pH响应型UFO状聚苯乙烯乳化剂在稠油开采中的界面调控与增效机制研究

为解决传统Pickering乳液稳定剂功能单一、环境适应性差的问题，中国研究人员通过界面聚合法成功制备了具有pH响应特性的UFO状聚苯乙烯纳米颗粒（UPS-NH2）。该材料在pH=2时可形成粒径37.67μm的稳定稠油乳液，pH=10时实现油水分离，0.05wt%浓度下使稠油采收率提升11.75%，为智能型提高采收率（EOR）技术开发提供了新思路。

　　

在能源需求持续增长的背景下，稠油开采面临巨大挑战——常规化学驱油剂存在环境适应性差、回收困难等问题。Pickering乳液虽能通过固体颗粒稳定油水界面，但传统球形颗粒存在界面吸附能力有限、缺乏智能响应等缺陷。更棘手的是，现有功能化颗粒往往难以兼顾形态可控性与环境响应性，严重制约其在提高采收率（EOR）领域的应用。

针对这一技术瓶颈，中国石油大学（华东）的研究团队创新性地开发出具有pH响应特性的飞碟状聚苯乙烯纳米颗粒（UPS-NH₂），相关成果发表于《Journal of Molecular Liquids》。研究人员通过Pickering乳液界面聚合结合酰胺化修饰的"两步法"，巧妙实现了颗粒形貌控制与功能化修饰的协同：首先利用苯乙烯（St）与二乙烯基苯（DVB）在乳液界面的动态变形特性构建UFO状基底，再通过氯乙酰氯酰化和乙二胺（EDA）氨解反应引入pH敏感的氨基基团。

关键技术包括：1）Pickering乳液模板法制备异形聚苯乙烯颗粒；2）傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和热重分析（TGA）验证表面修饰；3）界面张力仪测定油水界面行为；4）岩心驱替实验评价采收率提升效果。实验所用稠油样品来自中国石油河口水采厂。

材料表征
FT-IR光谱显示UPS-NH₂在1650cm^-1处出现酰胺特征峰，TGA证实其热稳定性达300℃。扫描电镜（SEM）揭示颗粒具有独特的中心凹陷边缘凸起结构，直径约5μm，这种特殊形貌使界面吸附能提升3.2倍。

界面行为研究
1wt% UPS-NH₂可使稠油-水界面张力（IFT）降低12.29mN/m。在pH=2时，质子化的-NH₃⁺使颗粒亲水性增强，形成Zeta电位+35.2mV的稳定乳液；pH=10时氨基去质子化引发乳液破乳，实现智能调控。

驱油性能
0.05wt% UPS-NH₂纳米流体使岩心采收率提升11.75%，显著高于常规表面活性剂体系。机理分析表明，UFO形貌产生的"边缘效应"可增强颗粒在油-水-岩三相界面的锚定能力，而pH响应特性实现了驱油-收油过程的精准控制。

该研究突破了传统颗粒乳化剂功能单一的局限，通过"形貌-功能"双调控策略，为智能型EOR材料设计提供了新范式。UPS-NH₂的pH响应特性可适配油田不同开采阶段的需求——酸化条件下乳化降粘，碱驱条件下快速破乳回收，其环境友好特性更符合绿色开采理念。未来通过优化颗粒尺寸分布和表面基团类型，有望进一步拓展其在非常规油气开发中的应用前景。