限定流體通道的傳輸線段耦合器及相關(guān)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及限定流體通道的傳輸線段耦合器及相關(guān)方法。提供一種用于將第一和第二同軸傳輸線段耦合在一起的傳輸線段耦合器，每個(gè)傳輸線段包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞其的外管狀導(dǎo)體以及其間的電介質(zhì)。該耦合器裝置包括：外管狀軸承體，定位在第一和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端內(nèi)；以及內(nèi)管狀軸承體，配置為在所述外管狀軸承體內(nèi)可滑動地移動以與之限定線性軸承。所述內(nèi)管狀軸承體被配置為限定與所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端連通的流體通道。
【專利說明】限定流體通道的傳輸線段耦合器及相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳?xì)浠衔镔Y源回收領(lǐng)域，更特別地，涉及利用RF加熱的碳?xì)浠衔镔Y源回收。
【背景技術(shù)】
[0002]全世界的能量消耗總地來說在增加，并且傳統(tǒng)的碳?xì)浠衔镔Y源正在被消耗。為了試圖滿足需求，可能需要利用非傳統(tǒng)資源。例如，諸如重油之類的非常黏稠的碳?xì)浠衔镔Y源可能陷在焦油砂中，它們的黏稠性質(zhì)導(dǎo)致無法進(jìn)行傳統(tǒng)的油井生產(chǎn)。估計(jì)在這種焦油砂地層中可找到數(shù)萬億桶的油儲備。
[0003]在一些實(shí)例中，目前經(jīng)由露天開采來提取這些焦油砂沉積物。對更深沉積物的原地提取的另一種方法被稱為蒸汽輔助重力泄油(Steam-Assisted Gravity Drainage,SAGD)。在儲層溫度下重油是不動的，因此油通常被加熱以減小其黏度并且使油流可動。在SAGD中，注入井和生產(chǎn)井的對被形成為在地表中橫向延伸。每對注入/生產(chǎn)井包括下方生產(chǎn)井和上方注入井。注入/生產(chǎn)井通常位于下蓋層與上蓋層之間的地層的產(chǎn)油層中。
[0004]上方注入井通常用于注入蒸汽，并且下方生產(chǎn)井收集流出地層的經(jīng)加熱的原油或浙青，以及來自注入蒸汽的凝結(jié)的任何水。注入的蒸汽形成在地層中垂直和水平擴(kuò)張的蒸汽腔。來自蒸汽的熱量減小了重原油或浙青的黏度，這使得其可以向下流入下方生產(chǎn)井中，在那里其被收集和回收。蒸汽和氣體由于其較低的密度而上升，使得蒸汽在下方生產(chǎn)井處不被生產(chǎn)，并且疏水控制被用于實(shí)現(xiàn)相同的效果。諸如甲烷、二氧化碳和硫化氫之類的氣體例如可傾向于在蒸汽腔中上升并且填充油留下的空隙空間，從而限定蒸汽上方的絕緣層。油和水流通過重力驅(qū)動排泄進(jìn)入下方生產(chǎn)井中。
[0005]在大約儲層壓力下操作注入和生產(chǎn)井可解決不利地影響高壓蒸汽過程的不穩(wěn)定性問題。SAGD在適當(dāng)?shù)膬又锌僧a(chǎn)生可高達(dá)地質(zhì)儲量(OOIP)的70%到80%的平滑均勻的產(chǎn)量。SAGD過程可能對頁巖薄層和其他垂直屏障相對敏感，因?yàn)殡S著巖石被加熱，不均勻熱膨脹引起其中的斷裂，從而使得蒸汽和流體可以流過。SAGD的效率可能是較老的蒸汽吞吐(cyclic steam stimulation, CSS)過程的兩倍。
[0006]世界上的許多國家具有大量油砂沉積物，包括美國、俄羅斯和中東的各個(gè)國家。油砂可代表世界總石油資源的三分之二那么多，其中例如在加拿大阿薩巴斯卡油砂中有至少
1.7萬億桶。當(dāng)前，只有加拿大有大規(guī)模的商業(yè)油砂產(chǎn)業(yè)，雖然在委內(nèi)瑞拉也生產(chǎn)少量來自油砂的油。因?yàn)橛蜕爱a(chǎn)量的增加，加拿大已成為美國的石油和成品油的最大單一供應(yīng)者。油砂現(xiàn)在是加拿大石油生產(chǎn)的幾乎一半的來源，雖然由于2008年經(jīng)濟(jì)低迷，關(guān)于新項(xiàng)目的工作已被推遲，而委內(nèi)瑞拉的產(chǎn)量在近年來已在下滑。在其他國家還沒有大量從油砂生產(chǎn)石油。
[0007]Banerjee等人的美國已公布專利申請N0.2010/0078163公開了一種碳?xì)浠衔锘厥者^程，其中提供了三個(gè)井，即用于注入水的最上方井、用于將微波引入儲層中的中間井和用于生產(chǎn)的最下方井。微波發(fā)生器生成微波，這些微波通過一系列波導(dǎo)被引導(dǎo)到中間井上方的區(qū)域中。微波的頻率處于基本上等于水的諧振頻率的頻率，從而水被加熱。
