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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Erhitzen
einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation, wie einer Kohleschicht
oder einer Ölschieferablagerung,
die ein Hitzeeinspritzbohrloch umgibt.
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Die
Anwendung von Hitze auf Ölschieferformationen
ist in den US-Patenten Nr. 2,923,535 an Ljungstrom und 4,886,118
an Van Meurs et al. beschrieben. Diese Druckschriften zum Stand
der Technik offenbaren, daß elektrische
Heizeinrichtungen Hitze an eine Ölschieferformation übertragen,
um das Kerogen innerhalb der Ölschieferformation
zu pyrolysieren. Die Hitze kann auch die Formation frakturieren,
um die Durchlässigkeit
der Formation zu erhöhen.
Die erhöhte
Durchlässigkeit
kann es Formationsfluid gestatten, zu einem Förderbohrloch zu wandern, wo
das Fluid aus der Ölschieferformation
entfernt wird. In einigen Verfahren, die beispielsweise von Ljungstrom
offenbart sind, wird ein sauerstoffhaltiges gasförmiges Medium in ein durchlässiges Stratum
eingeführt,
vorzugsweise während
es aus einem Vorerhitzungsschritt noch immer heiß ist, um die Verbrennung zu
initiieren.
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Das
US-Patent Nr. 2,548,360 beschreibt ein elektrisches Heizelement,
das in einem viskosen Öl innerhalb
eines Bohrloches vorhanden ist. Das Heizelement erhitzt und verdünnt das Öl, damit
das Öl aus
dem Bohrloch gepumpt werden kann. Das US-Patent Nr. 4,716,960 beschreibt
das elektrische Erhitzen eines Gestänges eines Erdölbohrloches,
indem ein Strom mit relativ geringer Spannung durch das Gestänge geleitet
wird, um die Bildung von Feststoffen zu verhindern. Das US-Patent
Nr. 5,065,818 an Van Egmond beschreibt ein elektrisches Heizelement,
das in ein Schachtbohrloch zementiert ist, ohne daß eine Auskleidung
das Heizelement umgibt.
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Das
US-Patent Nr. 6,023,554 an Vinegar et al. beschreibt ein elektrisches
Heizelement, das innerhalb einer Auskleidung positioniert ist. Das
Heizelement erzeugt Strahlungsenergie, welche die Auskleidung erhitzt.
Ein granulares festes Füllmaterial kann
zwischen der Auskleidung und der Formation angeordnet sein. Die
Auskleidung kann das Füllmaterial
durch Wärmeleitung
erhitzen, wobei dieses seinerseits die Formation durch Wärmeleitung
erhitzt.
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Das
US-Patent Nr. 4,570,715 an Van Meurs et al. beschreibt ein elektrisches
Heizelement. Das Heizelement hat einen elektrisch leitenden Kern,
eine diesen umgebende Lage aus Isoliermaterial und eine dieses umgebende
metallische Hülle.
Der leitende Kern kann bei hohen Temperaturen relativ niedrigen Widerstand
haben. Das Isoliermaterial kann elektrischen Widerstand, Druckfestigkeit
und Wärmeleiteigenschaften
haben, die bei hohen Temperaturen relativ hoch sind. Die Isolierlage
kann eine Bogenbildung vom Kern zur metallischen Hülle verhindern. Die
metallische Hülle
kann eine Zugfestigkeit und Kriechwiderstandseigenschaften haben,
die bei hoher Temperatur relativ hoch sind.
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Das
US-Patent Nr. 5,060,287 an Van Egmond beschreibt ein elektrisches
Heizelement mit einem Kupfer-Nickel-Legierungskern.
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Das
Heizsystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 ist aus dem US-Patent Nr. 4,704,514 bekannt. Bei
dem bekannten System ist eine Reihe von mineralisolierten, elektrisch
leitenden Heizelementen in einem ausgekleideten, mit Fluid gefüllten Abschnitt
eines Heizbohrloches durch ein Tragelement aufgehängt.
