一種通過將延伸到烴類礦床中的線性傳導(dǎo)元件耦合到RF功率源而加熱易受RF加熱的該材料的裝置。該裝置包括連接到驅(qū)動繞組的RF功率源，該驅(qū)動繞組圍繞磁芯回路延伸，并且該磁芯回路圍繞RF傳導(dǎo)線性元件延伸。可以使用一個或多個裝置以將RF能量耦合到延伸到烴類礦床中的傳導(dǎo)元件，以在元件中實現(xiàn)期望的RF流。RF能量可被耦合到在烴類礦床內(nèi)彼此鄰近的傳導(dǎo)元件，以在烴類礦床內(nèi)創(chuàng)建期望的加熱區(qū)域。磁芯回路可以開始和停止RF能量以定位加熱。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及通過射頻(RF)電磁場加熱地質(zhì)地下地層中的烴類材料(hydrocarbon material)，更具體而言，本專利技術(shù)提供一種用于通過由耦合到RF能量源的套管發(fā)射的RF能 量加熱包含浙青礦石、油砂、油頁巖、焦油砂或重油的混合物的方法和裝置。
技術(shù)介紹
從包括油砂礦床、頁巖礦床和碳酸鹽礦床的重油庫中進行提取要求加熱礦床，以 從其他地質(zhì)材料中分離烴類并以烴類可以流動的溫度保持烴類。一種加熱這樣的礦床的常 用已知方法被稱為蒸汽輔助重力泄油或SAGD。在SAGD中，在地層中鉆出兩個平行的水平 井，相互在垂直方向上鄰近。上部的井為注入井，下部的井為生產(chǎn)井。首先將蒸汽引入兩個 井以加熱井附近的重油。重油流入創(chuàng)建多孔地層的生產(chǎn)井，蒸汽通過所述多孔地層向外滲 透以加熱地層。當(dāng)加熱的油可以從注入井流到生產(chǎn)井時，停止到生產(chǎn)井的蒸汽注入。將蒸 汽注入到注入井以加熱井周圍的更大的區(qū)域以持續(xù)提取重油。SAGD的一個缺點是，對材料添加了水，這需要大量的能量以去除。出于環(huán)境因素和 效率/成本因素，有利的是減少或消除用于處理浙青礦石、油砂、油頁巖、焦油砂及重油中 的水的量，并提供一種加熱方法，其是高效和環(huán)境友好的，并且適于對浙青、油砂、油頁巖、 焦油砂及重油的后期挖掘處理。許多浙青資源可能太淺或具有不足的蓋層以用于蒸汽增強 的回收。現(xiàn)有的用于地下地層中的重油的RF加熱設(shè)施通常為垂直偶極子狀天線。美國專 利NO. 4，140, 179和NO. 4，508, 168公開了這樣的現(xiàn)有偶極子天線，其被置于地下重油礦床 中的垂直井中以加熱這些礦床。已推薦偶極子天線的陣列用于加熱地下地層。美國專利 NO. 4，196，329公開了偶極子天線的陣列，其被異相驅(qū)動以加熱地下地層。因此，現(xiàn)有的用于 通過RF加熱地下重油生產(chǎn)地層的系統(tǒng)通常依賴于置于井內(nèi)的特別構(gòu)造的且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的RF 發(fā)射結(jié)構(gòu)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一方面涉及一種用于加熱易受RF加熱的材料的裝置。該裝置包括連接 到軸向耦合器的RF功率源，所述軸向耦合器通過RF能量驅(qū)動諸如鉆桿的線性元件。本專利技術(shù)的另一方面涉及一種加熱材料的方法，所述方法通過將RF能量耦合到被 彼此鄰近地置于烴類材料的地質(zhì)礦床中的管道并控制每個管道中的RF能量的相位關(guān)系以 創(chuàng)建鄰近管道的期望能量場而進行。本專利技術(shù)的另一方面包括使用與發(fā)射RF能量的元件鄰近的軸向反應(yīng)器以開始和停 止通過發(fā)射元件的RF流流動。