一种通过将延伸到烃类矿床中的线性传导元件耦合到RF功率源而加热易受RF加热的该材料的装置。该装置包括连接到驱动绕组的RF功率源，该驱动绕组围绕磁芯回路延伸，并且该磁芯回路围绕RF传导线性元件延伸。可以使用一个或多个装置以将RF能量耦合到延伸到烃类矿床中的传导元件，以在元件中实现期望的RF流。RF能量可被耦合到在烃类矿床内彼此邻近的传导元件，以在烃类矿床内创建期望的加热区域。磁芯回路可以开始和停止RF能量以定位加热。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过射频(RF)电磁场加热地质地下地层中的烃类材料(hydrocarbon material)，更具体而言，本专利技术提供一种用于通过由耦合到RF能量源的套管发射的RF能 量加热包含浙青矿石、油砂、油页岩、焦油砂或重油的混合物的方法和装置。
技术介绍
从包括油砂矿床、页岩矿床和碳酸盐矿床的重油库中进行提取要求加热矿床，以 从其他地质材料中分离烃类并以烃类可以流动的温度保持烃类。一种加热这样的矿床的常 用已知方法被称为蒸汽辅助重力泄油或SAGD。在SAGD中，在地层中钻出两个平行的水平 井，相互在垂直方向上邻近。上部的井为注入井，下部的井为生产井。首先将蒸汽引入两个 井以加热井附近的重油。重油流入创建多孔地层的生产井，蒸汽通过所述多孔地层向外渗 透以加热地层。当加热的油可以从注入井流到生产井时，停止到生产井的蒸汽注入。将蒸 汽注入到注入井以加热井周围的更大的区域以持续提取重油。SAGD的一个缺点是，对材料添加了水，这需要大量的能量以去除。出于环境因素和 效率/成本因素，有利的是减少或消除用于处理浙青矿石、油砂、油页岩、焦油砂及重油中 的水的量，并提供一种加热方法，其是高效和环境友好的，并且适于对浙青、油砂、油页岩、 焦油砂及重油的后期挖掘处理。许多浙青资源可能太浅或具有不足的盖层以用于蒸汽增强 的回收。现有的用于地下地层中的重油的RF加热设施通常为垂直偶极子状天线。美国专 利NO. 4，140, 179和NO. 4，508, 168公开了这样的现有偶极子天线，其被置于地下重油矿床 中的垂直井中以加热这些矿床。已推荐偶极子天线的阵列用于加热地下地层。美国专利 NO. 4，196，329公开了偶极子天线的阵列，其被异相驱动以加热地下地层。因此，现有的用于 通过RF加热地下重油生产地层的系统通常依赖于置于井内的特别构造的且结构复杂的RF 发射结构。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及一种用于加热易受RF加热的材料的装置。该装置包括连接 到轴向耦合器的RF功率源，所述轴向耦合器通过RF能量驱动诸如钻杆的线性元件。本专利技术的另一方面涉及一种加热材料的方法，所述方法通过将RF能量耦合到被 彼此邻近地置于烃类材料的地质矿床中的管道并控制每个管道中的RF能量的相位关系以 创建邻近管道的期望能量场而进行。本专利技术的另一方面包括使用与发射RF能量的元件邻近的轴向反应器以开始和停 止通过发射元件的RF流流动。附图说明图1示出用于向烃类矿床中发射RF能量的根据本专利技术的装置。图2示出用于将RF能量耦合到线性传导元件的根据本专利技术的装置。图3示出图2所示的装置的驱动绕组的实施例的截面图。图4示出具有RF传导涂层和绝缘层的管道的部分。图5示出被置于烃类矿床内的腔室中的根据本专利技术的装置。图6示出对从传导元件向周围烃类材料传输RF能量的模拟。图7示出根据本专利技术的装置，其中分离的RF耦合器向延伸到烃类材料中的两个传 导元件提供同相RF能量。图8示出通过模拟图7所示的装置的操作创建的RF能量传输。图9示出根据本专利技术的装置，其中分离的RF耦合器向延伸到烃类材料中的两个传 导元件提供异相RF能量。图10示出通过模拟图9所示的装置的操作创建的RF能量传输。图11示出根据本专利技术的装置，其中分离的RF耦合器向延伸到烃类材料中的两个 传导元件和连接到这两个传导元件的分流元件提供同相RF能量。图12示出用于控制根据本专利技术的装置中的RF流的RF轴向反应器。图13示出根据本专利技术的装置，包括图12所示的RF轴向反应器。图14示出本专利技术的涡流加热机制。具体实施方式下面将参考附图更全面地描述本专利技术，其中示出本专利技术的一个或多个实施例。然 而，本专利技术可以体现为多种不同的形式，并且不应被解释为限于本文给出的实施例。而是， 这些实施例是本专利技术的实例，本专利技术的全部范围由权利要求的语言指示。