚合物壓裂液的耐溫可達180℃，在170s-1連續剪切120min 時，其保留黏度為176.8mPa·s，擁有較高的抗高溫抗剪切能力。但其耐鹽能力不足，無法應用于高礦化度地層。

圖2 溫敏性疏水締合型陰離子胍膠（PAGG）的合成［14］

為避免壓裂液黏度受溫度以及含鹽量影響，Ma 等[16]分別以正丁基苯乙烯（nBS）為親疏水基，以N，N-二乙基丙烯酰胺（DEAM）為溫度敏感基團，利用氧化還原膠束聚合技術進行多元聚合，以此合成出具有剛性疏水基團的TPS。實驗得出該產品玻璃化轉變溫度為85.32℃，初始分解溫度為330℃，擁有較強的抗溫能力；同時研究了該TPS在不同鹽含量、不同溫度條件下的黏度轉變情況，得出其具有遇熱遇鹽增稠特性，可應用于深層高礦化度儲集層的壓裂作業。

由于溫敏聚合物在應用于酸化液稠化劑及壓裂液稠化劑時均表現出良好的增稠效果，但不同產品的相關性能稍有不同。為此如表1 所示進行了對比。由此可見，酸化液稠化劑與壓裂液稠化劑在溫敏原料以及應用范圍上雖有區別，但其作用效果均為溫敏增黏，可有效避免因溫度升高所引起工作液黏度降低的現象，加快作業進程。總的來說，當前采前溫敏型稠化劑存在的主要問題仍為抗溫能力差、增稠強度仍無法滿足作業需求，建議學者進一步對其研究探討。

1.3 壓裂液支撐劑

表1 酸化液、壓裂液稠化劑性能對比

對于低滲油田最為實用、廉價且技術可靠的便是水力壓裂，當壓裂工作液注入較軟、較深地層時，支撐劑易被壓入地層或自身造成破壞，地層孔隙導流能力也會受到干擾，不利于單井試氣以及油田穩定生產[17]。而TSP在壓裂支撐劑的主要應用材料為熱固性形狀記憶聚合物（thermosetting shape memory polymer,TSMP），其原理為聚合物經過溫度變化刺激使其膨脹性能被激活，但所釋放微小應力僅可使儲層形成細小孔隙，卻不會對儲層造成傷害，使儲層孔隙繼續維持或進一步拓寬以便擁有更好的導流能力，并且支撐劑在孔隙中膨脹后會形成較大阻力，避免支撐劑反流。另外此類支撐劑注入簡單易操作，注入方式與常規支撐劑無二，無需其他單獨壓裂泵注設備[18]。

Santos 等[19]推出一種新型熱敏可膨脹支撐劑（EP），其具有遠程控制膨脹、持續注入等功能，以應對支撐劑在深軟地層中易壓碎、易包埋的問題。該熱敏支撐劑基于TSMP制得，在地層原位溫度作用下能夠有效保持甚至增加裂縫寬度。為了研究膨脹支撐劑的有效性，并評估不同組合對裂縫導流能力的增強效果，對不同的EP 組合及分布情況進行裂縫電導率增強效果評估；此外，還在改良的API電導率池中進行了一系列實驗，以測量不同溫度、圍壓、支撐劑尺寸和濃度等數據驗證最佳條件，實驗表明，支撐劑應力大小及其包被程度對地層孔隙的導流能力具有很大影響。而熱敏膨脹式支撐劑對地層孔隙的導流效果深受其自身強度及響應膨脹后對施加壓力的影響。

金寧靜[20]利用溫敏聚合物研發出一種支撐劑，該支撐劑本體中空，外壁呈球狀便于應力擴散，且強度高自身不易損壞；內壁由聚乙烯、聚異戊二烯、聚酯等單程TSMP制成，可通過支撐劑本體進入巖層前后的溫度差觸發形變。當支撐劑處于固定形態時，其本體體積小于初始形態。當其在固定形態時如圖3(a)所示，其外壁為球面，其內壁為凹凸狀；泵入地層后還原到初始形態如圖3(b)所示，體積擴張，壓裂地層，形成利于油氣流動的網隙結構。其機理為：支撐劑自身體積增大，所構成的網隙結構縫隙變寬，使滲透率得到提升；而當強度較高的支撐劑自身恢復初始形態時，會對地層巖石進一步擠壓破壞，以此構建出更為復雜的二次網隙結構，地層滲透率也會再次增長。因此，可依據儲層縫隙的詳細數據對溫敏支撐劑的顆粒大小、材料組成進行優化篩選，為不同地層環境提供不同選擇，避免支撐劑泵入地層體積擴張后，因地層溫度過低使得體積無法完全擴張、應力釋放不足而造成自身松動，影響油氣流動。

