EP3146149A1 - Induktor und verfahren zur heizung einer geologischen formation - Google Patents

Induktor und verfahren zur heizung einer geologischen formation

Info

Publication number
EP3146149A1
EP3146149A1 EP15719194.1A EP15719194A EP3146149A1 EP 3146149 A1 EP3146149 A1 EP 3146149A1 EP 15719194 A EP15719194 A EP 15719194A EP 3146149 A1 EP3146149 A1 EP 3146149A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor
inductor
sleeve
wires
wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP15719194.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Diehl
Andreas Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Wintershall Dea GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Wintershall Holding GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Wintershall Holding GmbH filed Critical Siemens AG
Publication of EP3146149A1 publication Critical patent/EP3146149A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2401—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection by means of electricity
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2406—Steam assisted gravity drainage [SAGD]
    • E21B43/2408—SAGD in combination with other methods
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/03—Heating of hydrocarbons

Definitions

  • An applied method for increasing the temperature of the deposit is inductive heating by means of an inductor, which is introduced into the deposit (ie into the soil).
  • an inductor By means of the inductor are in electrically conductive deposits (also called reservoir) through which forms electromagnetic fields induce eddy currents which heat the deposit, so that there is consequently a IMPROVE ⁇ tion of the flowability of the present in the reservoir hydrocarbons.
  • Eddy currents are thereby insbeson ⁇ particular, indu ⁇ sheet in the pore water of the deposit, by having dissolved therein salts electrical conductivity. The heat transfer from the water to the hydrocarbon takes place by heat conduction.
  • a compensation of the inductive voltage drop is, as described in the patent DE 10 2007 040 605, ⁇ ⁇ example by series-connected capacitors ⁇ light (reactive power compensation).
  • the current-carrying conductor of the inductor to form the capacitors are interrupted and thus have a variety of interruption points on.
  • the interruption point can form weak points of Induk ⁇ sector.
  • the points of interruption for example, partial discharges could occur in the event of a fault.
  • Due to the inaccessibility of a deeply introduced into the deposit inductor are particularly high demands on the reliability of the inductor to make.
  • a continuous and maintenance-free operation over ten to twenty years is desired.
  • the entire inductor would be inoperable and would have to be replaced.
  • the present invention is therefore an object of the invention to improve the reliability of an inductor.
  • the invention relates to an inductor for heating a geological formation, in particular a deposit of a hydrocarbon-containing substance, for example a Oil sands, oil shale or heavy oil deposits, by means elekt ⁇ romagnetischer induction, particularly for the recovery of carbon-lenwasserstoff ambiencen substance from the deposit comprising at least one conductor, wherein the conductor comprises at least egg ⁇ ne point of interruption, characterized in that at least at one end region of the Ladder at the point of interruption a rounded conductive body is applied.
  • a hydrocarbon-containing substance for example a Oil sands, oil shale or heavy oil deposits
  • both end portions of an interrupted conductor at the point of interruption are as described above be formed ⁇ .
  • the rounded conductive body is a se ⁇ parates element. It is not merely a Ver ⁇ deformation of the end portion of the conductor.
  • the inductor is a conductor.
  • the conductor is preferably made cable-like from a plurality of electrically insulated individual wires. It can with repeated attachment of interruption points on the inductor according to the invention an electrical series resonant circuit are obtained, the design is preferably such that a resonant frequency in the range of about 10 kHz to 200 kHz is obtained, which also represents the preferred Be ⁇ drive frequency of the inductor ,
  • the inductor is driven as ⁇ at preferably via a generator, which is operated at least ⁇ with said frequency range.
  • the point of interruption according to the invention is used to form capacitively acting conductor sections (in the sense of condensers ⁇ ren). This is done by the capacitive coupling of adjacent conductor groups over a defined conductor length - for example 10 to 50m - for reactive power compensation.
  • the capacities are preferably used as a series circuit arranged. In a series circuit would be inoperable in case of failure of a capacitor in dependence on the error case, the COM ⁇ plete inductor. This problem is inventively reduced by the fact that a partial discharge strength of insulated individual wire ends is increased against adjacent continuous wires and the opposite end of the wire.
  • a further advantage of the invention that sharp cantonal th, otherwise to a field strength magnification (magnification of the electric field strength) at the interruption point tier ⁇ ren would be avoided by means of the inventive design.
  • An embodiment of the invention is directed to vorzu ⁇ see each individual wire - a wire - which is preferably isolated individually, with such a point of interruption. Each wire preferably has such break points at repeating intervals.
  • This embodiment is advantageous if a wire for an inductor is prepared in a first step and only then, together with a sequence of interruption points is stranded with other wires.
  • Another embodiment of the invention is directed to a bundle of wires, wherein the wires are preferably indivi ⁇ duel isolated, spot provided with a such interruption. At a position in the inductor, all the wires in a bundle are broken, not just a wire. The break points are made over the length of the inductor at repeated intervals.
  • This embodiment is advantageous if already fully stranded cable without exists under ⁇ refraction filters and to achieve an inductor In a subsequent step, a post-processing of a bundle of wires on the cable is repeated at certain points.
  • the rounded conductive body may comprise a hemispherical surface or a continuously curved collar-shaped surface.
  • the conductor can be made up of a plurality, preferably individually - i. individually insulated wires. Wire ends of the end portion of the conductor may be connected to the rounded conductive body by means of compression and / or crimping and / or soldering and / or welding and / or electrically conductive bonding.
  • the conductor may consist of a single wire.
  • a variety of conductors can form the inductor.
  • the rounded conductive body may be formed at one end as a sleeve.
  • the end portion of the conductor may be inserted into the sleeve.
  • the sleeve may have a blind hole or passage ⁇ bore, in which the end portion of the conductor is inserted into the sleeve.
  • a mechanical connection between the sleeve and the end region of the conductor by means of pressing and / or crimping and / or soldering and / or welding and / or electrically conductive adhesion can take place.
  • a further rounded conductive body may be applied to a further end region of the conductor at the interruption parts.
  • An insulating spacer may be positioned between the rounded conductive body and the further rounded conductive body.
  • the insulating spacer may include a surface portion configured such that the upper ⁇ surface portion of the insulating spacer is mechanically and preferably positively connected to a surface portion of the rounded conductive body.
  • the insulating spacer may be configured and may engage surface shapes of the insulating spacer so in surface shape of the rounded guiding body and in the surface forming the further rounded conductive body that the rounded lei ⁇ tend body and the other rounded conductive bodies to one another without offset and in fixed at a predetermined distance.
  • a mechanical connection between the rounded conductive body and the insulating spacer by means of pressing and / or crimping and / or soldering and / or welding and / or gluing done.
  • the rounded conductive body and the far ⁇ rounded rounded conductive body and the insulating spacer ⁇ holder may be inserted into a hollow cylindrical further sleeve, wherein the further sleeve is formed as an insulator or as leitfähi ⁇ ge sleeve.
  • Wires of another conductor can be guided by the material of the formed as an insulator further sleeve.
  • the wires of another conductor with the Ma ⁇ TERIAL of the conductive shell can be conductively connected.
  • the inductor may further comprise at least two conductor bundles, wherein a first of the two conductor bundles may comprise at least the first conductor and a second conductor and a second of the two conductor bundles may comprise at least a third conductor and a fourth conductor, wherein a first hollow cylindrical sleeve with a second hollow cylindrical Sleeve is integrally formed such that a Mantelkör ⁇ are united together by a first hollow cylindrical sleeve and a jacket body of the second hollow cylindrical sleeve for a portion. It thus creates a sleeve which corresponds in cross section to the shape of the number 8.
  • the inductor may comprise at least three conductor bundles.
  • a first of the three conductor bundles may comprise at least the first conductor and a second conductor.
  • a second of the three conductor bundles may comprise at least a third conductor and a fourth conductor.
  • a third of the three conductor bundles may comprise at least a fifth conductor and a sixth conductor.
  • a first hollow cylindrical sleeve may be formed in one piece with a second hollow cylindrical sleeve and with a third hollow cylindrical sleeve such that:
  • a jacket body of the first hollow cylindrical sleeve and a jacket body of the second hollow cylindrical sleeve for a first portion are united together, and
  • the sheath body of the first hollow cylindrical sleeve and a sheath body of the third hollow cylindrical sleeve for a second portion are united together, and
  • the sheath body of the second hollow cylindrical sleeve and the sheath body of the third hollow cylindrical sleeve for a third section are united together.
  • the point of interruption of the conductor and at the point of interruption to closing ⁇ conductor sections and provided at the point of interruption components may be enclosed by a sleeve.
  • the inductor can be formed as a multifilament conductor.
  • the conductor may form a conductor or a wire of the multifilament conductor.
  • the respective interrupt ⁇ provide the circuit have a mutual offset along a longitudinal extension of the inductor have.
  • the conductors may form an interlaced and / or stranded structure extending along the longitudinal extent of the inductor.
  • the invention further relates to an operating method for heating a geological formation, in particular a deposit of a hydrocarbonaceous substance, in ⁇ example, an oil sands, oil shale or Schweröllagerst2011 ⁇ te, by means of electromagnetic induction, in particular for recovering the hydrocarbonaceous substance from the deposit, in which a arranged in the geological formation inductor with at least one conductor is controlled such that forms an electromagnetic field in the geological ⁇ rule formation, wherein the conductor has at least one point of interruption, wherein at least at an end region of the conductor at the point of interruption a torque ⁇ rounded conductive body is applied.
  • the conductor can be energized with alternating current, preferably with a frequency in the range of 10 kHz to 200 kHz.
  • both ends of the interruption point are configured hemispherical.
  • An embodiment of the end region in which the radii of curvature are greater than or equal to a radius of the cross section (cross-sectional radius) of the conductor is preferred.
  • the conductor forms a conductor of a multifilament conductor.
  • all conductors of the multifilament conductor have an interruption point whose end regions are designed according to the invention.
  • Ge ⁇ staltung a multifilament composed of a plurality of conductors having end portions according to the invention a particularly advantageous inductor for inductive heating is possible.
  • the filaments of the multifilament conductor are formed by the plurality of conductors.
  • a multifilament conductor comprises a plurality of at least 10 and at most 5000 conductors.
  • the heating power of the inductor is advantageously increased.
  • the point of interruption of the conductor is enclosed by an electrically isolie ⁇ generating sleeve.
  • the sleeve serves for the mechanical, frictional connection of the two ends of the conductor, which ends are formed by the point of interruption of the conductor.
  • the sleeve is expediently designed to avoid a short circuit at the interruption point electrically insulating.
  • Preference is given to a molded from insulating material and / or I solierkunst- fabric sleeve which encloses both ends of the interrupting ⁇ body .
  • a sleeve is provided, the outer diameter is substantially larger than the diameter of the cross section of the conductor.
  • a sleeve in the sense of the invention is an electrically insulating sealing element, which may be a molded sleeve which results when a hollow mold is ejected, which has an insulating effect and provides mechanical stability.
  • a sleeve is present a connecting element and in particular ⁇ sondere also an isolation and / or protection elements.
  • the sleeve is preferably fixed to the inserted cable ver ⁇ be prevented. It encloses an interruption point.
  • Conceivable are designs as G automatzmuffen, Gelmuffen, shrink sleeves - heat shrink or Kaltschrumpfmuffen.
  • An inductor having a plurality of conductors is preferred, wherein the interruption points of the conductors of a conductor group have a mutual offset along a longitudinal axis of the inductor.
  • the offset is preferably small compared to the distance to the adjacent break points of the second conductor group.
  • inductor of a plurality of conductors wherein the conductors extend in parallel along the L Lucassach se of the inductor.
  • an approximately constant capacitance between the conductors is made possible so that there is a uniform and evenly distributed loading of the conductors of the inductor by the parallel course of the Lei ⁇ ter.
  • the conductors form an interlaced and / or stranded structure which extends along the longitudinal axis of the inductor.
  • Characterized that is mechanically stabilized by an intertwining and / or stranding the one and is particularly suitable for other to form capacitances between the individual conductors is advantageously allows a cable assembly of the Lei ⁇ ter of the inductor.
  • the conductor is energized with an alternating current. If the conductor corresponds to a conductor group, the conductor group is energized with egg ⁇ nem AC.
  • all conductor groups of the inductor are supplied with alternating current.
  • an electric resonant circuit having a specific resonant frequency of the resonant circuit is formed advantageously made by means of the Induktivi ⁇ ty of the conductor and the capacity which is formed by the point of interruption and by means of adjacent conductors.
  • the formation of a resonant circuit in particular in the resonance of the resonant circuit, reduces the reactive power which must be made available for the operation of the inductor.
  • the offset of the sub ⁇ refraction filters which offset periodically continues along the conductors or of the inductor, the resonant length of the inductor corresponds.
  • the resonant frequency of the resonant circuit is in the range of 10 kHz to 200 kHz.
  • the invention relates to a method for producing an inductor for heating a geological formation, in particular a deposit of a hydrocarbon-containing substance, for example an oil sand, oil shale or heavy oil deposit, by means of electromagnetic induction, comprising the following manufacturing steps for at least one longitudinal position of a cable:
  • the invention relates to a further manufacturing ⁇ method for an inductor for heating a geological formation, in particular a deposit of a hydrocarbonaceous substance, such as an oil sands, ⁇ lschie ⁇ fer or Schweröllagerchou, by means of electromagnetic induction, comprising the following manufacturing steps:
  • the rounded conductive bodies are first contacted with the respective ones
  • these last-mentioned steps can also be reversed so that first an already connected unit is provided comprising a spacer and a pair of rounded conductive bodies connected thereto. This unit is preferably already positively connected to each other. Subsequently, this unit can be connected to the two stripped cable ends, b) winding the machined wire and / or stranding a plurality of such processed wires to an inductor.
  • the production method can be preferably implemented in such a way that the joining of rounded conductive bodies is carried out in each case on a respective entisolators cable end with fol ⁇ ing steps:
  • FIG. 2 is a sectional drawing of Figure 1 with a spacer, after a second manufacturing step
  • FIG. 3 shows a sectional drawing of FIG. 2 with an additional hollow-cylindrical surrounding insulating body, after a third production step
  • Figure 4 is a three-dimensional view of Figure 3; a three-dimensional view of Figure 2 with an additional hollow cylindrical surrounding insulating body, according to an alternative third manufacturing step; an illustration of three conductor sections with each case attached additional hollow cylindrical surrounding insulating bodies, which are part of the common inductor; a representation of an alternative embodiment of three conductor sections with each attached additional hollow cylindrical surrounding insulating bodies, which are part of the common inductor;
  • FIG. 8 a schematic representation of an inductor section comprising two multifilament conductors
  • Figure 9 is a sectional drawing of an alternative inductor section in which a point of interruption is mechanically connected via two sleeves, a spacer and a sleeve;
  • Figure 10 is a sectional drawing of another alternative
  • Inductor section in which an interrupting ⁇ body via two alternatively shaped sleeves, ei ⁇ NEN adapted spacers and a sleeve fe is mechanically connected;
  • Figure 11 is a schematic representation of a perspective view of an inductor in a reservoir. Similar elements may be provided in the figures with the same reference numerals.
  • the figures relate to an inductor 1 for the exploitation of oil sand and heavy oil deposits, which is intended to effect a heating of a deposit in order to verbes ⁇ the flow ⁇ ability of the hydro carbons to be conveyed in situ.
  • the proposed electromagnetic heating method is also called inductive heating, in which one or more conductor loops are introduced into the deposit, which are energized with alternating current. Thereafter, eddy currents will induce in the electrically conductive deposit, which will then heat the deposit.
  • the conductors are cable-like according to the present invention, preferably made of a plurality of electrically insulated individual wires.
  • the cable inductor - inductor 1 - thus acts in sections as a capacitance whereby the unavoidable inductance of the conductor arrangement can be specifically compensated for a frequency.
  • the conductor loop with the perio ⁇ disch arranged interruptions electrically acts as a series resonant circuit that can be operated at its resonant frequency with no reactance, without power.
  • interruption points in the cable inductor discussed below has the advantage that sharp-edged wire ends can be avoided. Since particularly high at sharp wire ends electric field strengths can occur ⁇ , it is advantageous to avoid such configurations.
  • FIGS. 1 to 7 relate to an embodiment in which a conductor according to the invention is made up of a multiplicity of individual components. wires. All of these individual wires belonging to a conductor are separated at an interruption point.
  • Figure 1 shows a section of an inductor 1, wherein the inductor 1 includes a conductor 2 with a point of interruption 4.
  • the inductor 1 is thus formed by means of the conductor 2 and other conductors, not shown, with a plurality of identically ⁇ formed conductors for the inductor 1, for example, to adapt the resonance frequency, is preferred.
  • a second conductor (not shown in FIG. 1, but illustrated in FIG. 4) running largely parallel to the conductor 2 is provided.
  • the second conductor (marked in Figure 3 and 4 with reference numeral 3) a staggered relative to the conductor 2 arranged
  • the conductor 2 has two end regions 6, on each of which a rounded conductive
  • the rounded conductive bodies 40 form ends of the conductive cube-shaped structure.
  • the rounded conductive body 40, 40 ⁇ are formed according to Figure 1 hemispherical or three-quarter spherical, with the curves of the two rounded conductive body 40, 40 are opposite to each other and ⁇ have a distance and thus are not in contact.
  • a plurality of twisted wires form the conductor 2.
  • the extending along a longitudinal axis A conductor 2 is preferably surrounded by an insulating layer (not Darge ⁇ asserted), which encloses the conductor. 2
  • Individual wires are also preferably provided with an individual insulating ⁇ layer.
  • the rounded conductive body 40, 40 ⁇ are each solid body, which are formed conductive.
  • As a material in particular metals or metallic alloys are Be ⁇ costume.
  • the rounded conductive body 40, 40 ⁇ may be referred to as electrodes. They are preferably massive bodies and / or solids. The rounding takes place in the same direction that would otherwise show the severed cable end.
  • Ends of the individual wires are connected to the respective rounded conductive bodies 40 and 40 ⁇ , which in turn can form a flat surface, in particular on a rear side of the rounded conductive bodies 40 and 40 respectively.
  • the mechanical and conductive connection of the wires with a respective rounded conductive body 40, 40 ⁇ can be done by soldering, welding, crimping or other connection technique.
  • a penetration of a wire end into the back of a rounded conductive body 40, 40 ⁇ to achieve a solid and conductive connection is indicated for example in Figure 2.
  • the rounded conductive body 40, 40 ⁇ have in operation the same electrical potential as the conductor. 2
  • the rounded conductive body 40 (or also 40 ⁇ ) can also be considered as an electrode of a capacitance.
  • spherical electrodes are in all or ⁇ minimum merged plurality of wire ends and electrically connected in pairs. This avoids sharp-edged wire ends and the resulting high electric field strength. ken at these sharp-edged wire ends to the partial discharges would ignite preferred.
  • a positive and positive pairwise fixation of the ist ⁇ rounded conductive body 40, 40 ⁇ may be provided.
  • This is illustrated in Figure 2 in a sectional drawing.
  • an insulating body is shown as insulating spacer 32.
  • This is preferably made of ceramic and / or mineral and / or plastic-based material. It comprises a pair of rounded conductive body 40, 40 ⁇ at least partially.
  • the surface shape of a portion of isolie ⁇ leaders spacer 32 is the surface shape of the rounded conductive bodies 40, 40 adapted to ⁇ .
  • the insulating spacer 32 includes two opposed recesses, in each of which a rounded conductive body 40, 40 ⁇ can be at least partially inserted.
  • the insulating spacer 32 may be a solid body to which has been prepared in advance, and only with the ist ⁇ rounded conductive bodies 40, 40 ⁇ is connected. Alternatively, the insulating spacer 32 can also be applied by means of spraying and / or filling in liquid form, wherein the material then hardens. An application of the insulating spacer 32 (also insulating ge ⁇ Nannt) onto the surface of the conductor 2 can be effected by means of extrusion on.
  • the insulating spacer 32 which may preferably be from ke ⁇ ramisch- or mineral- or plastic-based, includes the electrodes, it keeps to a defined distance, centers them relative to the continuous conductor structure (in Figures 1 and 2 are not shown, but in figure 3) and thus ensures a defined E field distribution without large field peaks (ie low relative peak values).
  • the rounded conductive body 40, 40 ⁇ together with the insulating spacer 32 at the same time enable a me- mechanical and electrical strength of the insulation at the point of interruption 4 of the conductor 2.
  • the rounded conductive body 40 or 40 ⁇ prior to assembly is a separate element or a separate body, which / which only by joining to the conductor 2 forms a unit.
  • the rounded ⁇ te conductive body 40 and 40 ⁇ is in particular not single ⁇ lich the cable end of a severed conductor.
  • FIG. 3 shows in a sectional drawing how two conductors 2 and 3 are advantageously arranged at an interruption point 4 of one of the conductors 2.
  • An inner conductor corresponds to the conductor 2, which has a point of interruption 4 ⁇ with a pair of rounded conductive bodies 40, 40 ⁇ and an interposed insulating spacer 32.
  • Another conductor 3 - also formed by a plurality of twisted wires - is at the interruption ⁇ 4 outside - largely annular - passed.
  • a surrounding hollow cylindrical insulating body 34 may be provided at the interruption point 4, wherein the wires of the other conductor 3 are guided by a lateral surface of the hollow cylindrical insulating body 34.
  • the hollow cylindrical insulating body 34 may have grooves into which the wires of the conductor 3 can be inserted.
  • the conductor 2 is an inner conductor for the illustrated drawing section, the other conductor 3 an outer conductor. However, for another section, the conductor 2 may represent the outer conductor and conductor 3 the inner conductor.
  • FIG. 4 shows the same arrangement as FIG. 3 in a three-dimensional representation from the outside.
  • the overall structure of the interruption according to FIGS. 3 and 4 is achieved by separating the two conductor groups (2 and 3) into an inner group and an outer group.
  • the inherent ⁇ ren wires that is, the conductor 2) can be interrupted and both ends merged into ball electrodes while top of the outer ⁇ ren through wires (ie, the further conductor 3) defi ned ⁇ are guided in an insulating body.
  • the Policyanord ⁇ voltage can be enclosed with an additional insulating compound réellegos ⁇ sen and / or shrink sleeves.
  • Figures 3 and 4 illustrate how a twisted pair cable can be worked best ⁇ basis of two groups of wires, in which widened a first group of wires and / or
  • the hollow cylindrical insulating body 34 through the man ⁇ teloscopic the wires of the other conductor 3 are performed, ensures a defined distance of the wires of the other conductor 3 to the rounded conductive bodies 40, 40 ⁇ . In this way, dangers of electrical flashovers are prevented.
