CN101163858B - 从地下地层生产碳氢化合物的现场转换系统及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于从地下地层生产碳氢化合物的现场转换系统，该系统包括：地层中的多个u型井孔；置于u型井孔的至少两个中的管路；联接到该管路的流体循环系统，以及电源。该流体循环系统被构造成使热的热传递流体循环通过管路的至少一部分以形成地层的至少一个被加热的部分。该电源被构造成向管路(220)的至少位于地层中上覆岩层之下的一部分提供电流以电阻地加热管路的至少一部分并且热从管路传递到地层。本发明还提供使用现场转换系统以从地下地层生产碳氢化合物的方法。

Description

从地下地层生产碳氢化合物的现场转换系统及相关方法
技术领域
本发明总体上涉及从诸如包含碳氢化合物的地层的各种地下地层生产碳氢化合物、氢和/或其它产品的方法与系统。特别是，某些实施例涉及在现场转换处理的过程中使用闭环循环系统以加热地层的一部分。
背景技术
从地下地层获得的碳氢化合物通常用作能源、原料以及消费产品。关于可用的碳氢化合物源的消耗的考虑以及关于生产碳氢化合物总量的下降的考虑导致工艺的发展以便更有效地回收、处理和/或使用可用的碳氢化合物源。可以使用现场处理以从地下地层提取碳氢化合物材料。可能需要改变地下地层中碳氢化合物材料的化学和/或物理特性以使碳氢化合物材料可更容易地从地下地层被提取。该化学和物理变化可以包括现场反应，该反应产生地层中碳氢化合物的可提取的流体、合成变化、可溶性变化、密度变化、相变和/或粘度变化。流体可以是，但不局限于，气体、液体、乳化液、泥桨和/或固体颗粒的蒸汽，该蒸汽具有类似于液体流的流动特性。
如上概述的，已经有很大的努力来发展方法和系统以经济地从包含碳氢化合物的地层生产碳氢化合物、氢和/或其它产品。但是，目前，仍存在许多不能从它经济地生产碳氢化合物、氢和/或其它产品的包含碳氢化合物的地层。因此，仍需要从各种包含碳氢化合物的地层生产碳氢化合物、氢和/或其它产品的改进的方法和系统。
发明内容
此处描述的实施例总体上涉及到从诸如包含碳氢化合物地层的各种地下地层生产碳氢化合物、氢和/或其它产品的系统和/或方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于从地下地层生产碳氢化合物的现场转换系统，所述系统包括：
多个在地层中的u形井孔；
置于所述u形井孔的至少两个中的管道；
联接到所述管道的流体循环系统；以及
电源，其中所述电源被构造成提供电流到管道的至少位于地层中上覆岩层之下的一部分，以电阻地加热管道的至少一部分，并且其中热从管道传递到地层，
其中所述流体循环系统被构造成使热的热传递流体循环通过管道的至少一部分以形成地层的至少一个被加热的部分。
优选地，在井孔的至少两个中的所述管道允许热的叠加。
优选地，热传递流体包括二氧化碳、蒸汽和/或氦。
优选地，热传递流体包括油。
优选地，管道的至少邻近地层的待被加热的一部分的部分包括铁磁材料。
优选地，所述系统还包括联接到至少一个井孔中的管道的至少一个引入导体。
优选地，管道上的热传递流体通过其引入到地层中的一部分在上覆岩层中具有比在上覆岩层之下的管道部分小的直径。
优选地，电源被构造成提供较恒定的量的随时间变化的电流。
优选地，还包括绝缘管道的至少延伸通过上覆岩层的一部分。
优选地，电源是交流或直流的。
根据另一个方面，本发明提供了一种使用上述系统加热地下地层的方法，所述方法包括：
加热热传递流体；
使热传递流体循环通过地层中的管道以加热地层的在上覆岩层之下的部分；以及
施加电流到管道的至少一部分以电阻地加热所述管道。
优选地，循环和/或施加电流加热地层的所述部分至最高200℃、最高300℃、最高350℃或最高400℃的第一温度。
优选地，所述方法还包括施加电流和/或循环热传递流体以将地层的温度从第一温度增加到第二温度。
优选地，所述方法还包括通过使水循环通过管道来从被加热的地层回收热。
优选地，所述方法还包括从地下地层生产流体。
优选地，所述方法还包括从地下地层生产包括碳氢化合物的合成物。
优选地，所述方法还包括生产包括碳氢化合物的运输燃料，所述运输燃料由所述合成物制成。
本发明还提供用于现场转换系统以从地下地层生产碳氢化合物的方法。
在另一些实施例中，来自特定实施例的特征可以与来自其它实施例的特征组合。例如，来自一个实施例的特征可以与来自其它实施例的任何一个的特征组合。
在另一些实施例中，使用此处描述的任何方法、系统或加热器实施处理地下地层。
在另一些实施例中，可以将额外的特征添加到此处描述的特定实施例中。
附图说明
对于本领域技术人员，借助以下详细说明并参考附图，本发明的优点将变得显而易见，其中：
图1示出加热包含碳氢化合物的地层的各阶段的图解；
图2示出为处理包含碳氢物地层的现场转换系统一部分的实施例的示意图；
图3示出为加热地层一部分的闭环循环系统的示意图；
图4示出待使用闭环循环系统加热的地层一部分的井孔进口和出口的平面视图；
图5示出为可以使用闭环循环系统和/或电加热的用于加热地层的系统的一个实施例的侧视图；
图6示出对实心2.54厘米直径、1.8米长410不锈钢杆在不同施加的电流下电阻对温度的数据；
图7示出对实心2.54厘米直径、1.8米长410不锈钢杆在不同施加的交流电流下趋肤深度值对温度的数据；
图8示出对2.5厘米实心410不锈钢杆和2.5厘米实心304不锈钢杆温度对时间对数的数据。
尽管本发明可以有各种修改和替代形式，但是在附图中以举例方式表示其特定实施例并在此处详细描述。附图可能不按比例。但是，应该理解，对实施例的附图和详细描述不试图将本发明局限于特殊的公开形式，而相反，本发明涵盖处于本发明的精神和范围以内的所有修改、等效物和各种替代方案。
具体实施方式
以下的描述总体上涉及用于处理地层中碳氢化合物的系统和方法。可处理这种地层以产生碳氢化合物产品、氢和其它产品。
