CN102834585B - 地下地层的低温感应加热 - Google Patents

Abstract

在第一频率下向位于地层内的电导体提供随时间变化电流,从而在铁磁性导体内产生感应电流。所述铁磁性导体至少部分包围所述电导体和至少部分绕所述电导体纵向延伸。所述铁磁性导体电阻加热到至多约300℃的第一温度。在第一温度下用热量使地层内的水蒸发。随后，在第二频率下向细长电导体提供随时间变化的电流，以在第二频率下产生感应电流，从而将铁磁性导体电阻加热到高于约300℃的第二温度。在第二温度下热量从铁磁性导体传递到至少部分地层，以使部分地层内的至少一些烃移动。

Description

地下地层的低温感应加热

技术领域

本发明总体上涉及生产烃、氢和/或其它产品的系统、方法和热源。本发明具体涉及应用热源处理各种地下烃地层的系统和方法。

背景技术

由地下地层获得的烃通常用作能源、原料和消费品。对于可获得烃源枯竭的关注以及对于所生产的烃整体质量下降的关注已经导致开发了更有效的采收、处理和/或使用可获得烃源的方法。原位方法可用来从地下地层脱除烃物质。可能需要改变地下地层内烃物质的化学和/或物理性能，以使烃物质更容易从地下地层内脱除。所述化学和物理变化可能包括产生可脱除流体的地层内烃物质的原位反应、组成变化、溶解度变化、密度变化、相态变化和/或粘度变化。流体可以是但不限于气体、液体、乳液、浆液、和/或具有类似于液体流动的流动特性的固体颗粒物流。

地下地层(如焦油砂或重烃地层)包含电介质。电介质可以具有电导率、相对介电常数和损耗因子。当将地层加热到高于地层内水的沸点(例如高于100℃)的温度时，可能会发生电导率的损失，这是由于地层岩石基质的孔隙内包含的水分损失导致的。为了防止水分损失，可以在使水分蒸发最小化的温度和压力下加热地层。可以向地层内加入导电溶液以有助于保持地层的电性能。

可以应用电极将地层加热到使水和/或导电溶液蒸发的温度和压力。但用于产生电流的材料可能由于热应力而受到损坏，和/或导电溶液的损失可能会限制所述层中的传热。另外，当应用电极时，可能会形成磁场。由于磁场的存在，可能希望将非铁磁性材料用于上覆地层套管。

Todd的美国专利US 4,084,637描述了由地下地层生产粘性物质的方法，其中包括使电流流过地下地层。当电流流过地下地层时，粘性物质受热，由此降低所述物质的粘度。在加热由电极井形成的通道附近的地下地层后，通过注射井注入驱动流体，由此使粘度降低的物质沿所述通道迁移且迫使其流向生产井。所述物质通过生产井生产，和持续通过注射井注入加热的流体，地下地层内几乎所有粘性物质均可以被加热以降低其粘度，并由生产井产出。

Glandt等人的美国专利申请US 4,926,941描述了通过预热薄的相对导电层开采厚焦油砂沉积物，其中所述薄的相对导电层只是焦油砂沉积物总厚度的一小部分。薄的导电层用于将焦油砂内的加热限制在邻近导电层的薄的区域内，即使对于几排电极之间的较大距离来说也是如此。继续预热，直到邻近导电层的薄的预热区内焦油粘度降低至足以允许向焦油砂沉积物中注入蒸汽。然后通过蒸汽驱油开采全部沉积物。

Glandt的美国专利US 5,046,559描述了通过在注射装置和生产装置之间电预热通道增加注入能力而生产厚焦油砂沉积物的设备和方法。所述注射装置和生产装置按三角形图案排列，其中注射装置位于三角形的顶点，和生产装置位于三角形的底部。然后对这些注入能力增加了的通道进行蒸汽驱油以生产烃。

正如以上所讨论的，已经进行了大量的努力来开发从含烃地层经济地生产烃、氢和/或其它产品的方法和系统。但目前仍有许多含烃地层不能从中经济地生产烃、氢和/或其它产品。因此，需要加热烃地层和由烃地层生产流体的改进方法和系统。仍需要改进的方法和系统，与应用地面基设备的烃采收方法相比，所述改进的方法和系统降低了处理地层的能量成本、减少了处理过程的排放、利于加热系统的安装和/或减少了到上覆地层的热损失。

发明内容

这里描述的实施方案总体上涉及处理地下地层的系统、方法和加热器。这里描述的实施方案总体上还涉及在其中具有新组件的加热器。这种加热器可以通过应用这里描述的系统和方法获得。

在某些实施方案中，本发明提供一种或多种系统、方法和/或加热器。在一些实施方案中，应用所述系统、方法和/或加热器处理地下地层。

在某些实施方案中，一种加热含烃地层的方法，包括:在第一频率下向位于地层内的细长电导体提供随时间变化的电流；在第一频率下用随时间变化的电流在铁磁性导体内产生感应电流，其中所述铁磁性导体至少部分包围所述电导体和至少部分绕所述电导体纵向延伸；用感应电流电阻加热铁磁性导体，从而将铁磁性导体电阻加热到第一温度，其中所述第一温度至多为约300℃；允许热量在第一温度下从铁磁性导体传递到至少部分地层；在第一温度下用铁磁性导体使地层内的至少一些水蒸发；在第二频率下向所述细长电导体提供随时间变化的电流；在第二频率下用随时间变化的电流在铁磁性导体内产生感应电流；用感应电流电阻加热铁磁性导体，从而将铁磁性导体电阻加热到第二温度，其中所述第二温度高于约300℃；允许热量在第二温度下从铁磁性导体传递到至少部分地层；和在第二温度下用铁磁性导体使部分地层内的至少一些烃移动。

在其它实施方案中，具体实施方案的特征可以与其它实施方案的特征组合。例如，一个实施方案的特征可以与任何其它实施方案的特征组合。

在其它实施方案中，应用这里描述的任意方法、系统、电源或加热器处理地下地层。

在其它实施方案中，可以将附加特征添加到这里描述的具体实施方案中。

附图说明

当结合附图时，通过参考如下对本发明的优选但只是示例性的实施方案的详细说明，将更全面地理解本发明的方法和设备的特征和优点。

图1给出了用于处理含烃地层的原位热处理系统的一部分的实施方案的示意图。

图2描述了应用具有导电材料的热源处理地下地层的实施方案的示意图。

图3描述了应用地线和具有导电材料的热源处理地下地层的实施方案的示意图。

图4描述了应用具有导电材料和电绝缘体的热源处理地下地层的实施方案的示意图。

图5描述了应用从公用井孔延伸的导电性热源处理地下地层的实施方案的示意图。

图6描述了应用具有导电材料的热源处理具有页岩层的地下地层的实施方案的示意图。

图7描述了带有加热区覆层的导管和带有上覆地层覆层的导体的实施方案。

图8描述了具有感应带电管的U形加热器的实施方案。

图9描述了在管内中心处的电导体的实施方案。

图10描述了与管子电接触的具有绝缘导体外皮的感应加热器的实施方案。

虽然本发明易于进行各种改进和具有各种替代形式，但它的具体实施方案在附图中通过实施例的方式给出和将在这里更为详细地进行描述。附图可能不是按比例的。应该理解的是所述附图及其详细说明不将本发明局限于所公开的特定方式，相反，本发明将涵盖在所附权利要求定义的本发明的实质和范围内的所有改进、等价和替代形式。

