專利名稱：用于連續(xù)偶極天線的雙軸輸電線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量傳輸線路。具體來說，本發(fā)明涉及非常適于傳輸在用于利用諸如油井管道的連續(xù)導(dǎo)體作為偶極天線來發(fā)送用于加熱的射頻(“RF”)能量的有利裝置和方法中使用的電功率的屏蔽雙軸傳輸線路。
背景技術(shù)：
隨著世界標(biāo)準(zhǔn)原油儲(chǔ)備的枯竭，和針對(duì)石油的持續(xù)需求導(dǎo)致油價(jià)上升，石油生產(chǎn)者嘗試從浙青礦、油砂、柏油砂、以及重油沉積物中加工碳?xì)浠衔?。這些材料通常在砂或粘土的天然混合物中找得到。因?yàn)檎闱嗟V、油砂、油頁(yè)巖、柏油砂以及重油的極高粘度，所以在提取標(biāo)準(zhǔn)原油中使用的鉆探和提煉方法通常不可用。因此，從這些沉積物中回收石油需要加熱，以從其它地質(zhì)材料中分離碳?xì)浠衔锊⑶冶３痔細(xì)浠衔锾幱谒鼈儗⒘鲃?dòng)的溫度。通常使用蒸汽在已知為蒸汽輔助重力泄油系統(tǒng)(或SA⑶系統(tǒng))中提供這種熱。電和RF·加熱有時(shí)也被采用。加熱和加工可以就地發(fā)生，或者在露天開采沉積物之后在另一位置發(fā)生。通過現(xiàn)有RF系統(tǒng)來加熱地下重油支承地層因匹配電源(發(fā)射器)的阻抗與被加熱的異質(zhì)材料的阻抗的傳統(tǒng)方法而效率低下，不穩(wěn)定的加熱導(dǎo)致被加熱材料中的無法接受的熱梯度，電極/天線的低效間距，針對(duì)被加熱材料的差電氣耦合，要通過由現(xiàn)有天線發(fā)射的能量和因所使用天線形式和頻率而造成的發(fā)射頻率來加熱的材料的有限滲透。用于對(duì)地下地層中的重油的現(xiàn)有RF加熱的天線通常為偶極天線。美國(guó)專利no. 4140179和no. 4508168公開了定位在地下重油沉積物內(nèi)以加熱那些沉積物的現(xiàn)有偶極天線。偶極天線陣列列已經(jīng)被用于加熱地下地層。美國(guó)專利no. 4196329公開了一種被異相驅(qū)動(dòng)來加熱地下地層的偶極天線陣列列。

發(fā)明內(nèi)容
在偶極天線的輸電線路處頻繁生成磁場(chǎng)和電場(chǎng)。一般來說，地下地層中的覆蓋層通常比礦石更導(dǎo)電。由此，通過用于RF加熱的輸電線路向覆蓋層施加電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以優(yōu)選地傳導(dǎo)至該覆蓋層，而非目標(biāo)地層。本發(fā)明的一方面是一種用于向連續(xù)偶極天線供電的方法。交流電源電連接至變壓器的初級(jí)側(cè)。第一同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體電連接在該變壓器的次級(jí)側(cè)與線性導(dǎo)體中的驅(qū)動(dòng)間斷部的第一側(cè)之間。該第一同軸饋電線包括內(nèi)導(dǎo)體和外護(hù)套。第二同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體電連接在該變壓器的次級(jí)側(cè)與線性導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)間斷部的第二側(cè)之間。該第二同軸饋電線包括內(nèi)導(dǎo)體和外護(hù)套。第一和第二同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體通過電容器電連接。該變壓器的次級(jí)側(cè)電連接至第一同軸饋電線的外護(hù)套和第二同軸饋電線的外護(hù)套。該方法的線性導(dǎo)體可以是連續(xù)的，并且該驅(qū)動(dòng)間斷部是非導(dǎo)電磁珠。該非導(dǎo)電磁珠可以包括鐵氧體、磁性氧化物、磁鐵礦、鐵粉、鐵片、硅鋼顆粒、具有表面絕緣體涂層的五羥基戊鐵粉末，或這些中的兩個(gè)或更多個(gè)的組合。而且，該連續(xù)線性導(dǎo)體可以由油井管道組成。本發(fā)明的另一方面是一種用于向連續(xù)偶極天線供電的方法。交流電源電連接至變壓器的初級(jí)側(cè)。第一同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體電連接在該變壓器的次級(jí)側(cè)與第一線性導(dǎo)體之間。該第一同軸饋電線包括內(nèi)導(dǎo)體和外護(hù)套。