“碳氢化合物”一般定义成主要由碳和氢原子构成的分子。碳氢化合物还包括其它元素，诸如，但不局限于，氦、金属元素、氮、氧和/或硫。碳氢化合物可以是，但不局限于，油母岩、沥青、焦性沥青、油、天然矿腊和沥青岩。碳氢化合物可以位于或邻近地球中的矿脉。该矿脉可以包括，但不局限于，沉积的岩石、砂子、硅化物、碳化物、硅藻土和其它多孔介质。“碳氢化合物流体”是包括碳氢化合物的流体。碳氢化合物流体可以包括、夹杂或被夹杂在诸如氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、氢硫化物、水和氨的非碳氢化合物中。
“地层”包括一或多个包含碳氢化合物的层、一个或更多个非碳氢化合物层、上覆岩层和/或下伏岩层(underburden)。该“上覆岩层”和/或“下伏岩层”包括一种或更多种不同型式的不可渗透的材料。例如，上覆岩层和/或下伏岩层可以包括岩石、油页岩、泥石或湿/密的碳化物。在现场转换处理的某些实施例中，上覆岩层和/或下伏岩层可以包括包含碳氢化合物的层和较不可渗透的且在现场转换处理过程中不受温度(热)的包含碳氢化合物的层，该温度导致上覆岩层和下伏岩层的包含碳氢化合物的层的明显特性变化。例如，下伏岩层可以包含页岩或泥石，但下伏岩层不允许在现场转换过程中被加热到热解温。在某些情况下，上覆岩层和下伏岩层可以是稍许可渗透的。
“地层流体”是指地层中存在的流体且可以包括热解流体、合成气体、流动的碳氢化合物和水(蒸汽)。地层流体可以包括碳氢化合物流体以及非碳氢化合物流体。术语“流动的流体”是指包含碳氢化合物的地层中的流体，由于地层的热处理，所述流体会流动，“生产的流体”是指从地层提取的地层流体。
“热导流体”包括在标准温度和压力(STP)(0摄氏度和101.325kPa)时具有比空气高的热导性的流体。
“热源”是用于基本上通过传导和/或辐射热传递向地层的至少一部分提供热的任何系统。例如，热源可以包括电加热器，诸如绝缘的导体、细长的构件和/或置于管道内的导体。热源也可以包括通过在地层外部或内部燃烧燃料产生热的系统。该系统可以是表面燃烧器、井下气体燃烧器、无火焰分布燃烧室和自然分布燃烧室。在某些实施例中，提供到或在一个或更多个热源中产生的热可以由其它能源供给。该其它能源可以直接加热地层，或者该能源可以施加到直接加热或间接加热地层的传递介质上。应该理解，施加热到地层的一个或更多个热源可以使用不同的能源。因此，例如，对于给定的地层，某些热源可以从电阻加热器供给热，某些热源可以从燃烧室供给热，并且某些热源可以从一个或更多个其它能源(例如化学反应、太阳能、风能、生物物质或其它可再生能)提供热。化学反应可包括放热反应(例如，氧化反应)。热源还可以包括提供热到接近和/或包围加热位置的区域的加热器，如加热器井。
“现场转换处理”是指从热源加热包含碳氢化合物的地层以便将地层的至少一部分的温度升高到热解温度以上从而在地层中产生热解流体的过程。
“加热器”是用于在井中或接近井孔区域产生热的任何系统或热源。加热器可以是，但不局限于，电加热器、燃烧器、与地层中的或从地层产生的材料反应的燃烧室和/或其组合。
“绝缘的导体”是指全部或部分被电绝缘材料覆盖并能导电的任何细长材料。
细长构件可以是裸金属加热器或暴露的金属加热器。“裸金属”和“暴露的金属”是指不包括诸如矿物质绝缘层的电绝缘层的金属，设计该绝缘材料以提供金属在细长构件的整个工作范围上的电绝缘。裸金属和暴露的金属可以包括金属，该金属包括诸如天然出现的氧化物层、施加的氧化物层和/或薄膜的腐蚀抑制剂。裸金属和暴露的金属包括具有聚合物或其它型式电绝缘材料的金属，该电绝缘材料不能在细长构件的典型工作温度下保持电绝缘特性。这种材料可以放置在金属上并可在加热器的使用过程中热降解。
“温度限制加热器”通常指在特定温度以上调节热输出(例如，降低热输出)而不使用外部控制器诸如温度控制器、功率调节器、整流器或其它装置的加热器。温度限制加热器可以是AC(交流)或调制的(例如，“断续”的)DC(直流)驱动的电阻加热器。
“居里温度”是在该温度以上铁磁材料失去其所有铁磁性质的温度。除去在居里温度以上失去其所有铁磁性质外，当增加的电流通过铁磁材料时该铁磁材料开始失去其铁磁性质。
“随时间变化的电流”是指在铁磁导体中产生趋肤效应电流并具有随时间变化的幅值的电流。时间变化的电流包括交流(AC)与调制直流(DC)二者。
“交流(AC)”是指基本上正弦相反方向的随时间变化的电流。AC在铁磁导体中产生趋肤效应电流。
“调制的直流(DC)”指的是任何基本上非正弦的随时间变化的电流，该电流在铁磁导体中产生趋肤效应电流。
温度限制加热器的“调节(turndown)比”是对于给定电流的居里温度以下的最高AC或调制的DC电阻与居里温度以上的最低电阻之比。
关于降低热输出的加热系统、装置和方法，术语“自动地”意味着这种系统、装置和方法能以某种方式工作而不使用外部控制器(例如，诸如具有温度传感器和反馈环的控制器、PID控制器或预测控制器的外部控制器)。
术语“井孔”指的是通过钻孔或管道插入到地层中制成的地层中的孔。井孔可能具有基本上圆形的横截面或其它横截面形状。如此处使用的，当指的是地层中的开口时，术语“井”和“开口”可以与术语“井孔”互换地使用。
“u型井孔”指的是从地层中的第一开口、通过地层的至少一部分并延伸通过地层中的第二开口出来的井孔。在此，井孔可以仅粗略地是“v”或“u”型，但要理解“u”型的两条“腿”不需要是彼此平行，或者对于所谓的“u”型井，不需要垂直于“u”的“底”。
“热解”是由于应用热使化学链断开。例如热解可以包括只通过热将一种化合物转变成一种或更多种其它物质。可以传递热到地层的段以造成热解。在某些地层中，地层中的地层部分和/或其它材料可通过催化作用促进热解。
“热解流体”或“热解产物”指的是主要在碳氢化合物的热解过程中产生的流体。由热解反应产生的流体可以与地层中的其它流体混合。该混合物可以认为是热解流体或热解产物。如此处使用的，“热解区域”指的是被反应或反应以形成热解流体的地层(例如，较可渗透的地层，诸如沥清砂地层)的体积。
“热的叠加”指的是从二个或更多个热源将热提供到地层的选择部分，以便使在热源之间的至少一个位置处的地层的温度受多个热源的影响。
“热传导性”是材料的一种特性，该特性描述对给定的两表面之间的温度差，材料的两表面之间，在稳态中，热流动的速度。