具体实施方式

如下描述总体上涉及处理地层内烃的系统和方法。可以处理所述地层以获得烃产品、氢和其它产品。

“交流(AC)”指基本上按正弦曲线改变方向的随时间变化的电流。AC在铁磁性导体内产生趋肤效应电流。

在减少热输出的加热系统、设备和方法的上下文中，术语“自热”指所述系统、设备和方法在不应用外部控制(例如外部控制器如带有温度传感器和反馈回路的控制器、PID控制器或预测控制器)的情况下以一定方式起作用。

“偶合”指一个或多个对象或元件之间直接相连或间接相连(例如一种或多种居间连接)。术语“直接相连”指对象或元件之间直接相连，从而对象或元件相互之间直接相连，使对象或元件以“使用终端”方式操作。

“居里温度”指一种温度，高于该温度时铁磁性材料将失去其全部铁磁性性能。除了在高于居里温度下损失全部铁磁性性能外，当越来越多的电流流过铁磁性材料时，铁磁性材料也开始损失其铁磁性性能。

“地层”包括一个或多个含烃层、一个或多个非烃层、上覆地层和/或下伏地层。“烃层”指地层内包含烃的层。烃层可以包含非烃物质和烃物质。“上覆地层”和/或“下伏地层”包括一种或多种不同类型的不可渗透材料。例如，上覆地层和/或下伏地层可以包括岩石、页岩、泥岩、或湿/密碳酸盐。在原位热处理方法的一些实施方案中，上覆地层和/或下伏地层可以包括在原位热处理过程中相对不可渗透和不耐受温度的一个或多个含烃层，其中所述热处理过程会导致上覆地层和/或下伏地层的含烃层的特性发生明显变化。例如，下伏地层可以包含页岩或泥岩，但在原位热处理过程中不允许将下伏地层加热到热解温度。在一些情况下，上覆地层和/或下伏地层可以是某种程度可渗透的。

“地层流体”指在地层内存在的流体，和可以包括热解流体、合成气、移动的烃和水(蒸汽)。地层流体可以包括烃流体以及非烃流体。术语“移动的流体”指含烃地层内由于地层热处理的结果能够流动的流体。“产生的流体”指从地层脱除的流体。

“热通量”为单位时间单位面积的能量流量(例如W/m²)。

“热源”为主要通过热传导和/或热辐射向至少部分地层提供热量的任何系统。例如，热源可以包括导电材料和/或电加热器如在导管内设置的绝缘导体、细长元件和/或导体。热源还可以包括通过燃烧地层外部或其中的燃料产生热量的系统。所述系统可以是地面燃烧器、井下气体燃烧器、无焰分布燃烧室和自然分布燃烧器。在一些实施方案中，由一个或多个热源提供或产生的热可以通过其它能源来供应。其它能源可以直接加热地层，或者可以将所述能量施用于直接或间接加热地层的传递介质。应理解的是向地层施加热量的一个或多个热源可以应用不同能源。因此，例如，对于给定地层，一些热源可以由导电材料、电阻加热器提供热量，一些热源可以由燃烧提供热量，和一些热源可以由一种或多种其它能源(例如化学反应、太阳能、风能、生物质或其它可再生能源)提供热量。化学反应可以包括放热反应(例如氧化反应)。热源也可以包括导电材料和/或向加热位置(如加热器井)附近和/或周围区域提供热量的加热器。

“加热器”为在井内或井孔区域附近产生热量的任何系统或热源。加热器可以为但不限于电加热器、燃烧器、与地层内的材料或由地层产生的材料发生反应的燃烧器、和/或它们的组合。

“烃”通常定义为主要由碳和氢原子形成的分子。烃还可以包含其它元素例如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。烃可以为但不限于油母岩、沥青、焦沥青、油、天然矿物蜡和硬沥青。烃可以位于地球的矿物基质中或与之邻近。基质可以包括但不限于沉积岩、砂岩、沉积石英岩、碳酸盐岩、硅藻岩和其它多孔介质。“烃流体”为包含烃的流体。烃流体可以包括、夹带或被夹带于非烃流体如氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、水和氨中。

“原位转化方法”指用热源加热含烃地层使至少部分地层的温度提高至高于热解温度从而在地层内产生热解流体的方法。

“原位热处理方法”指用热源加热含烃地层使至少部分地层的温度升高到高于导致流体移动、减粘和/或热解含烃材料的温度从而在地层内产生移动流体、减粘流体和/或热解流体的方法。

“绝缘导体”指能够导电且全部或部分被电绝缘材料覆盖的任何细长材料。

“调制直流(DC)”指在铁磁性导体内产生趋肤效应电流的任何基本上为非正弦曲线的随时间变化电流。

“氮化物”指氮与周期表中一种或多种其它元素的化合物。氮化物包括但不限于氮化硅、氮化硼或氮化铝。

“穿孔”包括在导管、管子、管道或其它流动通道壁上的开孔、缝、孔或洞，它们允许流入或流出所述导管、管子、管道或其它流动通道。

铁磁性材料的“相变温度”指一个温度或温度范围，其中所述材料经受相变(如从铁素体变为奥氏体)，这降低了铁磁性材料的磁导率。该磁导率降低类似于在居里温度下铁磁性材料发生磁跃迁导致的磁导率降低。

“热解”为由于应用热而破坏了化学键。例如，热解可以包括通过只使用热将化合物转化为一种或多种其它物质。热可以传递至部分地层而引起热解。

“热解流体”或“热解产品”指在烃的热解过程中主要产生的流体。通过热解反应产生的流体可以与地层内的其它流体混合。所述混合物将被当成热解流体或热解产品。正如这里所应用的，“热解区”指已经反应或正在反应形成热解流体的地层体积(例如相对可渗透地层如焦油砂地层)。

“热量叠加”指由两个或多个热源向地层的选定区域提供热量从而使热源间至少一个位置处地层的温度受所述热源影响。

“焦油砂地层”为一种地层，其中烃主要以在矿物颗粒骨架或其它宿主岩石(例如砂子或碳酸盐)中夹带的重烃和/或焦油的形式存在。焦油砂地层的例子包括地层如Athaba sca地层、Grosmont地层和PeaceRiver地层(这三种地层均位于加拿大的Alberta)和委内瑞拉的Orinoco带中的Faja地层。

“限温加热器”通常指在不利用外部控制如温度控制器、功率调节器、整流器或其它设备的条件下调节高于特定温度的热量输出(例如减小热量输出)的加热器。限温加热器可以为AC(交流)或调制(例如“斩波”)DC(直流)供电的电阻加热器。

“导热流体”包括在标准温度和压力(STP)(0℃和101.325kPa)下热导率比空气高的流体。

“热导率”是物质的一种性质，该性质描述了在物质的两个表面之间给定的温差下，热量在两个表面间稳态流动的速率。

层“厚度”指层的剖面的厚度，其中所述剖面与层的表面正交。

“随时间变化的电流”指所述电流在铁磁性导体内产生趋肤效应电流，并且所述电流的量级随时间变化。随时间变化的电流既包括交流(AC)也包括调制直流(DC)。

对于其中直接向加热器施加电流的限温加热器来说，“调节比”为给定电流下低于居里温度下的最高AC或调制DC电阻与高于居里温度下的最低电阻之间的比。对于感应加热器来说，调节比为将给定电流施加至加热器时，低于居里温度下的最高热量输出与高于居里温度下的最低热量输出之间的比。

“U形井孔”指从地层内的第一开孔延伸通过至少部分地层并通过地层内的第二开孔出去的井孔。在该上下文中，所述井孔可以只是粗略地为"V"或"U"形，应理解对于被认为是"U"形的井孔来说，"U"形的两腿不需要相互平行或与"U"的"底"垂直。

术语“井孔”指通过钻探或向地层内插入导管而形成的地层内的孔。井孔可以具有基本为圆形的截面或者其它截面形状。正如这里所应用的，当指地层内的开孔时，术语“井”和“开孔”可以与术语“井孔”互换使用。

