温敏聚合物在油气开采中的研究进展

潘一，徐明磊，侯冰，郭奇，杨双春，KANTOMA Daniel Bala

（1 辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001；2 中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249；3 北京航空技术研究中心，北京100076；4 辽宁石油化工大学国际教育学院，辽宁抚顺113001）

温敏聚合物（temperature-sensitive polymer，TSP）作为当前热点材料之一，能够对外界环境的温度改变做出响应，从而产生相应化学性质转变或物理结构变化的高分子材料。近年来温敏聚合物已成为航天、医学、纺织等众多行业的热点研究课题，在石油行业，无论是油气井钻探、油田开采还是油田污水处理等方面国内外专家学者都进行了探索应用。例如利用驱替液黏度增加可以提升毛管力（毛管力为驱油主要动力）以此提高油气开采效率的原理，沙特阿拉伯法赫德国王石油矿产大学的Kamal 等[1]提出了一种适用于高温高剪切（HTHS）条件的新型热敏水溶性聚合物。由于存在热敏单体，当温度超过低临界相转变温度（LCST）时，就会形成物理网络进而导致黏度增加，有效解决了高温高盐储层的开采困难等问题。德国巴斯夫公司[2]基于疏水改性聚丙烯酰胺研发出可用于提高采收率的温敏聚合物，该聚合物的黏度可随温度变化而变化，且该升温增稠行为可逆。在地表温度下注入期间，流体的黏度较低，可以快速注入，进入地层后黏度增加，从而使驱油效率更加高效。国内学者也对TPS 进行了大量研究，如天津大学的樊国强[3]利用异丙基丙烯酰胺（NIPA）、过硫酸钾（KPS）等合成接枝聚合物PAA-g-PNIPA 和PAAg-P （NIPA-CO-DMAA） 制得温敏增稠剂PAA/PNIPA8，可在高温环境中对泥浆性能具有较高稳定作用。此外英国石油、雪佛龙、纳尔科以及德士古等公司联合开发出一种新型温敏微凝胶驱油剂并已经投入使用[4]。还有学者对油田工作液的流行调节、温敏聚合物工作原理建模等方向进行了研究[5-6]。目前温敏聚合物相关产品已在国内的冀东油田[7]以及印度尼西亚部分油田投入使用并且表现出良好的温敏性能[8]。

油气开采的现代化对油气生产具有重要意义，而将温敏材料应用于油气开采是当前石油行业实现现代化的重要研究方向，其能够有效应对温度变化解决油田开采中遇热降黏、流体窜流等常见问题[9]，并且针对性突出、性能高效。但目前未见有学者将油气开采中温敏材料体系进行综述报道。本文对温敏聚合物在油气开采过程中的采前准备、油气开采以及采后处理三个方面的研究和应用现状进行了评述，并对温敏聚合物在油气开采中的应用进行了展望，以期相关学者参考。

1 油气采前准备的化学品

1.1 酸化液稠化剂

在油层进入正式开采之前，若生产层渗透率较低或储层受到泥浆严重污染时，还需进行酸化处理、水力压裂等增产措施，以便清理孔缝中的残余封堵物质，或连通（增大）储集层原有孔缝，增加储集层渗透率，以此达到改善油、气、水流动状况，实现水井注入量及油气产量增长的目的。但目前酸化液稠化剂存在主要问题，便是溶液黏度会随温度及盐度的升高而迅速降低，而TSP的引入能有效解决上述升温降黏等问题[10]。

为此，一些学者便对酸化液稠化剂进行温敏改进，如戴姗姗等[11]将丙烯酰胺（AM）以及含有温敏基团的烯丙基聚氧乙烯醚（APEG）进行共聚，制备出如图1所示的一种新型二元温敏型酸液稠化剂P(AM-APEG)。该产品温敏性能突出，不受外界环境影响，同时具有良好的缓速效果，即随着测试温度的升高，相对黏度降低的速度有所减缓，但遇热增黏能力稍有不足。因此，戴姗姗等[12]为了进一步增强酸化液稠化剂的增黏作用，基于P(AMAPEG)产品，将APEG、AM及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）进行自由共聚，研发出温度敏感型酸液稠化剂P(AM-DMC-APEG)。在有效解决工作液黏度随温度增加而急剧下降问题的同时，稠化增黏能力更强，稠化酸缓速效果也更加良好。

