Name: Urządzenia mikroprzepływowe do charakteryzowania procesów zdarzeń w skali porów w ośrodkach porowatych do zastosowań związanych z odzyskiwaniem oleju (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-01-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 38 s
Description: Poznaj metodę produkcji mikroprzepływowych urządzeń z żywicy epoksydowej do wizualizacji wielofazowych przepływów w ośrodkach porowatych. Technika ta umożliwia badanie mechanizmów zwiększonego odzysku ropy naftowej w sposób szybki i ekonomiczny.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dziękujemy za wsparcie finansowe od Rice University Consortium for Processes in Porous Media (Houston, TX, USA).

Uwaga: Niniejszy protokół obejmuje pracę z piecem wysokotemperaturowym, toksycznymi chemikaliami oraz światłem UV. Prosimy o uważne zapoznanie się ze wszystkimi kartami charakterystyki materiałów i przestrzeganie wytycznych dotyczących bezpieczeństwa chemicznego obowiązujących w Państwa instytucji.
1. Konstrukcja urządzenia
<ol>
	<li>Zaprojektuj fotomaskę w aplikacji oprogramowania CAD.
	<ol>
		<li>Narysuj prostokątny kanał o długości 3 cm i szerokości 0,5 cm (Rycyna 1b-prawy górny róg).</li>
		<li>Utwórz macierz zamkniętych kształtów reprezentujących ziarna ośrodka porowatego. 
		UWAGA: Kształty te nazywa się słupkami, ponieważ w procesie miękkiej litografii staną się one strukturami trójwymiarowymi. Kształt i rozmiar słupków powinny być rzędu dziesiątek mikronów, a odstępy między nimi od dziesięciu do stu mikronów. W celu uzyskania heterogeniczności można zastosować wiele rozmiarów słupków, a fragment projektu pozostawić bez słupków, aby zasymulować pęknięcie w ośrodku.</li>
		<li>Narysuj kanały wlotowe i wylotowe, których szerokość wynosi około jednej trzeciej szerokości sekcji ośrodka porowatego. Narysuj kanał odchodzący od otworu wlotowego, który będzie pełnić funkcję odpływu.</li>
		<li>Narysuj ramkę wokół całego projektu z zachowaniem minimalnego odstępu 1,0 cm od krawędzi projektu. 
		UWAGA: Obszar między ramką a granicami projektu, a także słupki, powinny być przezroczyste na fotomasce.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Prześlij plik CAD do firmy oferującej wysokorozdzielczy druk CAD. 
	UWAGA: Opcjonalnie: Dla eksperymentu z przemieszczaniem piany zaprojektuj mikrofluidyczny generator piany (Rycyna 1a). Powtórz krok 1, pomijając projektowanie heterogeniczności i ramki. Na wlocie, przed sekcją ośrodka porowatego, zalecana jest geometria skupiania przepływu (flow-focusing). Przestrzenie przepływu powinny być przezroczyste na fotomasce.</li>
</ol>
2. Wytwarzanie formy z PDMS
<ol>
	<li>Utworzenie matrycy z płytki krzemowej z wzorem z fotorezystu w pomieszczeniu czystym
	<ol>
		<li>Naniesienie warstwy fotorezystu o grubości 20 µm na nową płytkę krzemową metodą spin-coatingu przy 2 000 rpm przez 30 s.</li>
		<li>Wstępne wypalanie (soft bake) płytki na płycie grzejnej w dwóch etapach: 65 °C przez 1 min, a następnie 95 °C przez 3 min.</li>
		<li>Wykorzystanie maskowni do nałożenia wzoru CAD na warstwę fotorezystu przy stałej dawce 150 mJ/cm2.</li>
		<li>Wykonanie wypalania po naświetlaniu (post-exposure bake) na płycie grzejnej w dwóch etapach: 65 °C przez 1 min, a następnie 95 °C przez 3 min. Pozostawienie płytki do ostygnięcia na 5 min.</li>
		<li>Zanurzenie płytki w 100 mL octanu propylenu glikolu metylowego w szklanej naczyniu do krystalizacji. Delikatne mieszanie ręczne przez 10 min w celu wywołania wzoru z fotorezystu. Przepłukanie izopropanolem i osuszenie płytki strumieniem suchego powietrza.</li>
		<li>Końcowe wypalanie (hard bake) płytki na płycie grzejnej w dwóch etapach: 120 °C przez 5 min, a następnie 150 °C przez 10 min. Pozostawienie płytki do ostygnięcia na 15 min.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Odlewanie PDMS na matrycy z płytki krzemowej
	<ol>
		<li>Zmieszanie łącznie 30 g elastomeru PDMS oraz utwardzacza w stosunku 5:1 w jednorazowym pojemniku wolnym od kurzu.</li>
		<li>Odgazowanie PDMS w deskrypatorze próżniowym przez 30 min.</li>
		<li>Wylanie PDMS na matrycę z płytki krzemowej z wzorem z fotorezystu w szklanej szalce Petri o średnicy 150 mm.</li>
		<li>Umieszczenie szalki Petri z płytką i PDMS w piekarniku w temperaturze 80 °C na 1 h.</li>
		<li>Wyjęcie szalki Petri z piekarnika i pozostawienie zawartości do osiągnięcia temperatury pokojowej. 
		UWAGA: Procedurę można w tym miejscu przerwać.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie formy z PDMS do przeniesienia wzoru na klej optyczny
	<ol>
		<li>Ostrożne wycięcie formy z PDMS za pomocą skalpela i odklejenie formy od płytki.</li>
		<li>Oczyszczenie i zabezpieczenie formy z PDMS za pomocą przezrozystej taśmy klejącej. 
		UWAGA: Procedurę można w tym miejscu przerwać.</li>
		<li>Umieszczenie formy z PDMS stroną ze wzorem do góry na dnie plastikowej, wolnej od kurzu szalki Petri o średnicy 60 mm. Odczekanie 10 s, aż PDMS przyklei się do plastiku.</li>
		<li>Zabezpieczenie powierzchni PDMS przezroczystą taśmą plastikową aż do kroku 3.1.1. 
		UWAGA: Opcjonalnie: aby wykonać generator piany, należy powtórzyć kroki od 2.1. do 2.3.2. dla projektu generatora piany.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Wytwarzanie urządzenia z klejem optycznym
<ol>
	<li>Odlewianie kleju optycznego na formie z PDMS
	<ol>
		<li>Usuń taśmę z teksturowanej powierzchni PDMS, a następnie wlej klej optyczny do szalki Petriego o średnicy 150 mm do poziomu około 0,9 cm powyżej górnej powierzchni formy z PDMS. Delikatnie usuń pęcherzyki powietrza za pomocą dowolnego rodzaju patyczka kosmetycznego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Utwardzanie kleju optycznego pod światłem UV przez łącznie 40 min, zgodnie z procedurą opisaną w krokach 3.2.1–3.2.5 w systemie PSD-UV. 
	Uwaga: Podczas pracy ze światłem UV należy stosować odpowiednie środki ochrony osobistej.
	<ol>
		<li>Naświetlaj szalkę Petriego światłem UV (254 nm) przez 5 min.</li>
		<li>Odwróć szalkę Petriego tak, aby dno było skierowane w stronę źródła UV, i naświetlaj dolną stronę światłem UV przez 5 min.</li>
		<li>Odwróć szalkę Petriego z powrotem do pozycji pionowej i ponownie naświetlaj górną stronę światłem UV przez 5 min.</li>
		<li>Ponownie odwróć szalkę Petriego dnem do góry i ponownie naświetlaj dolną stronę światłem UV przez 10 min.</li>
		<li>Przywróć szalkę Petriego do pozycji pionowej i ponownie naświetlaj górną stronę światłem UV przez 15 min. 
		UWAGA: Procedura utwardzania w krokach od 3.2.1 do 3.2.5 ma zastosowanie wyłącznie przy użyciu określonego aparatu PSD-UV (Tabela materiałów). Czas utwardzania będzie się różnić w zależności od zastosowanej lampy oraz dokładnej grubości warstwy kleju optycznego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Usuwanie utwardzonego kleju optycznego z formy z PDMS
	<ol>
		<li>Za pomocą noża segmentowego ostrożnie wyłam utwardzony klej optyczny z formy w szalce Petriego. 
