含烃组成物的提取和处理的制作方法

专利名称：含烃组成物的提取和处理的制作方法
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本发明涉及到烃的提取处理，特别地涉及到为达到高效的提取处理而进行的烃质组成物的原位加热。
背景技术：
-在先技术讨论
北美的油页岩和沥青砂矿藏中含有的烃质原料足以使其在可预测的将来能为全世界供应烃产品。大量沉积于北美大陆的某些含烃资源的大规模的商业开发受到一系列难题的阻碍，特别是提取的成本和潜在的重大消极环境影响。在美国也有丰富的油页岩，但有效燃料采收的成本通常却不具有竞争性。估计在加拿大西部有巨大储量的沥青砂的情况也如此。此外，在常规生产的油井中，由于提取的额外费用，重油或稠油通常被置于未被利用的的状态。这些类型的烃沉积物正在变得日益重要，因为低粘度原油的储量正在被快速地消耗。像油页岩、沥青砂和煤的原料可通过经受热处理产生气体和烃质液体。通常，加热能产生对于采收而言必要的多孔性、渗透性和/或流动性。油页岩是沉积岩，其在热解或蒸馏下产生称作页岩油的可凝缩液体和不可凝缩的气态烃。可凝缩液体能够被精炼成类似于石油产品的产物。油砂是砂、水和沥青的不稳定混合物，通常沥青以围绕水封的砂粒的薄膜的形式存在。虽然有些困难，但是通过各种类型的加热处理可以释放沥青，沥青是高粘性的柏油状原油。在油页岩或者其它固体或半固体烃质原料的分解蒸馏中，将固体原料加热至适当的温度并将释放出来的产物回收。然而，在实际当中，该方法的效率受到限制，妨碍了大规模商业化应用的实现。例如，油页岩中所期望的被称为“油母质”的有机组分占本体页岩原料的相对小的百分比，因此为了生成相对少量有用的最终产物必须将非常大的体积的页岩加热至升高的温度。大量原料的处理本身就是一个难题，废物的处理也如此。还有，加热页岩需要相当大的能量，加热过程的效率以及相对均匀和迅速地加热的要求成了结果的限制性因素。对于沥青砂的情况而言，与采收的产物的数量相比较，需要处理的原料的体积也是相对较大的，因为按重量计沥青通常仅仅占总量的约百分之十。即使在最佳的情况下，沥青砂的原料处理也是特别困难的。这种处理潜在会导致极大的负面环境影响。对于烃质沉积矿物的处理和采收，已经提出了许多的建议，这些建议可以粗略性地规为原位方法。这些方法可以涉及到原料在原地的地下加热或干馏，很少或不存在组成物中的固体原料的开采或处理。可以通过泵系统将包括粘度降低的被加热液体的组成物的有用组分汲取至表面，或通过注入技术迫使其到达表面。这样的方法要成功使用的话，为实现提取所需要的能量数必须最小化。采用射频加热相对较大体积的烃质组成物的建议例示在下面的美国专利公开的内容1979年Bridges等人的No.4,140,180；1979年Rowland等人的No.4,135,579；1979年Kasevich等人的No.4,140,179；Bridges等人(1980)的No.4,144,935；1980年Dauphine的No.4,193,451；1984年Kasevich等人的No.4,457,365；1984年Copl和与and的No.4,470,459；1985年Rundell等人的No.4,513,815；1992年Supernaw等人的No.5,109,927；1993年Edelstein等人的Pat.No.5,236,039和2001年Kasevich等人的No.6,189,611。建议的一种电学原位方法是使用置于在例如沥青砂组成物的组成物中的塑料或其他介电外壳内的一套偶极天线阵列。VHF或UHF将供给天线以能量并导致发射辐射场至沉积矿内。然而，在这些频率下以及考虑到组成物的电学性能，在离天线的距离增加时，场强迅速下降。结果是，为获得对组成物整体的至少最低程度的平均加热，不均匀的加热将导致组成物的部分的低效过热。另一以往的建议采用组成物的原位电感应加热。像在其它的建议中那样，该方法依赖于即使在最佳条件下也是有限的组成物固有的传导能力。特别地，通过形成地下环形感应线圈和使电流通过该数匝线圈可以在组成物中诱导次级感应加热电流。钻出垂直和水平的钻孔形成地下环线圈，将导体穿过钻孔以形成数匝环线圈。然而，随着组成物被加热，水蒸气从中移走，组成物电阻变大，为了提供所期望的加热就需要更大的电流。一般而言，上面提到的技术受限于感兴趣的整体组成物的相对较低的热导率和电导率。因此，源于不均匀加热的低效率使现有技术低速且效率较差。目前，最为在商业上接受的从油沥青砂中原位提取烃的方法是蒸汽驱法，该方法联合使用蒸汽或其它气体的压力以及RF来降低粘度，从而迫使油穿过砂到达附近的生产油井。该方法需要极大数量的通常与天然气一起产生的高压蒸汽。缺点是，由于原油的价格上涨，天然气的价格也因此上涨，增加了使用蒸汽驱方法的成本。已经有对蒸汽驱方法可干扰天然气压力的指责；因此油气生产者想要在沥青的采收之前提取天然气。但是，蒸汽驱沥青采收方法的使用者需要来自天然气储藏中的地下压力以协助蒸汽驱法。天然气储量的损失使蒸汽驱法很不经济。期望进行需要采收的烃质含量物的受控或均匀温度加热，但目前的方法不能达此目标。相反，目前的方法通常造成非均匀温度分，这可以导致需要组成物的部分的低效过热。局部区域的极端温度可能对生产量造成损害，例如可能发生碳化、固体石蜡结皮以及导体之间的击穿。此外，水的汽化产生对频率波到达需要加热的物质的通道有不利影响的蒸汽。以前的从这些类型的组成物中提取烃的建议中都没有提供在提取到陆地表面之前从有价值的烃中分离杂质的方法。加热油的中砂的冲洗通常需要蒸汽或其它的耗能过程。沥青砂中的杂质包含量可能是所期望的烃的十倍。结果是，若要提取足量的烃以满足北美及全球的油的需求的话，则将存在着与不需要的杂质的处理相关的相当大的负面环境影响。油中砂的冲洗的另一个问题是大规模生产时所需要的水的量。这将不仅需要巨大数量的新鲜的水，所得到的污染水的处理也将是个重要的问题。需要从烃中分离不期望的有机和无机物质，如重金属、硫等等，也将带来额外的环境方面的难题。此外，将大量的加热沥青和重油提取到陆地表面可能会在随即的冲洗、原油储藏、分离和精炼过程之中将相当量的温室气体及其它污染物释放到大气当中。虽然在过去当中已经使用过RF介电加热系统来加热含烃组成物，但仍然需要有改进的装置和方法的技术，以便能迅速、有效并均匀地加热存在于沥青和/或个别的烃组分中的特定的化学组分。还存在从烃中分离不需要的物质并将之通常留存于其原始环境中待处理的方法的显著需求。
电容式RF介电加热的缺点
已知的电容式RF介电加热方法的一个具体的缺点就是在非均匀介质中潜在的热失控或炽热点，因为介电损耗通常是温度的强关联函数。电容式加热的另一个缺点是，如果通过样品的电场强度过高的话，会发生潜在的电介质崩溃(击穿)。更厚的样品加上更少的空气间隙可以允许更低电压下的操作。
在先技术


图1-4(在先技术)显示了已知的电容式RF介电加热系统的实例。将高压RF频率的正弦波AC讯号施加到置于电介质24相对侧的一组平行电极20和22上。要被加热的介质24位于电极20和22之间的定义为产物处理区的区域中。由于在介质中极性分子对施加的AC电场以相反的方式排列和转动的结果，AC位移电流流过介质24。不是出现直接传导，而是由于有效电荷来回旋转的极性分子使得有效AC电流流过电容器。加热的产生是因为这些极性分子在转动时与邻近的分子之间产生的相互作用导致晶格及摩擦损失。图1的装置的总电学等效电路因此即为如图2A所示的电容器平行于电阻器。相对于施加的RF电压，存在电流的同相IR分量和非同相Ic分量。同相分量IR对应于阻抗电压损失。对于固定的电场强度或电压梯度而言，当施加讯号的频率增大时，由于与临近分子相互作用的速度更高，则这些损失也变得更大。交变场的频率越大，赋予至介质24内的能量也越大，直到频率达到如此之大，以至于转动的分子由于晶格所限不再能跟得上外场。该频率被称为“德拜(debye)共振频率”，是以建立其模型的数学家命名的，其代表出现晶格极限的频率。德拜共振频率是对于给定的电场强度而言能够赋予介质内部最大能量时的频率(以及因此的最大程度的加热)。该高频极限反比于极性分子的复杂度。例如，与简单的极性水分子比较而言，带有极性侧基或链的烃具有更慢的旋转极限，并因此有更低的德拜共振。当加热介质24时，这些德拜共振频率会随温度发生位移。图2A、2B和2C为对于不同类型的含烃组成物而言在图1中的介电加热系统的等效电路图。视介质24的情况，总电学等效电路可以不同于图2A所示的电路。例如，对于像具有较高的水分和盐含量的烃质组成物而言，电学电路仅需要电阻器(图2B)，因为此时欧姆性质是决定性的。对于低盐分和水分的介质而言，总电学电路则为电容器与电阻器的串联(图2C)。对于含烃组成物内的各种其它的烃、元素或组分，可以采用不同的电学电路的类似电路。针对二阶效应采取具有串联和并联方式相结合更为复杂的模式是可能的。任何模式中的任何元件都可以具有温度和频率相关性。图3和4(在先技术)显示了常规的RF加热系统的实例。在该系统中，高压变压器/整流器组合给标准三极管电源振荡器管的阳极提供高整流正电压(5kV至15kV)。调谐电路(并联感应器和电容器槽路)连接于这种管的阳极和接地阴极之间，如图4所示，也是从阴极到管的栅极感应耦合的正反馈电路的一部分，使得能发生振荡并因此产生RF讯号。然后该RF讯号发生器电路输出经过由耦合电路和匹配系统构成的适配器网络到达组合电容式介电和阻抗/欧姆加热负载，与负载的阻抗匹配，并使传递给负载的加热功率最大化，如图3所示。加热器(applicator)包括给需要加热的介质24传递RF能量的电极系统，如图1所示。图1-4中的已知系统仅仅能工作在窄波段且固定的频率下，通常为现有的ISM(工业、科学和医学)波段所规定的那些。这样的窄工作波段不能允许阻抗调谐。必须在系统不工作时人工进行一些系统参数调节。还有，选定的频率可能发生偏移。因此，若已知的系统能提供某种程度的一些控制的话，这种控制也不是精确、固定、实时或自动的。
背景技术：
-目的及优点因此，本发明的一些目的及优点是(a)提供改进的烃提取方法；(b)提供采用变频自动电容式射频介电加热系统加热含烃组成物内的特定元素、化学组分和/或特定烃的方法；(c)提供以能有效地达到对特定的整体体积的组成物进行充分均匀加热的方式、采用变频自动电容式射频介电加热系统对烃质陆地组成物进行原位加热处理的方法；(d)提供对相对大批的烃质陆地组成物进行有效的加热处理的系统和方法，使得不利的环境影响最小且产生的回收能量与消耗能量的净能量比较高；(e)提供采用变频自动电容式射频介电加热系统加热含烃组成物内的特定元素和组分的方法，其中组成物内其它元素和组分对用来加热目标组分的频率是可透过的。进一步的目的和优点是提供采用变频自动电容式射频介电加热系统加热含烃组成物内的特定元素和组分的方法，该系统能在地面上的提取之前，加热组成物内的特定元素和组分并从地下环境内的期望的烃或其它期望的物质中分离杂质。结合附图从下面的详细的描述中，可以更加显而易见本发明进一步的特点和优点。
概述
根据本发明，烃质组成物的提取和处理方法包括采用变频自动电容式射频介电加热系统的原位加热方法，该系统任选流体载波介质(例如水或盐溶液)，期望的话，它可以不受针对组成物内的目标元素的频率的影响。
附图
图1(在先技术)是现有的电容式RF介电加热系统的示意图。图2A、2B和2C(在先技术)是对于不同类型的含烃组成物时图1中的介电加热系统的等效电路图。图3(在先技术)是图1的介电加热系统的方块图。图4(在先技术)是更加详细地显示图3中的介电加热系统的高功率RF讯号发生部分的方块图。图5是根据本发明的电容式RF介电加热系统的方块图。图6是举例说明用于在图5中图示的电容式RF介电加热系统的阻抗匹配方法步骤的流程图。图7是类似于图5的方块图，不同的是其显示的是电容式RF介电加热系统的一个替代实施方案。图8是举例说明用于在图7中图示的电容式RF介电加热系统的阻抗匹配方法步骤的流程图。图9是可以在图5和7的系统中使用的栅格电极的顶部平面视图。图10是沿图9中的10-10线的剖视图。图11A到11E是五种得益于使用介电加热系统的烃加热和提取方法的流程的方块图。图12显示三个频率发生与监测井，在烃质沉积矿的底部启动了它们的装置。图13显示在中心朝上的腔室开口形成了较大的锥形形状主腔室335。图14显示扩展的主腔室包括见于图13中的邻近腔室。图15显示主腔室，其很快向外和朝上扩展进入组成物而受限，当组成物被开采时开始显现为圆顶形状。图16从图15的16-16支架之内显示主腔室的靠近放大，以及显示几种方法技术。
附图-附图标记20电极22电极24介质26流体载波介质30可变RF频率讯号发生器32宽频带线性功率放大器34可调谐阻抗匹配网络35电压、电流及任选温度的测量装置36AC RF讯号位移电流38计算机
