EA015523B1 - Device for microwave heating of liquid dielectric mediums - Google Patents
Device for microwave heating of liquid dielectric mediums Download PDFInfo
- Publication number
- EA015523B1 EA015523B1 EA201000634A EA201000634A EA015523B1 EA 015523 B1 EA015523 B1 EA 015523B1 EA 201000634 A EA201000634 A EA 201000634A EA 201000634 A EA201000634 A EA 201000634A EA 015523 B1 EA015523 B1 EA 015523B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- generator
- coaxial
- medium
- radiator
- cable
- Prior art date
Links
Abstract
Description
(57) Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для нагрева различных диэлектрических сред, в том числе при разогреве застывших нефтепродуктов, при добыче вязких нефтей и природных битумов в местах их залегания. Устройство содержит СВЧ-генератор, согласованную с ним передающую линию и излучатель, отличается тем, что передающая линия выполнена в виде коаксиального кабеля, в конце которого на его внутреннем проводнике закреплен излучатель в виде согласованного со средой несимметричного вибратора с соосным диэлектрическим кожухом, начало кабеля соединено с коаксиальным переходом, внутренний проводник которого соединен с возбуждающим штырем СВЧ-генератора, а наружный - с корпусом генератора. Гибкий коаксиальный кабель с излучателем на конце обеспечивает работу устройства на значительной глубине, а защитный диэлектрический кожа х позволяет работать в жидкой среде. Коаксиальный переход обеспечивает согласование генератора с кабелем. Несимметричный вибратор с размерами, выбранными в соответствии с частотой генератора и диэлектрическими параметрами среды, является согласованным со средой излучателем и тем самым обеспечивает излучение всей подводимой к нему электромагнитной энергии.(57) The invention relates to microwave technology and can be used to heat various dielectric media, including when heating frozen petroleum products, when producing viscous oils and natural bitumen in their places. The device contains a microwave generator, a transmission line and a radiator matched with it, characterized in that the transmission line is made in the form of a coaxial cable, at the end of which a radiator is mounted on its inner conductor in the form of an asymmetric vibrator matched to the medium with a coaxial dielectric casing, the beginning of the cable is connected with a coaxial junction, the inner conductor of which is connected to the exciting pin of the microwave generator, and the outer one to the generator housing. A flexible coaxial cable with a radiator at the end allows the device to work at a considerable depth, and the protective dielectric skin x allows you to work in a liquid environment. A coaxial junction ensures that the generator matches the cable. An asymmetric vibrator with dimensions selected in accordance with the frequency of the generator and the dielectric parameters of the medium is a radiator consistent with the medium and thereby provides radiation of all the electromagnetic energy supplied to it.
015523 В1015523 B1
Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано для нагрева различных диэлектрических сред, в том числе при разогреве застывших нефтепродуктов, а также при добыче вязких нефтей и природных битумов в местах их залегания.The invention relates to microwave technology and can be used for heating various dielectric media, including when heating frozen petroleum products, as well as in the production of viscous oils and natural bitumen in their places.
Известны устройства для СВЧ-нагрева диэлектрических сред, в которых электромагнитная энергия от СВЧ-генератора через линию передачи и излучатель направляется на поверхность обрабатываемой среды - асфальтобитумного дорожного покрытия (патент РФ № 2039145, 1993 г.), жидкости (патент РФ № 2087083, 1997 г.) или нефтепродуктов в резервуаре (патент РФ № 2224387, 2004 г.). Недостатком этих устройств является ограниченная глубина прогрева среды, связанная с тем, что излучатель расположен над ее поверхностью.Known devices for microwave heating of dielectric media in which electromagnetic energy from a microwave generator through a transmission line and the emitter is directed to the surface of the medium being processed - bitumen pavement (RF patent No. 2039145, 1993), liquids (RF patent No. 2087083, 1997 g) or petroleum products in the tank (RF patent No. 2224387, 2004). The disadvantage of these devices is the limited depth of heating of the medium, due to the fact that the emitter is located above its surface.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является «Устройство для нагрева загустевших и застывших нефтепродуктов в железнодорожных цистернах» по патенту РФ № 2224387, 2004 г. Оно содержит СВЧ-генератор (например, магнетрон), соединенную с ним жесткую волноводную линию передачи и рупорный излучатель, расположенный над поверхностью нефтесодержащей среды. При таком расположении излучателя и фиксированной рабочей частоте генератора глубина проникновения электромагнитных волн в среду определяется ее диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь и, следовательно, не зависит от характеристик устройства. Вследствие этого СВЧ-нагрев среды происходит только в ее приповерхностном слое, для прогрева глубинных слоев требуется значительное время, что является недостатком устройства. Другим его недостатком является то, что вследствие отражений электромагнитной волны от границы среды и бокового излучения через зазор между излучателем и границей СВЧ-энергия не полностью переходит в диэлектрическую среду. Таким образом, КПД устройства (т.е. превращение СВЧ-энергии в тепло) мог бы быть выше, если бы СВЧ-энергия полностью переходила в среду.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed device is a "Device for heating thickened and solidified oil products in railway tanks" according to the patent of the Russian Federation No. 2224387, 2004. It contains a microwave generator (for example, magnetron) connected to it by a rigid waveguide line transmission and horn emitter located above the surface of the oily medium. With this arrangement of the emitter and the fixed operating frequency of the generator, the penetration depth of electromagnetic waves into the medium is determined by its dielectric constant and the dielectric loss tangent and, therefore, does not depend on the characteristics of the device. As a result of this, microwave heating of the medium occurs only in its near-surface layer; considerable time is required for heating the deep layers, which is a disadvantage of the device. Another disadvantage is that due to reflections of the electromagnetic wave from the boundary of the medium and side radiation, the microwave energy does not completely transfer to the dielectric medium through the gap between the radiator and the boundary. Thus, the efficiency of the device (i.e., the conversion of microwave energy into heat) could be higher if the microwave energy completely transferred to the medium.
