CN102203379A - 加热地下地层以转化有机物成为烃流体的电传导方法 - Google Patents

Abstract

提供使用电阻加热加热地下地层的方法和系统。一方面，提供穿透所述地下地层内的固体富含有机物岩石的层段的两个或更多个井筒。自所述井筒中的至少一个在所述富含有机物岩石中建立至少一个裂缝，和在所述裂缝中提供电传导性材料。以这种方式，在所述两个或更多个井筒之间提供电传输。所述电传导性材料可以包括放置与所述两个或更多个井筒中的每一个接触的第一部分和在所述两个或更多个井筒中间的第二部分。所述第一部分具有第一体电阻率，而所述第二部分具有第二体电阻率。所述方法也包括传递电流通过所述裂缝，使得在电传导性材料内通过电阻生成热，足以热解至少一部分的所述富含有机物岩石成烃流体。在所述电传导性材料的第一部分内生成的电阻热小于在所述电传导性材料的第二部分内生成的热。

Description

加热地下地层以转化有机物成为烃流体的电传导方法

相关申请的交叉引用

本申请要求在2008年10月29日提交、名称为ELECTRICALLY CONDUCTIVE METHODS FOR HEATING A SUBSURFACE FORMATION TO CONVERT ORGANIC MATTER INTO HYDROCARBON FLUIDS(加热地下地层以转化有机物成为烃流体的电传导方法)的美国临时申请61/109,369的权益，该临时申请通过引用以其全部内容并入本文。

发明背景

技术领域

本发明涉及从地下地层采收烃的领域。更具体地，本发明涉及从富含有机物岩层原位采收烃流体，所述岩层包括例如油页岩地层、煤地层和焦油砂地层。本发明还涉及使用电能加热地下地层的方法。本申请涉及在审的美国非临时专利申请号12/074,899，律师文案号2007EM026，其在2008年3月7日提交，名称为“Granular Electrical Connections for In Situ Formation Heating(用于原位地层加热的粒状电连接)”，并且通过引用以整体并入本文。美国申请号12/074,899又要求在2007年3月22日提交的在审美国临时专利申请号60/919,391的权益，该临时申请名称也是“Granular Electrical Connections for In Situ Formation Heating(用于原位地层加热的粒状电连接)”，并且通过引用以其整体并入本文。

技术讨论

已知某些地质地层包含被称为“干酪根(kerogen)”的有机物。干酪根是固体含碳物质。当干酪根被嵌在岩层中时，该混合物被称为油页岩。实际上，不管该矿物质事实上在技术上是不是页岩，它都是由致密粘土形成的岩石。

干酪根暴露于热一段时间后经历分解。加热后，干酪根在分子水平上分解以产生油、气和含碳焦炭。还可以产生少量的水。油、气和水流体在该岩石基体内变得可以流动，而含碳焦炭保持基本上不动。

在世界范围内的各个地区包括美国都发现了油页岩地层。此类地层主要在怀俄明州、科罗拉多州和犹他州发现。油页岩地层往往位于相对浅的深度，并且通常的特征在于有限的渗透性。一些人认为油页岩地层是这样的烃沉积物，其还没有经历认为是形成常规油和气储量所需的多年热和压力。

干酪根分解产生流动烃的速率依赖于温度。在许多岁月的期间一般超过270℃(518℉)的温度对于大量转化来说可能是必需的。在更高的温度下大量转化可以在更短的时间内发生。当干酪根被加热至所需温度时，化学反应将形成固体干酪根的较大分子裂解成较小的油和气分子。热转化工艺被称为热解或干馏。

从油页岩地层提取油已经尝试了许多年。近地表油页岩在地表被开采并干馏已经一个多世纪。在1862年，James Young开始加工苏格兰油页岩。该工业持续了大约100年。商业上通过地表开采的油页岩干馏也已经在其它国家进行。这些国家包括澳大利亚、巴西、中国、爱沙尼亚、法国、俄罗斯、南非、西班牙和瑞典。然而，因为它证实是不经济的或者由于废页岩处理上的环境限制，该实践在最近几年已经大部分停止。(参见T.F.Yen和G.V.Chilingarian，“Oil Shale，”Amsterdam，Elsevier，p.292，其全部公开内容通过引用并入本文)。此外，地表干馏需要开采油页岩，这限于对非常浅地层的应用。

在美国，自从20世纪00年代早期就已经知道在西北的科罗拉多州存在油页岩沉积物。尽管时不时在该地区开展研究项目，但是还没有进行认真的商业开发。大部分对油页岩生产的研究在20世纪00年代后期进行。该研究主要是针对页岩油地质学、地球化学以及在地表设备中的干馏。

在1947年，美国专利号2,732,195授予Ljungstrom。该发明名称为“Method of Treating Oil Shale and Recovery of Oil and Other Mineral Products Therefrom”的专利提议在高温下将热原位施加于油页岩地层。这种原位加热的目的是蒸馏烃和将它们采收到表面。该′195 Ljungstrom专利通过引用并入本文。

Ljungstrom杜撰了短语“热供给通道(heat supply channels)”以描述钻到地层中的井眼。该井眼接收将热传递到周围油页岩的电热导体。因此，热供给通道充当早期热注入井。热注入井中的电加热部件被放在砂或水泥或其它导热材料内，以允许热注入井将热传送到周围的油页岩中，同时防止流体的流入。根据Ljungstrom，在某些应用中，该“集合体(aggregate)”被加热至500℃与1,000℃之间。

与热注入井一起，流体生产井也在热注入井附近完井。将热导入岩石基体中后，干酪根被热解，产生的油和气将通过邻近的生产井被采收。

Ljungstrom通过Swedish Shale Oil Company实施了他的从加热井筒进行热传导的方法。全规模的工厂被建立，其从1944年运行至20世纪50年代。(参见G.Salamonsson，“The Ljungstrom In Situ Method for Shale-Oil Recovery，”2^nd Oil Shale and Cannel Coal Conference，v.2，Glasgow，Scotland，Institute of Petroleum，London，p.260-280(1951)，其全部公开内容通过引用并入本文)。

另外的原位方法已经被提出。这些方法一般涉及将热和/或溶剂注入地下油页岩地层中。热可以以热的甲烷(参见J.L.Dougan的美国专利号3,241,611)、烟道气或过热蒸汽(参见D.W.Peacock的美国专利号3,400,762)的形式。热还可以以电阻加热、电介体加热、射频(RF)加热(美国专利号4,140,180，其被转让给位于伊利诺斯州芝加哥的ITT Research Institute)或者氧化剂注射的形式，以支持原位燃烧。在某些情况中，人工渗透性已经在该基岩中形成以有助于热解流体的运动。渗透性产生方法包括挖掘、碎石化(rubblization)、水力压裂(参见M.L.Slusser的美国专利号3,468,376以及J.V.Vogel的美国专利号3,513,914)、爆炸压裂(参见W.W.Hoover等的美国专利号1,422,204)、热压裂(参见R.W.Thomas的美国专利号3,284,281)以及蒸汽压裂(参见H.Purre的美国专利号2,952,450)。

在1989年，美国专利号4,886,118授予Shell Oil Company(壳牌石油公司)，其全部公开内容通过引用并入本文。该名称为“Conductively Heating a Subterranean Oil Shale to Create Permeability and Subsequently Produce Oil”的专利声明“[c]ontrary to the implications of...prior teachings and beliefs...the presently described conductive heating process is economically feasible for use even in a substantially impermeable subterranean oil shale.(与...在先的教导和看法的暗示相反...目前描述的传导性加热工艺对于甚至在基本上不可渗透的地下油页岩中的应用来说是经济上可行的。)”(第6栏，第50-54行)。尽管有该声明，但应当注意，除了Ljungstrom企业外，几乎没有——如果有的话——出现商业性原位页岩油生产。该′118专利提出控制每个热注入井周围的岩石内的热传导速率以提供均匀的热前缘。

如以上指出，已经考虑地下地层的电阻加热技术。F.S.Chute和F.E.Vermeulen在Present and Potential Applications of Electromagnetic Heating in the In Situ Recovery of Oil，AOSTRA J.Res.，v.4，p.19-33(1988)中描述了重油小型试验，其中“电预加热”用于使电流在两个井之间流动，以降低粘度和产生在两个井之间的通讯信道用于跟进的蒸汽驱。已经公开在相同井中的层叠传导裂缝或电极之间运行交流电或射频电能以加热地下地层。参见名称为“Method and Apparatus for Electrical Heating of Oil-Bearing Formations”的美国专利号3,149,672；名称为“Method and Apparatus for Electrically Heating a Subsurface Formations”的美国专利号3,620,300；名称为“In Situ Oil Shale Process″的美国专利号4,401,162；名称为“Method for In Situ Heating of Hydrocarbonaceous Formations”的美国专利号4,705,108。名称为“Electrical Method and Apparatus for the Recovery of Oil”的美国专利号3,642,066提供了通过在不同井之间运行交流电在地下地层内进行电阻加热的描述。其它已经描述在井筒中产生有效电极的方法。参见名称为“Electrode Well Method and Apparatus”的美国专利号4,567,945和名称为“Method for Increasing the Production of Petroleum From a Subterranean Formation Penetrated by a Wellbore”的美国专利号5,620,049。名称为“In Situ Electrolinking of Oil shale”的美国专利号3,137,347描述了使电流流过连接两个井的裂缝以使电流在周围地层的体相中发生的方法。地层的加热主要由于地层的体电阻进行。

油页岩干馏和页岩油采收的另外历史可以在名称为“Methods of Treating a Subterranean Formation to Convert Organic Matter into Producible Hydrocarbons”的共有美国专利号7,331,385中找到。该专利的背景部分和技术公开内容通过引用方式并入本文。

对生产页岩油的改良方法存在需求。另外，对加热地下地层的改进方法存在需求。更进一步地，对于使用在富含有机物岩层内放置的电传导性颗粒材料有助于快速和有效的地下加热器井布置的方法存在需求。

发明概述

在一个实施方式中，提供使用电阻加热加热地下地层的方法。在一方面，该方法包括提供穿透地下地层内的固体富含有机物岩石的层段的两个或更多个井筒。优选地，该富含有机物岩石包括油页岩。

至少一个裂缝自两个或更多个井筒中的至少一个在富含有机物岩石中建立。优选地，所述至少一个裂缝是水力形成。该方法也包括在所述至少一个裂缝中放置电传导性材料。以这种方式，在两个或更个井筒之间提供电传输(electrical communication)。电传导性材料包括与两个或更多个井筒中的每一个接触放置的第一部分以及在所述第一部分中间和在所述两个或更多个井筒周围的第二部分。所述第一部分具有第一体电阻率而所述第二部分具有第二体电阻率。

所述方法还包括传递电流通过所述裂缝，使得在电传导性材料内由电阻产生热，足以热解至少一部分的富含有机物岩石成为烃流体。在所述电传导性材料的第一部分内生成的热小于在所述电传导性材料的第二部分内生成的热。

在一个实施方式中，两个或更多个井筒中的每一个基本垂直地完井，并且所述至少一个裂缝是基本水平的。在另一个实施方式中，两个或更多个井筒中的每一个基本水平地完井，并且所述至少一个裂缝是基本垂直的。

电传导性材料优选地包括支撑剂材料。在一方面，电传导性材料的第一部分包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。在另一方面，电传导性材料的第二部分包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

如所说明，第一部分的电阻率不同于第二部分中的电阻率。在一方面，构成第二部分电传导性材料的材料的电阻率比构成第一部分电传导性材料的材料的电阻率大大约10至100倍。在一个实例中，并且仅举例而言，电传导性材料的第一部分的电阻率可以为约0.005欧姆-米。可选地，第一部分的电阻率可以为约0.00005欧姆-米，或甚至低至0.00001欧姆-米。

在另一方面，电传导性材料的第一部分基本为非传导的，并且电传导性材料的第二部分接触两个或更多个井筒中的每一个的至少一部分。非传导性材料的例子包括硅石、石英、水泥片(cement chips)、砂岩或其组合。在一个实例中，并仅举例而言，电传导性材料的第一部分的电阻率接近无穷大。

在一个实施方式中，所述方法包括连续传递电流通过电传导性材料的第一和第二传导部分的步骤。以这种方式，油页岩热解成烃流体发生。烃流体然后可以从地下地层被开采到地表加工设备。

使用电阻加热加热地下地层的另一种方法在本文提供。优选地，地下地层是富含有机物岩层。优选地，地下地层包含重烃。更优选地，地下地层是油页岩地层。

所述方法包括在至少部分地位于地下地层内的第一井筒和同样至少部分地位于地下地层内的第二井筒之间的地下地层中产生至少一个通路。电传导性材料放置在所述至少一个通路中以形成电连接。所述电连接提供在第一井筒和第二井筒之间的电传输。所述电传导性材料可以是颗粒材料。

所述方法也包括在第一井筒中提供第一电传导部件，使得所述第一传导部件与电连接进行电传输，和在第二井筒中提供第二电传导部件，使得所述第二电传导部件也与电连接进行电传输。以这种方式，形成至少由第一电传导部件、电连接和第二电传导部件构成的电传导流动路径。

所述方法也包括建立通过电传导流动路径的电流。由于电阻加热，这在传导流动路径内生成热。生成的热的至少一部分热传导进入地下地层。根据这种方法，生成的热由接近第一电传导部件和第二电传导部件生成的第一热和在第一电传导部件和第二电传导部件中间的电传导性材料生成的第二热组成。所述第一热小于所述第二热。优选地，生成的热引起至少一部分地下地层内的固体烃热解。

在一个实施方式中，电传导性材料包括(i)分别紧邻第一电传导部件和第二电传导部件的第一部分，和(ii)在所述第一电传导部件和第二电传导部件周围的所述第一部分中间的第二部分。第一部分的电阻率不同于第二部分的电阻率。在一方面，电传导性材料的第一部分具有足够低的电阻率，以提供电传导而没有大量热生成。

例如，电传导性颗粒材料的第一部分可以包括以干重计小于或等于50％的水泥和以干重计50％或更多的石墨。电传导性颗粒材料的第一部分可以包括50％至75％之间的颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

在一个总的方面，使用电阻加热加热地下地层的方法包括提供穿透地下地层内的固体富含有机物岩石的层段的两个或更多个井筒；自两个或更多个井筒中的至少一个在富含有机物岩石中建立至少一个裂缝；和在至少一个裂缝中提供电传导性材料，以在两个或更多个井筒之间提供电传输。电传导性材料包括(i)与两个或更多个井筒中每一个接触放置且具有第一体电阻率的第一部分，和(ii)在两个或更多个井筒中间且具有第二体电阻率的第二电传导部分。电流通过至少一个裂缝，使得电阻热在电传导性材料内生成足以热解至少一部分的富含有机物岩石成为烃流体，其中生成的热在电传导性材料的第一部分内比在电传导性材料的第二部分内低。

这个方面的实施方式可以包括一个或多个以下的特征。例如，富含有机物的岩石可以包括油页岩。两个或更多个井筒中的每一个可以基本垂直和/或水平地完井。所述至少一个裂缝可以为基本水平的、垂直的或者它们的一些组合。电传导性材料可以包括用作支撑剂的颗粒材料。电传导性材料的第一部分可以包括粒状金属、镀金属颗粒、焦炭、石墨和/或它们的任何组合。电传导性材料的第二部分可以包括粒状金属、镀金属颗粒、焦炭、石墨和/或它们的任何组合。构成第二部分电传导性材料的材料的电阻率可以大于构成第一部分电传导性材料的材料的电阻率约10至100倍。电传导性材料的第一部分可以是基本非传导的。电传导性材料的第二部分可以接触两个或更多个井筒的每一个的至少一部分。电传导性材料的第一部分可以包括硅石、石英、水泥片、砂岩或其任何组合。电传导性材料的第一部分的电阻率可以是约0.005欧姆-米。电传导性材料的第一部分的材料的电阻率可以在约0.00001欧姆-米和0.00005欧姆-米之间。电传导性材料的第一部分的材料的电阻率可以趋于无穷大。所述至少一个裂缝可以水力地形成。电流可以连续或间断地穿过电传导性材料的第一和第二部分，以引起油页岩热解成为烃流体。烃流体可以从地下地层开采至地表加工设备，例如，用一个或多个生产井。

