新疆油田适合开展聚合物驱的地质储量3.56亿吨,聚合物驱潜力巨大。该油田地处克拉玛依市,淡水资源匮乏,产出水配注聚合物具有重要的社会效益和经济效益,也是聚合物驱大规模推广的必经之路。然而,新疆油田产出水的水质组成复杂、矿化度高,制约了产出水配注当前用聚合物的规模应用,这集中体现在了聚合物在产出水中的溶解性与溶液的有效黏度、长期稳定性的矛盾关系。本文基于提高聚合物的溶解性、增黏性、抗剪切性的多级结构及耐温抗盐超分子效应的聚合物分子结构设计思想,制备了适用于新疆油田X砾岩油藏产出水配注的系列超支化聚合物(HBAPAM);系统地研究了聚合物的溶液特性、注入性与传播性,建立了产出水配制HBAPAM与油藏渗透率的适应关系;阐明了 HBAPAM在多孔介质中发生黏弹性渗流的主要控制因素及相关关系,评价了 HBAPAM的黏弹性驱油效率和油田应用潜力。本文完成的主要工作如下:(1)制备了支链数分别56、105、203的聚酰胺-胺(PAMAM)杂化纳米二氧化硅(nano-Si02)超支化骨架单体;合成了 N,N-孪尾烷基丙烯酰胺疏水单体;在此基础上,制备了重均分子量(Mw)为 7.5X 106g/mol、9.3X 106g/mol、1.27X 107g/mol 的系列超支化聚合物(HBAPAM),改变骨架单体的支链数,能够实现对聚合物的Mw有效调控,并且使较高分子量的HBAPAM支链上的分子量相对较低;(2)HBAPAM的三级亲水结构赋予聚合物在产出水中良好的溶解性,完全溶解时间为120～140min;利用逼近法测定了 HBAPAM的临界缔合浓度(CAC),分别为1180mg/L(HBAPAM-1)、1050mg/L(HBAPAM-2)、920mg/L(HBAPAM-3);HBAPAM的过滤性优于相同浓度的超高分子量梳形聚合物KYPAM 2500;CAC以上,刚性内核、超支化结构及支链上疏水缔合形成的超分子效应使HBAPAM在去离子水与产出水中的增黏性、耐温抗盐性、流变性、黏弹性能与抗机械剪切性能都明显优于KYPAM 2500:产出水配制2000mg/L的HBAPAM-3的表观黏度为149.6mPa s,是KYPAM 2500的2.6倍,机械剪切速率大于15000s-1作用后,HBAPAM的黏度保留率为85%～89%;油藏条件老化90d,HBAPAM溶液的黏度保留率大于90%;(3)HBAPAM的Mw越大,聚合物溶液的静(动)态水动力学尺度Hs(d)越大;当浓度大于CAC,分子链间的超分子效应显著地影响聚合物溶液的Hs(d);HBAPAM溶液的Hs(d)与聚合物浓度呈幂律指数的关系,相同的浓度条件,Hs大于Hd;(4)HBAPAM的Mw、浓度与岩心的孔隙半径(渗透率)的匹配性是影响聚合物注入性和深部流动性的关键;基于HBAPAM在岩心中的极限流动性,建立了多孔介质的平均水动力学孔喉半径rp与HBAPAM溶液Hd的关系,rp/Hd小于5.2,聚合物将在地层端面发生堵塞或者在近井地带形成滤饼;地层渗透率不高于0.15μm2,HBAPAM-1为优先的选择;渗透率为0.15～0.5μm2,HBAPAM-2与HBAPAM-3是理想的选择;渗透率高于0.5μm2,HBAPAM-3的经济效益将更显著;(5)聚合物的松弛时间(λ)是影响聚合物黏弹性流动的内在因素,多孔介质的剪切速率(γ)是影响聚合物黏弹性流动的外在因素;超支化链间的缔合效应构建的超分子聚集体,赋予HBAPAM在去离子水与产出水中一致的多级流变性和时-空黏弹性;增加聚合物浓度或提高分子量,HBAPAM发生黏弹性渗流对应的剪切速率阀值降低,并在较宽的注入速度范围出现非线性渗流;HBAPAM在岩石表面的吸附为单层吸附,黏弹性渗流不改变吸附层的厚度(εh),εh受聚合物的浓度与分子量控制,与注入速度无关;(6)基于HBAPAM的油藏渗透率适应性图版,水驱至含水率98%,0.3PV的HBAPAM的驱油效率为25%左右;HBAPAM在强非均质性岩心中提高原油采收率可达30%及以上;在渗透率级差大于8.5,岩心最小渗透率低于0.05μm2的并联岩心中,HBAPAM能选择性地进入较高渗透率的岩心,发挥黏弹性驱油和“液流转向”的双重功能,提高低渗透率岩心的采收率达39%及以上;渗透率级差一定的高渗透率并联岩心(较低渗透率大于0.5μm2),在HBAPAM的浓度比KYPAM低500mg/L条件,HBAPAM提高相对高渗透率岩心的采收率20%以上,比KYPAM高13%,提高相对较低渗透率岩心的采收率大于25%,比KYPAM高5%。本文研究成果解决了新疆油田X砾岩油藏产出水配注聚合物的关键问题,形成了资源节约、环保高效、可持续发展的聚合物驱新思路,为产出水聚合物驱的规模应用提供了理论支撑和技术支持。