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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte mit zumindest zwei Leitereinrichtungen, welche jeweils zumindest bereichsweise in die Kohlenwasserstofflagerstätte einbringbar sind, und mit zumindest einer Wechselspannungsquelle zum Einspeisen einer Wechselspannung in die zumindest zwei Leitereinrichtungen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur Förderung von Kohlenwasserstoff aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte mit einer derartigen Heizvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf die Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte. Aus der Kohlenwasserstofflagerstätte kann ein Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise ein Gas, ein konventionelles Öl, ein Schweröl, ein extra schweres Öl, ein Ölsand und/oder Bitumen, gefördert werden. Die Kohlenwasserstofflagerstätte kann beispielsweise eine Lagerstätte für konventionelles Öl, eine Ölsandlagerstätte, eine Ölschieferlagerstätte, eine Schweröllagerstätte und/oder eine Bitumenlagerstätte sein. Ein in diesem Zusammenhang weit verbreitetes Verfahren zur Förderung von Schweröl und/oder Bitumen ist das sogenannte SAGD-Verfahren (SAGD – Steam Assisted Gravity Drainage). Hierbei wird Wasserdampf, dem ein Lösungsmittel zugesetzt sein kann, unter hohem Druck durch ein innerhalb der Kohlenwasserstofflagerstätte horizontal verlaufendes Rohr eingepresst. Hierbei löst sich das Schweröl oder das Bitumen aus dem Ölsand- oder Ölschiefervorkommen. Durch ein entsprechendes Förderrohr, welches in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht ist, kann das Schweröl oder das Bitumen abtransportiert werden.
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Bei dem SAGD-Verfahren können zudem entsprechende Heizvorrichtungen eingesetzt werden, mit denen die Kohlenwasserstofflagerstätte aufgeheizt werden kann und somit die Fließfähigkeit des Bitumens und/oder des Öls erheblich erhöht werden kann. Hierzu werden entsprechende Bohrungen in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht, in welche wiederum die Leitereinrichtung eingebracht wird. Die Leitereinrichtung ist mit einer Wechselstromquelle beziehungsweise einer Wechselspannungsquelle elektrisch verbunden. Die mit dem Wechselstrom behaftete Leitereinrichtung erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld in der Kohlenwasserstofflagerstätte, durch welches Wirbelströme in der Kohlenwasserstofflagerstätte erzeugt werden.
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Um die gewünschte Heizleistungsdichte von typisch 1 bis 10 Kilowatt je Meter Länge der Leitereinrichtung zu erreichen, ist es erforderlich – je nach Leitfähigkeit der Kohlenwasserstofflagerstätte – Stromstärken von einigen 100 A bei Frequenzen von typisch 20 bis 200 kHz einzubringen. Zur Kompensation des induktiven Spannungsabfalls entlang der Leitereinrichtung werden üblicherweise Kondensatoren zwischengeschaltet, wodurch ein Reihenschwingkreis beziehungsweise Serienresonanzschwingkreis entsteht. Dieser Reihenschwingkreis wird bei seiner Resonanzfrequenz oder einer davon nur geringfügig abweichenden Frequenz betrieben und stellt an seinen Klemmen eine rein ohmsche Last dar. Ohne diese Serienkondensatoren würde sich der induktive Spannungsabfall entlang der Länge der Leitereinrichtung aufsummieren. Da die Leitereinrichtung beispielsweise eine Länge von einigen 100 m aufweisen kann, kann sich der induktive Spannungsabfall auf einige 10 bis 100 kV aufsummieren.
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Zur Erschließung einer großflächigen Kohlenwasserstofflagerstätte werden in der Regel mehrere Leitereinrichtungen beziehungsweise Leiterschleifen in enger Nachbarschaft verlegt.
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Damit geht einher, dass die Leiterschleifen untereinander induktiv gekoppelt sind. Dies führt dazu, dass die Gegeninduktivität benachbarter Schleifen nicht vernachlässigbar ist. Ein elektrischer Strom in einer Leitereinrichtung induziert eine elektrische Spannung in einer benachbarten Leitereinrichtung, die an deren Klemmen auftreten und die dort angeschlossenen Wechselspannungsquelle ungünstig beeinflussen kann.
