तेल वसूली अनुप्रयोगों के लिए छिद्रित मीडिया में निस्र्पक ताकना-पैमाने घटना प्रक्रियाओं के लिए Microfluidic उपकरणों
Summary
इस प्रक्रिया का लक्ष्य आसानी से और तेजी से अनुकूलन ज्यामिति और तेल वसूली अध्ययन के लिए कार्बनिक तरल पदार्थ द्वारा सूजन के लिए प्रतिरोध के साथ एक microfluidic डिवाइस का उत्पादन करने के लिए है । एक polydimethylsiloxane मोल्ड पहले उत्पन्न होता है, और फिर epoxy आधारित डिवाइस कास्ट करने के लिए इस्तेमाल किया. एक प्रतिनिधि विस्थापन अध्ययन रिपोर्ट है ।
Abstract
Microfluidic उपकरणों एक सूक्ष्म पैमाने पर परिवहन प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए बहुमुखी उपकरण हैं । एक मांग microfluidic उपकरणों है कि कम आणविक वजन के तेल घटकों के लिए प्रतिरोधी रहे है के लिए मौजूद है, पारंपरिक polydimethylsiloxane (PDMS) उपकरणों के विपरीत । यहां, हम इस संपत्ति के साथ एक युक्ति बनाने के लिए एक सतही विधि का प्रदर्शन, और हम ताकना-पैमाने पर तंत्र है जिसके द्वारा फोम कच्चे तेल ठीक जांच के लिए इस प्रोटोकॉल के उत्पाद का उपयोग करें । एक पैटर्न पहले कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन (सीएडी) सॉफ्टवेयर का उपयोग कर बनाया गया है और एक उच्च संकल्प प्रिंटर के साथ एक पारदर्शिता पर मुद्रित । यह पैटर्न तो एक लिथोग्राफी प्रक्रिया के माध्यम से एक photoresist को हस्तांतरित है । PDMS पैटर्न पर डाली है, एक ओवन में ठीक हो, और एक मोल्ड प्राप्त करने के लिए हटा दिया । एक thiol-िेने crosslinking बहुलक, सामांयतः एक ऑप्टिकल चिपकने वाला (OA) के रूप में इस्तेमाल किया, तो मोल्ड पर डाला और यूवी प्रकाश के तहत ठीक है । PDMS मोल्ड ऑप्टिकल चिपकने वाला कास्ट से दूर खुली है । एक गिलास सब्सट्रेट तो तैयार है, और डिवाइस के दो हिस्सों एक साथ बंधुआ रहे हैं । ऑप्टिकल चिपकने वाला आधारित उपकरणों पारंपरिक PDMS microfluidic उपकरणों की तुलना में अधिक मजबूत हैं । epoxy संरचना कई कार्बनिक सॉल्वैंट्स द्वारा सूजन के लिए प्रतिरोधी है, जो प्रकाश कार्बनिक तरल पदार्थ शामिल प्रयोगों के लिए नई संभावनाओं को खोलता है । इसके अतिरिक्त, इन उपकरणों की सतह गीला व्यवहार PDMS की तुलना में अधिक स्थिर है । ऑप्टिकल चिपकने वाला microfluidic उपकरणों के निर्माण सरल है, अभी तक PDMS आधारित उपकरणों के बनाने से मक़सद अधिक प्रयास की आवश्यकता है. इसके अलावा, हालांकि ऑप्टिकल चिपकने वाला उपकरणों कार्बनिक तरल पदार्थ में स्थिर हैं, वे कम बांड शक्ति एक लंबे समय के बाद प्रदर्शन कर सकते हैं । ऑप्टिकल चिपकने वाला microfluidic डिवाइस geometries में बनाया जा सकता है जो छिद्रित मीडिया के लिए 2-डी micromodels के रूप में कार्य करता है । इन उपकरणों के तेल विस्थापन के अध्ययन में लागू करने के लिए ताकना-बढ़ाया तेल वसूली और aquifer remediation में शामिल तंत्र की हमारी समझ में सुधार कर रहे हैं ।
Introduction
इस विधि के प्रयोजन के लिए कल्पना और बहु चरण, बहु घटक द्रव बातचीत और जटिल ताकना-छिद्रित मीडिया में पैमाने पर गतिशीलता का विश्लेषण है । तरल पदार्थ का प्रवाह और असुरक्षित मीडिया में परिवहन कई वर्षों के लिए ब्याज की गई है क्योंकि इन प्रणालियों तेल वसूली, aquifer remediation के रूप में कई उपसतह प्रक्रियाओं के लिए लागू कर रहे हैं, और हाइड्रोलिक fracturing1,2, 3 , 4 , 5. micromodels का उपयोग कर इन जटिल ताकना-संरचनाओं की नकल करने के लिए, अद्वितीय अंतर्दृष्टि ताकना-विभिंन द्रव चरणों और मीडिया6,7,8 के बीच सक्रिय स्तर की घटनाओं visualizing द्वारा प्राप्त कर रहे है ,9,10,11.