第二同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體電連接在該變壓器的次級(jí)側(cè)與第二線性導(dǎo)體之間。該第二同軸饋電線包括內(nèi)導(dǎo)體和外護(hù)套。該第二線性導(dǎo)體通常與第一線性導(dǎo)體平行定位。第一和第二同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體通過電容器電連接。該變壓器的次級(jí)側(cè)電連接至第一同軸饋電線的外護(hù)套和第二同軸饋電線的外護(hù)套。該方法中的第一線性導(dǎo)體和第二線性導(dǎo)體可以由油井管道組成。本發(fā)明的另一方面是一種用于向連續(xù)偶極天線供電的裝置。該裝置包括具有驅(qū)動(dòng)間斷部的線性導(dǎo)體、交流電源、以及第一同軸饋電線。該第一同軸饋電線包括內(nèi)導(dǎo)體和外護(hù)套。該裝置還包括第二同軸饋電線。該第二同軸饋電線包括內(nèi)導(dǎo)體和外護(hù)套。該裝置還包括具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的變壓器。該變壓器的初級(jí)側(cè)電連接至該交流電源。該變壓器的次級(jí)側(cè)通過第一同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體電連接至驅(qū)動(dòng)間斷部的第一側(cè)上的線性導(dǎo)體。變壓器的次級(jí)側(cè)通過第二同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體電連接至驅(qū)動(dòng)間斷部的第二側(cè)上的線性導(dǎo)體。第一和第二同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體通過電容器電連接。變壓器的次級(jí)側(cè)電連接至第一同軸饋電線的外護(hù)套和第二同軸饋電線的外護(hù)套。裝置的線性導(dǎo)體可以是連續(xù)的，并且驅(qū)動(dòng)間斷部是非導(dǎo)電磁珠。非導(dǎo)電磁珠可以包括鐵氧體、磁性氧化物、磁鐵礦、鐵粉、鐵片、硅鋼顆粒、具有表面絕緣體涂層的五羥基戊鐵粉末，或這些中的兩個(gè)或更多個(gè)的組合。而且，連續(xù)線性導(dǎo)體可以由油井管道組成。本發(fā)明的又一方面是一種用于向連續(xù)偶極天線供電的裝置。該裝置包括第一線性導(dǎo)體；第二線性導(dǎo)體；交流電源，以及第一同軸饋電線。第一同軸饋電線包括內(nèi)導(dǎo)體和外·護(hù)套。該裝置還包括第二同軸饋電線。第二同軸饋電線包括內(nèi)導(dǎo)體和外護(hù)套。該裝置還包括具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的變壓器。變壓器的初級(jí)側(cè)電連接至交流電源。變壓器的次級(jí)側(cè)通過第一同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體電連接至第一線性導(dǎo)體。變壓器的次級(jí)側(cè)通過第二同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體電連接至第二線性導(dǎo)體。第一和第二同軸饋電線的內(nèi)導(dǎo)體通過電容器電連接。變壓器的次級(jí)側(cè)電連接至第一同軸饋電線的外護(hù)套和第二同軸饋電線的外護(hù)套。該裝置中的第一線性導(dǎo)體和第二線性導(dǎo)體可以由油井管道組成。根據(jù)本公開，將清楚本發(fā)明的其它方面。


圖I描繪了典型現(xiàn)有技術(shù)偶極天線。圖2描繪了本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的一實(shí)施例。圖3描繪了因無屏蔽傳輸線路而造成的加熱。圖4描繪了利用油井管道和同軸偏置饋電部的本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的實(shí)施例。圖5描繪了利用油井管道和孿軸偏置饋電部的本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的實(shí)施例。圖6描繪了利用SAGD井管道和同軸插入饋電部的本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的實(shí)施例。圖7描繪了利用SAGD井管道和孿軸插入饋電部的本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的實(shí)施例。
