限定流体通道的传输线段耦合器及相关方法
【专利摘要】本发明涉及限定流体通道的传输线段耦合器及相关方法。提供一种用于将第一和第二同轴传输线段耦合在一起的传输线段耦合器，每个传输线段包括内管状导体和围绕其的外管状导体以及其间的电介质。该耦合器装置包括：外管状轴承体，定位在第一和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端内；以及内管状轴承体，配置为在所述外管状轴承体内可滑动地移动以与之限定线性轴承。所述内管状轴承体被配置为限定与所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端连通的流体通道。
【专利说明】限定流体通道的传输线段耦合器及相关方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及碳氢化合物资源回收领域，更特别地，涉及利用RF加热的碳氢化合物资源回收。
【背景技术】
[0002]全世界的能量消耗总地来说在增加，并且传统的碳氢化合物资源正在被消耗。为了试图满足需求，可能需要利用非传统资源。例如，诸如重油之类的非常黏稠的碳氢化合物资源可能陷在焦油砂中，它们的黏稠性质导致无法进行传统的油井生产。估计在这种焦油砂地层中可找到数万亿桶的油储备。
[0003]在一些实例中，目前经由露天开采来提取这些焦油砂沉积物。对更深沉积物的原地提取的另一种方法被称为蒸汽辅助重力泄油(Steam-Assisted Gravity Drainage,SAGD)。在储层温度下重油是不动的，因此油通常被加热以减小其黏度并且使油流可动。在SAGD中，注入井和生产井的对被形成为在地表中横向延伸。每对注入/生产井包括下方生产井和上方注入井。注入/生产井通常位于下盖层与上盖层之间的地层的产油层中。
[0004]上方注入井通常用于注入蒸汽，并且下方生产井收集流出地层的经加热的原油或浙青，以及来自注入蒸汽的凝结的任何水。注入的蒸汽形成在地层中垂直和水平扩张的蒸汽腔。来自蒸汽的热量减小了重原油或浙青的黏度，这使得其可以向下流入下方生产井中，在那里其被收集和回收。蒸汽和气体由于其较低的密度而上升，使得蒸汽在下方生产井处不被生产，并且疏水控制被用于实现相同的效果。诸如甲烷、二氧化碳和硫化氢之类的气体例如可倾向于在蒸汽腔中上升并且填充油留下的空隙空间，从而限定蒸汽上方的绝缘层。油和水流通过重力驱动排泄进入下方生产井中。
[0005]在大约储层压力下操作注入和生产井可解决不利地影响高压蒸汽过程的不稳定性问题。SAGD在适当的储层中可产生可高达地质储量(OOIP)的70%到80%的平滑均匀的产量。SAGD过程可能对页岩薄层和其他垂直屏障相对敏感，因为随着岩石被加热，不均匀热膨胀引起其中的断裂，从而使得蒸汽和流体可以流过。SAGD的效率可能是较老的蒸汽吞吐(cyclic steam stimulation, CSS)过程的两倍。
[0006]世界上的许多国家具有大量油砂沉积物，包括美国、俄罗斯和中东的各个国家。油砂可代表世界总石油资源的三分之二那么多，其中例如在加拿大阿萨巴斯卡油砂中有至少
1.7万亿桶。当前，只有加拿大有大规模的商业油砂产业，虽然在委内瑞拉也生产少量来自油砂的油。因为油砂产量的增加，加拿大已成为美国的石油和成品油的最大单一供应者。油砂现在是加拿大石油生产的几乎一半的来源，虽然由于2008年经济低迷，关于新项目的工作已被推迟，而委内瑞拉的产量在近年来已在下滑。在其他国家还没有大量从油砂生产石油。
[0007]Banerjee等人的美国已公布专利申请N0.2010/0078163公开了一种碳氢化合物回收过程，其中提供了三个井，即用于注入水的最上方井、用于将微波引入储层中的中间井和用于生产的最下方井。微波发生器生成微波，这些微波通过一系列波导被引导到中间井上方的区域中。微波的频率处于基本上等于水的谐振频率的频率，从而水被加热。
[0008]顺着这些思路，Dreher Jr.等人的美国已公布申请N0.2010/0294489公开了使用微波来提供加热。活化剂在地表下方被注入并被微波加热，并且活化剂随后对生产井中的重油加热。Wheeler等人的美国已公布申请N0.2010/0294489公开了类似的方法。