40电隔离电极元件42热传感器44电隔离电极元件46开关120电极122电极124介质130可变RF频率讯号发生器132宽频带线性功率放大器133放大器132与匹配网络134之间的接线134可调谐阻抗匹配网络135电压、电流及任选温度的测量装置136AC RF电力波形137a RF电流探头137b RF电压探头138计算机150可调谐定向耦合器152前向功率测量部分154反向功率测量部分156测量装置158谐振腔159电容式耦合网络170步骤设置讯号发生器30的初始频率(或多个频率)172步骤测量介质温度174步骤比较频率(多个频率)和温度176步骤确定是否需要改变频率178步骤如果需要的话，改变频率181步骤自动阻抗匹配过程182步骤测量实际负载阻抗
184步骤调出容抗186步骤测量阻抗匹配。
188子步骤测量前向和反射功率190步骤比较有效负载阻抗192步骤调节有效负载阻抗193步骤可调谐阻抗匹配网络的自动调谐194步骤比较测量的温度196步骤过程结束200步骤设置讯号发生器30的初始频率(或多个频率)208步骤自动阻抗匹配过程210步骤测量实际负载阻抗212步骤调出阻抗的电抗分量213步骤测量讯号发生单元与有效负载之间的阻抗匹配214子步骤测量前向和反向功率220步骤比较有效负载阻抗与讯号发生单元的阻抗222步骤调节有效负载阻抗224子步骤阻抗匹配网络的自动调谐225控制线226子步骤改变施加的电力波形的频率或多个频率228步骤比较监控的温度与期望的温度229步骤必要的话，继续加热过程230步骤过程结束301井302上覆层(overburden)304介质(含烃组成物)306岩床或土壤308流体载波介质320的储槽310起重机315无线波
316监控装置(数据输入传感器)317数据传送318频率-发射装置319同轴电缆320流体载波介质330被泵送到表面的材料332储槽334被加热的介质304335主腔室338主储槽340层342层344沉积物346分层348分层350管线352管线355附属腔室356分层358分层360分层362分层364园顶盖368高功率频率发射装置370过程方法372遥控水下舱374遥控水下舱376过程377淤浆
378位置详细描述-图5-10电容式RF介电加热
以下公开的电加热技术适用于各种类型的含烃组成物，如油页岩、沥青砂、煤、重油、部分耗尽的石油储藏等等。通过使用下面的技术，即使在具有相对较低的电导率和相对较低的热导率的组成物时，也能得到相对均匀的加热，这给应用采收技术提供了极大的灵活性。从而如将要叙述的那样，可以单独使用本发明的变频自动电容式射频电介质电加热，或与其它原位采收技术联合使用，以使得给定的应用效率最大化。我已经设计了使用变频自动电容式射频电介质电加热对大批量烃质组成物进行均匀加热的技术，其范围基本上限于需要加热的体积上，实现组成物的介电加热。我的发明的重要方面涉及到这样的事实，即某些烃质陆地组成物(例如未加热的油页岩)在射频范围显示介电吸收特性。与大多数在先技术的电加热原位方法不同，使用以下公开的介电加热法免除了对组成物的电导率特性的依赖。
电容介电式对比欧姆式
电容式介电加热区别于低频欧姆式加热之处在于电容式加热依靠的是介电损耗。而另一方面，欧姆式加热依赖于介质中的直接欧姆传导损耗，需要电极与介质的直接接触(在某些应用当中一同使用电容式和欧姆式加热)。电容式RF介电加热方法提供了超越其它电磁加热方法的优点。例如，这种加热方法在样品形状上可提供比更高频率的辐射介电加热方法(例如微波)更为均匀的加热，这归因于较大的或更深入的波穿透及简单均匀的场图。此外，电容式RF介电加热方法的操作在足够低的频率下进行，使得能使用成本更低的标准功率栅管(对于给定的功率水平)，并且通常比微波管能达到高得多的功率生成水平。电容式RF介电加热方法还具有优于低频率欧姆式加热的优点。这些包括加热被空气或流体屏障所包围的介质(例如图5、7或12-16中所示的介质24、124或304)的能力(即电极不必与介质直接接触)。因此电容式加热的性能还较少依赖产物，使得与电极接触平稳。电容式RF介电加热方法不依赖于DC电导率的存在，可以加热绝缘体，条件是它们包含有能部分转动并产生介电损耗的极性介电分子。Orfeuil，M.在ColumbusBattellePress(1987)出版的“electric process heatingTechnologies/Equipment/Applications”中描述了电容式介电加热系统的典型的现有设计。
温度测量过去对照本发明
在含烃组成物中温度的测量与介电加热同时进行并不少见。但在过去，温度测量被用作过程控制的一个更粗略的形式，比如确定在不同位置处的储槽温度以调节发生器功率强度。在先技术中，采用实验室测试方法制定频率以确定最佳频率设置并甚至预测考虑到环境变化因素的频率设置调整。所有使用RF介电加热的在先方法都是将团块作为整体加热，不具有操纵组成物内特定的化学组分的加热速率的能力。
德拜(debye)频率
但是，在地下环境中，连续测量介电性能、德拜频率与温度的关联、组成物的电导率、和/或电容率，以及使用这些测量作为参数用于频率的近乎即时调谐以产生对含烃组成物内的特定化学组分的迅速加热。对于含烃组成物内的特定元素或化学的化合物(烃或者其它)迅速加热的能力带来了技术上的进步，其将产生独特的烃采收及提取过程的技术。本方法及系统提供了改善了的总体性能及对加热过程更加精确和有力的控制。对于该新的方法和系统而言，在该方法中，沥青沉积物或其它烃质组成物内的烃、元素或化学组分的比介电性能的确定和/或使用方式是，或者直接地作为过程控制参数，或者间接地参考在该方法中使用的包括基于各种性能之间的各种关系的模型。公开了在加热烃沉积矿的不同阶段中使用电容式RF介电加热的新方式和在上面的表面提取之前分离杂质的技术。下面描述两种方法。参照图5中显示的系统，在第一中方法当中产生变频RF波形。波形被输出至放大器和阻抗匹配网络，以产生加热含烃物质的电场。至少基于烃质沉积物内烃、元素或组分的测量温度和/或所述物质的一种或多种比介电或欧姆性质来控制系统，以提供最佳的加热。可以同时应用多重频率功率波形。主要参照图7中的系统，在第二种方法中，增强的反馈提供自动阻抗匹配。通过阻抗的匹配对负载提供最大的功率，达到最大的加热速率。一般而言，期望能达到最大可能的加热速率，对于烃质沉积物内特定的烃、元素或组分的较高的加热速率将考虑到目前还不可能的分离技术。下面讨论每种方法的具体执行，随后的部分为介电性质和阻抗匹配的表征和监测。
介质的表征、监测和建模
介电性能对频率和介质24、124、或304的温度的表征有助于设计电容式RF介电加热系统以通过本发明的一些方法来降低烃的粘度，分离含烃沉积物内不必要的元素或组分，并将期望的烃、元素和/或化合物提取到表面。介质24、124或304为烃质材料，其可以包括下面的一种或多种物质烃、油母岩质、沥青、油页岩、石蜡、蜡以及例如硫的其它化学组分。优选在足够高的温度下加热烃质物质，同时要避免不必要的烃汽化。这种加热存在时应该不会煮沸流体载波介质26或320(图5和12-16)，此点将在别处讨论。因此，为了有助于合适的操作条件的选择，研究了沥青砂沥青、油页岩和重油的样品，以评估在不同的频率和温度下RF能量对烃和相关的元素、矿物及沉积物样品中存在的其它化学组分的关键性质的影响。这些研究的结果影响到电容式介电加热系统的设计。可以使用电磁/热传导数学模型预测不同的烃和相关的组成物物质的介电加热特性。这种模型可能涉及2-D和/或3-D数学模型程序以及有限元方法以对复合材料建模。使用结合电磁和热传导原理的模型得到了最好的结果。为了在所需的频率提供交变位移电流，可调谐RF讯号发生器电路和相关的匹配网络的可变分量被主动调谐以改变频率，或被自动调谐，或用控制系统转换。因此还提供软件控制系统以建立频率分布图。变频合成器或发生器和宽频带功率放大器及相关的匹配系统和电极是这种电容式介电加热系统的有用组件。在某些执行方式中，使用例如传感器42、137a、137b和/或316的热传感器或红外扫描仪进行介质24、124或304的温度监测，数据反馈到控制系统，由此扫描发生器中的频率组以跟踪感兴趣的参数，例如德拜共振(解释于下)或其它介电性质，或其它的温度依赖参数。将要测试的介质24、124或304的关键电磁参数定义如下σ＝电导率(S/m)ε＝电容率(F/m)μ＝磁导率(H/m)E＝RMS电场强度(V/m)H＝RMS磁场强度(A/m)B＝磁通密度(W/m2)电容率和磁导率可以被分解为如下的损耗项ε＝ε′-jε″ (1)μ＝μ′-jμ″ (2)其中j=-1]]>ε′＝电容率的能量储存项ε″＝电容率的损耗项μ′＝磁导率的能量储存项μ″＝磁导率的损耗项
分析实验数据时，可假定磁损耗等于零，对于大部分频率可以假定为足够的高，以至于介电损耗因子ε″的支配优势超过归因于电导率σ的损耗(即，其中ωε″＞＞σ，角频率ω＝2πf，f为以Hz表示的频率)。在必须之处测量和考虑电导率(主要在频率范围的低端)。采用这些假设，图2中的等效电容和等效电阻的表达式简化为如下C＝(ε′S)/d (3)R＝d/(ωε″S)， (4)其中S是板的暴露面积，d是电极之间的板间距。上面已经提及，根据本发明的电容式加热系统的工作频率在中频(MF300kHz-3MHz)和/或高频(HF3MHz-30MHz)波段，有时会延伸至甚高频(VHF30MHz-300MHz)波段的低端部分。一般频率足够的低，以至于可以假设工作波长远大于烃质沉积物介质24、124或304的尺寸，因此导致穿过目标加热的介质24、124或304和/或流体载波介质26或320的高度均匀的平行场电力线。
阻抗匹配
电阻抗是在给定的施加电压下电路或部分电路对电流的总反抗的量度，其包括电阻和电抗。电阻分量起源于携带电流的带电粒子与导体的内部结构之间碰撞。电抗分量是对电荷运动的附加反抗，其源自于在传导交变电流的电路中变化的电场和磁场。对于稳定的直流，阻抗简化为电阻。此处使用的阻抗输入的定义为从特定的分量或几个分量的输入端看进去的阻抗，而输出阻抗定义为从分量或几个分量的输出端看进去的阻抗。加热负载(更规范地讲为实际负载)是如下的组合介质24、124或304(即烃质物质、其它对组成物而言是天然的特定组分和/或水)，流体载波介质26或320(如果使用的话)，以及暴露的组成部分，例如电容式电极20、22、318和任何可能存在的电极附件。因此此处使用的实际负载阻抗是从实际负载端看进去的输入阻抗。介质24、124或304的阻抗受其可能是温度依赖性的欧姆和介电性质的影响。因此，在加热过程中实际负载阻抗通常会随着时间进程而改变，这是因为温度改变时，介质24、124或304的阻抗发生变化。有效调节的负载阻抗，也为输入阻抗，是通过任何阻抗调节修正过的实际负载阻抗。在具体的执行之中，阻抗调节包括可调谐阻抗匹配网络的输入阻抗与负载的耦合和/或耦合网络的输入阻抗与负载周围的结构(例如，电极和/或附件，如果有的话)的耦合。在这些执行当中，有效负载包括任何阻抗调节结构的阻抗负载和实际负载。其它有助于使有效调节的负载阻抗与讯号发生的输出阻抗匹配的阻抗调节也还是可行的。有效负载阻抗在此处的阻抗匹配方法中是感兴趣的参数。此处使用的讯号发生单元指的是生成功率波形、放大之(如果必要的话)和将之提供给负载的元件或多个元件。在具体的执行当中，讯号发生单元包括讯号发生器、放大讯号发生器输出的放大器和用以将放大的讯号发生器输出提供给负载的导体(例如同轴电缆)。感兴趣的讯号发生单元的阻抗是其输出阻抗。在具体执行当中，讯号发生单元的输出阻抗在工作频率范围内基本恒定，无需受控。功率放大器的输入阻抗和输出阻抗以及讯号发生器输出阻抗和导体特性阻抗都基本上接近于50欧姆。结果讯号发生单元的输出阻抗也基本上接近于50欧姆。因此，在具体执行当中，有效调节的负载阻抗与讯号发生单元的输出阻抗的匹配简化为调节有效调节的负载阻抗，使得其“相应于”50欧姆。依照情况，达到适当的阻抗匹配，其中有效调节的负载阻抗可以被控制在25至100欧姆之内，用达到实际负载的功率表示的话为接近90％或更多。阻抗匹配的完成基本上是实时的，基于在过程中的测量进行过程的控制。可以根据几种不同方法完成阻抗匹配。这些方法可以单独使用，但更典型地是结合使用，以提供总阻抗匹配算法中不同程度的阻抗调节。可以控制讯号发生器的频率。在自动化的方法中，讯号发生器频率基于测量的参数的反馈而自动变化。例如，可以基于实际负载温度和预定的频率对温度的关系而改变讯号发生器频率。可以改变频率以如上所述地跟踪德拜共振和/或保持接近的阻抗匹配。通常这可作为相对粗略的控制算法。为了更精确地控制，可以测量、反馈和使用提供给有效负载的功率波形式样以控制频率。例如，可以测量提供给有效负载的前向功率和从有效负载反射的反向功率，并结合使用在负载下的实际电压和电流的测量以控制频率。可调谐匹配网络可以被自动调谐，以调节有效负载阻抗来匹配讯号发生单元的输出阻抗。在第一步骤中，在阻抗匹配网络的输出部分使用串联电感以调出实际负载阻抗的串联电容分量。通过测量初始电容分量设置串联电感，所述初始电容分量是通过在实际负载下测量电压和电流并确定它们的相差来确定的。还可能测量匹配网络内的电压和电流并控制为零相位移。更复杂的负载模型则将需要其它的模型。可选的方法是使用并联电感以调出并联电容负载。介电性质随加热的改变直接影响到RF波能量的强度和相位关系。在过程之中这两个参数的测量与被处理材料的物理性质的相应变化有关。起初，得到的有效负载阻抗是完全的电阻性的，但可能不同于期望的50-欧姆水平。在第二步骤中，调谐匹配网络之内的附加元件使匹配网络的输入阻抗(定义为在所描述的执行当中有效调节的负载阻抗)与期望的50-欧姆目标相匹配。第二步骤调谐的控制是基于测量的前向和反射功率水平。可能调节置于负载的电容式耦合网络中的间隙。采用伺服电机能够在加热过程中自动进行这种调节。可能人工地调节作为实际负载的一部分而包含的电容式电极以对实际负载阻抗进行小幅调节(其它的调节可能更易于控制)。在下面章节中讨论结合了阻抗匹配的具体执行方式，详述两种方法。
