Summary
والهدف من هذا الإجراء بسهولة وسرعة إنتاج جهاز موائع جزيئية مع هندسة قابلة للتخصيص والمقاومة إلى تورم بالسوائل العضوية لدراسات استعادة النفط. العفن بولي دايمثيل سيلوكسان للمرة الأولى، وتستخدم بعد ذلك ليلقي الجهاز على أساس الإيبوكسي. وأفادت دراسة تشرد ممثل هو.
Abstract
أجهزة موائع جزيئية أدوات متعددة لدراسة عمليات النقل على المستوى المجهري. طلب موجود لأجهزة موائع جزيئية أن مكونات مقاومة لانخفاض الوزن الجزيئي النفط، على عكس الأجهزة التقليدية بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS). هنا، نحن تبين طريقة سهلة لصنع جهاز بهذه الخاصية، ونستخدم هذا المنتج من هذا البروتوكول لدراسة آليات الحجم المسام من النفط الخام يستعيد الرغوة التي. أولاً صمم على نمط استخدام برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) وطباعتها على شفافية باستخدام طابعة ذات دقة عالية. ثم نقل هذا النمط هو مقاوم الضوء عبر إجراء الطباعة حجرية. يلقي بظلال على النمط PDMS والشفاء في فرن وإزالتها للحصول على قالب. ثم يسكب على العفن بوليمر crosslinking ثيول-شرق، تستخدم عادة لاصقة ضوئية (الزراعة العضوية)، وشفي تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. هو مقشرة العفن PDMS بعيداً عن المدلى بها لاصق الضوئية. ثم أعد ركيزة زجاج، ونصفي الجهاز مستعبدين معا. الأجهزة الضوئية المستندة إلى لاصق أقوى من أجهزة موائع جزيئية PDMS التقليدية. هيكل الإيبوكسي مقاوم تورم بالعديد من المذيبات العضوية، الذي يفتح إمكانيات جديدة للتجارب التي تنطوي على السوائل العضوية الخفيفة. بالإضافة إلى ذلك، السلوك ويتابيليتي السطحية لهذه الأجهزة أكثر استقرارا من أن PDMS. بناء الأجهزة الضوئية موائع جزيئية لاصقة بسيطة، ولكن يتطلب المزيد من الجهد تدريجيا من صنع الأجهزة المستندة إلى PDMS. أيضا، على الرغم من الأجهزة البصرية لاصقة مستقرة في السوائل العضوية، قد يحمل قوة السندات انخفاض بعد وقت طويل. يمكن جعل الأجهزة الضوئية موائع جزيئية لاصقة في هندستها بمثابة 2-د ميكروموديلس لوسائل الإعلام المسامية. يتم تطبيق هذه الأجهزة في دراسة التشرد النفط لتحسين فهمنا لآليات المسام على نطاق المشاركة في الإصلاح المعزز للنفط الانتعاش وطبقة المياه الجوفية.
Introduction
والغرض من هذا الأسلوب هو تصور وتحليل التفاعلات السائل متعدد المراحل، ومتعدد العناصر والديناميات المعقدة على نطاق المسامية في وسائل الإعلام المسامية. تدفق السائل والنقل في وسائل الإعلام المسامية كانت تهم لسنوات عديدة لأن هذه النظم تنطبق على العديد من العمليات السطحية مثل استخراج النفط وإصلاح طبقة المياه الجوفية والهيدروليكية كسر1،2، 3 , 4 , 5-استخدام ميكروموديلس لتقليد هذه المسام-هياكل معقدة، اكتساب رؤى فريدة من نوعها التي تصور أحداث مستوى المسام الدينامية بين مختلف مراحل السوائل ووسائل الإعلام6،،من78 ،9،،من1011.
تصنيع ميكروموديلس التقليدي القائم على السليكا مكلفة وتستغرق وقتاً طويلاً، وتحديا، ولكن بناء ميكروموديلس من لاصق الضوئية عروض رخيصة وسريعة وسهلة نسبيا بديلة12،13، ،من 1415. مقارنة مع ميكروموديلس الأخرى المستندة إلى البوليمر، يسلك لاصقة الضوئية خصائص ترطيب السطح أكثر استقرارا. على سبيل المثال، بسرعة تصبح الأسطح ميكروموديل بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) مسعور أثناء تجربة التشرد نموذجي16. وعلاوة على ذلك، هو معامل للشباب PDMS 2.5 MPa حين لاصقة الضوئية وتبلغ 325 الآلام والكروب الذهنية13،،من1718. وهكذا، لاصقة الضوئية أقل عرضه للضغط المتعمد وعدم تشوه والقناة. الأهم من ذلك، شُفي لاصقة الضوئية أكثر مقاومة تورم بالمكونات العضوية منخفضة الوزن الجزيئي، الذي يسمح للتجارب التي تشمل النفط الخام والمذيبات الخفيفة أن يكون أجرى18. لاصقة الضوئية عموما، وبديل متفوقة ل PDMS لدراسات التشرد التي تشمل النفط الخام عند القائم على السليكا ميكروموديلس معقدة أو تكلفة باهظة والدراسات ارتفاع درجة الحرارة والضغط غير مطلوبة.