		Uwaga: Ostrza noży segmentowych są bardzo ostre i mogą łatwo przeciąć skórę. Należy zachować ostrożność podczas pracy z ostrymi krawędziami potłuczonych szalek Petriego.</li>
		<li>Użyj solidnych nożyczek, aby usunąć nadmiar kleju optycznego z krawędzi projektu.</li>
		<li>Powoli odklej formę z PDMS od krążka z kleju optycznego. Chronij teksturowane fragmenty powierzchni kleju optycznego oraz powierzchnię PDMS za pomocą przezroczystej taśmy.</li>
		<li>Użyj wycinaka do biopsji o średnicy 1,0 mm, aby wykonać otwory wlotowe, wylotowe i odpływowe. Chronij teksturowany klej optyczny przezroczystą taśmą.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie podłoża
	<ol>
		<li>Nanieś 1 mL kleju optycznego na nowe szkiełko przedmiotowe i rozprowadź go metodą spin-coatingu w dwóch etapach: 500 rpm przez 5 s, a następnie 4 000 rpm przez 20 s.</li>
		<li>Szybko przenieś podłoże do naświetlania UV i częściowo utwardź cienką warstwę kleju optycznego pod światłem UV przez 30 s.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Łączenie odlewu z kleju optycznego z podłożem
	<ol>
		<li>Umieść odlew z kleju optycznego stroną teksturowaną do góry oraz podłoże stroną pokrytą klejem do góry w cleanerze plazmowym O2. Oczyść powierzchnie plazmą przez 20 s przy ciśnieniu 540 mTorr.</li>
		<li>Mocno dociśnij do siebie obie przetworzone powierzchnie, aż wszystkie niepożądane pęcherzyki powietrza zostaną zminimalizowane lub usunięte.</li>
		<li>W pełni utwardź urządzenie pod światłem UV przez 20 min. 
		Uwaga: Podczas pracy ze światłem UV należy stosować odpowiednią ochronę, np. okulary ochronne, fartuch laboratoryjny, rękawiczki itp.</li>
		<li>Umieść urządzenie na płycie grzejnej w temperaturze 50 °C na 18 h.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wprowadź 6-calowy odcinek rurki z polietylenu o niskiej gęstości (PE/3) o średnicy wewnętrznej 0,58 mm do każdego z portów w urządzeniu.</li>
	<li>Użyj szybko twardniejącego epoksydu (czas wiązania 5 min), aby przymocować rurki na miejscu. 
	UWAGA: Opcjonalnie: Aby ukończyć generator piany, powtórz kroki 3.5.1, 3.5.2, 3.6 i 3.7, używając odlewu z PDMS generatora piany i nowego szkiełka przedmiotowego zamiast odlewu z kleju optycznego i przygotowanego podłoża.</li>
</ol>
4. Eksperyment wyparcia oleju
<ol>
	<li>Przygotować urządzenie mikroprzepływowe do obrazowania na mikroskopie odwróconym wyposażonym w szybką kamerę. Przymocować urządzenie do stolika mikroskopu za pomocą taśmy. Używając obiektywu 4X, ustawić ostrość na obszarze zainteresowania (AOI).</li>
	<li>Przygotować płyny do wtryskiwania 
	UWAGA: W przypadku układów trójfazowych do klarownych płynów wypierających należy dodać barwnik, aby zapewnić kontrast kolorystyczny do analizy obrazu.
	<ol>
		<li>Napełnić szklaną strzykawkę o pojemności 10 mL 3 mL próbki ropy naftowej lub oleju modelowego, korzystając z przemysłowej końcówki dozującej o rozmiarze 23 G. Umieścić strzykawkę w uchwycie pompy strzykawkowej i ustawić odpowiednią wartość średnicy w ustawieniach pompy.</li>
		<li>Napełnić plastikową strzykawkę o pojemności 3 mL 1 mL płynu wypierającego, korzystając z przemysłowej końcówki dozującej o rozmiarze 23 G. Umieścić strzykawkę w uchwycie pompy strzykawkowej i ustawić odpowiednią wartość średnicy w ustawieniach pompy. 
		UWAGA: Opcjonalnie: W przypadku eksperymentów z generowaniem piany podłączyć szklaną kapilarę o długości 10 m i średnicy 25 µm do butli z gazem N2 i ustawić ciśnienie gazu na wartość wymaganą dla pożądanego natężenia przepływu gazu, zgodnie z krzywą kalibracyjną. Odczekać 10 min aż przepływ gazu się ustabilizuje.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Nasycić urządzenie do modelowania mediów porowatych OPTICAL ADHESIVE olejem
	<ol>
		<li>Podłączyć płyn wypierający do wlotu urządzenia, wkładając końcówkę igły do rurki PE/3. 
		UWAGA: Opcjonalnie: Gdy jako faza wypierająca stosowana jest piana, podłączyć strzykawkę z płynem wypierającym do wlotu generatora piany. Podłączyć kapilarę gazową do drugiego portu wlotowego generatora piany, wkładając rurkę kapilarną do przemysłowej końcówki dozującej 23 G i uszczelniając pierścień za pomocą szybko utwardzającej się żywicy epoksydowej. Wylot generatora piany należy następnie połączyć z wlotem urządzenia optical adhesive za pomocą złącza 23 G.</li>
		<li>Podłączyć strzykawkę wypełnioną olejem do wlotu urządzenia, wkładając końcówkę igły do rurki PE/3.</li>
		<li>Rozpocząć przepływ oleju do portu wylotowego urządzenia OPTICAL ADHESIVE z prędkością 2 mL/h, jednocześnie tłocząc płyn wypierający do portu wlotowego z prędkością 0,8 mL/h w taki sposób, aby oba płyny wypływały przez port odpływowy. Płyn wypierający nie powinien wnikać do ośrodka porowatego. Zebrać odpływ do szklanej fiolki o pojemności 20 mL.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozpocząć filmowanie AOI na urządzeniu do mediów porowatych z częstotliwością klatek wystarczającą do uchwycenia pożądanych zjawisk. Typowa częstotliwość klatek to 50 fps. Wykonać zdjęcie obszaru nasyconego olejem w 100%.</li>
	<li>Szybko i jednocześnie przeciąć nożyczkami rurkę PE/3, przez którą przepływa olej, jednocześnie zaciskając rurkę odpływową za pomocą 5 cm zacisku sprężynowego.</li>
	<li>Pozwolić płynowi wypierającemu wnikać do urządzenia, aż wypieranie oleju osiągnie stan stacjonarny lub skończy się pamięć kamery.</li>
</ol>
5. Analiza obrazów i danych
<ol>
	<li>Użyj bezpłatnego oprogramowania do analizy obrazu, takiego jak Image J, lub zestawu narzędzi do analizy obrazu w programie MATLAB, aby przeanalizować nagranie z eksperymentu.
	<ol>
		<li>Wykorzystując nieruchomy obraz kanału nasyconego olejem w 100%, oblicz porowatość w jednostkach procentowych dla AOI ośrodka porowatego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oblicz objętość porów, korzystając z następującego równania: 
	<img alt="Schemat równania objętości porów; objętość porów = porowatość × (szerokość AOI × wysokość AOI × głębokość kanału)." src="/files/ftp_upload/56592/56592eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"></li>
	<li>Użyj oprogramowania do analizy obrazu, aby określić nasycenie olejem, jako ułamek całkowitej przestrzeni przepływu, w każdej klatce nagrania wideo z eksperymentu. W przypadku eksperymentów z wypieraniem dwufazowym, nasycenie fazy wypierającej w każdej klatce można obliczyć jako: 
	<img alt="Równanie nasycenia fazy wypierającej: 1 minus nasycenie fazą olejową; formuła mechaniki płynów." src="/files/ftp_upload/56592/56592eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2"></li>
	<li>Przygotuj wykres nasycenia olejem w procentach w funkcji objętości porów wtryśniętego płynu. 
	UWAGA: Opcjonalnie: Dla systemów trójfazowych, takich jak w eksperymentach z wypieraniem pianą, użyj zestawu narzędzi do analizy obrazu w programie MATLAB, aby skategoryzować każdą fazę wypierającą według koloru, korzystając z charakterystycznego zakresu RGB dla każdej fazy. Przygotuj wykres przedstawiający nasycenie wszystkich trzech faz w funkcji wtryśniętych objętości porów.</li>
</ol>

