Name: Dispositifs microfluidiques pour caractériser les processus d’événement Pore-échelle dans les milieux poreux pour les Applications de récupération huile (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-01-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 38 s
Description: Découvrez la fabrication de dispositifs microfluidiques personnalisables pour étudier les écoulements multiphasiques dans les milieux poreux. Cette méthode permet de visualiser les mécanismes de récupération assistée du pétrole de manière rapide et économique.

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Nous reconnaissons l’appui financier de la Rice University Consortium for procédés en milieux poreux (Houston, TX, é.-u.).

ATTENTION : Ce protocole consiste à manipuler un four à haute température, les produits chimiques toxiques et la lumière UV. S’il vous plaît lire toutes les fiches signalétiques et de suivre les directives de sûreté chimique de votre institution.
1. conception de l’appareil
<ol><li>Concevoir un photomasque dans une application de logiciel de CAO.<ol>
<li>Dessiner un canal rectangulaire qui est 3 cm de long et 0,5 cm de large (Figure 1 b-en haut à droite).</li>
		<li>Créer un tableau de formes fermées représentant les grains des médias poreux. Remarque : Ces formes sont appelés messages car elles deviendront des structures tridimensionnelles au cours du processus de lithographie douce. La forme et la taille des postes devraient être de l’ordre de dizaines de microns et ayant un espacement de dix à cent microns. Plusieurs tailles de message peuvent être employées pour créer l’hétérogénéité, et une section peut être laissée nue de postes pour simuler une fracture dans les médias.</li>
		<li>Dessiner des canaux d’entrée et de sortie qui sont environ un tiers aussi larges que la section du milieu poreux. Dessiner un canal découlant de l’orifice d’entrée d’agir comme un drain.</li>
		<li>Dessiner un rectangle englobant autour de l’ensemble du motif avec un minimum de 1,0 cm de dégagement de la conception. Remarque : La zone située entre la zone englobante et les frontières de la conception, ainsi que les postes, sont à rendre transparent sur la photolithographie.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Soumettre le fichier CAO à une entreprise pour CAD à haute résolution d’impression Remarque : En option : design pour une expérience de déplacement de mousse, un générateur de mousse de microfluidique (Figure 1 a). Répétez l’étape 1, en omettant l’hétérogénéité de la conception et la zone de délimitation. Une géométrie d’écoulement de focalisation est recommandée à l’entrée avant la conception de milieux poreux. Les espaces de circulation doivent être transparents sur la photolithographie.</li>
</ol>2. Fabrication de moule de PDMS
<ol><li>Créer un moule maître wafer de silicium de résine photosensible à motifs dans une salle blanche<ol>
<li>Spin-manteau, une couche de 20 µm de photorésine sur une nouvelle plaquette de silicium à 2 000 tr/min pendant 30 s.</li>
		<li>Doux, faire cuire la galette sur une plaque de cuisson par incréments de deux : 65 ° C pendant 1 min suivie de 95 ° C pendant 3 min.</li>
		<li>Utilisez un aligneur de masque pour la couche de résine photosensible de mires avec la conception de CAO à l’aide d’un dosage constant des 150 mJ/cm2.</li>
		<li>Effectuer une cuisson au four après l’exposition sur une plaque chauffante en deux tranches : 65 ° C pendant 1 min suivie de 95 ° C pendant 3 min. autoriser la gaufrette se refroidir pendant 5 min.</li>
		<li>Immerger la gaufrette dans 100 mL de propylène-glycol---acétate d’éther méthylique dans un plat en verre la cristallisation. Agiter délicatement à la main pendant 10 min développer le modèle de la résine photosensible. Rincez-la avec de l’isopropanol et sécher la plaquette sous un courant d’air sec.</li>
		<li>Dur faire cuire la galette sur une plaque chauffante en deux tranches : 120 ° C pendant 5 min, suivi de 150 ° C pendant 10 min. autoriser la gaufrette se refroidir pendant 15 min.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Cast PDMS sur le moule maître de gaufrette de silicium<ol>
<li>Mélanger un total de 30 g de l’élastomère PDMS et de salaison dans un rapport de 5:1 à l’intérieur d’un contenant jetable non poussiéreux.</li>
		<li>Dégazer le PDMS dans un dessiccateur à vide pendant 30 min.</li>
		<li>Verser le PDMS sur le moule maître wafer de silicium de résine photosensible à motifs dans un verre de 150 mm boîte de Pétri.</li>
		<li>Placez la boîte de Pétri contenant la plaquette et du PDMS dans un four à 80 ° C pendant 1 h.</li>
		<li>Retirer le plat de Pétri du four et laisser le contenu à température ambiante. Remarque : La procédure peut être suspendue à ce stade.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Préparer le moule PDMS pour le transfert de motif à l’adhésif optique<ol>
