Summary
Bu yordamı, kolay ve hızlı bir mikrosıvısal aygıt ile özelleştirilebilir geometri ve petrol kurtarma çalışmaları için organik sıvılar tarafından şişme direnç üretmek için hedeftir. Bir polydimethylsiloxane kalıp ilk oluşturulan ve epoksi esaslı aygıt döküm için kullanılır. Bir temsilci deplasman çalışma bildirilmektedir.
Abstract
Mikrosıvısal aygıtları taşıma işlemleri mikroskobik ölçekte çalışmak için çok yönlü araçlardır. Bir talep mikrosıvısal cihazlar için geleneksel polydimethylsiloxane (PDMS) cihazlar aksine o dirençli düşük molekül ağırlıklı yağ bileşenleri bulunmaktadır. Burada, biz bu özelliği olan bir cihaz yapmak facile bir yöntem göstermek ve hangi köpük kurtarır ham petrol tarafından gözenek ölçekli mekanizmaları incelemek için bu protokolü ürün kullanıyoruz. Bir desen ilk bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımıyla ve şeffaflık yüksek çözünürlüklü bir yazıcıda yazdırılan tasarlanmıştır. Bu desen sonra bir fotorezist litografi yordam aktarılır. PDMS üzerinde desen döküm, fırın tedavi ve bir kalıp elde etmek için kaldırıldı. Yaygın olarak kullanılan optik bir yapıştırıcı (OA), thiol-Doğu crosslinking polimer, sonra kalıp dökülür ve UV ışığı altında tedavi. PDMS kalıp uzak optik yapışkanlı döküm soyulmuş. Cam alt katman sonra hazırlanır ve cihazın iki yarısı birlikte bağlı. Optik aygıtlar bazlı tutkal daha geleneksel PDMS mikrosıvısal aygıtları daha sağlam. Epoksi yapısı tarafından birçok organik çözücüler, hafif organik sıvılar içeren deneyler için yeni olanaklar açar şişlik için dayanıklıdır. Ayrıca, yüzey wettability bu cihazların PDMS daha istikrarlı bir davranıştır. Optik yapışkanlı mikrosıvısal cihazların inşaat basit, henüz PDMS tabanlı cihazlar yapımında daha artımlı olarak daha fazla çaba gerektirir. Ayrıca, onlar optik yapışkanlı aygıtlar organik sıvı istikrarlı olmasına rağmen uzun bir süre sonra indirimli bond mukavemetli sergileyebilirler. Optik yapışkanlı mikrosıvısal aygıtları gözenekli medya için 2-B micromodels olarak hareket geometrileri yapılabilir. Bu cihazlar gözenek ölçekli mekanizmaları gelişmiş petrol kurtarma ve akifer düzeltme dahil anlayışımızı geliştirmek için petrol deplasman çalışmada uygulanır.
Introduction
Bu yöntemin amacı görselleştirmek ve Çoklu faz, çok bileşenli sıvı etkileşimleri ve gözenekli medya karmaşık gözenek ölçekli dinamiklerini analiz etmektir. Bu sistemler petrol kurtarma, akifer düzeltme ve hidrolik kırılma1,2, gibi çeşitli yeraltı işlemler için geçerli olduğu için sıvı akış ve taşıma gözenekli medya ilgi uzun yıllar olmuştur 3 , 4 , 5. micromodels bu karmaşık gözenek yapıları taklit etmek için kullanarak, benzersiz anlayışlar gözenek düzeyinde dinamik olay farklı sıvı aşamaları ve medya6,7,8 arasında görselleştirme tarafından elde edilir ,9,10,11.
