DE69923247T2

DE69923247T2 - Electric borehole heater

Info

Publication number: DE69923247T2
Application number: DE69923247T
Authority: DE
Inventors: Lawrence James Bellaire Bielamowicz; Eric Houston De Rouffignac; Harold J. Houston Vinegar; Scott Lee Houston Wellington
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2019-03-06
Also published as: CN1236858A; EP0940558B1; MA24902A1; JO2077B1; CA2264354A1; AU1857399A; DE69923247D1; CA2264354C; AU746983B2; CN1232718C; EP0940558A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Heizverfahren und eine Vorrichtung, die sich für ein Bohrloch eignen.These The invention relates to an electric heating method and a Device that is suitable for a well are suitable.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

Die US-Patente Nr. 4,640,352 und 4,886,118 offenbaren die konduktive Erhitzung von Untergrundformationen geringer Durchlässigkeit, die Öl enthalten, um das Öl aus diesen zu gewinnen. Formationen mit geringer Durchlässigkeit umfassen Diatomit, Lipidkohle und Ölschiefer. Formationen geringer Durchlässigkeit sind für Sekundärölförderverfahren nicht geeignet, wie das Fluten mit Dampf, Kohlendioxid oder Feuer. Flutmaterialien tendieren dazu, in Formationen einzudringen, die geringe Durchlässigkeit haben, vorzugsweise durch Frakturen. Die eingespritzten Materialien gehen an den meisten Formationskohlenwasserstoffen vorbei. Im Gegensatz dazu erfordert die konduktive Erhitzung keinen Fluidtransport in die Formation. Öl innerhalb der Formation wird deshalb nicht wie bei einem Flutungsprozeß in einem Bypass umgangen. Die Bohrlöcher mit Hitzeeinspritzung werden dazu verwendet, die Hitze für solche Verfahren zu liefern.The U.S. Patent Nos. 4,640,352 and 4,886,118 disclose the conductive Heating of subsoil formations of low permeability, the oil included to the oil to win from these. Formations with low permeability include diatomite, lipid carbon and oil shale. Formations of low permeability are for Secondary oil extraction process not suitable, such as flooding with steam, carbon dioxide or fire. flood materials tend to penetrate into formations, the low permeability have, preferably by fractures. The injected materials Pass by most formation hydrocarbons. In contrast to the conductive heating does not require fluid transport into the Formation. oil within the formation is therefore not as in a flooding process in one Bypass bypassed. The holes with heat injection are used to heat for such To deliver the process.

Hitzeeinspritz-Bohrlöcher eignen sich auch zur Dekontaminierung von Böden. Die US-Patente 5,318,116 und 5,244,310 offenbaren beispielsweise Verfahren zum Dekontaminieren von Böden, wobei Hitze unter die Oberfläche eingespritzt wird, um die Kontaminate zu verdampfen. Die Heizeinrichtungen des Patentes '310 wenden den elektrischen Widerstand von Dornen an, wobei die Elektrizität durch die Dorne in die Erde strömt. Das Patent '116 offenbart Heizelemente, die sich durch das Bohrloch zum Boden der zu erhitzenden Formation erstrecken. Das die Heizelemente umgebende Bohrloch weist ein Katalysatorbett auf, das durch die Heizelemente erhitzt wird. Wärme strömt durch Wärmeleitung durch das Katalysatorbett zu einer das Katalysatorbett umgebenden Auskleidung, und dann von der Auskleidung in radialer Richtung in die das Bohrloch umgebende Erde. Typische Katalysatoren auf Basis von Aluminiumoxid haben eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit, und ein signifikanter Temperaturgradient existiert durch das Katalysatorbett hindurch. Dieser signifikante Temperaturgradient resultiert in einer abnehmenden Wärmeübertragung an die zu erhitzende Erde bei einer begrenzten Heizelementtemperatur.Heat injection wells are suitable also for the decontamination of soils. U.S. Patents 5,318,116 and 5,244,310, for example, disclose methods of decontamination of soils, with heat below the surface is injected to vaporize the contaminants. The heaters of the Patentes' 310 apply the electrical resistance of thorns, wherein the electricity through the spines are pouring into the earth. The '116 patent discloses heating elements extending through the borehole to the bottom of the extend to be heated formation. The surrounding the heating elements Drill hole has a catalyst bed through which the heating elements is heated. warmth flows by heat conduction through the catalyst bed to a catalyst bed surrounding Lining, and then from the lining in the radial direction in the earth surrounding the borehole. Typical catalysts based on of alumina have a very low thermal conductivity, and a significant one Temperature gradient exists through the catalyst bed. This significant temperature gradient results in a decreasing heat transfer to the earth to be heated at a limited heating element temperature.

Das US-Patent 5,065,818 offenbart ein Heizbohrloch mit ausgekleideten und mineralisolierten („MI") Heizkabeln, die direkt in das Bohrloch einzementiert sind. Die MI-Kabel umfassen ein Heizelement, das beispielsweise von einer Magnesiumoxid-Isolierung umgeben ist, und eine relativ dünne Hülle um die Isolierung. Der Außendurchmesser des Heizkabels ist typischerweise kleiner als eineinhalb Zoll (1,25 cm). Das Heizbohrloch umfaßt gegebenenfalls einen Kanal zum Absenken eines Thermoelementes durch das zementierte Bohrloch zum Überwachen eines Temperaturprofils des Heizbohrloches. Da es direkt in das Bohrloch zementiert ist, besteht kein Erfordernis für eine Auskleidung (außer der Kabelhülle), doch ist der Außendurchmesser des Kabels relativ klein. Der kleine Durchmesser des Heizkabels begrenzt die Wärmemenge, die von dem Heizkabel an die Formation übertragen werden kann, weil die Fläche, über welche die Wärme an der Oberfläche des Kabels strömt, begrenzt ist. Zement hat eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit, und deshalb würde ein größerer Wärmestrom an der Oberfläche des Kabels in einer unannehmbar hohen Heizkabeltemperatur resultierten. Mehrere Heizkabel können in das Bohrloch zementiert sein, um die Wärmeübertragung an die Formation über jene hinaus zu erhöhen, die mit nur einem Kabel möglich wäre, aber es wäre erwünscht, die Wärme zu erhöhen, die in die die Heizelemente umgebende Erde übertragen werden kann.The U.S. Patent 5,065,818 discloses a lined heating well and mineral insulated ("MI") heating cables, the cemented directly into the wellbore. The MI cables include a heating element, for example, of a magnesium oxide insulation surrounded, and a relatively thin shell around the Insulation. The outer diameter of the heating cable is typically less than one and a half inches (1.25 cm). The heating well includes optionally a channel for lowering a thermocouple the cemented hole for monitoring a temperature profile of the Heizbohrloches. Since it is right in the Drill hole is cemented, there is no requirement for a lining (except the cable sheath), but the outer diameter is the cable is relatively small. The small diameter of the heating cable limits the amount of heat which can be transmitted from the heating cable to the formation, because the area over which the heat on the surface of the cable is flowing, is limited. Cement has a relatively low thermal conductivity, and therefore would a greater heat flow on the surface of the Cables resulted in an unacceptably high heating cable temperature. Several heating cables can be used in the wellbore be cemented to transfer heat to the formation over those to increase out, which is possible with only one cable would be, though it would be he wishes, the heat to increase, into which the earth surrounding the heating elements can be transferred.

