專利名稱：可拆卸加熱器在含烴地層內(nèi)的安裝與使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地說涉及從含烴地層開采烴類、氫和/或其它產(chǎn)品的方法和裝置。某些實(shí)施例涉及把可重新配置的加熱器安裝進(jìn)含烴地層和/或使用所述加熱器給含烴地層供熱。
背景技術(shù)：
取自地層(例如，沉積地層)的烴類常常用作能源、原料和消費(fèi)品。對(duì)可供利用的油氣資源枯竭和生產(chǎn)的烴類總體質(zhì)量下降的擔(dān)心導(dǎo)致開發(fā)效率更高的開采、加工和/或使用可供利用的油氣資源的方法?？梢杂酶鞣N就地處理的方法把烴類材料從地層內(nèi)開采出來?？赡苄枰淖兊貙觾?nèi)烴類材料的化學(xué)和/或物理性能，使烴類材料更容易地從地層中開采出來?；瘜W(xué)和物理改變包括地層內(nèi)烴類材料產(chǎn)生流體的就地反應(yīng)、成分改變、溶解度改變、濃度改變、相改變和/或粘度改變。流體可能是，但不限于，氣體、液體、乳狀液、漿液、和或具有類似液流的流動(dòng)性的固體顆粒流。
可以用熱源對(duì)地層加熱?？梢杂秒娂訜崞饕暂椛浜?或傳導(dǎo)的方式對(duì)地層加熱。電加熱器可以用電阻對(duì)元件加熱。給予杰曼的美國專利2,548,360號(hào)說明了一種放置于井筒稠油內(nèi)的電加熱元件。這種加熱器元件對(duì)稠油加熱并使之變稀能從井筒內(nèi)泵出。給予伊斯特倫德等人的美國專利4,716,960號(hào)說明如何用電對(duì)油井管道加熱，其方法是以比較低的電壓的電流流過管道裝置，以防止形成固體顆粒。給予范埃格蒙德的美國專利5,065,818說明了一種膠結(jié)于井筒內(nèi)而沒有外套的電加熱元件。
給予瓦因加等人的美國專利6,023,554號(hào)說明一種配置于外套內(nèi)的電加熱元件。這種電加熱元件產(chǎn)生輻射能對(duì)所述外套加熱。在所述外套與地層之間放置粒狀填充材料。所述外套可以傳導(dǎo)熱對(duì)填充材料加熱。而所述填充材料又傳導(dǎo)熱對(duì)對(duì)地層加熱。
給予Van Meurs等人的美國專利4,570,715號(hào)也說明一種電加熱元件。這種電加熱元件有一個(gè)導(dǎo)電芯子、一個(gè)絕緣材料繞層和一個(gè)金屬外罩。所述導(dǎo)電芯子在高溫下電阻較低。所述絕緣材料可以有電阻、抗壓強(qiáng)度和高溫下熱傳導(dǎo)性能較高。所述絕緣材料繞層可以阻止從所述導(dǎo)電芯子到所述金屬外罩產(chǎn)生電弧。所述金屬外罩可以有抗拉強(qiáng)度和高溫下較高的抗蠕變性能。
給予范埃格蒙德的美國專利5,060,287號(hào)說明了一種有銅鎳合金芯子的電加熱元件。
燃燒燃料可以用于對(duì)地層加熱。燃燒燃料對(duì)地層加熱比用電對(duì)地層加熱節(jié)省。有幾種加熱器可以用燃燒燃料作為對(duì)地層加熱的熱源。所述燃燒可以在地層內(nèi)、井內(nèi)和/或接近地表面進(jìn)行。在地層內(nèi)燃燒可能是火驅(qū)采油?？梢园蜒趸瘎┍萌氲貙觾?nèi)。氧化劑點(diǎn)燃可以把燃燒鋒面推向生產(chǎn)井?？梢杂帽檬寡趸瘎┭氐貙拥臄嗔丫€穿過地層。氧化劑點(diǎn)燃可以不導(dǎo)致均勻流經(jīng)地層的燃燒鋒面。
可以用無焰燃燒器在井內(nèi)燃燒燃料。給予Mikus的美國專利5,255,742號(hào)、給予瓦因加等人的美國專利5,404,952號(hào)、給予韋林頓等人的美國專利5,862,858號(hào)和給予韋林頓等人的美國專利5,899,269號(hào)說明了幾種無焰燃燒器。無焰燃燒可以通過把燃料和燃燒空氣預(yù)加熱到超過這種混合物的自燃溫度的溫度實(shí)現(xiàn)。燃料和燃燒空氣可以在加熱區(qū)混合供燃燒。在無焰燃燒器的加熱區(qū)內(nèi)可以有降低燃料和燃燒空氣混合物的自燃溫度的催化表面。
