Techniques de fabrication microfluidiques pour l’essai à haute pression du transport supercritique de mousse de CO2 à micro-échelle dans les réservoirs non conventionnels fracturés

Hooman Hosseini; Feng Guo; Reza Barati Ghahfarokhi; Saman  A. Aryana

doi:10.3791/61369

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Article de méthode

Techniques de fabrication microfluidiques pour l’essai à haute pression du transport supercritique de mousse de CO₂ à micro-échelle dans les réservoirs non conventionnels fracturés

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DOI :

10.3791/61369

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2 juillet 2020

Hooman Hosseini¹ , Feng Guo² , Reza Barati Ghahfarokhi¹ , Saman A. Aryana²

¹Department of Chemical and Petroleum Engineering, University of Kansas, ²Department of Chemical Engineering, University of Wyoming

Dans cet article

Résumé

Cet article décrit un protocole ainsi qu’une étude comparative de deux techniques de fabrication microfluidiques, à savoir la photolithographie/gravure humide/liaison thermique et l’gravure sélective induite par laser (SLE), qui conviennent aux conditions de haute pression. Ces techniques constituent des plates-formes habilitantes pour l’observation directe du flux de fluides dans les supports perméables de substitution et les systèmes fracturés dans des conditions de réservoir.

Résumé

Les limitations de pression de nombreuses plates-formes microfluidiques ont été un défi important dans les études expérimentales microfluidiques sur les médias fracturés. En conséquence, ces plates-formes n’ont pas été pleinement exploitées pour l’observation directe du transport à haute pression dans les fractures. Ces travaux introduisent des plates-formes microfluidiques qui permettent l’observation directe du flux multiphase dans les dispositifs dotés de supports perméables de substitution et de systèmes fracturés. Ces plates-formes offrent une voie pour répondre à des questions importantes et opportunes telles que celles liées à la capture, à l’utilisation et au stockage du CO_2. Ce travail fournit une description détaillée des techniques de fabrication et une configuration expérimentale qui peut servir à analyser le comportement de la mousse supercritique de CO₂ (scCO_2),sa structure et sa stabilité. Ces études fournissent des informations importantes sur les processus améliorés de récupération du pétrole et le rôle des fractures hydrauliques dans la récupération des ressources à partir de réservoirs non conventionnels. Ce travail présente une étude comparative des dispositifs microfluidiques développés à l’aide de deux techniques différentes : photolithographie/gravure humide/liaison thermique versus gravure sélective induite par laser. Ces deux techniques aboutit à des dispositifs chimiquement et physiquement résistants et tolérants aux conditions de haute pression et de température qui correspondent aux systèmes souterrains d’intérêt. Ces deux techniques permettent d’obtenir des microcanaux gravés de haute précision et des dispositifs de laboratoire sur puce capables. La photolithographie/gravure humide permet toutefois la fabrication de réseaux de canaux complexes à géométrie complexe, ce qui serait une tâche difficile pour les techniques de gravure au laser. Ces travaux résument une photolithographie étape par étape, une gravure humide et un protocole de collage thermique du verre et présentent des observations représentatives du transport de mousse pertinentes pour la récupération du pétrole à partir de formations non conventionnelles de schistes serrés et non conventionnels. Enfin, ces travaux décrivent l’utilisation d’un capteur monochrome haute résolution pour observer le comportement de mousse scCO₂ où l’ensemble du milieu perméable est observé simultanément tout en préservant la résolution nécessaire pour résoudre des caractéristiques aussi petites que 10 μm.

Introduction

La fracturation hydraulique est utilisée depuis un certain temps comme moyen de stimuler l’écoulement, en particulier dans les formations serrées¹. De grandes quantités d’eau nécessaires à la fracturation hydraulique sont aggravées par des facteurs environnementaux, des problèmes de disponibilité^{de l’eau 2,}des dommages à la formation^3,^{un coût 4} et des effets^{sismiques 5}. Par conséquent, l’intérêt pour d’autres méthodes de fracturation comme la fracturation sans eau et l’utilisation de mousses est à la hausse. Les méthodes alternatives peuvent fournir ....