JPS6053159B2 - 炭化水素系地下資源の電気加熱方法 - Google Patents

炭化水素系地下資源の電気加熱方法

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JPS6053159B2
JPS6053159B2 JP16906781A JP16906781A JPS6053159B2 JP S6053159 B2 JPS6053159 B2 JP S6053159B2 JP 16906781 A JP16906781 A JP 16906781A JP 16906781 A JP16906781 A JP 16906781A JP S6053159 B2 JPS6053159 B2 JP S6053159B2
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JP
Japan
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oil
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heating
loss
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JP16906781A
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JPS5869998A (ja
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元信 湯川
勝 安田
利行 小林
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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)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は炭化水素系地下資源の電気加熱方法に関する
。 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
れるビチユーメン(Bitumen)、オイルシェルに
含まれるケロゲン(Kerogen)を指し、以下簡略
化のためこれら炭化水素をオイルと呼ふことにする。 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講じなければ生産できない。オイ
ルを流動化させるための一般的な方法は、加熱により温
度を上げて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、その
ために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J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、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、油層に裂け目があつたり、ある
いは固く、密であつ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
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。この装置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、
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中の電一気抵抗に応じて電流7が
流れてジュール熱が発生しオイルサンド層6が加熱され
る。ケーブル4,14は場合によつては省略され、ケー
シング1,11に直接電流を流す場合もある。すなわち
この方法に使用する電極装置のケージIングは鉄製の円
筒で作られており、鉄製の円筒自体に電気を通すか円筒
内部に別に電線を通して電気を導くように構成されてい
る。 しかし油層の深さは数百メートルにも達しこれにとどく
電極を挿入することになれば、このよう!な電極に電流
を通じるために円筒自体および電線に生じる発熱が相当
大きくなる。 これら発熱は油層を加熱することには役立たず損失とな
り加熱効率を低下させる。円筒は磁性材であるのて磁気
的飽和を考慮せねiばならず、円筒内部に発生する損失
を計算することは困難であるが概路次の関係がある。 円筒自体に電気を通す場合は表皮効果のため電流は円筒
の表面近くに集中して流れる。 磁気的飽和がないものとしてとり扱うと電流は表面より
電流浸透深さまでの間に集中して流れていると考えて等
価抵抗を計算することができる。一般的にd〉δである
のでd−δ:dとするとP=Rl2=近且JT×12×
l ・・・(3) 5.03πdδ:電流浸透深さ
〔礪〕 ρ:円筒の比抵抗〔μΩd〕 μ,:円筒の比透磁率〔−〕 f:電源周波数〔Hz〕 R:円筒の等価抵抗〔Ω〕 1:円筒の長さ
〔0〕 d:円筒の外径
〔0〕 P:円筒に発生する損失〔W〕 1:電流〔A〕 円筒に発生する損失は周波数の平方根に比例することが
わかる。 また円筒内部の電線に電流を通す場合は電線に発生する
損失と円筒内部に発生するヒステリシス損および渦流損
を考えねばならず非常に複雑であるが概路次のごとく表
わせる。 K1:周波数に対してほぼ一定な定数 K2:定数 n:定数n=0.5〜1.0 m:定数m=1.5〜1.8 式(4)の第1項は電線に発生する損失である。 電線は損失を減少させるため太いものを使用するのて損
失はあまり大きな値とはならない。しかし厳密にいえば
表皮効果による電流のかたよりがあり、その損失は周波
数の関数となり周波数が高い方が損失も大きくなる傾向
をもつが、一応定数として取り扱かえるものとした。式
(4)の第2項は円筒内部に発生するヒステリシ゜ス損
および渦流損により発生する損失である。 円筒が磁性材であるのでこれらの損失を数学的に求める
ことは困難であるが、実験およびコンピュータによる計
