Urządzenia mikroprzepływowe do charakteryzowania procesów zdarzeń w skali porów w ośrodkach porowatych do zastosowań związanych z odzyskiwaniem oleju
January 16th, 2018
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.
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 Petriego o średnicy 150 milimetrów. Pozwól PDMS przylgnąć do tworzywa sztucznego przez 10 sekund, a następnie zabezpiecz powierzchnię PDMS przezroczystą taśmą plastikową. W tym momencie procedura może zostać wstrzymana.
Następnie należy usunąć taśmę z powierzchni wzoru i wlać klej optyczny do naczynia na głębokość około 0,9 centymetra powyżej górnej powierzchni formy. Użyj bawełnianego wacika, aby delikatnie usunąć wszelkie tworzące się bąbelki. Teraz utwardź klej optyczny za pomocą systemu utwardzania światłem UV, zgodnie z opisem w dołączonym protokole tekstowym.
Następnie użyj noża do pudełek, aby ostrożnie wyłamać klej optyczny z formy. Następnie użyj solidnych nożyczek, aby usunąć nadmiar kleju optycznego z krawędzi wzoru. Powoli odklej formę PDMS od krążka z klejem optycznym.
Za pomocą 1-milimetrowego stempla do biopsji utwórz otwory wlotowe, wylotowe i odpływowe w urządzeniu. Na koniec użyj przezroczystej taśmy, aby zabezpieczyć wzorzyste części kleju optycznego i powierzchni PDMS. Umieść nowy szkiełko podstawowe na powlekarce wirowej i nałóż na szkiełko jeden milimetr kleju optycznego.
Zakręć zjeżdżalnię w dwóch krokach. Najpierw kręć nim z prędkością 500 obr./min przez pięć sekund, a następnie zwiększ obroty do 4000 i kręć przez 20 sekund. Szybko przenieś podłoże do obróbki światłem UV i częściowo utwardź cienką warstwę kleju optycznego pod wpływem światła UV przez 30 sekund.
Następnie umieść klej optyczny odlewany stroną do góry, a podłoże pokryte stroną do góry w tlenowym urządzeniu do czyszczenia plazmowego. Zwiększ podciśnienie do 540 militorów. A następnie obrób plazmą powierzchnię przez 20 sekund.
Po zakończeniu usuń kawałki i mocno dociśnij do siebie dwie obrabiane powierzchnie, aż wszystkie niepożądane kieszenie powietrzne zostaną zminimalizowane lub usunięte. Następnie umieść urządzenie z powrotem w świetle UV i całkowicie utwardź je przez 20 minut. Następnie umieść urządzenie na płycie grzejnej podgrzanej do 50 stopni Celsjusza przez 18 godzin.
Po zakończeniu włóż sześciocalowe segmenty rurki polietylenowej o niskiej gęstości o średnicy wewnętrznej 0,58 milimetra do każdego z portów urządzenia. Następnie dodaj szybkoutwardzalną żywicę epoksydową, aby zamocować rurkę na miejscu. Użyj taśmy, aby przymocować urządzenie mikroprzepływowe do odwróconego mikroskopu, który jest wyposażony w szybką kamerę.
Wybierz obiektyw 4x i skup się na obszarze zainteresowania. Tutaj pokazany jest obszar wlotowy urządzenia. Następnie załaduj trzy mililitry oleju surowego lub modalnego do szklanej strzykawki o pojemności 10 mililitrów wyposażonej w przemysłową końcówkę dozującą o rozmiarze 23.
Przymocować strzykawkę do uchwytu pompy strzykawkowej i ustawić odpowiednią wartość średnicy w ustawieniach pompy strzykawkowej. Następnie załaduj jeden mililitr płynu wypierającego do trzymililitrowej plastikowej strzykawki wyposażonej w przemysłową końcówkę dozującą o rozmiarze 23. Zamocuj strzykawkę w uchwycie pompy strzykawkowej i ponownie ustaw odpowiednią wartość średnicy w ustawieniach pompy strzykawki.
Podłącz wypierający płyn do wlotu urządzenia, wkładając końcówkę igły do rurki. Następnie podłączyć strzykawkę wypełnioną olejem do jej portu. Rozpocznij wlewanie oleju do portu wylotowego urządzenia z prędkością dwóch mililitrów na godzinę, jednocześnie przepływając wypierający płyn do portu wlotowego z prędkością 0,8 mililitra na godzinę.
Do tej demonstracji zostanie wykorzystany opcjonalny generator piany. Zbierz napój do szklanej fiolki o pojemności 20 mililitrów, aż oba płyny wypłyną z portu spustowego. Wypierający płyn nie powinien dostać się do porowatego medium, ale zamiast tego powinien wychodzić bezpośrednio z odpływu, dopóki kamera nie znajdzie się na miejscu i nie rozpocznie się filmowanie.
Rozpocznij filmowanie obszaru zainteresowania na porowatym urządzeniu multimedialnym z szybkością klatek wystarczającą do uchwycenia pożądanego zjawiska. Dodatkowo uchwyć nieruchomy obraz obszaru nasyconego w 100% olejem. Następnie szybko i jednocześnie przeciąć rurkę, która przepływa w oleju, jednocześnie zaciskając rurkę spustową za pomocą pięciocentymetrowego klipsa do segregatora.