<li>Soigneusement couper le moule PDMS à l’aide d’un scalpel et peler le moule de la plaquette.</li>
		<li>Nettoyer et protéger le PDMS de moule à l’aide de ruban adhésif transparent. Remarque : La procédure peut être suspendue à ce stade.</li>
		<li>Placer le moule PDMS, modèle-vers le haut, en bas d’un plastique non poussiéreux 60 mm boîte de Pétri. Permettre à 10 s pour le PDMS à coller sur le plastique.</li>
		<li>Protéger la surface de la bande en plastique transparent le PDMS jusqu'à l’étape 3.1.1. Remarque : En option : pour rendre le générateur de mousse, répétez les étapes 2.1. par le biais de 2.3.2. pour la conception générateur de mousse.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Fabrication de dispositifs adhésifs optique
<ol><li>Monter des optique adhésif sur le moule PDMS<ol>
<li>Retirez la bande de la surface à motifs du PDMS et versez adhésif optique dans le 150 mm boîte de Pétri jusqu'à une profondeur d’environ 0,9 cm au-dessus de la surface supérieure de la moulure de PDMS. Retirez délicatement les bulles avec n’importe quel type de tampon d’ouate.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Polymériser la résine optique sous ultraviolets pour un total de 40 min décrites aux étapes 3.2.1 - 3.2.5 dans un système de PSD-UV. ATTENTION : Porter une protection appropriée lorsque vous travaillez avec la lumière UV.<ol>
<li>Exposer la boîte de Pétri à la lumière UV (254 nm) pendant 5 min.</li>
		<li>Inverser la boîte de Pétri, tel que le fond est maintenant face à la source UV et exposer le côté moins aux rayons ultraviolets pendant 5 min.</li>
		<li>Inverser la boîte de Pétri, retourner à la position verticale et ré-exposer le dessus aux UV pendant 5 min.</li>
		<li>Inverser la boîte de Pétri à l’envers à nouveau et ré-exposer la face inférieure aux UV pendant 10 min.</li>
		<li>Inverser la boîte de Pétri à la position debout et ré-exposer le dessus aux UV pendant 15 min. Remarque : La procédure polymérisation en étapes 3.2.1 par 3.2.5 s’applique uniquement lorsque l’appareil spécifié de PSD-UV est utilisé (Table des matières). Temps de polymérisation variera selon la lampe spécifique qui est utilisée et l’épaisseur exacte de la couche de colle optique.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Enlever l’adhésif optique durci du moule PDMS<ol>
<li>Utiliser un cutter pour briser délicatement l’adhésif optique hors du moule de la boîte de Pétri. ATTENTION : Les lames de coupe boîte sont très tranchantes et peuvent facilement couper la chair. Soyez prudent lorsque vous travaillez sur les bords tranchants des boîtes de Pétri cassé.</li>
		<li>Utilisez une solide paire de ciseaux pour enlever le surplus de colle optique du bord de la conception.</li>
		<li>Lentement, peler le moule PDMS loin la rondelle adhésive optique. Protéger les parties modelés de la surface adhésive optique et la surface PDMS avec ruban adhésif transparent.</li>
		<li>Utiliser un poinçon de biopsie de 1,0 mm pour créer l’entrée, la sortie et vidange trous. Protéger l’adhésif optique à motifs avec ruban adhésif transparent.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Préparer le substrat<ol>
<li>Verser 1 mL de colle optique sur une nouvelle lame de verre et un spin-manteau la diapositive en deux étapes : 500 tr/min pendant 5 s puis 4 000 tr/min pendant 20 s.</li>
		<li>Transférer rapidement le substrat pour le traitement par la lumière UV et guérir partiellement la mince couche de colle optique sous ultraviolets pendant 30 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Coller l’adhésif optique monter au substrat<ol>
<li>Placer le plâtre adhésif optique, motifs vers le haut et le substrat, enduit-vers le haut, dans un plasma de2 O plus propre. Plasma nettoyer la surface pour 20 s à 540 mTorr.</li>
		<li>Appuyez fermement sur les deux surfaces traitées ensemble jusqu'à ce que toutes les poches d’air indésirables ont été minimisées ou retirées.</li>
		<li>Totalement guérir l’appareil sous la lumière UV pendant 20 min. ATTENTION : Pour la lumière UV, porter une protection appropriée comme lunettes de protection, gants, blouse, etc..</li>
		<li>Placez l’appareil sur une plaque chauffante à 50 ° C pendant 18 heures.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Insérer un long segment de 6 pouces de 0,58 mm ID basse densité en polyéthylène (PE/3) dans chacun des ports de l’appareil.</li>
	<li>Utilisez un époxyde de réglage rapide 5 min pour fixer le tube en place. Remarque : En option : pour exécuter le générateur de mousse, répétez les étapes 3.5.1 3.5.2, 3.6 et 3.7. à l’aide du générateur de mousse PDMS cast et un nouveau verre glissent, au lieu de l’optique cast adhésif et substrats préparés, respectivement.</li>