“合成气体”是包括氢和一氧化碳的混合物。合成气体的附加成份可以包括水、二氧化碳、氮、甲烷和其它气体。合成气体可以通过各种过程和原料产生。可以使用合成气体以合成广泛范围的化合物。
综述工艺过程图
可以用各种方法处理地层中的碳氢化合物以产生许多不同的产品。在某些实施例中，分阶段处理地层中的碳氢化合物。图1示出加热包含碳氢化合物的地层的各阶段的图解。图1还示出每吨(y轴)来自地层的地层流体的油等效物以桶表示的产量(“Y”)对加热地层的摄氏度(x轴)温度(“T”)的例子。
在阶段1的加热过程中出现水的汽化和甲烷的解吸附作用。地层通过阶段1的加热可以尽可能快地进行。当初始加热包含碳氢化合物的地层时，地层中的碳氢化合物解吸附被吸收的甲烷。可以从地层生产解吸附的甲烷。如果进一步加热包含碳氢化合物的地层，则包含碳氢化合物的地层中的水汽化。在某些包含碳氢化合物的地层中，水可能占据地层中孔隙容积的10％至50％之间。在另一些地层中，水占据孔隙容积的较大或较小部分。在地层中典型地在160℃至285℃下，在绝对压力600kPa至7000kPa之间水汽化。在某些实施例中，汽化的水产生地层中湿度的变化和/或增加的地层压力。湿度的变化和/或增加的压力可以影响地层中的热解反应或其它的反应。在某些实施例中，从地层产生汽化的水。在其它实施例中，汽化的水用于地层中或地层外蒸汽的提取和/或蒸馏。从地层中的孔隙容积去除水和增加孔隙容积增加了碳氢化合物在孔隙容积中的储存空间。
在某些实施例中，在阶段1加热之后，进一步加热地层，以便使地层中的温度达到(至少)初始的热解温度(诸如阶段2所示的温度范围低端处的温度)。在整个阶段2可以热解地层中的碳氢化合物。热解温度范围根据地层中碳氢化合物的类型变化。该热解温度范围可以包括250℃与900℃之间的温度。对于生产要求的产品热解温度范围可以仅延伸通过整个热解温度范围的一部分。在某些实施例中，对生产要求的产品的热解温度范围可以包括250℃与400℃之间的温度或者270℃和350℃之间的温度。如果地层中碳氢化合物的温度缓慢上升通过从250℃至400℃的温度范围，则当温度接近400℃时，热解产品的产生可以基本完成。碳氢化合物的平均温度可以以小于5℃/天、小于2℃/天、小于1℃/天或小于0.5℃/天的速度上升通过生产要求的产品的热解温度范围。以多个热源加热包含碳氢化合物的地层可以围绕热源建立热梯度，所述热源缓慢升高地层中碳氢化合物的温度通过热解温度范围。
通过对要求产品的热解温度范围的温度增加速度可以影响从包含碳氢化合物的地层产生的结构流体的质和量。缓慢地升高温度通过对要求的产品的热解温度范围可以抑制地层中大链分子的活动。缓慢地升高温度通过对要求的产品的热解温度范围可以限制产生不希望的产品的活动碳氢化合物之间的反应。缓慢地升高地层的温度通过对要求的产品的热解温度范围可以允许从地层产生高质量、高的API比重的碳氢化合物。缓慢地升高地层的温度通过对要求的产品的热解温度范围可以允许存在于地层中的大量碳氢化合物作为碳氢化合物产品的提取。
在某些现场转换的实施例中，加热地层的一部分到要求的温度取代缓慢加热温度通过温度范围。在某些实施例中，要求的温度是300℃、325℃或350℃。也可以选择其它温度作为要求温度。来自热源的热的叠加允许在地层中较快和有效地建立要求的温度。从热源输入到地层中的能量可以调节以基本保持地层中要求的温度。基本上保持地层的加热部分处在要求的温度直到热解下降以致使从地层生产要求的地层流体变得不经济为止。受到热解的地层的部分可以包括通过仅从一个热源的热传递进入热解温度范围的区域。
在某些实施例中，从地层生产包括热解流体的地层流体。随着地层的温度升高，在生产的地层流体中可冷凝的碳氢化合物的量可能减少。在高温下，地层可能主要产生甲烷和/或氢。如果在整个热解范围加热包含碳氢化合物的地层，则该地层在接近热解范围的上限可能仅产生少量的氢。在所有这些可能的氢消耗完之后，将典型地出现来自该地层的最小量的流体生产。
在碳氢化合物热解之后，在地层中可能仍存在大量的碳和一些氢。可以从地层以合成气体的形式产生保留在该地层中的碳的有效部分。合成气体的产生可以发生在图1所示的阶段3加热的过程中。阶段3可以包括将包含碳氢化合物的地层加热到足以允许合成气体产生的温度。例如，可以在以下温度范围产生合成气体，即大约400℃到大约1200℃、大约500℃到大约1100℃或大约550℃到大约1000℃。当合成气体产生流体被引入到地层时，地层加热部分的温度确定在该地层中产生的合成气体的成份。通过一个或更多个生产井可以从地层去除产生的合成气体。
从包含碳氢化合物的地层产生的流体的总能量含量在整个热解和合成气体产生的期间保持较恒定。在较低地层温度的热解过程中，所产生的流体的大部分可能是可冷凝的碳氢化合物，该碳氢化合物具有高的能量含量。但是，在较高的热解温度下，较少地层流体可能包括可冷凝的碳氢化合物。可以从地层生产较多不可冷凝的地层流体。在产生主要不可冷凝结构流体的过程中产生的流体的每单位体积的能量含量可能稍微下降。在合成气体的产生过程中，产生的合成气体的每单位体积的能量含量与热解流体的能量含量相比明显地下降。但是，产生的合成气体的体积在许多情况下将显著地增加，从而补偿降低的能量含量。
图2示出用于处理包含碳氢化合物的地层的现场转换系统的一部分的一个实施例的示意图。该现场转换系统可以包括阻挡井208。阻挡井208用于围绕处理区域形成阻挡层。该阻挡层禁止流体流入或流出该处理区域。阻挡井包括，但不局限于，去水井、真空井、收集井、注射井、灌浆井、冷冻井或它们的组合，在图2所示的实施例中，阻挡井208被表示成仅沿热源210的一侧延伸，但阻挡井典型地环绕所有使用的、或要使用的热源210以加热地层的处理区域。
在地层的至少一部分中放置热源210。热源210可以包括加热器，诸如绝缘的导体、管道中的导体加热器、表面燃烧器、无火焰分布的燃烧室式燃烧器和/或自然分布的燃烧室式燃烧器。热源210还可以包括其它型式的加热器。热源210提供热到地层的至少一部分以加热地层中的碳氢化合物。通过供给线212可以将能量供给到热源210。根据热源或用于加热地层的热源的型式供给线212在结构上可能不同。用于热源的供给线212可以给电加热器传递电，可以给燃烧室式燃烧器输送燃料，或者可以输送在地层中循环的热交换流体。
