随着全球工业的发展，运输、航空和化工等行业对原油的需求不断增加[1]，[2]。随着时间的推移，天然地层压力持续下降，依靠自然地层压力进行的石油采收已不足以满足工业需求，严重限制了石油产业的发展。因此，如何提高石油采收率已成为亟待解决的问题。水驱是最广泛使用的二次采油技术，通过向储层注入水来补充储层能量。水驱具有简单和低成本的优势，并在全球范围内生产了大量原油。然而，水驱提高石油采收率的能力有限。在大多数储层中，长期的水侵蚀加剧了储层的非均质性，进一步扩大了优先流道。注入的水沿这些大通道快速流动，难以进入低渗透率区域，导致扫流效率低[3]，[4]，[5]。同时，注入的水难以渗透低渗透率区域的狭窄孔隙，从岩石表面剥离原油的能力有限，使得剩余的原油高度分散且最终无法回收[6]，[7]。因此，在非均质储层中，采用剖面控制和水堵技术可以改善水驱效率并提高石油采收率[8]。
为了解决水驱导致储层含水率急剧增加和内部非均质性加剧的问题，许多学者研究了用于提高石油采收率的剖面控制和水堵方法，如聚合物微球[9]，[10]，[11]、预交联凝胶颗粒[12]，[13]、聚合物凝胶[14]，[15]、无机颗粒[16]，[17]。其中，聚合物微球因其可控的尺寸、强的注入性以及深部迁移和堵水能力而被广泛用于非均质储层的剖面控制和水堵。在储层流动过程中，微球逐渐吸水膨胀，从而堵塞大孔隙，改善地层非均质性[18]，[19]，[20]。作为最常用的微球剖面控制剂，聚丙烯酰胺（PAM）微球具有优异的吸水膨胀性能和粘弹性，能够利用粒径与孔隙大小的匹配关系实现堵水效果[21]。
然而，PAM的耐温和耐盐性较差。其酰胺基团在加热时会发生热诱导水解，导致剖面控制能力下降。引入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）单体可以有效提高PAM的耐温和耐盐性[22]，[23]。AMPS中的磺酸基团可以抑制酰胺基团与阳离子的络合，避免亲水性的降低。此外，甲基丙磺酸基团可以有效提高凝胶的亲水性，防止因亲水性不足导致的水分流失和收缩，从而避免堵水通道中的水分泄漏[24]。李等人[24]通过水溶液聚合合成了AM/AMPS共聚物。在模拟实验中，该共聚物在高盐度地层水中老化120天后，脱水率低于2.5%，其耐温和耐盐性能远优于传统PAM体系。
在剖面控制过程中，基于PAM的微球通常处于加压环境中。在储层内，其不足的刚性容易导致剪切断裂和压缩变形，从而导致堵水失败[25]，[26]。将纳米SiO2等无机纳米材料掺入聚丙烯酰胺微球中，可以通过形成有机-无机杂化网络结构进一步提高其性能。作为额外的物理交联点，纳米颗粒可以显著增强微球的机械强度和抗压缩变形能力。此外，其表面的羟基不仅可以与聚合物链形成氢键以提高亲水性，还可以延缓酰胺基团的水解，从而提高热稳定性[27]，[28]。冉等人[29]将纳米SiO2颗粒引入AM/AMPS凝胶共聚物中，其储能模量从6.2 Pa增加到12.9 Pa，有效增强了凝胶的强度。同时，纳米SiO2上的羟基可以与酰胺基团形成氢键，有效延缓酰胺基团的水解反应。在130°C下的脱水测试中，SiO2复合凝胶的抗脱水稳定性优于纯AM/AMPS共聚物凝胶。然而，大多数现有策略主要通过物理混合或氢键相互作用来掺入二氧化硅[30]，[31]。贾等人[30]通过物理混合制备了聚合物/氨基功能化二氧化硅（PM/ANS）杂化物。在渗透率为360 mD的岩心中的驱油实验中，PM/ANS-2实现了16.3%的最佳石油采收率提升。此外，大多数报道的微球粒径在几百纳米到微米级别[31]，[32]，这严重限制了它们在具有纳米级孔隙的低渗透率储层中的注入性。因此，开发小粒径的微球对于提高这些储层的石油采收率仍是一个关键挑战。
在本研究中，使用丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和二烯基二甲基铵氯盐（DMDAAC）作为单体，N,N'-甲基丙烯酰胺（MBA）作为交联剂组分，并将[3-(甲基丙烯酰氧)丙基]三甲氧基硅烷（KH-570）改性的SiO2引入聚合物中。非离子表面活性剂Span-80和Tween-80作为复合乳化剂，通过反相微乳聚合制备了SiO2/P(AM-AMPS-DMDAAC)纳米级复合微球。其中，AM构成聚合物主链，AMPS提供耐温和耐盐性，DMDAAC的阳离子性质有助于微球在带负电荷的岩表面上吸附并抑制粘土膨胀。这些复合微球的制备为耐温和耐盐性聚合物微球提供了理论指导，并为低渗透率储层的提高石油采收率提供了技术支持。