  • the wires of the further conductor 3 are not interrupted by the hollow cylindrical insulating body 34 but extend through the insulating body 34 therethrough.
  • the hollow cylindrical insulating body 34 can also be replaced by a hollow cylindrical conductor piece 33.
  • FIG. Figure 5 illustrates an alternative to Figure 3 and 4 shows that the continuous outer wires of the other conductor 3 (for the illustrated drawing section thus the outer ⁇ conductor) are mechanically and electrically merged in a hollow cylindrical conductor 33 gene.
  • the still existing inner insulating body - the spacer 32 - holds the ball electrodes relative to each other and relative to the outer conductor (3) and the hollow cylindrical conductor 33 in position.
  • defined E field distributions are achieved with low field peaks, for which preferably also the edges of the hollow cylindrical conductor 33 is rounded.
  • the wires of the other conductor 3 can be easily passed through the hollow-cylinder-shaped conductor 33, so that the hollow cylindrical conductor 33 and the wires of the conductor 3 have the same potential.
  • the wires of the other conductor 3 can be cut at the interruption point. Subsequently, the separated ends can be mechanically and electrically connected to the hollow cylindrical conductor 33.
  • This procedure has the advantage that the complete inductor can be severed at the point, then for the conductor 2, the rounded conductive body 40, 40 ⁇ and the spacer 32 can be inserted, and finally the wires of the Lei ⁇ ters 3 via the hollow cylindrical conductor 33 can be reconnected.
  • the processing is thus simplified.
  • the cable inductor (inductor 1) can be constructed from a plurality of conductor bundles.
  • FIG. 6 shows the inductor 1 with three conductor bundles, each having an outer insulator (34) according to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 1 shows the inductor 1 with three conductor bundles, each having an outer insulator (34) according to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 6a a bundle of conductors in a three-dimensional view is largely covered by a further conductor bundle.
  • Figure 6b shows the view of the three Lei ⁇ terbündel from the axial direction. All fiber bundles have ever ⁇ wells an interruption point 4, wherein said interrupt ⁇ 4 at different longitudinal position corresponds long of the inductor 1 done. The positioning of the interruption points 4 will be explained with reference to FIG.
  • the cable inductor according to Figure 6 is made up of a plurality of conductor tracks, all of which are interrupted within a short axial distance from each other (for example within Im).
  • the inner conductors of the bundles can be interrupted individually, whereby the interruptions take place with a small axial offset.
  • the breaks i.e., break points 4
  • FIG. 6 shows a representation with a plurality of hollow-cylindrical insulating bodies 34.
  • a metallic cylinder from FIG. 5 can also be formed. That is, in this case, it is not hollow cylindrical insulation body 34, but the hollow cylindrical metal body 33. Otherwise applies the Substituted ⁇ staltung according to Figure 6 accordingly.
  • FIG. 6b shows a section through the inductor at an inductor section in which the wires are not spread open. The cut is thus made by a section in which the wires are compactly twisted. The sectional plane would au ⁇ ßerraum of the illustrated in Figure 6a range.
  • FIG. 6b also illustrates that the wires of the conductor 2 and the wires of the further conductor 3 in the inductor sections in which they are not spread are twisted such that the wires of the conductor 2 and the wires of the another conductor 3 alternately - alternately - angeord ⁇ net are.
  • Figure 7 is analogous to Figure 6 the inductor 1 with three Lei ⁇ terbündeln, each having an outer insulator (34) according to Figure 3 and 4.
  • FIG. 7 a a bundle of conductors in a three-dimensional view is largely covered by a further conductor bundle.
  • Figure 7b shows the view of the three Lei ⁇ terbündel from the axial direction. All fiber bundles have ever ⁇ wells an interruption point 4, wherein said interrupt ⁇ 4 at different longitudinal position corresponds long of the inductor 1 can take place at the same longitudinal position.
  • the illustration in FIG. 7 should be understood to mean that only one conductor is interrupted in the insulation body 34 shown. Alternatively, a plurality of conductors in the insulation body 34 shown can be interrupted.
  • the cable inductor according to FIG. 7 is constructed from a plurality of conductor bundles.
  • the inner conductors of the bundles can be interrupted individually. The breaks could then be potted together in a cable sleeve (not shown).
  • the three separately configured hollow cylindrical insulating body 34 of Figure 6 are now formed according to Figure 7 as a common body 34 ⁇ , in which three hollow cylinder are connected to each other via its lateral surface.
  • Figure 7b verdeut ⁇ light is that central axes of the three hollow cylinders are arranged offset by 120 ° to each other, with respect to a center axis of the insulating body (34 ⁇ ). This type of arrangement leads to no lateral offset and thus a very compact design.
  • FIG. 7 shows a diagram with a plurality of hollow cylindrical insulating bodies united 34 ⁇ .
  • an embodiment with a common metallic cylinder (assembled from the individual metallic cylinders of FIG. 5) according to FIG. 7 can also be formed. This means that in this case it is not a body of a plurality of hollow cylindrical insulating bodies, but rather a plurality of hollow cylindrical insulating bodies. lindric metallic body. Otherwise, the Ausgestal ⁇ tung In accordance with Figure 7 accordingly.
  • inductor 1 per se is a twisted cable of a plurality of individually insulated wires, possibly widening the twist for the break points.
  • two conductor bundles - designated by 2 and 3 - is provided ⁇ , all wires of a fiber bundle lying on the SEL ben potential.
  • the wires of the conductor bundles are twisted so that the wires of the first conductor bundle are adjacent wires of a second fiber bundle, and then re connect ⁇ around the wires of the first conductor bundle.
  • inductors with more than two conductor bundles. Then, with N conductor bundles, one wire each of the different conductor bundles are arranged adjacent to one another, followed by the next N wires of one wire each of the different conductor bundles.
  • FIG. 8 shows an inductor 1 which comprises at least two multi-filament conductors 21, 22, wherein the multifilament conductors 21, 22 are each formed from a plurality of conductors 2.
  • Each conductor 2 of the multifilament conductors 21, 22 thus has interruption points 4, wherein the end portions 6, not shown, of the conductors 2 are formed according to the invention at the points of interruption 4.
  • the multifilament conductors 21, 22 from a plurality of conductors 2 according to Figure 1 together.
  • the conductors 2 of the multifilament conductors 21, 22 extend essentially parallel to one another.
  • interruption Stel ⁇ len 4 and an offset 14 of the interruption points 4 of the first Multifilamentleiters 21 against the interrupting ⁇ places 4 of the second Multifilamentleiters 22 advantageously ⁇ the conductor 2 of the first multifilament 21 capacitively coupled to the conductors 2 of the second multifilament 22.
  • the offset 14 essentially corresponds to a resonance length , the offset 14 continuing periodically along the conductor 2.
  • each conductor 2 has a plurality of interruption points 4, wherein the interruption points 4 of each conductor 2 have a constant distance from each other.
  • the conductor 12 of the multifilament conductors 21, 22 improves the partial discharge resistance of the inductor 1 by means of the end regions 6 (not illustrated in more detail and according to the invention).
  • the mechanical Fes ⁇ ACTION is increased at the interruption points. 4
  • Figure 9 shows a schematic sectional view in which the rounded-off conductive body 40, 40 ⁇ is placed as a sleeve 31 on a cable ⁇ de a respective wire of the inductor.
  • FIGS. 9 and 10 relate to an embodiment in which a conductor according to the invention consists of a single single wire - a single wire. Each individual wire is disconnected at a point of interruption and the two resulting ends are individually provided with a respective sleeve 31.
  • an interruption point 4 is shown as an alternative embodiment to FIGS. 1 to 5.
  • a largely cylindrical and substantially rotationally symmetrical sleeve 31 comprises a recess for receiving the end region 6 of the Lei ⁇ ester 2. The other end of the sleeve 31 forms the rounded conductive body 40, 40 ⁇ .
  • the solid Ver ⁇ bond - conductive and non-positive - preferably by means of pressing and / or crimping and / or soldering and / or welding and / or electrically conductive bonding.
  • the other end of the broken conductor also receives a corresponding sleeve 31.
  • the sleeve 31 - in the following also called the shielding sleeve - is a molded part, preferably copper or walls ⁇ ren electrically conductive material.
  • the sleeve 31 corresponds to a cable lug, which can be pushed in the manufacture of the inductor via a wire end - the end portion 6 -.
  • the sleeve 31 thus has in operation the same electrical potential as the conductor. 2
  • an insulating spacer 32 which in each case the superficial shape of the rounded conductive body 40, 40 correspond to ⁇ .
  • the insulating spacer 32 can be positively and / or non-positively connected to the rounded conductive body 40, 40 ⁇ .
  • the insulating spacer 32 has, according to FIG. 9, a recess into which the rounded conductive body 40, in which 40 ⁇ can penetrate.
  • the insulating spacer 32 also preferably surrounds the sleeve 31 transversely to the axial extent of the sleeve 31, so that the sleeve 31 is arranged coaxially with the conductor 2 and / or the insulating spacer 32.
  • the entire assembly of the interrupt is put ⁇ 4 enclosed by an electrically insulating sleeve 30th
  • the sleeve 30 is in particular a spray sleeve.
  • An injection molded sleeve has the advantage that cavities and air inclusions can be avoided.
  • the sleeve 30 acts isolie ⁇ rend and at the same time gives mechanical stability.
  • the sleeve 30 encloses in particular the two end regions 6 of the conductor 2, the two sleeves 31 and the spacer 32.
  • the sleeve 30 encloses already iso ⁇ profiled sections of the conductor 2, but also in particular the stripped portions of the conductor 2 in the end regions. 6 .
  • the sleeve 30 is in particular a rotationssymmetri ⁇ shear body.
  • the two ends of the wire which are formed when a wire breaks, are inserted into the insulation element in order to mechanically connect, connect and electrically isolate them in a defined position.
  • the insulation element consists of two conductive shield sleeves (31) (for example, a copper molding), a the screen ⁇ sleeves (31) mechanically connecting electrically insulating spacer 32 and an outwardly acting insulating sheath which ⁇ staltet out in particular as an injection sleeve (30) is.
  • the mechanical and electrical ⁇ cal connection of single wire end and shielding sleeve (31) can by deformation of the collar of the shielding sleeve (31) by means of ei ⁇ nes suitable pressing / crimping tool done, wherein the tool is designed such that no burrs or edges on the shielding sleeve (31) arise.
  • connection can be made with soldering, welding or electrically conductive bonding.
  • the spacer 32 is made of a high-temperature-resistant and electrically insulating material, for example, a plastic such as PFA (perfluoroalkoxylalkane), PTFE (polytetrafluoroethylene) or PEEK (polyetheretherketone) or a ceramic.
  • the shielding sleeves (31) are mechanically fixed, preferably inserted in a form-fitting manner in the spacer 32.
  • the spacer provides a defined axial distance between the screen sleeves (31), coaxially orientes the screen sleeves (31) and centers them.
  • the production of the insulation element is completed by a gas-free sheath (in the form of said spray sleeve) of shielding sleeve pair (31) and spacer 32 by a high temperature resistant insulating material, which already touches the single core insulation.
  • a gas-free sheath in the form of said spray sleeve
  • shielding sleeve pair (31) and spacer 32 by a high temperature resistant insulating material, which already touches the single core insulation.
  • Preference may be (for example, the above mentioned) ver ⁇ applies to iso-regulating plastics.
  • those which can be applied by a spray, (vacuum) potting or extrusion process are suitable.
  • the same thermoplas ⁇ diagram plastic may be used, already form the outer layer of the individual conductor insulation and / or the spacer 32, such as PFA.
  • Figure 10 shows an alternative embodiment to Figure 9, in which the arrangement is formed analogous to Figure 9 except for the shape of the sleeves 31 and the Abstand 32.
  • the About ⁇ transition between the sleeve 31 and the spacer 32 is largely inverse to figure 9, that concave surfaces are now Oberflä ⁇ convex and vice versa.
  • the rounded conductive body 40, 40 ⁇ has a hemispherical convex surface in FIG. 9 According to FIG. 10, it now has a continuously curved collar-shaped surface (40B).
  • the surface of the sleeve 31 is partially concave. Since the sleeve 31 is preferably rotationally symmetrical, the shape of the axial end face directed towards the spacer 32 can also be described as a torus-shaped, more precisely
  • the spacer 32 is again against the surface of the sleeve
  • the pin can be inserted into the recess of the central collar-shaped surface (40B) of the sleeve 31, so that a stable connection between sleeve 31 and spacer 32 is formed.
  • the spacer 32 in FIGS. 9 and 10 is preferably designed to be axisymmetric and rotationally symmetrical. However, it is also possible to provide individual shapes, so that the spacer 32 and the sleeve 31 engage with each other so that only a certain position is possible. It should be noted, however, that the surfaces of the conductive elements are as uniform as possible and the conductive body is rounded, so that a rollover of a current arc can be avoided.
  • the spacer 32 provides a defined axial distance between the mutually facing surfaces (40A) of the shield sleeves (31). It is oriented to each other, the shielding sleeves (31) koaxi ⁇ al. He centers them on each other.
  • FIG. 10 differs from Figure 9 that the spacer 32 similar to the wire ends in a turn, modified shield sleeve (31) connected at both ends is introduced with ⁇ term blind bores.
  • Alternatively - not shown - can also be a through hole with possibly different radii on both sides of a shielding sleeve (31) are used.
  • the connection of shield sleeves (31) and electrically insulating spacer 32 can bwz by pressing bwz. Crimping (possibly in one operation together with the wire ends) or gluing done.
  • the final injection molded sleeve - so the sleeve 30 - again turns the Isolation radially outward, in particular to the adjacent continuous wires, safe.
  • Figures 1 to 7 relate to an embodiment in which the conductor 2 in the context of the invention consists of a plurality of individual wires. All of these individual wires belonging to a conductor are separated at an interruption point. This is advantageous if a twisted cable already exists and subsequently interruption points should be inserted.
  • FIGS. 9 and 10 relate to an embodiment in which the conductor 2 in the sense of the invention consists of a single individual wire.
  • This single wire may for example have a cross-section of about 1 mm 2 .
  • Each individual wire is disconnected at a point of interruption and the two resulting ends are individually provided with a respective sleeve 31.
  • This embodiment is advantageous if individual wires are provided in advance with interruption points and only then a twisting or stranding or winding to a common cable comprising a plurality of these individual wires is produced.
  • the stranding causes a strain relief for the inductor 1.
  • the use of rounded surfaces (see 40, 40 ⁇ ) at the interruption point 4 has the following advantages:
  • the arrangement makes it possible to avoid local elevations of the electric field strength at otherwise present conductor edges and tips, which can lead to partial discharges and thus to failure of the inductor 1. It is also advantageous that the number of critical conductor ends is drastically reduced, which also serves to increase the reliability.
  • a positive side effect that the Induktor criz (but in egg ⁇ nem first step, without interruptions) can be prepared as a conventional cable continuously, and Interruptions are made later. This makes it possible in particular to subject the still uninterruptible cable in advance to a partial discharge test in order to identify any weak points of the individual conductor insulation in advance.
  • the determination of the resonance frequency which depends on the distance of the uninterruptible ⁇ gene in addition to the inductor loop geometry, adapted to the manufacture of cables made to the JE stays awhile reservoir and does not need to be known even before the Ka ⁇ belherzan. Ie the cable can be made independent of the individual deposit within limits and adapting to it is only through the nachträgli ⁇ che contribution of break points in individually de- finêtm distance (resonance length) instead.
  • the shielding sleeves (31) envelop the individual wire ends, which generally have sharp edges and burrs due to the separation / cutting without further measures, and avoid overshoots of the electric field at the individual wire ends due to the shielding effect due to the same potential of wire end and shielding sleeve (31).
  • the spacers 32 ensure that the electric field strength between a pair of screen sleeves (each reference numeral 31) does not exceed critical values. Critical field strengths at the end of the single wire insulation of the
  • Wire end are avoided or reduced by the intended overhang of the shielding sleeve (31). This position is critical table, as it may not be ensured that it can be encapsulated gas-free.
  • the insulation element provides a tension-proof connection of one wire end via first shielding sleeve (31), spacer 32, second shielding sleeve (31) to the other end of the wire. This is needed for subsequent stranding steps.
  • the spacer of Figure 9 ensures a minimum thickness of the insulation thickness in the radial direction, even if the injection sleeve - that is, the sleeve 30 - is applied axially displaced, since the spacer can bear a maximum on the inner wall of the injection mold during the Spritzvor ⁇ gangs.
  • Figure 11 shows a perspective detail of an oil sand reservoir and reservoir having a substantially hori zontal ⁇ extending in the reservoir inductor 1, which may also be referred to as an electrical conductor loop.
  • ei ⁇ ne designated as a reservoir oil sand storage site shown, with the specific considerations always a cuboid unit 100 with the length 1, the width w and the height h is taken out.
  • the length 1 may for example be up to some 500 m, the width w 60 to 100 m and the height h about 20 to 100 m. It should be noted that starting from the surface E can be up to 500 m present a "overburden" the Staer ⁇ ke s.
  • Reservoir cutout 100 shown This can be formed by a long, ie some 100 m to 1.5 km, laid in the ground Lei ⁇ terschleife 120 to 121, wherein the forward conductor 120 and return conductor 121 side by side, ie at the same depth, are guided and at the end via an element 15 inside or outside the reservoir.
  • the conductors 120 and 121 are led down vertically or at a shallow angle and are powered by a high frequency generator 60 which may be housed in an external housing.
  • the high-frequency generator 60 or medium-frequency generator preferably covers a range of 10 kHz to 200 kHz or a sub-range from and can preferably be set to any Fre ⁇ frequencies in this frequency range. Also conceivable is an operating range from 1 kHz to 500 kHz.
  • the conductors 120 and 121 run side by side at the same depth. But they can also be performed on top of each other. Below the conductor loop (i.e., conductors 120 and 121), i. on the bottom of the reservoir unit 100, a conveying pipe 102 is indicated, can be collected and / or transported away over the liquefied bitumen or heavy oil.
  • Typical distances between the return and return conductors 120, 121 are 5 to 60 m with an outer diameter of the conductors of 10 to 50 cm (0.1 to 0.5 m).
  • the forward conductor 120 and the return conductor 121 from FIG. 11 are preferably formed with interruptions according to FIGS. 1 to 10, at least in the area of their largely horizontal extension.
  • Exemplary operating parameters are, for example, an inductively introduced heating power of 1 kW per meter of double cable.
  • a current amplitude can be provided, for example, 300 A to 1000 A.
  • a single wire may be 0.5 to 1 mm in diameter.
  • all the wires in the inductor can have a cross section of 1000 to 1500 mm 2 .
  • the inductor may consist of 2500 to 3500 individual solid wires.
  • As material for the wires copper may be provided.
  • As insulation for each wire for example Teflon can be provided. Wall thickness of the insulation can be, for example 0.2 to 0.3 mm.
  • the double resonance length for an exemplary inductor may be, for example, 35 to 50 m.
  • the arrangement of the wires in the longitudinal direction is carried out with an offset of the interruption points to the resonance length.
  • the invention relates to an arrangement and a method for introducing heat into a geological formation, in particular in a present in a geological formation deposit, in particular for the recovery of a hydrocarbon-containing substance - in particular petroleum - from the deposit. It is proposed an inductor that is designed for "in-situ" -Gewinnung in underground storage facilities, such as from a depth of about 75 m, The importance ⁇ tet that in this technique the oil sands -.
  • the inductor - ie an electrical conductor which is designed as an induction line - can be operated as a resonance circuit with little loss.
  • the frequency generator may preferably be formed as a frequency converter, which converts a voltage having a frequency of 50Hz or 60Hz from the mains to a voltage having a frequency in the range of 1kHz to 500kHz.
  • the frequency converter can be installed on a day-to-day basis.
  • at least one of the deposit zones heated by the induction loop can preferably be used Drilling hole to be drilled.
  • the Lei ⁇ terschleife or induction loop acts in operation as In ⁇ dutationsloomung to additional heat into the reservoir a ⁇ accommodate.
  • the active area of the conductor may describe a nearly closed loop (ie, an oval) in the substantial horizontal direction within the deposit.
  • the active area may be adjoined by an end area, possibly located above ground.
  • the above-ground parts of the beginning and end of the conductor can be elekt ⁇ risch with a power source - the frequency generator - contacted. It is preferably provided for compensating for the line inductance of the conductor in sections by Serienkapazitä ⁇ th. It can be provided for the line with integrated compensation that the frequency of the frequency generator is tuned to the resonance frequency of the current loop.
  • the capacity in the conductor can be formed Zvi ⁇ rule cable sections.
  • a present dielectric is chosen here such that it fulfills a highistsfes ⁇ ACTION and high temperature resistance.
  • Isolation of the inductor against the surrounding soil is advantageous in order to prevent ⁇ rule resistive currents through the soil Zvi the adjacent cable sections, in particular in the field of capacitors.
  • the insulation furthermore prevents a resistive current flow between the forward and return conductors.
  • the compensation of the longitudinal inductance can take place during operation with ⁇ means transverse capacitances.
  • the capacitance - which is a two-wire line such.
  • B. provides a coaxial line or multi-wire cables anyway over their entire length - can be used to compensate for the Leksindukttechniken.
  • the inner and outer conductors are alternately interrupted at equal intervals, thus forcing the flow of current through the distributed transverse capacitances.
  • the operating temperature in the heating zone depends on the applied electromagnetic power which is composed of the geological and physical (electrical z. B. conductivity) parameters of the deposit, as well as the technical ⁇ rule parameters of the electrical arrangement, in particular con- sisting of the Inductor and the high frequency generator results.
  • This temperature can reach up to 300 ° C and is adjustable by changing the current through the loop of the inductor.
  • the regulation takes place via the frequency generator .
  • the electrical conductivity of the reservoir may be increased by injecting additional water or another fluid, e.g. As an electrolyte can be increased.
  • the temperature development initially occurs due to the induction of eddy currents in the electrically conductive areas of the substrate. In the course of warming arise
  • Temperature gradients ie places of higher temperature, than the original reservoir temperature.
  • the places of higher temperature arise where eddy currents are induced.
  • the starting point of the heat is therefore not the induction loop or the electrical conductor, but it is the eddy currents induced by the electromagnetic field in the electrically conductive layer.
  • the thermal parameters such as thermal conductivity also for heat conduction, whereby the temperature profile compensates. With a greater distance from the conductor, the strength of the alternating field decreases, so that only a lower heating is possible there ⁇ .
  • the input power is preferably set between 100kW to several megawatts.
  • the invention relates only to an inductor. In a deposit, however, depending on the size of several inductors can be moved side by side and at a distance from each other.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Induktor (1) zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte (100) einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, beispielsweise eine Ölsand-, Ölschiefer- oder Schweröllagerstätte, mittels elektromagnetischer Induktion, insbesondere zur Gewinnung der kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus der Lagerstätte (100). Der Induktor (1) umfassend wenigstens einen Leiter (2), wobei der Leiter (2) wenigstens eine Unterbrechungsstelle (4) aufweist, wobei wenigstens an einem Endbereich (6) des Leiters (2) an der Unterbrechungsstelle (4) ein abgerundeter leitender Körper (40) aufgebracht ist. Insbesondere kann ein Einzeldraht unterbrochen und mit dem abgerundeten leitenden Körper (40) verbunden werden. Vorzugsweise kann eine Hülse verwendet werden, die den abgerundeten leitenden Körper umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Betriebsverfahren und ein Herstellungsverfahren für den Induktor.