يوفر تعليمات التصنيع خطوة بخطوة ميكروموديلس لاصقة الضوئية البروتوكول، المذكورة في هذا المنشور والتقارير الحيل الخفية التي تكفل النجاح في التلاعب بكميات صغيرة من السوائل. تصميم وتصنيع الضوئية ميكروموديلس أساس لاصقة مع الطباعة الحجرية الناعمة هو وصف لأول مرة. ثم، يتم إعطاء الاستراتيجية التشرد السوائل لمعدلات تدفق منخفضة للغاية التي عادة غير قابلة للتحقيق مع وحدات التحكم بالتدفق الجماعي. بعد ذلك، تعطي نتيجة تجريبي ممثل كمثال. هذه التجربة يكشف رغوة زعزعة الاستقرار ونشر السلوك وجود النفط الخام ووسائل الإعلام المسامية غير المتجانسة. وأخيراً، ذكر الصورة النمطية تجهيز وتحليل البيانات.
الأسلوب المقدمة هنا هي مناسبة للتطبيقات التصور التي تنطوي على التدفق متعدد المراحل والتفاعلات في الأماكن المحصورة microchannel. على وجه التحديد، هذا الأسلوب هو الأمثل لقرارات الجزئي-سمة مميزة أكثر من 5 وأقل من 700 معدلات تدفق نموذجي ميكرومتر. بناء على أمر من 0.1 إلى 1 مل/ساعة. في الدراسات المتعلقة بالنفط الخام أو التشريد المذيبات الخفيفة بالسوائل المائية أو الغازية أمر هذه المعلمات الأمثل في الظروف المحيطة، ينبغي أن يكون هذا البروتوكول المناسب.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تنبيه: هذا البروتوكول يتضمن التعامل مع فرن درجة حرارة عالية، والمواد الكيميائية السامة، والأشعة فوق البنفسجية. الرجاء قراءة جميع صحائف بيانات السلامة المادية بعناية واتبع إرشادات السلامة الكيميائية للمؤسسة الخاصة بك.
1-الجهاز التصميم
- تصميم من النبائط في تطبيق برامج CAD.
- رسم قناة مستطيلة طولها 3 سم و 0.5 سم (الشكل 1b-أعلى اليمين).
- إنشاء صفيف أشكال المغلقة تمثل الحبوب من وسائل الإعلام المسامية.
ملاحظة: هذه الأشكال هي المشار إليها كوظيفة لأنها سوف تصبح هياكل ثلاثية الأبعاد أثناء عملية الطباعة الحجرية الناعمة. شكل وحجم الوظائف التي ينبغي أن يكون بناء على أمر من عشرات ميكرون، وقد تباعد من عشرة إلى مائة ميكرون. يمكن استخدام أحجام متعددة الوظائف لخلق عدم التجانس، وقسم يمكن أن تترك عارية من الوظائف لمحاكاة وجود كسر في وسائل الإعلام. - رسم مدخل ومخرج من القنوات التي تكون الثلث تقريبا على نطاق واسع كقسم الوسائط المسامية. رسم قناة النابعة من مدخل الميناء بمثابة استنزاف.
- رسم مربع إحاطة حول تصميم كامل مع الحد أدنى من سم 1.0 لإزالة الألغام من التصميم.
ملاحظة: المنطقة الواقعة بين المربع المحيط وحدود التصميم، فضلا عن الوظائف، وتتسم بالشفافية بشأن النبائط.
- إرسال الملف CAD إلى شركة لكاد عالية الدقة الطباعة
ملاحظة: اختياري: لتجربة تشرد رغوة، تصميم مولد رغوة موائع جزيئية (الشكل 1a). كرر الخطوة 1، إهمال عدم تجانس التصميم والمربع المحيط. ويوصي هندسة تركز تدفق في المدخل قبل تصميم وسائل الإعلام المسامية. ينبغي أن تكون المسافات تدفق شفاف على النبائط.
2-PDMS العفن وتلفيق
- إنشاء العفن رئيسي رقاقة سيليكون منقوشة مقاوم الضوء في غرفة نظيفة
- تدور-معطف طبقة 20 ميكرون من مقاوم الضوء على رقاقة سيليكون جديدة 2,000 لفة في الدقيقة لمدة 30 ثانية.
- خبز لينة يفر على صفيحة تزايدات اثنين: 65 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة تليها 95 درجة مئوية لمدة 3 دقائق.
- استخدام راصفة قناع لنمط الطبقة مقاوم الضوء مع التصميم CAD باستخدام جرعة ثابتة من 150 مللي جول/سم2.
- أداء خبز بعد تعرض على صفيحة تزايدات اثنين: 65 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة تليها 95 درجة مئوية للحد الأدنى 3 السماح رقاقة ليبرد لمدة 5 دقائق.
- تزج يفر في 100 مل من البروبيلين-سكري-الميثيل-خماسي البروم ثنائي الفينيل-خلات في صحن تبلور زجاج. بلطف تحرض باليد لمدة 10 دقيقة لتطوير نمط مقاوم الضوء. شطفة مع الايزوبروبانول والجاف ليفر تحت تيار هواء الجاف.
- خبز جد يفر على صفيحة تزايدات اثنين: 120 درجة مئوية لمدة 5 دقائق تليها 150 درجة مئوية للحد الأدنى 10 السماح رقاقة ليبرد لمدة 15 دقيقة.