图5第一种方法-使用温度测量匹配阻抗
图5显示了一个适合于第一种方法的示范性系统，其中之少监控目标加热的烃质物质、特定的化学组分和/或烃的测量温度。图5中的系统包括具有输出电压水平控制的变频RF讯号发生器30、宽频带线性功率放大器32和可调谐阻抗匹配网络34(用于固定或可变频率操作)，以使功率放大器输出阻抗与电容式负载的负载阻抗相匹配，所述电容式负载包括电极20和22和介质24，可能包含也可能不包含任选被加热的流体载波介质26。本申请中的介质24是可以包括一种或多种下述物质的烃质材料烃组分、油母岩质、天然沥青、含油的页岩、石蜡、蜡以及天然存在于这些沉积矿物中的其它化学组分(比如硫)。一般优选流体载波介质26为液体，例如水、盐溶液或去离子水，但也可使用其它的流体，例如天然气、氮、二氧化碳和烟道气。系统的构造使得在300kHz到300MHz范围的RF频率下提供交变RF讯号位移电流36。该范围包括在射频(RF)范围的低端区域的MF(300kHz to 3MHz)、HF(3MHz to 30MHz)和VHF(30MHz to 300MHz)频率。在图5显示的具体执行当中，可变RF频率讯号发生器30是能够同时发生多重不同频率的多重RF频率讯号发生器。虽然可以使用单一频率讯号发生器，但是多重频率讯号发生器对于这样的方法是有效的，在这样的方法之中，目标加热的特定组分和/或烃的频率依赖性介电性质被监控并用来控制加热过程，在下面的章节中将要进行解释。
德拜共振频率的实现
作为一个实例，在位于或者接近介质24的“德拜共振”(定义于前)频率位置处能量效率和/或加热速率被最大化。在其它特定的执行当中，不同于德拜共振的介电性质被跟踪并用于控制电容式RF介电加热，例如当德拜共振不存在或不显著时。这些其它的介电性质可能与德拜共振类似，依赖于频率和/或温度，但可能在不同的速率以及不同的程度上有所变化。这种其它介电性质的例子如电导率和电容率。在该例中，为加热存在于烃质材料中的烃和/或化学组分而将RF讯号频率调谐至最佳的德拜频率或目标介质24的频率。在复合材料中可能发生多重德拜共振。因此可以应用多重的复合频率组以处理若干的德拜共振。还可以随温度改变RF讯号频率以跟踪德拜频率随温度变化的位移。选择RF频率或若干RF频率的复合讯号以与被加热介质24的占优势的德拜共振频率组相关联。这些德拜共振依赖于介质24的极性分子组成，因此对于不同类型的烃化合物和/或存在于烃质沉积物中特定的化学组分或元素进行研究，以适当地设置加热系统的程序。在本例中为可变RF频率讯号发生器30的发生器系统能够同时发生超过一种的频率。用于该加热系统的控制系统能够按照对于目标加热的不同的烃或化学组分产生最佳效率的方式被校准。在加热系统中使用的RF讯号的频率或复合频率组将跟踪温度并随温度而改变，以保证烃质材料或其它目标介质24的极性分子组元的德拜共振频率也随温度而发生转移的事实。应用最优选的设备，可以通过计算机控制系统自动调节RF讯号功率水平及得到的电场强度，该计算机控制系统可改变负载电流以控制加热速率并考虑不同的烃的形体以及沥青、油页岩或重油组分。功率水平的控制是通过(1)使用电压和电流测量装置35(图5)测量通过实际负载的电流和场强；和(2)调节电压(AC场强)，从而改变电流，直到测量的电流与场强显示已达到期望的功率水平。如图5所示，计算机38还控制多重频率RF讯号合成器30以改变其频率并调节可调谐阻抗匹配网络34。
图6第一种方法流程图
图6是更加详细地显示根据第一种方法的加热过程的流程图。在步骤170中，对讯号发生器30设置初始频率或多个频率。为解释方便起见，在该例中假定设置单一频率，但是下面的叙述同样适用于设置多重频率的情况。可以基于已知的频率与温度之间的关系参考预定的频率或频率范围来选择设置的频率。例如，可以如上面所述基于一个或多个介质24的德拜共振来选择设置的频率。在步骤172中，测量在介质24中的温度，在步骤174中，比较测量的温度和设置的频率与对于介质24而言预定的频率和温度的关系。可以采用查找表的形式将该关系储存到计算机38中。如果设置的频率与预定的频率之间的比较显示表明必须改变设置的频率时(步骤176；YES)，该过程推进至步骤178，通过传送至讯号发生器30的控制讯号自动改变设置的频率，并重复步骤174。如果不需要改变设置的频率(步骤176；NO)，该过程向前进行。如虚线所示，紧接着步骤176为自动阻抗匹配过程181。为示例起见，自动阻抗匹配始于步骤182。在步骤182中，使用电压和电流测量装置35来测量实际负载阻抗的大小和相位，测量值传递至计算机38。在步骤184中，确定测量的电压与电流之间的相角差以调出阻抗的电抗分量。因此控制阻抗匹配的一个要素即调出导致电压与电流之间零相位移的实际负载的容抗分量。在步骤186中，测量讯号发生单元与有效负载之间的阻抗匹配。任选地，后面要讨论到，假定图5的系统配置包括如图7所示的测量仪器156和定向耦合器150，则可以通过测量提供给和反射自有效负载的功率波形(“前向与反向功率”)来控制阻抗匹配(任选子步骤188)。(在下面的章节中描述前向与反向功率的测量)紧接着步骤186完成后，该过程推进至步骤190。在步骤190中，比较有效负载阻抗与讯号发生单元的预定阻抗。如果阻抗匹配不充分，则该过程行进至步骤192。如果阻抗匹配充分，则该过程行进至步骤194。在步骤192中，调节有效负载阻抗。在图5方法的执行中，通过基于计算机38传送的控制讯号自动调谐可调谐阻抗匹配网络34来调节有效负载阻抗(步骤193)。步骤192之后，该过程返回至步骤186。在步骤194中，比较测量的温度与期望的最终温度。如果测量的温度等于或超过期望的最终温度，则加热过程结束(步骤196)。否则，加热继续进行，该过程返回至步骤172。烃或者其它目标元素或特定化学组分的加热可以迅速完成。迅速加热的能力的原因在于上述所谓的均匀加热的优点和通过发生器频率或复合频率与存在于含烃组成物304中的目标组分的德拜共振频率组的匹配产生的对被加热负载的最大功率输入，以及随温度跟踪那些德拜共振频率组。发生器/加热系统的功率控制能力考虑到了设置加热速率以最优化加热过程的能力。在一些方案执行中，通过使RF波形的发生器频率或复合频率与存在于烃质组成物中的特定组分的德拜共振频率组相匹配并通过随温度跟踪那些共振，导致对于给定的能量输入而言每单位体积更短的加热时间，获得更高的总能量效率。通过选择性加热包括沥青、烃和/或其它目标组分的介质24的不同组分达到加热过程的完全控制。烃分子一般为极性的。此外，存在于烃质组成物中的不同组分也可能是极性的。例如，在监控德拜共振的执行当中，通过设置RF波形的发生器频率或频率组以瞄定适当的德拜共振并随温度跟踪它们以及避免其它的德拜共振，可以构建这样的技术，即瞄定期望加热的那些烃组分的德拜共振并避免不期望加热的其它组分(例如，水、硫、砂、页岩以及其它相关的烃质物质)的德拜共振。也还有期望正相反的情况，希望达到的过程目标是瞄定不期望加热的组分(例如，水、硫、砂、页岩、有机物质)的德拜共振同时避免或控制期望的烃的加热。使RF波形的发生器频率或复合频率与不同加热介质的德拜共振频率组相匹配并随温度或其它的传感输入来跟踪那些德拜共振频率组可以提高加热速率。总能量效率的提高也是由于发生器频率或复合频率与不同加热介质的德拜共振频率组的匹配以及随温度跟踪那些德拜共振频率组。通过选择性加热介质24的不同的个别组分(例如，在不影响其它化学组分的情况下加热烃)也提高了效率，这可以通过瞄定那些组分的德拜共振曲线并启动发生器来激发它们并随温度或其它传感输入来跟踪它们。作为频率与温度之函数的烃的介电性质的表征以及不同烃组分的德拜共振的搜索是非常令人感兴趣的。如果能获得足够的信息，可以非常精确地设置加热装置的程序。可以通过对存在于烃质组成物中的特定组分(期望与不期望的组分)进行初步的实验获得这种信息。后面会给出用以测试第一种方法的各个方面的实例。
图7第二种方法-采用增强的反馈和自动控制的阻抗匹配
根据第二种方法，采用增强的反馈与自动控制进行有效调节的负载阻抗与产生放大的变频RF波形的讯号发生单元的输出阻抗的匹配。图7的系统类似于图5的系统，区别是图7的系统提供从放大器直接的功率输出测量，该结果可用于负载阻抗与讯号发生单元的输出阻抗的匹配，正如下面还要进一步详细叙述的那样。特别地，图7的系统提供了前向与反射功率以及电压与电流之间的相角差的测量。还有，在过程当中介质124的温度不用来作为通过其调节所述过程的变量，虽然也可能监测该温度，使得当达到期望的最终温度时结束该过程。与图5中的元件相同的图7中的元件用图5中的标号加上100来表示。例如，图7中的介质124与图5中的介质24是一样的。与图5所示类似，图7显示了可变RF频率发生器130连接于宽频带线性功率放大器132，放大器输出133被传送至可调谐阻抗匹配网络134。如放大器32的情况那样，放大器132是工作范围在10kHz至300MHz的2kW线性RF功率放大器，尽管也可以使用500W-100kW放大器。位于放大器132和匹配网络134之间的是具有前向功率测量部分152与反向功率测量部分154的可调谐定向耦合器150。可调谐定向耦合器150直接连接至放大器132和匹配网络134。前向与反向功率测量部分152和154每个也都耦合至放大器132与匹配网络134之间的接线133(可以在同轴传输线上)以接收相应的正比于通过接线133传输的前向和反向功率的较低水平的输出。这些较低水平的输出是在适合于测量的水平上，可以传送至测量装置156。如果在前向和反向功率测量部分152和154中均使用25W传感器，则对于前向和反向功率的测量容量为2.5kW，耦合因子为-20dB。测量装置156允许电压驻波比(SWR)的测量。电压SWR是讯号发生电路输出阻抗与有效负载阻抗之间的阻抗匹配的量度。如上所述，可以调谐匹配网络134产生阻抗调节，使得有效调节的负载阻抗与讯号发生电路输出阻抗匹配。电压SWR为1∶1显示讯号发生电路输出阻抗与有效负载阻抗之间的理想匹配，而较高的电压SWR显示比较不好的匹配。但是正如上面所间接提到，即使电压SWR为2∶1也表示近乎90％的功率到达负载。测量装置156还可以确定有效负载反射系数，其等于反向(或反射)功率除以前向功率的比值的平方根。在具体执行当中，测量装置156可以是RF宽频带双频道功率计或电压驻波比测量计。可选择地，或者除了上述方法之外，还可能通过控制最低反射功率来控制加热，例如反射功率为前向功率的约10％或更低。与图5类似，从匹配网络134传送AC RF功率波形136至包括电极120与122和在电极120与122之间的产物处理区的需要加热的介质124的负载。如在图5中那样，图7的系统包括电压与电流测量装置135以测量通过电容式负载施加的电压与传递到电容式负载的电流，它们可用于确定负载功率和阻抗匹配程度。电压、电流及任选温度的测量装置135包括从RF电流探头137a(显示耦合至网络134与电极120之间的接线)的输入以及RF电压探头137b(显示连接(但还可能电容式耦合)至电极120)。如已经指出的那样，可以存在用于测量在介质124中的温度或其它适当环境参数的附加传感器。使用作为宽带单元的探头137a和137b可以达到优良的结果，电压探头137b具有1000∶1分压器。也可以使用具有不同比例分压器的电容式耦合电压探头。电压与电流的测量还用于确定容抗的效果。当电容器或电阻器并联或串联连接，特别是当电容器与电阻器串联连接时，在电路中产生容抗。流过理想电容器的电流相对于施加的电压有90度的相差。通过确定电压与电流之间的相角，经由可调谐网络134的调节可以“调出”容抗。特别是，调节可调谐匹配网络134的输出部分之内的感应元件以调出负载的电容分量。来自探头137a和137b的讯号分别向计算机138指示传递到电容式负载的电流和通过负载施加的电压。测量装置135包括将讯号处理成计算机138可读格式的计算机界面。计算机界面可以是数据采集卡，它可以是常规示波器元件。如果使用示波器，则其可以显示电流和电压中的一个或两者的讯号，或者计算机可以显示这些讯号。图7的系统包括反馈控制，用指向计算机138和从计算机138出来的箭头表示。基于接收自测量仪器156、测量装置135的输入讯号以及计算机138的处理算法产生控制讯号，并从计算机138传送至频率发生器130与匹配网络134。计算机执行的控制算法可以包括一种或多种基于下面的控制参数，即目标加热的烃质介质24、在介质24中特定化学组分和/或烃或者流体载波介质320(将在它处讨论)的性质，以及测量的负载阻抗、电流、电压、前向和反向功率等等。例如，算法中可以包括对于例如丁烷的特定烃组分的阻抗对温度的信息，作为产生控制讯号以改变频率和/或调谐阻抗匹配网络的影响因子。
