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Die Erfindung betrifft eine Lagerstättenheizung zur induktiven Heizung eines Erdreiches, insbesondere einer Ölsand-, Ölschiefer- oder Schweröllagerstätte.
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Zur in-situ Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Lagerstätte, beispielsweise zur Förderung von Schwerölen oder Bitumen aus Ölsand oder Ölschiefervorkommen, ist es notwendig, eine möglichst große Fließfähigkeit der zu fördernden Kohlenwasserstoffe zu erreichen. Eine Möglichkeit die Fließfähigkeit der Kohlenwasserstoffe bei ihrer Förderung zu verbessern, ist die im Erdreich der Lagerstätte vorherrschende Temperatur mittels einer Lagerstättenheizung zu erhöhen.
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Eine bekannte Methode zur Erhöhung der Temperatur der Lagerstätte beziehungsweise des Erdreiches ist das induktive Heizen mittels eines Induktors, welcher in die Lagerstätte, das heißt in das Erdreich, eingebracht wird. Mittels des Induktors werden in elektrisch leitfähigen Lagerstätten Wirbelströme induziert, welche die Lagerstätte aufheizen, sodass es folglich zu einer Verbesserung der Fließfähigkeit der in der Lagerstätte vorliegenden Kohlenwasserstoffe kommt.
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Um eine zur geforderten Temperaturerhöhung ausreichende Heizleistung in der Umgebung des Induktors zu erreichen, sind typischerweise große Wechselstromstärken von einigen 100 A nötig, da das den Induktor umgebende Erdreich typischerweise nur gering elektrisch leitfähig ist. Durch einen Betrieb des Induktors mit einer hohen Wechselstromstärke ergibt sich ein hoher induktiver Spannungsabfall entlang des Induktors, wobei der induktive Spannungsabfall in der Größenordnung von einigen 100 kV liegen kann. Solch hohe Spannungen lassen sich nur schwer praktisch handhaben, sodass es zweckmäßig ist, diese zu kompensieren.
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Eine Kompensation des induktiven Spannungsabfalls wird, wie in der Patentschrift
DE 10 2007 040 605 beschrieben, beispielsweise durch in Serie geschaltete Kondensatoren ermöglicht (Blindleistungskompensation).
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Nachteilig an der Serienschaltung von Kondensatoren ist, dass die Kondensatoren Schwachstellen des Induktors ausbilden. An den Kondensatoren treten Teilentladungen auf, die zur teilweisen oder vollständigen Zerstörung des Induktors führen können. Aufgrund der Unzugänglichkeit eines tief in die Lagerstätte eingebrachten Induktors sind besonders hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Induktors zu stellen. Insbesondere wird ein kontinuierlicher und wartungsfreier Betrieb über zehn bis zwanzig Jahre angestrebt. Bei Ausfall eines Kondensators des Induktors wird aufgrund der Reihenschaltung der Kondensatoren der gesamte Induktor funktionsuntüchtig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit einer induktiven Lagerstättenheizung zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch eine Lagerstättenheizung mit den Merkmalen des unabhängigen Patenanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst. In den abhängigen Patenansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Die erfindungsgemäße Lagerstättenheizung zur induktiven Heizung eines Erdreiches umfasst einen elektrischen Induktor, wobei der Induktor zur Ausbildung eines elektrischen Serienschwingkreises wenigstens einen Kondensator aufweist. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Lagerstättenheizung eine zum Kondensator elektrisch parallel geschaltete und mittels einer Aktivierungsvorrichtung aktivierbare Überbrückung des Kondensators. Erfindungsgemäß sind die Aktivierungsvorrichtung und die aktivierbare Überbrückung des Kondensators derart angeordnet und ausgestaltet, dass bei einem Defekt des Kondensators eine Aktivierung der Überbrückung erfolgt.
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Mit anderen Worten wird der Kondensator beim Vorliegen eines Defektes mittels einer elektrisch parallel zum Kondensator geschalteten Überbrückung elektrisch kurzgeschlossen. Erfindungsgemäß wird durch die Überbrückung des Kondensators, das heißt durch den elektrischen Kurzschluss des Kondensators, der Betrieb der Lagerstättenheizung, insbesondere des Induktors, auch bei einem Defekt des Kondensators ermöglicht.
