Методы микрофлюидного изготовления для тестирования высокого давления микромасштабного сверхкритического CO₂ foam Transport в раздробленных нетрадиционных резервуарах

Гидравлический ГРП используется в течение довольно продолжительного времени в качестве средства стимулирования потока, особенно в плотных^{образованиях 1.} Большое количество воды, необходимой в гидроразрыве пласта, усугубляется факторами окружающей среды, проблемами^{доступности воды 2,повреждением образования 3,стоимостью 4 и} сейсмическими^{эффектами 5.} В результате растет интерес к альтернативным методам гидроразрыва пласта, таким как безотдушный ГРП и использование пены. Альтернативные методы могут обеспечить важные преимущества,^{такие как сокращение водопользования 6}, совместимость^{с водой чувствительных образований 7},^{минимальный, чтобы}не подключить формирования 8 , высокая кажущаяся^{вязкость}ГРП жидкости 9 ,^{вторсырья 10}, простота очистки и проппант несущей^{способности 6}. ПЕНа CO₂ является потенциальной безвложной жидкостью для гидроразрыва пласта, которая способствует более эффективному производству нефтяных_{жидкостей и улучшению емкостей хранения} CO 2 в недрах с потенциально меньшим воздействием на окружающую среду по сравнению с обычными методами гидроразрыва^{пласта 6,7,11}.

При оптимальных условиях сверхкритическая_пена CO 2 (пена scCO₂₎ при давлении, вы выходящим за пределы минимального давления неправильной возможности (MMP) данного резервуара, обеспечивает много контактную неверную систему, которая способна направлять поток в менее проницаемые части образования, тем самым повышая эффективность развертки^{и восстановление ресурсов 12,13.} scCO_{2 поставляет} газ, такой как диффузивность^{и жидкость, как плотность 14,} и хорошо подходит для недропользовательного применения, таких как добыча нефти и улавливание углерода, использование и хранение (CCUS)¹³. Наличие компонентов пены в недрах помогает снизить риск утечки в длительном хранении CO₂^15. Кроме того, соединенные-сжимаемость-тепловое ударное воздействие_{пенопластовых систем} scCO 2 могут служить эффективными системами^{ГРП 11.} Свойства пенопластовых систем CO₂ для недропользования были тщательно изучены в различных масштабах, таких как характеристика его стабильности и вязкости в системах пескостойких систем и его эффективность в процессах смещения^{3,6,12,15,16,17.} Динамика пены уровня перелома и ее взаимодействие с пористыми средствами массовой информации являются менее изученными аспектами, которые имеют непосредственное отношение к использованию пены в плотных и раздробленных образованиях.

