隨著常規(guī)石油資源的大量、持續(xù)消耗，開發(fā)利用稠油資源的緊迫性日益突出。稠油由于含有大量瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等重質(zhì)組分而具有粘度高、密度大、流動性差的特點，導(dǎo)致其開采集輸難度高、資源利用率差，如何降低稠油粘度、提高其流動性成為打破限制其開發(fā)利用壁壘的關(guān)鍵。

目前最為普遍的方法是添加各種水溶性稠油降粘劑實現(xiàn)降粘目的，而其中聚合物型水溶性稠油降粘劑在油田應(yīng)用中的表現(xiàn)最具吸引力，但其研發(fā)尚處于發(fā)展階段，現(xiàn)有的聚合物型水溶性稠油降粘劑種類較少、對稠油油藏條件的適應(yīng)性有限、溶液性質(zhì)與降粘機(jī)理間的聯(lián)系探討不足。研發(fā)更能滿足稠油開發(fā)需求的新型聚合物型水溶性稠油降粘劑，并深入分析其溶液性質(zhì)與作用機(jī)理是該領(lǐng)域未來的主要發(fā)展趨勢。

基于上述背景，本論文主要從聚合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能單體的引入、降粘機(jī)理的探討等三個方面進(jìn)行新型水溶性稠油降粘聚合物的設(shè)計合成，溶液性質(zhì)及稠油降粘應(yīng)用性能的研究。

1、以丙烯酰胺(AM)，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和環(huán)氧基的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)共聚以得到可反應(yīng)型共聚物，利用環(huán)氧基與氨基間的偶合反應(yīng)，將氨基封端的丙烯酰胺-苯乙烯磺酸鈉二元共聚物接枝于反應(yīng)型共聚物側(cè)鏈，得到具有長支鏈的水溶性兩親共聚物，通過核磁共振、紅外光譜、靜態(tài)光散射、熱重分析對其進(jìn)行了基本表征。利用動態(tài)光散射、旋轉(zhuǎn)流變儀、界面張力儀考察了其溶液中的聚集行為與性質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行稠油乳化降粘性能評價。研究表明，該聚合物型水溶性稠油降粘劑的作用機(jī)理為乳化降粘，長支鏈結(jié)構(gòu)有利于稠油降粘性能的提高，適中的長支鏈結(jié)構(gòu)含量下可取得最理想的稠油降粘率。

2、以AM單體為主，引入具有較強(qiáng)耐溫耐鹽性的兩親性單體N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)以及長疏水鏈季銨鹽單體(N-丙烯酰胺丙基)-N，N-二甲基，N-十六烷基溴化銨(ADC)合成了一系列疏水締合水溶性共聚物，通過核磁共振、紅外光譜、元素分析、靜態(tài)光散射等進(jìn)行表征。通過表面張力和界面張力測定研究了不同條件下聚合物溶液的表面活性和界面活性，在此基礎(chǔ)上利用旋轉(zhuǎn)粘度計、穩(wěn)定性分析儀研究了其可循環(huán)稠油降粘性能并探討了其機(jī)理。研究表明，適中的表界面活性更適于實現(xiàn)可循環(huán)的耐鹽稠油降粘，提高長疏水鏈季銨鹽單體含量能夠增強(qiáng)其耐鹽稠油降粘性能。

3、選擇AM、二甲基丙烯酰胺(DMA)、丙烯酰嗎啉(NAM)共聚完成了兩親性三元共聚物的合成，選擇AM、苯乙烯磺酸鈉(SSS)與鏈轉(zhuǎn)移劑巰基乙醇進(jìn)行自由基共聚完成了羥基封端的陰離子共聚物的合成，并利用這兩種共聚物得到了一種復(fù)配型兩親共聚物稠油降粘劑。用共振光散射等研究了其溶液中的聚集行為，并考察了其表觀粘度、表面張力、界面張力隨濃度的變化情況。此外，利用光學(xué)顯微鏡、旋轉(zhuǎn)粘度計研究了其基于界面活性的稠油乳化降粘行為，分析了不同無機(jī)鹽及鹽濃度對其稠油降粘性能的影響情況。發(fā)現(xiàn)復(fù)配是一種有效地提高稠油乳化降粘性能的方法，能夠在較低的用量下取得較好的耐鹽降粘效果。

4、通過AM與二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)及含氟疏水單體全氟己基乙基甲基丙烯酸酯(TEMAc-6)共聚，得到了一系列含氟疏水單體含量不同的具有pH響應(yīng)性的水溶性聚合物，通過核磁共振、紅外光譜、靜態(tài)光散射、熱重分析等進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與性質(zhì)表征。利用界面擴(kuò)張流變法、粘度測試、表面張力測定等進(jìn)行了溶液性質(zhì)的研究，利用Zeta電位測試考察了pH對共聚物溶液性質(zhì)的影響情況，并使用激光粒度儀、旋轉(zhuǎn)粘度計研究了其pH響應(yīng)性稠油降粘行為。結(jié)果表明，該系列聚合物溶液的界面活性不僅隨著含氟單體含量的提高而增強(qiáng)，而且隨著pH的減小而減弱，基于界面活性控制的乳化降粘機(jī)理，其在pH較高時能夠乳化稠油形成穩(wěn)定性較高的水包油乳液，實現(xiàn)稠油乳化降粘，而在酸化后又能夠?qū)崿F(xiàn)迅速的油水分離。

5、以AM、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、甲基丙烯酸芐基酯(BZMA)共聚制備了一系列CO2響應(yīng)水溶性稠油降粘聚合物AEB，通過核磁共振、紅外光譜、元素分析、靜態(tài)光散射、熱重分析等手段對所得聚合物進(jìn)行了基本性質(zhì)表征。研究了不同濃度下溶液的表觀粘度、表界面張力、流體力學(xué)半徑，并使用電導(dǎo)率儀測試了其對CO2的可逆響應(yīng)性。利用接觸角測試、光學(xué)顯微鏡觀察、粘度表征等手段考察了該系列聚合物的稠油乳化降粘性能。研究表明，BZMA單體含量的增加能夠增強(qiáng)疏水締合作用，有利于表界面活性、潤濕性及稠油乳化降粘能力的提高，形成的稠油乳化液液滴粒徑與界面張力正相關(guān)，與連續(xù)相粘度負(fù)相關(guān)，該系列聚合物的乳化降粘性能具有CO2響應(yīng)性。

6、對稠油中的重質(zhì)組分瀝青質(zhì)、膠質(zhì)進(jìn)行分離，并通過核磁共振、紅外光譜、元素分析、紫外光譜、凝膠滲透色譜、透射電鏡等手段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征與特征分析。在此基礎(chǔ)上，合成并中試了一種解締合型水溶性兩親聚合物稠油降粘劑，對其稠油降粘性能和降粘機(jī)理也進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，所用油樣中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含有多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)與大量極性基團(tuán)，具有氫鍵作用下的致密的片層狀締合結(jié)構(gòu)，是導(dǎo)致稠油高粘度的主要原因，我們所制備的解締合型水溶性兩親聚合物稠油降粘劑含有大量極性基團(tuán)能夠破壞瀝青質(zhì)、膠質(zhì)中原有的締合結(jié)構(gòu)，從根本上降低稠油粘度，適當(dāng)?shù)募羟信c老化處理有利于實現(xiàn)更好的稠油降粘效果，中試產(chǎn)品具有在高溫、高剪切的油藏條件的應(yīng)用潛力。