</ol>4. déplacement d’hydrocarbures
<ol><li>Préparer le dispositif microfluidique à être photographié sur un microscope inversé équipé d’une caméra à grande vitesse. Fixer l’appareil sur la platine du microscope à l’aide de ruban adhésif. À l’aide d’un objectif 4 X, se concentrer sur la zone d’intérêt (AOI).</li>
	<li>Préparer les fluides d’injection Remarque : Pour les systèmes triphasés, un colorant ajoutons pour effacer deplaceur fluides pour fournir le contraste des couleurs pour l’analyse de l’image.<ol>
<li>Jauge de charge 3 mL de pétrole brut ou l’échantillon d’huile de modèle dans une seringue de verre de 10 mL équipée d’un 23 embout applicateur industriel. Fixer la seringue dans le support de pompe seringue et définissez la valeur de diamètre approprié sur les paramètres de pompe seringue.</li>
		<li>Charge 1 mL du liquide dans une seringue de 3 mL en plastique équipé d’un 23 deplaceur de calibre industriel embout applicateur. Fixer la seringue dans le support de pompe seringue et définissez la valeur de diamètre approprié sur les paramètres de pompe seringue. Remarque : En option : pour des expériences de production de mousse, connectez un 10 m long 25 µm Diamètre tube capillaire en verre d’une bouteille de gaz N2 et régler la pression du gaz à la valeur souhaitée pour le débit de gaz nécessaire obtenu à partir d’une courbe d’étalonnage. Laisser 10 min pour le débit de gaz s’équilibrer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Saturer le périphérique de milieux poreux modèle optique adhésive avec de l’huile<ol>
<li>Raccorder le deplacement fluide à l’entrée du dispositif en insérant la pointe de l’aiguille dans le tuyau PE/3. Remarque : En option : quand la mousse est utilisée comme la phase deplaceur, raccorder la seringue de liquide DEPLACEMENT à l’entrée du générateur de mousse. Connectez le capillaire de gaz sur la deuxième voie d’entrée du générateur de mousse en insérant le tube capillaire dans un embout applicateur industriel de calibre 23 et sceller l’espace annulaire à l’époxy de réglage rapide. La sortie du générateur de mousse est ensuite fixé à l’entrée de l’appareil optique de colle à l’aide d’un connecteur de calibre 23.</li>
		<li>Raccorder la seringue remplie d’huile à l’entrée de l’appareil en insérant la pointe de l’aiguille dans le tuyau PE/3.</li>
		<li>Commencer à couler l’huile dans l’orifice de sortie de l’appareil optique adhésif à 2 mL/h tout en circulant simultanément le liquide DEPLACEMENT à l’orifice à 0,8 mL/h tel que les deux fluides coulent hors cet orifice. Le liquide de remplacement ne devrait pas entrer dans les milieux poreux. Recueillir l’effluent dans un flacon de verre de 20 mL.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Commencer à filmer l’AOI sur le périphérique de milieux poreux à une cadence assez rapide pour capturer les phénomènes désirées. Une cadence typique est de 50 images par seconde. Capturer une image fixe de la zone saturée d’huile de 100 %.</li>
	<li>Rapidement et simultanément couper le tube PE/3 qui coule dans l’huile à l’aide de ciseaux tout en serrage du tuyau de vidange avec une pince de liant de 5 cm.</li>
	<li>Laissez le liquide deplaceur d’envahir l’appareil jusqu'à ce que le déplacement de l’huile atteint stationnaire ou la caméra est à court de mémoire.</li>
</ol>5. image et analyse de données
<ol><li>Utiliser un logiciel d’analyse gratuit image comme Image J ou la boîte à outils de l’analyse image dans MATLAB pour analyser les images tirées de l’expérience.<ol>
<li>À l’aide de l’image fixe du canal saturé d’huile 100 %, calculer la porosité en unités de pour cent pour les milieux poreux AOI.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Calculer le volume de pore à l’aide de l’équation suivante : <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56592/56592eq1.jpg">
</li>
	<li>Logiciel d’analyse image permet de déterminer la saturation de l’huile, sous forme de fraction de l’espace du débit total, dans chaque image de la séquence vidéo de l’expérience. Pour des expériences de déplacement à deux phases, la saturation deplaceur de phase dans chaque image peut être calculée comme : <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56592/56592eq2.jpg">
</li>
	<li>Dessinez un tracé de saturation en huile en pour cent vs volumes de pore de fluide injecté Remarque : En option : pour triphasé systèmes tels que ceux des expériences de déplacement de mousse, utilisez la boîte à outils d’analyse d’image MATLAB pour classer chaque phase deplaceur de couleur à l’aide de la caractéristique plage RVB pour chaque phase. Dessinez un tracé en montrant les saturations des tous les trois phases de volumes de pores injectée.</li>
</ol>

