Microfluidic приборы для характеризующие поры масштаба событий процессов в пористых средах для восстановления приложений нефти
Summary
Цель этой процедуры заключается в том, легко и быстро производить microfluidic устройство с настраиваемым геометрии и сопротивление опухоль, органические жидкости для исследования нефти восстановления. Полидиметилсилоксан плесени сначала создается и затем используется для приведения устройства на основе эпоксидной смолы. Представитель перемещения исследование сообщается.
Abstract
Microfluidic приборы являются универсальные инструменты для изучения транспортных процессов в микроскопическом масштабе. Существует спрос для microfluidic приборы, устойчивы к низким молекулярным весом нефти компоненты, в отличие от традиционных полидиметилсилоксан (PDMS) устройства. Здесь мы демонстрируем снисходительный метод для создания устройства с этим свойством, и мы используем продукт этого протокола для изучения механизмов поры масштаба, который восстанавливает пены сырой нефти. Шаблон разработан сначала с помощью программного обеспечения компьютерного проектирования (CAD) и напечатаны на прозрачности с высоким разрешением принтера. Затем этот шаблон передается фоторезиста через процедуру литографии. PDMS бросили на шаблоне, вылечить в духовке и удаляется для получения формы. Тиоловых Эне сшивки полимера, широко используется в качестве оптических клей (OA), затем вылил на плесень и вылечить под ультрафиолетовым светом. Плесень PDMS очищенные от оптических клей актеров. Затем готовится стеклянной подложке, и две половинки устройства связаны вместе. Оптические устройства, основанные на клей более надежна, чем традиционные PDMS microfluidic приборы. Эпоксидный состав устойчив к опухоль многих органических растворителях, которая открывает новые возможности для экспериментов с легких органических жидкостей. Кроме того поведение смачиваемость поверхности этих устройств является более стабильным, чем PDMS. Строительство оптических клей microfluidic приборы проста, но требует постепенно больше усилий, чем изготовление устройств на базе PDMS. Кроме того хотя оптические клей устройства являются стабильными в органических жидкостях, они могут проявлять снижение прочности после долгого времени. Оптическая клей microfluidic приборы могут производиться в геометрии, которые действуют как 2-D micromodels для пористых средах. Эти устройства применяются в исследовании вытеснения нефти для улучшения нашего понимания поры масштаба механизмов, участвующих в нефти восстановления и водоносного горизонта рекультивации.
Introduction
Этот метод предназначен для визуализации и анализа многоэтапная, многокомпонентной жидкости взаимодействий и динамика сложных поры в пористых средах. Потока жидкости и транспорта в пористых средах были интерес на протяжении многих лет потому, что эти системы применимы несколько глубинные процессы, такие как добыча нефти, рекультивации водоносного горизонта и гидравлические ГРП1,2, 3 , 4 , 5. Использование micromodels для имитации этих сложных поры структур, уникальные идеи достигаются посредством визуализации динамических событий порового уровня между различными этапами жидкости и СМИ6,,78 ,9,10,11.
Изготовление традиционных на основе силики micromodels дорогой, трудоемким и сложным, но строительство micromodels от оптических клей предлагает альтернативные сравнительно недорогой, быстрый и простой в12,13, 14,15. По сравнению с другими на основе полимеров micromodels, оптические клеи экспонаты более стабильные свойства смачивание поверхности. К примеру полидиметилсилоксан (PDMS) micromodel поверхности быстро станет гидрофобные в течение типичного перемещения эксперимент16. Кроме того Юнга PDMS является 2,5 МПа, в то время как оптических клея это 325 МПа13,,17–18. Таким образом оптические клеи менее подвержен давление индуцированных деформации и канала недостаточность. Важно отметить, что вылечить оптических клей гораздо более устойчивы к опухоль, низкомолекулярных органических компонентов, который позволяет эксперименты с сырой нефти и легких растворители, быть проведены18. В целом, оптические клей является лучшей альтернативой для PDMS для перемещения исследований с участием сырой нефти, когда на основе силики micromodels чрезмерно сложных или дорогостоящих и не требуются высокие температуры и давления исследования.
Протокол, описанные в настоящем издании инструкции шаг за шагом изготовление для оптических клей micromodels и сообщает тонкие хитрости, которые обеспечивают успех в манипуляции небольших количеств жидкости. Проектирование и изготовление оптических клей на основе micromodels с мягкой литографии впервые описал. Затем стратегия перемещения жидкости предоставляется сверхмалого расхода, которые часто недостижимой с регуляторами массового расхода. Далее представитель экспериментальный результат приводится в качестве примера. Этот эксперимент показывает пены дестабилизации и распространения поведение в присутствии сырой нефти и неоднородных пористых сред. Наконец типичный образ обработки и анализа данных по сообщениям.
Метод предоставляет здесь подходит для визуализации приложений с участием многофазных потоков и взаимодействия в микроканальные замкнутых пространствах. В частности этот метод оптимизирован для характерных микро функция резолюций больше 5 и менее 700 мкм. типичный расхода составляет порядка 0,1 до 1 мл/ч. В исследованиях сырой нефти или водоизмещение растворителей, водный или газообразной жидкости порядка эти оптимизируемых параметров в условиях окружающей среды этот протокол должен быть соответствующим.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол для изучения процессов восстановления нефти в оптических клей micromodels устанавливает баланс между надежностью-полимерные micromodels – такие как стекло или кремния – и снисходительный изготовление PDMS microfluidic приборы. В отличие от micromodels, сделанные из стекла или оптические клеи P…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы признаем финансовую поддержку от консорциума университетов риса для процессов в пористых средах (Хьюстон, Техас, США).
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).