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Andererseits ist es erforderlich, dass die Betriebsfrequenz der Resonanzfrequenz der jeweiligen Leitereinrichtung entspricht. Andernfalls ist es nicht möglich, die für die Heizwirkung erforderlichen hohen elektrischen Ströme in der Leitereinrichtung zu treiben. Die Resonanzfrequenz der kapazitiv kompensierten Leitereinrichtung ergibt sich aus der Induktivität der Leitereinrichtung, die von der Schleifengeometrie, dem Leiterquerschnitt und der Leitfähigkeit des umgebenden Erdreichs in der Kohlenwasserstofflagerstätte abhängt. Die Kapazität der Leitereinrichtung wird durch die Ausgestaltung der Leiterschleife, die beispielsweise als Kabel- beziehungsweise Rohrinduktor ausgebildet sein kann, festgelegt. Damit kann die Resonanzfrequenz der Leitereinrichtung im Voraus mit einer vorbestimmten Genauigkeit festgelegt werden, entsprechend der Genauigkeit, mit der Schleifengeometrie und elektrische Leitfähigkeit bekannt sind. In der Praxis muss davon ausgegangen werden, dass nach Installation mehrerer benachbarter Leitereinrichtungen deren Resonanzfrequenzen geringfügig voneinander abweichen. Diese Abweichungen können beispielsweise im Bereich von +/–5 Prozent liegen. Weiterhin wird sich die elektrische Leitfähigkeitsverteilung in der Kohlenwasserstofflagerstätte durch die Massenströme bei der Förderung und die Änderung der Temperaturverteilung ändern, was wiederum zu einer Änderung der Resonanzfrequenz der Leiterschleifen führt. Damit besteht ein Problem darin, die Resonanzfrequenzen benachbarter, gekoppelter Leitereinrichtungen nach der Installation vor der Inbetriebnahme einander anzugleichen und fortwährend während des Betriebs nachzustimmen, um einen synchronen Betrieb, das heißt einen Betrieb mit gleicher Frequenz und definierter Phasenlage, zu ermöglichen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Heizvorrichtung zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte mit mehreren Leitereinrichtungen einfacher und zuverlässiger betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heizvorrichtung, durch eine Anordnung sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung dient zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte. Die Heizvorrichtung umfasst zumindest zwei Leitereinrichtungen, welche jeweils zumindest bereichsweise in die Kohlenwasserstofflagerstätte einbringbar sind. Zudem umfasst die Heizvorrichtung zumindest eine Wechselspannungsquelle zum Einspeisen einer Wechselspannung in die zumindest zwei Leitereinrichtungen. Dabei sind die zumindest zwei Leitereinrichtungen elektrisch in Reihe geschaltet.
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Die Heizvorrichtung kann dazu verwendet werden, einen Kohlenwasserstoff in einer Kohlenwasserstofflagerstätte zu heizen. Eine solche Kohlenwasserstofflagerstätte kann beispielsweise eine Lagerstätte für konventionelles Öl, eine Ölsandlagerstätte, eine Ölschieferlagerstätte, eine Schweröllagerstätte und/oder eine Bitumenlagerstätte sein. Der Kohlenwasserstoff kann ein Gas, ein konventionelles Öl, ein Schweröl, ein extra schweres Öl, ein Ölsand und/oder Bitumen sein. Das Schweröl weist eine dynamische Viskosität von größer als 100 cP und einen API-Grad zwischen 10 und 25 auf. Dabei entsprechen 1000 cP (Centipoise) 1 kg/ms. Der API-Grad (American-Petroleum-Institute-Grad) beschreibt die relative Dichte des Öls bezogen auf Wasser. Das extra schwere Öl weist eine dynamische Viskosität bis zu 10000 cP und einen API-Grad unter 10 auf. Ölsand und Bitumen weisen eine dynamische Viskosität größer als 10000 cP und einen API-Grad unter 10 auf. Konventionelles Öl weist dabei einen API-Grad zwischen 25 und circa 56 auf. Hierbei ist zu beachten, dass der API-Grad oberirdisch gemessen wird, wenn das Erdölbegleitgas entfernt ist. Die angegebene Viskosität gilt für das Öl in der Lagerstätte. Daher können sich die Viskosität des konventionellen Öls und des Schweröls überlappen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Heizvorrichtung mit einem SAGD-Verfahren verwendet werden, bei dem Dampf mittels eines Rohrs