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

Författarna från University of Wyoming erkänner tacksamt stöd som en del av Center for Mechanistic Control of Water-Hydrocarbon-Rock Interaktioner i okonventionella och tighta oljeformationer (CMC-UF), en Energy Frontier Research Center finansieras av US Department of Energy, Office of Science under DOE (BES) Award DE-SC0019165. Författarna från University of Kansas vill erkänna National Science Foundation EPSCoR Research Infrastructure Improvement Program: Track -2 Fokuserad EPSCoR Collaboration award (OIA- 1632892) för finansiering av detta projekt. Författarna utökar också sin uppskattning till Jindi Sun från Chemical Engineering Department, University of Wyoming för hennes generösa hjälp i instrumentutbildning. SAA tackar Kyle Winkelman från University of Wyoming för hans hjälp med att bygga avbildning och UV-stativ. Sist men inte minst, författarna erkänner tacksamt John Wasserbauer från microGlass, LLC för användbara diskussioner om SLE-tekniken.

FÖRSIKTIGHET: Detta protokoll innebär hantering av en högtrycksinställning, en högtemperaturugn, farliga kemikalier och UV-ljus. Läs noggrant igenom alla relevanta materialsäkerhetsdatablad och följ riktlinjer för kemikaliesäkerhet. Granska tryckprovning (hydrostatiska och pneumatiska) säkerhetsriktlinjer inklusive erforderlig utbildning, säker drift av all utrustning, tillhörande faror, nödkontakter etc. innan injektionsprocessen påbörjas.
1. Design geometriska mönster
<ol>...

