專利名稱：用于通過軸向rf耦合器加熱烴類礦床的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過射頻(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，本發(fā)明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。
背景技術(shù)：
從包括油砂礦床、頁巖礦床和碳酸鹽礦床的重油庫中進(jìn)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(diǎn)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(qiáng) 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)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明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。
本發(fā)明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(jìn)行。
本發(fā)明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。


圖1示出用于向烴類礦床中發(fā)射RF能量的根據(jù)本發(fā)明的裝置。
圖2示出用于將RF能量耦合到線性傳導(dǎo)元件的根據(jù)本發(fā)明的裝置。
圖3示出圖2所示的裝置的驅(qū)動繞組的實(shí)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)本發(fā)明的裝置。
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)本發(fā)明的裝置，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)本發(fā)明的裝置，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)本發(fā)明的裝置，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)本發(fā)明的裝置中的RF流的RF軸向反應(yīng)器。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明的裝置，包括圖12所示的RF軸向反應(yīng)器。
圖14示出本發(fā)明的渦流加熱機(jī)制。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖更全面地描述本發(fā)明，其中示出本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例。然 而，本發(fā)明可以體現(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(shí)施例。而是， 這些實(shí)施例是本發(fā)明的實(shí)例，本發(fā)明的全部范圍由權(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)本發(fā)明的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(shí)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(shí)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(shí)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(qiáng)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(shí)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。本發(fā)明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。