beziehungsweise eines Dampfinjektors in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht wird. Mit dem SAGDVerfahren kann Schweröl und/oder Bitumen gefördert werden. Hier wird die Kohlenwasserstofflagerstätte beziehungsweise das Reservoir zusätzlich durch den Dampf erwärmt. Die Heizvorrichtung kann auch alleine in einer Kohlenwasserstofflagerstätte eingesetzt werden, ohne dass Dampf in die Lagerstätte eingebracht wird. Die Heizvorrichtung weist eine Leitereinrichtung beziehungsweise eine Leiterschleife auf. Die Leitereinrichtung kann beispielsweise eine Länge von mehreren 100 Metern aufweisen. Die Leitereinrichtung ist mit der Wechselspannungsquelle elektrisch verbunden. Somit kann an der Leitereinrichtung eine Wechselspannung angelegt werden beziehungsweise ein Wechselstrom eingeprägt werden. Dies hat zur Folge, dass in der Kohlenwasserstofflagerstätte Wirbelströme entstehen, welche die Lagerstätte wiederum erhitzen. Somit kann der Kohlenwasserstoff, der sich in der Kohlenwasserstofflagerstätte befindet, gefördert werden.
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Die Heizvorrichtung umfasst mindestens zwei Leitereinrichtungen, die jeweils eine Leiterschleife umfassen können. Die jeweiligen Leitereinrichtungen umfassen Serienkondensatoren, die dazu dienen, den induktiven Spannungsabfall entlang der Leitereinrichtung zu kompensieren. Die jeweiligen Leitereinrichtungen stellen somit jeweils einen Reihenschwingkreis dar, wobei sich eine Induktivität der Leitereinrichtung bzw. des Reihenschwingkreises aus der Geometrie der Leitereinrichtung beziehungsweise der Bohrung in der Kohlenwasserstofflagerstätte, dem Leitungsquerschnitt und/oder der Leitfähigkeit des umgebenden Erdreichs ergibt. Die Kapazität des Reihenschwingkreises ergibt sich aus der Ausgestaltung der Serienkondensatoren. Der Widerstand des Reihenschwingkreises ergibt sich aus dem elektrischen Widerstand der Leitereinrichtung.
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Vorliegend sind die zumindest zwei Leitereinrichtungen elektrisch in Reihe geschaltet. Dabei kann jede der Leitereinrichtungen in eine separate Bohrung in der Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht sein. Die in Reihe geschalteten Leitereinrichtungen sind mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Die zumindest eine Wechselspannungsquelle kann einen Wechselspannungsgenerator, einen Frequenzumrichter oder einen Wechselrichter umfassen. Mit der Wechselspannungsquelle kann eine Wechselspannung in die in Reihe geschalteten Leitereinrichtungen eingekoppelt werden. Vorteilhaft an der Reihenschaltung der benachbarten Leitereinrichtung bzw. Induktorschleifen ist, dass sich eine Gesamtresonanzfrequenz des Gesamtsystems bildet, und die einzelnen Leitereinrichtungen gemeinsam betrieben werden können, ohne dass die jeweiligen Leitereinrichtungen aufeinander abgestimmt sein müssen. Somit kann verhindert werden, dass benachbarte Leitereinrichtungen, die induktiv gekoppelt sind, sich negativ beeinflussen. Dies ermöglicht einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Heizvorrichtung.
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Bevorzugt umfasst die Heizvorrichtung zumindest zwei Wechselspannungsquellen, welche mittels der zumindest zwei Leitereinrichtungen elektrisch in Reihe geschaltet. Durch die zumindest zwei Wechselspannungsquellen kann die nötige elektrische Spannung beziehungsweise der nötige elektrische Strom zum Heizen der Kohlenwasserstofflagerstätte bereitgestellt werden. Die Heizvorrichtung kann auch eine Mehrzahl von Wechselspannungsquellen und eine Mehrzahl von Leitereinrichtungen aufweisen, wobei jeweils mit einer Wechselspannungsquelle eine Wechselspannung in eine Leitereinrichtung eingespeist wird. Dabei kann jeweils eine Wechselspannungsquelle ausgangsseitig mit einer der Leitereinrichtungen verbunden sein, wobei die in der Reihenschaltung nachfolgende Wechselspannungsquelle eingangsseitig mit der gleichen Leitereinrichtung verbunden ist. Damit werden auch die jeweiligen Leitereinrichtungen mit der Heizvorrichtung elektrisch in Reihe geschaltet.