图8第二种方法的流程图
图8是表示采用阻抗匹配技术的电容式RF加热方法的步骤的流程图。在步骤200中，如在图6中的步骤170的情况那样，可以基于预定的频率对温度的关系设置讯号发生单元初始频率，启动加热过程。如虚线所示，自动阻抗匹配过程208紧随步骤200。在示例的执行当中，自动阻抗匹配开始于步骤210。在步骤210中，使用电压与电流测量装置135测量实际负载阻抗的大小和位相，测量值传递至计算机38。在步骤212中，确定测量的电压与电流之间的相角差以调出阻抗的电抗分量。在步骤213中，测量讯号发生单元与有效负载之间的阻抗匹配。对于该执行过程，测量阻抗匹配包括测量前向和反向功率(子步骤214)，如上面描述计算电压SWR。算得的电压SWR反馈至计算机138。在步骤220中，比较有效负载阻抗与讯号发生单元的阻抗(在该例中不变)。例如通过评价电压SWR确定如果匹配不充分，则该过程行进至步骤222。如果阻抗匹配是充分的，则该过程行进至步骤228。在步骤222中，调节有效负载阻抗。如上所述，可以两种方式完成有效负载阻抗的调节(即提高或降低)。如在子步骤224中所示，可以调谐阻抗匹配网络(例如，网络134)以产生阻抗调节，使得有效调节的负载阻抗与讯号发生单元的输出阻抗匹配。可以替换子步骤224或与子步骤224联用的是，可以改变应用RF波形的频率(子步骤226)以引起有效调节的负载阻抗的变化。如果频率发生变化，如从子步骤226到步骤210的控制线225所示的那样，在抵达步骤213之前，可能需要通过重复步骤210和212再次调出容抗。如果步骤222仅涉及调谐阻抗匹配网络，则该过程可以直接返回至步骤213。随着存在可接受的阻抗匹配的确定，过程抵达至步骤228。在步骤228中，比较监测的温度与期望的最终温度。如果测量的温度等于或超过期望的最终温度，加热过程结束(步骤230)。否则，加热继续进行(步骤)并且该过程返回至步骤210。在加热过程中，步骤210、220和222的反馈过程以预定的取样速率继续进行，或继续进行预定的次数。在具体执行当中，取样速率为约1-5s。当目标组分被加热时，有效调节的负载阻抗的变化被定时监测和自动调节至讯号发生单元的固定输出阻抗，从而保证以最大的功率加热期望的物质。结果烃或其它特定的实体被迅速和有效地加热。或者是直接地，或者是参考控制算法使用的温度依赖关系，可以使用测量的温度作为附加的检查手段以协助监控加热过程，以及将温度确立为用于控制过程的附加控制参数。为了允许系统在非ISM(工业、科学和医学)RF波段工作，可以使用屏蔽来使系统的不同组件相互隔离以及隔离周围的环境。例如图7中示意性的显示，可以提供谐振腔158以从环境中屏蔽电容式负载和相关的电路。其它的组件也可能需要屏蔽。屏蔽有助于防止干扰。即使在加热过程中频率发生改变，其也在任一频率值处停留得足够长久以获得屏蔽。可选择的方法是使用抖动(非常快速地改变频率以使其不驻留和产生可觉察的辐射)或展布频谱以降低屏蔽需求。如图7所示，在网络134和电极120之间串联连接电容耦合网络159。改变电容耦合网络的电容有助于阻抗匹配。可以将常规的伺服电机(未显示)连接至电容器-耦合网络以改变其电容。可以连接伺服电机，从计算机138接收控制讯号来调节电容。一般地，电容耦合网络159用于相对粗略的负载阻抗调节。还可以使用网络分析器(未显示)以确定阻抗水平。同常仅仅在系统不工作时才可以使用网络分析器。如果这样的话，在加热周期的不同阶段可以暂时性地关闭系统以确定在不同温度下电容式负载的阻抗和阻抗匹配程度。
图9和10电极构造
如图9和10所示，图5或7的系统可以在电容式负载上使用栅格加热电极，以通过计算机38精确控制介质24的加热，尤其有助于加热非均质的介质。至少电极之一(例如图9和10中的顶部电极20)具有许多电隔离的电极元件40，比如红外热传感器或者其它输入装置。底部电极22也具有许多电隔离的电极元件44。最有利的是，每个顶部电极元件40的位置与在另一个电极上相应的底部电极元件44直接相对。提供受控于计算机38的许多开关46以在电极元件40和44相对的配对之间选择性地开启和关闭电流的流动。以及/或者可以在每个电极对的电路中包括单独的计算机受控的可变电阻器，与负载并联，以个别调节每一对的元件之间的电流流动。这些装配提供了如下的能力，即，加热含烃组成物304或人工建造的介质24、304的腔室储槽335的个别区域，或者以不同于别处的速率加热流体载波介质26、320(将在它处讨论)。这些装配还通过暂时性关掉不同的电极元件配对或者可能对组成物或层面的不同部分提供不同的场强来保护其免受热失控或“炽热点”。还有利的是至少在电极20和22中之一提供一个或多个热传感器。图9和10显示了其中多重间隔的热传感器42分布在顶部电极20的电极元件40之间的紧凑装配。热传感器42在多个位置上获得存在于烃质物质中的目标化学组分的温度数据。该数据作为输入讯号传递给计算机38。计算机使用来自每个传感器的数据计算任何需要的频率调节以及位于传感器附近的电极元件配对之间的电流流动的功率34水平。然后将相应的输出控制讯号应用于RF讯号发生器30、网络和开关46。优选由导电和非腐蚀性材料制造电极20含烃和22，例如适合应用于地下环境中的不锈钢或金。依照组成物或者人工建造腔室的形状和种类的不同，电极20和22可以采取一系列不同的形状。虽然图9和10显示了电极的优选实施方案，但为了达到类似的结果或特殊的目的，也可以采用电极元件与传感器的其它装配。
测量与表征介电性能
可以进行测试来测量和表征作为频率(100Hz-100MHz)和温度(0-500℃)的函数的介电性能，包括烃质物质的不同组分的德拜共振。下面详述的步骤用于测量存在于组成物中特定的烃组分或其它化学组分的阻抗(并联电容器与电阻器模型)。将样品夹于温度/湿度受控的室之内的并联电极测试夹具上。用于此程序的装置如下HP 4194A100Hz-100MHz阻抗/增益-相分析器HP 41941A10kHz-100MHz RF电流/电压阻抗探头HP 16451B10mm，100Hz-15MHz 4-端电桥的介电测试夹具HP 16453A3mm，100Hz-100MHz RF/高温度介电测试夹具Damaskos test，Inc各种特别设计的夹具Dielectric Products Co.9mm，100Hz-1MHz密封高温半固体LD3T液体密闭电容式介电测试夹具HP 16085B连接HP16453A至HP 4194A 4-端阻抗电桥端口(40MHz)的适配器HP 16099A连接HP16453A至HP 4194A RF IV端口(100MHz)的适配器温度/湿度室Thermotron计算机控制的温度/湿度室-68-+177℃，10％-98％RH，LN2增强用于冷却
每个电容式介电测试夹具上都备有精密测微计，用于测量样品的厚度，所述的厚度在从测量的阻抗计算介电性质当中是关键性的。不同的测试夹具考虑到在阻抗测量范围、频率范围、温度范围、样品厚度以及与烃质物质相容性之间的交替使用。准备具有在天然出现的情况下的典型水和盐含量的含烃沉积物的不同样品。对于样品，选择三个不同的湿气与盐含量值，包括较高和较低范围与中间范围值。对每个特定的烃组分的最低四个重复样用各自的介电探头进行测试，获得每个组分总共十二个测试例。事先准备4个重复样品的不同组以与三个介电探头之一相容。除了组成烃质组成物的“宏观”样品之外，还评估了个别组分的性质，例如特定的烃组分、油母岩质、水、硫、铵或天然存在于组成物中的其它组分。这些性质在后面的随机烃性质模型中得到应用。选定的频率范围覆盖典型的工业电容式加热范围(300kHz至100MHz)和较低频率(下至100Hz)以确定DC或低频电导率。该范围还可识别构成烃质物质的不同组分的德拜共振位置，例如非常复杂的烃分子链的。对于流体载波介质26、320选择0℃至99℃的温度范围，使得与期望相符合以保持流体载波介质26、320不汽化或者在烃组成物被加热之处限制汽化。对样品(并联电阻与电容)测量阻抗。然后基于材料厚度、测试夹具校准因子(Hewlett Packard.1995.Measuring the dielectric Constant of SolidMaterials-HP 4194A Impedance/Gain-Phase analyzer.Hewlett PackardApplication Note 339-13.)和扫频数据计算电容率ε′、电容率损耗因子ε″和电导率σ。下面的讨论提供包含烃的介电性能的技术背景细节，包括德拜共振。
建模与预测电容式加热性能
基于表征的介电性质使用数学模型和计算机模拟程序可以建并预测烃质材料的电容式加热性能。存在的基本数学模型形成总模拟的基础。经典地是使用德拜方程对电容率建模(Barber，H.1983.Electro加热heat.LondonGranada PublishingLimited；Metaxas，A.C.和Meredith，R.J.1983.In Industrial Microwaveheating.Peter Peregrinus Ltd.；和Ramo，S.，J.R.Whinnery，和T.Van Duzer.1994.Fields and Waves in Communications Electronics，3rdedition.New YorkJohnWiley & Sons，Inc.)。可以使用这些方程对一些列的与介电排列或响应外部变化电场的位移有关的弛豫过程建模。每一个这些排列过程都具有相应的弛豫时间T0，它是多个介质24的原子和分子组成参数的函数，因此是这些现象可以发生的最高频率的量度。在等于1/2πT0的频率下，发生导致损耗因子ε″峰值的德拜共振。方程式(5)所示为对于单一弛豫过程采用德拜函数的电容率模型。
ε＝ε0[ε∞+(εd-ε∝)/(1+jωT0)] (5)其中εd＝介质的低频介电常量(f＜＜德拜共振)ε∞＝介质的高频介电常量(f＞＞德拜共振)ε0＝自由空间电容率(8.854e-12F/m)。因此从方程式(1)可以看出对于单一的德拜共振的电容率的实数和虚数分量给出如下ε′＝ε0[ε∞+(εd-ε∞)/(1+jω2T02)] (6)ε″＝ωT0ε0(εd-ε∞)/(1+ω2T02) (7)εd大小级别通常远大于ε∞，因此检查方程式(6)与(7)可以看出，在德拜共振的附近，ε′迅速下降，出现损耗因子ε″峰值。当存在包含多重驰豫时间的复合介质24时，更通用的模型可以表示为方程式(8)给出的德拜项的总和(仅损耗项)(Metaxas和Meredith，1983)ϵ′′=Στ=τ0τng(τ)[ωτ/(1+ω2τ2)]Δτ...(8)]]>其中g(τ)是在每个间隔Δτ内的定向极化过程部分。该总和是假定了极化或德拜共振的线性组合。对于不能做线性假定的多重德拜共振以及具有变化的组分几何配置的复杂复合介电材料还有更复杂的数学模型(Neelakanta，P.S.1995.Handbook of electromagnetic materials.Monolithic and composite Versions and Their Applications.New YorkCRCPress)。对于非均质的沥青或其它烃质组成物而言，对不同组分的相对浓度和空间分布进行建模需要包括随机变量，以及进行蒙特卡罗法分析以在介质的每块3-D有限元分割模型中确定统计复合介电行为。可以表明(Roussy，G.，J.A.Pearce.1995.Foundations and IndustrialApplications of Microwaves and radio frequency fields.Physical and chemicalprocesses.New YorkJohn Wiley & Sons；Barber，1983；Metaxus and Meredith，1983)在给定的电场强度下传递给介质每单位体积(Pv)的功率表示如下PV＝Qgen＝(ωε″+σ)|E|2(9)当ωε″＞＞σ时，其简化如下Qgen(x，y，z，t)＝PV＝E2ωε″ (10)其中E还是电场强度的RMS值。因此对于给定的电场强度，电容率损耗因子ε″的峰值造成给予介质能量的峰值，导致更有效和迅速的加热。现在暂时假定不存在由于对流或传导引起的进入或离开的热量传递，对于给定的由于介电加热引起的温度上升(ΔT)而言，加热时间th由方程式(11)给出(Orfeuil，1987)th＝CPρΔT/E2ωε″(11)其中Cp＝介质的比热(J/Kg℃)ρ＝介质密度(Kg/m3)所有其它的参数定义如前。考虑到热传递(从邻近区域的对流或传导)和热产生(介电加热源项)的更通用的能量守恒方程给出如下(Roussy与Pearce，1995)ρCP(T/t)-·(KTT)＝Qgen(x，y，z，t) (12)其中KT＝介质的热导率，t＝时间，所有其它参数定义如前。按照相似的方式，求解电场的通用支配方程(从微分形式的麦克斯韦方程)如下(Roussy与Pearce，1995)2V-με(2V/t2)＝-ρV/ε (13)其中ρv＝电荷密度，V＝电位或电压。方程式(13)也称为亥姆霍兹(Helmholtz)方程，在时间导数为零的情况下，其简化为泊松(Poisson′s)方程。当介质为例如烃的被动源较小(passive source-less)的介质时，以及在工作频率足够低，波长与样品尺寸相比还要长，比如电容式加热(即，准静态模型)的情况下，方程式(13)简化如下2V＝0 (14)