圖3 溫敏支撐劑截面圖［20］

此外國外一些學者試圖通過交聯材料的物理吸附或化學吸附方法構建出一種集溫敏、pH 敏感于一身的復合微粒結構，以此研發出新型支撐劑材料。為避免交聯物質與支撐劑表面彼此間作用失效，Alexander 等[21]利用1-甲基咪唑、環氧樹脂DER-332、2-丙醇等原料研發出聚合物涂層支撐劑，該支撐劑顆粒可以形成與涂層性質無關的多孔分層結構，使得交聯作用更強，在注入油氣井之前不會交聯或完全固化，以便泵送支撐劑順利到達目的地。這為溫敏型支撐劑的設計研發探索出全新的研究方向。

總體來說，基于TMSP材料制備的溫敏支撐劑可在壓裂作業時隨壓裂液進入儲層，受儲層溫度刺激使支撐劑體積充分擴張，擴張后的支撐劑能夠對儲層裂縫繼續維持或二次拓寬，進而提高裂縫導流能力。但目前溫敏型支撐劑作用效果稍有不足，易受環境限制，主要原因在于高壓深層環境下應力釋放不均使得膨脹變形失控，降低支撐效果，從而影響儲層孔隙的導流能力，這也是今后研究的重點。

2 油氣開采過程中的化學品

2.1 防竄調堵劑

在稠油熱采過程中，受原油種類差別、滲透率過低以及油藏不規則變化等因素限制，當高溫工作液注入到孔縫大、滲透率高的儲層中時極易發生竄流現象。又因一采過程中強制注采，造成吸汽剖面不均，高溫工作液熱量利用率下降，影響范圍縮小。隨著開采時間的增加，氣竄現象變得愈發嚴重，開采效果也會受到影響。因此如何避免氣竄現象產生、提升吞吐開發能力是當前迫切需要解決的問題。而以TSP材料制備的凝膠產品便成了解決氣竄問題的有效方法，當外部溫度上升到某一固定值時，產品將由溶液狀態轉變為凝膠狀態；反之若外部溫度下降時則由水基凝膠狀態轉變為高黏度的水基溶液。

張偉[22]利用TSP凝膠、氮氣、起泡劑研發出可用于海上稠油儲層的可逆TSP 凝膠及其泡沫體系。隨著溫度增加TSP凝膠中的疏水基團發揮作用，聚合物開始形成網狀結構將水包裹住，并在孔縫中生成凝膠，對高滲地層進行封堵，促使流體轉變方向達到調堵目的；而凝膠和氮氣泡沫結合時將會發生顯著的分流現象，使該體系更易于注入地層。當泡沫接觸到原油后發生破裂，大量氮氣迅速占據上部孔道，提升了地層熱量，使吞吐過后的油氣產量得到提高。結合前段塞式主注、中段塞式伴注的復合調堵技術，該溫敏體系能夠對一些較大孔隙進行封堵封，在一定程度上防止氣竄現象發生，但抑制效果有限。

為解決上述TSP凝膠泡沫體系調堵能力不足的問題，蘇毅等[23]以改性纖維素醚為原材料制備出溫敏可逆凝膠并以此研發出溫敏型調堵體系。該體系可承受160℃高溫，并擁有顯著的溫敏可逆性能，可根據溫度變化進行溶液-凝膠之間的轉變，從而起到“堵而不死”的效果。同時為確保氣竄油井平穩運轉、減少氣竄影響，在運用溫敏可逆凝膠的同時結合多井同注、防乳增效等綜合氣竄抑制技術，能夠有避免氣竄發生，使油氣注采工作順利進行，提升油氣生產效率。梅偉等[24]對溫敏型可逆凝膠封竄技術進行了相關研究，并對其封堵性能作出評價，探討了在不同注入時間、不同注入量的條件下溫敏凝膠對采收效率的影響，得出當竄流狀況發生時，溫敏調堵凝膠注入量對驅替效果具有顯著影響，但注入時機對驅替效果影響不明顯?？傊疁孛裟z能夠對高滲透地層進行有效封堵，氣竄治理效果也較為顯著。

