Login processing...

JoVE Journal
Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 2 minutes.

JoVE Journal Engineering

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO 2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO 2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO₂ Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microflu

A Polymer-based Piezoelectric Vibration Energy Harvester with a 3D Meshed-Core Structure

Journal (Engineering)

A Polymer-based Piezoelectric Vibration Energy Harvester with a 3D Meshed-Core Structure

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

Journal (Engineering)

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

Click here for the English version

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO 2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO 2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO₂ Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microflu

Article DOI: 10.3791/61369-v

July 2nd, 2020 •

Hooman Hosseini¹, Feng Guo², Reza Barati Ghahfarokhi¹, Saman A. Aryana²

¹Department of Chemical and Petroleum Engineering, University of Kansas, ²Department of Chemical Engineering, University of Wyoming

Chapters

Summary
Automatic Translation

English (Original)
العربية (Arabic)
中文 (Chinese)
dansk (Danish)
Nederlands (Dutch)
français (French)
Deutsch (German)
עברית (Hebrew)
हिंदी (Hindi)
italiano (Italian)
日本語 (Japanese)
한국어 (Korean)
norsk (Norwegian)
português (Portugese)
русский (Russian)
español (Spanish)
svenska (Swedish)
Türkçe (Turkish)

July 2nd, 2020

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Dit document beschrijft een protocol samen met een vergelijkende studie van twee microfluïde fabricagetechnieken, namelijk fotolithografie/wet-etching/thermisch-bonding en Selective Laser-induced Etching (SLE), die geschikt zijn voor hogedrukomstandigheden. Deze technieken vormen het mogelijk maken van platforms voor directe observatie van de vloeistofstroom in surrogaatdoorlatende media en gebroken systemen onder reservoiromstandigheden.

Transcript

Dit protocol is een multidisciplinaire samenwerking tussen de Universiteit van Kansas en de Universiteit van Wyoming. We hadden behoefte aan het testen van onze gepatenteerde, polyelektrolyt complexe nanodeeltjes met behulp van hoge druk microfluidics. En het begon een samenwerking tussen onze onderzoeksgroep en dr. Aryana's onderzoeksgroep om te profiteren van zijn state-of-the-art faciliteiten.

We willen NSF bedanken voor de financiering van een deel van dit project, en danken het tertiaire of herstelprogramma voor het verstrekken van hun faciliteiten en ondersteuning die nodig zijn voor dit project. Bovendien werd dit werk gedeeltelijk ondersteund door CMCUF en het Energy Frontier Research Center gefinancierd door de DOE. Dit protocol en de toepassing ervan op surrogaat complexe doorlatende media en hun hoge druk voorwaarden, is het resultaat van een samenwerking tussen twee onderzoeksgroepen een van de Universiteit van Wyoming en de andere van de Universiteit van Kansas.

Dit protocol details, de fabricage procedure voor een robuuste microfluïde platform in de afwezigheid van clean room faciliteiten. Dit platform maakt directe visualisatie van de stroom in complexe geometrieën onder hoge druk omstandigheden. De beschreven techniek kan worden gebruikt om complexe kanaalnetwerken in glassubstraten te verouderen die een structuren van ondergrondse media nabootsen en bestand zijn tegen hoge drukomstandigheden die tijdens CO2-gebruik en -opslag worden ervaren.

Deze methode kan worden gebruikt om inzicht te geven in kruispunten en het transport van complexe vloeistoffen in ondoordringbare media in de context van CCUS. Bij het uitvoeren van dit protocol zijn patiënten en extreme voorzichtigheid vereist om het risico op lichamelijk letsel en storingen in het fabricageproces te minimaliseren. Visuele demonstratie van deze methode maakt effectieve communicatie van de stappen die van cruciaal belang zijn in de succesvolle uitvoering.

Begin met het gieten van een voldoende hoeveelheid chroom ets oplossing in een beker en verwarming tot ongeveer 40 graden Celsius. Plaats het masker vervolgens direct aan de zijkant van het borosilicaatsubstraat dat bedekt is met chroom en fotoweerstand. Breng het geometrische patroon in de laag van de foto weerstaan door het blootstellen van de stapel van het substraat en het masker aan UV-licht.

Verwijder de fotomasker en substraatstapel van het UV-stadium en verwijder vervolgens het fotomasker en dompel het substraat en de ontwikkelaarsoplossing gedurende ongeveer 40 seconden onder. Cascade spoel het substraat door stromend gedeïsized water op de top van het substraat en over al zijn oppervlakken ten minste drie keer. Nadat het substraat is te drogen, dompelt u het gedurende ongeveer 40 seconden onder in het voorverwarmde chroom etchant, waardoor het patroon van de fotoweerstand naar de chroomlaag wordt overgebracht.

Haal het substraat uit de oplossing, spoel het af met gedeïsized water en laat het drogen. Breng met behulp van een borstel verschillende lagen HMDS aan op het onbedekte gezicht van het substraat en laat het drogen. Breng een laag fotoweerstand op de primer aan en plaats het substraat vervolgens 30 tot 40 minuten in een oven op 60 tot 90 graden Celsius.

Laat daarna het patroonsubstraat gedurende een vooraf bepaalde hoeveelheid tijd in de etchant-oplossing, op basis van de gewenste kanaaldiepte. Verwijder het substraat van het etchant, met behulp van een oplosmiddelbestendige pincet en cascade spoel het met gedeïstioneerd water. Stel het substraat bloot aan NMP-oplossing die ongeveer 30 minuten wordt voorverwarmd tot 65 graden Celsius om de weerstand van de foto te verwijderen.