可以以各种方式处理地层以产生许多不同的产品。在原位热处理过程中可以应用不同的阶段或过程来处理地层。在一些实施方案中，对一个或多个地层区域进行溶液采矿以从所述区域中脱除可溶性矿物质。在原位热处理过程之前、之中和/或之后可以对矿物质进行溶液采矿。在一些实施方案中，进行溶液采矿的一个或多个区域的平均温度可以保持低于约120℃。

在一些实施方案中，将一个或多个地层区域加热以从所述区脱除水和/或从所述区脱除甲烷和其它挥发性烃。在一些实施方案中，在脱除水和挥发性烃的过程中，平均温度可以从环境温度升高到低于约220℃的温度。

在一些实施方案中，将一个或多个地层区域加热到允许地层内烃运动和/或减粘的温度。在一些实施方案中，将一个或多个地层区域的平均温度升高到区域中烃的移动温度(例如至100-250℃、120-240℃或150-230℃的温度)。

在一些实施方案中，加热一个或多个区域至允许地层内发生热解反应的温度。在一些实施方案中，可以将一个或多个地层区域的平均温度升高到区域中烃的热解温度(例如230-900℃、240-400℃或250-350℃的温度)。

用多个热源加热含烃地层可以围绕热源建立起热梯度，所述热梯度以理想的加热速率将地层内烃的温度升高到想要的温度。对于想要产品来说，通过移动温度范围和/或热解温度范围的温升速率可能影响由含烃地层生产的地层流体的质量和数量。缓慢升高地层温度通过移动温度范围和/或热解温度范围可能允许由地层生产高质量、高AP I比重的烃。缓慢升高地层温度通过移动温度范围和/或热解温度范围可能允许作为烃产品脱除地层内存在的大量烃。

在一些原位热处理实施方案中，将部分地层加热到想要的温度而不是缓慢升高温度通过一个温度范围。在一些实施方案中，想要的温度为300℃、325℃或350℃。可以选择其它温度作为想要的温度。

来自热源的热量叠加允许在地层内相对迅速和有效地建立想要的温度。可以调节热源向地层的能量输入以将地层内的温度基本保持为想要的温度。

可以通过生产井由地层生产移动和/或热解产品。在一些实施方案中，将一个或多个区域的平均温度升高到移动温度，和从生产井生产烃。在由于移动生产降低至低于选定值后，一个或多个区域的平均温度可以升高到热解温度。在一些实施方案中，在达到热解温度之前没有大量生产的条件下，一个或多个区域的平均温度可以升高到热解温度。可以通过生产井生产包含热解产品的地层流体。

在一些实施方案中，在移动和/或热解后，可以将一个或多个区域的平均温度升高到足以允许合成气产生的温度。在一些实施方案中，在达到足以允许合成气产生的温度之前，可以在没有大量生产的条件下将烃升高到足以允许合成气产生的温度。例如，合成气可以在约400-1200℃、约500-1100℃或约550-1000℃的温度范围内生产。可以向所述区域中加入合成气生成流体(如蒸汽和/或水)以产生合成气。合成气可以由生产井生产。

在原位热处理过程中可以实施溶液采矿、脱除挥发性烃和水、移动烃、热解烃、生成合成气和/或其它过程。在一些实施方案中，在原位热处理过程之后可以实施一些过程。这些过程可以包括但不限于由已处理区域回收热量、在以前处理过的区域中贮存流体(如水和/或烃)和/或在以前处理过的区域中隔离二氧化碳。

图1描述了用于处理含烃地层的原位热处理系统的一部分的实施方案的示意图。所述原位热处理系统可以包括屏蔽井200。应用屏蔽井在处理区域周围形成屏蔽。所述屏蔽抑制流体流入和/或流出处理区域。屏蔽井包括但不限于脱水井、真空井、捕集井、注射井、灌浆井、冷冻井或它们的组合。在一些实施方案中，屏蔽井200为脱水井。脱水井可以脱除液态水和/或抑制液态水进入待加热的地层部分或正在加热的地层。在图1描述的实施方案中，屏蔽井200表示为仅沿热源202的一侧延伸，但屏蔽井通常包围所应用或待应用的所有热源202，从而加热地层的处理区域。

将热源202放置于至少部分地层内。热源202可以包括加热器如绝缘导体、套管加热器、地面燃烧器、无焰分布燃烧室和/或自然分布燃烧器。热源202还可以包括其它类型的加热器。热源202为至少部分地层提供热量以加热地层内的烃。可以通过供应管线204为热源202提供能量。取决于用于加热地层的热源或各个热源的类型，供应管线204可以在结构上不同。用于热源的供应管线204可以为电加热器送电，可以为燃烧器输送燃料，或者可以输送在地层内循环的换热流体。在一些实施方案中，用于原位热处理过程的电可以通过一个或多个核电站提供。应用核动力可以允许减少或消除由原位热处理过程排放二氧化碳。

当加热地层时，输入地层的热量可以导致地层膨胀和地质运动。可以在脱水过程之前、同时或过程中打开热源。计算机模拟可以模拟地层对加热的响应。可以应用计算机模拟来开发激活地层内热源的模式和时序，从而使地层的地质运动不会负面影响地层内热源、生产井和其它设备的功能。

加热地层可以使地层渗透率和/或孔隙率增加。渗透率和/或孔隙率的增加可能源于地层内物质由于水的汽化和脱除、烃的脱除和/或裂缝的形成而减少。由于增加的地层渗透率和/或孔隙率，流体可能更容易在加热的地层部分内流动。由于增加的渗透率和/或孔隙率，加热的地层部分内的流体可能移动通过地层内相当大的距离。所述相当大的距离可以超过1000m，这取决于各种因素如地层的渗透率、流体的特性、地层的温度和使流体移动的压力梯度。流体在地层内移动相当大距离的能力允许生产井206在地层内间隔相对较远。

应用生产井206由地层脱除地层流体。在一些实施方案中，生产井206包括热源。生产井中的热源可以在生产井处或其附近加热地层的一个或多个部分。在一些原位热处理方法的实施方案中，由生产井以每米生产井计提供给地层的热量小于由加热地层的热源以每米热源计施加到地层的热量。由生产井施加到地层的热量可以通过蒸发和脱除生产井附近的液相流体增加生产井附近的地层渗透率，和/或通过形成大和/或小的裂缝增加生产井附近的地层渗透率。

在生产井中可以放置一个以上热源。当来自相邻热源的热量叠加将地层加热到足以抵消用生产井加热地层提供的好处时，生产井下部的热源可以关闭。在一些实施方案中，生产井上部的热源在生产井下部的热源失活后可以保持开启。井上部的热源可以抑制地层流体冷凝和回流。

在一些实施方案中，生产井206中的热源允许从地层内气相脱除地层流体。在生产井处或通过生产井提供加热可以：(1)当生产流体在接近上覆地层的生产井中移动时抑制这种生产流体冷凝和/或回流，(2)增加输入到地层的热量，(3)与没有热源的生产井相比，增加生产井的产出速率，(4)抑制生产井中高碳数化合物(C₆烃及以上)的冷凝，和/或(5)增加生产井处或其附近的地层渗透率。

地层内的地下压力可以对应于地层内产生的流体压力。当加热的地层部分温度升高时，作为原位流体热膨胀、增加的流体产生和水汽化的结果，加热部分的压力可能会增加。控制从地层脱除流体的速率允许控制地层内的压力。地层内的压力可以在多个不同位置进行测定，例如在生产井处或其附近、在热源处或其附近、或者在监测井处。