Geleneksel silis tabanlı micromodels imalatı pahalı, zaman alıcı ve zor, henüz micromodels optik yapıştırıcı üzerinden inşa sunan nispeten ucuz, hızlı ve kolay alternatif12,13, 14,15. Diğer polimer esaslı micromodels ile karşılaştırıldığında, optik yapıştırıcı daha istikrarlı yüzey ıslatma özellikler sergiler. Örneğin, polydimethylsiloxane (PDMS) micromodel yüzeyler hızlı bir şekilde tipik deplasman deneme16süresince hidrofobik olacak. Ayrıca, Young katsayısı PDMS, 2.5 MPa ise bu optik yapıştırıcı 325 MPa13,17,18' dir. Böylece, optik yapıştırıcı indüklenen deformasyon ve kanal hatası baskı yapmak daha az eğilimli. Önemlisi, tedavi optik yapıştırıcı ham petrol ve yürütülen18olmak ışık çözücüler içeren deneyler sağlayan düşük moleküler ağırlıklı organik bileşenleri tarafından şişme için çok daha dayanıklıdır. Genel olarak, optik yapıştırıcı silis tabanlı micromodels aşırı derecede karmaşık ya da pahalı ve yüksek sıcaklık ve basınç çalışmalar gerekli değildir ham petrol içeren yer değiştirme çalışmaları için PDMS bir üstün alternatiftir.
Bu yayında açıklanan protokol optik yapışkanlı micromodels için adım adım fabrikasyon yönergeler sağlar ve küçük miktarlarda sıvı manipülasyon başarı sağlamak ince hileler bildirir. Tasarım ve üretim optik yapışkanlı tabanlı micromodels yumuşak litografi ile ilk açıklanan. Sonra sıvı deplasman stratejisi kütle akış denetleyicileriyle yaygın olarak ulaşılamaz Ultra düşük akış oranları için verilir. Daha sonra bir temsilcisi deneysel sonuç örnek olarak verilir. Bu deney ortaya köpük istikrarsızlık ve yayılma davranış ham petrol ve türdeş olmayan gözenekli medya huzurunda. Son olarak, tipik görüntü işleme ve veri analizi bildirilmektedir.
İşte Multi-Phase akışı ve sınırlı microchannel alanlarda etkileşimleri içeren görselleştirme uygulamalar için uygun yöntem sağladı. Özellikle, bu yöntem 5'ten büyük karakteristik mikro-özellik çözünürlükler için optimize edilmiştir ve daha az 700 µm. tipik akışı oranları 0.1-1 mL/h satılabilir. Ham petrol veya sulu veya gaz halinde olan yakıtlar sıvı ortam koşulları, en iyi duruma getirilmiş bu parametreler sırasını tarafından ışık solvent deplasman çalışmalarda, bu protokole uygun olmalıdır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dikkat: Bu protokolü bir yüksek sıcaklık fırın, toksik kimyasallar ve UV ışık işleme içerir. Lütfen tüm malzeme güvenlik bilgi formları dikkatle okuyun ve kurumunuzun kimyasal güvenlik yönergeleri izleyin.
1. cihaz tasarım
- Bir photomask bir CAD yazılım uygulamasında tasarım.
- 3 cm uzunluğunda ve 0.5 cm genişliğinde dikdörtgen bir kanalı çizmek (Şekil 1b-tepe doğru).
- Kapalı şekiller gözenekli medya taneleri temsil eden bir dizi oluşturur.
Not: onlar yumuşak Taş baskı işlemi sırasında üç boyutlu yapılar olacak çünkü bu şekiller için mesaj adlandırılır. Şekil ve büyüklük-in belgili tanımlık posta gereken mikron onlarca sırasına ve on-yüz mikron bir boşluk vardır. Birden çok yazı boyutu heterojenite oluşturmak için istihdam edilebilir ve bir bölümü çıplak bir kırık medya simülasyonu mesajların bırakılabilir. - Geniş gözenekli medya bölümü yaklaşık bir-üçüncü giriş ve çıkış kanalları çizin. Bir drenaj hareket etmek giriş bağlantı noktasından kaynaklanan bir kanalı çizmek.
- Tasarımından izni 1.0 cm en az tüm tasarım çevresinde bir sınırlayıcı kutu çizin.
Not: Sınırlayıcı kutu ve tasarım, aynı zamanda mesaj, sınırları arasında photomask şeffaf yapılması için vardır.
- Bir şirket için yüksek çözünürlüklü CAD CAD dosyasına göndermek yazdırma
Not: İsteğe bağlı: bir mikrosıvısal köpük Jeneratör (Şekil 1a) köpük deplasman deneme için tasarım. Tasarım heterojenite atlama ve sınırlayıcı kutu 1. adımı yineleyin. Akışı odaklanarak geometri gözenekli medya tasarım önce giriş, tavsiye edilir. Akış alanlarda photomask üzerinde şeffaf olmalıdır.