Description

Beschreibung
Induktor und Verfahren zur Heizung einer geologischen Formation
Zur in-situ Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Lagerstätte, beispielsweise zur Förderung von Schwerölen, Schwerstölen oder Bitumen aus Ölsand oder Ölschiefervorkommen, ist es notwendig, eine möglichst große Fließfähigkeit der zu fördernden Kohlenwasserstoffe zu errei¬ chen. Eine Möglichkeit die Fließfähigkeit der Kohlenwasser¬ stoffe bei ihrer Förderung zu verbessern ist, die in der Lagerstätte vorherrschende Temperatur zu erhöhen.
Eine angewendete Methode zur Erhöhung der Temperatur der Lagerstätte ist das induktive Heizen mittels eines Induktors, welcher in die Lagerstätte (d.h. in das Erdreich) eingebracht wird. Mittels des Induktors werden in elektrisch leitfähigen Lagerstätten (auch Reservoir genannt) durch sich ausbildende elektromagnetische Felder Wirbelströme induziert, welche die Lagerstätte aufheizen, so dass es folglich zu einer Verbesse¬ rung der Fließfähigkeit der in der Lagerstätte vorliegenden Kohlenwasserstoffe kommt. Wirbelströme werden dabei insbeson¬ dere in dem Porenwasser der Lagerstätte, das durch darin gelöste Salze eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, indu¬ ziert. Der Wärmeübergang vom Wasser zur Kohlenwasserstoff erfolgt durch Wärmeleitung.
Um eine zur geforderten Temperaturerhöhung ausreichende Heizleistung in der Umgebung des Induktors zu erreichen, sind typischerweise große Wechselstromstärken von einigen 100 A nötig, da das den Induktor umgebende Reservoir meist nur gering elektrisch leitfähig ist. Durch einen Betrieb des Induktors mit einer hohen Wechselstromstärke ergibt sich ein hoher in¬ duktiver Spannungsabfall entlang des Induktors, wobei der in¬ duktive Spannungsabfall in der Größenordnung von einigen 100 kV liegen kann. Solch hohe Spannungen lassen sich nur schwer praktisch handhaben, so dass es zweckmäßig ist, diese zu kompensieren.
Eine Kompensation des induktiven Spannungsabfalls wird, wie in der Patentschrift DE 10 2007 040 605 beschrieben, bei¬ spielsweise durch in Serie geschaltete Kondensatoren ermög¬ licht (Blindleistungskompensation) . In der dort vorgestellten Lösung werden die stromführenden Leiter des Induktors zur Ausbildung der Kondensatoren unterbrochen und weisen somit eine Vielzahl von Unterbrechungs stellen auf.
Bei der Serienschaltung von Kondensatoren kann nachteilig sein, dass die Unterbrechungsstelle Schwachstellen des Induk¬ tors ausbilden kann. An den Unterbrechungsstellen könnten im Falle eines Fehlers beispielsweise Teilentladungen auftreten. Aufgrund der Unzugänglichkeit eines tief in die Lagerstätte eingebrachten Induktors sind besonders hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Induktors zu stellen. Insbesondere wird ein kontinuierlicher und wartungsfreier Betrieb über zehn bis zwanzig Jahre angestrebt. Bei Ausfall eines Konden¬ sators des Induktors würde aufgrund der Reihenschaltung der Kondensatoren der gesamte Induktor funktionsuntüchtig und müsste ausgetauscht werden. Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit eines Induktors zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch einen Induktor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 und durch ein Betriebsverfah- ren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 12, sowie durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 13 bzw. 14 gelöst. In den ab¬ hängigen Patenansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung betrifft einen Induktor zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte einer kohlenwas serstoffhaltigen Substanz, beispielsweise eine Ölsand-, Ölschiefer- oder Schweröllagerstätte, mittels elekt¬ romagnetischer Induktion, insbesondere zur Gewinnung der koh- lenwasserstoffhaltigen Substanz aus der Lagerstätte, umfassend wenigstens einen Leiter, wobei der Leiter wenigstens ei¬ ne Unterbrechungsstelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an einem Endbereich des Leiters an der Unterbrechungsstelle ein abgerundeter leitender Körper aufgebracht ist .
Bevorzugt sind beide Endbereiche eines unterbrochenen Leiters an der Unterbrechungsstelle wie vorstehend beschrieben ausge¬ bildet .
Unter dem erfindungsgemäßen Aufbringen eines abgerundeten leitenden Körpers wird insbesondere das Kontaktieren des ab¬ gerundeten leitenden Körpers mit dem Endbereich Leiter verstanden. Dabei stellt der abgerundete leitende Körper ein se¬ parates Element dar. Es handelt sich nicht bloß um eine Ver¬ formung des Endbereichs des Leiters.
Der Induktor stellt einen Stromleiter dar. Der Stromleiter ist vorzugsweise kabelähnlich aus einer Vielzahl von elektrisch zueinander isolierten Einzeldrähten hergestellt. Es kann bei wiederholter Anbringung von Unterbrechungs stellen am erfindungsgemäßen Induktor ein elektrischer Serienschwingkreis erhalten werden, wobei die Auslegung vorzugsweise derart erfolgt, dass eine Resonanzfrequenz im Bereich von ca. 10 kHz bis 200 kHz erhalten wird, die auch die bevorzugte Be¬ triebsfrequenz des Induktors darstellt. Der Induktor wird da¬ bei vorzugsweise über einen Generator angesteuert, der zumin¬ dest mit dem genannten Frequenzbereich betrieben wird.
Die erfindungsgemäße Unterbrechungsstelle wird verwendet, um kapazitiv wirkende Leiterabschnitte (im Sinne von Kondensato¬ ren) zu bilden. Dies erfolgt durch die kapazitive Kopplung von benachbarten Leitergruppen über eine definierte Leiterlänge - beispielsweise 10 bis 50m - zur Blindleistungskompensation. Die Kapazitäten werden vorzugsweise als Reihenschal- tung angeordnet. Bei einer Reihenschaltung würde bei Ausfall eines Kondensators in Abhängigkeit vom Fehlerfall der kom¬ plette Induktor funktionsuntüchtig werden. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch verringert, dass eine Teilentla- dung-Festigkeit von isolierten Einzeldrahtenden gegen benachbarte durchgehende Drähte und dem gegenüberliegenden Drahtende erhöht wird.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist, dass scharfe Kan- ten, die ansonsten zu einer Feldstärkeüberhöhung (Überhöhung der elektrischen Feldstärke) an der Unterbrechungsstelle füh¬ ren würden, mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung vermieden werden. Vorteilhafterweise wird durch die Vermeidung von Feldstärkeüberhöhungen, die über die Dauer des kontinu- ierlichen Betriebes des Induktors zu einer Zerstörung der Isolierschicht an der Unterbrechungs stelle und folglich zu einem Ausfall des Induktors führen können, die Zuverlässig¬ keit des Induktors weiter verbessert. Eine Ausgestaltung der Erfindung ist darauf gerichtet, jeden einzelnen Draht - eine Ader -, der vorzugsweise individuell isoliert ist, mit eine derartigen Unterbrechungsstelle vorzu¬ sehen. Jeder Draht hat vorzugsweise in wiederholenden Abständen solche Unterbrechungsstellen. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn ein Draht für einen Induktor in einem ersten Schritt vorbereitet wird und erst anschließend, mitsamt einer Abfolge von Unterbrechungs stellen mit weiteren Drähten verseilt wird. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist darauf gerichtet, ein Bündel von Drähten, wobei die Drähte vorzugsweise indivi¬ duell isoliert sind, mit eine derartigen Unterbrechungs stelle vorzusehen. An einer Position im Induktor werden alle Drähte eines Bündels unterbrochen und nicht lediglich ein Draht. Die Unterbrechungsstellen erfolgen über die Länge des Induktors in wiederholenden Abständen. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn bereits vollständig verseiltes Kabel ohne Unter¬ brechungsstellen vorliegt und zur Erreichung eines Induktors m einem nachfolgenden Schritt nachbearbeitet wird, m dem ein Bündel von Drähten an des Kabels wiederholt an bestimmten Stellen durchtrennt wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der abgerundete leitende Körper eine halbkugelförmige Oberfläche oder eine kontinuierlich gekrümmte kragenförmige Oberfläche umfassten.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Leiter aus mehreren, vorzugsweise einzeln - d.h. individuell - isolierten, Drähten bestehen. Drahtenden des Endbereichs des Leiters können mit dem abgerundeten leitenden Körper mittels Pressung und/oder Crimpung und/oder Lötung und/oder Schweißung und/oder elektrisch leitfähigen Klebung verbunden sind.
Des Weiteren kann der Leiter aus einem einzelnen Draht bestehen. Eine Vielzahl von Leitern können den Induktor bilden.
Weiterhin kann der abgerundete leitende Körper an einem Ende als Hülse ausgebildet sein. Der Endbereich des Leiters kann in die Hülse eingeführt sein.
Insbesondere kann die Hülse eine Sackbohrung oder Durchgangs¬ bohrung aufweisen, in die der Endbereich des Leiters in die Hülse eingeführt ist.
Vorzugsweise kann eine mechanische Verbindung zwischen der Hülse und des Endbereichs des Leiters mittels Pressung und/oder Crimpung und/oder Lötung und/oder Schweißung und/oder elektrisch leitfähigen Klebung erfolgen.
In einer Ausgestaltung kann an einem weiteren Endbereich des Leiters an der Unterbrechungssteile ein weiterer abgerundeter leitender Körper aufgebracht sein. Zwischen dem abgerundeten leitenden Körper und dem weiteren abgerundeten leitenden Kör- per kann ein isolierender Abstandshalter positioniert sein. Weiterhin kann der isolierende Abstandshalter einen Oberflächenabschnitt aufweisen, derart ausgestaltet, dass der Ober¬ flächenabschnitt des isolierenden Abstandshalters mechanisch und vorzugsweise formschlüssig mit einem Oberflächenabschnitt des abgerundeten leitenden Körpers verbunden ist.
Ferner kann der isolierende Abstandshalter so ausgestaltet sein und können Oberflächenformen des isolierenden Abstandshalters derart in Oberflächenformen des abgerundeten leitenden Körpers und in Oberflächenformen des weiteren abgerundeten leitenden Körpers eingreifen, dass der abgerundete lei¬ tende Körper und in der weitere abgerundete leitende Körper zueinander ohne Versatz und in vorgegebenem Abstand fixiert werden .
Vorzugsweise kann eine mechanische Verbindung zwischen dem abgerundeten leitende Körper und des isolierenden Abstandshalter mittels Pressung und/oder Crimpung und/oder Lötung und/oder Schweißung und/oder Klebung erfolgen.
Weiterhin kann der abgerundete leitende Körper und der weite¬ re abgerundete leitende Körper und der isolierender Abstands¬ halter in eine hohlzylindrischen weiteren Hülse eingeführt sein, wobei die weitere Hülse als Isolator oder als leitfähi¬ ge Hülse ausgebildet ist.
Drähte eines weiteren Leiters können dabei durch das Material der als Isolator ausgebildeten weiteren Hülse geführt werden.
Vorzugsweise können Drähte eines weiteren Leiters mit dem Ma¬ terial der leitfähigen Hülse leitend verbunden sein.
Der Induktor kann weiterhin mindestens zwei Leiterbündel umfassen, wobei ein erstes der zwei Leiterbündel mindestens den ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfassen kann und ein zweites der zwei Leiterbündel mindestens einen dritten Leiter und einen vierten Leiter umfassen kann, wobei eine erste hohlzylindrische Hülse mit einer zweiten hohlzylindrischen Hülse derart einstückig ausgebildet ist, dass ein Mantelkör¬ per der ersten hohlzylindrischen Hülse und ein Mantelkörper der zweiten hohlzylindrischen Hülse für einen Abschnitt miteinander vereint sind. Es entsteht somit eine Hülse, die im Querschnitt der Form der Zahl 8 entspricht.
Darüber hinaus kann der Induktor mindestens drei Leiterbündel umfassen. Ein erstes der drei Leiterbündel kann mindestens den ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfassen. Ein zweites der drei Leiterbündel kann mindestens einen dritten Leiter und einen vierten Leiter umfassen. Ein drittes der drei Leiterbündel kann mindestens einen fünften Leiter und einen sechsten Leiter umfassen. Eine erste hohlzylindrische Hülse kann mit einer zweiten hohlzylindrischen Hülse und mit einer dritten hohlzylindrischen Hülse derart einstückig ausgebildet sein, dass:
- ein Mantelkörper der ersten hohlzylindrischen Hülse und ein Mantelkörper der zweiten hohlzylindrischen Hülse für einen ersten Abschnitt miteinander vereint sind, und
- der Mantelkörper der ersten hohlzylindrischen Hülse und ein Mantelkörper der dritten hohlzylindrischen Hülse für einen zweiten Abschnitt miteinander vereint sind, und
- der Mantelkörper der zweiten hohlzylindrischen Hülse und der Mantelkörper der dritten hohlzylindrischen Hülse für einen dritten Abschnitt miteinander vereint sind.
Es entsteht auf diese Weise eine besonders kompaktes Hülsen¬ element aus drei hohlen Zylindern.
In einer Weiterbildung der Erfindung können die Unterbrechungsstelle des Leiters und an die Unterbrechungsstelle an¬ schließende Leiterabschnitte und an der Unterbrechungsstelle vorgesehene Komponenten von einer Muffe umschlossen sein.
Vorzugsweise kann der Induktor als Multifilamentleiter ausbildet sein. Insbesondere kann der Leiter einen Leiter oder einen Draht des Multifilamentleiters ausbilden. Bei einer Mehrzahl von Leitern, die jeweils eine Unterbre¬ chungsstelle aufweisen, können die jeweiligen Unterbrechungs¬ stellen der Leiter einen gegenseitigen Versatz entlang einer Längserstreckung des Induktors aufweisen.
Vorzugsweise können die Leiter eine verflochtene und/oder verseilte Struktur ausbilden, die sich entlang der Längser- Streckung des Induktors erstreckt .
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Betriebsverfahren zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, bei¬ spielsweise eine Ölsand-, Ölschiefer- oder Schweröllagerstät¬ te, mittels elektromagnetischer Induktion, insbesondere zur Gewinnung der kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus der Lagerstätte, bei dem ein in der geologischen Formation angeordneter Induktor mit wenigstens einem Leiter derart angesteuert wird, dass sich ein elektromagnetisches Feld in der geologi¬ schen Formation ausbildet, wobei dazu der Leiter wenigstens eine Unterbrechungsstelle aufweist, wobei wenigstens an einem Endbereich des Leiters an der Unterbrechungsstelle ein abge¬ rundeter leitender Körper aufgebracht ist .
Vorzugsweise kann der Leiter mit Wechselstrom bestromt werden, vorzugsweise mit einer Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 200 kHz.
Durch die halbkugelförmige Ausbildung der Enden werden vorteilhafterweise scharfe Kanten oder Ecken, die bei der Her¬ stellung der Unterbrechungsstelle entstehen können, beispielsweise durch die Durchtrennung des Leiters mit einem Schneidewerkzeug, ausgeglichen. Die Teilentladungsfestigkeit an der Unterbrechungsstelle des Leiters wird weiter verbes¬ sert. Das ist deshalb der Fall, da die halbkugelförmige ebene und/oder glatte Ausbildung des Endes Feldstärkeüberhöhungen, wie sie beispielsweise bei kantigen Formen auftreten, verhindert . Bevorzugt sind beide Enden der Unterbrechungstelle halbkugelförmig ausgestaltet. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Endbereiches, bei der die Krümmungsradien größer oder gleich einem Radius des Querschnittes (Querschnittsradius) des Leiters sind.
Hierdurch werden Feldstärkeüberhöhungen weiter verringert, so dass die Teilentladungsfestigkeit des Leiters an der Unter¬ brechungsstelle zusätzlich vergrößert wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet der Leiter einen Leiter eines Multifilamentleiters aus.