Технической задачей, решаемой в настоящем изобретении, является обеспечение возможности СВЧ-нагрева в глубине (т.е. в объеме, а не на поверхности) диэлектрической среды, что обеспечивает максимальный КПД устройства. Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем СВЧ-генератор, согласованную с ним передающую линию и излучатель, передающая линия выполнена в виде коаксиального кабеля, в конце которого на его внутреннем проводнике закреплен излучатель в виде согласованного со средой несимметричного вибратора с соосным диэлектрическим кожухом, начало кабеля соединено с коаксиальным переходом, внутренний проводник которого соединен с возбуждающим штырем СВЧ-генератора, а наружный - с корпусом генератора.The technical problem solved in the present invention is the possibility of microwave heating in the depth (i.e. in volume, and not on the surface) of the dielectric medium, which ensures maximum efficiency of the device. The problem is solved in that in the known device containing a microwave generator, a transmission line and a radiator matched with it, the transmission line is made in the form of a coaxial cable, at the end of which a radiator is mounted on its inner conductor in the form of an asymmetric vibrator matched to the medium with a coaxial dielectric casing, the beginning of the cable is connected to a coaxial junction, the inner conductor of which is connected to the exciting pin of the microwave generator, and the outer one to the generator housing.
Гибкий коаксиальный кабель с излучателем на конце обеспечивает работу устройства на значительной глубине, а защитный диэлектрический кожух позволяет работать в жидкой среде, что является преимуществом заявляемого устройства по сравнению с прототипом. Коаксиальный переход обеспечивает согласование генератора с кабелем. Несимметричный вибратор с размерами, выбранными в соответствии с частотой генератора и диэлектрическими параметрами среды, является согласованным со средой излучателем и тем самым обеспечивает излучение всей подводимой к нему электромагнитной энергии.A flexible coaxial cable with a radiator at the end ensures the operation of the device at a considerable depth, and a protective dielectric casing allows you to work in a liquid medium, which is an advantage of the claimed device compared to the prototype. A coaxial junction ensures that the generator matches the cable. An asymmetric vibrator with dimensions selected in accordance with the frequency of the generator and the dielectric parameters of the medium is a radiator consistent with the medium and thereby provides radiation of all the electromagnetic energy supplied to it.
На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - его расположение при работе в жидкой среде; на фиг. 3 - расположение при работе в скважине в твердой среде; на фиг. 4 - зависимость температуры в нефтесодержащей среде от времени СВЧ-воздействия, измеренная при работе макета устройства.In FIG. 1 shows a diagram of a device; in FIG. 2 - its location when working in a liquid medium; in FIG. 3 - location when working in a well in a solid medium; in FIG. 4 - dependence of temperature in an oil-containing medium on the time of microwave exposure, measured during operation of the device’s layout.