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Als ein Defekt des Kondensators ist hierbei eine Beeinträchtigung der elektrischen Funktion des Kondensators zu verstehen, die derart ausgeprägt ist, dass insgesamt der Betrieb der Lagerstättenheizung, insbesondere des Induktors, gefährdet ist oder nicht mehr zuverlässig fortgesetzt werden kann. Beispielsweise kann durch einen Defekt des Kondensators eine hochohmige Unterbrechung eines Leiters des Induktors vorliegen. Hierbei umfasst der Induktor wenigstens einen Leiter, insbesondere eine Leiterschleife, wobei der Leiter und/oder die Leiterschleife den Kondensator aufweist.
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Ein Defekt kann weiterhin durch eine mechanische und/oder thermische Beschädigung des Kondensators vorliegen, wobei die Beschädigung beispielsweise durch Teilentladungen am Kondensator hervorgerufen werden kann. Liegt ein Defekt des Kondensators vor, so sind die Aktivierungsvorrichtung und die Überbrückung erfindungsgemäß derart angeordnet, ausgestaltet und/oder gekoppelt, dass eine Aktivierung der elektrischen Überbrückung und folglich ein Kurzschluss des Kondensators erfolgt. Insbesondere ist eine niederohmige Überbrückung von Vorteil. Dadurch kann die Lagerstättenheizung, insbesondere der Induktor, weiter betrieben werden. Es kommt lediglich zu einer geringen Erniedrigung der Resonanzfrequenz des durch den Induktor ausgebildeten Serienschwingkreises.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum induktiven Heizen eines Erdreiches wird ein elektrischer Induktor mit wenigstens einem Kondensator in das Erdreich eingebracht. Erfindungsgemäß erfolgt bei einem Defekt des Kondensators eine Aktivierung einer elektrischen Überbrückung des Kondensators mittels einer Aktivierungsvorrichtung.
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Liegt ein Defekt, insbesondere ein hochohmiger Defekt, des Kondensators vor, so ist die Funktionstüchtigkeit der Lagerstättenheizung eingeschränkt oder nicht mehr gegeben. Durch die Aktivierung einer elektrischen zum defekten Kondensator parallel geschalteten Überbrückung des Kondensators mittels einer Aktivierungsvorrichtung wird der Kondensator kurzgeschlossen, sodass der Betrieb der induktiven Lagerstättenheizung, insbesondere des Induktors, auch bei dem Vorhandensein eines Defektes des Kondensators sichergestellt ist. Die erfindungsgemäße Aktivierung der Überbrückung des defekten Kondensators ermöglicht folglich einen zuverlässigen Betrieb der Lagerstättenheizung, insbesondere des Induktors, über einen langen Zeitraum, insbesondere über zehn bis zwanzig Jahre.
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Es ergeben sich zur bereits genannten Lagerstättenheizung gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bevorzugt umfasst der Induktor eine Mehrzahl von Kondensatoren, wobei die Kondensatoren eine elektrische Reihenschaltung ausbilden.
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Vorteilhafterweise wird durch die Mehrzahl der Kondensatoren und durch die Induktivität des Induktors, insbesondere der Leiterschleife, ein Serienschwingkreis mit einer hohen Gesamtkapazität ausgebildet. Hierbei ist eine Bestromung des Induktors mit einer Wechselspannung oder mit einem Wechselstrom vorgesehen. Es ist von Vorteil die Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstromes der Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises anzupassen. Mit anderen Worten wird der Serienschwingkreis in Resonanz betrieben, sodass keine oder kaum Blindleistung aufgebracht werden muss (Blindleistungskompensation). Weiterhin weist bevorzugt jeder der Kondensatoren, wenigstens eine Mehrzahl der Kondensatoren, eine erfindungsgemäße aktivierbare Überbrückung auf. Hierzu kann eine Mehrzahl von Aktivierungsvorrichtungen vorgesehen sein. Insbesondere weist jeder Kondensator eine elektrisch parallel geschaltete und aktivierbare Überbrückung und eine Aktivierungsvorrichtung auf.
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Beispielsweise kann der Induktor, der als Leiterschleife ausgebildet ist, in einer Tiefe von etwa 85 m in das Erdreich der Lagerstätte eingebracht sein. Weist die Lagerstätte oder das Erdreich annähernd eine Länge von etwa 1000 m auf, so wird ein Induktor mit einer Gesamtlänge von wenigstens 3000 m benötigt. Werden beispielsweise 200 Kondensatoren zur Blindleistungskompensation verwendet, so beträgt der mittlere Abstand benachbarter Kondensatoren 15 m.