[0008]順著這些思路，Dreher Jr.等人的美國已公布申請N0.2010/0294489公開了使用微波來提供加熱。活化劑在地表下方被注入并被微波加熱，并且活化劑隨后對生產(chǎn)井中的重油加熱。Wheeler等人的美國已公布申請N0.2010/0294489公開了類似的方法。
[0009]Kasevich的美國專利N0.7，441，597公開了使用射頻發(fā)生器來向位于油/氣生產(chǎn)井的水平部分上方的RF井的水平部分施加RF能量。油的黏度由于RF能量而減小，這使得油由于重力而排出。通過油/氣生產(chǎn)井回收油。
[0010]不幸的是，例如由于失敗的取油而引起的利用SAGD提取油的長生產(chǎn)時(shí)間可導(dǎo)致大量熱量損失到鄰近的土壤、蒸汽的過度消耗和回收的高成本。通常還使用大量水資源來利用SAGD回收油，這影響了環(huán)境。有限的水資源也可限制油回收。SAGD例如在永久凍土區(qū)域中也不是可用的過程。
[0011]另外，盡管存在利用RF能量來提供加熱的系統(tǒng)，但這種系統(tǒng)可由于RF源、傳輸線和/或天線之間的阻抗失配而效率低下。這些失配隨著地層加熱的增大而變得尤其嚴(yán)重。另外，這種應(yīng)用可要求高功率水平，高功率水平可導(dǎo)致相對較高的傳輸線溫度，而相對較高的傳輸線溫度可導(dǎo)致傳輸失敗。這也可導(dǎo)致熱膨脹問題，因?yàn)椴煌牟牧峡刹煌嘏蛎?，這可使得難以維持電氣互連和流體互連。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為碳?xì)浠衔镔Y源回收系統(tǒng)和相關(guān)方法提供RF加熱的增強(qiáng)操作特性。
[0013]這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)由一種傳輸線段耦合器提供，該傳輸線段耦合器用于將第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段稱合在一起，該第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的每一個(gè)包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞該內(nèi)管狀導(dǎo)體的外管狀導(dǎo)體以及其間的電介質(zhì)。該耦合器包括:外管狀軸承體，定位在第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端內(nèi)；以及內(nèi)管狀軸承體，被配置為在外管狀軸承體內(nèi)可滑動地移動以與之限定線性軸承。內(nèi)管狀軸承體被配置為限定與第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口端連通的流體通道。因此，該傳輸線段耦合器有利地為傳輸線段提供了機(jī)械、電氣和流體耦合，同時(shí)也適應(yīng)了由于增大的操作溫度引起的材料膨脹，例如在用于碳?xì)浠衔镔Y源回收的地層加熱應(yīng)用中。
[0014]更具體而言，內(nèi)管狀軸承體可包括從外管狀軸承向外延伸的相對的第一末端和第二末端，以及在相對的第一末端和第二末端之間延伸的中間部分。內(nèi)管狀軸承體的中間部分可具有大于外管狀軸承體的長度以定義線狀軸承行程限制。傳輸線段耦合器還可包括承載在第一末端和第二末端的每一個(gè)上的相應(yīng)的密封環(huán)。另外，第一末端和中間部分可以螺紋連接方式耦合在一起。另外，第一末端可被配置為被可滑動地接收在第一同軸傳輸線段的管狀內(nèi)導(dǎo)體的開口末端內(nèi)，并且第二末端可被配置為固定到第二同軸傳輸線段的管狀內(nèi)導(dǎo)體的開口末端。
[0015]傳輸線段稱合器還可包括承載在外管狀軸承體的每一末端上的相應(yīng)的導(dǎo)電彈簧，該導(dǎo)電彈簧被配置為咬合第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的相應(yīng)內(nèi)管狀導(dǎo)體的相應(yīng)開口末端。更具體而言，外管狀軸承體可對于每個(gè)導(dǎo)電彈簧在其外表面上具有相應(yīng)的環(huán)狀彈簧接收溝道。