[0009]Kasevich的美国专利N0.7，441，597公开了使用射频发生器来向位于油/气生产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能量而减小，这使得油由于重力而排出。通过油/气生产井回收油。
[0010]不幸的是，例如由于失败的取油而引起的利用SAGD提取油的长生产时间可导致大量热量损失到邻近的土壤、蒸汽的过度消耗和回收的高成本。通常还使用大量水资源来利用SAGD回收油，这影响了环境。有限的水资源也可限制油回收。SAGD例如在永久冻土区域中也不是可用的过程。
[0011]另外，尽管存在利用RF能量来提供加热的系统，但这种系统可由于RF源、传输线和/或天线之间的阻抗失配而效率低下。这些失配随着地层加热的增大而变得尤其严重。另外，这种应用可要求高功率水平，高功率水平可导致相对较高的传输线温度，而相对较高的传输线温度可导致传输失败。这也可导致热膨胀问题，因为不同的材料可不同地膨胀，这可使得难以维持电气互连和流体互连。
【发明内容】
[0012]因此，本发明的一个目的是为碳氢化合物资源回收系统和相关方法提供RF加热的增强操作特性。
[0013]这些和其他目的、特征和优点由一种传输线段耦合器提供，该传输线段耦合器用于将第一同轴传输线段和第二同轴传输线段稱合在一起，该第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的每一个包括内管状导体和围绕该内管状导体的外管状导体以及其间的电介质。该耦合器包括:外管状轴承体，定位在第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端内；以及内管状轴承体，被配置为在外管状轴承体内可滑动地移动以与之限定线性轴承。内管状轴承体被配置为限定与第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口端连通的流体通道。因此，该传输线段耦合器有利地为传输线段提供了机械、电气和流体耦合，同时也适应了由于增大的操作温度引起的材料膨胀，例如在用于碳氢化合物资源回收的地层加热应用中。
[0014]更具体而言，内管状轴承体可包括从外管状轴承向外延伸的相对的第一末端和第二末端，以及在相对的第一末端和第二末端之间延伸的中间部分。内管状轴承体的中间部分可具有大于外管状轴承体的长度以定义线状轴承行程限制。传输线段耦合器还可包括承载在第一末端和第二末端的每一个上的相应的密封环。另外，第一末端和中间部分可以螺纹连接方式耦合在一起。另外，第一末端可被配置为被可滑动地接收在第一同轴传输线段的管状内导体的开口末端内，并且第二末端可被配置为固定到第二同轴传输线段的管状内导体的开口末端。
[0015]传输线段稱合器还可包括承载在外管状轴承体的每一末端上的相应的导电弹簧，该导电弹簧被配置为咬合第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的相应内管状导体的相应开口末端。更具体而言，外管状轴承体可对于每个导电弹簧在其外表面上具有相应的环状弹簧接收沟道。
[0016]传输线段耦合器还可包括在第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的相邻管状外导体之间限定的接头内的用于外管状轴承体的电介质支撑件。此外，电介质支撑件可以有至少一个流体通道穿过它。作为示例，外管状体可包括黄铜，并且内管状体可包括铜。
[0017]一种用于加热有钻井孔在其中延伸的地层中的碳氢化合物资源的相关装置包括:RF天线，被配置为定位在钻井孔内；RF源；以及传输线，被配置为定位在钻井孔中并且耦合在RF天线与RF源之间。传输线包括多个传输线片段。每个传输线片段包括:第一同轴传输线段和第二同轴传输线段，其中每一个包括内管状导体和围绕该内管状导体的外管状导体以及其间的电介质，以及传输线段耦合器，例如以上简要描述的那种。