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In einer Ausführungsform weist die jeweils mit den zumindest zwei Wechselspannungsquellen bereitgestellte Wechselspannung die gleiche Frequenz und Phase auf. Mit anderen Worten werden alle Wechselspannungsquellen mit gleicher Frequenz und gleicher Phasenlage betrieben. Damit kann erreicht werden, dass die jeweiligen Leitereinrichtungen synchron in Phase betrieben werden können. Damit ist es nicht erforderlich, dass die jeweiligen Leiterschleifen bezüglich ihrer Phase aufeinander abgestimmt werden müssen. Somit bedarf es keiner zusätzlichen Bauteile zur Anpassung der Resonanzfrequenzen der Leitereinrichtungen. Somit können Bauteile und Kosten eingespart werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Heizvorrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern der zumindest zwei Wechselspannungsquellen auf. Die Steuereinrichtung kann eine übergeordnete Steuereinrichtung sein und mit den jeweiligen Wechselspannungsquellen verbunden sein. Mit der Steuereinrichtung kann ein Steuersignal an die Wechselspannungsquellen übertragen werden, um die Frequenz und die Phase der jeweils mit den Wechselspannungsquellen ausgegebenen Wechselspannung anzupassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung durch eine der Wechselspannungsquellen gebildet ist. Diese Wechselspannungsquelle kann dann der Master sein, während die zumindest eine weitere Wechselspannungsquelle ein Slave ist. Hierbei können die Wechselspannungsquellen mit einer Datenleitung, beispielsweise einer Glasfaserleitung zur Datenübertragung verbunden sein. Damit kann auf zuverlässige Weise ein synchroner Betrieb der einzelnen Leitereinrichtungen ermöglicht werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die zumindest zwei Wechselspannungsquellen zumindest einen Transformator aufweisen. Um die einzelnen Wechselspannungsquellen bezüglich eines Erdpotenzials symmetrisch betreiben zu können, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die jeweiligen Wechselspannungsquellen ausgangsseitig einen Isoliertransformator aufweisen. Die jeweiligen Leitereinrichtungen sind dann mit dem Transformator verbunden.
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In einer weiteren Ausgestaltung bilden die zumindest zwei Leitereinrichtungen jeweils einen Reihenschwingkreis mit einer Resonanzfrequenz aus, wobei die zumindest zwei Leitereinrichtungen derart ausgebildet sind, dass die Resonanzfrequenzen der zumindest zwei Leitereinrichtungen einen vorbestimmten Wert aufweisen. Insbesondere können die Resonanzfrequenzen der zumindest zwei Leitereinrichtungen im Wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. Beispielswiese können die jeweiligen Leitereinrichtungen derart ausgebildet sein, dass deren Resonanzfrequenzen eine Abweichung aufweist, die kleiner als +/–20 % beträgt. Damit kann ein synchroner Betrieb der jeweiligen Leitereinrichtungen ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die zumindest zwei Leitereinrichtungen jeweils ein Kompensationselement zum Anpassen der Resonanzfrequenz auf. Das jeweilige Kompensationselement kann beispielsweise zumindest eine Spule und/oder zumindest einen Kondensator aufweisen. Diese können elektrisch mit der jeweiligen Leitereinrichtung verbunden werden. Somit kann auf einfache Weise die jeweilige Resonanzfrequenz der Leitereinrichtung angepasst werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die zumindest zwei Wechselspannungsquellen nebeneinander angeordnet sind. Da die jeweiligen Wechselspannungsquellen mittels der Leitereinrichtungen in Reihe geschaltet sind, bedarf es einer zusätzlichen elektrischen Verbindung zwischen der ersten und der letzten Wechselspannungsquelle. Diese elektrische Verbindung kann beispielsweise oberirdisch angeordnet sein. Wenn die Wechselrichter möglichst nahe nebeneinander oder mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind, kann eine elektrische oberirdische Verbindungsleitung mit einer geringen Länge gewählt werden.