<ol><li>Blaker, T., et al. <a target="_blank" href="https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-78824-PA">Foam for Gas Mobility Control in the Snorre Field: The FAWAG Project.</a> SPE Reserv Eval Eng. 5 (04), 317-323 (2002).</li>
<li>Mannhardt, K., Svorstøl, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920410599000169">Effect of oil saturation on foam propagation in Snorre reservoir core.</a> J Petrol Sci Eng. 23 (3-4), 189-200 (1999).</li>
<li>Falls, A. H., Lawson, J. B., Hirasaki, G. J. <a target="_blank" href="https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-15053-PA">The Role of Noncondensable Gas in Steam Foams.</a> J Petrol Technol. 40 (01), 95-104 (1988).</li>
<li>Hirasaki, G. J., Miller, C. A., Szafranski, R., Lawson, J. B., Akiya, N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHirasaki%2C+GJ+%22Surfactant%2FFoam+Process+for+Aquifer+Remediation%22">Surfactant/Foam Process for Aquifer Remediation</a>. , International Symposium on Oilfield Chemistry. Houston, Texas. (1997).</li>
<li>Lv, Q., Li, Z., Li, B., Li, S., Sun, Q. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.5b02197">Study of Nanoparticle-Surfactant-Stabilized Foam as a Fracturing Fluid.</a> Ind Eng Chem Res. 54 (38), 9468-9477 (2015).</li>
<li>Conn, C. A., Ma, K., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualizing+oil+displacement+with+foam+in+a+microfluidic+device+with+permeability+contrast%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Visualizing oil displacement with foam in a microfluidic device with permeability contrast.</a> Lab Chip. 14 (20), 3968-3977 (2014).</li>
<li>Ma, K., Liontas, R., Conn, C. A., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/sm/c2sm25833a">Visualization of improved sweep with foam in heterogeneous porous media using microfluidics.</a> Soft Matter. 8 (41), 10669(2012).</li>
<li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1537519">Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels.</a> Appl Phys Lett. 82 (3), 364(2003).</li>
<li>Gauteplass, J., Chaudhary, K., Kovscek, A. R., Fernø, M. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927775714009728">Pore-level foam generation and flow for mobility control in fractured systems.</a> Colloid Surface A. 468, 184-192 (2015).</li>
<li>Kovscek, A. R., Radke, C. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0927775796036370">Gas bubble snap-off under pressure-driven flow in constricted noncircular capillaries.</a> Colloid Surface A. 117 (1-2), 55-76 (1996).</li>
<li>Géraud, B., Jones, S. A., Cantat, I., Dollet, B., Méheust, Y. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015WR017936/abstract">The flow of a foam in a two-dimensional porous medium: FOAM FLOW IN A 2-D POROUS MEDIUM.</a> Water Resour Res. 52 (2), 773-790 (2016).</li>
<li>Lin, Y. -J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Examining+Asphaltene+Solubility+on+Deposition+in+Model+Porous+Media%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Examining Asphaltene Solubility on Deposition in Model Porous Media.</a> Langmuir. 32 (34), 8729-8734 (2016).</li>
<li>Bartolo, D., Degré, G., Nghe, P., Studer, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+stickers%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidic stickers.</a> Lab Chip. 8 (2), 274-279 (2008).</li>
<li>Kenzhekhanov, S. <a target="_blank" href="https://dspace.library.colostate.edu/handle/11124/170656?show=full">Chemical EOR process visualization using NOA81 micromodels</a>. , Master's degree Thesis (2017).</li>
<li>Zhuang, Y. G., et al. <a target="_blank" href="http://eprints.hud.ac.uk/id/eprint/28391/">Experimental Investigation of Asphaltene Deposition in a Transparent Microchannel.</a> Proceedings of the 1st Thermal and Fluid Engineering Summer Conference. , New York, NY, USA. (2016).</li>
<li>Ma, K., Rivera, J., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wettability+control+and+patterning+of+PDMS+using+UV-ozone+and+water+immersion%5BTitle%5D)+AND+%22J+Colloid+Interf+Sci%22%5BJournal%5D)">Wettability control and patterning of PDMS using UV-ozone and water immersion.</a> J Colloid Interf Sci. 363 (1), 371-378 (2011).</li>
<li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+Prototyping+of+Microfluidic+Systems+in+Poly%28dimethylsiloxane%29%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane).</a> Anal Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).</li>
<li>Sollier, E., Murray, C., Maoddi, P., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+polymers+for+microfluidic+devices+and+high+pressure+injections%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping polymers for microfluidic devices and high pressure injections.</a> Lab Chip. 11 (22), 3752(2011).</li>
<li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent+Compatibility+of+Poly%28dimethylsiloxane%29-Based+Microfluidic+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices.</a> Anal Chem. 75 (23), 6544-6554 (2003).</li>
<li>Silvestrini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+the+wetting+properties+of+thiolene+microfluidic+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Tailoring the wetting properties of thiolene microfluidic materials.</a> Lab Chip. 12 (20), 4041(2012).</li>
<li>Wägli, P., Homsy, A., de Rooij, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Norland+optical+adhesive+%28NOA81%29+microchannels+with+adjustable+wetting+behavior+and+high+chemical+resistance+against+a+range+of+mid-infrared-transparent+organic+solvents%5BTitle%5D)+AND+%22Sensor+Actuat+B-Chem%22%5BJournal%5D)">Norland optical adhesive (NOA81) microchannels with adjustable wetting behavior and high chemical resistance against a range of mid-infrared-transparent organic solvents.</a> Sensor Actuat B-Chem. 156 (2), 994-1001 (2011).</li>
<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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Ten protokół badania procesów odzyskiwania oleju w mikromodelach klejów optycznych zapewnia równowagę między wytrzymałością mikromodeli niepolimerowych – takich jak szkło lub krzem – a łatwym wytwarzaniem urządzeń mikroprzepływowych PDMS. W przeciwieństwie do mikromodeli wykonanych ze szkła lub kleju optycznego, urządzenia PDMS nie są odporne na lekkie związki organiczne. Mikromodele PDMS również nie są idealne do wielu eksperymentów, ponieważ powierzchnie tych urządzeń mają niestabilne właściwości zwilżające, a matryca ...