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Nachteile
der bekannten elektrischen Heizeinrichtungen sind, daß sie teuer
sind, komplexe Installationsvorgänge
erfordern und anfällig
für Überhitzen,
Rißbildung
und/oder Schmelzen sind, so daß sie
häufig
ersetzt werden müssen,
insbesondere, wenn sie dazu verwendet werden, ein langes Intervall einer
unterirdischen Formation zu erhitzen.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, billiges
elektrisches Bohrlochheizverfahren und ein System zu schaffen, die
so ausgebildet sind, daß sie
eine kontrollierte Hitzemenge in gleichmäßiger Weise in die Formation über eine
lange Zeitspanne übertragen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
System und das Verfahren zum Übertragen
von Hitze in eine kohlenstoffhaltige Formation gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in den Ansprüchen
1 und 6 beschrieben. Gegebenenfalls weist zumindest ein langgestrecktes
elektrisch leitendes Heizelement einen zumindest teilweise nackte
Metallstreifen, einen Metallstab, ein Metallkabel, eine Metalleitung
oder einen anderen Leiter auf.
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Es
wird bevorzugt, daß zumindest
ein metallisches Heizelement in einem nicht ausgekleideten unteren
Abschnitt eines Heizbohrloches mittels eines langgestreckten Tragelementes
aufgehängt
ist, das sich z.B. von einem Bohrlochkopf an oder nahe der Erdoberfläche in den
nicht ausgekleideten unteren Abschnitt des Heizbohrloches erstreckt.
Das langgestreckte Tragelement kann ein langgestrecktes Rohr aufweisen,
an dem eine Reihe von Zentralisierern in vorbestimmten Abständen montiert
ist, wobei die Zentralisierer eine Vielzahl von nackten Metallheizelementen
tragen.
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Gegebenenfalls
sind eines oder mehrere der nackten Metallheizelemente U-förmig und
an ihren oberen Enden elektrisch mit Energieleitungen verbunden,
welche elektrische Energie von einer Energiequelle zu den Enden
des U-förmigen
nackten Metall heizelementes leiten, und wobei das U-förmige nackte
Metallheizelement, die Energiezufuhrleitungen und die elektrische
Energiequelle einen elektrischen Kreis bilden.
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Das
rohrförmige
langgestreckte Tragelement kann mit einer Reihe von Öffnungen
versehen sein, durch welche im Betrieb ein Oxidiermittel nahe zumindest
einem Teil der Länge
der metallischen Heizelemente eingespritzt wird, wobei das Oxidiermittel Kohlenwasserstoffe
wegbrennt, die von der umgebenden Kohlenwasserstofformation freigesetzt
und an der Oberfläche
der Metallheizelemente abgelagert werden. Das rohrförmige langgestreckte
Tragelement kann sich durch eine Dichtung nahe einem unteren Ende
eines ausgekleideten oberen Abschnittes des Heizbohrloches bis zum
Bohrlochkopf erstrecken.
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Gegebenenfalls
sind die Metallheizelemente und die Zentralisierer in einem nicht
ausgekleideten unteren Abschnitt des Heizbohrloches angeordnet, wobei
der untere Abschnitt eine kohlenwasserstoffhaltige Formation durchsetzt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
des Verfahrnes gemäß der Erfindung
ist der Zusammenbau eines oder mehrerer Heizelemente so ausgebildet,
daß er
im Betrieb eine kumulative Menge an Strahlungshitze zwischen 0,5
und 1,5 kW pro Meter Länge
des Heizbohrloches in die Formation liefert, wodurch Kohlenwasserstoffe
in der Formation in der Nähe
des Heizbohrloches auf eine Temperatur von über 280 Grad Celsius erhitzt
werden und eine in situ-Pyrolyse der Kohlenwasserstoffe in der Formation
verursachen.
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Wenn
im Betrieb ein Oxidiermittel, wie Luft, in einen nicht ausgekleideten
unteren Abschnitt des Heizbohrloches eingespritzt wird, kann das
Oxidiermittel zumindest teilweise jegliche Kohlenwasserstoffablagerungen
auf den langgestreckten Heizelementen verbrennen, wodurch die Heizelemente
gereinigt werden und die Gefahr einer Bogenbildung oder eines Kurzschlusses
reduziert wird. Verbrennungsgase können zur Oberfläche über eine
Abgasleitung entlüftet
werden, die sich durch einen ausgekleideten oberen Teil des Heizbohrloches
erstreckt, und der Fluiddruck in dem nicht ausgekleideten unteren
Teil des Bohrloches wird derart kontrolliert, daß die Übertragung der Verbrennungsgase
in die Formation verhindert wird, und daß eine Übertragung von pyrolysierten
Kohlenwasserstofffluiden aus der Formation in einem Abstand von
mehr als einem Meter vom Heizbohrloch in den nicht ausgekleideten
unteren Teil des Heizbohrloches ebenfalls verhindert wird. Dieser
Fluiddruck beträgt
vorzugsweise zumindest 1,5 bar und wird in Verbindung mit einer
vorbestimmten Temperatur in einem Teil der Formation geregelt, in
der Kohlenwasserstoffe pyrolysiert werden. Eine Steuerung des Druckes
kann erwünscht
sein, um günstige
Bedingungen in der Formation aufrechtzuerhalten, u.zw. hinsichtlich
einer besseren Qualität der
Kohlenwasserstoffe während
der Pyrolyse. Es kann auch erwünscht
sein, während
bestimmter Zeitspannen einen minimalen Durchschnittsdruck in der Prozeßzone aufrechtzuerhalten,
abhängig
von der Dicke und dem Gewicht der Überlage. Der gewählte Druck
kann dazu beitragen, das Gewicht der Überlagen zu tragen und kann
eine Kompaktierung und Senkung vermindern.