生产井214用于从地层去除地层流体。在某些实施例中，生产井214可以包括一个或更多个热源。生产井中的热源可以加热生产井处或其附近的地层的一个或更多个部分。生产井中的热源可以禁止从地层被去除的地层流体的凝固和回流。
从生产井214生产的地层流体可以通过收集管道216输送到处理设备218。地层流体也可以从热源210生产。例如，可以从热源210生产流体以控制邻近热源的地层中的压力。从热源210生产的流体可以通过管子或管道输送到收集管道216，或者生产的流体可以通过管子或管道直接输送到处理设备218。处理设备218可以包括分离单元、反应单元、改良单元、燃料电池、涡轮、存储罐和/或用于处理生产的地层流体的其它系统以及单元。处理设备可以从自地层生产的碳氢化合物的至少一部分形成运输燃料。
在某些现场转换过程的实施例中，使用循环系统以加热地层。该循环系统可以是一闭环循环系统。图3示出使用循环系统加热地层的系统的示意图。该系统可以用于加热在地内较深的以及较大范围的地层中的碳氢化合物。在某些实施例中，该碳氢化合物可以是地表以下100米、200米、300米或更多。也可以使用该循环系统加热不那么深的地内的碳氢化合物。该碳氢化合物可以是在长度方向延伸达500米、750米、1000米或更多的地层中。在那种与上覆岩层厚度相比要处理的包含碳氢化合物的地层的长度长的地层中该循环系统可变成经济可行的。要被加热器加热的碳氢化合物地层范围与上覆岩层厚度之比可以是至少3、至少5或至少10。循环系统的加热器可以相对于邻近加热器放置，从而使循环系统的加热器之间的热的叠加能使要升高的地层的温度至少在地层中含水地层流体的沸点以上。
在某些实施例中，可以通过钻第一井孔然后钻与第一井孔连接的第二井孔在地层中形成加热器220。可以将管道放置在U型井孔中以形成U型加热220。通过管道将加热器220连接至热传递流体循环系统222。在闭环循环系统中可以使用高压的气体作为热传递流体。在某些实施例中，热传递流体是二氧化碳。在要求的温度与压力下，二氧化碳是化学稳定的并且有较高的分子量，这就导致高的体积热容量。也可以使用诸如蒸汽、空气、氦和/或氮的其它流体。进入地层的热传递流体的压力可以是3000kPa或更高。高压热传递流体的使用能使该热传递流体具有较高的密度，因此具有较大的传递热的容量。而且，当第一压力大于第二压力时，对于在第一压力下热传递流体以给定的质量流量进入加热器的系统，跨越加热器的压力降要比当在第二压力下热传递流体以相同的质量流量进入加热器时的要小。
热传递流体循环系统222可以包括热供给源224、第一热交换器226、第二热交换器228和压缩机230。热供给源224加热热传递流体到高温。热供给源224可以是炉子、太阳能收集器、反应器、燃料电池废热或者其它能够向热传递流体供热的高温源。在图3所示的实施例中，热供给源224是炉子，该炉子加热热传递流体到以下范围内的温度，即从大约700℃到大约920℃、从大约770℃到大约870℃或从大约800℃到大约850℃。在一个实施例中，供热源224加热热传递流体到大约820℃的温度。该热传递流体从供热源224流到加热器220。热从加热器220传递到邻近加热器的地层232。离开地层232的热传递流体的温度可能在以下范围内，即从大约350℃到大约580℃、从大约400℃到大约530℃或从大约450℃到大约500℃。在一个实施例中，离开地层232的热传递流体的温度是大约480℃。用于构成热传递流体循环系统222的管道的冶金术可以变化以显著地降低管道的成本。从炉子224到温度足够低的一点可以使用高温钢，从而从那一点到第一热交换器226可以使用廉价的钢。可以使用几种不同钢的等级以构成热传递流体循环系统222的管道。
来自热传递流体循环系统222的供热源224的热传递流体通过地层232的上覆岩层234到碳氢化合物层236。加热器220延伸通过上覆岩层234的部分可以被绝热。在某些实施例中，绝热层或绝热层的部分是聚酰亚胺绝热材料。碳氢化合物层236中加热器220的入口部分可以具有锥形的绝热层以减少靠近加热器进入碳氢化合物层的入口的碳氢化合物层的过热。
在某些实施例中，在上覆岩层234中管道的直径可以小于通过碳氢化合物层236的管道的直径。通过上覆岩层234的较小直径管道可以允许较少的热传递到上覆岩层。降低传递到上覆岩层234的热量减少了供给到邻近碳氧化物层236的管道的热传递流体的冷却的量。由于通过小直径管道的增加的热传递流体的速度在较小直径管道中增加的热传递被较小直径管道的较小表面积补偿并减少热传递流体在较小直径管道中的驻留时间。
在离开地层232之后，热传递流体通过第一热交换器226和第二热交换器228到压缩机230。第一热交换器226在离开地层232的热传递流体与离开压缩机230的热传递流体之间传递热以升高进入供热源224的热传递流体的温度并降低离开地层232的流体的温度。在热传递流体进入压缩机230之前第二热交换器228进一步降低热传递流体的温度。
图4示出要使用循环系统加热的地层中的井孔开口的一个实施例的平面图。进入地层232的热传递流体入口238与热传递流体出口240交替。热传递流体入口238与热传递流体出口240的交替可以允许地层232中碳氢化合物的更均匀的加热。
可以使用循环系统以加热地层的一部分。地层中的生产井用于去除产生的流体。在从地层的生产结束之后，可以使用该循环系统以回收来自地层的热。在热供给源224(图3所示)从循环系统脱开之后，热传递流体可以通过加热器220循环。该热传递流体可以是与用于加热地层的热传递流体不同的热传递流体。热从加热的地层传递到热传递流体。该热传递流体可以用于加热地层的另一部分或者该热传递流体可以用于其它目的。在某些实施例中，将水引入加热器220以产生蒸汽。在某些施例中，将低温度蒸汽引入加热器220从而使通过加热器的蒸汽的通道增加蒸汽的温度。其它的热传递流体包括天然或合成的油，诸如Syltherm oil(Dow corning公司)(米德兰市，密歇根州，美国)，可以用于代替蒸汽或水。