[0016]傳輸線段耦合器還可包括在第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的相鄰管狀外導(dǎo)體之間限定的接頭內(nèi)的用于外管狀軸承體的電介質(zhì)支撐件。此外，電介質(zhì)支撐件可以有至少一個(gè)流體通道穿過它。作為示例，外管狀體可包括黃銅，并且內(nèi)管狀體可包括銅。
[0017]一種用于加熱有鉆井孔在其中延伸的地層中的碳?xì)浠衔镔Y源的相關(guān)裝置包括:RF天線，被配置為定位在鉆井孔內(nèi)；RF源；以及傳輸線，被配置為定位在鉆井孔中并且耦合在RF天線與RF源之間。傳輸線包括多個(gè)傳輸線片段。每個(gè)傳輸線片段包括:第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段，其中每一個(gè)包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞該內(nèi)管狀導(dǎo)體的外管狀導(dǎo)體以及其間的電介質(zhì)，以及傳輸線段耦合器，例如以上簡要描述的那種。
[0018]—種相關(guān)方法用于制作傳輸線段稱合器，該傳輸線段稱合器用于將第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段耦合在一起，該第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的每一個(gè)包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞該內(nèi)管狀導(dǎo)體的外管狀導(dǎo)體以及其間的電介質(zhì)。該方法包括形成外管狀軸承體，其被定位在第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端內(nèi)。該方法還包括形成內(nèi)管狀軸承體，其被配置為在外管狀軸承體內(nèi)可滑動地移動以與之限定線性軸承，內(nèi)管狀軸承體被配置為限定與第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端連通的流體通道，該方法并且包括將內(nèi)管狀軸承體定位在外管狀軸承體內(nèi)。
[0019]本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)為如下各項(xiàng)。
[0020]1、一種傳輸線段稱合器，用于將第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段稱合在一起，該第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的每一個(gè)包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞該內(nèi)管狀導(dǎo)體的外管狀導(dǎo)體以及其間的電介質(zhì)，該裝置包括:
[0021]外管狀軸承體，定位在所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端內(nèi)；以及
[0022]內(nèi)管狀軸承體，被配置為在所述外管狀軸承體內(nèi)可滑動地移動以與之限定線性軸承，所述內(nèi)管狀軸承體被配置為限定與所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端連通的流體通道。
[0023]2、如項(xiàng)目I所述的傳輸線段耦合器，其中，所述內(nèi)管狀軸承體包括:
[0024]從所述外管狀軸承向外延伸的相對的第一末端和第二末端；以及
[0025]在所述相對的第一末端和第二末端之間延伸的中間部分。
[0026]3、如項(xiàng)目2所述的傳輸線段耦合器，其中，所述內(nèi)管狀軸承體的所述中間部分具有大于所述外管狀軸承體的長度以限定線性軸承行程限制。
[0027]4、如項(xiàng)目2所述的傳輸線段耦合器，還包括承載在所述第一末端和第二末端的每一個(gè)上的相應(yīng)的密封環(huán)。
[0028]5、如項(xiàng)目2所述的傳輸線段耦合器，其中，所述第一末端和所述中間部分以螺紋連接方式稱合在一起。
[0029]6、如項(xiàng)目2所述的傳輸線段耦合器，其中，所述第一端被配置為被可滑動地接收在所述第一同軸傳輸線段的管狀內(nèi)導(dǎo)體的開口末端內(nèi)；并且其中，所述第二端被配置為固定到所述第二同軸傳輸線段的管狀內(nèi)導(dǎo)體的開口末端。
[0030]7、如項(xiàng)目I所述的傳輸線段耦合器，還包括承載在所述外管狀軸承體的每一末端上的相應(yīng)的導(dǎo)電彈簧，該導(dǎo)電彈簧被配置為咬合所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的相應(yīng)內(nèi)管狀導(dǎo)體的相應(yīng)開口末端。
