随着常规石油资源的大量、持续消耗,开发利用稠油资源的紧迫性日益突出。稠油由于含有大量沥青质、胶质等重质组分而具有粘度高、密度大、流动性差的特点,导致其开采集输难度高、资源利用率差,如何降低稠油粘度、提高其流动性成为打破限制其开发利用壁垒的关键。目前最为普遍的方法是添加各种水溶性稠油降粘剂实现降粘目的,而其中聚合物型水溶性稠油降粘剂在油田应用中的表现最具吸引力,但其研发尚处于发展阶段,现有的聚合物型水溶性稠油降粘剂种类较少、对稠油油藏条件的适应性有限、溶液性质与降粘机理间的联系探讨不足。研发更能满足稠油开发需求的新型聚合物型水溶性稠油降粘剂,并深入分析其溶液性质与作用机理是该领域未来的主要发展趋势。基于上述背景,本论文主要从聚合物的结构设计、功能单体的引入、降粘机理的探讨等三个方面进行新型水溶性稠油降粘聚合物的设计合成,溶液性质及稠油降粘应用性能的研究。1、以丙烯酰胺(AM),2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和环氧基的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)共聚以得到可反应型共聚物,利用环氧基与氨基间的偶合反应,将氨基封端的丙烯酰胺-苯乙烯磺酸钠二元共聚物接枝于反应型共聚物侧链,得到具有长支链的水溶性两亲共聚物,通过核磁共振、红外光谱、静态光散射、热重分析对其进行了基本表征。利用动态光散射、旋转流变仪、界面张力仪考察了其溶液中的聚集行为与性质,并在此基础上进行稠油乳化降粘性能评价。研究表明,该聚合物型水溶性稠油降粘剂的作用机理为乳化降粘,长支链结构有利于稠油降粘性能的提高,适中的长支链结构含量下可取得最理想的稠油降粘率。2、以AM单体为主,引入具有较强耐温耐盐性的两亲性单体N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)以及长疏水链季铵盐单体(N-丙烯酰胺丙基)-N,N-二甲基,N-十六烷基溴化铵(ADC)合成了一系列疏水缔合水溶性共聚物,通过核磁共振、红外光谱、元素分析、静态光散射等进行表征。通过表面张力和界面张力测定研究了不同条件下聚合物溶液的表面活性和界面活性,在此基础上利用旋转粘度计、稳定性分析仪研究了其可循环稠油降粘性能并探讨了其机理。研究表明,适中的表界面活性更适于实现可循环的耐盐稠油降粘,提高长疏水链季铵盐单体含量能够增强其耐盐稠油降粘性能。3、选择AM、二甲基丙烯酰胺(DMA)、丙烯酰吗啉(NAM)共聚完成了两亲性三元共聚物的合成,选择AM、苯乙烯磺酸钠(SSS)与链转移剂巯基乙醇进行自由基共聚完成了羟基封端的阴离子共聚物的合成,并利用这两种共聚物得到了一种复配型两亲共聚物稠油降粘剂。用共振光散射等研究了其溶液中的聚集行为,并考察了其表观粘度、表面张力、界面张力随浓度的变化情况。此外,利用光学显微镜、旋转粘度计研究了其基于界面活性的稠油乳化降粘行为,分析了不同无机盐及盐浓度对其稠油降粘性能的影响情况。发现复配是一种有效地提高稠油乳化降粘性能的方法,能够在较低的用量下取得较好的耐盐降粘效果。4、通过AM与二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)及含氟疏水单体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单体含量不同的具有pH响应性的水溶性聚合物,通过核磁共振、红外光谱、静态光散射、热重分析等进行了结构与性质表征。利用界面扩张流变法、粘度测试、表面张力测定等进行了溶液性质的研究,利用Zeta电位测试考察了 pH对共聚物溶液性质的影响情况,并使用激光粒度仪、旋转粘度计研究了其pH响应性稠油降粘行为。结果表明,该系列聚合物溶液的界面活性不仅随着含氟单体含量的提高而增强,而且随着pH的减小而减弱,基于界面活性控制的乳化降粘机理,其在pH较高时能够乳化稠油形成稳定性较高的水包油乳液,实现稠油乳化降粘,而在酸化后又能够实现迅速的油水分离。5、以AM、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、甲基丙烯酸苄基酯(BZMA)共聚制备了一系列CO2响应水溶性稠油降粘聚合物AEB,通过核磁共振、红外光谱、元素分析、静态光散射、热重分析等手段对所得聚合物进行了基本性质表征。研究了不同浓度下溶液的表观粘度、表界面张力、流体力学半径,并使用电导率仪测试了其对CO2的可逆响应性。利用接触角测试、光学显微镜观察、粘度表征等手段考察了该系列聚合物的稠油乳化降粘性能。研究表明,BZMA单体含量的增加能够增强疏水缔合作用,有利于表界面活性、润湿性及稠油乳化降粘能力的提高,形成的稠油乳化液液滴粒径与界面张力正相关,与连续相粘度负相关,该系列聚合物的乳化降粘性能具有CO2响应性。6、对稠油中的重质组分沥青质、胶质进行分离,并通过核磁共振、红外光谱、元素分析、紫外光谱、凝胶渗透色谱、透射电镜等手段进行了结构表征与特征分析。在此基础上,合成并中试了一种解缔合型水溶性两亲聚合物稠油降粘剂,对其稠油降粘性能和降粘机理也进行了研究。研究发现,所用油样中的沥青质、胶质含有多环芳香结构与大量极性基团,具有氢键作用下的致密的片层状缔合结构,是导致稠油高粘度的主要原因,我们所制备的解缔合型水溶性两亲聚合物稠油降粘剂含有大量极性基团能够破坏沥青质、胶质中原有的缔合结构,从根本上降低稠油粘度,适当的剪切与老化处理有利于实现更好的稠油降粘效果,中试产品具有在高温、高剪切的油藏条件的应用潜力。