在一些含烃地层内，由地层生产烃受到抑制直到地层内的至少一些烃已经移动和/或热解。当地层流体具有选定品质时才可以由地层生产所述地层流体。在一些实施方案中，所述选定品质包括至少约20°、30°或40°的AP I比重。抑制生产直到至少一些烃移动和/或热解可以增加重烃至轻烃的转化率。抑制初始生产可以最小化从地层内生产重烃。生产大量重烃可能需要昂贵的设备和/或缩短生产设备的寿命。

在一些含烃地层内，在加热的地层部分内已经产生相当大的渗透率之前，可以将地层内的烃加热到移动和/或热解温度。渗透率的初始不足可能抑制所产生的流体输送至生产井206。在初始加热期间，邻近热源202处地层内的流体压力可能增加。该增加的流体压力可以通过一个或多个热源202释放、监测、改变和/或控制。例如，选定热源202或单独的减压井可以包括允许从地层内脱除一些流体的泄压阀。

在一些实施方案中，虽然在地层内可能还不存在至生产井206或任何其它压力阱的开放路径，但可以允许由地层内产生的移动流体、热解流体或其它流体的膨胀产生的压力增加。可以使流体压力朝着岩石静压增加。当流体接近岩石静压时在含烃地层内可能形成裂缝。例如，可能在加热的地层部分内由热源202至生产井206形成裂缝。受热部分内产生裂缝可以释放所述部分内的一些压力。可能必须保持地层内的压力低于选定压力，以抑制不想要的生产、压裂上覆地层或下伏地层和/或使地层内的烃焦化。

在达到移动和/或热解温度并允许从地层生产后，可以改变地层内的压力以改变和/或控制所生产的地层流体的组成，控制地层流体中与不可冷凝流体相比可冷凝流体的百分比，和/或控制产生的地层流体的AP I比重。例如，降低压力可以导致产生更多的可冷凝流体组分。可冷凝流体组分可能包含较大百分比的烯烃。

在一些原位热处理方法的实施方案中，地层内的压力可以保持足够高以促进API比重大于20°的地层流体的生产。在原位热处理过程中保持地层内高压可以抑制地层沉陷。保持高压可以减小或取消在地面压缩地层流体以在收集管中将所述流体输送至处理设备的需要。

在加热的地层部分内保持高压可以令人惊奇地生产大量高品质且相对低分子量的烃。可以保持压力从而使所产生的地层流体具有最少量的高于选定碳数的化合物。所述选定碳数可以为至多25、至多20、至多12或至多8。一些高碳数化合物可能被夹带在地层内的蒸气中，和可以用蒸气从地层内脱除。保持地层内的高压可以抑制高碳数化合物和/或多环烃化合物夹带在蒸气中。高碳数化合物和/或多环烃化合物可以在地层内保持液相很长时间。所述很长时间可以为化合物提供足够的时间以热解形成低碳数化合物。

据信产生相对低分子量烃部分是由于部分含烃地层内氢的自动生成和反应。例如，保持高压可以迫使在热解过程中产生的氢进入地层内的液相。加热所述部分至热解温度范围内的温度可以使地层内的烃热解，从而产生液相热解流体。所产生的液相热解流体组分可以包含双键和/或自由基。液相中的氢(H₂)可以还原所产生的热解流体的双键，从而降低所产生的热解流体聚合或形成长链化合物的可能性。另外，H₂也可以中和所产生的热解流体中的自由基。液相中的H₂可以抑制所产生的热解流体相互之间反应和/或与地层内的其它化合物反应。

可以输送由生产井206生产的地层流体通过收集管208至处理设备210。也可以由热源202生产地层流体。例如，可以由热源202生产流体以控制热源附近地层内的压力。可以输送由热源202生产的流体通过管子或管道至收集管208或者可以输送所生产的流体通过管子或管道直接至处理设备210。处理设备210可以包括分离单元、反应单元、提质单元、燃料电池、透平机、贮存容器和/或用于处理所生产的地层流体的其它系统和单元。处理设备可以由至少一部分由地层生产的烃形成运输燃料。在一些实施方案中，所述运输燃料可以为航空煤油，例如JP-8。

地下地层(如焦油砂或重烃地层)包含电介质。在低于100℃的温度下，电介质可以具有电导率、相对介电常数和损耗因子。当将地层加热到高于100℃的温度时，可能会发生电导率、相对介电常数和损耗因子的损失，这是由于地层岩石基质的孔隙内包含的水分损失导致的。为了防止水分损失，可以在使水分蒸发最小化的温度和压力下加热地层。可以向地层内加入导电溶液以有助于保持地层的电性能。

可以应用电极将地层加热到使水和/或导电溶液蒸发的温度和压力。但用于产生电流的物质可能会由于热应力而受到破坏和/或导电溶液的损失可能限制层内的传热。另外，当应用电极时，可能会形成磁场。由于磁场的存在，可能希望将非铁磁性材料用于上覆地层套管。

带有导电材料的热源可以允许电流从一个热源通过地层流入另一个热源。带有导电材料的热源间的电流可以加热地层，以增加地层内的渗透率和/或降低地层内烃的粘度。相对于在地层内分隔开的加热器间应用传导热加热烃层来说，通过地层应用电流或"焦耳热"加热可以在更短时间内加热部分烃层。

在一些实施方案中，包括导电材料的热源位于烃层内。部分烃层可以用热源产生且由热源流过所述层的电流加热。将导电热源放置在烃层内足够深的位置以最小化导电溶液的损失，这可以允许在最小化水和/或导电溶液损失的情况下将烃层在相对高的温度下加热一定时间。

图2-6描述了应用具有导电材料的热源处理地下地层的实施方案的示意图。图2描述了位于烃层212内的井孔224、224′中的第一导管230和第二导管232。在某些实施方案中，第一导管230和/或第二导管232是导体(例如暴露的金属或裸露的金属导体)。在一些实施方案中，导管230、232在地层内以基本水平或倾斜取向。导管230、232可以位于烃层212的底部或接近底部。

井孔224、224′可以是开放井孔。在一些实施方案中，所述导管由部分井孔延伸。在一些实施方案中，井孔224、224′的垂直或上覆地层部分用隔热水泥或泡沫水泥砌成。井孔224、224′可以包括封隔器228和/或电绝缘体234。在一些实施方案中，封隔器228不是必需的。电绝缘体234可以使导管230、232与套管216绝缘。

在一些实施方案中，邻近上覆地层218的部分套管216由抑制铁磁性效应的材料制成。上覆地层内的套管可以由玻璃纤维、聚合物和/或非铁磁性金属(例如高锰钢)制成。在邻近上覆地层218的部分套管216内抑制铁磁性效应可以减少到上覆地层的热损失和/或在上覆地层内的电损失。在一些实施方案中，上覆地层套管216包括非金属材料如玻璃纤维、聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、高密度聚乙烯(HDPE)和/或非铁磁性金属(例如非铁磁性的高锰钢)。工作温度可用于上覆地层218的HDPE包括可由Dow Chemical Co.,Inc.(美国，Midland,Michigan)获得的HDPE。在一些实施方案中，套管216包括偶合在非铁磁性金属内径和/或外径上的碳钢(例如含有铜或铝的碳钢覆层)，从而抑制碳钢中的铁磁性效应或感应效应。其它非铁磁性金属包括但不限于含有至少15wt%锰、0.7wt%碳、2wt%铬的锰钢；含有至少18wt%铝的铁铝合金；以及奥氏体不锈钢如304不锈钢或316不锈钢。