Cascade spoel het af met aceton gevolgd door ethanol en gedeïsized water. Plaats het schone substraat in chroom etchant en verwarmd tot ongeveer 40 graden Celsius voor ongeveer een minuut. Karakteriseer vervolgens de kanaaldiepte met behulp van laserscanning, confocale microscopie.

Markeer de posities van de inlaat- en uitlaatgaten op een leeg borosilicaatubstraat door de afdekplaat af te stemmen op het geëtste substraat. Gebruik een micro schuurmiddel en 50 micro meter aluminiumoxide micro zandstralen media te blazen door gaten in de gemarkeerde locaties. Cascade spoel zowel het geëtste substraat als de afdekplaat af met gedeïmiseerd water.

Breng vervolgens een één tot vier waterstofperoxide zwavelzuur piranha oplossing aan de kook en dompel het substraat en de afdekplaat in de oplossing gedurende 10 minuten. Na het spoelen van het substraat en de afdekplaat, dompel ze 30 tot 40 seconden onder in de buffer etchant en spoel ze opnieuw af. Vervolgens dompel het substraat en dekplaat gedurende 10 minuten onder in een zes-op-een water, waterstofperoxide, zoutzuuroplossing die wordt verwarmd tot ongeveer 75 graden Celsius.

Druk het substraat en dek plaat stevig tegen elkaar terwijl ondergedompeld dan verwijder ze uit de oplossing, cascade spoel ze en dompel ze onder in gedeïmiseerd water. Zorg ervoor dat het substraat en de afdekplaat stevig aan elkaar zijn bevestigd, druk ze tegen elkaar op en verwijder ze voorzichtig uit het water. Lijn het substraat en de afdekplaat zorgvuldig uit terwijl ze in DI-water worden ondergedompeld en herhaal de procedure totdat er geen luchtbellen tussen de twee worden waargenomen.

Plaats de stapelsubstraten tussen twee gladde 1,5 twee centimeter dikke glazen keramische platen voor hechting. Plaats de glazen keramische platen tussen twee metalen platen gemaakt van legering x. Zorg ervoor dat de glazen wafers en de keramische metalen houder gecentreerd zijn.

Draai de moeren met de hand aan en plaats de houder 60 minuten in een vacuümkamer bij ongeveer 100 graden Celsius. Haal vervolgens de houder uit de kamer en draai de moeren voorzichtig aan. Plaats de houder in een oven en voer een verwarmingsprogramma uit volgens de handschriftaanwijzing.

Haal het thermisch gebonden microfluidic apparaat uit de oven en spoel het af met water. Dan bad sonicate het in zoutzuur voor een uur. Vul de tanks van de kooldioxide- en waterpompen met voldoende vocht voor het experiment en gebruik een spuit om de pekelaccumulator en stroomlijnen te vullen met de oppervlakteactieve oplossing.

Plaats het verzadigde microfluïde apparaat in een drukbestendige houder en sluit de inlaat- en uitlaatpoorten aan op de juiste lijnen met behulp van buizen met een binnendiameter van 0,01 inch. Verhoog de temperatuur van het circulerende bad, dat de temperatuur van de pekel- en kooldioxidelijnen op de gewenste temperatuur regelt. Verhoog de druk op de rug en pekelpomp tegelijkertijd in geleidelijke stappen met behoud van continue stroom uit de uitlaat van de drukregelaar.

Verhoog de druk tot 7,38 mega pascal en stop de pompen. Verhoog de druk van de kooldioxidelijn tot een druk boven de 7,38 mega pascal open vervolgens de kooldioxideklep en laat de superkritische kooldioxide gemengd met de hoge druk oppervlakteactieve oplossing door een inline mixer stromen en schuim genereren. Wacht tot de stroom volledig is ontwikkeld in het apparaat en de kanalen verzadigd zijn, het toezicht op de uitlaat voor het begin van schuim generatie.

Schakel de camera in om gedetailleerde beelden van de stroom in de kanalen vast te leggen. Koolstofdioxide schuim transport en stabiliteit in de UV-lithografie microfluïde apparaat, tijdens de eerste 20 minuten van de generatie en isolatie wordt hier getoond. De multi-fase verplaatst over de micro scheuren en schuim werd gegenereerd door de micro-fracturen.

Het schuim werd gegenereerd in een selectief laser geïnduceerde etsen microfluïdisch apparaat, vanaf omgevingstoestand zonder stroom tot volledig ontwikkeld, superkritisch koolstofdioxide schuim bij hoge en lage stroomsnelheden. Schuimverdeling en stabiliteit werden afgebeeld onder reservoiromstandigheden tijdens de eerste 20 minuten van de generatie en isolatie. De verdeling van bellendiameters werd bepaald aan de hand van beeld J.Quantification van de schuimmicrostructuur werd uitgevoerd met behulp van ruwe beelden, nabewerkte beelden en hun binarised equivalenten.

Bij een poging dit praktisch, is het belangrijk om zorgvuldig te onderzoeken het patroon op de chroomlaag onder een geel licht om ervoor te zorgen dat het gewenste patroon correct wordt overgedragen. Variaties van deze methoden omvatten hoge druk injectie van olie, polymeer oplossingen en een laag zoutgehalte brines om een goed begrip van de fysica van de stroom van complexe vloeistoffen te ontwikkelen door middel van directe visualisatie.

X

Simple Hit Counter