أجهزة موائع جزيئية لوصف العمليات المسام على نطاق الحدث في وسائل الإعلام المسامية لطلبات استرداد النفط
Summary
والهدف من هذا الإجراء بسهولة وسرعة إنتاج جهاز موائع جزيئية مع هندسة قابلة للتخصيص والمقاومة إلى تورم بالسوائل العضوية لدراسات استعادة النفط. العفن بولي دايمثيل سيلوكسان للمرة الأولى، وتستخدم بعد ذلك ليلقي الجهاز على أساس الإيبوكسي. وأفادت دراسة تشرد ممثل هو.
Abstract
أجهزة موائع جزيئية أدوات متعددة لدراسة عمليات النقل على المستوى المجهري. طلب موجود لأجهزة موائع جزيئية أن مكونات مقاومة لانخفاض الوزن الجزيئي النفط، على عكس الأجهزة التقليدية بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS). هنا، نحن تبين طريقة سهلة لصنع جهاز بهذه الخاصية، ونستخدم هذا المنتج من هذا البروتوكول لدراسة آليات الحجم المسام من النفط الخام يستعيد الرغوة التي. أولاً صمم على نمط استخدام برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) وطباعتها على شفافية باستخدام طابعة ذات دقة عالية. ثم نقل هذا النمط هو مقاوم الضوء عبر إجراء الطباعة حجرية. يلقي بظلال على النمط PDMS والشفاء في فرن وإزالتها للحصول على قالب. ثم يسكب على العفن بوليمر crosslinking ثيول-شرق، تستخدم عادة لاصقة ضوئية (الزراعة العضوية)، وشفي تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. هو مقشرة العفن PDMS بعيداً عن المدلى بها لاصق الضوئية. ثم أعد ركيزة زجاج، ونصفي الجهاز مستعبدين معا. الأجهزة الضوئية المستندة إلى لاصق أقوى من أجهزة موائع جزيئية PDMS التقليدية. هيكل الإيبوكسي مقاوم تورم بالعديد من المذيبات العضوية، الذي يفتح إمكانيات جديدة للتجارب التي تنطوي على السوائل العضوية الخفيفة. بالإضافة إلى ذلك، السلوك ويتابيليتي السطحية لهذه الأجهزة أكثر استقرارا من أن PDMS. بناء الأجهزة الضوئية موائع جزيئية لاصقة بسيطة، ولكن يتطلب المزيد من الجهد تدريجيا من صنع الأجهزة المستندة إلى PDMS. أيضا، على الرغم من الأجهزة البصرية لاصقة مستقرة في السوائل العضوية، قد يحمل قوة السندات انخفاض بعد وقت طويل. يمكن جعل الأجهزة الضوئية موائع جزيئية لاصقة في هندستها بمثابة 2-د ميكروموديلس لوسائل الإعلام المسامية. يتم تطبيق هذه الأجهزة في دراسة التشرد النفط لتحسين فهمنا لآليات المسام على نطاق المشاركة في الإصلاح المعزز للنفط الانتعاش وطبقة المياه الجوفية.
Introduction
والغرض من هذا الأسلوب هو تصور وتحليل التفاعلات السائل متعدد المراحل، ومتعدد العناصر والديناميات المعقدة على نطاق المسامية في وسائل الإعلام المسامية. تدفق السائل والنقل في وسائل الإعلام المسامية كانت تهم لسنوات عديدة لأن هذه النظم تنطبق على العديد من العمليات السطحية مثل استخراج النفط وإصلاح طبقة المياه الجوفية والهيدروليكية كسر1،2، 3 , 4 , 5-استخدام ميكروموديلس لتقليد هذه المسام-هياكل معقدة، اكتساب رؤى فريدة من نوعها التي تصور أحداث مستوى المسام الدينامية بين مختلف مراحل السوائل ووسائل الإعلام6،،من78 ،9،،من1011.
