Name: microfluidic fabrication techniques for high-pressure testing of microscale supercritical co2 foam transport in fractured unconventional reservoirs
Uploaded: 2020-07-02T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs at JoVE.co

ワイオミング大学の著者は、米国エネルギー省がDOE(BES)賞DE-SC0019165賞を受賞したエネルギーフロンティア研究センターである、非伝統的でタイトな石油形成における水炭化水素岩石相互作用の機械化制御センター(CMC-UF)の一環として、支援を高く評価しています。カンザス大学の著者は、国立科学財団EPSCoR研究インフラ改善プログラムを認めたいと思います: トラック -2 焦点EPSCoRコラボレーション賞 (OIA- 1632892) このプロジェクトの資金調達のために.著者はまた、ワイオミング大学化学工学部のジンディ・サンに、楽器トレーニングにおける寛大な援助に感謝しています。SAAは、ワイオミング大学のカイル・ウィンケルマンがイメージングとUVスタンドの建設に協力してくれたかに感謝しています。最後になりましたが、著者らは、SLE技術に関する有用な議論のためにmicroGlass, LLCのジョン・ワッサーバウアーを感謝して認めています。

注意: このプロトコルは高圧セットアップ、高温炉、有害な化学薬品、および紫外線を扱うことを含みます。関連する材料の安全性データシートを注意深く読み、化学物質安全ガイドラインに従ってください。必要なトレーニング、すべての機器の安全な操作、関連する危険、緊急連絡先など、圧力試験(静水圧および空気圧)の安全ガイドラインを確認してから、注入プロセスを開始します。...

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C., Rathgen, H., Egberink, R. J. M., Mugele, F. G., Reinhoudt, N. D., van den Berg, A., Verboom, W., Gardeniers, H. J. G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication,+mechanical+testing+and+application+of+high-pressure+glass+microreactor+chips.">Fabrication, mechanical testing and application of high-pressure glass microreactor chips.</a> Chemical Engineering Journal. 131, 163-170 (2007).</li><li>Marre, S., Adamo, A., Basak, S., Aymonier, C., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+Packaging+of+Microreactors+for+High+Pressure+and+High+Temperature+Applications.">Design and Packaging of Microreactors for High Pressure and High Temperature Applications.</a> Industrial and Engineering Chemistry Research. 49, 11310-11320 (2010).</li><li>Paydar, O. 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D., Carey, J. W., Viswanathan, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixing+in+a+three-phase+system:+Enhanced+production+of+oil-wet+reservoirs+by+CO2+injection.">Mixing in a three-phase system: Enhanced production of oil-wet reservoirs by CO2 injection.</a> Geophysical Research Letters. 43, 196-205 (2016).</li><li>Rognmo, A. U., Fredriksen, S. B., Alcorn, Z. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pore-to-Core+EOR+Upscaling+for+CO2+Foam+for+CCUS.">Pore-to-Core EOR Upscaling for CO2 Foam for CCUS.</a> SPE Journal. 24, 1-11 (2019).</li><li>Erickstad, M., Gutierrez, E., Groisman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+low-cost+low-maintenance+ultraviolet+lithography+light+source+based+on+light-emitting+diodes.">A low-cost low-maintenance ultraviolet lithography light source based on light-emitting diodes.</a> Lab on a Chip. 15, 57-61 (2015).</li><li>Guo, F., Aryana, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Experimental+Investigation+of+Flow+Regimes+in+Imbibition+and+Drainage+Using+a+Microfluidic+Platform.">An Experimental Investigation of Flow Regimes in Imbibition and Drainage Using a Microfluidic Platform.</a> Energies. 12 (7), 1-13 (2019).</li><li>Burshtein, N., Chan, S. T., Toda-peters, K., Shen, A. Q., Haward, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-printed+glass+microfluidics+for+fluid+dynamics+and+rheology.">3D-printed glass microfluidics for fluid dynamics and rheology.</a> Current Opinion in Colloid &amp; Interface Science. 43, 1-14 (2019).</li><li>Wang, Y., Aryana, S. 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H., Miao, J., Sun, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+masking+layers+for+deep+wet+etching+of+glass+in+an+improved+HF/HCl+solution.">Characterization of masking layers for deep wet etching of glass in an improved HF/HCl solution.</a> Surface &amp; Coatings Technology. 198, 314-318 (2005).</li></ol>