可以用地面加熱器向地層供熱。所述地面加熱器可以產(chǎn)生穿過井筒循環(huán)的燃燒氣體，對(duì)地層加熱。另外，可以使用地面燃燒器對(duì)穿過井筒對(duì)地層加熱的熱傳輸流體加熱。給予瓦因加等人的美國專利6,056,057號(hào)和給予Mikus等人的美國專利6,079,499號(hào)說明了幾個(gè)可以對(duì)地層加熱的火焰加熱器或地面燃燒器的例子。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，人們?cè)陂_發(fā)經(jīng)濟(jì)地從含烴地層開采烴類、氫和/或其它產(chǎn)品的方法和裝置上已經(jīng)作出了巨大的努力。然而，目前仍有許多含烴地層無法經(jīng)濟(jì)地從其中開采出烴類、氫和/或其它產(chǎn)品。因此仍有需要改善從含烴地層開采烴類、氫和/或其它產(chǎn)品的方法和裝置。在某些場合，把加熱器放置于地層的開口內(nèi)又可以從開口內(nèi)拆出是可取的。在某些情況下，加熱器可以重新安裝到所述地層的另一開口內(nèi)。所述加熱器還可以取出檢查或修理。加熱器能取出、更換和/或重新安裝，可以減少現(xiàn)場處理在設(shè)備和/或運(yùn)行方面的開支。
可以在含烴地層內(nèi)的一個(gè)開口內(nèi)配置一個(gè)或數(shù)個(gè)加熱器，向地層輸熱。在有些實(shí)施例中，加熱器可以放置在地層的裸井筒內(nèi)。地層的“裸井筒”可以是未下套管的井筒或“無套管”井筒。熱可以用傳導(dǎo)和輻射的方式從加熱器輸送到地層。另外，加熱器可以放置于用礫石、沙子和或水泥填塞的加熱器井內(nèi)或有套管的加熱器井內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器可以包括管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器。管路可以放置于地層的開口內(nèi)。導(dǎo)體可以放置于管路內(nèi)。所述導(dǎo)體可以向地層的至少一部分供熱。對(duì)中心器可以連接于所述導(dǎo)體。所述對(duì)中心器可以阻止所述導(dǎo)體在所述管路內(nèi)移動(dòng)。所述管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器可以從地層內(nèi)的開口內(nèi)拆走。
對(duì)所述導(dǎo)體施加電可以向地層的一部分提供熱。所提供的熱可以從所述導(dǎo)體輸送到地層的一段。所述熱可以熱解地層的所述段內(nèi)的有些種類的烴。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以組裝所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器?？梢园褜?dǎo)體放置于管路內(nèi)制成管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器?？梢园褍蓚€(gè)以上的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器連接在一起形成所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器。管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的各個(gè)導(dǎo)體可以在電氣上連接在一起。而且各個(gè)管路也可以在電氣上連接在一起。所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器可以放置于含烴地層的開口內(nèi)。在有些實(shí)施例中，管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的各段可以用屏蔽活性氣體焊接法連接。
在有些實(shí)施例中，所需長度的加熱器可以在含烴地層附近組裝。然后可以把組裝好的加熱器盤繞起來?？梢酝ㄟ^對(duì)加熱器解繞將其放入含烴地層的開口內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以用一個(gè)或數(shù)個(gè)加熱器向地層的一部分供熱。所供之熱可以輸送到地層選定的段。可以從地層內(nèi)生產(chǎn)出混合物。所述混合物至少包括熱解的一些種類的烴。在某些實(shí)施例中，加熱器可以從地層的一個(gè)開口內(nèi)拆卸出來并可以重新安裝到地層的至少另一開口。