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Bevorzugt sind die einzelnen Kondensatoren mittels elektrisch außenisolierten, elektrisch hochleitfähigen, bevorzugt nicht ferromagnetischen Rohren verbunden. Hierbei weisen die Rohre zweckmäßigerweise einen Außendurchmesser im Bereich von 50 mm bis 100 mm auf. Insbesondere können die Rohre aus einer Aluminiumlegierung gebildet werden. Eine Bestromung des Induktors mit wenigstens 100 A ist von Vorteil.
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Aufgrund des elektrischen Kurzschlusses des defekten Kondensators mittels der aktivierten Überbrückung, wird die Gesamtkapazität der Kondensatoren erhöht (Reihenschaltung von Kondensatoren), wodurch die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises geringfügig erniedrigt wird. Die Induktivität, die durch den Leiter, insbesondere durch die Leiterschleife des Induktors gebildet wird, bleibt annähernd gleich. Weiterhin ist die Spannung an den verbleibenden nicht defekten Kondensatoren des Induktors bei einer gleichbleibenden elektrischen Leistung erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Induktor die Aktivierungsvorrichtung.
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Mit anderen Worten ist die Aktivierungsvorrichtung direkt im Induktor integriert. Insbesondere ist die Aktivierungsvorrichtung am Kondensator angeordnet. Dadurch wird vorteilhaftweise der Abstand zwischen der Aktivierungsvorrichtung und der Überbrückung möglichst minimiert. Hierbei ist die Überbrückung des Kondensators in unmittelbarer Nähe zum Kondensator oder am Kondensator angeordnet. Insbesondere werden die Aktivierungsvorrichtung und die Überbrückung in das Erdreich eingebracht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Aktivierungsvorrichtung einen Schmelzring zur Aktivierung der Überbrückung.
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Hierbei ist die Aktivierungsvorrichtung zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nähe zum Kondensator oder am Kondensator angeordnet. Typischerweise erfolgt bei einem Defekt des Kondensators eine Erwärmung des Kondensators, beispielsweise um 50 K bis 200 K. Eine Schmelztemperatur des Schmelzringes ist hierbei derart gewählt oder festgelegt, dass durch die Erwärmung des Kondensators aufgrund des Defektes wenigstens eine Erweichung oder ein Schmelzen, wenigstens ein teilweises Schmelzen, des Schmelzringes erfolgt. Folgend wird unter dem Erweichen oder dem Schmelzen des Schmelzringes ein wenigstens teilweises Erweichen oder Schmelzen des Schmelzringes verstanden. In Folge des Erweichens oder Schmelzens des Schmelzringes wird beispielsweise eine mechanische Vorrichtung der Aktivierungsvorrichtung aktiviert, sodass eine Aktivierung der elektrischen Überbrückung des Kondensators erfolgt. Vorteilhafterweise kann dadurch die Aktivierung der elektrischen Überbrückung automatisiert und autark erfolgen, insbesondere ohne eine Steuerung von außerhalb des Erdreiches.
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Die Schmelztemperatur des Schmelzringes kann auf den mechanischen und/oder elektrischen Aufbau des Kondensators und/oder des Induktors und/oder auf Eigenschaften des Erdreiches angepasst sein. Weiterhin kann der Schmelzring ein Thermoplast und/oder eine niedrig schmelzende Zinnlegierung umfassen. Alternativ oder ergänzend zum Schmelzring kann ein Bimetallelement vorgesehen sein.
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Bevorzugt weist die Aktivierungsvorrichtung eine Kontakthülse und eine mittels des Schmelzringes gespannte Feder, insbesondere eine Schraubenfeder, auf, wobei die Kontakthülse derart angeordnet und mittels der Federwirkung der Feder verschiebbar ist, dass durch ein Erweichen oder Schmelzen des Schmelzringes eine Verschiebung der Kontakthülse bewirkt und die Überbrückung des Kondensators aktiviert wird.
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Mit anderen Worten wird die Überbrückung des Kondensators mittels einer Kontakthülse ermöglicht, die aufgrund des Erweichens oder Schmelzens des Schmelzringes mittels der gespannten Feder derart verschoben wird, dass ein elektrischer Kontakt zwischen den zwei Elektroden des Kondensators bewirkt wird. Hierbei wird die gespannte Feder durch das Erweichen oder durch das wenigstens teilweise Schmelzen des Schmelzringes entspannt, sodass die Spannenergie der Feder (Federwirkung) für die Verschiebung der Kontakthülse nutzbar ist.
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Die Aktivierung der elektrischen Überbrückung des Kondensators erfolgt bevorzugt autark, das heißt ohne Steuerung von außerhalb des Erdreiches. Insbesondere hängt die Aktivierung der Überbrückung von der Temperatur des Kondensators beziehungsweise von der Schmelztemperatur des Schmelzringes ab.