<ol>
	<li>Hyman, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+hydraulic+fracturing:+a+multi-scale+problem.">Understanding hydraulic fracturing: a multi-scale problem.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences A. 13 (374), 1-15 (2016).</li><li>Middleton, R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shale+gas+and+non-aqueous+fracturing+fluids:+Opportunities+and+challenges+for+supercritical+CO2.">Shale gas and non-aqueous fracturing fluids: Opportunities and challenges for supercritical CO2.</a> Applied Energy. 147 (1), 500-509 (2015).</li><li>Hosseini, H., Tsau, J., Peltier, E., Barati, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lowering+Fresh+Water+Usage+in+Hydraulic+Fracturing+by+Stabilizing+scCO2+Foam+with+Polyelectrolyte+Complex+Nanoparticles+Prepared+in+High+Salinity+Produced+Water.">Lowering Fresh Water Usage in Hydraulic Fracturing by Stabilizing scCO2 Foam with Polyelectrolyte Complex Nanoparticles Prepared in High Salinity Produced Water.</a> SPE-189555-MS. , (2018).</li><li>Gregory, K. B., Vidic, R. D., Dzombak, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+management+challenges+associated+with+the+production+of+shale+gas+by+hydraulic+fracturing.">Water management challenges associated with the production of shale gas by hydraulic fracturing.</a> Elements. 7, 181-186 (2017).</li><li>Ellsworth, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injection-Induced+Earthquakes.">Injection-Induced Earthquakes.</a> Science. 341, 1-8 (2013).</li><li>Hosseini, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+Mechanistic+Study+of+Stabilized+Dry+CO2+Foam+Using+Polyelectrolyte+Complex+Nanoparticles+Compatible+with+Produced+Water+To+Improve+Hydraulic+Fracturing+Performance.">Experimental and Mechanistic Study of Stabilized Dry CO2 Foam Using Polyelectrolyte Complex Nanoparticles Compatible with Produced Water To Improve Hydraulic Fracturing Performance.</a> Journal of Industrial and Engineering Chemistry Research. 58, 9431-9449 (2019).</li><li>Hosseini, H., Tsau, J. S., Peltier, E., Ghahfarokhi, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+stable+scCO2-high+salinity+brine+interface+for+waterless+fracturing+using+polyelectrolyte+complex+nanoparticles.">Highly stable scCO2-high salinity brine interface for waterless fracturing using polyelectrolyte complex nanoparticles.</a> Abstract Paper of American Chemical Society. 256, (2018).</li><li>Al-Muntasheri, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+Review+of+Hydraulic-Fracturing+Fluids+for+Moderate-+to+Ultralow-+Permeability+Formations+Over+the+Last+Decade.">Critical Review of Hydraulic-Fracturing Fluids for Moderate- to Ultralow- Permeability Formations Over the Last Decade.</a> SPE Production &amp; Operations, SPE-169552. 29 (04), 243-260 (2014).</li><li>Tong, S., Singh, R., Mohanty, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proppant+Transport+in+Fractures+with+Foam-Based+Fracturing+Fluids.">Proppant Transport in Fractures with Foam-Based Fracturing Fluids.</a> SPE-187376-MS. , (2017).</li><li>Fern&#248;, M. A., Eide, &. #. 2. 1. 6. ;., Steinsb&#248;, M., Langlo, S. A. W., Christophersen, A., Skibenes, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mobility+control+during+CO2+EOR+in+fractured+carbonates+using+foam:+Laboratory+evaluation+and+numerical+simulations.">Mobility control during CO2 EOR in fractured carbonates using foam: Laboratory evaluation and numerical simulations.</a> Journal of Petroleum Science and Engineering. 135, 442-451 (2015).</li><li>Middleton, R., Viswanathan, H., Currier, R., Gupta, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CO2+as+a+fracturing+fluid:+Potential+for+commercial-scale+shale+gas+production+and+CO2+sequestration.">CO2 as a fracturing fluid: Potential for commercial-scale shale gas production and CO2 sequestration.</a> Energy Procedia. 63, 7780-7784 (2014).</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=Improved+sweep+efficiency+due+to+foam+flooding+in+a+heterogeneous+microfluidic+device.">Improved sweep efficiency due to foam flooding in a heterogeneous microfluidic device.</a> Journal of Petroleum Science and Engineering. 