この研究は、堅牢で高圧ガラスマイクロ流体デバイスを作成するための製造プラットフォームに関連するプロトコルを提示します。この作業で提示されるプロトコルは、グローブボックス内の最終的な製造手順のいくつかを実行することにより、クリーンルームの必要性を軽減します。汚染の可能性を最小限に抑えるために、クリーンルームを使用することをお勧めします。さらに、エッチ?...

油圧破砕は、特にタイトな地層1で流れを刺激する手段としてかなり長い間使用されてきた。水圧破砕に必要な大量の水は、環境要因、水の入手可能性の問題2、形成損傷3、コスト4、地震効果5と複合化されています。その結果、水のない破砕や泡の使用などの代替破砕方法への関心が高まっています。代替方法は、水使用量6の減少、水感受性形成7との相溶性、形成8の差し込みなし、破砕性流体9の高い見かけ粘度、リサイクル性10、清掃およびプロパント搬送能力の容易さ6などの重要な利点を提供することができる。CO2フォームは、従来の破砕技術6、7、11に比べて、潜在的に小さい環境フットプリントで、石油流体のより効率的な生産および地下におけるCO2貯蔵能力の向上に寄与する潜在的な無水破砕液である。
最適な条件下では、所定の貯留層の最小混和性圧力(MMP)を超える圧力で超臨界CO2フォーム(scCO2フォーム)が形成の透過性の少ない部分に直接流れ込むことができるマルチコンタクト混和性システムを提供し、資源12,13の掃引効率および回収率を向上させる。scCO2は、拡散性や液体のような密度14のようなガスを供給し、油回収や炭素捕獲、利用および貯蔵(CCUS)13などの地下アプリケーションに適しています。地下の泡の成分の存在は、CO215の長期保存における漏れのリスクを低減するのに役立ちます。また、scCO2フォームシステムの結合圧縮性熱衝撃効果は、有効な破砕システム11として機能し得る。地下の適用のためのCO2泡システムの特性は、砂パックシステムにおけるその安定性および粘度の特徴づけ、および変位プロセスにおけるその有効性3、6、12、15、16、17など、様々なスケールで広範囲に研究されている。フラクチャレベルの泡の動態と多孔質媒体との相互作用は、密閉および破壊された形成における泡の使用に直接関連するあまり研究されていない側面である。
マイクロ流体プラットフォームにより、関連するマイクロスケールプロセスの直接可視化と定量化が可能になります。これらのプラットフォームは、流体力学と化学反応をリアルタイム制御し、回復に関する考慮事項と共に孔スケール現象を研究します。1.発泡体の生成、伝播、輸送およびダイナミクスは、破壊されたシステムをエミュレートするマイクロ流体デバイスおよび密着した地層からの油回収に関連する破壊マイクロクラックマトリックス導電経路で視覚化され得る。フラクチャとマトリックス間の流体交換は、形状に従って直接表現されます。18を選択すると、単純化されたリアルな表現の重要性が強調されます。関連するマイクロ流体プラットフォームの数は、さまざまなプロセスを研究するために長年にわたって開発されてきました。例えば、Tigglaarと同僚は、マイクロリアクターに接続されたガラス毛細血管を通して流れをテストするために繊維の面内接続を通じてガラスマイクロリアクターデバイスの製造と高圧試験について議論します19.彼らは、債券検査、圧力試験、その場での反応モニタリングに関連する調査結果を発表します。 1H NMR 分光法.したがって、彼らのプラットフォームは、透過性媒体中の複雑な流体をその場で可視化するための、比較的大きな注入速度、多相流体システムの前生成には最適ではない可能性があります。Marreと同僚は、高圧化学と超臨界流体プロセスを調査するためにガラスマイクロリアクターの使用について議論します20.応力分布の有限要素シミュレーションとしての結果を含み、負荷下でのモジュール式デバイスの機械的挙動を調べます。それらは交換可能なマイクロリアクターの製造のために非永久的なモジュラー接続を使用し、ケイ素/パイレックスのマイクロ流体装置は透明ではない。これらのデバイスは、可視化が主要な関心事ではない化学反応工学における運動学的研究、合成および生産に適しています。透明性の欠如は、このプラットフォームを代理メディア内の複雑な流体のその場で視覚化する直接的には不適当にします。Paydarと同僚は、3Dプリンティングを使用してモジュラーマイクロ流体をプロトタイプ化する新しい方法を提示します21.このアプローチは、光硬化性ポリマーを使用し、デバイスが0.4 MPaまでしか耐えられないため、高圧用途には適していないようです。文献で報告された破壊系の輸送に関連するほとんどのマイクロ流体実験研究は、周囲温度と比較的低い圧力条件に焦点を当てる1.地下条件を模倣するマイクロ流体システムの直接観察に焦点を当てたいくつかの研究がありました。例えば、ヒメネス・マルティネスと同僚は、骨折とマトリックスの複雑なネットワークにおける重要な孔スケールの流れと輸送メカニズムに関する2つの研究を紹介する22,23.研究チームは、生産効率のために、リザーバ条件下でマイクロ流体を用いた三相系(8.3 MPaおよび45°C)を研究している。彼らはscCOを評価する2 前の破砕からの残りの塩水がCOと混入できない再刺激のための使用法2 残存炭化水素23.オイルウェットシリコンマイクロ流体デバイスは、オイル-ブライン-scCOの混合に関連しています2 強化されたオイル回収(EOR)アプリケーションで。しかし、この研究は、骨折における孔スケールダイナミクスに直接対処するものではありません。もう一つの例は、Situ COで高圧のアップスケーリングアプローチを研究するRognmoらの仕事です2 発泡体生成24.マイクロハブを活用する文献のレポートのほとんどは、COに関する2-EOR と彼らは多くの場合、重要な製造の詳細が含まれていません。著者の知る限りでは、破壊された形成のための高圧可能な装置の製造のための体系的なプロトコルは、現在文献から欠落している。
この研究は、ScCO2フォーム構造、バブル形状、サイズおよび分布、EORおよび油圧破砕および帯水層修復アプリケーションのための油の存在下におけるラメラ安定性の研究を可能にするマイクロ流体プラットフォームを提示する。光リソグラフィと選択的レーザー誘導エッチング29(SLE)を用いたマイクロ流体デバイスの設計と製造について考察する。さらに、この研究は、破壊された密着した地層における流体の輸送をシミュレートすることを目的とした破壊パターンを記述する。シミュレートされた経路は、トモグラフィーデータまたは現実的な破壊幾何学に関する情報を提供する他の方法に基づいて、単純化されたパターンから複雑なマイクロクラックまでさまざまです。このプロトコルは、フォトリソグラフィ、ウェットエッチング、熱接着を使用したガラスマイクロ流体デバイスの段階的な製造手順を説明しています。社内で開発されたコリメートされた紫外線(UV)光源を使用して、望ましい幾何学的パターンをフォトレジストの薄い層に移し、最終的にはウェットエッチングプロセスを使用してガラス基板に移管します。品質保証の一環として、エッチングパターンは共焦点顕微鏡を用いて特徴付けられます。フォトリソグラフィ/ウェットエッチングの代替として、マイクロ流体デバイスを作成するためにSLE技術を採用し、プラットフォームの比較分析を行います。フロー実験の設定は、ガスボンベとポンプ、圧力コントローラとトランスデューサ、流体ミキサーとアキュムレータ、マイクロ流体デバイス、高圧対応ステンレススチールホルダー、高解像度カメラ、照明システムで構成されています。最後に、フロー実験からの観測の代表的なサンプルを提示する。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1/4&#8221; bolts and nuts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For fabrication of the metallic plates to sandwich the glass chip between them for thermal bonding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3.45 x 3.45 mm UV LED</td>
			<td>Kingbright</td>
			<td></td>
			<td>To emitt LED light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D measuring Laser microscope</td>
			<td>OLYMPUS</td>
			<td>LEXT OLS4000</td>
			<td>To measure channel depths</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40 mm x 40 mm x 10 mm 12V DC Cooling Fan</td>