[0031]8、如項(xiàng)目7所述的傳輸線段耦合器，其中，所述外管狀軸承體對于每個(gè)導(dǎo)電彈簧在其外表面上具有相應(yīng)的環(huán)狀彈簧接收溝道。
[0032]9、如項(xiàng)目I所述的傳輸線段耦合器，還包括用于所述外管狀軸承體的電介質(zhì)支撐件，被承載在所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的相鄰管狀外導(dǎo)體之間限定的接頭內(nèi)。
[0033]10、如項(xiàng)目I所述的傳輸線段耦合器，其中，所述電介質(zhì)支撐件有至少一個(gè)流體通道穿過它。
[0034]11、如項(xiàng)目I所述的傳輸線段耦合器，其中，所述外管狀體包括黃銅；并且其中，所述內(nèi)管狀體包括銅。
[0035]12、一種用于加熱有鉆井孔在其中延伸的地層中的碳?xì)浠衔镔Y源的裝置，該裝置包括:
[0036]射頻(RF)天線，被配置為定位在所述鉆井孔內(nèi)；
[0037]RF源；以及
[0038]傳輸線，被配置為定位在所述鉆井孔中并且耦合在所述RF天線與所述RF源之間，所述傳輸線包括多個(gè)傳輸線片段，每個(gè)傳輸線片段包括:
[0039]第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段，其中每一個(gè)包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞該內(nèi)管狀導(dǎo)體的外管狀導(dǎo)體以及其間的電介質(zhì)，以及傳輸線段耦合器，包括:
[0040]外管狀軸承體，定位在所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的所述內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端內(nèi)，以及
[0041]內(nèi)管狀軸承體，被配置為在所述外管狀軸承體內(nèi)可滑動地移動以與之限定線性軸承，所述內(nèi)管狀軸承體被配置為限定與所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的所述內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端連通的流體通道。
[0042]13、如項(xiàng)目12所述的裝置,其中,所述內(nèi)管狀軸承體包括:
[0043]從所述外管狀軸承向外延伸的相對的第一末端和第二末端；以及
[0044]在所述相對的第一末端和第二末端之間延伸的中間部分。
[0045]14、如項(xiàng)目13所述的裝置，其中，所述內(nèi)管狀軸承體的所述中間部分具有大于所述外管狀軸承體的長度以限定線性軸承行程限制。
[0046]15、如項(xiàng)目13所述的裝置，還包括承載在所述第一末端和第二末端的每一個(gè)上的相應(yīng)的密封環(huán)。
[0047]16、如項(xiàng)目13所述的裝置，其中，所述第一末端和所述中間部分以螺紋連接方式
奉禹合在一起。
[0048]17、如項(xiàng)目13所述的裝置，其中，所述第一末端被配置為被可滑動地接收在所述第一同軸傳輸線段的所述管狀內(nèi)導(dǎo)體的開口末端內(nèi)；并且其中，所述第二末端被配置為固定到所述第二同軸傳輸線段的所述管狀內(nèi)導(dǎo)體的開口末端。
[0049]18、如項(xiàng)目12所述的裝置，還包括承載在所述外管狀軸承體的每一端上的相應(yīng)的導(dǎo)電彈簧，該導(dǎo)電彈簧被配置為咬合所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的相應(yīng)內(nèi)管狀導(dǎo)體的相應(yīng)開口末端。[0050]19、如項(xiàng)目12所述的裝置，還包括在所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的相鄰管狀外導(dǎo)體之間限定的接頭內(nèi)的用于所述外管狀軸承體的電介質(zhì)支撐件。
[0051]20、一種用于制作傳輸線段稱合器的方法,該傳輸線段稱合器用于將第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段稱合在一起，該第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的每一個(gè)包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞該內(nèi)管狀導(dǎo)體的外管狀導(dǎo)體以及其間的電介質(zhì)，該方法包括:
