[发明专利]用于通过轴向RF耦合器加热烃类矿床的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过射频（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，本发明提供一种用于通过由耦合到RF能量源的套管发射的RF能量加热包含沥青矿石、油砂、油页岩、焦油砂或重油的混合物的方法和装置。

背景技术

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沥青矿石、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，并且适于对沥青、油砂、油页岩、焦油砂及重油的后期挖掘处理。许多沥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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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能量的根据本发明的装置。

图2示出用于将RF能量耦合到线性传导元件的根据本发明的装置。

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发明的装置。

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示出根据本发明的装置，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示出根据本发明的装置，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示出根据本发明的装置，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发明的装置中的RF流的RF轴向反应器。

图13示出根据本发明的装置，包括图12所示的RF轴向反应器。

图14示出本发明的涡流加热机制。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述本发明，其中示出本发明的一个或多个实施例。然而，本发明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，这些实施例是本发明的实例，本发明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。