			<td>Uxcell</td>
			<td></td>
			<td>To cool the UV LED lights</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>120 mm x 38 mm 24V DC Cooling Fan</td>
			<td>Uxcell</td>
			<td></td>
			<td>To cool the UV LED lights</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 ml (6 ml) NORM-JECT Syringe</td>
			<td>HENKE SASS WOLF</td>
			<td>Lot #16M14CB</td>
			<td>To rinse the chip before each experiment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone (Certified ACS)</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>Lot #177121</td>
			<td>For cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acid/ corossion resistive tweezer</td>
			<td>TED PELLA</td>
			<td></td>
			<td>To handle the glass piece in corosive solutions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acid/solvent resistance tweezers</td>
			<td>TED PELLA, INC</td>
			<td>#53009 and #53010</td>
			<td>To handle the glass in corrosive solutions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alloy X</td>
			<td>AMERICAN SPECIAL METALS</td>
			<td>Heat Number: ZZ7571XG11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium hydroxide (ACS reagent)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Lot #SHBG9007V</td>
			<td>To clean the chip at the end of process</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AutoCAD</td>
			<td>Autodesk, San Rafael, CA</td>
			<td></td>
			<td>To design 2D patterns and 3D chips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD Etchant for PSG-SiO2 systems</td>
			<td>TRANSENE</td>
			<td>Lot #028934</td>
			<td>An improved buffered etch formulation for delineation of phosphosilica glass &#8211; SiO2 (PSG), and borosilica glass &#8211; SiO2 (BSG) systems</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blank Borofloat substrate</td>
			<td>TELIC</td>
			<td>CG-HF</td>
			<td>Upper substrate for UV etching</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borofloat substrate with metalizations</td>
			<td>TELIC</td>
			<td>PG-HF-LRC-Az1500</td>
			<td>Lower substrate for UV etching</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capture One photo editing software</td>
			<td>Phase One</td>
			<td></td>
			<td>To Capture/Edit/Convert the pictures taken by Phase One Camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capture station</td>
			<td>DT Scientific</td>
			<td>DT Versa</td>
			<td>To place of the chip in the field of view of the camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon dioxide gas (Grade E)</td>
			<td>PRAXAIR</td>
			<td>UN 1013, CAS Number 124-38-9</td>
			<td>non-aqeous portion of foam</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium etchant 1020</td>
			<td>TRANSENE</td>
			<td>Lot #025433</td>
			<td>High-purity ceric ammonium nitrate systems for precise, clean etching of chromium and chromium oxide films.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circulating baths with digital temperature controller</td>
			<td>PolyScience</td>
			<td></td>
			<td>To control the brine and CO2 temperatures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>100% pure - 001013 - CAS: 124-38-9</td>
			<td>For CO2/scCO2 injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td></td>
			<td>NVIDIA Tesla K20 Graphic Card - 706 MHz Core - 5 GB GDDR5 SDRAM - PCI Express 2.0 x16</td>
			<td>To process and visualize the images obtained via the Phase One camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom made high pressure glass chip holder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To tightly hold the chip and its connections for high pressure testing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cutrain (Custom)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To protect against UV/IR Radiations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water (DI)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital camera with monochromatic 60 MP sensor</td>