导管230、232的部分或全部可以包括导电材料236。导电材料包括但不限于厚壁铜、热处理铜(“硬化铜”)、含铜碳钢覆层、铝、或含不锈钢的铝或铜覆层。导管230、232的尺寸和特征能使导管随后用于注射井和/或生产井。导管230和/或导管232可以包括穿孔或开孔238，以允许流体流入或流出所述导管。在一些实施方案中，部分导管230和/或导管232预先开孔并在孔上初始放置有盖子和随后移除。在一些实施方案中，导管230和/或导管232包括开槽内衬。

在所需的时间后(例如已在所述层中建立起注入能力之后)，可以移除所述穿孔的盖子或者可以打开狭槽以开放部分导管230和/或导管232，从而将导管转化为生产井和/或注射井。在一些实施方案中，通过在导管内插入可膨胀支架移除盖子，从而除掉盖子和/或打开狭槽。在一些实施方案中，应用热量降解放置在导管230和/或导管232的开孔内的物质。降解后，流体可以流入或流出导管230和/或导管232。

可以由一个或多个地面电源通过导体240、240′向导电材料236供电。导体240、240′可以为在管子或其它支撑元件上支撑的电缆。在一些实施方案中，导体240、240′为电从中流过到达导管230或导管232的导管。电接头242可以用于将导体240、240′电偶合至导管230、232上。导体240和导体240′可以被偶合到同一电源上从而形成电路。套管216的各区段(例如封隔器228和电接头242之间的区段)可以包括或由绝缘材料(如搪瓷涂层)制成，以防止电流泄漏入地层表面。

在一些实施方案中，将直流电源提供给第一导管230或第二导管232。在一些实施方案中，将随时间变化的电流提供给第一导管230和/或第二导管232。由导体240、240′流入导管230、232的电流可以是低频电流(例如约50Hz、约60Hz或至多约1000Hz的频率)。第一导管230和第二导管232间的电压差可以为约100-1200伏、约200-1000伏、或约500-700伏。在一些实施方案中，可以应用更高频率的电流和/或更高的电压差。应用随时间变化的电流可以允许在地层内放置更长的导管。应用更长的导管允许在同一时间使更多地层受热，和可以减少总的操作费用。流入第一导管230的电流可以流过烃层212至第二导管232和回到电源。通过烃层212的电流有可能导致电阻加热烃层。

在加热过程中，可以在地面测量导管230、232中的电流。可以通过测量进入导管230、232的电流来监测加热过程的进展。导管230、232间的电流可以稳步增加，直到达到预定的上限(Imax)。在一些实施方案中，在导管处发生水的蒸发，在该时刻观察到电流下降。系统的电流用箭头244表示。在导管230、232之间的含烃层212中的电流加热各导管之间和周围的烃层。导管230、232可以为地层内为各井间提供多个通道的各导管图案的一部分，从而使层212的更大部分受热。所述图案可以为规则图案(例如三角形或矩形图案)或不规则图案。

图3描述了应用导电材料处理地下地层的系统的实施方案的示意图。导管246和地线248可以由井孔224、224′延伸进入烃层212。地线248可以为离导管246约5-30m远(例如约10m、约15m、或约20m)在烃层212中放置的棒或导管。在一些实施方案中，电绝缘体234′将地线248与套管216′和/或位于井孔224′中的导管段250电绝缘。如图所示，地线248为包括开孔238的导管。

导管246可以包括导电材料236的区段252、254。区段252、254可以通过电绝缘材料256隔开。电绝缘材料256可以包括聚合物和/或一个或多个陶瓷绝缘体。区段252可以通过导体240电偶合至电源上。区段254可以通过导体240′电偶合至电源上。电绝缘体234可以将导体240与导体240′隔开。电绝缘材料256的尺寸和绝缘性能可足以抑制电流从区段252流过绝缘材料256到区段254。例如，电绝缘材料256的长度可以为约30米、约35米、约40米或更长。应用具有导电区段252、254的导管可以允许在地层内钻探更少的井孔。具有导电区段的导管(“分段热源”)可以允许更长的导管长度。在一些实施方案中，分段热源允许用于驱油方法(例如蒸汽辅助重力排油和/或循环蒸汽驱油方法)的注射井相距更远，和因此实现总体更高的采收效率。

通过导体240提供的电流可以流入导电区段252、通过烃层212至与区段252相对的地线248的区域。电流可以沿着地线248流入与区段254相对的地线的区段。电流可以流过烃层212至区段254和通过导体240′回到电源回路，从而完成整个电路。电接头258可以将区段254与导体240′电偶合。电流用箭头244表示。流过烃层212的电流可以加热烃层，在所述层中产生流体注入能力、使所述层中的烃移动和/或使所述层中的烃热解。当应用分段热源时，用于烃层初始加热所需的电流量可以比应用两个非分段热源或两个电极加热时所需的电流少至少50%。应用生产井可以从烃层212和/或地层的其它区域中产出烃。在一些实施方案中，导管246的一个或多个区段位于页岩层中，而地线248位于烃层212中。电流沿相对方向通过导体240、240′的电流可以允许至少部分抵消由电流引起的磁场。至少部分抵消磁场可以抑制在导管246的上覆地层部分和井孔224的井头中产生感应效应。

图4描述了其中使用第一导管246和第二导管246′加热烃层212的实施方案。电绝缘材料256可以将第一导管246的区段252、254隔开。电绝缘材料256′可以将第二导管246′的区段252′、254′隔开。

电流可以由电源流过第一导管246的导体240至区段252。电流可以流过含烃层212至第二导管246′的区段254′。电流可以通过第二导管246′的导体240′返回电源。类似地，电流可以流过第二导管246′的导体240至区段252′，流过烃层212至第一导管246的区段254，和电流可以通过第一导管246的导体240′返回电源。电流流动用箭头244表示。由导管246、246′的导电区段产生的电流可以加热导管间的部分烃层212，和在所述层中产生流体注入能力、使所述层中的烃移动、和/或使所述层中的烃热解。在一些实施方案中，导管246、246′的一个或多个部分放置在页岩层中。

如参考图3和图4所述，通过形成相对的电流流动通过井孔，可以抵消上覆地层内的磁场。抵消上覆地层内的磁场可以允许在上覆地层的套管216中应用铁磁性材料。在井孔中应用铁磁性套管可能比非铁磁性套管(如玻璃纤维套管)更便宜和/或更易于安装。

在一些实施方案中，可以从公用井孔中分支出两个或多个导管。图5描述了从一个公用井孔中延伸出两个导管的实施方案的示意图。从一个公用井孔延伸出多个导管有可能通过在地层内形成更少的井孔而降低成本。应用公用井孔可以允许井孔之间相距更远，并与通过地层为每个导管钻探两个不同的井孔一样产生相同的热效率和相同的加热时间。应用公用井孔可以允许将铁磁性材料用于上覆地层的套管216中，这是因为导管230、232的上覆地层区段中近似相等且流向相对的电流抵消了磁场。从一个公用井孔延伸出多个导管可以允许使用更长的导管。

导管230、232可以从井孔224的公用垂直部分260延伸出来。导管232可以通过垂直部分260的开孔(例如采矿用窗口)进行安装。导管230、232可以从垂直部分260基本水平或倾斜地延伸。导管230、232可以包括导电材料236。在一些实施方案中，如图3和图4中针对导管246所述，导管230、232包括导电区段和电绝缘材料。导管230和/或导管232可以包括开孔238。电流可以从电源通过导体240流入导管230。电流可以流过含烃层212至导管232。电流可以从导管232流过导体240′返回电源而完成回路。由箭头244表示的从导管230、232流过烃层212的电流加热导管间的烃层。

