基于微流控技术制备聚氨酯微胶囊，提升原油采收率-北京永康乐业科技发展有限公司

随着油田开发的不断深入，提高原油采收率成为关键问题。传统的化学驱油技术，如聚合物驱油和表面活性剂驱油，在高温、高盐度和强非均质性等复杂油藏条件下的应用受到限制。聚合物易在地层中发生剪切降解和化学降解，导致粘度损失和驱替-流度控制能力下降；表面活性剂在岩石表面的严重吸附增加了使用成本，并使得深层油藏的有效浓度不足。此外，在恶劣的油藏条件下，传统化学剂的性能急剧下降，难以达到预期的驱油效果。

近期，常州大学浮历沛副教授团队创新性采用微流控技术，成功制备出以聚氨酯为壁材、表面活性剂为芯材的驱油微胶囊，该微胶囊兼具规则形貌、均一粒径及快速靶向释放特性，能耐受高温高盐储层环境。团队通过系统实验明确其可通过降低油水界面张力、改变岩石润湿性双重路径提升原油采收率，为复杂油藏高效开发提供了新的技术方案。相关研究以“Polyurethane Microcapsules Based on Microfluidic Technology for Enhanced Oil Recovery”为题目，发表于期刊《Energy & Fuels》。

本文要点：

1、该研究借助微流控技术，以表面活性剂为芯材、聚氨酯为壁材，成功制备出形貌规则、粒径均一且单分散性优良的聚氨酯微胶囊。

2、微胶囊最小粒径约 44.5μm，平均直径 67.4μm，在轻质油和重质油中均展现出快速靶向释放特性，重质油中 10s 内即可完全溶解；封装 AEO-3 表面活性剂的微胶囊能将油水界面张力从 27.68mN・m⁻¹ 降至 6.67mN・m⁻¹，0.1wt% 浓度时分散体系 Zeta 电位达 - 36.12±0.7mV，稳定性良好，且在 80℃高温、10wt% NaCl 与 7wt% CaCl₂高盐条件下可保持形态完整。

3、研究发现，微胶囊释放性能主要由壳层结构决定，扩链剂用量增加会抑制其在油相中的释放，而芯材类型影响较小。

4、微观驱油实验表明，该微胶囊可通过靶向释放表面活性剂、降低油水界面张力及改变岩石润湿性，多方面改善原油剥离与流动特性，有效提高原油采收率，为智能驱油剂的发展提供了有力支持。

微胶囊在实际油田应用中还需要解决哪些问题？

1、规模化制备的效率与成本平衡：该研究采用的实验室微流控装置为小型化体系，单批次产量有限。实际应用需开发连续化、高通量微流控设备，优化原料配比（如降低 IPDI 等高价试剂的用量），解决 “实验室性能优异、工业化成本过高” 的矛盾。

2、极端储层条件的耐受性强化：研究证实微胶囊可耐受 80℃、10 wt% NaCl 和 7 wt% CaCl₂，但实际油田存在更高温度（＞120℃）、更高盐度（含 Mg²⁺等多价离子）及高压（＞20 MPa）环境。需进一步改性壳材，如引入耐高温的聚酰亚胺或抗高盐的交联基团，提升极端条件下的结构稳定性。

3、储层孔隙的适配性优化：文中微胶囊最小粒径 44.5 μm，而实际油藏孔隙喉道尺寸多为 1-10 μm，易导致微胶囊堵塞孔隙。需通过调控微流控装置的通道尺寸、两相流速比，制备粒径＜10 μm 的微胶囊，同时保证小粒径下的包封率与释放性能不衰减。

4、长期运移中的稳定性与损耗控制：现场驱替过程中，微胶囊需经历长距离运移（数千米），面临剪切冲刷、岩石吸附等问题。文中 Zeta 电位数据（0.1 wt% 时 - 36.12 mV）显示其分散稳定性良好，但需进一步通过表面改性（如接枝抗吸附基团）降低岩石表面吸附损耗，同时优化悬浮体系配方，避免运移过程中聚集沉降。

图1 微流控装置模型示意图

图2 微胶囊制备流程图

微胶囊的制备过程中，如何保证其形貌规则和粒径均一？

1、微流控装置的结构化设计：采用流动聚焦型微流控装置，由注射器针头、T 型塑料接头和不锈钢毛细管组装而成，确保分散相（油相）在连续相（水相）中形成单分散液滴。装置组装时严格保证中心轴同轴对齐，固定于载玻片以避免操作中偏移，从源头控制液滴生成的一致性。

2、两相流速的精准调控：设定明确的流体流速参数，水相（连续相）流速为 120 μL/min，油相（分散相）流速为 10 μL/min。稳定的流速比可避免液滴融合或断裂不均，确保生成的初始乳液液滴粒径分布狭窄（137-152 μm，平均 149.1 μm），为后续微胶囊粒径均一奠定基础。

3、乳化剂与固化工艺的协同作用：以 SDBS 为乳化剂，通过其阴离子基团吸附在液滴表面，利用静电排斥稳定乳液，防止液滴聚集；固化阶段采用 55℃下 4 小时的链增长反应，PU 预聚体与 BDO 的交联过程均匀进行，避免局部反应速率差异导致的形貌畸变，最终获得粒径分布 65-71 μm、平均 67.4 μm 的规则微胶囊。