Liu 等[25]采用水溶液聚合法，將丙烯酰胺、過硫酸銨、聚乙二醇二丙烯酸酯等原料合成了一種溫敏暫堵劑，同時對該溫敏暫堵劑進行優化及性能評價，得出該產品可適用于70～90℃儲層，且封堵效果明顯、降解時間可調，降解后流動性好。在冀東油田現場應用表明：采用該溫敏暫堵劑并結合二次暫堵工藝使該井含水量下降27%，日產油4.8t，累計增油750t，在控水防竄增產方面效果良好。

總之，以溫敏可逆水溶性溶膠作為調剖暫堵劑防竄調堵效果顯著，現場表現良好。溫敏水溶性凝膠溶液可根據溫度變化，由溶液狀態轉化為凝膠狀態，實現對氣竄點的高效封堵，從而起到防竄作用。在正式生產時隨著井底溫度不斷下降，儲層中封堵凝膠將還原為初始溶液，避免阻礙油氣正常生產。以溫敏凝膠調堵技術來應對井間氣竄問題，雖可有效抑制氣體竄流[26]，但溫敏凝膠結固溫度調節困難，適用區間較小，不易大范圍推廣應用。

2.2 增稠劑

水溶性TSP是通過共聚或接枝反應在水溶性聚合物主鏈上接入擁有LCST 感應側鏈的聚合產品。該聚合物具有升溫提稠效果，可作為油田助劑在油田鉆井、三次采油等油氣開采行業中發揮重要作用，有望成為溫敏聚合物新的應用方向。

何楊等[27-28]將溫敏單體分別與AM 和丙烯酸（AA）聚合，通過研究聚合物溶液的流變性，發現含烷基聚氧乙烯醚側鏈的聚合物具備更好的耐溫性、抗剪切性、剪切恢復性以及黏彈性。同時在研究中還發現含烷基聚氧乙烯醚側鏈的聚合物具有明顯升溫增稠現象以及黏彈性隨溫度升高而增大的溫度響應特性。其中溫敏聚合物AM/AA/AEO10C16、AM/AA/AEO10C10、AM/AA/AEO8C10和AM/AA/AEO6C10（結構式示意圖見圖4）的溫度響應區間在20～60℃范圍內，在高剪切作用下具有剪切增稠能力，特別是P(AA-AM-AEO10C16)表現出強烈的溫度響應特性，滿足遇熱、剪切增稠的特點，表面活性也更加明顯。而P(AA-AM-AEO10C16)擁有更好的抗溫抗剪性能，更適用于高溫地層的生產工作。

郭睿威等[29]利用AM 與聚(N-異丙基丙烯酰胺)單體接枝聚合生成相對分子質量較高的HPAM-g-PNIPAm，該物質擁有遇熱締合的特點。當其質量濃度高于臨界締合質量濃度時，其水溶液展現出顯著的遇熱增稠特征。此外適量提高鹽度更有利于提升TSP溶液的遇熱增稠機能。經過實驗得出，當側鏈長度相同時，接枝數量愈多，TSP溶液的遇熱增稠特性愈突出。而在接枝率相同情況下所接側鏈越長，TSP 溶液增稠機能就越明顯；在30～50℃內其水溶液黏度將隨外加鹽濃度以及溫度升高而增加。總之該TSP有望應用于三次油氣開采，但其耐溫抗鹽性能略有欠缺，無法適應高深儲層。

謝彬強等[30]有效解決了上述溫敏增稠劑耐溫能力差的問題，研制出一種擁有較強抗溫能力的二乙烯苯（DVB）、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸鈉（NaAMPS）、N-乙烯基己內酰胺（VCL）新型溫敏共聚物（PAVD）。該PAVD水溶液的溫敏締合效果取決于其分子中VCL 含量的多少，只有當VCL 含量在合理區間時溶液才會表現出具有較高性能的遇熱提稠特點，且在此區間內VCL 含量愈高，溶液的臨界提黏溫度以及濁點便愈低，溫敏增稠現象越顯著；經過對聚合物中VCL 含量的調整，得到擁有高品質的耐高溫增黏聚合物，未來可成為適用于高溫油藏的新型水溶性增稠材料。