本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，業(yè)內(nèi)人士參照附圖閱讀下面的詳細(xì)說明可以很清楚地看到。本說明書的附圖有圖1顯示對(duì)含烴地層加熱的各個(gè)階段；圖2示出的是處理含烴地層的就地轉(zhuǎn)化裝置一部分的實(shí)施例示意圖；圖3示出的是自然分布燃燒器熱源的實(shí)施例；圖4示出的是絕緣導(dǎo)體熱源的實(shí)施例；圖5示出的是在一條管路內(nèi)放置三個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器的實(shí)施例；圖6示出的是在地層內(nèi)的管路內(nèi)導(dǎo)體熱源的實(shí)施例；圖7示出的是可拆卸管路內(nèi)導(dǎo)體熱源的實(shí)施例的斷面圖；圖8示出的是有管路內(nèi)導(dǎo)體熱源的井口的實(shí)施例；圖9示出的是管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器實(shí)施例的簡圖，其中加熱器的一部分基本水平放置于地層內(nèi)；圖10示出的是管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器連接的實(shí)施例的放大圖；圖11示出的是管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器實(shí)施例的簡圖，其中加熱器的一部分基本水平放置于地層內(nèi)；圖12示出的也是管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器實(shí)施例的簡圖，其中加熱器的一部分基本水平放置于地層內(nèi)；圖13示出的還是管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器實(shí)施例的簡圖，其中加熱器的一部分基本水平放置于地層內(nèi)；圖14示出的是對(duì)中心器的實(shí)施例；圖15示出的也是對(duì)中心器的實(shí)施例；圖16示出的是管路內(nèi)導(dǎo)體熱源組裝和熱源在地層內(nèi)安裝的實(shí)施例；
圖17示出的是將安裝于地層內(nèi)的管路內(nèi)導(dǎo)管熱源的實(shí)施例；圖18示出的是地層內(nèi)熱源的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可以有各種變型和可能的形式，其具體實(shí)施例在附圖中以舉例的方法示出并在這里詳細(xì)說明。這些附圖可能不合比例。應(yīng)該理解，這些附圖以及對(duì)其進(jìn)行的說明并不把本發(fā)明限制于所公開的具體形式，而恰恰相反，本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神范圍內(nèi)的一切變型、等同物和替換物。
下面的說明一般涉及處理含烴地層(例如含包括褐煤、腐泥煤等在內(nèi)的煤；油頁巖；碳質(zhì)頁巖；不純石墨；油母巖；瀝青；石油；低滲透性基巖內(nèi)的油母巖和石油；重?zé)N類；瀝青巖；天然地蠟的地層及其中有妨礙生產(chǎn)其它烴類的油母巖的地層等等)的裝置和方法。這些地層經(jīng)過處理后可以生產(chǎn)較高質(zhì)量的烴產(chǎn)品、氫和其它產(chǎn)品。
“烴類”一般定義為主要由碳原子和氫原子組成的分子。烴類還可以包括諸如鹵素、金屬元素、氮、氧和/或硫這些其他元素，但不限于這些。烴類可以是，但不限于，油母巖、瀝青、焦瀝青、石油、天然地蠟和瀝青巖。烴類可以位于地球內(nèi)的礦脈內(nèi)或其附近。礦脈包括，但不限于，沉積巖、砂、硅質(zhì)生物、碳酸鹽、硅藻巖和其它孔隙介質(zhì)?！盁N流體”是含烴類的流體。烴流體可以包括、夾帶或夾帶于非烴流體(例如，氫“H2”、氮“N2”、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨)。
一個(gè)“地層”包括一個(gè)或數(shù)個(gè)含烴層、一個(gè)或數(shù)個(gè)非烴層、一個(gè)蓋層、和/或一個(gè)下伏巖層?！吧w層”和/或“下伏巖層”包括一種或數(shù)種不同的不滲透物質(zhì)。例如，蓋層和/或下伏巖層包括巖石、板巖或濕/不漏碳酸巖(即，無烴類不滲透碳酸巖)。在一些就地轉(zhuǎn)變方法的實(shí)施例中，蓋層和/或下伏巖層可以包括一個(gè)或數(shù)個(gè)不滲透和在就地轉(zhuǎn)變處理期間不經(jīng)受引起其特性大變化的溫度的含烴層。例如，下伏巖層可以包括板巖或泥巖。在某些情況下，蓋層和/或下伏巖層可以多少有些滲透性。