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Die
kohlenwasserstoffhaltige Formation kann eine Kohle-, Öl-Schiefer-, Kerogen-
oder Bitumenablagerung sein. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise das Übertragen
von zwischen 0,5 und 1,5 kW Strahlungshitze pro Meter Länge des
Heizbohrloches in einen Teil der kohlenwasserstoffhaltigen Formation,
welche das Heizbohrloch umgibt, wodurch zumindest ein Teil der Formation
erhitzt wird, welche das Heizbohrloch umgibt, um Kohlenwasserstoffe
innerhalb dieses Teiles der Formation, welche das Heizbohrloch umgibt,
zu pyrolysieren, so daß ein Großteil der
pyrolysierten Kohlenwasserstoffe dazu veranlaßt wird, zu einem Förderbohrloch
zu strömen, das
in einem vorbestimmten Abstand zwischen 3 und 15 Metern von dem
Heizbohrloch entfernt angeordnet ist.
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Die
Anordnung kann zumindest ein und vorzugsweise mehr als ein Heizeinspritzbohrloch
umfassen, und sie kann auch aus einem oder vorzugsweise aus mehr
als einem Förderbohrloch
bestehen.
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Ein
Vorteil der Anordnung der Heizelemente in zumindest einem teilweise
nicht ausgekleideten Abschnitt des Heizbohrloches besteht darin,
daß die Kosten
der Installation und/oder des Ersatzes einer Auskleidung im heißesten Abschnitt
des Heizbohrloches eingespart werden können. Auskleidungen, die einzementiert
oder auf andere Weise in dem Heizbohrloch abgestützt sind, unterliegen hohen
Spannungen als Ergebnis der Wärmeausdehnung
der umgebenden Formation in Kombination mit der radialen Dehnung
und Längsdehnung
der erhitzten Auskleidung selbst und führen zu hohen Spannungen, die deshalb
die Menge an Hitze begrenzen können,
die in die Formation aus dem Heizbohrloch übertragen werden kann.
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Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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Die
Erfindung wird nun detaillierter und an einem Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die angeschlossene Zeichnung beschrieben, in
welcher
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1 ein
Heizbohrloch zeigt, in dem eine Anordnung aus nackten streifenförmigen elektrischen
Leitern mittels eines Tragelementes aufgehängt ist.
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Wie 1 zeigt,
kann eine Anzahl von langgestreckten Heizelementen 600 innerhalb
einer Öffnung 514 (z.B.
einem offenen Heizbohrloch) in einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation 516 angeordnet
sein. Die Öffnung 514 kann
vorzugsweise an einem zumindest teilweise nicht ausgekleideten Teil der
kohlenwasserstoffhaltigen Formation 516 liegen. Die Öffnung 514 kann
einen Durchmesser von zumindest 5 cm, oder beispielweise etwa 8
cm haben. Der Durchmesser der Öffnung 514 kann
variieren, jedoch abhängig
von beispielsweise einer erwünschten
Heizungsrate in der Formation. Die langgestreckten Heizelemente 600 können eine
Länge (z.B.
ein Streifen) aus Metall oder ein anderer langgestreckter Metallteil
sein (z.B. ein Stab) und können
aus rostfreiem Stahl bestehen. Die langgestreckten Heizelemente 600 können auch
aus irgendeinem leitenden Material bestehen, das so ausgebildet
ist, daß es
Hitze erzeugt, um einen Teil der Formation ausreichend zu erhitzen
und um im wesentlichen einer entsprechenden Temperatur innerhalb
der Öffnung
standzuhalten, sie können
beispielsweise so ausgebildet sein, daß sie einer Korrosion durch
die Temperatur innerhalb der Öffnung
standhalten.