在另一个总的方面，使用电阻加热加热地下地层的方法包括在至少部分地位于地下地层内的第一井筒和同样至少部分地位于地下地层内的第二井筒之间的地下地层中产生至少一个通路。电传导性材料被提供到至少一个通路中以形成电连接，所述电连接提供第一井筒和第二井筒之间的电传输。第一电传导部件提供在第一井筒中，使得第一电传导部件与电连接进行电传输。第二电传导部件提供在第二井筒中，使得第二电传导部件与电连接进行电传输，由此形成至少由第一电传导部件、电连接和第二电传导部件组成的电传导流动路径。电流可以通过电传导流动路径建立，由此由于电阻加热在电传导路径内生成热，至少一部分的生成的热热传导进入地下地层中，并且其中生成的热由接近第一电传导部件和第二电传导部件生成的第一热和在第一电传导部件和第二电传导部件中间的电传导性颗粒材料生成的第二热组成，第一热小于第二热。

这个方面的实施方式可以包括一个或多个以下特征。例如，地下地层可以是富含有机物岩层。地下地层可以包含重烃。地下地层可以是油页岩地层。电传导性材料可以包括颗粒材料。电连接可以包括颗粒状电连接。生成的热引起至少一部分的地下地层内的固体烃热解。电传导性颗粒材料可以包括：(i)分别紧邻第一电传导部件和第二电传导部件的第一部分，和(ii)在第一和第二电传导部件周围的第一部分中间的第二部分。第一部分的电阻率可以不同于第二部分的电阻率。电传导性颗粒材料的第一部分可以具有足够低的电阻率，以提供电传导而没有大量的热生成。电传导性颗粒材料的第一部分可以包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨和/或它们的任何组合。电传导性颗粒材料的第二部分可以包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨和/或它们的任何组合。构成第二部分电传导性颗粒材料的材料的电阻率可以比构成第一部分电传导性颗粒材料的材料的电阻率大大约10至100倍。电传导性颗粒材料的第一部分可以包括以干重计小于或等于50％的水泥和以干重计50％或更多的石墨。电传导性颗粒材料的第一部分可以包括50％至75％之间的颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨和/或它们的任何组合。电传导性颗粒材料的第一部分可以是基本非传导性的；和电传导性颗粒材料的第二部分接触第一和第二电传导部件的每一个的至少一部分。电传导性材料的第一部分可以包括硅石、石英、水泥片、砂岩或其任何组合。电传导性材料的第一部分的电阻率可以是约0.005欧姆-米。电传导性材料的第一部分的电阻率可以趋于无穷大。第一井筒和第二井筒每个可以基本垂直地完井；并且在底下地层中的通路可以包括基本垂直裂缝。第一井筒和第二井筒每个可以基本水平地完井；并且在地下地层中的至少一个通路可以包括第一基本垂直的裂缝。第三电传导部件可以提供在第三井筒中，使得第三电传导部件与电连接也进行电传输并且是电传导流动路径的一部分。第三井筒可以基本水平地完井。在地下地层中的至少一个通路可以包括第二基本垂直的裂缝。第二井筒可以与第一裂缝和第二裂缝都交叉。构成第一电传导部件、第二电传导部件或两者的至少一部分的材料可以具有小于0.0005欧姆-米的电阻率。电流可以连续或间断地穿过电连接，直到紧邻电传导流动路径的地下地层达到选择的温度；并减少通过电连接的电流量。

在另一个总的方面，使用电阻加热原位加热地下地层的系统包括穿透地下地层内的固体富含有机物岩石的层断的多个井筒。在富含有机物岩石中的至少一个裂缝自井筒中的至少一个建立，其中所述至少一个裂缝包括电传导性材料以提供在至少两个井筒之间的电传输。电传导性材料可以包括：(i)与至少两个井筒接触放置且具有第一体电阻率的第一部分，和(ii)在至少两个井筒中间且具有第二体电阻率的第二电传导部分。至少一个电导体可操作地与至少两个井筒的每一个中的电传导性材料的第一部分连接，所述至少一个电导体被配置成使电流通过所述至少一个裂缝，使得电阻热在电传导性材料内生成，足以热解所述富含有机物岩石的至少一部分成为烃流体。生成的热在电传导性材料的第一部分内可以比在电传导性材料的第二部分中低。

这个方面的实施方式可以包括一个或多个以下特征。例如，两个或更多个井筒中的每一个可以基本垂直地、水平地或者它们一些组合地完井。所述至少一个裂缝可以是基本水平的、垂直的或者它们的一些组合。电传导性材料可以包括用作支撑剂的颗粒材料。电传导性材料的第一部分可以包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨和/或它们的任何组合。电传导性材料的第二部分可以包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨和/或它们的任何组合。构成第二部分电传导性材料的材料的电阻率可以比构成第一部分电传导性材料的材料的电阻率大大约10至100倍。电传导性材料的第一部分可以是基本非传导性的。电传导性材料的第二部分可以接触两个或更多个井筒中每一个的至少一部分。电传导性材料的第一部分可以包括硅石、石英、水泥片、砂岩或其任何组合。电传导性材料的第一部分的电阻率可以是约0.005欧姆-米。电传导性材料的第一部分的电阻率可以是在约0.00001欧姆-米和0.00005欧姆-米之间。电传导性材料的第一部分的电阻率可以趋于无穷大。所述至少一个裂缝可以水力地形成。该系统可以包括从地下地层开采烃流体的一个或多个生产井。

附图简述

为了能够更好理解本发明，在此附上一些图、图表、曲线图和流程图。然而，应当注意，这些图仅仅图解了本发明所选的实施方式并且因此不应当认为限制了范围，因为本发明可以允许其它等效的实施方式和应用。

图1是例证性地下区域的横截面等距图。该地下区域包括限定地下地层的富含有机物岩石基体。

图2是表示在一种实施方式中从富含有机物岩层原位热采收油和气的一般方法的流程图。

图3是在地下水含水层内或连接到地下水含水层的例证性油页岩地层以及地层淋滤操作的横截面侧视图。

图4是例证性加热井模式的平面图。两层加热井显示在各自生产井周围。

图5是一柱状图，其比较了在模拟的原位干馏工艺前后的一吨Green River油页岩。

图6是用于地下地层开发的示例性地表加工设备的工艺流程图。

图7是烃开发区域的透视图。地下地层经过电阻加热被加热。大量传导性颗粒材料被注入到两个相邻井筒之间的地层。

图8A是另一烃开发区域的透视图。地下地层经过电阻加热被再次加热。大量传导性颗粒材料从多个水平完成井筒被注入到地层中。相应的井筒通过相应的大量传导性颗粒材料被水平地完井。

图8B是烃开发区域的又一透视图。地下地层经过电阻加热被再次加热。大量传导性颗粒材料从一对水平完成的井筒被注入到地层中。第三井筒通过大量的传导性颗粒材料被水平地完井。

图9是沿着其纵轴打开的岩心样品的透视图。钢丸已放置在岩心样品内部形成的“托盘”内。

图10显示已经闭合和夹紧用于测试的图9的岩心样品。电流通过岩心样品的长度以产生电阻加热。

图11提供一系列图，其中功率、温度和电阻被测量作为在图9的岩心样品的加热期间的时间的函数。

图12表示通过已经断裂的地质地层的电流流动。箭头表示偏微分方程的x和y方向的电流增量。

图13是显示模拟裂缝的平面视图的厚度-传导率图。两个钢板位于裂缝内的周围传导性颗粒支撑剂内。该图被灰度标示以显示传导率乘以整个裂缝中的传导性颗粒支撑剂的厚度的乘积值。

图14是图13的厚度-传导率图的另一视图。该图以传导率乘以厚度的更小增量进行灰度标示以区别支撑剂厚度的变化。

图15是进出图13的裂缝平面的电流的图示。该图示是电流源图。

图16显示在图13的裂缝内的电压分布。

图17显示在图13的裂缝内的加热分布。

图18是显示模拟裂缝平面的平面视图的厚度-传导率图。两个钢板再次位于裂缝平面内的周围传导性颗粒支撑剂内。该图被灰度标示以显示传导率乘以整个裂缝中的传导性颗粒支撑剂的厚度的乘积值。

图19是图18的厚度-传导率图的另一视图。该图以传导率乘以厚度的更小增量进行灰度标示，以区别在钢板周围的煅烧焦炭和较高传导率支撑剂或“连接物”之间的乘积值。

图20是图18的厚度-传导率图的另一视图。该图以传导率乘以厚度的更进一步更小增量进行灰度标示，以区别在钢板周围的煅烧焦炭和较高传导率支撑剂之间的传导率的变化。

图21是进出图18的裂缝平面的电流的图示。该图示是电流源图。

图22显示在图18的裂缝平面内的电压分布。

图23是显示图18的裂缝平面内的加热分布。

图24是显示模拟裂缝平面的平面视图的厚度-传导率图。两个钢板再次位于裂缝平面内的周围传导颗粒支撑剂内。该图被灰度标示以显示传导率乘以整个裂缝中的传导性颗粒支撑剂的厚度的乘积值。

图25是图24的厚度-传导率图的另一视图。该图以传导率乘以厚度的更小增量进行灰度标示，以在钢板周围的煅烧焦炭或“连接物”和较高传导率支撑剂之间进行区别。

图26是进出图24的裂缝平面的电流的图示。该图示是电流源图。

图27显示在图24的裂缝平面内的电压分布。

图28是显示图24的裂缝平面内的加热分布。

详细描述

定义

如本文所用，术语“烃(一种或多种)”是指具有包含与氢键合的碳的分子结构的有机物。烃还可包括其它元素，例如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。

如本文所用，术语“烃流体”是指为气体或液体的烃或烃混合物。例如，烃流体可包括在地层条件下、在加工条件下或在环境条件(15℃以及1个大气压)下为气体或液体的烃或烃混合物。烃流体可以包括例如油、天然气、煤层甲烷、页岩油、热解油、热解气、煤的热解产物以及其它处于气态或液态的烃。

如本文所用，术语“采出液(produced fluids)”和“产出液(production fluids)”是指从包括例如富含有机物岩层在内的地下地层去除的液体和/或气体。采出液可以包括但不限于热解页岩油、合成气、煤的热解产物、二氧化碳、硫化氢和水(包括蒸汽)。采出液可以包括烃流体以及非烃流体。

如本文所用，术语“可冷凝烃”是指在25℃和一个绝对大气压下冷凝的烃。可冷凝烃可以包括具有大于4个碳数的烃的混合物。

如本文所用，术语“非冷凝烃”是指在25℃和一个绝对大气压下不冷凝的烃。非冷凝烃可以包括碳数小于5的烃。

如本文所用，术语“重烃(heavy hydrocarbons)”是指在环境条件(15℃以及1个大气压)下高粘性的烃流体。重烃可包括高粘性烃流体，诸如重油、焦油和/或沥青。重烃可包括碳和氢以及较小浓度的硫、氧和氮。另外的元素也可以痕量存在于重烃中。重烃可按照API(美国石油学会)比重进行分类。重烃的API比重一般在约20度以下。例如，重油的API比重一般为约10-20度，而焦油的API比重一般在约10度以下。重烃的粘度在15℃下一般大于约100厘泊。

如本文所用，术语“固体烃”是指在地层条件下以基本固体形式天然发现的任何烃物质。非限制性实例包括干酪根、煤、不纯石墨、沥青岩和天然地蜡。

如本文所用，术语“地层烃(formation hydrocarbons)”是指在富含有机物岩层中包含的重烃和固体烃。地层烃可以是但不限于干酪根、油页岩、煤、沥青、焦油、天然地蜡和沥青岩。

如本文所用，术语“焦油”是指在15℃下粘度一般大于约10,000厘泊的粘性烃。焦油的比重一般大于1.000。焦油的API比重可小于10度。“焦油砂”是指在其中具有焦油的地层。

如本文所用，术语“干酪根”是指主要含有碳、氢、氮、氧和硫的固体不溶性烃。油页岩含有干酪根。

如本文所用，术语“沥青”是指在二硫化碳中可充分溶解的非晶固体或粘性烃物质。

如本文所用，术语“油”是指含有可冷凝烃混合物的烃流体。

如本文所用，术语“地下(subsurface)”是指出现在地球表面以下的地质地层。

如本文所用，术语“富含烃地层”是指任何含有痕量以上烃的地层。例如，富含烃地层可以包括以大于5体积百分数的水平含有烃的部分。位于富含烃地层中的烃可以包括例如油、天然气、重烃和固体烃。

如本文所用，术语“富含有机物岩石”是指任何拥有固体烃和/或重烃的岩石基体。岩石基体可包括但不限于沉积岩、页岩、粉砂岩、砂、沉积石英岩、碳酸盐和硅藻土。富含有机物岩石可以包含干酪根。

如本文所用，术语“地层”是指任何有限的地下区域。该地层可包含任何地下地质地层的一个或多个含有烃的层、一个或多个不含烃的层、上覆岩层和/或下伏岩层。“上覆岩层”是在感兴趣的地层上面的地质物质，而“下覆岩层”是在感兴趣的地层下面的地质物质。上覆岩层或下伏岩层可包括一个或多个不同类型的基本上不可渗透性物质。例如，上覆岩层和/或下伏岩层可包括岩石、页岩、泥岩或湿/紧密碳酸盐(即不含烃的不可渗透性碳酸盐)。上覆岩层和/或下伏岩层可包括相对不可渗透的含烃层。在某些情况下，上覆岩层和/或下伏岩层可以是渗透性的。

如本文所用，术语“富含有机物岩层”是指任何含有富含有机物岩石的地层。富含有机物岩层包括，例如，油页岩地层、煤地层和焦油砂地层。

如本文所用，术语“热解”是指通过施加热将化学键断裂。例如，热解可包括仅通过热和通过热与氧化剂结合将化合物转换成一种或多种其它物质。热解可包括通过加入氢原子将化合物的性质改变，所述氢原子可以从分子氢、水、二氧化碳或一氧化碳中得到。热可以被转移到一部分地层以引起热解。

如本文所用，术语“水溶性矿物”是指在水中可溶的矿物。水溶性矿物包括，例如，苏打石(碳酸氢钠)、碱灰(碳酸钠)、片钠铝石(NaAl(CO₃)(OH)₂)或其组合。大量的溶解可需要热水和/或非中性pH溶液。

如本文所用，术语“地层水溶性矿物”是指在地层中天然发现的水溶性矿物。

如本文所用，术语“下沉”是指地表相对于该地表的原始海拔向下移动。

如本文所用，术语层的“厚度”是指层横截面的上下边界之间的距离，其中该距离是与该横截面的平均斜面垂直地测量的。

如本文所用，术语“热裂缝(thermal fracture)”是指地层中所产生的裂缝，所述裂缝是通过一部分地层和/或地层内流体的膨胀或收缩直接或间接引起的，该膨胀或收缩又是由于加热通过增加/降低该地层和/或该地层内流体的温度和/或通过增加/降低该地层内流体的压强而引起的。热裂缝可以传播到比加热区域冷很多的附近区域或者在该附近区域形成。