圖8描繪了利用油井管道和三軸插入饋電部的本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的實(shí)施例。圖9描繪了利用油井管道和雙軸插入饋電部的本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的實(shí)施例。圖9a描繪了根據(jù)圖9的雙軸饋電部的電流。圖9b描繪了利用油井管道和雙軸饋電部的本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的另一實(shí)施例。圖9c描繪了在表面處具有兩個(gè)分離AC源的天線陣列。圖10描繪了本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的實(shí)施例的電路等效模型。圖11描繪了根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的示例性磁珠的自阻抗。圖12描繪了根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的針對(duì)連續(xù)偶極天線井在時(shí)間t=0時(shí)的·示例性初始加熱速率圖案。圖13描繪了示例性井的簡(jiǎn)化溫度圖。
具體實(shí)施例方式下面，對(duì)本公開的主題進(jìn)行更全面描述，并且示出了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以按許多不同形式具體實(shí)施，并且不應(yīng)視為對(duì)在此闡述的實(shí)施方式進(jìn)行限制。相反，這些實(shí)施例是本發(fā)明的示例，其具有通過權(quán)利要求書的語言所表明的全部范圍。本發(fā)明的連續(xù)偶極天線提供了一種在導(dǎo)體中采用非導(dǎo)電磁珠而非斷口或間隙的形式的驅(qū)動(dòng)間斷部。由此，本發(fā)明的連續(xù)偶極天線在其中諸如管道的導(dǎo)體必須不包含斷口或間隙并且必須已經(jīng)放置在用于天線放置的希望地點(diǎn)處或其附近的應(yīng)用中特別有用。油井就是這種應(yīng)用。新的或現(xiàn)有油井管道可以利用本發(fā)明的連續(xù)偶極天線，并且非導(dǎo)電磁珠可以被預(yù)先成形為環(huán)繞油井管道放置，或者環(huán)繞管道就地注入。這消除了對(duì)分離的天線陣列的需要，和與這種分離的陣列相關(guān)聯(lián)的各種問題中的一些問題。本發(fā)明的雙軸傳輸線路可以采用兩個(gè)連續(xù)同軸線纜，以提供通過覆蓋層的屏蔽的傳輸線，以防止因不必要施加從輸電線路發(fā)出的電場(chǎng)和磁場(chǎng)而造成的其中的加熱。連續(xù)金屬性同軸護(hù)套的壁厚度比RF趨膚深度(skin d印th)大得多，以使磁場(chǎng)和電場(chǎng)不能滲透其。傳輸線路的雙軸構(gòu)造針對(duì)電流提供了具有正向腿部和返回腿部的完整電路，并且通過兩個(gè)分離屏蔽管道內(nèi)部的覆蓋層實(shí)現(xiàn)屏蔽。這促進(jìn)了井眼之間可能不需要跨接連接的安裝便利性。在某些應(yīng)用中。這種跨接連接可能難于安裝在地下。圖I是典型現(xiàn)有技術(shù)偶極天線的表示圖?，F(xiàn)有技術(shù)天線10包括同軸饋電部12，其依次包括內(nèi)導(dǎo)體14和外導(dǎo)體16。這些導(dǎo)體中的每一個(gè)在一個(gè)端部處經(jīng)由饋電線22連接至偶極天線部18。導(dǎo)體14和16的另一端部連接至交流電源(未示出)。偶極天線部18之間的無屏蔽間隙或中斷20形成導(dǎo)致射頻發(fā)送的驅(qū)動(dòng)間斷部。油井管道通常不適于用作常規(guī)偶極天線，因?yàn)橛途艿乐械臑樾纬沈?qū)動(dòng)間斷部所需的間隙或中斷還將形成管道中的泄露。下面轉(zhuǎn)至圖2，本發(fā)明的連續(xù)偶極天線50在沒有中斷或間隙的連續(xù)導(dǎo)體64中提供驅(qū)動(dòng)間斷部。天線50包括同軸饋電部52，其又包括內(nèi)導(dǎo)體54和外導(dǎo)體56。這些導(dǎo)體中的每一個(gè)在一個(gè)端部處經(jīng)由饋電線62連接至偶極天線部58。導(dǎo)體54和56的另一端部連接至交流電源(未示出)。應(yīng)注意到，在偶極天線部58之間不存在無屏蔽間隙或中斷。