[0052]形成外管狀軸承體，其被定位在所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端內(nèi)；以及
[0053]形成內(nèi)管狀軸承體，其被配置為在所述外管狀軸承體內(nèi)可滑動地移動以與之限定線狀軸承，所述內(nèi)管狀軸承體被配置為限定與所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端連通的流體通道；以及
[0054]將所述內(nèi)管狀軸承體定位在所述外管狀軸承體內(nèi)。
[0055]21、如項(xiàng)目20所述的方法，其中，形成所述內(nèi)管狀軸承體包括將所述內(nèi)管狀軸承體形成為包括從所述外管狀軸承向外延伸的相對的第一末端和第二末端，以及在所述相對的第一末端和第二末端之間延伸的中間部分。
[0056]22、如項(xiàng)目21所述的方法，其中，形成所述內(nèi)管狀軸承體包括形成所述內(nèi)管狀軸承體以使得所述內(nèi)管狀軸承體的中間部分具有大于所述外管狀軸承體的長度以限定線性軸承行程限制。
[0057]23、如項(xiàng)目21所述的方法，還包括在所述第一末端和第二末端的每一個(gè)上的定位相應(yīng)的密封環(huán)。
[0058]24、如項(xiàng)目21所述的方法，其中，形成所述內(nèi)管狀軸承體包括將所述第一末端和所述中間部分以螺紋連接方式耦合在一起。
[0059]25、如項(xiàng)目20所述的方法，還包括在所述外管狀軸承體的每一末端上定位相應(yīng)的導(dǎo)電彈簧，每個(gè)導(dǎo)電彈簧被配置為咬合所述第一同軸傳輸線段和第二同軸傳輸線段的相應(yīng)內(nèi)管狀導(dǎo)體的相應(yīng)開口末端。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0060]圖1是根據(jù)本發(fā)明用于在地層中加熱碳?xì)浠衔镔Y源的裝置的示意性框圖。
[0061]圖2是示出來自圖1的裝置的傳輸線、液體電介質(zhì)巴倫(balun)和液體調(diào)諧腔的示意性橫截面圖。
[0062]圖3是來自圖1的裝置的巴倫的實(shí)施例的橫截面透視圖。
[0063]圖4是不同流體水平下圖4的巴倫的扼流電抗和諧振頻率的曲線圖。
[0064]圖5是圖2的巴倫的下端的實(shí)施例的示意性橫截面視圖，示出了用于向其中添加/去除流體和/或氣體的方法。
[0065]圖6是圖2的巴倫的示意性電路表示，其還包括第二巴倫。
[0066]圖7是與圖1的裝置結(jié)合使用的傳輸線段耦合器的透視圖。
[0067]圖8是圖7的傳輸線段耦合器的端視圖。
[0068]圖9是圖7的傳輸線段耦合器的橫截面視圖。
[0069]圖10是圖7的內(nèi)導(dǎo)體傳輸線段耦合器的橫截面視圖。
[0070]圖11和12分別是圖7的傳輸線段耦合器的完全分解和部分分解視圖。[0071]圖13是用于圖1的裝置的示范性流體源配置的示意性框圖。
[0072]圖14、15和16是示出與圖1的裝置相關(guān)聯(lián)的方法方面的流程圖。
[0073]圖17是示出圖1的裝置的各種示例液體調(diào)諧腔配置的操作特性的史密斯圓圖。
【具體實(shí)施方式】
[0074]現(xiàn)在將在下文中參考附圖來更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于本文記載的實(shí)施例。更確切地說，提供這些實(shí)施例是為了使得本公開將會透徹且完整，并且將會向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相似的附圖標(biāo)記始終指代相似的元素。
[0075]—開始參考圖1，首先描述用于加熱具有鉆井孔33的地層32中的碳?xì)浠衔镔Y源31 (例如油砂等等)的裝置30。在圖示的示例中，鉆井孔33是橫向延伸的鉆井孔，雖然系統(tǒng)30在不同的配置中可結(jié)合垂直或其他鉆井孔使用。系統(tǒng)30還包括用于RF天線或換能器35的射頻(RF)源34，其中RF天線或換能器35定位在鉆井孔33中鄰近碳?xì)浠衔镔Y源31處。RF源34定位在地層32上方，并且例如可以是RF功率發(fā)生器。在示范性實(shí)現(xiàn)方式中，橫向延伸的鉆井孔33在地層32內(nèi)可延伸幾百米。另外，典型的橫向延伸鉆井孔33可具有約十四英寸以下的直徑，雖然在一些實(shí)現(xiàn)方式中可使用更大的鉆井孔。雖然沒有示出，但在一些實(shí)施例中，在鉆井孔33下方可使用第二或生產(chǎn)鉆井孔，例如SAGD實(shí)現(xiàn)方式中將會找到的那種，用于收集通過加熱從地層32釋放的石油等等。