电场通过如下的方程式与电压关联E＝-V(15)
方程式(8)、(9)、(12)、(14)和(15)形成电磁介电加热模型的基础，可以应用于复合介电模型，以对具有多种次组分的烃质物质建模。此外，可以对存在于烃质材料中的特定组分、通过空气或水层在顶部和底部夹持的样品和电极做出复合序列模型。从先前的讨论当中显而易见的是，介电参数都是温度和频率的函数。从方程式(9)和(10)还知道，产生的用于加热的功率是介电损耗因子和电场强度的函数。最后，从方程式(13)-(15)可以推断，电场强度是介电参数的函数，而介电参数是温度和频率的函数。因此，在该模型中可以展开迭代求解算法以求解所有期望的参数，该模型还是时序化的，在电磁与热方案中来回循环并作为频率的函数求解它们。如此，介电性质的表征和烃组成物的电容式加热性能的预测将能使得在最佳的频率加热，以降低烃和例如蜡的化学组分的粘度。并且可以避免对提取和/或纯化不利的频率或暴露时间。存在于烃质物质中的各种化学组分可能具有电容式RF介电加热最具效率的最佳的德拜共振或频率。如上面在第一方法的章节中所描述，可以设置电容式RF介电加热系统以瞄定那些最佳频率。烃中的这些可能的德拜共振具有特定的温度依赖性。电容式RF介电加热系统将被设计成在加热过程中当温度升高时能跟踪那些温度依赖关系。存在于烃质物质中的目标化学组分可能具有其它最佳频率，它们不一定是德拜共振，但仍然被证明是重要的频率，可以在烃质组成物的烃或周围的组分中达到各种期望收益。电容式RF介电加热系统将能够瞄定那些频率并跟踪任何它们的温度依赖关系。组成物内的目标烃或某些组分还可能具有德拜共振或其它非德拜最佳频率，它们在达到目标产物的选择性加热方面被证明是特别有效。电容式RF介电加热系统将能够瞄定那些最佳频率并随温度跟踪它们以达到目标组分加热速率的选择性控制。在某一种将在它处更详细讨论的技术的情况下，烃质组成物被暴露于含有流体载波介质的腔室，其中使所述流体载波介质对施加的RF电场是“不可见”或可穿透的，因此流体载波介质不会达到其沸点。从而根据这种性能及相容性设计流体载波介质和相应的电容式RF介电加热系统。电容式RF介电加热系统的设计瞄定存在于烃质组成物中不同化学组分的德拜共振，可以是同时进行或以接近于同时加热行为的时间分工方式进行。频率和加热曲线的设计允许组成物或特定化学组分的加热以及在最小或受控的汽化下对流体载波介质的补充热传递。选择性地，存在于烃质物质中的特定组分可能具有类似的介电性能，比如类似的德拜共振和/或介电损耗因子，因此可以有更均匀的加热。操作图11A-11E方法流程的潜在应用
该技术具有许多潜在的应用，用于从例如沥青砂沥青、油页岩、煤、重油和其它含沥青或粘质石油沉积物的沉积矿物中采收烃。这些以示意性方式显示于图11A到11E。图11A显示含烃组成物的电容式RF介电加热过程的流程图，其中可以调谐装置以通过瞄定德拜共振来优先或选择性加热例如烃的特定组分。该流程还可以表示混合的颗粒淤浆(例如，加热的烃质物质)的电容式RF介电加热。图11B是显示在地下环境之内的含烃组成物的电容式RF介电加热的流程图，其中能够以超过对例如砂、硫或流体载波介质(将在它处详细讨论)的其它组分更大的强度加热含烃组成物内的特定烃分子。相反地，可以调谐装置以优先或选择性加热流体载波介质，这可以通过瞄定其德拜共振，流体载波介质可以是液体溶液。建造填充以流体载波介质的腔室可以允许含烃层当其与流体载波介质接触时的加热。图11C是概述在地下环境之内的含烃组成物的电容式RF介电加热过程的流程图，其中瞄定特定化学组分，它们以超过对其它组分的更大的强度被加热。为了将沉积矿物的难处理部分扯开到地下腔室内的流体填充储槽中，采用流体载波介质的液压针对含烃组成物。可以用对目标组分调谐的变频自动电容式射频介电加热处理流体载波介质。图11D显示在地下环境之内的含烃组成物的电容式RF介电加热过程的流程图，其中烃质介质之内的特定烃分子或其它化学组分能以超过对例如砂、硫或流体载波介质的其它组分的更大的强度被加热。通过建造具有流体载波介质的腔室(将在它处显示)，可以制定分离期望的轻于流体载波介质的物质的方法。这些期望的烃当对RF被调谐时通常将被加热，并且通常它们将上升至地下载波介质储槽的表面。重于期望的烃和流体载波介质的不期望的杂质将沉淀至储槽底部。杂质通常保持相对冷却状态，因为其被调谐使得对于RF是不可见的。图11E是概述涉及上升至流体载波介质表面的个别层面的变频自动电容式射频介电加热的过程的流程图。一旦高出流体载波介质，这些层面可以被迅速加热到几百摄氏度，引发的方法进一步将不同的烃链在退回至表面之前通过密度进一步分层。
图12烃的提取和处理方法-阶段1
图12显示了在上覆层302与岩床或土壤306之间的烃质组成物(介质304)。在该例中显示有三个井301，它们的变频自动电容式射频介电加热系统刚刚被起动。沿着井眼井筒的长度方向，现存的和将来安装的频率发射装置318显示为六角形。以无线波315表示被发射的(多个)频率，其通过流体载波介质320在即将形成的主腔室335(中央)和附属腔室355中传播至含烃组成物，介质304。最初，烃质材料330和/或其它材料(通常是沥青砂、沥青、岩石、砂砾及其它烃质物质的混合物)被向上泵送至表面(由向上指的箭头表述)，从贮存储槽308中汲取的流体载波介质320被向下喷射到腔室335和355(由向下的箭头表示)。腔室335和355开始时可以为烃质组成物(介质304)的一部分，根本算不上是腔室，当介质304被加热和包含物被移走时，它将不断地形成并扩大。起重机310用于钻孔及用于安置井筒和管线。(在腔室的最初建造中当腔室形成时腔室的包含物，例如熔融沥青沥青砂或喷砂油页岩以328表示)。可以用起重机310将频率发射装置318、加热器栅格电极(例如电极20和22，未显示)和过程感应装置(例如热传感器42，未显示)以及其它必需的装置在井眼中提升或下降。当腔室335和355扩展时，开始形成带有或不带有其它材料的流体载波介质304的储槽332，并且体积和/或压力增大。后面将要讨论到，一些储槽332将成为主储槽338。显示于图12中被加热的介质304的是被热处理的介质334或340，并且优选将其瞄定在腔室335或355的周界附近。依照组成物的特点和性质及期望的烃质材料的不同，被处理的介质334的大小(介质304的水平和/或垂直深度或离频率发射置318的距离)可以变化。图12中最右侧的井处于其热处理介质304(通过被热处理的介质334表述)的非常早期的阶段。中间和最左侧的井处于烃质组成物(通过被热处理的介质340表述)的处理过程中。被热处理的介质334和340的构造可以相似，或者由于处于处理和提取的不同阶段它们可以不同。过程监控装置316显示呈人字形沿井筒的长度方向安置，例如电压、电流、温度和红外热传感器或其它装置。这些监控装置316完成许多功能，包括但不限于以下(1)跟踪被加热的目标化学组分的变化和收集所有影响变频自动电容式射频介电加热的信息，从而可以做出能进一步迅速将(多种)物质加热的调节；和(2)监控井和后来的腔室之内的环境中的所有方方面面，例如(a)水温、压力、梯度微分(b)所有在水中的颗粒组分(c)电导率(d)电容率(e)在储槽332和周围腔室壁中的介质304和流体载波介质320中所有颗粒的温度、压力、梯度微分(f)温度和用于加热操作未来规划的腔室壁组分
频率发射装置318经由传输电缆319接收功率。数据电缆317将来自监控装置316的传感信息传送给计算机38或138。如图12所表述，每个井眼开始提供变频自动电容式射频介电加热以迅速升高烃质组成物底部附近的温度。典型的配置具有柔性的同轴传输电缆319以给频率发射装置318(具有电极20和22，未显示)提供功率。传感器316被插入到一个或多个垂直或水平井眼的需要加热的区域。地上RF发生器通过同轴传输电缆319将能量提供给电磁耦合的井下电极和22，它们优选为频率发射装置318的一部分。电极20和22之间的次表面材料在吸收电磁能量时温度上升。当适当配置时，通过调节工作频率、电极20和22的电流的电学相位和电极尺寸与位置，系统可以提供空间受控的加热模式。流体载波介质320优选为水，但实际上可以是任何的液体，例如但不限于去离子水、盐水溶液或液体二氧化碳。流体载波介质320被泵入到一个或多个腔室335和355内，以增加储槽水平面和/或压力，和/或作为冷却液以防止储槽332内的流体载波介质达到其沸点。在某些情况下，可以从储槽332中移走载波介质以解除压力。主要依照组成物中水含量和组成物可在该过程中贡献的水量的不同，最初该方法可能需要比现有方法中更多的流体载波介质320。而在现有的方法中对于地下提取和随的地上冲洗均需要蒸汽和高能量输入。但总的来说，所需的流体载波介质320和能量的数量大大低于现有的方法。可行的话，应该建造深湖储槽以产生用于频率发生与监控装置的水电，并维持流体载波介质320的储备。如果设计适当，能从腔室335和355的底部回收流体载波介质320以减少或排除泵入腔室的能量需求。该过程在开采完成之后可以继续进行，作为低本高效的方法，当需要时，可以保持在腔室中的流体载波介质320以及随后的天然气储备的压力。
图13烃的提取和处理方法-阶段2
图13显示主腔室335的实例，它是通过图12中的三个形成中的腔室335和355在过程当中膨胀而汇合在一起形成的。腔室335(图12中三个之一形成的腔室)具有锥形形状。其顶部在中央朝上竖立。图12中的储槽332也结合形成主储槽338。期望锥形形状的腔室有多种原因，例如下面所述(1)锥形形状的腔室促进加热的烃质物质向腔室335的中央处的传播。当烃质组成物粘度在主储槽338附近降低时，它将从介质304向储槽338中的流体载波介质320传播。例如，当加热的沥青砂与流体载波介质320接触时，沥青将在流体载波介质320上飘浮，而砂及其它碎块将沉至储槽338的底部成为沉积物344。在上升至流体载波介质320表面之后可以将加热的沥青和烃送到表面。
(2)锥形形状的腔室提供暴露于介质304的流体载波介质320的最大表面面积。
(3)锥形形状的腔室允许有效安置分离的杂质，这是由于腔室在沉积矿物的基底底部从中央位置往上向外开口，造成了将沉淀物向腔室基底中央沉降的环境。在采用高温(沸点以上)和迅速加热技术的常规技术当中，许多有价值的具有低沸点的烃化合物被流失掉。石蜡具有40℃的浊点和60℃的重熔点。使用能够控制所有目标组分的温度的装置及经由流体载波介质320收集具有降低粘度的油的装置对介质304的持续加热能够使得该过程方法相对于常规方法更凉。烃的较小温度上升则意味着可以提取更多的组成物中的烃，由于闪蒸而流失的更少。加热的烃质流体的粘度降低是减少闪蒸烃的数量的结果。在常规方法中的高温和/或迅速加热中的一个问题是当更多的烃从加热的烃质流体中闪蒸出来时，流体的粘度增大。此处公开的方法则排除了该问题或显著减轻了该问题。当加热的沥青和熔融蜡上升至图13的腔室335中的流体载波介质320的表面时，腔室的水平截面越窄，则熔融沥青、烃、蜡和天然气层面的带就越厚。更深的层面能允许这些层面的定制的(多个)加热频率。对于更厚的层面，可以(从初始馏分)中产生更多的馏分并个别提取。较深层面与某些组分的薄层比，对于频率加热更有利和有效，这是因为每个层面可能需要定制的变频自动电容式射频介电加热。个别层面的加热可以达到高达900摄氏度的温度。如图13所示，主腔室335被充分打开和定形，因此其可以被填充以向介质304传导频率的流体载波介质320。具有流体载波介质320和/或其它液体(例如组成物中释放的水)的储槽338的功能是将杂质作为沉积物沉降到腔室基底。应该指出的是，例如盐水的流体可以传导数百英尺。被处理的介质334的层340通常位于含烃组成物整体与腔室流体载波介质320之间。通常地，加热腔室壁和顶。熔融的沥青或释放出的油和烃预料会上升至储槽338的表面，或者作为靠在腔室顶的层342，或者作为储槽338的表面附近的泡沫(未标示)。杂质(不含有足量烃或者密度大于流体载波介质320的组分)作为沉积物344沉降至腔室基底。随着加热过程的继续，开始形成烃质颗粒的分层356。飘浮至流体载波介质320表面的熔融沥青、油和烃在图13中显示为分层346。使用管线350提取分层346。天然气形成分层348，它们在腔室335的顶端收集。使用管线352提取分层348。图13中在最右侧和最左侧的井处于处理过程的早期阶段。围绕主腔室335形成腔室，例如这些附属腔室355。在腔室355中含烃组成物(介质304)被热处理334，以预备主腔室335扩展到这些区域。如果需要的话，流体载波介质320被泵入到腔室355，加热的沥青(被热处理的介质334)等待被泵出以扩大或形成腔室355。这些腔室355有多种目的。其一是用作加热组分的处理蒸器室。该室的另一个用途是用作生产井以收集加热的烃用于移动到陆地表面。
