王曉南，付菁奧，陳思思，高海南*，蔡玉東*

（1. 北京工商大學化學與材料工程學院， 北京 100048；2. 中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，北京 102200）

0 前言

我國原油對外依存度近70 %，嚴重影響國家能源安全，提高油田采收率具有重要的戰(zhàn)略意義［1］。隨著我國油田的開采規(guī)模逐步擴大，目前大部分油田面臨著嚴重的儲層非均質性、剩余油高度分散、高溫高鹽等問題［2］。需要使用高性能的開采助劑，以提高采油效率。同時，在石油勘探和開采過程中會產(chǎn)生大量的含油采出水，與陸上煉油廠產(chǎn)生石化廢水一樣，具有不可忽視的污染程度［3］。因而，含油廢水的合理利用和污染防治，也成為采油及煉油工業(yè)領域不可或缺的環(huán)節(jié)。水凝膠通常是指親水的高分子網(wǎng)絡，在水或水溶液中發(fā)生溶脹且不溶解，而產(chǎn)生的凝膠態(tài)材料［4］。水凝膠具有穩(wěn)定的化學或者物理交聯(lián)結構，在空間上呈現(xiàn)三維網(wǎng)絡結構，因此，對水及水溶液具有優(yōu)異的吸附性能和高保水性。水凝膠通常含有大量親水基團，例如羥基、羧基、磺酸基、酰胺基等，能與水產(chǎn)生弱穩(wěn)定的相互作用，使得水凝膠具有優(yōu)異的保水性和水及鹽水溶液下超疏油性能及抗油黏附性能，這些特性使得水凝膠在生物醫(yī)學領域、農(nóng)業(yè)中的保水抗旱、柔性電極材料以及采油助劑等方面具有廣泛應用前景［5-6］。特別是在油氣田開采領域，高性能的水凝膠助劑，如耐鹽、耐高溫的堵漏劑、驅油劑等被大量需求，同時水凝膠作為超親水的界面材料，被設計為防油污界面材料以及油水分離過濾材料在采油領域也具有較好的應用前景。

本文圍繞新型水凝膠材料在油田開采領域的應用及研究進展展開討論。對用于油水分離的水凝膠基超浸潤材料進行總結，主要包括油水分離濾網(wǎng)材料和防油污自清潔界面材料；梳理了水凝膠在油田封堵劑及驅油劑等方面的應用及進展；對水凝膠材料作為油田助劑和油水分離材料所存在的問題和未來研究提出展望。

1 水凝膠基防油污超浸潤材料及油水分離材料

隨著油田的大規(guī)模開采和跨區(qū)域輸運，含油廢水所帶來的能源浪費和污染問題日趨嚴重。受地質構造和油田位置等因素影響，油田廢水水質復雜。采出水作為油田廢水的主要來源，其不僅攜帶有原油，而且在高溫、高壓的油層中還溶進了地層中的各種鹽類和氣體［7］。因此，它一般具有含高油、高鹽、渾濁、有機物含量高、密度黏度大等特點［8］。

聚丙烯酰胺（PAM）作為最常用的合成水凝膠材料已被廣泛應用于石油化工、醫(yī)療等領域，用作油田注水增稠劑、鉆井泥漿處理劑、黏合劑等，是應用較為普遍的凝膠材料［9-10］。然而，PAM 具有較差的水解穩(wěn)定性，處于高溫或堿性環(huán)境下，會產(chǎn)生部分水解的聚丙烯酰胺產(chǎn)物（PHPA）（圖1）［11］。PAM 較高的水解度會導致聚合物對鹽水鹽度和硬度敏感而黏性下降［12］。同時，高溫高鹽下，聚合物鏈的結構還會被破壞，發(fā)生明顯的網(wǎng)絡收縮脫水行為，導致力學性能的大大降低。因此，面對成分復雜的石油廢水和高溫、高鹽的地質環(huán)境，出現(xiàn)疏水塌陷的PAM 水凝膠存在諸多局限性，如何弱化傳統(tǒng)聚合物水凝膠的聚電解質效應成為挑戰(zhàn)。