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In einer Ausführungsform weist die Heizvorrichtung eine Mehrzahl von Leitereinrichtungen auf, welche zueinander sternförmig angeordnet sind. In dem Fall kann die Heizvorrichtung ebenfalls eine Mehrzahl von Wechselspannungsquellen aufweisen, wobei jeweils eine Wechselspannungsquelle mit einer der Leitereinrichtungen verbunden ist. Die Leitereinrichtungen können zueinander im Wesentlichen sternförmig angeordnet sein. Auf diese Weise kann eine elektrische Verbindung mit einer geringen Länge zwischen den Wechselspannungsgeneratoren ermöglicht werden. Zudem kann durch die sternförmige Anordnung ein großflächiges Gebiet in der Kohlenwasserstofflagerstätte mittels der Leitereinrichtungen erwärmt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizvorrichtung eine Mehrzahl von Wechselspannungsquellen und eine Mehrzahl von Leitereinrichtungen auf, wobei die Mehrzahl von Wechselspannungsquellen entlang einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind und wobei sich die Mehrzahl von Leitereinrichtungen jeweils entlang einer zu der ersten Richtung senkrechten, zweiten Richtung erstrecken. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Mehrzahl von Leitereinrichtungen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet ist. Die Wechselspannungsquellen können entlang der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sein. Die Leitereinrichtungen können sich im Wesentlichen parallel zueinander senkrecht zu dieser ersten Richtung entlang einer zweiten Richtung erstrecken. Somit kann einerseits erreicht werden, dass die jeweiligen Wechselspannungsquellen nah beieinander angeordnet sind. Zum anderen kann erreicht werden, dass mit den jeweiligen Leitereinrichtungen ein weitläufiges Gebiet erwärmt werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte umfasst eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung. Darüber hinaus umfasst die Anordnung ein Förderrohr zum Fördern des mittels der Heizvorrichtung erwärmten Kohlenwasserstoffs. Die Anordnung kann zudem ein entsprechendes Rohr beziehungsweise einen Dampfinjektor aufweisen, durch welchen Wasserdampf, der mit einem Lösungsmittel versetzt sein kann, in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte. Dabei werden zumindest zwei Leitereinrichtungen bereitgestellt und jeweils zumindest bereichsweise in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht. Zudem wird mittels zumindest einer Wechselspannungsquelle eine Wechselspannung in die zumindest zwei Leitereinrichtungen eingespeist. Zudem werden die zumindest zwei Leitereinrichtungen elektrisch in Reihe geschaltet.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Heizvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Anordnung sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Anordnung zur Förderung von Kohlenwasserstoff aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte mit einer Heizvorrichtung;
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2 die Heizvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welcher eine Mehrzahl von Wechselspannungsquellen in Reihe geschaltet sind;
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3 die Heizvorrichtung gemäß 2 in einer weiteren Ausführungsform;
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4 die Heizvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, wobei die Leitereinrichtungen sternförmig zueinander angeordnet sind; und
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5 die Heizvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, wobei die Leiterschleifen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
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In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 1 zur Förderung von Kohlenwasserstoff aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte 3. Die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 kann eine Lagerstätte für konventionelles Öl, eine Ölsandlagerstätte, eine Ölschieferlagerstätte, eine Schweröllagerstätte und/oder eine Bitumenlagerstätte sein. Der Kohlenwasserstoff kann ein Gas, ein konventionelles Öl, ein Schweröl, ein extra schweres Öl, ein Ölsand und/oder Bitumen sein.
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Bei der Anordnung 1 von 1 wird üblicherweise gemäß dem SAGD-Verfahren mittels eines Rohrs 2 beziehungsweise eines Dampfinjektors, der innerhalb der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 angeordnet ist, Wasserdampf in die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 eingebracht. Der Wasserdampf kann zudem mit einem Lösungsmittel versetzt sein. Dies bewirkt, dass sich der Kohlenwasserstoff aus der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 herauslöst und mit einem Förderrohr 4 abtransportiert werden kann. Der Kohlenwasserstoff, der bei dem SAGD-Verfahren gefördert wird, ist insbesondere Schweröl und/oder Bitumen. Zudem weist die Anordnung 1 eine Heizvorrichtung 5 auf, mittels welcher die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 bereichsweise erwärmt beziehungsweise geheizt werden kann.