Das US-Patent 2,732,195 offenbart ein elektrisches Heizbohrloch, bei welchem eine „elektrisch widerstandsfähige pulverförmige" Substanz, vorzugsweise Quarzsand oder zerdrückter Quarzkies, sowohl innerhalb als auch außerhalb einer Auskleidung einer Bohrlochheizeinrichtung und um ein elektrisches Heizelement herum innerhalb der Auskleidung angeordnet wird. Der Quarz wird dort angeordnet, um die Auskleidung gegen Außendrücke zu verstärken, und eine Auskleidung, die gegen die Formation abdichtet, ist erforderlich. Die Auskleidung erhöht die Kosten der Installation beträchtlich.The US Pat. No. 2,732,195 discloses an electric heating well with US Pat which is an "electrically resistant powdery" substance, preferably Quartz sand or crushed Quartz gravel, both inside and outside a lining of a Borehole heater and around an electric heating element around is arranged inside the lining. The quartz is placed there to strengthen the lining against external pressures, and a lining that seals against the formation is required. The lining increased the cost of installation is considerable.

Die Bohrlochheizeinrichtung und das Heizverfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 9 sind aus dem vorerwähnten US-Patent 5,065,818 bekannt. Die relativ kleine Oberflächenzone der bekannten Heizkabel begrenzt die Wärmemenge, die in die umgebende Formation übertragen wird.The Borehole heater and the heating method according to the preamble the claims 1 and 9 are from the aforementioned U.S. Patent 5,065,818. The relatively small surface zone the known heating cable limits the amount of heat in the surrounding Formation is transmitted.

Das US-Patent Nr. 2,500,513 offenbart eine Anordnung von elektrischen Heizstäben in einem Bohrlochkäfig, um Wachsklumpen in den geförderten Bohrlochfluiden zu zerdrücken und zu schmelzen. Auch dieses Patent offenbart die Merkmale im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 9.The U.S. Patent No. 2,500,513 discloses an array of electrical heating rods in a wellbore cage, around wax clumps in the wellbore fluids being pumped to crush and to melt. This patent also discloses the features in the preamble the claims 1 and 9.

Das US-Patent Nr. 2,350,429 offenbart ein Bohrloch-Dampfkesselgefäß, in dem Wasser durch ein elektromagnetisches Feld erhitzt wird, das durch nicht isolierte ringförmige Elektroden übertragen wird.The U.S. Patent No. 2,350,429 discloses a downhole steam kettle vessel in which Water is heated by an electromagnetic field that does not isolated annular Electrodes is transferred.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Bohrlochheizeinrichtung zu schaffen, bei welcher die Heizeinrichtung eine größere Oberflächenzone auf der Temperatur des elek trischen Widerstandselementes als jene nach dem Stand der Technik hat, und bei welcher eine wesentliche Auskleidung nicht erforderlich ist. Diese Heizeinrichtung eignet sich als Bohrlochheizeinrichtung für solche Zwecke zur Wärmerückgewinnung aus Kohlenwasserstoffen und Erde.It is therefore an object of the present invention to provide a wellbore heater which the heater has a larger surface area at the temperature of the elec trical resistance element than those of the prior art, and in which a substantial lining is not required. This heater is suitable as Bohrlochheizeinrichtung for such purposes for heat recovery from hydrocarbons and soil.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION

Diese und andere Ziele werden durch eine Bohrlochheizeinrichtung erreicht, die ein elektrisch isolierendes Material aufweist, das eine ringförmige Konfiguration elektrischer Widerstandsheize umgibt, die aus der Gruppe gewählt sind, welche eine ringförmige poröse Metallhülle und eine oder mehrere gerundete und/oder expandierte Metallplatten und ein Drahtgitter aufweist, wobei die Bohrlochheizeinrichtung keine Metallauskleidung hat, die zwischen der Heizelementkonfiguration und der Erde angeordnet ist, welche das zu erhitzende Bohrloch umgibt.These and other objectives are achieved by a borehole heater, which comprises an electrically insulating material having an annular configuration surrounding electrical resistance heaters selected from the group which is an annular porous metal shell and one or more rounded and / or expanded metal plates and a wireframe, wherein the wellbore heater has no metal lining between the heater configuration and the earth is arranged, which surrounds the well to be heated.

Die auskleidungslose Ausbildung der vorliegenden Heizeinrichtung reduziert die Kosten eines Hitzeeinspritz-Bohrloches signifikant, was bei dessen Anwendung beträchtliche Ersparnis einbringt, wie bei Heizinjektoren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus beispielsweise Ölschiefer, Teersand oder Diatomit. Die Hitzeeinspritzung kann auch dazu verwendet werden, irgendwelche Kontaminate zu entfernen.The unclothed formation of the present heating device reduced the cost of a heat injection well significantly, at its application considerable Savings, as in Heizinjektoren for the production of hydrocarbons from, for example, oil shale, Tar sands or diatomite. The heat injection can also be used will remove any contaminants.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erhitzen eines Teiles der Erde geschaffen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Schaffung eines Bohrloches innerhalb des zu erhitzenden Erdteiles;
Anordnen einer rohrförmigen elektrischen Widerstandsheizelementkonfiguration, die aus der Gruppe gewählt ist, welche aus einem ringförmigen porösen Metallblech, einer oder mehreren gerundeten und/oder expandierten Metallplatten und einem Drahtgitter innerhalb des Bohrloches besteht; und
Abstützen der Heizelementkonfiguration innerhalb des Bohrloches mit einem elektrisch isolierenden Material, wobei eine Metallauskleidung zwischen der Heizelementkonfiguration und der zu erhitzenden Erde nicht vorgesehen ist.According to another aspect of the invention, there is provided a method of heating a portion of the earth, the method comprising the steps of:
Creation of a borehole within the continent to be heated;
Disposing a tubular electrical resistance heating element configuration selected from the group consisting of an annular porous metal sheet, one or more rounded and / or expanded metal plates, and a wire mesh within the wellbore; and
Supporting the heater configuration within the wellbore with an electrically insulating material, wherein a metal lining is not provided between the heater configuration and the earth to be heated.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 zeigt eine Ausführungsform einer Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Bohrloches. 1 shows an embodiment of a heating device according to the present invention within a borehole.