Микрофлюидные платформы обеспечивают прямую визуализацию и количественную оценку соответствующих микромасштабных процессов. Эти платформы обеспечивают в режиме реального времени контроль гидродинамики и химических реакций для изучения пор масштаба явлений наряду с соображениями восстановления¹. Выработка, распространение, транспортировка и динамика пены могут быть визуализированы в микрофлюидных устройствах, эмуляциях сломанных систем и проводящих путях, имеющих отношение к восстановлению нефти из плотных образований. Обмен жидкости между переломом и матрицей напрямую выражается в соответствии с геометрией¹⁸, тем самым подчеркивая важность упрощенных и реалистичных представлений. На протяжении многих лет был разработан ряд соответствующих микрофлюидных платформ для изучения различных процессов. Например, Tigglaar и коллеги обсуждают изготовление и высокое давление тестирования стеклянных микрореакторных устройств через в плоскости соединения волокон для проверки потока через стеклянные капилляры, подключенные к микрореакторам¹⁹. Они представляют свои выводы, связанные с инспекцией облигаций, испытаниями давления и мониторингом реакции на месте ¹H NMR спектроскопия. Таким образом, их платформа может быть не оптимальной для относительно больших показателей впрыска, предварительной генерации многофазных жидкостных систем для визуализации сложных жидкостей в проницаемых средствах массовой информации. Марре и его коллеги обсуждают использование стеклянного микрореактора для исследования химии высокого давления и процессов сверхкритической жидкости²⁰. Они включают результаты в качестве конечного элемента моделирования распределения стресса для изучения механического поведения модульных устройств под нагрузкой. Они используют неперманентные модульные соединения для взаимозаменяемого изготовления микрореакторов, а микрофлюидные устройства кремния/Пирекса непрозрачны; эти устройства подходят для кинематических исследований, синтеза и производства в инженерии химических реакций, где визуализация не является главной проблемой. Отсутствие прозрачности делает эту платформу непригодной для прямой визуализации сложных жидкостей в суррогатных средствах массовой информации. Paydar и коллеги представляют новый способ прототипа модульной микрофлюиды с помощью 3D-печати²¹. Такой подход не кажется хорошо подходящим для приложений высокого давления, так как он использует фотокурируемый полимер и устройства способны выдерживать только до 0,4 МПА. Большинство микрофлюидных экспериментальных исследований, связанных с транспортом в раздробленных системах, о которых сообщается в литературе, посвящены температуре окружающей среды и условиям относительно низкого давления¹. Было проведено несколько исследований с акцентом на непосредственное наблюдение за микрофлюидными системами, имитирующих недропользоваемые условия. Например, Хименес-Мартинес и его коллеги проводят два исследования по критическим механизмам потока и транспортировки пор в сложной сети переломов и матриц^22,23. Авторы изучают трехэтагиозные системы с использованием микрофлюиды в условиях водохранилища (8,3 МПа и 45 градусов по Цельсию) для повышения эффективности производства; они оценивают scCO₂ использование для повторной стимуляции, где оставшийся рассол от предыдущего ГРП является неописуемым с CO₂ и остаточные углеводороды²³. Масляные влажные кремниевые микрофлюидные устройства имеют отношение к смешиванию масляного рассола-скКО₂ в приложениях по повышению эффективности восстановления нефти (EOR); однако эта работа непосредственно не направлена на динамику поры-масштаба при переломах. Другим примером является работа Rognmo et al., которые изучают подход к подъему для высокого давления, in situ CO₂ генерация пены²⁴. Большинство докладов в литературе, которые используют микрофабрикацию, связаны с CO₂-EOR, и они часто не включают важные детали изготовления. Как известно авторам, в настоящее время в литературе отсутствует систематический протокол по изготовлению приборов высокого давления для раздробленных образований.

Эта работа представляет собой микрофлюидную платформу, которая позволяет изучать структуры пены scCO_2, формы пузырьков, размеры и распределение, стабильность ламеллы в присутствии масла для EOR и гидроразрыва пласта и рекультивации водоносного горизонта. Обсуждается проектирование и изготовление микрофлюидных устройств с использованием оптической литографии и селективного лазерного^{офорта 29} (SLE). Кроме того, в этой работе описаны модели переломов, которые предназначены для имитации транспортировки жидкостей в раздробленных плотных образованиях. Смоделированные пути могут варьироваться от упрощенных шаблонов до сложных микротрещин на основе данных томографии или других методов, которые предоставляют информацию о реалистичной геометрии перелома. Протокол описывает пошаговую инструкцию по изготовлению стеклянных микрофлюидных устройств с использованием фотолитографии, влажного травления и тепловой связи. Разработанный в доме коллимированный ультрафиолетовый (УФ) источник света используется для переноса желаемых геометрических узоров на тонкий слой фоторезистента, который в конечном итоге передается в стеклянный субстрат с помощью процесса мокрого травления. В рамках обеспечения качества выгравированные узоры характеризуются конфокаленной микроскопией. В качестве альтернативы фотолитографии/офорту используется метод SLE для создания микрофлюидного устройства и представлен сравнительный анализ платформ. Установка для экспериментов потока включает газовые баллоны и насосы, контроллеры давления и предуцаторы, жидкостные смесители и аккумуляторы, микрофлюидные устройства, держатели из нержавеющей стали высокого давления, а также камеру высокого разрешения и систему освещения. Наконец, представлены репрезентативные образцы наблюдений, взятых в ходе экспериментов с потоками.