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Zweckmäßigerweise ist der Schmelzring am Kondensator des Induktors angeordnet. Vorteilhafterweise wird durch die genannte Ausführung der Aktivierungsvorrichtung eine wartungsfreie und zuverlässige mechanische Vorrichtung bereitgestellt, die eine elektrische Überbrückung des Kondensators bei dem Vorliegen eines Defektes ermöglicht. Dadurch wird vorteilhafterweise die Zuverlässigkeit der Lagerstättenheizung, insbesondere über einen Zeitraum von zehn bis zwanzig Jahren, sichergestellt.
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Besonders bevorzugt ist der Schmelzring an einer Steuerhülse angeordnet, wobei die Feder mittels der Steuerhülse und der Kontakthülse gespannt ist.
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Mit anderen Worten wird die elektrische Überbrückung mittels einer Aktivierungsvorrichtung aktiviert, die wenigstens einen Schmelzring, eine Kontakthülse, eine Feder und eine Steuerhülse umfasst. Hierbei wird die Feder, insbesondere die Schraubenfeder, mittels der Steuerhülse und der Kontakthülse gespannt. Es erfolgt folglich eine Verschiebung oder Bewegung der Steuerhülse und der Kontakthülse bei einem wenigstens teilweisen Schmelzen des Schmelzringes, da durch das wenigstens teilweise Schmelzen des Schmelzringes die Spannenergie der Feder freigesetzt und in kinetische Energie der Steuerhülse und Kontakthülse gewandelt wird. Mit anderen Worten stellt die Feder Spannenergie bereit, die in kinetische Energie wenigstens eines Elementes der Aktivierungsvorrichtung gewandelt wird. Die kinetische Energie wird hierbei zum Auslösen eines mechanischen Mechanismus verwendet, der die Überbrückung des defekten Kondensators aktiviert.
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Die Steuerhülse dient hierbei zum Lösen einer mechanischen Blockierung, die die Kontakthülse blockiert. Durch lösen der mechanischen Blockierung der Kontakthülse wird die Kontakthülse verschoben. Durch die Verschiebung der Kontakthülse wird der elektrische Kontakt zwischen den zwei Elektroden des defekten Kondensators bewirkt und folglich der defekte Kondensator elektrisch kurzgeschlossen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Kondensator oder am Schmelzring eine Heizvorrichtung angeordnet.
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Hierbei ist wenigstens ein teilweises Schmelzen des Schmelzringes mittels der Heizvorrichtung vorgesehen. Vorteilhafterweise wird durch die Heizvorrichtung das Erweichen oder Schmelzen des Schmelzringes unterstützt oder bewirkt. Dadurch kann vorteilhafterweise die Überbrückung des defekten Kondensators auch bei einer Temperatur des Kondensators ausgelöst oder aktiviert werden, die nicht zum Erweichen oder Schmelzen des Schmelzringes ausreichend ist.
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Für die Steuerung der Heizvorrichtung oder der Aktivierungsvorrichtung, die insbesondere die Heizvorrichtung umfasst, kann eine Steuervorrichtung vorgesehen sein.
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Hierbei kann die Steuervorrichtung außerhalb oder innerhalb des Erdreiches angeordnet sein. Die Steuervorrichtung kann eine automatisierte oder manuelle Steuerung der Aktivierungsvorrichtung und/oder der Heizvorrichtung ermöglichen. Beispielsweise wird mittels der Steuervorrichtung die Heizvorrichtung bei einem Defekt des Kondensators von außerhalb des Erdreiches manuell aktiviert oder gesteuert. Durch die Ansteuerung der Heizvorrichtung mittels der Steuervorrichtung wird ein Beheizen des Schmelzringes oder der Umgebung des Kondensators ermöglicht, sodass der Schmelzring wenigstens teilweise geschmolzen und die elektrische Überbrückung des Kondensators aktiviert wird. Die Heizvorrichtung kann mittels eines Heizdrahtes gebildet sein, wobei der Stromfluss innerhalb des Heizdrahtes mittels der Steuervorrichtung steuerbar oder regelbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Induktor mit einer Wechselspannung und/oder mit einem Wechselstrom beaufschlagt, wobei die Frequenz der Wechselspannung und/oder des Wechselstromes im Bereich von 50 kHz bis 200 kHz liegt.