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<li>Hung, L. -H., Lin, R., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+microfabrication+of+solvent-resistant+biocompatible+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Rapid microfabrication of solvent-resistant biocompatible microfluidic devices.</a> Lab Chip. 8 (6), 983(2008).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Ce protocole pour l’étude des procédés de récupération de pétrole en optique micromodels adhésif établit un équilibre entre la robustesse des micromodels non polymérique – comme le verre ou le silicium – et la fabrication facile des dispositifs microfluidiques PDMS. Contrairement à micromodels en verre ou adhésif optique, dispositifs PDMS manquent de résistance à la lumière des espèces organiques. Micromodels PDMS ne sont pas idéales pour de nombreuses expériences parce que les surfaces de ces dispositifs ont des proprié...

Le but de cette méthode consiste à visualiser et analyser les interactions fluides multiphases, multi-composants et dynamique complexe pore-échelle dans les milieux poreux. Écoulement des fluides et le transport en milieu poreux ont été d’intérêt pendant de nombreuses années parce que ces systèmes sont appliquent à plusieurs processus souterraines telles que la récupération du pétrole, assainissement de l’aquifère et1,fracturation hydraulique2, 3 , 4 , 5. Utilisez micromodels pour imiter ces pores-structures complexes, un aperçu unique est acquises en visualisant les événements dynamiques au niveau du pore entre les différentes phases fluides et les médias6,7,8 ,9,10,11.
La fabrication des traditionnelles à base de silice micromodels est coûteux, chronophages et stimulant, construisant micromodels par adhésif optique offre un relativement bon marché, rapide et facile alternatif12,13, encore 14,15. Par rapport aux autres micromodels à base de polymère, adhésif optique présente des propriétés de mouillage superficiel plus stables. Par exemple, des surfaces Micromodels polydiméthylsiloxane (PDMS) deviendra rapidement hydrophobes au cours d’une expérience de déplacement typique16. En outre, le module de Young du PDMS est 2,5 MPa tandis que celui de colle optique est 325 MPa13,17,18. Adhésif optique est donc moins sujette à la pression induite par déformation et canal d’insuffisance. Ce qui est important, durci adhésif optique est beaucoup plus résistante à un gonflement de composants organiques de faible poids moléculaire, qui permet des expériences portant sur le pétrole brut et solvants légers pour être mené18. Dans l’ensemble, optique adhésif est une alternative supérieure à PDMS pour les études de déplacement concernant le pétrole brut lorsque micromodels à base de silice sont excessivement complexes ou coûteuses et à haute température et la pression des études ne sont pas nécessaires.
Le protocole décrit dans la présente publication fournit les instructions étape par étape de fabrication pour optique micromodels adhésif et signale les astuces subtiles qui assurent le succès dans la manipulation de petites quantités de liquides. La conception et la fabrication d’optiques micromodels base adhésive avec Lithographie douce est tout d’abord décrit. Alors, la stratégie de déplacement fluide est donnée pour des débits extrêmement faible qui sont souvent inaccessibles avec régulateurs de débit massique. Ensuite, un résultat expérimental représentatif est donné à titre d’exemple. Cette expérience révèle mousse déstabilisation et propagation comportement en présence de pétrole brut et des milieux poreux hétérogènes. Enfin, l’analyse de données et de traitement des images typiques est signalée.
La méthode fournie ici est approprié pour des applications de visualisation impliquant des interactions dans des espaces confinés microchannel et écoulement multiphase. Plus précisément, cette méthode est optimisée pour des résolutions de micro-fonction caractéristiques supérieures à 5 et moins de 700 µm. typique débits sont l’ordre de 0,1 à 1 mL/h. Dans les études de pétrole brut ou de déplacement lège de solvant par des fluides aqueux ou gazeux sur l’ordre de ces paramètres optimisés dans les conditions ambiantes, ce protocole doit être adaptée.