圖1 PAM和PHPA聚合物的結構［11］Fig.1 Polymer structure of PAM and PHPA［11］

1.1 兩性離子水凝膠

兩性離子凝膠是指陰陽離子基團共存于同一聚合物鏈從而表現(xiàn)出整體的電中性［13］。這一結構特征使其產(chǎn)生獨特的反聚電解質效應，因而在高鹽環(huán)境中具有更好的適用性，而被廣泛應用于高鹽油田助劑領域。兩性離子凝膠主要分為三類：磷酸甜菜堿類、羧基甜菜堿類和磺基甜菜堿類水凝膠。Zheng 等［14］通過結構改善的磺基甜菜堿單體3-（1-（4-乙烯基芐基）-1H-咪唑-3-鎓-3-基）丙烷-1-磺酸酯（VBIPS）開發(fā)了一種兩性離子水凝膠。鹽溶液溶脹測試表明VBIPS凝膠在鹽溶液中失去韌性而無法長期抗鹽，這是因為純兩性離子凝膠在離子存在下，會大大屏蔽正負電荷之間的靜電作用，導致其靜電相互作用產(chǎn)生的物理交聯(lián)度下降［15］。通過構筑更密集的3D 網(wǎng)絡結構將大大提高凝膠的耐鹽性。Li 等［16］基于具有高溶脹性能磺基甜菜堿（pSB）來構建具有強靜電相互作用和網(wǎng)絡糾纏的聚兩性離子三網(wǎng)絡（ZTN）水凝膠。將制備的單網(wǎng)絡兩性離子（ZSN）水凝膠浸于pSB 預聚液，通過二次聚合制備第二網(wǎng)絡，獲得雙網(wǎng)絡兩性離子（ZDN）水凝膠。最后，將制備好的ZDN 水凝膠再次浸入甲基丙烯酸磺基甜菜堿（SB）單體溶液中，光引發(fā)后形成松散的化學交聯(lián)的pSB作為第三個網(wǎng)絡，成功獲得三網(wǎng)結構的ZTN 水凝膠［圖2（a）］SB網(wǎng)絡在ZTN水凝膠中形成較強的互穿鏈纏結，在鹽堿環(huán)境下可維持穩(wěn)定的力學強度和韌性。置于高鹽環(huán)境中，其中ZTN 水凝膠具有最大壓縮強度，遠遠高于ZSN水凝膠和ZDN水凝膠［圖2（b）］時，ZTN水凝膠可承受高壓縮，而ZDN 水凝膠在浸入海水后很容易分解。圖2（c）為浸入鹽水后凍干ZDN 和ZTN 水凝膠網(wǎng)絡的內部形貌。ZTN 水凝膠的孔徑遠小于ZDN 水凝膠，表明ZTN水凝膠在高鹽環(huán)境中比ZDN水凝膠更致密。該方法提供了一種在鹽堿環(huán)境中具有優(yōu)異力學性能和防污性能的純兩性離子水凝膠材料的策略。此外，研究人員開發(fā)了對高鹽水耐受的兩性離子微凝膠和納米凝膠［17］，其可以進入堵塞油藏的孔喉，對海中油氣藏的開發(fā)，采收率的提高有巨大應用前景。

1.2 仿生廣鹽性水凝膠

通常，大多數(shù)水凝膠材料作為堵漏、驅油及油水分離界面時，對不同離子種類和鹽分濃度會產(chǎn)生較大的性能差異，因而，目前的大多數(shù)油田用水凝膠產(chǎn)品無法適用于多變、復雜的鹽度環(huán)境，從而導致在采油及處理石化廢水中面臨低效率、不可復制等問題。因而，開發(fā)具有對復雜多變的鹽環(huán)境具有適應性的優(yōu)異耐鹽性水凝膠油田用材料尤為重要。