- يلقي PDMS على القالب الرئيسي رقاقة السيليكون
- مزيج من إجمالي 30 غ الاستومر PDMS وعامل التجفيف بنسبة 5:1 داخل حاوية خالية من الغبار يمكن التخلص منها.
- ديغا PDMS في مجفف فراغ لمدة 30 دقيقة.
- من أجل PDMS على العفن الرئيسي رقاقة السيليكون منقوشة مقاوم الضوء في زجاج 150 مم طبق بيتري.
- ضع طبق بتري يحتوي على رقاقة و PDMS في فرن 80 درجة مئوية ح 1.
- إزالة طبق بيتري من الفرن والسماح للمحتويات لتصل إلى درجة حرارة الغرفة.
ملاحظة: هذا الإجراء قد يكون مؤقتاً عند هذه النقطة.
- إعداد العفن PDMS لنقل نمط إلى لاصقة بصري
- بعناية قطع العفن PDMS باستخدام مشرط، وقشر العفن بعيداً عن يفر.
- تنظيف وحماية PDMS القالب باستخدام شريط لاصق واضحة.
ملاحظة: هذا الإجراء قد يكون مؤقتاً عند هذه النقطة. - ضع القالب PDMS، نمط--الجانب الأعلى، في الجزء السفلي من البلاستيك خالية من الغبار 60 مم طبق بيتري. تسمح 10 s ل PDMS إلى التمسك البلاستيك.
- حماية سطح PDMS مع الشريط البلاستيك الشفاف حتى الخطوة 3.1.1.
ملاحظة: اختياري: جعل مولد الرغوة، كرر الخطوات من 2، 1. من خلال 2.3.2. لتصميم مولد الرغوة.
3-تصنيع جهاز لاصق بصري
- يلقي لاصقة الضوئية على العفن PDMS
- قم بإزالة الشريط من سطح منقوشة PDMS، وصب لاصق الضوئية في 150 مم من طبق بيتري إلى عمق حوالي 0.9 سم فوق السطح العلوي للقالب PDMS. إزالة أي فقاعات مع أي نوع من مسحه القطن بلطف.
- علاج لاصقة الضوئية تحت الأشعة فوق البنفسجية الخفيفة لما مجموعة 40 دقيقة كما هو موضح في الخطوات 3.2.1-3.2.5 في نظام مديرية الأمن العام-الأشعة فوق البنفسجية.
تنبيه: وقاء المناسبة عند العمل مع الأشعة فوق البنفسجية.- يعرض طبق بيتري للأشعة فوق البنفسجية (254 نانومتر) لمدة 5 دقائق.
- عكس طبق بيتري أن تواجه الأسفل الآن مصدر الأشعة فوق البنفسجية، وفضح الجانب الناقص على ضوء الأشعة فوق البنفسجية لمدة 5 دقائق.
- عكس طبق بيتري وإعادته إلى وضع مستقيم، وإعادة الكشف عن الجانب العلوي للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة لمدة 5 دقائق.
- عكس طبق بيتري رأسا على عقب مرة أخرى، وإعادة الكشف عن الجانب السفلي للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة لمدة 10 دقائق.
- عكس طبق بيتري مرة أخرى إلى وضع مستقيم، وإعادة الكشف عن الجانب العلوي للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة لمدة 15 دقيقة.
ملاحظة: الإجراء علاج في الخطوات 3.2.1 من خلال 3.2.5 قابلة للتطبيق فقط عند استخدام جهاز الأشعة فوق البنفسجية-مديرية الأمن العام المحدد (جدول المواد). وسوف تختلف أوقات علاج تبعاً للمصباح المحددة التي يتم استخدامها وسمك طبقة لاصقة البصرية الدقيقة.
- إزالة لاصق الضوئية شُفي من العفن PDMS
- استخدام قطع مربع لكسر بعناية لاصقة بصري من العفن طبق بيتري.
تنبيه: مربع كتر شفرات حادة جداً ويمكن بسهولة قطع اللحم. كن حذراً عند العمل حول حواف حادة لكسر بيتري الأطباق. - استخدام زوج قوي من المقص لإزالة لاصق الضوئية الزائدة من الحافة للتصميم.
- قشر العفن PDMS بعيداً عن عفريت لاصقة الضوئية ببطء. حماية أجزاء منقوشة السطح اللاصقة الضوئية والسطح PDMS مع الشريط واضحة.
- استخدام لكمه خزعة 1.0 مم لإنشاء مدخل ومخرج، واستنزاف ثقوب. حماية لاصقة الضوئية منقوشة مع الشريط واضحة.
- استخدام قطع مربع لكسر بعناية لاصقة بصري من العفن طبق بيتري.
- تعد الركيزة
- الاستغناء عن 1 مل لاصق الضوئية على شريحة زجاجية جديدة، وزيادة ونقصان-معطف الشريحة في خطوتين: 500 لفة في الدقيقة ل 5 ق ثم 4000 لفة في الدقيقة 20 ثانية.
- بسرعة نقل الركازة إلى معاملة ضوء الأشعة فوق البنفسجية، وعلاج جزئيا طبقة رقيقة لاصقة الضوئية تحت الأشعة فوق البنفسجية الخفيفة لمدة 30 ثانية.