164, 155-163 (2018).</li><li>Nazari, N., Hosseini, H., Jyun-Syung, T., Shafer-Peltier, K., Marshall, C., Ye, Q., Ghahfarokhi, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+Highly+Stable+Lamella+Using+Polyelectrolyte+Complex+Nanoparticles:+An+Environmentally+Friendly+scCO2+Foam+Injection+Method+for+CO2+Utilization+Using+EOR.">Development of Highly Stable Lamella Using Polyelectrolyte Complex Nanoparticles: An Environmentally Friendly scCO2 Foam Injection Method for CO2 Utilization Using EOR.</a> Fuel. 261, 11636 (2020).</li><li>Nguyen, V. H., Kang, C., Roh, C., Shim, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supercritical+CO2+-Mediated+Synthesis+of+CNT@Co3O4+Nanocomposite+and+Its+Application+for+Energy+Storage.">Supercritical CO2 -Mediated Synthesis of CNT@Co3O4 Nanocomposite and Its Application for Energy Storage.</a> Industrial and Engineering Chemistry Research. 55, 7338-7343 (2016).</li><li>Guo, F., Aryana, S. A., Wang, Y., Mclaughlin, J. F., Coddington, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+storage+capacity+of+CO2+in+megaporous+saline+aquifers+using+nanoparticle-stabilized+CO2+foam.">Enhancement of storage capacity of CO2 in megaporous saline aquifers using nanoparticle-stabilized CO2 foam.</a> International Journal of Greenhouse Gas Control. 87, 134-141 (2019).</li><li>Guo, F., Aryana, S. <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+nanoparticle-stabilized+CO2+foam+used+in+enhanced+oil+recovery.">An experimental investigation of nanoparticle-stabilized CO2 foam used in enhanced oil recovery.</a> Fuel. 186, 430-442 (2016).</li><li>Guo, F., He, J., Johnson, A., 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=Stabilization+of+CO2+foam+using+by-product+fly+ash+and+recyclable+iron+oxide+nanoparticles+to+improve+carbon+utilization+in+EOR+processes.">Stabilization of CO2 foam using by-product fly ash and recyclable iron oxide nanoparticles to improve carbon utilization in EOR processes.</a> Sustainable Energy and Fuels. 1, 814-822 (2017).</li><li>Wang, Y., Shahvali, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Discrete+fracture+modeling+using+Centroidal+Voronoi+grid+for+simulation+of+shale+gas+plays+with+coupled+nonlinear+physics.">Discrete fracture modeling using Centroidal Voronoi grid for simulation of shale gas plays with coupled nonlinear physics.</a> Fuel. 163, 65-73 (2016).</li><li>Tiggelaar, R. M., Benito-Lopez, F., Hermes, D. 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. H., Paredes, C. N., Hwang, Y., Paz, J., Shah, N. B., Candler, R. N. <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+3D-printed+microfluidic+chip+interconnects+with+integrated+O-rings.">Characterization of 3D-printed microfluidic chip interconnects with integrated O-rings.</a> Sensors Actuators A: Physical. 205, 199-203 (2014).</li><li>Jim&#233;nez-Mart&#237;nez, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pore-scale+mechanisms+for+the+enhancement+of+mixing+in+unsaturated+porous+media+and+implications+for+chemical+reactions.">Pore-scale mechanisms for the enhancement of mixing in unsaturated porous media and implications for chemical reactions.</a> Geophysical Research Letters. 42, 5316-5324 (2015).</li><li>Jim&#233;nez-mart&#237;nez, J., Porter, M. L., Hyman, J. 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. A., Banerjee, S., Barati, R., Patil, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creation+of+Saturation+Maps+from+Two-Phase+Flow+Experiments+in+Microfluidic+Devices.">Creation of Saturation Maps from Two-Phase Flow Experiments in Microfluidic Devices.</a> Advances in Petroleum Engineering and Petroleum Geochemistry. Advances in Science, Technology &amp; Innovation. , 77-80 (2019).</li><li>Hermans, M., Gottmann, J., Riedel, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective,+Laser-Induced+Etching+of+Fused+Silica+at+High+Scan-Speeds+Using+KOH.">Selective, Laser-Induced Etching of Fused Silica at High Scan-Speeds Using KOH.</a> Journal of Laser Micro/Nanoengineering. 9, 126-131 (2014).</li><li>Iliescu, C., Jing, J., Tay, F. E. 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>