Die 2A, 2B und 2C zeigen Details eines elektrischen Kabels, das an die Oberseite einer Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt ist.The 2A . 2 B and 2C show details of an electrical cable attached to the top of a heater according to the present invention.

3 zeigt eine Vorrichtung zum Installieren der Heizeinrichtung gemäß der Erfindung. 3 shows an apparatus for installing the heater according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Fakultativ hat die ringförmige Heizeinrichtung gemäß der Erfindung ein Gitterheizelement, welches so geformt werden kann, daß es einer Wand eines Bohrloches angepaßt ist, um die Oberfläche des bereitgestellten Heizelementes zu maximieren und um den das Bohrloch verlassenden Wärmestrom ebenfalls zu maximieren. Ein elektrischer isolierter Füller wird um das Heizelement herum und innerhalb desselben angebracht, um im wesentlichen einen elektrischen Kurzschluß des Elementes gegenüber der Formation zu vermeiden. Dieses elektrisch isolierende Material könnte ein Material sein, das anfänglich naß und deshalb elektrisch leitend ist, bis es getrocknet wird. Der Trocknungsschritt könnte durch Hindurchleiten von Elektrizität durch das Heizelement und in das nasse Material ausgeführt werden, und die von der elektrischen Energie erzeugte Hitze würde allmählich den Boden erwärmen und gegebenenfalls anfänglich vorhandenes flüssiges Wasser zum Verdampfen bringen. Der verbleibende trockene Sand ist ein akzeptabler elektrischer Isolator. Fakultativ könnte ein hydraulischer Zement anstelle von Sand verwendet werden. Die Hydratation von Zement reduziert freies flüssiges Wasser, und der ausgehärtete Zement kann ein akzeptabler elektrischer Isolator sein. Andere Materialien könnten als Isoliermaterial verwendet werden. Bevorzugte Materialien sind leicht anzuordnen und billig. Ein ideales Material wäre auch ein elektrisch nicht leitendes Material bzw. ein Material, das elektrisch nicht leitend werden kann. Ein Material wie Sand könnte pneumatisch oder als Schlamm angeordnet werden.Optional has the ring-shaped Heating device according to the invention a grid heating element which can be shaped to be one Adapted wall of a borehole is to the surface of the to maximize the heating element provided and around the borehole leaving heat flow also to maximize. An electrical insulated filler will wrap around the heating element around and within it, to essentially electrical Short of the Element opposite the To avoid formation. This electrically insulating material could be Be material that initially wet and therefore electrically conductive until it is dried. The drying step could by passing electricity through the heating element and into the wet material and the heat generated by the electrical energy would gradually increase Heat the floor and optionally initially available liquid Bring water to evaporate. The remaining dry sand is an acceptable electrical insulator. Optional could be one hydraulic cement can be used instead of sand. The hydration of cement reduces free liquid Water, and the hardened Cement can be an acceptable electrical insulator. Other materials could be used as insulating material. Preferred materials are easy to arrange and cheap. An ideal material would be too an electrically non-conductive material or a material that is electrically can not become conductive. A material like sand could be pneumatic or be arranged as sludge.

Eine Vielzahl von elektrischen Heizelementen wird vorzugsweise im Bohrloch angeordnet, um die Heizeinrichtung zu bilden, wobei die Elemente im unteren Teil des Bohrloches miteinander verbunden werden und unterschiedliche Phasen von Wechselstromenergie an jedes dieser Elemente angelegt werden. Zwei oder drei Elemente werden bevorzugt.A Variety of electrical heating elements is preferably in the borehole arranged to form the heater, the elements be connected together in the lower part of the borehole and different phases of AC energy at each of these Elements are created. Two or three elements are preferred.

Die Heizelemente können ein expandiertes Metall oder irgendein anderes poröses Metallelement, wie Drahtgitter oder Drahtnetze, sein. Eine Porosität zwischen etwa vierzig Prozent und etwa achtzig Prozent wird bevorzugt, wenn die Porosität als Prozentsatz von offener Fläche definiert ist, wenn man auf die Oberfläche der Materiallage blickt. Durch diese offene Fläche wird die gesamte Fläche beträchtlich erhöht, die vom Element kontaktiert wird, ohne daß die Dicke des Elementes reduziert wird. Ein dickeres Element ermöglicht stärkere Korrosion. Die Dicke des Elementes wird so gewählt, daß sie in einem Spannungsbedarf für den beabsichtigten Wärmefluß resultiert, der nicht exzessiv niedrig oder hoch ist. Beispielsweise wird eine Spannungsdifferenz von etwa 120 bis etwa 960 Volt Wechselstrom zwischen den oberen Enden von zwei Elementen innerhalb eines Bohrloches bevorzugt, die verbundene untere Enden haben. Im allgemeinen wird für größere Längen von Metern (100 bis 700 Meter) von 480 bis 960 Volt und für kürzere Längen von Metern (2 bis 200 Meter) von 120 bis 480 Volt bevorzugt. Um eine größere Dicke von Elementen aufzunehmen, könnten mehrere Heizeinrichtungen in Reihe geschaltet sein, doch ist das Ausmaß, bis zu welchem dies geschehen kann, durch die Kosten der Kabel, die zu den Heizelementen führen, begrenzt. Energie wird vorzugsweise zwischen zwei symmetrischen Heizelementen angelegt, wobei die Nettospannung Null ist. Somit ist die Spannung, die einmal an eine Elektrode angelegt wird, gegenüber Erde negativ, im Vergleich zur Spannung, die an das andere Heizelement angelegt wird.The heating elements may be an expanded metal or any other porous metal element such as wire mesh or wire nets. Porosity between about forty percent and about eighty percent is preferred when porosity is defined as a percentage of open area when looking at the surface of the sheet of material. This open area significantly increases the total area contacted by the element without reducing the thickness of the element. A thicker element allows for greater corrosion. The Thickness of the element is chosen to result in a voltage requirement for the intended heat flow which is not excessively low or high. For example, a voltage difference of about 120 to about 960 volts AC between the upper ends of two elements within a wellbore having connected lower ends is preferred. Generally, for longer lengths of meters (100 to 700 meters) from 480 to 960 volts and for shorter lengths of meters (2 to 200 meters) from 120 to 480 volts is preferred. To accommodate a greater thickness of elements, multiple heaters could be connected in series, but the extent to which this can be done is limited by the cost of the cables leading to the heaters. Energy is preferably applied between two symmetrical heating elements, the net voltage being zero. Thus, the voltage applied once to one electrode is negative to ground, compared to the voltage applied to the other heater.