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Die Heizvorrichtung 5 umfasst eine Leitereinrichtung 6. Zudem weist die Heizvorrichtung 5 eine Wechselspannungsquelle 7 auf, der elektrisch mit der Leitereinrichtung 6 verbunden ist. Mittels der Wechselspannungsquelle 7 kann eine Wechselspannung an der Leitereinrichtung 6 angelegt werden beziehungsweise ein Wechselstrom in die Leitereinrichtung 6 eingeprägt werden. Dies hat zur Folge, dass in der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 Wirbelströme entstehen, welche die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 bereichsweise erwärmen. Die Heizvorrichtung 5 kann – wie in 1 dargestellt – bei dem SAGD-Verfahren eingesetzt werden. Die Heizvorrichtung 5 kann auch bei einem Förderungsverfahren verwendet werden, bei dem kein Wasserdampf in die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 eingebracht wird.
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Die Anordnung und die Abmessungen der Leitereinrichtung 6 sowie des Rohrs 2 und des Förderrohrs 4 in 1 sind rein beispielhaft zu verstehen. Die Hin- und Rückleiter der Leitereinrichtung 6 weisen in der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 üblicherweise einen gewissen Mindestabstand auf, der beispielsweise zwischen 20 und 100 Metern in horizontaler Richtung betragen kann. Andernfalls kompensieren sich die Magnetfelder der entgegengesetzt verlaufenden Ströme weitgehend und es wird keine Heizleistung in die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 eingebracht. Dagegen sind eng aneinander verlaufende Hin- und Rückleiter bei der Durchführung durch Deckgebirge sinnvoll, um dort die Verluste zu minimieren. Beim SAGD-Verfahren werden das Rohr 2 und ein darunterliegender Producer üblicherweise übereinander mit einem vertikalen Abstand von circa fünf Metern angeordnet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Heizvorrichtung 5 gemäß einer ersten Ausführungsform. Vorliegend weist die Heizvorrichtung 5 eine Mehrzahl von Wechselspannungsquellen 7 auf. Die jeweiligen Wechselspannungsquellen 7 können beispielsweise durch einen Wechselspannungsgenerator, einen Frequenzumrichter oder einen Wechselrichter gebildet sein. Darüber hinaus umfasst die Heizvorrichtung 5 eine Mehrzahl von Leitereinrichtungen 6. Die jeweiligen Wechselspannungsquellen 7 sind vorliegend mittels der Leitereinrichtungen 6 in Reihe geschaltet. Dabei sind die jeweiligen Wechselspannungsquellen 7 ausgangsseitig jeweils mit einem Hinleiter 8 der Leitereinrichtung 6 verbunden. Zudem sind die jeweiligen Wechselspannungsquellen 7 eingangsseitig mit einem jeweiligen Rückleiter der Leitereinrichtung 6 elektrisch verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die letzte der Leiterschleifen 6 zudem eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 10 mit einem Eingang der ersten Wechselspannungsquelle 7 verbunden.
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Die Leitereinrichtungen 6 weisen Serienkondensatoren auf, um den induktiven Spannungsabfall mit der Leitereinrichtung 6 zu reduzieren. Die jeweiligen Leitereinrichtungen stellen einen Reihenschwingkreis, insbesondere einen LCR-Reihenschwingkreis, dar. Dabei ergibt sich die Induktivität des Reihenschwingkreises aus der Geometrie der Leitereinrichtung 6 in der Bohrung in der Kohlenwasserstofflagerstätte, dem Leitungsquerschnitt und/oder der Leitfähigkeit des Erdreichs in der Kohlenwasserstofflagerstätte 3. Die Kapazität des Reihenschwingkreises ergibt sich aus der Ausgestaltung der Serienkondensatoren. Der Widerstand des Reihenschwingkreises ergibt sich aus dem kleinen elektrischen Widerstand der Leitereinrichtung 6 selbst, die die Primärwicklung darstellt, und dem transformierten Widerstand der Kohlenwasserstofflagerstätte 3, die als Sekundarwicklung fungiert und den eigentlichen Lastwiderstand darstellt. Dabei sind die jeweiligen Leitereinrichtungen 6 derart ausgebildet, dass diese im Wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen.
