Dispositivi microfluidici per la caratterizzazione di processi di evento di poro-scala in mezzi porosi per le applicazioni di recupero olio

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di produrre rapidamente un dispositivo microfluidico con geometria personalizzabile per il suo utilizzo negli studi di recupero del petrolio. Questo metodo ci permette di essere in grado di studiare flussi multifase in mezzi porosi. Utilizzando sistemi microfluidici per essere in grado di visualizzare effettivamente questi tipi di flussi complessi, possiamo progettare metodi di recupero del petrolio migliori per sistemi di giacimento su larga scala.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che ci consente di raccogliere rapidamente dati e diversi metodi di recupero avanzato dell'olio in modo sicuro ed economico. Questo metodo può fornire informazioni sui meccanismi avanzati di recupero del petrolio. Può essere applicato anche ad altri sistemi come il sequestro di CO2 e la bonifica delle falde acquifere.

Per iniziare, progetta una maschera fotografica composta da un canale rettangolare riempito con una serie di pali utilizzando un software CAD. Esponi questo modello su un wafer di silicone rivestito con 20 micron di fotoresist. E usa questo master per creare uno stampo PDMS come descritto nel protocollo di testo allegato.

Posizionare il modello di stampo PDMS pulito con il lato rivolto verso l'alto sul fondo di una capsula di Petri di plastica da 150 millimetri priva di polvere. Lasciare che il PDMS aderisca alla plastica per 10 secondi, quindi proteggere la superficie del PDMS con del nastro di plastica trasparente. A questo punto la procedura potrebbe essere sospesa.

Quindi, rimuovi il nastro dalla superficie del motivo e versa l'adesivo ottico nel piatto a una profondità di circa 0,9 centimetri sopra la superficie superiore dello stampo. Usa un batuffolo di cotone per rimuovere delicatamente eventuali bolle che si formano. Ora, polimerizzare l'adesivo ottico utilizzando un sistema di fotopolimerizzazione UV come descritto nel protocollo di testo allegato.

Quindi, usa un taglierino per rompere con cura l'adesivo ottico dallo stampo. Quindi, usa un paio di forbici robuste per rimuovere l'adesivo ottico in eccesso dal bordo del disegno. Staccare lentamente lo stampo PDMS dal disco adesivo ottico.

Con un punzone per biopsia da 1 millimetro, creare un ingresso, un'uscita e dei fori di drenaggio nel dispositivo. Infine, utilizzare del nastro adesivo trasparente per proteggere le parti modellate dell'adesivo ottico e delle superfici PDMS. Posizionare un nuovo vetrino su una centrifuga ed erogare un millimetro di adesivo ottico sul vetrino.

Girare il vetrino in due fasi. Per prima cosa, giralo a 500 giri/min per cinque secondi, quindi aumenta il numero di giri a 4000 e fallo girare per 20 secondi. Trasferire rapidamente il substrato al trattamento con luce UV e polimerizzare parzialmente il sottile strato di adesivo ottico sotto la luce UV per 30 secondi.

Quindi, posizionare l'adesivo ottico con il lato colato rivolto verso l'alto e il substrato con il lato rivestito rivolto verso l'alto in un detergente al plasma di ossigeno. Tirare un vuoto a 540 millitorr. E poi il plasma tratta la superficie per 20 secondi.

Al termine, rimuovere i pezzi e premere con decisione le due superfici trattate fino a ridurre al minimo o rimuovere tutte le sacche d'aria indesiderate. Quindi, riposizionare il dispositivo sotto la luce UV e polimerizzarlo completamente per 20 minuti. Quindi, posizionare il dispositivo su una piastra riscaldata a 50 gradi Celsius per 18 ore.

Al termine, inserire segmenti lunghi sei pollici di tubi in polietilene a bassa densità con ID da 0,58 millimetri in ciascuna delle porte del dispositivo. Quindi, aggiungere una resina epossidica a presa rapida per fissare il tubo in posizione. Utilizzare del nastro adesivo per fissare il dispositivo microfluidico su un microscopio invertito dotato di una fotocamera ad alta velocità.

Seleziona un obiettivo 4x e concentrati su un'area di interesse. Qui viene mostrata la regione di ingresso del dispositivo. Quindi, caricare tre millilitri di petrolio greggio o modale in una siringa di vetro da 10 millilitri dotata di una punta di erogazione industriale calibro 23.

Fissare la siringa al supporto della pompa a siringa e impostare il valore del diametro appropriato nelle impostazioni della pompa a siringa. Quindi, caricare un millilitro di fluido di spostamento in una siringa di plastica da tre millilitri dotata di una punta di erogazione industriale calibro 23. Fissare la siringa nel supporto della pompa a siringa e, di nuovo, impostare il valore del diametro appropriato nelle impostazioni della pompa a siringa.

Collegare il fluido di spostamento all'ingresso del dispositivo inserendo la punta dell'ago nel tubo. Quindi, collegare la siringa piena d'olio alla sua porta. Iniziare a far fluire l'olio nella porta di uscita del dispositivo a due millilitri all'ora, facendo contemporaneamente scorrere il fluido di spostamento nella porta di ingresso a 0,8 millilitri all'ora.

Per questa dimostrazione verrà utilizzato il generatore di schiuma opzionale. Raccogliere l'affluente in una fiala di vetro da 20 millilitri fino a quando i due fluidi non fuoriescono entrambi dalla porta di scarico. Il fluido di spostamento non deve entrare nel mezzo poroso, ma deve invece uscire direttamente dallo scarico fino a quando la telecamera non è in posizione e le riprese sono iniziate.

Iniziate a filmare l'area di interesse sul dispositivo multimediale poroso a una frequenza fotogrammi sufficiente a catturare il fenomeno desiderato. Inoltre, cattura un'immagine fissa dell'area satura di petrolio al 100%. Quindi, tagliare rapidamente e contemporaneamente il tubo che scorre nell'olio mentre si blocca il tubo di scarico con una clip legante da cinque centimetri.

Lasciare che il fluido di spostamento invada il dispositivo fino a quando lo spostamento dell'olio non raggiunge lo stato stazionario o la fotocamera esaurisce la memoria. Di seguito sono riportati i risultati tipici di un micromodello saturo di olio. Nella regione di frattura, la schiuma devia nelle matrici di minore permeabilità come previsto.

La schiuma viene generata attraverso due meccanismi principali che possono essere descritti come pinch-off e divisione delle lamelle. La distruzione della schiuma può essere facilmente identificata sotto forma di coalescenza, aspirazione capillare e ingrossamento della diffusione. Seguendo questo metodo, possiamo effettivamente essere in grado di utilizzare questi sistemi microfluidici per studiare altri processi di recupero del petrolio potenziati, come l'inondazione alcalina, l'inondazione di polimeri, l'inondazione di tensioattivi, oltre ad essere in grado di utilizzarli per studiare altri processi complessi di mezzi porosi come la bonifica della falda acquifera.

Quindi un'altra area di interesse è l'utilizzo di questi dispositivi microfluidici per studiare la cattura e il sequestro del carbonio. Possiamo effettivamente vedere i meccanismi attraverso i quali l'anidride carbonica viene intrappolata all'interno del mezzo poroso attraverso questi sistemi microfluidici.