Die Heizelemente werden vorzugsweise zu einer gekrümmten Gestalt geformt, entweder an der Oberfläche oder innerhalb des Bohrloches, um den Wänden des Bohrloches zu entsprechen. Die gekrümmte Gestalt könnte auch an der Oberfläche durch eine Matrize erzeugt werden, durch welche das Metall hindurchgeleitet wird, wenn es in das Bohrloch eingeleitet wird. Die gekrümmte Gestalt könnte innerhalb des Bohrloches durch einen Dorn erzeugt werden, der durch das Element geht. Der Dorn könnte beispielsweise als Teil einer Vorrichtung ausgebildet sein, welche die Elemente ausweitet und das elektrische Isoliermaterial um die Elemente herum und zwischen den Elementen anordnet. Wenn die Elemente an der Oberfläche zu einer gekrümmten Gestalt geformt werden, können Zentralisierer oder Abstandhalter zu den Elementen hinzugefügt werden, um die Elemente innerhalb des Bohrloches getrennt zu halten. Die Verwendung des Dornes, wie vorstehend beschrieben, wird bevorzugt, weil Zentralisierer und Abstandhalter vermieden werden, was die Materialkosten reduziert. Flache Gitterelemente könnten vorgesehen sein. Der Vorteil der Schaffung gekrümmter Elemente besteht darin, daß die Wärme von nahezu dem gesamten Umfang des Bohrloches mit zwei flachen Elementen übertragen werden kann, wobei die Wärme von einer Oberflächenzone übertragen werden könnte, die nur etwa das Doppelte des Bohrlochdurchmessers beträgt, doch könnte die Installation der flachen Elemente im Vergleich zu halbkreisförmig geformten Elementen vereinfacht werden.The Heaters are preferably formed into a curved shape, either on the surface or within the wellbore to correspond to the walls of the wellbore. The curved one Shape could also on the surface through a die can be created through which the metal passes when it is introduced into the borehole. The curved shape could be generated within the borehole by a thorn passing through the element goes. For example, the thorn could be formed as part of a device which the elements expands and the electrical insulating material around the elements and arranges between the elements. When the elements on the surface become one curved Shape can be shaped Centralizers or spacers are added to the elements to keep the elements separated within the wellbore. The Use of the mandrel as described above is preferred because centralizers and spacers are avoided, causing the Material costs reduced. Flat grid elements could be provided be. The advantage of creating curved elements is that that the Heat from transferred to almost the entire circumference of the well with two flat elements can be, with the heat transferred from a surface zone could be which is only about twice the diameter of the borehole, however could the installation of flat elements compared to semicircular shaped Elements are simplified.

Im allgemeinen werden Heizelemente aus rostfreiem Stahl, beispielsweise der Qualitäten 304 oder 316, bevorzugt. INCLOY 600 könnte auch nützlich sein (INCLOY ist eine Marke). 316 rostfreier Stahl wird bevorzugt, wenn die Elemente Salzsole ausgesetzt sind, weil 316 rostfreier Stahl eine größere Festigkeit gegenüber Chlorid-Korrosionsbeanspruchung hat. Rostfreie Stähle sind nicht übermäßig teuer und könnten Elementen ausgesetzt sein, die während der Anlaufphase vorhanden sind, während einer ausreichenden Zeitspanne, um die Elemente auf erhöhte Temperaturen zu bringen, und ausreichend niedrigen Korrosionsraten, wenn sie den meisten Bohrlochumgebungen über lange Zeitspannen bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Typischerweise werden rostfreie Stähle nicht als Heizelemente verwendet, und zwar wegen der begrenzten Korrosionsfestigkeit bei hohen Temperaturen, doch kann die relativ große Oberflächenzone, von welcher Hitze in der Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung übertragen wird, und die Oberflächentemperatur der Elemente für rostfreie Stähle geeignet sein. Kohlenstoffstähle könnten auch als Heizelemente bei Anwendungen verwendet werden, wo hohe Hitzepegel über ausgedehnte Zeitspannen nicht bereitgestellt werden müssen.in the In general, heating elements made of stainless steel, for example the qualities 304 or 316, preferred. INCLOY 600 could also be useful (INCLOY is one Brand). 316 stainless steel is preferred when the elements are brine are exposed because 316 stainless steel greater strength across from Has chloride corrosion stress. Stainless steels are not overly expensive and could Be exposed to elements during the start-up phase, for a sufficient period of time, around the elements at elevated temperatures to bring, and sufficiently low corrosion rates, if they most wellbore environments long periods at elevated Temperatures are exposed. Typically, stainless steels do not used as heating elements, because of the limited corrosion resistance high temperatures, but the relatively large surface area, from which heat in the heating device of the present invention will, and the surface temperature of the elements for stainless steels be suitable. Carbon steels could as well Used as heating elements in applications where high heat levels are over extended Periods do not have to be provided.

Obzwar bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung rostfreier Stahl als Heizelementmaterial verwendet wird, könnten höherlegierte Stähle bei einigen Anwendungen der vorliegenden Erfindung nützlich sein. Wenn beispielsweise die Heizeinrichtung in einem relativ tiefen Bohrloch angewendet wird, könnten die Kosten des Bohrloches wesentlich höher als die Kosten des Heizelementmaterials sein, und deshalb könnten höherlegierte Materialien die Gesamtkosten reduzieren, weil sie einen Betrieb bei höheren Temperaturen ermöglichen und somit die Anzahl von Bohrlöchern reduzieren, die für die gesamte Hitzeaufbringung erforderlich sind.although in a preferred embodiment The present invention stainless steel as heating element material could be used high-alloy steels be useful in some applications of the present invention. For example, if the heater is in a relatively deep hole could be applied the cost of the well is much higher than the cost of the heater material be, and therefore could high-alloy Materials reduce the overall cost because they have a holding at higher Allow temperatures and thus the number of holes reduce that for the entire heat application are required.

Alternativ könnten die Heizelemente mit einer oder mehreren korrosionsfesten Metallflächen oder einer Feuerfestfläche beschichtet sein, um zusätzliche elektrische Isolation und Schutz zu schaffen.alternative could the heating elements with one or more corrosion-resistant metal surfaces or a refractory surface be coated to extra to provide electrical insulation and protection.