图1 P（AM-APEG）温敏酸液稠化剂［11］

总体来说，由于温敏酸化液稠化剂中温敏聚合物所具有一定含量的疏水、亲水基团，当外部环境变化尤其是当温度产生波动时，这些基团的亲、疏水作用将发生明显改变，进而引起聚合物结构与性能的转变。通过引入不同基团进行多元聚合，以便降低酸液黏度受温度变化影响。但当前温敏酸化液稠化剂的温度敏感性稍有不足，增稠性能尚有欠缺，本文作者建议今后加强对感温灵敏度、增黏能力以及耐温能力方面的研究。

1.2 常规压裂液稠化剂

压裂液在油气生产中具有重要作用，并且贯通于整个压裂作业过程，被称为压裂“血液”。而稠化剂作为压裂液主要添加剂之一，其增稠能力以及高温稳定性是当前稠化剂的主要研究方向[13]。而温敏聚合物的引入有效解决了稠化剂高温失效等问题，为此一些学者进行了相关研究。

王晨[14]在磺酸基胍胶分子链引入碳氢长链以及聚醚链段，在此基础上研发出缔合型温敏疏水磺酸基胍胶（PAGG），图2为该凝胶的合成过程，SHGOH 为自制阴离子胍胶，PMS 为含聚乙二醇单硬酸酯（PEGS）链段单异氰酸酯中间物质，以PAGG凝胶为压裂液稠化剂时，碳氢长链相对廉价，既能有效降低压裂成本，又能够提升压裂液性能。当外界环境低于浊点时，PAGG中温敏基团展现出亲水性能，从而使稠化剂亲水能力迅速提升，增加溶液中难溶物的溶解度、更利于泵注以及压裂液配制；当外界环境高于浊点时，PAGG中温敏基团表现出疏水特性，稠化剂也由亲水特性向疏水特性转变，凝胶压裂液的抗温能力亦有所增强。总之PAGG压裂液的耐剪切、抗高温能力突出，破胶液表面活性强，残余物质少，极大地减小对储层岩石的破坏。

严芳芳[15]以氧氯化锆为主体，丙三醇和乳酸为配体，合成出具有温敏特性的乳酸丙三醇有机锆，可作为压裂液稠化剂，并以此配制出羟丙基瓜胶冻胶压裂液。经实验得出，该聚合物压裂液的耐温可达180℃，在170s-1连续剪切120min 时，其保留黏度为176.8mPa·s，拥有较高的抗高温抗剪切能力。但其耐盐能力不足，无法应用于高矿化度地层。

图2 温敏性疏水缔合型阴离子胍胶（PAGG）的合成［14］

为避免压裂液黏度受温度以及含盐量影响，Ma 等[16]分别以正丁基苯乙烯（nBS）为亲疏水基，以N，N-二乙基丙烯酰胺（DEAM）为温度敏感基团，利用氧化还原胶束聚合技术进行多元聚合，以此合成出具有刚性疏水基团的TPS。实验得出该产品玻璃化转变温度为85.32℃，初始分解温度为330℃，拥有较强的抗温能力；同时研究了该TPS在不同盐含量、不同温度条件下的黏度转变情况，得出其具有遇热遇盐增稠特性，可应用于深层高矿化度储集层的压裂作业。

由于温敏聚合物在应用于酸化液稠化剂及压裂液稠化剂时均表现出良好的增稠效果，但不同产品的相关性能稍有不同。为此如表1 所示进行了对比。由此可见，酸化液稠化剂与压裂液稠化剂在温敏原料以及应用范围上虽有区别，但其作用效果均为温敏增黏，可有效避免因温度升高所引起工作液黏度降低的现象，加快作业进程。总的来说，当前采前温敏型稠化剂存在的主要问题仍为抗温能力差、增稠强度仍无法满足作业需求，建议学者进一步对其研究探讨。