2. PDMS imalat kalıp
- Fotorezist desenli silikon gofret ana kalıp bir temiz oda oluşturmak
- Spin-ceket fotorezist yeni silikon gofret için 30 2.000 devirde üzerine bir 20 µm tabaka s.
- Yumuşak iki artışlarla sıcak tabakta gofret fırında: 65 ° C için 1 dk 95 ° C 3 dakika izledi.
- Bir maske aligner fotorezist katman 150 mJ/cm2sabit bir doz kullanarak CAD tasarımı ile desen için kullanın.
- İki artışlarla sıcak tabakta sonrası pozlama fırında gerçekleştirmek: 65 ° C için 1 min 95 ° C 3 dk. izin ver için 5 dk soğutmak için gofret için izledi.
- 100 ml Cam kristalizasyon tabak içinde propilen-glikol-metil-eter-asetat gofret bırakın. Hafifçe el ile tahrik fotorezist desen geliştirmek 10 dakikadır. İsopropanol ile durulayın ve kuru hava akışı altında gofret Makinası.
- Sert sıcak tabakta iki artışlarla gofret fırında: 120 ° C 5 min için 150 ° C 10 dk. izin ver için 15dk soğumaya gofret için izledi.
- Döküm PDMS silikon gofret ana kalıp üzerine
- 30 g PDMS elastomer, 5:1 oranında tozsuz tek kullanımlık bir kapsayıcı içinde kür Ajan toplam karıştırın.
- Bir vakum desiccator 30 dk için PDMS degas.
- Fotorezist desenli silikon gofret ana kalıp üzerine PDMS 150 mm cam Petri kabına dökün.
- Gofret ve 1 h için 80 ° C fırında PDMS içeren Petri kabına yerleştirin.
- Petri kabına fırından çıkarın ve oda sıcaklığında ulaşmak için içeriği sağlar.
Not: Yordamı bu noktada duraklatılmış.
- Desen transfer optik yapıştırıcı için PDMS kalıp hazırlamak
- Dikkatli bir neşter kullanarak PDMS kalıp kesim ve gofret uzak kalıp soyma.
- Temiz ve net yapışkan bant kullanarak PDMS kalıp korumak.
Not: Yordamı bu noktada duraklatılmış. - PDMS kalıp, desen-tarafı yukarı, 60 mm toz plastik Petri kabına dibine yerleştirin. 10 izin s PDMS plastik sopa için.
- Şeffaf plastik bant ile PDMS yüzeyine kadar adım 3.1.1 korumak.
Not: İsteğe bağlı: köpük jeneratör yapmak için adımları 2.1 yineleyin. 2.3.2. köpük jeneratör tasarım için.
3. optik yapışkanlı cihaz imalat
- Optik yapıştırıcı PDMS kalıp üzerine döküm
- PDMS desenli yüzeyinden bandı çıkarın ve optik yapıştırıcı Petri kabına PDMS kalıp üst yüzeyi yukarıda yaklaşık 0.9 cm derinliğe 150 mm içine dökün. Pamuklu çubukla her türlü ile herhangi bir baloncuklar yavaşça çıkarın.
- UV 40 dk toplam için ışığı altında optik yapıştırıcı adımda 3.2.1 - 3.2.5 bir PSD-UV sisteminde belirtildiği gibi tedavi.
Dikkat: UV ışık ile çalışırken uygun koruma giymek.- UV ışık Petri kabına maruz (254 nm) 5 min için.
- Öyle ki alt şimdi UV kaynak bakacak Petri kabına ters çevir ve 5 min için UV ışık altında tarafına bulaşmasına neden.
- Petri kabına ters çevir, dik konuma getirin ve UV ışığı 5 min için üst tarafına yeniden ortaya çıkarmanın.
- Petri kabına baş aşağı tekrar ters çevir ve UV ışığı 10 dakikadır alt tarafına yeniden ortaya çıkarmanın.