Celem tej metody jest wizualizacja i analiza wielofazowych, wieloskładnikowych interakcji płynów i złożonej dynamiki skali porów w porowatych ośrodkach. Przepływ i transport płynów w ośrodkach porowatych są przedmiotem zainteresowania od wielu lat, ponieważ systemy te mają zastosowanie w kilku procesach podpowierzchniowych, takich jak odzyskiwanie ropy naftowej, remediacja warstwy wodonośnej i szczelinowanie hydrauliczne1,2,3,4,5. Korzystając z mikromodeli do naśladowania tych złożonych struktur porów, uzyskuje się unikalne informacje, wizualizując dynamiczne zdarzenia na poziomie porów między różnymi fazami płynu a mediami6,7,8,9,10,11.
Produkcja tradycyjnych mikromodeli na bazie krzemionki jest kosztowna, czasochłonna i wymagająca, jednak konstruowanie mikromodeli z kleju optycznego stanowi stosunkowo tanią, szybką i łatwą alternatywę12,13,14,15. W porównaniu z innymi mikromodelami na bazie polimerów, klej optyczny wykazuje bardziej stabilne właściwości zwilżania powierzchni. Na przykład powierzchnie mikromodelowe polidimetylosiloksanu (PDMS) szybko staną się hydrofobowe w trakcie typowego eksperymentu z przemieszczeniem16. Co więcej, moduł Younga PDMS wynosi 2,5 MPa, podczas gdy kleju optycznego wynosi 325 MPa13,17,18. Dzięki temu klej optyczny jest mniej podatny na deformacje wywołane ciśnieniem i awarie kanałów. Co ważne, utwardzony klej optyczny jest znacznie bardziej odporny na pęcznienie przez składniki organiczne o niskiej masie cząsteczkowej, co pozwala na prowadzenie eksperymentów z udziałem ropy naftowej i lekkich rozpuszczalników18. Ogólnie rzecz biorąc, klej optyczny jest lepszą alternatywą dla PDMS do badań przemieszczeń obejmujących ropę naftową, gdy mikromodele na bazie krzemionki są zbyt złożone lub drogie, a badania wysokiej temperatury i ciśnienia nie są wymagane.
Protokół opisany w tej publikacji zawiera instrukcje krok po kroku dla mikromodeli kleju optycznego i informuje o subtelnych sztuczkach, które zapewniają sukces w manipulowaniu małymi ilościami płynów. Najpierw opisano projektowanie i wytwarzanie mikromodeli na bazie kleju optycznego z miękką litografią. Następnie podano strategię wypierania płynu dla bardzo niskich natężeń przepływu, które są zwykle nieosiągalne w przypadku regulatorów przepływu masowego. Następnie jako przykład podaje się reprezentatywny wynik eksperymentu. Eksperyment ten ujawnia zachowanie destabilizacji i propagacji piany w obecności ropy naftowej i niejednorodnych ośrodków porowatych. Na koniec przedstawiono typowe przetwarzanie obrazu i analizę danych.
Metoda przedstawiona tutaj jest odpowiednia dla aplikacji wizualizacyjnych obejmujących przepływ wielofazowy i interakcje w ograniczonych przestrzeniach mikrokanałów. W szczególności metoda ta jest zoptymalizowana pod kątem charakterystycznych rozdzielczości mikrocech większych niż 5 i mniejszych niż 700 μm. Typowe natężenia przepływu wynoszą od 0,1 do 1 ml/h. W badaniach wypierania ropy naftowej lub lekkich rozpuszczalników przez ciecze wodne lub gazowe w kolejności tych zoptymalizowanych parametrów w warunkach otoczenia, protokół ten powinien być odpowiedni.

