JPS6034678B2 - Electrode device for electrical heating of hydrocarbon underground resources - Google Patents

Electrode device for electrical heating of hydrocarbon underground resources

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JPS6034678B2
JPS6034678B2 JP5116580A JP5116580A JPS6034678B2 JP S6034678 B2 JPS6034678 B2 JP S6034678B2 JP 5116580 A JP5116580 A JP 5116580A JP 5116580 A JP5116580 A JP 5116580A JP S6034678 B2 JPS6034678 B2 JP S6034678B2
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JP
Japan
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oil
electrode
layer
electrode device
partition member
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JP5116580A
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利行 小林
勝 安田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electrode device used for electrically heating hydrocarbon underground resources.

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、ベ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(B
itumen)、オイルシェルに含まれるケロケン(K
erogen)を指し、以下簡略化のためこれらの炭化
水素をオイルと呼ぶことにする。
More specifically, it relates to an electrode device used to heat and energize underground in order to increase the fluidity of hydrocarbons that exist underground, with high viscosity and low fluidity, when produced from wells. It is. The term "hydrocarbon" here refers to bitumen (B
itumen), Keroken (K) contained in the oil shell
For simplicity, these hydrocarbons will be referred to as oils hereinafter.

また、「生産」とは、自噴、吸出し、流体移送ご・ど油
井から流動性のオイルを取糸すことをいう。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
する井戸を掘り、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。
In addition, "production" refers to the extraction of fluid oil from an oil well through artesian injection, suction, fluid transfer, etc. If the oil in the ground has fluidity, a well is dug to reach the oil layer from the surface of the earth, and the oil is pumped up by the pressure of the gas coexisting in the oil layer, pumped up, or a liquid such as salt water is injected from one well. It is possible to produce oil in other ways, such as by draining it from the other well.

しかし、地中のオイルの流動性が低い場合は、オイルが
流動するための手都を賭じ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、力博熟‘こより
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。
However, if the fluidity of underground oil is low, production cannot be achieved without taking measures to make the oil flow. The general method for fluidizing oil is to lower the viscosity of the oil by reducing the viscosity of the oil.The temperature suitable for fluidizing varies depending on the individual properties of the oil, but it is necessary to heat the underground oil layer. occurs. Possible methods for heating oil layers include injection of hot water, injection of high-temperature, high-pressure steam, underground electrification, underground combustion (igniting the underground oil layer and blowing air to burn it), and the use of explosives. , the latter two are difficult to control and lack generality.

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、油層に裂け目などの
通過抵抗の低い個所が存在すると、その個所ばかりを通
り抜け全体に拡散しないおそれがあり、反対に油層が固
く繊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。
Hot water or high-temperature, high-pressure steam injection methods can heat the oil layer to increase the fluidity of the oil and at the same time allow the fluidized oil to flow to the surface, but there are places in the oil layer with low passage resistance, such as cracks. If this happens, there is a risk that the oil will pass through only that area and not spread throughout the area.On the other hand, if the oil layer is hard and dense, hot water or steam will not diffuse and the temperature will be difficult to rise.

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、油層に裂け目があったり、ある
いは固く繊密であっても全体加熱しやすい利点がある。
The current heating method involves drilling multiple wells in an oil layer, installing electrodes in these wells, and applying a potential difference between each electrode to heat the oil layer using its conductivity. It has the advantage that even if it is delicate, it is easy to heat the entire body.

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、油層を軟化した時に
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
ととともに流動化したオイルを取り出す方法が考えられ
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例を以下
に述べる。
However, other means are required to remove the fluidized oil. Therefore, one possible method to increase the efficiency of oil production is to first heat the oil layer using an electric current method, and when the oil layer becomes soft, hot water or high-temperature, high-pressure steam is injected to continue heating, and the fluidized oil is extracted. In order to heat the oil layer efficiently, the electrode device used in this method must be electrically insulated to avoid current leakage outside the oil layer as much as possible, and must be electrically insulated to avoid leakage of current to areas other than the oil layer. It is necessary that the pressure of the heated hot water or high-temperature, high-pressure steam does not cause damage, and furthermore, it is necessary that the hot water or high-temperature, high-pressure steam does not leak. In order to explain this electrode device more specifically, an example in which oil is produced from oil sand will be described below.