Устройство (фиг. 1) содержит СВЧ-генератор (например, магнетрон) 1 с возбуждающим штырем 2, который соединен с внутренним проводником коаксиального перехода 3, служащим для согласования генератора с коаксиальным кабелем 4. Фланец 5 коаксиального перехода установлен на корпусе генератора. Для удобства эксплуатации устройства при замене генератора или кабеля служит коаксиальный разъем 6, закрепленный на конце коаксиального перехода, при этом его внутренний проводник 7 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема. В конце коаксиального кабеля на его внутреннем проводнике закреплен излучатель в виде несимметричного вибратора, образованного наружным проводником коаксиала 8 и насадкой 9, соединенной с внутренним проводником коаксиала и отделенной от наружного проводника изолирующей шайбой 10. Для защиты излучателя от воздействия обрабатываемой среды, например жидких нефтепродуктов, служит соосный диэлектрический кожух 11.The device (Fig. 1) contains a microwave generator (for example, a magnetron) 1 with an exciting pin 2, which is connected to the inner conductor of the coaxial transition 3, which serves to coordinate the generator with the coaxial cable 4. The flange 5 of the coaxial transition is mounted on the generator body. For ease of operation of the device, when replacing the generator or cable, there is a coaxial connector 6 fixed at the end of the coaxial transition, while its inner conductor 7 is connected to the inner conductor of the coaxial connector. At the end of the coaxial cable, an emitter in the form of an asymmetric vibrator is formed on its inner conductor, formed by the outer conductor of the coaxial 8 and the nozzle 9, connected to the inner conductor of the coaxial and separated from the outer conductor by an insulating washer 10. To protect the emitter from exposure to a processed medium, such as liquid petroleum products, serves as a coaxial dielectric casing 11.
Для согласования излучателя со средой длина насадки несимметричного вибратора должна составлять четверть длины электромагнитной волны в среде, которая зависит от диэлектрических параметров среды и частоты генератора. Например, значения диэлектрической проницаемости твердых нефтесодержащих пород лежат в интервале 2-4 (см., например, Ревизский Ю.В., Дыбленко В.П. Исследование и обоснование механизма нефтеотдачи пластов с применением физических методов, гл. 4. М., «Недрабизнесцентр», 2002 г.). Поэтому при частоте СВЧ-генератора 2450 МГц, выделенной согласно действующей «Таблице распределения полос радиочастот», утвержденной Госкомиссией РФ по радиочастотам для промышленного и бытового применения, длина насадки должна составлять 15-20 мм.To match the emitter with the medium, the length of the nozzle of an asymmetric vibrator should be a quarter of the length of the electromagnetic wave in the medium, which depends on the dielectric parameters of the medium and the frequency of the generator. For example, the dielectric constant of solid oil-bearing rocks lie in the range of 2-4 (see, for example, Revizsky Yu.V., Dyblenko VP Research and justification of the oil recovery mechanism using physical methods, Chap. 4. M., “ Non-Business Center ”, 2002). Therefore, when the frequency of the microwave generator is 2450 MHz, allocated according to the current “Table of the distribution of radio frequency bands”, approved by the RF State Commission for Radio Frequencies for industrial and domestic use, the nozzle length should be 15-20 mm.
Расположение устройства для СВЧ-нагрева среды зависит от ее характера.The location of the device for microwave heating of the medium depends on its nature.
Например, для вязкой густой среды 12 в резервуаре 13 (фиг. 2) кабель 4 с излучателем 9 и кожухом 11 на конце погружается в среду на необходимую глубину, которая может увеличиваться по мере прогрева среды.For example, for a viscous thick medium 12 in the tank 13 (Fig. 2), the cable 4 with the emitter 9 and the casing 11 at the end is immersed in the medium to the required depth, which can increase as the medium warms up.
- 1 015523- 1 015523
Для плотных нефтесодержащих пород 14 (фиг. 3), в которых добыча нефти ведется через различные скважины, в том числе с вертикальными и наклонными участками 15, гибкий кабель 4 может быть введен в скважину таким образом, что излучатель окажется в нужном нефтесодержащем слое 16. При использовании современных коаксиальных кабелей глубина погружения излучателя может составлять несколько десятков метров.For dense oil-bearing rocks 14 (Fig. 3), in which oil is produced through various wells, including vertical and inclined sections 15, a flexible cable 4 can be introduced into the well so that the emitter is in the desired oil-containing layer 16. When using modern coaxial cables, the immersion depth of the emitter can be several tens of meters.