[0018]—种相关方法用于制作传输线段稱合器，该传输线段稱合器用于将第一同轴传输线段和第二同轴传输线段耦合在一起，该第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的每一个包括内管状导体和围绕该内管状导体的外管状导体以及其间的电介质。该方法包括形成外管状轴承体，其被定位在第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端内。该方法还包括形成内管状轴承体，其被配置为在外管状轴承体内可滑动地移动以与之限定线性轴承，内管状轴承体被配置为限定与第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端连通的流体通道，该方法并且包括将内管状轴承体定位在外管状轴承体内。
[0019]本发明还可以实现为如下各项。
[0020]1、一种传输线段稱合器，用于将第一同轴传输线段和第二同轴传输线段稱合在一起，该第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的每一个包括内管状导体和围绕该内管状导体的外管状导体以及其间的电介质，该装置包括:
[0021]外管状轴承体，定位在所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端内；以及
[0022]内管状轴承体，被配置为在所述外管状轴承体内可滑动地移动以与之限定线性轴承，所述内管状轴承体被配置为限定与所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端连通的流体通道。
[0023]2、如项目I所述的传输线段耦合器，其中，所述内管状轴承体包括:
[0024]从所述外管状轴承向外延伸的相对的第一末端和第二末端；以及
[0025]在所述相对的第一末端和第二末端之间延伸的中间部分。
[0026]3、如项目2所述的传输线段耦合器，其中，所述内管状轴承体的所述中间部分具有大于所述外管状轴承体的长度以限定线性轴承行程限制。
[0027]4、如项目2所述的传输线段耦合器，还包括承载在所述第一末端和第二末端的每一个上的相应的密封环。
[0028]5、如项目2所述的传输线段耦合器，其中，所述第一末端和所述中间部分以螺纹连接方式稱合在一起。
[0029]6、如项目2所述的传输线段耦合器，其中，所述第一端被配置为被可滑动地接收在所述第一同轴传输线段的管状内导体的开口末端内；并且其中，所述第二端被配置为固定到所述第二同轴传输线段的管状内导体的开口末端。
[0030]7、如项目I所述的传输线段耦合器，还包括承载在所述外管状轴承体的每一末端上的相应的导电弹簧，该导电弹簧被配置为咬合所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的相应内管状导体的相应开口末端。
[0031]8、如项目7所述的传输线段耦合器，其中，所述外管状轴承体对于每个导电弹簧在其外表面上具有相应的环状弹簧接收沟道。
[0032]9、如项目I所述的传输线段耦合器，还包括用于所述外管状轴承体的电介质支撑件，被承载在所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的相邻管状外导体之间限定的接头内。
[0033]10、如项目I所述的传输线段耦合器，其中，所述电介质支撑件有至少一个流体通道穿过它。
[0034]11、如项目I所述的传输线段耦合器，其中，所述外管状体包括黄铜；并且其中，所述内管状体包括铜。
[0035]12、一种用于加热有钻井孔在其中延伸的地层中的碳氢化合物资源的装置，该装置包括:
[0036]射频(RF)天线，被配置为定位在所述钻井孔内；
[0037]RF源；以及
[0038]传输线，被配置为定位在所述钻井孔中并且耦合在所述RF天线与所述RF源之间，所述传输线包括多个传输线片段，每个传输线片段包括:
[0039]第一同轴传输线段和第二同轴传输线段，其中每一个包括内管状导体和围绕该内管状导体的外管状导体以及其间的电介质，以及传输线段耦合器，包括:
[0040]外管状轴承体，定位在所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的所述内管状导体的相邻开口末端内，以及