1.3 压裂液支撑剂

表1 酸化液、压裂液稠化剂性能对比

对于低渗油田最为实用、廉价且技术可靠的便是水力压裂，当压裂工作液注入较软、较深地层时，支撑剂易被压入地层或自身造成破坏，地层孔隙导流能力也会受到干扰，不利于单井试气以及油田稳定生产[17]。而TSP在压裂支撑剂的主要应用材料为热固性形状记忆聚合物（thermosetting shape memory polymer,TSMP），其原理为聚合物经过温度变化刺激使其膨胀性能被激活，但所释放微小应力仅可使储层形成细小孔隙，却不会对储层造成伤害，使储层孔隙继续维持或进一步拓宽以便拥有更好的导流能力，并且支撑剂在孔隙中膨胀后会形成较大阻力，避免支撑剂反流。另外此类支撑剂注入简单易操作，注入方式与常规支撑剂无二，无需其他单独压裂泵注设备[18]。

Santos 等[19]推出一种新型热敏可膨胀支撑剂（EP），其具有远程控制膨胀、持续注入等功能，以应对支撑剂在深软地层中易压碎、易包埋的问题。该热敏支撑剂基于TSMP制得，在地层原位温度作用下能够有效保持甚至增加裂缝宽度。为了研究膨胀支撑剂的有效性，并评估不同组合对裂缝导流能力的增强效果，对不同的EP 组合及分布情况进行裂缝电导率增强效果评估；此外，还在改良的API电导率池中进行了一系列实验，以测量不同温度、围压、支撑剂尺寸和浓度等数据验证最佳条件，实验表明，支撑剂应力大小及其包被程度对地层孔隙的导流能力具有很大影响。而热敏膨胀式支撑剂对地层孔隙的导流效果深受其自身强度及响应膨胀后对施加压力的影响。

金宁静[20]利用温敏聚合物研发出一种支撑剂，该支撑剂本体中空，外壁呈球状便于应力扩散，且强度高自身不易损坏；内壁由聚乙烯、聚异戊二烯、聚酯等单程TSMP制成，可通过支撑剂本体进入岩层前后的温度差触发形变。当支撑剂处于固定形态时，其本体体积小于初始形态。当其在固定形态时如图3(a)所示，其外壁为球面，其内壁为凹凸状；泵入地层后还原到初始形态如图3(b)所示，体积扩张，压裂地层，形成利于油气流动的网隙结构。其机理为：支撑剂自身体积增大，所构成的网隙结构缝隙变宽，使渗透率得到提升；而当强度较高的支撑剂自身恢复初始形态时，会对地层岩石进一步挤压破坏，以此构建出更为复杂的二次网隙结构，地层渗透率也会再次增长。因此，可依据储层缝隙的详细数据对温敏支撑剂的颗粒大小、材料组成进行优化筛选，为不同地层环境提供不同选择，避免支撑剂泵入地层体积扩张后，因地层温度过低使得体积无法完全扩张、应力释放不足而造成自身松动，影响油气流动。

图3 温敏支撑剂截面图［20］

此外国外一些学者试图通过交联材料的物理吸附或化学吸附方法构建出一种集温敏、pH 敏感于一身的复合微粒结构，以此研发出新型支撑剂材料。为避免交联物质与支撑剂表面彼此间作用失效，Alexander 等[21]利用1-甲基咪唑、环氧树脂DER-332、2-丙醇等原料研发出聚合物涂层支撑剂，该支撑剂颗粒可以形成与涂层性质无关的多孔分层结构，使得交联作用更强，在注入油气井之前不会交联或完全固化，以便泵送支撑剂顺利到达目的地。这为温敏型支撑剂的设计研发探索出全新的研究方向。