- السندات لاصقة الضوئية المدلى بها إلى الركيزة
- وضع يلقي لاصقة الضوئية ومنقوشة الجانب الأعلى والركيزة، المغلفة-الجانب الأعلى، في س2 بلازما أنظف. تنظيف البلازما السطح 20 s في متور 540.
- اضغط بقوة الأسطح المعالجة اثنين معا حتى تم تصغير جميع جيوب هوائية غير مرغوب فيها أو إزالة.
- علاج كامل الجهاز تحت الأشعة فوق البنفسجية لمدة 20 دقيقة.
تنبيه: للأشعة فوق البنفسجية، ارتداء الحماية المناسبة مثل نظارات واقية، مختبر معطف، قفازات، إلخ. - ضع الجهاز على لوحة الساخن عند درجة 50 درجة مئوية ح 18.
- قم بإدراج شريحة 6 بوصة طويلة من البولي إثيلين منخفض الكثافة معرف مم 0.58 الأنابيب (PE/3) إلى كل من المنافذ الموجودة على الجهاز.
- استخدام الإيبوكسي مجموعة سريع 5 دقائق تأمين الأنابيب في المكان.
ملاحظة: اختياري: لإكمال مولد الرغوة، كرر الخطوات 3.5.1 و 3.5.2، 3.6 و 3.7. استخدام PDMS مولد الرغوة المدلى بها وزجاج جديد الشريحة، بدلاً من الزهر لاصقة الضوئية وركائز مستعدا، على التوالي.
4-النفط تجربة التشرد
- تحضير جهاز موائع جزيئية تصويرها على مجهر مقلوب مجهزة بكاميرا عالية السرعة. إصلاح الجهاز إلى مرحلة مجهر استخدام الشريط. استخدام هدفا 4 X، التركيز على مجال الاهتمام (AOI).
- تحضير سوائل الحقن
ملاحظة: لنظم ثلاث مراحل، ينبغي إضافة صبغة لمسح السوائل إلى تشريد توفير تباين الألوان لتحليل الصور.- قياس حمولة 3 مل من النفط الخام أو نموذج النفط عينة في محقن زجاج 10 مل مزودة 23 نصيحة الاستغناء عن الصناعي. تأمين المحاقن في حامل المضخة المحاقن وتعيين قيمة القطر المناسب على إعدادات مضخة الحقن.
- قياس الحمولة 1 مل السائل إلى تشريد في محقن بلاستيك 3 مل مجهزة 23 نصيحة الاستغناء عن الصناعي. تأمين المحاقن في حامل المضخة المحاقن وتعيين قيمة القطر المناسب على إعدادات مضخة الحقن.
ملاحظة: اختياري: لتجارب الجيل الرغوة، ربط م 10 ميكرومتر طويلة 25 قطر زجاج شعرية أنبوب لدبابة غاز2 ن وتعيين ضغط الغاز إلى القيمة المطلوبة لمعدل تدفق الغاز المطلوبة كما تم الحصول عليها من منحنى معايرة. تسمح 10 دقيقة لتدفق الغاز حجته.
- تشبع جهاز الوسائط المسامية نموذج "بصري لاصقة" بالزيت
- قم بتوصيل السائل إلى تشريد إلى المدخل للجهاز عن طريق إدراج تلميح إبرة في الأنبوب PE/3.
ملاحظة: اختياري: عندما يتم استخدام الرغاوي كمرحلة إلى تشريد، الاتصال المحاقن السوائل إلى تشريد إلى المدخل لمولد الرغوة. الاتصال الشعرية الغاز إلى منفذ المدخل الثاني على مولد الرغوة بإدراج تلميح الاستغناء عن الصناعي 23-قياس الأنبوبة الشعرية وختم الحلقة مع الإيبوكسي السريع-مجموعة. مخرج مولد الرغوة متصل ثم إلى المدخل للجهاز لاصقة الضوئية باستخدام موصل 23-قياس. - قم بتوصيل حقنه مملوءة بالنفط إلى المدخل للجهاز عن طريق إدراج تلميح إبرة في الأنبوب PE/3.
- تبدأ تتدفق النفط المنفذ منفذ جهاز "بصري لاصقة" في 2 مل/ساعة بينما في نفس الوقت تصب السائل إلى تشريد في مدخل الميناء 0.8 مل/ساعة أن تدفق السوائل اثنين خارج الميناء استنزاف. يجب إدخال السائل إلى تشريد لا وسائل الإعلام المسامية. جمع النفايات السائلة في قنينة زجاج 20 مل.
- قم بتوصيل السائل إلى تشريد إلى المدخل للجهاز عن طريق إدراج تلميح إبرة في الأنبوب PE/3.
- تبدأ تصوير المنظمة العربية للتصنيع على جهاز الوسائط المسامية بمعدل إطار سريعة بما يكفي لالتقاط الظواهر المطلوب. معدل إطار نموذجي هو 50 إطارا في الثانية. التقاط صورة ثابتة من منطقة مشبعة زيت 100%.
- سريعاً وفي نفس الوقت قطع أنابيب PE/3 الذي يتدفق في الزيت باستخدام مقص بينما لقط أنبوب استنزاف مع المشبك بيندر 5 سم.
- السماح للسوائل إلى تشريد لغزو الجهاز حتى تشريد النفط تصل إلى حالة ثابتة أو الكاميرا نفدت الذاكرة.