如本文所用，术语“水力裂缝(hydraulic fracture)”是指至少部分传播到地层中的裂缝，其中所述裂缝是通过将加压流体注射到地层中产生的。虽然使用术语“水力裂缝”，但是本发明在此不限于在水力裂缝中使用。本发明适合于本领域技术人员认为适合的任何方式产生的任何裂缝中使用。该裂缝可通过注入支撑剂材料人工地保持开放。水力压裂可在方向上基本水平、在方向上基本垂直或者沿着任何其它平面定向。

如本文所用，术语“井筒”是指在地下通过钻孔或将管道插入到地下所制成的孔。井筒可具有基本上圆形的横截面，或者其它横截面形状(例如圆、椭圆、正方形、长方形、三角形、狭缝或其它规则或不规则形状)。如本文所用，当提及地层中的开孔时，术语“井”可以与术语“井筒”交换使用。

本发明连同某些具体实施方式在本文被描述。然而，就下面的详述具体到特定实施方式或特定应用来讲，这意图只是例证性的并且不应当解释为限制本发明的范围。

如本文所讨论，本发明的一些实施方式包括或具有与回收自然资源的原位方法相关的应用。自然资源可以从富含有机物岩层包括例如油页岩地层回收。富含有机物岩层可包括地层烃，其包括例如干酪根、煤和重烃。在本发明的一些实施方式中，自然资源可包括烃流体，其包括，例如，地层烃诸如页岩油的热解产物。在本发明的一些实施方式中，自然资源还可包括水溶性矿物，其包括，例如，苏打石(碳酸氢钠或者2NaHCO₃)、碱灰(碳酸钠或Na₂CO₃)和片钠铝石(NaAl(CO₃)(OH)₂)。

图1呈现了例证性油页岩开发区域10的透视图。开发区域10的地表12被显示。地表下面是富含有机物岩层16。例证性地下地层16包含地层烃(诸如，例如干酪根)以及可能有价值的水溶性矿物(诸如，例如苏打石)。应当理解，代表性地层16可以是任何富含有机物岩层，例如，其包括含有煤或焦油砂的岩石基体。此外，构成地层16的岩石基体可以是渗透性的、半渗透性的或基本非渗透性的。本发明在最初具有非常有限的或实际上无流体渗透性的油页岩开发区域是特别有利的。

为了进入地层16以及从中回收自然资源，形成了多个井筒。井筒在图1中以14显示。代表性井筒14相对于地表12在方向上基本上垂直。然而，应当理解，一些或全部井筒14可以偏离成钝角或甚至水平的方向。在图1的排列中，每个井筒14在油页岩地层16中完井。完井可以是裸眼井或下套管井。完井还可包括从中发散的支撑或未支撑的水力裂缝。

在图1的视图中，只有七个井筒14被显示。然而，应当理解，在油页岩开发项目中，将最有可能钻出许多另外的井筒14。井筒14可定位在相对近的邻近，其分开10英尺至高达300英尺。在一些实施方式中，提供的是15至25英尺的井间隔。代表性地，井筒14还可以在浅的深度处完井，其总深度为200至5,000英尺。在一些实施方式中，以原位干馏为目标的油页岩地层在地表下200英尺以上的深度处或者可选地在地表下400英尺处。可选地，转化和生产发生在500与2,500英尺之间的深度处。

井筒14将进行选择用于某些功能并且可以被指定作为热注入井、水注入井、油生产井和/或水溶性矿物溶液生产井。一方面，井筒14被设计尺寸以指定顺序服务这些目的中的两个、三个或全部四个。适合的工具和设备可以顺序地进入井筒14中和从井筒14中取出以用于各种目的。

流体处理设备17也示意地显示。流体处理设备17被安装以通过一个或多个管线或出油管18接受产生自富含有机物岩层16中的流体。流体处理设备17可包括适于接受和分离从加热地层产生的油、气和水的设备。流体处理设备17可进一步包括这样的设备，所述设备用于在从富含有机物岩层16中回收的采出水中分离出溶解的水溶性矿物和/或迁移性污染物种类，其包括例如溶解的有机污染物、金属污染物或离子污染物。该污染物可包括，例如，芳烃例如苯、甲苯、二甲苯和三甲基苯。该污染物还可包括多芳烃诸如蒽、萘、

和芘。金属污染物可包括，包含砷、硼、铬、汞、硒、铅、钒、镍、钴、钼或锌的种类。离子污染物可包括，例如，硫酸盐、氯化物、氟化物、锂、钾、铝、氨和硝酸盐。

为了回收油、气和钠(或其它)水溶性矿物，可以采取一系列步骤。图2呈现了在一种实施方式中从富含有机物岩层100原位热回收油和气的方法的流程图。应当理解，图2中一些步骤的顺序可以进行变化，并且该步骤顺序仅仅用于说明。

首先，在开发区域10内鉴别油页岩(或其它富含有机物岩石)地层16。这一步骤显示在方框110中。任选地，油页岩地层可包含苏打石或其它钠矿物。油页岩地层内的目标开发区域可以通过测量或模拟油页岩的深度、厚度和有机物丰富度以及评价富含有机物岩层相对于其它岩石类型的位置、结构特征(例如断层、背斜层或向斜层)或水文地质单元(即含水层)进行鉴别。这是通过从有效的测试和资料形成和解释深度、厚度、有机物丰富度和其它数据的图和/或模型实现的。这可包括进行地质学表面勘测、研究露头、进行地震勘测和/或钻井眼以从地下岩石获得岩心样品。岩石样品可以进行分析以评定干酪根含量和产生流体烃的能力。

富含有机物岩层的干酪根含量可以利用各种数据从露头或岩心样品中确定。这样的数据可包括有机碳含量、含氢指数和修正的Fischer试验分析。地下渗透性还可以通过岩石样品、露头或地下水流的研究，进行评估。此外，可以对开发区域与地下水源的连通性进行评定。

其次，多个井筒14横跨目标开发区10形成。该步骤示意地显示在方框115中。井筒14的目的在上面被阐明而不必重复。然而，应当注意，为了方框115井筒形成步骤的目的，最初只有一部分井需要完井。例如，在项目开始时，热注入井是需要的，而大部分烃生产井还不需要。生产井可以在转化开始后引入，例如在加热4-12个月后。

应当理解，石油工程师将研究出井筒14最佳深度和安排的方案，这取决于预期储层特性、经济约束因素和工作进度安排约束因素。此外，工程人员将决定何种井筒14将用于初始地层16加热。该选择步骤通过方框120描述。

关于热注入井，存在多种将热施加到富含有机物岩层16的方法。除非在权利要求书中明确声明，本方法不限于所应用的加热技术。加热步骤一般由方框130描述。优选地，对于原位工艺来说，生产区的加热发生数个月或者甚至四年或更多年的时间。

地层16被加热至足以热解至少一部分油页岩的温度，以便将干酪根转化成烃流体。地层目标区域的大部分可以被加热至270℃至800℃之间。可选地，富含有机物地层的目标体积被加热至至少350℃以产生产出液。转化步骤通过方框135在图2中描述。所形成的液体和烃气体可以被精制成类似普通商业石油产品的产品。这样的液体产品包括运输燃料诸如柴油机、喷气机燃料和石脑油。产生的气体包括轻烷烃、轻烯烃、H₂、CO₂、CO和NH₃。

油页岩的转化将在起初不可渗透的岩石中的油页岩部分中产生渗透性。优选地，方框130和135的加热和转化过程发生在长的时间期间内。一方面，加热期间为3个月至四年或更多年。还有作为方框135的任选部分，地层16可以被加热至足以转化至少一部分苏打石为碱灰的温度，如果存在苏打石的话。熟化油页岩并且回收油和气所施加的温度也会将苏打石转化成碳酸钠(碱灰)、相关的钠矿物。将苏打石(碳酸氢钠)转化成碱灰(碳酸钠)的方法在本文中被描述。

与加热步骤130有关，岩层16可以任选地被压裂以有助于传热或随后的烃流体采出。任选的压裂步骤显示在方框125中。压裂可以通过施加热在地层内产生热裂缝而实现。通过加热富含有机物岩石以及将干酪根转换成油和气，一部分地层的渗透性通过热压裂的形成以及随后一部分从干酪根产生的烃流体的采出而增加。可选地，可以使用被称为水力压裂的工艺。水力压裂是在油和气回收领域中已知的工艺，其中压裂液在井筒内被加压超过地层的压裂压力，由此在地层内产生压裂面以将井筒内产生的压力释放。水力压裂可被用于在一部分地层中产生附加渗透性和/或被用于提供用于加热的平面源(planar source)。

名称为“Methods of Treating a Subterranean Formation to Convert Organic Matter into Producible Hydrocarbons”的国际专利公开WO 2005/010320描述了水力压裂的一种应用，通过引用以其整体并入本文。该国际专利公开教导使用电传导裂缝加热油页岩地层。加热部件通过形成井筒然后水力压裂所述井筒周围的油页岩地层进行构造。用形成所述加热部件的电传导性材料填充所述裂缝。煅烧的石油焦是示例性的合适的传导性材料。优选地，所述裂缝在从水平井筒延伸的垂直方向产生。电流可以通过传导裂缝从每一个井的跟部传导到趾部。电路可以通过额外的水平井来完成，所述额外的水平井在趾部附近与一个或多个垂直的裂缝交叉，以提供相反的电极性。该WO 2005/010320方法产生“原位烘炉”，所述原位烘炉通过应用电热而人工熟化油页岩。热传导加热油页岩至超过300℃的转化温度，引起人工熟化。

需要说明的是，美国专利号3,137,347也描述使用颗粒传导性材料连接地下电极以原位加热油页岩。该‘347专利认为颗粒材料是热的主要来源，直到油页岩进行热解。基于此，油页岩自身被说成是变为电传导性。由于电流通过页岩油材料自身，在地层内生成的热和传导进入周围的地层的热被要求保护以生成采出的烃流体。

作为烃流体生产工艺100的部分，某些井14可被指定为油和气生产井。该步骤通过方框140进行描述。直到确定干酪根已经被充分干馏以允许最大量从地层16中回收油和气，才可以启动油和气生产。在某些情况中，专用生产井直到热注入井(方框130)已经运行几周或几月后才被钻井。因此，方框140可以包括附加井筒14的形成。在其它实例中，选定的加热井被转变成生产井。

在某些井筒14已经被指定作为油和气生产井后，油和/或气从井筒14中被采出。油和/或气采出工艺被显示在方框145中。在这个阶段(方框145)，任何水溶性矿物诸如苏打石和转化的碱灰可作为油页岩床内良好分散的晶体或团块保持基本上限制在岩层16中，而没有被采出。然而，一些苏打石和/或碱灰可以被溶解于在地层内热转化(方框135)期间产生的水中。因此，产出液不仅可以包含烃流体，而且可以包含含有水溶性矿物质的水性流体。在这种情况下，产出液可以在地表设备分离为烃流和含水流。然后，水溶性矿物质和任何迁移性污染物种类可以从含水流中回收。

方框150显示油和气回收方法100中任选的下一步。这里，某些井筒14被指定为水或含水流体注入井。含水流体是水与其它种类的溶液。该水可以构成“盐水”，并且可包括溶解的元素周期表第I和II族元素的氯化物、硫酸盐和碳酸盐的无机盐。有机盐也可存在于含水流体中。该水可选地可以是包含其它种类的新鲜水。其它种类可以存在以调节pH。可选地，其它种类可以反映微咸水的可用性，所述微咸水中希望从地下沥滤的种类是不饱和的。优选地，水注入井选自用于热注入或油和/或气生产的井筒中的一些或全部。然而，方框150的步骤的范围可以包括用作专用水注入井的仍然是附加的井筒14的钻井。在该方面，可以期望沿着开发区域10周边完成水注入井，以便产生高压边界。

其次，任选地，水或含水流体被注入通过水注入井并且进入油页岩地层16。该步骤显示在方框155中。水可以处于蒸汽或加压热水的形式。可选地，注入水可以是冷的并且随着它接触预先加热的地层而变热。注入工艺可进一步诱导压裂。该工艺可以在距离水注入井筒一些距离例如高达200英尺外的具有苏打石的层段中产生指状空穴和角砾区域。一方面，气顶，诸如氮气，可以被保持在每一“空穴”顶端以防止垂直发展。

随着某些井筒14被指定为水注入井，设计工程师还可以将某些井筒14指定为水或水溶性矿物溶液生产井。该步骤显示在方框160中。这些井可以与用于先前生产烃或注入热的井相同。这些回收井可被用于产生溶解的水溶性矿物与包括例如迁移性污染物种类在内的其它种类的水溶液。例如，该溶液可以主要是溶解的碱灰的溶液。该步骤显示在方框165中。可选地，单个井筒可以被用于注入水并且然后回收钠矿物溶液。因此，方框165包括使用同一井筒14用于水注入和溶液生产的选择(方框165)。

临时控制污染物种类的迁移，尤其在热解过程期间，可以通过布置注入和生产井14以使流出加热区域的流体流最小化而获得。典型地，这涉及将注入井安置在加热区域周围以便引起压力梯度，所述该压力梯度防止加热区域内部的流体流离开该区域。

图3是在地下水含水层内或连接到地下水含水层的例证性油页岩地层以及地层淋滤操作的横截面图。四个分开的油页岩地层区域(23、24、25和26)被描绘在油页岩地层内。含水层在地表面27下面，并且被分为上部含水层20和下部含水层22。上部和下部含水层中间是弱透水层21。可以看出，地层的某些区域既是含水层或弱透水层又是油页岩区域。多个井(28、29、30和31)被显示穿过含水层垂直向下。这些井中一个被充当水注入井31，而另外一个充当水生产井30。以这种方式，水通过至少较低的含水层22而进行循环32。

图3图解示出了穿过油页岩体积33的水循环32，所述油页岩体积33被加热，位于含水层22内或者与含水层22相连，并且烃流体先前从油页岩体积33中回收。通过水注入井31将水注入促使水进入预先加热的油页岩33，并且水溶性矿物和迁移性污染物种类被冲到水生产井30。水然后可以在设备34中进行处理，其中水溶性矿物(例如苏打石或碱灰)和迁移性污染物可基本上从水流中去除。水然后被再注入到油页岩体积33中，并且重复进行地层沥滤。这种用水进行的沥滤意图持续直到在预先加热的油页岩区域33内迁移性污染物种类的水平处于环境可接受的水平。这可能需要1个循环、2个循环、5个循环或更多循环的地层沥滤，其中单个循环表示注入和采出大约一孔体积的水。应当理解，在实际的油页岩开发中可能有许多水注入和水生产井。此外，该体系可包括可以用在油页岩加热阶段、页岩油生产阶段、沥滤阶段或者在这些阶段任意组合期间的监控井(28和29)，以便监控迁移性污染物种类和/或水溶性矿物。

在一些油田中，地层烃诸如油页岩可以存在于一个以上的地下地层中。在一些情况中，富含有机物岩层可以被不含烃的岩石层或者具有很少或没有商业价值的岩石层分开。因此，对于烃开发内油田的经营者来说，可以期望进行分析将哪个地下富含有机物岩层作为目标或者它们应当以什么顺序进行开发。

富含有机物岩层可以基于不同因素进行选择以便开发。一个这样的因素是地层内含烃层的厚度。较大的产油气带厚度可以表明更大潜在体积的烃流体生产。每个含烃层可具有这样的厚度，所述厚度根据例如该含地层烃层形成的条件而变化。因此，如果富含有机物岩层包括至少一个厚度足以经济生产采出液的含地层烃层，那么该地层将一般被选择进行处理。

