Microfluidic приборы для характеризующие поры масштаба событий процессов в пористых средах для восстановления приложений нефти

Общая цель этой процедуры заключается в быстром изготовлении микрофлюидного устройства с настраиваемой геометрией для его использования в исследованиях нефтеотдачи. Этот метод позволяет нам изучать многофазные течения в пористых средах. Используя микрофлюидные системы, чтобы иметь возможность реально визуализировать эти типы сложных потоков, мы можем разрабатывать более эффективные методы повышения нефтеотдачи пластов для крупномасштабных пластовых систем.

Основное преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет нам быстро собирать данные и использовать различные методы повышения нефтеотдачи безопасным и экономически эффективным способом. Этот метод может дать представление о механизмах повышения нефтеотдачи. Он также может применяться к другим системам, таким как секвестрация CO2 и восстановление водоносных горизонтов.

Для начала спроектируем фотошаблон, состоящий из прямоугольного канала, заполненного массивом постов, с помощью программного обеспечения CAD. Выставьте этот узор на силиконовой пластине, покрытой фоторезистом толщиной 20 микрон. И используйте этот мастер для создания пресс-формы PDMS, как описано в сопроводительном текстовом протоколе.

Положите чистую форму PDMS стороной вверх на дно непыльной 150-миллиметровой пластиковой чашки Петри. Дайте PDMS прилипнуть к пластику в течение 10 секунд, а затем защитите поверхность PDMS прозрачной пластиковой лентой. На этом процедуру можно приостановить.

Далее снимите ленту с поверхности шаблона и залейте оптический клей в чашку на глубину примерно 0,9 сантиметра над верхней поверхностью формы. С помощью ватного тампона аккуратно удалите образующиеся пузырьки. Теперь отверждайте оптический клей с помощью системы отверждения ультрафиолетовым излучением, как описано в прилагаемом текстовом протоколе.

Затем с помощью канцелярского ножа осторожно вырвите оптический клей из формы. Затем с помощью прочных ножниц удалите излишки оптического клея с края конструкции. Медленно отклейте форму PDMS от оптической клеевой шайбы.

С помощью 1-миллиметрового пробойника для биопсии создайте входное, выходное и дренажное отверстия в устройстве. Наконец, используйте прозрачную ленту для защиты узорчатых участков оптического клея и поверхностей PDMS. Поместите новое предметное стекло на прядильную машину и нанесите на предметное стекло один миллиметр оптического клея.

Прокручивайте горку в два этапа. Сначала вращайте его со скоростью 500 об/мин в течение пяти секунд, а затем увеличьте обороты до 4000 и вращайте его в течение 20 секунд. Быстро переведите основание на обработку ультрафиолетовым светом и частично отверждите тонкий слой оптического клея под действием ультрафиолетового света в течение 30 секунд.

Затем поместите оптический клей литой моделью вверх и подложку покрытой стороной вверх в кислородно-плазменный очиститель. Потяните вакуум до 540 миллиторр. А затем плазмой обрабатывайте поверхность в течение 20 секунд.

Когда закончите, удалите детали и плотно прижмите две обработанные поверхности друг к другу, пока все нежелательные воздушные карманы не будут сведены к минимуму или удалены. Затем поместите устройство обратно под ультрафиолетовый свет и полностью отверждите его в течение 20 минут. Далее поместите устройство на нагретую до 50 градусов Цельсия горячую плиту на 18 часов.

Когда закончите, вставьте шестидюймовые сегменты полиэтиленовой трубки низкой плотности с внутренним диаметром 0,58 мм в каждый из портов устройства. Затем добавьте быстросхватывающуюся эпоксидную смолу, чтобы закрепить трубку на месте. Используйте ленту для фиксации микрофлюидного устройства на перевернутом микроскопе, оснащенном высокоскоростной камерой.

Выберите цель 4x и сосредоточьтесь на области интереса. Здесь показана входная область устройства. Затем загрузите три миллилитра сырого или модального масла в стеклянный шприц объемом 10 миллилитров, оснащенный промышленным дозирующим наконечником 23-го калибра.

Закрепите шприц на держателе шприцевого насоса и установите соответствующее значение диаметра в настройках шприцевого насоса. Затем загрузите один миллилитр вытесняющей жидкости в трехмиллилитровый пластиковый шприц, оснащенный промышленным дозирующим наконечником 23 калибра. Закрепите шприц в держателе шприцевого насоса и снова установите соответствующее значение диаметра в настройках шприцевого насоса.

Подсоедините вытесняющую жидкость к входному отверстию устройства, вставив кончик иглы в трубку. Затем подсоедините наполненный маслом шприц к его порту. Начните подачу масла в выпускное отверстие устройства со скоростью два миллилитра в час, одновременно подавая вытесняющую жидкость во впускной порт со скоростью 0,8 миллилитра в час.

Для этой демонстрации будет использоваться дополнительный генератор пены. Соберите жидкость в стеклянный флакон объемом 20 миллилитров, пока обе жидкости не вытекут из дренажного отверстия. Вытесняющая жидкость не должна попадать в пористую среду, а должна выходить непосредственно из канализации до тех пор, пока камера не будет на месте и не начнется съемка.

Начните съемку интересующей области на устройстве с пористым носителем с частотой кадров, достаточной для захвата нужного явления. Кроме того, сделайте неподвижное изображение 100% насыщенной маслом области. Затем быстро и одновременно перережьте трубку, которая течет в масле, зажимая дренажную трубку пятисантиметровым связующим зажимом.

Позвольте вытесняющей жидкости проникнуть в устройство до тех пор, пока вытеснение масла не достигнет стабильного состояния или пока камера не исчерпает память. Здесь приведены типичные результаты работы с маслонасыщенной микромоделью. В области разрушения пена отклоняется в матрицы с более низкой проницаемостью, как и ожидалось.

Пена образуется с помощью двух основных механизмов, которые можно описать как защипывание и деление ламели. Разрушение пены можно легко идентифицировать в формах коалесценции, капиллярного всасывания и диффузионного укрупнения. Следуя этому методу, мы можем использовать эти микрофлюидные системы для изучения других процессов повышения нефтеотдачи, таких как щелочное заводнение, полимерное заводнение, заводнение поверхностно-активными веществами, а также использовать их для изучения других сложных процессов в пористых средах, таких как восстановление водоносных горизонтов.

Еще одной областью интереса является использование этих микрофлюидных устройств для изучения улавливания и секвестрации углерода. Мы можем увидеть механизмы, с помощью которых углекислый газ задерживается в пористых средах через эти микрофлюидные системы.