5-الصور وتحليل البيانات
- استخدام برمجيات تحليل صور حرة مثل "ي الصورة" أو استخدام أدوات تحليل الصورة في MATLAB لتحليل اللقطات من التجربة.
- استخدام الصورة لا تزال القناة مشبعة زيت 100%، حساب المسامية في الوحدات بالمئة للوسائط المسامية المنظمة العربية للتصنيع.
- حساب حجم المسام باستخدام المعادلة التالية:
- استخدام برنامج تحليل الصور لتحديد التشبع النفط، كجزء من مساحة التدفق الإجمالي، في إطار كل من لقطات الفيديو من التجربة. لاثنين المرحلة تجارب التشرد، يمكن أن يحسب تشبع المرحلة إلى تشريد في كل إطار حسب:
- إعداد مؤامرة تشبع النفط في المئة مقابل أحجام مسام من السائل المحقون
ملاحظة: اختياري: للمرحلة ثلاثة نظم مثل تلك التجارب التشرد الرغوة، استخدام أدوات تحليل الصورة MATLAB لتصنيف كل مرحلة إلى تشريد بلون باستخدام نطاق RGB المميزة لكل مرحلة من المراحل. إعداد مؤامرة عرض الإشباع لجميع المراحل الثلاث مع أحجام المسام حقن.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
في هذه التجربة مثال، يتم استخدام الرغاوي المائية لتحل محل النفط الخام في الشرق الأوسط (وجه 5.4 cP) وخطورة API من 40 درجة في وسائل الإعلام مسامية غير متجانسة مع تباين نفاذية الطبقات. مولد رغوة PDMS متصلاً ميكروموديل لاصقة بصري الذي كان سابقا مشبعة تماما مع النفط الخام. يظهر الشكل 1 ألف كندي تصميم النبائط PDMS رغوة المولدات ورقاقة السيليكون منقوشة مقاوم الضوء ومولد الرغوة المكتملة مع أنابيب مدخل ومخرج إدراج. ويبين الشكل 1b الصور المقابلة لوسائل الإعلام المسامية نموذج لاصقة الضوئية غير متجانسة مع تباين نفاذية الطبقات. ملاحظة كل أجزاء شفافة ومعتمة من تصميم النبائط. كما هو مبين في الشكل 2، تولد رغوة الخشنة هندسة تركز تدفق فيه الغاز والسائل يتم حقن المشترك. معدل التدفق الإجمالي المحدد لهذه التظاهرة 0.8 مل/ساعة مع تدفق غاز نيتروجين كسرى من حوالي 90%. الحل الفاعل بالسطح المستخدم بنسبة 1:1 ألفا اوليفينيه فلورو أوكتان المشبع C14-16 إلى بروبيل بتائين دوديسيل بتركيز 1% بالوزن. يتم استخدام تركيز wt % 1 من الطعام الأزرق الصف صبغ في المرحلة مائي للمساعدة في التمييز بين هذه المرحلة من وظائف الجهاز. وتنتج مادة رغوة الدقيقة كالرغوة من قسم تركز تدفق يتم نشرها من خلال ميكروموديل مولد الرغوة متجانسة. ولوحظت فقاعات أصغر عادة تخرج مصفوفة منقوشة من تلك التي تتم بواسطة الهندسة تركز تدفق وحدها. حالما يتحقق توليد رغوة ثابتة، ثم يتم تحويل تدفق الرغاوي إلى ميكروموديل لاصقة الضوئية لتحل محل النفط الخام. تم القبض على أشرطة فيديو لعملية النزوح في الثانية 50 بكاميرا عالية السرعة، مما أتاح لتجهيز الإطار حسب الإطار من اللقطات. في الشكل 3، تم رسم ملامح التشبع لكل مرحلة السوائل كدالة لحجم مجموع المسامية السائل المحقون.
تقنيات معالجة الصور أيضا تمكننا من تحديد كمية السوائل تسريب والرغوة الانفصال في طبقات مختلفة. القوى الشعرية بين المراحل المختلفة سوف تدفع أكثر من السائل للمنطقة نفاذية أقل وأكثر من الغاز في المنطقة نفاذية أعلى. يبين الشكل 4 تجربة تشبع التغييرات التي حدثت خلال التشريد النفط الخام كدالة للسائل المحقون مجموع المسام وحدات التخزين. وكما هو متوقع، في حالة مستقرة، تشبع الغاز كان أعلى بكثير في منطقة ذات نفاذية عالية مقارنة بالمنطقة منخفضة النفاذية.
بالإضافة إلى تحليل التغيير التشبع خلال تجربة التشرد النفط، سلسلة من الأحداث مستوى المسام مثل رغوة زعزعة الاستقرار وتوليد فقاعة وتشكيل لاميلاي النفط واستحلاب النفط الخام يمكن أيضا بسهولة تحديد. في الشكل 5، وترد بعض هذه الديناميات رغوة في وجود النفط الخام. في هذا الشكل، يتم تلوين الفقاعات لمصلحة الأخضر. هو يتواجد [ثرمودنميكلي] الرغوة ويتحول في وسائل الإعلام المسامية بالآليات مثل شفط الشعرية (الشكل 5 ج)، نشر الغاز (الشكل 5e)، التقلبات الحرارية، أو الميكانيكية. وقد النفط الخام أيضا له تأثير ضار على الرغوة (الشكل 5 (ب) و الشكل5 د). نجاح الفيضانات الرغوة يعتمد على آليات مختلفة للتجديد الفقاعة. نحن تحديد آليات توليد رغوة في الموقع مثل فقاعة قرصه قبالة (الشكل 5a) وشعبة الرقيقة (5f الشكل).