在某些实施方案中，用高电导率材料涂覆或包覆电极(如导管230、232、导管246和/或地线248)以减少能量损失。在一些实施方案中，用高电导率材料涂覆或包覆上覆地层导体(如导体240)。图7描述了带有加热区覆层264的导管230和带有上覆地层覆层266的导体240的实施方案。在某些实施方案中，导管230由碳钢制成。覆层264可以为铜或其它高导电性材料。在某些实施方案中，覆层264和/或覆层266通过在导管或导体上包裹覆层的薄层而与导管230和/或导体240偶合。在一些实施方案中，覆层264和/或覆层266通过应用电解沉积或涂覆覆层而与导管230和/或导体240偶合。

在某些实施方案中，由于沿导体的电流基本恒定，上覆地层覆层266沿导体240长度的厚度基本恒定。但在地层的烃层中，如果注入地层的电流是均匀的，则电流流入地层内和电流沿导管230的长度线性降低。由于导管230中的电流沿导管长度降低，加热区覆层264的厚度可以与电流一起线性减小，但仍然将沿导管长度的能量损失降低至可接受的水平。沿导管230的长度将加热区覆层264逐渐缩减至较薄厚度会减小在导管上设置覆层的总成本。

可以选择加热区覆层264的锥度，以沿导管230的长度提供一定的电输出特性。在某些实施方案中，设计加热区覆层264的锥度以沿导管长度提供近似恒定的电流密度，从而沿导管长度电流线性降低。在一些实施方案中，设计加热区覆层264的厚度和锥度，从而在选定的加热速率或低于该加热速率下(例如为约160W/m或低于该值)加热地层。在一些实施方案中，设计加热区覆层264的厚度和锥度，从而使沿覆层的电压梯度小于选定值(例如小于约0.3V/m)。

在某些实施方案中，可以实施分析计算以优化加热区覆层264的厚度和锥度。可以优化加热区覆层264的厚度和锥度，从而相比于应用恒定厚度的加热区覆层产生较大的成本节约。例如通过沿导管230的长度方向使加热区覆层264形成锥度，有可能节约超过50%的成本。

在某些实施方案中，用导电材料和/或导热材料填充电极(如导管230、232、导管246和/或地线248)的钻孔。例如，可以用导电材料和/或导热材料填充导管的内侧。在某些实施方案中，用石墨、导电性水泥或它们的组合物填充带有电极的井孔。用导电和/或导热材料填充井孔可以增加向地层内传导电流的电极的有效电直径，和/或增加在井孔中产生的任意热的分配。

在一些实施方案中，应用图2、3、4和/或5中描述的实施方案中所述的加热系统加热地下地层，从而将烃层212中的流体加热到移动、减粘和/或热解温度。这种受热的流体可以由烃层和/或地层的其它区域生产。当加热烃层212时，烃层受热部分的电导率增加。例如，当地层的温度从20℃增加到100℃时，接近地面的烃层的电导率可以增加三倍。对于更深的地层，由于流体压力增加，水的蒸发温度较高，电导率的增加可能更大。电导率的更大增加可能会增加地层的加热速率。因此，当地层内的电导率增加时，加热的增加可能更多集中在较深的层中。

作为加热的结果，烃层中重烃的粘度会减小。粘度减小可以在所述层中产生更多的注入能力和/或使烃在所述层中移动。作为应用如图2、3、4和/或5中描述的实施方案中描述的加热系统能够迅速加热烃层的结果，可以更迅速地实现烃层中足够的流体注入能力，例如在约两年内实现。在一些实施方案中，应用这些加热系统在热源和生产井之间产生用于驱动和/或移动过程的排放路径。在一些实施方案中，应用这些加热系统在驱油过程中提供热量。与驱油方法的热量输入(例如蒸汽注入的热量输入)相比，通过加热系统提供的热量可能较小。

一旦已经建立了足够的流体注入能力，则可以向烃层212的受热部分注入驱动流体、加压流体和/或溶解流体。在一些实施方案(例如图2和5中描述的实施方案)中，导管232穿孔，和流体通过导管注入，以移动和/或进一步加热烃层212。流体可以朝向导管230排放和/或移动。导管230可以在导管232开孔的同时开孔，或者在开始生产时开孔。地层流体可以通过导管230和/或地层的其它区域生产。

如图6所示，导管230放置在位于烃层212A和212B之间的层262中。导管232位于烃层212A中。如图6所示，导管230、232可以为图2和/或图5中描述的导管230、232以及图3和图4中描述的导管246、246′或地线248中的任一个。在一些实施方案中，部分导管230位于烃层212A或212B和层262中。

层262可以为导电层、水/砂层、或孔隙率与烃层212A和/或烃层212B不同的烃层。在一些实施方案中，层262为页岩层。层262的电导率可以为约0.2-0.5mho/m。烃层212A和/或212B的电导率可以为约0.02-0.05mho/m。层262与烃层212A和/或212B之间的电导率比可以为约10:1、约20:1、或约100:1。当层262为页岩层时，加热所述层可以使页岩层脱水和增加所述页岩层的渗透率，以允许流体流过所述页岩层。页岩层中渗透率增加允许移动的烃从烃层212A流入烃层212B，允许驱动流体注入烃层212A中，和/或允许在烃层212A中实施蒸汽驱油过程(例如SAGD、循环的蒸汽浸泡(CSS)、顺序CSS和SAGD或蒸汽驱油、或同时的SAGD和CSS)。

在一些实施方案中，选择导电层以在导电层内提供电导率的横向连续性，和对于给定厚度，提供比周围烃层明显更高的电导率。按此基准选择的薄导电层基本上可以限制热产生在导电层内及其周围，和允许电极排间大得多的间距。在一些实施方案中，以电阻测井为基准选择待加热的层，从而提供电导率的横向连续性。对于待加热层的选择在Glandt等人的美国专利US 4,926,941中有述。

一旦产生了足够的流体注入能力，可以通过注射井和/或导管230向层262中注入流体，以加热或移动烃层212B中的流体。可以由烃层212B和/或所述地层的其它区域生产流体。在一些实施方案中，在导管232中注入流体，以移动和/或加热烃层212A。可以由位于烃层212B和/或所述地层的其它区域中的导管230和/或其它生产井生产受热和/或移动的流体。

在某些实施方案中，除了原位热处理方法外，组合加压流体应用溶解流体处理烃地层。在一些实施方案中，在应用驱油方法处理烃地层之后，组合加压流体应用溶解流体。在一些实施方案中，使溶解流体发泡或将其制成泡沫以提高驱油方法的效率。因为泡沫的有效粘度可能大于各组分的粘度，应用泡沫组合物可以提高驱动流体的驱油效率。

在一些实施方案中，所述溶解流体包括泡沫组合物。所述泡沫组合物可以与加压流体和/或驱动流体同时或交替注入，以在加热的区域中形成泡沫。应用泡沫组合物可能比应用聚合物溶液更有利，这是因为泡沫组合物在至多600℃的温度下热稳定，而聚合物组合物在温度高于150℃时可能会降解。与应用聚合物组合物相比，在温度高于约150℃下应用泡沫组合物可以允许更多的烃流体和/或更有效地从地层内脱除烃。

泡沫组合物可以包括但不限于表面活性剂。在某些实施方案中，泡沫组合物包括聚合物、表面活性剂、无机碱、水、蒸汽和/或盐水。所述无机碱可以包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠或它们的混合物。聚合物包括在水或盐水中可溶的聚合物，例如但不限于环氧乙烷或环氧丙烷聚合物。

