微流体器件用于表征多孔介质中的孔隙尺度事件过程, 用于采油应用
Summary
这一过程的目的是容易和迅速地产生一个可定制的几何和耐膨胀的有机流体的微流控油回收研究。首先生成一个烷模具, 然后用它来铸造氧设备。有代表性的位移研究报告。
Abstract
微流控设备是一种用于研究微观尺度的运输过程的多功能工具。不像传统的烷 (聚氧烷) 器件, 对低分子量的油成分具有抗微流控装置的需求。在这里, 我们演示了一种简便的方法, 使设备的这一属性, 我们使用该协议的产品, 以检查的孔隙规模机制, 泡沫恢复原油。模式首先使用计算机辅助设计 (CAD) 软件设计, 并在高分辨率打印机的透明度上打印。然后通过光刻过程将这种模式转移到光刻胶中。在图案上浇铸, 在烤箱中固化, 然后取下以获得霉菌。一种硫醇烯交联聚合物, 通常用作光学粘合剂 (OA), 然后浇在模具上, 在紫外线照射下固化。该模具被剥离的光学粘合剂铸造。然后准备一个玻璃基板, 并将该设备的两个半部分粘合在一起。光学 adhesive-based 器件比传统的硅橡胶微流控器件具有更强的鲁棒性。环氧树脂结构是耐膨胀的许多有机溶剂, 这为实验提供了新的可能性, 涉及轻有机液体。此外, 这些器件的表面润湿性比硅橡胶更稳定。光学粘接微流控装置的建设是简单的, 但需要更多的努力比 PDMS-based 设备的制造。此外, 虽然光学粘接装置在有机液体中是稳定的, 但在很长一段时间后, 它们可能会表现出较低的粘结强度。光学粘接微流体器件可以在几何中做为多孔介质的2维微观。这些装置被应用于研究石油驱替, 以提高我们对提高石油采收率和含水层修复所涉及的孔隙规模机制的认识。
Introduction
该方法的目的是在多孔介质中对多相、多组分流体相互作用和复杂的孔隙尺度动力学进行可视化和分析。多孔介质中的流体流动和输送多年来一直引起关注, 因为这些系统适用于一些地下过程, 如石油回收、含水层修复和水力压裂1,2,3,4,5. 使用微观模拟这些复杂的孔隙结构, 通过可视化不同流体相之间的孔隙级动态事件和媒体6、7、8来获得独特的洞察力,9,10,11。
传统的硅微观的制造成本昂贵, 耗时, 而且具有挑战性, 但从光学粘合剂构建微观提供了一个相对便宜, 快速, 方便的替代12,13, 14,15。与其它聚合物微观相比, 光学胶粘剂具有更稳定的表面润湿性能。例如, 在典型的位移实验16过程中, 烷 (模型) 的表面会很快变得疏水性。此外, 该杨氏模量为 2.5 mpa, 而光学胶粘剂的弹性模量为325兆帕斯卡13,17,18。因此, 光学胶粘剂不易受压力引起的变形和通道失效。重要的是, 固化的光学胶粘剂是更抗膨胀的低分子量有机成分, 这使得实验涉及原油和轻溶剂进行18。整体而言, 光学胶粘剂是一种优越的替代品, 以硅的位移研究, 涉及原油时, 微观是令人望而却步的复杂或昂贵和高温和压力的研究是不需要的。
本出版物所述的协议提供了光学胶粘剂微观的 step-by 步骤制作说明, 并报告了确保在操作少量流体方面成功的微妙技巧。首先介绍了基于软光刻的光学胶粘剂的设计与制作微观。然后, 给出了流量控制的超低流速的流体置换策略。然后给出了一个典型的实验结果。本实验揭示了原油和异质多孔介质存在下泡沫失稳和传播行为。最后, 报道了典型的图像处理和数据分析。
本文所提供的方法适用于封闭微通道空间中涉及多相流和相互作用的可视化应用。具体地说, 该方法针对大于5和小于700µm 的特征微特征分辨率进行了优化. 典型流速为0.1 到1毫升/小时。在研究原油或光溶剂在水中或气态流体的位移时, 根据这些优化参数在环境条件下的顺序, 本协议应该是适当的。
Protocol
Representative Results
Discussion
本协议研究光学胶粘剂中的油回收过程, 微观在 non-polymeric 微观 (如玻璃或硅) 的鲁棒性和微流体器件的简易制造之间取得了平衡。与玻璃或光学粘合剂制成的微观不同的是, 该设备缺乏对光有机物种的抵抗力。由于这些器件的表面具有不稳定的润湿性能, 而且聚合物基体可渗透到气体19, 因此, 微观也不太适合进行许多实验。相比之下, 光学胶粘剂的润湿性比硅橡胶更稳定, 而且对?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢赖斯大学在多孔介质 (休斯敦, TX, 美国) 过程中的资金支持。
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 |
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