[发明专利]一种带有H型裂缝的同轴加热微波天线和集束型微波天线

说明书

本发明公开了一种带有H型裂缝的同轴加热微波天线和集束型微波天线，属于天然气水合物开采技术领域，包括内导体、外导体以及填充介质，所述内导体同轴设置在外导体内，且在天线微波输出端口侧，内导体延伸出外导体；所述填充介质填充在内导体和外导体之间；所述外导体上开设有H型裂缝，且沿外导体轴向以等幅同相馈电的方式至少排布有两圈H型裂缝，每一圈均匀分布有四个H型裂缝。本发明提出的天线保证2.45GHz频率的微波可通过裂缝辐射加热二次生成的天然气水合物，同时只传输TEM模的微波，用于高效长距离低损耗加热二次生成的天然气水合物。

技术领域

本发明属于天然气水合物开采技术领域，具体涉及一种带有H型裂缝的同轴加热微波天线和集束型微波天线。

背景技术

目前降压法是天然气水合物常用的开采方法之一。研究表明，在采用降压法开采天然气水合物的后序阶段会因前期天然气水合物大量分解吸热导致热量供给不足，由于焦耳—汤姆森效应的存在，水、天然气气体在低温高压条件下，极易使天然气水合物在储层产气通道、井筒、防喷器(BOP)、节流管线等部位再次生成，堵塞情况严重会影响气体运移速率甚至堵塞气体运移通道，造成产气率下降或停产的风险。

为消除或抑制降压开采过程中的二次天然气水合物，供给热量可从机理上恢复产气效率。传统的加热方式加热速率慢、热量损失大，相比之下，电磁加热法可根据需要快速加热，且天然气水合物是一种极性分子，在微波/射频的作用下会分解。微波是频率在300MHz～300000MHz之间的超高频率的电磁波，在工业中常用来做加热的微波频率为2450MHz和915MHz。由于微波与一些极性物质或分子相互作用会被吸收产生热效应，因而广泛的应用于非常规油气资源(油页岩、重油、油砂)的开采中。据研究，除加热作用外，微波对于天然气水合物的开采过程还可能具有造缝和非热效应。

目前国内外的研究多集中在微波天线加热重油的研究及微波加热天然气水合物的机理研究方面，而对于微波加热天然气水合物的具体电磁波加热器的结构设计研究较少。如专利文献号为CN103296430A的专利文献中公开了一种同轴线裂隙天线；专利文献号为CN104383866A的专利文献的中公开了一种使用同轴裂隙天线的微波反应装置及其应用，虽然上述专利中公开了同轴线裂隙天线的结构，但由于用于加热天然气水合物的天线与加热重油的天线因为开采条件的不同而有所区别，针对天然气水合物开采过程中天然气水合物二次生成的现象，有必要根据天然气水合物的开采条件设计一种适用于加热天然气水合物的电磁波加热器的天线。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有H型裂缝的同轴加热微波天线和集束型微波天线，用于解堵天然气水合物开采过程中二次生成的天然气水合物。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：

本发明提出了一种带有H型裂缝的同轴加热微波天线，包括内导体、外导体以及填充介质，所述内导体同轴设置在外导体内，且在天线微波输出端口侧，内导体延伸出外导体；所述填充介质填充在内导体和外导体之间；其特征在于：所述外导体上开设有H型裂缝，且沿外导体轴向以等幅同相馈电的方式至少排布有两圈H型裂缝，每一圈均匀分布有四个H型裂缝。

进一步，所述内导体延伸出外导体的延伸长度为微波有效波长的四分之一。

进一步，所述内导体呈圆柱形结构，内导体的半径为4.5mm；所述外导体为中空圆筒形结构，外导体的外径30mm，外导体的壁厚3mm，沿外导体的轴向相邻两个H型裂缝之间的间距为35mm，靠近天线微波馈入端一侧的H型裂缝距离天线微波馈入端16mm；所述H型裂缝的缝宽2mm，每个H型裂缝的周向长度为12mm，轴向长度为14mm。

进一步，所述内导体的材质选用铜、铝、镍络合金、铂、银或铁。

进一步，所述外导体的材质选用不锈钢。

进一步，所述填充介质为聚四氟乙烯或聚醚醚酮。