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Die
langgestreckten Heizelemente 600 können eines oder mehrere nackte
Metallheizeinrichtungen sein. „Nacktes
Metall" bezieht
sich auf ein Metall, das keine Schicht einer elektrischen Isolation
aufweist, wie einer mineralischen Isolation, die dazu bestimmt ist,
eine elektrische Isolation für
das Metall über
einen Betriebstemperaturbereich des langgestreckten Elementes zu
bieten. Nacktes Metall kann ein Metall umfassen, das einen Korrosionsinhibitor aufweist,
wie eine natürlich
auftretende Oxidationsschicht, eine aufgebrachte Oxidationsschicht und/oder
einen Film. Nacktes Metall umfaßt
Metall mit polymerischer oder anderen Arten von elektrischer Isolation,
die elektrische Isolationseigenschaften bei der typischen Betriebstemperatur
des langgestreckten Elementes nicht beibehalten können. Ein solches
Material kann auf dem Metall angeordnet werden oder kann während der
Verwendung des Heizelementes thermisch abgebaut werden.
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Jedes
langgestreckte Heizelement 600 kann eine Länge von
etwa 650 Metern haben. Größere Längen können erreicht
werden, indem Abschnitte von hochfesten Legierungen verwendet werden, aber
solche langgestreckten Elemente können teuer sein. Bei einigen
Ausführungsbeispielen
kann ein langgestrecktes Element durch eine Platte in einem Bohrlochkopf
getragen werden. Das langgestreckte Heizelement 600 kann
Abschnitte unterschiedlichen leitenden Materials aufweisen, die
an ihren Enden zusammengeschweißt
sind. Eine große
Menge von elektrisch leitendem Schweißmaterial kann verwendet werden,
um die getrennten Abschnitte miteinander zu verbinden, um die Festigkeit
des resultierenden Elementes zu erhöhen und um einen Pfad für den Elektrizitätsstrom
zu bilden, der nicht in einer Bogenbildung und/oder Korrosion der
Schweißverbindungen
resultiert. Die verschiedenen leitenden Materialien können Legierungen
mit einer hohen Kriechfestigkeit umfassen. Die Abschnitte der verschiedenen
leitenden Materialien können
variierende Durchmesser haben, um sicherzustellen, daß eine gleichförmige Erhitzung
entlang des langgestreckten Elementes erfolgt. Ein erstes Metall,
das eine höhere Kriechfestigkeit
als ein zweites Metall hat, hat typischerweise einen höheren Widerstand
als das zweite Metall. Die unterschiedlichen Widerstände können einen
Abschnitt größerer Querschnittsfläche ermöglichen,
wobei ein kriechfesteres erstes Metall die gleiche Menge an Hitze
dissipiert wie ein Abschnitt kleinerer Querschnittsfläche eines
zweiten Metalls. Die Querschnittsflächen der beiden unterschiedlichen Metalle
können
so groß sein,
daß sie
im wesentlichen die gleiche Menge an Hitze in zwei miteinander verschweißten Abschnitten
des Metalls dissipieren. Die leitenden Materialien können umfassen,
sind aber nicht beschränkt
auf 617 Inconel, HR-120, 316 rostfreier Stahl und 304 rostfreier
Stahl. Beispielsweise kann ein langgestrecktes Element einen 60
Meter-Abschnitt aus 617 Inconel, einen 60 Meter-Abschnitt aus HR-120
und einen 150 Meter-Abschnitt aus 304 rostfreiem Stahl aufweisen.
Zusätzlich
kann das langgestreckte Element einen Niedrigwiderstandabschnitt
haben, der sich vom Bohrlochkopf durch eine Überlage erstreckt. Dieser Niedrigwiderstandabschnitt
kann die Heizung innerhalb der Formation vom Bohrlochkopf weg durch
die Überlage
verringern. Der Niedrigwiderstandabschnitt kann das Ergebnis von
beispielsweise der Wahl eines im wesentlichen elektrisch leitenden
Materials und/oder der Erhöhung
der Querschnittsfläche
sein, die für
die elektrische Leitung verfügbar
ist.