オイルサンドはタールサンドとも呼ばれ、カナダ、ベェ
ネゼラ、アメリカ合衆国に埋蔵が確認されている。
Oil sands, also known as tar sands, have been found in Canada, Venezuela, and the United States.

オイルサンド中のオイルは、砂の表面および砂と砂との
間隙に塩水を共存しているが、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
は狭谷、川岸などで1部露出している他は、大部分地下
200〜50仇hの深さに数十mの厚さで存在し、オイ
ルサンドを掘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30肌以
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の従来装置を模型的に示
せば第1図のごとく電極袋直が配置される。
Oil in oil sand coexists with salt water on the surface of the sand and in the gaps between the sand, but it has extremely high viscosity and does not have fluidity in its natural state. The oil sand layer is partially exposed in valleys, riverbanks, etc., but most of the oil sand layer exists at a depth of 200 to 50 h underground, with a thickness of several tens of meters. Separation is limited by economics and environmental protection, so it is necessary to extract only the oil from underground. Also, since oil production from shallow underground layers is at risk of cave-ins, it is said that it is desirable to collect oil from layers less than 30 layers underground. A conventional apparatus for heating an oil sand layer by applying electricity is schematically shown in FIG. 1, in which electrode bags are arranged.

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に接合された絶縁され
たケーシソグ、3,13は絶縁されたケーシング2,1
2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ら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。
In Fig. 1, 1 and 11 are casings made of steel pipes, 2 and 12 are insulated casings joined to the casings 1 and 11, and 3 and 13 are insulated casings 2 and 1.
Electrodes 4 and 14 connected to electrodes 2 and 14 are cables that send current to electrodes 3 and 13, and these are collectively called an electrode device. 5 is a power supply device, 6 is an oil sand layer, 7 is a current between the electrodes 3 and 13, 8 is the ground, 9 is an oil sand upper layer, and 10 is an oil sand lower layer.

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によりケーブル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の間に絶縁されたケーシング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し、か高温高圧水蒸気を
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
あるいは高温高圧水蒸気の流出をよくするため、電極3
,13には細孔があげられるのが普通である。電極装置
には通常、電極3,13にオイルサンド層6との接触抵
抗をよくするため食塩水がパイプ(図示していない)を
通じて送り込まれ、食塩水ケーシング1,11とを分離
するため電極3,13上方に仕切板(図示省略)が設け
られて、されに仕切板の上部には絶縁性液体が充満され
ている。
When a voltage is applied to the electrodes 3, 13 buried in the oil sand layer 6 through the cables 4, 14 by the power supply device 5 on the ground, a current 7 flows according to the electrical resistance in the oil sand layer 6, generating Joule loss. The oil sand layer 6 is heated. At this time, part of the current 7 also flows to the upper oil sand layer 9 and the lower oil sand layer 10, but since the insulated casings 2 and 12 are interposed between the casings 1 and 11 and the electrodes 3 and 13, the current 7 does not leak. Can be kept small. When the oil sand layer 6 warms up, the electricity is turned off, and if hot water or high-temperature, high-pressure steam is injected from the upper part of the casing 1 on one side of the electrode device, it passes through the oil sand layer 6 and passes through the casing 1 of the other electrode device. It flows out from No. 11 along with oil. In order to improve the outflow of hot water or high-temperature and high-pressure steam, the electrode 3
, 13 usually include pores. In the electrode device, salt water is usually fed into the electrodes 3 and 13 through a pipe (not shown) to improve the contact resistance with the oil sand layer 6, and the electrode 3 is fed to separate the salt water casings 1 and 11 from each other. , 13 is provided with a partition plate (not shown), and the upper part of the partition plate is filled with an insulating liquid.

