CN1717529B - 用于加热地下或者地下井孔的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种所描述的方法包括把交流电施加到一个或者多个电导体(112)上。电导体设置在地下或者地下井孔中。在施加交流电时，电导体提供电阻热量输出。至少一个电导体包括电阻铁磁材料。在大于或者接近所选择的温度时，电阻铁磁材料提供减少的热量。允许热量从电阻铁磁材料传递到一部分地下或者地下井孔中。

Description

用于加热地下或者地下井孔的方法和系统

技术领域

本发明大体上涉及一种用来加热各种地下地岩层的方法和系统。一些实施例涉及使用温控加热器来加热包括含碳氢化合物的地岩层或者井孔在内的地下地岩层的方法和系统。

背景技术

从地下(例如沉积的)地岩层中所得到的碳氢化合物常常用作能源、供电和消费产品。关心可得到的碳氢化合物源的损耗和减少所产生的碳氢化合物的总量，可以导致生产过程的发展，从而更加有效地恢复、处理和/或使用可得到的碳氢化合物源。原地处理可以用来从地下地岩层中除去碳氢化合物材料。地下地岩层中的碳氢化合物材料的化学和/或物理性能需要改变，从而能够更加容易地从地下地岩层中除去碳氢化合物材料。化学和物理变化包括：地岩层内的碳氢化合物材料的原地反应，这种反应产生了可除去的流体；合成变化；溶解变化；密度变化；相位变化；和/或粘性变化。流体可以是气体、液体、乳状液、混合液和/或具有与液体流相类似的流动特性的固体颗粒流，但不局限于此。

热源用来加热地下地岩层。借助辐射和/或传导，电加热器用来加热地下地岩层。电加热器通过电阻来加热元件。授权给Germain的美国专利No.2548360描述了一种电加热元件，该元件设置在井孔内的粘性油中。加热器元件加热油并且使油变稀，从而使油从井孔中泵出。授权给Eastlund等的美国专利No.4716960描述了一种石油钻井的电加热管，使相对较小的电压电流通过该管以防止固体的形成。授权给Van Egmond的美国专利No.5065818描述了一种电加热元件，在没有铸件包围加热元件的情况下，该加热元件接合到井孔中。

授权给Vinegar等的美国专利No.6023554描述了一种电加热元件，该元件设置在铸件内。加热元件产生加热铸件的辐射能量。粒状的固体填充材料设置在铸件和地岩层之间。铸件可传导地加热填充材料，该填充材料本身可传导地加热地岩层。

授权给Van Meurs等的美国专利No.4570715描述了一种电加热元件。该加热元件具有导电芯、由绝缘材料形成的包围层和包围金属护套。导电芯在高温下具有相对较低的电阻。绝缘材料具有电阻、压缩强度和导热性能，这些在高温下相对较高。绝缘层可以防止芯对金属护套产生电弧。金属护套具有抗拉强度和防蠕变性能，这些在高温下相对较高。

授权给Van Egmond的美国专利No.5060287描述了一种具有铜镍合金芯的电加热元件。

授权给Eric Pierre de Rouffignac等人的美国专利No.US2002/0029881A1描述了一种加热地下或者地下井孔的方法，包括：把交流电供给到一个或者多个电导体中，该电导体设置在地下或者地下井孔中，以提供电阻热量输出，其中至少一个电导体包括电阻铁磁材料，当交流流过电阻铁磁材料时，该电阻铁磁材料提供热量，在大于或者接近所选择的温度时，电阻铁磁材料提供减少的热量；其特征在于，所述电导体在大于或者接近所选择的温度时的AC电阻是这种电导体在小于所选择的温度下处于50度时的AC电阻的80％或者更小；和允许热量从电阻铁磁材料传递到地下的一部分或者地下井孔的一部分中。

具有大量的努力来发展从含碳氢化合物的地岩层中经济地生产出碳氢化合物、氢和/或其它产品的方法和系统。但是，目前，仍然具有许多含碳氢化合物的地岩层，从这些地岩层中不能经济地生产出碳氢化合物、氢和/或其它产品。因此，仍然需要改善用来从各种含碳氢化合物的地岩层中生产出碳氢化合物、氢和/或其它产品的方法和系统。

发明内容

在一个实施例中，交流电供给到一个或者多个电导体中。电导体设置在地下或者设置在地下井孔中。在供给交流电时电导体提供电阻热量输出。至少一个电导体包括电阻铁磁材料。当交流流过电阻铁磁材料时，电阻铁磁材料提供热量。电阻铁磁材料在大于或者接近所选择的温度时提供减少量的热量。在一些实施例中，铁磁材料在大于或者接近所选择的温度时自动地提供减少量的热量。在一些实施例中，所选择的温度接近电阻铁磁材料的居里温度。在一个实施例中，热量从电阻铁磁材料传递到地下或者地下井孔的一部分中。

附图说明

通过阅读优选实施例的下面详细描述及参照附图，本发明的优点对于本领域普通技术人员来讲变得更加清楚，在这些附图中：

图1示出了用来处理含碳氢化合物的地岩层的一部分原地转换系统的实施例的示意图。

图2示出了地岩层中的、导管内的导体式(conductor-in-conduit)热源的实施例。

图3、4和5示出了外部导体具有铁磁部分和非铁磁部分的温控加热器的实施例的横剖视图。

图6、7、8和9示出了外部导体具有铁磁部分和设置在护套内的非铁磁部分的温控加热器的实施例的横剖视图。

图10、11和12示出了具有铁磁外部导体的温控加热器的实施例的横剖视图。

图13、14和15示出了具有外部导体的温控加热器的实施例的横剖视图。

图16、17、18和19示出了温控加热器的实施例的横剖视图。

图20、21和22示出了具有表土部分和加热部分的温控加热器的实施例的横剖视图。

图23示出了合成电导体的连接部分的实施例。

图24示出了合成电导体的连接部分的实施例。

图25示出了合成电导体的连接部分的实施例。

图26示出了绝缘导体加热器的实施例。

图27示出了绝缘导体加热器的实施例。

图28示出了设置在导管内的绝缘导体的实施例。

图29示出了具有低温铁磁外部导体的温控加热器的实施例。

图30示出了导管内的导体式温控加热器的实施例。

图31示出了导管内的导体式温控加热器的实施例的横剖视图。

图32示出了绝缘的导管内的导体式温控加热器的实施例的横剖视图。

图33和34示出了包括绝缘导体的温控加热器的实施例的横剖视图。

图35和36示出了包括绝缘导体的温控加热器的实施例的横剖视图。

图37示出了其中一个实施例的顶视图。

图38示出了温控加热器的温度对时间的图解。

图39示出了对于降载比为2∶1的居里温度加热器而言作为地岩层深度的函数的、导管内的导体式加热器的中心导体的温度。

图40示出了在降载比(turndown ratio)为2∶1的情况下通过地岩层的相应加热器热流量和油页岩丰富度分布。

图41示出了在降载比为3∶1的情况下作为地岩层深度的函数的加热器温度。

图42示出了在降载比为3∶1的情况下通过地岩层的相应加热器热流量和油页岩丰富度分布。

图43示出了在降载比为4∶1的情况下作为地岩层深度的函数的加热器温度。

尽管本发明适合于各种改进和替换方式，但是在附图中借助例子示出了具体实施例，并且详细地描述了这些实施例。附图不是按比例的。但是，应该知道，这些附图和详细描述不是用来把本发明限制到所公开的特殊形状上，相反，本发明覆盖落入附加权利要求所限定出的本发明的精神实质或者范围内的所有改进、等同物和替换方式。

具体实施方式

下面描述大体上涉及一种用来处理含碳氢化合物的地岩层(例如，包含煤(包括褐煤、腐泥煤等)、油页岩、碳质页岩、次石墨、油母岩质、沥青、油、低渗透母岩中的油母岩质和油、重质碳氢化合物、沥青岩、天然矿物蜡的一种地岩层，一些地岩层，在这些地岩层中，油母岩质阻止形成其它碳氢化合物等)的系统和方法。对这些地岩层进行处理以形成质量相对较高的碳氢化合物、氢和/或其它产品。

“碳氢化合物”通常定义成主要由碳和氢原子所形成的分子。碳氢化合物还可以包括其它元素如卤素、金属元素、氮、氧和/或硫，但不局限于此。碳氢化合物可以是油母岩质、沥青、焦性沥青、油、天然矿物蜡和沥青岩，但不局限于此。碳氢化合物可以位于泥土内的矿石母岩内部或者邻近该母岩。这些母岩可以包括沉积岩、砂、沉积石英岩(silicilytes)、碳酸盐、硅藻土或者其它多孔介质，但不局限于此。“碳氢化合物流体”是包括碳氢化合物在内的流体。碳氢化合物流体可以包括、夹带或者被夹带在非碳氢化合物流体中(如氢(H2)、氮(N2)、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、水和氨)。

“地岩层”包括一个或者多个含碳氢化合物的层、一个或者多个非碳氢化合物层、表土和/或底土(underburden)。“表土”和/或“底土”包括一个或者多个不同类型的不能渗透或者基本上不能渗透的材料。例如，表土和/或底土可以包括岩石、页岩、泥石或者湿的/密封的碳酸盐(即，没有碳氢化合物的、不能渗透的碳酸盐)。在原地转化过程的一些实施例中，表土和/或底土可以包括一个含碳氢化合物的层或者包括多个含碳氢化合物的层，这些层在原地转化过程期间相对不能渗透并且不会受到温度影响，而这种原地转化过程可以导致表土和/或底土的、含碳氢化合物的层产生明显的特性变化。例如，底土可以具有页岩或者泥石。在一些情况下，表土和/或底土可以稍稍渗透。

术语“地岩层流体”和“所形成的流体”是离开含碳氢化合物的地岩层的流体，并且可以包括热解流体、合成气、流动的碳氢化合物和水(蒸汽)。术语“流动的流体”是指位于地岩层内的流体，这些流体由于地岩层的热处理而可以流动。地岩层流体包括碳氢化合物流体及非碳氢化合物流体。

“热源”是这样的任何系统：该系统主要借助导热和/或辐射热传递向至少一部分的地岩层中提供热量。

“加热器”可以是用来在井或者靠近井孔区域中产生热量的任何系统。加热器可以是电加热器、火炉、燃烧器(它与地岩层中的材料或者由地岩层所形成的材料进行反应)(如天然分配燃烧器)和/或它们的结合体，但不局限于此。“热源装置”是指许多热源，这些热源形成了模板，该模板进行重复以在地岩层内产生热源的模型。

术语“井孔”是指地岩层中的孔，该孔通过钻孔来形成，或者通过把导管插入到地岩层中来形成。井孔具有基本上是圆形的横截面或者其它横截面形状(如圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、缝隙或者其它规则或者不规定的形状)。如这里所使用的一样，术语“井”和“开口”在指地岩层中的开口时可以与术语“井孔”互换使用。

“绝缘导体”是指任何细长材料，该细长材料可以导电，并且它的全部或者一部分被电绝缘材料所盖住。术语“自控制”是指在没有任何外部控制的情况下控制加热器的输出。

“热解流体”或者“热解产品”是指基本上在碳氢化合物的热解期间所产生的流体。由热解反应所产生的流体可以与地岩层中的其它流体进行混合。该混合物被认为是热解流体或者热解产品。如这里所使用的一样，“热解区域”是指这样的地岩层体积(即相对可渗透的地岩层如沥青砂地岩层)，该体积被反应或者进行反应以形成热解流体。

“可凝结碳氢化合物”是这样的碳氢化合物，该化合物在一个大气绝对压力下在25度下进行凝结。可凝结碳氢化合物可以包括碳数目大于4的碳氢化合物的混合物。“非凝结碳氢化合物”是这样的碳氢化合物：它在25度和一个大气绝对压力下不能进行凝结。非凝结碳氢化合物可以包括碳数目小于5的碳氢化合物。

以各种各样的方式来处理地岩层中的碳氢化合物，以形成许多不同的产品。在某些实施例中，这些地岩层可以进行多阶段处理。在一个实施例中示出了加热含碳氢化合物的地岩层的多个阶段。在一个实施例中还示出了由含碳氢化合物的地岩层所形成的地岩层流体产量(每吨油等量的桶数)(y轴)对地岩层温度(℃)(x轴)(当以相对较小的速度来加热地岩层时)的例子。

甲烷的解吸和水的蒸发产生于阶段1的加热期间。可以尽可能快地实现通过阶段1来加热地岩层。例如，当含碳氢化合物的地岩层在初始加热时，地岩层中的碳氢化合物可以解吸吸附了的甲烷。由地岩层来制造出解吸甲烷。如果进一步加热含碳氢化合物的地岩层，那么含碳氢化合物的地岩层内的水可以被蒸发。在一些含碳氢化合物的地岩层中，水占住了地岩层中的孔容积的大约10％到大约50％。在其它地岩层中，水占住了更大或者更小部分的孔容积。在大约160度到大约285度之间，在绝对压力为大约6巴到70巴时水在地岩层内通常进行蒸发。在一些实施例中，蒸发的水在地岩层产生湿度变化，和/或增加地岩层压力。湿度变化和/或增大的压力可以影响地岩层中的热解反应或者其它反应。在一些实施例中，蒸发的水可以由地岩层来产生。在一些其它实施例中，蒸发的水用于蒸汽抽出和/或用于在地岩层中或者在地岩层外部进行蒸馏。从地岩层中除去水和提高地岩层中的孔容积，可以增加孔容积中的碳氢化合物的储存空间。

在阶段1加热之后，地岩层可以得到进一步加热，以致地岩层中的温度达到(至少)初始热解温度(如处于阶段2所示的温度范围下端的温度)。地岩层内的碳氢化合物在整个阶段2中进行热解。热解温度范围根据地岩层中的碳氢化合物的类型可以改变。热解温度范围可以包括位于大约250度到大约900度的温度。用来形成理想产品的热解温度范围只延伸通过总热解温度范围的一部分。在一些实施例中，用来形成理想产品的热解温度范围包括大约250度到大约400度的温度。如果地岩层中的碳氢化合物的温度在从大约250度到大约400的温度范围中慢慢升高，那么在温度接近400度时基本上可以生产出热解产品。通过若干热源来加热含有碳氢化合物的地岩层，可以在热源周围形成热梯度，而这些热源在整个热解温度范围内慢慢地升高地岩层中的碳氢化合物的温度。

在一些原地转换实施例中，要进行热解的碳氢化合物的温度在从大约250度到大约400度的整个温度范围内可以不慢慢地升高。把地岩层中的碳氢化合物加热到理想温度(如大约325度)。可以选择其它温度作为理想温度。叠加来自一些热源中的热量，从而可以相对较快地、有效地在地岩层中形成理想温度。可以调整从一些热源中输入到地岩层中的能量，以使地岩层中的该温度基本上保持在理想的温度上。使碳氢化合物基本上保持在理想的温度上，直到热解接近结束，以致从地岩层中形成理想地岩层流体变得不经济为止。

包括热解流体在内的地岩层流体由该地岩层形成。热解流体可以包括碳氢化合物、氢、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氨、氮、水及它们的混合物，但不局限于此。当地岩层的温度升高时，所生产出的地岩层流体中的可凝结碳氢化合物的量趋于减小。在高温下，地岩层可生产出大量的甲烷和/或氢。如果在整个热解范围内加热含碳氢化合物的地岩层，地岩层向着热解范围的上限只生产小量的氢。在所有的、可得到的氢耗尽之后，从地岩层中典型地产生了最小量的流体产品。

在碳氢化合物进行热解之后，大量的碳和一些氢仍然存在于地岩层中。以合成气的形式从地岩层中生产出地岩层中的大部分剩余碳。合成气的产生可以发生在一个实施例所示的阶段3加热过程中。阶段3可以包括：把含碳氢化合物的地岩层加热到足以产生合成气的温度。例如，在从大约400度到大约1200度的温度范围内生产出合成气。当产生合成气的流体加入到地岩层中时，地岩层温度可以确定在地岩层内所产生的合成气的成分。如果在足以能够产生合成气的温度下使产生合成气的流体加入到地岩层中，那么在地岩层中可以产生合成气。通过一个或者多个生产井从地岩层中移走所产生的合成气。在产生合成气期间，可生产出大量的合成气。