总体来说，基于TMSP材料制备的温敏支撑剂可在压裂作业时随压裂液进入储层，受储层温度刺激使支撑剂体积充分扩张，扩张后的支撑剂能够对储层裂缝继续维持或二次拓宽，进而提高裂缝导流能力。但目前温敏型支撑剂作用效果稍有不足，易受环境限制，主要原因在于高压深层环境下应力释放不均使得膨胀变形失控，降低支撑效果，从而影响储层孔隙的导流能力，这也是今后研究的重点。

2 油气开采过程中的化学品

2.1 防窜调堵剂

在稠油热采过程中，受原油种类差别、渗透率过低以及油藏不规则变化等因素限制，当高温工作液注入到孔缝大、渗透率高的储层中时极易发生窜流现象。又因一采过程中强制注采，造成吸汽剖面不均，高温工作液热量利用率下降，影响范围缩小。随着开采时间的增加，气窜现象变得愈发严重，开采效果也会受到影响。因此如何避免气窜现象产生、提升吞吐开发能力是当前迫切需要解决的问题。而以TSP材料制备的凝胶产品便成了解决气窜问题的有效方法，当外部温度上升到某一固定值时，产品将由溶液状态转变为凝胶状态；反之若外部温度下降时则由水基凝胶状态转变为高黏度的水基溶液。

张伟[22]利用TSP凝胶、氮气、起泡剂研发出可用于海上稠油储层的可逆TSP 凝胶及其泡沫体系。随着温度增加TSP凝胶中的疏水基团发挥作用，聚合物开始形成网状结构将水包裹住，并在孔缝中生成凝胶，对高渗地层进行封堵，促使流体转变方向达到调堵目的；而凝胶和氮气泡沫结合时将会发生显著的分流现象，使该体系更易于注入地层。当泡沫接触到原油后发生破裂，大量氮气迅速占据上部孔道，提升了地层热量，使吞吐过后的油气产量得到提高。结合前段塞式主注、中段塞式伴注的复合调堵技术，该温敏体系能够对一些较大孔隙进行封堵封，在一定程度上防止气窜现象发生，但抑制效果有限。

为解决上述TSP凝胶泡沫体系调堵能力不足的问题，苏毅等[23]以改性纤维素醚为原材料制备出温敏可逆凝胶并以此研发出温敏型调堵体系。该体系可承受160℃高温，并拥有显著的温敏可逆性能，可根据温度变化进行溶液-凝胶之间的转变，从而起到“堵而不死”的效果。同时为确保气窜油井平稳运转、减少气窜影响，在运用温敏可逆凝胶的同时结合多井同注、防乳增效等综合气窜抑制技术，能够有避免气窜发生，使油气注采工作顺利进行，提升油气生产效率。梅伟等[24]对温敏型可逆凝胶封窜技术进行了相关研究，并对其封堵性能作出评价，探讨了在不同注入时间、不同注入量的条件下温敏凝胶对采收效率的影响，得出当窜流状况发生时，温敏调堵凝胶注入量对驱替效果具有显著影响，但注入时机对驱替效果影响不明显。总之温敏凝胶能够对高渗透地层进行有效封堵，气窜治理效果也较为显著。

Liu 等[25]采用水溶液聚合法，将丙烯酰胺、过硫酸铵、聚乙二醇二丙烯酸酯等原料合成了一种温敏暂堵剂，同时对该温敏暂堵剂进行优化及性能评价，得出该产品可适用于70～90℃储层，且封堵效果明显、降解时间可调，降解后流动性好。在冀东油田现场应用表明：采用该温敏暂堵剂并结合二次暂堵工艺使该井含水量下降27%，日产油4.8t，累计增油750t，在控水防窜增产方面效果良好。

总之，以温敏可逆水溶性溶胶作为调剖暂堵剂防窜调堵效果显著，现场表现良好。温敏水溶性凝胶溶液可根据温度变化，由溶液状态转化为凝胶状态，实现对气窜点的高效封堵，从而起到防窜作用。在正式生产时随着井底温度不断下降，储层中封堵凝胶将还原为初始溶液，避免阻碍油气正常生产。以温敏凝胶调堵技术来应对井间气窜问题，虽可有效抑制气体窜流[26]，但温敏凝胶结固温度调节困难，适用区间较小，不易大范围推广应用。

