JPS5945070B2 - 炭化水素系地下資源の電気加熱用電極装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は炭化水素系地下資源を電気加熱する場合に使
用する電極装置に係る。

さらに詳しくいえば、地中に存在する高粘度、低流動性
の炭化水素を井戸から生産するに際して、当該炭化水素
の流動性を高めるため地中に通電し加熱するために使用
する電極装置に関するものである。

ここでいう「炭化水素」とは、ペトロリウムまたはオイ
ル、オイルサンド（タールサンドともよばれる）に含ま
れるビチューメン（Ｂｉ ｔｕｍｅｎ）、オイルシェル
に含まれるケロゲン（Ｋｃ ｒ ｏｇｅｎ ）を指し、
以下簡略化のためこれら炭化水素をオイルと呼ぶことに
する。

また、「生産」とは、自噴、汲出し、流体移送など油井
から流動性のオイルを取出すことをいう。

地中に存在するオイルが流動性を有する場合は、地表よ
り油層に到達する井戸を堀り、油層に共存するガス圧に
よる自噴、あるいはポンプによる汲上げ、あるいは一方
の井戸より塩水等の液体を圧入し他方の井戸から流出さ
せるなどの方法でオイルを生産することが可能である。

しかし、地中のオイルの流動性が低い場合は、オイルが
流動するための手段を購しなければ生産できない。

オイルを流動化させる為の一般的な方法は、加熱により
オイルの粘度を低下させる方法で、流動化に適した温度
はオイルの個々の性状により異なるが、地中の油層を加
熱する必要が生ずる。

油層の加熱方法として、熱水の注入、高温高圧水蒸気の
注入、地中通電、地中燃焼法（地中の油層に着火させ空
気を送り燃焼させる）、爆薬の利用などが提唱されてい
るが、後二者は制御が難しく一般性に乏しい。

熱水あるいは高温高圧水蒸気注入法は、油層を加熱しオ
イルの流動性を高めると同時に流動化したオイルを地表
へ流出させることも可能であるが、油層に裂は目などの
通過抵抗の低い個所が存在すると、その個所ばかりを通
り抜は全体に拡散しないおそれがあり、反対に油層が固
く緻密な場合は熱水あるいは蒸気が拡散せず温度が上昇
しがたい。

通電加熱法は油層に複数の井戸を堀り、これら井戸に電
極を設置し、各電極間に電位差を与えて油層の導電性を
利用して加熱するので、油層に裂は目があったり、ある
いは固く緻密であっても全体を加熱しやすい利点がある
。

しかし、流動化したオイルを取り出すには別の手段が必
要である。

−そこで、オイル生産の効率を上げる方法として、まず
通電法により油層を加熱し、油層が軟化した時に熱水あ
るいは高温高圧水蒸気を注入して加熱を続けることとも
に流動化したオイルを取り出す方法が考えられている。

この方法に使用する電極装置は、効率よく油層を加熱す
るために、油層以外への電流の漏洩をできる限り避ける
よう電気絶縁を施す必要があり、地中の土庄とか加熱に
より発生した蒸気または注入された熱水あるいは高温高
圧水蒸気の圧力で破壊しないことが必要であり、さらに
熱水あるいは高温高圧水蒸気が洩れないことが必要であ
る。

この電極装置についてより具体的に説明するため、オイ
ルサンドよりオイルを生産する場合の側を以下に述べる
。

オイルサンドはタールサンドとも呼ばれ、カナダ、ベネ
ゼラ、アメリカ合衆国に埋蔵が確認されている。

オイルサンド中のオイルは、砂の表面および砂と砂との
間隙に塩水と共存しているが、極めて粘度が高く自然に
存在する状態では流動性を有しない。

オイルサンドの層が挾谷、用岩などで１部露出している
他は、大部分地下２００〜５００ｍの深さに数十ｍの厚
さで存在し、オイルサンドを堀り出し地上でオイルを分
離するのは経済性および環境保護の面から制約を受ける
ため、地中よりオイルのみを取り出す必要がある。

また、地中の浅い層からのオイルの生産は陥没の危険が
あるため、地下３００ｍ以下の層から採取するのが望ま
しいとされる。

通電によりオイルサンド層を加熱する場合を模型的に示
せば第１図のごとく電極装置が配置される。

第１図において、１，１１は鋼管で作られたケーシング
、２，１２はケーシング１，１１に接合された絶縁物１
３．１３は絶縁物２，１２に接合された電極、４，１４
は電極３，１３に電流を送るケーブルでこれを併せて電
極装置とよぶ。

５は電源装置６はオイルサンド層、７は電極３，１３の
間の電流、８は地上、９はオイルサンド上層、１０はオ
イルサンド下層である。

オイルサンド層６に埋設した電極３，１３に地上の電源
装置５よリケーブル４，１４を通じて電圧が印加される
と、オイルサンド層６中の電気抵抗に応じて電流７が流
れてジュール損が発生しオイルサンド層６が加熱される
。