[0076]傳輸線38在鉆井孔33內(nèi)、RF源34與RF天線35之間延伸。RF天線35包括內(nèi)管狀導(dǎo)體36、外管狀導(dǎo)體37和有利地用作偶極天線的其他電氣方面。這樣，RF源34可用于差分地驅(qū)動RF天線35。也就是說，RF天線35可具有可從非平衡驅(qū)動信號驅(qū)動的平衡設(shè)計(jì)。地下加熱應(yīng)用的典型頻率范圍操作可在約IOOkHz到IOMHz的范圍，并且例如具有若干兆瓦的功率水平。然而，將會明白，在不同實(shí)施例中可使用其他配置和操作值。
[0077]電介質(zhì)可分隔開內(nèi)管狀導(dǎo)體36和外管狀導(dǎo)體37，并且這些導(dǎo)體在一些實(shí)施例中可以是同軸的。然而，將會明白，在不同實(shí)施例中可使用其他天線配置。外管狀導(dǎo)體37通常將會部分或完全暴露以將RF能量輻射到碳?xì)浠衔镔Y源31中。
[0078]傳輸線38可包括多個(gè)分離的片段，這些片段隨著RF天線35沿著鉆井孔33被推進(jìn)或饋給而相繼耦合在一起。傳輸線38還可包括內(nèi)管狀導(dǎo)體39和外管狀導(dǎo)體40，內(nèi)管狀導(dǎo)體39和外管狀導(dǎo)體40例如可由電介質(zhì)材料分隔開。如果需要，電介質(zhì)也可圍繞外管狀導(dǎo)體40。在一些配置中，內(nèi)管狀導(dǎo)體39和外管狀導(dǎo)體40可以是同軸的，雖然在其他實(shí)施例中也可使用其他傳輸線導(dǎo)體配置。
[0079]裝置30還包括巴倫(balun，或稱為換衡器)45，其在鉆井孔內(nèi)鄰近RF天線35處耦合到傳輸線38。一般來說，巴倫45用于饋給RF天線35所引起的電流的共模抑制。更具體而言，巴倫45可用于將許多電流限制到RF天線35，而不是例如允許其傳播回到傳輸線的外導(dǎo)體40，從而幫助維持期望位置處的體積加熱，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效、安全且順應(yīng)電磁干擾(EMI)要求的操作。
[0080]然而，在鉆井孔33內(nèi)深處鄰近RF天線35的地方(例如，井下幾百米處)實(shí)現(xiàn)巴倫并且一旦部署了就不再接近，這對典型的電氣或機(jī)械控制的巴倫可能是成問題的。希望有可變的操作頻率來促進(jìn)向RF天線35和地層32進(jìn)行最優(yōu)功率傳送，其中地層32是隨著加熱而隨時(shí)間變化的。四分之一波長類型的巴倫很適合于鉆孔RF天線35的操作特性，這是由于相對較高的長度對直徑縱橫比和相對較低的損耗，這帶來了增強(qiáng)的系統(tǒng)效率。然而，這種配置也是相對窄帶的，意味著其在井的壽命期間可需要若干次調(diào)整，并且相對較高的物理縱橫比也可加劇由導(dǎo)體之間的小徑向間距引起的電壓擊穿問題。
[0081]更具體而言，當(dāng)為了碳?xì)浠衔锛訜釕?yīng)用而嘗試在地層深處部署巴倫時(shí)，可存在若干困難之處。雖然一些巴倫配置利用機(jī)械滑動短路件配置以改變阻抗設(shè)定，但考慮到用于碳?xì)浠衔锛訜岬南鄬^長的波長，這可導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)這種機(jī)械調(diào)諧配置。也就是說，在典型的鉆井孔尺寸和低頻率操作下，滑動短路件為了覆蓋期望的操作范圍而所需要的行進(jìn)距離可能是不現(xiàn)實(shí)的。另外，這可能也要求必須有相對復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)來移動滑動短路件，這要求移動經(jīng)過電絕緣體和電機(jī)，其可能難以裝入井的有限空間約束內(nèi)。另外，大幅地增大典型鉆井孔和傳輸線的尺寸以適應(yīng)這種機(jī)械調(diào)諧特征是極為昂貴的。
[0082]另外轉(zhuǎn)向圖2和圖3，不是利用諸如滑動短路件之間的機(jī)械調(diào)諧配置，巴倫45有利地包括限定液體腔50的主體，液體腔50被配置為在其中接收某個(gè)量的電介質(zhì)液體51。另夕卜，巴倫45可被配置為在其中接收可調(diào)整或可改變量的電介質(zhì)液體以有利地提供可調(diào)整的頻率操作，因?yàn)镽F天線35的操作特性在加熱過程期間變化，從而要求在變化的頻率下的操作。