2.2 增稠剂

水溶性TSP是通过共聚或接枝反应在水溶性聚合物主链上接入拥有LCST 感应侧链的聚合产品。该聚合物具有升温提稠效果，可作为油田助剂在油田钻井、三次采油等油气开采行业中发挥重要作用，有望成为温敏聚合物新的应用方向。

何杨等[27-28]将温敏单体分别与AM 和丙烯酸（AA）聚合，通过研究聚合物溶液的流变性，发现含烷基聚氧乙烯醚侧链的聚合物具备更好的耐温性、抗剪切性、剪切恢复性以及黏弹性。同时在研究中还发现含烷基聚氧乙烯醚侧链的聚合物具有明显升温增稠现象以及黏弹性随温度升高而增大的温度响应特性。其中温敏聚合物AM/AA/AEO10C16、AM/AA/AEO10C10、AM/AA/AEO8C10和AM/AA/AEO6C10（结构式示意图见图4）的温度响应区间在20～60℃范围内，在高剪切作用下具有剪切增稠能力，特别是P(AA-AM-AEO10C16)表现出强烈的温度响应特性，满足遇热、剪切增稠的特点，表面活性也更加明显。而P(AA-AM-AEO10C16)拥有更好的抗温抗剪性能，更适用于高温地层的生产工作。

郭睿威等[29]利用AM 与聚(N-异丙基丙烯酰胺)单体接枝聚合生成相对分子质量较高的HPAM-g-PNIPAm，该物质拥有遇热缔合的特点。当其质量浓度高于临界缔合质量浓度时，其水溶液展现出显著的遇热增稠特征。此外适量提高盐度更有利于提升TSP溶液的遇热增稠机能。经过实验得出，当侧链长度相同时，接枝数量愈多，TSP溶液的遇热增稠特性愈突出。而在接枝率相同情况下所接侧链越长，TSP 溶液增稠机能就越明显；在30～50℃内其水溶液黏度将随外加盐浓度以及温度升高而增加。总之该TSP有望应用于三次油气开采，但其耐温抗盐性能略有欠缺，无法适应高深储层。

谢彬强等[30]有效解决了上述温敏增稠剂耐温能力差的问题，研制出一种拥有较强抗温能力的二乙烯苯（DVB）、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠（NaAMPS）、N-乙烯基己内酰胺（VCL）新型温敏共聚物（PAVD）。该PAVD水溶液的温敏缔合效果取决于其分子中VCL 含量的多少，只有当VCL 含量在合理区间时溶液才会表现出具有较高性能的遇热提稠特点，且在此区间内VCL 含量愈高，溶液的临界提黏温度以及浊点便愈低，温敏增稠现象越显著；经过对聚合物中VCL 含量的调整，得到拥有高品质的耐高温增黏聚合物，未来可成为适用于高温油藏的新型水溶性增稠材料。

图4 烷基聚氧乙烯醚型聚合物结构式示意图［27］

温敏增稠聚合物在应用于油田三次开采的过程中，在提升增黏效果的同时，还可改善增稠剂耐温性，加快施工进程[31]。此外部分温敏聚合物的临界增稠温度可调，使其适应地层范围更加广泛。但目前大部分温敏增稠剂耐高温能力不足，难以适应高温地层。为此本文作者建议今后应继续加强对温敏增稠剂耐温能力的研究。

2.3 驱油剂

在油气田开发中，要求聚合物驱油剂溶液具有良好的耐温抗盐能力，但常规驱油剂在温度上升到一定程度时驱油能力会急剧下降，无法满足现场需要。而TSP溶液的驱油率即使处于相转变温度以上的环境中依然能够使其驱油能力保持稳定，同时满足高盐、高温地层环境以及复合驱替的相关要求。因此温敏聚合物作为驱油剂将会在高盐高温地层中拥有良好的应用前景。