<table><tbody><tr><td>Seringue Leur-Lok 3 mL</td><td>Fischer Scientific</td><td>14-823-435</td><td></td></tr><tr><td>Seringue en verre 10 mL</td><td>Fischer Scientific</td><td>1482698G</td><td></td></tr><tr><td>Photomask</td><td>CAD/Art Services</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Silicon</td><td>Wafer University Wafer</td><td>452</td><td></td></tr><tr><td>Propylène-Glycol-Méthyl-Ether-Acétate&nbsp ;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>484431-4L</td><td></td></tr><tr><td>150 mm Boîte de Pétri en verre</td><td>Carolina Biological Supply</td><td>#721134</td><td></td></tr><tr><td>60 mm Boîte de Pétri en plastique</td><td>Carolina Biological Supply</td><td>#741246</td><td></td></tr><tr><td>Masque Aligner</td><td>EV Group</td><td>EVG 620</td><td></td></tr><tr><td>1 mm Biopsy Punch</td><td>Miltex, Plainsboro, NJ</td><td>69031-01</td><td></td></tr><tr><td>Pointe de distribution industrielle</td><td>CML Supply</td><td>Calibre 23</td><td></td></tr><tr><td>Microscope inversé</td><td>Olympus</td><td>IX-71</td><td></td></tr><tr><td>Système plasma</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>Nettoyant plasma</td></tr><tr><td>Polydimehtylsiloxane (PDMS)</td><td>Dow Corning, Midland, MI</td><td>SYLGARD 184</td><td></td></tr><tr><td>Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) ou (OA)</td><td>Norland Products Inc.</td><td>8116</td><td>Adhésif optique</td></tr><tr><td>Quick-Set Epoxy</td><td>Fisher Scientific</td><td>4001</td><td></td></tr><tr><td>Lames de verre</td><td>Globe Scientic Inc.</td><td>1321</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2015 Photoresist</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2015</td><td>Photoresist</td></tr><tr><td>Pompe à seringue</td><td>Harvard Apparatus</td><td>Fusion 400</td><td></td></tr><tr><td>Tube capillaire en verre</td><td>SGE Analytical Science</td><td>1154710C</td><td></td></tr><tr><td>High-Speed Camera</td><td>Vision Research</td><td>V 4.3</td><td></td></tr><tr><td>Polyethylene Tubing</td><td>Scientific Commodities Inc.</td><td>#BB31695-PE/3</td><td></td></tr></tbody></table>

dispositifs microfluidiques pour caractériser les processus d’événement pore-échelle dans les milieux poreux pour les applications de récupération huile

Microfluidic Devices for Characterizing Pore-scale Event Processes in Porous Media for Oil Recovery Applications

Dispositifs microfluidiques sont des outils polyvalents pour étudier les processus de transport à l’échelle microscopique. Une demande existe pour dispositifs microfluidiques que composants résistent à faible poids moléculaire huile, contrairement aux appareils traditionnels polydiméthylsiloxane (PDMS). Ici, nous démontrons une méthode facile pour la fabrication d’un dispositif avec cette propriété, et nous utilisons le produit du présent protocole pour examiner les mécanismes à l’échelle du pore par lequel récupère du pétrole brut de mousse. Un modèle est tout d’abord conçu à l’aide de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) et imprimé sur un transparent avec une imprimante haute résolution. Ce modèle est ensuite transféré dans une résine photosensible via une procédure de lithographie. PDMS est chassé sur le modèle, séché dans un four et supprimé pour obtenir un moule. Un polymère de réticulation de thiol-ene, couramment utilisé comme adhésif optique (OA), est ensuite coulé sur le moule et durci sous la lumière ultraviolette. Le moule PDMS est épluché loin le plâtre adhésif optique. On prépare ensuite un substrat de verre, et les deux moitiés de l’appareil sont collés ensemble. Dispositifs optiques axée sur l’adhésif sont plus robustes que des dispositifs microfluidiques PDMS traditionnels. La structure époxy résiste à un gonflement de nombreux solvants organiques, qui ouvre de nouvelles possibilités pour les expériences impliquant des liquides organiques légers. En outre, le comportement de la mouillabilité de surface de ces dispositifs est plus stable que celle de PDMS. La construction de dispositifs optiques microfluidiques adhésif est simple, mais exige progressivement plus d’efforts que la fabrication des dispositifs de PDMS. Aussi, bien que les dispositifs adhésifs optiques sont stables dans les liquides organiques, ils peuvent présenter un résistance réduite après une longue période. Dispositifs optiques microfluidiques adhésif peuvent être faits dans des géométries qui agissent comme des micromodels 2D pour les milieux poreux. Ces dispositifs sont appliquées dans l’étude du déplacement d’huile pour améliorer notre compréhension des mécanismes à l’échelle du pore en assainissement d’aquifère et de récupération assistée du pétrole.

