摘 要：三次采油是我国主要的原油增产方式，但目前所用聚合物存在溶解时间长、耐温抗盐性差等缺陷，无法满足越来越复杂的油藏环境的要求。本文综述了作者所在团队通过改进聚合工艺、“剪裁”聚合物分子结构、设计智能自组装体系等手段研究新型聚合物驱油剂的工作，并展望了未来的发展趋势。
1 前言
我国经济的高速发展对于能源的消耗也日益增大。据国家能源局统计，2009 年我国净进口原油1.99亿吨，原油对外依存度达到51.3%[1]。传统能源安全对于我国经济持续健康发展的重要性可见一斑。目前，确保我国原油稳产、增产的主要手段包括新储量的发现、海外油田的开采以及国内老油田的挖潜，其中三次采油是挖掘老油田潜力的最有效方式之一。
三次采油是相对于以自喷为主的一次采油和以注水开采的二次采油而言的。经过一次和二次采油后，我国原油采收率平均不到40%，而利用三次采油则可以将原有采收率再提高5%∼10%。三次采油方法众多，广义上讲，包括热采、气体混相驱、微生物采油以及化学驱。经过多年的应用基础研究和现场实践，业已证明化学驱在我国是一种最有效的三次采油方式，大庆油田、胜利油田利用化学驱分别连续10年和5年增产原油1000万吨和170万吨的事实便是最好的佐证， 而且这些成功的现场应用也是我国成为世界上最大的应用化学驱进行三次采油的国家。
化学驱主要是利用聚合物溶液降低油、 水流度比从而扩大波及体积的作用和/或表面活性剂降低油—水界面张力的作用来增加原油的产量。目前，最常用的聚合物是部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）以及其衍生物。目前，我国在三次采油领域每年应用HPAM 20余万吨，但与此同时，这类聚合物在三次采油中的应用也面临着严峻的挑战：
（1）溶解性能亟待改善：为了提高HPAM的应用性能，常通过引入新的功能单体或功能基团对其进行修饰，例如，通过引入疏水基团形成疏水缔合聚丙烯酰胺（HAPAM）[2]。虽然改善了性能，但其溶解性能却明显变差；其次，由于
淡水资源的匮乏，现场常利用处理后的采出污水配制聚合物溶液，也使溶解时间明显延长。
（2）油藏环境条件进一步恶化：东部老油田的三次采油正向着高温、高矿化度恶劣环境下的油藏发展，西部的新油田也纷纷计划对其本身就是高温、高矿化度的油藏开展三次采油，这种“两高”的特殊环境对于聚合物的应用是一个极
大的挑战。
（3）油藏性质的非均一性更加明显：一些新的油藏区块的物性进一步非均一化，例如，大庆油田的II、III类油藏和江苏油田的大部分油藏的渗透率都极低，而胜利油田和渤海油田的大孔道油藏又特别众多。 针对这些问题，本研究团队近年来开展了持续的研究，取得了一些局部的进展或突破。
2 通过改进聚合工艺改善聚合物的溶解性 HPAM在现场采油污水中的溶解时间一般超过60 min， HAPAM不仅需要更长的时间，而且还需要通过加热等方式来促进溶解，我们试图通过改进聚合工艺来缩短聚合物的溶解时间。
2.1 “油包水”反相微乳液聚合
丙烯酰胺（AM）与疏水单体“油包水”反相微乳液聚合的动力学研究表明，疏水单体含量（[H]）在HAPAM中的分布不象胶束聚合或溶液聚合那样随着转化率的提高而逐步降低，而是几乎保持不变（图1）[3]。这说明，疏水单体在HAPAM中呈无规分布，而不是“微嵌段分布” ，因此更有利于在疏水缔合和溶解性之间达到有利的平衡，从而有助于促进聚合物的溶解。
2.2 水介质分散聚合制备HAPAM“水包水”乳液
这是近年兴起的一种绿色制备技术，由其制备的HAPAM“水包水”乳液可在3 min左右完全分散溶解[4]。由于其速溶特性，可克服传统干粉聚合物溶解时间长、占用设备体积大、溶解能耗高等不足。目前该类聚合物已在胜利油田的9口
油井和江苏油田的3口油井的堵水、调剖作业中得到应用。
3 通过改进聚合物形貌或分子结构适应不同渗透率的油藏
3.1 利用反相悬浮聚合制备大粒径微球 一些老油田由于长期注水开采，导致油藏局部孔道变大。要成功地进行三次
采油，必须先对这些大孔道进行有效封堵。我们采用反相悬浮聚合制备了粒径在50∼100 µm的HAPAM微球（图3） ，室内模拟实验证实其能有效封堵大孔道。
3.2 通过增强聚合聚合物链刚性适应低渗透油藏 大庆油田的II、III类油藏由于渗透率低（即孔道小）不仅导致高分子量HPAM由于水动力学尺寸（RG）大而难以注入，而且也会增大HPAM在注入过程中剪切降解的几率，从而降低其提高原油采收率的能力。我们通过降低聚合物分子量和“剪裁”聚合物分子结构而增大其刚性，既使聚合物溶液的表观粘度不降低，也使其RG和油藏孔喉尺寸（Rh）处于合理的匹配范围（Rh/R G>5） 。室内分别利用人造岩芯和天然岩芯驱油的结果充分证实了这一设想的正确性（表1） 。
4 适用于高温、高矿化度油藏的盐、热刺激增粘智能型聚合物 HPAM的性能在高温、高矿化度条件下急剧丧失。目前采用的主要改进方法包括提高聚合物的分子量、引入耐温抗盐功能基团等，这些措施在一定程度上改善了聚合物的性能，但无法从根本上解决问题。我们通过设计、合成新型的温敏单体，并与丙烯酰胺等水溶性单体共聚[6]，制备出了盐、热双重刺激增粘的智能型聚合物（图4） ，可望为解决高温、高矿化度油藏的三次采油提供一条新途径。
5 利用小分子自组装形成耐温、抗盐的蠕虫状胶束
特定结构的小分子表面活性剂在一定介质环境下可以自组装形成蠕虫状胶束或线状胶束， 这些胶束可以进一步相互缠绕形成类似聚合物溶液那样的网络状结构（图5）[7]。模拟油藏条件（85°C、矿化度32868mg/L、[Ca2+]+[Mg2+873mg/L）下102天的老化实验表明，这类特殊的聚集体的粘度及界面张力均没有损失（图6）
6 展望及挑战
随着我国原油对外依存度的逐年增大，可以预期，三次采油在我国传统能源安全方面必将发挥更加重要的作用，相应的，也必将对三次采油化学剂特别是聚合物提出更高的要求。 上述手段虽在一定程度上、一定范围内解决了一些问题，但面对复杂的油藏环境和石油工业的实际需求， 仍然存在巨大的挑战： 首先， 成本需要大幅度降低；其次，必须研究具有长期老化稳定性的单体；第三，必须改变传统的思维方式，借鉴其它学科的先进经验，例如，智能聚合物和智能胶束体系等；第四，必须深入研究聚合物在油藏环境下与无机盐、油等的作用机理，从而反过来指导聚合物的分子结构设计。