מכשירי Microfluidic אפיון תהליכים אירוע בקנה מידה נקבובית בתקשורת נקבובי עבור יישומים התאוששות שמן
Summary
המטרה של הליך זה היא לייצר בקלות, במהירות מכשיר microfluidic עם גאומטריה להתאמה אישית והתנגדות נפיחות על ידי נוזלים אורגניים ללימודי שחזור שמן. תבנית polydimethylsiloxane שנוצר first, ואז השתמש להטיל את המכשיר על בסיס אפוקסי. הזחה נציג מחקר הוא דיווח.
Abstract
Microfluidic התקנים הן כלי רב-תכליתי ללמוד תחבורה תהליכים בקנה מידה מיקרוסקופי. דרישה קיימת עבור התקנים microfluidic שרכיבי שמן הם עמידים בפני נמוך משקל מולקולרי, בניגוד התקנים המסורתי polydimethylsiloxane (PDMS). כאן, נדגים שיטה נתיישב להפיכת התקנים עם מאפיין זה ולהשתמש אנחנו התוצר של פרוטוקול זה לבחינת המנגנון בקנה מידה נקבובית מאת נפט גולמי משחזרת איזה קצף. דפוס ראשון נועד באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD) מודפס על שקיפות עם מדפסת ברזולוציה גבוהה. דפוס זה מועבר מכן photoresist באמצעות הליך ליתוגרפיה. PDMS היא להטיל על התבנית, נרפא בתנור, להסיר כדי לקבל תבנית. פולימר crosslinking תיול-ene, נפוץ כמו דבק אופטי (OA), ואז שפכו אל העובש, נרפא תחת אור UV. כייר PDMS מעלה, לקלף מן השחקנים דבק אופטי. מצע זכוכית ואז מכינים, שני החצאים של המכשיר נדבקות. מכשירים מבוססי דבק אופטי הם עמידים יותר מאשר מכשירים microfluidic PDMS המסורתי. המבנה אפוקסי עמיד בפני נפיחות על ידי ממיסים אורגניים רבים, אשר פותח אפשרויות חדשות לניסויים מעורבים אור נוזלים אורגניים. בנוסף, אופן הפעולה של פני השטח wettability של התקנים אלה הוא יציב יותר מזו של PDMS. הבנייה של התקנים אופטיים microfluidic דבק היא פשוטה, עדיין דורש מצטבר יותר מאמץ מאשר ביצוע של מכשירים מבוססי PDMS. כמו כן, על פי התקנים אופטיים דבק יציבים נוזלים אורגניים, הם עשוי להפגין בונד מופחתת-כוח אחרי הרבה זמן. התקנים אופטיים microfluidic דבק יכול להתבצע בגיאומטריות לשמש micromodels דו-ממדי עבור מדיה נקבובי. התקנים אלה מוחלים במחקר של שמן הזחה לשפר את ההבנה שלנו של המנגנונים נקבובית בקנה מידה מעורב שמן משופר שחזור ואקוויפר תיקונים.
Introduction
מטרת שיטה זו היא להמחיש וניתוח אינטראקציות נוזלים שלב מרובה, מרובה רכיבים ואת הדינמיקה מורכבת נקבובית בקנה מידה בתקשורת נקבובי. זרימת נוזל ותעבורה בתקשורת נקבובי היה עניין במשך שנים רבות כי מערכות אלו חלים מספר תהליכי מהסבא כגון שמן השחזור, אקוויפר תיקונים הידראולי שבירה1,2, 3 , 4 , 5. שימוש micromodels כדי לחקות הנקבובית-מבנים מורכבים אלה, תובנות ייחודיות שרכשו דמיין נקבובית ברמת אירועים דינמיים בין השלבים נוזלים שונים של מדיה6,7,8 ,9,10,11.
הזיוף של micromodels מסורתיים מבוססי-סיליקה הוא יקר, זמן רב, ומאתגר, אך בניית micromodels של דבק אופטי מציע זול יחסית, מהיר וקל חלופי12,13, 14,15. לעומת אחרים micromodels מבוסס פולימר, דבק אופטי מוצגים מאפייני להרטיב משטח יציב יותר. לדוגמה, משטחים דגם נייר polydimethylsiloxane (PDMS) עלול להפוך במהרה הידרופובי במהלך ניסוי טיפוסי הזחה16. יתר על כן, האלסטיות של PDMS הוא 2.5 MPa ואילו זה של דבק אופטי 325 MPa13,17,18. לכן, דבק אופטי הוא נוטה פחות לחץ כשל דפורמציה וערוץ המושרה. חשוב, נרפא דבק אופטי הוא הרבה יותר עמיד בפני נפיחות על ידי רכיבים אורגניים של משקל מולקולרי נמוך, אשר מאפשרת ניסויים מעורבים נפט גולמי ו ממיסים אור להיות מתנהל18. באופן כללי, אופטי דבק היא אלטרנטיבה מעולה PDMS עבור הזחה מחקרים שכללו נפט גולמי כאשר מבוסס-סיליקה micromodels מורכב או יקר מדי, מחקרים טמפרטורה ולחץ גבוהים אינם נדרשים.
פרוטוקול המתוארים בפרסום זה מספק את הוראות שלב אחר שלב ייצור micromodels דבק אופטי ודוחות את הטריקים עדין המבטיחים הצלחה המניפולציה של כמויות קטנות של נוזלים. ייצור של micromodels אופטי מבוסס דבק עם הדפס אבן רכה ועיצוב מתוארת לראשונה. לאחר מכן, האסטרטגיה הזחה נוזלים ניתנת על המחירים תזרים נמוך במיוחד, כי הם בדרך כלל בלתי ניתנת להשגה עם בקרי זרימת מסה. בשלב הבא, תוצאה ניסיוני נציג ניתנת כדוגמה. ניסוי מגלה קצף הקשורה והתפשטות התנהגות זו בנוכחות נפט גולמי ומדיה נקבובי הטרוגנית. לבסוף, עיבוד תמונה אופיינית וניתוח נתונים הוא דיווח.
השיטה ניתן כאן מתאים ליישומים ויזואליזציה מעורבים שלב רב זרימה ואינטראקציות בחללים סגורים microchannel. באופן ספציפי, שיטה זו ממוטבת עבורו החלטות מיקרו-תכונה אופיינית גדול מ- 5, פחות מ-700 מיקרומטר. זרימה טיפוסי תעריפי הסדר 0.1 עד 1 mL/h. במחקרים של נפט גולמי או עקירה הממס אור על ידי נוזלים מימית או גזי הסדר הפרמטרים האלה וממליצה על תנאי הסביבה, פרוטוקול זה צריך להיות מתאים.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה לימוד תהליכי התאוששות שמן micromodels דבק אופטי מכה איזון בין החוסן של micromodels שאינם פולימריים – כגון זכוכית או סיליקון – הזיוף נתיישב המכשירים microfluidic PDMS. בניגוד micromodels עשוי זכוכית או דבק אופטי, PDMS התקנים חוסר ההתנגדות למינים אורגני אור. PDMS micromodels אינם גם אידיאלי עבור ניסויים רבים כי …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו להכיר התמיכה הכלכלית של האיחוד אוניברסיטת רייס עבור תהליכים בתקשורת נקבובי (יוסטון, TX, ארצות הברית).
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).