Thermoelemente zur Steuerung der Heizeinrichtungen könnten innerhalb des Bohrloches entweder innerhalb von gekrümmten Heizelementen, außerhalb der Elemente oder an den Heizelementen befestigt (durch eine elektrisch isolierende Verbindung) vorgesehen sein. Die Thermoelemente könnten verwendet werden, um den Betrieb zu überwachen oder die elektrische Energie zu steuern, die an die Heizelemente angelegt wird. Wenn Thermoelemente verwendet werden, um die elektrische Energie zu steuern, könnten multiple Thermoelemente vorgesehen und eine Steuertemperatur von den Thermoelementen gewählt werden. Die Wahl könnte auf der Maximaltemperatur, auf einer Durchschnittstemperatur oder auf einer Kombination eines solchen Durchschnitts der größten zwei oder mehr Temperaturen basieren.thermocouples to control the heaters could be within the borehole either within curved Heating elements, outside of the elements or attached to the heating elements (by an electric insulating connection) may be provided. The thermocouples could be used to monitor the operation or to control the electrical energy that goes to the heating elements is created. When thermocouples are used to electrical Could control energy provided multiple thermocouples and a control temperature of selected the thermocouples become. The choice could be at the maximum temperature, at an average temperature or on a combination of such an average of the largest two or more temperatures based.

Die Heizelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können wegen der Flexibilität, unterschiedliche Kombinationen von Spannungen und Porositäten der Heizelemente zu wählen, in einer gro ßen Vielzahl von Längen hergestellt werden. Heizeinrichtungen, die so kurz sind wie zwei bis sechs Meter, und die so lang sind wie zweihundert oder siebenhundert Meter, können verwendet werden.The Heating elements according to the present invention can because of the flexibility, different combinations of stresses and porosities of To select heating elements, in a large variety of lengths getting produced. Heaters as short as two to six meters, and as long as two hundred or seven hundred Meters, can be used.

Ein Bohrloch, in dem die Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung angeordnet wird, kann ausgekleidet und zementiert sein, über zumindest einen Teil des Bohrloches oberhalb der Heizeinrichtung, um eine Isolierung der zu erhitzenden Formation sicherzustellen. In einem weniger tiefen Bohrloch kann das Bohrloch mit Sand bis zur Oberfläche gefüllt werden.One Borehole in which the heating device of the present invention is arranged, may be lined and cemented, over at least a portion of the well above the heater to a Insulate the formation to be heated. In one Less deep hole, the hole can be filled with sand to the surface.

Unter Bezugnahme auf 1 ist in einer schematischen Zeichnung eine ringförmigen Heizeinrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Ein Gitterheizelement 1 ist in Form von zwei halbkreisförmigen expandierten Metallplatten innerhalb eines Bohrloches 2 gezeigt. Ein elektrisch isolierender Füller 3, wie Sand, umgibt die Heizelemente und ist zwischen diesen angeordnet. Das Bohrloch ist innerhalb eines Teiles der zu erhitzenden Erde 4, wie einer Formation von ölhältigem Diatomit, Teersanden oder Ölschiefer, angeordnet. Alternativ könnte die zu erhitzende Erde 4 kontaminiertes Erdreich in einem Wärme-Desorptions-Sanierungsverfahren sein. Elektrische Leitungen 5 erstrecken sich zu jedem der Heizelemente, und die Heizelemente sind elektrisch an ihrem unteren Teil durch Verbinder 6 miteinander verbunden. Alternativ könnten alle Elemente an der Basis des Bohrloches geerdet sein. Elektrische Leitungen erstrecken sich durch den Teil der Überlagerschicht, der nicht erhitzt werden soll, durch mit Umhüllungen versehene Kabel 8, wobei diese Kabel durch Abstandhalter 9 getrennt sind. Ein Übergangsteil des Bohrloches wird durch die Heizelemente erhitzt, aber nicht bis zu Temperaturen, die jenen entsprechen, die in dem die Heizelemente enthaltenden Bohrloch auftreten. Dieser Übergangsteil des Bohrloches ist mit einer Auskleidung 10 ausgekleidet, die aus Metall, wie rostfreiem Stahl, sein kann, der eine annehmbar lange Lebensdauer hat, wenn er erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist. Die Korrosionsumgebung innerhalb dieses Übergangsvolumens kann heftiger sein als jene nahe den Heizelementen, weil sich die Taupunkttemperatur innerhalb dieses Bereiches befindet. Oberhalb der Übergangszone könnte die Auskleidung eine Kohlenstoff-Stahlauskleidung 11 sein. Die Auskleidung innerhalb der Übergangszone und in der Überlagerschicht 7 könnte mit einem Füller 12, wie Sand oder Zement, gefüllt oder frei gelassen werden.With reference to 1 In a schematic drawing, an annular heating device according to the invention is shown. A grid heater 1 is in the form of two semicircular expanded metal plates within a borehole 2 shown. An electrically insulating filler 3 , like sand, surrounds the heating elements and is arranged between them. The borehole is within a part of the earth to be heated 4 , such as a formation of oil-containing diatomite, tar sands or oil shale. Alternatively, the earth to be heated could 4 contaminated soil in a heat desorption remediation process. Electric lines 5 extend to each of the heating elements, and the heating elements are electrically connected at their lower part by connectors 6 connected with each other. Alternatively, all elements at the base of the wellbore could be grounded. Electrical leads extend through the portion of the overburden layer which is not to be heated, through sheathed cables 8th Where these cables are by spacers 9 are separated. A transitional portion of the wellbore is heated by the heating elements but not to temperatures corresponding to those encountered in the wellbore containing the heating elements. This transitional part of the borehole is lined with a lining 10 which may be of metal, such as stainless steel, which has an acceptably long life when exposed to elevated temperatures. The corrosion environment within this transient volume can be more severe than that near the heating elements because the dew point temperature is within this range. Above the transition zone, the lining could be a carbon-steel lining 11 be. The lining within the transition zone and in the overlay layer 7 could with a filler 12 , like sand or cement, filled or left empty.