自然界中多種生物體可通過自身的滲透調節(jié)，來獲得在不同鹽度下的生存能力，這些生物被稱為廣鹽性生物，如在淡水和海中都能生長的三文魚類。Gao等［18］在廣鹽性生命體滲透機制的啟發(fā)下，通過共聚合成方法制備具有不同單體的聚合比例的動態(tài)互補交聯(lián)的水凝膠（圖3）。主要單體包括N，N-二乙基丙烯酰胺（DEA）和兩性離子3-二甲基（甲基丙烯酰氧乙基）丙烷磺酸銨（DMAPS），使用N，N′-亞甲基雙（丙烯酰胺）（BIS）作為交聯(lián)劑，以輔助產(chǎn)生化學交聯(lián)。形成的2 個聚合物鏈段（PDEA 和PDMAPS）在水及鹽度環(huán)境下產(chǎn)生相反的動態(tài)交聯(lián)行為，而具有相反的鹽度耐受性。內部動態(tài)互補交聯(lián)的形成是制造廣鹽性水凝膠的關鍵因素。在水中，共聚物鏈之間形成的化學交聯(lián)（紅點表示）和由PDMAPS 的反聚電解質作用形成的靜電相互作用［19］（藍陰影表示）均在交聯(lián)中起著主要作用。在鹽溶液中，隨著鹽濃度的增加，PDEA 發(fā)生疏水塌縮，鏈段之間逐漸形成較強疏水相互作用（橙陰影表示），由于鹽濃度的增加，離子的靜電屏蔽作用大大削弱了PDMAPS 鏈段之間的靜電締合?；瘜W交聯(lián)對電解質濃度的敏感性較低，水中及鹽中保持穩(wěn)定。動態(tài)交聯(lián)相互作用的平衡可以通過控制PDEA 和PDMAP 鏈段的比例來實現(xiàn)，當鏈段PDEA∶PDMAPS 的摩爾比約為4 時（D8S2），共聚水凝膠在不同濃度氯化鈉溶液中達到恒溶脹體積。

圖3 PDEA-co-PDMAPS水凝膠的主要反應物和具有動態(tài)互補交聯(lián)的聚合物鏈的示意圖［18］Fig.3 Schematic diagram of the main reactants of the PDEA-co-PDMAPS hydrogel and polymer chains with dynamic complementary crosslinking ［18］

廣鹽性的D8S2 水凝膠具有優(yōu)異的寬鹽域保水性和穩(wěn)定的力學性能，且在不同鹽度中均具有優(yōu)異的水下超疏油和抗油黏附性能。圖4（a）可以看到D8S2 水凝膠在水和濃鹽溶液中平衡時具有優(yōu)異水下超疏油性，油（十二烷）接觸角（CA）≥150；同時水下黏附力實驗也證明了D8S2在水中、稀鹽溶液和濃鹽溶液中穩(wěn)定的對油低黏附性。這一廣鹽性凝膠材料在動態(tài)變化的鹽度環(huán)境中展示出穩(wěn)定的保水、潤濕及力學性能，使其有望作為封堵、驅油材料應用于復雜鹽度的油井環(huán)境和寬鹽域的油水分離過濾材料。

圖4 廣鹽性的D8S2水凝膠的超疏油性和超低油附著力［18］Fig.4 Superoleophobic and ultra-low oil adhesion of the euryhaline D8S2 hydrogel ［18］