在某些实施例中，循环系统可与电加热结合使用。在某些实施例中，在U型井孔中管道的至少邻近要被加热的地层的部分的一部分由铁磁材料制成。例如，邻近要加热的地层的一层或多层的管道由9％至13％的铬钢制成，诸如410不锈钢。当随时间变化的电流施加到该管道时，该管道可以是一温度限制加热器。该随时间变化的电流电阻地加热管道，该管道加热地层。在某些实施例中，可使用直流电流以电阻地加热管道，该管道加热地层。
在某些实施例中，使用循环系统以加热地层到第一温度，并使用电能以保持地层的温度和/或加热地层到较高温度。该第一温度可足以汽化地层中的含水地层流体。该第一温度可是至多大约200℃、至多大约300℃、至多大约350℃或至多大约400℃。当使用电加热地层时，使用循环系统以加热地层到第一温度允许地层被干燥。加热干燥的地层可以最小化到该地层中的电流泄漏。
在某些实施例中，可以使用循环系统和电加热以将地层加热到第一温度。使用循环系统和/或电加热，可以保持地层，或可以从第一温度增加地层的温度。在某些实施例中，地层可以使用电加热升高到第一温度，并可以使用循环系统保持和/或升高温度。经济因素、可用的电力、用于加热传递流体的燃料的可用性或其它因素可以用于确定何时使用电加热和/或循环系统加热。
在某些实施例中，将加热器220在碳氢化合物层236中的部分联接到引入导体。该引入导体可位于上覆岩层234中。引入导体可以将碳氢化合物层236中的加热器220部分电联接到地表处的一个或更多个井头。电绝缘体可以位于碳氢化合物层236中的加热器220部分与上覆岩层234中的加热器220部分的连接处，从而使上覆岩层中的加热器220部分与碳氢化合物层中的加热器部分电绝缘。在某些实施例中，引入导体放置在闭环循环系统的管道内。在某些实施例中，引入导体放置在闭环循环系统的管道外面。在某些实施例中，引入导体是具有诸如氧化锰的矿物绝缘材料的绝缘导体。该引入导体可以包括高度导电的材料，诸如铜或铝，以在电加热过程中减少在上覆岩层234中的热损失。
在某些实施例中，可以使用加热器220在上覆岩层234中的部分作为引入导体。加热器220在上覆岩层234中的部分可以电联接到碳氢化合物层236中的加热器220部分。在某些实施例中，将一种或更多种导电材料(诸如铜或铝)联接(例如，包覆或焊接)到加热器220在上覆岩层234中的部分以降低上覆岩层中加热器部分的电阻。降低上覆岩层234中加热器220部分的电阻减少了在电加热过程中在上覆岩层中的热损失。
在某些实施例中，加热器220在碳氢化合物层236中的部分是具有在大约600℃与大约1000℃之间自我限制温度的温度限制加热器。加热器220在碳氢化合物层236中的部分可以是9％至13％的铬不锈钢。例如，加热器220在碳氢化合物层236中的部分可以是410不锈钢。可将随时间变化的电流施加到加热器220在碳氢化合物层236中的部分，从而使该加热器作为温度限制加热器工作。
图5示出使用循环流体系统和/或电加热加热地层的一部分的系统的实施例的侧视图。加热器220的井头242通过管道可以联接到热传递流体循环系统222。井头242也可以联接到电力供给系统244。在某些实施例中，当使用电力以加热地层时，热传递流体循环系统222可以与加热器脱开连接。在某些实施例中，当使用热传递流体循环系统222加热地层时，电力供给系统244与加热器脱开连接。
电力供给系统244可以包括变压器246和电缆248、250。在某些实施例中，电缆248、250能以低损耗输送大电流。例如，电缆248、250可以是粗的铜或铝导体。该电缆也可以具有厚的绝缘层。在某些实施例中，电缆248和/或电缆250可以是超导电缆。可以用液氮冷却该超导电缆。超导电缆可从Superpower公司(斯卡奈塔第市，纽约州，美国)获得。超导电缆可以最小化功率耗损和/或减小将变压器246联接到加热器所需的电缆尺寸。
温度限制加热器可以被构造成和/或可以包括对在某些温度下为加热器提供自动温度限制特性的材料。在某些实施例中，在温度限制加热器中使用铁磁材料。铁磁材料在或接近材料的居里温度处可自我限制温度，以当随时间变化的电流施加到该材料时提供在或接近居里温度处减少的热量。在某些实施例中，在选择的接近居里温度的温度下铁磁材料自我限制温度限制加热器的温度。在某些实施例中，该选择的温度是居里温度的35℃以内、25℃以内、20℃以内或10℃以内。在某些实施例中，铁磁材料与其它材料(例如，高导电材料、高强度材料、抗腐蚀材料或它们的组合)联接以提供各种电和/或机械特性。温度限制加热器的某些部分可具有比该温度限制加热器的其它部分低的电阻(由不同几何形状和/或由使用不同的铁磁和/或非铁磁材料所造成的)。具有各种材料和/或尺寸的温度限制加热器的部分允许设计从加热器每个部分的要求的热输出。
温度限制加热器可以比其它加热器更可靠。温度限制加热器可以较不易于由于地层中的热点出现故障或损坏。在某些实施例中，温度限制加热器能使地层被基本上均匀地加热。在某些实施例中，温度限制加热器能够通过沿整个加热器的长度在较高的平均热输出下工作，更高效地加热地层。该温度限制加热器在沿加热器的整个长度的较高平均热输出下工作，因为如果沿加热器任何一点的温度超过、或者要超过加热器的最大工作温度，由于这是具有典型恒定功率加热器的情况，给加热器的功率不一定要降低到整个加热器。从温度限制加热器接近加热器居里温度的部分的热输出自动地降低而不需要受控制地调节施加到该加热器的随时间变化的电流。由于温度限制加热器的部分的电特性(例如，电阻)的改变，热输出自动地降低。因此，在加热处理的较大部分的过程中由温度限制加热器供给较大功率。
在某些实施例中，当由随时间变化的电流对温度限制加热器供能时，包括温度限制加热器的系统起初提供第一热输出然后在接近、处在加热器电阻部分的居里温度、或居里温度以上提供降低的热输出(第二热输出)。该第一热输出是在该温度以下温度限制加热器开始自我限制的温度的热输出。在某些实施例中。第一热输出是在温度限制加热器中铁磁材料的居里温度以下50℃、75℃、100℃或125℃的温度下的热输出。