Dans cette expérience exemple, mousse aqueuse est utilisé pour remplacer le pétrole brut moyen Orient (5,4 cP de viscosité) et de densité API de 40 ° dans un milieu poreux hétérogène avec contraste de perméabilité en couches. Un générateur de mousse PDMS est relié à une optique Micromodels adhésif qui était déjà complètement saturé avec du pétrole brut. Figure 1 a montre la conception CAO de la photolithographie pour le PDMS mousse générateur, la plaquette de...

L’objectif de cette procédure est facilement et rapidement produire un dispositif microfluidique avec géométrie personnalisable et résistance au gonflement de fluides organiques pour les études de récupération de pétrole. Un moule de polydiméthylsiloxane est la première génération et ensuite utilisé pour monter l’appareil à base d’époxy. On rapporte une étude de déplacement représentatif.

Dispositifs microfluidiques pour caractériser les processus d’événement Pore-échelle dans les milieux poreux pour les Applications de récupération huile

Microfluidic devices are versatile tools for studying transport processes at a microscopic scale. A demand exists for microfluidic devices that are ...

L’objectif global de cette procédure est de produire rapidement un dispositif microfluidique à géométrie personnalisable pour son utilisation dans les études de récupération de pétrole. Cette méthode nous permet de pouvoir étudier les écoulements multiphasiques en milieux poreux. En utilisant des systèmes microfluidiques pour pouvoir visualiser réellement ces types d’écoulements complexes, nous pouvons concevoir de meilleures méthodes de récupération assistée du pétrole pour les systèmes de réservoir à grande échelle.Le principal avantage de cette technique est qu’elle nous permet de recueillir rapidement des données et différentes méthodes de récupération assistée du pétrole de manière sûre et rentable. Cette méthode peut donner un aperçu des mécanismes de récupération assistée du pétrole. Il peut également être appliqué à d’autres systèmes tels que la séquestration du CO2 et l’assainissement des aquifères.Pour commencer, concevez un masque photo composé d’un canal rectangulaire rempli d’un ensemble de poteaux à l’aide d’un logiciel de CAO. Exposez ce motif sur une plaquette de silicone recouverte de 20 microns de résine photo. Et utilisez ce maître pour créer un moule PDMS comme décrit dans le protocole texte qui l’accompagne.Placez le motif de moule PDMS propre côté vers le haut au fond d’une boîte de Pétri en plastique de 150 millimètres sans poussière. Laissez le PDMS adhérer au plastique pendant 10 secondes, puis protégez la surface du PDMS avec du ruban adhésif en plastique transparent. La procédure peut être interrompue à ce stade.Ensuite, retirez le ruban adhésif de la surface du motif et versez de l’adhésif optique dans le plat à une profondeur d’environ 0,9 centimètre au-dessus de la surface supérieure du moule. Utilisez un coton-tige pour éliminer délicatement les bulles qui se forment. Maintenant, polymérisez l’adhésif optique à l’aide d’un système de polymérisation à la lumière UV comme décrit dans le protocole de texte ci-joint.Ensuite, utilisez un cutter pour casser soigneusement l’adhésif optique du moule. Ensuite, utilisez une paire de ciseaux robustes pour enlever l’excès d’adhésif optique du bord du motif. Décollez lentement le moule PDMS de la rondelle d’adhésif optique.Avec un poinçon de biopsie de 1 millimètre, créez une entrée, une sortie et des trous de drainage dans l’appareil. Enfin, utilisez du ruban adhésif transparent pour protéger les parties à motifs de l’adhésif optique et des surfaces PDMS. Placez une nouvelle lame de verre sur une machine à essorer et versez un millimètre d’adhésif optique sur la lame.Appliquez une couche de rotation sur la diapositive en deux étapes. Tout d’abord, faites-le tourner à 500 tr/min pendant cinq secondes, puis augmentez le RPM à 4000 et faites-le tourner pendant 20 secondes. Transférez rapidement le substrat au traitement par la lumière UV et durcissez partiellement la fine couche adhésive optique sous la lumière UV pendant 30 secondes.Ensuite, placez l’adhésif adhésif optique moulé côté motif vers le haut et le substrat côté enduit vers le haut dans un nettoyant plasma à l’oxygène. Tirez un aspirateur à 540 millitorr. Ensuite, traitez la surface au plasma pendant 20 secondes.Lorsque vous avez terminé, retirez