[0041]内管状轴承体，被配置为在所述外管状轴承体内可滑动地移动以与之限定线性轴承，所述内管状轴承体被配置为限定与所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的所述内管状导体的相邻开口末端连通的流体通道。
[0042]13、如项目12所述的装置,其中,所述内管状轴承体包括:
[0043]从所述外管状轴承向外延伸的相对的第一末端和第二末端；以及
[0044]在所述相对的第一末端和第二末端之间延伸的中间部分。
[0045]14、如项目13所述的装置，其中，所述内管状轴承体的所述中间部分具有大于所述外管状轴承体的长度以限定线性轴承行程限制。
[0046]15、如项目13所述的装置，还包括承载在所述第一末端和第二末端的每一个上的相应的密封环。
[0047]16、如项目13所述的装置，其中，所述第一末端和所述中间部分以螺纹连接方式
奉禹合在一起。
[0048]17、如项目13所述的装置，其中，所述第一末端被配置为被可滑动地接收在所述第一同轴传输线段的所述管状内导体的开口末端内；并且其中，所述第二末端被配置为固定到所述第二同轴传输线段的所述管状内导体的开口末端。
[0049]18、如项目12所述的装置，还包括承载在所述外管状轴承体的每一端上的相应的导电弹簧，该导电弹簧被配置为咬合所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的相应内管状导体的相应开口末端。[0050]19、如项目12所述的装置，还包括在所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的相邻管状外导体之间限定的接头内的用于所述外管状轴承体的电介质支撑件。
[0051]20、一种用于制作传输线段稱合器的方法,该传输线段稱合器用于将第一同轴传输线段和第二同轴传输线段稱合在一起，该第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的每一个包括内管状导体和围绕该内管状导体的外管状导体以及其间的电介质，该方法包括:
[0052]形成外管状轴承体，其被定位在所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端内；以及
[0053]形成内管状轴承体，其被配置为在所述外管状轴承体内可滑动地移动以与之限定线状轴承，所述内管状轴承体被配置为限定与所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端连通的流体通道；以及
[0054]将所述内管状轴承体定位在所述外管状轴承体内。
[0055]21、如项目20所述的方法，其中，形成所述内管状轴承体包括将所述内管状轴承体形成为包括从所述外管状轴承向外延伸的相对的第一末端和第二末端，以及在所述相对的第一末端和第二末端之间延伸的中间部分。
[0056]22、如项目21所述的方法，其中，形成所述内管状轴承体包括形成所述内管状轴承体以使得所述内管状轴承体的中间部分具有大于所述外管状轴承体的长度以限定线性轴承行程限制。
[0057]23、如项目21所述的方法，还包括在所述第一末端和第二末端的每一个上的定位相应的密封环。
[0058]24、如项目21所述的方法，其中，形成所述内管状轴承体包括将所述第一末端和所述中间部分以螺纹连接方式耦合在一起。
[0059]25、如项目20所述的方法，还包括在所述外管状轴承体的每一末端上定位相应的导电弹簧，每个导电弹簧被配置为咬合所述第一同轴传输线段和第二同轴传输线段的相应内管状导体的相应开口末端。
【专利附图】
【附图说明】
[0060]图1是根据本发明用于在地层中加热碳氢化合物资源的装置的示意性框图。
[0061]图2是示出来自图1的装置的传输线、液体电介质巴伦(balun)和液体调谐腔的示意性横截面图。
[0062]图3是来自图1的装置的巴伦的实施例的横截面透视图。
[0063]图4是不同流体水平下图4的巴伦的扼流电抗和谐振频率的曲线图。
[0064]图5是图2的巴伦的下端的实施例的示意性横截面视图，示出了用于向其中添加/去除流体和/或气体的方法。