			<td>Phase One</td>
			<td>IQ260</td>
			<td>Visualization system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol, Anhydrous, USP Specs</td>
			<td>DECON LABORATORIES, INC.</td>
			<td>Lot #A12291505J, CAS# 64-17-5</td>
			<td>For cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Facepiece reusable respirator</td>
			<td>3M</td>
			<td>6502QL, Gases, Vapors, Dust, Medium</td>
			<td>To protect against volatile solution inhalation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fused Silica (UV Grade) wafer</td>
			<td>SIEGERT WAFER</td>
			<td>UV grade</td>
			<td>Glass precursor for SLE printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GIMP</td>
			<td>Open-source image processing software</td>
			<td></td>
			<td>To characterize image texture and properties</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glovebox (vinyl anaerobic chamber)</td>
			<td>Coy</td>
			<td></td>
			<td>To provide a clean, dust-free environment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heated ultrasonic cleaning bath</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>To accelerate the etching process</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexamethyldisilazane (HMDS) Cleanroom&#174; MB</td>
			<td>KMG</td>
			<td>62115</td>
			<td>Primer for photoresist coating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hose (PEEK tubing)</td>
			<td>IDEX HEALTH &#38; SCIENCE</td>
			<td>Natural 1/16&#34; OD x .010&#34; ID x 5ft, Part # 1531</td>
			<td>Flow connections</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid, certified ACS plus</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>Lot # 187244</td>
			<td>Solvent in RCA semiconductor cleaning protocol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen Peroxide</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>H325-500</td>
			<td>Solvent in RCA semiconductor cleaning protocol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>NIH</td>
			<td></td>
			<td>To characterize image texture and properties</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ISCO syringe pump</td>
			<td>TELEDYNE ISCO</td>
			<td>D-SERIES (100DM, 500D)</td>
			<td>To pump the fluids</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kaiser LED light box</td>
			<td>Kaiser</td>
			<td></td>
			<td>To illuminate the chip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser printing machine</td>
			<td>LightFab GmbH, Germany.</td>
			<td>FILL</td>
			<td>Glass-SLE chip fabrication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser safety glasses</td>
			<td>FreeMascot</td>
			<td>B07PPZHNX4</td>
			<td>To protect against UV/IR Radiations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED Engin 5W UV Lens</td>
			<td>LEDiL</td>
			<td></td>
			<td>To emitt LED light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light Fab 3D Printer (femtosecond laser)</td>
			<td>Light Fab</td>
			<td></td>
			<td>To selectively laser Etch of fused silica</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LightFab 3D printer</td>
			<td>LightFab GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>To SLE print the fused silica chips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks, Inc., Natick, MA</td>
			<td></td>
			<td>To characterize image texture and properties</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metallic plates</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro abrasive sand blasters (Problast 2)</td>
			<td>VANIMAN</td>
			<td>Problast 2 &#8211; 80007</td>
			<td>To craete holes in cover plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MICROPOSIT 351 developer</td>
			<td>Dow</td>
			<td>10016652</td>
			<td>Photoresist developer solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Muffle furnace</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Thermolyne Type 1500</td>