1.3 水凝膠基防油污界面

在石油開采過程中，廢油和其他污染物造成的油污結垢，是油水分離膜以及各種采油設備所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。水凝膠材料由于優(yōu)異的超親水及水下超疏油性質，被認為是制備抗油污染表面的優(yōu)選。Zhu等［20］將具有優(yōu)良耐污性能的兩性離子納米水凝膠，通過化學接枝手段接枝于聚偏氟乙烯（PVDF）微濾膜（ZNG-g-PVDF）表面，進一步用于水包油乳液的分離。圖5（a）所示的接觸角測試顯示原始PVDF 膜具有明顯疏水性，剛果紅染色的水滴不會在膜表面鋪展。修飾兩性離子納米水凝膠后表面呈現(xiàn)明顯的超親水性質，染色的水滴在ZNG-g-PVDF 膜表面完全浸潤。同時，這種超親水的過濾膜也具有較好的抗油黏附性能，同時，對不同的鹽度環(huán)境和溶液pH 值都表現(xiàn)出極大的耐受性和耐腐蝕性。此外，Su 等［21］使用甲基丙烯酸2-羥乙酯（HEMA）甲基丙烯酸甲酯（MMA）和3-二甲基（甲基丙烯酰氧基乙基）丙烷磺酸銨（DMAPS）通過一步共聚制備了一系列兩性離子防污凝膠，在含油廢水分離及過濾材料中顯示潛力。

圖5 ZNG-g-PVDF膜的表面潤濕性［20］Fig.5 Surface wettability of ZNG-g-PVDF membrane［20］

天然的海洋植物表面獨特的化學及結構特征為其帶來優(yōu)異的抗油污性能，這也給研究者帶來眾多啟示。Li 等［22］以天然高分子為主要原料，開發(fā)了一種超親水的殼聚糖-海藻酸酯（CS-ALG）水凝膠涂層網(wǎng)，他們制備水凝膠涂層濾網(wǎng)具有優(yōu)異的抗油污黏附性能，大大延長了濾網(wǎng)的使用壽命。同時在高鹽環(huán)境中也表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性，這與海藻多糖天然的鹽度耐受性密切相關。Cai 等［23］也證實了藻類植物表面優(yōu)異的耐鹽超疏油性，如圖6（a）～（d）所示，海藻的表面具有較大的水下油接觸角（OCA）和超低油滑動角（OSA）。而這一性質與其內部的海藻多糖組分密切相關。進一步采用海藻酸鈣水凝膠涂層來模擬海藻的外黏液層，成功制造了具有耐鹽水下超疏油性和超低油附著力的涂層材料。

圖6 海藻的耐鹽拒油性和表面形態(tài) ［23］Fig.6 Salt-resistant oiliness and surface morphology of seaweed ［23］

1.4 水凝膠基油水分離過濾材料

水凝膠修飾的過濾網(wǎng)/膜材料在采油廢水的分離方面展現(xiàn)出較大的應用價值和優(yōu)勢。目前，研究者針對采油廢水及多種工業(yè)含有廢水的分離問題，開發(fā)了不同種類和性能的水凝膠界面過濾材料，解決了濾膜及濾網(wǎng)的耐鹽性、耐熱性、及耐久性等問題。Wang等［24］通過加聚反應制備了聚氨酯水凝膠預聚體，經(jīng)過不同時間的堿性水解等過程，制備了羧基甜菜堿型兩性離子聚氨酯水凝膠（CBPU）。研究人員以黏度較大的原油為污染物，表征了水解60 min 的CBPU 的水下抗原油黏附性能。圖7（a）為未水解的聚氨酯材料在水下對原油的黏附性過程圖，可見原油與未水解的聚氨酯材料緊緊吸附。經(jīng)過1 h 水解后的CBPU 在水下對原油產(chǎn)生優(yōu)異的水下超疏油性能［圖7（b）］，經(jīng)過該凝膠修飾的濾網(wǎng)及濾膜具有較好的綜合性能和油水分離效果。

Bai 等［25］研究提出了一種利用乙醇動態(tài)調控氫鍵交聯(lián)方法，制備一種水凝膠PVA-TA@SiO2。圖8（a）顯示了油滴（氯仿）在水下對表面的黏附過程。圖8（b）中，預潤濕的原始網(wǎng)和PVA-TA/SiO2的涂層網(wǎng)表面對油具有明顯的黏附差異，氯仿油滴在PVA-TA/SiO2改性凝膠上可實現(xiàn)快速完全滑落。結果表明，PVA-TA/SiO2水凝膠涂層可以有效防止濾網(wǎng)在油水分離過程中被油污染或堵塞，提高了其耐久性。