相反的是，在饋電線62之間環(huán)繞連續(xù)導(dǎo)體64定位了非導(dǎo)電磁珠60。非導(dǎo)電磁珠60與隨著電流嘗試在饋電線62之間流動(dòng)而產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)，并由此形成驅(qū)動(dòng)間斷部。轉(zhuǎn)至圖3中的用于石油生產(chǎn)的連續(xù)偶極天線的簡(jiǎn)單描繪，油井管102是用于連續(xù)偶極天線100的連續(xù)導(dǎo)體。油井管102的更深部分經(jīng)過生產(chǎn)區(qū)110，其可以包括石油、水、砂礫以及其它成分。無屏蔽饋電線106連接至AC源104，并且下降通過較淺部分108以連接至油井管102。在與饋電線106的連接部之間環(huán)繞油井管102定位非導(dǎo)電磁珠(未示出)。隨著生產(chǎn)區(qū)110被加熱，石油和其它液體將通過油井管102流向連接部112處的表面。然而，生產(chǎn)區(qū)110上的較淺區(qū)域108典型地由非常損耗的材料組成，并且無屏蔽傳輸線106在區(qū)域114中發(fā)熱，其表示這種 布置中的效率損耗。圖4中的連續(xù)偶極天線150通過使用屏蔽的同軸饋電部156來解決這種效率損耗。屏蔽的同軸饋電部156在表面處連接至AC源154，并且下降以經(jīng)由饋電線158連接至油井管152。在與饋電線158的連接部之間環(huán)繞油井管152定位第一非導(dǎo)電磁珠160。第二非導(dǎo)電磁珠162也包圍油井管152,并且與第一非導(dǎo)電磁珠160隔開以創(chuàng)建兩個(gè)幾乎等長(zhǎng)的偶極天線部164。由此，第一非導(dǎo)電磁珠160形成驅(qū)動(dòng)間斷部，而第二非導(dǎo)電磁珠162限制天線部長(zhǎng)度。隨著連續(xù)偶極天線150加熱油井區(qū)，石油和其它液體通過油井管152流向連接部166處的表面。非導(dǎo)電磁珠例如可以由以下各項(xiàng)組成鐵氧體、磁性氧化物、磁鐵礦、鐵粉、鐵片、硅鋼顆?；蛘呔哂斜砻娼^緣體涂層的五羥基戊鐵粉末，或者上述各項(xiàng)中一種或多重的組合。非導(dǎo)電磁珠材料可以按基體材料(諸如波特蘭水泥、橡膠、乙烯基等)來執(zhí)行或放置，并且環(huán)繞油井管就地注入。圖5中的連續(xù)偶極天線200利用屏蔽的孿軸饋電部206。屏蔽的孿軸饋電部206在表面處連接至AC源204，并且下降以經(jīng)由饋電線208連接至油井管202。在與饋電線208的連接部之間環(huán)繞油井管202定位非導(dǎo)電磁珠210。非導(dǎo)電磁珠210形成驅(qū)動(dòng)間斷部。與先前實(shí)施例類似的是，第二非導(dǎo)電磁珠可以被定位成創(chuàng)建兩個(gè)幾乎等長(zhǎng)的偶極天線部214。隨著連續(xù)偶極天線200加熱油井區(qū)，石油和其它液體通過油井管202流向連接部216處的表面。在圖6中看到的連續(xù)偶極天線250結(jié)合現(xiàn)有蒸汽輔助重力泄油(SAGD)系統(tǒng)使用，以就地加工碳?xì)浠衔铩．?dāng)與蒸汽熱一起使用時(shí)，穿孔的油井管252加熱環(huán)繞生產(chǎn)油井管258的區(qū)域。在利用FR加熱的本實(shí)施例中，穿孔的油井管252被用于加熱。在表面處連接至AC源254的同軸饋電部利用在穿孔的油井管252內(nèi)路由的內(nèi)部饋電部255、以及在表面處連接至穿孔的油井管252的外部饋電部257。內(nèi)部饋電部255經(jīng)由連接器線路258連接至穿孔的油井管252。在與內(nèi)部饋電部255和外部饋電部257的連接部之間環(huán)繞油井管252定位第一非導(dǎo)電磁珠260。該非導(dǎo)電磁珠260形成驅(qū)動(dòng)間斷部。第二非導(dǎo)電磁珠262被定位成創(chuàng)建兩個(gè)幾乎等長(zhǎng)的偶極天線部264。第二非導(dǎo)電磁珠262還用于防止管道部256中的損耗。隨著連續(xù)偶極天線250加熱油井區(qū)，石油和其它液體流入生產(chǎn)油井管258并接著流向連接部266處的表面。石油和其它液體接著典型地泵入提取罐，以供存儲(chǔ)和/或進(jìn)一步加工。圖7描繪的連續(xù)偶極天線300也結(jié)合SAGD系統(tǒng)使用。該天線使用在表面處連接至AC源304的孿軸饋電部303，并且在穿孔的油井管302內(nèi)路由。孿軸饋電部303經(jīng)由連接器線路302橫跨第一非導(dǎo)電磁珠310連接至穿孔的油井管302。