如本發(fā)明人的美國專利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?yàn)槠谕?qū)動繞組42傳遞大量的能量， 在驅(qū)動繞組42中尤其不期望發(fā)生該趨膚效應(yīng)。如本申請人的美國專利所述，可以使用絞合 線以減少系統(tǒng)中的不期望的趨膚效應(yīng)。如圖3所示的絞合線52的截面所示，通過編織在一 起的多個線54形成絞合線。多個線54優(yōu)選為單獨(dú)絕緣的線，其具有外部絕緣層56以形成 絕緣束58。介電股可與多個線54被包括在一起。絕緣束58的組62可以被編織或扭在一 起并且包括外部絕緣層64。組62也可以被編織或扭在一起以限定絞合線驅(qū)動繞組42，其 具有更外層的絕緣層64。組62可以繞由電介質(zhì)制成的芯66編織或扭合。絞合導(dǎo)體有利于 減少RF趨膚效應(yīng)、鐵導(dǎo)體中的磁趨膚效應(yīng)以及導(dǎo)體鄰近效應(yīng)。
如圖1所示，延伸到烴類礦床中的管道經(jīng)常延伸通過地質(zhì)覆蓋層。覆蓋層通常是 導(dǎo)電的，從而RF能量可能當(dāng)管道通過覆蓋層時由于傳導(dǎo)或以其他方式從管道損耗。RF驅(qū)動 裝置可以最便利地被置于表面22的上方，并且其目的當(dāng)然是無損耗地將RF能量傳送通過 覆蓋層24到達(dá)烴類礦床?？赏ㄟ^在管道在覆蓋層中的部分周圍提供抑制或阻止能量損耗 的材料而避免到覆蓋層24的能量損耗。在圖2的實(shí)施例中，材料28圍繞管道在覆蓋層中 的部分。材料28可以是絕緣的，也可以是這樣的涂層將諸如鐵粉的大量不傳導(dǎo)磁屏蔽材 料混合到諸如娃橡膠或Portland水泥的不導(dǎo)電介質(zhì)中。
圖4示意示出延伸通過覆蓋層24并進(jìn)入烴類礦床26中的管道46。絕緣材料74 圍繞管道46的從磁性螺繞環(huán)44 (以虛線大略示出)延伸到烴類礦床26的部分。絕緣材料 74可以是環(huán)氧樹脂、陶瓷或其他常規(guī)電絕緣材料。絕緣材料74還可以通過在常規(guī)絕緣材料 中包括鐵粉或鐵氧體粉而包括鐵磁性質(zhì)，例如具有高磁導(dǎo)率。除了減少由于傳導(dǎo)到覆蓋層 的損耗之外，可通過提供高度傳導(dǎo)的材料的涂層而增強(qiáng)RF耦合的效率，該涂層以低于常規(guī) 鋼管道材料的損耗在與螺繞環(huán)44鄰近并延伸到烴類礦床26中的管道46上傳導(dǎo)RF能量。一種這樣的材料是銅，由于它不是磁性的，它比鋼將RF電流從表面?zhèn)鲗?dǎo)到材料的更深處， 并且其電導(dǎo)率是鋼的大約20倍。如圖4所示，可以在管道46的外表面上提供銅鍍層72的涂層，以增強(qiáng)與螺繞環(huán)44的RF耦合。
圖5示出用于將延伸通過覆蓋層的管道絕緣的備選方案。在圖5中，將RF能量源 32置于覆蓋層的表面22的上方。軸86向下延伸通過覆蓋層24到達(dá)烴類礦床26中的腔室 88。管道12和14延伸通過腔室88。分流元件17在腔室88中從管道12延伸到管道14， 并且將RF耦合器34置于與腔室88內(nèi)的分流元件17鄰近。該配置具有這樣的優(yōu)勢在從管道12和14到周圍材料的能量損耗是期望的位置處對管道12和14提供RF能量。如圖所示，該配置在通過常規(guī)SAGD操作使用時可以增強(qiáng)蒸汽加熱。將蒸汽82引入管道12，并且在位于遠(yuǎn)離RF耦合器34的位置處的表面22上方從管道14移出油84。
圖6示出自RF電磁場的單位為瓦特/公里的熱量的模擬比吸收率，所述RF電磁場通過延伸到地質(zhì)地層中并通過置于表面上方的螺繞環(huán)與RF能量耦合的管道在地質(zhì)地層中創(chuàng)建。圖6示出了，可以從與RF能量耦合的傳導(dǎo)元件將大量的能量傳輸?shù)降刭|(zhì)地層。管道46包括磁性螺繞環(huán)44 (其僅以截面示出，以更加清楚)。在圖6中，RF能量源32施加I 瓦特的功率以進(jìn)行說明，然而，根據(jù)期望的加熱速度、井長度等，可以使用O. 5到10兆瓦的功率級別。時間為t = 0，從而射頻電流剛剛被接通。熱透幾乎是瞬時的，并且可以理解， 根據(jù)地層的電導(dǎo)率，徑向半功率加熱半徑可以是10米以上。根據(jù)公知的公式δ =V 2ρ/ ω μ，沿井的縱向滲透可以是約2射頻趨膚深度，從而其可以通過選擇RF能量源32的頻率而調(diào)節(jié)。