- Petri kabına başa dik duruma ters çevir ve UV ışığı 15dk için üst tarafına yeniden ortaya çıkarmanın.
Not: belirtilen PSD-UV cihazları kullanıldığında adımları 3.2.1 ile 3.2.5 kür yordamda yalnızca geçerlidir (Malzemeler tablo). Çare times bağlı olarak kullanılan belirli lamba ve optik Yapışkanlı tabakanın tam kalınlığı değişir.
- Tedavi optik yapıştırıcı PDMS kalıp kaldırma
- Maket dikkatle Petri kabına kalıp dışarı optik yapıştırıcı eritmek için kullanıyorum.
Dikkat: Kutusunu kesici bıçak çok keskin ve kolayca et kesebilir. Kırık Petri yemekler keskin kenarları etrafında çalışırken dikkatli olun. - Makas sağlam bir çift fazla optik yapıştırıcı tasarım kenarından kaldırmak için kullanın.
- Yavaş yavaş PDMS kalıp optik yapışkanlı pakı uzak kabuğu. Optik yapışkan yüzeyi ve açık teyp PDMS yüzeyle desenli bölümlerini korumak.
- Giriş, çıkış ve drenaj oluşturmak için bir 1.0 mm biyopsi yumruk kullanın delik. Desenli optik yapıştırıcı ile açık teyp korumak.
- Maket dikkatle Petri kabına kalıp dışarı optik yapıştırıcı eritmek için kullanıyorum.
- Belgili tanımlık substrate hazırlamak
- Optik yapıştırıcı ve spin-ceket slayt iki adımda bir yeni cam slayt üzerine 1 mL dağıtmak: 5 s sonra 20 için 4.000 rpm için 500 rpm s.
- Belgili tanımlık substrate UV ışık tedavisi için hızlı bir şekilde aktarmak ve kısmen UV 30 için ışığı altında ince optik yapışkan tabaka tedavi s.
- Belgili tanımlık substrate döküm optik yapıştırıcı bağ
- Optik yapışkanlı döküm, desenli tarafı yukarı ve substrat içinde bir O2 plazma temizleyici tarafı kaplı, yerleştirin. Plazma 20 için yüzey temiz 540 mTorr s.
- Tüm istenmeyen hava cepleri simge durumuna küçültülmüş veya kaldırıldı kadar birlikte iki tedavi yüzeyler bastırın.
- Tam olarak UV ışık altında aygıt 20 dk için tedavi.
Dikkat: UV ışık için koruyucu gözlük, önlük, eldiven vb.gibi uygun koruma giymek. - Aygıt için 18 h 50 ° c sıcak bir tabak yerleştirin.
- 0,58 mm kimliği düşük yoğunluk polietilen (PE/3) her aygıt üzerindeki bağlantı noktalarının içine boru 6 inç uzun parçasını yerleştirin.
- 5 dk hızlı-set epoksi yerinde boru güvenliğini sağlamak için kullanın.
Not: İsteğe bağlı: köpük jeneratör tamamlamak için 3.5.1, 3.5.2, 3,6 ve 3,7 adımları yineleyin. köpük-üreteç PDMS kullanarak döküm ve yeni bir cam, optik yapışkanlı döküm ve hazırlanan yüzeyler, yerine sırasıyla kaydırın.
4. yağ deplasman deney
- Yüksek hızlı bir fotoğraf makinesi ile donatılmış bir ters mikroskobu üzerinde yansıması için mikrosıvısal cihazını hazırlayın. Bant kullanarak mikroskop sahneye aygıtını düzelt. Bir 4 X hedefi kullanarak, ilgi (AOI) alan üzerinde odaklanın.
- Enjeksiyon sıvısı hazırlamak
Not: üç fazlı sistemlerde, bir boya renk kontrast görüntü analizi için sağlamak için yerinden sıvı temizlemek için eklenmelidir.- Yük ham petrol veya modeli petrol örnek bir 23 ile donatılmış bir 10 mL cam şırınga içine 3 mL lik endüstriyel losyonlu ipucu. Enjektör pompa sahibi şırıngada güvenli ve uygun çap değeri şırınga pompa ayarları ayarlayın.