圖8 PVA-TA@SiO2涂層的SSM表面的黏附及防污性能［25］Fig.8 Adhesion and anti fouling performance of the PVA-TA@SiO2 coating on SSM surface［25］

除上述不同的合成高分子水凝膠外，天然高分子基水凝膠以及合成/復合高分子水凝膠材料由于其更低的毒性及更好的可降解、可回收性，也逐漸受到了眾多研究者的關注。目前，在消耗性的油水分離材料領域、可降解的天然高分子材料，的確顯示了更佳的可回收性能。目前可制備水凝膠油水分離材料的天然高分子種類已很多，主要包括纖維素、瓜爾豆膠、海藻酸鹽等水凝膠原料［26］。其中針對纖維素水凝膠油水分離材料的研究備受關注。Ao等［27］通過浸涂和加熱工藝制備了超親水、力學穩(wěn)定的纖維素水凝膠涂層網(wǎng)（CHM）。如圖9（a）所示，由于表面具有超親水且超疏油的纖維素凝膠的涂敷，使得非極性的正己烷無法在表面鋪展?jié)B透；而水由于與表面的高親和力，可以迅速鋪展并穿過濾網(wǎng)下落，因而起到良好的分離效果。此外，由于表面的超疏油性能，其在泵油中產(chǎn)生優(yōu)異的抗黏附效果。當浸入水中時，CHM 會再次變得干凈。纖維素水凝膠層的穩(wěn)定修飾提高了材料的耐久性和可重復性。同時表面的超親水性也將有效防止涂層網(wǎng)在油/水分離過程中被油污染或堵塞。

圖9 纖維素水凝膠涂層網(wǎng)高效完成水油分離的示意圖［27］Fig.9 Schematic diagram of CHM for efficient water oil separation［27］

2 水凝膠在油田調剖封堵及驅油中的應用

調剖和堵水作用是提高油田采收率的常用方法之一［28-29］。鉆井液的循環(huán)損失是油氣井鉆井中最嚴重的問題之一，為了控制和改變水的流動方向，常在封堵出水層段采用降濾失劑。在油田開采過程中，常加入微/納水凝膠材料進行堵漏和降濾失，以減少鉆井液向地層的滲漏，穩(wěn)定井壁。這些材料吸附在鉆井液中的黏土上，分子的長鏈楔入濾餅的間隙中，經(jīng)過水合溶脹作用后體積增厚，聚合物鏈段卷曲成球狀進而起到堵漏作用［圖10（a）］。驅油劑也經(jīng)常被用于油田鉆井和開采過程中，是為提高原油的采收率而使用的一種助劑。在進行石油鉆采時，為降低水油流度比，提高原油采收率常加入驅油助劑，凝膠顆粒吸附水分子，它們可以占據(jù)油層中原本被水所占據(jù)的空間，以促進原油的滲出，同時它們對油層排斥作用又可以保證原油能夠被有效地聚集進而更快采出［圖10（b）］。

目前，我國油田常規(guī)的堵水劑依照化學結構主要分為聚合物凝膠類、泡沫類、樹脂類等［30］，其中凝膠類堵水劑是現(xiàn)場應用最多的一類。Bai等［31］以膨潤土為基體，PAM 作為交聯(lián)劑，采用劇烈攪拌使黏土片在水中完全脫落和擴散，產(chǎn)生均勻的黏土漿，通過加入反應性聚合物產(chǎn)生強大的凝膠網(wǎng)絡。在膠凝過程中形成了大量的氣室，制成物理交聯(lián)黏土發(fā)泡水凝膠（圖11），其外層的滲入式網(wǎng)狀結構，使涂層具有較高的耐熱性。發(fā)泡凝膠在深層阻隔較少的大孔和更多的內觀/微孔，減輕了滲透率/孔隙率降低和地層損傷。同時雙網(wǎng)狀結構的黏土發(fā)泡凝膠具有較高的堵漏強度、堵漏范圍，極大程度提高了采油率。此外，水凝膠的顆粒分布對循環(huán)損失效率有顯著影響，Vryzas Z［32］對納米顆粒在鉆井液中的應用進行了綜述，指出納米顆粒具有通過有效堵塞孔隙，來降低頁巖滲透性的能力，且可以顯著提高鉆井液的導熱性。