رقم 1: تصنيع أجهزة الوسائط المسامية ميكروموديل. (أ) على أساس PDMS "مولد الرغوة": تصميم CAD، والعفن مقاوم الضوء على رقاقة والسليكا، والجهاز المنجزة؛ (ب) ميكروموديل المستندة إلى لاصقة وسائل الإعلام المسامية غير المتجانسة الضوئي مع تباين نفاذية الطبقات: تصميم CAD والعفن مقاوم الضوء والعفن PDMS والجهاز المكتملة. وتبين أشرطة مقياس بوصة واحدة تقريبا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: توليد الرغوة في PDMS أساس متجانس ميكروموديل. الرغوة الخشنة يتم إنشاؤها من خلال تدفق يركز الجهاز الذي يصبح أدق رغوة يمر من خلال الجهاز. يشير شريط مقياس 1 مم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: تميز التشرد النفط الخام من الرغوة. (أ) الأولى شرط: التشبع 100% النفط (النفط الخام في براون، وظائف في الأبيض)؛ (ب) صورة خلفية ثنائي ميكروموديل؛ (ج) إطار عينة من النفط الخام تشريد الفيديو؛ (د) تحويل الصورة بعد المعالجة Matlab التمييز بين مرحلتين مختلفتين حيث الأخضر = الغاز، أزرق = المرحلة مائي، أحمر = مرحلة النفط؛ (ه) تاريخ التشبع (السهم الأسود يشير إلى الوقت عندما تم أخذ (ج) ). شريط مقياس يشير إلى 400 ميكرون. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: تاريخ التشبع في مناطق مختلفة لإظهار السوائل تسريب والرغوة انفصال. (أ) المنطقة نفاذية عالية؛ (ب) المنطقة نفاذية منخفضة؛ (ج) منطقة الكسر. التسمية على المحاور العمودية تقف للتشبع من كل مرحلة (%).
الرقم 5: رغوة ديناميات حضور النفط الخام- (أ) توليد رغوة فقاعة رشة خارج الآلية؛ (ب) فقاعة التلاحم في وجود النفط الخام؛ (ج) فقاعة التلاحم بشفط الشعرية؛ (د) رغوة الدمار في منطقة الكسر؛ (ﻫ) الرغوة كوارسينينج بنشر الغاز؛ (و) توليد الرغوة الرقيقة-شعبة. يتم تلوين فقاعات الغاز لمصلحة الأخضر. شريط مقياس يشير إلى 400 ميكرون. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هذا البروتوكول لدراسة عمليات استرداد النفط في ميكروموديلس لاصقة الضوئية توازناً بين متانة ميكروموديلس غير البوليمرية – مثل الزجاج أو السيليكون – وتصنيع أجهزة موائع جزيئية PDMS السطحية. خلافا ميكروموديلس مصنوعة من الزجاج أو مادة لاصقة الضوئية، تفتقر إلى أجهزة PDMS المقاومة للأنواع العضوية الخفيفة. ميكروموديلس PDMS أيضا ليست مثالية للعديد من التجارب لأن أسطح هذه الأجهزة بخصائص ترطيب غير مستقرة، ومصفوفة البوليمر إنفاذا الغاز19. وفي المقابل، أظهرت لاصقة بصري ويتابيليتي أكثر استقرارا من PDMS، وأنها نفاذية أقل بكثير الغاز20،،من2122. على وجه التحديد، المياه الاتصال الزاوية البصرية تظل لاصقة مستقرة لمدة أيام بعد العلاج البلازما2 س، مقارنة بساعات ل PDMS21. ولذلك، مع الحد الأدنى من الجهد الإضافي، بناء ميكروموديلس لاصقة الضوئية، بدلاً من PDMS، يمنح مقاومة المذيبات أفضل وأكثر استقرارا من خصائص ترطيب نفاذية أقل للغاز. لاصقة الضوئية محل ميكروموديلس لا من الزجاج أو السليكون، ومع ذلك، وكما أن هذه المواد يمكن أن تحمل الكثير من ارتفاع درجات الحرارة والضغوط. وعلاوة على ذلك، فقد يحمل الأجهزة الضوئية موائع جزيئية لاصقة تدهور السندات خلال التجارب الطويلة الأجل14. نظراً لصعوبة ونفقات تشييد ميكروموديلس الزجاج والسليكون، هو لاصق البصرية لا تزال مادة الاختيار لتجارب التشرد المحيطة القصيرة الأجل التي تشمل المواد العضوية الخفيفة. ولذلك، توظيف البصرية ميكروموديلس لاصقة لدراسة عمليات استرداد النفط مع النفط الخام بديلاً سهلة وفعالة من حيث التكلفة لاستخدام الزجاج ذات العمالة الكثيفة وميكروموديلس السليكون.