[0083]更具體而言，巴倫45的主體包括圍繞同軸傳輸線的管狀主體。管狀主體包括縱向耦合在傳輸線的外導(dǎo)體40和RF天線35之間的導(dǎo)電部分52和絕緣部分53。絕緣部分53可包括固體絕緣材料，雖然其在一些實(shí)施例中也可包括非固體絕緣體。另外，一個(gè)或多個(gè)短路導(dǎo)體54(其可利用有(一個(gè)或多個(gè))流體開口穿過它的環(huán)狀導(dǎo)電環(huán)來實(shí)現(xiàn))電氣耦合在導(dǎo)電部分52與同軸傳輸線38之間，更具體而言是耦合在導(dǎo)電部分52與同軸傳輸線的外導(dǎo)體40之間。導(dǎo)電部分52可充當(dāng)傳輸線38的包層或保護(hù)性外殼，并且通常將會包括具有充分的剛性以允許傳輸線被向下推進(jìn)到鉆井孔33中的金屬(例如鋼鐵等等)。絕緣部分可包括電介質(zhì)材料，例如高溫復(fù)合材料，其也具有充分的剛性以抵抗推進(jìn)到鉆井孔中和升高的熱量水平，雖然也可使用其他適當(dāng)?shù)慕^緣體材料。替換實(shí)施例也可利用流體或氣體來形成此絕緣體。
[0084]如下文將進(jìn)一步論述的，在一些實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體39內(nèi)的空間限定電介質(zhì)液體回路的第一通道(例如，供應(yīng)通道)，并且內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體40之間的空間限定電介質(zhì)液體回路的第二通道(例如，返回通道)。電介質(zhì)液體回路允許流體(例如，諸如礦物油、硅油、去離子水、酯基油等等之類的液體)通過同軸傳輸線38循環(huán)。此流體可具有多個(gè)功能，包括將傳輸線保持在期望的操作溫度范圍內(nèi)，因?yàn)榭紤]到用于供應(yīng)RF天線35的相對較高的功率和碳?xì)浠衔飪拥臏囟?，不然的話就可能發(fā)生傳輸線的過度加熱。此流體的另一功能可以是增強(qiáng)同軸結(jié)構(gòu)(包括巴倫)的高電壓擊穿特性。在有液體回路可用的情況下，巴倫45有利地還包括一個(gè)或多個(gè)閥55,用于選擇性地傳輸來自流體回路中的液體腔50的電介質(zhì)液體51(例如，返回通道)。這有利地允許了根據(jù)需要從液體腔50中排出液體51。作為示例，閥55可包括壓力促動閥，并且裝置30還可包括與液體電介質(zhì)發(fā)生流體連通耦合的壓力(例如氣體)源28，以根據(jù)需要促動閥。例如，氣體源28可以是氮?dú)饣蚱渌m當(dāng)?shù)臍怏w源，其具有相對較低的介電常數(shù)(Er)值，這使得較重的流體經(jīng)由閥55選出。替換實(shí)施例可利用孔口來取代閥，并且動態(tài)調(diào)整來自地表的氣體壓力以改變液體腔50中的液體水平。[0085]液體腔50由擋液塞56限定，擋液塞56位于液體腔的一端附近并且將巴倫45與RF天線35分離開來。也就是說，擋液塞56將電介質(zhì)流體51保持在液體腔50內(nèi)、RF天線35外，并且限定了巴倫45的“底”端或遠(yuǎn)端。液體電介質(zhì)源29 (以及可選的壓力/氣體源)可通過在導(dǎo)電部分52 (B卩，外殼體)與外導(dǎo)體40之間限定的通道經(jīng)由井口處的環(huán)來供應(yīng)液體腔50。在一些實(shí)施例中，另一個(gè)閥(未不出)I禹合在內(nèi)導(dǎo)體39與外導(dǎo)體40之間以根據(jù)需要從冷卻回路(即，從供應(yīng)通道)供應(yīng)電介質(zhì)流體到液體腔50中。另一個(gè)方法是在外導(dǎo)體40與殼體之間(或殼體外部)鋪設(shè)單獨(dú)的管道來向液體腔50供應(yīng)電介質(zhì)流體或從液體腔50排出電介質(zhì)流體。一般來說，可能希望對電介質(zhì)液體51進(jìn)行過濾或者以其他方式用凈化的電介質(zhì)液體來替換液體腔中的電介質(zhì)液體以維持期望的操作特性。
[0086]因此，上述配置可有利地用于提供具有固定機(jī)械尺寸的相對較大規(guī)模且可調(diào)整的四分之一波長巴倫，而無需移動機(jī)械部件。更確切地說，僅利用可調(diào)整的電介質(zhì)流體水平和氣體就可有利地將巴倫45調(diào)諧到期望的諧振頻率，而電介質(zhì)流體水平和氣體可以容易地根據(jù)需要從井口控制。這樣，此配置有利地幫助避免了與在鉆井孔33內(nèi)的相對空間受約束并且遙遠(yuǎn)的位置中實(shí)現(xiàn)滑動短路件或其他機(jī)械調(diào)諧配置相關(guān)聯(lián)的困難之處。另外，使用電介質(zhì)流體幫助了在巴倫45內(nèi)部提供改善的電介質(zhì)擊穿強(qiáng)度以允許高功率操作。
