Gözenek çaplı olay süreçleri gözenekli ortamda petrol kurtarma uygulamaları için karakterize için mikrosıvısal aygıtlar
Summary
Bu yordamı, kolay ve hızlı bir mikrosıvısal aygıt ile özelleştirilebilir geometri ve petrol kurtarma çalışmaları için organik sıvılar tarafından şişme direnç üretmek için hedeftir. Bir polydimethylsiloxane kalıp ilk oluşturulan ve epoksi esaslı aygıt döküm için kullanılır. Bir temsilci deplasman çalışma bildirilmektedir.
Abstract
Mikrosıvısal aygıtları taşıma işlemleri mikroskobik ölçekte çalışmak için çok yönlü araçlardır. Bir talep mikrosıvısal cihazlar için geleneksel polydimethylsiloxane (PDMS) cihazlar aksine o dirençli düşük molekül ağırlıklı yağ bileşenleri bulunmaktadır. Burada, biz bu özelliği olan bir cihaz yapmak facile bir yöntem göstermek ve hangi köpük kurtarır ham petrol tarafından gözenek ölçekli mekanizmaları incelemek için bu protokolü ürün kullanıyoruz. Bir desen ilk bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımıyla ve şeffaflık yüksek çözünürlüklü bir yazıcıda yazdırılan tasarlanmıştır. Bu desen sonra bir fotorezist litografi yordam aktarılır. PDMS üzerinde desen döküm, fırın tedavi ve bir kalıp elde etmek için kaldırıldı. Yaygın olarak kullanılan optik bir yapıştırıcı (OA), thiol-Doğu crosslinking polimer, sonra kalıp dökülür ve UV ışığı altında tedavi. PDMS kalıp uzak optik yapışkanlı döküm soyulmuş. Cam alt katman sonra hazırlanır ve cihazın iki yarısı birlikte bağlı. Optik aygıtlar bazlı tutkal daha geleneksel PDMS mikrosıvısal aygıtları daha sağlam. Epoksi yapısı tarafından birçok organik çözücüler, hafif organik sıvılar içeren deneyler için yeni olanaklar açar şişlik için dayanıklıdır. Ayrıca, yüzey wettability bu cihazların PDMS daha istikrarlı bir davranıştır. Optik yapışkanlı mikrosıvısal cihazların inşaat basit, henüz PDMS tabanlı cihazlar yapımında daha artımlı olarak daha fazla çaba gerektirir. Ayrıca, onlar optik yapışkanlı aygıtlar organik sıvı istikrarlı olmasına rağmen uzun bir süre sonra indirimli bond mukavemetli sergileyebilirler. Optik yapışkanlı mikrosıvısal aygıtları gözenekli medya için 2-B micromodels olarak hareket geometrileri yapılabilir. Bu cihazlar gözenek ölçekli mekanizmaları gelişmiş petrol kurtarma ve akifer düzeltme dahil anlayışımızı geliştirmek için petrol deplasman çalışmada uygulanır.
Introduction
Bu yöntemin amacı görselleştirmek ve Çoklu faz, çok bileşenli sıvı etkileşimleri ve gözenekli medya karmaşık gözenek ölçekli dinamiklerini analiz etmektir. Bu sistemler petrol kurtarma, akifer düzeltme ve hidrolik kırılma1,2, gibi çeşitli yeraltı işlemler için geçerli olduğu için sıvı akış ve taşıma gözenekli medya ilgi uzun yıllar olmuştur 3 , 4 , 5. micromodels bu karmaşık gözenek yapıları taklit etmek için kullanarak, benzersiz anlayışlar gözenek düzeyinde dinamik olay farklı sıvı aşamaları ve medya6,7,8 arasında görselleştirme tarafından elde edilir ,9,10,11.
Geleneksel silis tabanlı micromodels imalatı pahalı, zaman alıcı ve zor, henüz micromodels optik yapıştırıcı üzerinden inşa sunan nispeten ucuz, hızlı ve kolay alternatif12,13, 14,15. Diğer polimer esaslı micromodels ile karşılaştırıldığında, optik yapıştırıcı daha istikrarlı yüzey ıslatma özellikler sergiler. Örneğin, polydimethylsiloxane (PDMS) micromodel yüzeyler hızlı bir şekilde tipik deplasman deneme16süresince hidrofobik olacak. Ayrıca, Young katsayısı PDMS, 2.5 MPa ise bu optik yapıştırıcı 325 MPa13,17,18‘ dir. Böylece, optik yapıştırıcı indüklenen deformasyon ve kanal hatası baskı yapmak daha az eğilimli. Önemlisi, tedavi optik yapıştırıcı ham petrol ve yürütülen18olmak ışık çözücüler içeren deneyler sağlayan düşük moleküler ağırlıklı organik bileşenleri tarafından şişme için çok daha dayanıklıdır. Genel olarak, optik yapıştırıcı silis tabanlı micromodels aşırı derecede karmaşık ya da pahalı ve yüksek sıcaklık ve basınç çalışmalar gerekli değildir ham petrol içeren yer değiştirme çalışmaları için PDMS bir üstün alternatiftir.
Bu yayında açıklanan protokol optik yapışkanlı micromodels için adım adım fabrikasyon yönergeler sağlar ve küçük miktarlarda sıvı manipülasyon başarı sağlamak ince hileler bildirir. Tasarım ve üretim optik yapışkanlı tabanlı micromodels yumuşak litografi ile ilk açıklanan. Sonra sıvı deplasman stratejisi kütle akış denetleyicileriyle yaygın olarak ulaşılamaz Ultra düşük akış oranları için verilir. Daha sonra bir temsilcisi deneysel sonuç örnek olarak verilir. Bu deney ortaya köpük istikrarsızlık ve yayılma davranış ham petrol ve türdeş olmayan gözenekli medya huzurunda. Son olarak, tipik görüntü işleme ve veri analizi bildirilmektedir.
İşte Multi-Phase akışı ve sınırlı microchannel alanlarda etkileşimleri içeren görselleştirme uygulamalar için uygun yöntem sağladı. Özellikle, bu yöntem 5’ten büyük karakteristik mikro-özellik çözünürlükler için optimize edilmiştir ve daha az 700 µm. tipik akışı oranları 0.1-1 mL/h satılabilir. Ham petrol veya sulu veya gaz halinde olan yakıtlar sıvı ortam koşulları, en iyi duruma getirilmiş bu parametreler sırasını tarafından ışık solvent deplasman çalışmalarda, bu protokole uygun olmalıdır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Petrol kurtarma işlemlerinde optik yapışkanlı micromodels çalışmak için bu protokolü polimer micromodels-cam veya silikon- ve PDMS mikrosıvısal aygıtları facile imalatı gibi sağlamlığı arasında bir denge vurur. Cam veya optik yapışkan yapılmış micromodels farklı olarak, direnç hafif organik türler için PDMS aygıtları eksikliği. PDMS micromodels da çünkü bu cihazların yüzeyler kararsız ıslatma özellikleri vardır ve polimer matris19gaz geçirgen birçok deney …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Rice Üniversitesi Konsorsiyumu gözenekli medya (Houston, TX, ABD) işlemler için mali destekten anıyoruz.
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).