これらの電気加熱に関する事項については、例えば、米
国特許第3,946,80叫号とか、カナダ特許第1,
022,062号‘こ述べられている。
Regarding these matters regarding electric heating, for example, U.S. Patent No. 3,946,80 and Canadian Patent No. 1,
No. 022,062' describes this.

第1図に示すような従来装置においては、ケーシング1
,11の内部にケ−ブル4,14、塩水及び熱水の供給
管、さらに絶縁性液体の供給管等の多数の部村を内蔵す
る必要があり構造が複雑となる。さらに熱水によるオイ
ルサンド層6を加熱中に、熱水供給管よりオイルサンド
上層9へ逃げる熱ロスを少なくする働きをする断熱体と
してはケーシング1,1 1内に封入されている絶縁性
液体であるが、この液体は断熱効果は充分でなく、この
熱ロスが大きくなるいう欠点もあった。この発明は、従
来装置がもつ以上のような欠点を除去し、オイルサンド
層を効率よく加熱ることができる炭化水素系地下資源加
熱用電極装置を提供することを目的とするものである。
この発明の構成を、図面を参照しながら説明する。
In the conventional device as shown in Fig. 1, the casing 1
, 11, it is necessary to incorporate a large number of parts such as cables 4, 14, supply pipes for salt water and hot water, and supply pipes for insulating liquid, resulting in a complicated structure. Furthermore, while heating the oil sand layer 6 with hot water, the insulating liquid sealed in the casings 1, 1 serves as a heat insulator that reduces heat loss escaping from the hot water supply pipe to the upper oil sand layer 9. However, this liquid does not have a sufficient heat insulating effect and has the disadvantage of increasing heat loss. The object of the present invention is to provide an electrode device for heating hydrocarbon-based underground resources that can eliminate the above-mentioned drawbacks of conventional devices and can efficiently heat oil sand layers.
The configuration of this invention will be explained with reference to the drawings.

第2図はこの発明の一実施例を示す図である。図は電極
がオイルサンド層6に挿入された状態を示す。第2図に
おいて、15は電極3をオイルサンド層6に挿入後、閉
塞したセメント部であり、16は電極3を吊り下げ、地
上に設けれた電源5により電極3に電気を送る電気導体
でもある主導管である。この主導管の外表面は電気絶縁
体17でおおわれている。電極3と主導管16は一体と
なって管状をなしている。主導管16内には、塩水及び
熱水を供給する水管18が貫通し、電極3内で一端が開
口している。主導管16と電極3部との境界近傍に仕切
部材19を設け、熱水や塩水が主導管1内に逆流しない
ように水密構造となっている。20は主導管16と電極
3を接続するカブリングであり、21はセメンド部15
と主導管16との空間より塩水、熱水が上昇して、地上
へ噴き出さないうに設けられわた閉塞物である。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention. The figure shows the electrode inserted into the oil sand layer 6. In FIG. 2, 15 is a cement part that is closed after inserting the electrode 3 into the oil sand layer 6, and 16 is an electric conductor that suspends the electrode 3 and sends electricity to the electrode 3 from a power source 5 installed on the ground. There is a certain leadership. The outer surface of this main conduit is covered with an electrical insulator 17. The electrode 3 and the main pipe 16 are integrally formed into a tubular shape. A water pipe 18 for supplying salt water and hot water passes through the main pipe 16 and opens at one end within the electrode 3 . A partition member 19 is provided near the boundary between the main pipe 16 and the electrode 3 portion to provide a watertight structure to prevent hot water or salt water from flowing back into the main pipe 1. 20 is a covering that connects the main pipe 16 and the electrode 3; 21 is a cement part 15;
This is a blockage installed to prevent salt water and hot water from rising from the space between the main pipe 16 and the main pipe 16 and spouting out to the ground.

22は水管18と主導管16の空間に挿入された断熱材
で、水管18よりオイルサンド上層9へ伝わる熱ロスを
少なくする働きをする。
A heat insulating material 22 is inserted into the space between the water pipe 18 and the main pipe 16, and serves to reduce heat loss transmitted from the water pipe 18 to the upper layer 9 of the oil sand.

オイルサンド層6を加熱するには、第2図におし、て、
水管18より矢印Aの方向に塩水を送り、電極3内を通
って、関口部3aから矢印Bのようにふき出して電極3
の挿入用に掘った穴を満す。
To heat the oil sand layer 6, as shown in FIG.
Salt water is sent from the water pipe 18 in the direction of arrow A, passes through the electrode 3, and is blown out from the entrance 3a in the direction of arrow B.
Fill the hole dug for insertion.

次に、電流を主導管16を通って、電極3に至る経路で
流し、オイルサンド層6を加熱する。一定期間電気加熱
後、通電を中止し、水管18に塩水に変えて、熱水によ
る加熱をする。以下従来装置と同様にして、オイルサン
ド層6を加熱してオイルをとり出す。上記実施例では、
主導管16の一端に電極3を連結したもので説明したが
、主導管と電極とを−体としてもよい。
Next, a current is passed through the main conduit 16 and reaches the electrode 3 to heat the oil sand layer 6. After electrical heating for a certain period of time, electricity is stopped, the water pipe 18 is replaced with salt water, and heated with hot water. Thereafter, the oil sand layer 6 is heated and oil is taken out in the same manner as in the conventional apparatus. In the above example,
Although the electrode 3 is connected to one end of the main pipe 16 in the explanation, the main pipe and the electrode may be connected as a body.

この発明によると、電気導体からなる主導管内に水管を
配置し、水管の一端が開口するように主導管の閉口部を
仕切部材で仕切ることによって、構造を簡単にできる。
According to this invention, the structure can be simplified by arranging the water pipe within the main pipe made of an electric conductor and partitioning the closed part of the main pipe with a partition member so that one end of the water pipe is open.

さらに、主導管と水管との間に断熱材を設けることによ
って、熱効率の向上を図ることができる。
Furthermore, thermal efficiency can be improved by providing a heat insulating material between the main pipe and the water pipe.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のものの構成図、第2図はこの発明の一実
施例を示す断面図である。 図において、16は主導管、17は電気絶縁体、18は
水管、19は仕切部材、22は断熱材である。なお、各
図中同一符号は同一又は相当部分を示す。第1図 第2図
FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional device, and FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. In the figure, 16 is a main pipe, 17 is an electric insulator, 18 is a water pipe, 19 is a partition member, and 22 is a heat insulating material. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts. Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一端が露出するように外周を絶縁し一端に開口部を
有する電気導体からなる主導管、この主導管の開口部を
他端と水密にする仕切部材、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にした水
管を備え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。 2 一端が露出するように外周を絶縁し、一端に開口部
を有する電気導体からなる主導管、この主導管の開口部
を他端と水密にする仕切部材、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主導管の一端で開口
にした水管、上記主導管と上記水管との間の上記仕切部
材より他端側に設けられた断熱部材を備えたことを特徴
とする炭化水素系地下資源の電気加熱用電極装置。
[Scope of Claims] 1. A main conduit made of an electrical conductor whose outer periphery is insulated and has an opening at one end so that one end is exposed; a partition member that makes the opening of the main conduit watertight with the other end; 1. An electrode device for electrically heating hydrocarbon-based underground resources, comprising a water pipe arranged to penetrate the partition member in a watertight manner and open in the electrode. 2. A main conduit made of an electrical conductor whose outer periphery is insulated so that one end is exposed and has an opening at one end; a partition member that makes the opening of the main conduit watertight with the other end; and a partition member disposed within the main conduit. A water pipe that penetrates the main pipe in a watertight manner and opens at one end of the main pipe, and a heat insulating member provided on the other end side of the partition member between the main pipe and the water pipe. Electrode device for electrical heating of underground resources.
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