图14烃的提取和处理方法-阶段3
在图14中，主腔室335扩展到包括图13中的腔室355。开放和驱动更多的井(图14中最右和左侧)以扩展腔室335的过程继续进行。腔室335的中央升起并加宽，现在具有了园顶盖364。现在已经有了充足的空间可以使储槽338的水平面达到腔室335的向上倾斜的壁和顶。由于储槽338的深度增加而在腔室335内形成压力差。在图14中，通过阶段3，熔融的沥青、油和烃分层到它们不同的层中，分层356包含更加稠密的化合物，分层362包含较少稠密的化合物，分层358和360包含的化合物的密度介于分层356与分层362的之间。甲烷和其它气体上升形成分层348。
图15和16烃的提取和处理方法-阶段4
图15和16表述的是本发明中的多种技术的后阶段。在图15和近观视图16中的腔室335将很快受限于向外扩展到组成物中，则在含烃组成物，介质304的顶部附近向上扩展。此时，为了沉积矿物的充分开采，图13中的腔室的锥形形状变为圆顶形状。位于井筒基底的装置368(逐渐升高到沉积物344隆起界限之上)是高功率的频率发生装置和自动阻抗匹配-监控装置。如果流体载波介质320的特性和/或储槽338能允许长距离上的频率迁移，则优选位于中央的高能发生与监控装置，例如装置368，而不用井的栅格和先前在图12和13中描述的装置。过程370将流体载波介质320的层回收并再循环，该层一般是紧接着分层356之下的流体载波介质320得暖层。必要的话，在周围或在过程370的管线可以设置变频自动电容式射频介电加热以作为淤浆处理而迅速加热介质304和流体载波介质320，和/或用RF加热频率充满储槽338以有助于开采过程。任选地，将遥控水下舱372和374系于陆面之上并用管线向下到达腔室335内。这些装置可能的用途如下(a)向含烃沉积物的特定(多个)区域传递高功率变频自动电容式射频介电加热的方法；(b)提供高压力的流体载波介质320以将直接邻近的烃质组成物从表面水压冲击成较小的部分。如果流体载波介质320用于液压地分割被加热和/或开采的区域，则在流出之前在流体载波介质320中应该饱和以适当的频率。遥控水下舱在其两端均具有水压，如相关的水平箭头所示，具有饱和以沥青加热频率的流体载波介质320的稳定流；(c)通过从被开采的区域除去颗粒物而扩大腔室335(使用遥控舱374)。虽然没有显示，但可以将管线连接至舱374以将这些材料进一步搬离开采区域。当流体载波介质320在被加热的区域上被沉降至腔室基底的杂质饱和时，其发射和/或监控自动阻抗匹配频率的效率可能下降。将流体载波介质320和介质304捕获并输送至腔室的另一部分进行进一步的频率加热和/或杂质分离可以提高效率。过程376可以采收熔融沥青、油或烃的分层或层356、358、360和/或362并将这些分层中的一个或多个深深转入储槽338。当包含物在管线中向下传输时，变频自动电容式射频介电加热则迅速地加热作为淤浆377的管线包含物。过程376具有从加热的烃物质中产生烃的粗馏份的潜力，这可以通过以淤浆的形式迅速加热烃至所需温度，然后在深处(超过30米)流体造成的极大的流体静压力下进行释放。当在位置378处(通常在用于过程376的管线的端部)将过程376的包含物释放到深入腔室335时，过程376的包含物内的特定化合物在上升至腔室335表面进行在压力下的继续迅速加热时，使用变频自动电容式射频介电加热方式对其进行粒子辐射。本领域熟练技术人员可以计算与储槽338的流体静压力有关的过程376的包含物所需的规定温度，以提供不同水平的烃的分馏。当需要时(例如更复杂烃的精炼)，可以通过压力将添加物注入到制造在用于过程376的管线内的管线混合器。不止一个馏份可以和添加物一起混入，加热的频率如前所述，然后在压力下释放以制造更复杂的烃链。为了根据本发明设计满意的电容式RF介电加热系统，最好考虑例如电场水平、频率进程、几何形状与周围的地质组成物的各种因素。有利的是在一定的频率、温度和压力范围内充分了解需要加热的烃质材料的介电性质。而且，重要的是要避免任何的可能引起高局部场强强度的因素。可以选择在1MHz-300MHz的正常工作范围的全部或部分之上对RF能量基本可透过的用于腔室335和/或355的流体载波介质320，使得烃或其它目标化学组分的加热可以在不引起流体载波介质320沸腾的情况下完成。需要加热的产物可以被非传导性介电耦合流体载波介质320(例如去离子水)围绕或者暴露于它。这样的流体载波介质本身不能被加热(德拜共振频率高得多)，但可以增加在电极与要被加热的介质之间的间隙的介电常量，从而降低间隙阻抗并改善达到介质的能量传递。还可以对介质304的外边缘提供更多的热量(.例如通过从预热的流体载波介质320的对流)以帮助补偿发生在那些区域的更多的热量损耗。或者可以将相对冷的载波介质320循环至介质304的外边缘也是有帮助的，这可以防止载波介质的沸腾。这在当介质304或介质内的特定组分需要被加热至高于载波介质320的沸点时可能是必需的。预加热的流体载波介质320在为水的情况下其温度可以为0-99℃，或者一般地，温度范围在介质的沸点之下。
一般方面
电容式RF介电加热系统具有功率控制和电压/电场水平控制能力，以及可能包含栅格电极配置(见图9和10)，以提供场强对时间和在介质304或流体载波介质320中位置的精确控制。除了上面的不同制造方法流程的实例之外，还存在将该技术与例如欧姆式或微波式加热的其它加热技术联合使用以提高产品质量、过程产率和/或能量效率的可能性。这方面的例子包括如下1.在流体载波介质320中使用欧姆频率加热手段加热断裂至储槽332和/或338中的组成物；2.在流体载波介质320中使用微波或欧姆频率加热组分，其中流体载波介质的组分所需的射频类似于非目标加热的组分；3.利用微波在组成物目标加热的区域产生附加的热量。4.利用微波在位于储槽332和/或338中的流体载波介质320与含烃介质304之间的层342处产生附加的热量。运用此处描述的方法与装置可以避免现有的电容式RF介电加热方法的潜在缺点。根据第一种方法，对付潜在的限制可以通过提供频率控制以匹配德拜共振或占优势的组分的其它参数、随温度跟踪它们、控制场强和优化产物几何形状以防止击穿。根据第二种方法，自动阻抗匹配保证了有效调节的负载阻抗与讯号发生单元的输出阻抗的匹配，从而能保证以最大的能量加热负载(从而加热时间更短)。为了防止或降低热失控的危险性，可以使用具有红外扫描器以监控被加热的含烃组成物整体(介质304)和/或流体载波介质320的栅格电极系统。响应来自(多个)传感输入装置316的讯号，通过调节局部场强或者通过在不同的负载周期中关闭栅格的某些部分以防止炽热点，可以独立地加热存在于烃质物质中的特定组分，如烃和/或其它组分。本方法提供了优于现有方法的多种优点。例如，变频自动电容式射频介电加热能允许对每个单独层面的个别处理，具备实时监控和频率调节。此外，与常规方法相比，该设计总的使用水或沉淀物清除最小。另一优点是采用水或者其它要生成的液体或气体的最小输入可以保持最大的腔室压力并维持必需的压力。加之，所述的过程需要的能量显著减少。减轻汽化含烃组成物中的水本身将极大的降低能量需求。同样重要乃至可能更重要的是，大量的温室气体和其它的副产物留在其原始沉积物中。虽然依照几种优选的实施方案描述了本发明，但还存在着落在本发明的范围之内的各种变化、变型及等同方式。还应当指出实现本发明的装置和方法技术有许多替代的方式。这就因此意味着随附的权利要求应当被解释为包括所有的这种变化、变型及等同方式均处于本发明的实质和范围之内。可以多种方式实现本发明，包括作为过程、装置、系统、设备、方法或计算机可读介质。本发明包括所有能够落入随附的权利要求及其等同表达的范围和实质之内的修正。
权利要求书(按照条约第19条的修改)根据PCT条约19条的声明条约19条的方法权利要求1、装置权利要求30、32、35、46、52、57和66已被缩小为包含不侵害材料的关于烃质材料的定义。术语mhz被改正为MHz。术语“介质”替换了原权利要求所使用的多种术语，例如烃质、含烃或化学组合物。条约19条的权利要求32中的载波介质的实例被去除。
条约19条的新权利要求4基于说明书第0063段。
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条约19条的修改后的权利要求17基于第0056段。
条约19条的新权利要求18、31和34基于说明书第0174段。
条约19条的新权利要求19基于说明书第0047、0087、0174、0179和0183段。
条约19条的新权利要求20基于说明书第0143、0144、0148、0150、0152、0158-0167和0171段。
从属权利要求16被修改为现在的独立权利要求21。
从属权利要求18被修改为现在的独立权利要求22。
原来从属于原权利要求18的条约19条的新权利要求23-25，现在从属于条约19条的权利要求22。
条约19条的新权利要求33限定了权利要求32中的载波介质。
条约19条的修改后的权利要求44、50、55和64基于第0172和0174段。
条约19条的修改后的权利要求45、51、56和65基于第0147、0172和0174段。
条约19条的新权利要求63基于第0074-0078、0080-0092、0122和0126-0145段。
条约19条的权利要求71是从原权利要求55中删除“其中烃质材料是在流体静压力下被加热和释放”而扩大了范围。
1.一种加热介质的方法，所述介质包含选自油页岩、沥青砂、油砂、煤、沥青和/或油母岩质的烃质材料，所述方法包括(a)使所述介质经受在预定的能加热所述介质的频率范围上施加的射频波形产生的交流电场；(b)测量最初依赖于所述介质的阻抗的有效负载阻抗；(c)比较所述有效负载阻抗与产生所述射频波形的讯号发生单元的输出阻抗；和(d)自动调节所述有效负载阻抗以匹配所述讯号发生单元的所述输出阻抗。
2.权利要求1的方法，其中所述讯号发生单元的所述输出阻抗为预定的常量。
3.权利要求2的方法，其中所述讯号发生单元的所述输出阻抗为约50欧姆。
4.权利要求2的方法，其中所述讯号发生单元的所述输出阻抗的范围为约20至少100欧姆。
5.权利要求1的方法，其中测量所述有效负载阻抗包括测量通过所述介质的电压和测量在所述介质中形成的电场。
6.权利要求1的方法，其中测量所述有效负载阻抗包括测量施加给介质的所述射频波形的电流。
7.权利要求1的方法，其中测量所述有效负载阻抗包括测量施加给所述介质的所述射频波形的电压和电流，并基于测量的电压和测量的电流确定相角。
8.权利要求1的方法，其中测量所述有效负载阻抗包括测量施加以产生通过所述介质的电压和电流的所述射频波形的前向功率水平和有效负载反射的所述射频波形的反向功率水平。
9.权利要求8的方法，进一步包括从所述前向功率水平和所述反向功率水平计算电压驻波比。
10.权利要求9的方法，进一步包括重复自动调节所述有效负载阻抗的动作，直到所述电压驻波比为约2∶1或更小。
11.权利要求9的方法，进一步包括重复自动调节所述有效负载阻抗的动作，直到所述电压驻波比为约1∶1。
12.权利要求1的方法，其中自动调节所述负载阻抗至所述讯号发生单元的所述输出阻抗包括调节所述施加的射频波形的所述选定的频率。
13.权利要求1的方法，其中自动调节所述有效负载阻抗以匹配所述讯号发生单元的所述输出阻抗包括调谐与有效负载连接的可调谐阻抗匹配网络。
14.权利要求1的方法，进一步包括在加热过程中定时性地测量所述介质的至少一个温度，并将所述测量的温度用于自动调节所述有效负载阻抗与所述讯号发生单元的所述输出阻抗相匹配。
15.权利要求1的方法，其中所述射频波形允许波长大于所述介质的几何尺寸。