Hierbei ist vorgesehen, dass insbesondere alle Leiter des Multifilamentleiters eine Unterbrechungsstelle aufweisen, de- ren Endbereiche erfindungsgemäß ausgebildet sind. Durch Ge¬ staltung eines Multifilamentleiters aus einer Mehrzahl von Leitern mit erfindungsgemäßen Endbereichen wird ein besonders vorteilhafter Induktor zur induktiven Heizung ermöglicht. Hierbei sind die Filamente des Multifilamentleiters mittels der Mehrzahl von Leitern gebildet. Bevorzugt umfasst ein Multifilamentleiter eine Mehrzahl von wenigstens 10 und höchstens 5000 Leitern. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Heizleistung des Induktors erhöht. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterbrechungsstelle des Leiters von einer elektrisch isolie¬ renden Muffe umschlossen.
Die Muffe dient zur mechanischen, kraftschlüssigen Verbindung der beiden Enden des Leiters, welche Enden durch die Unterbrechungsstelle des Leiters gebildet werden. Hierbei ist die Muffe zweckmäßigerweise zur Vermeidung eines Kurzschlusses an der Unterbrechungs stelle elektrisch isolierend ausgebildet. Bevorzugt ist eine aus Isolierstoff und/oder I solierkunst- Stoff gespritzte Muffe, die beide Enden der Unterbrechungs¬ stelle umschließt. Hierbei ist eine Muffe vorgesehen, deren Außendurchmesser wesentlich größer als der Durchmesser des Querschnittes des Leiters ist. Muffe im Sinn der Erfindung is" ein elektrisch isolierendes Abdichtungselement . Es kann si< h um eine gespritzte Muffe handeln, die sich ergibt, wenn eine Hohlform ausgespritzt wird. Sie wirkt isolierend und verleiht mechanische Stabili- tat .
Eine Muffe ist vorliegend eine Verbindungselement und insbe¬ sondere auch ein Isolations- und/oder Schutzelemente. Die Muffe ist vorzugsweise fest mit dem eingeführten Kabel ver¬ bunden werden. Sie umschließt eine Unterbrechungsstelle.
Denkbar sind Ausgestaltungen als Gießharzmuffen, Gelmuffen, Schrumpfmuffen - Warmschrumpf- oder Kaltschrumpfmuffen.
Bevorzugt ist ein Induktor mit einer Mehrzahl von Leitern, wobei die Unterbrechungsstellen der Leiter einer Leitergruppe einen gegenseitigen Versatz entlang einer Längsachse des Induktors aufweisen. Der Versatz ist bevorzugterweise gering im Vergleich zu den Abstand zu den benachbarten Unterbrechungsstellen der zweiten Leitergruppe .
Dadurch wird vorteilhafterweise ein Induktor ausgebildet, dessen einzelne Leiter kapazitiv miteinander verkoppelt sind Durch die Reihenschaltung der Kondensatoren, die durch die kapazitiv gekoppelten Leiter ausgebildet wird, wird vorteil¬ hafterweise die Blindleistung des Induktors reduziert und/oder im Resonanzfall annähernd kompensiert.
Besonders bevorzugt ist in Induktor aus einer Mehrzahl von Leitern, wobei sich die Leiter parallel entlang der Längsach se des Induktors erstrecken.
Vorteilhafterweise wird durch den parallelen Verlauf der Lei¬ ter eine annähernd konstante Kapazität zwischen den Leitern ermöglicht, so dass eine gleichmäßige und gleich verteilte Belastung der Leiter des Induktors vorliegt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Leiter eine verflochtene und/oder verseilte Struktur aus, die sich entlang der Längsachse des Induktors erstreckt .
Dadurch wird vorteilhafterweise eine Kabelanordnung der Lei¬ ter des Induktors ermöglicht, die durch eine Verflechtung und/oder Verseilung zum einen mechanisch stabilisiert wird und zum anderen zur Bildung von Kapazitäten zwischen den einzelnen Leitern besonders geeignet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Leiter mit einem Wechselstrom bestromt. Wenn der Leiter einer Leitergruppe entspricht, wird die Leitergruppe mit ei¬ nem Wechselstrom bestromt.
Vorteilhafterweise werden alle Leitergruppen des Induktors mit Wechselstrom bestromt.
Dadurch bildet sich vorteilhafterweise mittels der Induktivi¬ tät des Leiter und den Kapazitäten, die durch die Unterbrechungsstelle und mittels benachbarter Leiter ausgebildet wird, ein elektrischer Schwingkreis mit einer dem Schwingkreis spezifischen Resonanzfrequenz aus. Vorteilhafterweise wird durch die Ausbildung eines Schwingkreises, insbesondere in der Resonanz des Schwingkreises, die Blindleistung, die für den Betrieb des Induktors zur Verfügung gestellt werden muss, verringert. Hierbei entspricht der Versatz der Unter¬ brechungsstellen, welcher Versatz sich entlang der Leiter oder des Induktors periodisch fortsetzt, der Resonanzlänge des Induktors .
Zweckmäßig ist eine Bestromung mit einem Wechselstrom, dessen Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 200 kHz liegt.
Hierbei liegt vorteilhafterweise die Resonanzfrequenz des Schwingkreises im genannten Bereich von 10 kHz bis 200 kHz. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Induktor zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte einer kohlenwasserstoff- haltigen Substanz, beispielsweise eine Ölsand-, Ölschiefer- oder Schweröllagerstätte, mittels elektromagnetischer Induktion, umfassend folgender Herstellungsschritte für mindestens eine longitudinalen Position eines Kabels:
- Bereitstellen des Kabels mit mindestens zwei miteinander verdrillte Leiterbündeln;
- Aufspreizen eines ersten der zwei Leiterbündeln an der longitudinalen Position des Kabels;
- Trennen aller Drähte eines zweiten der zwei Leiterbündel an der longitudinalen Position des Kabels;
- Entisolieren von Kabelenden der durchtrennten Drähte; - Verbinden von abgerundeten leitender Körpern jeweils auf ein jeweiliges entisoliertes Kabelende;
- Einfügen eines jeweiligen Abstandshalters zwischen Paaren von abgerundeten leitender Körpern;
- optional das Einbringen einer hohlzylinderförmigen Hül- se, wobei Drähte des ersten Leiterbündels in einer Man¬ telfläche der Hülse geführt werden;
- optional das Anbringen einer Muffenform, Ausspritzen der Muffenform zu einer Muffe, wobei die Muffe die Hülse und die abgerundeten leitenden Körpern und einen Ab- schnitt der zwei Leiterbündel umschließt, und das Ent¬ fernen der Muffenform.
Alternativ betrifft die Erfindung ein weiteres Herstellungs¬ verfahren für einen Induktor zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, beispielsweise eine Ölsand-, Ölschie¬ fer- oder Schweröllagerstätte, mittels elektromagnetischer Induktion, umfassend folgender Herstellungsschritte:
a) Durchführen der nachfolgenden Bearbeitungsschritte für mindestens eine longitudinale Position eines Drahts:
- Bereitstellen des, vorzugsweise isolierten, Drahts;
- Trennen des Drahts an der longitudinalen Position des Drahts ; - Entisolieren von beiden Kabelenden des durchtrennten Drahts ;
- Verbinden von abgerundeten leitenden Körpern jeweils auf ein jeweiliges entisoliertes Kabelende;
- Einfügen eines jeweiligen Abstandshalters zwischen Paaren von abgerundeten leitender Körpern ;
- optional das Anbringen einer Muffenform, Ausspritzen der Muffenform zu einer Muffe, wobei die Muffe die abgerun¬ deten leitenden Körper und zwei Endbereiche des aufge¬ trennten Drahts umschließt, und das Entfernen der
Muffenform;
b) Aufwickeln des bearbeiteten Drahts und/oder Verseilen einer Vielzahl derartig bearbeiteter Drähte zu einem Induktor.
Bei dem vorstehenden Verfahren werden vorzugsweise die abgerundeten leitenden Körper zuerst mit den jeweiligen
entisolierten Kabelenden verbunden. Anschließend werden die jeweiligen Abstandshalters zwischen Paaren von abgerundeten leitender Körpern eingefügt.
Diese zuletzt genannten Schritte lassen sich alternativ auch umkehren, so dass zuerst eine bereits verbundene Einheit be¬ stehend aus einem Abstandshalter und einem Paar mit diesem verbundenen abgerundeten leitenden Körpern bereitgestellt wird. Diese Einheit ist vorzugsweise bereits kraftschlüssig miteinander verbunden. Anschließend kann diese Einheit mit den beiden entisolierten Kabelenden verbunden werden, b) Aufwickeln des bearbeiteten Drahts und/oder Verseilen einer Vielzahl derartig bearbeiteter Drähte zu einem Induktor.
Das Herstellungsverfahren kann verzugsweise so umgesetzt werden, dass das Verbinden von abgerundeten leitenden Körpern jeweils auf ein jeweiliges entisoliertes Kabelende mit fol¬ genden Schritten durchgeführt wird:
- Aufschieben von Hülsen an die jeweiligen Kabelenden, wobei die Hülsen jeweils die abgerundeten leitenden Körper umfassen ; - Kraftschlussiges Verbinden, insbesondere Crimpen, der jeweiligen Hülse mit dem jeweiligen entisolierten Kabel ende .
Darüber hinaus kann das vorstehend genannte Verseilen einer Vielzahl derartig bearbeiteter Drähte zu einem Induktor mit folgenden Schritten durchgeführt werden:
- Anordnen mehrerer bearbeiteter Drähte so zueinander, dass mindestens zwei Bündel von Drähten gebildet werden wobei die Drähte eines ersten der zwei Bündel in longi- tudinaler Ausrichtung so zueinander ausgerichtet werden dass Trennstellen der durchtrennten Drähte des ersten Bündels weitgehend nebenander zu liegen kommen und die Drähte eines zweiten der zwei Bündel in longitudinaler Ausrichtung so zueinander ausgerichtet werden, dass Trennstellen der durchtrennten Drähte des zweiten Bündels weitgehend nebenander zu liegen kommen, wobei die Trennstellen des ersten Bündels zu den Trennstellen des zweiten Bündels zueinander versetzt angeordnet werden;
- Verseilen der derart angeordneten Drähte derart, dass die Drähte des erste Bündels und des zweiten Bündels ab wechselnd zueinander verseilt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen in Schema tischer Darstellung:
Figur 1 eines Induktor-Abschnitts, der einen Leiter mit ku gelformigen Abschlüssen einer Unterbrechungsstelle aufweist, nach einem ersten Herstellungsschritt;
Figur 2 eine Schnitt Zeichnung der Figur 1 mit einem Abstandshalter, nach einem zweiten Herstellungsschritt ; Figur 3 eine Schnittzeichnung der Figur 2 mit einem zusätzlichen hohlzylindrischen umgebenden Isolationskörper, nach einem dritten Herstellungsschritt;
Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung der Figur 3; eine dreidimensionale Darstellung der Figur 2 mit einem zusätzlichen hohlzylindrischen umgebenden Isolationskörper, nach einem alternativen dritten Herstellungs schritt ; eine Darstellung von drei Leiterabschnitten mit je weilig angebrachten zusätzlichen hohlzylindrischen umgebenden Isolationskörpern, die Teil des gemeinsamen Induktors sind; eine Darstellung einer alternativen Ausgestaltung von drei Leiterabschnitten mit jeweilig angebrachten zusätzlichen hohlzylindrischen umgebenden Isolationskörpern, die Teil des gemeinsamen Induktors sind;
Figur 8 schematische Darstellung eines Induktor-Abschnitts, der zwei Multifilamentleiter umfasst;
Figur 9 eine Schnitt Zeichnung eines alternativen Induktor- Abschnitts, bei dem eine Unterbrechungsstelle über zwei Hülsen, einen Abstandshalter und einer Muffe mechanisch verbunden wird;
Figur 10 eine Schnitt Zeichnung eines weiteren alternativen
Induktor-Abschnitts, bei dem eine Unterbrechungs¬ stelle über zwei alternativ gestaltete Hülsen, ei¬ nen daran angepassten Abstandshalter und einer Muf- fe mechanisch verbunden wird;
Figur 11 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Induktor in einer Lagerstätte. Gleichartige Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
Die Figuren betreffen einen Induktor 1 für die Ausbeutung von Ölsand- und Schweröllagerstätten, der dafür vorgesehen ist, eine Aufheizung einer Lagerstätte zu bewirken, um die Flie߬ fähigkeit der zu fördernden Hydrokarbone in-situ zu verbes¬ sern. Die vorgestellte elektromagnetische Heizmethode wird auch als induktives Heizen genannt, bei dem eine oder mehrere Leiterschleifen in die Lagerstätte eingebrachten werden, die mit Wechselstrom bestromt werden. Daraufhin werden in der elektrisch leitfähigen Lagerstätte Wirbelströme induzieren, die daraufhin die Lagerstätte aufheizen. Die Stromleiter sind gemäß der vorliegenden Erfindung kabelähnlich, vorzugsweise aus einer Vielzahl von elektrisch isolierten Einzeldrähten hergestellt .
Die Hälfte der Einzeldrähte wird alternierend und in defi¬ nierten Abständen unterbrochen. Damit wird der elektrische Strom gezwungen die Einzeladerisolation als Verschiebungsstrom zu durchdringen. Der Kabelinduktor - Induktor 1 - wirkt damit abschnittsweise als Kapazität wodurch die unvermeidbare Induktivität der Leiteranordnung gezielt für eine Frequenz kompensiert werden kann. Die Leiterschleife mit den perio¬ disch angeordneten Unterbrechungen wirkt elektrisch als Serienschwingkreis, der bei seiner Resonanzfrequenz ohne Reaktanz, d.h. ohne Blindleistung, betrieben werden kann.
Die im Folgenden diskutierte Ausgestaltung von Unterbrechungsstellen im Kabelinduktor hat den Vorteil, dass scharfkantige Drahtenden vermieden werden können. Da an scharfkantigen Drahtenden besonders hohe elektrische Feldstärken auf¬ treten können, ist es vorteilhaft derartige Ausgestaltungen zu vermeiden.
Die Figuren 1 bis 7 betreffen eine Ausgestaltung, in der ein Leiter im Sinne der Erfindung aus einer Vielzahl von Einzel- drähten besteht. Alle diese zu einem Leiter zugehörigen Einzeldrähte werden an einer Unterbrechungsstelle getrennt.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Induktors 1, wobei der Induktor 1 einen Leiter 2 mit einer Unterbrechungsstelle 4 umfasst. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Induktor 1 somit mittels des Leiters 2 und weiteren nicht dargestellten Leitern ausgebildet, wobei eine Mehrzahl von gleichartig aus¬ gebildeten Leitern für den Induktor 1, beispielsweise zur An- passung der Resonanzfrequenz, bevorzugt ist. Zur Bildung einer geeigneten Kapazität ist ein zweiter zum Leiter 2 weitgehend parallel verlaufender Leiter (nicht dargestellt in Figur 1, jedoch verdeutlicht in Figur 4) vorgesehen. Hierbei kann der zweite Leiter (in Figur 3 und 4 mit Bezugs zeichen 3 mar- kiert) eine gegenüber dem Leiter 2 versetzt angeordnete
Unterbrechungsstelle 4 aufweisen, wobei der Versatz sich pe¬ riodisch fortsetzt und der Resonanzlänge entspricht.
An der Unterbrechungsstelle 4 weist der Leiter 2 zwei Endbe- reiche 6 auf, an denen jeweils ein abgerundeter leitender
Körper 40 und 40 λ aufgebracht ist. Die abgerundeten leitenden Körper 40 bilden Enden der leitfähigen kabeiförmigen Struktur . Die abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ sind gemäß Figur 1 halbkugelförmig bzw. dreiviertelkugelförmig ausgebildet, wobei sich die Rundungen der beiden abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ gegenüberliegen und zueinander einen Abstand aufweisen und somit nicht in Berührung stehen. Durch die halbku- gelformige Ausgestaltung oder Ausbildung der Enden werden Feldstärkeüberhöhungen an den Enden und folglich an der Unterbrechungsstelle 4 vermieden, so dass hierdurch die Teil¬ entladungsfestigkeit an der Unterbrechungsstelle 4 erhöht wird .
Gemäß Figur 1 bilden mehrere verdrillte Drähte den Leiter 2. Der sich entlang einer Längsachse A erstreckende Leiter 2 ist vorzugsweise von einer Isolierschicht umgeben (nicht darge¬ stellt), die den Leiter 2 umschließt. Einzelne Drähte sind ebenfalls bevorzugterweise mit einer individuellen Isolier¬ schicht versehen.
Die abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ sind jeweils Vollkörper, die leitend ausgebildet sind. Als Material kommen insbesondere Metalle oder metallische Legierungen in Be¬ tracht .
Die abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ können als Elektroden bezeichnet werden. Sie sind vorzugsweise massive Körper und/oder Festkörper. Die Abrundung erfolgt in dieselbe Richtung, in die sonst das durchtrennte Kabelende zeigen würde.
Enden der einzelnen Drähte werden mit dem jeweiligen abgerundeten leitenden Körper 40 bzw. 40 λ verbunden, insbesondere an einer Rückseite der abgerundeten leitenden Körper 40 bzw. 40 die wiederum eine ebene Fläche bilden kann. Die mechanische und leitende Verbindung der Drähte mit einem jeweiligen abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ kann durch Löten, Schweißen, Crimpen oder eine andere Verbindungstechnik erfolgen. Ein Eindringen eines Drahtendes in die Rückseite eines abgerundeten leitenden Körpers 40, 40 λ zur Erreichung einer festen und leitenden Verbindung ist beispielsweise in Figur 2 angedeutet .