如果紧密间隔在一起的几个层的厚度足以进行采出液的经济生产，那么富含有机物岩层也可以被选择。例如，地层烃的原位转化过程可包括选择并处理厚度大于约5米、10米、50米或者甚至100米的富含有机物岩层内的层。以这种方式，到富含有机物岩层上面和下面形成的层的热损失(作为总注入热的一部分)可小于从一薄层地层烃的这种热损失。然而，本文描述的过程也可包括选择并处理可基本上不含地层烃的层或者薄层地层烃。

一个或多个富含有机物岩层的丰富度也可以被考虑。丰富度可取决于诸多因素，包括含地层烃层的形成条件、该层中地层烃的量和/或该层中地层烃的组成。薄且丰富的地层烃层可以能产生比更厚、不太丰富的地层烃层明显更多有价值的烃。当然，从既厚又丰富的地层生产烃是期望的。

富含有机物岩层的干酪根含量可以使用各种数据从露头或岩心样品确定。这样的数据可以包括有机碳含量、含氢指标以及修正的Fischer试验分析。Fischer试验是这样的标准方法，其涉及在一小时中将含地层烃层的样品加热至约500℃，收集从加热样品产生的流体，以及量化所产生的流体的量。

地下地层渗透性也可以通过岩石样品、露头或地下水流的研究进行评估。此外，开发区域与地下水源的连通性可以进行评估。因此，富含有机物岩层可以基于地层基体的渗透性或孔隙率选择以进行开发，即使地层的厚度相对薄。

在选择开发地层时，可以考虑石油工程师已知的其它因素。这样的因素包括发现的产油气带的深度、新鲜地下水与含干酪根区域的地层学接近性、厚度的连续性和其它因素。例如，地层内被评估的流体生产含量也将影响最后的体积生产量。

在从油页岩油田生产烃流体中，可以期望控制热解流体的迁移。在一些情况中，这包括注入井诸如井31的使用，尤其是在该油田的周围。这样的井可以注入水、蒸汽、CO₂、加热的甲烷或其它流体，以驱使裂化的干酪根流体向内进入生产井。在一些实施方式中，可以将物理挡板放在开发的富含有机物岩层的区域周围。物理屏障的一个实例涉及冷冻壁的产生。冷冻壁通过穿过周边的井循环制冷剂以大大降低岩层的温度而形成。这又防止了油田周边存在的干酪根热解以及油和气向外迁移。冷冻壁也将导致周边的地层中天然水冻结。

将地下冷冻用于稳定加固差的土壤或者给流体流动提供屏障在本领域中是已知的。Shell Exploration and Production Company(壳牌勘探和生产公司)已经在几个专利中讨论了冷冻壁用于油页岩生产，包括美国专利号6,880,633和美国专利号7,032,660。壳牌的′660专利使用地下冷冻以防止原位页岩油生产期间地下水流动和地下水污染。公开了所谓冷冻壁的应用的另外的专利是美国专利号3,528,252、美国专利号3,943,722、美国专利号3,729,965、美国专利号4,358,222、美国专利号4,607,488和WO专利号98996480。

如上所述，几个不同类型的井可用于富含有机物岩层的开发，包括例如油页岩油田。例如，富含有机物岩层的加热可以通过使用加热井完成。加热井可包括，例如，电阻加热元件。从地层采出烃流体可以通过使用为了采出流体而完成的井实现。含水流体的注入可以通过使用注入井实现。最后，含水溶液的采出可以通过使用溶液生产井实现。

上面所列的不同井可以用于一个以上的目的。换句话说，初始完成用于一种目的的井后来可用于另一目的，由此降低项目成本和/或减少执行某些任务所需要的时间。例如，一个或多个生产井也可被用作随后将水注入富含有机物岩层中的注入井。可选地，一个或多个生产井也可被用作随后从富含有机物岩层生产含水溶液的溶液生产井。

在其它方面，生产井(以及在一些情况中加热井)最初可被用作脱水井(例如在加热开始前和/或当加热最初被启动时)。此外，在一些情况中，脱水井可随后被用作生产井(以及在一些情况中用作加热井)。因此，脱水井可以被放置和/或设计以便这种井可随后被用作生产井和/或加热井。加热井可以被放置和/或设计以便此类井可随后被用作生产井和/或脱水井。生产井可以被放置和/或设计以便这种井可随后被用作脱水井和/或加热井。类似地，注入井可以是最初被用作其它目的(例如加热、生产、脱水、监控等)的井，并且注入井可随后被用于其它目的。类似地，监控井可以是最初用作其它目的(例如加热、生产、脱水、注入等)的井。最后，监控井可随后被用于其它目的，例如水产出。

期望的是以预先计划的布井方式为油页岩油田安排不同的井。例如，加热井可以以各种布井方式安排，包括但不限于三角形、正方形、六边形和其它多边形。该布井方式可以包括规则的多边形以促进均匀的加热穿过放置了加热井的至少部分地层。该布井方式还可以是行列驱井网。行列驱井网一般包括第一加热井线性阵列、第二加热井线性阵列，以及位于第一和第二加热井线性阵列之间的生产井或者生产井线性阵列。在加热井之间散布的典型是一个或多个生产井。注入井同样可以被布置在重复性布井方式的单元内，其可类似于或不同于加热井所用的布井方式。

减少井数目的一个方法是使用单个井，既作为加热井又作为生产井。通过使用单一井用于连续目的来降低井的数目可以降低项目成本。一个或多个监控井可以被布置在油田中选择的位置上。监控井可以被配置有一个或多个测量井筒中温度、压力和/或流体特性的装置。在一些情况中，加热井还可以作为监控井，或者另外用仪器装备。

减少加热井数目的另一方法是采用井网。可以使用与生产井等距离间隔的加热井的规则井网。该井网可以形成等边三角形阵列、六边形阵列或其它阵列井网。加热井的阵列可以被这样布置，使得每个加热井之间的距离小于约70英尺(21米)。一部分地层可以用加热井加热，所述加热井基本上与烃地层的边界平行地布置。

在可选实施方式中，加热井的阵列可以被这样放置，使得每个加热井之间的距离可以小于约100英尺、或50英尺、或30英尺。无论加热井的排列或之间的距离如何，在某些实施方式中，在富含有机物岩层内放置的加热井与生产井之间的比例可大于约5、8、10、20或更大。

在一种实施方式中，单个生产井被至多一层加热井环绕。这可包括排列诸如5点、7点或9点阵列，生产和加热井交互成行。在另一实施方式中，两层加热井可以环绕生产井，但是其中加热井是错列的，以便存在无障碍通道用于远离另外的加热井的大部分流动。可以应用流动和储层模拟以评估原位产生的烃流体当它们从其原始地点迁移到生产井时的通道和温度历史。

图4提供例证性的使用一层以上加热井的加热井排列的平面图。该加热井排列的使用与从页岩油开发区400生产烃相关。在图4中，加热井排列使用第一层加热井410，其被第二层加热井420环绕。第一层410中的加热井以431被提及，而第一层420中的加热井以432被提及。

生产井440被显示在井层410和420中央。应当注意，相对于生产井440，井第二层420中的加热井432与井第一层410中的加热井431有所偏移。目的是为转化的烃提供这样的流动通道，其使加热井第一层410中的加热井附近的行程最小化。这又使得当烃从第二层井420流动到生产井440时从干酪根转化的烃的二次裂化最小化。

在图4例证性的排列中，第一层410和第二层420每个都限定5点布井。然而，应当理解可以使用其它布井，诸如3点或6点布井。在任何情况中，包括加热井第一层410在内的多个加热井431被置于生产井440周围，同时包括加热井第二层420在内的第二多个加热井432被置于第一层410周围。

两层中的加热井也可以被这样按排，使得通过加热从第二层420中的每个加热井432中产生的大部分烃能迁移到生产井440，而基本上不通过第一层410中的加热井431附近。两层410、420中的加热井431、432进一步可以被这样安排，使得通过加热从第二层420中的每个加热井432中产生的大部分烃能迁移到生产井440，而不通过基本上增加地层温度的区域。

减少加热井数目的一种方法是采用井网，所述井网在特定方向上伸长，尤其在确定最有效的热传导率的方向。热对流可以受不同因素影响，诸如层面和地层内的应力。例如，热对流可在与地层上最小水平主应力垂直的方向更有效。在一些情况中，热对流可在与最小水平主应力平行的方向更有效。例如在行列驱井网或点井网中可以实施伸长。

与油页岩油田的开发相关，可期望的是，按照步骤130和135热通过地下的前进是均匀的。然而，由于多种原因，尽管加热井和生产井规则安排，地下地层中地层烃的加热和熟化不可能均匀进行。油页岩特性和地层结构的不均匀性可以使得某些局部区域就热解而言更有效或更不有效。而且，由于油页岩加热和熟化发生的地层压裂可能导致优选通道不均匀分布，并且由此增加了向某些生产井的流动以及减少了向其它生产井的流动。不均匀的流体熟化可能是不期望的条件，因为某些地下区域可能接受比所需更多的热能而其它区域接受得比期望的更少。这又导致采出液不均匀的流动和回收。采出油质量、总生产速率和/或最终的回收可能减少。

为了检测不均匀的流动条件，生产和加热井可以被安装有传感器。传感器可包括测量温度、压力、流速和/或组成信息的设备。来自这些传感器的数据可以简单的规则进行加工或者被输入进行详细的模拟，以进行如何调节加热和生产井以改进地下性能的决策。生产井性能可以通过控制井上的背压或节流进行调节。加热井性能也可以通过控制能量输入进行调节。传感器读数有时也可以指示需要修理、替换或废弃的井或井下设备的机械问题。

在一种实施方式中，利用来自两个或更多个井的流速、组成、温度和/或压力数据作为计算机算法的输入以控制加热速率和/或生产速率。井内或井附近的未测量条件然后被评估并用于控制井。例如，原位压裂性质和干酪根熟化基于来自一组井的热、流动和组成数据进行评估。在另一实例中，井完整性基于压力数据、井温度数据以及估计的原位应力进行评价。在相关实施方式中，传感器的数目通过仅使一亚组井装备有设备并且使用结果内插、计算或估计未仪表化的井上的条件而得以减少。某些井可只具有有限的一组传感器(例如仅仅井口温度和压力)而其它井具有更大的一组传感器(例如井口温度和压力、井底温度和压力、生产组成、流速、电信号、套管应变等)。

如上所示，有多种将热施加到富含有机物岩层的方法。例如，一种方法可以包括置于井筒中或井筒外的电阻加热器。一种这样的方法涉及将电阻加热元件用在下套管井筒或裸眼井筒中。电阻加热涉及直接将电通过导电材料，从而电阻损耗使其加热导电材料。其它加热方法包括使用井下燃烧室、原位燃烧、射频(RF)电能或微波能量。仍然是其它的加热方法包括将热流体注入到油页岩地层中以直接将其加热。热流体可以进行或者可以不进行循环。

地层加热的一种方法涉及电阻器的使用，其中电流穿过电阻材料，所述电阻材料将以热分散电能。这种方法区别于电介质加热，电介质加热中高频振荡电流在附近材料中感应出电流并且把它们加热。电加热器可包括绝缘导体、置于开孔中的细长元件和/或置于导管中的导体。公开了使用电阻加热器以原位生产油页岩的早期专利是美国专利号1,666,488。′488专利在1928年授予Crawshaw。自从1928年，已经提出了各种井下电加热器的设计。例证性的设计在美国专利号1,701,884、美国专利号3,376,403、美国专利号4,626,665、美国专利号4,704,514和美国专利号6,023,554中介绍。

重油储层电加热方法应用的评述由R.Sierra和S.M.Farouq Ali在″Promising Progress in Field Application of Reservoir Electrical Heating Methods″，Society of Petroleum Engineers Paper 69709，2001中给出。该参考文献的全部公开内容通过引用并入本文。

原位电阻加热器的某些在先设计利用了固体、连续加热元件(例如金属线或条)。然而，这样的元件可能缺少长期、高温应用如油页岩熟化所必需的坚韧性。随着地层加热和油页岩熟化，岩石发生显著的膨胀。这导致和地层交叉的井上高的应力。这些应力可导致井筒管和内部组件的弯曲和拉伸。胶结(例如美国专利号4,886,118)或者填装(例如美国专利号2,732,195)加热元件在适当位置可对于应力提供一些保护，但是一些应力仍可以被传播到加热元件。

虽然以上方法在这些实例中应用于从油页岩中生成烃，但该概念也可以应用于重油油藏、焦油砂或气体水合物。在这些情况中，提供的电加热将起到减小烃粘度或融化水合物的作用。美国专利号6,148,911讨论使用电传导支撑剂以从水合物地层中释放气体。也知道使用盐水作为电导体和加热元件对地层施加电压。然而，相信地层盐水作为加热元件的使用对于页岩的转化是不够的，因为它限制温度在水的原位沸点以下。因此，当水蒸发时，电路失效。

加热富含有机物岩层的目的是热解至少一部分固体地层烃以产生烃流体。固体地层烃可以通过将富含有机物岩层(或者地层内的区域)升高至热解温度而原位热解。在某些实施方式中，地层温度可以慢慢升高通过热解温度范围。例如，原位转化过程可包括加热至少一部分富含有机物岩层以将该区域的平均温度以小于每天选定量(例如大约10℃、5℃、3℃、1℃、0.5℃或0.1℃)的速度升高至大约270℃以上。在进一步的实施方式中，该部分可以被加热，从而选定区域的平均温度可小于约375℃，或者在一些实施方式中，小于400℃。该地层可以被加热，从而地层内的温度(至少)达到初始热解温度，也就是，热解开始发生的温度范围低限处的温度。

热解温度范围可以根据地层内地层烃的种类、加热方法和热源分布而变化。例如，热解温度范围可包括约270℃与约900℃之间的温度。可选地，地层目标区域的体相可以被加热至300℃与600℃之间。在可选实施方式中，热解温度范围可以包括约270℃与约500℃之间的温度。

优选地，对于原位方法，生产区的加热发生在几个月或者甚至四年或更多年的时间内。可选地，地层可以被加热一年至十五年，可选地，3至10年，1.5至7年，或者2至5年。地层目标区的体相可以被加热至270℃与800℃之间。优选地，地层目标区的体相可以被加热至300℃与600℃之间。可选地，目标区的体相可最终被加热至400℃(752℉)以下的温度。

在油和气资源的开采中，可以期望将采出的烃用作正在进行的操作的能源。这可被应用于从油页岩开发油和气资源。在这方面，当电阻加热器连同原位页岩油采收使用时，需要大量的能量。

电能可以从转动发电机的涡轮获得。通过利用来自油田的采出气给燃气涡轮供给能量，可能在经济上是有利的。然而，这种采出气必须被小心控制以便不损坏涡轮、导致涡轮不点火或者产生过量的污染物(例如NO_x)。

燃气涡轮问题的一个来源是在燃料内存在污染物。污染物包括固体、水、作为液体存在的重组分以及硫化氢。此外，燃料的燃烧性质是重要的。要考虑的燃烧参数包括热值、比重、绝热火焰温度、可燃极限、自燃温度、自然延迟时间和火焰速度。沃贝指数(Wobbe index，WI)经常被用作燃料质量的关键量度。WI等于低热值与气体比重的平方根的比值。将燃料的沃贝指数控制到目标值并且在例如10％或20％的范围可允许涡轮设计简化以及性能优化改进。

燃料质量控制可用于页岩油开发，其中采出气组成在油田寿命期间可能变化，并且其中气体除了轻烃外一般还有大量的CO₂、CO和H₂。商业规模的油页岩干馏被预期产生随时间变化的气体组成。