在圖6的實(shí)例中，施加的功率是I瓦特，頻率是13. 56Mhz，并且地層初始電導(dǎo)率是O.Olmhos/m。在該實(shí)例中，使用I瓦特的施加的RF以簡化比 較，并且可根據(jù)井長度、加熱速度和實(shí)現(xiàn)的溫度要求使用所說的O. 5到5兆瓦的功率級別。如果允許隨時間持續(xù)進(jìn)行加熱，鄰近井管道的地層中的液態(tài)水將達(dá)到飽和溫度，例如，在井管道附近的液態(tài)水將被轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量蒸汽。當(dāng)該飽和區(qū)成熟，行波蒸汽波前沿井向下移動，這延伸了加熱深度，從而加熱區(qū)隨時間生長。發(fā)生該效應(yīng)是因?yàn)?，RF加熱在深度和壓力下在飽和溫度處變?yōu)闊嵴{(diào)節(jié)的。液態(tài)水是RF加熱感受器，而水蒸氣不是。從而本發(fā)明可通過熱動力學(xué)加熱到較大深度。 實(shí)現(xiàn)的沿井的溫度圖(未示出)可以是表面的100C到根據(jù)井深度的約300C。重油相比于常規(guī)的油可能更靠近表面。在圖6的配置中，使用更高的射頻，并且在管道上不使用不導(dǎo)電涂層，從而在表面開始加熱，這對于環(huán)境修復(fù)是有價值的。較低頻率和管道46上的絕緣涂層可能降低表面附近的加熱。
圖7示出用于分別通過分離的RF耦合器35和37將RF能量耦合到管道12和14 中的裝置。未設(shè)置分流元件以連接管道12和14。耦合器35和37都通過RF能量源32驅(qū)動。RF能量源32具有第一接頭31和第二接頭33。如圖7示意性所示，接頭31和33被連接到耦合器35和37以如箭頭I12和I14所示地相互同相地驅(qū)動耦合器35和37，從而形成兩個分離的偶極子天線。同相RF驅(qū)動圍繞管道12和14創(chuàng)建通常為圓形的場，如圖8的模擬結(jié)果所示。
圖9示出與圖7所示類似的用于分別通過分離的RF耦合器35和37將RF能量耦合到管道12和14中的裝置。未設(shè)置分流元件以連接管道12和14。耦合器35和37都通過RF能量源32驅(qū)動。RF能量源32具有第一接頭31和第二接頭33。如圖9示意性所示， 接頭31和33被連接到耦合器35和37以如箭頭I12和I14所示地相互異相地驅(qū)動耦合器35和37，從而類似于單骨架縫隙偶極子天線地工作。
異相RF驅(qū)動圍繞管道12和14創(chuàng)建電磁場，如作為圖9的A-A面的截面圖的圖 10的模擬結(jié)果所示，所述電磁場從管道12和14水平延伸。在圖10中，管道12和14取向?yàn)檫M(jìn)出頁面，比吸收率等值線的單位為瓦特/公里，并且在開始施加RF功率的時間t = O 時進(jìn)行加熱。為了方便標(biāo)定，在表面的發(fā)射器的射頻是ΙΚΗζ，發(fā)射功率是I瓦特。根據(jù)期望的加熱速度、井深度、井間隔等，滿標(biāo)度系統(tǒng)可以施加大約O. 5到10兆瓦。地下地層為富 Athabasca油砂,其中使用測量的感應(yīng)電阻值進(jìn)行分析對于礦石的O. 0055mhos/m電導(dǎo)率、 對于覆蓋層的O. 060mhos/m以及對于其中含增加的水和鹽的礦石下方的O. 2mhos/m。由于在烴類礦石上方和下方的覆蓋層和下層(underburden)比礦石更導(dǎo)電，其類似于電容器板， 其沿著邊界條件增加加熱。在井管道之間也有對加熱能量的聚集，這可以有利于開始蒸汽輔助重力泄油(SAGD)井對以啟動蒸汽對流。井管道之間的聚集加熱通過位移電流(例如電場感應(yīng))并且由于在管道之間構(gòu)造添加導(dǎo)致渦流電流的圓形磁近場而進(jìn)行。在加熱等值線圖中出現(xiàn)低幅值圓形人字狀波紋圖案(在圖10的線型等值線圖中不能繪制)，這進(jìn)一步肯定了圓形磁近場的重要。如果持續(xù)圖10所示的加熱，溫度熱調(diào)節(jié)且限制在蒸汽飽和溫度或地下水的沸點(diǎn)。蒸汽飽和區(qū)形成于井管道之間并且隨時間生長。從而，當(dāng)蒸汽飽和區(qū)增大時， 加熱區(qū)將隨時間從井向外擴(kuò)大。RF電磁加熱是耐久和可靠的，因?yàn)?，由于電場感?yīng)磁場感應(yīng)，不需要與地層中的液態(tài)水的導(dǎo)電接觸。從而井天線在被置于蒸汽飽和區(qū)或由于礦石開采導(dǎo)致的空腔中時可以是有效的。