该温度限制加热器可以由在井头供给的随时间变化的电流(交流或调制直流)供能。该井头可以包括在向温度限制加热器供给电力中使用的电源和其它部件(例如，调制部件、变压器和/或电容器)。该温度限制加热器可以是用于加热地层的一部分的许多加热器中的一个。
在某些实施例中，温度限制加热器包括一导体，当施加随时间变化的电流到该导体时，该导体作为趋肤效应或邻近效应加热器工作。趋肤效应限制电流穿透到导体内部中的深度。对于铁磁材料，趋肤效应由导体的磁渗透性控制。铁磁材料的相对磁渗透性典型地是在10与1000之间(例如，铁磁材料的相对磁渗透性典型地至少是10并且可能至少是50、100、500、1000或更大)。随着铁磁材料的温度升高到居里温度以上和/或随着施加的电流增加，铁磁材料的磁渗透性显著地降低并且趋肤深度迅速扩大(例如，趋肤深度随磁渗透性的平方根的倒数扩大)。磁渗透性的减少导致导体接近、在居里温度或居里温度以上和/或随着施加的电流增加AC或调制DC电阻的降低。当由基本上恒定的电流源为温度限制加热器供给电力时，加热器的接近、达到或在居里温度以上的部分可具有降低的热扩散。温度限制加热器不在或不接近居里温度的段可能由趋肤效应加热控制，该趋肤效应加热允许该加热器由于较高的电阻负载具有高的热扩散。
使用温度限制加热器加热地层中碳氢化合物的一个优点是选择导体以具有在要求的温度运行范围中的居里温度。在要求的工作温度范围内运行允许相当大的热注入到地层中，同时保持温度限制器以及其它设备的温度在设计限制温度以下。设计限制温度是在该温度下诸如腐蚀、蠕变和/或变形的特性受不利的影响的温度。温度限制加热器的温度限制特性阻止邻近地层中低导热性“热点”的加热器的过热或烧毁。在某些实施例中，温度限制加热器能根据在加热器中使用的材料降低或控制热输出和/或经受在25℃、37℃、100℃、250℃、500℃、700℃、800℃、900℃或更高达1131℃以上温度处的热。
温度限制加热器允许比恒定功率加热器多的热注入到地层中，因为输入到温度限制加热器中的能量不必要被限制到以适应邻近加热器的低导热性区域。例如，在Green River油页岩中最低富油页岩层和最高富油页岩层的导热性中存在至少系数3的差别。当加热这种地层时，传递到具有温度限制加热器的地层的热要明显多于具有传统加热器的地层的，该传统加热器受到在低导热性层处的温度的限制。沿传统加热器的整个长度的热输出需要适应低导热性层，从而使该加热器在低导热性层不会过热和烧毁。邻近处于高温的低导热性层的热输出对于温度限制加热器将减少，但是不处于高温的温度限制加热器的其余部分将仍提供高的热输出。因为加热碳氢化合物地层的加热器典型地具有长的长度(例如，至少10米、100米、300米，至少500米、1000米或更长达10000米)，温度限制加热器的长度的大部分可以在居里温度以下工作，同时仅一小部分是在或接近温度限制加热器的居里温度。
温度限制加热器的使用允许热到地层的高效传递。热的高效传递允许将地层加热到要求温度所需时间的减少。对于相同的加热器间隔，温度限制加热器可以允许较大的平均热输出同时保持加热器设备的温度在设备设计的限制温度以下。通过由温度限制加热器提供的较大平均热输出在地层中的热解可比通过由恒定功率加热器提供的较低平均热输出在较早的时间出现。由于不精确的井间隔或加热器井在一起靠得太近的钻井温度限制加热器抵消热点。在某些实施例中，温度限制加热器对于已经间隔太远的加热器井允许超时增加的功率输出，或者对间隔太近的加热器井限制功率输出。温度限制加热器还在邻近上覆岩层和下层的区域中供给较大功率以补偿在这些区域中温度的损失。
温度限制加热器可有利地在许多类型的地层中使用。例如，在沥青砂地层或者包含重碳氢化合物的较可渗透的地层中，温度限制加热器可用于提供可控低温输出以降低流体、移动流体的粘度，和/或在或接近井孔处或地层中增大流体的径向流动。温度限制加热器可用于阻止由于地层的接近井孔区域的过热的超焦化地层。
在某些实施例中，温度限制加热的使用消除或减少对昂贵温度控制回路的需要。例如，温度限制加热器的使用消除或减少对实施温度记录的需要和/或对在加热器上使用固定的热电偶以监测热点处的可能过热的需要。
在温度限制加热器中使用的一种或多种铁磁合金确定加热器的居里温度。铁磁导体可以包括一种或更多种铁磁元素(铁、钴和镍)和/或这些元素的合金。在某些实施例中，铁磁导体包括含钨(W)的铁-铬(Fe-Cr)合金(例如，HCM12A和SAVE12(日本Sumitomo金属公司))和/或包含铬的铁合金(例如，Fe-Cr合金、Fe-Cr-W合金、Fe-Cr-V(钒)合金、Fe-Cr-Nb(铌)合金)。这三种主要铁磁元素中，铁具有770℃的居里温度；钴具有1131℃的居里温度；以及镍具有近似358℃的居里温度。铁-钴合金具有比铁的居里温度高的居里温度。例如具有2％重量钴的铁-钴合金具有800℃的居里温度；具有12％重量钴的铁-钴合金具有900℃的居里温度；以及具有20％重量钴的铁-钴合金具有950℃的居里温度。铁-镍合金具有比铁的居里温度低的居里温度。例如，具有20％重量镍的铁-镍合金具有720℃的居里温度，而具有60％重量镍的铁-镍合金具有560℃的居里温度。
某些非铁磁元素提高铁的居里温度。例如，具有5.9％重量钒的铁-钒合金具有大约815℃的居里温度。其它非铁磁元素(例如，碳、铝、铜、硅和/或铬)可与铁或其它铁磁材料熔成合金以降低居里温度。升高居里温度的非铁磁材料可以与降低居里温度的非铁磁材料组合并与铁或其它铁磁材料熔成合金以产生具有要求的居里温度和其它物理和/或化学特性的材料。在某些实施例中，居里温度材料是一种铁氧体，如NiFe2O4。在另一些实施例中，居里温度材料是一种双元素化合物，诸如FeNi3或Fe3Al。
温度限制加热器的某些实施例可以包括多种铁磁材料。这种实施例处在此处描述的实施例的范围以内，只要此处描的任何条件适用于温度限制加热器中的铁磁材料的至少一种。
当接近居里温度时铁磁特性通常削弱。自我限制温度可少许在铁磁导体的实际居里温度以下。在1％碳钢中电流的趋肤深度在室温下是0.132厘米，而在720℃时增加到0.445厘米。从720℃到730℃，趋肤深度陡增到超过2.5厘米。因此，使用1％碳钢的温度限制加热器实施例在650℃到730℃之间开始自我限制。