<table><tbody><tr><td>3 ml strzykawka Leur-Lok</td><td>Fischer Scientific</td><td>14-823-435</td><td></td></tr><tr><td>10 ml szklana strzykawka</td><td>Fischer Scientific</td><td>1482698G</td><td></td></tr><tr><td>Maska fotograficzna</td><td>Usługi CAD/Art Wafel</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>krzemowy Wafel uniwersytecki</td><td>452</td><td></td></tr><tr><td>Octan glikolu propylenowego-eteru metylowego&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>484431-4L</td><td></td></tr><tr><td>150 mm Szklana szalka Petriego</td><td>Carolina Biological Supply</td><td>#721134</td><td></td></tr><tr><td>60 mm Plastikowa szalka Petriego</td><td>Carolina Biological Supply</td><td>#741246</td><td></td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td>EV Group</td><td>EVG 620</td><td></td></tr><tr><td>1 mm Dziurkacz do biopsji 1 mm</td><td>Miltex, Plainsboro, NJ</td><td>69031-01</td><td></td></tr><tr><td>Przemysłowa końcówka dozująca</td><td>CML Supply</td><td>Miernik 23</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop odwrócony</td><td>Olympus</td><td>IX-71</td><td></td></tr><tr><td>System plazmowy</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>Środek do czyszczenia plazmowego</td></tr><tr><td>Polidimehtylsiloksan (PDMS)</td> <td>Dow Corning, Midland, MI</td><td>SYLGARD 184</td><td></td></tr><tr><td>Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) lub (OA)</td> <td>Norland Products Inc.</td><td>8116</td><td>Klej optyczny</td></tr><tr><td>Quick-Set Epoxy</td><td>Fisher Scientific</td><td>4001</td><td></td></tr><tr><td>Szkiełka szklane</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>Fotorezystancyjna</td></tr><tr><td>pompa strzykawkowa</td> Harvard <td></td><td>Apparatus Fusion 400</td><td></td></tr><tr><td>Szklane rurki kapilarne</td><td>SGE Analytical Science</td><td>1154710C</td><td></td></tr><tr><td>Szybka kamera</td><td>Vision Research</td><td>V 4.3</td><td></td></tr><tr><td>Rurki polietylenowe</td><td>Scientific Commodities Inc.</td><td>#BB31695-PE/3</td><td></td></tr></tbody></table>