圖4 烷基聚氧乙烯醚型聚合物結構式示意圖［27］

溫敏增稠聚合物在應用于油田三次開采的過程中，在提升增黏效果的同時，還可改善增稠劑耐溫性，加快施工進程[31]。此外部分溫敏聚合物的臨界增稠溫度可調，使其適應地層范圍更加廣泛。但目前大部分溫敏增稠劑耐高溫能力不足，難以適應高溫地層。為此本文作者建議今后應繼續加強對溫敏增稠劑耐溫能力的研究。

2.3 驅油劑

在油氣田開發中，要求聚合物驅油劑溶液具有良好的耐溫抗鹽能力，但常規驅油劑在溫度上升到一定程度時驅油能力會急劇下降，無法滿足現場需要。而TSP溶液的驅油率即使處于相轉變溫度以上的環境中依然能夠使其驅油能力保持穩定，同時滿足高鹽、高溫地層環境以及復合驅替的相關要求。因此溫敏聚合物作為驅油劑將會在高鹽高溫地層中擁有良好的應用前景。

馬超等[32-33]為解決常規驅油劑溶液在高鹽高溫地層中的黏度存留率低、驅油能力差等問題，提出利用TSP 材料的乳化作用、感溫增黏等性能特點，研發出一種含苯環疏水單體、疏油單體和溫敏單體的三元共聚材料P(AM-co-DEAM-co-oBS)作為驅油劑。該TSP利用自身含有親、疏水機體所具備的締合效果，在高溫高鹽環境下起到驅油作用，并且還擁有減小水油間界面張力、提升原油凈化效果的能力。

劉松蔭等[34]研制出一種擁有溫敏特性的納米驅油劑，即將溫敏型聚合物N-二甲基丙烯酰胺以及親、疏水型聚合物通過共價鍵作用連接到納米粒子表面，以此合成出擁有溫度敏感功能的復合納米顆粒，再同表面活性劑、堿進行復配，最終制得擁有溫度響應能力的納米驅油劑。該納米驅油劑最大的特點是在驅替液工作過程中，驅油劑的親疏水性能可隨溫度的變動進行調控，當處于高溫地層時，溫敏粒子展現出親油特性，泡沫接觸原油后將發生破裂，促使巖層表面的原油順利脫離，以此提高油田采收率。在周圍環境溫度較低的條件下，溫敏粒子呈現出親水特性，便于油水分離。并且粒子的粒徑能夠隨溫度變化產生相應的改變，可在地層中進行封堵調剖作用，更利于油氣開采。

江希等[35]研發出溫度敏感型納米泡沫驅油劑，將TSP甲基丙烯酸二甲氨乙酯（DMA）交聯到磁性納米粒子（四氧化三鐵）表層，研發出擁有磁感應及溫敏特性的多功能納米粒子，并且該納米顆粒還能夠起到穩定泡沫的功能。該驅油劑同樣能夠依據環境進行親水親油間的轉化，其原理同上述溫敏納米驅油劑相同，此外還可在外部磁場作用下使納米粒子被快速回收以便二次利用，同時因該溫敏泡沫驅替液具有磁效應，可通過外部施加的磁場對驅替液流動方向進行調控。

白小林[36]合成出一種溫敏型微膠囊。以沉淀聚合法研發出了溫敏亞微球，隨后將其加入到N-羥甲基丙烯酰胺溶液中，以此作為中間液相；最終利用O/W/O 復乳結合聚合反應成功合成了囊壁中含有溫敏亞微球“開關”的微膠囊。通過控制與NIPN 共聚親水單體的加量及種類，配制出擁有不同體積相轉變溫度（VPTT）的溫敏亞微球。對陰離子表面活性劑SDBS 包載釋放實驗結果表明，由于溫敏亞微球的溫度響應性，微膠囊在環境溫度高于溫敏亞微球VPTT 條件下，促使表面活性劑得到快速釋放。制備的溫度響應型微膠囊具有良好的溫控釋放能力，可以通過調節溫度實現對表面活性劑釋放速度的調節，這為TSP在驅油劑的應用提供了全新思路。

溫敏型驅油劑作為TSP在油氣開采應用中重要研究方向，具有種類多、功能多樣、針對性強等特點。從表2中可以看出無論納米粒子驅油劑、納米泡沫驅油劑還是微膠囊驅油劑都是通過引入親、疏水基團結合TSP 的感溫特性，有效提升驅油性能。此外，還可通過結構設計增添驅油劑附屬性能，進一步提高油氣采收率。但當前部分溫敏聚合物驅油劑的承壓耐高溫能力稍有欠缺，本文作者建議今后加強該方面的研究。