Die abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ weisen im Betrieb das gleich elektrische Potential auf wie der Leiter 2.
Der abgerundete leitende Körper 40 (bzw. auch 40λ) kann auch als Elektrode einer Kapazität angesehen werden. Gemäß Figur 1 werden paarweise kugelförmige Elektroden in die alle oder zu¬ mindest mehrere Drahtenden zusammengeführt und elektrisch verbunden werden. Damit werden scharfkantigen Drahtenden vermieden, sowie daraus resultierende hohe elektrische Feldstär- ken an diesen scharfkantigen Drahtenden, an den Teilentladungen bevorzugt zünden würden.
Eine kraft- und formschlüssige paarweise Fixierung der abge¬ rundeten leitenden Körper 40, 40 λ kann vorgesehen sein. Dies ist in Figur 2 in einer Schnittzeichnung veranschaulicht. Dort ist ein Isolierkörper als isolierender Abstandshalter 32 gezeigt . Dieser ist vorzugsweise aus keramischen und/oder mineralischem und/oder kunststoffbasiertem Material. Er umfasst ein Paar von abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ zumindest teilweise. Die Oberflächenform eines Abschnitts des isolie¬ renden Abstandshalters 32 ist dabei der Oberflächenform eines der abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ angepasst. Vorzugsweise - wie in Figur 2 dargestellt, umfasst der isolierenden Abstandshalters 32 zwei sich gegenüberliegende Vertiefungen, in die jeweils ein abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ zumindest teilweise eingeführt werden kann.
Der isolierenden Abstandshalters 32 kann dabei ein Festkörper sein, der vorab hergestellt wurde und lediglich mit den abge¬ rundeten leitenden Körpern 40, 40 λ verbunden wird. Alternativ kann der isolierenden Abstandshalters 32 auch mittels Spritz- und/oder Fülltechnik in flüssiger Form aufgebracht werden, wobei das Material anschließend aushärtet . Eine Aufbringung des isolierenden Abstandshalters 32 (auch Isolierschicht ge¬ nannt) auf die Oberfläche des Leiters 2 kann mittels Extrusi- on erfolgen.
Der isolierenden Abstandshalters 32, der vorzugsweise aus ke¬ ramisch- bzw. mineralisch- oder kunststoffbasiert sein kann, umfasst die Elektroden, hält sie auf definiertem Abstand, zentriert sie relativ zu der durchgehenden Leiterstruktur (in Figur 1 und 2 nicht dargestellt, jedoch in Figur 3) und sorgt so für eine definierte E-Feldverteilung ohne große Feldüberhöhungen (d.h. geringe relative Spitzenwerte) .
Die abgerundeten leitenden Körper 40, 40 λ ermöglichen zusammen mit dem isolierenden Abstandshalter 32 zugleich eine me- chanische und elektrische Festigkeit der Isolation an der Unterbrechungsstelle 4 des Leiters 2.
Der abgerundete leitende Körper 40 bzw. 40 λ stellt gemäß der Erfindung vor dem Zusammenfügen ein getrenntes Element bzw. einen separaten Körper dar, welches/welcher erst durch Zusammenfügen mit dem Leiter 2 eine Einheit bildet. Der abgerunde¬ te leitende Körper 40 bzw. 40 λ ist insbesondere nicht ledig¬ lich das Kabelende eines durchtrennten Leiters.
Figur 1, 2, und 3 können so verstanden werden, dass es den Induktor 1 bei verschiedenen aufeinanderfolgenden Herstellungsschritten veranschaulicht. Figur 3 verdeutlicht in einer Schnittzeichnung, wie zwei Leiter 2 und 3 an einer Unterbrechungsstelle 4 eines der Leiter 2 vorteilhafterweise angeordnet werden. Ein innerer Leiter entspricht dem Leiter 2, der eine Unterbrechungsstelle 4 auf¬ weist mit einem Paar von abgerundeten leitenden Körpern 40, 40 λ und einen dazwischen angeordneten isolierenden Abstandshalter 32. Ein weiterer Leiter 3 - ebenfalls ausgebildet durch mehrere verdrillte Drähte - wird an der Unterbrechungs¬ stelle 4 außen - weitgehend annular - vorbeigeführt. Für die¬ sen Zweck kann an der Unterbrechungs stelle 4 ein umgebender hohlzylindrischer Isolationskörper 34 vorgesehen sein, wobei die Drähte des weiteren Leiters 3 durch eine Mantelfläche des des hohlzylindrischen Isolationskörpers 34 geführt werden. Zu diesem Zweck kann der hohlzylindrischen Isolationskörpers 34 Nuten aufweisen, in die die Drähte des Leiters 3 eingelegt werden können.
Der Leiter 2 stellt für den dargestellte Zeichnungsausschnitt einen Innenleiter dar, der weitere Leiter 3 einen Außenleiter. Für einen anderen Abschnitt kann jedoch der Leiter 2 den Außenleiter darstellen und Leiter 3 den Innenleiter.
Figur 4 zeigt die selbe Anordnung wie Figur 3 in einer dreidimensionalen Darstellung von außen. Der Gesamtaufbau der Unterbrechung gemäß Figur 3 und 4 wird durch Auseinanderführen der beiden Leitergruppen (2 und 3) in eine innere Gruppe und eine äußere Gruppe erreicht . Die inne¬ ren Drähte (also der Leiter 2) werden unterbrochen und beidseitig in Kugelelektroden zusammengeführt, während die äuße¬ ren durchgehenden Drähte (also der weitere Leiter 3) defi¬ niert in einem Isolierkörper geführt werden. Die Gesamtanord¬ nung kann zusätzliche mit einer isolierenden Masse eingegos¬ sen und/oder mit SchrumpfSchläuchen umschlossen werden.
Figur 3 und 4 verdeutlichen, wie ein verdrilltes Kabel beste¬ hend aus zwei Gruppen von Drähten bearbeitet werden kann, in dem eine erste Gruppe von Drähten geweitet und/oder
aufgespreizt wird, um für eine zweite Gruppe von Drähten eine Unterbrechung vorzunehmen. Im axialen Verlauf werden die beiden Gruppen wieder zusammengeführt, so dass an den beiden Bildrändern von Figur 4 ein weitgehend normales verdrilltes Kabel zu sehen ist . Würde man Figur 4 nun verlängern, was allerdings nicht dargestellt ist, würde im Abstand der Reso¬ nanzlänge nun die zweite Gruppe von Drähten geweitet und/oder aufgespreizt , um dort nun für die erste Gruppe von Drähten eine Unterbrechung vorzunehmen. Der hohlzylindrische Isolationskörpers 34, durch dessen Man¬ telfläche die Drähte des weiteren Leiters 3 geführt werden, sichert einen definierten Abstand der Drähte des weiteren Leiters 3 zu den abgerundeten leitenden Körpern 40, 40λ. Auf diese Weise werden Gefahren von elektrischen Überschlägen verhindert. Die Drähte des weiteren Leiters 3 werden durch den hohlzylindrischen Isolationskörper 34 nicht unterbrochen sondern verlaufen durch den Isolationskörpers 34 hindurch.
In ihrer äußeren Ausgestaltung weitgehend identisch zu Figur 3 und 4, kann der hohlzylindrischen Isolationskörpers 34 auch durch ein hohlzylindrisches Leiterstück 33 ersetzt werden. Dies wird an Hand von Figur 5 erläutert. Figur 5 stellt eine Alternative zu Figur 3 und 4 dar zeigt, dass die durchgehenden äußeren Drähte des weiteren Leiters 3 (für den dargestellte Zeichnungsausschnitt somit der Außen¬ leiter) mechanisch und elektrisch in einem hohlzylinderförmi- gen Leiter 33 zusammengeführt werden. Der weiterhin bestehende innere Isolierkörper - der Abstandshalter 32 - hält die Kugelelektroden relativ zueinander und relativ zum Außenleiter (3) bzw. zum hohlzylinderförmigen Leiter 33 auf Position. Wiederum werden definierte E-Feldverteilungen mit geringen Feldüberhöhungen erreicht, wofür vorzugsweise auch die Kanten des hohlzylinderförmigen Leiters 33 gerundet sich.
Ähnlich wie beim hohlzylindrische Isolationskörpers 34, kön¬ nen die Drähte des weiteren Leiters 3 einfach durch den hohl- zylinderförmigen Leiters 33 hindurchgeführt werden, so dass der hohlzylinderförmige Leiter 33 und die Drähte des Leiters 3 das selbe Potential aufweisen.
Alternativ, können auch die Drähte des weiteren Leiters 3 an der Unterbrechungs stelle durchtrennt werden. Anschließend können die getrennten Enden mechanisch und elektrisch mit dem hohlzylinderförmigen Leiter 33 verbunden werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass der komplette Induktor an der Stelle durchtrennt werden kann, dann für den Leiter 2 die ab- gerundeten leitenden Körper 40, 40 λ und der Abstandshalter 32 eingefügt werden kann, und abschließend die Drähte des Lei¬ ters 3 über den hohlzylinderförmigen Leiter 33 wieder verbunden werden können. Die Bearbeitung wird somit vereinfacht. Der Kabelinduktor (Induktor 1) kann aus mehreren Leiterbündeln aufgebaut sein. Figur 6 zeigt den Induktor 1 mit drei Leiterbündeln, die jeweils einen äußeren Isolator (34) gemäß Figur 3 und 4 aufweisen. In der Figur 6a ist ein Leiterbündel in dreidimensionaler Ansicht durch ein weiteres Leiterbündel weitgehend verdeckt. Figur 6b zeigt die Sicht der drei Lei¬ terbündel aus axialer Richtung. Alle Leiterbündel haben je¬ weils eine Unterbrechungsstelle 4, wobei die Unterbrechungs¬ stellen 4 an unterschiedlicher longitudinaler Position ent- lang des Induktors 1 erfolgen. Die Positionierung der Unterbrechungsstellen 4 wird anhand von Figur 8 erläutert.
Der Kabelinduktor gemäß Figur 6 ist aus mehreren Leiterbün- dein aufgebaut, die alle innerhalb eines kurzen axialen Ab- standes zueinander (z.B. innerhalb Im) unterbrochen werden. Die Innenleiter der Bündel können einzeln unterbrochen werden, wobei die Unterbrechungen mit geringem axialen Versatz erfolgen. Die Unterbrechungen (d.h. die Unterbrechungsstellen 4) könnten dann gemeinsam in einer Kabelmuffe vergossen werden (nicht dargestellt) .
Alternativ - nicht dargestellt - können nun alle Drähte eines jeweiligen Außenleiters (entsprechend dem weiteren Leiter 3, wie in den Figuren dargestellt) aus verschiedenen Bündeln zu einem gemeinsamen Außenleiter geformt werden. Ebenfalls ohne Abbildung könnte der gemeinsame Außenleiter durch einen gemeinsamen äußeren Isolierkörper geführt werden. Die Figur 6 zeigt eine Darstellung mit mehreren hohlzylindrischen Isolationskörpern 34. Analog kann auch eine Ausgestaltung mit metallischem Zylinder (aus Figur 5) gemäß Figur 6 ausgebildet werden. D.h. in diesem Fall handelt es sich nicht um hohlzylindrische Isolationskörper 34, sondern um hohlzy- lindrische metallische Körper 33. Ansonsten gilt die Ausge¬ staltung gemäß Figur 6 entsprechend.
Die Figur 6b zeigt einen Schnitt durch den Induktor an einem Induktor-Abschnitt, in dem die Drähte nicht aufgespreizt sind. Der Schnitt erfolgt also durch eine Abschnitt, in dem die Drähte kompakt verdrillt sind. Die Schnittebene wäre au¬ ßerhalb des in Figur 6a veranschaulichten Bereichs. Figur 6b veranschaulicht daher im Übrigen auch, dass die Drähte des Leiters 2 und die Drähte des weiteren Leiters 3 in den Induk- tor-Abschnitten, in denen sie nicht aufgespreizt sind, derart verdrillt sind, dass die Drähte des Leiters 2 und die Drähte des weiteren Leiters 3 abwechselnd - alternierend - angeord¬ net sind. Figur 7 zeigt analog zu Figur 6 den Induktor 1 mit drei Lei¬ terbündeln, die jeweils einen äußeren Isolator (34) gemäß Figur 3 und 4 aufweisen. In der Figur 7a ist ein Leiterbündel in dreidimensionaler Ansicht durch ein weiteres Leiterbündel weitgehend verdeckt. Figur 7b zeigt die Sicht der drei Lei¬ terbündel aus axialer Richtung. Alle Leiterbündel haben je¬ weils eine Unterbrechungsstelle 4, wobei die Unterbrechungs¬ stellen 4 an unterschiedlichen longitudinaler Position ent- lang des Induktors 1 erfolgen kann oder an gleicher longitudinaler Position. Die Darstellung in Figur 7 ist so zu verstehen, dass bei dem gezeigten Isolationskörper 34 lediglich nur ein Leiter unterbrochen ist. Alternativ können auch mehrere Leiter bei dem gezeigten Isolationskörper 34 unterbro- chen sein.
Der Kabelinduktor gemäß Figur 7 ist aus mehreren Leiterbündeln aufgebaut. Die Innenleiter der Bündel können einzeln unterbrochen werden. Die Unterbrechungen könnten dann gemeinsam in einer Kabelmuffe vergossen werden (nicht dargestellt) .
Die drei separat ausgestalteten hohlzylindrischen Isolationskörper 34 aus Figur 6 sind nun nach Figur 7 als ein gemeinsamer Körper 34 λ ausgebildet, in dem drei Hohlzylinder über ih- re Mantelfläche miteinander verbunden sind. Figur 7b verdeut¬ licht dabei, dass zentrale Achsen der drei Hohlzylinder um jeweils 120° zueinander versetzt angeordnet sind, in Bezug auf eine Mittelachse des Isolationskörpers (34λ) . Diese Art der Anordnung führt zu keinem lateralen Versatz und damit ei- ner sehr kompakten Bauweise.
Die Figur 7 zeigt eine Darstellung mit mehreren vereinten hohlzylindrischen Isolationskörpern 34 λ . Analog kann auch eine Ausgestaltung mit einem gemeinsamen metallischen Zylinder (zusammengefügt aus den individuellen metallischen Zylindern aus Figur 5) gemäß Figur 7 ausgebildet werden. D.h. in diesem Fall handelt es sich nicht um einen Körper aus mehreren hohlzylindrischen Isolationskörpern, sondern um mehrere hohlzy- lindrische metallische Körper. Ansonsten gilt die Ausgestal¬ tung gemäß Figur 7 entsprechend.
Aus Figur 4, 5, 6 und 7 ist zu erkennen, dass der Induktor 1 an sich ein verdrilltes Kabel aus einer Vielzahl an einzeln isolierten Drähten ist, wobei die Verdrillung für die Unterbrechungsstellen evtl. aufgeweitet wird. In den genannten Figuren sind zwei Leiterbündel - mit 2 und 3 bezeichnet - dar¬ gestellt, wobei alle Drähte eines Leiterbündels auf dem sel- ben Potential liegt. Die Drähte der Leiterbündel werden so verdrillt, dass Drähte des ersten Leiterbündels zu Drähten eines zweiten Leiterbündels benachbart sind, und dann wiede¬ rum Drähte des ersten Leiterbündels anschließen. Durch diese Nachbarschaft unterschiedlicher Phasen der Drähte kann der kapazitive Effekt zwischen den Drähten verbessert werden.
Denkbar sind auch Induktoren mit mehr als zwei Leiterbündeln. Dann werden bei N Leiterbündeln je ein Draht der verschiedenen Leiterbündel benachbart zueinander angeordnet, woran sich die nächsten N Drähte von je einem Draht der verschiedenen Leiterbündel anschließen.
All diese Drähte verlaufen in Erstreckung des Induktors 1, allerdings gemeinsam verdrillt.
Denkbar ist auch verschiedene Gruppen von Drähten zu bilden und jede Gruppe einzeln zu verdrillen, wobei der Induktor 1 alle verdrillten Gruppen umfasst. Figur 8 zeigt einen Induktor 1, der wenigstens zwei Multi- filamentleiter 21, 22 umfasst, wobei die Multifilamentleiter 21, 22 jeweils aus einer Mehrzahl von Leitern 2 gebildet sind . Jeder Leiter 2 der Multifilamentleiter 21, 22 weist folglich Unterbrechungsstellen 4 auf, wobei die nicht dargestellten Endbereiche 6 der Leiter 2 an den Unterbrechungsstellen 4 erfindungsgemäß ausgebildet sind. Mit anderen Worten setzen sich die Multifilamentleiter 21, 22 aus einer Mehrzahl von Leitern 2 gemäß Figur 1 zusammen.
Die Leiter 2 der Multifilamentleiter 21, 22 verlaufen im We- sentlichen zueinander parallel. Durch die Unterbrechungsstel¬ len 4 und einen Versatz 14 der Unterbrechungsstellen 4 des ersten Multifilamentleiters 21 gegenüber den Unterbrechungs¬ stellen 4 des zweiten Multifilamentleiters 22 werden vorteil¬ hafterweise die Leiter 2 des ersten Multifilamentleiters 21 kapazitiv mit den Leitern 2 des zweiten Multifilamentleiters 22 gekoppelt. Hierbei entspricht der Versatz 14 im Wesentli¬ chen einer Resonanzlänge, wobei sich der Versatz 14 entlang der Leiter 2 periodisch fortsetzt. Hierbei weist jeder Leiter 2 eine Mehrzahl von Unterbrechungsstellen 4 auf, wobei die Unterbrechungsstellen 4 eines jeden Leiters 2 einen konstanten Abstand zueinander aufweisen.
Vorteilhafterweise wird durch die nicht näher dargestellten und erfindungsgemäß ausgebildeten Endbereiche 6 der Leiter 2 der Multifilamentleiter 21, 22 die Teilentladungsfestigkeit des Induktors 1 verbessert. Zudem wird die mechanische Fes¬ tigkeit an den Unterbrechungsstellen 4 vergrößert.
Figur 9 zeigt ein schematisches Schnittbild, in dem der abge- rundete leitende Körper 40, 40 λ als Hülse 31 auf ein Kabelen¬ de eines jeweiligen Drahts des Induktors aufgesetzt wird.