图1示出了一部分用来处理含碳氢化合物的地岩层的原地转换系统的实施例的示意图。热源100可以放置在含碳氢化合物的地岩层的至少一部分内。热源100向含碳氢化合物的地岩层的至少一部分提供热量。通过供给线路102把能量供给到热源100中。根据用来加热地岩层的一个或者多个热源的类型，这些供给线路的结构可以不同。热源的供给线路可以为电加热器输送电、可以为燃烧器输送燃料、或者可以输送在地岩层内进行循环的热交换流体。

生产井104可以用来从地岩层中移走地岩层流体。从生产井104中所生产出的地岩层流体通过收集管106输送到处理设备108中。地岩层流体也可以由热源100来生产出。例如，流体可以由热源100来生产出，以控制邻近热源的地岩层内的压力。由热源100所生产出的流体通过管子输送到收集管106中，或者所生产出的流体通过管子直接输送到处理设备108中。处理设备108包括分离装置、反应装置、浓缩装置、燃料电池、涡轮、储存容器和其它系统及用来处理所生产出的地岩层流体的装置。

用来处理碳氢化合物的原地转换系统可以包括潜堰井(barrierwell)110。在一些实施例中，潜堰井110包括冻结井。在一些实施例中，潜堰可以用来防止流体(如所产生的流体和/或地下水)流入到和/或流出进行原地转换过程的地岩层的一部分。潜堰包括自然产生的部分(如表土和/或底土)、冻结井、冻结潜堰区域、低温潜堰区域、灌浆井、硫磺井、脱水井、喷射井、由在地岩层内所产生的凝胶形成的潜堰、由盐沉淀在地岩层内所形成的潜堰、由在地岩层内进行聚合反应所形成的潜堰、驱动到地岩层中的一些薄片、或者它们的结合体，但不局限于这些。

如图1所示，除了热源100之外，一个或者多个生产井104典型地被设置在含碳氢化合物的地岩层的该部分内。通过生产井104来生产出地岩层流体。在一些实施例中，生产井104可以包括热源。该热源可以加热位于该生产井或者邻近该生产井的该部分地岩层，并且能够气相地移走地岩层流体。减少了或消除了从生产井中高温泵出液体的需要。避免或者限制高温泵出液体，大大地减少了生产成本。在生产井中或者通过生产井提供热量可以：(1)当这种生产流体在接近表土的生产井内进行运动时，防止生产流体进行冷凝和/或回流；(2)增加输入到地岩层中的热量；和/或(3)在生产井处或者在生产井附近处增加地岩层渗透性。在一些原地转换过程的实施例中，供给到生产井中的热量明显小于施加到加热地岩层的热源中的热量。

绝缘导体加热器可以是热源的加热元件。在绝缘导体加热器的实施例中，绝缘导体加热器是矿物绝缘电缆或者杆。绝缘导体加热器可以放置在含碳氢化合物的地岩层中的开口中。绝缘导体加热器可以设置在含碳氢化合物的地岩层中的、未加外壳的开口中。把加热器设置在含碳氢化合物的地岩层中的、未加外壳的开口中，可以借助辐射和传导使热量从加热器传递到地岩层中。使用未加外壳的开口，无需一部分可以承受高温条件的壳体，因此可以大大地减少加热器的资金成本。在一些加热器实施例中，绝缘导体加热器可以设置在地岩层中的壳体内；可以胶粘在地岩层内；或者通过砂、砂砾或者其它填充材料包装在开口中。绝缘导体加热器可以支撑在支撑件上，该支撑件设置在该开口内。支撑件可以是电缆、杆或者导管(如管)。支撑件可以由金属、陶瓷、无机材料或者它们的结合来形成。在使用期间，支撑件的一部分可以露出到地岩层流体中并且进行加热，因此支撑件可以防化学物品和耐热。

带子、点焊和/或其它类型的连接器可以用来在沿着绝缘导体加热器的长度上的各个位置上把绝缘导体加热器连接到支撑件上。支撑件在地岩层的上表面上连接到井源上。在绝缘导体加热器的实施例中，绝缘导体加热器设置成具有足够的结构强度，因此不需要支撑件。绝缘导体加热器在许多情况下具有极好的弹性，从而在加热或者冷却时抑制热膨胀的损害。

在一些实施例中，在没有支撑件和/或对中装置的情况下，可以把绝缘导体加热器设置在井孔中。没有支撑件和/或对中装置的绝缘导体加热器具有抗温度和抗腐蚀的合适结合、合适的抗蠕变强度、长度、厚度(直径)和冶金性能，这就可以防止绝缘导体在使用期间的失效。

一个或者多个绝缘导体加热器可以设置在地岩层的开口中，以形成一个或者多个加热器。电流可以通过位于开口中的每个绝缘导体加热器，以加热地岩层。此外，电流可以通过所选择的、位于开口中的绝缘导体加热器。这些未使用的导体可以是备用的加热器。绝缘导体加热器可以以任何方便的方式电连接到电源上。绝缘导体加热器的每端可以连接到引入电缆上，这些引入电缆通过井源。这种结构在靠近加热器底部的位置上典型地具有180度弯曲(“险”弯)或者转弯。具有180度弯曲或者转弯的绝缘导体加热器不需要底部终端，但是180度弯曲或者转弯在加热器中可以是电和/或结构较弱的地方。绝缘导体加热器可以串联、并联或者串联和并联结合地电连接在一起。在加热器的一些实施例中，电流可以通到绝缘导体加热器的导体中，并且通过绝缘导体加热器的护套返回。

在加热器的一个实施例中，三个绝缘导体加热器以3相Y形结构电连接到电源中。绝缘导体加热器不需要底部连接。此外，三相线路的所有三个导体在加热器开口的底部附近连接在一起。该连接可以直接形成在绝缘导体加热器的加热部分的端部上或者冷销的端部上，这些冷销在绝缘导体加热器的底部处连接到加热部分上。通过填充和密封绝缘体的金属筒或者通过填充环氧树脂的金属筒来形成底部连接。绝缘体的成分可以与用作电绝缘的绝缘体的成分相同。

使用对中装置使一个实施例所示的三个绝缘导体加热器连接到支撑件上。此外，使用金属带子使三个绝缘导体加热器直接用带子系到支撑管上。对中装置保持一个位置或者防止绝缘导体加热器在支撑件上进行运动。对中装置由金属、陶瓷或者它们的结合物形成。该金属可以是不锈钢或者是可以耐腐蚀和耐热环境的任何其它类型金属。在一些实施例中，对中装置可弯曲而在小于大约6m的距离处将金属带焊接到支撑件上。用在对中装置中的陶瓷可以是Al₂O₃、MgO、Si₃N₄或者其它绝缘体，但不局限于此。对中装置可以将绝缘导体加热器保持在支撑件上的位置，以致在绝缘导体加热器的工作温度下可以防止绝缘导体加热器进行运动。绝缘导体加热器也可以有一些弹性，以在加热期间承受支撑件的膨胀。

支撑件、绝缘导体加热器和对中装置可以设置在碳氢化合物层120的开口118中。使用冷销(cold pin)过渡导体，使绝缘导体加热器可以连接到底部导体接合部。底部导体接合部使绝缘导体加热器相互电连接起来。底部导体接合部包括一些材料，这些材料可以导电，并且在开口118中所发现的温度下不能熔化。冷销过渡导体可以是电阻小于绝缘导体加热器的绝缘导体加热器。

引入导体可以连接到井源128上，以向绝缘导体加热器提供电力。引入导体可以由相对较小电阻的导体形成，以致通过引入导体126的电流产生了相对较小的热量。在一些实施例中，引入导体是橡胶或者聚合体绝缘的多股铜丝。在一些实施例，引入导体是具有铜芯的矿物绝缘导体。通过密封法兰使引入导体在表面130连接到井源128上，该密封法兰设置在表土132和表面130之间。密封法兰可以防止流体从开口118泄漏到表面130上。

在一些实施例中，加强材料134可以把表土壳体136固定到表土132上。在加热器的实施例中，表土壳体是3”直径的碳钢，Schedule40钢管。加强材料134例如可以包括：G级或者H级波特兰水泥，它混合有石英粉以提高高温性能；矿渣或者石英粉；和/或它们的混合物(例如每立方厘米炉渣或者石英粉具有大约1.58克)。在一些加热器实施例中，加强材料134沿着径向延伸一个大约5cm到大约25cm的宽度。在一些实施例中，加强材料134沿着径向延伸一个大约10cm到大约15cm的宽度。

在一些实施例中，设置一个或者多个导管来给地岩层开口提供额外成分(如氮、二氧化碳、还原剂如含气体的氢、等)，从而排出流体和/或控制压力。地岩层压力趋于在热源附近达到最高。在加热器中设置压力控制设备是有益的。在一些实施例中，在热源附近加入还原剂，有助于提供更加有利的热解环境(如更高的氢的局部压力)。由于在热源附近渗透性和多孔性趋于更快地增大，因此在热源附近加入还原剂常常是最佳的，故还原剂可以更加容易地运动到地岩层中。

可以设置一个实施例所示的导管138来通过阀142从气源140中加入气体，并且把该气体加入到开口118中。导管和阀144可以用在不同的时间来在开口118附近生产流体、排出压力和/或控制压力。应该知道，这里所描述的任何热源也可以设置有导管，从而供给额外的成分、排出流体和/或控制压力。

在一个实施例中，支撑件和引入导体在地岩层的表面130处连接到井源128上。表面导体156包围加强材料134并且连接到井源128上。表面导体156的一些实施例具有大约10.16cm到大约30.48cm的外径，例如外径为大约22cm。表面导体的一些实施例延伸到地岩层开口中大约为3m到大约为515m的深度。此外，表面导体延伸到开口中为大约9m的深度。电流从电源供给到绝缘导体加热器中以产生热量。

由绝缘导体加热器所产生的热量至少加热一部分含碳氢化合物的地岩层。在一些实施例中，热量基本上借助使所产生的热量辐射到地岩层中而被输送到地岩层中。由于在开口中具有气体，因此借助热量传导或者对流来输送一些热量。该开口是未加外壳的开口。未加外壳的开口不需要使加热器热胶合到地岩层中有关的成本、与壳体有关的成本和/或把加热器包封在开口内的成本。此外，辐射所产生的热量传递通常比传导所产生的热量传递更加效率高，因此在敞开的井孔中可以以更低的温度来操纵这些加热器。借助在开口中加入气体可以提高在加热器初始工作期间的、传导的热量传递。气体可以保持在高达大约27巴的绝对压力上。该气体可以包括二氧化碳、氢、蒸汽和/或氦，但不局限于此。敞开井孔中的绝缘导体加热器可以有利地进行自由膨胀或者收缩，以适应热膨胀和收缩。绝缘导体加热器可以方便地从敞开的井孔中拆下或者调换。

图2示出了导管内的导体式加热器的实施例，这种加热器可以加热含碳氢化合物的地岩层。导体可以设置在导管138内。导体可以是杆或者由导电材料所形成的导管。低电阻部分148可以设置在导体的两端部上，以在这些部分中产生较小的加热。借助在那个部分使导体具有更大的横截面积来形成小电阻部分148，或者这些部分可以由电阻较小的材料来形成。在一些实施例中，电阻较小的部分148包括连接到导体上的小电阻导体。在一些加热器实施例中，导体可以是直径大约为2cm的316H、347H、304H或者310H不锈钢杆。在一些加热器实施例中，导体是直径大约为2.5cm的316、304或者310不锈钢管。直径更大或者更小的杆或者管可以用来得到理想的地岩层加热。导体的直径和/或壁厚沿着导体的长度可以改变，以在导体的各个部分产生不同的加热速度。

导管可以由导电材料形成。例如，导管可以是3”Schedule40管，该管由347H、316H、304H或者310H不锈钢来形成。导管可以设置在碳氢化合物层120中的开口118内。开口118的直径使得能够容纳导管。开口的直径为大约10cm到大约22cm。直径更大或者更小的开口可以用来容纳特殊的导管或者设计。

借助对中装置150使导体在导管内进行对中。对中装置150可以使导体与导管电绝缘。对中装置150可以防止横向运动并且使导体合适地设置在导管内。对中装置150可以由陶瓷材料或者由陶瓷和金属材料的结合物来形成。对中装置150可以防止导体在导管内进行变形。对中装置150以大约0.1m到大约3m的一些间距沿着导体相隔开。

导体的第二小电阻部分148可以把导体连接到井源128上，如图2所示。电流从电力电缆152通过导体的小电阻部分148供给到导体上。电流从导体通过滑动连接器154到达导管。导管与表土壳体136电绝缘，并且使电流从井源128返回到电力电缆152中。在导体和导管中产生热量。所产生的热量在导管和开口118内进行辐射，以至少加热一部分的碳氢化合物层120。作为例子，把大约480伏的电压和大约549安培的电流供给到位于229m(750ft)加热部分中的导体和导管中，从而使导体和导管产生大约1150瓦特/米的热量。

表土壳体136设置在表土132中。表土壳体136在一些实施例中由防止表土132加热的材料包围。导体的小电阻部分148可以设置在表土壳体136中。导体的小电阻部分148例如由焊接在碳钢上的铜来形成。小电阻部分148的直径为大约2cm到大约5cm，例如直径大约为4cm。使用对中装置150使导体的小电阻部分148在表土壳体136内进行对中。对中装置150沿着导体的小电阻部分148以大约6m到大约12m的间距或者例如以大约9m的间距被隔开。在加热器实施例中，导体的小电阻部分148通过一个或多个焊接连接到导体上。在其它加热器实施例中，小电阻部分通过螺纹、螺纹和焊接或者其它方式连接到导体上。小电阻部分148在表土壳体136内产生很少热量或者没有产生热量。包封材料155可以设置在表土壳体136和开口118之间。包封材料155可以防止回流的流体从开口118流到表面130中。

在加热器实施例中，表土壳体136是3”Schedule40的碳钢管。在一些实施例中，表土壳体可以胶合在表土中。加强材料134可以是耐热水泥如混合有I级波特兰水泥的40％石英粉。加强材料134沿着径向延伸的宽度为大约5cm到大约25cm。加强材料134也可以由用来防止热量流入到表土132中的材料来形成。在其它加热器实施例中，表土壳体136可以不胶合到地岩层中。具有未胶合的表土壳体，在需要拆下导管时，有利于拆下导管。

表面导体156连接到井源128上。表面导体156的直径为大约10cm到大约30cm，或者在一些实施例中，直径为大约22cm。电绝缘密封法兰可以把导体的小电阻部分148机械地连接到井源128上，并且把小电阻部分148电连接到电力电缆152上。电绝缘密封法兰可以把电力电缆152连接到井源128上。例如，电力电缆152可以是铜电缆、金属丝或者其它细长件。电力电缆152包括具有基本上较小的电阻的任何材料。电力电缆可以被夹紧到小电阻导体部分的端部上，以形成电接触。

在一个实施例中，在导管内或者借助导管来产生热量。大约10％到大约40％、或者例如大约20％的、由加热器所产生的总热量在导管内或者借助导管来产生。导管和导管可以由不锈钢来形成。导体和导管的尺寸大小被选择成，使导体散发大约650瓦/米到1650瓦/米范围内的热量。沿着大于大约300m或者甚至大于大约600m的导管的长度上，基本上均匀地加热含碳氢化合物的地岩层。

设置导管158来把来自气源140的气体通过阀142加入到开口118中。开口设置在加强材料134中，从而允许气体进入到开口118中。导管158和阀144可以用在不同的时间来在开口118附近形成流体、排除压力和/或控制压力。应该知道，这里所描述的任何热源也可以设置有导管来供给额外成分，以产生流体和/或控制压力。