[0065]图6是图2的巴伦的示意性电路表示，其还包括第二巴伦。
[0066]图7是与图1的装置结合使用的传输线段耦合器的透视图。
[0067]图8是图7的传输线段耦合器的端视图。
[0068]图9是图7的传输线段耦合器的横截面视图。
[0069]图10是图7的内导体传输线段耦合器的横截面视图。
[0070]图11和12分别是图7的传输线段耦合器的完全分解和部分分解视图。[0071]图13是用于图1的装置的示范性流体源配置的示意性框图。
[0072]图14、15和16是示出与图1的装置相关联的方法方面的流程图。
[0073]图17是示出图1的装置的各种示例液体调谐腔配置的操作特性的史密斯圆图。
【具体实施方式】
[0074]现在将在下文中参考附图来更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实现并且不应当被解释为局限于本文记载的实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使得本公开将会透彻且完整，并且将会向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。相似的附图标记始终指代相似的元素。
[0075]—开始参考图1，首先描述用于加热具有钻井孔33的地层32中的碳氢化合物资源31 (例如油砂等等)的装置30。在图示的示例中，钻井孔33是横向延伸的钻井孔，虽然系统30在不同的配置中可结合垂直或其他钻井孔使用。系统30还包括用于RF天线或换能器35的射频(RF)源34，其中RF天线或换能器35定位在钻井孔33中邻近碳氢化合物资源31处。RF源34定位在地层32上方，并且例如可以是RF功率发生器。在示范性实现方式中，横向延伸的钻井孔33在地层32内可延伸几百米。另外，典型的横向延伸钻井孔33可具有约十四英寸以下的直径，虽然在一些实现方式中可使用更大的钻井孔。虽然没有示出，但在一些实施例中，在钻井孔33下方可使用第二或生产钻井孔，例如SAGD实现方式中将会找到的那种，用于收集通过加热从地层32释放的石油等等。
[0076]传输线38在钻井孔33内、RF源34与RF天线35之间延伸。RF天线35包括内管状导体36、外管状导体37和有利地用作偶极天线的其他电气方面。这样，RF源34可用于差分地驱动RF天线35。也就是说，RF天线35可具有可从非平衡驱动信号驱动的平衡设计。地下加热应用的典型频率范围操作可在约IOOkHz到IOMHz的范围，并且例如具有若干兆瓦的功率水平。然而，将会明白，在不同实施例中可使用其他配置和操作值。
[0077]电介质可分隔开内管状导体36和外管状导体37，并且这些导体在一些实施例中可以是同轴的。然而，将会明白，在不同实施例中可使用其他天线配置。外管状导体37通常将会部分或完全暴露以将RF能量辐射到碳氢化合物资源31中。
[0078]传输线38可包括多个分离的片段，这些片段随着RF天线35沿着钻井孔33被推进或馈给而相继耦合在一起。传输线38还可包括内管状导体39和外管状导体40，内管状导体39和外管状导体40例如可由电介质材料分隔开。如果需要，电介质也可围绕外管状导体40。在一些配置中，内管状导体39和外管状导体40可以是同轴的，虽然在其他实施例中也可使用其他传输线导体配置。
[0079]装置30还包括巴伦(balun，或称为换衡器)45，其在钻井孔内邻近RF天线35处耦合到传输线38。一般来说，巴伦45用于馈给RF天线35所引起的电流的共模抑制。更具体而言，巴伦45可用于将许多电流限制到RF天线35，而不是例如允许其传播回到传输线的外导体40，从而帮助维持期望位置处的体积加热，同时实现高效、安全且顺应电磁干扰(EMI)要求的操作。
[0080]然而，在钻井孔33内深处邻近RF天线35的地方(例如，井下几百米处)实现巴伦并且一旦部署了就不再接近，这对典型的电气或机械控制的巴伦可能是成问题的。希望有可变的操作频率来促进向RF天线35和地层32进行最优功率传送，其中地层32是随着加热而随时间变化的。四分之一波长类型的巴伦很适合于钻孔RF天线35的操作特性，这是由于相对较高的长度对直径纵横比和相对较低的损耗，这带来了增强的系统效率。然而，这种配置也是相对窄带的，意味着其在井的寿命期间可需要若干次调整，并且相对较高的物理纵横比也可加剧由导体之间的小径向间距引起的电压击穿问题。