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Alternativ
kann sich ein Tragelement 604 durch die Überlage 540 erstrecken,
und das langgestreckte nackte Metallelement oder die -elemente können an
eine Platte, an einen Zentralisierer oder eine andere Art von Tragelement
nahe einer Grenzfläche
zwischen der Überlage
und der Kohlenwasserstofformation gekuppelt sein. Ein Niedrigwiderstandskabel 606,
wie ein verdrilltes Kupferkabel, kann sich entlang des Tragelementes
erstrecken und an das langgestreckte Element oder die Elemente gekuppelt
sein. Das Kupferkabel kann an eine Energiequelle gekuppelt sein,
die dem langgestreckten Element oder den Elementen Elektrizität zuführt.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Vielzahl von langgestreckten Elementen, die so ausgebildet
sind, daß sie
einen Abschnitt einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation erhitzen.
Zwei oder mehr (z.B. vier) langgestreckte Elemente können von einem
Tragelement 604 getragen werden. Die langgestreckten Elemente 600 können an
ein Tragelement 604 unter Verwendung eines isolierten Zentralisierers 602 gekuppelt
sein. Das Tragelement 604 kann ein Rohr oder ein Leiter
sein. Das Tragelement 604 kann auch ein perforiertes Rohr
sein. Das Tragelement 604 kann so ausgebildet sein, daß es einen Strom
eines oxidierenden Fluids in die Öffnung 514 leitet.
Das Tragelement 604 kann einen Durchmesser zwischen etwa
1,2 cm bis etwa 4 cm und vorzugsweise etwa 2,5 cm haben. Das Tragelement 604,
die langgestreckten Elemente 600 und die isolierten Zentralisierer 602 können in
einer Öffnung 514 der Formation 516 angeordnet
sein. Isolierte Zentralisierer 602 können so ausgebildet sein, daß sie eine Lage
des langgestreckten Elementes 600 am Tragelement 604 aufrechterhalten,
derart, daß eine
seitliche Bewegung der langgestreckten Elemente 600 im wesentlichen
bei Temperaturen verhindert wird, die hoch genug sind, um das Tragelement 604 oder
die langgestreckten Elemente 600 zu deformieren. Die isolierten
Zentralisierer 602 können
Zentralisierer wie vorstehend beschrieben sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen
können
die langgestreckten Elemente 600 Metallstreifen von etwa
2,5 cm breiter und etwa 0,3 cm dicker rostfreier Stahl sein. Langgestreckte
Heizelemente 600 können
auch ein Rohr oder einen Stab umfassen, der aus leitendem Material
gebildet ist. Elektrischer Strom kann auf die langgestreckten Heizelemente 600 derart
aufgebracht werden, daß die
langgestreckten Heizelemente 600 Hitze infolge des elektrischen
Widerstandes erzeugen.
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Die
langgestreckten Heizelemente 600 können so konfiguriert sein,
daß sie
eine Hitze von etwa 650 Watt pro Meter der langgestreckten Elemente 600 bis
etwa 1650 Watt pro Meter der langgestreckten Elemente 600 erzeugen.
Auf diese Weise können sich
die langgestreckten Elemente 600 auf einer Temperatur von
etwa 480°C
bis etwa 815°C
befinden. Eine im wesentlichen gleichmäßige Erhitzung einer kohlenwasserstoffhaltigen
Formation kann entlang einer Länge
der langgestreckten Elemente 600 von mehr als 305 m erfolgen,
oder diese Länge
kann größer als
etwa 610 m sein. Eine Länge
der langgestreckten Elemente 600 kann variieren, jedoch
abhängig
von beispielsweise einer Type von kohlenwasserstoffhaltiger Formation,
einer bestimmten Tiefe einer Öffnung
in der Formation und/oder einer erwünschten Länge der Formation für die Behandlung sein.
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Die
langgestreckten Heizelemente 600 können elektrisch in Reihe gekuppelt
sein. Elektrischer Strom kann den langgestreckten Elementen 600 unter
Verwendung eines Eingangsleiters 572 zugeführt werden.
Der Eingangsleiter 572 kann ferner so ausgebildet sein,
wie dies hier beschrieben ist. Der Eingangsleiter 572 kann
an einen Bohrlochkopf 690 gekuppelt sein. Elektrischer
Strom kann dem Bohrlochkopf 690 unter Verwendung eines
Ausgangsleiters 606 zurückgeführt werden,
der mit dem langgestreckten Element 600 gekuppelt ist.