このとき電流７の１部はオイルサンド上層９およびオイ
ルサンド下層１０へも流れるがケーシング１，１１と電
極３，１３の間に絶縁物２．１２が介在するため、電流
７の洩れは小さく抑えられる。

オイルサンド層６が温まれば通電を止め、電極装置の一
方のケーシング１の上部から熱水あるいは高温高圧水蒸
気を圧入すれば、オイルサンド層６中を通り、他方の電
極装置のケーシング１１よりオイルとともに流出する。

熱水あるいは高温高圧の流出をよくするため、電極３，
１３には細孔があけられるのが普通である。

第２図は従来装置を示す断面図であり第２図において、
３，６．９は従来と同様である。

１５は第１及び第２の管体１５ ａ ｔ １５ ｂから
なる主導管１６は両管体１５ａ、１５ｂ間に介在し両管
体１５ａ、１５ｂ間を絶縁した第１の絶縁部材、１７は
第２の絶縁部材で、第１の絶縁部材１６を覆い第１の絶
縁部材１６の近傍の主導管１５の外周を囲繞している。

１８は主導管１５と電極３とを連結したカップリング、
１９は電極３と主導管１５との間を水密に仕切った仕切
部材、２０は主導管１５を貫通し仕切部材１９を介して
電極３と接続された電気導体、２１は主導管１５と電気
導体２０間に充填された断熱材、２２は主導管５および
電気導体２０内に配置され仕切部材を水密に貫通して電
極３内で開口した水管である。

２３は電極３を挿入するために堀った穴２４と主導管１
５とのすきまを埋めるセメントで、底部は電極３の近傍
に達している。

２５は塩水や熱水がセメント２３と主導管１５とのすき
まを上昇しないように設けられた閉塞物である。

オイルサンド層６を加熱するには、第２図において、水
管２２より矢印Ａの方向に塩水を送り、電極３内を通っ
て開口部３ａから矢印Ｂのように電極３挿入用に堀った
穴を満たす。

次に、電流を流してオイルサンド層６を電気加熱する。

一定期間電気加熱後、通電を中止し、水管２２に塩水に
変えて熱水を送って、熱水による加熱をする。

以下、第１図と同様にして、オイルサンド層６を加熱し
てオイルサンドを取り出す。

しかし、上記のような従来装置においては、オイルサン
ド層６を通電加熱すると電気導体２０より発生する熱が
逃げに＜＜、温度上昇が大きく、焼損するという欠点が
あり、また、電極３の近傍部の温度上昇を防止すること
ができないという欠点があった。

この発明は、上記のような欠点をなくした電極装置を得
ることを目的とする。

第３図はこの発明の一実施例を示す断面図であり、第４
図は第３図の軸に直角な面の断面図である。

図について、３〜２０．２２〜２５は従来装置と全く同
一なものであり、２６は電気導体２０と水管２２間に充
填された絶縁材である。

絶縁材２６は電気導体２０と水管２２間の電気絶縁の働
きをすると同時に、電気導体２０で通電時発生する熱を
水管２２に伝達する熱伝導体の働きもする。

断熱材２１は水管２２から主導管１５をへてオイルサン
ド上層９へ逃げる熱量を少なくする断熱の働きをする。

２７は水管２２と電極３を貫通する第２の水管であり、
通電時、水管２２内を矢印Ａの方向にブラインを流し、
矢印Ｂから矢印Ｃを経て、第２の水管２７より地上に返
送され、冷却されるという循環回路番構成する。

このブラインの循環により、電気導体２０と電極３を冷
却し、両者の過熱を防止する。

上記のように構成゛された電極装置において、オイルサ
ンド層６を加熱し、オイルを取り出す操作は、ブライン
の循環以外は従来装置とまったく同様である。

この発明により、ブラインを循環させ、電気導体や電極
を冷却する構成としたことにより、従来装置の欠点であ
る、電気導体や電極の焼損が生じないという効果があっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は装置の楔形図、第２図は従来装置を示す断面図
、第３図はこの発明の一実施例を示す断面図、第４図は
第３図の軸に直角な面の断面図である。 図において、３は電極、１５は主導管、１９は仕切部材
、２０は電気導体、２１は断熱材、２２゜２７は水管、
２６は絶縁材である。 なお各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の管体間が連結された主導管開口部を有する
   管状の電極とを水密に連結し、上記電極と上記主導管と
   の間を仕切部材で水密に仕切り、上記主導管を貫通した
   電気導体を上記電極と接続し、上記主導管内に配置され
   上記仕切部材を水密に貫通して上記電極内で開口した水
   管を有するものにおいて、上記水管が上記電気導体内を
   貫通する配置とし、上記水管と上記電気導体との間に絶
   縁材を充填し、上記電気導体と上記主導管との間に断熱
   材を充填し、上記水管内に第２の水管を貫通させたこと
   を特徴とする炭化水素系地下資源の電気加熱用電極装置
   。