Detta arbete presenterar ett protokoll som rör en tillverkningsplattform för att skapa robusta, högtrycksglas mikrofluidiska enheter. Protokollet som presenteras i detta arbete lindrar behovet av ett renrum genom att utföra flera av de slutliga tillverkningsstegen inuti en handskbox. Användning av renrum, om tillgängligt, rekommenderas för att minimera risken för kontaminering. Dessutom bör valet av etsmedlet baseras på önskad ytråhet. Användningen av en blandning av HF och HCl som etsmedlet tenderar att min...

Hydraulisk spräckning har använts ganska länge som ett medel för att stimulera flödet särskilt i snäva formationer1. Stora mängder vatten som behövs i hydraulisk spräckning förvärras med miljöfaktorer, vatten-tillgänglighet frågor2, formationsskador3, kostnad4 och seismiska effekter5. Som ett resultat, intresse för suppleant sprickbildning metoder såsom vattenlös sprickbildning och användning av skum är på uppgång. Alternativa metoder kan ge viktiga fördelar såsom minskning avvattenanvändningen 6, kompatibilitet med vattenkänsligaformationer 7, minimal till ingen pluggningav formationen 8, hög skenbar viskositet hos sprickbildningsvätskorna9, återvinningsbarhet10, enkel sanering och proppant bärförmåga6. CO2-skum är en potentiell vattenlös sprickvätska som bidrar till effektivare produktion av petroleumvätskor och förbättrad CO2-lagringskapacitet i underytan med ett potentiellt mindre miljöavtryck jämfört med konventionella sprickbildningstekniker6,7,11.
Under optimala förhållanden ger superkritiskt CO2-skum (scCO2-skum) vid tryck utöver det minsta miscibilitytrycket (MMP) hos en given reservoar ett flerkontaktsbart försvinnssystem som kan rikta flöde till mindre permeabla delar av formationen och därigenom förbättra svepeffektiviteten och återhämtningenav resurserna 12,13. scCO2 levererar gas som diffusivitet och vätska somdensitet 14 och är väl lämpad för under ytan applikationer, såsom oljeåtervinning och avskiljning av koldioxid, utnyttjande och lagring (CCUS)13. Närvaron av beståndsdelarna i skum i underytan bidrar till att minska risken för läckage vid långtidslagring av CO215. Dessutom kan kopplade-kompressibilitet-termiska chock effekter av SCCO2 skumsystem tjäna som effektiva spräckningssystem11. Egenskaper co2 skumsystem för under ytan applikationer har studerats ingående på olika skalor, såsom karakterisering av dess stabilitet och viskositet i sand-pack system och dess effektivitet iförskjutningsprocesser3,6,12,15,16,17. Frakturnivå skumdynamik och dess interaktioner med porösa medier är mindre studerade aspekter som är direkt relevanta för användningen av skum i trånga och brutna formationer.
Mikrofluidiska plattformar möjliggör direkt visualisering och kvantifiering av de relevanta mikroskaleprocesserna. Dessa plattformar ger realtidskontroll av hydrodynamiken och de kemiska reaktionerna för att studera porskala företeelser vid sidan av återhämtningshänsyn1. Skumgenerering, förökning, transport och dynamik kan visualiseras i mikrofluidiska enheter efterlikna brutna system och fraktur-microcrack-matris ledande vägar relevanta för olja återvinning från snäva formationer. Vätskeutbyte mellan fraktur och matris uttrycks direkt i enlighet med geometrin18, och därigenom framhäva betydelsen av förenklade och realistiska framställningar. Ett antal relevanta mikrofluidiska plattformar har utvecklats under åren för att studera olika processer. Till exempel, Tigglaar och medarbetare diskutera tillverkning och högtrycksprovning av glas mikroreaktor enheter genom i-plan anslutning av fibrer för att testa flöde genom glas kapillärer anslutna till mikroreaktorer19. De presenterar sina resultat i samband med obligationsinspektion, tryckprov och övervakning av in situ-reaktion genom 1H NMR-spektroskopi. Som sådan, deras plattform kan inte vara optimal för relativt stora injektionshastigheter, pre-generation av flerfasiga vätskesystem för in situ visualisering av komplexa vätskor i permeabla medier. Marre och medarbetare diskuterar användningen av en mikroreaktor