算によれば損失は周波数の0.5〜1.0乗、電流の1
.5〜1.轢に比例することがわかつている。また、式
(4)の第1項の電線に発生する損失は電線を太くする
ことによつてある程度小さくおさえることが可能である
が、式(4)の第2項の円筒内部に発生する損失は周波
数と電流値によつてきまり式(4)の第1項に対して無
視できない程度の大きさになるものである。 以上より電極に発生する損失は電流値に依存することは
もちろんであるが、周波数にも依存し周波数を下げれば
小さくすることができることが理解される。 第2図は油層に電極を挿入し通電加熱する場合の電気抵
抗の変化の様子を示す一例である。 通電加熱初期は油層の温度が低いので電気抵抗は高いが
、加熱が進み油層の温度が上昇するにつれて電気抵抗は
低くなる。第3図は第2図のことく電気抵抗が変化する
負荷に一定な電力を供給する場合の電極間に印加する電
圧と電極を流れる電流の関係を示したものである。 通電加熱初期においては電圧を高くせねば電流が流れな
い状態であるが、一定電力を得るためには高電圧、低電
流の特性をもつ。通電加熱後期においては逆に低電圧、
大電流の特性をもつ。前に述べたごとく電極内に発生す
る損失は電流の2乗に比例する場合と、2乗に比例する
項と1.5〜1.諜に比例する項との和の場合があり、
いずれの場合も通電加熱初期の電流が低い期間は比較的
小さく、商用周波数を用いてもその占める割合が小さい
のであまり問題とならない。しかし、通電加熱後期の電
流の大きな領域では電極に発生する損失が大きくなり、
加熱効率をいちじるしく低下させてしまう。このような
損失の大きな領域では低い周波数を用いて損失の低減を
はかるのが得策である。電極円筒内に発生する損失は周
波数については平方根に比例する場合と定数項と0.5
〜1.呼に比例する項との和で表わされる場合があるが
、いずれの場合も低い周波数にすることによつて大幅な
損失の低減がはかれる。 しかし、周波数を極度に低くすると、例えば直流の場合
を考えると損失は減少するが、電食や電気分解が発生し
非常に不都合である。土中および油層内においてはその
中に含まれる水分や塩分等のイオン物質のため、周波数
が低くなると電食や電気分解が発生する。商用周波数に
おいてはこれらの発生はみられないが、周波数が低い場
合について考えると、10Hz程度になると電気分解の
発生がみられ、周波数が低くなるにつれて影響が大きく
なるが、6Hz程度までは実用的に問題とならない。さ
らに周波数を下げると電食の発生がみられ0.1Hz程
度になるとその影響はきわめて大きいが、実用に耐えら
れないことはない。これら電食や電気分解の様子は土中
および油層内の状態によつて大きく変化するので、最適
周波数もそれによつて異なつてくるが、一般的にみて損
失をできるだけ少くし、かつ、電食や電気分解の発生を
おさえるための最適周波数は0.1〜10Hzの範囲の
なかにみいだすことができる。次に通電加熱設備として
考える場合、通電加熱の全期間にわたつて低い周波数を
用いると、通電初期の電圧の高い時期から通電後期の電
流の大きい時期までを満たすものとしなければならない
ので、周波数変換器は高電圧,大電流のものとなり非常
に大きな容量になる。通電初期は電流が小さく電極に発
生する損失も小さいので、商用周波数・を用いても実用
的に問題とならないので、この時期は商用周波数を用い
る。そして、通電後期の電流が大きく損失も大きい時期
は低周波数を用いるのが得策である。このようにすると
、周波数変換器は低電圧、大電流のものでよく設備に見
合つた)容量のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は通電加熱用電極装置によりオイルサンド層を加
熱する状態を模型的に示した構成図、第2図は通電によ
り電極間の抵抗値が通電時間とと5もに低下していくこ
とを示した説明図、第3図は通電加熱電力を一定とする
場合、電極間に印加する電圧および電極に流れる電流の
関係が通電時間と共に変化する様子を示した説明図であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炭化水素系地下資源に埋設された一対の電極に電圧
    を印加して上記地下資源内に電流を流し、電気エネルギ
    ーによつて上記地下資源を加熱昇温するものにおいて、
    通電加熱初期の上記地下資源の温度が低い期間は50H
    zあるいは60Hzの商用周波数を用いて加熱し、通電
    加熱後期の上記地下資源の温度が高い期間は商用周波数
    より低い周波数を用いるようにした炭化水素系地下資源
    の電気加熱方法。 2 通電加熱後期の周波数は0.1Hz〜10Hzであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の炭化水
    素系地下資源の電気加熱方法。
JP16906781A 1981-10-20 1981-10-20 炭化水素系地下資源の電気加熱方法 Expired JPS6053159B2 (ja)

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JPS5869998A JPS5869998A (ja) 1983-04-26
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JP2009512800A (ja) * 2005-10-24 2009-03-26 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 実質的に層から電気的に分離された導管を有する温度制限ヒーター
JP2010507738A (ja) * 2006-10-20 2010-03-11 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 タールサンド地層の粘度低減化温度への加熱

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