les morceaux et appuyez fermement sur les deux surfaces traitées ensemble jusqu’à ce que toutes les poches d’air indésirables aient été minimisées ou éliminées. Ensuite, replacez l’appareil sous la lumière UV et durcissez-le complètement pendant 20 minutes. Ensuite, placez l’appareil sur une plaque chauffante chauffée à 50 degrés Celsius pendant 18 heures.Une fois terminé, insérez des segments de six pouces de long d’un tube en polyéthylène basse densité de 0,58 millimètre de diamètre intérieur dans chacun des ports de l’appareil. Ensuite, ajoutez un époxy quickset pour fixer le tube en place. Utilisez du ruban adhésif pour fixer le dispositif microfluidique sur un microscope inversé équipé d’une caméra à grande vitesse.Sélectionnez un objectif 4x et concentrez-vous sur un domaine d’intérêt. Ici, la région d’entrée de l’appareil est illustrée. Ensuite, chargez trois millilitres d’huile brute ou modale dans une seringue en verre de 10 millilitres équipée d’un embout de distribution industrielle de calibre 23.Fixez la seringue au support de pousse-seringue et réglez la valeur de diamètre appropriée sur les paramètres du pousse-seringue. Ensuite, chargez un millilitre de liquide de déplacement dans une seringue en plastique de trois millilitres équipée d’un embout de distribution industriel de calibre 23. Fixez la seringue dans le support de pousse-seringue et réglez à nouveau la valeur de diamètre appropriée sur les paramètres du pousse-seringue.Connectez le fluide de déplacement à l’entrée de l’appareil en insérant la pointe de l’aiguille dans le tube. Ensuite, connectez la seringue remplie d’huile à son orifice. Commencez à faire couler l’huile dans l’orifice de sortie de l’appareil à raison de deux millilitres par heure tout en faisant couler simultanément le fluide de déplacement dans l’orifice d’entrée à 0,8 millilitre par heure.Le générateur de mousse en option sera utilisé pour cette démonstration. Recueillez l’affluent dans un flacon en verre de 20 millilitres jusqu’à ce que les deux fluides s’écoulent tous les deux par l’orifice de vidange. Le fluide de déplacement ne doit pas pénétrer dans le milieu poreux, mais doit plutôt sortir directement par le drain jusqu’à ce que la caméra soit en place et que le tournage ait commencé.Commencez à filmer la zone d’intérêt sur le support poreux à une fréquence d’images suffisamment rapide pour capturer le phénomène souhaité. De plus, capturez une image fixe de la zone saturée à 100 % d’huile. Ensuite, coupez rapidement et simultanément le tube qui s’écoule dans l’huile tout en serrant le tube de vidange avec une pince à liant de cinq centimètres.Laissez le fluide de déplacement envahir l’appareil jusqu’à ce que le déplacement d’huile atteigne un état stable ou que la caméra n’ait plus de mémoire. Les résultats typiques d’un modèle micro saturé d’huile sont présentés ici. Dans la région de fracture, la mousse se détourne vers les matrices de plus faible perméabilité, comme prévu.La mousse est générée par deux mécanismes principaux qui peuvent être décrits comme le pincement et la division en lamelles. La destruction de la mousse peut être facilement identifiée sous les formes de coalescence, d’aspiration capillaire et de grossissement par diffusion. En suivant cette méthode, nous pouvons effectivement être en mesure d’utiliser ces systèmes microfluidiques pour étudier d’autres processus de récupération assistée du pétrole, tels que l’inondation alcaline, l’inondation de polymères, l’inondation de tensioactifs, ainsi que pour pouvoir les utiliser pour étudier d’autres processus complexes de milieux poreux tels que l’assainissement des aquifères.Un autre domaine d’intérêt est l’utilisation de ces dispositifs microfluidiques pour étudier la capture et la séquestration du carbone. Nous pouvons en fait voir les mécanismes par lesquels le dioxyde de carbone est piégé dans les milieux poreux à travers ces systèmes microfluidiques.

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JoVE Journal

Environment

Environnement

Dispositifs microfluidiques peuvent être utilisées pour visualiser processus naturels complexes en temps réel et à l'échelle physique approprié. Nous avons développé un dispositif simple microfluidique qui imite les principales caractéristiques des milieux poreux naturels pour étudier la croissance et le transport des bactéries dans le sous-sol.