在敞开的井孔内，借助导管内的导体式加热器来产生热量。所产生的热量的通过辐射来加热位于导管内的导体式加热器附近的、一部分含碳氢化合物的地岩层。在更小的范围内，导管内的导体式加热器附近的气体输送可以加热一部分地岩层。使用敞开的井孔填充，可以减少使用材料填充开口、以在绝缘导体和地岩层之间提供传导热传递的壳体和包封的成本。此外，与在地岩层中的传导的热量传递相比，辐射的热量传递更加效率高，因此使用辐射的热量传递使这些加热器以较小的温度进行工作。工作在低温下，可以延长加热器的寿命，和/或减少形成加热器所需要的材料的成本。

加热器的一些实施例包括转换开关(如保险丝和/或恒温器)，当在加热器中达到某一条件时，这些开关关闭加热器或者一部分加热器的电力。在一些实施例中，“温控加热器”用来为含碳氢化合物的地岩层提供热量。温控加热器通常指的是这样的加热器：在没有使用外部控制如温度控制器、电力调节器等的情况下，该加热器在指定的温度上调节热量输出(如减少热量输出)。温控加热器可以是AC(交流)电阻加热器。温控加热器与其它加热器相比更加可靠。温控加热器更加不易因地岩层中的热点而损坏或者失效。在一些实施例中，温控加热器可以基本上均匀地加热地岩层。在一些实施例中，借助沿着加热器的整个长度以更高的平均温度进行工作，温控加热器可以更加有效地加热地岩层。温控加热器沿着加热器的整个长度以更高的平均温度进行工作，因为如果沿着加热器的任何点上的温度超过或者将要超过加热器的最大工作温度，那么供给到加热器中的电力不必在整个加热器(例如，沿着加热器的整个长度)中减少，这如典型加热器的情况相同。当接近或者到达加热器的限制温度时，接近加热器的居里温度的、温控加热器的一部分自动地减少这些部分中的热量输出。热量输出可以自动地减少，因为温控加热器在所选择的温度下或者接近所选择的温度时，电性能(如电阻)发生了改变。所减少的热量输出可以是一部分加热器(它处于所选择的温度下或者接近所选择的温度)的局部效果。加热器的一部分(它们小于所选择的温度)可以具有更高的热量输出，同时处于或者接近所选择的温度的加热器的一部分具有减小的热量输出。因此，在加热过程的更大部分期间，更大的电力被供给到温控加热器中。

在减少的热量输出加热系统、装置和方法的上下文中，术语“自动地”装置是这样的系统、装置和方法，它们以某种方法起作用而不使用外部控制(如外部控制器，如具有温度传感器和反馈环的控制器)。例如，在温控加热器通入交流电而给予电压时，具有温控加热器的系统初始时提供第一热量输出，然后在接近加热器的电阻部分的居里温度、或者在该温度上或者在大于该温度时，提供减少的热量输出。

温控加热器可以是处于多种结构，和/或包括材料，该材料在某些温度下为加热器提供自动温度限制性能。例如，铁磁材料可以用在温控加热器实施例中。铁磁材料在该材料的居里温度上或者附近可自限制温度，从而当交流被供给到该材料上时，在居里温度上或者附近提供减少的热量输出。在一些实施例中，铁磁材料与其它材料(如非铁磁材料和/或高传导材料)相结合，以提供各种各样的电和/或机械性能。与温控加热器的其它零件相比，温控加热器的一些零件具有更小的电阻(这是由于具有不同的几何形状和/或使用了不同的铁磁和/或非铁磁材料)。使温控加热器的一些零件具有各种材料和/或尺寸大小，可以适应加热器的每个零件的理想热量输出。与在温控加热器中使用开关相比，在温控加热器中使用铁磁材料，更加便宜并且更加可靠。

居里温度是这样的温度：磁性材料(如铁磁材料)在超过该温度时失去它的磁性能。除了在超过居里温度时失去磁性能之外，当增大的电流通过铁磁材料时，铁磁材料开始失去它的磁性能。

加热器包括导体，当交流施加到该导体上时，该导体作为集肤效应加热器来进行工作。集肤效应限制了电流穿透到导体内部中的深度。对于铁磁材料而言，集肤效应由导体的磁渗透性来支配。铁磁材料的相对磁渗透性典型地大于1，并且可以大于10，100或者甚至大于1000。当铁磁材料的温度升高到大于居里温度时，和/或当所施加的电流增加时，铁磁材料的磁渗透性基本上减少了，并且集肤深度快速增大(例如与磁渗透性的平方根成反比)。在居里温度附近、在该温度上或者在大于该温度时，和/或当所施加的电流增大时，磁渗透性的减少量导致导体的AC电阻减少。当加热器由基本上恒定的电源来驱动时，接近、到达或者超过居里温度的、加热器的一部分减少了热量散失。不在居里温度上或者不在居里温度附近的、加热器的一部分由集肤效应加热来支配，而该集肤效应加热使得加热器具有较大的热量散失。

居里温度加热器用在焊接设备、医疗设备的加热器和炉(如比萨炉)的加热元件中。这些用途中的一些公开在授予Lamome等的美国专利No.5579575、授予Henschen等的美国专利No.5065501及授予Yagnik等的美国专利No.5512732中。授予Whitney等的美国专利No.4849611描述了若干不连续的、隔开的加热装置，这些装置包括反应部件、电阻加热部件和温度响应部件。

使用温控加热器来加热含碳氢化合物的地岩层的优点是，选择导体以使居里温度处于温度工作的理想范围内。理想的工作范围能够基本上把热量喷射到地岩层中，同时保持加热器的温度，而其它设备小于设计温度(即，小于这样的温度，该温度反向地影响性能如腐蚀、蠕变和/或变形)。加热器的温度限制性能可以防止加热器在地岩层的低热传导性的“热点”的过热或者燃尽。在一些实施例中，温控加热器根据在加热器中所使用的材料可以承受大于大约250度、大约500度、大约700度、大约800度、大约900度或者更高的温度。

与恒定瓦特数的加热器相比，温控加热器允许更多的热量喷射到地岩层中，因为不必限制输入到温控加热器中的能量以容纳加热器附近的低热导性区域。例如，在Green River油页岩的油页岩地岩层中，在最小的富油页岩层(小于大约0.04L/kg)和最大的富油页岩层(大于大约0.20L/kg)之间具有至少50％热导性的不同。在加热这种地岩层时，与在小的导热层(它可以仅仅是大约0.3m厚)中由温度限制的加热器相比，基本上更多的热量通过温控加热器被传递到地岩层中。因为用来加热碳氢化合物地岩层的加热器典型地具有较长的长度(如大于10m、100m、或者300m)，因此加热器的主要长度可以在小于居里温度时进行工作，同时只有一部分处于或者接近加热器的居里温度。

使用温控加热器可以有效地把热量传递到地岩层中。有效地传递热量，可以减少把地岩层加热到理想的温度上所需要的时间。例如，在Green River油页岩中，当使用具有传统恒定瓦特数加热器的、大约12m的加热器井距时，热解需要加热大约9.5年到大约10年。对于相同的加热器空间，温控加热器允许更大的平均热量输出，同时保持加热器设备温度小于设备设计限制温度。通过由温控加热器所提供的更大的平均热量输出，地岩层中的热解可以在更早的时间产生。例如，在Green River油页岩中，使用具有大约12m的加热器井距的温控加热器，热解在大约5年内产生。由于井距或者加热器套管靠近在一起的钻孔不精确，温控加热器对热点产生反作用。

温控加热器可以有利地用在许多其它种类的含碳氢化合物的地岩层中。例如，在含重碳氢化合物的沥青砂地岩层或者相对可渗透的地岩层中，温控加热器可以用来提供可控制的低温输出，以在井孔处或者井孔附近或者在地岩层中减少流体的粘性。温控加热器防止由于地岩层的井孔区域附近的过热而使地岩层过度焦炭化。

使用温控加热器，可以消除或者减少执行温度记录的需要和/或在加热器上使用固定的热偶来监视热点处的潜在过热的需要。温控加热器可以消除或者减少较贵的温度控制线路的需要。

如果井孔的局部运动在加热器上产生了可以使形状变形的侧向应力，那么温控加热器可以承受变形。沿着加热器长度上的一些位置(在这些位置上，井孔接近或者靠近加热器)可以是热点，标准加热器使这些热点过热，并且具有烧坏它的潜在危险。这些热点可以降低金属的弯曲强度，从而压碎加热器或者使加热器变形。温控加热器可以形成有S形弯曲部(或者其它非线性形状)，该S形弯曲部适应于温控加热器的变形而不会导致加热器失效。

在一些实施例中，与标准的加热器相比，温控加热器的制造成本较低。典型的铁磁材料包括铁、碳钢或者铁素体不锈钢。与典型地用在绝缘导体加热器中的镍基加热合金(如镍铬耐热合金、坎塔尔铁铬铝系高电阻合金等)相比，这些材料较便宜。在温控加热器的一个实施例中，加热器以连续的长度制造成绝缘导体加热器(如矿物绝缘电缆)，以降低成本并且提高可靠性。

在一些实施例中，使用盘管钻探设备使温控加热器设置在加热器套管中。借助使用金属如铁素体不锈钢(如409不锈钢)制造出盘绕在卷轴上的加热器，使用电阻焊接(ERW)来焊接该不锈钢。为了形成加热器部分，因此来自卷轴的金属带通过第一成形设备，在那里，它被成形成管形，然后使用ERW来进行纵向焊接。管子通过第二成形设备，在那里，施加传导带(如铜带)，通过模子在管子上向下紧紧地拉该传导带，并且使用ERW来纵向地焊接该传导带。借助在传导带材料上进行纵向焊接支撑材料(如钢，如347H或者347HH)来形成护套。支撑材料可以是卷在传导带材料上的带。以类似的方式来形成加热器的表土部分。在某些实施例中，表土部分使用了非铁磁材料如304不锈钢或者316不锈钢，而不是铁磁材料。使用标准技术如使用轨道焊接的对接焊缝，使加热器部分和表土部分连接在一起。在一些实施例中，在滚动之前，表土部分材料(即非铁磁材料)预先焊接到铁磁材料上。预先焊接消除了用于分开的连接(如对接焊缝)步骤的需要。在一个实施例中，在形成管形加热器之后，弹性电缆(如炉电缆如MGT1000炉电缆)被拉动穿过中心。弹性电缆上的端套筒被焊接到管形加热器上，以提供电流返回通路。在安装到加热器套管之前，包括弹性电缆在内的管形加热器被盘到卷轴上。在一个实施例中，使用盘管钻探设备来安装温控加热器。

在一个实施例中，居里加热器包括位于铁磁导管(如3/4”Schedule80446不锈钢管)内的炉电缆。铁磁导管包层有铜或者另一种合适的传导材料。铁磁导管可以设置在可变形的导管或者抗变形的容器内。可变形的导管可以容许纵向变形、径向变形和蠕变。可变形的导管也可以支撑铁磁导管和炉电缆。根据在居里温度处或者居里温度附近的抗蠕变力和/或耐腐蚀性来选择可变形的导管。在一个实施例中，可变形的导管是1-1/2”Schedule80 347H不锈钢管(外径大约为4.826cm)或者1-1/2”Schedule160 347H不锈钢管(外径大约为4.826cm)。例如根据要加热的地岩层的特性或者加热器的理想热量输出特性，可变形导管的直径和/或材料可以改变。在一些实施例中，从位于可变形导管和包层的铁磁导管之间的环状空间中除去空气。位于可变形导管和包层铁磁导管之间的空间通过增压惰性气体(如氦、氮、氩或者它们的混合物)来冲洗。在一些实施例中，惰性气体可以包括小量的氢，以起着残余氧的“吸气剂”的作用。惰性气体从表面向下通过环形空间，通过加热器底部附近的小孔进入铁磁导管的内径中，并且向上流入到铁磁导管中。除去环形空间中的空气，可以减少加热器中的材料的氧化作用(如涂镍的、炉电缆的铜丝)，以提供具有更长寿命的加热器，尤其在升高的温度下提高加热器的使用寿命。当惰性气体是氦时，改善了炉电缆和铁磁导管之间的热传导及位于铁磁导管和可变形的导管之间的热传导。环形空间内的、增压的惰性气体克服较大的变形压力而为可变形的导管提供了额外的支撑。

温控加热器可以用来加热碳氢化合物地岩层，该地岩层包括油页岩地岩层、煤地岩层、沥青砂地岩层和重粘性的油，但不局限于此。温控加热器也用在污染土壤的补救中，以蒸发或者损坏土壤污染物。温控加热器的一些实施例用来加热井孔或者海底管线内的流体以防止石蜡或者不同水合物的沉积。在一些实施例中，温控加热器用于溶液开采地下地岩层(即油页岩或者煤地岩层)。在一些实施例中，流体(如熔化盐)被放置到井孔中，并且通过温控加热器来加热，以防止井孔的变形和/或倒塌。在一些实施例中，温控加热器连接到井孔中的抽油杆上或者是抽油杆本身的一部分。在一些实施例中，温控加热器用来加热附近的井孔区域，以在生产高粘性原油期间和在把高粘性油输送到表面期间减少附近井孔的油粘性。在一些实施例中，在没有使油变成焦碳的情况下，借助降低油的粘性，温控加热器使粘性油的气体升高。

温控加热器的一些实施例用在温度升高的化学或者精炼过程，而这些升高的温度需要在较窄的温度范围内进行控制，以防止由于局部温度升高而产生的不良化学反应或者损坏。一些应用包括反应器管、焦化设备和蒸馏塔，但不局限于此。温控加热器也可以用在污染控制装置(如催化转化器和氧化装置)，以在没有复杂的温度控制线路的情况下快速加热到控制温度。此外，温控加热器用在食物处理中以避免由于温度过高而损坏食物。温控加热器也用在金属的热处理中(如焊接接合的退火)。温控加热器也用在地板式加热器、烧灼器和/或各种其它设备中。温控加热器与活体解剖针一起使用以借助在活的有机体内升高温度来破坏瘤。

温控加热器的一些实施例用在某些医疗和/或兽医装置中。例如，温控加热器用来治疗处理人类或者动物中的组织。用于医疗或者兽医装置中的温控加热器具有铁磁材料，该铁磁材料包括居里温度为大约50度的钯-铜合金。高频(如大于大约1MHz)被用来驱动用于医疗和/或兽医用途的、相对较小的温控加热器。

用在居里温度加热器中的铁磁合金确定加热器的居里温度。各种金属的居里温度数据列出在“American Institute of PhysicsHandbook”第二版McGraw-Hill第5-170页到5-176页中。铁磁导体包括一个或者多个铁磁元素(如铁、钴和镍)和/或这些元素的合金。在一些实施例中，铁磁导体包括铁-铬合金，这些合金包括钨(如HCM12A和SAVE12(Sumitomo Metals Co.，Japan)和/或铁合金，该铁合金包括铬(如Fe-Cr合金、Fe-Cr-W合金、Fe-Cr-V合金、Fe-Cr-Nb合金)。在这三种主要铁磁元素之中，铁的居里温度为大约770度，钴的居里温度大约为1131度；及镍的居里温度大约为358度。铁-钴合金的居里温度大于铁的居里温度。例如，具有2％钴的铁合金的居里温度大约为800度；具有12％钴的铁合金的居里温度大约为900度；及具有20％钴的铁合金的居里温度大约为950度。铁镍合金的居里温度小于铁的居里温度。例如，具有20％镍的铁合金的居里温度大约为720度，及具有60％镍的铁合金的居里温度大约为560度。

用作合金的一些非铁磁元素可以提高铁的居里温度。例如，具有5.9％钒的铁合金的居里温度为大约815度。其它非铁磁元素(如碳、铝、铜、硅和/或铬)与铁或者其它铁磁材料形成合金，以降低居里温度。提高居里温度的非铁磁材料与降低了居里温度的非铁磁材料相结合，并且与铁或者其它铁磁材料形成合金，以生产出具有理想的居里温度和其它理想物理和/或化学性能的材料。在一些实施例中，居里温度材料是铁素体如NiFe₂O₄。在其它实施例中，居里温度材料是二元化合物如FeNi₃或者Fe₃Al。