- Yük yerinden sıvı bir 23 ile donatılmış 3 mL plastik enjektör içine 1 mL lik endüstriyel losyonlu ipucu. Enjektör pompa sahibi şırıngada güvenli ve uygun çap değeri şırınga pompa ayarları ayarlayın.
Not: İsteğe bağlı: köpük üretimi deneyler için 10 m kadar 25 µm çapı cam kılcal tüp bir N2 gaz tankı için bağlanmak ve bir kalibrasyon eğrisi elde gibi gaz basıncı için gerekli gaz akış hızı için istediğiniz değeri ayarlayın. 10 dk equilibrate gaz akışı için izin vermek.
- OPTİK yapışkanlı model gözenekli medya aygıtı yağı ile emdirmek
- Yerinden sıvı cihazın koya PE/3 boru içine iğne ucu ekleyerek bağlayın.
Not: İsteğe bağlı: köpük yerinden faz kullanıldığında, yerinden sıvı şırınga köpük jeneratör koya bağlayın. Gaz kılcal kılcal tüp 23'lik sanayi losyonlu bahşiş yerleştirip hızlı-set epoksi ile halka mühürleme üzerinde köpük jeneratör ikinci giriş noktasına bağlanın. Köpük jeneratör çıkış sonra 23'lik konektörü kullanarak yapışkanlı Portatif koya bağlıdır. - Yağ dolu şırınga cihazın koya PE/3 boru içine iğne ucu ekleyerek bağlayın.
- Öyle ki iki sıvı her iki drenaj bağlantı noktası akışı aynı anda yerinden sıvı 0.8 mL/sa giriş portuna akan süre 2 mL/sa optik yapışkanlı cihazın çıkış bağlantı noktasına petrol akan başlar. Yerinden sıvı gözenekli medya girmemeniz. 20 mL cam şişe atık toplama.
- Yerinden sıvı cihazın koya PE/3 boru içine iğne ucu ekleyerek bağlayın.
- Bir kare hızında gözenekli medya aygıtında AOI yeterince hızlı istediğiniz olayları yakalamak için filme başlamak. Tipik kare hızı 50 fps olduğunu. % 100 çevrenin petrol doymuş sabit bir görüntü yakalama.
- Hızla ve aynı anda bir 5 cm cilt kelepçe ile drenaj boru sıkma sırasında makas kullanarak petrol akıyor PE/3 tüp kesti.
- Yerinden sıvı yağ deplasman kararlı durum ulaşır veya fotoğraf makinesi bellek yetersiz çalışan kadar cihazın istila sağlar.
5. resim ve veri analizi
- Ücretsiz görüntü analiz yazılımı görüntü J gibi veya görüntü analiz toolbox MATLAB deneme görüntüleri analiz etmek için kullanabilirsiniz.
- Fotoðraf petrol doymuş % 100 kanal kullanarak, gözenekli medya AOI için yüzde birimlerindeki porozite hesaplayın.