16.权利要求1的方法，其中所述射频波形的所述选定频率的范围在1MHz至300MHz。
17.权利要求1的方法，其中所述射频波形的所述选定频率大于约300KHz。
18.权利要求1的方法，其中所述介质通过所述射频被加热及在压力下被释放。
19.权利要求1的方法，其中至少一种存在于所述介质中的特定化学组分是通过所述射频被目标加热的。
20.权利要求1的方法，其中将所述介质暴露于载波介质，所述载波介质允许所述射频波形通过以加热所述介质。
21.一种加热介质的方法，所述介质包括包含于地下环境中的烃质材料，所述方法包括(a)使所述介质经受在预定的能加热所述介质的频率范围上施加的射频波形产生的交流电场；(b)测量最初依赖于所述介质的阻抗的有效负载阻抗；(c)比较所述有效负载阻抗与产生所述射频波形的讯号发生单元的输出阻抗；和(d)自动调节所述有效负载阻抗以匹配所述讯号发生单元的输出阻抗。
22.一种加热介质的方法，所述介质包括烃质材料，所述方法包括(a)使所述介质经受在预定的能加热所述介质的频率范围上施加的射频波形产生的交流电场；(b)测量最初依赖于所述介质的阻抗的有效负载阻抗；(c)比较所述有效负载阻抗与产生所述射频波形的讯号发生单元的输出阻抗；(d)自动调节所述有效负载阻抗以匹配所述讯号发生单元的输出阻抗；和(e)将所述介质暴露于载波介质的地下储槽，所述载波介质是允许射频波通过到达所述介质的流体。
23.权利要求22的方法，其中所述介质在暴露于所述载波介质的所述储槽时被加热。
24.权利要求22的方法，其中一般邻近于所述储槽的所述介质被加热，所述储槽中的所述载波介质保持在低于所述载波介质沸点的温度范围。
25.权利要求22的方法，其中通过加热所述介质得到的期望的化合物在所述储槽内形成可采收层，从所述储槽中可以提取所述可采收层。
26.一种加热含烃组成物的方法，包括(a)使所述含烃组成物经受使用讯号发生单元在预定的可变频率施加射频波形产生的交流电场，所述讯号发生单元具有通常恒定的输出阻抗；(b)测量所述含烃组成物的实际阻抗；(c)确定有效负载阻抗，所述有效负载阻抗最初依赖于所述含烃组成物的所述实际阻抗，所述有效负载阻抗是通过使用所述讯号发生单元的电路测量施加的射频波形的电压和电流并计算相角差，和，测量施加到所述烃质物质的所述射频波形的前向功率水平及由所述含烃组成物反射的所述射频波形的反向功率水平中的至少一种方式确定的；(d)比较所述有效负载阻抗与所述讯号发生单元的所述输出阻抗；和(e)通过调节施加所述射频波形的频率和调节可调谐阻抗匹配网络以使所述有效调节的负载阻抗近视等于讯号发生单元的所述输出阻抗中的至少一种方式自动地使所述有效负载阻抗与所述讯号发生单元的所述输出阻抗相匹配。
27.一种加热含烃组成物的方法，包括将烃质物质保持在通过由讯号发生电路提供的不大于300mhz的频率的射频波形产生的交流电场中，所述烃质物质源自所述含烃组成物且包含在地下储槽内；和通过自动保持所述烃质物质与讯号发生电路之间的阻抗匹配而以可控方式加热所述烃质物质，所述讯号发生电路提供所述射频波形。
28.一种加热含烃组成物的方法，包括将在地下环境内的至少一种烃质化合物保持在交流电场中，所述电场由射频波形提供，所述烃质化合物源自所述含烃组成物；定时性检测所述烃质化合物与不期望的有机和无机组分的阻抗以产生传感器输出讯号；基于最近检测的阻抗与已知阻抗之间的差确定阻抗的不匹配，用计算机产生对应于所述差的相应控制讯号输出；和当所述烃质化合物和不期望的有机和无机组分温度升高时，通过所述计算机的所述控制讯号输出调节所述射频波形的所述频率，使所述阻抗与所述最近检测的阻抗相匹配。
29.一种从一般与烃质组成物关联的不期望物质中分离烃质物质的方法，包括将烃质物质和不期望物质保持在由射频波形提供的交流电场中，所述烃质组成物暴露于地下储槽，所述储槽中包含流体载波介质，所述流体载波介质允许所述射频波形的通路穿过和加热所述烃质组成物；定时性检测所述烃质物质和所述流体载波介质的阻抗以产生传感器输出讯号；基于最近检测的阻抗与已知阻抗之间的差确定阻抗的不匹配，用计算机产生对应于所述差的相应控制讯号输出；和当所述烃质物质和所述流体载波介质温度升高时，通过所述计算机的所述控制讯号输出调节所述射频波形的所述频率，使所述检测的阻抗与所述最近检测的阻抗相匹配，使所述烃质物质温度升高和粘度降低，从而上升到所述储槽的表面，不期望物质作为沉积物在所述储槽中沉降。
30.一种加热介质的方法，所述介质包含选自油页岩、沥青砂、油砂、煤、沥青和/或油母岩质的烃质材料，所述方法包括测试所述介质的第一样品以在若干不同温度下确定第一阻抗；将得到的所述介质的所述第一阻抗对温度的信息贮存到计算机内存中；使讯号流过所述介质的第二样品，传给所述介质的所述讯号的射频不大于300MHz；检测第二样品的至少一部分的阻抗；通过操作所述计算机确定最近检测的所述介质的阻抗与所述介质的加热速率之间的关系；和基于所述关系调节所述介质的所述加热速率。
31.权利要求30的方法，其中所述介质通过所述射频被加热及在压力下被释放。
32.一种加热存在于介质中的至少一种化学组分的方法，所述介质包含选自油页岩、沥青砂、油砂、煤、沥青和/或油母岩质的烃质材料，所述方法包括；将所述化学组分保持在由频率不大于300MHz的射频讯号提供的交流电场中；和通过自动保持所述化学组分的阻抗与预定的常量之间的阻抗匹配而以可控方式加热所述化学组分，所述预定的常量包含任选的流体载波介质，当需要时，该流体载波介质可以不受传给所述化学组分的所述频率的影响。
33.权利要求32的方法，其中所述介质选自水、盐水溶液和/或二氧化碳34.权利要求32的方法，其中所述介质通过所述频率被加热及在压力下被释放。
35.一种用于加热介质的电容式射频介电加热装置，所述介质包含选自油页岩、沥青砂、油砂、煤、沥青和/或油母岩质的烃质材料，该装置包括将交流射频讯号源保持在射频不大于300MHz，该源与在产物处理区的相对侧的一对电极相连接以在存在于所述产物处理区之内的所述介质中引发射频讯号产生交流电场；在不同的所述射频之间调节所述射频讯号的所述频率的频率控制器；预测作为温度之函数的所述介质的阻抗的数学模型；检测所述介质的阻抗数据的阻抗传感器；和设置程序以接收来自阻抗传感器的阻抗数据、采用所述介质的所述数学模型处理所述阻抗数据和对所述频率控制器施加控制讯号以调节所述射频讯号的所述频率而使所述检测的阻抗与预定阻抗相匹配的计算机。
36.权利要求35的装置，其中所述交流射频讯号源包括与功率放大器连接的频率发生器。
37.权利要求36的装置，进一步包括阻抗匹配网络，该阻抗匹配网络是可调谐的，以使得所述功率放大器的输出阻抗与负载的阻抗相匹配，该负载包括所述电极对和在所述两电极之间的所述产物处理区中的任何所述介质。
38.权利要求36的装置，进一步包括与传输线耦合的定向耦合器，该传输线引自所述功率放大器以接收与所述放大器提供的功率水平成比例的讯号。
39.权利要求38的装置，其中定向耦合器包括接收与放大器提供的功率成比例的讯号的前向功率部分和接收与反射回放大器的功率成比例的讯号的反向功率部分。
40.权利要求39的装置包括连接的测量仪以接收来自所述前向和反向功率部分的所述相应讯号。
41.权利要求40的装置，其中所述测量仪计算电压驻波比。
42.权利要求41的装置，其中所述测量仪计算负载反射系数。
43.权利要求40的装置，其中所述计算机与所述测量仪连接并接收来自所述测量仪的输入讯号，将所述接收的输入讯号与所述温度数据一起处理以产生所述控制讯号。
44.权利要求35的装置，其中所述处理区在管线之内。
45.权利要求44的处理区，其中所述介质是淤浆。
46.一种介质的电容式射频介电加热装置，所述介质包含选自油页岩、沥青砂、油砂、煤、沥青和/或油母岩质的烃质材料，该装置包括
频率不大于300MHz的交流射频讯号源；与所述源连接的第一电极；与所述源连接的第二电极，第二电极与第一电极隔开，从而在所述电极之间限定出产物处理区，所述射频讯号流过位于所述产物处理区内的所述介质；和通过调节所述射频讯号的所述频率使所述被加热的介质的阻抗与预定的常量匹配的阻抗匹配装置。
47.权利要求46的装置，其中所述第一和第二电极的每一个都具有多个相互电隔离的电极元件。所述第一电极的个别元件的位置与相应的所述第二电极的个别元件的位置相对以提供相对电极元件的多个配对。
48.权利要求46的装置，其中在所述射频讯号供给电路中对每对电极连接计算机控制的开关，从而可以通过所述计算机将个别电极配对关掉与接通。
49.权利要求46的装置，进一步包含温度传感器，并且其中至少一些温度传感器支承在第一电极上。
50.权利要求46的装置，其中所述处理区在管线之内。
51.权利要求50的处理区，其中所述介质是淤浆。
52.一种用于加热介质的电容式射频介电加热装置，所述介质包含选自油页岩、沥青砂、油砂、煤、沥青和/或油母岩质的烃质材料，该装置包括限定出用于加热所述介质的热处理区的至少一对间隔开的电极；与所述电极连接的讯号发生电路，所述讯号发生电路能够提供交流射频讯号以给所述电极填充电荷并在所述热处理区产生交流电场；与所述电极和与所述讯号发生电路连接的阻抗测量电路，所述阻抗测量电路测量所述电极和位于所述处理区的所述介质内的至少一种化学组分的阻抗；和与所述阻抗测量电路和所述讯号发生电路相联的控制器，所述控制器基于通过所述阻抗测量电路测量的所述阻抗控制所述讯号发生电路和因此产生的所述交流电场。
53.权利要求52的装置，其中所述讯号发生电路包括变频射频讯号发生器。
54.权利要求52的装置，其中所述讯号发生电路包括与所述变频射频讯号发生器连接的放大器。
55.权利要求52的装置，其中所述处理区在管线之内。
56.权利要求55的处理区，其中所述介质是淤浆。
57.一种用于加热介质的电容式射频介电加热装置，所述介质包含选自油页岩、沥青砂、油砂、煤、沥青和/或油母岩质的烃质材料，该装置包括射频不大于300MHz的交流射频讯号的源，所述源与在产物处理区的相对侧的一对电极相连接以引发所述射频讯号流过所述产物处理区；在不同的射频频率之间调节所述射频讯号的所述射频的频率控制器；预测作为通过所述装置被加热的所述介质的温度的函数的德拜共振频率的数学模型；测量位于所述区中的所述介质的温度数据的温度传感器；和设置程序以接收来所述温度传感器的所述温度数据、采用所述介质的所述数学模型处理所述温度数据和对所述频率控制器施加控制讯号以调节所述射频讯号的所述频率至所述产物在所述检测的温度下在所述区中的德拜共振频率的计算机。
58.权利要求57的装置，其中所述数学模型提供所述介质内至少一种化学组分的德拜共振频率信息；所述装置进一步包括将位于所述区中的所述介质的类型告知所述计算机的输入装置。
59.权利要求57的装置，其中所述输入装置还将位于所述区中的所述介质的类型告知所述计算机。
60.权利要求57的装置，其中所述数学模型是包含所述介质内的至少一种化学组分在不同温度下的德拜共振频率的数据表。
61.权利要求57的装置，其中所述数学模型预测存在于所述介质中的至少一种化学组分的德拜共振频率是基于所述化学组分的介电性质。
62.权利要求57的装置，进一步包括响应来自计算机的讯号以调节在该区中的射频讯号的功率水平的场强控制器。
63.权利要求57的装置，其中所述数学提供存在于所述介质中的至少一种化学组分的德拜共振频率信息；所述装置进一步包括将所述介质是否与对目标加热的至少一种所述化学组分而言可以起到所述频率的载波介质作用的化学组分相接触告知所述计算机的输入装置，和所述计算机被编程以给所述频率控制器发讯号来调节所述射频讯号的所述频率至不是所述载波介质的德拜共振频率的频率64.权利要求57的装置，其中所述处理区在管线之内。
65.权利要求64的处理区，其中所述介质是淤浆。
66.一种用于加热介质的电容式射频介电加热装置，所述介质包含选自油页岩、沥青砂、油砂、煤、沥青和/或油母岩质的烃质材料，该装置包括频率不大于300MHz的交流射频讯号源；与所述源连接的第一电极；与所述源连接的第二电极，所述第二电极与所述第一电极隔开，从而在所述第一和第二电极之间限定出处理区，射频讯号流过在所述处理区中的所述介质；为在位于所述区中的所述介质的多个区域中测量温度数据而安置的多个温度传感器；和接收来自所述温度传感器的温度数据、使用所述介质的数学模型处理所述温度数据和响应在所述区中所述检测的温度的变化调节所述射频讯号的至少一种特性的计算机。
67.权利要求66的装置，其中所述第一和第二电极的每一个都具有多个相互电隔离的电极元件。所述第一电极的个别元件的位置与相应的所述第二电极的个别元件的位置相对以提供相对电极元件的多个配对。
68.权利要求66的装置，其中计算机控制的开关连接用于每对所述电极的所述射频讯号供给电路，从而可以通过所述计算机将个别所述电极配对关掉与接通。
69.权利要求66的装置，其中至少一些所述温度传感器支承在所述第一电极上。