			<td>Thermal bonding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 pure research grade</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>Research Plus - NI RP300</td>
			<td>For drying the chips in each step</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NMP semiconductor grade - 0.1&#956;m Filtered</td>
			<td>Ultra Pure Solutions, Inc</td>
			<td>Lot #02191502T</td>
			<td>Organic solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Gravity Convection Oven</td>
			<td>18EG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phase One IQ260 with an achromatic sensor</td>
			<td>Phase One</td>
			<td>IQ260</td>
			<td>To visulize transport in microfluidic devices using an ISO 200 setting and an aperture at f/8.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photomask</td>
			<td>Fine Line Imaging</td>
			<td>20,320 DPI FILM</td>
			<td>Pattern of channels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist (SU-8)</td>
			<td>MICRO CHEM</td>
			<td>Product item: Y0201004000L1PE, Lot Number: 18110975</td>
			<td>Photoresist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarized light microscope</td>
			<td>OLYMPUS</td>
			<td>BX51</td>
			<td>Visual examination of micro channels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ports (NanoPort Assembly)</td>
			<td>IDEX HEALTH &#38; SCIENCE</td>
			<td>NanoPort Assembly Headless, 10-32 Coned, for 1/16&#34; OD, Part # N-333</td>
			<td>Connections to the chip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Python</td>
			<td>Python Software Foundation</td>
			<td></td>
			<td>To characterize image texture and properties</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Safety face shield</td>
			<td>Sellstrom</td>
			<td>S32251</td>
			<td>To protect against UV/IR Radiations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sealing film (Parafilm)</td>
			<td>Bemis Company, Inc</td>
			<td></td>
			<td>Isolation of containers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shutter Control Software</td>
			<td>Schneider-Kreuznach</td>
			<td></td>
			<td>To adjust shutter settings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smooth ceramic plates</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stirring hot plate</td>
			<td>Corning&#174;</td>
			<td>PC-620D</td>
			<td>To heat the solutions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid, ACS reagent 95.0-98.0%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Lot # SHBK0108</td>
			<td>Solvent in RCA semiconductor cleaning protocol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump (Standard Infuse/Withdraw PHD ULTRA)</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>70-3006</td>
			<td>To saturate the chip before each experiment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Torque wrench</td>
			<td>Snap-on</td>
			<td>TE25A-34190</td>
			<td>To tighten the screws</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV power meter</td>
			<td>Optical Associates, Incorporated</td>
			<td>Model 308</td>
			<td>To measure the intesity of UV light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV power meter</td>
			<td>Optical Associates, Incorporated</td>
			<td>Model 308</td>
			<td>To quantify the strength of UV light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV radiation stand (LED lights)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To transfer the pattern to glass (photoresist layer)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaccum pump</td>
			<td>WELCH VACCUM TECHNOLOGY, INC</td>
			<td>1380</td>
			<td>To dry the chip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable DC power supplies</td>
			<td>Eventek</td>
			<td>KPS305D</td>
			<td>To power the UV LED lights</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microfluidic fabrication techniques for high-pressure testing of microscale supercritical co2 foam transport in fractured unconventional reservoirs