i glas för att undersöka högtryckskemi och superkritiska vätskeprocesser20. De inkluderar resultat som en finite-element simulering av stressfördelning för att utforska det mekaniska beteendet hos modulära enheter under belastningen. De använder nonpermanent modulära anslutningar för utbytbar mikroreaktor tillverkning, och kisel / Pyrex mikrofluidiska anordningar är inte transparent; dessa anordningar är lämpade för kinematisk studie, syntes och produktion inom kemisk reaktionsteknik där visualisering inte är ett primärt bekymmer. Bristen på öppenhet gör denna plattform olämplig för direkt, in situ visualisering av komplexa vätskor i surrogat media. Paydar och medarbetare presenterar ett nytt sätt att prototyp modulära mikrofluidik med 3D-utskrift21. Detta tillvägagångssätt verkar inte väl lämpad för högtrycksapplikationer eftersom den använder en fotokänslig polymer och enheterna klarar endast upp till 0,4 MPa. De flesta mikrofluidiska experimentella studier relaterade till transport i brutna system som rapporterats i litteraturen fokuserar på omgivningstemperatur och relativt lågtrycksförhållanden1. Det har gjorts flera studier med fokus på direkt observation av mikrofluidiska system som efterliknar underytan villkor. Till exempel, Jimenez-Martinez och medarbetare införa två studier om kritiska por-skala flöde och transport mekanismer i ett komplext nätverk av frakturer och matris22,23. Författarna studerar trefassystem med mikrofluidik under reservoarförhållanden (8,3 MPa och 45 °C) för produktionseffektivitet; de bedömer scCO2 användning för återstimulering där den överblivna saltlake från en tidigare spräckning är immiskibel med CO2 och restkolväte-23. Olje-våta kisel mikrofluidiska enheter har relevans för blandning av olja-saltlake-scCO2 i Förbättrad Oljeåtervinning (EOR) applikationer; detta arbete tar dock inte direkt upp porskala dynamik i frakturer. Ett annat exempel är arbete av Rognmo et al. som studerar en uppskalningsmetod för högtrycks-, in situ CO2 skum generation24. De flesta av de rapporter i litteratur som utnyttjar mikrofinansiering berörs av CO2-EOR och de ofta inte innehåller viktiga fabrication detaljer. Så långt som författarna vet, saknas för närvarande ett systematiskt protokoll för tillverkning av högtrycksdugliga anordningar för brutna formationer i litteraturen.
Detta arbete presenterar en mikrofluidisk plattform som möjliggör studier av SCCO2 skumstrukturer, bubbelformer, storlekar och distribution, lamellstabilitet i närvaro av olja för EOR och hydraulisk spräckning och aquifersaneringsapplikationer. Utformningen och tillverkning av mikrofluidic enheter med hjälp av optisk litografi och Selektiv Laser-inducerad Etsning29 (SLE) diskuteras. Dessutom beskriver detta arbete frakturmönster som är avsedda att simulera transport av vätskor i brutna snäva formationer. Simulerade vägar kan variera från förenklade mönster till komplexa mikrosprickor baserat på tomografidata eller andra metoder som ger information angående realistiska frakturgeometrier. Protokollet beskriver stegvisa fabriceringsinstruktioner för mikrofluidiska enheter av glas med hjälp av fotolitografi, våtetsning och termisk bindning. En in-house utvecklat collimated Ultra-Violet (UV) ljuskälla används för att överföra de önskade geometriska mönster på ett tunt lager av fotoresist, som slutligen överförs till glaset substratet med hjälp av en våt-etsning process. Som en del av kvalitetssäkringen kännetecknas de etsade mönstren med hjälp av konfokalmikroskopi. Som ett alternativ till fotolitografi/våt-etsning används en SLE-teknik för att skapa en mikrofluidisk anordning och en jämförande analys av plattformarna presenteras. Inställningen för flödesexperiment omfattar gasflaskor och pumpar, tryckregulatorer och givare, vätskeblandare och ackumulatorer, mikrofluidiska anordningar, högtrycksdugliga hållare av rostfritt stål tillsammans med en högupplöst kamera och ett belysningssystem. Slutligen presenteras representativa prover av observationer från flödesexperiment.