涡轮燃料中的惰性气体可以通过增加物质流动同时保持火焰温度在期望范围内而增加发电。此外惰性气体可以降低火焰温度并且由此减少NO_x污染物产生。从油页岩熟化产生的气体可具有大量的CO₂含量。因此，在采出方法的某些实施方式中，燃料气的CO₂含量通过在地表设备中分离或加入进行调节以使涡轮性能优化。

对于低BTU(British Thermal Units，英国热单位)燃料来说，达到一定的氢含量也可以是期望的，以实现合适的燃烧性能。在本文方法的某些实施方式中，燃料气的H₂含量通过地表设备中的分离或加入进行调节以使涡轮性能优化。利用低BTU燃料调节非页岩油地表设备中的H₂含量已经在专利文献(例如美国专利号6,684,644和美国专利号6,858,049，其全部公开内容通过引用并入本文)中进行了讨论。

如以上说明，例如通过热解加热富含有机物岩层内的地层烃的方法可以产生流体。热生成的流体可包括地层内蒸发的水。此外，加热干酪根的作用产生加热后倾向于膨胀的热解流体。产生的热解流体不但可包括水，而且可包括例如烃、碳的氧化物、氨、分子氮和分子氢。因此，随着地层内加热部分内的温度增加，加热部分内的压力由于流体产生增加、分子膨胀以及水的蒸发也可能增加。因此，一些必然的结果存在于油页岩地层内的地下压力与热解期间产生的流体压力之间。这又表明，地层压力可以被监控以检测干酪根转化过程的进展。

富含有机物岩层的加热部分内的压力取决于其它储层特征。这些可包括，例如，地层深度、与加热井的距离、富含有机物岩层内地层烃的丰富度、加热程度和/或与生产井的距离。

油页岩油田的开发者可以期望开发期间监控地层压力。地层内的压力可以在多个不同位置处进行测定。这样的位置可包括但不限于井口处以及井筒内的不同深度处。在一些实施方式中，压力可以在生产井处进行测量。在可选实施方式中，压力可以在加热井处进行测量。在仍然是另一实施方式中，压力可以在专用监控井的井下进行测量。

加热富含有机物岩层至热解温度范围的过程不但将增加地层压力，而且也将增加地层渗透性。热解温度范围应当在富含有机物岩层内已经产生基本的渗透性之前达到。初始缺乏渗透性可以防止从热解区段产生的流体在地层内传输。照此方式，随着热最初从加热井转移至富含有机物岩层，富含有机物岩层内的流体压力可以增加接近于该加热井。这种流体压力增加可能是由于例如在地层中至少一些地层烃的热解期间流体的产生引起的。

可选地，可使由地层内产生的热解流体或其它流体的膨胀产生的压力增加。这假定生产井的开放通道或其它压力降还不存在于地层中。一方面，流体压力可被允许增加到岩石静应力或之上。在这种情况中，当流体压力等于或超过岩石静应力时，含烃地层中的压裂可形成。例如，压裂可以从加热井形成到生产井。加热部分内压裂的产生可以减小该部分内的压力，这是由于通过生产井采出液的生产。

一旦热解在富含有机物岩层内已经开始，流体压力可根据不同因素而变化。这些包括例如烃的热膨胀、热解流体的产生、转化速率以及从地层中取出产生的流体。例如，随着流体在地层内产生，孔内的流体压力可能增加。从地层中移出产生的流体则可减小地层井筒区域附近内的流体压力。

在某些实施方式中，至少一部分富含有机物岩层的质量可以被降低，这是由于例如地层烃的热解以及从地层中生产烃流体。因此，至少一部分地层的渗透性和孔隙度可能增加。任何有效地从油页岩产生油和气的原位方法将在原先非常低渗透性的岩石中产生渗透性。这发生的程度通过大的膨胀量阐明，如果从干酪根产生的流体不能流动，必须具有所述膨胀。该观点在图5中被阐明。

图5提供了一柱状图，其比较了在模拟的原位干馏工艺之前50和之后51的一吨Green River油页岩。模拟的过程是在2,400psi和750℉(约400℃)下、在总有机碳含量22wt.％以及Fisher试验42加仑/吨的油页岩上进行的。转化前，存在总共16.5ft³的岩石基体52。该基体包括嵌入在页岩内的8.4ft³的矿物53，即白云石、石灰石等以及8.1ft³的干酪根54。由于转化该材料膨胀至27.3ft³ 55。这提供了8.4ft³的矿物56(与转化前相同的数目)、6.6ft³的烃流体57、9.4ft³的烃蒸汽58以及2.9ft³的焦炭59。可以看出，基本的体积膨胀发生在转化过程期间。这又增加了岩石结构的渗透性。

图6图解了地表设备70的一种实施方式的示意图，所述地表设备70可被配置用于处理采出液。采出液85可以通过生产井71从84处示意性显示的地下地层中生产。采出液85可包括通过本文描述的任何方法生产的任何采出液。地下地层84可以是任何地下地层，其包括，例如，包含诸如油页岩、煤、或焦油砂中任何一种的富含有机物岩层。在例证性的地表设备70中，采出液被淬火72至300℉、200℉或者甚至100℉以下的温度。这起到分离出可冷凝成分(即油74和水75)的作用。

来自原位油页岩开采的采出液85包含多种可以在地表设备70中被分离的成分。采出液85典型地包含水78、非冷凝烃烷烃种类(例如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷)、非冷凝烃烯烃种类(例如乙烯、丙烯)、由(烷烃、烯烃、芳烃和多芳烃等)组成的可冷凝烃种类、CO₂、CO、H₂、H₂S和NH₃。在地表设备诸如设备70中，可冷凝成分74可以通过降低温度和/或增加压力与非冷凝成分76分离。温度降低可以利用被周围空气或可利用的水72冷却的热交换器实现。可选地，热的采出液可以通过与先冷却的采出烃液热交换进行冷却。压力可以通过离心式或往复式压缩机增加。可选地，或者联合地，扩散器-膨胀器装置可被用于从气流冷凝出液体。分离可以涉及冷却和/或压力变化的几个阶段。

在图6的安排中，地表设备70包括从烃蒸汽或气体76中分离液体或油74的油分离器73。在气体处理单元77中处理非冷凝气体成分76以去除水78和硫种类79。在天然气厂81中从气体(例如丙烷和丁烷)中去除较重的成分以形成液态石油气(LPG)80。LPG80可以放置在卡车或管线中用于销售。除了可冷凝烃74外，当降低温度或增加压力时，水78可以从气体76中滴出。液体水可以通过重力沉降器或离心分离器与可冷凝烃74分开。破乳剂可被用于促进水分离。

地表设备也可以运转以在电厂88从剩余的气体83产生电能82。电能82可被用作通过本文描述的任何方法加热地下地层84的能源。例如，电能82可以在高压例如132kV下输入变压器86，并且在被输入到位于加热井87——其位于地下地层84中——中的电阻加热器元件89之前逐步下降至更低的电压例如6600V。以这种方式，加热地下地层84所需能量的全部或部分可以从采出液85的非冷凝成分76中产生。过量的气体——如果有的话——可以被输出销售。

在一种实施方式中，原位加热一部分的富含有机物岩层至热解温度可以增加加热部分的渗透性。例如，渗透性可由于通过施加热引起的加热部分内热压裂的形成而增加。随着加热部分的温度增加，水可由于蒸发而被去除。汽化的水可以溢出和/或从地层中去除。此外，加热部分的渗透性也可以增加，这是在宏观规模上由于加热部分内至少一些地层烃的热解而产生烃流体的结果。

本文描述的某些系统和方法可用于处理至少一部分相对低渗透性地层中(例如在含有地层烃的“致密”地层中)的地层烃。这样的地层烃可以被加热以在地层的选定区中热解至少一些地层烃。加热也可以增加至少一部分选定区的渗透性。从热解中产生的烃流体可以从地层中产生，由此进一步增加地层渗透性。

富含有机物岩层的加热部分内选定区的渗透性也可以在该选定区通过传导被加热时迅速增加。例如，不可渗透的富含有机物岩层的渗透性在加热前可小于约0.1毫达西。在一些实施方式中，热解至少一部分富含有机物岩层可以将该部分选定区内的渗透性增加至大于约10毫达西、100毫达西、1达西、10达西、20达西或50达西。因此，该部分选定区的渗透性可以以大于大约10、100、1,000、10,000或100,000的因数增加。在一种实施方式中，富含有机物岩层在加热该富含有机物岩层之前具有小于1毫达西的初始总渗透性，可选地小于0.1或0.01毫达西。在一种实施方式中，富含有机物岩层在加热该富含有机物岩层之后具有大于1毫达西的加热后总渗透性，可选地，大于10、50或100毫达西。

与从岩石基体尤其是浅深度的那些中生产烃相关，一个考虑因素可能与地下沉有关。这特别在原位加热富含有机物岩石中是实际情况，其中一部分基体本身被热转化并且移去。最初，该地层可包含固体形式的地层烃诸如，例如，干酪根。该地层也可最初包含水溶性矿物。最初，该地层也可以对流体流动是基本上不可渗透的。

原位加热该基体热解了至少一部分地层烃以产生烃流体。这又在富含有机物地层中的熟化(热解的)富含有机物岩石区内产生渗透性。热解和渗透性增加相组合允许烃流体从地层中产生。同时，支撑基体的材料的损耗也产生相对于地表下沉的可能。

在一些情况中，为了避免环境或水文地质影响，下沉被寻求以最小化。在这方面，改变地表的等高线和地形甚至几英寸都可能改变径流(runoff)型式、影响植被型式以及影响分水岭。此外，下沉具有损坏在生产区域中形成的生产或加热井的可能。这种下沉可以对井筒套管、水泥工件和井下设备产生破坏性的环带以及压缩性应力。

为了避免或最小化下沉，提出留下选定部分的基本上未热解的地层烃。这有助于保护一个或多个未熟化的富含有机物岩石区。在一些实施方式中，未熟化的富含有机物岩石区可以成形为基本垂直的柱，其延伸穿过富含有机物岩层的厚度的主要部分。

地层内的加热速度和热分布可以被设计和执行，以便留下足够的未熟化柱以防止下沉。一方面，热注入井筒在布井中形成，从而油页岩未处理的柱被留在其中以支撑上覆岩层和防止下沉。

在一些实施方式中，通过原位转化过程产生的烃流体的组成和特性可根据例如富含有机物岩层内的条件变化。控制热和/或富含有机物岩层中选定部分的加热速度可以增加或减少选定的采出液的生产。

在一种实施方式中，操作条件可以通过测量富含有机物岩层的至少一种特性进行确定。测量的特性可以被输入到计算机可执行程序中。从地层中生产的采出液的所选至少一种特性也可以被输入到计算机可执行程序中。该程序可以是可操作的，以从至少一个或多个测量的特性中确定一组操作条件。该程序也可以被配置以从所选择的采出液的至少一种特性确定该组操作条件。照此，所确定的这组操作条件可以被配置以增加从该地层生产选定采出液。

某些加热井实施方式可包括例如通过绝缘导体或其它类型的线路与任何加热井连通的操作系统。该操作系统可以被配置以与加热井对接。操作系统可以接受来自加热器的信号(例如电磁信号)，其表示加热井的温度分布。此外，操作系统可以被进一步配置以本地控制或遥控加热井。例如，操作系统可通过改变与加热井连接的设备的参数，改变加热井的温度。因此，操作系统可以监控、改变和/或控制至少一部分地层的加热。

在一些实施方式中，在地层中的平均温度可能已经达到选定温度后，加热井可以被调小和/或关闭。调小和/或关闭加热井可减少输入能量成本，基本上抑制了地层的过热，并且允许热基本上传递到地层更冷的区域。

加热的富含有机物岩层内的温度(和平均温度)可以变化，这取决于例如与加热井的接近度、地层的热传导性和热扩散性、发生反应的类型、地层烃的类型以及富含有机物岩层内水的存在。在油田中建立监控井的位置，温度测量可以在井筒内直接进行。此外，在加热井处，在地层紧接周围的温度被相当充分地了解。然而，期望将温度插入到地层中间温度传感器和加热井中的位置上。

根据本发明生产过程的一个方面，富含有机物岩层内的温度分布可以采用数值模拟模型进行计算。数值模拟模型可通过已知数据点的内插以及地层传导率的假定计算地表温度分布。此外，数值模拟模型可被用于测定处于评估温度分布下的地层的其它参数。例如，地层的各种特性可包括但不限于地层的渗透性。

数值模拟模型也可包括评估处于评估温度分布下的富含有机物岩层内形成的流体的各种特性。例如，所形成流体的各种特性可包括但不限于地层内形成的流体的累积体积、流体粘度、流体密度和地层内形成的流体的组成。这种模拟可被用于评估商业规模操作或小规模油田试验的性能。例如，基于，但不限于，可从研究规模操作中生产的产物总体积，可以评估商业规模开发的性能。

在本公开中，提供使用电阻加热加热地下地层的方法。电阻热主要由从井筒注射进入地层中的电传导性材料产生。电流然后通过传导性材料，使得电能转化为热能。热能通过热导体传输至地层以加热富含有机物岩石。

在本公开的一个优选的实施方式中，传导性颗粒材料用于井下加热元件。颗粒状加热元件能够经受住在地层加热过程期间产生的地质力学应力。在这点，颗粒材料可以根据需要容易地改变现状，而没有损失导电性。因此，在此提供的方法用于施加热至地下地层，其中颗粒材料提供在邻近井筒内的电传导部件之间的电阻传导通路。然而，可以使用非颗粒传导性材料诸如在适当位置凝为胶体的传导液。

图7是烃生产区域700的透视图。烃生产区域700包括地下地层715。地下地层715包括富含有机物岩石。在一种情况中，富含有机物岩石包含干酪根。

基本垂直的裂缝712已经在地下地层715内产生。裂缝712优选为水力形成的。裂缝712用电传导性材料(图7中没有示出)的颗粒支撑。根据本文的方法，电流通过传导性材料传送以在地层715内生成电阻热。

图7说明热710从裂缝712发出。为了提供电流和生成热710，电压714被施加在两个邻近的井716和718上。裂缝712与井716、718交叉，使得电流通过裂缝712从第一井(诸如井716)传送到第二井(例如井718)。

可以安排通过裂缝712运行电流的各种方法。在图7的安排中，AC电压714是优选的。这是因为与DC电压相比，AC电压更容易产生并且最小化电化学腐蚀。然而，任何形式的电能——包括而不限于DC电压——适合于在本文的方法中使用。

在图7的实例中，负极在井筒716处设立，而正极在井筒718处设立。每个井筒716、718具有达到地下地层715以递送电流的传导部件。提供足以生成引起固体烃热解所需要的热的电流量。Green River油页岩的动力学参数例如表明对于每年100℃(180℉)的加热速度，完全的干酪根转化将在约324℃(615℉)的温度出现。百分之五十转化将在约291℃(555℉)的温度出现。在裂缝附近的油页岩在数月内被加热至转化温度，但可能需要数年得到在整个地下体积中生成经济储量需要的热渗透深度。

在裂缝712内，颗粒材料作为加热元件。当电流通过裂缝712时，热710通过电阻加热生成。热710通过热传导传递到在裂缝712周围的地层715。结果，在地层715内的富含有机物岩石被充分地加热以转化干酪根为烃。生成的烃然后使用熟知的采出方法进行采出。

在图7的安排中，地层715主要沿着单个垂直平面显示。进一步地，热710被显示从该垂直平面内的裂缝712发出。然而，应当理解，地层715是三维地下体积，以及热710将传导跨过该体积的一部分。

