聚合物驱是一种应用广泛、技术成熟的三次采油方法。聚合物驱不仅要求聚合物具有较好的增粘性能,而且应具有较好的粘弹性,发挥拉拽作用。目前,聚合物在应用过程中面临各种稳定性问题:由于聚合物在配制泵送经过管线、井筒以及近井地带进入地层过程中的剪切降解;由于配制水、地层水中的氧、微生物导致的化学降解和微生物降解;由于无机盐、高价金属离子引起的聚合物链卷曲沉降。这些稳定性问题影响着聚合物的性能发挥,其中由于配置泵送导致的剪切降解是所有油田聚合物驱过程中都将面临的问题。研究显示剪切导致的聚合物粘度损失达到50%～70%,尽可能降低减少剪切作用对聚合物性能的影响,是从聚合物研发角度提高聚驱效果的可行途径。覃孝平博士从提高聚合物抗剪切性出发,研发了以纳米二氧化硅(SiO2)为核的多支链、超支化聚合物。覃孝平完成了纳米Si02表面的可控改性方法,并认为该类聚合物分子链更加柔顺,具有较强的形变恢复和抗剪切能力。但是纳米SiO2表面改性程度对聚合物剪切稳定性的影响尚未做深入研究。论文从影响聚合物驱油效果的关键性能增粘性、流变性出发,研究了纳米SiO2表面改性程度对共聚物剪切稳定性的影响。首先合成了表面改性程度为20%、40%、60%、80%、100%的Si02功能单体,通过正交实验确定了AM/AA的最优合成条件:单体总浓度为26%,引发剂0.2%,AM:AA=7.8:2.2,pH=7.0,温度40℃;在此基础上,优化了SiO2功能单体的最佳加量,得到不同改性程度改性共聚物,根据SiO2单体的改性程度20%～100%依次命名为 Polymer-20～Polymer-1 00。从共聚物的表观粘度和特性粘数两方面阐述剪切作用下纳米SiO2表面改性程度对改性SiO2共聚物增粘性的影响。改性SiO2共聚物表观粘度相差较小,未剪切时Polymer-20、Polymer-40具有略高的表观粘度;剪切后,随着纳米SiO2表面改性程度的增加,共聚物粘度保留率越高,但其粘度保留值呈现先上升后下降的趋势。特性粘数的测定结果表明,纳米Si02表面改性程度的增加,共聚物特性粘数先增加后相对平稳,特性粘数保留率先上升后平稳,分析认为特性粘数与分子量有关。从剪切稀释性、粘弹性、形变恢复和第一法向应力差的角度分析了剪切作用下纳米SiO2表面改性程度对改性SiO2共聚物的流变性的影响。剪切稀释测试表明:未剪切时,纳米SiO2表面改性程度越高,随着剪切速率的增加,改性共聚物粘度越低;剪切后,Polymer-20剪切粘度的破坏最大,纳米SiO2表面改性程度越高,其剪切粘度的剪切稳定性越强。动态粘弹性测试表明:剪切前,Polymer-40的在较低的频率下即表现出弹性,Polymer-60、Polymer-80、Polymer-100弹性大于粘性时的扫描频率逐渐增加,聚合物的弹性依次降低;剪切后,Polymer-20依旧以粘性为主,纳米SiO2改性程度越高,共聚物粘弹性的剪切稳定性越强,从保留值来说,Polymer-60表现出较好的粘弹性。形变恢复能力测试表明:剪切前,随着纳米Si02表面改性程度的增加,聚合物的形变恢复率先升高后降低;剪切作用对与改性程度较低的聚合物Polymer-20和Polymer-40的影响较大,纳米Si02表面改性程度增加有利于抵消剪切作用带来的负影响。第一法向应力差(N1)测试表明:未剪切时Polymer-40的第一法向应力差较大;剪切后Polymer-60的第一法向应力差相对较大,表现出了与共聚物粘弹性相似的规律。进一步通过扫描电镜和动态光散射对共聚物的分子结构进行了研究。剪切作用的影响也体现在共聚物的微观形貌上,剪切后,共聚物的网络结构较剪切前稀疏;共聚物动态光散射测试表明,随着纳米SiO2表面改性程度的增加,共聚物流体力学半径保留率逐渐增加,但保留值以Polymer-40最高。纳米SiO2表面改性程度对共聚物剪切稳定性的影响体现在两个方面:①支链条数;②分子链长度。支链条数增加有利于提高聚合物的抗剪切性能,支链条数越多,剪切作用对其某些支链的影响对整体性能的改变越小;分子链越长,越有利于提高共聚物的性能,但长分子链更易被剪切破坏。论文研究结果认为,增加纳米SiO2表面改性程度,能够增加共聚物的支链条数,但是不利于增加分子链长度(分子量低),导致其有效支链少;若要增加该类共聚物的性能,同时提高其剪切稳定性,需要在增加纳米SiO2表面改性程度的同时,提高分子的有效支链数,即增加其分子链长度。