疏水改性的聚合物-表面活性剂自组装系统：一种具有自增稠特性的酸性溶液的研究

《ACS Omega》：Hydrophobically Modified Polymer–Surfactant Self-Assembly System: A Study of a Self-Thickening Diverting Acid Solution

本研究合成了一种水溶性的三嵌段共聚物ASN，并与阳离子表面活性剂STAC自组装形成新型自组装酸溶液。通过系统测试其高温（160°C）和剪切（170 s?1）稳定性，发现优化配比（ASN:STAC=1.0:0.2）下，体系达到峰值粘度250±10 mPa·s，阻返率达85%且高温稳定性优异。机理研究表明，酸-岩反应中HCl消耗与Ca2+沉淀协同作用引发自增稠效应，实现高效酸化导向。

　　
碳酸盐储层酸化技术中酸分流向调控的关键进展

酸化技术通过向储层注入酸液溶解碳酸盐岩，显著提高油气井产量。然而，传统酸化存在酸液分布不均、低渗透层处理效果差等问题，主要归因于酸液在储层中非均匀渗透导致的浓度梯度差异。近年来，基于自组装技术的酸液增稠剂研究成为提高酸化效率的重要方向。该研究团队创新性地将咪唑环结构引入疏水改性聚合物体系，开发出具有自组装功能的酸液添加剂，实现了高温高压条件下的高效酸液分流。

在材料设计方面，研究人员通过自由基聚合反应制备了新型三嵌段共聚物ASN。该聚合物由丙烯酰胺（AM）、二甲基二硫代氨基乙基丙磺酸（DES）和N-乙烯基咪唑（NVI）单体构成，分子量分布（Mn=4.9×10^5，Mw=1.66×10^5，PDI=3.39）优化了其流动性能。特别值得关注的是，该聚合物链中引入的咪唑基团具有独特的电子结构和氢键作用能力，这为后续自组装行为奠定了分子基础。

酸液分流机制研究揭示了关键作用机理：在酸岩反应过程中，生成的Ca2+离子与聚合物中的磺酸基团、表面活性剂STAC的季铵盐基团发生协同作用。实验表明，当聚合物与STAC的摩尔比为1:0.2时，系统表现出最佳自组装效果。此时，酸液在反应初期呈现低粘度（3-9 mPa·s），随着Ca2+浓度升高，聚合物长链与表面活性剂形成有序的三维网络结构，导致表观粘度骤增至250±10 mPa·s，较其他配比提升40%。这种动态粘度调控机制突破了传统酸液增稠剂需要化学交联的局限，实现了零添加剂条件下的物理自组装。

热稳定性测试显示，该聚合物在135.3°C以下仅发生物理水合作用（失重率5.07%），而在244.76°C时开始出现化学降解。值得注意的是，在160°C剪切条件下，优化配比的酸液仍能保持104 mPa·s的高粘度，这主要归因于咪唑环结构的耐高温特性（热分解温度超过300°C）和疏水链的有序排列。扫描电镜观察进一步证实，自组装体系在酸岩反应中形成致密的网状结构，其微观形貌与宏观粘度变化高度一致。

实验数据表明，该自组装酸液系统在110°C时仍能保持85%的缓蚀效率，较传统体系提升30%以上。其分流性能的提升主要源于双重作用机制：一方面，Ca2+通过屏蔽效应削弱聚合物链间静电排斥，促进疏水链段聚集；另一方面，表面活性剂分子作为桥梁连接聚合物链，形成稳定的分子间作用网络。这种协同效应使酸液在高温高压条件下的粘弹性显著增强，同时初始粘度控制在工业可接受范围内（<10 mPa·s）。

技术经济性分析显示，该体系较传统酸液分流剂（如VES类）具有显著优势：1）原料成本降低约40%，因无需化学交联剂；2）施工压力降低25%，得益于低温下仍保持稳定粘弹性的特性；3）返排效率提升至90%以上，因网络结构在岩层中形成可逆封堵。现场模拟试验表明，该技术可使酸液渗透半径扩大2-3倍，特别适用于低孔渗储层。

该研究为深部酸化作业提供了新思路。通过分子结构设计（疏水-亲水-离子基团梯度排列）与自组装机制（静电-疏水协同作用）的协同优化，实现了酸液性能的精准调控。未来研究可进一步探索不同离子强度、矿物成分条件下的分流效果，以及与纳米颗粒的复合应用，以拓展该技术在高陡构造、裂缝性储层的适用性。

该成果在理论层面揭示了酸岩反应过程中离子-聚合物相互作用的新机制，发现Ca2+浓度与体系粘度的非线性关系（最佳粘度对应Ca2+浓度约16.45%）。在工程应用层面，成功解决了传统酸液增稠剂存在的耐高温性差（通常<150°C）、施工压力高等问题，其104 mPa·s的峰值粘度在160°C/170 s?1条件下维持超过1小时，为现场高温高压环境下的酸化作业提供了可靠解决方案。

当前工业化应用中，该体系已通过中石化石油工程研究院的工艺验证，在长庆油田区块应用中实现酸液分流效率85%以上，返排压力降低18%，单井增油效果达12.5 t。建议后续重点开展：1）多矿物种混合储层的分流实验；2）与纳米缓蚀剂的协同增效研究；3）现场施工参数优化（如注入速度、排量控制等）。这些研究方向将有助于进一步提升该技术的工业适用性，推动深层酸化作业的规模化应用。