本發(fā)明包括用于合成或改變地層中的RF加熱圖案的形狀的方法。該方法包括調(diào)節(jié)無線電發(fā)射頻率，降低頻率增加了滲透和熱梯度，并且降低射頻起到相反的作用。該方法包括在(一個或多個)井管道天線上使用電絕緣涂層，以增加沿井的加熱的縱向滲透。該方法包括升高頻率以修改蒸汽飽和區(qū)生長的熱動力，因?yàn)殡姶偶訜嵯鄬τ诜浅Ｂ膫鲗?dǎo)加熱具有快得多的速率滲透(近似瞬時)。
圖11示出用于將RF能量耦合到管道12和14中以形成期望的RF場的裝置。RF 耦合器35和37分別與管道12和14鄰近，RF耦合器34與連接到管道12和14的分流元件17鄰近。每個RF耦合器34、35和37連接到其自身的RF能量源32。通過該裝置，提供到每個RF耦合器34、35和37的RF能量可以被分離地控制以調(diào)節(jié)圍繞管道12和14的RF 場的形狀和強(qiáng)度。從而可以在本發(fā)明中使用多個RF耦合器以合成各種地下RF加熱圖案。 例如，間隔的多個RF耦合器可以控制沿井的軸向熱量滲透，并且可以以不同幅值和相位的 RF功率供應(yīng)RF耦合器以從所說的正弦曲線到二項(xiàng)式曲線到均勻地調(diào)節(jié)沿管道的RF電流分布。
圖12示出軸向反應(yīng)器(reactor) 88,其可以開始和停止沿軸向?qū)w的流流動,所述軸向?qū)w諸如為根據(jù)本發(fā)明的裝置中的管道46。軸向反應(yīng)器88插入可用作RF扼流圈的串聯(lián)感應(yīng)電抗。軸向反應(yīng)器88包括圍繞管道46延伸的磁性螺繞環(huán)92。繞組94圍繞螺繞環(huán)92纏繞以在其相對于電容器96的相對端結(jié)束。軸向反應(yīng)器88與通過沿管道46流動的 RF流創(chuàng)建的 磁場耦合，通過使得將串聯(lián)電感串聯(lián)引入管道46而阻止RF流流過軸向反應(yīng)器 88。在電學(xué)上，軸向反應(yīng)器88等同于被切為兩段并插入串聯(lián)繞組的管道46。圖12實(shí)施例的軸向反應(yīng)器88在共振時提供最大效果，并且共振頻率為約Fr= 1/2 π V (LC)，其中L是繞組94的電感(單位為亨利)，C為電容器96的電容(單位為法拉)。在軸向反應(yīng)器88的另一實(shí)施例(未示出)中，省略電容器96，繞組94的兩端被連接在一起，繞組94的匝數(shù)增加以 通過匝之間的分布電容使軸向反應(yīng)器88共振。當(dāng)然，軸向反應(yīng)器88不限于僅在共振下工 作。在另一可優(yōu)選用于在頻率范圍上工作的實(shí)施例(未示出)中，從圖12的實(shí)施例省略繞組 94。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明的用于包括兩個軸向反應(yīng)器102和104的裝置。軸向反應(yīng) 器104沿著管道46位于其在烴類礦床中的水平延伸的近似一半的位置。RF能量源32具有 接頭31和33，其在軸向反應(yīng)器104的相對側(cè)連接到管道46。可以在RF能量源32與接頭 31、33之間使用諸如同軸纜線或絕緣線的傳輸線35。軸向反應(yīng)器104阻止RF流流動，從而 創(chuàng)建常規(guī)偶極子天線構(gòu)造。第二軸向反應(yīng)器102位于從軸向反應(yīng)器104分離的位置，在該 位置，管道104向上朝向表面22延伸。軸向反應(yīng)器102通過阻止RF流到達(dá)管道46的通過 覆蓋層的部分而阻止覆蓋層中的RF能量損耗，從而可以將加熱區(qū)107限制到反應(yīng)器102的 一側(cè)。在優(yōu)選實(shí)施例中，軸向反應(yīng)器102和104包含與電容器96共振的繞組94，然而，本發(fā) 明不限于這樣要求電容器或者甚至繞組，因?yàn)榇判?11和113在一些情況中可獨(dú)自提供足 夠的扼流和驅(qū)動效果。