多くのマイクロ流体プラットフォームの圧力制限は、破壊された媒体のマイクロ流体実験研究において重要な課題となっている。その結果、これらのプラットフォームは、骨折における高圧輸送の直接観察のために十分に利用されていません。この研究は、代理透過性媒体および破壊されたシステムを備えた装置の多相流を直接観察することを可能にするマイクロ流体プラットフォームを導入する。このようなプラットフォームは、CO2のキャプチャ、使用率、ストレージに関連する重要かつタイムリーな質問に対処するための経路を提供します。この研究は、製造技術の詳細な説明と、超臨界CO2(scCO2)発泡体の挙動、その構造および安定性を分析するのに役立つ実験用セットアップを提供する。このような研究は、石油回収プロセスの強化と、非伝統的な貯水池からの資源回収における油圧骨折の役割に関する重要な洞察を提供する。この研究は、フォトリソグラフィ/ウェットエッチング/熱結合と選択的レーザー誘導エッチングの2つの異なる技術を用いて開発されたマイクロ流体デバイスの比較研究を提示する。どちらの技術も、化学的および物理的に耐性があり、対象となる地下システムに対応する高圧および温度条件に耐性のあるデバイスになります。どちらの技術も、高精度エッチングマイクロチャネルと有能なラボオンチップデバイスへの経路を提供します。しかし、フォトリソグラフィー/ウェットエッチングは、複雑な形状を持つ複雑なチャネルネットワークの製造を可能にし、レーザーエッチング技術にとって困難な作業となる。この研究は、ステップバイステップのフォトリソグラフィ、ウェットエッチングおよびガラス熱接着プロトコルを要約し、非伝統的なタイトおよびシェール層からの油回収に関連する発泡輸送の代表的な観察を提示する。最後に、10μmの小さな機能を解決するために必要な解像度を維持しながら、透過性媒体全体を同時に観察するscCO2発泡体挙動を観察するために、高解像度の単色センサを用いることを説明します。