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Besonders bevorzugt ist eine Frequenz im genannten Bereich von 50 kHz bis 200 kHz die der Resonanzfrequenz des Induktors entspricht. Dadurch erfolgt die Blindleistungskompensation.
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Weiterhin ist die Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstromes gegenüber bekannten Verfahren zur Lagerstättenheizung, vergleichsweise niedrig. Vorteilhafterweise können dadurch Sicherheitsabstände, die aufgrund höherer Frequenzen eingehalten werden müssen, verringert werden. Vorteilhafterweise wird dadurch die Sicherheit der Lagerstättenheizung verbessert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels einer Messvorrichtung wenigstens ein Messwert erfasst, wobei die Aktivierung der Überbrückung des Kondensators in Abhängigkeit des erfassten Messwertes erfolgt.
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Hierbei ist die Messvorrichtung außerhalb oder innerhalb des Erdreiches angeordnet. Weiterhin kann der erfasste Messwert eine Temperatur, eine elektrische Verlustleistung und/oder eine weitere mechanische und/oder elektrische Eigenschaft des Kondensators sein.
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Durch die Messvorrichtung und den erfassten Messwert wird vorteilhafterweise der elektrische und/oder mechanische Zustand des Kondensators ermittelt. In Abhängigkeit des dadurch bestimmten Zustandes des Kondensators erfolgt dann die Aktivierung der Überbrückung des Kondensators. Mit anderen Worten ist der erfasste Messwert ein Maß für das Vorliegen eines Defektes.
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Typischerweise erfolgt bei dem Vorliegen eines Defektes des Kondensators eine Erhöhung der Temperatur des Kondensators. Es ist daher von Vorteil die Temperatur des Kondensators zu erfassen. In Abhängigkeit der erfassten Temperatur (Messwert) erfolgt eine Aktivierung der Überbrückung des Kondensators. Weitere Mittel zur Messung von geeigneten physikalischen Größen des Kondensators sind vorgesehen. Eine physikalische Größe oder Eigenschaft des Kondensators ist in diesem Sinne geeignet, wenn aus dem Wert der erfassten physikalischen Größe oder Eigenschaft ein Defekt des Kondensators festellbar ist. Weiterhin kann durch die Messvorrichtung auch ein äußerer Zustand des Kondensators, das heißt ein Zustand des Erdreiches oder der Lagerstätte erfasst werden.
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Bevorzugt wird der erfasste Messwert mittels einer für die Aktivierungsvorrichtung vorgesehenen Steuervorrichtung ausgewertet.
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Mit anderen Worten erfolgt eine Bewertung des erfassten Messwertes mittels der Steuervorrichtung, die die Aktivierungsvorrichtung und folglich die Aktivierung der Überbrückung steuert. Wird beispielsweise eine Temperatur des Kondensators als Messwert erfasst, so wird die erfasste Temperatur mittels der Steuervorrichtung derart ausgewertet, dass bei Überschreitung einer Schwelltemperatur eine Aktivierung der Überbrückung mittels der Aktivierungsvorrichtung erfolgt. Die Steuervorrichtung kann hierzu innerhalb oder außerhalb des Erdreiches angeordnet sein. Insbesondere ist eine manuelle Aktivierung der Überbrückung mittels der Steuervorrichtung und folglich eine manuelle Steuerung der Aktivierungsvorrichtung von außerhalb des Erdreiches vorgesehen. Beispielsweise ist die Steuervorrichtung innerhalb einer für die Lagerstättenheizung vorgesehenen Zentrale angeordnet. In der genannten Zentrale können die einzelnen Kondensatoren des Induktors überwacht und bei dem Vorliegen eines Defektes eines Kondensators dessen elektrische Überbrückung aktiviert werden. Beispielsweise wird die am Schmelzring angeordnete Heizvorrichtung eingeschaltet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:
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1 in Schnittdarstellung einen Ausschnitt eines Induktors, der einen Kondensator, eine Aktivierungsvorrichtung und eine aktivierbare elektrische Überbrückung des Kondensators aufweist, wobei die elektrische Überbrückung nicht aktiviert ist;
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2 eine dreidimensionale Schnittdarstellung des Ausschnittes des Induktors aus 1;
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3 eine weitere Schnittdarstellung des Ausschnittes des Induktors aus 1, wobei nun die elektrische Überbrückung des Kondensators aktiviert ist;
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4 eine Schnittdarstellung des Ausschnittes des Induktors aus den vorangegangen Figuren, mit einer elektrischen Kontaktierung einer Kontakthülse an einem Gehäuseteil des Induktors; und
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5 eine schematische Darstellung eines Induktors, der in ein Erdreich eingebracht ist.