Der Eingangsleiter 572 und der Ausgangsleiter 606 können mit dem
Bohrlochkopf 690 an der Oberfläche 550 über einen
Dichtungsflansch gekuppelt sein, der zwischen dem Bohrlochkopf 690 und
der Überlage 540 angeordnet
ist. Der Dichtungsflansch kann Fluid im wesentlichen daran hindern,
aus der Öffnung 514 zur Oberfläche 550 auszutreten.
Der Eingangsleiter 572 und der Ausgangsleiter 606 können an
langgestreckte Elemente unter Verwendung eines Kaltstift-Übergangsleiters
gekuppelt sein. Der Kaltstift-Übergangsleiter
kann einen isolierten Leiter von im wesentlichen niedrigem Widerstand
aufweisen, derart, daß im
wesentlichen keine Hitze von dem Kaltstift-Übergangsleiter erzeugt wird.
Der Kaltstift-Übergangsleiter
kann an den Eingangsleiter 572, den Ausgangsleiter 606 und/oder
die langgestreckten Elemente 600 durch irgendein Anschluß- oder
Schweißverfahren
nach dem Stand der Technik gekuppelt sein. Der Kaltstift-Übergangsleiter
kann eine Übergangstemperatur
zwischen dem Eingangsleiter 572 und dem Ausgangsleiter 606 und/oder
den langgestreckten Elementen 600 haben. Der Kaltstift-Übergangsleiter kann
ferner so ausgebildet sein, wie dies in irgendeinem der vorliegenden
Ausführungsbeispiele
beschrieben ist. Der Eingangsleiter 572 und der Ausgangsleiter 606 können aus
Niedrigwiderstandsleitern gebildet sein, derart, daß im wesentlichen
keine Hitze aus dem elektrischen Strom erzeugt wird, der durch den
Eingangsleiter 572 und den Ausgangsleiter 606 strömt.
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Schweißnähte können unterhalb
der Zentralisierer 602 an dem Tragelement 604 vorgesehen werden,
um die Position der Zentralisieren zu fixieren. Schweißnähte können an
den langgestreck ten Elementen 600 oberhalb des obersten
Zentralisierers vorgesehen werden, um die Position der langgestreckten
Elemente relativ zu dem Tragelement zu fixieren (andere Arten von
Verbindungsmechanismen können
auch verwendet werden). Sobald es erhitzt wird, kann das langgestreckte
Element thermisch nach unten expandieren. Das langgestreckte Element
kann über
eine Länge
des langgestreckten Elementes aus verschiedenen Metallen an verschiedenen
Stellen geformt sein, um relativ lange langgestreckte Elemente zu
formen. Beispielsweise kann ein „U"-förmiges langgestrecktes
Element eine erste Länge
aus 310 rostfreiem Stahl aufweisen, eine zweite Länge aus
304 rostfreiem Stahl, die an die erste Länge geschweißt ist,
und eine dritte Länge
aus 310 rostfreiem Stahl. 310 rostfreier Stahl ist widerstandsfähiger als
304 rostfreier Stahl und kann etwa 25 % mehr Energie pro Längeneinheit
dissipieren als 304 rostfreier Stahl der gleichen Dimensionen. 310
rostfreier Stahl kann kriechfester als 304 rostfreier Stahl sein.
Die erste Länge
und die dritte Länge
können
mit Querschnittsflächen
geformt werden, die es gestatten, daß die erste Länge und
die dritte Länge
mehr Hitze dissipieren als ein 304 rostfreier Stahl mit kleinerer
Querschnittsfläche.
Die erste und dritte Länge können nahe
dem Bohrlochkopf 690 positioniert werden. Die Verwendung
unterschiedlicher Arten von Metall gestattet die Bildung von langen
langgestreckten Elementen. Die unterschiedlichen Metalle können, sind
aber nicht beschränkt
auf 617 Inconel, HR-120, 316 rostfreier Stahl, 310 rostfreier Stahl
und 304 rostfreier Stahl sein.