<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

Tryckbegränsningar hos många mikrofluidiska plattformar har varit en betydande utmaning i mikrofluidiska experimentella studier av splittrade medier. Som ett resultat av detta har dessa plattformar inte utnyttjats fullt ut för direkt observation av högtryckstransporter vid frakturer. Detta arbete introducerar mikrofluidiska plattformar som möjliggör direkt observation av flerfasflöde i enheter med surrogatpermeabla medier och brutna system. Sådana plattformar ger en väg att ta itu med viktiga och i tid frågor såsom de som rör CO2 fånga, utnyttjande och lagring. Detta arbete ger en detaljerad beskrivning av tillverkningsteknikerna och en experimentell uppställning som kan tjäna till att analysera beteendet hos superkritisk CO2 (scCO2) skum, dess struktur och stabilitet. Sådana studier ger viktiga insikter om förbättrade oljeåtervinningsprocesser och hydraulfrakturernas roll i resursåtervinning från okonventionella reservoarer. Detta arbete presenterar en jämförande studie av mikrofluidiska enheter som utvecklats med hjälp av två olika tekniker: fotolitografi/våt-etsning/termisk-bindning kontra Selektiv Laser-inducerad Etsning. Båda teknikerna resulterar i enheter som är kemiskt och fysikalisk resistenta och toleranta mot högtrycks- och temperaturförhållanden som motsvarar underjordssystem av intresse. Båda teknikerna ger vägar till hög precision etsade mikrokanaler och kan lab-on-chip enheter. Fotolitografi/våtetsning möjliggör dock tillverkning av komplexa kanalnätverk med komplexa geometrier, vilket skulle vara en utmanande uppgift för laseretsningstekniker. Detta arbete sammanfattar en steg-för-steg fotolitografi, våt-etsning och glas termisk-bindning protokoll och, presenterar representativa observationer av skum transport med relevans för oljeåtervinning från okonventionella snäva och skiffer formationer. Slutligen beskriver detta arbete användningen av en högupplöst monokromatisk sensor för att observera SCCO2-skumbeteende där helheten av det permeabla mediet observeras samtidigt samtidigt som den upplösning som behövs för att lösa funktioner så små som 10 μm.

Detta avsnitt presenterar exempel på fysiska observationer från scCO2 skum flöde genom en huvudfraktur ansluten till array av mikro-sprickor. Ett glas mikrofluidisk enhet som görs via fotolitografi eller SLE placeras inuti en hållare och i synfältet i en kamera med en 60 megapixel, monokromatisk, full-frame sensor. Figur 11 illustrerar processen för tillverkning mikrofluidiska enheter och deras placering i den experimentella setup. Figur 12 är...

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

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

Detta dokument beskriver ett protokoll tillsammans med en jämförande studie av två mikrofluidic fabricering tekniker, nämligen fotolitografi/våt-etsning/termisk-bindning och selektiv laser-inducerad Etsning (SLE), som är lämpliga för högtrycksförhållanden. Dessa tekniker utgör möjliggörande plattformar för direkt observation av vätskeflöde i surrogatpersläppliga medier och brutna system under reservoarförhållanden.

Mikrofluidic Fabrication Tekniker för högtrycksprovning av mikroskala Superkritisk CO2 Skum Transport i brutna okonventionella reservoarer