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Bei der Heizvorrichtung 5 sind die jeweiligen Leitereinrichtungen 6 elektrisch in Reihe geschaltet. Vorteilhaft bei der Reihenschaltung der benachbarten Leitereinrichtungen 6 ist der Aspekt, dass sich für das Gesamtsystem eine Gesamtresonanzfrequenz ausbildet, bei der die jeweiligen Leitereinrichtungen synchron in Phase betrieben werden können. Hierzu können die jeweiligen Wechselspannungsquellen 7 entsprechend angesteuert werden. Insbesondere kann mit den jeweiligen Wechselspannungsquellen 7 eine Wechselspannung in die jeweiligen Leitereinrichtungen 6 bzw. deren Hinleiter 8 eingespeist werden, die die gleiche Frequenz und Phase aufweist. Somit kann ein synchroner Betrieb der jeweiligen Leitereinrichtungen 6 ermöglicht werden. Hierzu können die Wechselspannungsquellen 7 mit einer hier nicht dargestellten Steuereinrichtung angesteuert werden. Die Steuereinrichtung kann auch durch eine der Wechselspannungsquellen 7 gebildet sein. Durch den synchronen Betrieb kann verhindert werden, dass sich die jeweiligen Leitereinrichtungen 6 gegenseitig negativ beeinflussen.
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3 zeigt eine Heizvorrichtung 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Diese Heizvorrichtung 5 unterscheidet sich von der Heizvorrichtung 5 gemäß 2 dadurch, dass die jeweiligen Wechselspannungsquellen 7 jeweils einen Transformator 11 aufweisen. Dabei sind die jeweiligen Transformatoren 11 ausgangsseitig mit den jeweiligen Leitereinrichtungen 6 verbunden. Somit kann ein symmetrischer Betrieb der Wechselspannungsquellen 7 bezüglich des Erdpotenzials erreicht werden.
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4 zeigt eine Heizvorrichtung 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Vorliegend sind eine Mehrzahl von Wechselspannungsquellen 7 zentral nebeneinander angeordnet. Somit kann auf eine lange elektrische Verbindungsleitung 10 verzichtet werden, die üblicherweise oberirdisch verlegt wird und nicht zur Erwärmung der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 beiträgt verzichtet werden. Die Wechselspannungsquellen 7 können in einem Bereich angeordnet werden, in dem auch das Rohr 2 und/oder das Förderrohr 4 in das Erdreich eingebracht wird. Vorliegend sind die jeweiligen Leitereinrichtungen 6 zueinander sternförmig angeordnet. Auf diese Weise kann eine großflächige Kohlenwasserstofflagerstätte 3 mittels der Heizvorrichtung 5 erwärmt werden.
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5 zeigt eine Heizvorrichtung 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei sind die Wechselspannungsquellen 7 entlang einer ersten Richtung 12 nebeneinander bzw. hintereinander angeordnet. Die Leitereinrichtungen 6 sind so ausgebildet, dass sich diese im Wesentlichen einer entlang zur ersten Richtung 12 senkrechten zweiten Richtung 13 erstrecken. Zudem sind die Leitereinrichtungen 6 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Dabei kann bei den Positionen 14 und 15, an denen jeweils vier Anschlüsse der Leitereinrichtungen 6 vorliegen, jeweils zwei Wechselspannungsquellen 7 vorgesehen sein.
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Mittels der Heizvorrichtung 5 kann eine Analyse bezüglich der Erfordernisse des Betriebs einer Vielzahl von Leitereinrichtungen 6 erfolgen, wie sie zur Ausbeutung großer Kohlenwasserstofflagerstätten 3 beim kommerziellen Einsatz der Technologie benötigt werden. Durch die Reihenschaltung der Wechselspannungsquellen 7 und die Reihenschaltung der Leitereinrichtungen 6 kann ein synchroner Betrieb der jeweiligen Leitereinrichtungen 6 ermöglicht werden. Somit müssen die jeweiligen Leitereinrichtungen 6 im Betrieb nicht aufeinander angepasst werden. Zudem bedarf es keiner zusätzlichen Bauteile zur Anpassung der jeweiligen Leitereinrichtungen. Somit können Bauteile und damit Kosten eingespart werden.