Die Figuren 9 und 10 betreffen dabei eine Ausgestaltung, in der ein Leiter im Sinne der Erfindung aus einem einzigen Ein- zeldraht - eine einzelne Ader - besteht. Jeder Einzeldraht wird an einer Unterbrechungs stelle getrennt und die beiden sich ergebenden Enden werden individuell mit je einer Hülse 31 versehen. Gemäß Figur 9 ist eine Unterbrechungsstelle 4 dargestellt als alternative Ausgestaltung zu Figur 1 bis 5. Ein Endbereich 6 des Leiters 2 - bei diesem kann es sich um eine Vielzahl von verdrillten Adern handeln - ist abisoliert. Ansonsten ist der Leiter 2 von einer Isolation 55 umgeben. Eine weitgehend zylindrische und weitgehend rotationssymmetrische Hülse 31 um- fasst eine Aussparung zur Aufnahme des Endbereichs 6 des Lei¬ ters 2. Das andere Ende der Hülse 31 bildet den abgerundeten leitenden Körper 40, 40λ. Durch Aufnahme des Endbereichs 6 des Leiters 2 in die Aussparung der Hülse 31 und Herstellung einer festen Verbindung, wird somit der abgerundete leitende Körper 40, 40 λ auf den Leiter 2 aufgebracht. Die feste Ver¬ bindung - leitend und kraftschlüssig - erfolgt vorzugsweise mittels Pressung und/oder Crimpung und/oder Lötung und/oder Schweißung und/oder elektrisch leitfähigen Klebung.
Das andere Ende des unterbrochenen Leiters erhält ebenfalls eine entsprechende Hülse 31.
Die Hülse 31 - im Folgenden auch Schirmhülse genannt - ist dabei ein Formteil, vorzugsweise auf Kupfer oder einem ande¬ ren elektrisch leitenden Material. Die Hülse 31 entspricht einem Kabelschuh, der bei der Herstellung des Induktors über ein Drahtende - den Endbereich 6 - geschoben werden kann.
Die Hülse 31 weist somit im Betrieb das gleich elektrische Potential auf wie der Leiter 2.
Entsprechend der oberflächlichen Form des abgerundeten leitenden Körpers 40, 40 λ ist ein isolierender Abstandshalter 32 mit zwei gegenüberliegenden Aussparungen vorgesehen, die je- weils der oberflächlichen Form des abgerundeten leitenden Körpers 40, 40 λ entsprechen.
Auf diese Weise kann der isolierender Abstandshalter 32 formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem abgerundeten lei- tenden Körper 40, 40 λ verbunden werden.
Der isolierende Abstandshalter 32 weist nach Figur 9 eine Ausnehmung auf, in die der abgerundete leitende Körper 40, 40 λ eindringen kann. Der isolierende Abstandshalter 32 umgibt die Hülse 31 vorzugsweise auch quer zur axialen Erstreckung der Hülse 31, so dass die Hülse 31 mit dem Leiter 2 und/oder dem isolierende Abstandshalter 32 koaxial angeordnet ist.
Gemäß Figur 9 wird die gesamte Anordnung der Unterbrechungs¬ stelle 4 von einer elektrisch isolierenden Muffe 30 umschlossen. Die Muffe 30 ist dabei insbesondere eine Spritzmuffe. Eine Spritzmuffe hat den Vorteil, dass Hohlräume und Luftein- Schlüsse vermieden werden können. Die Muffe 30 wirkt isolie¬ rend und verleiht zugleich mechanische Stabilität.
Die Muffe 30 umschließt insbesondere die beiden Endbereiche 6 des Leiters 2, die beiden Hülsen 31 und den Abstandshalter 32. Vorzugsweise umschließt die Muffe 30 bereits noch iso¬ lierte Abschnitte des Leiters 2, aber auch insbesondere die abisolierten Abschnitte des Leiters 2 in den Endbereichen 6. Die Muffe 30 ist dabei insbesondere ein rotationssymmetri¬ scher Körper.
Zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens, wird weiter auf Figur 9 Bezug genommen. Die beiden Drahtenden, die bei der Unterbrechung eines Drahtes entstehen, werden in das Isolationselement eingeführt, um sie mechanisch, in definierte Posi- tion zueinander zu verbinden und elektrisch zu isolieren. Das Isolationselement besteht aus zwei leitenden Schirmhülsen (31) (beispielsweise ein Kupfer-Formteil), einem die Schirm¬ hülsen (31) mechanisch verbindenden elektrisch isolierenden Abstandshalter 32 und einer nach außen wirkenden isolierenden Umhüllung, welche insbesondere als Spritzmuffe (30) ausge¬ staltet ist. Jede Schirmhülse (31), die aus elektrisch gut leitendem Material - beispielsweise Kupfer, Aluminium, andere Metalle oder Legierungen, Graphit, evtl. elektrisch leitfähige Kunststoffe wie CF PEEK (carbonfaserverstärktes Polyether- etherketon) - besteht, weist eine Bohrung auf, in die das zuvor um einige Millimeter von der Drahtisolation befreite Einzeldrahtende eingeführt wird. Die mechanische und elektri¬ sche Verbindung von Einzeldrahtende und Schirmhülse (31) kann durch Verformung des Kragens der Schirmhülse (31) mittels ei¬ nes geeigneten Press-/Crimp-Werkzeuges erfolgen, wobei das Werkzeug derart gestaltet ist, dass keine Grate oder Kanten an der Schirmhülse (31) entstehen. Alternativ kann die Ver- bindung mit einer Lötung, Schweißung oder elektrisch leitfähigen Klebung erfolgen. Der Abstandshalter 32 ist aus einem hochtemperaturbeständigen und elektrisch isolierenden Werkstoff gefertigt beispielsweise einem Kunststoff wie PFA (Perfluoralkoxylalkan) , PTFE (Polytetrafluorethylen ) oder PEEK (Polyetheretherketon) oder einer Keramik. Die Schirmhülsen (31) sind mechanisch fest, vorzugsweise formschlüssig in den Abstandshalter 32 eingebracht. Der Abstandhalter schafft einen definierten axialen Abstand zwischen den Schirmhülsen (31), orientiert die Schirmhülsen (31) koaxial und zentriert sie. Die Fertigung des Isolationselements wird abgeschlossen durch eine gasfreie Umhüllung (in Form der genannten Spritzmuffe) von Schirmhülsenpaar (31) und Abstandshalter 32 durch einen hochtemperaturbeständigen Isolierstoff, der bereits an der Einzeladerisolation aufsetzt. Bevorzugt können dazu iso- lierende Kunststoffe (beispielsweise die oben genannten) ver¬ wendet werden. Insbesondere eignen sich solche, die durch ein Spritz-, (Vakuum-) Verguss- oder Extrudier-Verfahren aufgebracht werden können. Insbesondere kann derselbe thermoplas¬ tische Kunststoff verwendet werden, der bereits die Außenlage der Einzeladerisolation und / oder den Abstandshalter 32 bilden, beispielsweise PFA.
Figur 10 zeigt eine alternative Ausgestaltung zu Figur 9, bei der die Anordnung bis auf die Form der Hülsen 31 und des Ab- Standshalters 32 analog zu Figur 9 ausgebildet ist. Der Über¬ gang zwischen der Hülse 31 und dem Abstandshalter 32 ist allerdings weitgehend invers zu Figur 9, d.h. konkave Oberflä¬ chen sind nun konvex und umgekehrt . Der abgerundete leitende Körper 40, 40 λ weist in Figur 9 eine halbkugelförmige konvexe Oberfläche auf. Gemäß Figur 10 weist er nun eine kontinuierlich gekrümmte kragenförmige Oberfläche (40B) auf. Die Oberfläche der Hülse 31 ist abschnittsweise konkav. Da die Hülse 31 vorzugsweise rotationssymmetrisch ist, kann man die Form der zum Abstandshalter 32 gerichteten axialen Endseite auch als torusförmig, genauer als
halbtorus förmig bezeichnen.
Der Abstandshalter 32 ist wieder an die Oberfläche der Hülse
31 angepasst. Folglich weist der isolierende Abstandshalter
32 einen abgerundeten Stift auf. Der Stift kann dabei in die Vertiefung der zentralen kragenförmigen Oberfläche (40B) der Hülse 31 eingeführt werden, so dass eine stabile Verbindung zwischen Hülse 31 und Abstandshalter 32 entsteht.
Vorzugsweise wird der Abstandshalter 32 in Figur 9 und 10 achsensymmetrisch und rotationssymmetrisch ausgebildet. Al- lerdings ist es auch möglich individuelle Formen vorzusehen, so dass der Abstandshalter 32 und die Hülse 31 so ineinander eingreifen, dass nur eine bestimmte Position möglich wird. Hierbei ist allerdings darauf zu achten, dass die Oberflächen der leitenden Elemente so gleichförmig wie möglich sind und der leitende Körper abgerundet ist, so dass ein Überschlagen eines Strombogens vermieden werden kann.
Der Abstandhalter 32 schafft einen definierten axialen Abstand zwischen den zueinander gewandten Oberflächen (40A) der Schirmhülsen (31) . Er orientiert die Schirmhülsen (31) koaxi¬ al zueinander. Er zentriert sie zueinander.
Die Ausgestaltung der Figur 10 unterscheidet sich gegenüber Figur 9, dass der Abstandshalter 32 analog zu den Drahtenden in eine ihrerseits modifizierte Schirmhülse (31) mit beidsei¬ tigen Sackbohrungen eingeführt wird. Alternativ - nicht dargestellt - kann auch eine Durchgangsbohrung mit evtl. unterschiedlichen Radien auf beiden Seiten einer Schirmhülse (31) verwendet werden. Die Verbindung von Schirmhülsen (31) und elektrisch isolierenden Abstandshalter 32 kann durch Pressung bwz . Crimpung (evtl. in einem Arbeitsgang zusammen mit den Drahtenden) oder Klebung erfolgen. Die abschließend angebrachte Spritzmuffe - also die Muffe 30 - stellt wiederum die Isolation radial nach außen, insbesondere zu den benachbarten durchgängigen Drähten, sicher.
Die Figuren 1 bis 7 betreffen eine Ausgestaltung, in der der Leiter 2 im Sinne der Erfindung aus einer Vielzahl von Einzeldrähten besteht. Alle diese zu einem Leiter zugehörigen Einzeldrähte werden an einer Unterbrechungsstelle getrennt. Dies ist vorteilhaft, wenn bereits ein verdrilltes Kabel existiert und nachträglich Unterbrechungs stellen eingefügt werden sollen.
Die Figuren 9 und 10 betreffen dagegen eine Ausgestaltung, in der der Leiter 2 im Sinne der Erfindung aus einem einzigen Einzeldraht besteht. Dieser Einzeldraht kann beispielsweise einen Querschnitt von ca. 1 mm2 aufweisen. Jeder Einzeldraht wird an einer Unterbrechungs stelle getrennt und die beiden sich ergebenden Enden werden individuell mit je einer Hülse 31 versehen. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn Einzeldrähte vorab mit Unterbrechungsstellen versehen werden und erst anschließend eine Verdrillung oder Verseilung oder Wicklung zu einem gemeinsamen Kabel umfassend mehrerer dieser Einzeldrähte hergestellt wird. Die Verseilung bewirkt eine Zugentlastung für den Induktor 1. Die Verwendung von abgerundeten Oberflächen (vgl. 40, 40λ) an der Unterbrechungs stelle 4 weist folgende Vorteile auf:
Die Anordnung ermöglicht die Vermeidung von lokalen Überhöhungen der elektrischen Feldstärke an sonst vorliegenden Lei- terkanten und -spitzen, die zu Teilentladungen und damit zum Ausfall des Induktors 1 führen können. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Zahl der kritischen Leiter-Enden drastisch reduziert wird, was ebenfalls der Erhöhung der Zuverlässigkeit dient .
Ein positiver Nebeneffekt ist, dass das Induktorkabel (in ei¬ nem ersten Schritt jedoch ohne Unterbrechungen) wie ein übliches Kabel kontinuierlich hergestellt werden kann, und die Unterbrechungen nachträglich vorgenommen werden. Damit wird es insbesondere möglich das noch unterbrechungsfreie Kabel vorab einem Teilentladungstest zu unterziehen, um eventuelle Schwachstellen der Einzelleiterisolation vorab zu identifi- zieren.
Weiterhin kann die Festlegung der Resonanzfrequenz, die neben der Induktor-Schleifengeometrie vom Abstand der Unterbrechun¬ gen abhängt, nach der Kabelherstellung abgestimmt auf das je- weilige Reservoir erfolgen und muss nicht bereits vor der Ka¬ belherstellung bekannt sein. D.h. das Kabel kann in Grenzen unabhängig von der individuellen Lagerstätte hergestellt werden und die Anpassung daran findet erst durch die nachträgli¬ che Einbringung der Unterbrechungsstellen in individuell de- finiertem Abstand (Resonanzlänge) statt.
Die Vorteile des Isolationselements sind weiterhin wie folgt:
Die Schirmhülsen (31) umhüllen die Einzeldrahtenden, die auf- grund der Auftrennung/Zerschneidung ohne weitere Maßnahmen in der Regel scharfe Kanten und Grate aufweisen, und vermeiden Überhöhungen des elektrischen Feldes an den Einzeldrahtenden, aufgrund der Schirmwirkung bedingt durch gleiches Potential von Drahtende und Schirmhülse (31) .
An den Außenflächen der Schirmhülsen (31) treten keine Feld- Überhöhungen des elektrischen Feldes auf, da die Schirmhülsen (31) erfindungsgemäß keine Kanten sondern nur Rundungen auf- weisen .
Die Abstandshalter 32 stellen sicher, dass die elektrische Feldstärke zwischen einem Schirmhülsenpaar (jeweils Bezugszeichen 31) keine kritischen Werte übersteigen. Kritische Feldstärken am Ende der Einzeladerisolation des
Drahtendes werden durch den vorgesehenen Überhang der Schirmhülse (31) vermieden bzw. verringert. Diese Stelle ist kri- tisch, da evtl. nicht sichergestellt werden kann, dass sie gasfrei umspritzt werden kann.
Die Isolationselement schafft eine zugfeste Verbindung von einem Drahtende über erste Schirmhülse (31), Abstandshalter 32, zweite Schirmhülse (31) zum anderen Drahtende. Diese wird für nachfolgende Verseilungs schritte benötigt.
Der Abstandshalter nach Figur 9 garantiert eine Mindest- schichtdicke der Isolationsdicke in radialer Richtung, auch wenn die Spritzmuffe - d.h. die Muffe 30 - axial versetzt aufgebracht wird, da der Abstandhalter während des Spritzvor¬ gangs maximal an der Innenwand der Spritzform anliegen kann. Mit dem Abstandshalter 32 nach Figur 10 lässt sich evtl. eine rationellere Fertigung erreichen, indem die Drahtenden gleichzeitig mit dem Abstandhalter 32 mit der Schirmhülse (31) verpresst werden können. Figur 11 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt aus einem Ölsand-Reservoir als Lagerstätte mit einem weitgehend hori¬ zontal im Reservoir verlaufenden Induktor 1, der auch als elektrische Leiterschleife bezeichnet werden kann. Es ist ei¬ ne als Reservoir bezeichnete Ölsand-LagerStätte dargestellt, wobei für die spezifischen Betrachtungen immer eine quaderförmige Einheit 100 mit der Länge 1, der Breite w und der Höhe h herausgegriffen wird. Die Länge 1 kann beispielsweise bis zu einigen 500 m, die Breite w 60 bis 100 m und die Höhe h etwa 20 bis 100 m betragen. Zu berücksichtigen ist, dass ausgehend von der Erdoberfläche E ein „Deckgebirge" der Stär¬ ke s bis zu 500 m vorhanden sein kann.
Weiter ist eine Anordnung zur induktiven Heizung des
Reservoirausschnittes 100 dargestellt. Diese kann durch eine lange, d.h. einige 100 m bis 1,5 km, im Boden verlegte Lei¬ terschleife 120 bis 121 gebildet werden, wobei der Hinleiter 120 und Rückleiter 121 nebeneinander, also in derselben Tiefe, geführt sind und am Ende über ein Element 15 innerhalb oder außerhalb des Reservoirs miteinander verbunden sind. Am Anfang werden die Leiter 120 und 121 vertikal oder in einem flachen Winkel hinunter geführt und von einem Hochfrequenz- Generator 60, der in einem externen Gehäuse untergebracht sein kann, mit elektrischer Leistung versorgt. Der Hochfrequenz-Generator 60 bzw. Mittelfrequenz-Generator deckt vorzugsweise einen Bereich von 10 kHz bis 200 kHz oder einen Unterbereich dazu ab und kann vorzugsweise auf beliebige Fre¬ quenzen in diesem Frequenzbereich eingestellt werden. Denkbar ist auch ein Betriebsbereich von 1kHz bis 500kHz.
In Figur 11 verlaufen die Leiter 120 und 121 in gleicher Tiefe nebeneinander. Sie können aber auch übereinander geführt werden. Unterhalb der Leiterschleife (d.h. der Leiter 120 und 121), d.h. auf dem Boden der Reservoireinheit 100, ist ein Förderrohr 102 angedeutet, über das verflüssigtes Bitumen oder Schweröl gesammelt und/oder abtransportiert werden kann.
Typische Abstände zwischen den Hin- und Rückleitern 120, 121 sind 5 bis 60 m bei einem Außendurchmesser der Leiter von 10 bis 50 cm (0,1 bis 0,5 m) .
Der Hinleiter 120 und der Rückleiter 121 aus Figur 11 sind zumindest im Bereich ihrer weitgehend horizontalen Erstre- ckung vorzugsweise mit Unterbrechungen gemäß der Figuren 1 bis 10 ausgebildet.
Beispielhafte Betriebsparameter sind beispielsweise eine in- duktiv eingebrachte Heizleistung von 1 kW pro Meter Doppelleitung. Eine Stromamplitude kann beispielsweise 300 A bis 1000 A vorgesehen sein. Ein einzelner Draht kann beispielsweise 0,5 bis 1 mm Durchmesser aufweisen. In Summe können alle Drähte im Induktor einen Querschnitt von 1000 bis 1500 mm2 haben. Beispielsweise kann der Induktor aus 2500 bis 3500 einzelnen massiven Drähten bestehen. Als Material für die Drähte kann Kupfer vorgesehen sein. Als Isolation für jeden einzelnen Draht kann beispielsweise Teflon vorgesehen sein. Wandstärke der Isolation kann beispielsweise 0,2 bis 0,3 mm betragen. Die doppelte Resonanzlänge für einen beispielhaften Induktor kann z.B. 35 bis 50 m betragen. Die Anordnung der Drähte in Längsrichtung erfolgt mit einem Versatz der Unterbrechungsstellen um die Resonanzlänge.