3 采后處理的化學品

近年來環境保護問題愈發重要，而油氣開采后大量含油廢水對于環境污染的問題一直較為突出。如何更好地解決油氣開采后產生的廢水，便成為目前石油行業的關鍵所在。因此合理利用油氣開采技術、增進油田污水處理技能，對減少環境污染、提高油氣質量具有重要意義[38-39]。在含油污水凈化的發展過程中，傳統絮凝劑表現出效率低下、配伍性差等缺點。而近年來通過引入TSP形成的油田污水處理劑有效解決了上述缺點，因此相關研究也日漸增多。

吳亞越[40]為解決油砂尾礦池中瀝青分離困難等問題，將具有溫度響應功能的N-異丙基丙稀酰胺（NIPAM） 與二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺（DMAPMA）在氧化還原條件下生成聚合物p[NIPAM-co-DMAPMA]，以此研發出無機-有機溫敏型雜化絮凝劑Fe(OH)3-p[NIPAM-co-DMAPMA]，可明顯解決尾礦池中黏土沉降速度過慢、瀝青無法有效清除等問題，同時結合聚合物的溫敏特性，可在后續處理中加熱解決絮凝劑在循環水中的潛在影響。此研究為溫敏聚合物為油田采后污水處理提供了新的研究方向。

與無機-有機溫敏型雜化絮凝劑單一化處理不同，潘蓮蓮[41]為解決常規絮凝劑處理油田廢水后存在絮體易漂浮、廢水處理效率低以及造成再次污染等問題，利用化學沉淀法研發出以Fe3O4作為磁性機體經SiO2包覆、表面改性后，引入溫敏性物質PNIPAAm，制備出了一種磁性溫敏型絮凝劑M-PNIPAAm，制作過程如圖5 所示。該絮凝劑綠色環保、凈化高效、作用時間短且可循環使用，同時具備溫度敏感、pH 敏感以及磁敏感等特性，成功實現了縮短廢水處理時間、降低運行成本的目的，并且經處理后的油、水資源可回收再利用，絮凝劑失效回收后亦可再生，具有綠色環保、無毒等特點，對今后油田污水處理具有良好的應用前景。

Duan 等[42]通過在Fe3O4納米粒子上接枝聚氧乙烯基化N,N-二甲基乙醇胺制備了核殼型磁性熱敏復合納米粒子M-DMEA。結果表明，M-DMEA 具有溫敏特性，且形狀不規則整體呈核-殼結構。并提出M-DMEA 對驅油污水的絮凝性能。此外MDMEA 能在65℃的外加磁場下快速分離乳化油滴（2.5g/L 時去除率為92.3%），在具有良好的磁響應特性的同時，亦可回收再利用。預計所制備的MDMEA 在實際含油廢水處理中將具有潛在的應用前景。

表2 溫敏聚合物驅油劑性能對比

馬超等[43]以溫敏單體DEAM、AM、正丁基苯乙烯（OBS）的共聚物PA 作為稠油污水絮凝劑，因該TSP含有溫敏單體以及親、疏水基團等嵌段架構使其具有溫度敏感等功能。當溫度低于LCST時，聚合物在水中溶解并生成透明均質溶液，若溫度高于到LCST 時，溶液內物質產生分離，部分聚合物從液體析出，促使溶液變渾。同時其所具備的親水、親油結構將會在高鹽高溫環境下產生相分離，使得高分子鏈的吸附能力大幅提升，稠油中廢水親水性下降，另外其自身長分子鏈能夠起到架橋作用。由此可見溫敏絮凝劑PA 在稠油污水絮凝處理中表現效果突出，固相懸浮物清除速度快、去油能力強，可用于高鹽高溫的稠油污水處理中。

圖5 溫敏型磁性絮凝劑M-PNIPAAm制備示意圖［41］

當前溫敏聚合物在油氣采后應用方向主要為污水絮凝劑方面，有效克服了常規絮凝劑絮凝效果差、適應能力弱等問題，通過引入不同的親、疏水基團實現對污水中油漬以及其他不同固體雜質的清除作用，完成對油田污水凈化處理。此外，還可兼具其他響應特性，以提升溫敏絮凝劑的除污去油能力。雖然溫敏絮凝劑在油田應用中具有較好的前景，但當前溫敏絮凝劑的種類較少，研究方向也較為單一，本文作者建議加強對溫敏絮凝劑種類多樣化的研究，同時進一步促進溫敏聚合物在油氣采后處理應用中向多元化發展。