- Aşağıdaki denklemi kullanarak gözenek hacmi hesaplamak:
- Petrol doygunluk, deneme video görüntüleri her çerçevede toplam akış alanı bir kesir olarak belirlemek için görüntü analiz yazılımı kullanın. Aşama iki deplasman deneyler için her çerçeve yerinden faz doygunluk olarak hesaplanabilir:
- Bir arsanın yüzde vs gözenek birimleri enjekte sıvı yağ doygunluk hazırlamak
Not: İsteğe bağlı: Bu köpük deplasman deneyler gibi sistemleri Trifaze için her yerinden aşama her aşama için karakteristik RGB aralığı kullanarak renk göre kategorilere ayır için MATLAB görüntü analiz araç kutusunu kullanın. Satürasyon enjekte gözenek birimleri ile tüm üç aşamadan gösterilen bir komplo hazırlamak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu örnek deneyde, sulu köpük katmanlı geçirgenliği kontrasta sahip türdeş olmayan gözenekli ortamda Orta Doğu ham petrol (5.4 cP viskozite) ve 40 ° ciddiyetini API ile yerinden için kullanılır. PDMS köpük jeneratör daha önce tamamen ham petrol ile doymuş bir optik yapışkanlı micromodel bağlıdır. CAD tasarımı için PDMS photomask, köpük jeneratör, fotorezist desenli silikon gofret ve tamamlanan köpük jeneratör eklenen giriş ve çıkış boruları ile Şekil 1a gösterir. Şekil 1b türdeş olmayan optik yapışkanlı model gözenekli medya katmanlı geçirgenliği kontrast için karşılık gelen görüntüleri gösterir. Photomask tasarım ilgili şeffaf ve opak kısımlarını unutmayın. Şekil 2' de gösterildiği gibi kaba köpük içine gaz ve sıvı co enjekte akışı odaklanan bir geometri tarafından oluşturulur. Bu gösteri için seçilen toplam akış 0.8 mL/s ile yaklaşık % 90'ı bir azot gaz kesirli akışını oranıdır. Kullanılan yüzey aktif Alfa olefin Sülfonat C14-16 loril Betan, 1 wt % konsantrasyon için 1:1 oranında çözümdür. Mavi gıda sınıf boya 1 wt % konsantrasyon sulu aşamasında aygıt yazıdan bu aşamada ayırt yardımcı olmak için kullanılır. Daha hassas bir köpük doku köpük ile homojen köpük-jeneratör micromodel bulaşan akışı odaklanarak bölümünden olarak üretilmektedir. Daha küçük kabarcıklar genellikle desenli matris tarafından akışı odaklanarak geometri yalnız yapılan daha çıkmadan gözlenir. Bir kez sabit köpük üretimi elde, köpük akış sonra ham petrol yerinden için optik yapışkanlı micromodel için yönlendirilmesiyle. Yer değiştirme işleminin videolar 50 fps kare kare görüntüleri işlemek için izin verilen bir yüksek hızlı kamera tarafından ele geçirildi. Şekil 3' te, doygunluk profilleri sıvı her aşama için toplam enjekte sıvı gözenek birimleri bir fonksiyonu olarak çizildi.
Görüntü işleme teknikleri de bize farklı katmanları sıvı saptırma ve köpük faz ayrılmaya ölçmek sağlar. Kılcal kuvvetler farklı aşamalar arasına sıvı daha fazla alt geçirgenliği bölge ve daha yüksek geçirgenliği bölgeye gaz götürecek. Şekil 4 gösterir ham petrol yer değiştirme sırasında gerçekleşen doygunluk değişiklikleri toplam enjekte sıvı bir fonksiyonu olarak deney birimleri gözenek. Tahmin edilebileceği gibi kararlı duruma adlı, gaz doygunluğu düşük geçirgenlik bölgede kıyasla yüksek geçirgenliği bölgedeki önemli ölçüde daha yüksek.
Doygunluk değişiklik petrol deplasman deneme sırasında analiz yanı sıra, gözenek düzeyinde olayları köpük istikrarsızlık, kabarcık üretimi, petrol lamellae oluşumu ve ham petrol emülgatör gibi bir dizi de kolayca tespit. Şekil 5' te, bu köpük dinamikler ham petrol huzurunda bazıları gösterilir. Bu şekilde, ilgi kabarcıklar yeşil renkte görünür. Köpük thermodynamically metastable ve gözenekli medyada kılcal emme (şekil 5 c), gaz Difüzyon (şekil 5e), termal ya da mekanik dalgalanmalar gibi mekanizmaları tarafından coalesces. Ham petrol de köpük (şekil 5b ve şekil5 d) üzerinde zararlı bir etkisi yoktur. Köpük sel başarı kabarcık rejenerasyon için çeşitli mekanizmalar bağlıdır. İn-situ köpük üretimi mekanizmaları kabarcık çimdik-off (şekil 5a) ve lamel bölümü (şekil 5f) gibi tanımlayın.