表面活性剂包括离子型表面活性剂和/或非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂的例子包括α-烯烃磺酸盐、烷基磺酸钠和烷基苯磺酸钠。非离子型表面活性剂包括例如三乙醇胺。能够形成泡沫的表面活性剂包括但不限于α-烯烃磺酸盐、烷基聚烷氧基亚烷基磺酸盐、芳族磺酸盐、烷基芳族磺酸盐、醇乙氧基丙三醇磺酸盐(AEGS)或它们的混合物。能够成为泡沫的表面活性剂的非限定性例子包括AEGS 25-12表面活性剂、十二烷基3EO硫酸钠、和应用Guerbet方法由支化醇制备的硫酸盐，例如十二烷基(Guerber t)3PO硫酸钠⁶³、异十三烷基(Guerbert)4PO硫酸铵⁶³、十四烷基(Guerbert)4PO硫酸钠⁶³。用于处理烃地层的非离子型和离子型表面活性剂和/或它们的应用方法和/或发泡方法在Dilgren等人的美国专利US 4,643,256、Loh等人的US5,193,618、Teletzke等人的US 5,046,560、Sevigny等人的US5,358,045、Wang的US 6,439,308、Shpakoff等人的US 7,055,602、Shpakoff等人的US 7,137,447、Shpakoff等人的US 7,229,950和Shpakoff等人的US 7,262,153以及Wellington等在1988年AmericanChemical Society Symposium Series No.373的"Surfactant-Induced Mobility Control for Carbon Dioxide Studied withComputerized Tomography"中有述。

在加入蒸汽的过程中或之后，可以通过注入泡沫组合物在地层内形成泡沫。在注入泡沫组合物之前、过程中或之后，可以向地层内注入加压流体(例如二氧化碳、甲烷和/或氮)。加压流体的类型可以基于泡沫组合物中应用的表面活性剂。例如二氧化碳可以与醇乙氧基丙三醇磺酸盐一起应用。加压流体和泡沫组合物可以在地层内混合和产生泡沫。在一些实施方案中，在注入前可以使不可冷凝气体与泡沫组合物混合以形成预发泡组合物。可以定期性地向受热的地层内注入泡沫组合物、加压流体和/或预发泡组合物。可以在足以置换地层流体但不压裂贮层的压力下注入泡沫组合物、预发泡组合物、驱动流体和/或加压流体。

图8描述了具有感应供电管的U形加热器的实施方案。加热器222包括在横跨井孔224A和井孔224B的开孔中的电导体220和管子226。在某些实施方案中，电导体220和/或电导体的电流负载部分与管子226电绝缘。电导体220和/或电导体的电流负载部分与管子226电绝缘，从而电流不从电导体流入所述管子，反之亦然(例如所述管子不与所述电导体电连接)。

在一些实施方案中，电导体220在管子226内部中心处(例如如图9所示，应用定中心器214或其它支承结构)。定中心器214可以使电导体220与管子226电绝缘。在一些实施方案中，管子226与电导体220接触。例如，管子226可以悬挂、垂下、或以其它方式接触电导体220。在一些实施方案中，电导体220包括使电导体的电流负载部分与管子226绝缘的电绝缘层(例如氧化镁或搪瓷)。如果电导体与管子相互之间物理接触，则所述电绝缘层抑制电流在电导体220的电流负载部分和管子226间流动。

在一些实施方案中，电导体220为暴露的金属导体加热器或套管式加热器。在某些实施方案中，电导体220为绝缘导体如矿物绝缘导体。绝缘导体也可以具有铜芯、铜合金芯或类似导电的具有低电耗的低电阻芯。在一些实施方案中，所述芯为直径在约0.5-1"(1.27-2.54cm)之间的铜芯。绝缘导体外皮或外套可以为非铁磁性的耐腐蚀钢如347不锈钢、625不锈钢、825不锈钢、304不锈钢或带有保护层(例如保护性覆层)的铜。所述外皮的外径在约1-1.25"(2.54-3.18cm)之间。

在一些实施方案中，绝缘导体外皮或外套与管子226物理接触(例如所述管子沿管子长度与外皮物理接触)，或者所述外皮与所述管子电连接。在该实施方案中，绝缘导体的电绝缘使绝缘导体的芯与外套和管子电绝缘。图10描述了带有与管子226电接触的绝缘导体外皮的感应加热器的实施方案。电导体220为绝缘导体。绝缘导体外皮应用电接头268与管子226电连接。在一些实施方案中，电接头268为滑动接触器。在某些实施方案中，电接头268将绝缘导体外皮与管子226在管子终端处或其附近电连接。在管子226终端处或其附近的电连接基本上用沿绝缘导体外皮的电压平衡了沿管子的电压。使沿管子226的电压与沿外皮的电压平衡可以抑制在管子和外皮之间产生电弧。

如图8、9和10所示，管子226可以为铁磁性的或包括铁磁性材料。管子226的厚度可以使得电导体220用随时间变化的电流供电时，由于管子的铁磁性性能，电导体在管子226的表面上产生感应电流(例如在管子内部和管子外部都产生感应电流)。在管子226的表面的趋肤深度中产生感应电流，从而管子作为趋肤效应加热器操作。在某些实施方案中，感应电流在管子226的内表面和/或外表面上沿轴向(纵向)循环。流过电导体220的电流的纵向流动主要在管子226中感应产生纵向电流(大多数感应电流在管子中沿纵向流动)。与感应电流主要为角电流相比，使管子226中主要为纵向的感应电流可以提供每英尺更高的电阻。

在某些实施方案中，管子226中的电流用电导体220中的低频电流感应产生(例如从50Hz或60Hz到约1000Hz)。在一些实施方案中，在管子226内表面和外表面上的感应电流基本相等。

在某些实施方案中，管子226的厚度大于管子中铁磁性材料在铁磁性材料的居里温度处或其附近或者在铁磁性材料的相变温度或其附近的趋肤深度。例如，管子226的厚度可以为管子中铁磁性材料在铁磁性材料的居里温度或相变温度附近的趋肤深度的至少2.1倍、至少2.5倍、至少3倍或至少4倍。在某些实施方案中，管子226的厚度为管子中铁磁性材料在低于铁磁性材料的居里温度或相变温度约50℃下的趋肤深度的至少2.1倍、至少2.5倍、至少3倍或至少4倍。

在某些实施方案中，管子226为碳钢。在一些实施方案中，管子226用耐腐蚀涂层(例如瓷或陶瓷涂层)和/或电绝缘涂层涂覆。在一些实施方案中，电导体220具有电绝缘涂层。管子226和/或电导体220上的电绝缘涂层的例子包括但不限于搪瓷涂层、氧化铝涂层或氧化铝-二氧化钛涂层。在一些实施方案中，管子226和/或电导体220用涂层如聚乙烯或其它合适的低摩擦系数涂层涂覆，所述涂层在为加热器供电时可以熔化或分解。所述涂层可能利于管子和/或电导体在地层内放置。

在一些实施方案中，管子226包括耐腐蚀铁磁性材料，例如但不限于410不锈钢、446不锈钢、T/P91不锈钢、T/P92不锈钢、合金52、合金42和Invar 36。在一些实施方案中，管子226为添加有钴(例如加入约3-10wt%的钴)和/或钼(例如约0.5wt%钼)的不锈钢管子。

在管子226中的铁磁性材料的居里温度或相变温度处或其附近，铁磁性材料的磁导率迅速降低。当管子226的磁导率在居里温度或相变温度处或其附近降低时，在管子中有很少或根本没有电流，这是因为在这些温度下，管子基本上为非铁磁性的，和电导体220不能在管子中产生感应电流或不能产生明显的感应电流。在管子226中有很少或者根本没有电流，管子的温度会降低至更低温度，直到磁导率增加和管子再次变为铁磁性的。因此，管子226在居里温度或相变温度处或其附近会自我限制，和由于管子中铁磁性材料的铁磁性性能，作为限温加热器操作。因为在管子226中产生感应电流，与将电流直接施加到铁磁性材料的限温加热器相比，其调节比可能更高，和管子的电流下降更急剧。例如，应用管子226中的感应电流的加热器的调节比可以为至少约5、至少约10、或至少约20，而将电流直接施加到铁磁性材料的限温加热器的调节比可能为至多约5。