如以上描述，图7描述了使用单个垂直水力裂缝712和一对垂直井716、718的加热方法。在实践中，多个井筒对716、718将与交叉裂缝712一起完成。然而，可以提供其它井筒和完井安排。实例包括使用水平井和/或水平裂缝。商业应用可以包括多个裂缝，其中多个井放置在井网驱或行列驱地层中。

在热转化过程期间，油页岩渗透性可能增加。这可能由固体干酪根转化为液态或气体烃时增加的流动可用的孔体积引起。可选地，增加的渗透性可以产生于裂缝的形成，因为干酪根转化为烃并在限定的系统内经历大量的体积增加。在这方面，如果初始渗透性太低以至于不允许烃的释放，则过量的孔压力将最终引起裂缝生成。除了水力裂缝之外，这些也在井筒716、718的完井期间最初形成。

现在参看图8A和8B，图解了加热地下地层的可选的安排800A、800B。首先，图8A显示包括地下地层815的烃生产区域805A。地下地层815包括富含有机物岩石。这种富含有机物岩石的一个实例是油页岩。

在图8A的安排中，提供第一多个井筒816。每个井筒816具有垂直部分和变向的、基本水平的部分。热再次经过用电传导性材料的颗粒支撑的多个水力裂缝进行传递。裂缝在812示出并且是基本垂直的。每个水力裂缝812对于井816的水平部分是纵向的(或离开井816的水平部分)。

分开的第二多个井818也在烃生产区域800A中提供。这些井818也具有基本垂直部分和基本水平部分。各个井818的基本水平部分与各个裂缝812交叉。

在图8A的安排中，电压被施加在从第一多个井816到第二多个井818的数对井上。在第一多个井中的井816包括负极，而在第二多个井中的井818包括正极。当然，也可以相反地设立。电压814被施加在穿透裂缝812的各个井816、818上。再一次，AC电压814是优选的。然而，任何形式的电能——包括而不限于DC电压——适合于在本发明中使用。

来自各个多个井816、818的数对井组成各个电路。电路通过在裂缝812内放置传导颗粒材料“完成”。这又经过电阻加热生成热。这种热通过热传导传递到地下地层815内的富含有机物岩石。结果，富含有机物岩石被充分地加热以转化在地下地层815中包含的干酪根为烃。生成的烃然后通过生产井(没有示出)采出。

需要说明的是，在图8A中的裂缝812是垂直的。相反地，第二多个井筒818的交叉部分是水平的。然而，应该理解，这种安排可以颠倒。这意味着裂缝812可以是水平的，而第二多个井筒818的交叉部分是垂直的。在这后者的安排中，第二多个井筒818没有必要是变向的。作为一个实际问题，裂缝的方向可能取决于地下地层的深度。例如，一些在1,000英尺或1,000英尺以上完成的一些Green River油页岩地层往往产生水平的裂缝，而在大约1,000英尺以下完成的地层往往形成垂直裂缝。当然，这高度依赖于工作的实际位置和地质力学力。

图8B显示包括地下地层815的烃生产区域805B。地下地层815包括可以包含干酪根的富含有机物岩石。在图8B的安排中，提供第一多个井筒826。每个井筒826具有垂直部分和变向的、基本水平的部分。热再次经过用电传导性材料的颗粒支撑的多个水力裂缝进行传送。裂缝在812示出并且是基本垂直的。每个水力裂缝812对井826的水平部分是纵向的(或离开井826的水平部分)。

分开的第二多个井828也在烃生产区域800B中提供。这些井818也具有基本垂直部分和基本水平部分。各个井828的基本垂直部分与各个裂缝812交叉。

在图8B的安排中，电压被施加跨过第一多个井826到第二多个井828中的一个。在第一多个井中的井826可以包括正极，而第二井828可包括负极。当然，也可以相反地设立。电压824被施加在穿透裂缝812的各个井826、828上。再一次，AC电压824是优选的。然而，任何形式的电能——包括而不限于DC电压一一适合于在本发明中使用。

井826、828一起工作以组成各个电路。电路通过在裂缝812内放置传导颗粒材料“完成”。这又经过电阻加热生成热。这种热通过热传导传递到地下地层815内的富含有机物岩石。结果，富含有机物岩石被充分地加热以转化在地下地层815中包含的干酪根为烃。生成的烃然后通过生产井(没有示出)采出。

需要说明的是，在图8B中的裂缝812是垂直的。相反地，第二多个井筒828的交叉部分是水平的。在生产区域800B中，第二井筒828的水平部分与裂缝812相交，从各个第一井筒826的多于一个水平部分与多于一个裂缝812相联。

在生产区域800A、800B的任一个中，不同的材料可以用作电传导性颗粒材料。第一，可以使用具有薄的金属涂层的沙子。第二，可以使用金属和陶瓷复合材料。第三，可以使用碳基材料。这些实例中的每一个不仅可以是传导性的，而且作为支撑剂。可以使用数种另外的作为支撑剂较不理想的传导性材料。一个实例是传导性水泥。同样，绿色或黑色碳化硅、碳化硼或煅烧的石油焦可以用作支撑剂。也需要说明的是，可以使用以上材料的组合。在这方面，电传导性材料不需要是均一的，而可以包括两个或更多个合适的电传导性材料的混合物。例如，作为支撑剂的一个或多个传导性材料可以与一个或多个非支撑剂的传导性材料混合，以取得期望传导性，同时在指定预算内操作。

不管组成如何，传导性材料优选地满足数个标准。首先，在预期的原位应力下颗粒材料的电阻率优选为高到足以提供电阻热，同时低到足以传导计划的电流从一个井到另一个井。颗粒材料也优选满足裂缝支撑剂通常的标准，即，足够的强度以保持裂缝敞开，和足够低密度以泵入裂缝中。最后，方法的经济应用可以设定可接受的颗粒材料的成本上限。

在生产区域800A、800B每一个当中，提供生产井。例证性生产井840在图8B中示出。生产井840在地下地层815中完井以传输烃流体到地面。

实施例

为了说明电流通过富含有机物岩石中的裂缝传输以生成电阻热，进行了实验室试验。试验结果显示，使用颗粒材料的电阻加热成功地将岩石的实验室样品中的干酪根转化为可采出的烃。

现在参看图9和图10，岩心样品900从含有干酪根的地下地层取得。岩心样品900是具有1.39英寸直径的三英寸长油页岩圆柱状样本。油页岩的底层垂直于岩心900轴。如在图9中图解，岩心样品900切割成两部分932和934。上表面936位于部分932上，而下表面938对应于部分934。

在样品部分932中研磨出具有约0.25mm(1/16英寸)深的托盘(tray)935，包括具有约0.1mm(0.02英寸)直径的#170铸钢丸(cast steel shot)的代替支撑剂材料910放置在托盘935中。如图解，使用足够量的传导性支撑剂材料910以基本上填满托盘935。

电极937放置在部分932的相对端。电极937从岩心900的范围外面延伸进入与支撑剂材料910接触。

如在图10中示出，样品部分932和934接触放置，如同重建岩心样品900一样。岩心900然后放置在不锈钢套940中，部分932和934用三个不锈钢软管夹942结合在一起。使软管夹942变紧以施加应力到代替支撑剂(参见图9中)，正如同在实际应用中要求支撑剂910原位支撑应力。在电极937之间的电阻在任何电流施加之前测量为822欧姆。

在样品900的一半钻一小孔(未示出)，以容纳热电偶。该热电偶被用于在加热期间测定岩心样品900中的温度。该热电偶被大致设置于托盘935和岩心样品900的外径之间的中间处。

夹紧的岩心样品900放置在具有玻璃衬管的压力容器(图中没有示出)中。玻璃衬管的目的是收集加热过程生成的烃。压力容器装备供电装置(electrical feed)。压力容器被抽真空和充满500psi的氩气以给实验提供化学惰性气氛。在18至19安培范围的电流被施加在电极937之间5小时。岩心样品900中的热电偶在约一小时后测量温度为268℃，在此后逐渐减小至约250℃。在托盘935的位置达到的高温被推断为约350℃至约400℃。

在试验完成和岩心样品900已经冷却到环境温度之后，打开压力容器。0.15ml的油从在其中进行试验的玻璃衬管的底部回收。岩心样品900从压力容器中去除，再次测量在电极937之间的电阻。这种试验后电阻测量值为49欧姆。

在加热期间，记录功率消耗、电阻和在样品900中嵌入的热电偶的温度。图11提供显示功率消耗1112、温度1122和电阻1132记录为时间的函数的曲线图。

首先，图11包括图表1110。图表1110具有纵坐标1112，其代表在试验期间消耗的以瓦特计的电功率。图表1110也具有横坐标1114，其显示以分钟计的试验逝去时间。在横坐标1114上的总的时间为5小时(300分钟)。从图表1110可以看出在1小时后，施加到岩心样品900的功率的范围为50和60瓦特之间。

接着，图11包括图表1120。图表1120具有纵坐标1122，其代表在整个试验中、在岩心样品900(图9和10)中热电偶处测量的以摄氏度计的温度。图表1120也具有横坐标1124，其显示试验期间以分钟计的逝去时间。同样地，总的时间为5小时。需要说明的是，温度1122在试验期间到达的最大值为268℃。根据这个值，可以推断沿着托盘935的温度应该达到350-400℃的值。这个值足以引起热解。

最后，图11包括图表1130。图表1130具有纵坐标1132，其代表在试验期间在电极937(图9和10)之间测量的以欧姆计的电阻。图表1130也具有横坐标1134，其同样显示试验期间以分钟计的逝去时间。只有在加热试验期间进行的电阻测量包括在图表1130中。令人感兴趣的是，在样品900的初始加热后，电阻1132在0.15和0.2欧姆之间相对保持稳定。在试验期间从没有观察到电连续性的损失。试验之前和试验之后的电阻测量(822和49欧姆)被省略。

在岩心样品900冷却至环境温度后，将其从压力容器去除并拆开。观察到传导性支撑剂材料910在数个地方被在试验期间由油页岩生成的焦油样烃或沥青渗透。通过在岩心样品900中由于试验期间热膨胀形成的裂缝，获得横截面。观察到在代替支撑剂910附近转化的油页岩的月牙形状部分。

现在返回到图7、8A和8B，连接至裂缝加热元件可以以各种方法实施。在这些安排的每一个中，连接点被沿着井筒到裂缝内的中间传导性颗粒材料提供在传导性金属器件之间。这些点连接沿着垂直井筒形成(图7)、在水平井筒部分的跟部形成(图8A)、在水平井筒部分的趾部形成(图8B)。

对于这些电阻加热器井完井安排700、800A、800B中的每一个，出现一个顾虑。该顾虑涉及在井筒与传导性颗粒材料交叉的区域中非常高电流密度的电势。该顾虑关系到图7、8A和8B的完井安排的任一个。

电流是描述电子沿着流动路径流动的平均数量。电或电荷的数量的SI单位是库仑。库仑被定义为在一秒钟内通过携带一安培的电导体的横截面的电荷数量。符号Q通常用于表示电或电荷的数量。

电流可以具有电流密度，其表示每单位面积横截面的电流。在SI单位中，这可以表示为A/m²。电流密度向量可以表示为i，并且数学地描述如下：

i＝nqv_d＝Dv_d

其中i＝电流密度向量(A/m²)

n＝每体积以个数计的颗粒密度(m^-3)；

q＝单个颗粒的电荷(库仑)；

D＝电荷密度(库仑/m³)，或nq；和

v_d＝颗粒的平均移动速度(m/sec)。

在井下电接触点，过量电流密度的存在可能造成地下地层715或815内不一致的热分布。在这方面，显著的加热可以主要在井筒与颗粒材料的交叉处附近出现，在地下地层的剩余部分内存在不充分的电阻加热。

为了解决这个问题，在此提议在井下接触点或在井下接触点附近放置第二类型的颗粒材料。这种第二类型的颗粒材料具有不同于裂缝的体积中传导性颗粒材料的电传导率。这种安排可以两种方式中的任一种起作用。如果第二材料具有较高的传导率，它可以通过降低在具有高电流密度的接触点上的电压降起作用。在这种情况下，高电流密度仍然存在，但是它不导致过量的局部热生成。可选地，如果第二材料具有非常低(甚至为零)的电导率，它可以过改变主要电流通路以消除高电流密度的区域起作用。

优选的是使用第一选择，其中第二传导性材料具有比裂缝的体积中的传导性材料显著高的传导率。优选地，第二传导性材料的传导率比颗粒材料的传导率高大约10至100倍。在一方面，裂缝的体积充满煅烧过的焦炭，而在紧邻连接点的传导性材料包括粉末状金属、石墨、炭黑或它们的组合。粉末状金属的实例包括粉末状铜和钢。

例如，在第一选择的实例性实施方式中——例如其中第二传导性材料具有比裂缝的体积中传导性材料显著高的传导率，本发明人已经确定石墨与按重量计多至50％的水泥的颗粒混合物产生了合适的电阻率。本发明人已经确定在该组成范围内的混合物同样比颗粒支撑剂材料传导性大10-100倍。本发明人也已确定按重量计具有超过50％的水泥含量的组合物增加混合物电阻率超出了优选电阻率范围。水——其可以被加入以控制颗粒状混合物的粘度——典型地被加入颗粒状混合物，以帮助传导性材料充分分布进入支撑剂填充的裂缝中。注入的颗粒材料的充填稠度也可以通过加入或减少水到颗粒状混合物进行控制，例如，更多的水当注入后将产生更稀和更广泛分散的充填。因此，本发明人已经确定如果用作上述第二传导性材料，在前述组成范围内的颗粒状混合物的传导性足够而不生成热点。

例如，已经确定适合于在井下电接触点附近使用的以上描述的第二传导性材料的示例性组合物包括10g石墨(75％干重)、3.3g波特兰水泥(25％重量)和18g水。为了确定在第一传导性材料(表示在裂缝内和位于任何电连接中间的材料)和第二传导性材料(前述的10g石墨、3.3g波特兰水泥和18g水的混合物)之间的体电阻率，它们被注射在经受各种载荷和应力的两个大理石板之间固化64小时。获得的第二传导性材料的整个充填厚度为大约0.01”至约0.028”。第二传导性材料的电阻率为大约0.1638欧姆厘米，其比周围支撑剂的传导性高大约10-100倍。第二传导性材料的两个示例性样品的电阻率在以下表I中的各个载荷下示出。样品A包括25％干重水泥和75％干重石墨，和样品B包括50％干重水泥和50％干重石墨。样品A的电阻率在所有承受的载荷下比第二样品的电阻率始终如一地低。虽然在两个样品中获得足够的电阻率，但是优选的实施方式包括包含小于或等于按重量计50％(干重)水泥和等于或大于按重量计50％石墨的混合物，和更优选地是包含按重量(干重)计25-50％水泥和按重量(干重)计50-75％石墨或另一种电传导性材料诸如颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨和/或它们的组合的混合物。

表I

为了理解在连接点使用策略地放置的颗粒材料的功效，考虑描述电流通过主体的流动的数学概念是有用的。图12表示电流通过地质地层中的裂缝平面1200的流动。箭头表示偏微分方程的x和y方向的电流增量。箭头i_x表示在x方向流动的电流，而箭头i_y表示在y方向流动的电流。标记“t”表示在点(x，y)的裂缝1200的厚度。

在裂缝平面1200中，电流在x方向从第一点位置x运动到第二位置x+dx。电流值从i_x变为i_x+di_x。类似地，电流在y方向从第一点位置y运动到第二位置y+dy。电流值从i_y变为i_y+di_y。如果电流进入或离开在位置(x，y)的裂缝，这种源项(source term)可以写为Q(x，y)且具有A/m²的单位。这表示在裂缝中一个点的电流源。