趋肤深度通常限定随时间变化的电流到导电材料中的有效肤深。通常，电流密度随沿导体的半径从外表面到中心的距离指数地降低。在该深度处电流密度近似为表面电流密度的1/e的深度称为趋肤深度。对于直径远大于有效肤深的实心的圆柱杆或者对于壁厚超过有效肤深的空心圆筒，趋肤深度δ是：
(1)δ＝1981.5＊[ρ/(μ＊f)]1/2
式中δ＝趋肤深度(英寸)；
ρ＝工作温度下的电阻率(欧姆-厘米)；
μ＝相对磁导率；以及
f＝频率(赫兹)。
从“工业电加热手册”(作者C.James Erickson，IEEE出版社，1995)得到式(1)。对大多数金属，电阻率(ρ)随温度增加。相对磁导率通常随温度和电流变化。可以利用另外的公式评估磁导率和/或趋肤深度对温度和/或电流二者的变化。μ对电流的依赖关系可以从μ对磁场的依赖关系产生。
可以选择在温度限制加热器中使用的材料以提供要求的调节比。对于温度限制加热器可以选择至少1.1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、10∶1、30∶1或50∶1的调节比。也可以使用更大的调节比。选择的调节比可取决于许多因素，包括，但不局限于，在其中放置温度限制加热器的地层类型(例如，较高调节比可以用于在富与贫油页岩之间导热性具有大的差别的油页岩地层)和/或在井孔中使用的材料的温度限制(例如，加热器材料的温度限制)。在某些实施例中，通过将额外的铜或其它好的导电体联接到铁磁材料增加调节比(例如，添加铜以降低居里温度以上的电阻)。
该温度限制加热器可以在加热器的居里温度以下提供最小的热输出(功率输出)。在某些实施例中，该最小的热输出是至少400瓦/米(瓦每米)、600瓦/米、700瓦/米、800瓦/米或更高达2000瓦/米。当加热器的段的温度接近或在居里温度以上时，温度限制加热器降低通过加热器的该段输出的热量。降低的热量可以基本小于低于居里温度的热输出。在某些实施例中，降低的热量是至多400瓦/米、200瓦/米、100瓦/米或可接近0瓦/米。
在某些实施例中，调节AC频率以改变铁磁材料的趋肤深度。例如，在室温下在60赫兹时1％碳钢的趋肤深度是0.132厘米、在180赫兹是0.076厘米以及在440赫兹是0.046厘米。由于加热器直径典型地是大于趋肤深度的二倍，因此使用较高的频率(并因此具有较小直径的加热器)降低了加热器的成本。对于固定的几何形状，较高的频率导致较高的调节比。在较高频率处的调节比通过较高频率的平方根乘较低频率时的调节比被较低频率除来计算。在某些实施例中，使用100赫兹与1000赫兹之间、140赫兹与200赫兹之间或400赫兹与600赫兹之间的频率(例如，180赫兹、540赫兹或720赫兹)。在某些实施例中，可以使用高频。该频率可以大于1000赫兹。
在某些实施例中，可以使用调制的直流(例如，截断直流、波形调制直流或循环直流)以向温度限制加热器提供电功率。直流调制器或直流截断器可以联接到直流电源以提供调制直流的输出。在某些实施例中，直流电源可以包括用于调制直流的装置。直流调制器的一个例子是直流到直流的转换器系统。直流到直流的转换器系统通常在技术上是已知的。将直流典型地调制或截断成为要求的波形。用于直流调制的波形包括，但不局限于，方波、正弦波、变形的正弦波、变形的方波、三角波以及其它规则或不规则的波形。
调制的直流波形通常限定调制直流的频率。因此，可以选择调制的直流波形以提供要求的调制直流的频率。调制直流波形的调制的形状和/或速率(诸如截断的速率)可以变化以改变调制的直流频率。可以在高于通常可用的交流频率的频率下调节直流。例如，可以在至少1000赫兹的频率下提供调制的直流。增加供给的电流的频率到较高值有利地增加温度限制加热器的调节比。
在某些实施例中，调节或改变调制直流的波形以改变调制直流的频率。直流调制器在使用温度限制加热器的过程中的任何时间以及在高电流或高电压下能够调节或变换调制的直流波形。因此，提供给温度限制加热器的调制直流不局限于单一频率或者甚至一小套频率值。使用直流调制器的波形选择典型地允许调制直流频率的宽范围并允许调制直流频率的离散控制。因此，调制直流频率较容易地设定在一个特殊的值而交流频率通常局限于线性频率的倍数。调制的直流频率的离散控制允许在整个温度限制加热器的调节比上更多选择的控制。能够选择地控制温度限制加热器的调节比允许要在设计和构造温度限制加热器中使用的材料的较宽的范围。
在某些实施例中，调节调制的直流频率或交流频率以补偿温度限制加热器在使用过程中特性(例如，表面状态，如温度或压力)的改变。基于评估的井下状态改变提供到温度限制加热器的调制直流频率或交流频率。例如，随着井孔中温度限制加热器的温度增加，有利的是增加提供到加热器的电流的频率，因此增加加热器的调节比。在一个实施例中，评估在井孔中温度限制加热器的井下温度。
在某些实施例中，改变调制直流频率或交流频率，以调节温度限制加热器的调节比。可以调节调节比以补偿沿温度限制加热器长度出现的热点。例如，因为在某些位置温度限制加热器变得过热而增加调节比。在某些实施例中，改变调制直流频率或交流频率，以调节调节比而不评估地下状态。
在某些循环系统实施例中，由于材料的特性，邻近要加热的地层部分的管道部分是9％至13％铬不锈钢，如410不锈钢。410不锈钢管道较便宜且容易得到。410不锈钢是铁磁材料，所以如果对管道施加随时间变化的电流以电阻地加热该管道，则该管道将是一温度限制加热器。而且，410不锈钢的硫化作用的速度是较低的，并且该速度随着温度至少在从大约530℃到650℃的范围内增加而降低。该硫化作用的特征使得410不锈钢对于在现场转换过程中的使用是一种好材料。
图6示出对直径2.54厘米、长1.8米的实心410不锈钢杆在施加不同电流时电阻(mΩ)对温度(℃)的数据。曲线252、254、256、258和260表示410不锈钢杆在40安交流(曲线258)、70安交流(曲线260)、140安交流(曲线252)、230安交流(曲线254)以及10安直流(曲线256)时作为温度的函数的电阻分布图。对于施加140安和230安的交流电流，电阻随温度增加而逐渐增加，直到达到居里温度。在居里温度处，电阻陡降。反之，对施加的直流示出随温度通过居里温度逐渐增加的电阻。