70.权利要求66的装置，其中所述处理区在管线之内。
71.权利要求70的处理区，其中所述介质是淤浆。
权利要求
1.一种加热介质的方法，所述介质包含烃质材料，所述方法包括(a)使所述介质经受交流电场，该交流电场由在能加热所述介质的预定频率范围内施加的射频波形产生；(b)测量最初依赖于所述介质的阻抗的有效负载阻抗；(c)比较所述有效负载阻抗与产生所述射频波形的讯号发生单元的输出阻抗；和(d)自动调节所述有效负载阻抗以匹配所述讯号发生单元的输出阻抗。
2.权利要求1的方法，其中所述讯号发生单元的所述输出阻抗为预定的常量。
3.权利要求2的方法，其中所述讯号发生单元的所述输出阻抗为约50欧姆。
4.权利要求1的方法，其中测量所述有效负载阻抗包括测量通过所述介质的电压和测量在所述介质中形成的电场
5.权利要求1的方法，其中测量所述有效负载阻抗包括测量施加给介质的所述射频波形的电流。
6.权利要求1的方法，其中测量所述有效负载阻抗包括测量施加给所述介质的所述射频波形的电压和电流，并基于测量的电压和测量的电流确定相角。
7.权利要求1的方法，其中测量所述有效负载阻抗包括测量施加以产生通过所述介质的电压和电流的所述射频波形的前向功率水平和有效负载反射的所述射频波形的反向功率水平。
8.权利要求7的方法，进一步包括从所述前向功率水平和所述反向功率水平计算电压驻波比。
9.权利要求8的方法，进一步包括重复自动调节所述有效负载阻抗的动作，直到所述电压驻波比为约2∶1或更小。
10.权利要求8的方法，进一步包括重复自动调节所述有效负载阻抗的动作，直到所述电压驻波比为约1∶1。
11.权利要求1的方法，其中自动调节所述负载阻抗至所述讯号发生单元的所述输出阻抗包括调节所述施加的射频波形的所述选定的频率。
12.权利要求1的方法，其中自动调节所述有效负载阻抗以匹配所述讯号发生单元的所述输出阻抗包括调谐与有效负载连接的可调谐阻抗匹配网络。
13.权利要求1的方法，进一步包括在加热过程中定时性地测量所述介质的至少一个温度，并将所述测量的温度用于自动调节所述有效负载阻抗与所述讯号发生单元的所述输出阻抗相匹配。
14.权利要求1的方法，其中所述射频波形允许在测试条件下至少比介质的最长几何尺寸大十倍的波长。
15.权利要求1的方法，其中所述射频波形的所述选定频率的范围在1mhz至300mhz。
16.权利要求1的方法，其中所述介质中的所述烃质物质包含在地下环境内。
17.权利要求1的方法，其中所述介质为烃质物质，所述射频波形大于约30mhz。
18.权利要求1的方法，进一步包括将所述介质暴露于载波介质的地下储槽，所述载波介质是允许射频波传播至所述介质的流体。
19.权利要求18的方法，其中所述介质在暴露于所述载波介质的所述储槽时被加热。
20.权利要求18的方法，其中一般邻近于所述储槽的所述介质被加热，所述储槽中的所述载波介质保持在低于所述载波介质沸点的温度范围。
21.权利要求1的方法，其中所述介质内的期望的化合物在所述储槽内形成可采收层，从所述储槽中可以提取所述可采收层。
22.一种加热含烃组成物的方法，包括(a)使所述含烃组成物经受用讯号发生单元以预定的可变频率施加射频波形产生的交流电场，所述讯号发生单元具有通常恒定的输出阻抗；(b)测量所述含烃组成物的实际阻抗；(c)确定有效负载阻抗，所述有效负载阻抗最初依赖于所述含烃组成物的所述实际阻抗，所述有效负载阻抗是通过使用所述讯号发生单元的电路测量施加的射频波形的电压和电流并计算相角差，和，测量施加到所述烃质物质的所述射频波形的前向功率水平及由所述含烃组成物反射的所述射频波形的反向功率水平中的至少一种方式确定的；(d)比较所述有效负载阻抗与所述讯号发生单元的所述输出阻抗；和(e)通过调节施加所述射频波形的频率和调节可调谐阻抗匹配网络以使所述有效调节的负载阻抗近视等于讯号发生单元的所述输出阻抗中的至少一种方式自动地使所述有效负载阻抗与所述讯号发生单元的所述输出阻抗相匹配。
23.一种加热含烃组成物的方法，包括将烃质物质保持在通过由讯号发生电路提供的不大于300mhz的频率的射频波形产生的交流电场中，所述烃质物质源自所述含烃组成物且包含在地下储槽内；和通过自动保持所述烃质物质与讯号发生电路之间的阻抗匹配而以可控方式加热所述烃质物质，所述讯号发生电路提供所述射频波形。
24.一种加热含烃组成物的方法，包括将在地下环境内的至少一种烃质化合物保持在交流电场中，所述电场由射频波形提供，所述烃质化合物源自所述含烃组成物；定时性检测所述烃质化合物与不期望的有机和无机组分的阻抗以产生传感器输出讯号；基于最近检测的阻抗与已知阻抗之间的差确定阻抗的不匹配，用计算机产生对应于所述差的相应控制讯号输出；和当所述烃质化合物和不期望的有机和无机组分温度升高时，通过所述计算机的所述控制讯号输出调节所述射频波形的所述频率，使所述阻抗与所述最近检测的阻抗相匹配。
25.一种从一般与烃质组成物关联的不期望物质中分离烃质物质的方法，包括将烃质物质和不期望物质保持在由射频波形提供的交流电场中，所述烃质组成物暴露于地下储槽，所述储槽中包含流体载波介质，所述流体载波介质允许所述射频波形的通路穿过和加热所述烃质组成物；定时性检测所述烃质物质和所述流体载波介质的阻抗以产生传感器输出讯号；基于最近检测的阻抗与已知阻抗之间的差确定阻抗的不匹配，用计算机产生对应于所述差的相应控制讯号输出；和当所述烃质物质和所述流体载波介质温度升高时，通过所述计算机的所述控制讯号输出调节所述射频波形的所述频率，使所述检测的阻抗与所述最近检测的阻抗相匹配，使所述烃质物质温度升高和粘度降低，从而上升到所述储槽的表面，不期望物质作为沉积物在所述储槽中沉降。
26.一种加热含烃组成物的方法，包括测试烃质材料的第一样品以在若干不同温度下确定至少一个目标化学组分的第一阻抗；将得到的所述目标化学组分的阻抗对温度的信息贮存到计算机内存中；使讯号流过所述烃质材料的第二样品，对于所述目标化学组分而言所述讯号的射频不大于300mhz；检测第二样品的至少一部分的第二阻抗；通过操作所述计算机确定最近检测的所述烃质材料的阻抗与所述目标化学组分的加热速率之间的关系；和基于所述关系调节所述目标化学组分的加热速率。
27.一种加热存在于烃质材料中的特定化学组分的方法，包括；将烃质材料保持在由频率不大于300mhz的射频讯号提供的交流电场中；和通过自动保持所述烃质材料的阻抗与预定的常量之间的阻抗匹配而以可控方式加热所述烃质材料，所述预定的常量包含任选的流体载波介质(例如水、盐水溶液、二氧化碳)，当需要时，该流体载波介质可以不受提供给组成物之内的目标元素的频率的影响。
28.一种用于烃质物质的电容式射频介电加热装置，该装置包括将交流射频讯号源保持在射频不大于300MHz，该源与在产物处理区的相对侧的一对电极相连接以在产物处理区引发射频讯号产生交流电场；在不同的射频之间调节射频讯号的频率的频率控制器；预测作为温度之函数的烃质物质内特定化学组分的阻抗的数学模型；检测烃质物质内特定化学组分的阻抗的阻抗传感器；设置程序以接收来自阻抗传感器的阻抗数据、采用产物模型处理阻抗数据和对频率控制器施加控制讯号以调节射频讯号的频率而使检测的阻抗与预定阻抗相匹配的计算机。
29.权利要求28的装置，其中交流讯号源包括与功率放大器连接的频率发生器。
30.权利要求28的装置，进一步包括阻抗匹配网络，该阻抗匹配网络是可调谐的，以使得功率放大器的输出阻抗与负载的阻抗相匹配，该负载包括电极对和在两电极之间的产物处理区中的任何产物。
31.权利要求28的装置，进一步包括与传输线耦合的定向耦合器，该传输线引自功率放大器以接收与放大器提供的功率水平成比例的讯号。
32.权利要求28的装置，其中定向耦合器包括接收与放大器提供的功率成比例的讯号的前向功率部分和接收与反射回放大器的功率成比例的讯号的反向功率部分。
33.权利要求28的装置包括连接的测量仪以接收来自前向和反向功率部分的相应讯号。
34.权利要求28的装置，其中测量仪计算电压驻波比。
35.权利要求28的装置，其中测量装置计算负载反射系数。
36.权利要求28的装置，其中计算机与测量仪连接并接收来自测量仪的输入讯号，将接收的讯号与温度数据一起处理以产生控制讯号。
37.一种用于加热烃质物质内的特定化学组分的电容式射频介电加热装置，该装置包括频率不大于300MHz的交流射频讯号源；与该源连接的第一电极；与该源连接的第二电极，第二电极与第一电极隔开，从而在电极之间限定出产物处理区，射频讯号流过产物处理区；和通过调节射频讯号的频率使被加热的烃质物质内的特定化学组分的阻抗与预定的常量匹配的阻抗匹配装置。
38.权利要求37的装置，其中第一和第二电极的每一个都具有多个相互电隔离的电极元件。第一电极的个别元件的位置与相应的第二电极的个别元件的位置相对以提供相对电极元件的多个配对。
39.权利要求37的装置，其中在射频讯号供给电路中对每对电极连接计算机控制的开关，从而可以通过计算机将个别电极配对关掉与接通。
40.权利要求37的装置，进一步包含温度传感器，并且其中至少一些温度传感器支承在第一电极上。
41.一种用于加热烃质物质内的特定化学组分的电容式介电射频加热装置，该装置包括限定出可供加热烃质物质内的特定化学组分的处理区的至少一对间隔开的电极；与电极连接的讯号发生电路，该讯号发生电路能够提供交流射频讯号以给电极填充电荷并在热处理区产生交流电场；与电极和与讯号发生电路连接的阻抗测量电路，该阻抗测量电路测量电极和处理区之内的烃质物质内的特定化学组分的阻抗；和与阻抗测量电路和讯号发生电路相联的控制器，该控制器基于通过阻抗测量电路测量的阻抗控制讯号发生电路和因此产生的交流电场。
42.权利要求41的装置，其中讯号发生电路包括变频射频讯号发生器。
43.权利要求41的装置，其中讯号发生电路包括与变频射频讯号发生器连接的放大器。
44.一种用于加热烃质物质内的特定化学组分的电容式射频介电加热装置，该装置包括射频不大于300MHz的交流射频讯号源，该源与在产物处理区的相对侧的一对电极相连以引发射频讯号流过产物处理区；在不同的射频频率之间调节射频讯号的频率的频率控制器；预测作为需要通过装置加热的特定化学组分的温度的函数的德拜共振频率的数学模型；测量位于所述区中的特定化学组分温度的温度传感器；和设置程序以接收来自温度传感器的温度数据、使用产物的模型处理温度数据和对频率控制器施加控制讯号以将射频讯号的频率调节到在该区检测的温度下产物的德拜共振频率。
45.权利要求44的装置，其中该模型提供存在于烃质物质中的多重化学组分的德拜共振信息；该装置进一步包括将位于该区中的产物类型告知计算机的输入装置。
46.权利要求44的装置，其中该输入装置输入装置还将位于该区中的化学组分的类型告知计算机。
47.权利要求44的装置，其中该模型是包含至少一种化学组分在不同温度下的德拜共振频率的数据表。
48.权利要求44的装置，其中该模型是基于化学组分的性质预测不同化学组分的德拜共振频率的数学模型。
49.权利要求44的装置，进一步包括响应来自计算机的讯号以调节在该区中的射频讯号的功率水平的场强控制器。
50.用于加热存在于烃质物质中的化学组分的电容式射频介电加热装置，该装置包括频率不大于300MHz的交流射频讯号源；与该源连接的第一电极；与该源连接的第二电极，第二电极与第一电极隔开，从而在电极之间限定出处理区，射频讯号流过该处理区；为在位于该区中的烃质物质的多个区域中测量温度而安置的多个温度传感器；和接收来自温度传感器的温度数据、使用化学组分的模型处理温度数据和响应在该区中检测的温度的变化调节射频讯号的至少一种特性的计算机。
51.权利要求50的装置，其中第一和第二电极的每一个都具有多个相互电隔离的电极元件。第一电极的个别元件的位置与相应的第二电极的个别元件的位置相对以提供相对电极元件的多个配对。
52.权利要求50的装置，其中计算机控制的开关连接用于每对电极的射频讯号供给电路，从而可以通过计算机将个别电极配对关掉与接通。
53.权利要求50的装置，其中至少一些温度传感器支承在第一电极上。
54.权利要求50的装置，其中所述处理区在管线之内。
55.权利要求54的处理区，其中烃质材料是在流体静压力下被加热和释放的淤浆。
全文摘要
使用变频率自动电容式射频介电加热(334)方法加热含烃组成物(304)的原位方法。通过使用或不使用载波介质(320)对特定的化学组分进行加热可以产生烃质组成物中常见的烃或其它物质。从较少需求的后组分中分离期望的烃的过程可以发生在载波介质(320)地下储槽中。烃介质可以是采用变频率自动电容式射频介电加热方法加热的淤浆。
文档编号E21B43/00GK1930920SQ200580008252
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月24日 优先权日2004年3月15日
发明者德怀特·埃里克·金策 申请人:德怀特·埃里克·金策