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Gleichartige oder äquivalente Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes eines Induktors 1. Hierbei weist der Induktor 1, welcher beispielsweise mittels ineinander geschachtelter metallischer Röhren gebildet ist, einen Kondensator 2 auf. Eine erste Elektrode des Kondensators 2 ist mit einem ersten Gehäuseteil 31 und eine zweite Elektrode des Kondensators 2 mit einem zweiten Gehäuseteil 32 elektrisch leitend verbunden. Der Induktor 1 weist einen rohrförmigen oder zylinderförmigen Aufbau auf.
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Der gezeigte Ausschnitt des Induktors 1 umfasst nur einen Kondensator 2, wobei der Kondensators 2 nicht näher spezifiziert und lediglich durch sein elektrisches Schaltzeichen dargestellt ist.
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Der Induktor 1 erstreckt sich entlang einer Induktorachse 100. Die relativen Begriffe axial und radial beziehen sich auf die Induktorachse 100.
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Zur elektrischen, chemischen und/oder mechanischen Isolation des Induktors 1 gegen ein Erdreich 10 (siehe 5), in das der Induktor 1 zur induktiven Heizung eingebracht wird, ist eine radial außenliegende Außenisolationsschicht 22 vorgesehen. Die Außenisolationsschicht 22 kann gleichzeitig als eine chemische Schutzschicht ausgelegt sein, sodass im Erdreich 10 vorhandene und chemisch aggressive Stoffe, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Schwefelverbindungen und/oder Salze, die Funktionsfähigkeit des Induktors 1 nicht nachteilig beeinträchtigen.
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Das erste und zweite Gehäuseteil 31, 32, die mit den Elektroden des Kondensators 2 elektrisch verbunden sind oder diese ausbilden, sind mittels eines Isolationsringes 18 gegeneinander elektrisch isoliert. Hierbei ist der Isolationsring 18 ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Induktorachse 100 angeordnet. Allerdings sind das erste und zweite Gehäuseteil 31, 32 mittels des Isolationsringes 18 kraftschlüssig miteinander verbunden, sodass Kräfte, insbesondere beim Einbringen des Induktors 1 in das Erdreich 10, übertragen und kompensiert werden können.
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In 1 ist ein Betrieb des Induktors 1 oder der Lagerstättenheizung ohne Vorliegen eines Defektes des Kondensators 2 dargestellt. Mit anderen Worten ist der Kondensator 2 und folglich der Induktor 1 und die Lagerstättenheizung funktionstüchtig. Hierbei verläuft im vorgesehenen Betrieb des Induktors 1 oder der Lagerstättenheizung ein Stromfluss über die Gehäuseteile 31, 32 und den Kondensator 2. Exemplarisch ist der Stromfluss durch eine gestrichelte Linie 101 verdeutlicht.
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Am Kondensator 2 des Induktors 1 ist eine Aktivierungsvorrichtung 4 angeordnet. Hierbei weist die Aktivierungsvorrichtung 4 einen Schmelzring 8, eine Kontakthülse 12 und eine Schraubenfeder 14 auf. Weiterhin weist die Kontakthülse 12 Bohrungen auf, die jeweils eine Kugel 20, insbesondere Stahlkugeln, umfassen.
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Tritt ein Defekt des Kondensators 2, beispielsweise durch eine oder eine Mehrzahl von Teilentladungen am Kondensator 2, auf, so erwärmt sich der Kondensator 2. Die Erwärmung des Kondensators 2, typischerweise um 50 K bis 200 K, kann aufgrund von Verlusten im oder am Kondensator 2 erfolgen, beispielsweise durch dielektrische Verluste oder durch Verluste aufgrund der Teilentladungen. Ein Defekt des Kondensators 2 kann zu einem vollständigen Ausfall des Kondensators 2 und folglich zu einem Ausfall der Lagerstättenheizung führen.