当接近居里温度时磁特性通常衰退。C.James Erickson(IEEE出版社，1995年)的“Handbook of Electrical Heating for Industry”为1％的碳钢(即按重量具有1％碳的钢)示出了一种典型的曲线。磁渗透性的丢失开始于大于大约650度的温度处并且在温度超过大约730度时趋于完全失去磁渗透性。因此，自限制温度可以稍稍小于铁磁导体的实际居里温度。在1％碳钢中的电流集肤深度在室温下大约为0.132cm，在大约720度下增大到大约0.445cm。从大约720度到大约730度，集肤深度急剧增大到超过2.5cm。因此，使用1％碳钢的温控加热器实施例可自限制在大约650度到大约730度之间。

集肤深度通常限定出进入到传导材料中的交流的有效穿透深度。总之，电流密度沿着导体的半径随着从外表面到中心的距离呈指数减少。深度(在该深度处，电流密度接近1/e的表面电流密度)称为集肤深度。对于直径比集肤深度大得多的固体圆柱形杆而言，或者对于壁厚大于集肤深度的中空圆柱体而言，集肤深度δ是：

(1)δ＝1981.5*((ρ/(μ*f))^1/2；

其中，δ＝以英寸表示的集肤深度；

ρ＝工作温度下的电阻系数(ohm-cm)；

μ＝相对磁渗透性；及

f＝频率(Hz)

从C.James Erickson(IEEE出版社，1995年)的“Handbook ofElectrical Heating for Industry”中得到公式1。对于大多数的金属而言，电阻系数(ρ)随着温度而增大。相对磁渗透性通常随着温度和电流进行改变。根据温度和/或电流，使用一些辅助公式来确定磁渗透性和/或集肤深度的变量。依赖于电流的μ由依赖于磁场的μ产生。

选择用在温控加热器中的材料，以提供理想的降载比。温控加热器的降载比是刚好低于居里温度时的最大AC电阻与刚好大于居里温度时的最大AC电阻之比。用于温控加热器的降载比可以选择至少2∶1，3∶1，4∶1，5∶1或者更大。所选择的降载比依赖于许多因素，这些因素包括温控加热器设置于其中的地岩层的类型(例如，随着浓的油页岩层和稀的油页岩层之间的热传导性的较大变化，油页岩地岩层使用了更大的降载比)和/或用在井孔中的材料(如加热器材料的温度极限)的温度极限，但不局限于此。在一些实施例中，借助把额外的铜或者其它较好的电导体结合到铁磁材料(如加入铜以降低超过居里温度时的电阻)中来增大降载比。

在低于加热器的居里温度下，温控加热器提供最小的热量输出(即最小功率输出)。在一些实施例中，最小热量输出至少为大约400W/m、600W/m、700W/m、800W/m或者更高。温控加热器在大于居里温度时减少了热量输出。典型地，所减少的热量输出基本上小于在小于居里温度时的热量输出。在一些实施例中，所减少的热量输出小于大约400W/m、小于大约200W/m、或者可以接近100W/m。

在一些实施例中，温控加热器在一定工作温度范围内基本上与加热器上的热负荷无关地进行工作。“热负荷”即热量从加热系统传递到它的周围中的速度。应该知道，热负荷随着周围温度和/或周围的热传导性进行改变。在一个实施例中，温控加热器在加热器的居里温度时或者大于居里温度时进行工作，因此加热器的工作温度不会改变超过大约1.5度，从而在一部分加热器的附近减小了大约1W/m的热负荷。在一些实施例中，加热器的工作温度不会改变超过大约1度或者超过大约0.5度，从而减少大约1W/m的热负荷。

一部分温控加热器的AC电阻或者热量输出在大于该部分的居里温度时由于居里作用而急剧减小。在一些实施例中，在大于或者接近居里温度时的AC电阻或者热量输出的值小于大约在小于居里温度的某一点上的AC电阻或者热量输出的值的一半。在一些实施例中，在大于或者接近居里温度时的热量输出小于在居里温度以下的某一点上(如居里温度以下的大约30度、居里温度以下的大约40度、居里温度以下的大约50度，或者居里温度以下的大约100度)的热量输出的大约40％、30％、20％、15％或者10％。在一些实施例中，在大于或者接近居里温度时的AC电阻减少到在居里温度以下的某一点(如居里温度下方的大约30度、居里温度下方的大约40度、居里温度下方的大约50度、或者居里温度下方的大约100度)的大约80％、70％、60％或者50％的AC电阻。

在一些实施例中，AC频率被调整以改变铁磁材料的集肤深度。例如，室温下的1％碳钢的集肤深度在60Hz下大约为0.132cm，在180Hz下大约为0.0762cm，及在440Hz下大约为0.046cm。由于加热器直径典型地大于集肤深度的两倍，因此使用更高频率(及因此具有更小直径的加热器)减少了设备成本。对于固定的几何形状而言，更高频率导致降载比更大。借助使较小频率下的降载比乘以较高频率除以较低频率之后的平方根来计算出较高频率的降载比。在一些实施例中，使用大约100Hz到大约600Hz之间的频率。在一些实施例中，使用大约140Hz到大约200Hz之间的频率。在一些实施例中，使用大约400Hz到大约550Hz之间的频率。

为了保持基本不变的集肤深度直到达到加热器的居里温度为止，加热器以更小的频率进行工作，同时加热器是冷的；及以更高的频率进行工作，同时加热器是热的。但是，行频加热通常是有利的，因为对较贵零件的需要较小(例如电源改变频率)。行频是电流的普通供给(如使用公司)的频率。行频典型为60Hz，但根据供给电流的来源(如地里位置)，也可以是50Hz或者其它频率。使用商业可得到的设备(如固态可变频率电力供给设备)来形成更高频率。在一些实施例中，电压和/或电流被调整来改变铁磁材料的集肤深度。增加电压和/或减少电流，可以减少铁磁材料的集肤深度。更小的集肤深度允许使用直径更小的加热器，因此减小了设备成本。在一些实施例中，所施加的电流至少为1安培、大约10安培、大约70安培、100安培、200安培、500安培或者更大。在一些实施例中，以大于大约220伏、大于大约480伏、大于大约600伏、大于大约1000伏或者大于大约1500伏的电压来供给交流。

在一个实施例中，温控加热器包括位于外部导体内的内部导体。内部导体和外部导体径向地绕着中心轴线进行设置。内部导体和外部导体借助绝缘层来分开。在一些实施例中，内部导体和外部导体连接在加热器的底部上。电流通过内部导体流入加热器，并且通过外部导体返回。一个或者两个导体包括铁磁材料。

绝缘层包括热传导性较高的电绝缘陶瓷如氧化镁、氧化铝、二氧化硅、氧化铍、氮化錋、氮化硅等。绝缘层是压实的粉未(如压实的陶瓷粉未)。压实可以提高热传导性并且提供更好的绝缘电阻。对于温度应用，使用例如由含氟聚合物、聚酰亚胺、聚酰胺和/或聚乙烯所形成的聚合体绝缘体。选择绝缘层以进行红外线透射时，以有助于热量从内部导体传递到外部导体中。在一个实施例中，绝缘层可以是透明的石英砂。绝缘层是空气或者非反应气体如氦、氮、或者六氟化硫。如果绝缘层是空气或者非反应气体，那么绝缘衬垫用来防止在内部导体和外部导体之间产生电接触。绝缘衬垫例如由高纯度氧化铝或者其它导热的电绝缘材料如氮化硅来形成。绝缘衬垫是纤维陶瓷材料如Nextel^TM312、云母带或者玻璃纤维。陶瓷材料由氧化铝、水合硅酸铝、硼硅酸铝、氮化硅或者其它材料形成。

绝缘层是弹性的和/或基本上可变形的。例如，如果绝缘层是基本上填充在内部导体和外部导体之间的空间内的固体或者压实材料，那么加热器是弹性的和/或基本上可变形的。外部导体上的力通过绝缘层传递到固体内部导体中，该内部导体耐压碎。加热器可以被弯曲、双向折弯和螺旋形，而不会使外部导体和内部导体相互电短路。如果在地岩层的加热期间井孔可以承受主要变形，那么可变形是重要的。

在一些实施例中，外部导体被选择成能够防止腐蚀和/或抗蠕变。在一个实施例中，奥氏体(非铁磁)不锈钢如304H、347H、347HH、316H或者310H不锈钢可以用在外部导体中。外部导体还包括具有外包层的导体。如，可以包层耐腐蚀合金如800H或者347H不锈钢，以防止在铁磁碳钢管子上产生腐蚀。如果不需要高温强度，那么外部导管也可以由耐腐蚀性较好的铁磁金属(如铁素体不锈钢中的一种)来形成。在一个实施例中，具有17.7％铬的82.3％铁的铁素体合金(居里温度为678度)可以提供理想的耐腐蚀性。

金属手册第8卷第291页(American Society of Materials(ASM))公开了铁铬合金的居里温度对合金中的铬含量的曲线。在一些温控加热器实施例中，独立的支撑杆或者管子(例如由347H不锈钢形成)结合到加热器中(如由铁/铬合金形成的加热器)，以提供抗强度和/或耐蠕变性。选择支撑材料和/或铁磁材料以在大约650度下提供至少3000psi的100000小时蠕变-破裂强度。在一些实施例中，100000小时蠕变-破裂强度在大约650度下至少大约2000psi，或者在大约650度下至少大约1000psi。例如347钢在650度或者大于650度时具有有利的蠕变-破裂强度。在一些实施例中，对于更长加热器和/或更高的泥土或者流体的应力而言，100000小时蠕变-破裂强度的范围为大约1000psi到大约6000psi或者更多。

在具有内铁磁导体和外铁磁导体的一个实施例中，集肤效应电流通道产生在内部导体的外侧和外部导体的内侧上。因此，外部导体的外侧包层有耐腐蚀合金如不锈钢，而不会影响外部导体内侧上的集肤效应电流通道。

当集肤深度在居里温度附近急剧增大时，厚度大于居里温度时的集肤深度的铁磁导体基本上减小了铁磁材料的AC电阻。在一些实施例中(例如，当没有包层高度导电的材料如铜时)，导体厚度大约是居里温度附近处的集肤深度的1.5倍、大约是居里温度附近时的集肤深度的3倍、或者甚至大约是居里温度附近时的集肤深度的10倍或者更多倍。如果铁磁导体包层有铜，那么铁磁导体的厚度基本上与居里温度附近的集肤深度相同。在一些实施例中，包层有铜的铁磁导体的厚度至少大约为居里温度附近时的集肤深度的3/4。

在一个实施例中，温控加热器包括具有铁磁管和非铁磁的导电性较高的芯子的合成导体。非铁磁的、导电性较高的芯子可以减少所需要的导体直径。例如，导体是具有芯的、直径为1.19cm的合成导体，该芯由直径为0.575cm的铜来形成，该铜包层有壁厚为0.298cm的、包围芯子的铁素体不锈钢或者碳钢。合成导体允许温控加热器的电阻在居里温度附近更加急剧地减小。当集肤深度在居里温度附近增大以包括铜芯时，电阻可以更加急剧地减少。

合成导体提高了温控加热器的导电性，和/或允许加热器以较小的电压进行工作。在一个实施例中，合成导体具有相对平坦的电阻对温度的分布。在一些实施例中，温控加热器具有位于大约100度到大约750度之间的、相对较平坦的电阻对温度分布，或者处于大约300度到大约600度之间的温度范围内。例如借助调整温控加热器中的材料和/或材料的结构，使相对平坦的电阻对温度的分布处于其它温度范围内。

在一些实施例中，选择每个材料在合成导体中的相对厚度，以使温控加热器产生理想的电阻对温度的分布图。在一个实施例中，合成导体是由0.127cm厚的氧化镁粉未作为绝缘体所包围的内部导体。外部导体是壁厚为0.127cm的304H不锈钢。加热器的外径大约为1.65cm。

合成导体(如合成内部导体或者合成外部导体)通过下面这些方法来制造，这些方法包括混合挤压、滚压成形、紧配合管(例如冷却内部件，并且加热外部件，然后把内部件插入到外部件中，接着进行拉制工作和/或允许系统进行冷却)、爆炸或者电磁包层、弧形叠置焊接、纵向带焊接、等离子体粉未焊接、钢坯混合挤压、电镀、拉制、溅蚀、等离子体沉积、混合挤压铸造、磁成形、熔化缸铸造(位于外部导体内的内部芯材料，反之亦然)、插入之后进行焊接或者高温炖、保护反应气体焊接(SAG)，和/或把内部管插入到外部管中，接着借助加氢重整或者使用生铁使内管进行机械膨胀，从而使内部管膨胀和型锻到外部管上，但不局限于这些。在一些实施例中，铁磁导体被编织在非铁磁导体上。在一些实施例中，使用与包层(如把铜包层到钢上)所使用的方法相同的一些方法来形成合成导体。铜覆盖层和底部铁磁材料之间的冶金结合是有利的。由Anomet Products，Inc(Shrewsbury，MA)来提供由混合挤压过程所形成的合成导体，该混合挤压过程形成了较好的冶金结合(如位于铜和446不锈钢之间的较好结合)。

在一个实施例中，借助各种方法(如纵向带焊接)使两个或者多个导体接合起来以形成合成导体，从而在传导层之间提供紧接触。在一些实施例中，两个或者多个传导层和/或绝缘层结合起来以形成合成加热器，该加热器所具有的这些层如此选择，以致热膨胀系数随着从内层到外层的每个连续层而减少。当加热器的温度增大时，最内部的层膨胀到最大程度。每个连续向外的层的膨胀程度逐渐变小，而最外部的层膨胀最小。这种顺序膨胀可以在一些层之间提供相对紧密的接触，从而在这些层之间具有较好的电接触。

在一个实施例中，两个或者多个导体被拉在一起，从而形成合成导体。在一些实施例中，相对可锻的铁磁导体(如铁如1018钢)用来形成合成导体。相对软的铁磁导体典型地具有较小的碳含量。相对可锻的铁磁导体用于形成合成导体的拉制过程和/或需要延伸或者弯曲铁磁导体的其它过程。在拉制过程中，在拉制过程的一个或者多个步骤之后，对铁磁导体进行退火。铁磁导体在惰性气体环境中进行退火，以防止导体被氧化。在一些实施例中，油被放置到铁磁导体上，以防止导体在处理期间被氧化。

温控加热器的直径足够小，以通过塌陷地岩层来防止加热器进行变形。在一些实施例中，温控加热器的外径小于大约5cm。在一些实施例中，温控加热器的外径小于大约4cm、小于大约3cm、或者为大约2cm到大约5cm之间。

在这里所描述的加热器实施例中(如包括温控加热器、绝缘导体加热器、导管内的导体式加热器及细长件加热器，但不局限于此)，选择加热器的最大横剖面尺寸大小以提供最大横剖面尺寸大小对井孔直径(如初始井孔直径)的理想比。最大横截面尺寸大小是加热器在与井孔直径相同的轴线的最大尺寸大小(如圆柱形加热器的直径或者垂直加热器的宽度)。在一些实施例中，最大横截面尺寸大小与井孔直径的比率被选择成小于大约1∶2、小于大约1∶3或者小于大约1∶4。加热器直径与井孔直径之比被选择成防止加热器在加热期间借助地岩层(即防止加热器上的井孔被包围)的接触和/或变形。在一些实施例中，借助用来形成井孔的钻头的直径来确定井孔直径。