Unter Bezugnahme auf die 2A, 2B und 2C sind drei teilweise weggeschnittene Ansichten von Fittingen für elektrische Kabel und Verbindungen zu den Heizelementen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das obere der Heizelemente 21 ist an einem Hochtemperatur-Leitungskabel 22 durch eine Schweißverbindung 33 angeschlossen. Eine wasserdichte Zwischenschicht zwischen dem Kabel und der Heizeinrichtung A liegt innerhalb einer Übergangszone. Oberhalb der Übergangszone ist ein billiges Kabel, wie ein polyethylenbeschichteter Kupferdraht, in Verwendung. Ein elektrisch isolierter Hochtemperaturabschnitt B erstreckt sich von der wasserdichten Zwischenschicht zu dem Heizelement. Eine Aussteifung 24 bildet eine Abstützung für die elektrische Verbindung zu dem Heizelement. Die Aussteifung ist an dem Kabel mittels eines Kragens 25 befestigt. Der Kragen ist ein elektrisch isolierter Kragen. Die wasserdichte Zwischenschicht umfaßt eine Kupplung 26 um eine Lötverbindung 27, wobei die Lötverbindung eine Kontinuität zwischen dem Hochtemperatur-Leitungskabel 22 und einem Niedertemperatur-Bleikabel 28 herstellt. Die Kupplung ist mit einem Gewinde für Fittinge 30 versehen, die Kupferfittinge sein könnten, und die eine Reibungspassung mit jedem der Hochtemperatur-Leitungskabel 31 und dem Niedertemperatur-Bleikabel 23 eingehen. Das Kabel 23 erstreckt sich von der Oberfläche bis unmittelbar ober halb der Oberseite der Heizeinrichtung und kann ein Kupferkern-kupferumhülltes mineralisoliertes Kabel sein. Diese Art von Kabel wird wegen ihrer Fähigkeit, sehr große Mengen an elektrischer Energie zu führen, bevorzugt, und weil es wasserdicht ist. Obzwar das Kabel hohen Temperaturen widerstehen kann, wird es wegen der Korrosionsanfälligkeit bei Temperaturen unterhalb des Wassersiedepunktes verwendet. Eine wasserdichte Spleißung A beendet das mineralisolierte Kabel 23 und bildet einen Übergang zu einer Nickelelektrode oder zu einer mit Nickelchrom beschichteten Nickelelektrode 22, die bei 33 an den oberen Teil der Heizeinrichtung 21 angeschweißt ist. Die Nickel-Heißelektrode 22 kann durch eine TEFLON-Hülle 31 isoliert sein, um die Korrosion der Nickelelektrode zu verhindern und eine wasserdichte Abdichtung am unteren Ende des Kabelüberganges 33 zu bilden (TEFLON ist eine Marke). Ein Aussteifungsarm 24 bildet eine Abstützung für die TEFLON-umhüllte Nickelelektrode 22 während der Installation der Heizeinrichtung in einem Bohrloch. Die wasserdichte Spleißung A kann etwa zwei bis zwanzig Fuß oberhalb der Oberseite des Heizelementes liegen. Die wasserdichte Speisung ist weit genug von dem Heizelement entfernt, damit sie auf einer Temperatur unterhalb des Wassersiedepunktes bleibt. Die TEFLON-beschichtete Hochtemperaturleitung ist an einem Punkt dem Wassersiedepunkt ausgesetzt und kann diese Art von Umgebung leicht ertragen. Der untere (heißere) Teil der Hochtemperaturleitungshülle 31 wird gegebenenfalls wegschmelzen und läßt das Hochtemperaturkabel exponiert. Eine TEFLON-Beschichtung an diesem Punkt stellt sicher, daß sich das TEFLON über den Punkt hinauserstreckt, an welchem die Temperatur dem Siedepunkt von Wasser entspricht.With reference to the 2A . 2 B and 2C Figure 3 shows three partially cutaway views of fittings for electrical cables and connections to the heating elements of the present invention. The upper of the heating elements 21 is on a high temperature cable 22 through a welded joint 33 connected. A watertight interlayer between the cable and the heater A lies within a transition zone. Above the transition zone, a cheap cable, such as a polyethylene-coated copper wire, is in use. An electrically insulated high-temperature section B extends from the waterproof intermediate layer to the heating element. A stiffener 24 forms a support for the electrical connection to the heating element. The stiffener is on the cable by means of a collar 25 attached. The collar is an electrically insulated collar. The waterproof intermediate layer comprises a coupling 26 around a solder joint 27 wherein the solder joint provides continuity between the high temperature lead wire 22 and a low-temperature lead cable 28 manufactures. The coupling is threaded for fittings 30 which could be copper fittings, and which provide a friction fit with each of the high-temperature line cables 31 and the low-temperature lead cable 23 received. The cable 23 extends from the surface to just above the top of the heater and may be a copper core copper clad mineral insulated cable. This type of cable is preferred because of its ability to carry very large amounts of electrical energy, and because it is waterproof. Although the cable can withstand high temperatures, it is used because of the susceptibility to corrosion at temperatures below the water boiling point. A waterproof splice A terminates the mineral insulated cable 23 and forms a transition to a nickel electrode or to a Nickelchrom coated nickel electrode 22 at 33 at the top of the heater 21 is welded. The nickel hot electrode 22 can through a TEFLON shell 31 be insulated to prevent corrosion of the nickel electrode and a watertight seal at the bottom of the cable transition 33 to make (TEFLON is a brand). A stiffening arm 24 forms a support for the TEFLON-coated nickel electrode 22 during the installation of the heater in a borehole. The waterproof splice A may be about two to twenty feet above the top of the heating element. The watertight feed is far enough away from the heating element to remain at a temperature below the water boiling point. The TEFLON coated high temperature line is exposed to the water boiling point at one point and can easily endure this type of environment. The lower (hotter) part of the high-temperature cable sheath 31 will eventually melt away leaving the high temperature cable exposed. A TEFLON coating at this point ensures that the TEFLON extends beyond the point at which the temperature reaches you depunkt of water corresponds.

Die Hochtemperaturleitungshülle könnte irgendein Überzug sein, der die Hochtemperaturleitung vor Korrosion bei Temperaturen schützen könnte, die am Siedepunkt von Wasser oder darunter liegen, und könnte entweder höheren Temperaturen standhalten oder wegschmelzen, und keine Korrosion bei höheren Temperaturen verursachen. Hitzebeständige Harze werden bevorzugt, weil sie eine größere Länge an geschützter Hochtemperaturleitung ergeben, was nützlich sein kann, wenn der Punkt, an welchem die Temperatur dem Siedepunkt von Wasser entspricht, sich verschiebt. Akzeptable Hochtemperaturharze umfassen Polyimide, Polyamidimide und Polyetheretherketone.The High-temperature cable sheath could any coating be that the high-temperature line from corrosion at temperatures protect could, which are at the boiling point of water or below, and could either higher Withstand or melt away temperatures, and no corrosion at higher Cause temperatures. Heat-resistant resins are preferred because they give a longer length of protected high temperature line, which is useful can be when the point at which the temperature is the boiling point corresponds to water, shifts. Acceptable high temperature resins include polyimides, polyamide-imides and polyether-ether-ketones.

Die Hochtemperaturkabelhülle wird von der Hochtemperaturleitung durch eine Mineralisolation, wie Magnesiumoxid, getrennt. Kupferleitungen sind für Niedrigtemperaturleitungen akzeptabel und effektiv, doch werden nickel- oder nickel-chrombeschichtete Nickelmaterialien für Hochtemperaturleitungen bevorzugt.The High-temperature cable sheath is removed from the high temperature pipe by a mineral insulation, such as Magnesium oxide, separated. Copper pipes are for low temperature pipes acceptable and effective, but are nickel or nickel chrome plated Nickel materials for High temperature lines preferred.