马超等[32-33]为解决常规驱油剂溶液在高盐高温地层中的黏度存留率低、驱油能力差等问题，提出利用TSP 材料的乳化作用、感温增黏等性能特点，研发出一种含苯环疏水单体、疏油单体和温敏单体的三元共聚材料P(AM-co-DEAM-co-oBS)作为驱油剂。该TSP利用自身含有亲、疏水机体所具备的缔合效果，在高温高盐环境下起到驱油作用，并且还拥有减小水油间界面张力、提升原油净化效果的能力。

刘松荫等[34]研制出一种拥有温敏特性的纳米驱油剂，即将温敏型聚合物N-二甲基丙烯酰胺以及亲、疏水型聚合物通过共价键作用连接到纳米粒子表面，以此合成出拥有温度敏感功能的复合纳米颗粒，再同表面活性剂、碱进行复配，最终制得拥有温度响应能力的纳米驱油剂。该纳米驱油剂最大的特点是在驱替液工作过程中，驱油剂的亲疏水性能可随温度的变动进行调控，当处于高温地层时，温敏粒子展现出亲油特性，泡沫接触原油后将发生破裂，促使岩层表面的原油顺利脱离，以此提高油田采收率。在周围环境温度较低的条件下，温敏粒子呈现出亲水特性，便于油水分离。并且粒子的粒径能够随温度变化产生相应的改变，可在地层中进行封堵调剖作用，更利于油气开采。

江希等[35]研发出温度敏感型纳米泡沫驱油剂，将TSP甲基丙烯酸二甲氨乙酯（DMA）交联到磁性纳米粒子（四氧化三铁）表层，研发出拥有磁感应及温敏特性的多功能纳米粒子，并且该纳米颗粒还能够起到稳定泡沫的功能。该驱油剂同样能够依据环境进行亲水亲油间的转化，其原理同上述温敏纳米驱油剂相同，此外还可在外部磁场作用下使纳米粒子被快速回收以便二次利用，同时因该温敏泡沫驱替液具有磁效应，可通过外部施加的磁场对驱替液流动方向进行调控。

白小林[36]合成出一种温敏型微胶囊。以沉淀聚合法研发出了温敏亚微球，随后将其加入到N-羟甲基丙烯酰胺溶液中，以此作为中间液相；最终利用O/W/O 复乳结合聚合反应成功合成了囊壁中含有温敏亚微球“开关”的微胶囊。通过控制与NIPN 共聚亲水单体的加量及种类，配制出拥有不同体积相转变温度（VPTT）的温敏亚微球。对阴离子表面活性剂SDBS 包载释放实验结果表明，由于温敏亚微球的温度响应性，微胶囊在环境温度高于温敏亚微球VPTT 条件下，促使表面活性剂得到快速释放。制备的温度响应型微胶囊具有良好的温控释放能力，可以通过调节温度实现对表面活性剂释放速度的调节，这为TSP在驱油剂的应用提供了全新思路。

温敏型驱油剂作为TSP在油气开采应用中重要研究方向，具有种类多、功能多样、针对性强等特点。从表2中可以看出无论纳米粒子驱油剂、纳米泡沫驱油剂还是微胶囊驱油剂都是通过引入亲、疏水基团结合TSP 的感温特性，有效提升驱油性能。此外，还可通过结构设计增添驱油剂附属性能，进一步提高油气采收率。但当前部分温敏聚合物驱油剂的承压耐高温能力稍有欠缺，本文作者建议今后加强该方面的研究。

3 采后处理的化学品

近年来环境保护问题愈发重要，而油气开采后大量含油废水对于环境污染的问题一直较为突出。如何更好地解决油气开采后产生的废水，便成为目前石油行业的关键所在。因此合理利用油气开采技术、增进油田污水处理技能，对减少环境污染、提高油气质量具有重要意义[38-39]。在含油污水净化的发展过程中，传统絮凝剂表现出效率低下、配伍性差等缺点。而近年来通过引入TSP形成的油田污水处理剂有效解决了上述缺点，因此相关研究也日渐增多。