圖11 黏土發(fā)泡水凝膠的制備示意圖［31］Fig.11 Schematic diagram of clay foaming hydrogel preparation［31］

研究者還將多種新型納米材料作為凝膠調剖劑的候選者。Li等［33］利用二氧化硅納米顆粒，制備了一種無機/有機雜化的水凝膠微球。它具有較好的力學性能和耐溫性能，特別是在高鹽環(huán)境中具有更優(yōu)的分散穩(wěn)定性。引人注意的是，Luo等［34］合成了一種多功能磁性響應水凝膠，其可以實現(xiàn)高強度、高磁流變性，可深入在地層中運輸，在更深層油藏處發(fā)揮堵漏作用。天然的植物纖維也可以作為一種理想的功能材料用于增強水凝膠的性能。Wang等［35］利用纖維素納米纖絲（CNF）制備了更高強的納米復合水凝膠，通過形成穩(wěn)定高強的凝膠網(wǎng)狀結構來隔離地層裂縫，可在石油開采中作為降濾失劑廣泛應用。裂縫作為鉆井液損失循環(huán)問題的主要原因，其帶來的危害巨大，井筒強化是解決此問題的主要方法。使用損失循環(huán)材料（LCM）堵塞或支撐井筒附近的裂縫，高分子水凝膠具有作為LCM的潛力，將鉆井液與之混合泵入井下，可充當裂縫的密封屏障［36］。研究人員一直在尋找可以開發(fā)強凝膠的新型聚合物，Zhong等［37］用甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸十六烷基酯（HMA）和丙烯酸丁酯（BA）制備的吸油高分子，以N，N′-亞甲基雙（丙烯酰胺）（MBA）作為交聯(lián)劑，過氧化苯甲酰（BPO）作為引發(fā)劑合成聚合物LCM，其具有更高的熱穩(wěn)定性，能夠實現(xiàn)在高滲透區(qū)進行徹底封閉。He等［38］利用部分水解聚丙烯酰胺、間苯二酚和六亞甲基四胺（HMTA）和乙酸制備高交聯(lián)、高強度水凝膠，凝膠網(wǎng)孔結構致密，可以在高溫、高鹽等惡劣環(huán)境具有更好的保水效果。Fan等［39］制備了一種聚合物封堵凝膠，通過丙烯酰胺與含有羧基和羥基的單體一起反應形成凝膠，經(jīng)過干燥、研磨和篩選后能夠形成凝膠顆粒，再添加可增大強度的親水纖維獲得聚合物封堵凝膠（XNGJ-3）。XNGJ-3可以避免凝膠高黏度不進入小裂縫，或在不適當?shù)臅r間凝結導致堵塞失敗等情況。其以液體形式流入地層并凝結，在地層裂縫中形成團聚，其承載能力可達到21 MPa，有助于減少鉆井液泄漏對地層的損害，在現(xiàn)場應用中可快速有效地徹底封堵裂隙。