Alternativ wird eine Vielzahl von langgestreckten elektrischen Heizelementen in dem Bohrloch angeordnet, um die Heizeinrichtung zu bilden, wobei die Elemente in einem unteren Teil des Bohrloches miteinander verbunden sind, und es werden unterschiedliche Phasen von Wechselstromenergie an die Elemente angelegt. Zumindest sechs Elemente werden bevorzugt, um Hitze in dem gesamten Umfang des Bohrloches zu erzeugen.alternative is a variety of elongated electrical heating elements arranged in the borehole to form the heater, wherein the elements are connected together in a lower part of the wellbore are, and there will be different phases of AC energy applied to the elements. At least six elements are preferred to generate heat in the entire circumference of the wellbore.

Die Heizelemente können beispielsweise rostfreier Stahldraht, nickel-chromlegierter Draht oder Kohlenstoff-Faserelemente sein. Die Drähte haben einen Durchmesser von vorzugsweise zwischen etwa 0,2 und 0,8 mm und vorzugsweise von etwa 0,3 mm. Dickere Elemente lassen mehr Korrosion zu, aber die Kosten von höheren Stromanforderungen und höhere Materialkosten machen sich bemerkbar. Die Dicke des Elementes wird so gewählt, daß sie bei dem in Aussicht genommenen Hitzestrom einen Spannungsbedarf hat, der nicht exzessiv niedrig oder hoch ist. Beispielsweise wird eine Spannungsdifferenz von etwa 60 bis etwa 960 Volt Wechselstrom zwischen den oberen Enden der beiden Elemente innerhalb eines Bohrloches bevorzugt, deren untere Enden verbunden sind. Für kürzere Heizeinrichtungen (2 bis 200 Meter) werden Spannungen von 60 bis 480 Volt Wechselstrom und für längere Heizeinrichtungen (100 bis 700 Meter) wird eine Spannung von 480 bis 960 Volt Wechselstrom bevorzugt. Um größere Dicken der Elemente aufzunehmen, könnten mehrere Heizeinrichtungen in Reihe geschaltet sein, aber das Ausmaß, an dem dies erfolgen kann, ist durch die Kosten der Kabel begrenzt, die zu den Heizelementen führen.The Heating elements can For example, stainless steel wire, nickel-chromium alloyed wire or Be carbon fiber elements. The wires have a diameter preferably between about 0.2 and 0.8 mm, and preferably from about 0.3 mm. Thicker elements allow more corrosion, but the Cost of higher Electricity requirements and higher Material costs are noticeable. The thickness of the element becomes chosen so that she with the envisaged heat flow a voltage requirement that is not excessively low or high. For example a voltage difference of about 60 to about 960 volts AC between the upper ends of the two elements within a borehole preferred, whose lower ends are connected. For shorter heating devices (2 up to 200 meters), voltages of 60 to 480 volts AC and for longer Heaters (100 to 700 meters) will have a voltage of 480 to 960 volts AC preferred. To accommodate larger thicknesses of the elements, could several heaters may be connected in series, but the extent to which This can be done is limited by the cost of the cable, the lead to the heating elements.

Im allgemeinen werden Heizelemente aus rostfreiem Stahl, beispielsweise der Qualitäten 304, 316 oder 310, bevorzugt. Rostfreie Stähle sind nicht übermäßig teuer und könnten Elementen ausgesetzt werden, die während der Anlaufphase über eine ausreichende Zeitspanne vorhanden sind, bis diese Elemente auf erhöhte Temperaturen gebracht sind, und ausreichend niedrigen Korrosionsraten, wenn sie den meisten Bohrlochumgebungen über längere Zeitspannen bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Kohlenstoffstäbe könnten als Heizelemente für Anwendungen verwendet werden, in denen Hitze über eine ausgedehnte Zeitperiode nicht bereitgestellt werden muß. Für seichte Anwendungen, wie Erdreicherwärmung, wird Nichrom 80 bevorzugt.in the In general, heating elements made of stainless steel, for example the qualities 304, 316 or 310, preferred. Stainless steels are not overly expensive and could Exposed to elements during the start-up phase over a Sufficient time are available until these elements are at elevated temperatures are brought, and sufficiently low corrosion rates, if they are most borehole environments over longer periods at elevated Temperatures are exposed. Carbon rods could be used as heating elements for applications be used in which heat over an extended period of time does not have to be provided. For shallow Applications, such as soil warming, Nichrome 80 is preferred.

Thermoelemente zur Steuerung der Heizeinrichtungen könnten innerhalb des Bohrloches vorgesehen werden, entweder innerhalb des Ringes von Heizelementen, außerhalb der Elemente oder an den Heizelementen befestigt. Die Thermoelemente könnten beispielsweise an einem Ende an die elektrisch isolierenden Abstandhalter angebracht werden. Das Thermoelement könnte dazu verwendet werden, den Betrieb zu überwachen oder die elektrische Energie zu steuern, die dem Heizelement zugeführt wird. Wenn die Thermoelemente dazu verwendet werden, elektrische Energie zu steuern, könnten mehrere Thermoelemente vorgesehen werden und die Temperatur steuern, die von den Thermoelementen gewählt wird. Die Wahl könnte auf einer Maximaltemperatur, ei ner Durchschnittstemperatur oder einer Kombination, wie einem Durchschnitt der zwei oder drei größten Temperaturen, basieren.thermocouples to control the heaters could be within the borehole be provided either inside the ring of heating elements, outside attached to the elements or to the heating elements. The thermocouples could for example, at one end to the electrically insulating spacers be attached. The thermocouple could be used to monitor the operation or to control the electrical energy supplied to the heating element. If The thermocouples are used to supply electrical energy could control several thermocouples are provided and control the temperature, those chosen by the thermocouples becomes. The choice could be at a maximum temperature, an average temperature or a combination, such as an average of the two or three largest temperatures, based.

Die Heizelemente der vorliegenden Erfindung können wegen der Flexibilität, unterschiedliche Kombinationen von Spannungen und Durchmessern für die Heizelemente zu wählen, in einer großen Vielzahl von Längen hergestellt werden. Heizeinrichtungen, die so kurz wie zwei Meter sind, können verwendet werden, und die so lang wie 700 Meter sind, ebenfalls.The Heating elements of the present invention may have different combinations because of flexibility of voltages and diameters for the heating elements to choose in a big one Variety of lengths getting produced. Heaters as short as two feet are, can used, and which are as long as 700 meters, too.

