JP2013524056A - Insulated conductor heater having a semiconductor layer - Google Patents

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レミー,エドワード・エベレツト・デ・セント
ジユリアーニ,バレリオ
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シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー
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    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/04Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones using electrical heaters

Abstract

地下の地層を加熱するために使用されるヒータが、電気導体と、電気導体を少なくとも部分的に囲む半導体層と、電気導体を少なくとも部分的に囲む絶縁層と、絶縁層を少なくとも部分的に囲む導電鞘とを備える。ヒータを、地下の地層の穴に配置することができる。  A heater used to heat an underground formation includes an electrical conductor, a semiconductor layer that at least partially surrounds the electrical conductor, an insulating layer that at least partially surrounds the electrical conductor, and at least partially surrounds the insulating layer. A conductive sheath. A heater can be placed in a hole in the underground formation.

Description

本発明は、地下の地層の加熱に使用されるシステムおよび方法に関する。より詳しくは、本発明は、地下の炭化水素含有層を加熱するためのシステムおよび方法に関する。   The present invention relates to systems and methods used for heating underground formations. More particularly, the present invention relates to a system and method for heating an underground hydrocarbon-containing layer.

地下の地層から得られる炭化水素は、エネルギ源、原料、および消費財として頻繁に使用されている。利用可能な炭化水素資源の枯渇の懸念および生産される炭化水素の全体としての品質の低下の懸念が、利用可能な炭化水素資源のより効率的な回収、処理、および/または使用のためのプロセスの開発につながっている。これまではアクセスが不可能であり、さらには/あるいは利用可能な方法を用いての抽出には高価につきすぎていた地下の地層から炭化水素物質を取り出すために、現場(in situ)プロセスを使用することができる。炭化水素物質を地下の地層からより容易に取り出すことができ、かつ/または炭化水素物質の価値を高めることができるよう、地下の地層内の炭化水素物質の化学的および/または物理的特性を変化させる必要があるかもしれない。化学的および物理的な変化は、取り出すことができる流体を生じさせ、さらには/あるいは地層内の炭化水素物質の組成の変化、可溶性の変化、密度の変化、相の変化、および/または粘性の変化を生じさせる現場での反応を含むことができる。   Hydrocarbons obtained from underground formations are frequently used as energy sources, raw materials, and consumer goods. Processes for more efficient recovery, treatment, and / or use of available hydrocarbon resources due to concerns over depletion of available hydrocarbon resources and concerns over the overall quality of the produced hydrocarbons Has led to the development of. Use in situ processes to remove hydrocarbon material from underground formations that were previously inaccessible and / or too expensive to extract using available methods can do. Change the chemical and / or physical properties of the hydrocarbon material in the underground formation so that it can be more easily removed from the underground formation and / or the value of the hydrocarbon material can be increased You may need to let Chemical and physical changes result in fluids that can be removed and / or changed in composition, solubility change, density change, phase change, and / or viscosity of the hydrocarbon material in the formation. In-situ reactions that cause change can be included.

現場プロセスにおいて地層を加熱するために、ヒータを掘削孔に配置することができる。地層の加熱に使用することができる多数の異なる種類のヒータが存在する。下向き掘削孔ヒータを利用する現場プロセスの例が、Ljungstromの米国特許第2,634,961号明細書、Ljungstromの米国特許第2,732,195号明細書、Ljungstromの米国特許第2,780,450号明細書、Ljungstromの米国特許第2,789,805号明細書、Ljungstromの米国特許第2,923,535号明細書、Van Meursらの米国特許第4,886,118号明細書、およびWellingtonらの米国特許第6,688,387号明細書に示されている。   A heater can be placed in the borehole to heat the formation in the field process. There are many different types of heaters that can be used to heat the formation. Examples of in-situ processes utilizing downhole heaters are described in Ljungstrom US Pat. No. 2,634,961, Ljungstrom US Pat. No. 2,732,195, Ljungstrom US Pat. No. 2,780, 450, Ljungstrom US Pat. No. 2,789,805, Ljungstrom US Pat. No. 2,923,535, Van Meurs et al. US Pat. No. 4,886,118, and This is shown in US Pat. No. 6,688,387 to Wellington et al.

米国特許第2,634,961号明細書US Pat. No. 2,634,961 米国特許第2,732,195号明細書US Pat. No. 2,732,195 米国特許第2,780,450号明細書US Pat. No. 2,780,450 米国特許第2,789,805号明細書US Pat. No. 2,789,805 米国特許第2,923,535号明細書US Pat. No. 2,923,535 米国特許第4,886,118号明細書US Pat. No. 4,886,118 米国特許第6,688,387号明細書US Pat. No. 6,688,387

いくつかの用途における炭化水素含有地層の加熱など、地下の用途に使用するための無機絶縁(MI)ケーブル(絶縁導体)は、MIケーブルの業界における典型と比べ、より長さが長く、より大きな外径を有する可能性があり、より高い電圧および温度で作動する可能性がある。長さの長い絶縁導体の製造および/または組み立てにおいては、多数の潜在的な問題が存在する。   Inorganic insulated (MI) cables (insulated conductors) for use in underground applications, such as heating hydrocarbon-bearing formations in some applications, are longer and larger than typical in the MI cable industry It may have an outer diameter and may operate at higher voltages and temperatures. There are a number of potential problems in the manufacture and / or assembly of long insulated conductors.

例えば、絶縁導体に使用される電気絶縁体の経時劣化に起因する電気的および/または機械的な問題の可能性が存在する。また、絶縁導体ヒータの組み立ての際に電気絶縁体が乗り越えなければならない潜在的な問題も存在する。コアの膨らみまたは他の機械的な欠陥などの問題が、絶縁導体ヒータの組み立ての際に生じる可能性がある。そのようなことが生じると、ヒータの使用の際に電気的な問題につながる可能性があり、ヒータが意図される目的のために作動することができなくなる可能性がある。   For example, there is the potential for electrical and / or mechanical problems due to aging of electrical insulators used for insulated conductors. There is also a potential problem that the electrical insulator must overcome when assembling the insulated conductor heater. Problems such as core bulge or other mechanical defects can occur during assembly of the insulated conductor heater. Such a situation can lead to electrical problems in the use of the heater, and the heater can become inoperable for the intended purpose.

さらに、絶縁導体の組み立ておよび/または地下への設置の際の絶縁導体への応力が大きくなることによる問題も存在しうる。例えば、絶縁導体の輸送および設置に使用されるスプールへの絶縁導体の巻き取り、およびそのようなスプールからの絶縁導体の繰り出しが、電気絶縁体および/または絶縁導体の他の構成要素への機械的な応力につながる可能性がある。したがって、絶縁導体の製造、組み立て、および/または設置の際の潜在的な問題を軽減または排除するためのより信頼できるシステムおよび方法が必要とされている。   In addition, there may be problems due to increased stress on the insulated conductor during assembly of the insulated conductor and / or installation in the basement. For example, winding an insulated conductor onto a spool used for transporting and installing the insulated conductor, and feeding the insulated conductor from such a spool is a machine for electrical insulation and / or other components of the insulated conductor Can lead to stress. Therefore, there is a need for a more reliable system and method for reducing or eliminating potential problems during the manufacture, assembly, and / or installation of insulated conductors.

本明細書において説明される実施の形態は、広くには、地下の地層を処理するためのシステム、方法、およびヒータに関する。また、本明細書において説明される実施の形態は、広くには、新規な構成要素を有するヒータに関する。そのようなヒータを、本明細書に記載のシステムおよび方法を使用することによって得ることができる。   Embodiments described herein generally relate to systems, methods, and heaters for processing underground formations. Also, the embodiments described herein generally relate to heaters having novel components. Such a heater can be obtained by using the systems and methods described herein.

特定の実施の形態において、本発明は、1つ以上のシステム、方法、および/またはヒータを提供する。いくつかの実施の形態においては、システム、方法、および/またはヒータが、地下の地層を処理するために使用される。   In certain embodiments, the present invention provides one or more systems, methods, and / or heaters. In some embodiments, systems, methods, and / or heaters are used to process underground formations.

特定の実施の形態においては、地下の地層を加熱するように構成されたヒータが、電気導体と、電気導体を少なくとも部分的に囲む半導体層と、電気導体を少なくとも部分的に囲む絶縁層と、絶縁層を少なくとも部分的に囲む導電鞘とを備える。   In certain embodiments, a heater configured to heat an underground formation includes an electrical conductor, a semiconductor layer that at least partially surrounds the electrical conductor, and an insulating layer that at least partially surrounds the electrical conductor; A conductive sheath at least partially surrounding the insulating layer.

特定の実施の形態においては、地下の地層を加熱するための方法が、地層の表面から地層の表土部分を通って地層の炭化水素含有層へと延びている炭化水素含有層の穴に少なくとも部分的に配置され、電気導体と、電気導体を少なくとも部分的に囲む半導体層と、電気導体を少なくとも部分的に囲む絶縁層と、絶縁層を少なくとも部分的に囲む導電鞘とを備えているヒータから、地層の炭化水素含有層の少なくとも一部分へと熱をもたらすステップと、地層への熱の伝達によって地層内の少なくとも一部の炭化水素を流動化させるステップと、流動化させた炭化水素の少なくとも一部を地層から生産するステップとを含む。   In certain embodiments, a method for heating an underground formation is at least partially in a hole in a hydrocarbon-containing layer extending from the surface of the formation through a topsoil portion of the formation to the hydrocarbon-containing layer of the formation. And a heater comprising an electrical conductor, a semiconductor layer at least partially surrounding the electrical conductor, an insulating layer at least partially surrounding the electrical conductor, and a conductive sheath at least partially surrounding the insulating layer Providing heat to at least a portion of the formation's hydrocarbon-containing layer; fluidizing at least a portion of the hydrocarbon in the formation by transfer of heat to the formation; and at least one of the fluidized hydrocarbons. Producing a part from the formation.

さらなる実施の形態においては、個々の実施の形態からの特徴を、他の実施の形態からの特徴と組み合わせることができる。例えば、ある実施の形態からの特徴を、他のいずれかの実施の形態からの特徴と組み合わせることができる。   In further embodiments, features from individual embodiments can be combined with features from other embodiments. For example, features from one embodiment can be combined with features from any other embodiment.

さらなる実施の形態においては、地下の地層の処理が、本明細書に記載の方法、システム、電源、またはヒータのいずれかを使用して実行される。   In further embodiments, processing of underground formations is performed using any of the methods, systems, power supplies, or heaters described herein.

さらなる実施の形態においては、追加の特徴を、本明細書に記載の個々の実施の形態に追加することができる。   In further embodiments, additional features can be added to the individual embodiments described herein.

本発明の方法および装置の特徴および利点が、本発明による実施の形態(現時点における好ましい実施の形態であるが、あくまでも例示である)の以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて参照することによって、さらに充分に理解されるであろう。   The features and advantages of the method and apparatus of the present invention will be described with reference to the following detailed description of an embodiment according to the present invention (currently preferred embodiment, but only exemplary) in conjunction with the accompanying drawings. Will be more fully understood.

炭化水素含有層を処理するための現場熱処理システムの一部分の実施の形態の概略図を示している。FIG. 2 shows a schematic diagram of an embodiment of a portion of an in situ heat treatment system for treating a hydrocarbon-containing layer. 絶縁導体熱源の実施の形態を示している。1 illustrates an embodiment of an insulated conductor heat source. 絶縁導体熱源の実施の形態を示している。1 illustrates an embodiment of an insulated conductor heat source. 絶縁導体熱源の実施の形態を示している。1 illustrates an embodiment of an insulated conductor heat source. 絶縁導体ヒータにおいて使用される温度制限ヒータ要素の実施の形態の断面図を示している。FIG. 3 shows a cross-sectional view of an embodiment of a temperature limited heater element used in an insulated conductor heater. 絶縁導体ヒータにおいて使用される温度制限ヒータ要素の実施の形態の断面図を示している。FIG. 3 shows a cross-sectional view of an embodiment of a temperature limited heater element used in an insulated conductor heater. コアに隣接してコアを囲んでいる半導体層を備える絶縁導体の一実施の形態を示している。1 illustrates one embodiment of an insulated conductor comprising a semiconductor layer adjacent to and surrounding a core. 電気絶縁体の内部に位置してコアを囲んでいる半導体層を備える絶縁導体の一実施の形態を示している。1 illustrates one embodiment of an insulated conductor comprising a semiconductor layer positioned within an electrical insulator and surrounding a core. 電界の垂直成分をヒータの長さに沿った位置の関数として示している。The vertical component of the electric field is shown as a function of position along the length of the heater. 電界強度をコアからの距離に対して示している。The electric field strength is shown with respect to the distance from the core. 電気絶縁体と半導体層との誘電率の比に対し、遮蔽なし(半導体層なし)の場合の最大電界強度に対する割合および正規化した半導体層の厚さを示している。The ratio of the dielectric constant between the electrical insulator and the semiconductor layer with respect to the maximum electric field strength when there is no shielding (no semiconductor layer) and the normalized thickness of the semiconductor layer are shown. いくつかの誘電率の比について、電界強度をコアからの距離(正規化してある)に対して示している。For some dielectric constant ratios, the electric field strength is shown relative to the distance from the core (normalized).

本発明について、さまざまな変更および代案の形態が可能であるが、本発明の特定の実施の形態が、あくまでも例として図面に示され、本明細書において詳しく説明される。図面は必ずしも比例尺ではない。図面および詳細な説明が、本発明を開示される特定の形態に限定しようとするものではなく、むしろ反対に、添付の特許請求の範囲によって定められるとおりの本発明の技術的思想および技術的範囲に包含されるあらゆる変更、均等物、および代替物を含む意図であることを、理解すべきである。   While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments of the invention are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. The drawings are not necessarily to scale. The drawings and detailed description are not intended to limit the invention to the particular form disclosed, but rather to the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is to be understood that all modifications, equivalents, and alternatives encompassed by are intended to be included.

以下の説明は、おおむね地層内の炭化水素を処理するためのシステムおよび方法に関する。そのような地層を、炭化水素製品、水素、および他の製品を産出するために処理することができる。   The following description relates generally to systems and methods for treating hydrocarbons in formations. Such formations can be processed to produce hydrocarbon products, hydrogen, and other products.

「交流(AC)」は、実質的に正弦曲線状に方向を逆転させる時間変化する電流を指す。ACは、強磁性の導体において、表皮効果の電流の流れを生じさせる。   “Alternating current (AC)” refers to a time-varying current that reverses direction substantially sinusoidally. AC creates a skin effect current flow in a ferromagnetic conductor.

少ない熱出力の加熱システム、装置、および方法の文脈において、用語「自動的」は、そのようなシステム、装置、および方法が、外部の制御(例えば、温度センサおよびフィードバックループを備えるコントローラ、PIDコントローラ、または予測コントローラなどの外部のコントローラ)を使用することなく特定のやり方で機能することを意味する。   In the context of low heat output heating systems, devices, and methods, the term “automatic” means that such systems, devices, and methods are externally controlled (eg, controllers with temperature sensors and feedback loops, PID controllers, , Or an external controller such as a predictive controller).

「結合」は、1つ以上の物体または構成要素の間の直接的な接続または間接的な接続(例えば、1つ以上の介在の接続)を意味する。「直接的に接続され」という表現は、物体または構成要素が「ポイントオブユース(point of use)」の方式で機能するように互いに直接的に接続されるような物体または構成要素の間の直接的な接続を意味する。   “Coupled” means a direct or indirect connection (eg, one or more intervening connections) between one or more objects or components. The expression “directly connected” means directly between objects or components such that the objects or components are directly connected to each other so that they function in a “point of use” manner. Connection.

「キュリー温度」は、その温度を超えると強磁性材料がその強磁性のすべてを失う温度である。強磁性材料は、キュリー温度よりも上において強磁性のすべてを失う他に、強磁性体を通過する電流が多くなるときに強磁性を失い始める。   “Curie temperature” is the temperature above which a ferromagnetic material loses all of its ferromagnetism. In addition to losing all of the ferromagnetism above the Curie temperature, ferromagnetic materials begin to lose ferromagnetism as more current passes through the ferromagnet.

「地層」は、1つ以上の炭化水素含有層、1つ以上の非炭化水素層、表土(overburden)、および/または下層土(underburden)を含む。「炭化水素層」は、炭化水素を含む地層内の層を指す。炭化水素層は、非炭化水素物質および炭化水素物質を含むことができる。「表土」および/または「下層土」は、1つ以上のさまざまな種類の不浸透性材料を含む。例えば、表土および/または下層土は、岩石、頁岩、泥岩、または湿潤/緊密(tight)炭酸塩を含むことができる。現場熱処理プロセスのいくつかの実施の形態においては、表土および/または下層土が、比較的不浸透性であって現場熱処理の最中に表土および/または下層土の炭化水素含有層の有意な特性の変化につながる温度に曝されることがない1つ以上の炭化水素含有層を含むことができる。例えば、下層土は、頁岩または泥岩を含むことができるが、下層土は、現場熱処理プロセスの最中に熱分解温度まで加熱されることはない。いくつかの場合においては、表土および/または下層土が、或る程度は浸透性であってもよい。   “Geological formation” includes one or more hydrocarbon-containing layers, one or more non-hydrocarbon layers, overburden, and / or underburden. “Hydrocarbon layer” refers to a layer in the formation that contains hydrocarbons. The hydrocarbon layer can include non-hydrocarbon materials and hydrocarbon materials. “Topsoil” and / or “Subsoil” includes one or more different types of impermeable materials. For example, the topsoil and / or subsoil can include rocks, shale, mudstone, or wet / tight carbonates. In some embodiments of the in situ heat treatment process, the topsoil and / or subsoil is relatively impervious and significant characteristics of the hydrocarbon-containing layer of the topsoil and / or subsoil during the in situ heat treatment One or more hydrocarbon-containing layers can be included that are not exposed to temperatures that lead to changes in. For example, the subsoil can include shale or mudstone, but the subsoil is not heated to the pyrolysis temperature during the in situ heat treatment process. In some cases, the topsoil and / or subsoil may be permeable to some extent.

「地層流体」は、地層内に存在する流体を指し、「地層流体」として、熱分解流体、合成ガス、流動化(mobilized)炭化水素、および水(水蒸気)を挙げることができる。地層流体は、炭化水素流体および非炭化水素流体を含むことができる。用語「流動化流体」は、地層の熱処理の結果として流動可能である炭化水素含有層内の流体を指す。「生産流体」は、地層から取り出された流体を指す。   “Geological fluid” refers to fluid present in the geological formation, and “geological fluid” can include pyrolysis fluid, synthesis gas, mobilized hydrocarbons, and water (steam). The formation fluid can include hydrocarbon fluids and non-hydrocarbon fluids. The term “fluidizing fluid” refers to a fluid in a hydrocarbon-containing layer that is capable of flowing as a result of heat treatment of the formation. “Production fluid” refers to fluid removed from the formation.

「熱流束」は、単位面積および単位時間あたりのエネルギの流れである(例えば、ワット/メートル)。 “Heat flux” is the flow of energy per unit area and unit time (eg watts / meter 2 ).

「熱源」は、実質的に伝導および/または放射による熱伝達によって地層の少なくとも一部に熱をもたらすための任意のシステムである。例えば、熱源として、導電性材料、ならびに/あるいは絶縁導体、長尺部材、および/または導管に配置された導体などの電気ヒータが挙げられる。また、熱源は、地層の外または中で燃料を燃焼させることによって熱を生成するシステムを含むことができる。このようなシステムは、表面バーナ、下向き掘削穴ガスバーナ、無炎分配型燃焼器、および自然分配型燃焼器であってもよい。いくつかの実施の形態においては、1つ以上の熱源へと供給され、あるいは1つ以上の熱源において生成される熱を、他のエネルギ源によって供給することができる。他のエネルギ源は、地層を直接加熱することができ、このエネルギを、地層を直接または間接に加熱する伝達媒体へと加えてもよい。地層へと熱を加える1つ以上の熱源が、さまざまなエネルギ源を用いてもよいことを、理解すべきである。すなわち、例えば所与の地層について、いくつかの熱源は導電性材料、電気抵抗ヒータから熱を供給することができ、いくつかの熱源は燃焼からの熱を供給することができ、いくつかの熱源は1つ以上の他のエネルギ源(例えば、化学反応、太陽エネルギ、風力エネルギ、バイオマス、または他の再生可能なエネルギ源)から熱を供給することができる。化学反応として、発熱反応(例えば、酸化反応)を挙げることができる。また、熱源として、ヒータ坑井などの加熱場所の近傍および/または周囲の領域へと熱をもたらす導電性材料および/またはヒータを挙げることができる。   A “heat source” is any system for providing heat to at least a portion of the formation by heat transfer substantially by conduction and / or radiation. For example, the heat source may include an electrical heater such as a conductive material and / or a conductor disposed in an insulated conductor, an elongated member, and / or a conduit. The heat source can also include a system that generates heat by burning fuel outside or in the formation. Such systems may be surface burners, downhole gas burners, flameless distributed combustors, and naturally distributed combustors. In some embodiments, heat supplied to one or more heat sources, or generated in one or more heat sources, can be supplied by other energy sources. Other energy sources can heat the formation directly, and this energy may be applied to a transmission medium that heats the formation directly or indirectly. It should be understood that the one or more heat sources that apply heat to the formation may use a variety of energy sources. That is, for a given formation, for example, some heat sources can supply heat from conductive materials, electrical resistance heaters, some heat sources can supply heat from combustion, and some heat sources Can supply heat from one or more other energy sources (eg, chemical reaction, solar energy, wind energy, biomass, or other renewable energy sources). Examples of the chemical reaction include an exothermic reaction (for example, an oxidation reaction). In addition, the heat source can include a conductive material and / or a heater that provides heat to and near a heating location such as a heater well.

「ヒータ」は、坑井内または掘削穴の付近の領域で熱を生成するための任意のシステムまたは熱源である。ヒータは、これらに限られるわけではないが、電気ヒータ、バーナ、地層内の物質または地層から生産される物質と反応する燃焼器、ならびに/あるいはこれらの組み合わせであってもよい。   A “heater” is any system or heat source for generating heat in a wellbore or in an area near a borehole. The heater may be, but is not limited to, an electric heater, a burner, a combustor that reacts with material in the formation or material produced from the formation, and / or combinations thereof.

「炭化水素」は、一般に、主として炭素および水素原子によって形成される分子として定義される。炭化水素は、これらに限られるわけではないがハロゲン、金属元素、窒素、酸素、および/または硫黄などの他の元素を含んでもよい。炭化水素は、これらに限られるわけではないが、ケロゲン、ビチューメン、ピロビチューメン、油、天然鉱ワックス、およびアスファルタイトであってもよい。炭化水素は、土中の鉱物基質に位置することができ、あるいは土中の鉱物基質に隣接して位置することができる。基質として、これらに限られるわけではないが、堆積岩、砂、シリシライト、炭酸塩、珪藻土、および他の多孔質媒体を挙げることができる。「炭化水素流体」は、炭化水素を含む流体である。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、およびアンモニアなどの非炭化水素流体を含むことができ、そのような非炭化水素流体を取り込むことができ、あるいはそのような非炭化水素流体に取り込まれていてもよい。   “Hydrocarbon” is generally defined as a molecule formed primarily by carbon and hydrogen atoms. The hydrocarbon may include other elements such as, but not limited to, halogens, metal elements, nitrogen, oxygen, and / or sulfur. The hydrocarbon may be, but is not limited to, kerogen, bitumen, pyrobitumen, oil, natural mineral wax, and asphaltite. The hydrocarbon can be located on the mineral substrate in the soil or can be located adjacent to the mineral substrate in the soil. Substrates can include, but are not limited to, sedimentary rock, sand, silicilite, carbonate, diatomaceous earth, and other porous media. A “hydrocarbon fluid” is a fluid containing hydrocarbons. The hydrocarbon fluid can include non-hydrocarbon fluids such as hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, water, and ammonia, or can incorporate such non-hydrocarbon fluids, or Such non-hydrocarbon fluids may be incorporated.

「現場変換プロセス」は、熱源から炭化水素含有層を加熱して地層の少なくとも一部分の温度を熱分解温度を超えて上昇させることで、地層内に熱分解流体を生じさせるプロセスを指す。   “In-situ conversion process” refers to a process in which a hydrocarbon-containing layer is heated from a heat source to raise the temperature of at least a portion of the formation above the pyrolysis temperature to produce a pyrolysis fluid in the formation.

「現場熱処理プロセス」は、炭化水素含有層を熱源で加熱して、地層の少なくとも一部分の温度を炭化水素含有材料の流動化流体、粘度低下(visbreaking)、および/または熱分解をもたらす温度を超えて上昇させることで、地層内に流動化流体、粘度低下流体、および/または熱分解流体を生じさせるプロセスを指す。   An “in-situ heat treatment process” involves heating a hydrocarbon-containing layer with a heat source to cause the temperature of at least a portion of the formation to exceed the fluidization fluid, visbreaking, and / or pyrolysis of the hydrocarbon-containing material. The process of generating fluidized fluid, viscosity reducing fluid, and / or pyrolysis fluid in the formation.

「絶縁導体」は、電気を導くことができかつ全体または一部が電気絶縁材料によって被覆された任意の細長い材料を指す。   "Insulated conductor" refers to any elongated material that can conduct electricity and is wholly or partially covered by an electrically insulating material.

「変調直流(DC)」は、強磁性の導体に表皮効果の電気の流れを生じさせる任意の実質的に正弦関数状でない時間変化を呈する電流を指す。   “Modulated direct current (DC)” refers to any non-sinusoidal time-varying current that causes skin-effect electrical flow in a ferromagnetic conductor.

「チッ化物」は、チッ素と周期表の1つ以上の他の元素との化合物を指す。チッ化物として、これらに限られるわけではないが、チッ化ケイ素、チッ化ホウ素、またはチッ化アルミナが挙げられる。   “Nitride” refers to a compound of nitrogen and one or more other elements of the periodic table. Nitrides include, but are not limited to, silicon nitride, boron nitride, or alumina nitride.

「穿孔」は、導管、管、パイプ、または他の流路への流入または流出を可能にする導管、管、パイプ、または他の流路の壁の穴、スリット、開口、または孔を含む。   “Perforations” include holes, slits, openings, or holes in the walls of conduits, tubes, pipes, or other channels that allow inflow or outflow into the conduits, tubes, pipes, or other channels.

強磁性体の「相変態温度」は、材料が強磁性体の透磁率を低下させる相変化(例えば、フェライトからオーステナイトへの相変化)を被る際の温度または温度範囲を指す。透磁率の低下は、キュリー温度での強磁性体の磁気転移に起因する透磁率の低下によく似ている。   The “phase transformation temperature” of a ferromagnet refers to the temperature or temperature range at which the material undergoes a phase change that reduces the magnetic permeability of the ferromagnet (eg, a phase change from ferrite to austenite). The decrease in permeability is very similar to the decrease in permeability due to the magnetic transition of the ferromagnetic material at the Curie temperature.

「熱分解」は、熱を加えることによる化学結合の切断である。例えば、熱分解は、熱のみによって化合物を1つ以上の他の物質へと変換することを含むことができる。熱を、熱分解を生じさせるために地層のある部位へと移動させることができる。   “Pyrolysis” is the breaking of chemical bonds by the application of heat. For example, pyrolysis can include converting a compound into one or more other substances only by heat. Heat can be transferred to a site in the formation to cause pyrolysis.

「熱分解流体」または「熱分解生成物」は、実質的に炭化水素の熱分解の際に生成される流体を指す。熱分解反応によって生成された流体は、地層内の他の流体と混ざり合うことができる。混合物が、熱分解流体または熱分解生成物であると考えられる。本明細書において使用されるとき、「熱分解領域」は、反応によって熱分解流体を形成する地層(例えば、タールサンド地層などの比較的浸透性の地層)の塊を指す。   “Pyrolysis fluid” or “pyrolysis product” refers to a fluid that is substantially produced during the pyrolysis of hydrocarbons. The fluid generated by the pyrolysis reaction can mix with other fluids in the formation. It is believed that the mixture is a pyrolysis fluid or pyrolysis product. As used herein, a “pyrolysis zone” refers to a mass of a formation (eg, a relatively permeable formation such as a tar sand formation) that forms a pyrolysis fluid by reaction.

「熱の重畳」は、地層の所定の部位に2つ以上の熱源から熱を供給することで、熱源間の少なくとも1つの位置における地層の温度に熱源による影響を及ぼすことを指す。   “Heat superposition” refers to the influence of a heat source on the temperature of the formation in at least one position between the heat sources by supplying heat from two or more heat sources to a predetermined part of the formation.

「温度制限ヒータ」は、一般に、温度コントローラ、出力レギュレータ、整流器、または他の装置などの外部制御を用いずに、指定の温度よりも上で熱出力を規制する(例えば、熱出力を低下させる)ヒータを指す。温度制限ヒータは、AC(交流)または変調された(例えば、「チョップされた」)DC(直流)で駆動される電気抵抗ヒータであってもよい。   “Temperature limited heaters” generally regulate heat output above a specified temperature (eg, reduce heat output) without using external controls such as a temperature controller, output regulator, rectifier, or other device. ) Refers to the heater. The temperature limited heater may be an electrical resistance heater driven by AC (alternating current) or modulated (eg, “chopped”) DC (direct current).

層の「厚さ」は、層の断面の厚さを指し、断面は、層の面に対して垂直である。   The “thickness” of a layer refers to the thickness of the cross section of the layer, the cross section being perpendicular to the plane of the layer.

「時間変化する電流」は、強磁性の導体に表皮効果の電流の流れを生じさせる時間につれて変化する大きさを有する電流を指す。時間変化する電流には、交流(AC)および変調された直流(DC)の両方が含まれる。   “Time-varying current” refers to a current having a magnitude that varies with time causing a skin effect current flow in a ferromagnetic conductor. Time-varying currents include both alternating current (AC) and modulated direct current (DC).

電流がヒータへと直接加えられる温度制限ヒータの「ターンダウン比」は、所与の電流におけるキュリー温度よりも上での最低の抵抗に対するキュリー温度未満における最高のACまたは変調DC抵抗の比である。誘導ヒータのターンダウン比は、ヒータへと所与の電流を加えたときのキュリー温度よりも上での最低の熱出力に対するキュリー温度未満での最高の熱出力の比である。   The “turn-down ratio” of a temperature limited heater in which current is directly applied to the heater is the ratio of the highest AC or modulated DC resistance below the Curie temperature to the lowest resistance above the Curie temperature at a given current. . The turndown ratio of an induction heater is the ratio of the highest heat output below the Curie temperature to the lowest heat output above the Curie temperature when a given current is applied to the heater.

「u形掘削穴」は、地層の第1の開口から地層の少なくとも一部分を通って延び、地層の第2の開口から出る掘削穴を指す。この文脈において、掘削穴は、「u形」であると考えられる掘削穴について、「u」の「脚」が必ずしも互いに平行でなくてもよく、「u」の「底」に対して垂直でなくてもよいという理解のもとで、おおまかに「v」または「u」の形状であればよい。   A “u-shaped drill hole” refers to a drill hole that extends from a first opening in the formation through at least a portion of the formation and exits from a second opening in the formation. In this context, a drilling hole is considered to be “u-shaped” and the “legs” of “u” do not necessarily have to be parallel to each other and are perpendicular to the “bottom” of “u”. The shape of “v” or “u” may be used with the understanding that it may not be necessary.

用語「掘削穴」は、地層の穿孔または地層への導管の挿入によって製作された地層の穴を指す。掘削穴は、実質的に円形の断面または他の断面形状を有することができる。本明細書において使用されるとき、用語「坑井」および「穴」は、地層の穴について述べるとき、用語「掘削穴」と入れ換え可能に使用することができる。   The term “drilling hole” refers to a hole in the formation created by drilling the formation or inserting a conduit into the formation. The borehole can have a substantially circular cross section or other cross-sectional shape. As used herein, the terms “well” and “hole” can be used interchangeably with the term “drilling hole” when referring to formation holes.

地層を、多数のさまざまな製品を生産するためにさまざまなやり方で処理することができる。現場熱処理プロセスにおいて地層を処理するために、さまざまな段階またはプロセスを使用することができる。いくつかの実施の形態においては、地層の1つ以上の部位が、当該部位から可溶鉱物を取り出すためにソリューションマイニングされる。鉱物のソリューションマイニングを、現場熱処理プロセスの前、最中、および/または後に行なうことができる。いくつかの実施の形態においては、ソリューションマイニングされる1つ以上の部位の平均温度を、約120℃未満に維持することができる。   The formation can be processed in a variety of ways to produce a number of different products. Various stages or processes can be used to treat the formation in an in situ heat treatment process. In some embodiments, one or more sites of the formation are solution mined to extract soluble minerals from the sites. Mineral solution mining can be performed before, during and / or after the in situ heat treatment process. In some embodiments, the average temperature of one or more sites that are solution mined can be maintained below about 120 ° C.

いくつかの実施の形態においては、地層の1つ以上の部位が、当該部位から水を除去し、さらには/あるいは当該部位からメタンおよび他の揮発性炭化水素を取り出すために加熱される。いくつかの実施の形態においては、水および揮発性炭化水素を取り出す際に、平均温度を周囲温度から約220℃未満の温度へと上昇させることができる。   In some embodiments, one or more sites of the formation are heated to remove water from the sites and / or to remove methane and other volatile hydrocarbons from the sites. In some embodiments, the average temperature can be raised from ambient temperature to a temperature below about 220 ° C. as water and volatile hydrocarbons are removed.

いくつかの実施の形態においては、地層の1つ以上の部位が、地層中の炭化水素の移動および/または粘度低下を可能にする温度へと加熱される。いくつかの実施の形態においては、地層の1つ以上の部位の平均温度が、当該部位の炭化水素の流動化温度(例えば、100℃〜250℃、120℃〜240℃、または150℃〜230℃の範囲の温度)へと上げられる。   In some embodiments, one or more sites of the formation are heated to a temperature that allows hydrocarbon migration and / or viscosity reduction in the formation. In some embodiments, the average temperature of one or more sites of the formation is the hydrocarbon fluidization temperature of the site (e.g., 100C-250C, 120C-240C, or 150C-230). Temperature).

いくつかの実施の形態においては、1つ以上の部位が、地層における熱分解反応を可能にする温度へと加熱される。いくつかの実施の形態においては、地層の1つ以上の部位の平均温度を、当該部位の炭化水素の熱分解温度(例えば、230℃〜900℃、240℃〜400℃、または250℃〜350℃の範囲の温度)へと上げることができる。   In some embodiments, one or more sites are heated to a temperature that allows a pyrolysis reaction in the formation. In some embodiments, the average temperature of one or more sites of the formation is determined from the hydrocarbon pyrolysis temperature (eg, 230 ° C to 900 ° C, 240 ° C to 400 ° C, or 250 ° C to 350 ° C). Temperature).

炭化水素含有層を複数の熱源で加熱することで、地層中の炭化水素の温度を所望の加熱速度で所望の温度へと上昇させる熱源の周囲の熱勾配を確立させることができる。所望の生産物の流動化温度範囲および/または熱分解温度範囲を通過する温度上昇の速度が、炭化水素含有層から生み出される地層流体の品質および量に影響を与える可能性がある。流動化温度範囲および/または熱分解温度範囲を通ってゆっくりと温度を上昇させると、地層から高品質かつ高API比重の炭化水素を生産することが可能である。流動化温度範囲および/または熱分解温度範囲を通ってゆっくりと地層温度を上昇させると、炭化水素製品として地層中に存在する炭化水素を多量に取り出すことが可能である。   Heating the hydrocarbon-containing layer with a plurality of heat sources can establish a thermal gradient around the heat source that raises the temperature of the hydrocarbons in the formation to the desired temperature at the desired heating rate. The rate of temperature rise through the fluidization temperature range and / or pyrolysis temperature range of the desired product can affect the quality and quantity of formation fluids produced from the hydrocarbon-containing formation. By slowly raising the temperature through the fluidization temperature range and / or the pyrolysis temperature range, it is possible to produce high quality and high API specific gravity hydrocarbons from the formation. By slowly increasing the formation temperature through the fluidization temperature range and / or the pyrolysis temperature range, it is possible to extract a large amount of hydrocarbons present in the formation as hydrocarbon products.

いくつかの現場熱処理の実施の形態においては、地層の一部が、ある温度範囲を通って温度をゆっくりと上昇させる代わりに、所望の温度へと加熱される。いくつかの実施の形態においては、所望の温度が300℃、325℃、または350℃である。所望の温度として、他の温度も選択することができる。   In some in situ heat treatment embodiments, a portion of the formation is heated to the desired temperature instead of slowly increasing the temperature through a temperature range. In some embodiments, the desired temperature is 300 ° C, 325 ° C, or 350 ° C. Other temperatures can also be selected as the desired temperature.

熱源からの熱の重畳によって、地層内に所望の温度を比較的迅速かつ効率的に確立させることができる。熱源からの地層へのエネルギの入力を、地層の温度を実質的に所望の温度に維持するように調節することができる。   The superposition of heat from the heat source can establish the desired temperature in the formation relatively quickly and efficiently. The input of energy from the heat source to the formation can be adjusted to maintain the formation temperature at a substantially desired temperature.

流動化生成物および/または熱分解生成物を、生産坑井によって地層から生産することができる。いくつかの実施の形態においては、1つ以上の部位の平均温度が流動化温度まで上げられ、生産坑井から炭化水素が生産される。流動化による生産が所定の値を下回って低下した後に、1つ以上の部位の平均温度を、熱分解温度へと上昇させることができる。いくつかの実施の形態においては、1つ以上の部位の平均温度を、熱分解温度に達する前に十分生産することなく熱分解温度へと上げることができる。熱分解生成物を含む地層流体を、生産坑井によって生産することができる。   Fluidized products and / or pyrolysis products can be produced from the formation by production wells. In some embodiments, the average temperature of one or more sites is raised to the fluidization temperature to produce hydrocarbons from the production well. After production by fluidization falls below a predetermined value, the average temperature of one or more sites can be raised to the pyrolysis temperature. In some embodiments, the average temperature of one or more sites can be raised to the pyrolysis temperature without producing enough before the pyrolysis temperature is reached. A formation fluid containing pyrolysis products can be produced by the production well.

いくつかの実施の形態においては、1つ以上の部位の平均温度を、流動化および/または熱分解の後に合成ガスの生産を可能にするために充分な温度へと上げることができる。いくつかの実施の形態においては、炭化水素を、合成ガスの生産を可能にするための充分な温度に達する前に十分生産することなく、合成ガスの生産を可能にするための充分な温度に上昇させることができる。例えば、合成ガスを、約400℃〜約1200℃、約500℃〜約1100℃、または約550℃〜約1000℃の温度範囲において生産することができる。合成ガス生成用流体(例えば、水蒸気および/または水)を、合成ガスを生成するための部位へと導入することができる。合成ガスを、生産坑井から生産することができる。   In some embodiments, the average temperature of one or more sites can be raised to a temperature sufficient to allow synthesis gas production after fluidization and / or pyrolysis. In some embodiments, the hydrocarbon is brought to a temperature sufficient to allow synthesis gas production without producing enough before reaching a temperature sufficient to allow synthesis gas production. Can be raised. For example, synthesis gas can be produced at a temperature range of about 400 ° C to about 1200 ° C, about 500 ° C to about 1100 ° C, or about 550 ° C to about 1000 ° C. A synthesis gas generating fluid (eg, water vapor and / or water) can be introduced into the site for generating synthesis gas. Syngas can be produced from a production well.

ソリューションマイニング、揮発性炭化水素および水の取り出し、炭化水素の流動化、炭化水素の熱分解、合成ガスの生成、および/または他のプロセスを、現場熱処理プロセスの最中に実行することができる。いくつかの実施の形態においては、いくつかのプロセスを、現場熱処理プロセスの後で実行することができる。そのようなプロセスとして、これらに限られるわけではないが、処理対象の部位からの熱の回収、すでに処理した部位での流体(例えば、水および/または炭化水素)の貯蔵、および/またはすでに処理した部位での二酸化炭素の隔離を挙げることができる。   Solution mining, volatile hydrocarbon and water removal, hydrocarbon fluidization, hydrocarbon pyrolysis, synthesis gas generation, and / or other processes may be performed during the in situ heat treatment process. In some embodiments, some processes can be performed after the in situ heat treatment process. Such processes include, but are not limited to, heat recovery from the site to be treated, storage of fluids (eg, water and / or hydrocarbons) at previously treated sites, and / or already treated. And carbon dioxide sequestration at the site.

図1が、炭化水素含有層を処理するための現場熱処理システムの一部分の実施の形態の概略図を示している。現場熱処理システムは、バリア坑井200を備えることができる。バリア坑井は、処理領域の周囲にバリアを形成するために使用される。バリアは、流体の流れの処理領域への出入りを阻止する。バリア坑井として、これらに限られるわけではないが、水除去坑井、真空坑井、捕獲坑井、注入坑井、グラウト坑井、凍結坑井、またはこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施の形態においては、バリア坑井200が水除去坑井である。水除去坑井は、液体水を除去でき、さらには/あるいは加熱すべき地層の部位または加熱中の地層への液体水の進入を阻止することができる。図1に示されている実施の形態においては、バリア坑井200が、熱源202の片側だけを延びているが、バリア坑井は、典型的には、地層の処理領域を加熱するために使用中または使用されるすべての熱源202を囲む。   FIG. 1 shows a schematic diagram of an embodiment of a portion of an in situ heat treatment system for treating a hydrocarbon-containing layer. The in situ heat treatment system can include a barrier well 200. Barrier wells are used to form a barrier around the processing area. The barrier prevents fluid flow from entering or exiting the processing region. Barrier wells include, but are not limited to, water removal wells, vacuum wells, capture wells, injection wells, grout wells, frozen wells, or combinations thereof. In some embodiments, the barrier well 200 is a water removal well. The water removal well can remove liquid water and / or prevent liquid water from entering the site of the formation to be heated or the formation being heated. In the embodiment shown in FIG. 1, the barrier well 200 extends only on one side of the heat source 202, but the barrier well is typically used to heat the processing region of the formation. Surrounds all heat sources 202 in or used.

熱源202は、地層の少なくとも一部分に配置される。熱源202として、絶縁導体、導管内導体型(conductor−in−conduit)ヒータ、表面バーナ、無炎分配燃焼器、および/または自然分配燃焼器などのヒータを挙げることができる。熱源202が、他の種類のヒータを含んでもよい。熱源202は、地層中の炭化水素を加熱するために、地層の少なくとも一部分へと熱を供給する。供給ライン204によって熱源202へとエネルギを供給することができる。供給ライン204は、地層の加熱に使用される1つ以上の熱源の種類に応じて、構造的にさまざまであってもよい。熱源用の供給ライン204は、電気ヒータ用の電気を伝えることができ、燃焼器用の燃料を輸送することができ、あるいは地層を循環する熱交換流体を輸送することができる。いくつかの実施の形態においては、現場熱処理プロセスのための電気を、1つ以上の原子力発電所によって供給することができる。原子力を使用することによって、現場熱処理プロセスからの二酸化炭素の排出を低減または皆無にすることができる。   The heat source 202 is disposed in at least a portion of the formation. The heat source 202 can include heaters such as insulated conductors, conductor-in-conduct heaters, surface burners, flameless distributed combustors, and / or natural distributed combustors. The heat source 202 may include other types of heaters. A heat source 202 provides heat to at least a portion of the formation to heat hydrocarbons in the formation. Energy can be supplied to the heat source 202 by the supply line 204. The supply line 204 may vary structurally depending on the type of one or more heat sources used to heat the formation. The supply line 204 for the heat source can conduct electricity for the electric heater, can transport fuel for the combustor, or can transport heat exchange fluid that circulates through the formation. In some embodiments, electricity for the in situ heat treatment process can be supplied by one or more nuclear power plants. By using nuclear power, carbon dioxide emissions from on-site heat treatment processes can be reduced or eliminated.

地層が加熱されるとき、地層へと入力される熱が、地層の膨張および地質工学的運動を生じさせる可能性がある。熱源を、水除去のプロセスの前、水除去のプロセスと同時、または水除去のプロセスの最中にオンにすることができる。コンピュータシミュレーションが、加熱への地層の応答をモデル化することができる。コンピュータシミュレーションを、地層の地質工学的運動によって熱源、生産坑井、および地層内の他の設備に悪影響が及ぶことがないように地層内の熱源を作動させるパターンおよび時間順を開発するために使用することができる。   When the formation is heated, the heat input to the formation can cause expansion and geotechnical movement of the formation. The heat source can be turned on before the water removal process, simultaneously with the water removal process, or during the water removal process. Computer simulation can model the response of the formation to heating. Use computer simulation to develop patterns and time sequences that operate heat sources in the formation so that the geotechnical movement of the formation does not adversely affect the heat source, production wells, and other equipment in the formation can do.

地層を加熱することで、地層の浸透度および/または多孔度が増大する可能性がある。浸透度および/または多孔度の増大は、水の気化および除去、炭化水素の取り出し、ならびに/あるいは割れ目の形成による地層内の質量の減少に起因する可能性がある。地層の浸透度および/または多孔度の増大により、流体が、地層の被加熱部分において、より容易に流れることができる。地層の被加熱部分の流体は、高い浸透度および/または多孔度により、地層を通って相当な距離を移動することができる。相当な距離は、地層の浸透度、流体の特性、地層の温度、および流体の移動を可能にする圧力勾配などの種々の因子に応じて、1000mを超える可能性がある。流体が地層内で相当な距離を移動することができるため、生産坑井206を地層において比較的遠く離して配置することが可能である。   Heating the formation can increase the permeability and / or porosity of the formation. The increase in permeability and / or porosity may be due to a decrease in mass in the formation due to vaporization and removal of water, removal of hydrocarbons, and / or formation of fissures. Increased formation permeability and / or porosity allows fluid to flow more easily in the heated portion of the formation. The fluid in the heated portion of the formation can travel a significant distance through the formation due to high permeability and / or porosity. The substantial distance can exceed 1000 meters, depending on various factors such as formation permeability, fluid properties, formation temperature, and pressure gradients that allow fluid movement. Because the fluid can travel a significant distance within the formation, production wells 206 can be located relatively far apart in the formation.

生産坑井206は、地層から地層流体を取り出すために使用される。いくつかの実施の形態においては、生産坑井206が熱源を備える。生産坑井内の熱源は、生産坑井または生産坑井の付近に位置する地層の1つ以上の部分を加熱することができる。現場熱処理プロセスのいくつかの実施の形態においては、生産坑井から地層へと供給される生産坑井1m当たりの熱量が、地層を加熱する熱源から地層へと供給される熱源1m当たりの熱量よりも少ない。生産坑井から地層へと加えられる熱が、生産坑井に隣接する液相流体を気化させて除去すること、ならびに/あるいはマクロおよび/またはミクロな割れ目を形成して生産坑井に隣接する地層の浸透度を高めることによって、生産坑井に隣接する地層の浸透度を高めることができる。   Production well 206 is used to remove formation fluid from the formation. In some embodiments, production well 206 includes a heat source. A heat source within the production well can heat one or more portions of the formation located near the production well or the production well. In some embodiments of the on-site heat treatment process, the amount of heat per meter of production well supplied from the production well to the formation is greater than the amount of heat per meter of heat source supplied from the heat source that heats the formation to the formation. There are few. Heat applied from the production well to the formation vaporizes and removes the liquid phase fluid adjacent to the production well, and / or forms a macro and / or micro fissure adjacent to the production well By increasing the permeability, the permeability of the formation adjacent to the production well can be increased.

2つ以上の熱源を、生産坑井内に配置することができる。生産坑井の下部の熱源を、隣接する熱源からの熱の重畳が、生産坑井による地層の加熱によってもたらされる利益を無効にするほどに充分に地層を加熱する場合に、オフにすることができる。いくつかの実施の形態においては、生産坑井の上部の熱源を、生産坑井の下部の熱源を停止させた後もオンにしておくことができる。坑井の上部の熱源は、地層流体の凝縮および還流を阻止することができる。   More than one heat source can be placed in the production well. The heat source at the bottom of the production well may be turned off if the superposition of heat from adjacent heat sources heats the formation sufficiently enough to negate the benefits provided by heating the formation by the production well. it can. In some embodiments, the heat source at the top of the production well can be turned on after the heat source at the bottom of the production well is turned off. The heat source at the top of the well can prevent the formation fluid from condensing and returning.

いくつかの実施の形態においては、生産坑井206の熱源により、地層から地層流体の気相を除去することができる。生産坑井における熱の供給または生産坑井を介しての熱の供給によって、(1)表土付近の生産坑井内を移動しているときの生産流体の凝縮および/または逆流を防止でき、(2)地層への熱入力を増大させることができ、(3)生産坑井からの生産速度を、熱源を持たない生産坑井と比べて増大させることができ、(4)生産坑井における高炭素数化合物(C6以上の炭化水素)の凝縮を防止でき、さらに/あるいは(5)生産坑井または生産坑井の付近における地層の浸透度を増大させることができる。   In some embodiments, the heat source of the production well 206 can remove the gas phase of the formation fluid from the formation. By supplying heat in the production well or through the production well, (1) it is possible to prevent condensation and / or backflow of the production fluid when moving in the production well near the topsoil (2 ) Heat input to the formation can be increased, (3) production rate from production wells can be increased compared to production wells without heat sources, and (4) high carbon in production wells Condensation of several compounds (C6 or higher hydrocarbons) can be prevented and / or (5) the formation penetration in the production well or in the vicinity of the production well can be increased.

地層内の地下の圧力は、地層内に生じた流体圧力に相当することができる。地層の被加熱部分の温度が上昇するにつれ、その場の流体の熱膨張ならびに流体の発生および水の気化の増大の結果として、被加熱部分の圧力が増大する可能性がある。地層からの流体の除去の速度を制御することにより、地層内の圧力の制御を可能にできる。地層内の圧力を、多数の異なる場所(生産坑井の付近または生産坑井、熱源の付近または熱源、あるいは監視坑井など)で測定することができる。   The underground pressure in the formation can correspond to the fluid pressure generated in the formation. As the temperature of the heated portion of the formation increases, the pressure of the heated portion can increase as a result of the thermal expansion of the in-situ fluid and the increased fluid generation and water vaporization. By controlling the rate of fluid removal from the formation, it is possible to control the pressure in the formation. The pressure in the formation can be measured at a number of different locations (such as near a production well or production well, near a heat source or heat source, or a monitoring well).

いくつかの炭化水素含有層においては、地層からの炭化水素の生産が、地層内の少なくとも一部の炭化水素が流動化および/または熱分解されるまで抑制される。地層流体が所定の品質である場合、地層流体を地層から生産することができる。いくつかの実施の形態においては、所定の品質として、少なくとも約20°、30°、または40°のAPI比重が挙げられる。少なくとも一部の炭化水素が流動化および/または熱分解されるまで生産を抑制することで、重質炭化水素の軽質炭化水素への変換を増大させることができる。初期の生産を抑制すると、地層からの重質炭化水素の生産を最小化することができる。多量の重質炭化水素の生産は、高価な設備を必要とする可能性があり、かつ/または生産設備の寿命を短くする可能性がある。   In some hydrocarbon-containing formations, hydrocarbon production from the formation is suppressed until at least some of the hydrocarbons in the formation are fluidized and / or pyrolyzed. If the formation fluid is of a predetermined quality, formation fluid can be produced from the formation. In some embodiments, the predetermined quality includes an API specific gravity of at least about 20 °, 30 °, or 40 °. Suppressing production until at least some of the hydrocarbons are fluidized and / or pyrolyzed can increase the conversion of heavy hydrocarbons to light hydrocarbons. Suppressing initial production can minimize the production of heavy hydrocarbons from the formation. Production of large amounts of heavy hydrocarbons may require expensive equipment and / or shorten the life of the production equipment.

いくつかの炭化水素含有層においては、地層内の炭化水素を、地層の被加熱部分に大きな浸透度が生じるよりも前に、流動化および/または熱分解温度まで加熱することができる。初期の浸透度の欠如により、生じた流体の生産坑井206への移動を抑制することができる。初期の加熱の際に、地層内の流体の圧力を、熱源202の近くにおいて高めることができる。高められた流体の圧力を、1つ以上の熱源202によって放出、監視、変更、および/または制御することができる。例えば、所定の熱源202または別途の圧力逃がし坑井が、地層からの一部の流体の除去を可能にする圧力逃がし弁を備えることができる。   In some hydrocarbon-containing layers, the hydrocarbons in the formation can be heated to fluidization and / or pyrolysis temperatures before significant penetration occurs in the heated portion of the formation. Due to the lack of initial permeability, the resulting fluid can be prevented from moving to the production well 206. During initial heating, the pressure of the fluid in the formation can be increased near the heat source 202. The increased fluid pressure can be released, monitored, altered, and / or controlled by one or more heat sources 202. For example, a given heat source 202 or a separate pressure relief well can include a pressure relief valve that allows for removal of some fluid from the formation.

いくつかの実施の形態においては、地層に生産坑井206または任意の他の圧力溜めへの開放路が未だ存在しなくてもよいが、地層において生じた流動化流体、熱分解流体、または他の流体の膨張によって生じる圧力を増大させることができる。流体の圧力を、地盤圧力へと高めることが可能である。流体が地盤圧力に近付くとき、炭化水素含有層に割れ目が形成される可能性がある。例えば、割れ目が、地層の被加熱部分において熱源202から生産坑井206へと形成される可能性がある。被加熱部分での割れ目の発生は、この部分の圧力の一部を緩和することができる。地層の圧力を、不要の生産、表土または下層土の破損、ならびに/あるいは地層内の炭化水素のコークス化を防止するために、所定の圧力未満に維持する必要があるかもしれない。   In some embodiments, the formation may not yet have an open path to the production well 206 or any other pressure reservoir, but the fluidized fluid, pyrolysis fluid, or other generated in the formation The pressure generated by the expansion of the fluid can be increased. It is possible to increase the fluid pressure to ground pressure. As the fluid approaches ground pressure, cracks may form in the hydrocarbon-containing layer. For example, cracks can form from the heat source 202 to the production well 206 in the heated portion of the formation. The generation of cracks in the heated part can relieve part of the pressure in this part. The formation pressure may need to be maintained below a predetermined pressure to prevent unwanted production, topsoil or subsoil damage, and / or coking of hydrocarbons in the formation.

流動化温度および/または熱分解温度に達し、地層からの生産が可能になった後で、地層内の圧力を、生産される地層流体の組成を変更および/または制御し、地層流体内の非凝縮性流体に対する凝縮性流体の割合を制御し、さらには/あるいは生産中の地層流体のAPI比重を制御するために、変化させることが可能である。例えば、圧力を下げることで、さらに多くの凝縮性流体成分の生産をもたらすことができる。凝縮性流体成分は、オレフィンをより大きな割合で含むことができる。   After the fluidization temperature and / or pyrolysis temperature is reached and production from the formation is possible, the pressure in the formation can be changed and / or controlled by the composition of the formation fluid produced, and the non- It can be varied to control the ratio of condensable fluid to condensable fluid and / or to control the API gravity of the formation fluid being produced. For example, reducing the pressure can result in the production of more condensable fluid components. The condensable fluid component may contain a greater proportion of olefins.

いくつかの現場熱処理プロセスの実施の形態においては、地層内の圧力を、20°よりも大きいAPI比重を有する地層流体の生産を促進するために充分に高く維持することができる。地層内に高い圧力を維持することで、現場熱処理の最中の地層の沈下を抑えることができる。高い圧力を維持することで、流体を収集導管にて処理施設へと輸送するために地層流体を地表において圧縮する必要性を軽減でき、あるいは皆無にすることができる。   In some in situ heat treatment process embodiments, the pressure in the formation can be maintained high enough to facilitate the production of formation fluids having an API gravity greater than 20 °. By maintaining a high pressure in the formation, subsidence of the formation during on-site heat treatment can be suppressed. Maintaining high pressure can reduce or eliminate the need for compressing formation fluids at the ground surface to transport the fluid to a treatment facility via a collection conduit.

地層の被加熱部分に高い圧力を維持することで、驚くべきことに、高品質かつ比較的低分子量の炭化水素を大量に生産することを可能にできる。生産される地層流体において所定の炭素数を超える化合物の量が最小限になるように、圧力を維持することができる。所定の炭素数は、25以下、20以下、12以下、または8以下であってもよい。一部の高炭素数の化合物は、地層内の蒸気に混入する可能性があり、蒸気と一緒に地層から除去することができる。地層内に高い圧力を維持すると、高炭素数の化合物および/または多環炭化水素化合物の蒸気への混入を防止することができる。高炭素数の化合物および/または多環炭化水素化合物は、かなりの時間にわたって地層内に液相で留まる可能性がある。かなりの時間が、化合物の熱分解によってより低炭素数の化合物が形成されるための充分な時間をもたらすことができる。   By maintaining a high pressure in the heated part of the formation, it is surprisingly possible to produce large quantities of high quality and relatively low molecular weight hydrocarbons. The pressure can be maintained so that the amount of compounds above a given carbon number in the formation fluid produced is minimized. The predetermined carbon number may be 25 or less, 20 or less, 12 or less, or 8 or less. Some high carbon number compounds can be incorporated into the vapor in the formation and can be removed from the formation along with the vapor. Maintaining a high pressure in the formation can prevent high carbon number compounds and / or polycyclic hydrocarbon compounds from entering the vapor. High carbon number compounds and / or polycyclic hydrocarbon compounds can remain in the liquid phase within the formation for a significant amount of time. A considerable amount of time can provide sufficient time for the pyrolysis of the compound to form a lower carbon number compound.

比較的低分子量の炭化水素の発生は、一部には、炭化水素含有層の一部における水素の自発的な発生および反応に起因すると考えられる。例えば、高い圧力を維持することで、熱分解の際に生じた水素を地層内の液相へと押し込むことができる。この部位を熱分解温度範囲の温度へと加熱することで、地層内の炭化水素を熱分解させ、液相の熱分解流体を生じさせることができる。生じた液相の熱分解流体の成分は、二重結合および/またはラジカルを含むことができる。液相内の水素(H)が、生じた熱分解流体の二重結合を還元し、生じた熱分解流体からの長鎖化合物の重合または形成の可能性を低くすることができる。さらに、Hは、生じた熱分解流体中のラジカルを中和することができる。液相内のHが、生じた熱分解流体の互いの反応および/または地層内の他の化合物との反応を阻止することができる。 The generation of relatively low molecular weight hydrocarbons is believed to be due in part to the spontaneous generation and reaction of hydrogen in a portion of the hydrocarbon-containing layer. For example, by maintaining a high pressure, hydrogen generated during pyrolysis can be pushed into the liquid phase in the formation. By heating this part to a temperature in the pyrolysis temperature range, hydrocarbons in the formation can be pyrolyzed to generate a liquid pyrolysis fluid. The components of the resulting liquid phase pyrolysis fluid may contain double bonds and / or radicals. Hydrogen (H 2 ) in the liquid phase can reduce double bonds in the resulting pyrolysis fluid and reduce the likelihood of polymerization or formation of long chain compounds from the resulting pyrolysis fluid. Furthermore, H 2 can neutralize radicals in the resulting pyrolysis fluid. The H 2 in the liquid phase can prevent the resulting pyrolysis fluids from reacting with each other and / or with other compounds in the formation.

生産坑井206から生産された地層流体を、収集配管208を通って処理施設210へと輸送することができる。地層流体を、熱源202から生産してもよい。例えば、流体を熱源202から生産することで、熱源に隣接する地層内の圧力を制御することができる。熱源202から生産された流体を、管または配管を通って収集配管208へと運ぶことができ、あるいは生産された流体を、管または配管を通って処理施設210へと直接輸送してもよい。処理施設210として、分離ユニット、反応ユニット、品質向上ユニット、燃料電池、タービン、貯蔵容器、ならびに/あるいは生産された地層流体を処理するための他のシステムおよびユニットを挙げることができる。処理施設は、地層から生産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することができる。いくつかの実施の形態においては、輸送用燃料が、JP−8などのジェット燃料であってもよい。   The formation fluid produced from the production well 206 can be transported through the collection piping 208 to the processing facility 210. Formation fluid may be produced from the heat source 202. For example, by producing fluid from the heat source 202, the pressure in the formation adjacent to the heat source can be controlled. The fluid produced from the heat source 202 can be transported through a tube or pipe to the collection piping 208, or the produced fluid may be transported directly to the processing facility 210 through the tube or pipe. The processing facility 210 may include separation units, reaction units, quality enhancement units, fuel cells, turbines, storage vessels, and / or other systems and units for processing produced formation fluids. The treatment facility can form transportation fuel from at least a portion of the hydrocarbons produced from the formation. In some embodiments, the transportation fuel may be a jet fuel such as JP-8.

絶縁導体を、ヒータまたは熱源の電気ヒータ要素として使用することができる。絶縁導体は、電気絶縁体によって囲まれた内側電気導体(コア)と、外側電気導体(ジャケット)とを備えることができる。電気絶縁体は、無機の絶縁(例えば、酸化マグネシウム)または他の電気絶縁を備えることができる。   The insulated conductor can be used as an electric heater element of a heater or heat source. The insulated conductor can comprise an inner electrical conductor (core) surrounded by an electrical insulator and an outer electrical conductor (jacket). The electrical insulator can comprise inorganic insulation (eg, magnesium oxide) or other electrical insulation.

特定の実施の形態においては、絶縁導体が、炭化水素含有層の穴に配置される。いくつかの実施の形態においては、絶縁導体が、炭化水素含有層の囲まれていない穴に配置される。絶縁導体を炭化水素含有層の囲まれていない穴に配置することは、放射および伝導による絶縁導体から地層への熱の伝達を可能にする。囲まれていない穴を使用することは、必要な場合の穴からの絶縁導体の回収を容易にできる。   In certain embodiments, an insulated conductor is placed in the hole of the hydrocarbon-containing layer. In some embodiments, the insulated conductor is placed in an unenclosed hole in the hydrocarbon-containing layer. Placing the insulated conductor in an unenclosed hole in the hydrocarbon-containing layer allows the transfer of heat from the insulated conductor to the formation by radiation and conduction. Using unenclosed holes can facilitate the recovery of the insulated conductor from the holes when necessary.

いくつかの実施の形態においては、絶縁導体が、地層内のケーシングに配置され、地層内にセメントで固定することができ、あるいは砂、砂利、または他の充てん材料で穴に埋めることができる。絶縁導体を、穴内に配置された支持部材に支持することができる。支持部材は、ケーブル、ロッド、または導管(例えば、パイプ)であってもよい。支持部材を、金属、セラミック、無機材料、またはこれらの組み合わせで製作することができる。支持部材の一部が使用時に地層流体および熱に曝される可能性があるため、支持部材に化学的耐性および/または耐熱性を持たせることができる。   In some embodiments, the insulated conductor can be placed in a casing in the formation and cemented into the formation, or the hole can be filled with sand, gravel, or other filler material. The insulated conductor can be supported by a support member disposed in the hole. The support member may be a cable, a rod, or a conduit (eg, a pipe). The support member can be made of metal, ceramic, inorganic material, or a combination thereof. Since a part of the support member may be exposed to the formation fluid and heat during use, the support member can have chemical resistance and / or heat resistance.

タイ、スポット溶接、および/または他の種類のコネクタを、絶縁導体を絶縁導体の長さにおける種々の位置において支持部材へと結合させるために使用することができる。支持部材を、地層の上面において抗口(wellhead)へと取り付けることができる。いくつかの実施の形態においては、絶縁導体が、支持部材が不要であるような充分な構造強度を有する。絶縁導体は、多くの場合に、温度変化を被るときの熱膨張による損傷を抑えるために、少なくとも或る程度の柔軟性を有することができる。   Ties, spot welds, and / or other types of connectors can be used to couple the insulated conductor to the support member at various positions in the length of the insulated conductor. A support member can be attached to the wellhead at the top surface of the formation. In some embodiments, the insulated conductor has sufficient structural strength such that a support member is not required. Insulated conductors can often have at least some flexibility to prevent damage due to thermal expansion when subjected to temperature changes.

特定の実施の形態においては、絶縁導体が、支持部材および/またはセントラライザ(centralizer)を使用せずに掘削穴に配置される。支持部材および/またはセントラライザを持たない絶縁導体は、使用時の絶縁導体の不具合を抑える耐熱および耐食性、クリープ強度、長さ、太さ(直径)、ならびに冶金学的に適切な組み合わせを有することが可能である。   In certain embodiments, the insulated conductor is placed in the borehole without the use of a support member and / or a centralizer. Insulated conductors that do not have support members and / or centralizers must have a combination of heat resistance and corrosion resistance, creep strength, length, thickness (diameter), and metallurgically appropriate to prevent failure of the insulated conductor during use Is possible.

図2が、絶縁導体252の一実施の形態の端部の斜視図を示している。絶縁導体252は、これらに限られるわけではないが、円形(図2に示されている)、三角形、楕円形、矩形、六角形、または不規則形状など、任意の所望の断面形状を有することができる。特定の実施の形態においては、絶縁導体252が、コア218、電気絶縁体214、およびジャケット216を備える。コア218は、電流がコアを通過するときに抵抗加熱することができる。交流または時間変化する電流ならびに/あるいは直流を、コア218に電力をもたらして、コアを抵抗加熱させるために使用することができる。   FIG. 2 shows a perspective view of the end of one embodiment of the insulated conductor 252. Insulated conductor 252 has any desired cross-sectional shape, such as, but not limited to, a circle (shown in FIG. 2), a triangle, an ellipse, a rectangle, a hexagon, or an irregular shape. Can do. In certain embodiments, the insulated conductor 252 includes a core 218, an electrical insulator 214, and a jacket 216. The core 218 can be resistively heated as current passes through the core. Alternating current or time-varying current and / or direct current can be used to provide power to the core 218 to resistively heat the core.

いくつかの実施の形態においては、電気絶縁体214が、ジャケット216への電流の漏れおよび電気アークを防止する。電気絶縁体214は、コア218において生じた熱をジャケット216へと伝えることができる。ジャケット216が、地層へと放射または伝導によって熱を伝えることができる。特定の実施の形態においては、絶縁導体252が、1000m以上の長さである。より長い絶縁導体またはより短い絶縁導体も、個々の用途のニーズに合わせて使用することができる。絶縁導体252のコア218、電気絶縁体214、およびジャケット216の寸法を、絶縁導体が動作温度の上限においても自らを支えることができる充分な強度を有するように選択することができる。そのような絶縁導体は、支持部材を絶縁導体と一緒に炭化水素含有層へと延ばす必要なく、坑口または炭化水素含有層と表土との間の境界付近に配置される支持体から吊り下げることが可能である。   In some embodiments, electrical insulator 214 prevents current leakage and electrical arc to jacket 216. The electrical insulator 214 can conduct heat generated in the core 218 to the jacket 216. A jacket 216 can conduct heat to the formation by radiation or conduction. In certain embodiments, the insulated conductor 252 is 1000 m or longer. Longer or shorter insulated conductors can also be used to meet the needs of individual applications. The dimensions of the core 218, the electrical insulator 214, and the jacket 216 of the insulated conductor 252 can be selected so that the insulated conductor has sufficient strength to support itself even at the upper operating temperature. Such insulated conductors can be suspended from a support located near the wellhead or near the boundary between the hydrocarbon-containing layer and the topsoil without having to extend the support member with the insulated conductor to the hydrocarbon-containing layer. Is possible.

絶縁導体252を、最大で約1650ワット/メートルまたはそれ以上の電力レベルで動作するように設計することができる。特定の実施の形態においては、絶縁導体252が、地層を加熱するときに約300ワット/メートル〜約1150ワット/メートルの間の電力レベルで動作する。絶縁導体252を、典型的な動作温度において最高の電圧レベルにおいても電気絶縁体214の実質的な熱的および/または電気的破壊が生じないように設計することができる。絶縁導体252を、ジャケット216がジャケット材料の耐食性の有意な低下が生じる温度を超えないように設計することができる。特定の実施の形態においては、絶縁導体252を、約650℃〜約900℃の間の範囲の温度に達するように設計することができる。他の動作範囲を有する絶縁導体を、個々の動作の要件に合致するように形成することができる。   The insulated conductor 252 can be designed to operate at power levels up to about 1650 watts / meter or more. In certain embodiments, the insulated conductor 252 operates at a power level between about 300 watts / meter and about 1150 watts / meter when heating the formation. The insulated conductor 252 can be designed such that substantial thermal and / or electrical breakdown of the electrical insulator 214 does not occur even at the highest voltage level at typical operating temperatures. The insulated conductor 252 can be designed such that the jacket 216 does not exceed a temperature at which a significant reduction in the corrosion resistance of the jacket material occurs. In certain embodiments, the insulated conductor 252 can be designed to reach a temperature in the range between about 650 ° C and about 900 ° C. Insulated conductors having other operating ranges can be formed to meet individual operating requirements.

図2は、単一のコア218を有する絶縁導体252を示している。いくつかの実施の形態においては、絶縁導体252が、2つ以上のコア218を有する。例えば、1つの絶縁導体が3つのコアを有することができる。コア218を、金属または他の導電性材料で製作することができる。コア218の形成に使用される材料として、これらに限られるわけではないが、ニクロム、銅、ニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。特定の実施の形態においては、コア218が、オームの法則から導かれる抵抗により、所定の1メートル当たりのワット損、ヒータの長さ、および/またはコア材料に許される最大電圧について、コア材料が電気的および構造的に安定になるような直径および抵抗率を動作温度において有するように選択される。   FIG. 2 shows an insulated conductor 252 having a single core 218. In some embodiments, the insulated conductor 252 has more than one core 218. For example, one insulated conductor can have three cores. The core 218 can be made of metal or other conductive material. Materials used to form the core 218 include, but are not limited to, nichrome, copper, nickel, carbon steel, stainless steel, and combinations thereof. In certain embodiments, the core material 218 has a resistance derived from Ohm's law for a given power dissipation per meter, heater length, and / or maximum voltage allowed for the core material. It is selected to have a diameter and resistivity at operating temperature that will be electrically and structurally stable.

いくつかの実施の形態においては、コア218が、絶縁導体252の長さにおいて、異なる材料で製作される。例えば、コア218の第1の部位を、コアの第2の部位よりも抵抗が有意に小さい材料で製作することができる。第1の部位を、第2の部位に隣接する地層の第2の層ほど高い温度に加熱する必要がない地層の層に隣接して配置することができる。コア218の種々の部位の抵抗率を、直径を変えることによって調節でき、さらには/あるいはコアの各部位を異なる材料で製作することによって調節できる。   In some embodiments, the core 218 is made of a different material over the length of the insulated conductor 252. For example, the first portion of the core 218 can be made of a material that has a significantly lower resistance than the second portion of the core. The first site can be placed adjacent to a layer of the formation that does not need to be heated to a higher temperature than the second layer of the formation adjacent to the second site. The resistivity of various parts of the core 218 can be adjusted by changing the diameter and / or can be adjusted by making each part of the core from a different material.

電気絶縁体214は、さまざまな材料で製作可能である。一般的に使用される粉末として、これらに限られるわけではないが、MgO、Al、ジルコニア、BeO、スピネルのさまざまな化学的変種、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。MgOが、良好な熱伝導性および電気絶縁性をもたらすことができる。望まれる電気絶縁性として、漏れ電流が少ないこと、および絶縁耐力が高いことが挙げられる。漏れ電流が少ないと、熱的な不具合の可能性が低くなり、絶縁耐力が高いと、絶縁体を横切る電気アークの可能性が低くなる。熱的な不具合は、漏れ電流によって絶縁体の温度上昇が進行し、さらに絶縁体を横切る電気アークにつながる場合に生じうる。 The electrical insulator 214 can be made of a variety of materials. Commonly used powders can include, but are not limited to, MgO, Al 2 O 3 , zirconia, BeO, various chemical variants of spinel, and combinations thereof. MgO can provide good thermal conductivity and electrical insulation. Desirable electrical insulation properties include low leakage current and high dielectric strength. When the leakage current is small, the possibility of thermal failure is low, and when the dielectric strength is high, the possibility of an electric arc crossing the insulator is low. Thermal failure can occur when the insulator temperature rises due to leakage current and leads to an electric arc across the insulator.

ジャケット216は、外側の金属層または導電層であってもよい。ジャケット216は、高温の地層流体と接触する可能性がある。ジャケット216を、高い温度において高い耐食性を有する材料で製作することができる。ジャケット216の所望の動作温度範囲において使用することができる合金として、これらに限られるわけではないが、304 ステンレス鋼、310 ステンレス鋼、Incoloy(R) 800、およびInconel(R) 600(米国ウェストバージニア州HuntingtonのInco Alloys International)が挙げられる。ジャケット216の厚さは、高温および腐食性の環境において3〜10年の寿命を持つために充分でなければならないかもしれない。ジャケット216の厚さは、通常は、約1mm〜約3.5mmの間でさまざまであってもよい。例えば、310 ステンレス鋼製の厚さ1.3mmの外側層を、ジャケット216として使用して、3年を超える期間にわたって地層の加熱領域における硫化腐食に対する良好な耐化学性をもたらすことができる。より厚いジャケットまたはより薄いジャケットを、個々の用途の要件に合致するように使用することができる。   The jacket 216 may be an outer metal layer or a conductive layer. Jacket 216 can come into contact with hot formation fluids. The jacket 216 can be made of a material that has high corrosion resistance at high temperatures. Alloys that can be used in the desired operating temperature range of jacket 216 include, but are not limited to, 304 stainless steel, 310 stainless steel, Incoloy® 800, and Inconel® 600 (US West Virginia) Inco Alloys International) in the state of Huntington. The thickness of the jacket 216 may have to be sufficient to have a 3-10 year life in high temperature and corrosive environments. The thickness of jacket 216 may typically vary between about 1 mm and about 3.5 mm. For example, a 1.3 mm thick outer layer made of 310 stainless steel can be used as the jacket 216 to provide good chemical resistance to sulfidation corrosion in the heated zone of the formation over a period of more than three years. Thicker or thinner jackets can be used to meet individual application requirements.

1つ以上の絶縁導体を、1つ以上の熱源を形成するために地層の穴に配置することができる。穴内の各々の絶縁導体に電流を通すことで、地層を加熱することができる。あるいは、電流を、穴内の選択された絶縁導体に通すことができる。使用されない導体を、予備のヒータとして使用することができる。絶縁導体を、任意の好都合なやり方で電源へと電気的に接続することができる。絶縁導体の各々の端部を、坑口を通過する引き込み(lead−in)ケーブルへと接続することができる。そのような構成は、典型的には、熱源の下端の近くに位置する180度の曲がり(「ヘアピン」曲がり)または方向転換を有する。180度の曲がりまたは方向転換を備える絶縁導体は、下端の終端処理を不要にできるが、180度の曲がりまたは方向転換は、ヒータにおける電気的および/または機械的な弱点となる可能性がある。絶縁導体を、直列、並列、あるいは直列および並列の組み合わせで、電気的につなぎ合わせることができる。熱源のいくつかの実施の形態においては、熱源の下端においてコア218をジャケット216(図2に示されている)へと接続することによって、電流を絶縁導体の導体に通し、絶縁導体のジャケットを通って戻すことができる。   One or more insulated conductors can be placed in the formation holes to form one or more heat sources. The formation can be heated by passing a current through each insulated conductor in the hole. Alternatively, current can be passed through selected insulated conductors in the holes. Unused conductors can be used as spare heaters. The insulated conductor can be electrically connected to the power source in any convenient manner. Each end of the insulated conductor can be connected to a lead-in cable that passes through the wellhead. Such a configuration typically has a 180 degree bend ("hairpin" bend) or turn around the lower end of the heat source. Insulated conductors with a 180 degree bend or turn can eliminate the need for lower end termination, but a 180 degree bend or turn can be an electrical and / or mechanical weakness in the heater. Insulated conductors can be electrically connected in series, parallel, or a combination of series and parallel. In some embodiments of the heat source, by connecting the core 218 to the jacket 216 (shown in FIG. 2) at the lower end of the heat source, current is passed through the conductor of the insulated conductor, You can go back through.

いくつかの実施の形態においては、3つの絶縁導体252が、3相Y字の構成で電源へと電気的に接続される。図3が、Y字の構成に接続された地下の地層の穴の中の3つの絶縁導体の実施の形態を示している。図4が、地層の穴238から取り出すことができる3つの絶縁導体252の実施の形態を示している。Y字の構成の3つの絶縁導体においては、下端の接続が必要でないかもしれない。あるいは、Y字の構成の3つの絶縁導体のすべてを、穴の底部の付近で一体に接続することができる。接続を、絶縁導体の加熱部分の端部において直接行なうことができ、あるいは絶縁導体の下端において加熱部分に接続された低温ピン(抵抗の小さい部分)の端部において行なうことができる。下端の接続を、絶縁体で充てんおよび封止されたキャニスタ(canister)またはエポキシが充てんされたキャニスタによって行なうことができる。絶縁体は、電気絶縁として使用される絶縁体と同じ組成物であってもよい。   In some embodiments, three insulated conductors 252 are electrically connected to the power supply in a three-phase Y-shape configuration. FIG. 3 shows an embodiment of three insulated conductors in a hole in the underground formation connected to a Y configuration. FIG. 4 shows an embodiment of three insulated conductors 252 that can be removed from formation holes 238. For the three insulated conductors in the Y configuration, a lower end connection may not be required. Alternatively, all three insulated conductors in a Y configuration can be connected together near the bottom of the hole. The connection can be made directly at the end of the heated portion of the insulated conductor or at the end of a low temperature pin (low resistance portion) connected to the heated portion at the lower end of the insulated conductor. The lower end connection can be made by a canister filled with an insulator and sealed, or a canister filled with epoxy. The insulator may be the same composition as the insulator used as electrical insulation.

図3および図4に示されている3つの絶縁導体252を、セントラライザ222を使用して支持部材220へと結合させることができる。あるいは、絶縁導体252を、金属ストラップを使用して支持部材220へと直接固定することができる。セントラライザ222は、支持部材220における絶縁導体252の位置を維持し、さらには/あるいは移動を抑制することができる。セントラライザ222を、金属、セラミック、またはこれらの組み合わせで製作することができる。金属は、ステンレス鋼または腐食性かつ高温の環境に耐えることができる任意の他の種類の金属であってもよい。いくつかの実施の形態においては、セントラライザ222が、およそ6m未満の間隔で支持部材へと溶接される曲げられた金属帯であってもよい。セントラライザ222に使用されるセラミックは、これらに限られるわけではないが、Al、MgO、または他の電気絶縁体であってもよい。セントラライザ222は、絶縁導体の動作温度において絶縁導体の移動が抑制されるように、支持部材220上の絶縁導体252の位置を維持することができる。また、絶縁導体252は、加熱時の支持部材220の膨張に耐えるように、或る程度柔軟であってもよい。 The three insulated conductors 252 shown in FIGS. 3 and 4 can be coupled to the support member 220 using the centralizer 222. Alternatively, the insulated conductor 252 can be secured directly to the support member 220 using a metal strap. The centralizer 222 can maintain the position of the insulated conductor 252 in the support member 220 and / or suppress the movement. The centralizer 222 can be made of metal, ceramic, or a combination thereof. The metal may be stainless steel or any other type of metal that can withstand corrosive and high temperature environments. In some embodiments, the centralizer 222 may be a bent metal strip that is welded to the support member at a spacing of less than approximately 6 meters. The ceramic used for the centralizer 222 may be, but is not limited to, Al 2 O 3 , MgO, or other electrical insulator. The centralizer 222 can maintain the position of the insulated conductor 252 on the support member 220 such that the movement of the insulated conductor is suppressed at the operating temperature of the insulated conductor. Further, the insulated conductor 252 may be flexible to some extent so as to withstand expansion of the support member 220 during heating.

支持部材220、絶縁導体252、およびセントラライザ222を、炭化水素層240の穴238に配置することができる。絶縁導体252を、低温ピン226を使用して下端の導体接合部224へと接続することができる。下端の導体接合部224は、各々の絶縁導体252を互いに電気的に結合させることができる。下端の導体接合部224は、導電性であって、穴238において見られる温度で溶けることがない材料を含むことができる。低温ピン226は、絶縁導体252よりも低い電気抵抗を有する絶縁導体であってもよい。   Support member 220, insulated conductor 252, and centralizer 222 can be disposed in hole 238 of hydrocarbon layer 240. Insulated conductor 252 can be connected to lower end conductor joint 224 using low temperature pin 226. The lower end conductor joint 224 can electrically couple each insulated conductor 252 to each other. The bottom conductor joint 224 may comprise a material that is conductive and does not melt at the temperature found in the hole 238. The low temperature pin 226 may be an insulated conductor having an electrical resistance lower than that of the insulated conductor 252.

引き込み導体228を、絶縁導体252へと電力を供給するために坑口242へと接続することができる。引き込み導体228を、引き込み導体を通過する電流からの発熱が比較的少ないよう、比較的低電気抵抗の導体で製作することができる。いくつかの実施の形態においては、引き込み導体が、ゴムまたはポリマーで絶縁された銅の縒り線である。いくつかの実施の形態においては、引き込み導体が、銅芯を有する無機絶縁の導体である。引き込み導体228を、表土246と表面250との間に位置するシールフランジによって表面250の坑口242へと接続することができる。シールフランジは、穴238から表面250への流体の逃げ出しを抑制することができる。   The lead-in conductor 228 can be connected to the wellhead 242 to supply power to the insulated conductor 252. The lead conductor 228 can be made of a conductor having a relatively low electrical resistance so that heat from the current passing through the lead conductor is relatively low. In some embodiments, the lead-in conductor is a copper strand that is insulated with rubber or polymer. In some embodiments, the lead-in conductor is an inorganic insulating conductor having a copper core. The lead conductor 228 can be connected to the wellhead 242 of the surface 250 by a seal flange located between the topsoil 246 and the surface 250. The seal flange can prevent fluid escape from the hole 238 to the surface 250.

特定の実施の形態においては、引き込み導体228が、つなぎ導体230を使用して絶縁導体252へと接続される。つなぎ導体230は、絶縁導体252の抵抗の小さい部分であってもよい。つなぎ導体230を、絶縁導体252の「低温ピン」と称することができる。つなぎ導体230を、絶縁導体252の主たる加熱部分の単位長さにおける放散と比べ、単位長さ当たりの出力の放散が約10分の1〜約5分の1であるように設計することができる。つなぎ導体230は、典型的には約1.5m〜約15mの間であってもよいが、個々の用途の必要性に対応するように、より短い長さまたはより長い長さを使用することも可能である。一実施の形態においては、つなぎ導体230の導体が銅である。つなぎ導体230の電気絶縁体は、主たる加熱部分に使用される電気絶縁体と同じ種類であってもよい。つなぎ導体230のジャケットを、耐食性の材料で製作することができる。   In certain embodiments, the lead conductor 228 is connected to the insulated conductor 252 using the tether conductor 230. The connecting conductor 230 may be a portion where the resistance of the insulated conductor 252 is low. The connecting conductor 230 can be referred to as a “cold pin” of the insulated conductor 252. The tether conductor 230 can be designed to have an output dissipation per unit length of about 1/10 to about 1/5 compared to the dissipation in unit length of the main heated portion of the insulated conductor 252. . The tether 230 may typically be between about 1.5 m and about 15 m, but should use shorter or longer lengths to meet the needs of individual applications. Is also possible. In one embodiment, the conductor of the connecting conductor 230 is copper. The electrical insulator of the connecting conductor 230 may be the same type as the electrical insulator used for the main heating part. The jacket of the connecting conductor 230 can be made of a corrosion resistant material.

特定の実施の形態においては、つなぎ導体230が、スプライスまたは他の結合継手によって引き込み導体228へと接続される。スプライスを、つなぎ導体230を絶縁導体252へと接続するためにも使用することができる。スプライスは、穴内の導体の数およびスプライスが互い違いにされるか否かに応じて、対象領域の動作温度に近付く温度(例えば、対象領域の動作温度の半分に等しい温度)に耐えなければならない。スプライスにおける電気絶縁の密度は、多くの場合に、必要とされる温度および動作電圧に耐えるために充分に高くなければならない。   In certain embodiments, the tether conductor 230 is connected to the lead conductor 228 by a splice or other coupling joint. A splice can also be used to connect the tether conductor 230 to the insulated conductor 252. The splice must withstand a temperature approaching the target region operating temperature (eg, a temperature equal to half the target region operating temperature) depending on the number of conductors in the hole and whether the splices are staggered. The density of electrical insulation in the splice often has to be high enough to withstand the required temperature and operating voltage.

いくつかの実施の形態においては、図3に示されるように、パッキン材料248が、表土のケーシング244と穴238との間に配置される。いくつかの実施の形態においては、補強材料232によって表土のケーシング244を表土246へと固定することができる。パッキン材料248は、穴238から表面250への流体の流出を抑制することができる。補強材料232として、例えば、高温性能の改善のためのシリカ粉末と混合されたクラスGまたはクラスHのポルトランドセメント、スラグまたはシリカ粉末、ならびに/あるいはこれらの混合物を挙げることができる。いくつかの実施の形態においては、補強材料232が、約5cm〜約25cmの幅だけ径方向に延びている。   In some embodiments, packing material 248 is disposed between topsoil casing 244 and hole 238, as shown in FIG. In some embodiments, the topsoil casing 244 can be secured to the topsoil 246 by the reinforcing material 232. The packing material 248 can inhibit the outflow of fluid from the hole 238 to the surface 250. Reinforcing material 232 can include, for example, Class G or Class H Portland cement, slag or silica powder, and / or mixtures thereof mixed with silica powder for improved high temperature performance. In some embodiments, the reinforcing material 232 extends radially by a width of about 5 cm to about 25 cm.

図3および図4に示されるように、支持部材220および引き込み導体228を、地層の表面250において坑口242へと接続することができる。表面導体234が、補強材料232を囲んで坑口242へと結合することができる。表面導体のいくつかの実施の形態は、地層の穴の中へと約3m〜約515mの深さまで延びることができる。あるいは、表面導体を、地層の中へと約9mの深さまで延ばすことができる。電流を電源から絶縁導体252へと供給し、絶縁導体の電気抵抗によって熱を発生させることができる。3つの絶縁導体252から生じた熱が、炭化水素層240の少なくとも一部を加熱するために、穴238内を伝わることができる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the support member 220 and the lead-in conductor 228 can be connected to the wellhead 242 at the formation surface 250. A surface conductor 234 can be coupled to the wellhead 242 surrounding the reinforcing material 232. Some embodiments of surface conductors can extend into the formation holes to a depth of about 3 m to about 515 m. Alternatively, the surface conductor can be extended into the formation to a depth of about 9 m. Current can be supplied from the power source to the insulated conductor 252 and heat can be generated by the electrical resistance of the insulated conductor. Heat generated from the three insulated conductors 252 can be conducted through the holes 238 to heat at least a portion of the hydrocarbon layer 240.

絶縁導体252によって生成された熱が、炭化水素含有層の少なくとも一部を加熱することができる。いくつかの実施の形態においては、熱が、実質的に生じた熱の地層への放射によって地層へと伝えられる。一部の熱を、穴に存在する気体による熱の伝導または対流によって伝えることができる。穴は、図3および図4に示されているような囲いのない穴であってもよい。囲いのない穴は、ヒータの地層へのセメントによる熱的固定に関するコスト、ケーシングに関するコスト、および/またはヒータを穴内に詰め込むコストを不要にする。さらに、放射による熱の伝達が、典型的には伝導による伝達よりも効率的であるため、開いた掘削穴においてはヒータをより低い温度で動作させることができる。熱源の初期の動作の際の伝導による熱伝達を、穴に気体を追加することによって高めることができる。気体を、最大約27bar(絶対圧)の圧力に保つことができる。気体として、これらに限られるわけではないが、二酸化炭素および/またはヘリウムを挙げることができる。開いた掘削穴の絶縁導体ヒータは、好都合なことに、熱膨張および熱収縮に対応するように、自由に膨張または収縮することが可能である。絶縁導体ヒータは、好都合には、開いた掘削穴から取り出すこと、または再び配置することが可能であってもよい。   The heat generated by the insulated conductor 252 can heat at least a portion of the hydrocarbon-containing layer. In some embodiments, heat is transferred to the formation by radiation of the substantially generated heat to the formation. Some heat can be transferred by heat conduction or convection by the gas present in the hole. The hole may be an unopened hole as shown in FIGS. Unenclosed holes eliminate the cost of cement thermal fixation to the heater formation, the cost of the casing, and / or the cost of packing the heater into the hole. Furthermore, because heat transfer by radiation is typically more efficient than heat transfer, the heater can be operated at a lower temperature in open drill holes. Heat transfer by conduction during the initial operation of the heat source can be enhanced by adding gas to the holes. The gas can be maintained at a pressure of up to about 27 bar (absolute pressure). The gas can include, but is not limited to, carbon dioxide and / or helium. The open borehole insulated conductor heater is advantageously free to expand or contract to accommodate thermal expansion and contraction. The insulated conductor heater may conveniently be removed from an open drilling hole or repositioned.

特定の実施の形態においては、絶縁導体ヒータアセンブリが、スプールアセンブリ(spooling assembly)を使用して設置され、あるいは取り除かれる。2つ以上のスプールアセンブリを、絶縁導体および支持部材を同時に設置するために使用することができる。あるいは、支持部材を、コイルドチュービングユニット(coiled tubing unit)を使用して設置することができる。支持体が穴へと挿入されるときに、ヒータをスプールから繰り出し、支持体へと接続することができる。電気ヒータおよび支持部材を、スプールアセンブリから繰り出すことができる。スペーサを、支持部材の長さに沿って支持部材およびヒータへと組み合わせることができる。さらなるスプールアセンブリを、さらなる電気ヒータ要素のために使用することができる。   In certain embodiments, the insulated conductor heater assembly is installed or removed using a spool assembly. More than one spool assembly can be used to install the insulated conductor and the support member simultaneously. Alternatively, the support member can be installed using a coiled tubing unit. When the support is inserted into the hole, the heater can be unwound from the spool and connected to the support. An electric heater and support member can be unwound from the spool assembly. Spacers can be combined with the support member and heater along the length of the support member. Additional spool assemblies can be used for additional electric heater elements.

温度制限ヒータが、設定可能であってもよく、さらには/あるいは特定の温度においてヒータに自動的な温度制限特性をもたらす材料を備えることができる。特定の実施の形態においては、強磁性体が温度制限ヒータにおいて使用される。強磁性体は、材料のキュリー温度および/または相変態温度範囲あるいはその付近において温度を自ら制限し、時間変化する電流が材料へと加えられたときにもたらす熱の量を少なくする。特定の実施の形態においては、強磁性体が、ほぼキュリー温度であり、さらには/あるいは相変態温度範囲にある所定の温度において、温度制限ヒータの温度を自ら制限する。特定の実施の形態において、所定の温度が、キュリー温度および/または相変態温度範囲の約35℃の範囲内、約25℃の範囲内、約20℃の範囲内、または約10℃の範囲内である。特定の実施の形態においては、強磁性体が、種々の電気的および/または機械的特性をもたらすために他の材料(例えば、高度に導電性の材料、高強度の材料、耐食性の材料、またはこれらの組み合わせ)と組み合わせられる。温度制限ヒータのいくつかの部分が、温度制限ヒータの他の部分よりも低い抵抗(形状の相違ならびに/あるいは異なる強磁性体および/または非強磁性体の使用による)を有することができる。温度制限ヒータの各部分をさまざまな材料および/または寸法とすることで、ヒータの各部分からの熱の出力を所望のとおりにあつらえることができる。   The temperature limited heater may be configurable and / or may comprise materials that provide automatic temperature limiting characteristics to the heater at a specific temperature. In certain embodiments, a ferromagnetic material is used in the temperature limited heater. Ferromagnetic materials limit themselves at or near the Curie temperature and / or phase transformation temperature range of the material, reducing the amount of heat that is generated when a time-varying current is applied to the material. In certain embodiments, the ferromagnetic material limits the temperature of the temperature limited heater itself at a predetermined temperature that is approximately at the Curie temperature and / or in the phase transformation temperature range. In certain embodiments, the predetermined temperature is within the Curie temperature and / or phase transformation temperature range of about 35 ° C, within the range of about 25 ° C, within the range of about 20 ° C, or within the range of about 10 ° C. It is. In certain embodiments, the ferromagnet may have other materials (eg, highly conductive materials, high strength materials, corrosion resistant materials, or the like to provide various electrical and / or mechanical properties. A combination of these). Some portions of the temperature limited heater may have a lower resistance (due to shape differences and / or the use of different ferromagnetic and / or non-ferromagnetic materials) than other portions of the temperature limited heater. Each portion of the temperature limited heater can be of various materials and / or dimensions so that the heat output from each portion of the heater can be tailored as desired.

温度制限ヒータは、他のヒータよりも高い信頼性を有することができる。温度制限ヒータは、地層内のホットスポットに起因する破壊または故障の傾向を少なくすることができる。いくつかの実施の形態においては、温度制限ヒータが、地層の実質的に一様な加熱を可能にする。いくつかの実施の形態においては、温度制限ヒータが、ヒータの全長についてより高い平均熱出力で動作することによって、より効率的に地層を加熱することができる。温度制限ヒータは、ヒータのいずれかの地点の温度がヒータの最大動作温度を超え、あるいは超えそうになったときに、典型的な一定のワット数のヒータと同じく、ヒータへの電力をヒータ全体にわたって減らす必要がないため、ヒータの全長についてより高い平均熱出力で動作する。温度制限ヒータにおいて、ヒータのキュリー温度および/または相変態温度範囲に近付いた部分からの熱出力は、ヒータへと加えられる時間変化する電流の制御された調節を必要とすることなく自動的に減少する。熱出力の自動的な減少は、温度制限ヒータの各部分の電気的特性(例えば、電気抵抗)の変化に起因する。したがって、温度制限ヒータによれば、加熱プロセスのより多くの部分において、より多くの電力が供給される。   Temperature limited heaters can have higher reliability than other heaters. Temperature limited heaters can reduce the tendency for destruction or failure due to hot spots in the formation. In some embodiments, the temperature limited heater allows for substantially uniform heating of the formation. In some embodiments, the temperature limited heater can heat the formation more efficiently by operating at a higher average heat output for the entire length of the heater. Temperature limited heaters, when the temperature at any point in the heater exceeds, or is about to exceed, the maximum operating temperature of the heater, like the typical constant wattage heater, Operating at higher average heat output for the entire length of the heater. In temperature limited heaters, the heat output from the heater's near Curie temperature and / or phase transformation temperature range is automatically reduced without the need for controlled adjustment of the time-varying current applied to the heater. To do. The automatic decrease in heat output is due to changes in the electrical properties (eg, electrical resistance) of each part of the temperature limited heater. Thus, temperature limited heaters provide more power in more parts of the heating process.

特定の実施の形態においては、温度制限ヒータが時間変化する電流によって駆動されるときに、温度制限ヒータを含むシステムが、最初に第1の熱出力をもたらし、次いでヒータの電気抵抗部分のキュリー温度および/または相変態温度範囲、その付近、あるいはそれを上回る温度において、低減された熱出力(第2の熱出力)をもたらす。第1の熱出力は、温度制限ヒータが自動的な制限を開始する温度を下回る温度における熱出力である。いくつかの実施の形態においては、第1の熱出力が、温度制限ヒータ内の強磁性体のキュリー温度および/または相変態温度範囲を下回ること約50℃、約75℃、約100℃、または約125℃の温度における熱出力である。   In certain embodiments, when the temperature limited heater is driven by a time-varying current, the system including the temperature limited heater first provides a first heat output and then the Curie temperature of the electrical resistance portion of the heater. And / or at a temperature near, above or above the phase transformation temperature range, resulting in a reduced heat output (second heat output). The first heat output is the heat output at a temperature below the temperature at which the temperature limited heater starts automatic limiting. In some embodiments, the first heat output is below the Curie temperature and / or phase transformation temperature range of the ferromagnet in the temperature limited heater at about 50 ° C., about 75 ° C., about 100 ° C., or Heat output at a temperature of about 125 ° C.

温度制限ヒータを、坑口において供給される時間変化する電流(交流または変調された直流)によって駆動することができる。坑口は、電源および温度制限ヒータへの電力の供給に使用される他の構成要素(例えば、変調用の部品、変圧器、および/またはコンデンサ)を備えることができる。温度制限ヒータは、地層のある部分の加熱に使用される多数のヒータの内の1つであってもよい。   The temperature limited heater can be driven by a time-varying current (alternating current or modulated direct current) supplied at the wellhead. The wellhead may include other components (eg, modulation components, transformers, and / or capacitors) used to provide power to the power source and temperature limited heater. The temperature limited heater may be one of a number of heaters used to heat a portion of the formation.

いくつかの実施の形態においては、比較的薄い導電層が、強磁性の導体のキュリー温度および/または相変態温度範囲またはそれに近い温度までの温度における温度制限ヒータの電気抵抗による熱出力の大部分をもたらすために使用される。そのような温度制限ヒータを、絶縁導体ヒータにおける加熱部材として使用することができる。絶縁導体ヒータの加熱部材を、鞘の内側に、鞘と加熱部材との間に絶縁層を備えて配置することができる。   In some embodiments, the relatively thin conductive layer is responsible for the majority of the thermal output due to the electrical resistance of the temperature limited heater at temperatures up to or near the Curie temperature of the ferromagnetic conductor and / or the phase transformation temperature range. Used to bring Such a temperature limited heater can be used as a heating member in an insulated conductor heater. The heating member of the insulated conductor heater can be disposed inside the sheath with an insulating layer between the sheath and the heating member.

図5Aおよび図5Bが、加熱部材として温度制限ヒータを備える絶縁導体ヒータの一実施の形態の断面図を示している。絶縁導体252が、コア218、強磁性の導体236、内側導体212、電気絶縁体214、およびジャケット216を備えている。コア218は、銅芯である。強磁性の導体236は、例えば鉄または鉄合金である。   5A and 5B show cross-sectional views of an embodiment of an insulated conductor heater including a temperature limiting heater as a heating member. The insulated conductor 252 includes a core 218, a ferromagnetic conductor 236, an inner conductor 212, an electrical insulator 214, and a jacket 216. The core 218 is a copper core. The ferromagnetic conductor 236 is, for example, iron or an iron alloy.

内側導体212は、強磁性の導体236よりも高い導電性を有する非強磁性材料からなる比較的薄い導電層である。特定の実施の形態においては、内側導体212が銅である。内側導体212は、銅合金であってもよい。銅合金は、典型的には、温度に対する抵抗の推移が、純粋な銅よりも平坦である。温度に対する抵抗の推移がより平坦であることで、キュリー温度および/または相変態温度範囲まで、温度の関数としての熱出力の変化をより小さくすることができる。いくつかの実施の形態においては、内側導体212が、6重量%のニッケルを含む銅(例えば、CuNiまたはLOHM(TM))である。いくつかの実施の形態においては、内側導体212が、CuNi10FeMn合金である。強磁性の導体236のキュリー温度および/または相変態温度範囲よりも下においては、強磁性の導体の磁気特性により、電流の流れの大部分が内側導体212に限られる。したがって、キュリー温度および/または相変態温度範囲よりも下では、内側導体212が、絶縁導体252の抵抗による熱出力の大部分をもたらす。 The inner conductor 212 is a relatively thin conductive layer made of a non-ferromagnetic material having a higher conductivity than the ferromagnetic conductor 236. In certain embodiments, the inner conductor 212 is copper. The inner conductor 212 may be a copper alloy. Copper alloys typically have a flatter resistance transition over temperature than pure copper. A more flat transition of resistance with respect to temperature can reduce the change in heat output as a function of temperature down to the Curie temperature and / or phase transformation temperature range. In some embodiments, the inner conductor 212 is copper (eg, CuNi 6 or LOHM (TM)) with 6 wt% nickel. In some embodiments, the inner conductor 212 is a CuNi 10 Fe 1 Mn alloy. Below the Curie temperature and / or phase transformation temperature range of the ferromagnetic conductor 236, the magnetic properties of the ferromagnetic conductor limit the majority of the current flow to the inner conductor 212. Thus, below the Curie temperature and / or the phase transformation temperature range, the inner conductor 212 provides the majority of the heat output due to the resistance of the insulated conductor 252.

特定の実施の形態においては、内側導体212が、コア218および強磁性の導体236とともに、内側導体によって所望の量の熱出力および所望のターンダウン比がもたらされるように寸法付けられる。例えば、内側導体212は、コア218の断面積の約2分の1または3分の1の断面積を有することができる。典型的には、内側導体212は、内側導体が銅または銅合金である場合、所望の熱出力をもたらすために比較的小さな断面積を有さなければならない。銅製の内側導体212を有する一実施の形態においては、コア218が、0.66cmの直径を有し、強磁性の導体236が、0.91cmの外径を有し、内側導体212が、1.03cmの外径を有し、電気絶縁体214が、1.53cmの外径を有し、ジャケット216が、1.79cmの外径を有する。CuNiの内側導体212を有する一実施の形態においては、コア218が、0.66cmの直径を有し、強磁性の導体236が、0.91cmの外径を有し、内側導体212が、1.12cmの外径を有し、電気絶縁体214が、1.63cmの外径を有し、ジャケット216が、1.88cmの外径を有する。そのような絶縁導体は、典型的には、キュリー温度および/または相変態温度範囲よりも下での熱出力の大部分をもたらすために薄い内側導体を使用しない絶縁導体よりも小さく、より安価に製造することができる。 In certain embodiments, the inner conductor 212, along with the core 218 and the ferromagnetic conductor 236, are dimensioned such that the inner conductor provides the desired amount of heat output and the desired turndown ratio. For example, the inner conductor 212 can have a cross-sectional area that is about one-half or one-third of the cross-sectional area of the core 218. Typically, the inner conductor 212 must have a relatively small cross-sectional area to provide the desired heat output when the inner conductor is copper or a copper alloy. In one embodiment having a copper inner conductor 212, the core 218 has a diameter of 0.66 cm, the ferromagnetic conductor 236 has an outer diameter of 0.91 cm, and the inner conductor 212 has 1 0.03 cm outer diameter, electrical insulator 214 has an outer diameter of 1.53 cm, and jacket 216 has an outer diameter of 1.79 cm. In one embodiment having a CuNi 6 inner conductor 212, the core 218 has a diameter of 0.66 cm, the ferromagnetic conductor 236 has an outer diameter of 0.91 cm, and the inner conductor 212 has The outer diameter of 1.12 cm, the electrical insulator 214 has an outer diameter of 1.63 cm, and the jacket 216 has an outer diameter of 1.88 cm. Such insulated conductors are typically smaller and less expensive than insulated conductors that do not use a thin inner conductor to provide the majority of the thermal output below the Curie temperature and / or phase transformation temperature range. Can be manufactured.

電気絶縁体214は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化ベリリウム、チッ化ホウ素、チッ化ケイ素、またはこれらの組み合わせであってもよい。特定の実施の形態においては、電気絶縁体214が、圧縮された酸化マグネシウム粉末である。いくつかの実施の形態においては、電気絶縁体214が、チッ化ケイ素のビーズを含む。   The electrical insulator 214 may be magnesium oxide, aluminum oxide, silicon dioxide, beryllium oxide, boron nitride, silicon nitride, or a combination thereof. In certain embodiments, the electrical insulator 214 is a compressed magnesium oxide powder. In some embodiments, the electrical insulator 214 comprises silicon nitride beads.

特定の実施の形態においては、薄い材料層が、より高い温度での銅の電気絶縁体への移動を阻止するために、電気絶縁体214と内側導体212との間に配置される。例えば、薄いニッケル層(例えば、約0.5mmのニッケル)を、電気絶縁体214と内側導体212との間に配置することができる。   In certain embodiments, a thin material layer is disposed between the electrical insulator 214 and the inner conductor 212 to prevent migration of copper to the electrical insulator at higher temperatures. For example, a thin nickel layer (eg, about 0.5 mm nickel) can be disposed between the electrical insulator 214 and the inner conductor 212.

ジャケット216は、これらに限られるわけではないが、347 ステンレス鋼、347H ステンレス鋼、446 ステンレス鋼、または825 ステンレス鋼など、耐食性の材料で製作される。いくつかの実施の形態においては、ジャケット216が、強磁性の導体236のキュリー温度および/または相変態温度範囲、あるいはそれよりも上において、絶縁導体252に或る程度の機械強度をもたらす。特定の実施の形態においては、ジャケット216は、電流を導くためには使用されない。   Jacket 216 is made of a corrosion resistant material such as, but not limited to, 347 stainless steel, 347H stainless steel, 446 stainless steel, or 825 stainless steel. In some embodiments, the jacket 216 provides a degree of mechanical strength to the insulated conductor 252 at or above the Curie temperature and / or phase transformation temperature range of the ferromagnetic conductor 236. In certain embodiments, the jacket 216 is not used to conduct current.

特定の実施の形態においては、半導体層が、絶縁導体ヒータのコアの外側に配置される。半導体層が、コアを少なくとも部分的に囲むことができる。半導体層を、コアに隣接させて(コアと絶縁層(電気絶縁体)との間に)配置することができ、あるいは半導体層を、絶縁層内に位置させることができる。半導体層を、絶縁導体ヒータにおいてコアの外側に配置することによって、ヒータにおける電界の変動を軽減でき、さらには/あるいはヒータにおける電界強度を軽減できる。したがって、より高い電圧が半導体層を有する絶縁導体ヒータに加えられるが、半導体層を持たない絶縁導体ヒータに加えられるより低い電圧で達成される同じ最大電界強度を、コアと鞘との間に生じる。あるいは、2つのヒータを同じ電圧で動作させた場合、半導体層を有する絶縁導体ヒータにおいては最大の電界強度がより低くなる。   In certain embodiments, the semiconductor layer is disposed outside the core of the insulated conductor heater. The semiconductor layer can at least partially surround the core. The semiconductor layer can be placed adjacent to the core (between the core and the insulating layer (electrical insulator)), or the semiconductor layer can be located in the insulating layer. By arranging the semiconductor layer outside the core in the insulated conductor heater, the fluctuation of the electric field in the heater can be reduced and / or the electric field strength in the heater can be reduced. Thus, a higher voltage is applied to the insulated conductor heater with the semiconductor layer, but the same maximum electric field strength achieved between the core and the sheath is achieved with the lower voltage applied to the insulated conductor heater without the semiconductor layer. . Alternatively, when the two heaters are operated at the same voltage, the maximum electric field strength is lower in an insulated conductor heater having a semiconductor layer.

図6が、半導体層254が(コアの表面において)コア218に隣接してコア218を囲んでいる絶縁導体252の実施の形態を示している。絶縁導体252は、抵抗による熱出力をもたらす絶縁導体ヒータであってもよい。電気絶縁体214およびジャケット(鞘)216が、半導体層254およびコア218を囲んでいる。図7は、電気絶縁体214の内部に位置してコア218を囲む半導体層254を有する絶縁導体252の実施の形態を示している。半導体層254は、例えばBaTiOまたは他の適切な半導体材料(これらに限られるわけではないが、BaSr1−xTiO、CaCu(TiO、またはLaBaCaZnTi、など)であってもよい。特定の実施の形態においては、コア218が銅または銅合金(例えば、銅−ニッケル合金)であり、電気絶縁体214が酸化マグネシウムであり、ジャケット216がステンレス鋼である。 FIG. 6 illustrates an embodiment of an insulated conductor 252 in which the semiconductor layer 254 is adjacent to the core 218 (at the surface of the core) and surrounds the core 218. The insulated conductor 252 may be an insulated conductor heater that provides thermal output due to resistance. Electrical insulator 214 and jacket (sheath) 216 surround semiconductor layer 254 and core 218. FIG. 7 illustrates an embodiment of an insulated conductor 252 having a semiconductor layer 254 located inside the electrical insulator 214 and surrounding the core 218. The semiconductor layer 254 may be, for example, BaTiO 3 or other suitable semiconductor material (including but not limited to Ba x Sr 1-x TiO 3 , CaCu 3 (TiO 3 ) 4 , or La 2 Ba 2 CaZn 2 Ti 3 O 4 , etc.). In certain embodiments, the core 218 is copper or a copper alloy (eg, a copper-nickel alloy), the electrical insulator 214 is magnesium oxide, and the jacket 216 is stainless steel.

半導体層254は、コア218の外側の電界強度を軽減する。さらに、半導体層254でコア218を囲むことで、コアの表面の欠陥または凹凸に起因する電界強度のばらつきを低減または軽減することができる。電界強度の低減および/または電界強度のばらつきの軽減は、電気絶縁体214への応力の軽減を可能にし、電気絶縁体の絶縁破壊の可能性を少なくし、ヒータの動作寿命を長くする。   The semiconductor layer 254 reduces the electric field strength outside the core 218. Further, by surrounding the core 218 with the semiconductor layer 254, variation in electric field strength due to defects or irregularities on the surface of the core can be reduced or reduced. Reduction of electric field strength and / or reduction of variation in electric field strength can reduce stress on the electrical insulator 214, reduce the potential for electrical breakdown of the electrical insulator, and extend the operating life of the heater.

特定の実施の形態においては、半導体層254が、電気絶縁体214よりも大きい誘電率を有する。特定の実施の形態においては、コアの周囲の電界強度が、半導体層の誘電率および半導体層の厚さを最適にすることによって最小化される。電界への影響を最適化するために、半導体層254および/または電気絶縁体214の誘電率に勾配を持たせる(コア218の中心軸からの半径方向の距離につれて変化させる)ことができる。いくつかの実施の形態においては、各々が異なる誘電率を有する複数の層(半導体層または電気絶縁体層)を、所望の勾配をもたらすために使用することができる。   In certain embodiments, the semiconductor layer 254 has a dielectric constant greater than that of the electrical insulator 214. In certain embodiments, the electric field strength around the core is minimized by optimizing the dielectric constant of the semiconductor layer and the thickness of the semiconductor layer. To optimize the effect on the electric field, the dielectric constant of the semiconductor layer 254 and / or the electrical insulator 214 can be graded (varied with radial distance from the central axis of the core 218). In some embodiments, multiple layers (semiconductor layers or electrical insulator layers) each having a different dielectric constant can be used to provide the desired gradient.

長尺かつ鉛直な温度制限ヒータ(例えば、長さが少なくとも300mm、少なくとも500m、または少なくとも1kmのヒータ)については、吊り下げ応力(hanging stress)が温度制限ヒータの材料の選択において重要になる。材料の選択が適切でないと、支持部材が、ヒータの動作温度において温度制限ヒータの重量を支持するための充分な機械的強度(例えば、クリープ破断強度)を持たない可能性がある。   For long and vertical temperature limited heaters (eg, heaters with a length of at least 300 mm, at least 500 m, or at least 1 km), the hanging stress is important in selecting the material for the temperature limited heater. If the choice of material is not appropriate, the support member may not have sufficient mechanical strength (eg, creep rupture strength) to support the weight of the temperature limited heater at the heater operating temperature.

特定の実施の形態においては、支持部材の材料が、温度制限ヒータの動作温度における最大許容吊り下げ応力を大きくし、したがって温度制限ヒータの最大動作温度を高くするように変更される。支持部材の材料の変更は、材料の変更によって支持部材の温度につれての抵抗の推移が変化するがゆえに、キュリー温度および/または相変態温度範囲よりも下での温度制限ヒータの熱出力に影響を及ぼす。特定の実施の形態においては、温度制限ヒータが可能なかぎり所望の動作特性(例えば、キュリー温度および/または相変態温度範囲よりも下での温度につれての抵抗の推移)を保ちつつ、ヒータを支持するための充分な機械的特性をもたらすように、支持部材がヒータの全長に沿って2つ以上の材料で製作される。いくつかの実施の形態においては、ヒータの個々の区間の間の温度差を補償する強度をもたらすために、ヒータの各区間の間につなぎの区間が使用される。特定の実施の形態においては、温度制限ヒータの1つ以上の部位が、ヒータに所望の特性をもたらすように変化する外径および/または材料を有する。   In certain embodiments, the material of the support member is modified to increase the maximum allowable suspension stress at the operating temperature of the temperature limited heater and thus increase the maximum operating temperature of the temperature limited heater. Changing the material of the support member will affect the thermal output of the temperature limited heater below the Curie temperature and / or the phase transformation temperature range because the change in resistance will change with the temperature of the support member due to the material change. Effect. In certain embodiments, the temperature limited heater supports the heater while maintaining the desired operating characteristics as much as possible (eg, resistance transition with temperature below the Curie temperature and / or phase transformation temperature range). The support member is made of two or more materials along the entire length of the heater so as to provide sufficient mechanical properties to achieve. In some embodiments, tethered sections are used between each section of the heater to provide an intensity that compensates for temperature differences between the individual sections of the heater. In certain embodiments, one or more portions of the temperature limited heater have outer diameters and / or materials that change to provide the desired characteristics to the heater.

いくつかの非制限的な実施例を、以下で説明する。   Some non-limiting examples are described below.

絶縁導体における半導体層の実施例
COMSOL(R)というシミュレーションを使用し、図6および図7に示した絶縁導体ヒータなどの絶縁導体ヒータにおける半導体層の使用の電界への影響を評価した。第1のシミュレーションにおいては、ニッケル銅コアの不整な表面(起伏のあるコア表面)を(図6に示されるように)コアの表面または(図7に示されるように)酸化マグネシウム電気絶縁体の内部に位置するBaTiO半導体層で囲んでなる絶縁導体ヒータについて、電界成分を計算した。電界成分を、いかなる半導体層も持たない基本の事例についても計算した。
Example of Semiconductor Layer in Insulated Conductor A simulation called COMSOL (R) was used to evaluate the influence of the use of the semiconductor layer in an insulated conductor heater such as the insulated conductor heater shown in FIGS. 6 and 7 on the electric field. In the first simulation, the irregular surface (undulated core surface) of the nickel-copper core is the surface of the core (as shown in FIG. 6) or of the magnesium oxide electrical insulator (as shown in FIG. 7). The electric field component was calculated for the insulated conductor heater surrounded by the BaTiO 3 semiconductor layer located inside. The electric field components were calculated for the basic case without any semiconductor layer.

図8が、電界の垂直成分(V/m)をヒータの長さに沿った位置(m)の関数として示している。曲線256が、基本の事例における電界を示している。曲線258が、半導体層が表面に位置する場合の電界を示している。曲線260が、半導体層が電気絶縁体の中に位置する場合の電界を示している。図8に示されるとおり、半導体層をコアの表面に配置することが、コアの不整な(波打った)表面に起因する電界強度のばらつきの軽減にとって最良(電界の垂直成分の変化が最小)である。   FIG. 8 shows the vertical component (V / m) of the electric field as a function of position (m) along the length of the heater. Curve 256 shows the electric field in the basic case. A curve 258 shows the electric field when the semiconductor layer is located on the surface. Curve 260 shows the electric field when the semiconductor layer is located in an electrical insulator. As shown in FIG. 8, it is best to reduce the variation in the electric field strength caused by the irregular (wavy) surface of the core (the change in the vertical component of the electric field is minimized). It is.

第2のシミュレーションにおいては、欠陥(コア表面のくぼみ)を有するニッケル銅コアの表面を(図6に示されるように)コアの表面または(図7に示されるように)酸化マグネシウム電気絶縁体の内部に位置するBaTiO半導体層で囲んでなる絶縁導体ヒータについて、電界強度を計算した。電界強度を、いかなる半導体層も持たない基本の事例についても計算した。 In the second simulation, the surface of the nickel copper core with defects (core surface depressions) is the surface of the core (as shown in FIG. 6) or of the magnesium oxide electrical insulator (as shown in FIG. 7). The electric field strength was calculated for the insulated conductor heater surrounded by the BaTiO 3 semiconductor layer located inside. The field strength was calculated for the basic case without any semiconductor layers.

図9が、電界強度(V/m)をコアからの距離(m)に対して示している。曲線262が、基本の事例における電界強度を示している。曲線264が、半導体層が表面に位置する場合の電界強度を示している。曲線266が、半導体層が電気絶縁体の中に位置する場合の電界強度を示している。図9に示されるとおり、半導体層が表面に位置する場合(曲線264)、コアの付近の電界強度が小さくなる。   FIG. 9 shows the electric field strength (V / m) with respect to the distance (m) from the core. Curve 262 shows the electric field strength in the basic case. A curve 264 indicates the electric field strength when the semiconductor layer is located on the surface. Curve 266 shows the electric field strength when the semiconductor layer is located in the electrical insulator. As shown in FIG. 9, when the semiconductor layer is located on the surface (curve 264), the electric field strength near the core is reduced.

解析計算を使用し、図6に示したとおりの絶縁導体ヒータについて、電気特性および半導体層の有効性を評価した。図10が、電気絶縁体と半導体層との誘電率の比(電気絶縁体の誘電率/半導体層の誘電率)に対し、遮蔽なし(半導体層なし)の場合の最大電界強度に対する割合(左側の軸)および正規化した半導体層の厚さ(右側の軸)を示している。図10に示されるとおり、所定の誘電率の比(縦の矢印によって示されている)において、最大電界強度を最小にする半導体層の厚さに一致する。   Using the analytical calculation, the electrical characteristics and the effectiveness of the semiconductor layer were evaluated for the insulated conductor heater as shown in FIG. FIG. 10 shows the ratio of the dielectric constant ratio between the electrical insulator and the semiconductor layer (dielectric constant of the electrical insulator / dielectric constant of the semiconductor layer) to the maximum electric field strength when there is no shielding (no semiconductor layer) (left side). And the normalized semiconductor layer thickness (right axis). As shown in FIG. 10, for a given dielectric constant ratio (shown by a vertical arrow), it corresponds to the thickness of the semiconductor layer that minimizes the maximum electric field strength.

図11が、電気絶縁体の3分の1の厚さである半導体層に関し、いくつかの誘電率の比について、電界強度(V/インチ)をコアからの距離(正規化してある)に対して示している。曲線268が、誘電率の比が0.1である場合の電界強度を示している。曲線270が、誘電率の比が0.5である場合の電界強度を示している。曲線272が、誘電率の比が0.676である場合の電界強度を示している。曲線274が、誘電率の比が0.8である場合の電界強度を示している。曲線276が、半導体層を持たない(絶縁耐力の比が1である)絶縁導体ヒータについての電界強度を示している。図11に示されるとおり、コアとジャケット(鞘)との間の最大電界強度は、誘電率の比が0.676である場合に最も小さくなる(曲線272)。   FIG. 11 is for a semiconductor layer that is one-third the thickness of an electrical insulator, and for several dielectric constant ratios, the electric field strength (V / inch) versus the distance from the core (normalized). It shows. A curve 268 shows the electric field strength when the dielectric constant ratio is 0.1. Curve 270 shows the electric field strength when the dielectric constant ratio is 0.5. A curve 272 shows the electric field strength when the dielectric constant ratio is 0.676. A curve 274 indicates the electric field strength when the dielectric constant ratio is 0.8. Curve 276 shows the electric field strength for an insulated conductor heater having no semiconductor layer (dielectric strength ratio is 1). As shown in FIG. 11, the maximum electric field strength between the core and the jacket (sheath) is the smallest when the dielectric constant ratio is 0.676 (curve 272).

本発明が、当然ながらさまざまであってもよい本明細書に記載の特定のシステムに限定されないことを、理解すべきである。また、本明細書において使用される専門用語が、あくまでも特定の実施の形態の説明を目的としているにすぎず、本発明を限定しようとするものではないことを、理解すべきである。本明細書において使用されるとき、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈からそのようでないことが明らかでない限り、言及対象が2つ以上である場合も包含する。したがって、例えば、「コア(a core)」は、2つ以上のコアからなる組み合わせを包含し、「材料(a material)」は、材料の混合物を包含する。   It should be understood that the present invention is not limited to the particular systems described herein, which can, of course, vary. It should also be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms “a”, “an”, and “the” include the case where there are two or more references unless the context clearly indicates otherwise. Thus, for example, “a core” includes a combination of two or more cores, and “a material” includes a mixture of materials.

本発明の種々の態様のさらなる変更および代案の実施の形態が、本明細書に鑑みて当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書は、あくまでも例示として解釈されるべきであり、本発明を実行する一般的なやり方を当業者に教示する目的のためのものである。図示および本明細書において説明した本発明の形態を、現時点における好ましい実施の形態と解釈すべきであることを、理解すべきである。本明細書において例示および説明した構成要素および材料の置き換えが可能であり、部分およびプロセスを逆にすることが可能であり、本発明の特定の特徴を別個独立に利用することが可能であり、いずれも本発明の本明細書の恩恵を手にした当業者にとって明らかであると考えられる。本明細書に記載の構成要素において、以下の特許請求の範囲に記載されるとおりの本発明の技術的思想および技術的範囲から離れることなく、変更が可能である。   Further modifications and alternative embodiments of the various aspects of the invention will be apparent to those skilled in the art in view of this specification. Accordingly, this description is to be construed as illustrative only and is for the purpose of teaching those skilled in the art the general manner of carrying out the invention. It should be understood that the form of the invention shown and described herein is to be construed as the presently preferred embodiment. The components and materials illustrated and described herein can be replaced, parts and processes can be reversed, and certain features of the invention can be utilized independently, Both will be apparent to those skilled in the art who have the benefit of this description of the invention. Changes may be made in the components described herein without departing from the spirit and scope of the invention as described in the following claims.

後述される請求項の特徴の各々を、他の請求項からの特徴と組み合わせることができ、あるいは他の請求項からの特徴から切り離すことができることを、理解すべきである。例えば、2つ以上の従属請求項の特徴を組み合わせ、複合従属の請求項を形成することが可能である。   It is to be understood that each of the claims features described below can be combined with features from other claims or can be separated from features from other claims. For example, the features of two or more dependent claims can be combined to form a complex dependent claim.

Claims (22)

地下の地層を加熱するように構成されたヒータであって、
電気導体と、
電気導体を少なくとも部分的に囲む半導体層と、
電気導体を少なくとも部分的に囲む絶縁層と、
絶縁層を少なくとも部分的に囲む導電鞘と
を備えるヒータ。
A heater configured to heat an underground formation,
An electrical conductor;
A semiconductor layer at least partially surrounding the electrical conductor;
An insulating layer at least partially surrounding the electrical conductor;
A heater comprising: a conductive sheath at least partially surrounding the insulating layer.
半導体層が、絶縁層の内側に位置する、請求項1に記載のヒータ。   The heater according to claim 1, wherein the semiconductor layer is located inside the insulating layer. 半導体層が、絶縁層によって少なくとも部分的に囲まれている、請求項1に記載のヒータ。   The heater of claim 1, wherein the semiconductor layer is at least partially surrounded by an insulating layer. 絶縁層が、半導体層を少なくとも部分的に囲んでいる、請求項1に記載のヒータ。   The heater of claim 1, wherein the insulating layer at least partially surrounds the semiconductor layer. 半導体層が、使用時に電気導体内の電界を軽減するように構成されている、請求項1に記載のヒータ。   The heater of claim 1, wherein the semiconductor layer is configured to reduce an electric field in the electrical conductor in use. 半導体層が、使用時に絶縁層における電気的応力を軽減するように構成されている、請求項1に記載のヒータ。   The heater of claim 1, wherein the semiconductor layer is configured to reduce electrical stress in the insulating layer during use. 絶縁層が、酸化マグネシウムを含んでいる、請求項1に記載のヒータ。   The heater according to claim 1, wherein the insulating layer contains magnesium oxide. 半導体層が、絶縁層よりも高い誘電率を有している、請求項1に記載のヒータ。   The heater according to claim 1, wherein the semiconductor layer has a dielectric constant higher than that of the insulating layer. 半導体層が、誘電率が異なる複数の半導体層を含んでいる、請求項1に記載のヒータ。   The heater according to claim 1, wherein the semiconductor layer includes a plurality of semiconductor layers having different dielectric constants. 半導体層が、電気導体の中心軸からの半径方向の距離につれて変化する誘電率を有している、請求項1に記載のヒータ。   The heater of claim 1, wherein the semiconductor layer has a dielectric constant that varies with a radial distance from the central axis of the electrical conductor. 絶縁層の半導体層とは反対の側に位置するさらなる半導体層をさらに備えている、請求項1に記載のヒータ。   The heater according to claim 1, further comprising a further semiconductor layer located on a side of the insulating layer opposite to the semiconductor layer. 地下の地層の少なくとも一部分を加熱するために抵抗による熱出力をもたらすように構成されている、請求項1に記載のヒータ。   The heater of claim 1, wherein the heater is configured to provide a resistive heat output to heat at least a portion of the underground formation. 地下の地層内の炭化水素含有層の穴に配置される、請求項1に記載のヒータ。   The heater according to claim 1, wherein the heater is disposed in a hole of a hydrocarbon-containing layer in an underground formation. 地下の地層内の炭化水素含有層に配置され、地下の地層の少なくとも一部分を加熱して層内の炭化水素を流動化させるために抵抗による熱出力をもたらすように構成されている、請求項1に記載のヒータ。   2. Located in a hydrocarbon-containing layer in an underground formation and configured to heat at least a portion of the underground formation to provide a thermal output due to resistance to fluidize the hydrocarbon in the formation. The heater described in 1. 地下の地層内の炭化水素含有層に配置され、地下の地層の少なくとも一部分を加熱して層内の炭化水素を熱分解するために抵抗による熱出力をもたらすように構成されている、請求項1に記載のヒータ。   2. Located in a hydrocarbon-bearing layer in an underground formation and configured to heat at least a portion of the underground formation to provide a thermal output due to resistance to pyrolyze hydrocarbons in the layer. The heater described in 1. 地下の地層を加熱するための方法であって、
地層の表面から地層の表土部分を通って地層の炭化水素含有層へと延びている炭化水素含有層の穴に少なくとも部分的に配置され、
電気導体と、
電気導体を少なくとも部分的に囲む半導体層と、
電気導体を少なくとも部分的に囲む絶縁層と、
絶縁層を少なくとも部分的に囲む導電鞘と
を備えているヒータから、地層の炭化水素含有層の少なくとも一部分へと熱をもたらすステップと、
地層への熱の伝達によって地層内の少なくとも一部の炭化水素を流動化させるステップと、
流動化させた炭化水素の少なくとも一部を地層から生産するステップと
を含む方法。
A method for heating an underground formation,
Disposed at least partially in a hole in the hydrocarbon-containing layer extending from the surface of the formation through the topsoil portion of the formation to the hydrocarbon-containing layer of the formation;
An electrical conductor;
A semiconductor layer at least partially surrounding the electrical conductor;
An insulating layer at least partially surrounding the electrical conductor;
Providing heat from a heater comprising a conductive sheath at least partially surrounding the insulating layer to at least a portion of the hydrocarbon-containing layer of the formation;
Fluidizing at least some of the hydrocarbons in the formation by transfer of heat to the formation;
Producing at least a portion of the fluidized hydrocarbon from the formation.
半導体層が、絶縁層の内側に位置する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the semiconductor layer is located inside the insulating layer. 半導体層が、絶縁層によって少なくとも部分的に囲まれている、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the semiconductor layer is at least partially surrounded by an insulating layer. 絶縁層が、半導体層を少なくとも部分的に囲んでいる、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the insulating layer at least partially surrounds the semiconductor layer. 半導体層が、絶縁層よりも高い誘電率を有している、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the semiconductor layer has a higher dielectric constant than the insulating layer. 半導体層が、電気導体の中心軸からの半径方向の距離につれて変化する誘電率を有している、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the semiconductor layer has a dielectric constant that varies with radial distance from the central axis of the electrical conductor. 地下の地層を加熱するように構成されたヒータであって、
電気導体と、
半導体層と、
絶縁層と、
導電鞘と
を備えるヒータ。
A heater configured to heat an underground formation,
An electrical conductor;
A semiconductor layer;
An insulating layer;
A heater comprising a conductive sheath.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105257269B (en) * 2015-10-26 2017-10-17 中国石油天然气股份有限公司 A kind of steam drive combines oil production method with fireflood
MY192263A (en) * 2016-02-08 2022-08-15 Proton Tech Inc In-situ process to produce hydrogen from underground hydrocarbon reservoirs
AU2019427102B2 (en) * 2019-01-29 2023-03-02 Aarbakke Innovation As Heat transfer prevention method for wellbore heating system
GB2613608B (en) * 2021-12-08 2024-01-17 Parson Timothy A method of syngas production and a system for use in syngas production

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04212207A (en) * 1990-02-23 1992-08-03 Furukawa Electric Co Ltd:The Olefinic resin compound for power cable, power cable using the same, and connecting part of power cable
JP2011501863A (en) * 2007-10-19 2011-01-13 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ Induction heater for heating the ground surface underlayer
JP5396268B2 (en) * 2007-03-28 2014-01-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2732195A (en) * 1956-01-24 Ljungstrom
US1905232A (en) * 1928-12-17 1933-04-25 Wesix Nat Company Electrical heating element and method of manufacture
US2634961A (en) * 1946-01-07 1953-04-14 Svensk Skifferolje Aktiebolage Method of electrothermal production of shale oil
US2780450A (en) * 1952-03-07 1957-02-05 Svenska Skifferolje Ab Method of recovering oil and gases from non-consolidated bituminous geological formations by a heating treatment in situ
US2789805A (en) * 1952-05-27 1957-04-23 Svenska Skifferolje Ab Device for recovering fuel from subterraneous fuel-carrying deposits by heating in their natural location using a chain heat transfer member
US2923535A (en) * 1955-02-11 1960-02-02 Svenska Skifferolje Ab Situ recovery from carbonaceous deposits
US3433891A (en) * 1966-12-29 1969-03-18 Gen Electric Graded insulated cable
JPS4858384A (en) * 1971-11-25 1973-08-16
JPS6046791B2 (en) * 1977-08-22 1985-10-17 株式会社東芝 Sheathed heater for nuclear fuel simulation heating element
US4269638A (en) * 1979-10-10 1981-05-26 The Okonite Company Method of manufacturing a sealed cable employing a wrapped foam barrier
JPS5569989A (en) * 1979-10-29 1980-05-27 Okazaki Mfg Co Ltd Method of manufacturing electrically heated cable
US4532375A (en) * 1981-10-22 1985-07-30 Ricwil, Incorporated Heating device for utilizing the skin effect of alternating current
JPS58121510A (en) * 1982-01-13 1983-07-19 株式会社東芝 Method of producing sheathed structure
JPS5916095U (en) * 1982-07-20 1984-01-31 株式会社八光電機製作所 sheath heater
US4886118A (en) * 1983-03-21 1989-12-12 Shell Oil Company Conductively heating a subterranean oil shale to create permeability and subsequently produce oil
JPS6079692A (en) * 1983-10-07 1985-05-07 植松 義輝 Sheathed fine tube heater and method of producing same
US4979296A (en) * 1986-07-25 1990-12-25 Shell Oil Company Method for fabricating helical flowline bundles
US4843713A (en) * 1986-07-25 1989-07-04 Shell Oil Company Apparatus for making helical flowline bundles
EP0382359B1 (en) * 1989-01-28 1993-03-24 City Electrical Factors Ltd. Method for making a mineral-insulated cable
JPH0316693U (en) * 1989-07-03 1991-02-19
TW215446B (en) * 1990-02-23 1993-11-01 Furukawa Electric Co Ltd
US5782301A (en) * 1996-10-09 1998-07-21 Baker Hughes Incorporated Oil well heater cable
US6923273B2 (en) * 1997-10-27 2005-08-02 Halliburton Energy Services, Inc. Well system
RU2164728C2 (en) * 1999-03-09 2001-03-27 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Non-metal high-temperature heater
AU2001265903B2 (en) * 2000-04-24 2004-12-02 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method for treating a hydrocarbon-containing formation
RU20697U1 (en) * 2001-05-28 2001-11-20 Открытое акционерное общество "Камкабель" ELECTRIC HEATING CABLE
JP2002367761A (en) * 2001-06-07 2002-12-20 Ebara Densen Kk Electromagnetic wave-restraining heater
CA2524689C (en) * 2003-04-24 2012-05-22 Shell Canada Limited Thermal processes for subsurface formations
DE10325517A1 (en) * 2003-06-05 2004-12-23 Hew-Kabel/Cdt Gmbh & Co. Kg Electric heating cable or heating tape
EP1738057B1 (en) * 2004-04-23 2009-03-25 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Subsurface electrical heaters using nitride insulation
CA2605720C (en) * 2005-04-22 2014-03-11 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Double barrier system for an in situ conversion process
CN101466914B (en) * 2006-04-21 2014-10-01 国际壳牌研究有限公司 Time sequenced heating of multiple layers in a hydrocarbon containing formation
CA2649394C (en) * 2006-04-21 2015-11-24 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Adjusting alloy compositions for selected properties in temperature limited heaters
US7622677B2 (en) * 2006-09-26 2009-11-24 Accutru International Corporation Mineral insulated metal sheathed cable connector and method of forming the connector
RU2447275C2 (en) * 2006-10-20 2012-04-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Heating of bituminous sand beds with pressure control
GB2462020B (en) * 2007-04-20 2012-08-08 Shell Int Research A heating system for a subsurface formation
US8525033B2 (en) * 2008-08-15 2013-09-03 3M Innovative Properties Company Stranded composite cable and method of making and using
AU2010303253B2 (en) * 2009-10-09 2014-01-30 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Methods for assessing a temperature in a subsurface formation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04212207A (en) * 1990-02-23 1992-08-03 Furukawa Electric Co Ltd:The Olefinic resin compound for power cable, power cable using the same, and connecting part of power cable
JP5396268B2 (en) * 2007-03-28 2014-01-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
JP2011501863A (en) * 2007-10-19 2011-01-13 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ Induction heater for heating the ground surface underlayer

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