第一非導(dǎo)電磁珠310形成驅(qū)動(dòng)間斷部。第二非導(dǎo)電磁珠312被定位成創(chuàng)建兩個(gè)幾乎等長(zhǎng)的偶極天線部314。第二非導(dǎo)電磁珠312還用于防止管道部306中的損耗。隨著連續(xù)偶極天線300加熱油井區(qū)，石油和其它液體流入生產(chǎn)油井管318并接著流向連接部316處的表面。下面轉(zhuǎn)至圖8，連續(xù)偶極天線350利用屏蔽的三軸饋電部356。三軸饋電部356在表面處連接至AC源354，并且在油井管352內(nèi)路由，并且在連接部359處并經(jīng)由連接器線路358橫跨第一非導(dǎo)電磁珠360連接。第一非導(dǎo)電磁珠360形成驅(qū)動(dòng)間斷部。第二非導(dǎo)電磁珠362被定位成創(chuàng)建兩個(gè)幾乎等長(zhǎng)的偶極天線部364。與先前實(shí)施例類似的是，第二非導(dǎo)電磁珠362還用于防止管道部368中的能量和熱損耗。隨著連續(xù)偶極天線350加熱油井區(qū)，石油和其它液體環(huán)繞三軸饋電線356流過油井管352，并且在連接部366處的表面退出。
圖9中示出了類似實(shí)施例，但使用了雙軸插入饋電部布置。雙軸饋電部411在表面處連接至AC源404，并且下降至油井管402。AC源404連接至變壓器初級(jí)側(cè)405。變壓器次級(jí)側(cè)406提供同軸饋電部409和410。雙軸饋電線利用線路407和電容器408來平衡。同軸饋電部409和410經(jīng)由饋電線412橫跨第一非導(dǎo)電磁珠414連接。第一非導(dǎo)電磁珠414形成驅(qū)動(dòng)間斷部。第二非導(dǎo)電磁珠416被定位成創(chuàng)建兩個(gè)幾乎等長(zhǎng)的偶極天線部418。第 二非導(dǎo)電磁珠416還用于防止管道部403中的能量和熱損耗。隨著連續(xù)偶極天線400加熱油井區(qū)，石油和其它液體流過油井管402并在連接部420處的表面退出。圖9a總體上描繪了與圖9的屏蔽雙軸插入饋電部布置相關(guān)聯(lián)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)。該實(shí)施例致力于提供一種雙部件線性天線陣列，其利用地球中的兩個(gè)平行孔(如水平定向鉆進(jìn)(HDD)井的橫向行進(jìn))，如可以被用于蒸汽輔助重力泄油提取。圖9a中的雙軸饋電平行導(dǎo)體天線可以合成定向加熱圖案，和或集中天線之間的熱，其例如有用于發(fā)動(dòng)用于SAGD啟動(dòng)的對(duì)流。圖9a中的天線布置提供了一種插入電流饋電部，并且箭頭指示存在電流的存在及方向。上天線部件712和下天線部件722可以是線性(或直線)電導(dǎo)體，如穿過地下礦的金屬管或?qū)Ь€。傳輸線管道部分714和724可以通過覆蓋層到達(dá)表面處的發(fā)射器，并且它們可以包含彎曲部(未示出)。同軸內(nèi)部導(dǎo)體716和726可以通過覆蓋層運(yùn)送電力。磁RF扼流圈732和734放置在傳輸線管道部分上不希望利用RF電磁場(chǎng)來加熱之處。RF扼流圈732和734是由非導(dǎo)電材料(如波特蘭水泥中的鐵氧體粉末)制成的區(qū)域，并且它們提供串聯(lián)電感，以抑制并停止射頻電流在管道外側(cè)上流動(dòng)。磁RF扼流圈732、734可以遠(yuǎn)離換位部742和744 —距離定位，以使那些部分中包圍管道的礦石被加熱。另選的是，RF扼流圈732、734可以靠近換位部742和744定位，以防止沿管道714和724加熱。管道部分714和724通過不希望RF電磁加熱的覆蓋區(qū)僅在它們的內(nèi)表面上運(yùn)送電流。管道部分716和726在它們的外部充任加熱天線，同時(shí)還在它們的內(nèi)部提供屏蔽的傳輸線。生成雙向電流，并且電流在管道的內(nèi)部和外部按不同方向流動(dòng)。這是由于磁致趨膚效應(yīng)和導(dǎo)體趨膚效應(yīng)的緣故?？梢约ぐl(fā)導(dǎo)電覆蓋層和底層(underburden)以充任用于夾在其間的礦石的天線，由此提供水平熱傳播和邊界區(qū)加熱。因此，導(dǎo)體712和714可以靠近水平平坦礦脈的頂部和底部定位。與圖9的單一線性構(gòu)造形成對(duì)比，圖9b描繪了在雙重線性構(gòu)造中利用油井管道和雙軸饋電部的本發(fā)明的連續(xù)偶極天線600的另一實(shí)施例。這里，饋電線向平行導(dǎo)體601和602饋電。