Die Erfindung gemäß der Figuren betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Eintragen von Wärme in eine geologische Formation, insbesondere in eine in einer geologischen Formation vorliegenden Lagerstätte, insbesondere zur Gewinnung einer kohlenwas serstoffhaltigen Substanz - insbesondere Erdöl - aus der Lagerstätte. Es wird ein Induktor vorgeschlagen, der für die „in-situ"-Gewinnung bei unterirdischen Lagerstätten, etwa ab einer Tiefe von etwa 75 m, ausgelegt ist. Das bedeu¬ tet, dass bei dieser Technik der Ölsand - also der Sand und das Gestein mit dem enthaltenen Öl - an Ort und Stelle verbleibt. Das Öl bzw. das Bitumen wird mittels elektromagneti¬ scher Wellen und evtl. weiterer verschiedener Verfahren vom Sandkorn getrennt und fließfähiger gemacht, damit es geför¬ dert werden kann. Die vorgestellte „in situ"-Methode hat das Prinzip, die Temperatur im Untergrund zu erhöhen und somit die Viskosität des gebundenen Öls bzw. des Bitumens zu ver¬ ringern und es fließfähiger zu machen, um es anschließend abpumpen zu können. Die Hitzeeinwirkung bewirkt insbesondere, dass sich langkettige Kohlenwasserstoffe des hochviskosen Bi¬ tumens aufspalten. Der Induktor - d.h. ein elektrische Leiter der als Induktionsleitung ausgebildet ist -, kann verlustarm als Resonanzkreis betrieben werden. Da vorzugsweise beide En¬ den des Induktors an den Frequenzgenerator angeschlossen werden, bildet die Induktionsleitung eine Induktionsschleife. Die technische Realisierung der elektrischen Leitung wird als Resonanzkreis durchgeführt . Der Frequenzgenerator kann vorzugsweise als Frequenzumrichter ausgebildet werden, welcher eine Spannung mit einer Frequenz von 50Hz oder 60Hz aus dem Netz in eine Spannung mit einer Frequenz im Bereich von 1kHz bis 500kHz umwandelt. Der Frequenzumrichter kann Obertage installiert sein. Weiterhin kann vorzugsweise in die durch die Induktionsschleife erwärmte Lagerstättenzone mindestens eine Förderbohrung gebohrt werden. Darüber hinaus kann optional zwischen zwei durchgehenden quasiparallelen Bohrungen, in denen die Induktions schleife angeordnet ist, mindestens eine In ektionsbohrung zur Injektion von heißem Wasserdampf vorgesehen sein.
Nach Verlegung des Induktors als Induktionsschleife in min¬ destens zwei Bohrungen und dem Anschluss der Induktions¬ schleife an den Frequenzgenerator beginnt im Betrieb das Bestromen des Leiters, und somit das induktive Erwärmen Un¬ tergrunds mit sich ergebener Bildung einer Erwärmungszone, die sich durch eine erhöhte Temperatur auszeichnet. Die Lei¬ terschleife oder Induktionsschleife wirkt im Betrieb als In¬ duktionsheizung, um zusatzliche Wärme in die Lagerstätte ein¬ zubringen. Der aktive Bereich des Leiters kann in im wesentlicher horizontaler Richtung innerhalb der Lagerstätte eine nahezu geschlossenen Schleife (also ein Oval) beschreiben. An den aktiven Bereich kann sich ein - eventuell oberirdisch gelegener - Endbereich anschließen. Die oberirdisch gelegenen Teile des Anfangs- und Endbereiches des Leiters können elekt¬ risch mit einer Stromquelle - dem Frequenzgenerator - kontaktiert sein. Es ist vorzugsweise vorgesehen, die Leitungsinduktivität des Leiters abschnittsweise durch Serienkapazitä¬ ten zu kompensieren. Dabei kann für die Leitung mit integrierter Kompensation vorgesehen sein, dass die Frequenz des Frequenzgenerators auf die Resonanzfrequenz der Stromschleife abgestimmt wird. Die Kapazität im Leiter kann zwi¬ schen Kabel-Abschnitten gebildet . Ein vorliegendes Dielektrikum wird dabei so gewählt, dass es eine hohen Spannungsfes¬ tigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit erfüllt.
Eine Isolierung des Induktors gegen das umliegende Erdreich ist vorteilhaft, um resistive Ströme durch das Erdreich zwi¬ schen den benachbarten Kabel-Abschnitten insbesondere im Bereich der Kondensatoren zu verhindern. Die Isolation verhindert weiterhin einen resistiven Stromfluss zwischen Hin- und Rückleiter . Die Kompensation der Längsinduktivität kann im Betrieb mit¬ tels Querkapazitäten erfolgen. Der Kapazitätsbelag - den eine Zweidrahtleitung wie z. B. eine Koaxialleitung oder Mehrdrahtleitungen ohnehin über ihre gesamt Länge bereitstellt - kann zur Kompensation der Längsinduktivitäten verwendet werden. Dazu wird in gleichen Abständen abwechselnd der Innen- und Außenleiter unterbrochen und so der Stromfluss über die verteilten Querkapazitäten erzwungen. Die Temperatur im Betrieb in der Erwärmungszone hängt von der eingebrachten elektromagnetischen Leistung ab, welche sich aus den geologischen und physikalischen (z. B. elektrische Leitfähigkeit) Parametern der Lagerstätte, sowie den techni¬ schen Parametern der elektrischen Anordnung, insbesondere be- stehend aus dem Induktor und dem Hochfrequenzgenerator, ergibt. Diese Temperatur kann bis zu 300°C erreichen und ist regelbar durch Änderung der Stromstärke durch die Schleife des Induktors . Die Regelung erfolgt über den Frequenzgenera¬ tor. Die elektrische Leitfähigkeit der Lagerstätte kann durch zusätzliches Injizieren von Wasser oder eines anderen Fluides, z. B. eines Elektrolytes, erhöht werden.
Die Temperaturentwicklung erfolgt zunächst aufgrund der Induktion von Wirbelströmen in den elektrisch leitfähigen Be- reichen des Untergrunds. Im Verlauf der Erwärmung entstehen
Temperaturgradienten, das heisst Orte höherer Temperatur, als der ursprünglichen Reservoirtemperatur. Die Orte höherer Temperatur entstehen dort, wo Wirbelströme induziert werden. Der Ausgangspunkt der Wärme ist daher nicht die Induktionsschlei- fe bzw. der elektrische Leiter, sondern es sind die durch das elektromagnetische Feld in der elektrisch leitfähigen Schicht induzierten Wirbelströme. Durch die im Laufe der Zeit entste¬ henden Temperaturgradienten kommt es in Abhängigkeit der thermischen Parameter wie thermischer Leitfähigkeit auch zur Wärmeleitung, wodurch sich das Temperaturprofil ausgleicht. Mit größerem Abstand zum Leiter verringert sich die Stärke des Wechselfeldes, so dass dort nur noch eine geringere Er¬ wärmung ermöglicht wird. Erfolgt dagegen ein Abtransport der Fluide oder der fluide gemachten elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten sofort, sobald sie fluide gemacht wurden, so erfolgt an den leergeförderten Stellen um so weniger Erwärmung durch elektrische Wirbelströme, je mehr das Erdreich mit seiner elektrischen Leitfähigkeit mit abtransportiert wurde. Zwar ist das elektromagneti¬ sche Feld immer noch da, jedoch können sich Wirbelströme nur dort ausbilden, wo noch Leitfähigkeit vorhanden sein wird. Allerdings kann ein Abfließen einer Flüssigkeit bewirken, dass andere Flüssigkeit nachfließt.
Die eingebrachte Leistung wird vorzugsweise zwischen 100kW bis mehrere Megawatt eingestellt .
Die Erfindung betrifft lediglich einen Induktor. In einer Lagerstätte können allerdings je nach Größe mehrere Induktoren nebeneinander und mit Abstand zueinander verlegt werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Induktor (1) zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte (100) einer kohlenwasserstoff- haltigen Substanz, beispielsweise eine Ölsand-, Ölschieferoder Schweröllagerstätte, mittels elektromagnetischer Induktion, insbesondere zur Gewinnung der kohlenwasserstoffhalti- gen Substanz aus der Lagerstätte (100), umfassend wenigstens einen Leiter (2), wobei der Leiter (2) wenigstens eine Unter- brechungs stelle (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an einem Endbereich (6) des Leiters (2) an der Unterbrechungsstelle (4) ein abgerundeter leitender Körper (40) aufgebracht ist.
2. Induktor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgerundete leitende Körper (40) eine halbkugelför¬ mige Oberfläche (40A) oder eine kontinuierlich gekrümmte kra- genförmige Oberfläche (40B) umfasst.
3. Induktor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (2) aus einem einzelnen Draht besteht und eine Vielzahl von Leitern (2) den Induktor (1) bilden.
4. Induktor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der abgerundete leitende Körper (40) an einem Ende als Hülse (31) ausgebildet ist und der Endbereich (6) des Leiters (2) in die Hülse (31) eingeführt ist.
5. Induktor (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) eine Sackbohrung oder Durchgangsbohrung aufweist, in die der Endbereich (6) des Leiters (2) in die Hülse (31) eingeführt ist.
6. Induktor (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich- net, dass eine mechanische Verbindung zwischen der Hülse (31) und des Endbereichs (6) des Leiters (2) mittels Pressung und/oder Crimpung und/oder Lötung und/oder Schweißung und/oder elektrisch leitfähigen Klebung erfolgt.
7. Induktor (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem weiteren Endbereich (6) des Leiters (2) an der Unterbrechungsstelle (4) ein weiterer abgerundeter leitender Körper (40λ) aufgebracht ist und dass zwischen dem abgerundeter leitenden Körper (40) und dem weiteren abgerundeten leitenden Körper (40λ) ein isolierender Abstandshalter (32) positioniert ist.
8. Induktor (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Abstandshalter (32) einen Oberflächenab¬ schnitt aufweist, wobei der Oberflächenabschnitt des isolie¬ renden Abstandshalters (32) mechanisch und vorzugsweise form¬ schlüssig mit einem Oberflächenabschnitt des abgerundeten leitenden Körper (40) verbunden ist.
9. Induktor (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierenden Abstandshalter (32) so ausgestaltet ist und Oberflächenformen des isolierenden Abstandshal- ters (32) derart in Oberflächenformen des abgerundeten leitenden Körpers (40) und in Oberflächenformen des weiteren abgerundeten leitenden Körpers (40λ) eingreifen, dass der abgerundete leitende Körper (40) und in der weitere abgerundete leitende Körper (40λ) zueinander ohne Versatz und in vorgege- benem Abstand fixiert werden.
10. Induktor (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Verbindung zwischen dem abgerundeten leitende Körper (40) und des isolierenden Ab- Standshalter (32) mittels Pressung und/oder Crimpung und/oder Lötung und/oder Schweißung und/oder Klebung erfolgt.
11. Induktor (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungsstelle (4) des Leiters (2) und an die Unterbrechungsstelle (4) anschließende Leiterabschnitte und an der Unterbrechungsstelle (4) vorgese¬ hene Komponenten von einer Muffe (30) umschlossen ist.
12. Betriebsverfahren zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte einer kohlenwasserstoff- haltigen Substanz, beispielsweise eine Ölsand-, Ölschieferoder Schweröllagerstätte, mittels elektromagnetischer Induk- tion, insbesondere zur Gewinnung der kohlenwasserstoffhalti- gen Substanz aus der Lagerstätte, bei dem ein in der geologi¬ schen Formation angeordneter Induktor (1) mit wenigstens einem Leiter (2) derart angesteuert wird, dass sich ein elekt¬ romagnetisches Feld in der geologischen Formation ausbildet, wobei dazu der Leiter (2) wenigstens eine Unterbrechungsstel¬ le (4) aufweist, wobei wenigstens an einem Endbereich (6) des Leiters (2) an der Unterbrechungsstelle (4) ein abgerundeter leitender Körper (40) aufgebracht ist.
13. Herstellungsverfahren für einen Induktor zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, beispielsweise eine Ölsand-, Ölschiefer- oder Schweröllagerstätte, mittels elekt¬ romagnetischer Induktion, umfassend folgender Herstellungs- schritte:
a) Durchführen der nachfolgenden Bearbeitungsschritte für mindestens eine longitudinale Position eines Drahts:
- Bereitstellen des, vorzugsweise isolierten, Drahts;
- Trennen des Drahts an der longitudinalen Position des Drahts;
- Entisolieren von beiden Kabelenden des durchtrennten Drahts ;
- Verbinden von abgerundeten leitenden Körpern (40) jeweils auf ein jeweiliges entisoliertes Kabelende;
- Einfügen eines jeweiligen Abstandshalters (32) zwischen
Paaren von abgerundeten leitender Körpern (40);
- optional das Anbringen einer Muffenform, Ausspritzen der Muffenform zu einer Muffe, wobei die Muffe die abge¬ rundeten leitenden Körper (40) und zwei Endbereiche des aufgetrennten Drahts umschließt, und das Entfernen der
Muffenform; b) Aufwickeln des bearbeiteten Drahts und/oder Verseilen einer Vielzahl derartig bearbeiteter Drähte zu einem Induktor (1) ·
14. Herstellungsverfahren für einen Induktor zur Heizung einer geologischen Formation, insbesondere einer Lagerstätte einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, beispielsweise eine Ölsand-, Ölschiefer- oder Schweröllagerstätte, mittels elekt¬ romagnetischer Induktion, umfassend folgender Herstellungs- schritte:
a) Durchführen der nachfolgenden Bearbeitungsschritte für mindestens eine longitudinale Position eines Drahts:
- Bereitstellen des, vorzugsweise isolierten, Drahts;
- Trennen des Drahts an der longitudinalen Position des Drahts;
- Entisolieren von beiden Kabelenden des durchtrennten Drahts ;
- Bereitstellen einer bereits verbundenen Einheit bestehend aus einem Abstandshalter (32) und einem Paar mit diesem verbundenen abgerundeten leitenden Körpern (40);
- Verbinden der Einheit mit den beiden entisolierten Kabelenden ;
- optional das Anbringen einer Muffenform, Ausspritzen der Muffenform zu einer Muffe, wobei die Muffe die abge- rundeten leitenden Körper (40) und zwei Endbereiche des aufgetrennten Drahts umschließt, und das Entfernen der Muffenform;
b) Aufwickeln des bearbeiteten Drahts und/oder Verseilen einer Vielzahl derartig bearbeiteter Drähte zu einem Induktor (1) .
15. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden von abgerundeten leitenden Körpern (40) jeweils auf ein jeweiliges entisoliertes Kabel- ende mit folgenden Schritten durchgeführt wird:
- Aufschieben von Hülsen an die jeweiligen Kabelenden, wobei die Hülsen jeweils die abgerundeten leitenden Körper (40) umfassen; Kraftschlüssiges Verbinden, insbesondere Crimpen, der jeweiligen Hülse mit dem jeweiligen entisolierten Kabelende .
16. Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verseilen einer Vielzahl derartig bearbeiteter Drähte zu einem Induktor (1) mit folgenden Schritten durchgeführt wird:
- Anordnen mehrerer bearbeiteter Drähte so zueinander, dass mindestens zwei Bündel von Drähten gebildet werden, wobei die Drähte eines ersten der zwei Bündel in longi- tudinaler Ausrichtung so zueinander ausgerichtet werden, dass Trennstellen der durchtrennten Drähte des ersten Bündels weitgehend nebenander zu liegen kommen und die Drähte eines zweiten der zwei Bündel in longitudinaler Ausrichtung so zueinander ausgerichtet werden, dass Trennstellen der durchtrennten Drähte des zweiten Bündels weitgehend nebenander zu liegen kommen, wobei die Trennstellen des ersten Bündels zu den Trennstellen des zweiten Bündels zueinander versetzt angeordnet werden;
- Verseilen der derart angeordneten Drähte derart, dass die Drähte des erste Bündels und des zweiten Bündels ab¬ wechselnd zueinander verseilt werden.
EP15719194.1A 2014-05-21 2015-04-23 Induktor und verfahren zur heizung einer geologischen formation Ceased EP3146149A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14169319.2A EP2947261B1 (de) 2014-05-21 2014-05-21 Induktor und Verfahren zur Heizung einer geologischen Formation
PCT/EP2015/058813 WO2015176910A1 (de) 2014-05-21 2015-04-23 Induktor und verfahren zur heizung einer geologischen formation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3146149A1 true EP3146149A1 (de) 2017-03-29