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Dichtungsmaterial 542 kann
zwischen der Überlagenauskleidung 541 und
der Öffnung 514 angeordnet
sein. Dichtungsmaterial 542 kann so ausgebildet sein, daß es das
Fluid daran hindert, aus der Öffnung 514 zur
Oberfläche 550 zu
strömen
und entsprechende Wärmeverluste
gegen die Oberfläche
zu verhindern. Dichtungsmaterial 542 kann ferner so ausgebildet
sein, wie dies hier beschrieben ist. Die Überlagenauskleidung 541 kann
in Ze ment 544 in der Überlage 540 der
Formation 516 angeordnet sein. Die Überlagenauskleidung 541 kann
ferner so ausgebildet sein, wie dies hier beschrieben ist. Der Oberflächenleiter 545 kann
in Zement 545 angeordnet sein. Der Oberflächenleiter 545 kann
konfiguriert sein, wie dies hier beschrieben ist. Das Tragelement 604 kann
mit dem Bohrlochkopf 690 an der Oberfläche 550 der Formation 516 gekuppelt
sein. Der Zentralisierer 581 kann so ausgebildet sein,
daß er
eine Lage des Tragelementes 604 innerhalb der Überlagenauskleidung 541 aufrechterhält. Der
Zentralisierer 581 kann ferner so ausgebildet sein, wie
dies hier beschrieben ist. Elektrischer Strom kann den langgestreckten
Elementen 600 zugeführt
werden, um Hitze zu erzeugen. Hitze, die aus den langgestreckten
Elementen 600 erzeugt wird, kann innerhalb der Öffnung 514 strahlen,
um zumindest einen Teil der Formation 516 zu erhitzen.
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Ein
Oxidierfluid kann über
eine Länge
der langgestreckten Elemente 600 von einer Oxidierfluidquelle 508 vorgesehen
werden. Das Oxidierfluid kann Kohlenstoffablagerungen an oder nahe
den langgestreckten Elementen verhindern. Beispielsweise kann das
Oxidierfluid mit Kohlenwasserstoffen reagieren, um Kohlendioxid
zu bilden, das aus der Öffnung
entfernt werden kann. Die Öffnungen 605 im Tragelement 604 können so
ausgebildet sein, daß sie
eine Strömung
des Oxidierfluids entlang der Länge
der langgestreckten Elemente 600 gestatten. Die Öffnungen 605 können kritische
Strömungsöffnungen
sein, wie dies hier beschrieben ist. Alternativ kann ein Rohr in
der Nähe
der langgestreckten Elemente 600 vorgesehen werden, um
den Druck der Formation zu kontrollieren, wie dies in den vorstehenden
Ausführungsbeispielen
beschrieben ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Rohr
in der Nähe
der langgestreckten Elemente 600 angeordnet werden, um
einen Strom von Oxidierfluid in die Öffnung 514 zu schaffen.
Auch kann zumindest eines der langgestreckten Elemente 600 ein
Rohr aufweisen, das Öffnungen
hat, die so konfiguriert sind, daß sie den Strom des Oxidierfluids
bereitstellen. Innerhalb des Stromes von Oxidierfluid kann an oder
in der Nähe
der langgestreckten Elemente 600 oder an den isolierten
Zentralisierern 602 eine Kohlenstoffablagerung auftreten,
wodurch ein Kurzschluß zwischen
den langgestreckten Elementen 600 und den isolierten Zentralisierern 602 oder
Heißpunkte
entlang der langgestreckten Elemente 600 verursacht werden.
Das Oxidierfluid kann dazu verwendet werden, mit dem Kohlenstoff
in der Formation zu reagieren, wie dies hier beschrieben ist. Die
durch die Reaktion mit dem Kohlenstoff erzeugte Hitze kann die elektrisch
erzeugte Hitze komplementieren oder ersetzen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
kann eine Vielzahl von langgestreckten Elementen von einem Tragelement
getragen werden, das in dem Heizschacht oder in einer anderen Öffnung angeordnet ist.
Die Vielzahl von langgestreckten Elementen kann elektrisch entweder
in Reihe oder in Parallelschaltung gekuppelt sein. Ein Strom und
eine Spannung, die auf die Vielzahl von langgestreckten Elementen angelegt
werden, können
derart gewählt
werden, daß die
Kosten der elektrischen Energiezufuhr an der Oberfläche in Verbindung
mit den Kosten der Vielzahl von langgestreckten Elementen minimiert
werden. Zusätzlich
kann ein Betriebsstrom oder eine Betriebsspannung gewählt werden,
um die Kosten der Einbringung elektrischer Energie in Verbindung
mit den Materialkosten der langgestreckten Elemente zu optimieren.