在一个实施例中，在加热地岩层期间，井孔直径从大约17cm的初始值缩小到大约6cm(例如，对于油页岩中的井孔而言，其中丰富度大于大约0.12L/kg)。在一些位置上，在加热期间，地岩层材料膨胀到井孔中，可以导致在井孔的环向应力和压缩强度之间的平衡，因为碳氢化合物或者油母岩质丰富层进行热膨胀。在这点上，地岩层不再具有强度来使加热器或者衬套进行变形或者塌陷。例如，地岩层材料所提供的径向应力在大约17cm的直径上大约为12000psi，同时在膨胀之后在直径大约为6cm的情况下的应力为大约3000psi。加热器直径被选择成小于大约5.1cm，从而防止地岩层和加热器接触。与用于更小加热器直径(例如小于大约5.1cm)中的恒定瓦特加热器相比，温控加热器在井孔的大部分上有利地提供了更高的热量输出(例如，提供足够热量以热解含碳氢化合物的地岩层中的碳氢化合物所需要的热量输出)。

在一些实施例中，加热器放置在抗变形的容器中。抗变形的容器提供了额外的保护，以防止加热器变形。与加热器相比，抗变形的容器具有更大的蠕变-断裂强度。在一个实施例中，抗变形的容器在100000小时下在温度为大约650度时具有至少大约3000psi的蠕变-断裂强度。在一些实施例中，抗变形的容器的蠕变-断裂强度在100000小时下为至少大约4000psi，或者在100000小时下在温度为大约650度时为至少大约5000psi。在一个实施例中，抗变形的容器包括提供机械强度的一个或者多个合金。例如，抗变形的容器包括铁、镍、铬、锰、碳、钽和/或它们的混合物的合金。

图3示出了外导体具有铁磁部分和非铁磁部分的温控加热器的实施例。图4和5示出了图3所示的实施例的横剖视图。在一个实施例中，铁磁部分160用来把热量提供到地岩层中的碳氢化合物层中。非铁磁部分162用在地岩层的表土中。非铁磁部分162为表土提供少量的热量，或者不提供热量，因此可以防止表土中的热量损失并且提高加热器的效率。铁磁部分160包括铁磁材料如409或者410不锈钢。409不锈钢作为带材料可以容易得到。铁磁部分160的厚度为大约0.3cm。非铁磁部分162是铜，厚度为大约0.3cm。内部导体164是铜。内部导体164的直径为大约为0.9cm。电绝缘体166是氧化镁粉未或者其它合适的绝缘体材料。电绝缘体166的厚度为大约0.1cm到大约0.3cm。

图6示出了外部导体具有铁磁部分和非铁磁部分(其中非铁磁部分放置在护套内)的温控加热器的实施例。图9、10和11示出了图6所示的实施例的横剖视图。铁磁部分160是410不锈钢，厚度为大约0.6cm。非铁磁部分162是铜，其厚度为大约0.6cm。内部导体164是铜，其直径为大约0.9cm。外部导体168包括铁磁材料。外部导体168在加热器的表土部分中提供了一些热量。在表土中提供一些热量，可以防止表土中的流体冷凝或者回流。外部导体168是409、410或者446不锈钢，其外径为大约3.0cm，厚度为大约0.6cm。电绝缘体166是氧化镁粉未，厚度为大约0.3cm。传导部分170使内部导体164与铁磁部分160和/或外部导体168相结合。

图10示出了具有铁磁外部导体的温控加热器的实施例。加热器被设置在耐腐蚀的套中。传导层设置在外部导体和套之间。图11和12示出了图10所示的实施例的横剖视图。外部导体168是3/4”Schedule80446不锈钢管。在一个实施例中，传导层172设置在外部导体168和套174之间。传导层172可以是铜层。外部导体168包层有传导层172。在一些实施例中，传导层172包括一个或者多个段(例如传导层172具有一个或者多个铜管段)。套174是1-1/4”Schedule80347H不锈钢管，或者是1-1/2”Schedule160347H不锈钢管。在一个实施例中，内部导体164是具有标准的涂有镍的铜金属丝的4/0MGT-1000炉电缆，该铜金属丝具有云母带和玻璃纤维绝缘的一些层。4/0MGT-1000炉电缆是UL型5107(从Allied Wire andCable(Phoenixville，Pennsylvania)中得到的)。传导部分170把内部导体164和套174结合起来。在一个实施例中，传导部分170是铜。

图13示出了具有外部导体的温控加热器的实施例。外部导体具有铁磁部分和非铁磁部分。加热器设置在抗腐蚀的套内。传导层设置在外部导体和套之间。图14和15示出了图13所示的实施例的横剖视图。铁磁部分160是409、410或者446不锈钢，厚度为大约0.9cm。非铁磁部分162是铜，厚度为大约0.9cm。铁磁部分160和非铁磁部分162设置在套174内。套174是304不锈钢，厚度为大约0.1cm。传导层172是铜层。电绝缘体166是氧化镁，其厚度为大约0.1cm到0.3cm。内部导体164是直径为大约1.0cm的铜。

在一个实施例中，铁磁部分160是厚度为大约0.9cm的446不锈钢。套174是厚度为大约0.6cm的410不锈钢。与446不锈钢相比，410不锈钢具有更高的居里温度。这种温控加热器“具有”这样的电流，以致该电流不容易从加热器流入到周围的地岩层(如泥土)和/或任何周围的水(例如地岩层中的盐水)。在这个实施例中，电流流过铁磁部分160，直到达到铁磁部分的居里温度为止。在达到铁磁部分160的居里温度之后，电流通过传导层172。套174(410不锈钢)的铁磁性能防止电流流到套的外部中并且“具有”电流。套174的厚度为温控加热器提供强度。

图16示出温控加热器的实施例。温控加热器的加热部分具有非铁磁内部导体和铁磁外部导体。温控加热器的表土部分包括非铁磁外部导体。图17、18和19示出图16所示的实施例的横剖视图。内部导体164是直径为大约1.0cm的铜。电绝缘体166设置在内部导体164和传导层172之间。电绝缘体166是厚度为大约0.1cm到大约0.3cm的氧化镁。传导层172是厚度为大约0.1cm的铜。绝缘层176处于传导层172的环形外部。环形空间的厚度为大约0.3cm。绝缘层176是石英砂。

加热部分178为地岩层中的一个或者多个碳氢化合物层提供热量。加热部分178包括铁磁材料如409或者410不锈钢。加热部分178的厚度为大约0.9cm。端盖180连接到加热部分178的端部上。端盖180把加热部分178电连接到内部导体164和/或传导层172上。端盖180是304不锈钢。加热部分178连接到表土部分182上。表土部分182包括碳钢和/或其它合适支撑材料。表土部分182的厚度为大约0.6cm。表土部分182排有传导层184。传导层184是厚度为大约0.3cm的铜。

图20示出了具有表土部分和加热部分的温控加热器的实施例。图21和22示出了图20所示的实施例的横剖视图。表土部分具有内部导体164的一部分164A。部分164A是直径为大约1.3cm的铜。加热部分包括内部导体164的一部分164B。一部分164B是直径为大约0.5cm的铜。部分164B设置在铁磁导体186上。铁磁导体186是厚度为大约0.4cm的446不锈钢。电绝缘体166是厚度为大约0.2cm的氧化镁。外部导体168是厚度为大约0.1cm的铜。外部导体168设置在套174中。套174是厚度为大约0.2cm的316H或者347H不锈钢。

在一些实施例中，导体(如内部导体、外部导体、铁磁导体)包括两个或者更多个不同材料。在一些实施例中，合成导体包括两个或者更多个铁磁材料。在一些实施例中，合成铁磁导体包括两个或者更多个径向设置的材料。在一些实施例中，合成导体包括铁磁导体和非铁磁导体。在一些实施例中，合成导体包括设置在非铁磁芯上的铁磁导体。两个或者更多个材料用来得到在小于居里温度的温度区域内的、相对较平坦的电阻系数对温度的分布，和/或在居里温度上或者附近处急剧减少电阻系数(例如，相对较高的降载比)。在一些情况下，两个或者更多个材料用来为温控加热器提供超过一个的居里温度。

在一些实施例中，使用坯段混合挤压过程来形成合成电导体。坯段混合挤压过程包括以相对较高的温度(例如在接近或者大于75％的导体熔化温度的温度下)把两个或者更多个电导体连接在一起。以相对较高的温度把这些电导体拉制在一起。然后，使所拉制在一起的导体进行冷却，以形成合成电导体，该电导体由两个或者更多个电导体形成。在一些实施例中，合成电导体是固体合成电导体。在一些实施例中，合成电导体是管形合成电导体。

在一个实施例中，通过不锈钢导体(例如446不锈钢)坯段混合挤压出铜芯。铜芯和不锈钢导体在真空中被加热到软化温度中。在软化温度下，在铜芯上拉制出不锈钢导体以形成紧配合。然后，使不锈钢导体和铜芯进行冷却，以形成合成电导体，其中不锈钢包围着铜芯。

在一些实施例中，长的合成电导体由合成电导体的许多部分形成。借助坯段混合挤压过程来形成合成电导体的这些部分。使用焊接过程使合成电导体的这些部分连接在一起。图23、24和5示出了连接起来的合成电导体的这些部分的实施例。在图23中，芯子188在合成电导体的每个部分中延伸到内部导体164的端部之外。在一个实施例中，芯188是铜，而内部导体164是446不锈钢。例如，借助把芯的端部铜焊在一起，使合成电导体的每部分的芯188连接在一起。芯连接材料190使芯的端部连接在一起，如图23所示一样。芯连接材料190例如是爱维杜尔铜合金、铜-硅合金材料(如按重量在铜中具有大约3％的硅的合金)。

内部导体连接材料192连接合成电导体的每部分的内部导体164。内部导体连接材料192是用来把内部导体164的一部分焊接在一起的材料。在一些实施例中，内部导体连接材料192用来把不锈钢内部导体部分焊接在一起。在一些实施例中，内部导体连接材料192是304不锈钢或者310不锈钢。第三材料(如309不锈钢)可以用来把内部导体连接材料192连接到内部导体164的端部中。需要或者希望第三材料能在内部导体164和内部导体连接材料192之间形成更好的结合(例如更好的焊接)。第三材料是非磁性材料，以减少热点产生在连接处的可能性。

在一些实施例中，内部导体连接材料192包围着芯188的端部，而这些端部从内部导体164的端部之上伸出，如图23所示一样。内部导体连接材料192具有连接在一起的一个或者多个部分。内部导体连接材料192以蛤壳结构设置在芯188的端部周围，而这些端部从内部导体164的端部伸出，如图26所示的端视图所示一样。连接材料194用来把内部导体连接材料192的一部分(如半部)连接在一起。连接材料194可以与内部导体连接材料192相同，或者可以是适合于把内部导体连接材料的一部分连接在一起的另外材料。

在一些实施例中，合成电导体包括具有304不锈钢或310不锈钢的内部导体连接材料192和具有446不锈钢或者其它铁磁材料的内部导体164。在这个实施例中，内部导体连接材料192所产生的热量明显少于内部导体164。在把所施加的电流供给到合成电导体期间，与邻近材料相比，包括内部导体连接材料(例如合成电导体的焊接部分或者“接合”部分)的合成电导体的一部分保持在更低的温度上。借助使合成电导体的接合部分保持在较低温度上可以提高合成电导体的可靠性和使用寿命。

图25示出了把合成电导体的一部分连接在一起的另一个实施例。芯188的端部和内部导体164的端部是斜的，从而有利于把合成电导体的一部分连接在一起。芯连接材料190把每个芯188的端部连接在一起(例如铜焊)。使每个内部导体164的端部与内部导体连接材料192连接(例如焊接)在一起。内部导体连接材料192是309不锈钢或者其它合适的焊接材料。在一些实施例中，内部导体连接材料192是309不锈钢。309不锈钢可以可靠地焊接到具有446不锈钢的内部导体和具有铜的芯上。在把合成电导体的一部分连接在一起时使用倾斜的端部，在合成电导体的这些部分之间能够产生可靠的、使用寿命长的结合。图25示出了形成在具有倾斜表面的一部分的端部之间的焊接部。

合成电导体用作这里所描述的任何电加热器实施例的导体。在一个实施例中，合成电导体用作导管内的导体式加热器的导体。例如，合成电导体用作图2中的导体。在一些实施例中，合成电导体用作绝缘导体加热器中的导体。图26示出了绝缘导体加热器的实施例。绝缘导体196包括芯188和内部导体164。芯188和内部导体164是合成电导体。芯188和内部导体164设置在绝缘体166内。芯188、内部导体164和绝缘体166设置在外部导体168的内部。绝缘体166是氧化镁或者其它合适电绝缘体。外部导体168是铜、钢、或者任何其它电导体。

在一些实施例中，绝缘体166是具有预成型形状的绝缘体。具有芯188和内部导体164的合成电导体设置在预先形成的绝缘体的内部中。借助把电导体的一个或者多个纵向带连接在一起(如焊接或者铜焊)以形成外部导体，使外部导体168设置在绝缘体166上。纵向带以“雪茄烟缠绕”的方法设置在绝缘体166中，从而在宽度方向或者径向上连接这些带(例如，使各个带绕着绝缘体的圆周，并且连接各个带以包围绝缘体)。雪茄缠绕式带的纵向端部连接到其它雪茄缠绕式带的纵向端部上，以沿着绝缘导体的纵向连接这些带。

在一些实施例中，套174设置在外部导体168的外部，如图27所示。在一些实施例中，套174是不锈钢(如304不锈钢)，而外部导体168是铜。套174为绝缘导体加热器提供了耐腐蚀性。在一些实施例中，套174和外部导体168是预先形成的带，这些带在绝缘体166上拉制而成，以形成绝缘导体196。

在一些实施例中，绝缘导体196设置在导管内，该导管为绝缘导体提供保护(如腐蚀和退化保护)。图28示出了设置在导管内的绝缘导体的实施例。在图28中，绝缘导体196设置在导管内，其中间隙198使绝缘导体与导管分开。

在一些实施例中，合成电导体用来实现低温加热(如加热生产井中的流体或者减少井孔中的流体的粘性)。改变合成电导体的材料，能够用来进行低温加热。在一些实施例中，内部导体164(如图23-28所示一样)由小于446不锈钢温度的居里温度的材料形成。例如，内部导体164是铁和镍的合金。按重量，该合金具有大约30％到大约42％的镍，而其余的是铁(例如镍/铁合金，如Invar36，按重量，在铁中它具有大约36％的镍，并且它的居里温度大约为277度)。在一些实施例中，合金可以是三种成分的合金，例如它具有铬、镍和铁(如按照重量，合金具有大约6％的铬、42％的镍和52％的铁)。由这些类型的合金所形成的内部导体可以提供大约250瓦/米到大约350瓦/米(如大约300瓦/米)的热量输出。直径为2.5cm的、由Invar36所形成的杆在居里温度下具有大约2∶1的降载比。把Invar36合金设置在铜芯上，可以使杆的直径更小(例如小于2.5cm)。铜芯可以产生较高的降载比(如大于大约2∶1)。当与热量输出较小的合金(如Invar36)一起使用时，绝缘体166由高性能聚合体绝缘体(如PFA、PEER)来形成。

图29示出了具有低温铁磁外导体的温控加热器的实施例。外部导体168是玻璃密封合金42-6(按照重量，大约42.5％的镍、大约5.75％的铬及其余的是铁)。合金42-6具有相对较低的、大约295度的居里温度。从Carpenter Metals(Reading，Pennsylvania)或者AnometProducts，Inc得到合金42-6。在一些实施例中，外部导体168包括其它成分和/或材料，以得到各种各样的居里温度。在一个实施例中，传导层172连接到(例如包层、焊接或者铜焊)外部导体168上。传导层172是铜层。传导层172提高了外部导体168的降载比。套174是铁磁金属如碳钢。套174防止外部导体168受到腐蚀环境的影响。内部导体164具有电绝缘体166。内部导体164接合(strand)镍包层的铜丝。电绝缘体166是缠绕有叠置纤维玻璃编织物的云母带。在一个实施例中，内部导体164和电绝缘体166是4/0MGT-1000炉电缆或者3/0MGT-1000炉电缆。4/0MGT-1000炉电缆或者3/0MGT-1000炉电缆从Allied Wire and Cable(Phoenixville，Pennsylvania)中得到。在一些实施例中，保护编织物(如不锈钢编织物)设置在电绝缘体166上。