urządzenia mikroprzepływowe do charakteryzowania procesów zdarzeń w skali porów w ośrodkach porowatych do zastosowań związanych z odzyskiwaniem oleju

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

Urządzenia mikroprzepływowe są wszechstronnymi narzędziami do badania procesów transportowych w skali mikroskopowej. Istnieje zapotrzebowanie na urządzenia mikroprzepływowe, które są odporne na składniki olejowe o niskiej masie cząsteczkowej, w przeciwieństwie do tradycyjnych urządzeń z polidimetylosiloksanu (PDMS). Tutaj demonstrujemy łatwą metodę wykonania urządzenia o tej właściwości i używamy produktu tego protokołu do zbadania mechanizmów skali porów, za pomocą których piana odzyskuje ropę naftową. Wzór jest najpierw projektowany za pomocą oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) i drukowany na folii przezroczystej za pomocą drukarki o wysokiej rozdzielczości. Wzór ten jest następnie przenoszony do fotorezystu za pomocą procedury litografii. PDMS jest odlewany na wzór, utwardzany w piecu i usuwany w celu uzyskania formy. Polimer sieciujący tiol-en, powszechnie stosowany jako klej optyczny (OA), jest następnie wylewany na formę i utwardzany w świetle UV. Forma PDMS jest odklejana od odlewu kleju optycznego. Następnie przygotowuje się szklane podłoże, a dwie połówki urządzenia są ze sobą łączone. Optyczne urządzenia oparte na kleju są bardziej wytrzymałe niż tradycyjne urządzenia mikroprzepływowe PDMS. Struktura epoksydowa jest odporna na pęcznienie przez wiele rozpuszczalników organicznych, co otwiera nowe możliwości eksperymentów z udziałem lekkich cieczy organicznych. Ponadto zwilżalność powierzchni tych urządzeń jest bardziej stabilna niż w przypadku PDMS. Konstrukcja przylepnych urządzeń mikroprzepływowych z klejem optycznym jest prosta, ale wymaga stopniowo więcej wysiłku niż wykonanie urządzeń opartych na PDMS. Ponadto, chociaż optyczne urządzenia adhezyjne są stabilne w cieczach organicznych, po długim czasie mogą wykazywać zmniejszoną siłę wiązania. Optyczne adhezyjne urządzenia mikroprzepływowe mogą być wykonane w geometriach, które działają jak mikromodele 2D dla mediów porowatych. Urządzenia te są stosowane w badaniach nad przemieszczaniem się ropy naftowej, aby lepiej zrozumieć mechanizmy skali porowej zaangażowane w zwiększony odzysk ropy naftowej i remediację warstwy wodonośnej.