Şekil 1: gözenekli medya micromodel cihazları imalatı. (a) PDMS tabanlı köpük Jeneratör: CAD tasarımı, fotorezist kalıp silis gofret ve tamamlanan cihazda; (b) optik bazlı tutkal türdeş olmayan gözenekli medya micromodel katmanlı geçirgenliği kontrast: CAD tasarım fotorezist küf, PDMS kalıp ve tamamlanan aygıt. Ölçek çubuklar yaklaşık bir inç gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: PDMS köpük üretimi dayalı homojen micromodel. Kaba köpük köpük aygıtı üzerinden geçerken daha ince olur aygıt odaklanarak akış yoluyla oluşturulur. Ölçek çubuğu 1 mm. gösterir Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: ham petrol deplasman köpük tarafından karakterize. (a) ilk durumu: % 100 yağ doygunluk (brown, ham petrol mesaj beyaz); (b) ikili arka plan görüntüsü micromodel için; (c) bir örnek çerçevelemek--dan video ham petrol deplasman; (d) dönüştürülmüş görüntü nerede yeşil farklı aşamaları ayırt etmek için Matlab işleme sonra gaz, mavi = sulu faz, kırmızı = petrol faz; = (e) doygunluk geçmiş (siyah ok gösterir ne zaman (c) geçen süre). Ölçek çubuğu 400 µm. gösterir Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: sıvı saptırma ve köpük faz ayrımı göstermek için farklı bölgelerde doygunluk tarihine. (a) Yüksek geçirgenlik bölgesi; (b) düşük geçirgenlik bölgesi; (c) kırık bölge. Etiket dikey eksen üzerindeki her aşama (%) doygunluk için duruyor.
Şekil 5: köpük dynamics ham petrol huzurunda. (a) köpük üretimi kabarcık çimdik-off mekanizması tarafından; (b) kabarcık birleştirme ham petrol huzurunda; (c) kabarcık birleştirme kılcal emme tarafından; (d) köpük imha kırık bölgesinde; (e) köpük gaz Difüzyon tarafından coarsening; (f) köpük üretimi lamel bölüme göre. Gaz kabarcıkları ilgi yeşil renkte görünür. Ölçek çubuğu 400 µm. gösterir Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Petrol kurtarma işlemlerinde optik yapışkanlı micromodels çalışmak için bu protokolü polimer micromodels-cam veya silikon- ve PDMS mikrosıvısal aygıtları facile imalatı gibi sağlamlığı arasında bir denge vurur. Cam veya optik yapışkan yapılmış micromodels farklı olarak, direnç hafif organik türler için PDMS aygıtları eksikliği. PDMS micromodels da çünkü bu cihazların yüzeyler kararsız ıslatma özellikleri vardır ve polimer matris19gaz geçirgen birçok deney için ideal değildir. Buna ek olarak, optik yapıştırıcı PDMS daha çok daha istikrarlı wettability göstermiştir ve daha az20,21,22gaz geçirgen. Özellikle, su temas açısını optik yapışkanlı kalır gün sonra O2 plazma tedavisi, PDMS21saat karşılaştırıldığında için kararlı. Bu nedenle, en az çaba göstermenize gerek kalmadan, micromodels PDMS, yerine optik yapışkan oluşturmak daha iyi solvent direnci, daha kararlı ıslatma özellikleri ve gaz için daha düşük geçirgenlik verir. optik yapıştırıcı yerini alır ne cam ne de silikon micromodels, ancak, bu malzemelerin çok daha yüksek sıcaklık ve basınç dayanabilir. Ayrıca, optik yapışkanlı mikrosıvısal aygıtları bond yıkımı sırasında uzun süreli deneyler14sergileyebilirler. Zorluk ve cam ve silikon micromodels inşa gider, optik yapıştırıcı hala seçim malzemesi ışık organik maddeler içeren kısa süreli ortam deplasman deneyler için verilir. Bu nedenle, petrol kurtarma işlemlerini ham petrol ile çalışmak için optik yapışkanlı micromodels istihdam kullanarak emek yoğun cam ve silikon micromodels facile ve düşük maliyetli bir alternatif.
