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Wettability Patterning in Microfluidic Systems and Applications in the Petroleum Industry
Fractional or patterned wettability in porous media has a significant impact on multiphase flow
behavior. It is believed that most of the world’s oil reservoirs are characterized by heterogeneous
wettability properties. Detailed investigations on the influence of fractional wettability on flow behavior in
microfluidic porous medium models (micromodels) are therefore of great interest for both the study of
fundamental concepts as well as application oriented research.
A wettability patterning technique was developed, which allowed for the first time selective changes of
surface wettability in enclosed microfluidic systems of complex geometry made of poly(dimethylsiloxane)
(PDMS) at high resolution and high quality. Based on this progress in surface treatment the influence of
fractional wettability on two-phase flow behavior in micromodels was studied and new flow regimes were
revealed.
Based on the emergence of different flow regimes depending on the wettability of a porous medium, a
new technique was developed to assess wettability of a rock core sample by optical imaging and
successfully demonstrated. The concept of flow measurements by optical imaging on pore scale was
further extended and a novel microscopic imaging device was developed.
Keywords : wettability, microfluidics, surface treatment, porous medium, wettability patterning, mixed
wettability, enhanced oil recovery.
Mouillabilité texturée dans les systèmes micro fluidiques et applications dans l’industrie pétrolière
La mouillabilité mixte ou partielle dans les milieux poreux influe considérablement sur le
comportement des écoulements diphasiques. Dans le monde, la plupart des réserves pétrolières se situent
dans des réservoirs possédant une mouillabilité hétérogène. Des études détaillées de l’influence de la
mouillabilité partielle sur le comportement des écoulements dans les milieux poreux de type modèle micro
fluidique sont par conséquent d’un intérêt majeur, tant pour la recherche fondamentale que pour les études
appliquées.
Nous avons développé une nouvelle technique permettant pour la première fois la modification et la
structuration de la mouillabilité de surface dans les systèmes micro fluidique de type complexe, système
d’une grande homogénéité et de haute qualité fabriqué en poly(dimethylsiloxane) (PDMS). Ces progrès
obtenus dans le traitement des surfaces, nous ont permis d’étudier l’influence de la mouillabilité partielle
sur le comportement des écoulements diphasiques et d’observer de nouveaux régimes d’écoulements.
L’observation des régimes d’écoulement particuliers en fonction de la mouillabilité dans des carottes
de roche nous a permis de développer une nouvelle technique de détection basée sur une visualisation
optique de celle-ci. Ce concept de mesure d’écoulements par visualisation optique à l’échelle du pore fut
étendu et un nouvel outil d’imagerie microscopique a été développé.
Mots clés : mouillabilité, micro fluidique, traitement de surface, milieu poreux, mouillabilité texturée,
mouillabilité mixte, récupération assistée du pétrole.
Laboratoire Microfluidique, MEMS et nanostructures / Gulliver