[发明专利]用于地表下的碳氢化合物加热的原位环形天线阵列

说明书

技术领域

本发明涉及通过射频电磁波(RF)对地质地表下地层中的碳氢化合物材料的加热。更具体而言，涉及通过从一个或多个多边形天线发射的RF能量来进行加热。

背景技术

从包含油砂沉积物、页岩沉积物以及碳酸盐沉积物的稠油油藏中进行提取要求对沉积物进行加热，以将碳氢化合物与其它地质材料分离，并将碳氢化合物维持在它们将流动的温度。对这样的沉积物进行加热的已知方法包括蒸汽加热、电阻加热以及通过RF能量的加热。

通过现有的RF系统加热地表下的含稠油地层效率不高，因为传统方法要匹配功率源(发射器)以及被加热的不均匀材料的阻抗，不均匀的加热导致被加热的材料中的的热梯度无法接受，电极/天线的间距效率低下，与被加热材料的电耦合差，由于天线构成和所使用的频率，由现有的天线发射的能量和发射的频率对待加热的材料的穿透有限。现有用于对地表下地层中的稠油进行RF加热的天线通常是偶极天线。美国专利4,140,179和4,508,168公开了位于地表下稠油沉积物内以加热那些沉积物的现有偶极天线。

偶极天线阵列被用于加热地表下地层。美国专利No.4,196,329公开了被异相地驱动以加热地表下地层的偶极天线阵列。

发明内容

本发明的一个方面涉及加热地表下地层的环形天线阵列，所述环形天线阵列包括：位于地表下地层内的第一环形天线，该第一环形天线大致位于第一平面内，并大体构成半径为r的圆弧；以及位于地表下地层内的第二环形天线，该第二环形天线与第一天线相邻，大体构成半径为r的第二圆弧，并且大致位于第二平面内，第二平面平行于第一平面，并与第一平面相隔距离r。

本发明的另一方面涉及加热地表下地层的方法，该方法包括：将大体沿着半径为r的第一圆弧的并且大体在第一平面内的第一环形天线置于地表下地层内；将大体沿着半径为r的第二圆弧的并且大体在第二平面内的第二环形天线置于地表下地层内，第二平面大致平行于第一平面并与第一平面相隔距离r；以及，向所述第一和第二天线提供相等的频率、振幅以及相位的RF能量。

本发明的另一方面涉及近似于螺旋状以形成用于加热地表下地层的环形天线阵列的环形天线。该天线构成位于地表下地层内的第一环路，该第一环路大致位于第一平面内，并由从第一位置延伸到第二位置的天线的第一多个相连的段形成。天线还构成位于地表下地层内的第二环路，该第二环路大致位于第二平面内，与第一环路分离，并由从第三位置延伸到第四位置的天线的第二多个相连的段所形成。天线的一个段从第二位置延伸到第三位置。

附图说明

图1是通过偶极天线对地表下地层进行模拟加热的例示。

图2是通过环形天线对地表下地层进行模拟加热的例示。

图3示出了根据本发明的通过多边形环形天线对油砂地层进行加热。

图4示出了构成四边形以接受根据本发明的环形天线的链接的钻孔的地层。

图5示出了图4所示的钻孔中的根据本发明的天线。

图6是根据本发明的地表下多边形环形天线阵列的等距视图。

图7示出了由图6所示出的多边形环形天线阵列所产生的磁性近场。

图8是根据本发明的通过一系列部分环路近似于螺旋状的地下天线的等距视图。

图9示出了由Litz导体所形成的根据本发明的天线的横断面。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述本发明，在附图中，示出了本发明的各实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来实现，并且不应该被理解为仅限于此处所阐述的实施例。相反地，这些实施例是本发明的示例，本发明具有由权利要求书的语言所指出的全部的范围。相同的编号通篇表示的相同的元件。

地表下地层通过来自被置于要加热的材料内并因此被这些材料包围的天线的RF辐射来加热。地表下材料主要在嵌入的天线的无功近场区被加热。因此，通过偶极天线对地表下材料的加热主要通过近场电(E)场的电介质加热而实现。如图1所示，对与偶极天线相邻的均质材料的加热，如通过吸收率所评估的，沿着天线的长度有显著差异。对天线附近的材料的剧烈加热是不希望的，因为对小区域的剧烈加热不是对能量的有效利用，并且还因为对地表下地层的过分加热会产生不能渗透的材料，并阻止或阻碍对碳氢化合物材料的提取。