同時，聚合物凝膠類驅油劑在油田開采中也具有十分廣泛的應用。凝膠顆粒本身是一種高度交聯(lián)的物質，類似于“織物”的結構，當凝膠顆粒與油層中的水接觸時，這些水分子可以滲透到凝膠顆粒內部，使顆粒發(fā)生膨脹，它們可以占據(jù)油層中原本被水所占據(jù)的空間，進而增大油層的滲透率，將被困在油層中的原油采出。Wang等［40］開發(fā)了基于凝膠泡沫體系的復合封堵系統(tǒng)，通過實驗發(fā)現(xiàn)對于滲透率為5/100 mD的非均質多孔儲層，預制凝膠顆粒包括微球（WQ-100）增強型泡沫在堵漏控制和驅油方面表現(xiàn)出更好的性能，采收率提高了28.05 %，經(jīng)改進的凝膠泡沫裂縫分流能力提高，由于泡沫的“堵-驅-一體化”特性，凝膠增強泡沫的驅油性能優(yōu)于復合凝膠體系。Zhao等［41］制得具有優(yōu)異的耐鹽性和熱穩(wěn)定性的驅油劑SDQ-1。其在地層水中的黏度保留率高，有很好的注入性能，可以提高原油的采收率和驅油效率。另外，孫煥泉等［42］將楊木粉纖維（PWF）通過酸堿處理制備了化學改性木粉PAM 水凝膠。該產(chǎn)品具有很好的抗張能力，在85°C的海水中具有較好的抗老化能力，這種凝膠有望成為3次采油驅油劑的高性能材料。

表1 簡要總結了水凝膠材料在油田開采中用于處理廢水、堵漏降濾失、驅油三方面的具體原理及類別，其在應對我國油田產(chǎn)能下滑、開采效率降低、含油廢水危害巨大等問題中具有廣闊的應用前景。

特別指出，近些年來，環(huán)境刺激響應型凝膠取得了大量研究成果，受到油氣鉆井領域許多專家學者的關注。上述的水凝膠在應對外界刺激（如：鹽度、溫度、酸堿等）的細微變化會產(chǎn)生物理結構或者化學性質上的改變，甚至是產(chǎn)生突變。例如，溫度刺激響應型水溶性聚合物在受到溫度刺激時，會發(fā)生顯著的流體動力學體積變化。故溫度敏感凝膠可以在高溫和高鹽度條件下實現(xiàn)可逆的溶膠-凝膠相變［43］，其在分流壓裂、鉆井等方面具有潛在的應用前景［44］。鹽敏凝膠在高鹽油藏中具有廣泛的應用前景，目前，研究人員在飽和鹽水鉆井液、鹽敏感循環(huán)控制材料等方面取得了一些成果。尋找新材料開發(fā)不同類型油藏溫度可控的鹽敏感凝膠仍具有重要意義。酸堿敏感凝膠具有良好的失循環(huán)控制效果，可引入油田輪廓控制和堵水的研究中，但到目前為止，酸堿敏感凝膠失去循環(huán)控制材料仍處于實驗研究和開發(fā)階段，大部分的研究成果沒有應用于實踐。除以上對單一因素響應凝膠之外，研究者通過分子設計還制備了對2種及以上因素響應的水凝膠材料，例如Li 等［45］通過自由基聚合成功制備了熱和pH 雙重響應的可控智能水凝膠油水分離材料。具有較強適應性的環(huán)境響應凝膠作為一種新型響應型材料在油田開發(fā)中存在巨大應用潛力。

3 結語

水凝膠具有優(yōu)異的水溶脹性、超親水表面、高力學性能、耐鹽性等性質，這使得其在油田開采及含油廢水處理中具有較好的應用前景。圍繞近年來在油田開采領域所開發(fā)的高性能水凝膠功能材料，分析其組成及結構特點展示其防油污、耐鹽溶脹等性能特點，進一步總結其在油田用油水分離材料、堵漏劑以及驅油劑等領域中的取得的重要進展。

盡管如此，水凝膠功能材料在采油領域的應用還面臨著很多問題。例如：水凝膠過濾材料的使用壽命的延長及耐久性的提升；如何制備更高效的耐高鹽及高壓環(huán)境下水凝膠封堵材料；如何量化研發(fā)對石油管道或廢水中所含污染物具有耐腐蝕和抗菌性能的新型水凝膠；如何進一步提高水凝膠分離材料的油水分離效率以及如何改進刺激性響應凝膠的響應速度、靈敏度和準確性等方面，從而拓寬水凝膠在復雜儲層中的應用。因此，在未來高性能的水凝膠材料在采油、含油廢水處理等方面的應用及研究仍有很長的路要走。