当电流运动时，电荷守恒。电荷守恒是电荷既不产生也不消失的定律；电荷的量总是守恒。根据电荷守恒定律，分离系统的总电荷保持恒定，而不论系统自身内部如何变化。电荷守恒可以使用偏微分方程进行数学表达：

$\frac{\∂\left({\mathrm{ti}}_x\right)}{\∂x}+\frac{\∂\left({\mathrm{ti}}_y\right)}{\∂y}=Q(x,y)$

其中：i_x＝在油藏内x方向上电流

i_y＝在油藏内y方向上电流

t＝油藏的部分的厚度

Q(x，y)＝在裂缝中一个点的电流源

根据欧姆定律：

$i_x=\frac{-1}{p}\frac{\∂V}{\∂x};$ $i_y=\frac{-1}{p}\frac{\∂V}{\∂y}$

其中：ρ＝油藏中材料的电阻率

V＝材料的电压

如所说明，在金属导体和传导性颗粒材料之间点连接处，高的热生成可能发生。已经研发了用于估计具有电阻热的裂缝的热生成分布的数学方法。这又允许对减少井下连接点热生成的可选方法建立模型。

在该数学方法中第一步骤是提供传导率和厚度的乘积的映射。这可以表述为：

如以下图形说明，该第一映射步骤在整个裂缝平面进行。

在该方法中下一个步骤是提供输入和输出电流的映射。这些电流可以表示为：

Q(x，y)

如以下图形说明，该第二映射步骤同样在整个裂缝平面进行。

两个映射步骤提供输入映射。在映射形成后，控制电压的方程可以基于裂缝中的电压分布解方程。控制电压的方程可以表述为：

$\frac{\∂}{\∂x}\left(\frac{t}{\mathrm{\ρ}}\frac{\∂V}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(\frac{t}{\mathrm{\ρ}}\frac{\∂V}{\∂y}\right)=-Q(x,y)$

计算电压分布后，可以计算裂缝中的热分布。这由热生成方程进行，如下：

$h(x,y)=-t(i_x\frac{\∂V}{\∂x}+i_x\frac{\∂V}{\∂y})$

使用以上描述的数学方法，三个不同实例或“计算方案”在本文提供以考虑在电力连接周围的高电流密度的问题。计算方案涉及用煅烧后的焦炭作为颗粒状导体填充的大约90英尺乘以60英尺裂缝。该裂缝在其中心为0.035英寸厚，其厚度向其周边减小。在裂缝内与颗粒材料的连接用钢板制成。进出裂缝的电流通过这些板引入。

关于该三个计算方案提供了不同的图。在一些情况下，所述图包括提供在三个计算方案中使用的材料的电阻率的图例。在所述图例中，ρ_焦炭指在所有三个方案中使用的体支撑剂材料的电阻率；ρ_连接体指在第二方案中连接周围使用的更传导材料的电阻率；和ρ_钢指钢板的电阻率。当然，这仅是例证性的，因为板可以由除了钢之外的传导性材料制成。

第一模拟

如所说明，导致地层中热点的高电流密度问题的解决方案通过在导体和传导性颗粒材料之间连接的紧密附近放置第一类型的颗粒材料来实施。为了证明这种方法的有效性，进行第一模拟，其中没有中间材料，意味着传导性颗粒材料是均一的。在钢板和均一的传导性材料之间提供直接接触。

第一模拟的结果在图13-17中说明。首先，图13提供显示模拟裂缝的平面视图的厚度-传导率映射1300。裂缝以1310示出。裂缝1310充满传导性支撑剂。在该模拟中，焦炭被用作传导性支撑剂。焦炭具有0.001ohm-m(欧姆-米)的电阻率(以ρ_焦炭表示)。

两个钢板在裂缝1310内以1320示出。这些表示左板1320L和右板1320R。板1320被模拟作为四英尺长的板，其是三英尺宽乘以1/2-英寸厚。焦炭在每一个钢板1320周围并与其紧密接触。钢板1320用于在裂缝1310中并通过焦炭传递电流。板1320的电阻率(以ρ_钢表示)为0.0000005ohm-m。

映射1300被以灰度标示，以显示在整个映射1300中颗粒支撑剂的传导率乘以其厚度的值。这意味着裂缝1310的传导率和厚度的乘积(t/ρ)在整个裂缝1320的平面视图中被映射。所述值以安培/伏特测量。刻度以0-2,000安培/伏特开始，并且到30,000-32,000安培/伏特。以该刻度，裂缝1310中的支撑剂完全落入0-2,000安培/伏特的范围内。换句话说，厚度-传导率乘积在0和2,000安培/伏特之间是一致的。

板1320是高度传导的。因此，板1320的厚度-传导率显示在30,000-32,000安培/伏特的范围。

图14是图13的厚度-传导率映射1300的另一种视图。映射1300被以传导率乘以厚度的更小增量进行灰度标示，以区别裂缝1310内支撑剂传导率-厚度的变化。刻度在0.000-0.075安培/伏特开始，到1.125-1.200安培/伏特。以该刻度，在裂缝1310内的厚度-传导率乘积的变化变得明显。在外环，厚度-传导率乘积在刻度的最小范围--0.000-0.075安培/伏特内。当向裂缝1310的中心向内移动时，可见厚度-传导率乘积增加的同心带。在中心，厚度-传导率值是约0.825至0.900安培/伏特。

需要说明的是，在裂缝1310内的焦炭的传导率是恒定的。因此，显示的变化归因于裂缝厚度变化。裂缝1310在外边缘是薄的，并且向其中心逐渐变厚。这往往模拟实际裂缝几何形状。

两个钢板1320同样在图14中可见。如关于图13说明的，板1320的厚度-传导率乘积落入30,000-32,000安培/伏特范围。因此，板1320超出图13中的图示且仅仅显示为白色。

接下来，图15提供电流源映射1300。在这种情况下，映射1300显示电流进出裂缝1310的运动。更具体地说，图15显示第一模拟的输入和输出电流。如示出，进出裂缝1310的总电流是1安培。在一方面，电流在左边进入板1320L，在右边通过板1320R离开。

图15包括以安培/英尺²为单位的电流的刻度。刻度从-1.20--1.05到1.05-1.20。在其间，刻度移动通过-0.15-0.00和0.00-0.15。可以看出，进出裂缝1310的电流是0.0安培/英尺²，除了两个钢板1320外。

图16显示从1安培总电流计算的裂缝1310中电压分布。具有箭头的线被提供以表示电流流动，其沿着局部的电压梯度。如所示，在两片钢1320之间的裂缝1310的总电阻是2.71欧姆。

刻度在图16中以伏特测量提供。刻度从-1.6--1.4移动到1.4-1.6。在其间，刻度移动通过-0.2-0.0和0.0-0.2伏特。可以看出，强负电压值紧邻右板1320R存在，强正电压值紧邻左板1320L存在。同样可以看出，在钢板1320存在较高浓度的电流。

最后，图17显示来自第一模拟的裂缝1310中生成的加热分布。映射1300的单位是瓦特/英尺²。提供灰度，表示从0多至16瓦特/英尺²的值。可以看出，在映射1300中的热分布显示1,000瓦特的总的热输入。1,000瓦特中60(热的6％)在板1320L、1320R的末端的一英尺内生成。

在模拟裂缝1310中的热生成远离钢板1320快速地下降。这表明在板1320很多能量损失，而没有生成足够热以热解固体地层烃，其将以其它方式在地层中存在。百分之六的热在仅0.14％的裂缝区域1310中生成。结果，过量的热被显示紧邻钢板1320出现。因此，期望进行修正以使热分散远离板1320。

第二模拟

进行第二模拟，其中“中间材料”被放置在钢板和周围的煅烧焦炭之间。中间材料四是放置在传导性连接周围的高度传导性材料。“中间材料”被模拟具有煅烧焦炭的100倍的电导率，或具有0.00001欧姆-米的电阻率。如将显示的，这消除了在连接点周围整个高电流密度区域中高的电压降，有效消除了在连接点周围的过量加热。

第二模拟的结果在图18-23显示。首先，图18提供显示模拟裂缝的平面视图的厚度-电导率映射1800。裂缝以1810示出。裂缝1810同样用传导性支撑剂填充。在该模拟中，焦炭被用作主要的传导性支撑剂。焦炭同样具有0.001ohm-m的电阻率(以ρ_焦炭表示)。

两个钢板在裂缝1810内以1820示出。这些代表左板1820L和右板1820R。焦炭在每一个钢板1820的周围。钢板1820用于在裂缝1810中并通过焦炭递送电流。

在这第二模拟中，焦炭没有紧密接触钢板1820；相反地，连接的颗粒材料在板1820周围使用。连接材料的电阻率(以ρ_连接体表示)是0.00001ohm-m。

映射1800以灰度标示，以显示在整个映射1800中不同位置的传导性颗粒支撑剂180的传导率乘以其厚度的值。这意味着裂缝1810的传导率和厚度的乘积(t/ρ)在整个裂缝1820的平面视图中被映射。所述值以安培/伏特测量。刻度以0-2,000安培/伏特开始，并且到30,000-32,000安培/伏特。以该刻度，裂缝1810中的支撑剂完全落入0-2,000安培/伏特的范围内。换句话说，厚度-传导率乘积在0和2,000安培/伏特之间是一致的。

图18的映射1800已经被刻度化以区别裂缝1810中的传导性颗粒支撑剂和构成电连接的两个钢板1820。在图18中的图例给出在第二模拟中使用的材料的电阻率。ρ_焦炭指体支撑剂材料的电阻率；ρ_连接体指紧邻板1820L、1820R周围使用的高度传导性材料的电阻率；和ρ_钢指钢板1820的电阻率。

板1820再次被同样地建模为四英尺长、三英寸宽和1/2-英寸厚的板。板1820是高度传导的，板1820的厚度-电导率示出在30,000-32,000安培/伏特范围。板1820显示为黑色。

图19是图18的厚度-传导率映射1800的另一种视图。映射1800以传导率乘以厚度的更小增量进行灰度标示，以区别裂缝1810内支撑剂传导率-厚度的变化。刻度在0.00-2.50安培/伏特开始，到37.50-40.00安培/伏特。以该刻度，在主要焦炭支撑剂和连接体支撑剂之间的厚度-传导率乘积的变化变得明显。在大部分裂缝1800内的传导率-厚度乘积在最小的刻度范围内--0.00-2.50安培/伏特。然而，具有更高传导率-厚度乘积的支撑剂的同心环在板1820L、1820R周围可见。紧邻板1820L、1820R，传导率-厚度乘积高达17.5至20.0安培/伏特。所述环从板1820L、1820R消散至约7.5到10.0安培/伏特，然后在焦炭内下降至最低范围0.00至2.50安培/伏特。

图20是图18的厚度-传导率映射1800的另一视图。映射1800以传导率乘以厚度的进一步更小增量进行灰度标示，以区别主要支撑剂内的支撑剂传导率-厚度的变化。刻度以0.000-0.075安培/伏特开始，到1.125-1.200安培/伏特。在整个裂缝1810中的传导率-厚度乘积在裂缝1810的边缘为约0.000至0.075，在裂缝1810的中心增加至约0.675至0.750。然而，具有更高传导率-厚度乘积的支撑剂的同心环同样可见。这些环显示为白色并且在刻度之外，因为它们的传导率超过1.125至1.200的最高范围。

在图20中，板1820不能与中间支撑剂区别开来，因为它们也“超出图”，意味着传导率-厚度乘积是高的。

需要说明的是，在裂缝1810内的焦炭的传导率是恒定的。因此，在图20中看见的传导率-厚度乘积的所示变化归因于裂缝厚度变化。裂缝1810在外边缘是薄的，并且向其中心变得越来越厚。这往往模拟实际裂缝几何形状。

接下来，图21提供电流源映射1800。在这种情况下，映射1800显示电流进出裂缝1810的运动。更具体地说，图21显示第二模拟的输入和输出电流。如示出，进出裂缝1810的总电流是1安培。在一方面，电流在左边进入板1820L，在右边通过板1820R离开。进出裂缝1810的电流为零，除了在钢板1820R、1820L之外。

图21包括以安培/英尺²为单位的电流的刻度。刻度从-1.20--1.05到1.05-1.20。在其间，刻度移动通过-0.15-0.00和0.00-0.15。可以看出，进出裂缝1810的电流是0.0安培/英尺²，除了两个钢板1820之外。

图22显示从1安培的总电流计算的裂缝1810中的电压分布。具有箭头的线被提供以表示电流流动，其沿着局部的电压梯度。如所示，在两钢板1820之间裂缝1810的总电阻是1.09欧姆，表明在板1820周围的较高的传导性材料相对于图16中映射1300已经降低了裂缝中的总电阻。

刻度在图22中以伏特测量提供。刻度从0.64--0.56移动到0.56-0.64。在其间，刻度移动通过-0.08-0.0和0.0-0.08伏特。这些范围比在图16的相应映射1300中的低。这是因为在裂缝平面1810中的总电阻更低。

在图22中可以看出，负电压值在紧邻右板1820R存在，正电压值在紧邻左板1820L存在。令人感兴趣的是，电流仍然在板1820的附近集中，意味着在钢板1820有较高浓度的电流。然而，当它们进出在板1820周围的较高电导率区域时，可以看出电流通路弯曲。

最后，图23显示来自该模拟的裂缝1810中生成的加热分布。映射1800的单位是瓦特/英尺²。提供灰度，表示从0.0-0.2多至3.0-3.2瓦特/英尺²的值。可以看出，在映射1800中的热分布显示1,000瓦特的总的热输入。1,000瓦特的3.3(热的0.33％)在连接板1820L、1820R的末端的一英尺内生成。这相对于图17中显示的第一模拟，局部热生成大量减少，证明裂缝1810的更均匀加热。

同样需要说明的是，适中的热在板1820L、1820R的各个端示出。但是，这些热区域不反映在整个裂缝1810内的广泛加热，没有理由关注。

第三模拟

接下来，进行第三模拟，其中非传导性材料被用作连接的颗粒材料。非传导性材料被特定放在模拟钢板的末端。非传导性材料工作以使地层中的电流改变方向以减小在钢连接周围的过量加热。这是消除在板周围的高电流密度区域中高度加热的另一种可选方法，有效地减小了在第一模拟中所经历的过量加热，使得裂缝接受更均匀的热分布。

第三模拟的结果在图24-28显示。首先，图24提供显示模拟裂缝的平面视图的电导率映射2400。裂缝以2410示出。裂缝2410同样用传导性支撑剂填充。在该模拟中，焦炭被用作主要的传导性支撑剂。焦炭的电阻率(以ρ_焦炭表示)是0.001ohm-m。

两个钢板在裂缝2410内以2420示出。这些代表左板2420L和右板2420R。焦炭在每一个钢板2420的周围。钢板2420用于在裂缝2410中并通过焦炭递送电流。

在该第三模拟中，焦炭不与所有的钢板2420接触；相反地，中间颗粒材料在板2420周围使用，焦炭仅在各个端接触板2420。在这种情况下，颗粒材料基本为非传导的。因此，焦炭的电阻率是0.001ohm-m，而颗粒状连接体材料的电阻率(以ρ_连接体表示)基本是无限大的。

映射2400以灰度标示，以显示在整个映射2400中不同位置的传导性颗粒支撑剂的传导率乘以其厚度的值。这意味着裂缝2410的传导率和厚度的乘积(t/ρ)在整个裂缝2420的平面视图中被映射。所述值以安培/伏特测量。