تصنيع ميكروموديلس التقليدي القائم على السليكا مكلفة وتستغرق وقتاً طويلاً، وتحديا، ولكن بناء ميكروموديلس من لاصق الضوئية عروض رخيصة وسريعة وسهلة نسبيا بديلة12،13، ،من 1415. مقارنة مع ميكروموديلس الأخرى المستندة إلى البوليمر، يسلك لاصقة الضوئية خصائص ترطيب السطح أكثر استقرارا. على سبيل المثال، بسرعة تصبح الأسطح ميكروموديل بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) مسعور أثناء تجربة التشرد نموذجي16. وعلاوة على ذلك، هو معامل للشباب PDMS 2.5 MPa حين لاصقة الضوئية وتبلغ 325 الآلام والكروب الذهنية13،،من1718. وهكذا، لاصقة الضوئية أقل عرضه للضغط المتعمد وعدم تشوه والقناة. الأهم من ذلك، شُفي لاصقة الضوئية أكثر مقاومة تورم بالمكونات العضوية منخفضة الوزن الجزيئي، الذي يسمح للتجارب التي تشمل النفط الخام والمذيبات الخفيفة أن يكون أجرى18. لاصقة الضوئية عموما، وبديل متفوقة ل PDMS لدراسات التشرد التي تشمل النفط الخام عند القائم على السليكا ميكروموديلس معقدة أو تكلفة باهظة والدراسات ارتفاع درجة الحرارة والضغط غير مطلوبة.
يوفر تعليمات التصنيع خطوة بخطوة ميكروموديلس لاصقة الضوئية البروتوكول، المذكورة في هذا المنشور والتقارير الحيل الخفية التي تكفل النجاح في التلاعب بكميات صغيرة من السوائل. تصميم وتصنيع الضوئية ميكروموديلس أساس لاصقة مع الطباعة الحجرية الناعمة هو وصف لأول مرة. ثم، يتم إعطاء الاستراتيجية التشرد السوائل لمعدلات تدفق منخفضة للغاية التي عادة غير قابلة للتحقيق مع وحدات التحكم بالتدفق الجماعي. بعد ذلك، تعطي نتيجة تجريبي ممثل كمثال. هذه التجربة يكشف رغوة زعزعة الاستقرار ونشر السلوك وجود النفط الخام ووسائل الإعلام المسامية غير المتجانسة. وأخيراً، ذكر الصورة النمطية تجهيز وتحليل البيانات.
الأسلوب المقدمة هنا هي مناسبة للتطبيقات التصور التي تنطوي على التدفق متعدد المراحل والتفاعلات في الأماكن المحصورة microchannel. على وجه التحديد، هذا الأسلوب هو الأمثل لقرارات الجزئي-سمة مميزة أكثر من 5 وأقل من 700 معدلات تدفق نموذجي ميكرومتر. بناء على أمر من 0.1 إلى 1 مل/ساعة. في الدراسات المتعلقة بالنفط الخام أو التشريد المذيبات الخفيفة بالسوائل المائية أو الغازية أمر هذه المعلمات الأمثل في الظروف المحيطة، ينبغي أن يكون هذا البروتوكول المناسب.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذا البروتوكول لدراسة عمليات استرداد النفط في ميكروموديلس لاصقة الضوئية توازناً بين متانة ميكروموديلس غير البوليمرية – مثل الزجاج أو السيليكون – وتصنيع أجهزة موائع جزيئية PDMS السطحية. خلافا ميكروموديلس مصنوعة من الزجاج أو مادة لاصقة الضوئية، تفتقر إلى أجهزة PDMS المقاومة للأنواع العضوية…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نعترف بالدعم المالي من “اتحاد الجامعات الأرز” للعمليات في “وسائل الإعلام المسامية” (هيوستن، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية).
Materials
| 3 mL Leur-Lok Syringe | Fischer Scientific | 14-823-435 | |
| 10 mL Glass Syringe | Fischer Scientific | 1482698G | |
| Photomask | CAD/Art Services | ||
| Silicon Wafer | University Wafer | 452 | |
| Propylene-Glycol-Methyl-Ether-Acetate | Sigma Aldrich | 484431-4L | |
| 150 mm Glass Petri Dish | Carolina Biological Supply | #721134 | |
| 60 mm Plastic Petri Dish | Carolina Biological Supply | #741246 | |
| Mask Aligner | EV Group | EVG 620 | |
| 1 mm Biopsy Punch | Miltex, Plainsboro, NJ | 69031-01 | |
| Industrial Dispensing Tip | CML Supply | Gauge 23 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | |
| Plasma System | Harrick Plasma | PDC-32G | Plasma cleaner |
| Polydimehtylsiloxane (PDMS) | Dow Corning, Midland, MI | SYLGARD 184 | |
| Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) or (OA) | Norland Products Inc. | 8116 | Optical adhesive |
| Quick-Set Epoxy | Fisher Scientific | 4001 | |
| Glass Slides | Globe Scientic Inc. | 1321 | |
| SU-8 2015 Photoresist | MicroChem | SU-8 2015 | Photo resist |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | Fusion 400 | |
| Glass Capillary Tubing | SGE Analytical Science | 1154710C | |
| High-Speed Camera | Vision Research | V 4.3 | |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc. | #BB31695-PE/3 |
References
- Blaker, T., et al. Foam for Gas Mobility Control in the Snorre Field: The FAWAG Project. SPE Reserv Eval Eng. 5 (04), 317-323 (2002).