このセクションでは、マイクロクラックの配列に接続された主な破壊を通してscCO2 フォームフローからの物理的観測の例を示します。フォトリソグラフィまたはSLEを介して作られたガラスマイクロ流体デバイスは、ホルダーの内側と60メガピクセルの単色のフルフレームセンサーを備えたカメラの視野に置かれます。 図11 は、実験用セットアップにおけるマイ?...

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

本論文では、高圧条件に適した2つのマイクロ流体製作技術、すなわちフォトリソグラフィー/ウェットエッチング/熱結合および選択的レーザー誘導エッチング(SLE)の比較研究と共にプロトコルについて説明する。これらの技術は、リザーバ条件下での代理透過性媒体および破壊されたシステムにおける流体流量を直接観察するためのプラットフォームを可能にするプラットフォームを構成する。

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a ...

このプロトコルは、カンザス大学とワイオミング大学の間の学際的な共同作業です。高圧マイクロ流体を用いた特許取得済みの高分子電解質複合ナノ粒子の試験が必要でした。そして、私たちの研究グループとアーヤナ博士の研究グループとの間で、彼の最先端の施設を利用するための協力的な取り組みを開始しました。このプロジェクトの一部に資金を提供してくれたNSFを認め、このプロジェクトに必要な施設と支援を提供してくれた第三次または回復プログラムに感謝したいと思います。また、この研究の一部は、CMCUFとDOEが出資するエネルギーフロンティア研究センターによって支援されました。このプロトコルと複雑な透過性メディアとその高圧条件を代理するその応用は、ワイオミング大学とカンザス大学の2つの研究グループ間のコラボレーションの結果である。このプロトコル詳細は、クリーンルーム設備がない場合の堅牢なマイクロ流体プラットフォームのための製造手順である。このプラットフォームは、高圧条件下での複雑な形状の流れを直接可視化します。この技術は、地下媒体からの構造を模倣し、CO2の利用および貯蔵中に経験される高圧条件に耐えるガラス基板の複雑なチャネルネットワークを老化させるために使用することができる。この方法は、CCUSの文脈における不透過性媒体中の複雑な流体の交点および輸送に関する洞察を提供するために使用することができる。このプロトコルを実行する場合、患者は、製造プロセスにおける物理的な傷害および失敗のリスクを最小限に抑えるために細心の注意が必要です。このメソッドの視覚的なデモンストレーションにより、実行を成功させるために重要なステップを効果的に伝達できます。ビーカーに十分な量のクロムエッチング液を注ぎ、約40°Cに加熱します。次に、マスクをクロムとフォトレジストで覆われたホウケイ酸基板の側面に直接置きます。基板とマスクのスタックをUV光に露出させることにより、フォトレジストの層に幾何学的パターンを移します。UVステージからフォトマスクと基板スタックを取り外し、フォトマスクを取り外し、基板と現像液を約40秒間浸水します。基板の上およびすべての表面に少なくとも3回にわたって脱イオン水を流すことによって、基板をカスケードリンスする。基板を乾燥させた後、予熱したクロムエッチャントに約40秒間沈下し、フォトレジストからクロム層にパターンを移します。溶液から基板を取り出し、脱イオン水でカスケードリンスし、乾燥させます。ブラシを使用して、基板の覆われた面にHMDSのいくつかの層を適用し、それが乾燥することを可能にします。プライマーの上にフォトレジストの1層を適用し、30〜40分間摂氏60〜90度のオーブンに基板を置きます。その後、所望のチャネル深度に基づいて、所定の時間のエチャント溶液中にパターン基板を残す。エッチャントから基板を取り出し、耐溶剤対のピンセットを使用し、脱イオン水でカスケードリンスします。基板を約30分間摂氏65度に予熱したNMP溶液に露出させて、フォトレジストを取り除きます。アセトンを続け、エタノールと脱イオン水でカスケードリンスします。きれいな基板をクロムエチャントに入れ、約40°Cまで約1分間加熱します。次に、レーザースキャン、共焦点顕微鏡を使用してチャネル深さを特徴付けます。カバープレートをエッチング基板に合わせることで、ブランクのホウケイ酸基板上の入口と出口穴の位置をマークします。マイクロ研磨サンドブラスターと50マイクロメートルの酸化アルミニウムマイクロサンドブラストメディアを使用して、マークされた場所の穴を爆破します。エッチングされた基板とカバープレートの両方を脱イオン水でカスケードすすいでください。その後、1~4個の過酸化水素硫酸ピラニア溶液を沸騰させ、基板とカバープレートを溶液中に10分間沈めます。基板とカバープレートをすすった後、それらをバッファーエッチャントに30〜40秒間浸し、再びすすいでください。次に、基板とカバープレートを6~1水で10分間沈め、過酸化水素、約75°Cに加熱された塩酸溶液を水に浸す。