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Durch die Erhöhung der Temperatur des Kondensators 2 wird der am und um den Kondensator 2 angeordnete Schmelzring 8 erweicht oder wenigstens teilweise geschmolzen. Der erweichte oder wenigstens teilweise geschmolzene Schmelzring 8 wird von einer unter einem axialen Federdruck stehenden und axial verschiebbaren Steuerhülse 16 wenigstens teilweise axial zusammengedrückt. Es erfolgt somit eine Verschiebung der Steuerhülse 16. Dadurch können die Kugeln 20, die die Kontakthülse 12 mechanisch blockieren, radial nach innen abtauchen und die Kontakthülse 12 freigeben. Hierbei wird die Kontakthülse 12, wiederum mittels der Schraubenfeder 14, über den Isolationsring 18 hinweg axial verschoben. Ferner wird die Kontakthülse 12 mittels des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils 31, 32 wenigstens teilweise geführt. Durch die axiale Verschiebung der Kontakthülse 12 wird eine elektrische Überbrückung 6 (siehe 3) des Kondensators 2 bewirkt. Die Kontakthülse 12 verbindet dabei das erste und zweite Gehäuseteil 31, 32 elektrisch leitend. Insbesondere verläuft der Stromfluss nun über die Kontakthülse 12.
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2 zeigt eine dreidimensionale Schnittdarstellung des Ausschnittes des Induktors 1 aus 1. Hierbei verläuft der Schnitt der Darstellung längs der Induktorachse 100, wobei die Ebene des Schnittes die Induktorachse 100 umfasst. Zur besseren Darstellung der Aktivierungsvorrichtung 4 ist der Kondensator 2, der das erste und zweite Gehäuseteil 31, 32 elektrisch kapazitiv koppelt, ausgeblendet beziehungsweise nicht dargestellt. Durch die Ausblendung des Kondensators 2 werden der Aufbau und die Struktur der Aktivierungsvorrichtung 4 besser sichtbar.
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Die Aktivierungsvorrichtung 4 weist – wie bereits in 1 – den Schmelzring 8, die Schraubenfeder 14 und die Kontakthülse 12 auf. Durch die Kontakthülse 12 erstrecken sich Bohrungen, die die Kugeln 20, insbesondere Stahlkugeln, umfassen. Hierbei blockieren die Kugeln 20 ein entlang der Induktorachse 100 axiales Verschieben der Kontakthülse 12 im normalen, das heißt im defektfreien Betrieb des Induktors 1 beziehungsweise der Lagerstättenheizung.
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Liegt ein Defekt des Kondensators 2 vor, so wird durch das Erweichen oder durch das wenigstens teilweise Schmelzen des Schmelzringes 8 die gespannte Schraubenfeder 14 gelöst, sodass die Spannenergie der Schraubenfeder 14 wenigstens teilweise für die Verschiebung der Kontakthülse 12 bereitgestellt wird.
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Weiterhin wird durch die Federwirkung der Schraubenfeder 14 die nicht dargestellte Steuerhülse 16 verschoben, sodass ein radiales Abtauchen der Kugeln 20 durch die Bohrungen der Kontakthülse 12 ermöglicht wird. Dadurch wird die mechanische Blockierung der Kontakthülse 12 gelöst, sodass diese axial verschoben und ein elektrisch leitender Kontakt, das heißt die elektrische Überbrückung 6 des Kondensators 2, ermöglicht wird. Hierbei wird die Kontakthülse 12 über den Isolationsring 18 axial verschoben. Die Kontakthülse 12 ermöglicht im dargestellten, gegenüber 1 axial verschobenen Zustand, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 31, 32. Dadurch wird der defekte Kondensator 2 elektrisch überbrückt und elektrisch kurzgeschlossen.
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An dem Schmelzring 8 oder in seiner unmittelbaren Umgebung kann eine nicht dargestellte Heizvorrichtung vorgesehen sein. Mittels der Heizvorrichtung kann das Schmelzen oder wenigstens das teilweise Schmelzen des Schmelzringes 8 erfolgen oder unterstützt werden. Hierzu ist ein manuelles oder automatisiertes Einschalten der Heizvorrichtung vorgesehen. Die Heizvorrichtung kann einen Heizdraht, insbesondere eine Mehrzahl von Heizdrähten, umfassen.
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3 zeigt eine weitere Schnittdarstellung des Ausschnittes des Induktors 1 aus 1 und/oder 2, wobei nun die elektrische Überbrückung 6 des Kondensators 2 aktiviert ist. Zur besseren Veranschaulichung der Überbrückung 6 sind der Kondensator 2, die Steuerhülse 16, die Schraubenfeder 14 und die Kugeln 20 ausgeblendet.