Pozwól, aby płyn wypierający przedostał się do urządzenia, aż przemieszczenie oleju osiągnie stan ustalony lub w aparacie zabraknie pamięci. Typowe wyniki z mikromodelu nasyconego olejem przedstawiono tutaj. W obszarze pęknięcia pianka zgodnie z oczekiwaniami kieruje się do matryc o niższej przepuszczalności.
Piana jest wytwarzana przez dwa główne mechanizmy, które można określić jako szczypanie i podział lamelowy. Zniszczenie piany można łatwo zidentyfikować w postaci koalescencji, zasysania kapilarnego i zgrubienia dyfuzyjnego. Podążając za tą metodą, możemy być w stanie wykorzystać te systemy mikroprzepływowe do badania innych ulepszonych procesów odzyskiwania ropy, takich jak zalewanie alkaliczne, zalewanie polimerami, zalewanie środkami powierzchniowo czynnymi, a także być w stanie wykorzystać je do badania innych złożonych procesów ośrodków porowatych, takich jak remediacja warstwy wodonośnej.
Kolejnym obszarem zainteresowania jest wykorzystanie tych urządzeń mikroprzepływowych do badania wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla. Możemy zobaczyć mechanizmy, dzięki którym dwutlenek węgla jest uwięziony w porowatych ośrodkach przez te systemy mikroprzepływowe.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Niniejsza procedura opisuje metodę szybkiego wytwarzania urządzenia mikrofluidycznego o konfigurowalnej geometrii do badań nad odzyskiwaniem ropy naftowej. Umożliwia wizualizację przepływów wielofazowych w mediach porowatych, ułatwiając projektowanie metod ulepszających odzyskiwanie ropy.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Mikrofluidyka
- Odzyskiwanie ropy
- Przepływ w mediach porowatych
Tło
- Systemy mikrofluidyczne pozwalają na badanie złożonych przepływów płynów.
- Metody ulepszające odzyskiwanie ropy są kluczowe dla optymalizacji systemów zbiorników.
- Szybkie zbieranie danych jest niezbędne dla efektywnego badania.
- Ta technika może być również dostosowana do sekwestracji CO2 i remediacji warstwy wodonośnej.
Cel badania
- Wytworzenie urządzenia mikrofluidycznego do badania odzyskiwania ropy.
- Wizualizacja przepływów wielofazowych w mediach porowatych.
- Zbieranie danych na temat metod ulepszających odzyskiwanie ropy w efektywny sposób.
Stosowane metody
- Stworzenie formy z polidimetyloksylan (PDMS).
- Odlewanie urządzenia mikrofluidycznego na bazie epoksydowej.
- Przeprowadzanie badań przemieszczania do analizy zachowania przepływu.
- Zastosowanie urządzenia w różnych badaniach dynamiki płynów.
Główne wyniki
- Metoda pozwala na szybką produkcję urządzeń o konfigurowalnej geometrii.
- Dostarcza wglądu w mechanizmy ulepszające odzyskiwanie ropy.
- Zgromadzone dane mogą wpływać na zarządzanie zbiornikami na dużą skalę.
- Technika jest ekonomiczna i bezpieczna w celach badawczych.
Wnioski
- To urządzenie mikrofluidyczne jest cennym narzędziem do badań nad odzyskiwaniem ropy.
- Ulepsza zrozumienie dynamiki przepływu wielofazowego.
- Podejście może być dostosowane do innych zastosowań środowiskowych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
This method enables rapid, cost-effective visualization of multi-phase flows in porous media, supporting the design of enhanced oil recovery strategies. It provides a scalable platform for studying displacement mechanisms under controlled conditions, reducing reliance on large-scale reservoir testing. The approach facilitates early-stage de-risking of recovery techniques by delivering quantitative pore-scale insights.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of fluid displacement hypotheses in porous media systems.
- Operational Value: Supports rapid prototyping of device geometries for mechanistic studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates reproducible, quantitative flow data for comparing recovery agents.
- Operational Value: Delivers solvent-resistant platforms compatible with organic displacing fluids.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery-scale observations to field-relevant recovery predictions.
- Operational Value: Enables standardized testing across displacement scenarios such as surfactant or polymer flooding.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum by enabling hypothesis testing and mechanistic de-risking prior to lead identification in recovery agent development.
- Discovery Biology: Facilitates visualization and analysis of multi-phase flow dynamics in porous media.
- Screening: Provides reproducible, quantitative displacement data for agent comparison.
- Analytics: Delivers real-time imaging and flow rate measurements for mechanistic evaluation.
- Translational Research: Supports continuity from microfluidic observation to pilot-scale recovery testing.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, adaptable platform for diverse fluid displacement studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in recovery mechanism elucidation.
- Operational Value: Ensures reproducibility and solvent resistance in organic fluid environments.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by reducing biological and mechanistic uncertainty.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of recovery strategies based on pore-scale performance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidic design, photolithography, and UV curing processes.
- Depends on access to UV curing systems, plasma cleaners, and precision fluid handling equipment.
- Necessitates standardization of bonding and curing protocols across production batches.
- Involves adaptation considerations for varying porous media geometries and fluid properties.
- Includes practical limitations such as potential bond-strength degradation over extended organic solvent exposure.