При работе в нефтесодержащих твердых породах устройство обеспечивает быстрый и эффективный СВЧ-нагрев. Это подтверждается результатами испытаний макета устройства в образце нефтесодержащего песчаника. На фиг. 4 показана зависимость температуры от времени СВЧ-воздействия на расстоянии 0,2 м от излучателя при мощности генератора 600 Вт и частоте 2450 МГц. Скорость нагрева породы составила до 10 град/мин, а выделение нефти началось уже после 5-минутного воздействия, поскольку при температуре 50°С вязкость нефти снижается в десятки раз (см., например, Рузин Л.М., Чупров И.Ф. Технологические принципы разработки залежей аномально вязких нефтей и битумов, гл. 1. Ухта, УГТУ, 2007 г.)When working in oily solid rocks, the device provides fast and efficient microwave heating. This is confirmed by the test results of the device layout in a sample of oily sandstone. In FIG. Figure 4 shows the temperature dependence of the time of microwave exposure at a distance of 0.2 m from the emitter at a generator power of 600 W and a frequency of 2450 MHz. The rate of heating the rock was up to 10 deg / min, and oil evolution began after a 5-minute exposure, since at a temperature of 50 ° C the viscosity of the oil decreases tenfold (see, for example, Ruzin L.M., Chuprov I.F. Technological principles for the development of deposits of abnormally viscous oils and bitumen, Chapter 1. Ukhta, USTU, 2007)
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201000634A EA201000634A1 (en) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | DEVICE FOR UHF-HEATING OF DIELECTRIC MEDIA |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201000634A EA201000634A1 (en) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | DEVICE FOR UHF-HEATING OF DIELECTRIC MEDIA |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA015523B1 true EA015523B1 (en) | 2011-08-30 |
EA201000634A1 EA201000634A1 (en) | 2011-08-30 |
Family
ID=44544181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201000634A EA201000634A1 (en) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | DEVICE FOR UHF-HEATING OF DIELECTRIC MEDIA |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA201000634A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2085058C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-07-20 | Государственное научно-производственное предприятие "Исток" | Microwave oven for vehicles |
RU2221473C2 (en) * | 2002-02-07 | 2004-01-20 | Головенков Вячеслав Федорович | Heat-generating closure of vessel for microwave oven |
RU2356187C1 (en) * | 2007-12-20 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Device for microwave heating of liquid dielectric mediums in reservoirs |
-
2010
- 2010-03-29 EA EA201000634A patent/EA201000634A1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2085058C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-07-20 | Государственное научно-производственное предприятие "Исток" | Microwave oven for vehicles |
RU2221473C2 (en) * | 2002-02-07 | 2004-01-20 | Головенков Вячеслав Федорович | Heat-generating closure of vessel for microwave oven |
RU2356187C1 (en) * | 2007-12-20 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Device for microwave heating of liquid dielectric mediums in reservoirs |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201000634A1 (en) | 2011-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Abdulrahman et al. | Antenna array design for enhanced oil recovery under oil reservoir constraints with experimental validation | |
US9598945B2 (en) | System for extraction of hydrocarbons underground | |
CA2838439C (en) | Electromagnetic heat treatment providing enhanced oil recovery | |
Bientinesi et al. | A radiofrequency/microwave heating method for thermal heavy oil recovery based on a novel tight-shell conceptual design | |
US7109457B2 (en) | In situ processing of hydrocarbon-bearing formations with automatic impedance matching radio frequency dielectric heating | |
RU2694319C2 (en) | Coaxial distribution mode converters | |
US20120018140A1 (en) | Apparatus and method for heating of hydrocarbon deposits by axial rf coupler | |
Wang et al. | State-of-the-art on the development of ultrasonic equipment and key problems of ultrasonic oil prudction technique for EOR in China | |
RU2012141411A (en) | METHOD OF INTENSIFICATION OF OIL PRODUCTION IN OIL AND GAS PRODUCING WELLS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
CA2810517A1 (en) | Apparatus and method for heating of hydrocarbon deposits by rf driven coaxial sleeve | |
RU2503797C1 (en) | Method for destroying and preventing deposits and plugs formation in oil and gas wells and device for its implementation | |
CA2895595A1 (en) | System for extraction of hydrocarbons underground | |
Ragaini et al. | Simultaneous ultrasound and microwave new reactor: detailed description and energetic considerations | |
US11346196B2 (en) | Method and apparatus for complex action for extracting heavy crude oil and bitumens using wave technologies | |
EA015523B1 (en) | Device for microwave heating of liquid dielectric mediums | |
CN112768927A (en) | Coaxial heating microwave antenna with H-shaped cracks and beam-collecting type microwave antenna | |
Fatykhov et al. | Experimental investigations of decomposition of gas hydrate in a pipe under the impact of a microwave electromagnetic field | |
Fan et al. | Study on microwave heating energy supplement technology for gas hydrate reservoir | |
Bientinesi et al. | A new technique for heavy oil recovery based on electromagnetic heating: pilot scale experimental validation | |
RU2439863C1 (en) | Device for heating-up of viscous dielectric products during their transportation through pipelines | |
Sysoev et al. | Modeling of microwave heating and oil filtration in stratum | |
Davletbaev et al. | An investigation of the processes of heat and mass transfer in a multilayer medium under conditions of injection of a miscible agent with simultaneous electromagnetic stimulation | |
Sayakhov et al. | Heat and mass transfer in the well–stratum system under the electromagnetic action on massive oil deposits | |
Baker-Jarvis et al. | Dielectric heating of oil shales by monopoles and modified coaxial applicators | |
WO2015030621A1 (en) | Method for increasing oil well yields and device for implementing same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |
|
NF4A | Restoration of lapsed right to a eurasian patent |
Designated state(s): RU |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |
|
NF4A | Restoration of lapsed right to a eurasian patent |
Designated state(s): RU |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |