JP2009512801A - 熱で作った排出液通路によるタールサンドからの炭化水素の製造システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タールサンド地層から炭化水素、水素及び／又はその他の生成物を製造する改良システムを提供する。
【解決手段】タールサンド地層の処理システムは、タールサンド地層の炭化水素層中に熱を供給するように配置された複数のヒーターを備える。該ヒーターは、炭化水素層内に少なくとも部分的に水平な加熱部を少なくとも部分的に有する。該加熱部は、炭化水素層中に少なくとも部分的に或るパターンで配列している。前記供給熱は流動化流体用の複数の排出液通路を作り、該排出液通路の少なくとも２つは１点に収斂する。該システムは、炭化水素層中の収斂排出液通路から流動化流体を収集、製造するために配置された製造坑井を更に備える。
【選択図】図２

Description

背景
１． 発明の分野
本発明は、一般に炭化水素含有地層のような各種地表下地層から炭化水素、水素、及び／又はその他の生成物を製造する方法及びシステムに関する。

２． 関連技術分野の説明
地下地層から得られる炭化水素は、エネルギー資源、供給原料、及び消費製品として使用されることが多い。有用な炭化水素資源の枯渇に対する関心及び製造される炭化水素の全体的品質低下に対する関心から、一層効率的な回収、処理、及び／又は有用な炭化水素資源の使用方法が発展してきた。現場方法を用いて地下地層から炭化水素材料を取出すことができる。地下地層から炭化水素材料を一層容易に取出すには、地下地層中の炭化水素材料の化学的、及び／又は物理的特性を変化させる必要があるかも知れない。化学的、及び／又は物理的変化としては、移動可能な流体を生成する現場反応、地層中の炭化水素の組成変化、溶解度変化、密度変化、相変化、及び／又は粘度変化が挙げられる。流体は、限定されるものではないが、ガス、液体、エマルジョン、スラリー、及び／又は液体流と同様な流れ特性を有する固体粒子の流れであってよい。

北米、南米、アフリカ及びアジアには、地層中の炭化水素が比較的透過できる地層（例えばタールサンド）に含まれる重質炭化水素（重油及び／又はタール）の大きな堆積が発見されている。タールは露天掘りして、重油、ナフサ、ケロシン及び／又はガス油のような軽質炭化水素に品質向上できる。表面混練（milling）法により、タールサンドから更にビチュメンを分離できる。分離したビチュメンは、従来の製油法を用いて軽質炭化水素に転化できる。採鉱用及び品質向上用（upgrading）タールサンドは、従来の油層から軽質炭化水素を製造するよりも、通常、実質的に高価である。

タールサンドからの炭化水素の現場製造は、地層を加熱する、及び／又は地層にガスを注入して行なえる。Ｏｓｔａｐｏｖｉｃｈ等の米国特許５，２１１，２３０及びＬｅａｕｔｅの同５，３３９，８９７には、油保持油層中に配置した水平製造坑井が記載されている。垂直導管を使用して、現場配合のため、油層中に酸化剤ガスを注入できる。
Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍの米国特許２，７８０，４５０には、ビチュメン地質の地層を現場で加熱して、液体タール状物質を油及びガスに転化又は分解することが記載されている。
Ｗａｒｅ等の米国特許４，５９７，４４１には油、熱、及び水素を油層中で同時に接触させることが記載されている。水素化は、油層からの油の回収を促進できる。

Ｇｌａｎｄｔの米国特許５，０４６，５５９及びＧｌａｎｄｔ等の同５，０６０，７２６には、注入坑井と製造坑井間のタールサンド地層の一部を予熱することが記載されている。注入坑井から地層中に水蒸気を注入して、製造坑井で炭化水素を製造できる。
米国特許５，２１１，２３０ 米国特許５，３３９，８９７ 米国特許２，７８０，４５０ 米国特許４，５９７，４４１ 米国特許５，０４６，５５９ 米国特許５，０６０，７２６

以上、概説したように、炭化水素含有地層から炭化水素、水素及び／又はその他の生成物を経済的に製造する方法、スステムを開発するには、かなりの努力を要していた。しかし、現在、炭化水素含有地層はなお沢山ある。したがって、各種炭化水素含有地層から炭化水素、水素及び／又はその他の生成物を製造する改良方法及びシステムがなお必要である。

概要
ここに記載した実施態様は一般に、地表下地層を処理する方法、システム及びヒーターに関する。また、ここに記載した実施態様は一般に、新規な構成成分を有するヒーターに関する。このようなヒーターは、ここに記載したシステム、方法を用いて得られる。
特定の実施態様では本発明は、１つ以上のシステム、方法、及び／又はヒーターを提供する。いくつかの実施態様では、これらのシステム、方法、及び／又はヒーターは、地表下地層を処理するために使用される。

特定の実施態様では、本発明はタールサンド地層の炭化水素層中に熱を供給するように配置された複数のヒーターであって、該ヒーターは、炭化水素層内に少なくとも部分的に水平な加熱部を少なくとも部分的に有し、該加熱部は、炭化水素層中に少なくとも部分的に或るパターンで配列し、前記供給熱は流動化流体用の複数の排出液通路を作り、該排出液通路の少なくとも２つは１点に収斂している該ヒーター；及び炭化水素層中の収斂排出液通路から流動化流体を収集、製造するために配置された製造坑井；を備えたタールサンド地層の処理システムを提供する。

幾つかの実施態様では本発明は、タールサンド地層中に配置された複数のヒーターから該地層の炭化水素層の少なくとも一部に熱を供給する工程、地層からの流動化流体の少なくとも若干量を排出液通路及び／又は収斂排出液通路沿いに製造坑井に流す工程、及び流動化流体の少なくとも若干量を製造坑井経由で製造する工程を含むタールサンド地層の処理方法を提供する。
別の実施態様では、特定の実施態様の特徴を他の実施態様の特徴と組合わせてよい。例えば、一実施態様の特徴を他の実施態様のいずれか１つの特徴と組合わせてよい。
別の実施態様では地表下地層の処理は、ここに記載した方法、システム又はヒーターのいずれかを用いて行なわれる。
別の実施態様では追加の特徴をここに記載した特定の実施態様に追加してよい。

図面の簡単な説明
本発明の利点は、以下の詳細な説明により、また添付図面を参照すれば、当業者に明らかとなり得る。
図１は、炭化水素含有地層の加熱段階を示す。
図２は、炭化水素含有地層を処理する現場熱処理システムの一部の実施態様の概略図である。
図３は、比較的薄い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。
図４は、図３に示す炭化水素層よりも厚い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。
図５は、図４に示す炭化水素層よりも厚い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。

図６は、頁岩割れ目のある炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。
図７は、ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層中の温度分布を示す。
図８は、ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層中の油飽和分布を示す。
図９は、ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１０９５日後の地層中の油飽和分布を示す。
図１０は、ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１４７０日後の地層中の油飽和分布を示す。

図１１は、ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層中の油飽和分布を示す。
図１２は、ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層中の温度分布を示す。
図１３は、油製造速度対時間及びガス製造速度対時間を示す。
本発明は各種の変形及び代替形態に影響を受け易いが、それらの特定の実施態様を図面で例示し、ここで詳細に説明できる。図面は、物差しで測定できない。しかし、図面及び図面についての詳細な説明は、本発明の限定を意図するものではなく、却って本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の精神及び範囲に含まれる全ての変形、均等物及び代替物を包含するものであると理解すべきである。

詳細な説明
以下の説明は、一般に地層中の炭化水素を処理するシステム及び方法に関する。このような地層は、炭化水素生成物、水素、その他の生成物を生成させるために処理できる。
“炭化水素”は、主として炭素及び水素で形成された分子として定義される。炭化水素は、限定されるものではないが、ハロゲン、金属元素、窒素、酸素及び／又は硫黄のような他の元素を含有してもよい。炭化水素は、限定されるものではないが、ケロジェン、ビチュメン、ピロ（pyro）ビチュメン、油、天然鉱物蝋及びアスファルト鉱であってよい。炭化水素は、地球の鉱物基盤中又はその近くに定着している可能性がある。基盤としては、限定されるものではないが、堆積岩、砂、シリシライト（silicilyte）、炭酸塩、珪藻土、その他の多孔質媒体が挙げられる。“炭化水素流体”は、炭化水素を含有する流体である。炭化水素流体は、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、水及びアンモニアのような非炭化水素流体を含有又は連行してもよいし、非炭化水素流体に連行されていてもよい。

“地層”は、１種以上の炭化水素含有層（炭化水素を含有する１種以上の層）、１種以上の非炭化水素層、上層土（overburden）、及び／又は下層土（underburden）を含有する。“上層土”及び／又は“下層土”は、１種以上の異なる不透過性材料を含有する。例えば“上層土”及び／又は“下層土”としては、岩、頁岩、泥岩、又は湿潤／緻密炭酸塩が挙げられる。現場熱処理法の幾つかの実施態様では、上層土及び／又は下層土は、比較的不透過性で、上層土及び／又は下層土の炭化水素含有層に大きな特性変化をもたらす現場熱処理プロセス中の温度に屈服しない１種以上の炭化水素含有層を含有してよい。例えば上層土は頁岩又は泥岩を含有し得るが、下層土は、現場熱処理プロセス中の熱分解温度に加熱されない。幾つかの例では、上層土及び／又は下層土は、若干透過性である。

“地層流体”とは、地層中に存在する流体のことで、熱分解流体、合成ガス、流動化（mobilized）流体、粘度低減化（visbroken）流体及び水（水蒸気）が挙げられる。地層流体は炭化水素流体であっても非炭化水素流体であってもよい。流動化流体とは、地層を熱処理した結果、流動可能となった炭化水素含有地層中の流体のことである。“粘度低減化流体”とは、地層を熱処理した結果、粘度が低下した流体のことである。

“製造又は生成した流体”とは、地層から取出した流体のことである。
“熱源”は、実質的に導電性及び／又は放射性熱伝達により地層の少なくとも一部に熱を与えるシステムである。熱源としては、例えば絶縁した導電体、長い部材（elongated member）、及び／又は導管中に配置した導電体のような電気ヒーターが挙げられる。熱源としては、地層中又は地層外部の燃料を燃焼させて、熱を発生するシステムであってもよい。このようなシステムは、表面バーナー、下降孔（downhole）ガスバーナー、無炎分配燃焼器、及び自然分配燃焼器であってもよい。幾つかの実施態様では、１種以上の熱源で供給され、又は発生した熱は、他のエネルギー源で供給できる。他のエネルギー源は、地層を直接加熱できるか、或いはこのエネルギーは、地層を直接又は間接的に加熱する伝達媒体に供給してよい。地層を加熱する熱源は、異なるエネルギー源を使用できると理解すべきである。したがって、例えば所定の地層に、幾つかの熱源は電気抵抗ヒーターから供給できるし、幾つかの熱源は燃焼熱を供給できるし、また幾つかの熱源は１種以上の他のエネルギー源（例えば化学反応、太陽エネルギー、風エネルギー、バイオマス、又はその他の更新可能なエネルギー）から熱を供給できる。化学反応としては、発熱反応（例えば酸化反応）がある。熱源は、ヒーター坑井のような加熱場所に近い、及び／又は加熱場所を囲む帯域に熱を供給するヒーターであってもよい。

“ヒーター”は、坑井又は近くの坑井孔領域に熱を発生するシステム又は熱源である。ヒーターは、限定されるものではないが、電気ヒーター、バーナー、地層中又は地層から生成した材料と反応する燃焼器、及び／又はそれらの組合わせであってよい。
“現場熱処理法”とは、炭化水素含有地層中に流動化流体、粘度低減化流体、及び／又は熱分解流体が生成するように、地層の少なくとも一部を、流動化流体、炭化水素含有材料の粘度低減化（visbreaking）、及び／又は熱分解が生じる温度より高い温度に上がるまで、炭化水素含有地層を熱源で加熱する方法のことである。
“温度制限ヒーター”とは、一般に温度調節器、出力レギュレーター、整流器、又はその他の装置のような外部制御を用いずに、熱出力を調整する（例えば熱出力を低下させる）ヒーターのことである。温度制限ヒーターは、ＡＣ（交流）又はＤＣ（直流）で出力される電気抵抗ヒーターであってよい。

用語“坑井孔”とは、地層中に導管を穿孔又は挿入して作った地層中の孔のことである。坑井孔は、ほぼ円形の断面又は他の断面形状を有する。ここで、地層の開口に関して使用した用語“坑井”及び“開口”は、用語“坑井孔”と交換可能に使用できる。
“ｕ形坑井孔”とは、地層の第一開口から伸びて、地層の少なくとも一部を経由し、地層の第二開口経由で出る坑井孔のことである。これに関連して坑井孔は、単に大凡“ｖ”又は“ｕ”の形状であって、“ｕ”の脚が 、“ｕ”形とみなされる坑井孔の“ｕ”底部に対し互いに平行か、或いは垂直である必要はないと理解する。

“粘度低減化”とは、熱処理中の流体に分子の絡み合いを解いて、及び／又は熱処理中、大きい分子から小さい分子に破壊して、流体の粘度を低下させることである。
“熱分解”は、加熱により化学結合を破壊することである。熱分解は、例えば１つの化合物を熱単独で１種以上の他の化合物に変成することである。熱は、地層の或る部分に伝達させて、熱分解を起こすことができる。

“熱分解流体”又は“熱分解生成物”とは、ほぼ炭化水素の熱分解中に製造又は生成した流体のことである。熱分解反応で生成した流体は、地層中の他の流体と混合してよい。この混合物は、熱分解流体又は熱分解生成物とみなされる。ここで使用した“熱分解帯域”とは、反応するか、又は反応して熱分解流体を生成する或る容積の地層（例えばタールサンド地層のような比較的透過性のある地層）のことである。
“分解”とは、有機化合物の分解及び再結合により初期に存在していた分子の数よりも多い分子を生成する方法のことである。分解では、分子間の水素原子の移動を伴う一連の反応が起こる。例えばナフサは、熱分解反応を受けてエチレン及びＨ_２を形成できる。

“熱の重なり”とは、２つ以上の熱源間の少なくとも１箇所の地層の温度が、これらの熱源により影響を受けるように、地層の選択された部分に２つ以上の熱源から熱を供給することである。
“流体圧力”は、地層中の流体により発生した圧力である。“岩石（litho）静圧”（時には“岩石応力”という）は、上に乗った（overlying）岩石塊の単位面積当たりの重量に等しい地層内の圧力である。“静水圧”は、水の柱（column）により示される地層内の圧力である。
“ＡＰＩ比重”とは、１５．５℃（６０°F）でのＡＰＩ比重のことである。ＡＰＩ比重はＡＳＴＭ法Ｄ６８２２により測定される。
層の“厚さ”とは、層の断面の厚さのことで、断面は、普通、層の面に対してである。

“重質炭化水素”は粘稠な炭化水素流体である。重質炭化水素としては、重油、タール、及び／又はアスファルトのような高粘稠な炭化水素が挙げられる。重質炭化水素は、炭素及び水素、並びに低濃度の硫黄、酸素及び窒素を含有してよい。重質炭化水素には別の元素が痕跡量含まれてもよい。重質炭化水素は、ＡＰＩ比重により分類でき、一般に約２０°未満のＡＰＩ比重を有する。重油のＡＰＩ比重は、例えば一般に約１０〜２０°であるのに対し、タールのＡＰＩ比重は約１０°未満である。重質炭化水素の粘度は一般に１５℃で１００ｃＰを超える。重質炭化水素は、芳香族又はその他の複合環炭化水素を含有してよい。

重質炭化水素は、比較的透過性の地層で発見できる。比較的透過性の地層は、例えば砂又は炭酸塩中に連行された重質炭化水素を含有してよい。“比較的透過性”は、地層又はその部分について、平均１０ミリダルシー（millidarcy）以上（例えば１０又は１００ミリダルシー）と定義する。“比較的低い透過度”は、地層又はその部分について、平均１０ミリダルシー未満と定義する。１ダルシーは約０．９９μｍ^２に等しい。不透過層の透過度は、一般に約０．１ミリダルシー未満である。

“タール”は、１５℃での粘度が約１０，０００ｃＰを超える粘稠な炭化水素である。タールの比重は、一般に１．０００を超える。タールのＡＰＩ比重は、１０°未満であってよい。
“タールサンド地層”は、炭化水素が大部分、重質炭化水素の形態で存在する地層である、及び／又は鉱物粒組織（framework）又はその他の宿主岩石（host lithology）（例えば砂又は炭酸塩）中に連行されたタールである。タールサンド地層の例としては、カナダ、ＡｌｂｅｒｔａのＡｔｈａｂａｓｃａ地層、Ｇｒｏｓｍｏｎｔ地層及びＰｅａｃｅ Ｒｉｖｅｒ地層；及びベネゼラのＯｒｉｍｏｃｏ地帯にあるＦａｊａ地層がある。

或る場合には比較的透過性の地層の一部又は全部は、大部分、重質炭化水素及び／又は担持されていない鉱物粒組織及び単に浮遊する鉱物物質（例えばアスファルトケーキ）であってよい。
重質炭化水素を含む特定種類の地層としては、限定されるものではないが、天然鉱物蝋又は天然アスファルト鉱が挙げられる。“天然鉱物蝋”は、通常、幅数メートル、長さ数キロ、深さ数百メートルの可能性があるほぼ管状鉱脈に産出する。“天然アスファルト鉱”は、芳香族組成の固体炭化水素を含有し、通常、大きな鉱脈に産出する。天然鉱物蝋及び天然アスファルト鉱のような地層から炭化水素の現場回収法には、溶融による炭化水素の形成及び／又は地層からの炭化水素の溶液採鉱がある。

“品質向上”とは、炭化水素の品質を向上させることである。例えば重質炭化水素を品質向上すると、重質炭化水素のＡＰＩ比重が増大する。

地層中の炭化水素は、多数の異なる生成物を製造する各種の方法で処理できる。特定の実施態様では、地層中の炭化水素は段階的に処理される。図１は、炭化水素含有地層の段階的加熱を示す。また図１は、地層からの地層流体（y軸）１トン当たり油当量の収率（バレル）（“Ｙ”）対加熱地層の温度（℃）（“Ｔ”）の一例を示す。

段階１の加熱中にメタンの脱着及び水の蒸発が起こる。段階１中の地層の加熱は、できるだけ迅速に行なってよい。例えば炭化水素含有地層を最初に加熱すると、地層中の炭化水素は吸着メタンを脱着する。地層から脱着メタンが製造できる。炭化水素含有地層を更に加熱すると、炭化水素含有地層中の水は蒸発する。幾つかの炭化水素含有地層では水の含有量は地層の孔容積の１０〜５０％を占める可能性がある。他の地層では水は、孔容積の更に大きな部分又は更に小さい部分を占める。水は、通常、地層温度１６０〜２８５℃、絶対圧６００〜７０００ｋＰａで蒸発する。幾つかの実施態様では、生成水は地層の湿潤性を変化させ、及び／又は地層圧を増大させる。このような湿潤性変化、及び／又は圧力増大は、地層中の熱分解反応又はその他の反応に影響を与える可能性がある。特定の実施態様では、地層から蒸発水が生成する。他の実施態様では蒸発水は、地層中又は地層外で水蒸気抽出及び／又は蒸留に使用される。地層から水を除去して地層の孔容積を増大させると、孔容積内の炭化水素の貯蔵空間を増大させる。

特定の実施態様では段階１の加熱後、地層中の温度が（少なくとも一部）初期熱分解温度（例えば段階２として示す温度範囲の下端の温度）に達するように、地層は更に加熱される。地層中の炭化水素は段階２中に熱分解できる。熱分解温度としては、２５０〜９００℃の温度が挙げられる。所望の生成物を製造するための熱分解温度範囲は、全体の熱温度範囲の一部だけから広げてよい。幾つかの実施態様では、所望の生成物を製造するための熱分解温度範囲としては、２５０〜４００℃又は２７０〜３５０℃の温度が挙げられる。地層中の炭化水素の温度を２５０〜４００℃の範囲で徐々に上昇させた場合、４００℃の温度に近づくと、熱分解生成物の製造はほぼ完全に終了できる。炭化水素の平均温度は、所望生成物を製造するための熱分解温度範囲内で、１日当たり５℃未満、２℃未満、１℃未満、又は０．５℃未満の速度で上昇できる。炭化水素含有地層を複数の熱源で加熱すると、熱分解温度範囲内で地層中の炭化水素の温度を徐々に上昇させる熱源周囲の熱勾配を確立できる。

所望生成物用の熱分解温度範囲内での温度上昇の速度は、炭化水素含有地層から生成する地層流体の品質及び量に影響を与えるかも知れない。所望生成物用の熱分解温度範囲内で温度を徐々に上昇させると、地層中の大きな鎖状分子の流動化を阻止できる。所望生成物用の熱分解温度範囲内で温度を徐々に上昇させると、所望としない生成物を製造する流動化炭化水素間の反応を制限できる。所望生成物用の熱分解温度範囲内で地層の温度を徐々に上昇させると、地層から高品質で高ＡＰＩ比重の炭化水素を製造することが可能である。所望生成物用の熱分解温度範囲内で地層の温度を徐々に上昇させると、炭化水素生成物として地層中に存在する炭化水素を多量に取出すことが可能である。

現場熱処理についての幾つかの実施態様では、地層の一部を、温度範囲内で徐々に昇温する代りに、所望温度に加熱する。幾つかの実施態様では所望温度は３００℃、３２５℃又は３５０℃である。所望温度として、その他の温度も選択できる。複数の熱源から熱を重ねると、地層中に比較的早く、かつ効率的に所望温度を確立することができる。熱源からの地層へのエネルギー入力は、地層の温度をほぼ所望温度に維持するように調節してよい。地層の加熱部分は、地層からの所望の地層流体の製造が不経済になるように熱分解が低下するまで、ほぼ所望温度に維持される。熱分解を受けた地層部分は、唯一の熱源からの熱伝達により熱分解の温度範囲となった領域を含んでよい。

特定の実施態様では熱分解流体を含む地層流体は、地層から製造される。地層の温度が上昇するのに従って、製造した地層流体中には凝縮性炭化水素の量は減少する可能性がある。高温では地層は、殆どメタン及び／又は水素を生成する。炭化水素含有地層を熱分解の全温度範囲内で加熱すれば、地層は、熱分解温度範囲の上限までは少量の水素しか生成しない可能性がある。全ての得られる水素が枯渇した後、地層からは、通常、極小量の地層流体が生じる。

炭化水素の熱分解後、地層にはなお大量の炭素及び若干量の水素が存在する可能性がある。地層に残存する炭素のかなりの部分は、合成ガスの形態で地層から製造できる。合成ガスの発生は、図１に示す段階３の加熱中に起こる可能性がある。段階３は、炭化水素含有地層を、合成ガスを発生するのに充分な温度に加熱する工程であってよい。例えば合成ガスは、約４００〜約１２００℃、約５００〜約１１００℃、約５５０〜約１０００℃の温度範囲で製造できる。合成ガス発生用流体を地層に導入する際の地層の加熱部分の温度は、地層に生成する合成ガスの組成を決定する。発生した合成ガスは、製造坑井経由で地層から取出すことができる。

地層から製造された流体の合計エネルギー含有量は、熱分解及び合成ガスの発生中、比較的一定に留まる可能性がある。比較的低い地層温度での熱分解中、製造された流体のかなりの部分は、エネルギー含有量の多い凝縮性炭化水素であってよい。しかし、高い熱分解温度では地層流体は、余り凝縮性炭化水素を含有しないかも知れない。地層からは多くの非凝縮性炭化水素が製造できる。製造された流体の単位容積当たりのエネルギー含有量は、大部分、非凝縮性炭化水素地層流体の生成中は僅かに低下する可能性がある。合成ガスの発生中は、製造された合成ガスの単位容積当たりのエネルギー含有量は、熱分解流体のエネルギー含有量に比べて、著しく減少する。しかし、合成ガスの製造量（容量）は、多くの例では実質的に増大し、これにより、エネルギー含有量の減少を補償する。

図２は、炭化水素含有地層を処理するための現場熱処理システムの一部の実施態様の概略図である。現場熱処理システムは、障壁坑井２００を有する。障壁坑井は、処理領域の周囲に障壁を形成するために使用される。この障壁は流体流が処理領域内及び／又は処理領域外に入るのを阻止する。障壁坑井としては、限定されるものではないが、水除去性坑井、真空坑井、捕獲坑井、注入坑井、グラウト坑井、凍結坑井、又はそれらの組合わせが挙げられる。幾つかの実施態様では、障壁坑井２００は水除去性坑井である。水除去性坑井は、液体水を除去できる、及び／又は液体水の加熱すべき地層又は地層部分に入るのを阻止できる、図２に示す実施態様では、障壁坑井２００は、熱源２０２の片側沿いにだけ延びているが、通常、障壁坑井は、地層の処理領域を加熱するために、使用されるか又は使用すべき熱源２０２を全て囲っている。

熱源２０２は地層の少なくとも一部に配置される。熱源２０２としては、絶縁導電体、導管中の導電体ヒーター、表面バーナー、無炎分配燃焼器、及び／又は自然分配燃焼器のようなヒーターが挙げられる。熱源２０２は、他種のヒーターであってもよい。熱源２０２は、地層中の炭化水素を加熱するため、地層の少なくとも一部に熱を与える。供給ライン２０４経由で熱源２０２にエネルギーを供給してもよい。供給ライン２０４は、地層の加熱に使用する熱源の種類に依存して、構造的に異なっていてもよい。熱源用供給ライン２０４は、電気ヒーター用の電気を伝達できるか、燃焼器用の燃料を輸送できるか、或いは地層に循環させる熱交換流体を輸送できる。

製造坑井２０６は、地層から地層流体を取出すために使用される。幾つかの実施態様では、製造坑井２０６は熱源を備える。製造坑井中の熱源は、この製造坑井での又は製造坑井近くの地層の１つ以上の部分を加熱できる。現場熱処理法の幾つかの実施態様では、製造坑井から地層に供給される製造坑井１ｍ当たりの熱量は、地層を加熱する熱源から地層に供給される熱源１ｍ当たりの熱量よりも少ない。

幾つかの実施態様では製造坑井２０６中の熱源は、地層から地層流体を気相除去する。製造坑井において、又は製造坑井経由で加熱を行なうと、（１）製造流体が上層土近くの製造坑井で移動中、このような製造流体の凝縮及び／又は還流を防止できる、（２）地層への熱入力を増大できる、（３）熱源のない製造坑井と比べて、製造坑井での製造速度を向上できる、（４）製造坑井中で炭素数の大きい化合物（Ｃ_６以上）の凝集を防止できる、及び／又は（５）製造坑井での、又は製造坑井近くの地層の透過性を増大できる。

地層中の地下圧は、地層で発生した流体圧と同等でよい。地層の加熱部分の温度が上がると、加熱部分の圧力は、流体の発生及び水の蒸発が増大する結果、増大してよい。地層から流体を取出す際の制御速度により、地層中の圧力は制御できる。地層中の圧力は、製造坑井又はその付近、熱源又はその付近、或いはモニター坑井のような多数の異なる場所で測定できる。

幾つかの炭化水素含有地層では、地層からの炭化水素の製造は、地層中の少なくとも幾つかの炭化水素が熱分解するまで停止される。地層流体の比重が選択される場合、このような地層流体は、地層から製造できる。幾つかの実施態様では、選択された比重としては、少なくとも約２０°、３０°又は４０°のＡＰＩ比重が挙げられる。少なくとも幾つかの炭化水素が熱分解するまで製造を停止すると、重質炭化水素の軽質炭化水素への転化率を向上できる。初期に製造停止すると、地層からの重質炭化水素の製造量を最少化できる。重質炭化水素を相当量製造するには、高価な設備を必要とし、及び／又は製造設備の寿命を短縮する可能性がある。

熱分解温度に達して、地層からの製造が可能となった後、製造される地層流体の組成を変更し、及び／又は制御するため、地層流体中の非凝縮性流体に対する凝縮性流体の％割合を制御するため、及び／又は製造中の地層流体のＡＰＩ比重を制御するため、地層中の圧力は変化させてよい。例えば圧力を低下させると、更に多量の凝縮性流体成分が製造できる。凝縮性流体成分は高い％割合のオレフィンを含有する。

現場熱処理法の幾つかの実施態様では地層中の圧力は、２０°を超えるＡＰＩ比重を有する地層流体の製造を促進するのに充分高く維持してよい。地層中で増大圧を維持すると、現場熱処理中、地層の沈下を防止できる。蒸気相製造は、地層から製造された流体を輸送するのに使用される収集導管の大きさを低下できる。増大圧を維持すると、収集導管中の地層流体を処理設備に輸送するため、表面の地層流体を圧縮する必要性が少なくなるか、或いはなくなる。

地層の加熱部分で増大圧を維持すると、品質が向上した比較的分子量の低い炭化水素の量産が可能である。圧力は、製造された地層流体が選択された炭素数を超える化合物を最少量含むように維持できる。選択された炭素数は、２５以下、２０以下、１２以下、又は８以下であってよい。地層の蒸気中には、これより炭素数の多い幾つかの化合物が連行されてもよい。地層中で増大圧を維持すると、炭素数の大きい化合物及び／又は多環炭化水素化合物が蒸気中に連行されるのを防止できる。炭素数の大きい化合物及び／又は多環炭化水素化合物は、かなりの時間、地層の液相中に残存できる。かなりの時間とは、化合物を熱分解して炭素数の少ない化合物を形成するのに充分な時間であってよい。

製造坑井２０６から製造された地層流体は、収集配管２０８経由で処理設備２１０に輸送してよい。地層流体は熱源２０２からも製造できる。例えば熱源近くの地層中の圧力を制御する熱源２０２から製造できる。熱源２０２から製造された流体は、配管経由で収集配管２０８に輸送するか、或いは配管経由で直接、処理設備２１０に輸送してよい。処理設備２１０としては、分離ユニット、反応ユニット、品質高向上ユニット、燃料電池、タービン、貯蔵容器、及び／又はその他、製造された地層流体を処理するためのシステム又はユニットが挙げられる。処理設備は、地層で製造された炭化水素の少なくとも一部から輸送用燃料を形成できる。幾つかの実施態様では、輸送用燃料は、ＪＰ?８のようなジェット燃料であってよい。

特定の実施態様では、温度限定ヒーターは重油用に利用される（例えば比較的透過性の地層又はタールサンド地層の処理）。温度限定ヒーターは、ヒーターの最高平均操作温度が３５０℃未満、３００℃未満、２５０℃未満、２２５℃未満、２００℃未満、又は１５０℃未満となるような比較的低いキューリー温度を供給できる。一実施態様（例えばタールサンド地層の場合）では、オレフィンの生成及びその他の分解生成物の生成を阻止するため、ヒーターの最高温度は約２５０℃未満である。幾つかの実施態様では軽質炭化水素生成物を製造するため、２５０℃を超えるヒーターの最高温度が使用される。例えばヒーターの最高温度は、５００℃以下であってよい。

ヒーターは、製造坑井口中及び製造坑井口近くの或る容積の地層中の流体の温度が流体の分解を起こす温度より低いように、製造坑井口に近い該容積を加熱してよい。熱源は、製造坑井口中又は製造坑井口近くに配置してよい。幾つかの実施態様では熱源は、温度限定ヒーターである。幾つかの実施態様では２つ以上の熱源で前記容積に熱を供給できる。熱源の熱は、製造坑井口中又は製造坑井口近くの原油の粘度を低下できる。幾つかの実施態様では熱源の熱は、製造坑井口中及び製造坑井口近くの流体を流動化し、及び／又は流体の製造坑井口への放射状の流れを促進する。幾つかの実施態様では原油の粘度低下は、製造坑井口からの重油（ＡＰＩ比重約１０°以下の油）又は中間比重の油（ＡＰＩ比重約１２〜２０°の油）のガスリフトを促進する。特定の実施態様では地層中の油の初期ＡＰＩ比重は１０°以下、２０°以下、２５°以下、又は３０°以下である。特定の実施態様では地層中の油の粘度は０．０５Ｐａ・ｓ（５０ｃｐ）以上である。幾つかの実施態様では地層中の油の粘度は０．１０Ｐａ・ｓ（１００ｃｐ）以上、０．１５Ｐａ・ｓ（１５０ｃｐ）以上、又は０．２０Ｐａ・ｓ（２００ｃｐ）以上である。０．０５Ｐａ・ｓを超える粘度を有する油のガスリフトを得るため、大量の天然ガスを利用する必要があるかも知れない。地層中の製造坑井口中又は製造坑井口近くの油の粘度を０．０５Ｐａ・ｓ（５０ｃｐ）、０．０３Ｐａ・ｓ（３０ｃｐ）、０．０２Ｐａ・ｓ（２０ｃｐ）、０．０１Ｐａ・ｓ（１０ｃｐ）、又はそれ以下（０．００１Ｐａ・ｓ（１ｃｐ）又はそれ以下）に低下させると、地層からリフトオイルに必要な天然ガスの量は減少する。幾つかの実施態様では粘度低下油は、ポンプ送りのような他の方法でも製造される。

地層からの油の製造速度は、製造坑井口中又は製造坑井口近くの温度を上昇させて製造坑井口中又は製造坑井口近くの地層中の油の粘度を低下させると、増大できる。特定の実施態様では地層からの油の製造速度は、製造中、地層の外部加熱なしで、標準の常温製造に対し２倍、３倍、４倍又はそれ以上から２０倍まで増大する。特定の地層では、近くの製造坑井領域の加熱により高めた油の製造速度を更に経済的に生長できるかも知れない。常温製造速度が約０．０５ｍ^３／〔坑井口の長さ１ｍ当たり日〕〜０．２０ｍ^３／〔坑井口の長さ１ｍ当たり日〕の地層では、近くの製造坑井領域を加熱して該領域での粘度を低下させることにより、製造速度を顕著に向上できる。幾つかの実施態様では長さ７７５ｍまで、１０００ｍまで、又は１５００ｍまでの製造坑井が使用される。例えば長さ４５０〜７７５ｍ、５５０〜８００ｍ、６５０〜９００ｍの製造坑井が使用される。こうして、幾つかの地層では製造量を著しく増大できる。近くの製造坑井領域の加熱は、常温製造速度が約０．０５ｍ^３／〔坑井口の長さ１ｍ当たり日〕〜０．２０ｍ^３／〔坑井口の長さ１ｍ当たり日〕の範囲内ではない地層に利用できるが、このような地層の加熱は、経済的に好ましいものとなり得ない。更に高い常温製造速度は、近くの製造坑井領域の加熱により顕著には増大できないし、更に低い常温製造速度は、経済的に有用な価値まで増大できない。

製造坑井口中又は製造坑井口近くの油の粘度を低下させるため、温度限定ヒーターを用いると、温度限定のないヒーターと関連する問題及び地層中の油をホットスポットにより加熱する問題はなくなる。一つの可能な問題は、温度限定のないヒーターは非常に高温になるため、このようなヒーターが地層中の油を過熱すると、油をコークス化できることである。製造坑井中の高温は、海水を沸騰させて、坑井中にスケールを形成させる可能性もある。高温に達する温度限定のないヒーターは、他の製造坑井口の構成部品（例えば砂の制御に使用されるスクリーン；ポンプ、又はバルブ）を損傷する可能性もある。ホットスポットは、ヒーターで膨張又は崩壊する地層部分で生じる可能性がある。幾つかの実施態様ではヒーター（温度限定ヒーターでも他の種類の温度限定のないヒーターでも）は、長いヒーター距離に亘って沈下のため、低部を有する。この低部は、坑井口の低部に集まる重油又はビチュメン中に鎮座している可能性がある。このような低部では、ヒーターは重油又はビチュメンのコークス化によりホットスポットを展開するかも知れない。標準の温度限定のないヒーターは、これらのホットスポットで過熱され、こうしてヒーターの長さ沿いに不均一な熱量を生成する可能性がある。温度限定ヒーターを用いれば、ホットスポットでの過熱又は低部を阻止でき、ヒーターの長さ沿いに一層均一な加熱を行なうことができる。

特定の実施態様では重質炭化水素を含有する比較的透過性の地層中で炭化水素の熱分解を受けないか又は殆ど受けずに、流体が製造される。特定の実施態様では重質炭化水素を含有する比較的透過性の地層ばタールサンド地層である。地層は、例えばカナダ、ＡｌｂｅｒｔａのＡｔｈａｂａｓｃａタールサンド地層のようなタールサンド地層、又はカナダ、ＡｌｂｅｒｔａのＧｒｏｓｍｏｎｔ炭酸塩地層のような炭酸塩地層であってよい。地層から製造された流体は、流動化流体である。流動化流体の製造は、タールサンド地層から熱分解生成物を製造する場合よりも更に経済的となる可能性がある。また流動化流体の製造は、タールサンド地層から製造される合計炭化水素量も増加できる。

図３〜６は、タールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。図３〜６において、ヒーター２１２は、炭化水素層２１４中にほぼ水平な加熱部を有する（図示のように、ヒーターは、当該頁に出入りする加熱部を有する）。図３は、比較的薄い炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。図４は、厚い炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である（図４に示す炭化水素層は図３に示す炭化水素層よりも厚い）。図５は、更に厚い炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である（図５に示す炭化水素層は図４に示す炭化水素層よりも厚い）。図６は、頁岩の裂け目を有する炭化水素層を含むタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。

図３ではヒーター２１２は、炭化水素層２１４中に交互三角形のパターンで配置されている。図４、５、６ではヒーター２１２は、炭化水素層の大部分又は殆ど全部を囲むため、炭化水素層２１４中に、垂直方向に繰り返す交互三角形のパターンで配置されている。図６では炭化水素層２１４中のヒーター２１２の交互三角形パターンは、頁岩の裂け目２１６を横切って連続的に繰り返されている。図３〜６ではヒーター２１２は、等間隔の距離をおいて配置してよい。図３〜６に示す実施態様では、ヒーター２１２の垂直行（段）の数は限定されないが、この数はヒーター間の所望間隔、炭化水素層２１４の厚さ、及び／又は頁岩裂け目２１６の数及び位置に依存する。幾つかの実施態様ではヒーター２１２は、他のパターンで配置される。例えばヒーター２１２は、限定されるものではないが、六角形パターン、四角形パターン、又は長方形パターンのようなパターンで配列できる。

図３〜６に示す実施態様ではヒーター２１２は、炭化水素層２１４中の炭化水素を流動化させる（炭化水素の粘度を低下させる）熱を供給する。特定の実施態様ではヒーター２１２は、炭化水素層２１４中の炭化水素の粘度を約０．５０Ｐａ・ｓ（５００ｃｐ）未満、約０．１０Ｐａ・ｓ（１００ｃｐ）未満、又は約０．０５Ｐａ・ｓ（５０ｃｐ）未満に低下する熱を供給する。ヒーター２１２間の間隔、及び／又はヒーターの熱出力は、炭化水素層２１４中の炭化水素の粘度を所望値に設計及び／又は制御できる。ヒーター２１２で供給された熱は、炭化水素層２１４中で熱分解が殆ど又は全く起きないように制御してよい。ヒーター間の熱の重なりによって、ヒーター間に１つ以上の排出液通路（例えば流体流用の通路）を作ることができる。特定の実施態様では製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは、これらヒーターの熱が製造坑井上で重なるように、ヒーター２１２の近くに配置される。製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂ上のヒーター２１２からの熱の重なりにより、これらヒーターから製造坑井まで１つ以上の排出液通路を作ることができる。特定の実施態様では排出液通路の１つ以上は１点（箇所）に収斂する。例えば複数の排出液通路は、最下部のヒーターの所で又はその近くで１点に収斂可能である。炭化水素層２１４中で流動化した流体は、比重、並びにヒーター及び／又は製造坑井により確立された熱・圧力勾配のため、炭化水素層中の最下部のヒーター２１２及び／又は製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂに向かって流れ易い。排出液通路及び／又は収斂した排出液通路によって、製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは炭化水素層２１４中の流動化流体を収集できる。

特定の実施態様では炭化水素層２１４は、流動化流体を製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂに排出させるのに充分な透過性を有する。例えば炭化水素層２１４は、約０．１ダルシー以上、約１ダルシー以上、約１０ダルシー以上、又は約１００ダルシー以上の透過度を有する。幾つかの実施態様では炭化水素層２１４は、比較的大きな垂直方向透過度対水平方向透過度比（Ｋ_ｖ／Ｋ_ｈ）を有する。例えば炭化水素層２１４は、約０．０１〜約２、約０．１〜約１、又は約０．３〜約０．７のＫ_ｖ／Ｋ_ｈ比を持つことができる。

特定の実施態様では流体は、炭化水素層２１４下部のヒーター２１２の近くに位置する製造坑井２０６Ａ経由で製造される。幾つかの実施態様では流体は、炭化水素層２１４下部のヒーター２１２間の下に、かつ中ほどに位置する製造坑井２０６Ｂ経由で製造される。製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂの少なくとも一部は、炭化水素層２１４中でほぼ水平に配向できる（図３〜６に示すように、これらの製造坑井は、当該頁に出入りする水平部を有する）。製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは、下部ヒーター２１２又は最下部ヒーターの近くに配置してよい。

幾つかの実施態様では製造坑井２０６Ａは、炭化水素層２１４中の最下部ヒーターの下にほぼ垂直に位置する。製造坑井２０６Ａは、ヒーターパターンの底（下）頂点（例えば図３〜６に示すヒーターの三角形パターンの底頂点）のヒーター２１２の下に配置してよい。製造坑井２０６Ａを最下部ヒーターの下にほぼ垂直に配置すると、炭化水素層２１４中の流動化流体を効率的に収集できる。

特定の実施態様では最下部ヒーターは、炭化水素層２１４の底から約２〜約１０ｍ、約４〜約８ｍ、又は約５〜約７ｍの所に配置される。特定の実施態様では製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは、ヒーターの熱を製造坑井に重ねる最下部ヒーターから或る距離おいて、但し、製造坑井でのコークス化を阻止するヒーターから或る距離おいて、配置される。製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは、最も近いヒーター（例えば最下部ヒーター）から、ヒーターパターン（例えば図３〜６に示すヒーターの三角形パターン）中のヒーター間の間隙に対し３／４以下の距離をおいて配置できる。幾つかの実施態様では製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは、最も近いヒーターから、ヒーターパターン中のヒーター間の間隙に対し２／３以下、１／２以下、又は１／３以下の距離をおいて配置できる。特定の実施態様では製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは、最下部のヒーターから約２〜約１０ｍ、約４〜約８ｍ、又は約５〜約７ｍおいて配置される。製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは、炭化水素層２１４の底から約１〜約５ｍ、又は約２〜約４ｍおいて配置できる。