W tym przykładowym eksperymencie pianka wodna jest wykorzystywana do wypierania bliskowschodniej ropy naftowej (o lepkości 5,4 cP i gęstości API 40°) w heterogenicznym ośrodku porowatym z warstwowym kontrastem przepuszczalności. Generator pianki z PDMS jest połączony z optycznym mikromodelem z kleju, który został wcześniej całkowicie nasycony ropą naftową. Rycina 1a przedstawia projekt CAD fotomaski dla generatora pianki z PDMS, wafela krzemowego z naniesiony...

Celem tej procedury jest łatwe i szybkie wyprodukowanie urządzenia mikroprzepływowego z dostosowywalną geometrią i odpornością na pęcznienie przez płyny organiczne do badań nad odzyskiwaniem oleju. Najpierw generowana jest forma z polidimetylosiloksanu, a następnie wykorzystywana do odlewania urządzenia na bazie żywicy epoksydowej. Przedstawiono reprezentatywne badanie przemieszczenia.

Urządzenia mikroprzepływowe do charakteryzowania procesów zdarzeń w skali porów w ośrodkach porowatych do zastosowań związanych z odzyskiwaniem oleju

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

Ogólnym celem tej procedury jest szybkie wyprodukowanie urządzenia mikroprzepływowego z dostosowywalną geometrią do wykorzystania w badaniach nad odzyskiwaniem oleju. Metoda ta pozwala nam badać przepływy wielofazowe w ośrodkach porowatych. Wykorzystując systemy mikroprzepływowe, aby móc faktycznie wizualizować tego typu złożone przepływy, możemy zaprojektować lepsze, ulepszone metody odzyskiwania ropy naftowej dla dużych systemów zbiornikowych.Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala nam szybko gromadzić dane i różne ulepszone metody odzyskiwania ropy naftowej w bezpieczny i opłacalny sposób. Metoda ta może dostarczyć informacji na temat ulepszonych mechanizmów odzyskiwania oleju. Może być również stosowany w innych systemach, takich jak sekwestracja CO2 i remediacja warstw wodonośnych.Aby rozpocząć, zaprojektuj maskę fotograficzną składającą się z prostokątnego kanału wypełnionego szeregiem postów za pomocą oprogramowania CAD. Naświetl ten wzór na silikonowej płytce pokrytej 20 mikronami fotorezystu. I użyj tego wzorca, aby utworzyć formę PDMS zgodnie z opisem w dołączonym protokole tekstowym.Umieść czystą formę PDMS stroną do góry na dnie bezpyłowej plastikowej szalki Petr

microfluidic-devices-for-characterizing-pore-scale-event-processes

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Urządzenia mikrofluidyczne mogą być wykorzystywane do wizualizacji złożonych procesów naturalnych w czasie rzeczywistym i w odpowiednich skalach fizycznych. Opracowaliśmy proste urządzenie mikrofluidyczne, które naśladuje kluczowe cechy naturalnych ośrodków porowatych, służące do badania wzrostu i transportu bakterii w podłożu gruntowym.

Okno na mikroświat: Proste systemy mikrofluidyczne do badania transportu drobnoustrojów w ośrodkach porowatych

Źródło: Scheidweiler, D. i in. Łączenie urządzeń płynowych z mikroskopią i cytometrią przepływową do badania transportu mikroorganizmów w ośrodkach porowatych na skalach przestrzennych. J. Vis. Exp. (2020).Ten film demonstruje użycie urządzenia mikrofluidycznego do ilościowego określania ruchliwości bakterii poprzez porowatą matrycę złożoną z losowo ułożonych filarów. Do urządzenia wprowadzane są fluorescencyjnie znakowane bakterie, obrazowane mikroskopią podczas przemieszczania się przez...

