Dispositivos de microfluidos para la caracterización de procesos de poro-escala acontecimiento en medios porosos para aplicaciones de recuperación de aceite

El objetivo general de este procedimiento es producir rápidamente un dispositivo microfluídico con geometría personalizable para su uso en estudios de recuperación de petróleo. Este método nos permite poder estudiar flujos multifásicos en medios porosos. Mediante el uso de sistemas microfluídicos para poder visualizar realmente estos tipos de flujos complejos, podemos diseñar mejores métodos mejorados de recuperación de petróleo para sistemas de yacimientos a gran escala.

La principal ventaja de esta técnica es que nos permite recopilar rápidamente datos y diferentes métodos mejorados de recuperación de petróleo de una manera segura y rentable. Este método puede proporcionar información sobre los mecanismos mejorados de recuperación de petróleo. También se puede aplicar a otros sistemas como el secuestro de CO2 y la remediación de acuíferos.

Para empezar, diseñe una máscara fotográfica que consista en un canal rectangular lleno de una serie de publicaciones utilizando software CAD. Exponga este patrón en una oblea de silicona recubierta con 20 micras de fotorresistencia. Y use este maestro para crear un molde PDMS como se describe en el protocolo de texto adjunto.

Coloque el patrón de molde PDMS limpio con el lado hacia arriba en el fondo de una placa de Petri de plástico de 150 milímetros libre de polvo. Deje que el PDMS se adhiera al plástico durante 10 segundos y luego proteja la superficie del PDMS con cinta plástica transparente. El procedimiento puede detenerse en este punto.

A continuación, retire la cinta de la superficie del patrón y vierta el adhesivo óptico en el plato a una profundidad de aproximadamente 0,9 centímetros por encima de la superficie superior del molde. Use un hisopo de algodón para eliminar suavemente las burbujas que se formen. Ahora, cure el adhesivo óptico utilizando un sistema de curado con luz ultravioleta como se describe en el protocolo de texto adjunto.

A continuación, utilice un cortador de cajas para romper con cuidado el adhesivo óptico del molde. Luego, use un par de tijeras resistentes para eliminar el exceso de adhesivo óptico del borde del diseño. Despegue lentamente el molde de PDMS del disco adhesivo óptico.

Con un punzón de biopsia de 1 milímetro, cree una entrada, una salida y orificios de drenaje en el dispositivo. Por último, utilice cinta adhesiva transparente para proteger las partes estampadas del adhesivo óptico y las superficies de PDMS. Coloque un nuevo portaobjetos de vidrio en un recubridor giratorio y dispense un milímetro de adhesivo óptico en el portaobjetos.

Aplica una capa giratoria a la corredera en dos pasos. Primero, gírelo a 500 RPM durante cinco segundos y luego aumente las RPM a 4000 y gírelo durante 20 segundos. Transfiera rápidamente el sustrato al tratamiento con luz ultravioleta y cure parcialmente la fina capa adhesiva óptica bajo la luz ultravioleta durante 30 segundos.

A continuación, coloque el adhesivo óptico fundido con el patrón hacia arriba y el sustrato con el lado recubierto hacia arriba en un limpiador de plasma de oxígeno. Tire de una aspiradora a 540 millitorr. Y luego el plasma trata la superficie durante 20 segundos.

Cuando termine, retire las piezas y presione firmemente las dos superficies tratadas hasta que se hayan minimizado o eliminado todas las bolsas de aire no deseadas. A continuación, vuelva a colocar el dispositivo bajo la luz ultravioleta y cúrelo por completo durante 20 minutos. A continuación, coloque el dispositivo en una placa calefactora calentada a 50 grados centígrados durante 18 horas.

Cuando termine, inserte segmentos de seis pulgadas de largo de tubo de polietileno de baja densidad de 0,58 milímetros de diámetro interno en cada uno de los puertos del dispositivo. Luego, agregue un epoxi de fraguado rápido para asegurar el tubo en su lugar. Use cinta adhesiva para asegurar el dispositivo microfluídico en un microscopio invertido que esté equipado con una cámara de alta velocidad.

Seleccione un objetivo 4x y concéntrese en un área de interés. Aquí, se muestra la región de entrada del dispositivo. Luego, cargue tres mililitros de aceite crudo o modal en una jeringa de vidrio de 10 mililitros equipada con una punta dispensadora industrial de calibre 23.

Fije la jeringa al soporte de la bomba de jeringa y establezca el valor de diámetro adecuado en los ajustes de la bomba de jeringa. A continuación, cargue un mililitro del líquido de desplazamiento en una jeringa de plástico de tres mililitros equipada con una punta dispensadora industrial de calibre 23. Asegure la jeringa en el soporte de la bomba de jeringa y, nuevamente, establezca el valor de diámetro adecuado en la configuración de la bomba de jeringa.

Conecte el líquido de desplazamiento a la entrada del dispositivo insertando la punta de la aguja en el tubo. Luego, conecte la jeringa llena de aceite a su puerto. Comience a fluir el aceite hacia el puerto de salida del dispositivo a dos mililitros por hora mientras fluye simultáneamente el fluido de desplazamiento hacia el puerto de entrada a 0,8 mililitros por hora.

Para esta demostración se utilizará el generador de espuma opcional. Recoja el afluente en un frasco de vidrio de 20 mililitros hasta que los dos fluidos salgan por el puerto de drenaje. El líquido de desplazamiento no debe entrar en el medio poroso, sino que debe salir directamente por el desagüe hasta que la cámara esté en su lugar y haya comenzado la filmación.

Comience a filmar el área de interés en el dispositivo multimedia poroso a una velocidad de fotogramas lo suficientemente rápida como para capturar el fenómeno deseado. Además, capture una imagen fija del área saturada al 100% de aceite. Luego, corte rápida y simultáneamente el tubo que fluye en el aceite mientras sujeta el tubo de drenaje con un clip de encuadernación de cinco centímetros.

Permita que el líquido de desplazamiento invada el dispositivo hasta que el desplazamiento del aceite alcance el estado estable o la cámara se quede sin memoria. Aquí se muestran los resultados típicos de un micromodelo saturado de aceite. En la región de fractura, la espuma se desvía hacia las matrices de menor permeabilidad como se esperaba.

La espuma se genera a través de dos mecanismos principales que pueden describirse como pellizco y división de láminas. La destrucción de la espuma se puede identificar fácilmente en forma de coalescencia, succión capilar y engrosamiento por difusión. Siguiendo este método, podemos ser capaces de utilizar estos sistemas microfluídicos para estudiar otros procesos mejorados de recuperación de petróleo, como la inundación alcalina, la inundación de polímeros, la inundación de surfactantes, así como ser capaces de utilizarlos para estudiar otros procesos complejos de medios porosos, como la remediación de acuíferos.

Por lo tanto, otra área de interés es el uso de estos dispositivos microfluídicos para estudiar la captura y el secuestro de carbono. De hecho, podemos ver los mecanismos por los cuales el dióxido de carbono queda atrapado dentro de los medios porosos a través de estos sistemas microfluídicos.