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Wie in 1 und/oder 2, schiebt sich bei einer Aktivierung der Überbrückung 6 die Kontakthülse 12 über den Isolationsring 18 und bewirkt die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 31, 32. Hierbei wird wiederum das Verschieben der Kontakthülse 12 durch die Federwirkung der nicht dargestellten Schraubenfeder 14 bewirkt, wobei die Federwirkung der Schraubenfeder 14 durch das Erweichen oder wenigstens teilweise Schmelzen des Schmelzringes 8 bereitgestellt wird. Der Stromfluss verläuft folglich nicht über den nun defekten Kondensator 2, sondern über die Kontakthülse 12. Ein exemplarischer Stromfluss ist durch die gestrichelte Linie 101 verdeutlicht. Mit anderen Worten wird der Kondensator 2 durch die elektrische Überbrückung 6 des ersten und zweiten Gehäuseteils 31, 32 mittels der elektrisch leitenden Kontakthülse 12 elektrisch kurzgeschlossen.
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4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung des Ausschnittes des Induktors 1 aus den vorangegangenen Figuren mit einer zusätzlichen Kontaktierung der Kontakthülse 12 des Induktors 1 an dem ersten Gehäuseteil 31. Weiterhin gleicht der Aufbau der in 4 dargestellten Aktivierungsvorrichtung 4 den vorangegangenen Figuren.
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In 4 wird eine elektrisch leitende Verbindung der Kontakthülse 12 mit dem ersten Gehäuseteil 31 mittels einer flexiblen Litze 24 und/oder eines Kupferbandes ermöglicht. Die Litze 24 oder das flexible und elastische Kupferband sind hierzu an der Kontakthülse 12 und am ersten Gehäuseteil 31 befestigt. Ferner erstreckt sich die Litze 24 oder das Kupferband 24 entlang und innerhalb der Steuerhülse 16. Zur Führung der Litze 24 oder des Kupferbandes aus dem Inneren der Steuerhülse 16 zur Kontakthülse 12 ist eine Bohrung der Steuerhülse 16 vorgesehen. Die Litze 24 oder das Kupferband erstrecken sich durch die genannte Bohrung der Steuerhülse 16. Die Länge der Litze 24 oder des Kupferbandes ist der axialen Verschiebung der Steuerhülse 16 bei einer Aktivierung der Überbrückung 6 des Kondensators 2 angepasst. Hierzu ist eine elastische Ausgestaltung der Litze 24 oder des Kupferbandes vorgesehen. Die Litze 24 oder das Kupferband sind zweckmäßigerweise so auszulegen, dass die axiale Verschiebung der Kontakthülse 12 im Falle eines Defektes des Kondensators 2 nicht behindert oder blockiert wird.
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In 5 ist eine schematische Darstellung eines Induktors 1 gezeigt, der in ein Erdreich 10 eingebracht ist. Hierbei weist der Induktor 1 die Form einer Leiterschleife 1 auf, wobei sich die Leiterschleife 1 innerhalb einer Ölschieferschicht 28 des Erdreiches 10 (Lagerstätte) im Wesentlichen horizontal erstreckt.
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Die Ölschieferschicht 28 ist von weiteren Gesteinsschichten 26, vertikal zumindest teilweise umgeben. Zur Förderung der Kohlenwasserstoffe aus der Ölschieferschicht 28 ist ein Förderrohr 30 vorgesehen.
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Die Ölschieferschicht wird mittels der Lagerstättenheizung, insbesondere mittels des Induktors 1, beheizt, sodass sich die Fließfähigkeit der in der Ölschieferschicht 28 vorliegenden Kohlenwasserstoffe verbessert. Ferner werden durch die Erwärmung Gase freigesetzt, insbesondere Kerogen, die zu Frakturen innerhalb der Ölschieferschicht 28 führen. Durch die Frakturen werden die Kohlenwasserstoffe der Ölschieferschicht 28 verstärkt freigesetzt. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Erdreiches 10 oder der Ölschieferschicht 28 kann die Einleitung eines Fluids, insbesondere einer ionischen Flüssigkeit, in das den Induktor 1 umgebende Erdreich vorgesehen sein. Die Einleitung des Fluids kann mittels des Induktors 1 erfolgen.
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Der erfindungsgemäße Induktor 1, der eine aktivierbare elektrische Überbrückung 6 des wenigstens einen Kondensators 2 aufweist, ermöglicht einen langjährigen Betrieb, insbesondere über zehn bis zwanzig Jahre, der Lagerstättenheizung. Mit anderen Worten wird eine Lagerstättenheizung zur Förderung von Kohlenwasserstoffen aus dem Erdreich 10 vorgeschlagen, die mittels des Induktors 1 eine zuverlässige Heizung des Erdreiches 10, insbesondere der Ölschieferschicht 28, über einen langen Zeitraum, insbesondere über einen Zeitraum von zehn bis zwanzig Jahren, ermöglicht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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