Die langgestreckten Elemente können
so konfiguriert werden, daß sie
Hitze erzeugen und abstrahlen, wie dies hier beschrieben ist. Die
langgestreckten Elemente können
in der Öffnung 514 installiert
werden, wie dies hier beschrieben ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
kann ein nacktes langgestrecktes Metallelement in Form eines „U" (oder einer Haarnadel)
geformt werden, und das Element kann von dem Bohrlochkopf oder von
einem Positionierer, der an oder nahe einer Grenzfläche zwischen der Überlage
und der zu erhitzenden Formation vorgesehen ist, aufgehängt werden.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
werden die nackten Metallheizelemente aus Stabmaterial geformt.
Zylindrische, keramische elektrische Isolatoren mit einem hohen
Aluminiumoxidgehalt können über den
Füßen der
langgestreckten Elemente angeordnet werden. Schweißungen über die
Länge der
Füße können die Positionen
der Isolatoren fixieren. Die Isolatoren können verhindern, daß das langgestreckte
Element die Formation oder eine Bohrlochauskleidung kontaktiert (wenn
das langgestreckte Element innerhalb einer Bohrlochauskleidung angeordnet
ist). Die Isolatoren können
verhindern, daß die
Füße der „U"-förmigen Elemente
einander berühren.
Keramische elektrische Isolatoren mit einem hohen Aluminiumoxidgehalt
können
von Cooper Industries (Houston, Texas) erworben werden. Bei einem
Ausführungsbeispiel kann
das „U"-förmige Element
aus verschiedenen Metallen geformt werden, die verschiedene Querschnittsflächen haben,
so daß die
langgestreckten Elemente relativ lang sein können und im wesentlichen die
gleiche Hitzemenge pro Längeneinheit über die
gesamte Länge
des langgestreckten Elementes dissipieren können. Die Verwendung von unterschiedlich
zusammengeschweißten
Abschnitten kann in einem langgestreckten Element resultieren, das
großdurchmeßrige Abschnitte
nahe einer Oberseite des langgestreckten Elementes hat, und kleindurchmeßrige Abschnitte
nahe einer unteren Länge des
langgestreckten Elementes. Beispielsweise können bei einem Ausführungsbeispiel
eines langgestreckten Elementes zwei 7/8 Inch (2,2 cm) Durchmesser
erste Durchmesserabschnitte, zwei 1/2 Inch (1,3 cm) Mittelabschnitte
und ein 3/8 Inch (0,95 cm) Durchmesser Bodenabschnitt vorgesehen
werden, die zu einer „U"-Form gebogen sind.
Das langgestreckte Element kann aus Materialien mit anderen Querschnittsformen,
wie ovalen, quadratischen, rechteckigen, dreieckigen etc., bestehen.
Die Abschnitte können
aus Legierungen geformt sein, die im wesentlichen die gleiche Hitze
pro Längeneinheit
für jeden
Abschnitt dissipieren.
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Die
Querschnittsfläche
und/oder Metalle, die für
besondere Abschnitte verwendet werden, können so gewählt werden, daß ein besonderer
Abschnitt größere (oder
kleinere) Hitze pro Längeneinheit
als ein benachbarter Abschnitt dissipiert. Mehr Hitzedissipierung
pro Längeneinheit
kann nahe einer Grenzfläche
zwischen einer Kohlenwasserstofflage und einer Nicht-Kohlenwasserstofflage
vorgesehen werden (z.B. einer Überlage
und der kohlenwasserstoffhaltigen Formation), um Endeffekten entgegenzuwirken und
um eine gleichmäßigere Hitzedissipierung
in die kohlenwasserstoffhaltige Formation zu ermöglichen. Eine höhere Hitzedissipierung
kann auch am unteren Ende eines langgestreckten Elementes vorgesehen werden,
um Endeffekten entgegenzuwirken und eine gleichmäßigere Dissipierung der Hitze
zu ermöglichen.
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Ein
Unterschied in der Hitzedissipierung in verschiedenen Abschnitten
kann erforderlich sein, um günstige
physikochemische Unterschiede in dem Pyrolyseprozeß vorzusehen,
was zu einer günstigeren
Kohlenwasserstoffproduktqualität
führt.
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Die
elektrische Heizeinrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie Hitze
zusätzlich
zu der von einem Oberflächenbrenner
erzeugten Hitze erzeugt. Die elektrische Heizeinrichtung kann so
ausgebildet sein, daß sie
der kohlenwasserstoffhaltigen Formation zusätzliche Hitze zuführt, derart,
daß die
kohlenwasserstoffhaltige Formation im wesentlichen gleichförmig über eine
vorbestimmte Tiefe des Heizschachtes erhitzt werden kann.