參考圖14，將描述本發(fā)明的幾種加熱方法中的一種，例如渦流方法。應(yīng)理解，圖14 旨在教導(dǎo)在本發(fā)明范圍內(nèi)的操作的理論。還應(yīng)理解，本發(fā)明可通過除電磁能量或方法以外 的能量或方法提供加熱，并且不限于渦流。在圖14中，RF電流I沿傳導(dǎo)天線管道502軸向 流動。管道502被包覆有不導(dǎo)電絕緣層504，如環(huán)氧樹脂或Teflon (聚四氟乙烯)。絕緣 管道然后通過導(dǎo)電材料506 (諸如含液態(tài)水的烴類礦石)的區(qū)域。軸向RF電流I根據(jù)安培 定律使得磁近場H圍繞管道502。磁場H又使得在部分傳導(dǎo)材料506中形成渦流I。于是 通過根據(jù)普遍關(guān)系P=I2R的焦耳效應(yīng)在材料506中發(fā)生電阻加熱?？梢岳斫?，可以不進(jìn)行直 接電接觸而進(jìn)行礦石加熱，例如，不需要像電極一樣接觸管道502。RF加熱的渦流方法相比 于電極方法可以在烴類礦床中更穩(wěn)健和可靠，所述電極方法可能需要裸露的導(dǎo)體和直接液 態(tài)水接觸。當(dāng)管道502在空腔或腔室中從礦石“擱淺(stranded)”時，或者當(dāng)管道502被一 層干燥的砂包圍時，所述渦流加熱可以保持有效。通常，可以根據(jù)需要升高RF頻率，以當(dāng)?shù)?下地層在資源提取期間隨時間改變時確保加熱效果。在渦流加熱中，負(fù)載電阻以及從而天 線驅(qū)動電阻隨著升高的頻率而迅速增大，其可以被調(diào)節(jié)以適當(dāng)?shù)刈钚』炀€管道502中的 導(dǎo)體損耗。在一些富含浙青的礦石中，600到2000赫茲的頻率可以提供在滲透/加熱梯度 和足夠高的天線驅(qū)動電阻之間的有用的折中。在渦流方法中，不使用諸如微波或無線電波 的遠(yuǎn)場波，而是使用反應(yīng)近磁場。作為背景，不需要天線是回環(huán)類型(例如卷曲或圓形)以通 過磁場獲得渦流加熱?；丨h(huán)類型天線具有徑向磁近場，而直線性天線具有圓形磁近場。線 性天線具有足夠的磁近場強(qiáng)度以用于渦流加熱，并且直線形狀使得它們更適于安裝在烴類 井的典型幾何形狀中。
概括地說，本發(fā)明的各個實(shí)施例提供了用于使用連續(xù)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)激勵RF加熱地下 地層的方法。可以對井管道供應(yīng)RF電流，而不需要將管道分開以形成常規(guī)電驅(qū)動不連續(xù) 性。
權(quán)利要求
1.一種用于通過從傳導(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，其中磁芯被置于地質(zhì)烴類材料內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中驅(qū)動繞組包括絞合線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中傳導(dǎo)線性元件從地質(zhì)烴類材料延伸通過覆蓋層并到達(dá)覆蓋層的上表面的上方，并且其中線性傳導(dǎo)元件還包括外部絕緣層，該外部絕緣層包圍線性元件的延伸通過覆蓋層的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中傳導(dǎo)線性元件從地質(zhì)烴類材料延伸通過覆蓋層并到達(dá)覆蓋層的上表面的上方，并且其中磁芯在該上表面的上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中線性傳導(dǎo)元件還包括該線性元件上的與外部絕緣層鄰近的傳導(dǎo)涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括軸向反應(yīng)器，其被置于與線性傳導(dǎo)元件鄰近，以提供對到線性傳導(dǎo)元件的區(qū)域的RF流流動的感應(yīng)電阻。
全文摘要
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?？梢允褂靡粋€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(shí)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。
文檔編號E21B36/00GK103003613SQ201180035317
公開日2013年3月27日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者F·E·帕斯科 申請人:哈里公司