這些導(dǎo)體可以是管道，例如在利用現(xiàn)有SAGD系統(tǒng)時(shí)。雙軸饋電部611在表面處連接至AC源604并且下降至油井管601和602。AC源604連接至變壓器初級(jí)側(cè)605。變壓器次級(jí)側(cè)606提供同軸饋電部609和610。雙軸饋電線利用線路607和電容器608來平衡。同軸饋電部609和610分別連接至油井管601和602。同軸饋電部609和610本身可以由油井管道組成。隨著連續(xù)偶極天線600加熱油井區(qū)，石油和其它液體流過油井管602并在連接部620處的表面退出。為改變地下加熱圖案，可以使導(dǎo)體601和602上的電流平行或正交。電流的方向取決于表面連接，即，這些連接是否形成差?；蚬材Ｌ炀€陣列。這里，導(dǎo)電屏蔽的傳輸線設(shè)置通過覆蓋區(qū)。這有利地提供了要在地下形成的多部件線性導(dǎo)體天線陣列，而不必在井眼之間進(jìn)行地下電連接(其可能難以實(shí)現(xiàn))。另外，其提供了通過覆蓋層的電流的屏蔽的同軸型傳送，以防止在那里的不需要的加熱。作為背景，電流經(jīng)過電絕緣但無屏蔽的導(dǎo)體上的覆蓋層可以導(dǎo)致覆蓋層中的不需要的加熱，除非使用接近DC的頻率。然而，在接近DC的頻率下的操作由于許多理由可能是不希望的，包括需要液態(tài)水接觸、礦石中的不可靠加熱、以及過大的電導(dǎo)體規(guī)格需求。本實(shí)施例可以按任何射頻操作，而不存在覆蓋層加熱問題，并且可以在礦石中可靠地加熱，而不需要天線導(dǎo)體與礦石之間的液態(tài)水接觸。 優(yōu)先定位在礦石中的導(dǎo)體601和602可以可選地分別覆蓋有非導(dǎo)電絕緣部612和613。非導(dǎo)電絕緣部612和613增加了天線的電負(fù)載電阻，并且縮減了導(dǎo)體載流容量需求。由此，可以使用較小規(guī)格的導(dǎo)線，或者至少使用更小的鋼管或?qū)Ь€。這種絕緣部同樣可以縮減或消除導(dǎo)體的電化腐蝕。導(dǎo)體601和602利用鄰近磁場(chǎng)(H)和鄰近電場(chǎng)(E)可靠加熱,而不需要與礦石導(dǎo)電接觸。非導(dǎo)電磁扼流圈614和615沿著管道的位置確定RF加熱在地球中哪里開始。磁扼流圈614和615可以由注入到地球中的鐵氧體粉末填充水泥殼組成，或者通過其它方式(如套管)實(shí)現(xiàn)。其處于圖％描繪的電氣網(wǎng)絡(luò)中，表面向管道天線部件601和602提供O度、180度相位激勵(lì)，其可以提供增加的水平熱傳播。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，若希望的話，AC源604可以連接至僅一個(gè)井眼的同軸傳輸線，以僅沿著一個(gè)地下管道加熱。圖9c示出了在表面處具有兩個(gè)分離AC源的天線陣列、AC源622和AC源623。這些AC源中的每一個(gè)都服務(wù)于機(jī)械分離的井天線。AC源622和623的幅值和相位可以彼此相對(duì)地改變，以使合成地下不同的加熱圖案，或者單個(gè)地控制沿每一個(gè)井眼的加熱。例如，由AC源623提供的電流的幅值可以比由源622提供的電流的幅值更大，其可以縮減在生產(chǎn)期間沿著更低生產(chǎn)者管道天線的加熱。可使由AC源622提供的電流的幅值高于AC源622在早先啟動(dòng)時(shí)間期間的電流的幅值。由此，許多電氣激發(fā)模式都是可以的，并且井天線管道601和602可以是單個(gè)天線或者作為陣列一起工作的天線。電流可以按AC源622和633的O度與180度相對(duì)定相在管道601與602之間汲取，以在管道之間集中加熱。另選的是，AC源622和603可以電氣上同相，以縮減管道601與602之間的加熱。作為背景，RF高頻發(fā)熱電極(applicator)天線在均勻介質(zhì)中的加熱模式傾向于簡(jiǎn)單的三角函數(shù)，如cos20。然而，底層重碳?xì)浠衔锏貙油ǔ８飨虍愋?。因此，形成感?yīng)電阻率測(cè)井記錄(log)應(yīng)當(dāng)與數(shù)字分析方法一起使用，以預(yù)測(cè)所實(shí)現(xiàn)的RF加熱圖案。RF加熱的所實(shí)現(xiàn)的溫度輪廓線通常跟隨或多或少的傳導(dǎo)地球?qū)又g的邊界條件。最陡的溫度梯度通常正交于地球巖層。由此，圖9a、9b和9c例示了天線陣列技術(shù)和方法，其可以被用于通過調(diào)節(jié)向井天線601和602遞送的電流的幅值和相位，來調(diào)節(jié)地下加熱的形狀。應(yīng)當(dāng)明白，可以將三個(gè)或更多個(gè)井天線放置在地下。