[0081]更具体而言，当为了碳氢化合物加热应用而尝试在地层深处部署巴伦时，可存在若干困难之处。虽然一些巴伦配置利用机械滑动短路件配置以改变阻抗设定，但考虑到用于碳氢化合物加热的相对较长的波长，这可导致难以实现这种机械调谐配置。也就是说，在典型的钻井孔尺寸和低频率操作下，滑动短路件为了覆盖期望的操作范围而所需要的行进距离可能是不现实的。另外，这可能也要求必须有相对复杂的机械设计来移动滑动短路件，这要求移动经过电绝缘体和电机，其可能难以装入井的有限空间约束内。另外，大幅地增大典型钻井孔和传输线的尺寸以适应这种机械调谐特征是极为昂贵的。
[0082]另外转向图2和图3，不是利用诸如滑动短路件之间的机械调谐配置，巴伦45有利地包括限定液体腔50的主体，液体腔50被配置为在其中接收某个量的电介质液体51。另夕卜，巴伦45可被配置为在其中接收可调整或可改变量的电介质液体以有利地提供可调整的频率操作，因为RF天线35的操作特性在加热过程期间变化，从而要求在变化的频率下的操作。
[0083]更具体而言，巴伦45的主体包括围绕同轴传输线的管状主体。管状主体包括纵向耦合在传输线的外导体40和RF天线35之间的导电部分52和绝缘部分53。绝缘部分53可包括固体绝缘材料，虽然其在一些实施例中也可包括非固体绝缘体。另外，一个或多个短路导体54(其可利用有(一个或多个)流体开口穿过它的环状导电环来实现)电气耦合在导电部分52与同轴传输线38之间，更具体而言是耦合在导电部分52与同轴传输线的外导体40之间。导电部分52可充当传输线38的包层或保护性外壳，并且通常将会包括具有充分的刚性以允许传输线被向下推进到钻井孔33中的金属(例如钢铁等等)。绝缘部分可包括电介质材料，例如高温复合材料，其也具有充分的刚性以抵抗推进到钻井孔中和升高的热量水平，虽然也可使用其他适当的绝缘体材料。替换实施例也可利用流体或气体来形成此绝缘体。
[0084]如下文将进一步论述的，在一些实施例中，内导体39内的空间限定电介质液体回路的第一通道(例如，供应通道)，并且内导体与外导体40之间的空间限定电介质液体回路的第二通道(例如，返回通道)。电介质液体回路允许流体(例如，诸如矿物油、硅油、去离子水、酯基油等等之类的液体)通过同轴传输线38循环。此流体可具有多个功能，包括将传输线保持在期望的操作温度范围内，因为考虑到用于供应RF天线35的相对较高的功率和碳氢化合物储层的温度，不然的话就可能发生传输线的过度加热。此流体的另一功能可以是增强同轴结构(包括巴伦)的高电压击穿特性。在有液体回路可用的情况下，巴伦45有利地还包括一个或多个阀55,用于选择性地传输来自流体回路中的液体腔50的电介质液体51(例如，返回通道)。这有利地允许了根据需要从液体腔50中排出液体51。作为示例，阀55可包括压力促动阀，并且装置30还可包括与液体电介质发生流体连通耦合的压力(例如气体)源28，以根据需要促动阀。例如，气体源28可以是氮气或其他适当的气体源，其具有相对较低的介电常数(Er)值，这使得较重的流体经由阀55选出。替换实施例可利用孔口来取代阀，并且动态调整来自地表的气体压力以改变液体腔50中的液体水平。[0085]液体腔50由挡液塞56限定，挡液塞56位于液体腔的一端附近并且将巴伦45与RF天线35分离开来。也就是说，挡液塞56将电介质流体51保持在液体腔50内、RF天线35外，并且限定了巴伦45的“底”端或远端。液体电介质源29 (以及可选的压力/气体源)可通过在导电部分52 (B卩，外壳体)与外导体40之间限定的通道经由井口处的环来供应液体腔50。在一些实施例中，另一个阀(未不出)I禹合在内导体39与外导体40之间以根据需要从冷却回路(即，从供应通道)供应电介质流体到液体腔50中。另一个方法是在外导体40与壳体之间(或壳体外部)铺设单独的管道来向液体腔50供应电介质流体或从液体腔50排出电介质流体。一般来说，可能希望对电介质液体51进行过滤或者以其他方式用净化的电介质液体来替换液体腔中的电介质液体以维持期望的操作特性。