图7示出对直径2.54厘米、长1.8米的实心410不锈钢杆在施加不同交流电流时趋肤深度值(厘米)对温度(℃)的数据。用式(2)来计算趋肤深度，
(2)δ＝R1-R1＊(1-(1/RAC/RDC))1/2
式中δ是趋肤深度，R1是圆柱体的半径，RAC是交流电阻，以及RDC是直流电阻。在图7中，曲线262-282示出对于施加的交流电流在50安至500安的范围上(262：50安；264：100安；266：150安；268：200安；270：250安；272：300安；274：350安；278：400安；280：450安；282：500安)时作为温度的函数的趋肤深度的分布图。对于每一个施加的交流电流，趋肤深度随着温度增加到达到居里温度而逐渐增加。在居里温度处，趋肤深度陡增。
图8示出对于2.5厘米实心410不锈钢杆和2.5厘米实心304不锈钢杆的温度(℃)对时间(小时)的对数的数据。在施加恒定的交流电流时，每根杆的温度随时间增加。曲线284表示对于置于304不锈钢杆的外表面上和绝缘层下面的热电偶的数据。曲线286表示置于没有绝缘层的304不锈钢杆的外表面上的热电偶数据。曲线288表示对于置于410不锈钢杆的外表面上和绝缘层下面的热电偶的数据。曲线290表示对于置于没有绝缘层的410不锈钢杆的外表面上的热电偶的数据。各曲线的比较表明304不锈钢杆的温度(曲线284和286)增加要比410不锈钢杆的温度(曲线288和290)更快。304不锈钢杆的温度(曲线284和286)也达到比410不锈钢杆的温度(曲线288和290)更高的值。410不锈钢杆的非绝缘部分(曲线290)与410不锈钢杆的绝缘部分(曲线288)之间的温度差要小于304不锈钢杆的非绝缘部分(曲线286)与304不锈钢杆的绝缘部分(曲线284)之间的温度差。304不锈钢杆的温度在实验的末尾增加(曲线284和286)而410不锈钢杆的温度已经变成水平(曲线288和290)。因此，410不锈钢杆(温度限制加热器)在(由于绝缘)存在变化的热负荷的情况下提供比304不锈钢杆(非温度限制加热器)更好的温度控制。
本发明的各方面的进一步修改与替代实施例对于本领域技术人员在考虑本说明时将是显而易见的。因而，本说明仅作为示例并为了教导本领域技术人员实施本发明的一般方式的目的。应该理解，此处表示和描述的本发明的形式是作为优选实施例。可以置换此处的说明与描述的元素和材料，零件和过程可以颠倒，同时可以独立地利用本发明的某些特征，所有这些对于本领域技术人员具有本发明描述的益处之后将是显而易见的。此处描述的元素可进行改变而不偏离本发明的精神和范围。此外，应该理解，在某些实施例中，可以组合此处独立地描述的各个特征。

Claims (17)

1.一种用于从地下地层(236)生产碳氢化合物的现场转换系统，所述系统包括：
多个在地层(236)中的u形井孔(220)；
置于所述u形井孔(220)的至少两个中的管道；
联接到所述管道的流体循环系统；以及
电源(246)，其中所述电源(246)被构造成提供电流到管道的至少位于地层(236)中上覆岩层(234)之下的一部分，以电阻地加热管道的至少一部分，并且其中热从管道传递到地层(236)，
其特征在于，所述流体循环系统(222)被构造成使热的热传递流体循环通过管道的至少一部分以形成地层(236)的至少一个被加热的部分。
2.如权利要求1所述的系统，其中在井孔(220)的至少两个中的所述管道允许热的叠加。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中热传递流体包括二氧化碳、和/或蒸汽和/或氦。
4.如权利要求1所述的系统，其中热传递流体包括油。
5.如权利要求1所述的系统，其中管道的至少邻近地层(236)的待被加热的一部分的部分包括铁磁材料。
6.如权利要求1所述的系统，还包括联接到至少一个井孔(220)中的管道的至少一个引入导体。
7.如权利要求1所述的系统，其中热传递流体引入到地层(236)中所通过的管道的在上覆岩层中的部分具有比管道的在上覆岩层(234)之下的部分更小的直径。
8.如权利要求1所述的系统，其中电源(246)被构造成提供较恒定的量的随时间变化的电流。
9.如权利要求1所述的系统，还包括绝缘管道的至少延伸通过上覆岩层(234)的一部分。
10.如权利要求1所述的系统，其中电源是交流或直流的。
11.一种使用权利要求1-10任一项所述的系统加热地下地层(236)的方法，所述方法包括：
加热热传递流体；
使热传递流体循环通过地层(236)中的管道以加热地层(236)的在上覆岩层(234)之下的部分；以及
施加电流到管道的至少一部分以电阻地加热所述管道。
12.如权利要求11所述的方法，其中循环和/或施加电流加热地层(236)的所述部分至最高200℃、或最高300℃、或最高350℃或最高400℃的第一温度。
13.如权利要求12所述的方法，还包括施加电流和/或循环热传递流体以将地层(236)的温度从第一温度增加到第二温度。
14.如权利要求11-13任一项所述的方法，还包括通过使水循环通过管道来从被加热的地层(236)回收热。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述方法还包括从地下地层(236)生产流体。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述方法还包括从地下地层(236)生产包括碳氢化合物的合成物。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述方法还包括生产包括碳氢化合物的运输燃料，所述运输燃料由所述合成物制成。
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