다공성 매체에 있는 기 공-규모 이벤트 프로세스 오일 복구 응용 프로그램에 대 한 특성화를 위한 미세 장치
Summary
이 절차의 목표는 쉽고 빠르게 사용자 정의 형상과 저항 유기 액체 기름 복구 연구 하 여 붓기와 미세 장치를 생산 하는입니다. 입니다 형 처음 생성 이며 에폭시 기반 장치를 캐스팅 하는 데 사용 합니다. 대표 변위 연구 보고 됩니다.
Abstract
미세 소자 공부 미세한 규모에서 전송 프로세스에 대 한 다양 한 도구가 있습니다. 수요는 전통적인입니다 (PDMS) 장치에 달리는 낮은 저항 분자 무게 기름 구성 요소 미세 장치에 대 한 존재합니다. 여기,이 속성을 가진 장치를 만들기 위한 손쉬운 방법을 설명 하 고 복구 원유는 거품에 의해 기 공-규모 메커니즘을 조사 하기 위한이 프로토콜의 제품 사용. 패턴은 처음 설계 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용 하 여 투명도 고해상도 프린터에 인쇄. 이 패턴 리소 그래피 절차를 통해 한 감광 다음 전송 됩니다. PDMS 패턴에 캐스팅, 오븐, 치료 이며 몰드를 제거 합니다. Thiol ene 가교 폴리머, 광학 접착제 (OA)로 일반적으로 사용 되는 금형에 부 어 그리고 UV 빛에서 치료는. PDMS 몰드는 광학 접착제 캐스트에서 벗 겨. 유리 기판 다음 준비 하 고 장치의 두 개의 반쪽 함께 보 세. 광학 접착제 기반 장치는 기존의 PDMS 미세 소자 보다 더 강력한. 에폭시 구조는 빛 유기 액체를 포함 하는 실험에 대 한 새로운 가능성을 열고 있는 많은 유기 용 매에 의해 붓기. 또한,이 소자의 표면 습윤 동작 PDMS의 그것 보다 더 안정적입니다. 광학 접착제 미세 소자의 건설은 간단, 아직 PDMS 기반 장치의 제작 보다 점차적으로 더 많은 노력을 요구 한다. 또한, 광학 접착제 장치는 유기 액체에서 안정, 오랜 시간 후 감소 본드 강도 전시 수 있습니다 그들은. 다공성 미디어에 대 한 2 차원 micromodels 역할을 형상에 광학 접착제 미세 소자를 만들 수 있습니다. 이 장치는 향상 된 오일 회수 및 대수층 치료에 관련 된 기 공-규모 메커니즘에 대 한 우리의 이해를 향상 시키기 위해 석유 변위의 연구에 적용 됩니다.
Introduction
이 방법의 목적은 시각화 하 고 다중 위상, 다 성분 액체 상호 작용 및 다공성 매체에 있는 복잡 한 기 공-스케일 역학 분석. 유체 흐름 및 다공성 매체에 있는 수송의 많은 년 동안 이러한 시스템 기름 복구, 대수층 수정, 유압 골절1,2, 등 여러 가지 표면 처리에 적용 되는 때문에 3 , 4 , 5. 이러한 복잡 한 기 공 구조를 모방 하기 위해 micromodels를 사용 하 여, 독특한 통찰력 다른 액체 단계와 미디어6,,78 사이 공 수준 동적 이벤트 시각화에 의해 주어진 다 9,,1011.
전통적인 실리 카 기반 micromodels의 제조는 비싼, 시간이 소모 및 도전, 아직 상대적으로 저렴 한, 빠르고 쉽게 대체12,13, 제공 하는 광학 접착제에서 micromodels 건설 , 1415. 다른 폴리머 기반 micromodels와 비교해, 광학 접착제 보다 안정적인 표면 젖 음 특성을 전시 한다. 예를 들어입니다 (PDMS) micromodel 표면 될 것입니다 신속 하 게 소수 일반적인 변위 실험16의 과정. 또한, PDMS의 영의 계수는 반면 광학 접착제의 325 MPa13,,17182.5 MPa 이다. 따라서, 광학 접착제는 덜 유발된 변형 및 채널 실패 압력 하 경향이 있다. 중요 한 것은, 치료 광학 접착제는 훨씬 더 낮은 분자량 유기 구성 요소, 붓기 원유 및 실시18수 빛 용 매를 포함 하는 실험을 수 있는. 전반적으로, 광학 접착제 실리 카 기반 micromodels는 엄청나게 복잡 하거나 비싼 하 고 높은 온도 압력 연구 필요 하지 않은 원유를 포함 하는 변위 연구에 대 한 PDMS에 우수한 대안 이다.
이 책에서 설명한 프로토콜 광학 접착제 micromodels에 대 한 단계별 제조 지침을 제공 하 고 작은 양의 체액의 조작에 성공을 보장 하는 미묘한 속임수를 보고 합니다. 설계 및 제조와 소프트 리소 그래피 광학 접착제 기반된 micromodels의 처음 설명 이다. 다음, 유체 변위 전략은 일반적으로 질량 유량 컨트롤러와 달성 하지 않은 매우 낮은 흐름 속도 대 한 주어 집니다. 다음으로, 대표적인 실험 결과 예를 들어 주어 집니다. 이 실험 밝혀 거품 불안 및 전파 동작 원유 및 이기종 다공성 미디어의 존재입니다. 마지막으로, 일반적인 이미지 프로세싱 및 데이터 분석 보고 됩니다.
방법을 제공 여기 다 상 흐름 및 한정 된 아닌 공간에서 상호 작용 하는 어플리케이션에 대 한 적절 한입니다. 특히,이 메서드는 특성 마이크로 기능 해상도 5 보다 최적화 되어 있으며 700 µ m. 전형적인 흐름 속도 0.1 ~ 1 mL/h의 순서. 원유 또는 수성 기체 유체 주변 조건에서 이러한 최적화 된 매개 변수 순서에 의해 가벼운 솔벤트 변위의 연구,이 프로토콜은 적절 한 해야 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
광학 접착제 micromodels에서 기름 복구 프로세스를 공부이 프로토콜 비 고분자 micromodels-유리 또는 실리콘-, PDMS 미세 소자의 손쉬운 제작 등의 견고성 사이의 균형을 친다. Micromodels 유리 또는 광학 접착제, 달리 PDMS 장치 빛 유기 종에 저항을 부족 합니다. PDMS micromodels가 없습니다 또한 많은 실험을 위한 이상적인 있기 때문에이 소자의 표면에는 불안정 한 일로 속성이 폴리머 매트릭스19…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 다공성 매체 (휴스턴, 텍사스, 미국)에서 프로세스에 대 한 라이스 대학 컨소시엄에서 재정 지원을 인정 한다.
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).