Dikkat fotorezist desenli silikon gofret master-kalıp hazırlama bölümü Protokolü'nün çeşitli kritik yönleri için başarısız sonuçların oluşmasını engellemek için ödenmesi gerekmektedir. İlk, en iyi uygulama tüm fırın adımları sırasında sıcaklık yavaş yavaş (5 ° C min başına) ramping belirler. Hızlı Isıtma termal stres kırıkları gofret neden olabilir. İkinci olarak, fotorezist yapışma silikon gofret için gerekli teşvik edilmelidir. Yeni bir gofret kullanırken, ayrılık olaylar nadiren oluşması, ama tedavi fotorezist ayrılması gofret üzerinden bir sorun ise, o zaman önleyici tedbirler alınabilir. 110 ° C 10 dakika öncesi fırında adımda takip hızlı izopropil alkol durulama için gofret yüzeyine daha iyi fotorezist ilgi neden olabilir. Üçüncü, Not yordamı UV dozu için verilen parametre kez pişirme, pişirme sıcaklıkları ve kez gelişmekte olan çevre koşulları, araç marka ve kimyasal toplu iş numarası değişikliklere duyarlı olabilir. Böylece, kaynakları aşırı polimerizasyonu, gelişmiş özellikleri, çözümlenmemiş özellikleri veya gofret için zavallı yapışma gibi sorunları ortadan kaldırmak için önemli bu parametreleri ayarlamak çeşitli denemeler için tahsis edilmelidir. Sağlanan bu ipuçlarını dikkate alınır, silikon gofret başarıyla göreli kolaylıkla desenli.
Daha sonra iletişim kuralında, birkaç aygıt uydurma nüansları ve bu yordamın deneysel adımlar önemli ölçüde başarılı sonuçlar için katkıda bulunabilir. Örneğin, standart olmayan PDMS bileşen oranı birkaç avantaj sunar. Ajan oranı kür için bir 10:1 elastomer PDMS cross-linking için yaygın olarak kullanılan; Ancak, 5:1 oranında daha hızlı tedavileri ve daha fazla kez yeniden kullanılabilir bir sert polimer için izin verir. Gerçek optik yapışkanlı aygıt hazırlık için bir kür adımları tüm tam potansiyel tuzaklar önlemek için ayarlanan dikkat etmelisiniz. Bu nedenle, kısmen substrat cihazın optik yapıştırıcı ince tabaka kür döküm bölümüne ekstra güçlü bir bağ için çok önemlidir. Ayrıca, optik yapıştırıcı bile boyunca kür emin olmak için her iki taraftan tedavi edildi. Optik yapıştırıcı tamamen tedavi vardır değil Eğer PDMS kalıp döküm kaldırılması sırasında parçalanmış. Optik yapıştırıcı uzun süre tedavi, diğer taraftan, sonra malzeme olumsuz zor olur. Aşırı tedavi epoksi potansiyel bağlantı noktası delikler yapmak için kullanılan Delme araç zarar verebilir. Döküm aşırı tedavi ise, bağlantı noktalarını püskürdü veya çapı 1 mm matkap üzerinde matkap basın ile delinmiş kum olabilir. Son olarak, deplasman deneyler sırasında yerinden sıvı ham petrol önce micromodel girmek için izin verilmemelidir. Mikro kanallar wettability ilk ham petrol başvurarak, bileşenleri micromodel yüzeyler değiştirmek için yerinden sıvı deplasman stratejisi performansını değişebilir izin tarafından başlangıçta yağ ıslak yapılır. Bu adımları dikkatlice mikrosıvısal aygıt inşaat ve yer değiştirme sonrasında deney kaynakları boşa gitmesini değil sağlamaya yardımcı olur.
Gelecekte, optik yapışkanlı micromodels havacilik araştırma için değerli bir araç olmaya devam edecektir. Bu aygıtlar belirli ham yağlar için özel olarak tasarlanmış enjeksiyon sıvılar için sağlam tarama platform olarak hizmet verebilir. Buna ek olarak, bu araçlar petrol kurtarma, hareket kontrolü, köpük akışı veya anaerobik mikrobiyal gelişmiş petrol kurtarma (EOR) deneyler temel mekanizmaları incelemek için kullanılabilir. Doğal olarak maliyet etkinliği ve optik yapışkanlı micromodels olumlu özelliklerini bu araçlar mikrosıvısal petrol kurtarma alanında bir avantaj katmaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Rice Üniversitesi Konsorsiyumu gözenekli medya (Houston, TX, ABD) işlemler için mali destekten anıyoruz.
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.
- 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).