吴亚越[40]为解决油砂尾矿池中沥青分离困难等问题，将具有温度响应功能的N-异丙基丙稀酰胺（NIPAM） 与二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺（DMAPMA）在氧化还原条件下生成聚合物p[NIPAM-co-DMAPMA]，以此研发出无机-有机温敏型杂化絮凝剂Fe(OH)3-p[NIPAM-co-DMAPMA]，可明显解决尾矿池中黏土沉降速度过慢、沥青无法有效清除等问题，同时结合聚合物的温敏特性，可在后续处理中加热解决絮凝剂在循环水中的潜在影响。此研究为温敏聚合物为油田采后污水处理提供了新的研究方向。

与无机-有机温敏型杂化絮凝剂单一化处理不同，潘莲莲[41]为解决常规絮凝剂处理油田废水后存在絮体易漂浮、废水处理效率低以及造成再次污染等问题，利用化学沉淀法研发出以Fe3O4作为磁性机体经SiO2包覆、表面改性后，引入温敏性物质PNIPAAm，制备出了一种磁性温敏型絮凝剂M-PNIPAAm，制作过程如图5 所示。该絮凝剂绿色环保、净化高效、作用时间短且可循环使用，同时具备温度敏感、pH 敏感以及磁敏感等特性，成功实现了缩短废水处理时间、降低运行成本的目的，并且经处理后的油、水资源可回收再利用，絮凝剂失效回收后亦可再生，具有绿色环保、无毒等特点，对今后油田污水处理具有良好的应用前景。

Duan 等[42]通过在Fe3O4纳米粒子上接枝聚氧乙烯基化N,N-二甲基乙醇胺制备了核壳型磁性热敏复合纳米粒子M-DMEA。结果表明，M-DMEA 具有温敏特性，且形状不规则整体呈核-壳结构。并提出M-DMEA 对驱油污水的絮凝性能。此外MDMEA 能在65℃的外加磁场下快速分离乳化油滴（2.5g/L 时去除率为92.3%），在具有良好的磁响应特性的同时，亦可回收再利用。预计所制备的MDMEA 在实际含油废水处理中将具有潜在的应用前景。

表2 温敏聚合物驱油剂性能对比

马超等[43]以温敏单体DEAM、AM、正丁基苯乙烯（OBS）的共聚物PA 作为稠油污水絮凝剂，因该TSP含有温敏单体以及亲、疏水基团等嵌段架构使其具有温度敏感等功能。当温度低于LCST时，聚合物在水中溶解并生成透明均质溶液，若温度高于到LCST 时，溶液内物质产生分离，部分聚合物从液体析出，促使溶液变浑。同时其所具备的亲水、亲油结构将会在高盐高温环境下产生相分离，使得高分子链的吸附能力大幅提升，稠油中废水亲水性下降，另外其自身长分子链能够起到架桥作用。由此可见温敏絮凝剂PA 在稠油污水絮凝处理中表现效果突出，固相悬浮物清除速度快、去油能力强，可用于高盐高温的稠油污水处理中。

图5 温敏型磁性絮凝剂M-PNIPAAm制备示意图［41］

当前温敏聚合物在油气采后应用方向主要为污水絮凝剂方面，有效克服了常规絮凝剂絮凝效果差、适应能力弱等问题，通过引入不同的亲、疏水基团实现对污水中油渍以及其他不同固体杂质的清除作用，完成对油田污水净化处理。此外，还可兼具其他响应特性，以提升温敏絮凝剂的除污去油能力。虽然温敏絮凝剂在油田应用中具有较好的前景，但当前温敏絮凝剂的种类较少，研究方向也较为单一，本文作者建议加强对温敏絮凝剂种类多样化的研究，同时进一步促进温敏聚合物在油气采后处理应用中向多元化发展。