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

Detta protokoll är ett multidisciplinärt samarbete mellan University of Kansas och University of Wyoming. Vi hade ett behov av testning av våra patenterade, polyelektrolyt komplexa nanopartiklar med hjälp av högtrycksmikrofluidik. Och det började ett samarbete mellan vår forskargrupp och Dr.Aryana forskargrupp att dra nytta av hans state-of-the-art anläggningar.Vi vill tacka NSF för finansiering av en del av detta projekt, och tacka eftergymnasial eller återvinning program för att tillhandahålla sina faciliteter och stöd som behövs för detta projekt. Dessutom var detta arbete delvis stöds av CMCUF och Energy Frontier Research Center finansieras av DOE. Detta protokoll och dess tillämpning på surrogat komplexa permeabla medier och deras högtrycksförhållanden, är resultatet av ett samarbete mellan två forskargrupper en från University of Wyoming och den andra från University of Kansas.Detta protokoll detaljer, fabricering förfarande för en robust microfluidic plattform i avsaknad av ren rum anläggningar. Denna plattform möjliggör direkt visualisering av flöde i komplexa geometrier under högtrycksförhållanden. Den beskrivna tekniken kan användas för att ålder komplexa kanalnät i glas substrat som efterliknar en strukturer från under ytan media och tål höga tryckförhållanden upplevs under CO2 utnyttjande och lagring.Denna metod kan användas för att ge insikt i korsningar och transport av komplexa vätskor i ogenomträngliga medier i samband med CCUS. När du utför detta protokoll patienter och extrem försiktighet krävs för att minimera risken för fysiska skador och misslyckanden i tillverkningsprocessen. Visuell demonstration av den här metoden möjliggör effektiv kommunikation av de steg som är kritiska i dess framgångsrika körning.Börja med att hälla en tillräcklig mängd krom etsning lösning i en bägare och värma den till cirka 40 grader Celsius. Placera sedan masken direkt på sidan av borosilikat substrat som är täckt med krom och foto motstå. Överför det geometriska mönstret i skiktet av foto motstå genom att utsätta stapeln av substratet och masken till UV-ljus.Ta bort fotomasken och substratstacken från UV-stadiet och ta sedan bort fotomasken och dränka underlaget och utvecklarlösningen i cirka 40 sekunder. Cascade skölj substratet genom att flöda avjoniserat vatten ovanpå substratet och över alla dess ytor minst tre gånger. Efter att underlaget har låtit torka, dränka den i den förvärmda kromsetaten i ungefär 40 sekunder och överför därmed mönstret från fotoresitet till kromlagret.Ta bort substratet från lösningen, kaskad skölj det med avjoniserat vatten och låt det torka. Med hjälp av en borste, applicera flera lager HMDS på substratets avtäckta ansikte och låt det torka. Applicera ett lager foto motstå ovanpå primern, placera sedan substratet i en ugn på 60 till 90 grader Celsius i 30 till 40 minuter.Efteråt, lämna mönstersubstratet i etslösningen under en förutbestämd tid, baserat på de önskade kanaldjupen. Ta bort substratet från etsmedel, med hjälp av ett lösningsmedelsresistent par pincett och kaskad skölj det med avjoniserat vatten. Exponera substratet för NMP-lösning förvärmt till 65 grader Celsius i cirka 30 minuter för att avlägsna fotoresiten.Cascade skölj den med aceton följt av etanol och avjoniserat vatten. Placera det rena substratet i kromsetatan och uppvärmt till cirka 40 grader Celsius i ungefär en minut. Sedan karakterisera kanalen djup med hjälp av laserscanning, confocal mikroskopi.Markera in- och utloppshålens positioner på ett blankt borosilikatunderlag genom att rikta täckplattan mot det etsade substratet. Använd en mikro slipande sandbläster och 50 mikro meter aluminiumoxid mikro sandblästring media att spränga genom hål i de markerade platserna. Kaskad skölj både det etsade substratet och täckplattan med avjoniserat vatten.Ta sedan en en till fyra väteperoxid svavelsyra piranha lösning till en koka och dränka underlaget och täckplattan i lösningen i 10 minuter. Efter sköljning av underlaget och täckplattan, dränka dem i bufferten etsning i 30 till 40 sekunder och skölj dem igen. Därefter dränka underlaget och täckplattan i 10 minuter i en sex till en vatten, väteperoxid, saltsyralösning som värms upp till cirka 75 grader Celsius.Tryck underlaget och täckplattan tätt mot varandra medan nedsänkt sedan ta bort dem från lösningen, kaskad skölj dem och dränka dem i avjoniserat vatten. Se till att underlaget och täckplattan sitter stadigt fast på varandra, tryck dem mot varandra och ta försiktigt ut dem ur vattnet. Rikta in underlaget och täckplattan försiktigt medan de är nedsänkta i