ينبغي إيلاء اهتمام دقيق لعدة جوانب حاسمة للجزء إعداد ماجستير-العفن رقاقة السليكون مقاوم الضوء على غرار البروتوكول لتجنب النتائج غير ناجحة. الأولى، وأفضل الممارسات يملي التعلية في درجات الحرارة ببطء (5 درجة مئوية في كل دقيقة) خلال جميع الخطوات الخبز. حمل التدفئة يمكن أن يسبب كسور الإجهاد الحراري في يفر. ثانيا، ينبغي تعزيز التصاق مقاوم الضوء على رقاقة السيليكون حسب الضرورة. عند استخدام رقاقة جديدة، يجب أن تحدث حوادث الانفصال إلا نادراً، ولكن إذا كان فصل مقاوم الضوء شُفي من الرقاقة مشكلة، ثم يمكن اتخاذ تدابير وقائية. شطف كحول الأيزوبروبيل سريعة تليها خطوة ما قبل خبز عند 110 درجة مئوية لمدة 10 دقائق يمكن أن ينتج أفضل تقارب مقاوم الضوء على السطح من يفر. الثالثة، علما أن المعلمات في الإجراء الخاص بجرعات الأشعة فوق البنفسجية، الخبز مرات والخبز درجات الحرارة ووضع أوقات يمكن أن حساسية للتغيرات في الظروف البيئية ونوع الصك ورقم المجموعة الكيميائية. وهكذا، ينبغي تخصيص موارد لعدة محاكمات لضبط هذه المعالم الهامة للقضاء على قضايا مثل البلمرة الإفراط، وميزات المتخلفة، والميزات التي لم يتم حلها، أو التصاق الفقراء ليفر. إذا اتخذت هذه النصائح في الاعتبار، ينبغي أن رقائق السليكون منقوشة بنجاح بسهولة نسبية.
لاحقاً في البروتوكول، ويمكن أن تسهم عدة الفروق الدقيقة في تصنيع الجهاز والخطوات التجريبية لهذا الإجراء كبيرا إلى نتائج ناجحة. على سبيل المثال، أن نسبة المكون PDMS غير قياسي يوفر مزايا زوجين. عموما بالنسبة PDMS العابرة للربط، يتم استخدام الاستومر 10:1 لعلاج نسبة عامل؛ ومع ذلك، يسمح بنسبة 5:1 بوليمر أكثر صرامة أن يشفي أسرع ويمكن إعادة استخدامها أكثر من مرة. لإعداد جهاز لاصق الضوئية الفعلية، جدير بالملاحظة أن خطوات المعالجة يتم ضبطها كل دقة لتجنب المزالق المحتملة. على هذا النحو، جزئيا علاج طبقة رقيقة من لاصق الضوئية على الركيزة للجهاز حاسمة لرابطة قوية إضافية للجزء المدلى بها. وعلاوة على ذلك، هو الشفاء لاصقة بصري من كلا الجانبين لضمان علاج حتى في جميع أنحاء. إذا لم قد شُفي لاصقة الضوئية تماما، ثم يمكن أن تمزق العفن PDMS أثناء الإزالة من الزهر. على العكس من ذلك، إذا كان يشفي لاصقة الضوئية لفترة طويلة جداً، ثم المواد يصبح صعباً لظالم. يحتمل أن تكون قطع الإيبوكسي الإفراط شُفي اللكم الأداة المستخدمة لجعل الثقوب المنفذ. في حالة الإفراط شُفي المدلى بها، يمكن أن تكون المنافذ الرمال انتقد أو حفر مع قليلاً حفر قطرها 1 ملم في مطبعة الحفر. وأخيراً، حين إجراء تجارب التشرد، السائل إلى تشريد لا ينبغي أن أدخل ميكروموديل قبل النفط الخام. ويتابيليتي الصغير-القنوات من النفط الرطب في البداية قبل الاتصال بالنفط الخام الأولى، لكن السماح لمكونات السائل إلى تشريد لتغيير أسطح ميكروموديل قد يتغير أداء الاستراتيجية التشرد. اتباع الخطوات التالية بعناية في بناء الجهاز موائع جزيئية والتشرد سيساعد تجربة ضمان الموارد لم تذهب سدى.