相同的标号在全 文中表示类似的元件。RF加热由于可以在减小的地下压力下提供加热而可以提供对在其他方式下难以 提取的资源的提取。RF电磁加热可包括施加高达三种的分离的RF能量电场，磁场和电流。 重油地层经常含现场液态水，从而为RF加热提供了良好的感受器(susc印tor)。例如，加拿 大的Athabasca区域油砂可以具有在IMHz以下的频率下的约O. 002到O. 15mhos/m的电导 率，使得油砂适于RF加热。图1示出根据本专利技术的RF驱动装置10，其用于将RF能量耦合到延伸到井的邻近 内腔16和18中的管道(pipe) 12和14。内腔16和18相互分离并从表面22向下延伸通 过烃类矿床26的覆盖层24。如图所示，内腔16和18从向下的方向转弯以基本水平地延伸 通过烃类矿床26。该配置常规地用于烃类材料的SAGD提取。装置10包括用于驱动RF耦合器34的RF能量源32，所述RF耦合器与连接在管道 12和14之间的导电分流元件17邻近。导电分流元件17可以例如为承载液体或固体金属 线的中空管道。图2示出RF驱动装置10的实施例。图2以截面图示出的驱动装置10包括RF能量源32，其包括阻抗匹配电路以保持 高效能量传输。耦合器34包括RF传导驱动绕组42，其从RF能量源32的一个接头延伸，围 绕磁性螺绕环(toroid)44的截面一圈或多圈，并延伸到RF能量源32的第二接头。驱动绕 组42的线优选包括表面绝缘物,诸如搪瓷或Teflon,并且驱动绕组42的导体可以是实心或 绞合线类型。螺绕环44形成围绕管道46延伸的闭合回路。螺绕环优选由高磁导率材料制成，所述材料诸如为铁线、铁带铁氧体(iron tape ferrite)、铁粉或娃钢叠层。可以使用矿 物油浴(未示出)以冷却螺绕环44。磁性螺绕环44围绕示出为管道46的耦合线性传导元 件延伸。该耦合线性元件也可以是金属线、缆线或甚至绞合缆线。注意，在图2中，示例耦 合器34有利地提供到单个管道的端部上的电接头，在所述端部可能不能容易地形成两个 常规电端子。现在将描述用于图2的实施例的操作的理论。RF能量源32跨接两个接头对驱动 绕组42施加RF电位(电压)，使得RF电流在其中流动。驱动绕组42中的电流然后根据安 培定律创建由磁性螺绕环俘获的RF磁场。螺绕环44提供磁路径或“磁路”以加强且传递 圆周地围绕管道46的磁场。螺绕环44的RF磁场又感应电流以沿着管道46的外表面轴向 流动。感应的轴向流动RF电流向下移动到管道46的下部48。管道46的下部48通入烃 类矿床26中，于是管道46将RF电流传递到那里。于是可以根据RF频率和地层特性，例如 电导率和磁导率，以若干方法实现在烃类矿床26中的加热。在优选操作理念中，通过感应 在烃类矿床26中形成涡流电流，其通过根据熟知的电加热公式I2R的焦耳效应作为热量耗 散。本专利技术不限于对烃类地层的涡流加热。RF流还可以创建E场，其提供以高频对原生极 性水分子的介电加热。另外，E场可以通过变为可以通过作为电极的管道46被置于地层中 的传导电流或位移电流以低频加热。如本专利技术人的美国专利No. 7，205, 947 (其整体内容通过引用并入本文)所述，RF 流在称为趋肤效应的效应中趋向于沿着导体的表面流动。该效应以及匝之间的绕组邻近效 应限制了用于承载RF能量的导体截面的有用量。因为期望驱动绕组42传递大本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.20 US 12/839,9271.一种用于通过从传导线性元件发射的RF能量加热地质烃类材料的装置，包括 线性传导元件，其延伸到地质烃类中； 磁芯，其围绕传导元件延伸以形成闭合回路； RF功率源，其具有第一接头和第二接头；以及 驱动绕组，其与RF功率源的第一接头连接并从该第一接头延伸，围绕磁芯延伸到并连接到RF功率源的第二接头。2.根据权利要求1所述的装置，还包括 第二线性传导元件，其延伸到地质烃类中，并且 其中线性传导元件包括延伸到第二传导元件中的分流元件，并且 磁芯围绕线性传导元件的分流元件延伸。3.根据权利要求1所述的装置，其中磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·E·帕斯科，
申请(专利权)人：哈里公司，
类型：
国别省市：
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