Dispositivos microfluídicos para caracterizar processos de evento Pore-escala em meios porosos para aplicações de recuperação de óleo

O objetivo geral deste procedimento é produzir rapidamente um dispositivo microfluídico com geometria personalizável para seu uso em estudos de recuperação de petróleo. Este método nos permite estudar escoamentos multifásicos em meios porosos. Ao usar sistemas microfluídicos para poder realmente visualizar esses tipos de fluxos complexos, podemos projetar melhores métodos aprimorados de recuperação de petróleo para sistemas de reservatórios de grande escala.

A principal vantagem dessa técnica é que ela nos permite coletar rapidamente dados e diferentes métodos aprimorados de recuperação de petróleo de maneira segura e econômica. Este método pode fornecer informações sobre mecanismos aprimorados de recuperação de petróleo. Também pode ser aplicado a outros sistemas, como sequestro de CO2 e remediação de aquíferos.

Para começar, crie uma máscara fotográfica que consiste em um canal retangular preenchido com uma série de postagens usando um software CAD. Exponha esse padrão em um wafer de silicone revestido com 20 mícrons de fotorresistência. E use este mestre para criar um molde PDMS conforme descrito no protocolo de texto que acompanha.

Coloque o molde PDMS limpo com o lado voltado para cima no fundo de uma placa de Petri de plástico de 150 milímetros sem poeira. Deixe o PDMS aderir ao plástico por 10 segundos e, em seguida, proteja a superfície do PDMS com fita plástica transparente. O procedimento pode ser pausado neste momento.

Em seguida, remova a fita da superfície do padrão e despeje o adesivo óptico no prato a uma profundidade de aproximadamente 0,9 centímetros acima da superfície superior do molde. Use um cotonete para remover suavemente quaisquer bolhas que se formem. Agora, cure o adesivo óptico usando um sistema de cura por luz UV, conforme descrito no protocolo de texto que acompanha.

Em seguida, use um estilete para quebrar cuidadosamente o adesivo óptico do molde. Em seguida, use uma tesoura resistente para remover o excesso de adesivo óptico da borda do design. Retire lentamente o molde PDMS do disco adesivo óptico.

Com um punção de biópsia de 1 milímetro, crie uma entrada, uma saída e orifícios de drenagem no dispositivo. Por fim, use fita adesiva transparente para proteger as partes padronizadas do adesivo óptico e das superfícies PDMS. Coloque uma nova lâmina de vidro em um revestidor giratório e distribua um milímetro de adesivo óptico na lâmina.

Gire a lâmina em duas etapas. Primeiro, gire-o a 500 RPM por cinco segundos e, em seguida, aumente o RPM para 4000 e gire-o por 20 segundos. Transfira rapidamente o substrato para o tratamento com luz UV e cure parcialmente a fina camada de adesivo óptico sob a luz UV por 30 segundos.

Em seguida, coloque o adesivo óptico com o lado do padrão voltado para cima e o substrato com o lado revestido para cima em um limpador de plasma de oxigênio. Puxe um vácuo para 540 militorr. E então o plasma trata a superfície por 20 segundos.

Quando terminar, remova as peças e pressione firmemente as duas superfícies tratadas até que todas as bolsas de ar indesejadas tenham sido minimizadas ou removidas. Em seguida, coloque o dispositivo de volta sob a luz ultravioleta e catalire-o totalmente por 20 minutos. Em seguida, coloque o dispositivo em uma placa quente aquecida a 50 graus Celsius por 18 horas.

Quando terminar, insira segmentos de seis polegadas de comprimento de tubo de polietileno de baixa densidade de 0.58 milímetros de diâmetro interno em cada uma das portas do dispositivo. Em seguida, adicione um epóxi quickset para prender a tubulação no lugar. Use fita adesiva para prender o dispositivo microfluídico em um microscópio invertido equipado com uma câmera de alta velocidade.

Selecione um objetivo 4x e concentre-se em uma área de interesse. Aqui, a região de entrada do dispositivo é mostrada. Em seguida, carregue três mililitros de óleo bruto ou modal em uma seringa de vidro de 10 mililitros equipada com uma ponta de distribuição industrial de calibre 23.

Prenda a seringa ao suporte da bomba da seringa e defina o valor de diâmetro apropriado nas configurações da bomba da seringa. Em seguida, carregue um mililitro do fluido de deslocamento em uma seringa de plástico de três mililitros equipada com uma ponta de distribuição industrial de calibre 23. Fixe a seringa no suporte da bomba da seringa e, novamente, defina o valor do diâmetro apropriado nas configurações da bomba da seringa.

Conecte o fluido de deslocamento à entrada do dispositivo inserindo a ponta da agulha no tubo. Em seguida, conecte a seringa cheia de óleo à sua porta. Comece a fluir o óleo para a porta de saída do dispositivo a dois mililitros por hora e, ao mesmo tempo, flua o fluido deslocado para a porta de entrada a 0.8 mililitros por hora.

O gerador de espuma opcional será usado para esta demonstração. Colete o afluente em um frasco de vidro de 20 mililitros até que os dois fluidos fluam pela porta de drenagem. O fluido de deslocamento não deve entrar na mídia porosa, mas deve sair diretamente pelo ralo até que a câmera esteja no lugar e a filmagem tenha começado.

Comece a filmar a área de interesse no dispositivo de mídia porosa a uma taxa de quadros rápida o suficiente para capturar o fenômeno desejado. Além disso, capture uma imagem estática da área saturada de 100% de óleo. Em seguida, corte rápida e simultaneamente a tubulação que está fluindo no óleo enquanto prende o tubo de drenagem com um clipe aglutinante de cinco centímetros.

Permita que o fluido de deslocamento invada o dispositivo até que o deslocamento de óleo atinja o estado estacionário ou a câmera fique sem memória. Os resultados típicos de um micromodelo saturado de óleo são mostrados aqui. Na região da fratura, a espuma desvia para as matrizes de menor permeabilidade conforme esperado.

A espuma é gerada por meio de dois mecanismos principais que podem ser descritos como pinçamento e divisão da lamela. A destruição da espuma pode ser facilmente identificada nas formas de coalescência, sucção capilar e difusão grosseira. Seguindo este método, podemos realmente ser capazes de usar esses sistemas microfluídicos para estudar outros processos aprimorados de recuperação de petróleo, como inundação alcalina, inundação de polímeros, inundação de surfactante, bem como ser capaz de usá-los para estudar outros processos complexos de meios porosos, como remediação de aquíferos.

Portanto, outra área de interesse é realmente usar esses dispositivos microfluídicos para estudar a captura e sequestro de carbono. Na verdade, podemos ver os mecanismos pelos quais o dióxido de carbono fica preso no meio poroso por meio desses sistemas microfluídicos.