[0087]將參考圖4的曲線圖57來進(jìn)一步理解巴倫的操作，圖4示出了模型液體巴倫58的仿真性能。在圖示的示例中，對于內(nèi)導(dǎo)體使用3-1/8英寸的直徑，并且對于外導(dǎo)體使用十英寸的直徑，外導(dǎo)體具有0.1英寸的壁厚度。對于模型巴倫58使用IOOm的整體長度，并且示出了從IOm到IOOm范圍中的各種流體長度的各種電抗/頻率值。在仿真中使用具有2.25的Er和大約O的tan(d)的電介質(zhì)流體(即，礦物油)。
[0088]將會明白，可調(diào)諧帶寬的范圍與相對介電常數(shù)的平方根成比例，如下:
【權(quán)利要求】
1.一種傳輸線段稱合器，用于將第一和第二同軸傳輸線段稱合在一起，第一和第二同軸傳輸線段每個(gè)包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞內(nèi)管狀導(dǎo)體的外管狀導(dǎo)體以及在它們之間的電介質(zhì)，所述裝置包括: 外管狀軸承體，位于第一和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端內(nèi)；以及 內(nèi)管狀軸承體，配置為在所述外管狀軸承體內(nèi)可滑動地移動以與其定義線性軸承，所述內(nèi)管狀軸承體配置為定義與第一和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端連通的流體通道。
2.如權(quán)利要求1所述的傳輸線段耦合器，其中所述內(nèi)管狀軸承體包括: 從所述外管狀軸承向外延伸的相對的第一和第二末端；以及 延伸于所述相對的第一和第二末端之間的中間部分。
3.如權(quán)利要求2所述的傳輸線段耦合器，其中所述內(nèi)管狀軸承體的中間部分的長度大于所述外管狀軸承體以定義線性軸承行程限制。
4.如權(quán)利要求2所述的傳輸線段耦合器，其中所述第一末端和所述中間部分螺紋耦合在一起。
5.如權(quán)利要求2所述的傳輸線段耦合器，其中所述第一末端配置為可滑動地接收在所述第一同軸傳輸線段的管狀內(nèi)導(dǎo)體的開口末端內(nèi)，其中所述第二末端配置為固定到所述第二同軸傳輸線段的管狀內(nèi)導(dǎo)體的開口末端。
6.一種制造傳輸線段稱合器的方法，所述傳輸線段稱合器用于將第一和第二同軸傳輸線段耦合在一起，第一和第二同軸傳輸線段每個(gè)都包括內(nèi)管狀導(dǎo)體和圍繞內(nèi)管狀導(dǎo)體的外管狀導(dǎo)體以及在它們之間的電介質(zhì)，所述方法包括: 形成外管狀軸承體，所述外管狀軸承體位于第一和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端內(nèi)； 形成內(nèi)管狀軸承體，所述內(nèi)管狀軸承體配置為在所述外管狀軸承體內(nèi)可滑動地移動以與其定義線性軸承，所述內(nèi)管狀軸承體配置為定義與第一和第二同軸傳輸線段的內(nèi)管狀導(dǎo)體的相鄰開口末端連通的流體通道；以及 將所述內(nèi)管狀軸承體定位在所述外管狀軸承體內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中形成所述內(nèi)管狀軸承體包括形成所述內(nèi)管狀軸承體以包括從所述外管狀軸承向外延伸的相對的第一和第二末端、以及延伸于所述相對的第一和第二末端之間的中間部分。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述內(nèi)管狀軸承體包括形成所述內(nèi)管狀軸承體使得所述內(nèi)管狀軸承體的中間部分的長度大于所述外管狀軸承體以定義線性軸承行程限制。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述內(nèi)管狀軸承體包括將所述第一末端和所述中間部分螺紋耦合在一起。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括將相應(yīng)的導(dǎo)電彈簧定位在所述外管狀軸承體的每個(gè)末端上，每個(gè)導(dǎo)電彈簧配置為咬合第一和第二同軸傳輸線段的相應(yīng)內(nèi)管狀導(dǎo)體的相應(yīng)開口末端。
【文檔編號】F16L25/01GK103972671SQ201410045346
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】T·迪特莫, M·漢, R·和維特, B·懷特 申請人:哈里公司