पारंपरिक सिलिका आधारित micromodels का निर्माण महंगा है, समय लगता है, और चुनौतीपूर्ण, अभी तक ऑप्टिकल चिपकने से micromodels का निर्माण एक अपेक्षाकृत सस्ती, तेजी से, और आसान विकल्प12,13प्रदान करता है, 14,15. अंय बहुलक आधारित micromodels के साथ तुलना में, ऑप्टिकल चिपकने वाला अधिक स्थिर सतह गीला गुण दर्शाती है । उदाहरण के लिए, polydimethylsiloxane (PDMS) micromodel सतहों जल्दी hydrophobic एक ठेठ विस्थापन प्रयोग के दौरान16हो जाएगा । इसके अलावा, PDMS के युवा मापांक है २.५ MPa जबकि ऑप्टिकल चिपकने का है ३२५ MPa13,17,18। इस प्रकार, ऑप्टिकल चिपकने वाला दबाव विकृति प्रेरित और चैनल विफलता के लिए कम प्रवण है । महत्वपूर्ण बात, ठीक ऑप्टिकल चिपकने वाला और अधिक कम आणविक वजन कार्बनिक घटकों, जो कच्चे तेल और प्रकाश सॉल्वैंट्स शामिल प्रयोगों की अनुमति देता है द्वारा सूजन के लिए प्रतिरोधी है18आयोजित किया जाएगा । कुल मिलाकर, ऑप्टिकल चिपकने वाले विस्थापन के लिए PDMS कच्चे तेल को शामिल करने के लिए एक बेहतर विकल्प है जब सिलिका आधारित micromodels नकारात्मक जटिल या महंगे है और उच्च तापमान और दबाव अध्ययन की आवश्यकता नहीं है ।
इस प्रकाशन में वर्णित प्रोटोकॉल ऑप्टिकल चिपकने वाला micromodels के लिए कदम दर कदम निर्माण निर्देश प्रदान करता है और सूक्ष्म चाल है कि तरल पदार्थ की छोटी मात्रा में हेरफेर में सफलता सुनिश्चित करने की रिपोर्ट । डिजाइन और शीतल लिथोग्राफी के साथ ऑप्टिकल चिपकने वाला आधारित micromodels के निर्माण पहले वर्णित है । फिर, द्रव विस्थापन रणनीति आमतौर पर जन प्रवाह नियंत्रकों के साथ अप्राप्य है कि अल्ट्रा कम प्रवाह दरों के लिए दिया जाता है । अगला, एक प्रतिनिधि प्रयोगात्मक परिणाम एक उदाहरण के रूप में दिया जाता है । इस प्रयोग से पता चलता है फोम स्थिरीकरण और कच्चे तेल और विषम छिद्रपूर्ण मीडिया की उपस्थिति में प्रचार प्रसार व्यवहार । अंत में, ठेठ छवि प्रसंस्करण और डेटा विश्लेषण की सूचना दी है ।
यहां प्रदान की विधि दृश्य मल्टी-चरण प्रवाह और सीमित microchannel रिक्त स्थान में बातचीत शामिल अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है । विशेष रूप से, इस विधि विशेषता माइक्रो-सुविधा रिज़ॉल्यूशन से अधिक 5 और कम से ७०० µm के लिए ऑप्टिमाइज़ किया गया है । ठेठ प्रवाह दर ०.१ के आदेश पर कर रहे है 1 मिलीलीटर/ कच्चे तेल या प्रकाश विलायक विस्थापन के परिवेशी स्थितियों में इन अनुकूलित मापदंडों के आदेश पर जलीय या गैसीय तरल पदार्थ के अध्ययन में, इस प्रोटोकॉल उपयुक्त होना चाहिए ।
Protocol
Representative Results
Discussion
ऑप्टिकल चिपकने micromodels में तेल वसूली प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए इस प्रोटोकॉल गैर की मजबूती के बीच एक संतुलन-बहुलक micromodels-जैसे कांच या सिलिकॉन के रूप में हमलों-और PDMS microfluidic उपकरणों के सतही निर्माण । कांच ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम (ह्यूस्टन, TX, संयुक्त राज्य अमेरिका) छिद्रित मीडिया में प्रक्रियाओं के लिए चावल विश्वविद्यालय कंसोर्टियम से वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं ।
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 |
Riferimenti
- 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).