Ein Bohrloch, in welchem die Heizung der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, kann über zumindest einen Teil des Bohrloches oberhalb der Heizeinrichtung ausgekleidet und zementiert sein, um eine Isolation der zu erhitzenden Formation sicherzustellen. In einem seichten Bohrloch kann das Bohrloch mit Sand oder einem Bentonitschlamm bis zur Oberfläche gefüllt werden. Der Bentonitschlamm verhindert, das Wasser von oben eindringt.One Borehole in which arranged the heater of the present invention is, can over at least a portion of the borehole above the heater be lined and cemented to provide insulation of the to be heated To ensure formation. In a shallow hole, the borehole can be filled to the surface with sand or a Bentonitschlamm. The bentonite sludge prevents the water from penetrating from above.

Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Vorrichtung gezeigt, die dazu verwendet werden kann, die Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung in einem Bohrloch anzuordnen. Die Heizelemente 101 (zwei sind gezeigt) sind über Rollen 301 geschlungen, wobei die Rollen auf Armen 302 angeordnet sind, die auf einem Flansch 303 ruhen. Der Flansch ist an der Auskleidung 103 befestigt, die mit einem entsprechenden Flansch ausgebildet ist. Die Heizelemente 101 werden von Spulen abgezogen (nicht gezeigt) und können unter leichter Spannung gehalten werden, um eine Verwicklung der Heizelemente innerhalb des Bohrloches zu verhindern. Ein gewickeltes Rohr 304 ist gezeigt, das sich in das Bohrloch erstreckt. Dieses Rohr kann dazu verwendet werden, die Heizelemente und elektrische Leitungen innerhalb des Bohrloches zu planieren, und dann dazu verwendet werden, das Bohrloch mit elektrisch isolierendem Füllmaterial zu füllen, das entfernt wird.With reference to 3 there is shown an apparatus which may be used to place the heater of the present invention in a wellbore. The heating elements 101 (two are shown) are about roles 301 looped, with the rollers on arms 302 disposed are on a flange 303 rest. The flange is on the lining 103 attached, which is formed with a corresponding flange. The heating elements 101 are withdrawn from coils (not shown) and can be kept under slight tension to prevent entanglement of the heating elements within the wellbore. A wrapped tube 304 is shown extending into the borehole. This tube can be used to level the heating elements and electrical lines within the wellbore, and then used to fill the wellbore with electrically insulating fill material that is removed.

Die Heizelemente können aus einer großen Vielzahl von Längen bestehen und mit einer großen Vielzahl von Abständen in einem Bohrloch angeordnet sein. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung zum Erhitzen einer Ölschieferformation bis zu 400 Meter lang sein. Für die Behandlung kontaminierter Erde kann die Heizeinrichtung nur zwei bis drei Meter lang sein, obzwar längere Heizelemente für die vorliegende Erfindung vorteilhafter sind. Die Heizeinrichtungen können sich über größere Entfernung in ein Bohrloch erstrecken. Beispielsweise kann eine Ölschieferformation erhitzt werden, die unter 400 Meter unterhalb einer Oberschicht liegt. Wenn die Länge der Heizeinrichtung und die elektrischen Leitungen sehr lang werden, können die Heizelemente und/oder elektrischen Leitungen größeren Durchmesser haben, oder sie können mehr Material erfordern, welches größere Festigkeit hat, doch müssen diese Elemente selbsttragend sein, bis der elektrisch isolierende Füller um die Elemente herum angeordnet ist. Die Heizelemente müssen deshalb nicht bei Betriebstemperaturen selbsttragend sein, weil die Reibung innerhalb des elektrisch isolierenden Füllers eine vertikale Abstützung für die Elemente erzeugt.The Heating elements can from a great variety of lengths exist and with a great variety of distances be arranged in a borehole. For example, the heater for Heating an oil shale formation be up to 400 meters long. For the treatment of contaminated soil, the heater can only be two to three meters long, although longer heating elements for the present Invention are more advantageous. The heaters can be over greater distance extend into a borehole. For example, an oil shale formation be heated, which is below 400 meters below a top layer lies. If the length of the Heating device and the electrical wiring will be very long, can the heating elements and / or electrical cables larger diameter have, or they can require more material, which has greater strength, but they must Be self-supporting elements until the electrically insulating filler around the elements are arranged around. The heating elements must therefore not be self-supporting at operating temperatures, because the friction within the electrically insulating filler a vertical support for the elements generated.

Claims

A wellbore heater comprising: a heater configuration ( 1 ); and an electrically insulating material ( 3 ), which determines the heating element configuration ( 1 ) surrounds; wherein the wellbore heater has no metal lining interposed between the heater element configuration ( 1 ) and the surrounding the borehole to be heated earth is arranged; characterized in that the heating element configuration ( 1 ) is annular and has electrical resistance heating elements selected from the group consisting of an annular porous metal sheet, one or more rounded and / or expanded metal plates and a wire mesh.

A heater according to claim 1, wherein the annular heating element configuration ( 1 ) has at least one expanded sheet which is rounded to substantially coincide with a portion of the wall of the wellbore.

A heater according to claim 2, wherein a plurality of expanded slotted sheet metal heating elements ( 1 ), and each expanded slotted metal sheet is separated from the other expanded slotted metal sheets.

A heater according to claim 3, wherein said plurality of expanded metal sheets ( 1 ) at the lower end ( 6 ) is electrically connected to each other.

A heater according to claim 4, further comprising a power supply ( 5 ) to each of the expanded metal sheets at an upper end, and in which each of the power supplies supplies electric power having a different phase.

Heating device according to Claim 1, in which the electrically insulating material ( 3 ) Sand covers.

Heating device according to Claim 1, in which the electrically insulating material ( 3 ) Cement comprises.

A heater according to claim 1, wherein a plurality of expanded metal heating elements ( 1 ), and the plurality of heating elements at the supply end are electrically connected to different phases of AC electric power and electrically connected to a common ground at the ground end.

A method of heating a portion of the earth, the method comprising the steps of: providing a wellbore within the earth portion to be heated; Arrangement of a heating element configuration ( 1 ) within the borehole; and supporting the heating element configuration ( 1 ) within the wellbore with electrically insulating material, wherein a metal lining between the heating element configuration and the earth to be heated is not provided; characterized in that the heating element configuration is annular and comprises electrical resistance heating elements selected from the group consisting of an annular porous metal sheet, one or more rounded and / or expanded metal plates and a wire mesh.

The method of claim 9, further comprising the step of passing an electrical current through the heater configuration by passing the electrical current from the heating element to the portion of the earth to be heated having a current sufficient to supply liquid water therefrom remove electrical insulation material; and that the voltage applied to the heater configuration increases as the resistance through the electrical heater configuration increases.

The method of claim 10, wherein a plurality provided by heating elements; with all heating elements at the bottom End of the heating elements are electrically connected to each other; and on upper end of the heating elements different phases of electrical Energy to be applied to the heating elements.