Family

ID=50735976

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14169319.2A Not-in-force EP2947261B1 (de) 2014-05-21 2014-05-21 Induktor und Verfahren zur Heizung einer geologischen Formation
EP15719194.1A Ceased EP3146149A1 (de) 2014-05-21 2015-04-23 Induktor und verfahren zur heizung einer geologischen formation

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14169319.2A Not-in-force EP2947261B1 (de) 2014-05-21 2014-05-21 Induktor und Verfahren zur Heizung einer geologischen Formation

Country Status (5)

Country Link
EP (2) EP2947261B1 (de)
AR (1) AR100534A1 (de)
CA (1) CA2949555C (de)
EA (1) EA201692351A1 (de)
WO (1) WO2015176910A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015215448A1 (de) * 2015-08-13 2017-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Kabel, Induktor und Verfahren zur Herstellung eines Induktors zur Heizung einer geologischen Formation

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5182427A (en) * 1990-09-20 1993-01-26 Metcal, Inc. Self-regulating heater utilizing ferrite-type body
DE102008022176A1 (de) * 2007-08-27 2009-11-12 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl
DE102007040605B3 (de) 2007-08-27 2008-10-30 Siemens Ag Vorrichtung zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl
AU2012203086B8 (en) * 2007-10-19 2014-10-02 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Variable voltage transformer
DE102008062326A1 (de) * 2008-03-06 2009-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zur induktiven Heizung von Ölsand- und Schwerstöllagerstätten mittels stromführender Leiter
EP2623709A1 (de) * 2011-10-27 2013-08-07 Siemens Aktiengesellschaft Kondensatorvorrichtung für eine Leiterschleife einer Vorrichtung zur "in situ"-Förderung von Schweröl und Bitumen aus Ölsand-Lagerstätten.
EA025554B1 (ru) * 2011-12-02 2017-01-30 Леони Кабель Холдинг Гмбх Способ изготовления жилы кабеля, содержащей покрытый изоляцией провод для кабеля, в частности для индукционного кабеля, а также жила кабеля и кабель

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2015176910A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2947261A1 (de) 2015-11-25
EA201692351A1 (ru) 2017-07-31
AR100534A1 (es) 2016-10-12
WO2015176910A1 (de) 2015-11-26
EP2947261B1 (de) 2016-12-14
CA2949555A1 (en) 2015-11-26
CA2949555C (en) 2018-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007040605B3 (de) Vorrichtung zur &#34;in situ&#34;-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl
EP2250858B1 (de) Anordnung zur induktiven heizung von ölsand- und schwerstöllagerstätten mittels stromführender leiter
WO2009027305A2 (de) Vorrichtung zur &#39;in situ&#39;-förderung von bitumen oder schwerstöl
EP2315910B1 (de) Anlage zur in-situ-gewinnung einer kohlenstoffhaltigen substanz
WO2013060610A1 (de) Kondensatorvorrichtung für eine leiterschleife einer vorrichtung zur &#34;in situ&#34;-förderung von schweröl und bitumen aus ölsand-lagerstätten
EP2283208A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur &#34;in situ&#34;-förderung von bitumen oder schwerstöl
EP2925956A2 (de) Geschirmte multipaaranordnung als zuleitung zu einer induktiven heizschleife in schweröllagerstätten
EP2900909A2 (de) Induktor zur heizung von schweröl- und ölsandlagerstätten
EP2947262B1 (de) Induktor und Verfahren zur Heizung einer geologischen Formation
EP2947261B1 (de) Induktor und Verfahren zur Heizung einer geologischen Formation
EP2633153B1 (de) Verfahren zur &#34;in situ&#34;-förderung von bitumen oder schwerstöl aus ölsand-lagerstätten als reservoir
EP3005831B1 (de) Induktor zur induktiven heizung
WO2015090646A1 (de) Verfahren für das einbringen einer induktorschleife in eine gesteinsformation
WO2012049007A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur verwendung der vorrichtung zur &#34;in situ&#34;-förderung von bitumen oder schwerstöl aus ölsand-lagerstätten
WO2017025468A1 (de) Kabel, induktor und verfahren zur herstellung eines induktors zur heizung einer geologischen formation
EP2947959B1 (de) Induktor
WO2016091584A1 (de) Heizvorrichtung zur induktiven heizung einer ölsandlagerstätte und/oder einer ölschieferlagerstätte und/oder einer bitumenlagerstätte und/oder einer schweröllagerstätte
WO2016173962A1 (de) Heizvorrichtung zur induktiven heizung einer kohlenwasserstofflagerstätte
DE102015208110A1 (de) Heizvorrichtung zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte
DE102014206747A1 (de) Induktor

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20161122

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: WINTERSHALL HOLDING GMBH

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20180213

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20180816