[0086]因此，上述配置可有利地用于提供具有固定机械尺寸的相对较大规模且可调整的四分之一波长巴伦，而无需移动机械部件。更确切地说，仅利用可调整的电介质流体水平和气体就可有利地将巴伦45调谐到期望的谐振频率，而电介质流体水平和气体可以容易地根据需要从井口控制。这样，此配置有利地帮助避免了与在钻井孔33内的相对空间受约束并且遥远的位置中实现滑动短路件或其他机械调谐配置相关联的困难之处。另外，使用电介质流体帮助了在巴伦45内部提供改善的电介质击穿强度以允许高功率操作。
[0087]将参考图4的曲线图57来进一步理解巴伦的操作，图4示出了模型液体巴伦58的仿真性能。在图示的示例中，对于内导体使用3-1/8英寸的直径，并且对于外导体使用十英寸的直径，外导体具有0.1英寸的壁厚度。对于模型巴伦58使用IOOm的整体长度，并且示出了从IOm到IOOm范围中的各种流体长度的各种电抗/频率值。在仿真中使用具有2.25的Er和大约O的tan(d)的电介质流体(即，矿物油)。
[0088]将会明白，可调谐带宽的范围与相对介电常数的平方根成比例，如下:
【权利要求】
1.一种传输线段稱合器，用于将第一和第二同轴传输线段稱合在一起，第一和第二同轴传输线段每个包括内管状导体和围绕内管状导体的外管状导体以及在它们之间的电介质，所述装置包括: 外管状轴承体，位于第一和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端内；以及 内管状轴承体，配置为在所述外管状轴承体内可滑动地移动以与其定义线性轴承，所述内管状轴承体配置为定义与第一和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端连通的流体通道。
2.如权利要求1所述的传输线段耦合器，其中所述内管状轴承体包括: 从所述外管状轴承向外延伸的相对的第一和第二末端；以及 延伸于所述相对的第一和第二末端之间的中间部分。
3.如权利要求2所述的传输线段耦合器，其中所述内管状轴承体的中间部分的长度大于所述外管状轴承体以定义线性轴承行程限制。
4.如权利要求2所述的传输线段耦合器，其中所述第一末端和所述中间部分螺纹耦合在一起。
5.如权利要求2所述的传输线段耦合器，其中所述第一末端配置为可滑动地接收在所述第一同轴传输线段的管状内导体的开口末端内，其中所述第二末端配置为固定到所述第二同轴传输线段的管状内导体的开口末端。
6.一种制造传输线段稱合器的方法，所述传输线段稱合器用于将第一和第二同轴传输线段耦合在一起，第一和第二同轴传输线段每个都包括内管状导体和围绕内管状导体的外管状导体以及在它们之间的电介质，所述方法包括: 形成外管状轴承体，所述外管状轴承体位于第一和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端内； 形成内管状轴承体，所述内管状轴承体配置为在所述外管状轴承体内可滑动地移动以与其定义线性轴承，所述内管状轴承体配置为定义与第一和第二同轴传输线段的内管状导体的相邻开口末端连通的流体通道；以及 将所述内管状轴承体定位在所述外管状轴承体内。
7.如权利要求6所述的方法，其中形成所述内管状轴承体包括形成所述内管状轴承体以包括从所述外管状轴承向外延伸的相对的第一和第二末端、以及延伸于所述相对的第一和第二末端之间的中间部分。
8.如权利要求7所述的方法，其中形成所述内管状轴承体包括形成所述内管状轴承体使得所述内管状轴承体的中间部分的长度大于所述外管状轴承体以定义线性轴承行程限制。
9.如权利要求7所述的方法，其中形成所述内管状轴承体包括将所述第一末端和所述中间部分螺纹耦合在一起。
10.如权利要求6所述的方法，还包括将相应的导电弹簧定位在所述外管状轴承体的每个末端上，每个导电弹簧配置为咬合第一和第二同轴传输线段的相应内管状导体的相应开口末端。
【文档编号】F16L25/01GK103972671SQ201410045346
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2013年2月1日
【发明者】T·迪特莫, M·汉, R·和维特, B·怀特 申请人:哈里公司