Mikrofluidische Geräte zur Charakterisierung von Pore angelegte Veranstaltung Prozesse in porösen Medien für Öl-Recovery-Anwendungen

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, schnell ein mikrofluidisches Gerät mit anpassbarer Geometrie für den Einsatz in Ölgewinnungsstudien herzustellen. Diese Methode ermöglicht es uns, Mehrphasenströmungen in porösen Medien zu untersuchen. Durch den Einsatz von mikrofluidischen Systemen, um diese Art von komplexen Strömungen tatsächlich visualisieren zu können, können wir bessere Methoden zur verbesserten Ölgewinnung für große Lagerstättensysteme entwickeln.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie es uns ermöglicht, schnell Daten und verschiedene Methoden zur verbesserten Ölgewinnung auf sichere und kostengünstige Weise zu sammeln. Diese Methode kann Einblicke in verbesserte Ölgewinnungsmechanismen geben. Es kann auch auf andere Systeme wie die CO2-Sequestrierung und die Grundwassersanierung angewendet werden.

Entwerfen Sie zunächst mit Hilfe einer CAD-Software eine Fotomaske, die aus einem rechteckigen Kanal besteht, der mit einer Reihe von Pfosten gefüllt ist. Belichten Sie dieses Muster auf einem Silikonwafer, der mit 20 Mikrometern Fotolack beschichtet ist. Und verwenden Sie diesen Master, um eine PDMS-Form zu erstellen, wie im begleitenden Textprotokoll beschrieben.

Legen Sie das saubere PDMS-Formmuster mit der Seite nach oben in den Boden einer staubfreien 150-Millimeter-Petrischale aus Kunststoff. Lassen Sie das PDMS 10 Sekunden lang auf dem Kunststoff haften und schützen Sie dann die Oberfläche des PDMS mit durchsichtigem Kunststoffband. Der Vorgang kann an dieser Stelle pausiert werden.

Entfernen Sie dann das Klebeband von der Modelloberfläche und gießen Sie optischen Klebstoff bis zu einer Tiefe von etwa 0,9 Zentimetern über der Oberseite der Form in die Schale. Verwende ein Wattestäbchen, um die entstehenden Blasen vorsichtig zu entfernen. härten Sie nun den optischen Klebstoff mit einem UV-Lichthärtungssystem aus, wie im beigefügten Textprotokoll beschrieben.

Brechen Sie anschließend mit einem Teppichmesser den optischen Klebstoff vorsichtig aus der Form. Verwenden Sie dann eine robuste Schere, um überschüssigen optischen Klebstoff vom Rand des Designs zu entfernen. Ziehen Sie die PDMS-Form langsam vom optischen Klebepuck ab.

Erstellen Sie mit einem 1-Millimeter-Biopsiestanzer einen Einlass, einen Auslass und Abflusslöcher im Gerät. Verwenden Sie abschließend durchsichtiges Klebeband, um die gemusterten Teile des optischen Klebstoffs und der PDMS-Oberflächen zu schützen. Legen Sie einen neuen Objektträger auf einen Spin Coater und tragen Sie einen Millimeter optischen Klebstoff auf den Objektträger auf.

Schleudern Sie die Folie in zwei Schritten. Drehen Sie es zuerst fünf Sekunden lang mit 500 U/min und erhöhen Sie dann die Drehzahl auf 4000 und drehen Sie es 20 Sekunden lang. Übertragen Sie das Substrat schnell auf die UV-Lichtbehandlung und härten Sie die dünne optische Klebeschicht unter dem UV-Licht 30 Sekunden lang teilweise aus.

Legen Sie anschließend den optischen Klebstoff mit dem Abgussmuster nach oben und das Substrat mit der beschichteten Seite nach oben in einen Sauerstoff-Plasmareiniger. Ziehen Sie ein Vakuum auf 540 Millitorr. Und dann behandeln Sie die Oberfläche 20 Sekunden lang mit Plasma.

Wenn Sie fertig sind, entfernen Sie die Stücke und drücken Sie die beiden behandelten Oberflächen fest zusammen, bis alle unerwünschten Lufteinschlüsse minimiert oder entfernt wurden. Legen Sie das Gerät dann wieder unter das UV-Licht und härten Sie es 20 Minuten lang vollständig aus. Stellen Sie das Gerät anschließend 18 Stunden lang auf eine heiße Platte, die auf 50 Grad Celsius erhitzt wird.