本發(fā)明的天線陣列不限于兩個(gè)天線。圖10示出了本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的示例性電路等效模型。電路等效模型是被繪制成表示用于分析的物理系統(tǒng)的電氣特性的電氣圖。由此，應(yīng)當(dāng)明白，圖10的圖是出于解釋目的的策略。電流源(優(yōu)選為RF發(fā)生器)具有電勢(shì)或電壓502 (VgeneratOT)，并且向兩個(gè)饋電部節(jié)點(diǎn)(例如，端子)504和506提供電流508 (Igenerator)0在這個(gè)示例中，在磁珠的任一側(cè)上存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)。510和512分別表不電感和電阻。510表不穿過磁珠的管道部分的電感(Lbead),而512表示穿過磁珠的管道部分的電阻((rbead)。電阻器514 (r_)和電容器561 (Core)分別表示連接至磁珠的任一側(cè)上的管道或橫跨其耦接的碳?xì)浠衔锏V的電阻和電容。電流518穿過磁珠(Ibead)而電流520穿過礦石(1_)。通過磁珠和通過礦石的兩條路徑橫跨饋電部節(jié)點(diǎn)并行。通過該分流器向礦石提供的電流520通過下式給出I ore [Zore/ (Zore+Zbead) ] !generator隨著電流經(jīng)過阻抗最小的路徑，在Zbead >> Zore時(shí)，遭受磁珠向井“天線”提供電 驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的優(yōu)選操作在磁珠的感抗大于礦石的負(fù)載電阻時(shí)出現(xiàn)，即，Xlbead >> roreo接著，磁珠充任橫跨井管道中的虛擬間隙插入的串聯(lián)電感器，其再提供驅(qū)動(dòng)間斷部。為清楚起見，在本發(fā)明的電路分析中未示出某些特性，如表面引線的導(dǎo)體電阻、井管道電阻、井管道自感、輻射電阻(如有的話)等。一般來說，由穿過磁珠的管道所產(chǎn)生的感抗大約和管道的一圈(如果其環(huán)繞磁珠纏繞)的感抗相同。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)偶極天線的示例性磁珠的自阻抗(單位為歐姆)。自阻抗是橫跨穿過磁珠的小直徑導(dǎo)電管道看到的阻抗，并且不包括天線部件。示例性磁珠測(cè)量為直徑3英寸，長(zhǎng)6英寸，并且由混合有硅橡膠的燒結(jié)錳鋅鐵氧體粉末組成。示例性磁珠按重量大約有70%的鐵氧體。示例性磁珠的相對(duì)磁導(dǎo)率μ r在IOKHz下為950法拉/米。示例性磁珠在IOKhz下產(chǎn)生658微亨的電感。示例性磁珠的感抗足以提供足夠的電驅(qū)動(dòng)間斷部，以供許多碳?xì)浠衔锞腞F加熱/仿真。在最低頻率(大約100至1000Hz)下，磁珠的任一側(cè)上的井管道可以充任用于電阻加熱并通過接觸向地層遞送電流的電極。在大約IKhz至IOOKhz的頻率下，經(jīng)過示例性磁珠的任一側(cè)上的井管道的電流生成形成用于在礦石中的感應(yīng)加熱的渦電流的磁近場(chǎng)。礦石的電負(fù)載阻抗通過井天線參照至表面發(fā)射器，并且礦石負(fù)載阻抗通常隨著因感應(yīng)加熱而造成的上升頻率而快速上升。下表描述了根據(jù)本發(fā)明的示例候選井天線
權(quán)利要求
1.一種用于向連續(xù)偶極天線供電的裝置，該裝置包括 線性導(dǎo)體，該線性導(dǎo)體具有驅(qū)動(dòng)間斷部； 交流電源； 第一同軸饋電線，該第一同軸饋電線包括第一內(nèi)導(dǎo)體和第一外護(hù)套； 第二同軸饋電線，該第二同軸饋電線包括第二內(nèi)導(dǎo)體和第二外護(hù)套；以及 變壓器，該變壓器具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)，變壓器的初級(jí)側(cè)電連接至交流電源，變壓器的次級(jí)側(cè)通過第一內(nèi)導(dǎo)體電連接至驅(qū)動(dòng)間斷部的第一側(cè)上的線性導(dǎo)體，并且變壓器的次級(jí)側(cè)通過第二內(nèi)導(dǎo)體電連接至驅(qū)動(dòng)間斷部的第二側(cè)上的線性導(dǎo)體； 其中，第一內(nèi)導(dǎo)體和第二內(nèi)導(dǎo)體通過電容器電連接；并且 變壓器的次級(jí)側(cè)電連接至第一外護(hù)套和第二外護(hù)套。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，線性導(dǎo)體是連續(xù)的，并且驅(qū)動(dòng)間斷部是非導(dǎo)電磁珠。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，非導(dǎo)電磁珠由以下至少一種組成鐵氧體、磁性氧化物、磁鐵礦、鐵粉、鐵片、硅鋼顆粒、以及具有表面絕緣體涂層的五羥基戊鐵粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，連續(xù)線性導(dǎo)體由油井管道組成。