Fenêtre sur un micromonde: Simple systèmes microfluidiques pour l&#39;étude de Transports microbienne dans les milieux poreux

Source : Scheidweiler, D., et al. Combiner des dispositifs fluidiques avec la microscopie et la cytométrie en flux pour étudier le transport microbien dans des milieux poreux à l’échelle spatiale. J. Vis. Exp. (2020).Cette vidéo démontre l’utilisation d’un dispositif microfluidique pour quantifier la motilité bactérienne via une matrice poreuse composée de piliers disposés aléatoirement. Des bactéries marquées par fluorescence sont introduites dans l’appareil, imagées au microscope au fur et à...

Évaluation de la motilité bactérienne à l’aide d’un dispositif microfluidique

Source : Kurz, D. L., et al. Plateforme microfluidique pour étudier le bioclogging dans des milieux poreux. J. Vis. Exp. (2022)La vidéo montre l’utilisation d’un dispositif microfluidique pour étudier la formation de biofilms. Une suspension bactérienne est introduite dans le microcanal, suivie d’une incubation pour permettre le développement du biofilm. Le débit est ensuite repris, et la surveillance de la pression ainsi que l’imagerie sont utilisées pour détecter la formation de biofilms et...

Un dispositif microfluidique pour l’imagerie en temps réel et le suivi de la pression lors de la formation du biofilm

Nous présentons une méthodologie pour l’imagerie de plusieurs phases fluides dans des conditions de réservoir par l’utilisation de la microtomographie à rayons X. Nous montrons quelques résultats représentatifs du piégeage capillaire dans un échantillon de roche carbonatée.

Imagerie Reservoir État Pore échelle des phases fluides multiples Utilisation de microtomographie à rayons X

Synchrotron tomographie rapide a été utilisé pour l' image dynamique dissolution du calcaire en présence de CO 2 de la saumure saturée dans des conditions de réservoir. 100 scans ont été prises avec une résolution de 6,1 pm sur une période de 2 h.

Dynamic Pore échelle Reservoir condition d&#39;imagerie de Réaction en Carbonates utilisant Synchrotron Tomographie rapide

Nous démontrons la fabrication et l’utilisation d’un dispositif microfluidique qui permet le suivi des mesures microrhéologie pour étudier les effets rhéologiques des transitions de phases répétées sur la matière molle de particules multiples.

Combinant la microfluidique et microrhéologie pour déterminer les propriétés rhéologiques de la matière molle au cours de Transitions de phases répétées

Ce protocole est présenté afin de caractériser les conditions de mouillage complexe d’un milieu poreux opaque (roche de réservoir d’hydrocarbures) à l’aide d’une image en relief obtenue par MICROTOMOGRAPHIE aux rayons x à des conditions souterraines.

Pore-échelle d’imagerie et de caractérisation des hydrocarbures Reservoir Rock mouillabilité aux Conditions sous la surface à l’aide de MICROTOMOGRAPHIE aux rayons x

Les courbes révolutionnaires sont des outils efficaces pour étudier le transport des bactéries dans les médias poreux. Ici, nous introduisons des outils basés sur des dispositifs fluidiques en combinaison avec la microscopie et le comptage cytométrique de flux pour obtenir des BTCs.

Combiner des dispositifs fluides avec la microscopie et la cytométrie de débit pour étudier le transport microbien dans les médias poreux à travers les échelles spatiales

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.

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

Un profileur de microdialyse est décrit pour échantillonner les solutés d’eau interstitielle dissous à travers une interface sol-eau oxique-anoxique in situ avec un minimum de perturbation. Ce dispositif est conçu pour capturer les changements rapides dans les profils concentration-profondeur induits par les perturbations à l’interface sol-eau et au-delà.

Échantillonnage de soluté dissous à travers une interface sol-eau oxique-anoxique à l’aide de profileurs de microdialyse

Le présent protocole décrit une plateforme microfluidique pour étudier le développement de biofilms dans des milieux poreux quasi-2D en combinant l’imagerie microscopique à haute résolution avec des mesures simultanées de différence de pression. La plateforme quantifie l’influence de la taille des pores et des débits de fluide dans les milieux poreux sur le biocolmatage.

Une plateforme microfluidique pour étudier le biocolmatage en milieu poreux

Découvrez la fabrication de dispositifs microfluidiques personnalisables pour étudier les écoulements multiphasiques dans les milieux poreux. Cette méthode permet de visualiser les mécanismes de récupération assistée du pétrole de manière rapide et économique.

Dispositifs microfluidiques pour caractériser les processus d’événement Pore-échelle dans les milieux poreux pour les Applications de récupération huile (Vidéo) | JoVE Journal

Dispositifs microfluidiques pour caractériser les processus d’événement Pore-échelle dans les milieux poreux pour les Applications de récupération huile

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