في المستقبل، سوف تستمر ميكروموديلس لاصقة الضوئية لتكون أداة قيمة للبحث ميكروفلويديكس. ويمكن هذه الأجهزة بمثابة منصة فحص قوية لحقن السوائل مصممة خصيصا للزيوت الخام محددة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام هذه الأدوات لدراسة الآليات الأساسية لاستعادة النفط أو عنصر تحكم التنقل، وتدفق الرغاوي أو تجارب الاستخلاص المعزز للنفط المعزز الجراثيم اللاهوائية. فعالية التكلفة وخصائص مواتية لبصرى ميكروموديلس لاصقة بطبيعة الحال تقديم هذه الأدوات ميزة في مجال استرداد النفط موائع جزيئية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
نعترف بالدعم المالي من "اتحاد الجامعات الأرز" للعمليات في "وسائل الإعلام المسامية" (هيوستن، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3 mL Leur-Lok Syringe | Fischer Scientific | 14-823-435 | |
| 10 mL Glass Syringe | Fischer Scientific | 1482698G | |
| Photomask | CAD/Art Services | ||
| Silicon Wafer | University Wafer | 452 | |
| Propylene-Glycol-Methyl-Ether-Acetate | Sigma Aldrich | 484431-4L | |
| 150 mm Glass Petri Dish | Carolina Biological Supply | #721134 | |
| 60 mm Plastic Petri Dish | Carolina Biological Supply | #741246 | |
| Mask Aligner | EV Group | EVG 620 | |
| 1 mm Biopsy Punch | Miltex, Plainsboro, NJ | 69031-01 | |
| Industrial Dispensing Tip | CML Supply | Gauge 23 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | |
| Plasma System | Harrick Plasma | PDC-32G | Plasma cleaner |
| Polydimehtylsiloxane (PDMS) | Dow Corning, Midland, MI | SYLGARD 184 | |
| Norland Optical Adhesive 81 (NOA81) or (OA) | Norland Products Inc. | 8116 | Optical adhesive |
| Quick-Set Epoxy | Fisher Scientific | 4001 | |
| Glass Slides | Globe Scientic Inc. | 1321 | |
| SU-8 2015 Photoresist | MicroChem | SU-8 2015 | Photo resist |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | Fusion 400 | |
| Glass Capillary Tubing | SGE Analytical Science | 1154710C | |
| High-Speed Camera | Vision Research | V 4.3 | |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities Inc. | #BB31695-PE/3 |
References
- Blaker, T., et al. Foam for Gas Mobility Control in the Snorre Field: The FAWAG Project. SPE Reserv Eval Eng. 5 (04), 317-323 (2002).
- Mannhardt, K., Svorstøl, I. Effect of oil saturation on foam propagation in Snorre reservoir core. J Petrol Sci Eng. 23 (3-4), 189-200 (1999).
- Falls, A. H., Lawson, J. B., Hirasaki, G. J. The Role of Noncondensable Gas in Steam Foams. J Petrol Technol. 40 (01), 95-104 (1988).
- Hirasaki, G. J., Miller, C. A., Szafranski, R., Lawson, J. B., Akiya, N. Surfactant/Foam Process for Aquifer Remediation. , International Symposium on Oilfield Chemistry. Houston, Texas. (1997).
- Lv, Q., Li, Z., Li, B., Li, S., Sun, Q. Study of Nanoparticle-Surfactant-Stabilized Foam as a Fracturing Fluid. Ind Eng Chem Res. 54 (38), 9468-9477 (2015).
- Conn, C. A., Ma, K., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Visualizing oil displacement with foam in a microfluidic device with permeability contrast. Lab Chip. 14 (20), 3968-3977 (2014).
- Ma, K., Liontas, R., Conn, C. A., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Visualization of improved sweep with foam in heterogeneous porous media using microfluidics. Soft Matter. 8 (41), 10669 (2012).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Appl Phys Lett. 82 (3), 364 (2003).
- Gauteplass, J., Chaudhary, K., Kovscek, A. R., Fernø, M. A. Pore-level foam generation and flow for mobility control in fractured systems. Colloid Surface A. 468, 184-192 (2015).
- Kovscek, A. R., Radke, C. J. Gas bubble snap-off under pressure-driven flow in constricted noncircular capillaries. Colloid Surface A. 117 (1-2), 55-76 (1996).
- Géraud, B., Jones, S. A., Cantat, I., Dollet, B., Méheust, Y. The flow of a foam in a two-dimensional porous medium: FOAM FLOW IN A 2-D POROUS MEDIUM. Water Resour Res. 52 (2), 773-790 (2016).
- Lin, Y. -J., et al. Examining Asphaltene Solubility on Deposition in Model Porous Media. Langmuir. 32 (34), 8729-8734 (2016).
- Bartolo, D., Degré, G., Nghe, P., Studer, V. Microfluidic stickers. Lab Chip. 8 (2), 274-279 (2008).
- Kenzhekhanov, S. Chemical EOR process visualization using NOA81 micromodels. , Master's degree Thesis (2017).
- Zhuang, Y. G., et al. Experimental Investigation of Asphaltene Deposition in a Transparent Microchannel. Proceedings of the 1st Thermal and Fluid Engineering Summer Conference. , New York, NY, USA. (2016).
- Ma, K., Rivera, J., Hirasaki, G. J., Biswal, S. L. Wettability control and patterning of PDMS using UV-ozone and water immersion. J Colloid Interf Sci. 363 (1), 371-378 (2011).
- Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane). Anal Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).
- Sollier, E., Murray, C., Maoddi, P., Di Carlo, D. Rapid prototyping polymers for microfluidic devices and high pressure injections. Lab Chip. 11 (22), 3752 (2011).
- Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices. Anal Chem. 75 (23), 6544-6554 (2003).
- Silvestrini, S., et al. Tailoring the wetting properties of thiolene microfluidic materials. Lab Chip. 12 (20), 4041 (2012).
- Wägli, P., Homsy, A., de Rooij, N. F. Norland optical adhesive (NOA81) microchannels with adjustable wetting behavior and high chemical resistance against a range of mid-infrared-transparent organic solvents. Sensor Actuat B-Chem. 156 (2), 994-1001 (2011).
- Hung, L. -H., Lin, R., Lee, A. P. Rapid microfabrication of solvent-resistant biocompatible microfluidic devices. Lab Chip. 8 (6), 983 (2008).