5.一種用于向連續(xù)偶極天線供電的裝置，該裝置包括 第一線性導(dǎo)體； 第二線性導(dǎo)體； 交流電源； 第一同軸饋電線，該第一同軸饋電線包括第一內(nèi)導(dǎo)體和第一外護(hù)套； 第二同軸饋電線，第二同軸饋電線包括第二內(nèi)導(dǎo)體和第二外護(hù)套；以及 變壓器，該變壓器具有初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)，變壓器的初級(jí)側(cè)電連接至交流電源，變壓器的次級(jí)側(cè)通過第一內(nèi)導(dǎo)體電連接至第一線性導(dǎo)體，并且變壓器的次級(jí)側(cè)通過第二內(nèi)導(dǎo)體電連接至第二線性導(dǎo)體； 其中，第一內(nèi)導(dǎo)體和第二內(nèi)導(dǎo)體通過電容器電連接；并且 其中，變壓器的次級(jí)側(cè)電連接至第一外護(hù)套和第二外護(hù)套。
6.一種用于向連續(xù)偶極天線供電的方法，該方法包括 將交流電源電連接至變壓器的初級(jí)側(cè)； 將第一同軸饋電線的第一內(nèi)導(dǎo)體電連接在變壓器的次級(jí)側(cè)與線性導(dǎo)體中的驅(qū)動(dòng)間斷部的第一側(cè)之間，第一同軸饋電線包括第一內(nèi)導(dǎo)體和第一外護(hù)套； 將第二同軸饋電線的第二內(nèi)導(dǎo)體電連接在變壓器的次級(jí)側(cè)與線性導(dǎo)體中的驅(qū)動(dòng)間斷部的第二側(cè)之間，第二同軸饋電線包括第二內(nèi)導(dǎo)體和第二外護(hù)套； 通過電容器電連接第一內(nèi)導(dǎo)體和第二內(nèi)導(dǎo)體；以及 將變壓器的次級(jí)側(cè)電連接至第一外護(hù)套和第二外護(hù)套。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，線性導(dǎo)體是連續(xù)的，并且驅(qū)動(dòng)間斷部是非導(dǎo)電磁珠。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法包括從以下至少一種中選擇非導(dǎo)電磁珠鐵氧體、磁性氧化物、磁鐵礦、鐵粉、鐵片、硅鋼顆粒、具有表面絕緣體涂層的五羥基戊鐵粉末。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，連續(xù)線性導(dǎo)體由油井管道組成。
全文摘要
一種偶極天線，其可以通過利用非導(dǎo)電磁珠包圍連續(xù)導(dǎo)體的一部分，并接著橫跨非導(dǎo)電磁珠向連續(xù)導(dǎo)體應(yīng)用電源來創(chuàng)建。非導(dǎo)電磁珠在導(dǎo)體中不需要中斷或間隙的情況下創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)間斷部。電源可以利用各種優(yōu)選屏蔽構(gòu)造來連接至或應(yīng)用至連續(xù)導(dǎo)體，這種屏蔽構(gòu)造包括同軸或?qū)\軸插入或偏置饋電部、三軸插入饋電部、或雙軸偏置饋電部。第二非導(dǎo)電磁珠可以定位成包圍連續(xù)導(dǎo)體的第二部分，以在第一非導(dǎo)電磁珠的任一側(cè)上有效地創(chuàng)建兩個(gè)幾乎等長(zhǎng)的偶極天線部。這些非導(dǎo)電磁珠可以由各種非導(dǎo)電磁性材料組成，并且被預(yù)先成形以供環(huán)繞導(dǎo)體的安裝，或者在地下應(yīng)用中環(huán)繞導(dǎo)體注入?？梢詫?shí)現(xiàn)碳?xì)浠衔锏V的電磁加熱。
文檔編號(hào)H01Q1/04GK102948010SQ201180030605
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者F·E·帕斯切 申請(qǐng)人:哈里公司