附圖說明圖1示出用于向烴類礦床中發(fā)射RF能量的根據(jù)本專利技術(shù)的裝置。圖2示出用于將RF能量耦合到線性傳導(dǎo)元件的根據(jù)本專利技術(shù)的裝置。圖3示出圖2所示的裝置的驅(qū)動繞組的實施例的截面圖。圖4示出具有RF傳導(dǎo)涂層和絕緣層的管道的部分。圖5示出被置于烴類礦床內(nèi)的腔室中的根據(jù)本專利技術(shù)的裝置。圖6示出對從傳導(dǎo)元件向周圍烴類材料傳輸RF能量的模擬。圖7示出根據(jù)本專利技術(shù)的裝置，其中分離的RF耦合器向延伸到烴類材料中的兩個傳 導(dǎo)元件提供同相RF能量。圖8示出通過模擬圖7所示的裝置的操作創(chuàng)建的RF能量傳輸。圖9示出根據(jù)本專利技術(shù)的裝置，其中分離的RF耦合器向延伸到烴類材料中的兩個傳 導(dǎo)元件提供異相RF能量。圖10示出通過模擬圖9所示的裝置的操作創(chuàng)建的RF能量傳輸。圖11示出根據(jù)本專利技術(shù)的裝置，其中分離的RF耦合器向延伸到烴類材料中的兩個 傳導(dǎo)元件和連接到這兩個傳導(dǎo)元件的分流元件提供同相RF能量。圖12示出用于控制根據(jù)本專利技術(shù)的裝置中的RF流的RF軸向反應(yīng)器。圖13示出根據(jù)本專利技術(shù)的裝置，包括圖12所示的RF軸向反應(yīng)器。圖14示出本專利技術(shù)的渦流加熱機制。具體實施方式下面將參考附圖更全面地描述本專利技術(shù)，其中示出本專利技術(shù)的一個或多個實施例。然 而，本專利技術(shù)可以體現(xiàn)為多種不同的形式，并且不應(yīng)被解釋為限于本文給出的實施例。而是， 這些實施例是本專利技術(shù)的實例，本專利技術(shù)的全部范圍由權(quán)利要求的語言指示。相同的標(biāo)號在全 文中表示類似的元件。RF加熱由于可以在減小的地下壓力下提供加熱而可以提供對在其他方式下難以 提取的資源的提取。RF電磁加熱可包括施加高達(dá)三種的分離的RF能量電場，磁場和電流。 重油地層經(jīng)常含現(xiàn)場液態(tài)水，從而為RF加熱提供了良好的感受器(susc印tor)。例如，加拿 大的Athabasca區(qū)域油砂可以具有在IMHz以下的頻率下的約O. 002到O. 15mhos/m的電導(dǎo) 率，使得油砂適于RF加熱。圖1示出根據(jù)本專利技術(shù)的RF驅(qū)動裝置10，其用于將RF能量耦合到延伸到井的鄰近 內(nèi)腔16和18中的管道(pipe) 12和14。內(nèi)腔16和18相互分離并從表面22向下延伸通 過烴類礦床26的覆蓋層24。如圖所示，內(nèi)腔16和18從向下的方向轉(zhuǎn)彎以基本水平地延伸 通過烴類礦床26。該配置常規(guī)地用于烴類材料的SAGD提取。裝置10包括用于驅(qū)動RF耦合器34的RF能量源32，所述RF耦合器與連接在管道 12和14之間的導(dǎo)電分流元件17鄰近。導(dǎo)電分流元件17可以例如為承載液體或固體金屬 線的中空管道。圖2示出RF驅(qū)動裝置10的實施例。圖2以截面圖示出的驅(qū)動裝置10包括RF能量源32，其包括阻抗匹配電路以保持 高效能量傳輸。耦合器34包括RF傳導(dǎo)驅(qū)動繞組42，其從RF能量源32的一個接頭延伸，圍 繞磁性螺繞環(huán)(toroid)44的截面一圈或多圈，并延伸到RF能量源32的第二接頭。驅(qū)動繞 組42的線優(yōu)選包括表面絕緣物,諸如搪瓷或Teflon,并且驅(qū)動繞組42的導(dǎo)體可以是實心或 絞合線類型。螺繞環(huán)44形成圍繞管道46延伸的閉合回路。