4 展望

近年來隨著TSP研究熱度逐漸增高，研究方向較為廣泛[44]。但就目前來看對于油氣開采行業相關應用較少，研究方向單一。而當前大部分TSP研究尚處于實驗研發階段，應用方向尚不明確。本文作者根據當前部分學者的研究成果，對此類研究在未來油氣開采過程中應用方向做出展望。

（1）在油氣鉆探方面，Wang 等[45]合成出具有長脂肪族和聚乙二醇（PEG）段的新型熱敏陰離子瓜爾膠（TGGS），經實驗得出TGGS 溶液及凝膠的敏感溫度與PEG段長度具有依賴性，即TGGS黏度隨著溫度的升高而增加。本文作者認為該項研究可有望應用于油氣開采過程中工作液的流型調節工作，能夠有效克服常規流型調節劑無法改善高溫減稠的現象。

（2）在油氣開采方面，Zhu 等[46]以丙烯酰胺和熱敏大分子單體OPA-15為原料，在水溶液中采用自由基聚合法研制出新型熱敏聚合物P(AMOPA15)。聚合物溶液在高溫下疏水側鏈與親水主鏈間分子內排斥是導致聚合物熱稠化的主要原因。在半靜態溶液中，LCST 以上溶液加熱誘導或增強相分離行為，顯著提高了聚合物溶液的表觀黏度。本文作者認為該新型共聚物有望在未來作為一種感溫驅油劑，可有效提高油田采收率。

（3）在采后處理方面，Schwarz 等[47]使用天然聚電解質（殼聚糖）與生物相容熱敏材料生成聚(N-乙烯基己內酰胺)（PNVCL），該聚合物沉降效果顯著、沉積物更加致密、含水量更少。在本文作者看來，此項成果有望在油田污水處理以及鉆井工作液循環過程中作絮凝劑使用。

總而言之，當前大部分TSP產品正處于研究階段，且大部分TSP在PNIPAM的基礎上進行拓展[48]，部分成果尚未得到應用，對油氣開采的研究更是如此。隨著溫敏單體材料種類不斷研發以及TSP不斷發展，TSP產品的功能也將更加多樣，溫敏性能在高溫高壓高鹽等復雜環境中也將更加穩定。本文作者認為隨著當前社會環保意識的提升，油田采后處理必將成為TSP產品研發的重要方向，尤其在稠油污水處理以及油田采出水回填等方面將會進行更加深入的研究。同時相信未來TSP在油氣開采中亦會取得更加廣泛的應用。

5 結語

當前以溫敏聚合物為代表的新興產品在油氣開采過程中得到廣泛應用，因其作用效果突出、針對性強，能夠迅速對外部環境變動做出響應而受到眾多學者關注。本文針對油氣注水開采過程中的采前準備、注水開采以及采后處理三個方向的相關研究進行綜述，并得出以下結論。

（1）在油氣開采采前處理中，溫敏聚合物在油田酸化液、壓裂液等都有所應用，其中溫敏壓裂液支撐劑受地層溫度影響，溫敏支撐劑充分膨脹，因此使得裂縫寬度得到進一步增加，提升裂縫導流出油能力。但目前溫敏支撐劑感溫形變系數控制不足，使得支撐效果下降，本文作者建議今后應加強對溫敏聚合物支撐劑形變量的研究。

（2）在油氣注水開采的過程中，溫敏聚合物主要應用于調堵、增稠及驅油三個方面。對于溫敏調堵劑來說目前其調堵性能較為出色，但在多井協調、耐溫承壓等方面仍需繼續研究。對于增稠劑、驅油劑而言，因其突出的溫敏特性使得油田采收率得到大幅提升，尤其在三次開采等方面表現較為出色，具有良好的應用前景，本文作者認為溫敏聚合物在多元聚合、接枝改性等方向將會成為未來增稠劑及驅油劑的主要研發方向。

（3）溫敏聚合物在采后處理應用主要以污水絮凝劑為主，在不同溫度下表現出不同的親疏水性能，從而實現除油去固作用。但溫度響應靈敏度、LCST 調節上稍有欠缺，應加強該方向研究，以便應對不同溫度的油田污水處理。