传导部分170把内部导体164连接到外部导体168和/或套174上。在一些实施例中，套174接触或者电接触传导层172(例如，如果加热器设置在水平结构中)。如果套174是铁磁金属如碳钢，其中套的居里温度超过外部导体168的居里温度，那么电流只在套的内侧上传播，因此在工作期间，套的外部保持电安全。在一些实施例中，套174向下拉制到(在模子中进行型锻成形)传导层172上，因此在套和传导层之间形成了紧配合。加热器被缠绕成盘形管，以插入到地下的地岩层的井孔中。

在一些实施例中，铜芯包层有相对防渗滤的层(如镍)或者通过该层来保护。在一些实施例中，合成内部导体包括位于镍包层上的铁包层，该镍包层位于铜芯上。相对防渗滤的层可以防止铜进入到加热器的其它层中，该加热器例如包括绝缘层。在一些加热器中，防止铜进入，在使用加热器期间，可以防止产生可能的放电。在一些实施例中，相对不能渗透的层可以防止铜沉积到井孔中。

在一个加热器实施例中，内部导体是直径为1.9cm的铁杆，绝缘层是0.25cm厚的氧化镁，外部导体是0.635cm厚的347H或者347HH不锈钢。从基本上不变的电源，以行频(如60Hz)给加热器通电。选择不锈钢以在气态地下环境中能防止腐蚀，和/或在升高的温度下很好地防止蠕变。在居里温度以下时，主要在铁内部导体中产生热量。通过大约820瓦/米的热量喷射速度，绝缘层上的温差接近40度。因此，外部导体的温度比内部铁磁导体的温度冷大约40度。

在另一个加热器实施例中，内部导体是直径为1.9cm的铜杆或者铜合金如LOHM(按重量，大约94％的铜，和6％的镍)，绝缘层是透明的石英砂，外部导体是具有0.25cm厚的310不锈钢的、0.635cm厚的1％碳钢包层。外部导体中的碳钢在碳钢和不锈钢套之间包层有铜。铜包层可以减少在居里温度附近实现基本电阻改变所需要的碳钢的厚度。主要在铁磁外部导体中产生热量，从而在绝缘层上产生小量的温度差。当主要在外部导体中产生热量时，较小导热性的材料被选择来进行绝缘。为内部导体选择铜或者铜合金以减少从内部导体中输出的热量。内部导体也可以由其它金属形成，该其它金属在1附近具有较小的电阻系数和相对磁渗透性(即基本上是非铁磁材料如铝和铝合金、磷青铜、铍铜和/或黄铜)。

在一些实施例中，温控加热器是导管内的导体式加热器。陶瓷绝缘体或者对中装置设置在内部导体上。内部导体与滑动连接部分中的外部导管形成滑动电接触。滑动连接部分设置在加热器的底部或者接近加热器的底部。

在一些实施例中，对中装置由氮化硅(Si₃N₄)来形成。在一些实施例中，氮化硅是气体压力烧结反应结合的氮化硅。通过在大约1800度下在1500psi(10.3Mpa)氮气氛围下烧结氮化硅来形成气体压力烧结反应结合的氮化硅，从而防止氮化硅在烧结期间退化。从Ceradyne，Inc.(Costa Mesa，California)作为

147-31N来得到气体压力烧结反应结合的氮化硅的一个例子。气体压力烧结反应结合的氮化硅被磨成精细光洁度。精细的光洁度在没有检起金属颗粒的情况下允许氮化硅沿着金属表面容易滑动，因为氮化硅的表面多孔性非常低。气体压力烧结反应结合的氮化硅是具有高度拉长的、弯曲的机械强度的、非常密的材料。气体压力烧结反应结合的氮化硅具有较高的热撞击应力特性。气体压力烧结反应结合的氮化硅是极好的高温电绝缘体，并且在大约900度下具有与在大约760度下氧化铝(Al₂O₃)所具有的泄漏电流大约相同的泄漏电流。气体压力烧结反应结合的氮化硅具有大约25瓦/米°K的热导性，这就能够较好地把热量从使用对中装置或者滑动连接器的、导管内的导体式加热器应用设备的中心导体中传导走。氮化硅也是较好的热量辐射器，因为氮化硅在光学上是黑的(即促进有效的黑体辐射热传递)。

可以使用其它类型的氮化硅如反应结合的氮化硅或者热均衡挤压氮化硅，但不局限于此。通过热均衡挤压，在15000-30000psi(100-200Mpa)下在氮气体中烧结粒状的氮化硅和添加剂。借助烧结具有降低烧结温度的氧化钇或者氧化铈的氮化硅来形成一些氮化硅，因此氮化硅在烧结期间不会退化(如释放氮)。与更纯的氮化硅形式相比，把太多的其它材料加入到氮化硅中，在升高的温度下可以提高氮化硅的泄漏电流。

使用氮化硅对中装置，可以使得加热器的直径更小和温度更高。在导体和导管之间需要使间隙更小，因为氮化硅的电特性极好(如在高温下具有较小的泄漏电流)。由于氮化硅的电特性而使得氮化硅对中装置允许在工作电压更高(例如高达至少大约2500V)的情况下使用加热器。工作在更高的电压下，使得所使用的加热器的长度更长(例如，在大约2500V下长度高达至少大约1500m)。

图30示出了导管内的导体式温控加热器的实施例。导体连接到(例如，包层、混合挤压、压配合、内部拉制)铁磁导体186上。在一些实施例中，铁磁导体186在导体上进行坯段混合挤压。铁磁导体186连接到导体的外部上，因此交流在室温下只通过铁磁导体的集肤深度来传播。铁磁导体186在升高的温度下为导体提供了机械支撑。导体在升高的温度下为铁磁导体186提供机械支撑。铁磁导体186是铁、铁合金(如，按重量具有大约10％到大约27％的铬以防止腐蚀并且居里温度较小的铁(如446不锈钢))，或者任何其它铁磁材料。在一个实施例中，导体是铜，铁磁导体186是446不锈钢。导体和铁磁导体186电连接到具有滑动连接器154的导管上。导管是非铁磁材料如347H不锈钢，但不局限于此。在一个实施例中，导管是1-1/2”Schedule80347H不锈钢管。一个或者多个对中装置202在导管和铁磁导体186之间保持间隙。在一个实施例中，对中装置202由气体压力烧结反应结合的氮化硅形成。

图31示出了导管内的导体式温控加热器的另一个实施例。导管连接到铁磁导体186上(如包层、压配合、或者在铁磁导体内部进行拉制)。铁磁导体186连接到导管的内部中从而允许交流在室温下通过铁磁导体的集肤深度进行传播。导管在升高的温度下为铁磁导体186提供了机械支撑。导管和铁磁导体186通过滑动连接器154电连接到导体上。

图32示出绝缘的导管内的导体式温控加热器的实施例。绝缘导体196包括芯188、电绝缘体166和套174。绝缘导体196通过连接器200连接到铁磁导体186上。连接器200由不能腐蚀的、导电的材料如镍或者不锈钢形成。使用合适的电连接(如焊接、铜焊、炖)方法把连接器200连接到绝缘导体200和/或铁磁导体186上。绝缘导体196沿着铁磁导体186的壁进行设置。绝缘导体196在升高的温度下为铁磁导体186提供机械支撑。在一些实施例中，其它结构(如导管)用来为铁磁导体186提供机械支撑。

图33和34示出具有绝缘导体的温控加热器的实施例的横剖视图。图33示出了温控加热器的表土部分的实施例的横剖视图。表土部分包括设置在导管中的绝缘导体196。导管是1-1/4”Schedule80碳钢管，在表土部分中，该钢管在内部包层有铜。绝缘导体196是矿物绝缘电缆。传导层172可以设置在位于绝缘导体196和导管之间的环形空间中。传导层172是直径接近2.5cm的铜管。表土部分连接到加热器的加热部分上。图34示出了温控加热器的加热部分的实施例的横剖视图。加热部分中的绝缘导体196是绝缘导体从表土部分中的连续部分。铁磁导体186连接到传导层172上。在一些实施例中，加热部分中的传导层172是在铁磁导体186上由铜拉制出来的，并且连接到表土部分中的传导层172上。导管包括加热部分和表土部分。这两个部分连接在一起形成了导管。加热部分是1-1/4”Schedule80347H不锈钢管。端盖或者其它合适的电连接器在加热器的下端(即最远离表土部分的端部)使铁磁导体186连接到绝缘导体196上。

图35和36示出了具有绝缘导体的温控加热器的实施例的横剖视图。图35示出温控加热器的表土部分的实施例的横剖视图。绝缘导体196包括芯188、电绝缘体166和套174。绝缘导体196的直径为大约1.5cm。芯188是铜。电绝缘体166是氧化镁。套174在表土部分中是铜，从而减少了热量损失。导管在表土部分中是1”Schedule40碳钢。传导层172连接到导管中。传导层172是厚度为大约0.2cm的铜，从而减少了表土部分中的热量损失。间隙198是位于绝缘导体196和导管之间的环形空间。图36示出了温控加热器的加热部分的实施例的横剖视图。加热部分中的绝缘导体196连接到表土部分中的绝缘导体196中。加热部分中的套174由耐腐蚀的材料(如825不锈钢)形成。铁磁导体186连接到表土部分中的导管上。铁磁导体186是Schedule160409、410或者446不锈钢管。间隙198位于铁磁导体186和绝缘导体196之间。端盖或者其它合适电连接器在加热器的未端上(即最远离表土部分的端部)把铁磁导体186连接到绝缘导体196上。

在一些实施例中，温控加热器包括作为内部导体的柔性电缆(如炉电缆)。例如，内部导体是27％的镍包层或者不锈钢包层的多股铜丝，该铜丝具有四层云母带，它由一层陶瓷和/或矿物纤维包围(例如氧化铝纤维、水合硅酸铝纤维、硼硅酸纤维或者硼硅酸铝纤维)。不锈钢包层的多股铜丝炉电缆可以从Anomet Products，Inc(Shrewsbury，MA)中得到。为在高达大约1000度下的一些应用确定内部导体。内部导体被拉入到导管内部中。导管是铁磁导管(如3/4”Schedule 80446不锈钢管)。导管覆盖有厚度为大约0.3cm或者任何其它合适厚度的一层铜或者其它电导体。该组件设置在支撑导管内(如1-1/4”Schedule 80347H或者347HH不锈钢管)。支撑导管提供额外的蠕变-断裂强度，并且保护铜和内部导体。为在大于大约1000度的温度下使用，内部铜导体镀有更多的耐腐蚀合金(如

825)以防止氧化。在一些实施例中，温控加热器的顶部被密封以防止空气接触内部导体。

在一些实施例中，温控加热器的铁磁导体包括铜芯(如直径为1.27cm的铜芯)，该铜芯设置在第一钢导管(如1/2”Schedule 80347H或者347HH不锈钢管)内。在第一钢导管组件上向下拉制出第二钢导管(如1”Schedule 80446不锈钢管)。第一钢导管提供强度和抗蠕变性，同时铜芯提供更高的降载比。

在一些实施例中，温控加热器的铁磁导体(如导管内的导体式温控加热器的中心或者内部导体)包括重的、有壁的导管(如额外重壁410不锈钢管)。重的、有壁的导管的直径为大约2.5cm。在铜杆上向下拉制重的有壁的导管。铜杆的直径为大约1.3cm。所产生的加热器包括厚铁磁护套(即重的有壁的导管，在拉制之后，该导管例如具有大约2.6cm的外径)，该护套具有铜杆。加热器的降载比为大约8∶1。选择该重的、有壁的导管的厚度，以防止加热器变形。厚的铁磁导管可以防止变形，同时为加热器的成本增加了最小的成本。

在另一个实施例中，温控加热器包括基本上U形的加热器，该加热器在非铁磁芯上具有铁磁包层(在上下文中，“U”具有弯曲或者直角的形状)。U形或者急转弯形加热器具有绝缘支撑机构(如聚合体或者陶瓷衬垫)，该机构可以防止发夹的两个支腿彼此间的电短路。在一些实施例中，发夹式加热器安装在壳体中(例如环境保护壳体)。绝缘体防止对壳体的电短路并且有利于加热器安装到壳体中。急转弯形加热器的横截面可以是圆形、椭圆形、正方形、或者矩形，但不局限于此。

在一些实施例中，温控加热器包括夹层结构，该夹紧结构具有由绝缘体分开的电流供给和电流返回通道。夹层加热器包括导体的两个外层、铁磁材料的两个内层和位于铁磁层之间的一层绝缘体。为了机械弹性和卷轴线性能使加热器的横截面尺寸大小最佳化。夹层加热器形成为双金属带，该金属带本身向后弯曲。夹层加热器插入到壳体中，如环境保护壳体，并且通过电绝缘体与壳体分离。

加热器包括通过表土的部分。在一些实施例中，表土中的加热器的一部分不需要供给与邻近碳氢化合物层的加热器的一部分一样多的热量，而这些碳氢化合物层可以进行原地转换。在一些实施例中，基本上不加热的加热器部分限制热量输出或者没有热量输出。基本上不加热的加热器部分设置在地岩层的附近(如岩石层、非碳氢化合物层、或者稀薄层)，有利的是，这些地岩层保持不被加热。基本上不加热的加热器部分包括铜导体，而不是铁磁导体。在一些实施例中，基本上不加热的加热器部分包括铜或者铜合金内部导体。基本上不加热的部分还包括具有耐腐蚀合金的铜外部导体包层。在一些实施例中，表土部分包括相对较厚的铁磁部分，以防止加热器在表土部分中破裂。

在一些实施例中，温控加热器把一些热量提供到表土中。供给到表土中的热量可以防止地岩层流体(如水、汽油)在井孔内进行回流或者冷凝。回流的流体使用了供给到井孔的目标部分的大部分热能，从而限制热量从井孔输送到目标部分中。

温控加热器以能够连接在一起(如焊接)的多个部分构造成。这些部分为大约10m长。选择每个部分的构造材料以为地岩层的不同部分提供所选择的热量输出。例如，油页岩地岩层具有丰富度高度变化的一些层。提供所选择的热量到各个层或者具有类似丰富度相同的多个层中，能够改善地岩层的加热效率和/或防止井孔塌陷。例如借助焊接内部导体，接合部分形成在这些部分之间，用绝缘体来填充接合部分，然后焊接外部导体。此外，加热器由直径较大的管来形成，并且向下拉制到理想长度和直径。借助在矿物绝缘加热器电缆制造工业中公知的焊接-填充-拉制方法(从金属带开始)或者填充-拉制方法(从管子开始)加入氧化镁绝缘层。以垂直或者水平取向进行装配和填充。最后的加热器组件缠绕到大直径卷轴(例如直径为大约6m)上并且输送到地岩层的位置上以进行地下配置。此外，当加热器垂直地降低到井孔中时，加热器装配在一部分的位置上。

温控加热器是单相加热器或者三相加热器。在三相加热器实施例中，加热器具有三角形或者Y形结构。三相加热器中的三个铁磁导体中的每一个位于独立的护套内。在接合部分内部，导体之间的连接形成在加热器的底部上。三个导体保持与接合部分内的护套相绝缘。

在一些实施例中，温控加热器包括单铁磁导体，其中电流通过地岩层返回。加热元件是铁磁管(如在304H、316H或者347HH不锈钢上的446不锈钢(具有25％的铬，并且居里温度大于大约620度)包层)，该铁磁管延伸通过加热目标部分并且电接触到电接触部分中的地岩层。电接触部分设置在加热目标部分(如在地岩层的底土内)下方。在一个实施例中，电接触部分是具有较大直径的井孔的、大约60m深的部分。电接触部分中的管子是导电性较高的金属。电接触部分中的环形空间填充有接触材料/或溶液如盐水或者其它材料，该材料提高与地岩层(如金属珠、赤铁矿)的电接触。电接触部分设置在盐水饱和区域中，以通过盐水来保持电接触。在电接触部分中，管子直径也被增大以允许最大电流流入到地岩层中，同时降低流体中的热量散失。电流流过加热部分中的铁磁管并且加热管子。