图24的映射2400已经被刻度化以区别裂缝2410中的焦炭和构成电连接的两个钢板2420。在图24中的图例给出在所有第三模拟中使用的材料的电阻率。ρ_焦炭指体支撑剂材料的电阻率；ρ_连接体指在第三模拟中板2420L、2420R周围使用的非传导性材料的电阻率；和ρ_钢指钢板2420的电阻率。刻度以0-2,000安培/伏特开始，并且到30,000-32,000安培/伏特。以该刻度，裂缝2410中的支撑剂的电阻率值(ρ_焦炭)完全落入0-2,000安培/伏特的范围内。换句话说，厚度-传导率乘积在0和2,000安培/伏特之间是一致的。

在第三模拟中，板2420再次被建模为27英尺长、3英寸宽和1/2-英寸厚。与在第二模拟中使用的四英尺板1820相比，第三模拟的板2420是非常长的。这是因为在第三模拟中使用的连接颗粒材料基本为非传导的。较长的板2420提供电流通过它可以进入裂缝2410中的额外表面积。板1820是高传导性的，板2420的厚度-传导率显示在30,000-32,000安培/伏特范围。进出裂缝2410的电流通过板2420被引入。

图25是图24的传导率映射2400的另一视图。映射2400以传导率乘以厚度的更小增量进行灰度标示，以区别裂缝2410内的支撑剂传导率-厚度的变化。刻度以0.000-0.075安培/伏特开始，到1.125-1.200安培/伏特。在整个裂缝2410中的传导率-厚度乘积在裂缝2410的边缘为约0.000至0.075，在裂缝1810的中心增加至约0.675至0.750。然而，基本非传导性支撑剂的同心环出现在板2420L、2420R的末端。这些环显示为几乎白色，因为它们的传导率是零。

图25的映射2400已经被刻度化以区别裂缝2410的焦炭填充体相中传导率-厚度的变化。焦炭支撑剂以2425示出。在裂缝2410内的焦炭支撑剂2425的传导率是恒定的。因此，显示的传导率-厚度乘积的变化归因于裂缝厚度变化。裂缝2410在外边缘是薄的，并且朝其中心变得越来越厚。这往往模拟实际裂缝几何形状。

图25同样显示其中非传导性材料(t/ρ＝0)已经被放在钢板2420L、2420R的末端周围。非传导性颗粒材料以2427示出。该非传导性材料2427中断了电流从板2420L、2420R到体支撑剂2425的流动。

板2420在图25中同样是可见的。非常高电导率板2420在图25中显示为白线，表明超出刻度的值。

接下来，图26提供电流源映射2400。在这种情况下，映射2400显示电流进出裂缝2410的运动。更具体地说，图26显示第三模拟的输入和输出电流。如示出，进出裂缝2410的总电流是1安培。在一方面，电流在左边进入板2420L，在右边通过板2420R离开。进出裂缝2410的电流为零，除了在钢板2420R、2420L处之外。

需要说明的是，各个连接体2420L和2420R的27-英尺长度在图26的视图中表示为缩短的。这是因为电流仅在板2420的末端附近提供。需要说明的是，在板2422L和2422R的每一个中的暴露部分在图26中比在图25中短。这表示电流已经被施加的情况。

图26包括以安培/英尺²为单位的电流的刻度。刻度从-1.20--1.05到1.05-1.20。在其间，刻度移动通过-0.15-0.00和0.00-0.15。可以看出，进出裂缝2410的电流是0.0安培/英尺²，除了在与传导性支撑剂接触的两个钢板2420的一部分之外。

图27显示从1安培的总电流计算的裂缝2410中的电压分布。具有箭头的线被提供以表示电流流动，其沿着局部的电压梯度。如所示，在两个板2420之间的裂缝2410的总电阻是2.39欧姆。这比第一模拟的图16中普遍的2.71欧姆稍微小。因此，虽然在板2420的末端周围的非传导性连接材料2427相对于图16的映射1300应该增加电阻，但钢板长得多，并且它们的影响是减小裂缝2410的总电阻。

刻度在图27中以伏特测量提供。刻度从-1.28--1.12移动到1.12-1.28。在其间，刻度移动通过-0.16-0.0和0.0-0.16伏特。

在图27中可以看出，负电压值在紧邻右连接体2420R存在，正电压值在紧邻左连接体2420L存在。令人感兴趣的是，电流仍然在板2420的附近集中，意味着在钢板2420有较高浓度的电流。然而，在非传导性中间颗粒材料2427存在的区域中没有看见电流通路。现在电流必须绕过非传导性材料2427，有效地减小了第一模拟的高度集中的电流。

最后，图28显示从该模拟生成的裂缝2410中的加热分布。映射2400的单位以瓦特/英尺²测量。提供灰度，表示从0.0-0.2多至3.0-3.2瓦特/英尺²的值。可以看出，在图28中的映射2400中的热分布显示1,000瓦特的总的热输入。没有看见在板2420L、2420R周围的强烈热生成区域。实际上，在非传导性颗粒材料2427被放置的区域中热生成基本为零。然而，热分布远非第二模拟的图23中看见的热分布均匀。因为这个原因，考虑使用较高传导率材料(如在第二模拟中)而不是非传导性材料(如在第三模拟中)是优选的。

上述的方法可具有与在科罗拉多州的Piceance盆地中回收烃相关的价值。一些人已经评估，在美国西部的一些油页岩沉积物中，每地表英亩可以回收高达1百万桶油。一项研究已经评估，在Piceance盆地的油页岩地层的有苏打石部分内，在某些地方的油页岩资源为四千亿桶页岩油。总的来说，仅仅在Piceance盆地可存在高达1万亿桶页岩油。

本发明的某些特征就一组数值上限和一组数值下限进行了描述。应当理解，除非另外指明，通过这些极限值的任何组合形成的范围在本发明的范围内。尽管按照美国实践，一些从属权利要求具有单一从属关系，但这种从属权利要求中任一项的每个特征可以与从属于相同的一个或多个独立权利要求的其它从属权利要求中一项或多项的每一个特征进行组合。

尽管本文描述的发明进行了完满地计算以实现上面提到的益处和优点是显然的，但是应当理解的是本发明容许进行修改、变化和改变，而没有偏离其精神。

Claims (51)

1.使用电阻加热加热地下地层的方法，包括：

提供穿透所述地下地层内的固体富含有机物岩石的层段的两个或更多个井筒；

自所述两个或更多个井筒中的至少一个在所述富含有机物岩石中建立至少一个裂缝；

在所述至少一个裂缝中提供电传导性材料，以在所述两个或更多个井筒之间提供电传输，所述电传导性材料包括：(i)放置与所述两个或更多个井筒中的每一个接触且具有第一体电阻率的第一部分，和(ii)在所述两个或更多个井筒中间且具有第二体电阻率的第二电传导性部分；和

传递电流通过所述至少一个裂缝，使得在所述电传导性材料内产生电阻热，足以热解至少一部分的所述富含有机物岩石成为烃流体，其中产生的热在所述电传导性材料的所述第一部分内小于在所述电传导性材料的所述第二部分中。

2.权利要求1所述的方法，其中所述富含有机物岩石包括油页岩。

3.权利要求2所述的方法，其中：

所述两个或更多个井筒中的每一个基本垂直完井；和

所述至少一个裂缝是基本水平的。

4.权利要求2所述的方法，其中：

所述两个或更多个井筒中的每一个基本水平完井；和

所述至少一个裂缝是基本垂直的。

5.权利要求2所述的方法，其中所述电传导性材料是作为支撑剂的颗粒材料。

6.权利要求2所述的方法，其中所述电传导性材料的所述第一部分包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

7.权利要求2所述的方法，其中所述电传导性材料的所述第二部分包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

8.权利要求2所述的方法，其中构成所述电传导性材料的所述第二部分的材料的电阻率比构成所述电传导性材料的所述第一部分的材料的电阻率大大约10至100倍。

9.权利要求2所述的方法，其中：

所述电传导性材料的所述第一部分基本为非传导性的；和

所述电传导性材料的所述第二部分接触所述两个或更多个井筒中的每一个的至少一部分。

10.权利要求9所述的方法，其中所述电传导性材料的所述第一部分包括硅石、石英、水泥片、砂岩或其任何组合。

11.权利要求2所述的方法，其中所述电传导性材料的所述第一部分的电阻率是约0.005欧姆-米。

12.权利要求2所述的方法，其中所述电传导性材料的所述第一部分的电阻率是在约0.00001欧姆-米和0.00005欧姆-米之间。

13.权利要求2所述的方法，其中所述电传导性材料的所述第一部分的电阻率接近无穷大。

14.权利要求2所述的方法，其中所述至少一个裂缝水力地形成。

15.权利要求2所述的方法，还包括：

连续传递电流通过电传导性材料的所述第一和第二部分以使油页岩热解成为烃流体；和

从所述地下地层开采烃流体到地表加工设备。

16.使用电阻加热加热地下地层的方法，包括：

在至少部分地位于所述地下地层内的第一井筒和同样至少部分地位于所述地下地层内的第二井筒之间的所述地下地层中形成至少一个通路；

提供电传导性材料进入所述至少一个通路中以形成电连接，所述电连接在所述第一井筒和所述第二井筒之间提供电传输；

提供在所述第一井筒中的第一电传导部件，使得所述第一电传导部件与所述电连接进行电传输；

提供在所述第二井筒中的第二电传导部件，使得所述第二电传导部件与所述电连接进行电传输，由此形成至少由所述第一电传导部件、所述电连接和所述第二电传导部件构成的电传导流动路径；和

建立通过所述电传导流动路径的电流，由此由于电阻加热在所述电传导流动路径内生成热，生成的热的至少一部分热传导进入所述地下地层，并且其中所述生成的热由接近所述第一电传导部件和所述第二电传导部件生成的第一热和在所述第一电传导部件和所述第二电传导部件中间的所述电传导性颗粒材料生成的第二热组成，所述第一热小于所述第二热。

17.权利要求16所述的方法，其中所述地下地层是富含有机物岩层。

18.权利要求17所述的方法，其中所述地下地层包含重烃。

19.权利要求17所述的方法，其中所述地下地层是油页岩地层。

20.权利要求17所述的方法，其中：

所述电传导性材料是颗粒材料；和

所述电连接是颗粒状电连接。

21.权利要求20所述的方法，其中所述生成的热引起在至少一部分所述地下地层内的固体烃热解。

22.权利要求21所述的方法，其中：

所述电传导性颗粒材料包括(i)分别紧邻所述第一电传导部件和所述第二电传导部件的第一部分，和(ii)在所述第一电传导部件和第二电传导部件周围的所述第一部分中间的第二部分；和

所述第一部分的电阻率不同于所述第二部分的电阻率。

23.权利要求22所述的方法，其中所述电传导性颗粒材料的所述第一部分具有足够低的电阻率，以提供电传导而没有大量热生成。

24.权利要求22所述的方法，其中所述电传导性颗粒材料的所述第一部分包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

25.权利要求22所述的方法，其中所述电传导性颗粒材料的所述第二部分包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

26.权利要求22所述的方法，其中构成所述电传导性颗粒材料的所述第二部分的材料的电阻率比构成所述电传导性颗粒材料的所述第一部分的材料的电阻率大大约10至100倍。

27.权利要求22所述的方法，其中所述电传导性颗粒材料的所述第一部分包括小于或等于以干重计50％的水泥和以干重计50％或更多的石墨。

28.权利要求22所述的方法，其中所述电传导性颗粒材料的所述第一部分包括50％至75％之间的颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

29.权利要求22所述的方法，其中：

所述电传导性颗粒材料的所述第一部分基本为非传导性的；和

所述电传导性颗粒材料的所述第二部分接触所述第一和第二电传导部件的每一个的至少一部分。

30.权利要求29所述的方法，其中所述电传导性颗粒材料的所述第一部分包括硅石、石英、水泥片、砂岩或其组合。

31.权利要求26所述的方法，其中所述电传导性颗粒材料的所述第一部分的电阻率是约0.005欧姆-米。

32.权利要求26所述的方法，其中所述电传导性材料的所述第一部分的电阻率接近无穷大。

33.权利要求22所述的方法，其中：

所述第一井筒和所述第二井筒每一个基本垂直地完井；和

在所述地下地层中的所述通路包括基本垂直的裂缝。

34.权利要求26所述的方法，其中：

所述第一井筒和所述第二井筒每一个基本水平地完井；和

在所述地下地层中的所述至少一个通路包括第一基本垂直的裂缝。

35.权利要求33所述的方法，还包括：

提供在第三井筒中的第三电传导部件，使得所述第三电传导部件同样与所述电连接进行电传输，并且是所述电传导流动路径的一部分；其中

所述第三井筒基本水平地完井；

在所述地下地层中的所述至少一个通路包括第二基本垂直的裂缝；和

所述第二井筒与所述第一裂缝和第二裂缝都交叉。

36.权利要求22所述的方法，其中构成所述第一电传导部件、所述第二电传导部件或者两者的至少一部分的材料具有小于0.0005欧姆-米的电阻率。

37.权利要求22所述的方法，还包括：

连续传递电流通过所述电连接，直到紧邻所述电传导流动路径的所述地下地层达到选择的温度；和

减少通过所述电连接的电流的量。

38.使用电阻加热原位加热地下地层的系统，包括：

多个井筒，其穿透所述地下地层内的固体富含有机物岩石的层段；

至少一个裂缝，其在所述富含有机物岩石中自所述井筒中的至少一个建立，其中所述至少一个裂缝包括电传导性材料以提供在至少两个所述井筒之间的电传输，所述电传导性材料包括：

(i)放置与至少两个井筒接触且具有第一体电阻率的第一部分，和

(ii)在所述至少两个井筒中间且具有第二体电阻率的第二电传导部分；和

至少一个电导体，其可操作地与所述至少两个井筒的每一个中的所述电传导性材料的所述第一部分连接，所述至少一个电导体被配置成通过所述至少一个裂缝传递电流，使得电阻热在所述电传导性材料内生成，足以热解所述富含有机物岩石的至少一部分成为烃流体，并且其中生成的热在所述电传导性材料的所述第一部分内比在所述电传导性材料的所述第二部分中低。

39.权利要求38所述的系统，其中：

所述两个或更多个井筒中的每一个基本垂直地完井；和

所述至少一个裂缝是基本水平的。

40.权利要求38所述的系统，其中：

所述两个或更多个井筒中的每一个基本水平地完井；和

所述至少一个裂缝是基本垂直的。

41.权利要求38所述的系统，其中所述电传导性材料是作为支撑剂的颗粒材料。

42.权利要求38所述的系统，其中所述电传导性材料的所述第一部分包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

43.权利要求38所述的系统，其中所述电传导性材料的所述第二部分包括颗粒状金属、镀金属的颗粒、焦炭、石墨或它们的组合。

44.权利要求38所述的系统，其中构成所述电传导性材料的所述第二部分的材料的电阻率比构成所述电传导性材料的所述第一部分的材料的电阻率大大约10至100倍。

45.权利要求38所述的系统，其中：

所述电传导性材料的所述第一部分基本为非传导性的；和

所述电传导性材料的所述第二部分接触所述两个或更多个井筒中的每一个的至少一部分。

46.权利要求45所述的系统，其中所述电传导性材料的所述第一部分包括硅石、石英、水泥片、砂岩或其组合。

47.权利要求38所述的系统，其中所述电传导性材料的所述第一部分的电阻率是约0.005欧姆-米。

48.权利要求38所述的系统，其中所述电传导性材料的所述第一部分的电阻率是在约0.00001欧姆-米和0.00005欧姆-米之间。

49.权利要求38所述的系统，其中所述电传导性材料的所述第一部分的电阻率接近无穷大。

50.权利要求38所述的系统，其中所述至少一个裂缝是水力形成的。

51.权利要求38所述的系统，还包括从所述地下地层开采所述烃流体的至少一个生产井。

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