DI-vatten och upprepa proceduren tills inga luftbubblor observerats mellan de två.Placera stacken substrat mellan två släta 1,5 två centimeter tjocka glas keramiska plattor för bindning. Placera glaskeramikhallrikarna mellan två metallplattor av legering x. Se till att glasrån och den keramiska metalliska hållaren är centrerade.Dra åt muttrarna och placera hållaren i en vakuumkammare i 60 minuter vid cirka 100 grader Celsius. Ta sedan bort hållaren från kammaren och dra försiktigt åt muttrarna. Placera hållaren inuti en ugn och utför ett värmeprogram enligt manuskriptriktningar.Ta bort den termiskt bundna mikrofluidiska enheten från ugnen och skölj den med vatten. Sedan bada sonikera det i saltsyra i en timme. Fyll tankarna på koldioxid- och vattenpumparna med tillräckligt med vätska för experimentet och använd en spruta för att fylla saltalkumulatorn och flödesledningarna med ytaktiva lösningen.Placera den mättade mikrofluidiska enheten i en tryckbeständig hållare och anslut in- och utloppsportarna till lämpliga linjer med hjälp av 0,01 tums innerdiameterslang. Öka temperaturen i det cirkulerande badet, som styr temperaturen på saltlake och koldioxidledningar till önskad temperatur. Öka backtrycket och brinepumptrycket samtidigt i gradvisa steg samtidigt som kontinuerligt flöde bibehålls från utloppet på backtrycksregulatorn.Öka trycket upp till 7,38 mega pascal och stoppa pumparna. Öka koldioxidledningens tryck till ett tryck över 7,38 mega pascal öppna sedan koldioxidventilen och låt den superkritiska koldioxiden som blandas med högtryckstentaktsmedellösningen flöda genom en inline-mixer och generera skum. Vänta tills flödet är fullt utvecklad inuti enheten och kanalerna är mättade, övervaka utlopp för instämd av skum generation.Slå på kameran för att fånga detaljerade bilder av flödet inuti kanalerna. Koldioxidskumtransport och stabilitet i uv-litografins mikrofluidiska apparat, under de första 20 minuterna av generering och isolering visas här. Multi-phase flyttas över mikro sprickor och skum genererades genom mikro-frakturer.Skummet genererades i en selektiv laser inducerad etsning mikrofluidisk enhet, från omgivande tillstånd utan flöde till fullt utvecklad, superkritisk koldioxid skum vid hög och låg flödeshastighet. Skumfördelning och stabilitet var avbildad under reservoarförhållanden under de första 20 minuterna av generation och isolering. Fördelningen av bubblan diametrar bestämdes med hjälp av bilden J.Quantification av skum mikrostrukturen utfördes med hjälp av råa bilder, post bearbetade bilder och deras binarised motsvarigheter.När du försöker detta praktiska, är det viktigt att noggrant undersöka mönstret på kromskiktet under ett gult ljus för att säkerställa att önskat mönster överförs korrekt. Variationer av dessa metoder inkluderar högtrycksinsprutning av olja, polymerlösningar och salthalts brines för att utveckla en förståelse av fysiken hos flöde av komplexa vätskor genom direkt visualisering.

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

Tillverkning av VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Luftceller för elektrokemiska Testing

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

Syntes och Microdiffraction vid extrema tryck och temperaturer

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

Tillverkning och testning av Microfluidic optomechanical oscillatorer

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

Termiska mätteknik i Analytisk mikroflödessystem enheter

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

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

Adsorption enhet baserad på en Langatate Crystal Micro för High Temperature High Pressure Gas adsorption i Zeolit ​​H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Lösningsmedelsbindning för framställning av PMMA och COP Mikrofluidikanordningar

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Subsurface Defekt lokalisering genom strukturerad uppvärmning med hjälp av laserprojicerad fototermisk termografi

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

Tillverkning av polymera mikrosfärer för optisk resonator och laserapplikationer

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

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Fokuserad Ion Beam tillverkning av LiPON-baserade SSD Lithium-ion Nanobatteries för In Situ testning

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

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

In Situ Högt tryck väte tribologiska tester av vanliga polymermaterial används i väte leverans infrastruktur

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