在一个实施例中示出了具有通过地岩层返回的电流的温控加热器。加热元件设置在碳氢化合物层中的开口118内。加热元件是304H不锈钢管上的446不锈钢包层，该管延伸通过碳氢化合物层120。加热元件连接到接触元件上。与加热元件相比，接触元件具有更高的导电性。接触元件设置在电接触部分上，设置在碳氢化合物层120的下方。接触元件与电接触部分中的泥土形成电接触。接触元件设置在接触井孔中。接触元件的直径为大约10cm到大约20cm(例如大约15cm)。接触元件的直径被设定成增大接触元件和接触溶液之间的接触面积。借助增大接触元件的直径来增大接触面积。提高接触元件的直径，在没有增加过多的安装成本和没有使用接触元件、接触井孔和/或接触溶液的情况下可以提高接触面积。增大接触元件的直径，可以在接触元件和电接触部分之间产生足够的电接触。增大接触面积，还可以防止接触溶液的蒸发或者沸腾。

接触井孔例如是具有直径大于开口118的井孔的、大约60m深的部分。接触井孔的环形空间填充有接触溶液。接触溶液是盐水或者其它材料，该材料提高与电接触部分的电接触。在一些实施例中，电接触部分是水饱和区域，该区域通过盐水保持电接触。接触井孔被下部铰大到更大的直径(如直径为大约25cm到大约50cm)，以允许最大电流流到电接触部分中，同时具有较小的热量输出。电流流过加热元件，从而煮沸来自井孔的湿气，并且进行加热直到热量输出减少到居里温度附近或者减少到居里温度为止。

在一个实施例中，三相温控加热器形成有通过地岩层的电流连接部分。每个加热器包括单个居里温度加热元件，其中电接触部分处于加热目标部分下方的盐水饱和区域中。在一个实施例中，三个这样的加热器电连接在三相Y形结构的表面上。从表面看去，加热器配置成三角形模式。在一些实施例中，电流通过泥土返回到位于三个加热器之间的中性位置上。可复制为三相居里加热器盖住整个地岩层的模式。

在一个实施例中示出了具有通过地岩层的电流连接部分的三相温控加热器。支腿222、224、226设置在地岩层中。每个支腿222、224、226具有加热元件，加热元件设置在碳氢化合物层120中的每个开口118中。每个支腿具有接触元件，该接触元件设置在接触井孔中的接触溶液中。每个接触元件通过接触溶液电连接到电接触部分上。支腿222、224、226以Y形结构进行连接，该Y形结构在三个支腿之间的电接触部分中产生中性位置。

通过导热性较高的区域的加热器部分被定制成输送导热性较高的区域中的更多热量散失。借助改变加热元件的横截面积(例如借助改变铜对铁的比率)和/或在加热元件中使用不同金属来实现加热器的定制。在某些部分中改进绝缘层的导热性，以控制热输出，从而提高或者降低明显的居里温度区域。

在一个实施例中，温控加热器包括中空芯或者中空内部导体。形成加热器的一些层被打孔以允许来自井孔的流体(如地岩层流体、水)进入中空芯。中空芯中的流体通过中空芯输送到(例如被泵送到)表面中。在一些实施例中，具有中空芯或者中空内部导体的温控加热器用作加热器/生产井或者生产井。

在一个实施例中，温控加热器用在水平加热器/生产井中。温控加热器把所选择的热量供给到井的水平部分的“趾”和“跟部”中。更多的热量通过趾而不是通过跟部供给到地岩层中，从而在趾上产生“热部”及在跟部产生“暖部”。

在一个实施例中示出了在各种所施加的电流下446不锈钢杆和410不锈钢杆的电阻对温度的图解，其中446不锈钢杆的直径为大约2.5cm，而410不锈钢杆的直径为大约2.5cm。曲线230-236示出了在440安培AC(曲线230)、450安培AC(曲线232)、500安培AC(曲线234)和10安培DC(曲线236)下作为446不锈钢杆的温度函数的电阻分布。曲线238-244示出了在400安培AC(曲线238)、450安培AC(曲线240)、500安培AC(曲线242)、10安培DC(曲线244)下作为410不锈钢杆的温度函数的电阻分布。对于两个杆而言，电阻随着温度而逐渐增大，直到到达居里温度为止。在居里温度下，电阻急剧降低。在大于居里温度时，电阻随着温度增大而稍稍减少。两个杆示出了电阻随着AC电流的增大而减少的趋势。相应地，降载比随着电流增大而减少。相反，电阻随着所施加的DC电流、随着通过居里温度的温度而逐渐增大。

在一个实施例中示出了在各种所施加的电流下温控加热器的电阻对温度的图解。温控加热器包括位于3/4”Schedule80Sandvik(Sweden)4C54(446不锈钢)的外部导体内的4/0MGT-1000炉电缆，其中外部导体具有0.3cm厚的铜护套，该护套焊接到Sandvik 4C54的外部上。曲线246到264示出AC所施加的电流范围为40安培到500安培(246：40安培、248：80安培、250：120安培、252：160安培、254：250安培、256：300安培、258：350安培、260：400安培、262：450安培、264：500安培)的情况下作为温度函数的电阻分布。在小电流时(小于250安培)，电阻随着温度增大到居里温度而增大。在居里温度时，电阻急剧降低。在电流更高时(大于250安培)，电阻随着温度增大到居里温度而稍稍减少。在居里温度时，电阻急剧降低。曲线266示出了在所施加的DC电流为10安培时的电阻。曲线266示出电阻随着温度升高而稳定地增大，该温度偏离居里温度很少或者没有偏离。

在一个实施例中示出在各种所施加的电流下温控加热器的功率对温度的图解。曲线268-276示出了在AC所施加的电流为300安培到500安培(268：300安培、270：350安培、272：400安培、274：450安培、276：500安培)下的功率对温度的图解。升高温度，可以逐渐地减少功率，直到达到居里温度为止。在居里温度时，功率快速减小。

在一个实施例中示出了在各种所施加的电流下温控加热器的电阻对温度的图解。温控加热器在1”Schedule80410不锈钢管的外部导体内具有直径为大约1.27cm的铜杆，其中不锈钢管在410不锈钢管上具有0.15cm厚铜爱维杜尔铜合金焊接护套。曲线278-288示出了在AC所施加的电流范围为300安培到550安培下(278：300安培、280：350安培、282：400安培、284：450安培、286：500安培、288：550安培)作为温度函数的电阻分布。对于这些AC所施加的电流而言，电阻随着温度增大到居里温度而逐渐增大。在居里温度时，电阻急剧降低。相反，曲线290示出所施加的DC电流为10安培时的电阻。电阻示出随着温度增大而稳定增大，该温度偏离居里温度很少或者没有偏离。

在一个实施例中示出了固态2.54cm410不锈钢杆在各种所施加的AC电流下集肤深度对温度的值的数据。使用公式2来计算出集肤深度：

(2)δ＝R₁-R₁×(1-(1/R_AC/R_DC))^1/2；

在这里，δ是集肤深度，R1是圆筒的半径，R_AC是AC电阻，及R_DC是DC电阻。在一个实施例中，曲线292-310示出了在所施加的AC电流在大约50安培到500安培的范围上(292：50安培、294：100安培、296：150安培、298：200安培、300：250安培、302：300安培、304：350安培、306：400安培、308：450安培、310：500安培)作为温度函数的集肤深度分布。对于每个所施加的AC电流而言，集肤深度随着温度增大到居里温度而逐渐增大。在居里温度上时，集肤深度急剧增大。

图38示出了温控加热器的温度对时间的图解。温控加热器是大约2m长的加热器，它包括位于1”Schedule XXH410不锈钢管内的、直径为大约1.25cm的铜杆和大约0.13cm的铜护套。加热器设置在炉中以进行加热。当加热器处于炉中时，把交流施加到加热器上。电流在大约2小时内增大，并且在剩余的时间内到达大约400安培的、相对不变的值。沿着加热器的长度以大约0.5m的间距在三个点上测量不锈钢管的温度。曲线316示出了管在炉内大约0.5m并且最靠近加热器的引入部分的点上的温度。曲线314示出了管在离管端大约0.5m远并且最远离加热器的引入部分的点上的温度。曲线312示出了管在加热器的中心点附近的温度。处于加热器中心的点进一步封闭在2.54”厚

绝缘体的大约30cm部分中。该绝缘体用来在加热器上产生导热性较小的部分(即这样的部分，减少热量传递到周围中，或者防止热量传递到周围中(热点))。例如，导热性较小的部分是含碳氢化合物的地岩层中的丰富层(例如，油页岩地岩层)。加热器的温度随着曲线312、314和316所示的时间而增大。曲线312、314和316示出了，加热器的温度增大到沿着加热器长度的全部三个点具有大约相同的值。所产生的温度基本上与所加入的

绝缘体无关。因此，温控加热器在导热性较小的部分面前不会超过所选择的温度极限。

在一个实施例中示出了410不锈钢杆和304不锈钢杆的温度对对数时间数据的图解。在恒定的所施加的AC电流上，每个杆的温度随着时间而增大。曲线322示出了热电偶的数据，该热电偶设置在304不锈钢杆的外表面上并且位于一个绝缘层的下方。曲线324示出了热电偶的数据，该热电偶在没有一个绝缘层的情况下设置在304不锈钢杆的外表面上。曲线318示出热电偶的数据，该热电偶设置410不锈钢杆的外表面上并且位于一个绝缘层下方。曲线320示出了热电偶的数据，该热电偶在没有一个绝缘层的情况下设置在410不锈钢杆的外表面上。比较曲线可以知道，与410不锈钢杆的温度(曲线318和320)相比，304不锈钢杆的温度(曲线322和324)增加得更加快速。与410不锈钢杆的温度(曲线318和320)相比，304不锈钢杆的温度(曲线322和324)也到达更高的值。410不锈钢杆的非绝缘部分(曲线320)和410不锈钢杆的绝缘部分(曲线318)之间的温差小于304不锈钢杆的非绝缘部分(曲线324)和304不锈钢杆的绝缘部分(曲线322)之间的温差。304不锈钢杆的温度在实验结束时增大，而410不锈钢杆的温度不变。

数字模拟(使用计算机程序FLUENT)用来比较温控加热器的工作和三个降载比。为油页岩地岩层(Green River油页岩)中的加热器实现模拟。模拟条件如下：

-6m长的导管内的导体式居里加热器(中心导体(直径为大约2.54cm)，导管外径为大约7.3cm)

-油页岩地岩层的向下打眼加热器实验场的丰富度分布

-在位于三角形空间上的井孔之间的大约9.14m空间处的、直径为大约16.5cm的井孔，

-200小时功率向上倾斜时间对820瓦/米初始热量喷射比

-在向上倾斜之后恒定的电流工作

-加热器处于720.6度的居里温度

-在油页岩丰富度大于35gals/ton(0.14l/kg)的情况下，地岩层膨胀并且接触加热器罐

图39示出了作为地岩层深度的函数的、导管内的导体式加热器的中心导体的温度，其中居里温度加热器具有2∶1的降载比。曲线326-348示出了在从开始加热之后的8天到开始加热之后的675天的各种时间范围(326：8天、328：50天、330：91天、332：133天、334：216天、336：300天、338：383天、340：466天、342：550天、344：591天、346：633天、348：675天)下地岩层的温度分布。在降载比为2∶1的情况下，在大约466天之后，在最丰富的油页岩层中超过720.6度的居里温度。图40示出了在降载比为2∶1的情况下通过地岩层的相应加热器的热流量及油页岩丰富度分布(曲线384)。曲线350-382示出了在从开始加热之后的8天到开始加热之后的633天的各种时间(350：8天、352：50天、354：91天、356：133天、358：175天、360：216天、362：258天、364：300天、366：341天、368：383天、370：425天、372：466天、374：508天、376：550天、378：591天、380：633天、382：675天)上热流量分布。在降载比为2∶1的情况下，中心导体温度超过最丰富油页岩层中的居里温度。

图41示出了在降载比为3∶1的情况下作为地岩层深度的函数的加热器温度。曲线386-408示出了在从开始加热之后的12天到开始加热之后的703天的各种时间范围(386：12天、388：33天、390：62天、392：102天、394：146天、396：205天、398：271天、400：354天、402：467天、404：605天、406：662天、408：703天)上通过地岩层的温度分布。在降载比为3∶1的情况下，在大约703天之后接近居里温度。图42示出了在降载比为3∶1的情况下通过地岩层的相应加热器热流量及油页岩丰富度分布(曲线432)。曲线410-430示出了在从开始加热之后的12天到开始加热之后的605天的各种时间(410：12天、412：32天、414：62天、416：102天、418：146天、420：205天、422：271天、424：354天、426：467天、428：605天、430：749天)上热流量分布。在降载比为3∶1的情况下，中心导体温度永远不会超过居里温度。在降载比为3∶1的情况下，中心导体温度也示出了相对平坦的温度分布。

图43示出了在降载比为4∶1的情况下作为地岩层深度的函数的加热器温度。曲线434-454示出了在从开始加热之后的12天到开始加热之后的467天的各种时间范围(434：12天、436：33天、438：62天、440：102天、442：147天、444：205天、446：272天、448：354天、450：467天、452：606天、454：678天)上通过地岩层的温度分布。在降载比为4∶1的情况下，甚至在678天之后不超过居里温度。在降载比为4∶1的情况下，中心导体温度永远不会超过居里温度。中心导体示出了降载比为4∶1的情况下的温度分布，该温度分布稍稍比降载比为3∶1的情况下的温度分布更平坦。模拟表明，在更高的降载比的情况下，加热器温度更长时间地保持在居里温度上或者小于居里温度。对于这种油页岩丰富度分布而言，降载比大于3∶1是理想的。

铁磁材料的AC导率的分析方案被用来预定铁磁材料和/或其它材料在加热地岩层期间的性能。通过分析解决了由铁磁材料形成的、均匀圆形横截面的金属丝的AC导率。对于半径为b的金属丝而言，金属丝的磁渗透性、电容率和导电率各自用μ、ε和σ来表示。参数μ用作常数(即与磁场强度无关)。

Maxwell的等式是：

$\left(3\right),\underset{\‾}{\▿}\·\underset{\‾}{B}=0;$

$\left(4\right),\underset{\‾}{\▿}\×\underset{\‾}{E}+\∂\underset{\‾}{B}/\∂t=0;$

$\left(5\right),\underset{\‾}{\▿}\·\underset{\‾}{D}=\mathrm{\ρ};$

和 $\left(6\right),\underset{\‾}{\▿}\×\underset{\‾}{H}-\∂\underset{\‾}{D}/\∂t=\underset{\‾}{J}.$

金属丝的基本等式是

(7)D＝εE，B＝μH，J＝σE.

把公式7代入到公式3-6中，设定ρ＝0，及写成：

(8)E(r，t)＝E _S(r)e^jωi

和(9)H(r，t)＝H _S r)e^jωi，

得到下面公式：

$\left(10\right)\underset{\‾}{\▿}\·{\underset{\‾}{H}}_S=0;$

$\left(11\right),\underset{\‾}{\▿}\×{\underset{\‾}{E}}_S+\mathrm{j\μ\ω}{\underset{\‾}{H}}_S=0;$

$\left(12\right),\underset{\‾}{\▿}\·{\underset{\‾}{E}}_S=0;$

和 $\left(13\right),\underset{\‾}{\▿}\×{\underset{\‾}{H}}_S-\mathrm{j\ω\ϵ}\·{\underset{\‾}{E}}_S=\mathrm{\σ}{\underset{\‾}{E}}_S.$

注意在采用等式13的发散度时随着等式12。采用等式11的旋度，对于任何向量函数F而言使用这个事实：

$\left(14\right),\underset{\‾}{\▿}\×\underset{\‾}{\▿}\×\underset{\‾}{F}=\underset{\‾}{\▿}(\underset{\‾}{\▿}\·\underset{\‾}{F})-{\▿}^2\underset{\‾}{F},$

应用等式10，可以推出：

$\left(15\right),{\▿}^2{\underset{\‾}{E}}_S-C^2{\underset{\‾}{E}}_S=0,$

(16)C²＝Jωμσ_eff，

(17)σ_eff＝σ+jωε

对于圆柱形金属丝而言，假设：

$\left(18\right),{\underset{\‾}{E}}_S=E_S\left(r\right)\hat{k}$

这意味着Es(r)满足等式：

$\left(19\right),\frac{1}{r}\frac{\∂}{\∂r}\left(r\frac{{\∂E}_S}{\∂r}\right)-C^2{E}_S=0.$

等式19的一般解是：

(20)E_S(r)＝AI₀(Cr)+BK₀(Cr).