幾つかの実施態様では、図６に示すように、少なくとも幾つかの製造坑井２０６Ａは、頁岩割れ目２１６近くのヒーター２１２の下にほぼ垂直方向に配置される。製造坑井２０６Ａは、頁岩割れ目上を流れ、収集する流体を製造するため、ヒーター２１２と頁岩割れ目２１６との間に配置できる。頁岩割れ目２１６は、炭化水素層２１４中で不透過性障壁であってよい。幾つかの実施態様では頁岩割れ目の厚さは、約１〜約６ｍ、約２〜約５ｍ、又は約３〜約４ｍである。図６に示すように、ヒーター２１２と頁岩割れ目２１６との間の製造坑井２０６Ａは、炭化水素層２１４（頁岩割れ目の上）の上部から流体を製造でき、また炭化水素層の最下部ヒーターの下の製造坑井２０６Ａは炭化水素層（頁岩割れ目の下）の下部から流体を製造できる。幾つかの実施態様では製造坑井は、頁岩割れ目上を流れ、収集する流体を製造するため、各頁岩割れ目に又はその近くに配置される。

幾つかの実施態様では頁岩割れ目２１６は、頁岩割れ目のいずれの側のヒーター２１２で加熱されると、頁岩割れ目は崩れる（乾涸びる）。頁岩割れ目２１６が崩れると、頁岩割れ目の透過度は増大し、頁岩割れ目中を流体が流れるようになる。いったん頁岩割れ目で流体の流れができると、流体は炭化水素層２１４の底の又はその近くの製造坑井に流れ、そこで流体が製造できるので、頁岩割れ目上の製造坑井は流体を製造する必要がなくなるかも知れない。
特定の実施態様では頁岩割れ目上の最下部の製造坑井は、頁岩割れ目から約２〜約１０ｍ、約４〜約８ｍ、又は約５〜約７ｍの所に配置される。製造坑井２０６Ａは、頁岩割れ目２１６上の最下部ヒーターから約２〜約１０ｍ、約４〜約８ｍ、又は約５〜約７ｍの所に配置できる。製造坑井２０６Ａは、頁岩割れ目２１６から約０．５〜約８ｍ、約１〜約５ｍ、又は約２〜約４ｍの所に配置できる。

幾つかの実施態様では、図３〜６に示すように、製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂに熱が供給される。製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂに熱を供給すると、製造坑井中の流体の流動度（mobility）を維持し、及び／又は高めることができる。製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂに供給された熱は、ヒーター２１２からの熱と重ねて、ヒーターから製造坑井までの流路を作ることができる。幾つかの実施態様では製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂは、流体を地層表面に取出すポンプを有する。幾つかの実施態様では製造坑井２０６Ａ及び／又は２０６Ｂ中の流体（油）の粘度は、ヒーター及び／又は希釈剤の注入により（例えば製造坑井中に希釈剤注入用導管を用いて）低下させる。

特定の実施態様では現場熱処理法の他、タールサンド地層を処理するため、駆動法（例えば循環水蒸気注入のような水蒸気注入法、溶剤注入法、又は二酸化炭素注入法）が使用される。幾つかの実施態様では地層中に駆動法用の高透過度帯域（又は注入帯域）を作るため、ヒーターが使用される。ヒーターは、駆動法の実施中、流体が地層中を流れるように、地層中に流動化形態（geometry）又は製造組織（network）を作るのに使用できる。例えばヒーターと製造坑井との間に駆動法用の排出液通路を作るため、ヒーターが使用できる。幾つかの実施態様では駆動法の実施中、熱を供給するのにヒーターが使用される。ヒーターで供給される熱量は、駆動法での熱入力（例えば水蒸気注入法での熱入力）に比べて少ないかも知れない。

幾つかの実施態様では駆動法（例えば水蒸気注入法）は、現場熱処理法を行なう前に流体を流動化するのに使用される。水蒸気注入は、地層中の岩石又はその他の地層から炭化水素を取去るのに使用できる。水蒸気注入は、岩石を加熱することなく、油を流動化できる。
幾つかの実施態様では駆動法は、地層から炭化水素を処理、製造するのに使用される。駆動法は、地層から適当な所（いつもの所）の油を少量回収できる（例えば、地層からの適当な所の油の回収率は２０％未満）。地層からの適当な所の油の回収率を向上するため、駆動法に続いて現場熱処理法が使用できる。幾つかの実施態様では現場熱処理法のため、駆動法は地層を予熱する。幾つかの実施態様では駆動法を用いて地層を処理した後、かなりの時間経って現場熱処理法を用いて地層を処理する（例えば駆動法を使用後、１年、２年、又は３年で現場熱処理法が使用される）。

実施例
タールサンド地層の加熱する非限定的実施例を以下に説明する。
図３に示すヒーター坑井パターンを用いてタールサンド地層の加熱をシミュレートするため、ＳＴＡＲＳシミュレーション（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ，Ｌｔｄ．，カルガリー，アルバータ，カナダ）を使用した。タールサンド地層中のヒーターの水平方向長さは６００ｍである。ヒーターの加熱速度は約７５０Ｗ／ｍである。図３に示す製造坑井２０６Ｂをこのシミュレーションの製造坑井で使用した。水平製造坑井内の底孔圧力を約６００ｋＰａに維持した。タールサンド地層の特性は、米国のタールサンドを基準とした。タールサンド地層シミュレーションへの入力特性は次の通りである。初期多孔率＝０．２８、初期油飽和率＝０．８、初期水飽和率＝０．２、初期フィー（fee）ガス飽和率＝０．０、初期垂直方向透過度＝２５０ミリダルシー、初期水平方向透過度＝５００ミリダルシー、初期Ｋ_ｖ／Ｋ_ｈ＝０．５、炭化水素層厚さ＝２８ｍ、炭化水素層深さ＝５８７ｍ、初期油層圧＝３７７１ｋＰａ、製造坑井と炭化水素層の下部境界との間の距離＝２．５ｍ、最上部ヒーターと上層土との距離＝９ｍ、ヒーター間間隙＝９．５ｍ、初期炭化水素層温度＝１８．６℃、初期温度での粘度＝５３Ｐａ・ｓ（５３０００ｃｐ）、タール中のガス対油比（ＧＯＲ）＝５０標準ｆｔ^３／標準バレル。ヒーターは、砂面での最高温度５３８℃で、ヒーター出力７５５Ｗ／ｍの一定ワット数のヒーターである。ヒーター坑井の直径は１５．２ｍである。

図７にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層の温度勾配を示す。最高ホットスポットはヒーター２１２の所又はその近くである。この温度勾配から、ヒーター間の地層部分は、地層の他の部分よりも暖かいことが判る。暖かい部分は、ヒーター間の流動性を一層高め、地層中の流体を製造坑井の下方に向かって排出する流体の流路を作る。