Wenn Sie fertig sind, führen Sie sechs Zoll lange Segmente aus Polyethylenschläuchen mit einem Innendurchmesser von 0,58 Millimetern in jeden der Anschlüsse am Gerät ein. Fügen Sie dann ein Schnellverbindungs-Epoxidharz hinzu, um den Schlauch an Ort und Stelle zu halten. Befestigen Sie das mikrofluidische Gerät mit Klebeband an einem inversen Mikroskop, das mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ausgestattet ist.

Wählen Sie ein 4-faches Ziel und konzentrieren Sie sich auf einen Interessenbereich. Hier wird der Einlassbereich des Gerätes angezeigt. Laden Sie dann drei Milliliter Roh- oder Modalöl in eine 10-Milliliter-Glasspritze, die mit einer industriellen 23-Gauge-Dosierspitze ausgestattet ist.

Befestigen Sie die Spritze an der Halterung der Spritzenpumpe und stellen Sie den entsprechenden Durchmesserwert in den Einstellungen der Spritzenpumpe ein. Laden Sie als Nächstes einen Milliliter der Verdrängerflüssigkeit in eine Drei-Milliliter-Kunststoffspritze, die mit einer industriellen 23-Gauge-Dosierspitze ausgestattet ist. Befestigen Sie die Spritze in der Halterung der Spritzenpumpe und stellen Sie erneut den entsprechenden Durchmesserwert in den Einstellungen der Spritzenpumpe ein.

Verbinden Sie die Verdrängerflüssigkeit mit dem Einlass des Geräts, indem Sie die Nadelspitze in den Schlauch einführen. Schließen Sie dann die ölgefüllte Spritze an ihren Anschluss an. Beginnen Sie mit dem Fließen des Öls in die Auslassöffnung des Geräts mit zwei Millilitern pro Stunde, während Sie gleichzeitig die Verdrängerflüssigkeit mit 0,8 Millilitern pro Stunde in die Einlassöffnung fließen lassen.

Für diese Demonstration wird der optionale Schaumgenerator verwendet. Sammeln Sie den Zufluss in einem 20-Milliliter-Glasfläschchen, bis beide Flüssigkeiten aus der Ablassöffnung abfließen. Die verdrängende Flüssigkeit sollte nicht in das poröse Medium eindringen, sondern direkt aus dem Abfluss austreten, bis die Kamera an Ort und Stelle ist und die Filmaufnahmen begonnen haben.

Beginnen Sie mit dem Filmen des interessierenden Bereichs auf dem porösen Mediengerät mit einer Bildrate, die schnell genug ist, um das gewünschte Phänomen zu erfassen. Nehmen Sie zusätzlich ein Standbild des zu 100 % ölgesättigten Bereichs auf. Schneiden Sie dann schnell und gleichzeitig den Schlauch ab, der im Öl fließt, während Sie den Abflussschlauch mit einer fünf Zentimeter langen Binderklammer festklemmen.

Lassen Sie die Verdrängerflüssigkeit in das Gerät eindringen, bis entweder die Ölverdrängung einen stationären Zustand erreicht oder die Kamera nicht mehr über genügend Speicher verfügt. Typische Ergebnisse aus einem ölgesättigten Mikromodell sind hier dargestellt. Im Bruchbereich weicht der Schaum erwartungsgemäß in die Matrizen geringerer Permeabilität um.

Der Schaum wird durch zwei Hauptmechanismen erzeugt, die als Abklemmen und Lamellenteilung beschrieben werden können. Die Schaumzerstörung lässt sich leicht in Form von Koaleszenz, Kapillarabsaugung und Diffusionsvergröberung erkennen. Mit dieser Methode können wir diese mikrofluidischen Systeme tatsächlich verwenden, um andere verbesserte Ölgewinnungsprozesse zu untersuchen, wie z. B. alkalische Flutung, Polymerflutung, Tensidflutung, sowie in der Lage, sie zur Untersuchung anderer komplexer Prozesse in porösen Medien wie der Grundwassersanierung zu verwenden.

Ein weiteres Interessengebiet ist die Verwendung dieser mikrofluidischen Geräte zur Untersuchung der Kohlenstoffabscheidung und -bindung. Wir können tatsächlich die Mechanismen sehen, durch die Kohlendioxid durch diese mikrofluidischen Systeme in den porösen Medien eingeschlossen wird.