螺繞環(huán)優(yōu)選由高磁導(dǎo)率材料制成，所述材料諸如為鐵線、鐵帶鐵氧體(iron tape ferrite)、鐵粉或娃鋼疊層。可以使用礦 物油浴(未示出)以冷卻螺繞環(huán)44。磁性螺繞環(huán)44圍繞示出為管道46的耦合線性傳導(dǎo)元 件延伸。該耦合線性元件也可以是金屬線、纜線或甚至絞合纜線。注意，在圖2中，示例耦 合器34有利地提供到單個管道的端部上的電接頭，在所述端部可能不能容易地形成兩個 常規(guī)電端子。現(xiàn)在將描述用于圖2的實施例的操作的理論。RF能量源32跨接兩個接頭對驅(qū)動 繞組42施加RF電位(電壓)，使得RF電流在其中流動。驅(qū)動繞組42中的電流然后根據(jù)安 培定律創(chuàng)建由磁性螺繞環(huán)俘獲的RF磁場。螺繞環(huán)44提供磁路徑或“磁路”以加強且傳遞 圓周地圍繞管道46的磁場。螺繞環(huán)44的RF磁場又感應(yīng)電流以沿著管道46的外表面軸向 流動。感應(yīng)的軸向流動RF電流向下移動到管道46的下部48。管道46的下部48通入烴 類礦床26中，于是管道46將RF電流傳遞到那里。于是可以根據(jù)RF頻率和地層特性，例如 電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，以若干方法實現(xiàn)在烴類礦床26中的加熱。在優(yōu)選操作理念中，通過感應(yīng) 在烴類礦床26中形成渦流電流，其通過根據(jù)熟知的電加熱公式I2R的焦耳效應(yīng)作為熱量耗 散。本專利技術(shù)不限于對烴類地層的渦流加熱。RF流還可以創(chuàng)建E場，其提供以高頻對原生極 性水分子的介電加熱。另外，E場可以通過變?yōu)榭梢酝ㄟ^作為電極的管道46被置于地層中 的傳導(dǎo)電流或位移電流以低頻加熱。如本專利技術(shù)人的美國專利No. 7，205, 947 (其整體內(nèi)容通過引用并入本文)所述，RF 流在稱為趨膚效應(yīng)的效應(yīng)中趨向于沿著導(dǎo)體的表面流動。該效應(yīng)以及匝之間的繞組鄰近效 應(yīng)限制了用于承載RF能量的導(dǎo)體截面的有用量。因為期望驅(qū)動繞組42傳遞大本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.07.20 US 12/839,9271.一種用于通過從傳導(dǎo)線性元件發(fā)射的RF能量加熱地質(zhì)烴類材料的裝置，包括 線性傳導(dǎo)元件，其延伸到地質(zhì)烴類中； 磁芯，其圍繞傳導(dǎo)元件延伸以形成閉合回路； RF功率源，其具有第一接頭和第二接頭；以及 驅(qū)動繞組，其與RF功率源的第一接頭連接并從該第一接頭延伸，圍繞磁芯延伸到并連接到RF功率源的第二接頭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括 第二線性傳導(dǎo)元件，其延伸到地質(zhì)烴類中，并且 其中線性傳導(dǎo)元件包括延伸到第二傳導(dǎo)元件中的分流元件，并且 磁芯圍繞線性傳導(dǎo)元件的分流元件延伸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中磁...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：F·E·帕斯科，
申請(專利權(quán))人：哈里公司，
類型：
國別省市：
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