当在管子226中产生感应电流时，管子为烃层212提供热量并在烃层中确定加热区。在某些实施方案中，管子226加热到至少约300℃、至少约500℃、或至少约700℃的温度。因为在管子226的内表面和外表面上都产生感应电流，与将电流直接施加到铁磁性材料且将电流限制在一个表面的限温加热器相比，管子的产热增加。因此，可以向电导体220提供较少的电流，以与将电流直接施加到铁磁性材料的加热器产生相同的热量。在电导体220中应用较少的电流降低了功率消耗且减少了在地层的上覆地层内的功率损失。

在某些实施方案中，管子226具有较大直径。可以应用较大直径来平衡或基本平衡管子上来自管子内部或外部的高压。在一些实施方案中，管子226的直径在约1.5"(约3.8cm)-约5"(约12.7cm)之间。在一些实施方案中，管子226的直径为约3-13cm、约4-12cm或约5-11cm。增加管子226的直径可以通过增加管子的换热表面积而向地层提供更多的热量输出。

在一些实施方案中，流体流过管子226的环形面或流过管子内部的另一导管。例如，可以应用流体冷却加热器、由加热器回收热量和/或在向加热器供电之前初始加热地层。

在一些实施方案中，加热含烃地层的方法可以包括应用感应加热器在第一频率下为位于地层内的细长电导体提供随时间变化的电流。可以在第一频率下用随时间变化的电流在铁磁性导体内产生感应电流。在一些实施方案中，铁磁性导体可以至少部分包围电导体和至少部分绕电导体纵向延伸。铁磁性导体可以用感应电流电阻加热。例如，可以用感应电流电阻加热所述铁磁性导体，从而将铁磁性导体电阻加热到第一温度。第一温度可以至多为约300℃。可以允许热量在第一温度下从铁磁性导体传递到至少部分地层。可以在第一温度下用铁磁性导体蒸发地层内的至少一些水。在这些较低的温度下(例如至多约260℃或约300℃)，可以在不损坏加热器的条件下抑制焦炭的形成。

在一些实施方案中，可以在第二频率下向细长电导体提供随时间变化的电流。可以在第二频率下用随时间变化的电流在铁磁性导体内产生感应电流。可以用感应电流电阻加热铁磁性导体。例如，可以用感应电流电阻加热所述铁磁性导体，从而将铁磁性导体电阻加热到第二温度。第二温度可以高于约300℃。可以允许热量在第二温度下从铁磁性导体传递到至少部分地层。可以在第二温度下用铁磁性导体使部分地层内的至少一些烃移动。用第二频率时必须注意，因为它不能升温太高，否则有可能损坏感应加热器。在一些实施方案中，可以由Siemens AG(德国慕尼黑)提供多频低温感应加热器。

应理解本发明不限于所描述的特定系统，它当然可以改变。还应理解这里应用的术语只是为了描述特定的实施方案，而不用于限制。正如本说明书中所应用的，如果上下文中没有清楚地指明，则单数形式也包括复数。因此，例如，当提到“岩芯”时包括两个或多个岩芯的组合，和当提到“材料”时包括材料的混合物。

在阅读了本说明书后，本发明各个方面的进一步调整和替代实施方案对本领域的熟练技术人员来说会变得很明显。因此，本说明书只是描述性的，和目的是教导本领域的熟练技术人员实施本发明的通用方式。应理解的是这里所给出和描述的本发明形式是现有的优选实施方案。可以替代这里所说明和描述的元件和材料、可以颠倒部件和过程和可以独立应用本发明的某些特征，所有这些在受益于本发明的说明书之后对本领域熟练技术人员来说都是明显的。在不偏离后面权利要求中所描述的本发明精神和范围的条件下，可以对这里描述的元件进行改变。

应理解的是，以下所述权利要求中的每一特征可以与其它权利要求的特征组合或分开。例如,两个或多个从属权利要求的特征可以组合在一起形成一个多项从属权利要求。

Claims (13)

1.一种加热含烃地层的方法，包括：

在第一频率下向位于地层内的基本为U型的细长电导体提供随时间变化的电流，其中所述电导体至少在地面上第一位置处的第一电触点和地面上第二位置处的第二电触点之间延伸；

在第一频率下用随时间变化的电流在铁磁性导体内产生感应电流，其中在地下地层的烃层内所述铁磁性导体至少部分包围所述电导体和至少部分绕所述电导体纵向延伸，和其中所述铁磁性导体不与所述电导体直接电连接；

用感应电流电阻加热所述铁磁性导体，从而将所述铁磁性导体电阻加热到第一温度，其中所述第一温度至多为约300℃；

允许热量在第一温度下从铁磁性导体传递到至少部分地层；

在第一温度下用铁磁性导体蒸发地层内的至少一些水；

在第二频率下向所述细长电导体提供随时间变化的电流；

在第二频率下用随时间变化的电流在铁磁性导体内产生感应电流；

用感应电流电阻加热所述铁磁性导体，从而将所述铁磁性导体电阻加热到第二温度，其中所述第二温度高于约300℃；

允许热量在第二温度下从铁磁性导体传递到至少部分地层；和

在第二温度下用铁磁性导体使部分地层内的至少一些烃移动。

2.权利要求1的方法，其中所述铁磁性导体的厚度为低于铁磁性材料居里温度50℃下铁磁性导体内铁磁性材料趋肤深度的至少2.1倍。

3.权利要求1的方法，其中所述铁磁性导体和所述电导体相互之间关联构造，从而电流不会从电导体流入铁磁性导体或者反之。

4.权利要求1的方法，还包括沿铁磁性导体的至少一部分长度提供不同的热量输出。

5.权利要求1的方法，还包括沿从第一电触点到第二电触点一个方向向电导体施加电流。

6.权利要求1的方法，还包括由位于地层内的至少一个附加加热器提供热量，其中来自铁磁性导体叠加热的热量由所述至少一个附加加热器提供。

7.权利要求1的方法，还包括由地层内的至少一个用感应电流电阻加热的附加铁磁性导体提供热量，其中来自铁磁性导体叠加热的热量由所述至少一个附加铁磁性导体提供。

8.权利要求1的方法，还包括由地层生产至少一些移动的烃。

9.权利要求1的方法，还包括通过位于地层内的生产井生产至少一些移动的烃。

10.权利要求1的方法，还包括在第二温度下用铁磁性导体热解部分地层内的至少一些烃。

11.权利要求10的方法，还包括由地层生产至少一些热解的烃。

12.权利要求10的方法，还包括通过位于地层内的生产井生产至少一些热解的烃。

13.一种加热含烃地层的方法，包括：

在第一频率下向位于地层内的基本为U型的细长电导体提供随时间变化的电流，其中所述电导体至少在地面上第一位置处的第一电触点和地面上第二位置处的第二电触点之间延伸；

在第一频率下用随时间变化的电流在铁磁性导体内产生感应电流，其中在地下地层的烃层内所述铁磁性导体至少部分包围所述电导体和至少部分绕所述电导体纵向延伸，和其中所述铁磁性导体不与所述电导体直接电连接；

用感应电流电阻加热所述铁磁性导体，从而将所述铁磁性导体电阻加热到第一温度，其中所述第一温度至多为约300℃；

在第二频率下向所述细长电导体提供随时间变化的电流；

在第二频率下用随时间变化的电流在铁磁性导体内产生感应电流；和

用感应电流电阻加热所述铁磁性导体，从而将所述铁磁性导体电阻加热到第二温度，其中所述第二温度高于约300℃。