4 展望

近年来随着TSP研究热度逐渐增高，研究方向较为广泛[44]。但就目前来看对于油气开采行业相关应用较少，研究方向单一。而当前大部分TSP研究尚处于实验研发阶段，应用方向尚不明确。本文作者根据当前部分学者的研究成果，对此类研究在未来油气开采过程中应用方向做出展望。

（1）在油气钻探方面，Wang 等[45]合成出具有长脂肪族和聚乙二醇（PEG）段的新型热敏阴离子瓜尔胶（TGGS），经实验得出TGGS 溶液及凝胶的敏感温度与PEG段长度具有依赖性，即TGGS黏度随着温度的升高而增加。本文作者认为该项研究可有望应用于油气开采过程中工作液的流型调节工作，能够有效克服常规流型调节剂无法改善高温减稠的现象。

（2）在油气开采方面，Zhu 等[46]以丙烯酰胺和热敏大分子单体OPA-15为原料，在水溶液中采用自由基聚合法研制出新型热敏聚合物P(AMOPA15)。聚合物溶液在高温下疏水侧链与亲水主链间分子内排斥是导致聚合物热稠化的主要原因。在半静态溶液中，LCST 以上溶液加热诱导或增强相分离行为，显著提高了聚合物溶液的表观黏度。本文作者认为该新型共聚物有望在未来作为一种感温驱油剂，可有效提高油田采收率。

（3）在采后处理方面，Schwarz 等[47]使用天然聚电解质（壳聚糖）与生物相容热敏材料生成聚(N-乙烯基己内酰胺)（PNVCL），该聚合物沉降效果显著、沉积物更加致密、含水量更少。在本文作者看来，此项成果有望在油田污水处理以及钻井工作液循环过程中作絮凝剂使用。

总而言之，当前大部分TSP产品正处于研究阶段，且大部分TSP在PNIPAM的基础上进行拓展[48]，部分成果尚未得到应用，对油气开采的研究更是如此。随着温敏单体材料种类不断研发以及TSP不断发展，TSP产品的功能也将更加多样，温敏性能在高温高压高盐等复杂环境中也将更加稳定。本文作者认为随着当前社会环保意识的提升，油田采后处理必将成为TSP产品研发的重要方向，尤其在稠油污水处理以及油田采出水回填等方面将会进行更加深入的研究。同时相信未来TSP在油气开采中亦会取得更加广泛的应用。

5 结语

当前以温敏聚合物为代表的新兴产品在油气开采过程中得到广泛应用，因其作用效果突出、针对性强，能够迅速对外部环境变动做出响应而受到众多学者关注。本文针对油气注水开采过程中的采前准备、注水开采以及采后处理三个方向的相关研究进行综述，并得出以下结论。

（1）在油气开采采前处理中，温敏聚合物在油田酸化液、压裂液等都有所应用，其中温敏压裂液支撑剂受地层温度影响，温敏支撑剂充分膨胀，因此使得裂缝宽度得到进一步增加，提升裂缝导流出油能力。但目前温敏支撑剂感温形变系数控制不足，使得支撑效果下降，本文作者建议今后应加强对温敏聚合物支撑剂形变量的研究。

（2）在油气注水开采的过程中，温敏聚合物主要应用于调堵、增稠及驱油三个方面。对于温敏调堵剂来说目前其调堵性能较为出色，但在多井协调、耐温承压等方面仍需继续研究。对于增稠剂、驱油剂而言，因其突出的温敏特性使得油田采收率得到大幅提升，尤其在三次开采等方面表现较为出色，具有良好的应用前景，本文作者认为温敏聚合物在多元聚合、接枝改性等方向将会成为未来增稠剂及驱油剂的主要研发方向。

（3）温敏聚合物在采后处理应用主要以污水絮凝剂为主，在不同温度下表现出不同的亲疏水性能，从而实现除油去固作用。但温度响应灵敏度、LCST 调节上稍有欠缺，应加强该方向研究，以便应对不同温度的油田污水处理。