- Mannhardt, K., Svorstøl, I. Effect of oil saturation on foam propagation in Snorre reservoir core. J Petrol Sci Eng. 23 (3-4), 189-200 (1999).
- Falls, A. H., Lawson, J. B., Hirasaki, G. J. The Role of Noncondensable Gas in Steam Foams. J Petrol Technol. 40 (01), 95-104 (1988).
- Hirasaki, G. J., Miller, C. A., Szafranski, R., Lawson, J. B., Akiya, N. . Surfactant/Foam Process for Aquifer Remediation. , (1997).
- Lv, Q., Li, Z., Li, B., Li, S., Sun, Q. Study of Nanoparticle-Surfactant-Stabilized Foam as a Fracturing Fluid. Ind Eng Chem Res. 54 (38), 9468-9477 (2015).
- Conn, C. A., Ma, K., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Visualizing oil displacement with foam in a microfluidic device with permeability contrast. Lab Chip. 14 (20), 3968-3977 (2014).
- Ma, K., Liontas, R., Conn, C. A., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Visualization of improved sweep with foam in heterogeneous porous media using microfluidics. Soft Matter. 8 (41), 10669 (2012).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using “flow focusing” in microchannels. Appl Phys Lett. 82 (3), 364 (2003).
- Gauteplass, J., Chaudhary, K., Kovscek, A. R., Fernø, M. A. Pore-level foam generation and flow for mobility control in fractured systems. Colloid Surface A. 468, 184-192 (2015).
- Kovscek, A. R., Radke, C. J. Gas bubble snap-off under pressure-driven flow in constricted noncircular capillaries. Colloid Surface A. 117 (1-2), 55-76 (1996).
- Géraud, B., Jones, S. A., Cantat, I., Dollet, B., Méheust, Y. The flow of a foam in a two-dimensional porous medium: FOAM FLOW IN A 2-D POROUS MEDIUM. Water Resour Res. 52 (2), 773-790 (2016).
- Lin, Y. -. J., et al. Examining Asphaltene Solubility on Deposition in Model Porous Media. Langmuir. 32 (34), 8729-8734 (2016).
- Bartolo, D., Degré, G., Nghe, P., Studer, V. Microfluidic stickers. Lab Chip. 8 (2), 274-279 (2008).
- Kenzhekhanov, S. . Chemical EOR process visualization using NOA81 micromodels. , (2017).
- Zhuang, Y. G., et al. Experimental Investigation of Asphaltene Deposition in a Transparent Microchannel. Proceedings of the 1st Thermal and Fluid Engineering Summer Conference. , (2016).
- Ma, K., Rivera, J., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Wettability control and patterning of PDMS using UV-ozone and water immersion. J Colloid Interf Sci. 363 (1), 371-378 (2011).
- Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane). Anal Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).
- Sollier, E., Murray, C., Maoddi, P., Di Carlo, D. Rapid prototyping polymers for microfluidic devices and high pressure injections. Lab Chip. 11 (22), 3752 (2011).
- Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices. Anal Chem. 75 (23), 6544-6554 (2003).
- Silvestrini, S., et al. Tailoring the wetting properties of thiolene microfluidic materials. Lab Chip. 12 (20), 4041 (2012).
- Wägli, P., Homsy, A., de Rooij, N. F. Norland optical adhesive (NOA81) microchannels with adjustable wetting behavior and high chemical resistance against a range of mid-infrared-transparent organic solvents. Sensor Actuat B-Chem. 156 (2), 994-1001 (2011).
- Hung, L. -. H., Lin, R., Lee, A. P. Rapid microfabrication of solvent-resistant biocompatible microfluidic devices. Lab Chip. 8 (6), 983 (2008).