図８にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層の油飽和度勾配を示す。油飽和度は、１．００を飽和度１００％として、０．００〜１．００の段階で示す。油飽和度の段階は横棒（side bar）に示す。３６０日での油飽和度は、ヒーター８８０及び製造坑井２０６Ｂでは若干低い。図９にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１０９５日後の地層の油飽和度勾配を示す。油飽和度は１０９５日後、地層全体で低下し、特にヒーターの近く及びヒーター間の油飽和度は大きく低下した。図１０にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１４７０日後の地層の油飽和度勾配を示す。図１０の油飽和度勾配から、油は流動化し、地層の下部に向かって流れていることが判る。図１１にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層の油飽和度勾配を示す。油飽和度は地層の大部分で低く、製造坑井２０６Ｂの下方部分の地層の底部又はその近くでは若干高い油飽和度が残っている。この油飽和度勾配から、地層中の油の大部分は１８２６日後、地層から製造されたことが判る。

図１２にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層の温度勾配を示す。この温度勾配から、ヒーター２１２の所及び地層の極（角）部を除き、比較的均一な温度勾配を示すと共に、ヒーターと製造坑井２０６Ｂとの間に流路が作られたことが判る。

図１３に油製造速度２１８（バレル／日）（左軸）対時間（年）及びガス製造速度２２０（ｆｔ^３／日）（右軸）対時間（年）を示す。油製造速度及びガス製造速度の曲線から、油は製造の早い段階（０〜１．５年）で殆どガスの生成なく、製造できることが判る。この時間中に製造された油は、熱分解されていない最も好適な重質流動化油であった。約１．５年後、油製造量が急激に減少したのに従って、ガス製造量は急激に増大した。ガス製造量は、約２年で急速に減少した。次に油製造量は、約３．７５年ほどで最大製造量になるまで、徐々に増大した。次いで地層中の油が枯渇するのに従って、油製造量は徐々に減少した。

ＳＴＡＲＳシュミレーションからエネルギーアウト（製造された油及びガスのエネルギー含有量）対エネルギーイン（地層へのヒーター入力）は、約５年後に約１２対１と計算された。適当な所（いつもの所）での油の合計回収割合（％）は、約５年後、約６０％と計算された。こうして、図３に示すヒーター及び製造坑井の配置パターンの実施態様を用いて、タールサンド地層から油を製造すると、高い油回収率及び高いエネルギーアウト対エネルギーイン比が得られる。

以上の説明から本発明の各種面での更なる改変及び代替実施態様を使用できることは当業者には明らかである。したがって、以上の説明は単に例証と解釈すべきであり、当業者に本発明を実施する一般的な方法を教示する目的のためである。ここに示し説明した本発明の形態は、現在の好ましい実施態様として受取るものと理解すべきである。構成要素及び材料は、ここで例証し、説明したものに取替え可能であり、部品及び方法は取替え可能であり、また本発明の特定の特徴は、独立に利用可能である。これらは全て本発明についての以上の説明の利益を享受した後、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り、以上説明した構成要素に変化を行うことは可能である。更に、ここで説明した特徴は、特定の実施態様において組合わせ可能であると理解すべきである。

炭化水素含有地層の加熱段階を示す。 炭化水素含有地層を処理する現場熱処理システムの一部の実施態様の概略図である。 比較的薄い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。 図３に示す炭化水素層よりも厚い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。 図４に示す炭化水素層よりも厚い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。 頁岩割れ目のある炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。 ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層中の温度分布を示す。 ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層中の油飽和分布を示す。 ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１０９５日後の地層中の油飽和分布を示す。 ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１４７０日後の地層中の油飽和分布を示す。 ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層中の油飽和分布を示す。 ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層中の温度分布を示す。 油製造速度対時間及びガス製造速度対時間を示す。

符号の説明

２００ 障壁坑井
２０２ 熱源
２０４ 供給ライン
２０６ 製造坑井
２０６Ａ 製造坑井
２０６Ｂ 製造坑井
２０８ 収集配管
２１０ 処理設備
２１２ ヒーター
２１４ 炭化水素層
２１６ 頁岩割れ目
２１８ 油製造速度
２２０ ガス製造速度

Claims (24)

1. タールサンド地層の炭化水素層中に熱を供給するように配置された複数のヒーターであって、該ヒーターは、炭化水素層内に少なくとも部分的に水平な加熱部を少なくとも部分的に有し、該加熱部は、炭化水素層中に少なくとも部分的に或るパターンで配列し、前記供給熱は流動化流体用の複数の排出液通路を作り、該排出液通路の少なくとも２つは１点に収斂している該ヒーター；及び
   炭化水素層中の収斂排出液通路から流動化流体を収集、製造するために配置された製造坑井；
   を備えたタールサンド地層の処理システム。
2. ヒーターの熱が製造坑井上で少なくとも部分的に重なって、流動化流体の少なくとも若干量を製造坑井に流すための通路を作るように構成された請求項１に記載のシステム。
3. 地層中の流体の若干量が製造坑井に向かって排出されるように、製造坑井が配置される請求項１又は２に記載のシステム。
4. 製造坑井が、製造坑井及び製造坑井を囲む地層の少なくとも一部に熱を供給するヒーターを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 製造坑井が地層から少なくとも若干量の熱分解流体を製造するように構成された請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. システムが、製造坑井中に地層から流体を取出すポンプを更に備える請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
7. ヒーターが長尺のヒーターである請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記パターンは、パターン中の加熱部間が等間隔で離れた加熱部を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記パターンが、加熱部の三角形パターンである請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
10. システムが、地層に水蒸気を供給するように構成された水蒸気供給源を更に有する請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 加熱部のパターンが、炭化水素層の底部に向かって配向した頂点を有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 製造坑井が、炭化水素層の底部に向かって配向した前記頂点の近く又は下に配置される請求項１〜１１に記載のシステム。
13. 製造坑井は、ヒーターの少なくとも１つからの熱が製造坑井付近の炭化水素層の少なくとも一部を加熱するように配置される請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
14. 製造坑井が、前記パターン中のヒーター間間隔に対し２／３以下、１／２以下、又は１／３以下の距離、最も近いヒーターから離して配置される、及び／又は製造坑井が、最も近いヒーターから２〜１０ｍ、４〜８ｍ、又は５〜７ｍで配置される請求項１〜１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. タールサンド地層中に配置された複数のヒーターから該地層の炭化水素層の少なくとも一部に熱を供給する工程、
    地層からの流動化流体の少なくとも若干量を排出液通路及び／又は収斂排出液通路沿いに製造坑井に流す工程、及び
    流動化流体の少なくとも若干量を製造坑井経由で製造する工程、
    を含む請求項１〜１４のいずれか１項に記載のシステムを用いてタールサンド地層を処理する方法。
16. 製造坑井が、炭化水素層の底部に向かって配向した頂点の下に配置される請求項１５に記載の方法。
17. ヒーターの熱が製造坑井上で少なくとも部分的に重なって、流動化流体の少なくとも若干量を製造坑井に流すための通路を作るように、ヒーターから炭化水素層に熱を供給する工程を更に含む請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 炭化水素層中の流体を排出液通路及び／又は収斂排出液通路沿いに製造坑井に排出する工程を更に含む請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 製造坑井及び製造坑井を囲む地層の少なくとも一部に熱を供給するため、製造坑井中に熱を供給する工程を更に含む請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 地層からの熱分解流体の少なくとも若干量を製造する工程を更に含む請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 地層の表面に流体をポンプ送りする工程を更に含む請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 地層に水蒸気を供給する工程を更に含む請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のシステムを用いるか、或いは請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の方法を用いて、製造した炭化水素を含有する組成物。
24. 請求項２３に記載の組成物から製造した輸送用燃料。