基板を押し、プレートを水没させながらしっかりとカバーし、溶液から取り除き、それらをカスケードして脱イオン水に沈めます。基板とカバープレートがしっかりと互いに取り付けられていることを確認し、それらを互いに差し込み、慎重に水から取り除きます。基板とカバープレートをDI水中に沈めている間は慎重に位置合わせし、2つの間に気泡が見られないまで手順を繰り返します。2つの滑らかな1.5 2センチメートルの厚さのガラスセラミックプレートの間にスタック基板を配置して、接着します。ガラスセラミックプレートを、合金xで作られた2つの金属板の間に置きます。ガラスウェーハとセラミックメタリックホルダーが中央に配置されていることを確認します。手でナットを締め、約100°Cで60分間真空チャンバーにホルダーを置きます。その後、チャンバーからホルダーを取り外し、慎重にナットを締めます。ホルダーを炉内に入れ、原稿の指示に従って加熱プログラムを実行します。熱結合したマイクロ流体装置を炉から取り出し、水ですすります。その後、1時間塩酸でそれを浴超音波処理します。二酸化炭素とウォーターポンプのタンクに実験に十分な液体を充填し、シリンジを使用して、ブラインアキュムレータとフローラインを界面活性剤溶液で満たします。飽和マイクロ流体装置を耐圧ホルダに入れ、0.01インチ内径チューブを使用して入口と出口ポートを適切なラインに接続します。希望する温度までブラインと二酸化炭素ラインの温度を制御する循環浴の温度を上げます。背圧調整器の出口からの連続的な流れを維持しながら、段階的なステップで背圧とブラインポンプ圧力を同時に増加させます。圧力を最大7.38メガパスカルに上げ、ポンプを止める。二酸化炭素ライン圧力を7.38メガパスカル以上の圧力に上げ、二酸化炭素バルブを開き、高圧界面活性剤溶液と混合した超臨界二酸化炭素がインラインミキサーを流れ、発泡体を生成できるようにします。フローが完全にデバイス内で開発され、チャネルが飽和し、発泡の発生の発症のための出口を監視するまで待ちます。カメラをオンにして、チャネル内のフローの詳細な画像をキャプチャします。UVリソグラフィマイクロ流体装置における二酸化炭素発泡輸送および安定性は、生成および単離の最初の20分間の間に、ここに示されている。マイクロ亀裂と泡を横切って移動する多相は、マイクロ骨折を介して生成されました。このフォームは、選択的レーザー誘導型マイクロ流体装置で生成され、フローのない周囲の状態から完全に発達し、高流量および低流量の超臨界二酸化炭素フォームから始まります。発泡および安定性は、生成および分離の最初の20分間の間に貯蔵所の条件下で画像化された。泡径の分布を画像J.フォームマイクロ構造の定量化を用いて、生画像を用いて行い、処理後画像及びそれらの二量化等価物を用いて行った。これを実際に試みるときは、黄色の光の下でクロム層のパターンを注意深く調べ、目的のパターンが正しく転送されることを確認することが重要です。これらの方法のバリエーションは、直接可視化を介して複雑な流体の流れの物理学の理解を開発するために、油、ポリマー溶液と低塩水の塩水の高圧注入が含まれます。

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

VBの作製<sub&gt; 2</sub電気テスト用&gt; /空気電池

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

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ゼオライトH-ZSM-5で高温・高圧のガス吸着用のLangatateクリスタルマイクロバランスに基づいて吸着装置

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The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

光共振器およびレーザ応用のためのポリマーマイクロスフェアの作製

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

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その場でテスト用 LiPON ベース固体リチウム イオン Nanobatteries の集束イオンビーム ビーム加工

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

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その場で高圧水素トライボロジー水素配信インフラストラクチャで使用される一般的なポリマー材料の試験

High pressure hydrogen gas is known to adversely affect metallic components of compressors, valves, hoses, and actuators. However, relatively little is ...