Ocena ruchliwości bakteryjnej za pomocą urządzenia mikrofluidycznego

Źródło: Kurz, D. L. i in. Platforma mikrofluidyczna do badania biozatkania w porowatych ośrodkach. J. Vis. Exp. (2022)Film demonstruje użycie urządzenia mikrofluidycznego do badania powstawania biofilmu. Do mikrokanału wprowadzana jest zawiesina bakteryjna, po której następuje inkubacja, umożliwiająca rozwój biofilmu. Następnie wznawia się przepływ, a monitorowanie ciśnienia wraz z obrazowaniem wykorzystuje się do wykrywania powstawania biofilmu i zatkania porów w czasie.

Urządzenie mikrofluidyczne do obrazowania w czasie rzeczywistym i śledzenia ciśnienia podczas tworzenia biofilmu

Prezentujemy metodologię obrazowania wielu faz płynu w warunkach zbiornikowych za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej. Przedstawiamy kilka reprezentatywnych wyników uwięzienia kapilarnego w próbce skały węglanowej.

Obrazowanie w skali porów stanu zbiornika wielu faz płynu za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej

Szybka tomografia synchrotronowa została użyta do dynamicznego zobrazowania rozpuszczania wapienia w obecności solanki nasyconej CO2 w warunkach zbiornikowych. Wykonano 100 skanów w rozdzielczości 6,1 μm przez okres 2 godzin.

Dynamiczne obrazowanie stanu zbiornika w skali porowej reakcji w węglanach za pomocą szybkiej tomografii synchrotronowej

Demonstrujemy produkcję i użycie urządzenia mikroprzepływowego, które umożliwia wielokrotne pomiary mikroreologii śledzenia cząstek w celu zbadania reologicznych efektów powtarzających się przemian fazowych na miękkiej materii.

Połączenie mikrofluidyki i mikroreologii w celu określenia właściwości reologicznych miękkiej materii podczas powtarzających się przemian fazowych

Ten protokół jest prezentowany w celu scharakteryzowania złożonych warunków zwilżania nieprzezroczystego porowatego medium (skały zbiornika węglowodorowego) za pomocą trójwymiarowych obrazów uzyskanych za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej w warunkach podpowierzchniowych.

Obrazowanie w skali porów i charakterystyka zwilżalności skał złożowych węglowodorów w warunkach podpowierzchniowych za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej

Krzywe przełomu (BTC) są skutecznymi narzędziami do badania transportu bakterii w porowatych mediach. Tutaj przedstawiamy narzędzia oparte na urządzeniach fluidycznych w połączeniu z mikroskopią i zliczaniem metodą cytometrii przepływowej w celu uzyskania BTC.

Połączenie urządzeń fluidycznych z mikroskopią i cytometrią przepływową w celu badania transportu drobnoustrojów w ośrodkach porowatych w skalach przestrzennych

Ten artykuł opisuje protokół wraz z analizą porównawczą dwóch technik wytwarzania mikroprzepływowego, a mianowicie fotolitografii/trawienia na mokro/termicznego łączenia oraz selektywnego trawienia indukowanego laserem (SLE), które są odpowiednie dla warunków wysokiego ciśnienia. Techniki te stanowią platformy umożliwiające bezpośrednią obserwację przepływu płynów w zastępczych ośrodkach przepuszczalnych i systemach szczelinowych w warunkach złożowych.

Techniki wytwarzania mikroprzepływowego do wysokociśnieniowych prób transportu nadkrytycznej piany CO2 w mikroskali w pękniętych zbiornikach niekonwencjonalnych

Profiler mikrodializy jest opisany do pobierania próbek rozpuszczonych substancji rozpuszczonych w wodzie porowej na styku tlenowo-beztlenowym gleba-woda in situ z minimalnymi zakłóceniami. Urządzenie to jest przeznaczone do wychwytywania gwałtownych zmian w profilach stężeń i głębokości wywołanych zakłóceniami na granicy faz gleba-woda i poza nią.

Pobieranie próbek rozpuszczonej substancji rozpuszczonej na tlenowo-beztlenowym granicy faz gleba-woda przy użyciu profilerów mikrodializ

Obecny protokół opisuje platformę mikroprzepływową do badania rozwoju biofilmu w porowatych ośrodkach quasi-2D poprzez połączenie obrazowania mikroskopowego o wysokiej rozdzielczości z jednoczesnymi pomiarami różnicy ciśnień. Platforma określa ilościowo wpływ wielkości porów i natężenia przepływu płynu w porowatych ośrodkach na biozatkanie.

Platforma mikroprzepływowa do badania biozatykania w pożywkach porowatych

Poznaj metodę produkcji mikroprzepływowych urządzeń z żywicy epoksydowej do wizualizacji wielofazowych przepływów w ośrodkach porowatych. Technika ta umożliwia badanie mechanizmów zwiększonego odzysku ropy naftowej w sposób szybki i ekonomiczny.

Urządzenia mikroprzepływowe do charakteryzowania procesów zdarzeń w skali porów w ośrodkach porowatych do zastosowań związanych z odzyskiwaniem oleju (Wideo) | JoVE Journal

Urządzenia mikroprzepływowe do charakteryzowania procesów zdarzeń w skali porów w ośrodkach porowatych do zastosowań związanych z odzyskiwaniem oleju

Przeglądaj więcej filmów