当在r＝0下K₀是奇数时，B不存在，因此可以推出：

$\left(21\right),E_S\left(r\right)=E_S\left(b\right)\frac{I_0\left(\mathrm{Cr}\right)}{I_0\left(\mathrm{Cb}\right)}=\left|E_S\left(r\right)\right|e^{\mathrm{i\φ}\left(r\right)}$

每单位长度(P)的金属丝的功率输出通过下面来给出：

$\left(22\right),P=\frac{1}{2}\underset{0}{\overset{b}{\∫}}\mathrm{dr}2\mathrm{\πr\σ}{|E}_S{|}^2,$

及平均电流平方(<I²>)通过下面来给出：

$\left(23\right),<I^2>=\frac{1}{2}{\left|\underset{0}{\overset{b}{\&Integral;}}\mathrm{dr}2\mathrm{\&pi;r}{J}_S\right|}^2=\frac{1}{2}{\left|\underset{0}{\overset{b}{\&Integral;}}\mathrm{dr}2\mathrm{\&pi;r\&sigma;}{E}_S\right|}^2.$

等式22和23用来得到金属丝的每单位长度(R)的有效电阻的表达式。这给出了：

$\left(24\right),R\&equiv;P/<I^2>=\frac{\underset{0}{\overset{b}{\&Integral;}}\mathrm{drr\&sigma;}{\left|E_S\right|}^2}{2\mathrm{\&pi;}|\underset{0}{\overset{b}{\&Integral;}}\mathrm{drr\&sigma;}{E}_S{|}^2}=\frac{\underset{0}{\overset{b}{\&Integral;}}\mathrm{drr}{\left|E_S\right|}^2}{2\mathrm{\&pi;\&sigma;}{\left|\underset{0}{\overset{b}{\&Integral;}}\mathrm{drr}{E}_S\right|}^2},$

在等式24的右手侧上的第二术语保持常数σ。

C可以用它的实部(C_R)和它的虚部(C_I)来表示，因此：

(25)C＝C_R+iC_I.

可以得到C_R的近似解。C_R可以被选择成正的。还需要下面的参量：

(26)|C|＝{C_R ²+C_I ²}^1/2

(27)γ≡C/|C|＝γ_R+iγ_I.

大的Re(z)值给出了：

$\left(28\right),I_0\left(z\right)=\frac{e^z}{\sqrt{2\mathrm{\&pi;z}}}\{1+O[z^{-1}\left]\right\}.$

这意味着

$\left(29\right),E_S\left(r\right)\&cong;E_S\left(b\right)e^{-\mathrm{\&gamma;\&xi;}},$

(30)ξ＝|C|(b-r).

把等式29代入到等式24中产生了近似结果：

$\left(31\right),R=\frac{\left|C\right|/2}{2\mathrm{\&pi;a\&sigma;}{\mathrm{\&gamma;}}_R}=\frac{{\left|C\right|}^2/\left\{{2C}_R\right\}}{2\mathrm{\&pi;b\&sigma;}}.$

等式31写成这样的形式：

(32)R＝1/(2πbδσ)，

$\left(33\right),\mathrm{\&delta;}={2C}_R/{\left|C\right|}^2\&cong;\sqrt{2/\left(\mathrm{\&omega;\&mu;\&sigma;}\right)}.$

δ公知为集肤深度，及在用σ更换σeff时产生了等式33中的近似公式。

直接从等式19中得到等式29的表达式。变换成可变的ξ产生了：

$\left(34\right),\frac{1}{1-\mathrm{\&epsiv;\&xi;}}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;\mathrm{\&xi;}}\left((1-\mathrm{\&epsiv;\&xi;})\frac{{\&PartialD;E}_S}{\&PartialD;\mathrm{\&xi;}}\right)-{\mathrm{\&gamma;}}^2{E}_S=0,$

(35)ε＝1/(a|C|).

等式34的解可以写成：

$\left(36\right),E_S=\underset{k=0}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_S^{\left(k\right)}{\mathrm{\&epsiv;}}^k,$

$\left(37\right),\frac{{\&PartialD;}^2{E}_S^{\left(0\right)}}{{\&PartialD;\mathrm{\&xi;}}^2}-{\mathrm{\&gamma;}}^2{E}_S^{\left(0\right)}=0$

$\left(38\right),\frac{{\&PartialD;}^2{E}_S^{\left(m\right)}}{{\&PartialD;\mathrm{\&xi;}}^2}-{\mathrm{\&gamma;}}^2{E}_S^{\left(m\right)}=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&xi;}}^{k-1}\frac{{\&PartialD;E}_S^{m-k}}{\&PartialD;\mathrm{\&xi;}};m=\mathrm{1,2},....$

等式37的解是

$\left(39\right),E_S^{\left(0\right)}=E_S\left(a\right)e^{-\mathrm{\&gamma;\&xi;}},$

也容易写下连续的m的等式38的解。例如：

$\left(40\right),E_S^{\left(1\right)}=\frac{1}{2}{E}_S\left(a\right)\mathrm{\&xi;}{e}^{-\mathrm{\&gamma;\&xi;}}.$

通过分析也解决了具有铁磁材料的合成金属丝的AC导率。在这种情况下，区域0≤r≤a由材料1形成，而区域a＜r≤b由材料2形成。E_S1(r)和E_S2(r)各自表示两个区域中的电场。这产生了：

$\left(41\right),\frac{1}{r}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;r}\left(r\frac{{\&PartialD;E}_{S1}}{\&PartialD;r}\right)-{C_1}^2{E}_{S1}=0;0\&le;r<a$

$\left(42\right),\frac{1}{r}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;r}\left(r\frac{{\&PartialD;E}_{S2}}{\&PartialD;r}\right)-{C_2}^2{E}_{S2}=0;a<r\&le;b,$

(43)C_k＝jωμ_kσ_effk；k＝1，2

(44)σ_effk＝σ_k+jωε_k；k＝1，2

等式41和42的方案满足边界条件：

(45)E_S1(a)＝E_S2(a)

(46)H_S1(a)＝H_S2(a)

采用形式

(47)E_S1(r)＝A₁I₀(C₁r)

(48)E_S2(r)＝A₂I₀(C₂r)+B₂K₀(C₂r).

使用等式11，等式46的边界条件以电场来表示为：

$\left(49\right),\frac{1}{{\mathrm{\&mu;}}_1}\frac{{\&PartialD;E}_{S1}}{\&PartialD;r}{|}_{r=a}=\frac{1}{{\mathrm{\&mu;}}_2}\frac{{\&PartialD;E}_{S2}}{\&PartialD;r}{|}_{r=a}.$

把两个边界条件应用到等式45和49中，以允许E_S1(r)和E_S2(r)在金属丝E_S2(b)的表面上以电场来表示。等式45产生了：

(50)A₁I₀(C₁a)＝A₂I₀(C₂a)+B₂K₀(C₂a)，

而等式49产生了：

$\left(51\right),A_1{\tilde{C}}_1{I}_1\left(C_{1}a\right)={\tilde{C}}_2\{A_2{I}_1\left(C_{2}a\right)-B_2{K}_1\left(C_{2}a\right)\}.$

写等式51使用了事实：

$\left(52\right),I_1\left(z\right)=\frac{d}{\mathrm{dz}}{I}_0\left(z\right);K_1\left(z\right)=\frac{d}{\mathrm{dz}}{K}_0\left(z\right)$

并且加入参量：

$\left(53\right),{\tilde{C}}_1\&equiv;C_1/{\mathrm{\&mu;}}_1;C_2\&equiv;C_2/{\mathrm{\&mu;}}_2.$

按照A₁得到A₂和B₂来解等式50，可以得到：

$\left(54\right),A_2=A_1\frac{C_2{I}_0\left(C_{1}a\right)K_1\left(C_{2}a\right)+C_1{I}_1\left(C_{1}a\right)K_0\left(C_{2}a\right)}{C_2\{I_0\left(C_{2}a\right)K_1\left(C_{2}a\right)+I_1\left(C_{2}a\right)K_0\left(C_{2}a\right)\}},$

$\left(55\right),B_2=A_1\frac{C_2{I}_0\left(C_{1}a\right)I_1\left(C_{2}a\right)+C_1{I}_1\left(C_{1}a\right)I_0\left(C_{2}a\right)}{C_2\{I_0\left(C_{2}a\right)K_1\left(C_{2}a\right)+I_1\left(C_{2}a\right)K_0\left(C_{2}a\right)\}}.$

与均匀金属丝所使用的方法相类似地解出合成金属丝的每单元长度的功率输出和AC电阻。在一些情况下，如果与金属丝的半径相比导体的集肤深度较小，那么含C₂的函数变得较大并且用指数来取代。但是，当温度接近居里温度时，需要完全的解。

借助首先用常数μ来解出上面等式以确定B，依赖于B的μ得到重复演算。然后，对于这些等式中的μ的精确值而言，用于铁磁材料的、已知的B对H曲线来反复演算。

本发明的各个方面的进一步改进和替换实施例由于这种描述而对于本领域普通技术人员来讲是显而易见的。相应地，这种描述只是解释性的，并且用来教导本领域普通技术人员实现本发明的普通方法。应该知道，这里所示出的和描述的本发明的这些形式是目前优选的实施例。元件和材料可以用这里所示出的、描述的这些来取代，零件和过程可以颠倒，本发明的一些特征可以独立地使用，在阅读了本发明的说明书之后，所有这些对于本领域普通技术人员来讲是显而易见的。在没有脱离在下面权利要求中所描述的本发明的精神实质和范围的情况下，这里所描述的一些元件可以进行改变。此外，应该知道，这里独立地所描述的一些特征在一些实施例中可以结合起来。

Claims (33)

1.一种加热地下或者地下井孔的方法，它包括：

把交流电供给到一个或者多个电导体中，该电导体设置在地下或者地下井孔中，以提供电阻热量输出，其中，至少一个电导体包括电阻铁磁材料，当交流流过电阻铁磁材料时，该电阻铁磁材料提供热量，在大于或者接近所选择的温度时，电阻铁磁材料提供减少的热量；其特征在于，所述电导体在大于或者接近所选择的温度时的AC电阻是这种电导体在小于所选择的温度下处于50度时的AC电阻的80％或者更小；及

允许热量从电阻铁磁材料传递到地下的一部分或者地下井孔的一部分中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，电阻铁磁材料单独或者与连接到电阻铁磁材料上的导电性更高的材料相结合，在大于或者接近所选择的温度时可以自动地提供减少的热量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，电阻铁磁材料单独或者与连接到电阻铁磁材料上的导电性更高的材料相结合，在大于或者接近所选择的温度时可以自动地提供所选择的、减少的热量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，电阻铁磁材料的交流电阻在大于所选择的温度时减少，以提供所减少的热量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在电阻铁磁材料的居里温度下，电阻铁磁材料的厚度大于交流集肤深度的3/4、1、或者1.5倍。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所选择的温度接近电阻铁磁材料的居里温度。

7.如权利要求1所述的方法，还包括允许热量从电阻铁磁材料传递到含碳氢化合物的一部分地岩层中。

8.如权利要求1所述的方法，还包括允许热量从电阻铁磁材料传递到含碳氢化合物的一部分地岩层中，以热解地岩层中的至少一些碳氢化合物。

9.如权利要求1所述的方法，还包括提供下面这些的一个或者两个：小于所选择的温度的电阻热量输出大于400瓦/米；或者在大于或者接近所选择的温度时，减少的热量输出量小于400瓦/米。

10.如权利要求1所述的方法，还包括控制施加到电导体中的交流大小，从而控制由电阻铁磁材料所提供的热量。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，交流包括至少70安培。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，交流包括至少100安培。

13.如权利要求1所述的方法，还包括施加这样的交流，该交流的频率为100Hz到600Hz。

14.如权利要求1所述的方法，还包括施加这样的交流，该交流的频率为150Hz、180Hz。

15.如权利要求1所述的方法，还包括施加这样的交流，该交流的频率是地理位置处的行频的3倍。

16.如权利要求1所述的方法，还包括施加电压大于650伏的交流。

17.如权利要求1所述的方法，还包括，在100度到750度之间的温度范围内提供恒定的热量输出。

18.如权利要求1所述的方法，还包括，在300度到600度之间的温度范围内提供恒定的热量输出。

19.如权利要求1所述的方法，还包括，借助控制所施加的交流频率来控制电阻铁磁材料中的集肤深度。

20.如权利要求1所述的方法，还包括，当这种电导体的温度增大时，增大施加到至少一个电导体上的交流，连续这样做，直到温度处于所选择的温度或者接近所选择的温度为止。

21.如权利要求1所述的方法，还包括，允许热量从至少一个电导体传递到含碳氢化合物的一部分地岩层中，并且从地岩层中生产出至少一些碳氢化合物。

22.如权利要求1所述的方法，还包括，把来自至少一个电导体的热量供给到井孔的流体中。

23.如权利要求1所述的方法，还包括，从至少一个电导体中提供热量输出，其中这种电导体被成形成在大于或者接近所选择的温度时提供减少的热量输出，该热量输出是在小于所选择的温度下处于50度时的热量输出的20％或者更小。

24.一种系统，它成形为使用权利要求1-23任一所述的方法来加热地下或者地下井孔，它包括：

一个或者多个电导体，它或者它们成形成设置在地下或者地下井孔中，其中至少一个电导体包括电阻铁磁材料，该材料成形成，在施加交流到电阻铁磁材料上时提供电阻热量输出，其中电阻铁磁材料还成形成，在把交流施加到电阻铁磁材料上时，在大于或者接近所选择的温度时提供减少的热量；

其中，至少一个电导体在所选择的温度以上具有一个AC电阻，该AC电阻为在小于所选择的温度以下的摄氏50度时的AC电阻的80％或者更小。

25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，该系统包括三个或者更多个电导体，其中至少三个电导体连接到三相电结构中。

26.如权利要求24-25任一所述的系统，其特征在于，当这种电导体附近的热负荷减少1瓦/米时，在大于或者接近所选择的工作温度时，至少一个电导体具有小于1.5度的工作温度的增加。

27.如权利要求24所述的系统，其特征在于，至少一个电导体在大于或者接近所选择的温度时提供了减少的热量输出，该热量输出是在小于所选择的温度下处于50度时的热量输出的20％或者更小。

28.如权利要求24所述的系统，其特征在于，至少一个电导体在大于或者接近所选择的温度时的AC电阻是在小于所选择的温度下处于50度时的AC电阻的80％或者更小。

29.如权利要求24所述的系统，其特征在于，包括电阻铁磁材料的至少一个电导体包括至少2∶1的降载比。

30.如权利要求24所述的系统，其特征在于，该系统包括两个或者更多个电导体和电绝缘材料，该电绝缘材料设置在至少两个电导体之间。

31.如权利要求24所述的系统，其特征在于，电阻铁磁材料包括铁、镍、铬、钴、钨或者它们的混合物。

32.如权利要求24所述的系统，其特征在于，电阻铁磁材料连接到导电性较高的材料上。

33.如权利要求24所述的系统，其特征在于，至少一个电导体长于10m。

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