“地層流體”和“采出流體”兩個(gè)術(shù)語指的是從含烴地層采出的流體，可能包括熱解流體、合成氣、流動(dòng)烴和水(蒸汽)。術(shù)語“流動(dòng)體”指的是地層因熱處理其內(nèi)能流動(dòng)的物質(zhì)。地層流體可以包括烴流體以及非烴流體。
“熱源”是至少向地層的一部分基本以傳導(dǎo)和/或輻射方式提供熱的任何裝置。例如，熱源可以包括諸如絕緣導(dǎo)體、長形件和/或配置于管路內(nèi)的導(dǎo)體之類的電加熱器。熱源還可以包括諸如地面燃燒器、井底氣體燃燒器、無焰分布燃燒器和自然分布燃燒器之類的在地層內(nèi)、外燃燒燃料產(chǎn)生熱的熱源。此外，可以想象在有些實(shí)施例中，一個(gè)或數(shù)個(gè)熱源提供或產(chǎn)生的熱可以由其它能源供給。所述其它能源可以對(duì)地層直接加熱，或者可把能量施加于直接或間接對(duì)地層加熱的傳送介質(zhì)。要理解，對(duì)地層施加熱的一個(gè)或數(shù)個(gè)熱源可以使用不同的能源。例如，對(duì)于某一地層，有些熱源可以用電阻加熱器供熱，有些熱源可以用燃燒供熱，有些熱源可以用一個(gè)或數(shù)個(gè)其它能源(例如，化學(xué)反應(yīng)、太陽能、風(fēng)能、生物燃料或其它再生能源)供熱。化學(xué)反應(yīng)可以包括放熱反應(yīng)(例如，氧化反應(yīng))。熱源可以有對(duì)例如加熱器井這樣的供熱點(diǎn)附近或周圍的區(qū)域提供熱的加熱器。
“加熱器”是井內(nèi)或靠近井筒地區(qū)發(fā)出熱量的任何裝置。加熱器可以是，但不限于，電加熱器、燃燒器、與地層內(nèi)的物質(zhì)或從地層采出的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的燃燒器(例如，自然分布燃燒器)和/或這些燃燒器的組合。“熱源組”指的是在地層內(nèi)反復(fù)產(chǎn)生一種熱源結(jié)構(gòu)樣式的若干熱源。
“井筒”一語指的是在地層內(nèi)鉆出的孔或向地層內(nèi)插入管路形成的孔。井筒可以有基本為圓形的截面或其它形狀(例如，圓形、橢圓形、正方形、長方形、三角形、裂縫或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀)的截面。在指地層中的開口時(shí)，在本文使用中，“井”和“開口”可以與“井筒”互換。
“自然分布燃燒器”指的是使用氧化劑至少氧化地層內(nèi)一部分碳而發(fā)熱的加熱器，其中氧化發(fā)生于井筒附近。自然分布燃燒器的大部分燃燒生成物穿過井筒排出。
“孔眼”指的是有各種尺寸和截面形狀(包括，但不限于，圓形、橢圓形、正方形、長方形、三角形、裂縫或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀)的孔(例如，管路中的孔)。
“反應(yīng)區(qū)域”指的是經(jīng)受諸如氧化反應(yīng)之類的化學(xué)反應(yīng)的含烴地層的某一區(qū)域。
“絕緣導(dǎo)體”指的是全部或部分被覆蓋了不導(dǎo)電材料的能導(dǎo)電的任何長形材料?！白钥亍敝傅氖菦]有任何一種外部控制而控制加熱器的輸出。
“熱解流體”或“熱解產(chǎn)生物”指的是基本在烴類熱解時(shí)產(chǎn)生的流體。熱解反應(yīng)產(chǎn)生的流體可以與地層內(nèi)的其它流體混合?？梢园堰@種混合物也看作熱解流體或熱解產(chǎn)生物。本文使用的“熱解區(qū)域”指的是地層(例如瀝青砂地層之類的較可滲透地層)發(fā)生反應(yīng)形成熱解流體的區(qū)域。
“可冷凝烴類”是在25℃一個(gè)絕對(duì)大氣壓下冷凝的烴類?？衫淠裏N類可以包括碳號(hào)大于4的烴類的混合物?！安焕淠裏N類”是在25℃一個(gè)絕對(duì)大氣壓下不冷凝的烴類。不冷凝烴類可以包括碳號(hào)小于5的烴類。
地層內(nèi)的烴類可以用不同方法處理生產(chǎn)出許多不同產(chǎn)品。在某些實(shí)施例中，這些地層可以分階段處理。圖1示出了對(duì)含烴地層加熱的幾個(gè)階段。圖1還示出了(以比較低的差率對(duì)地層加熱時(shí))含烴地層的地層流體對(duì)應(yīng)于地層溫度(℃)(X軸)的當(dāng)量(每噸的油桶數(shù)當(dāng)量)(Y軸)的例子。
在加熱的第一階段釋放甲烷并產(chǎn)生水蒸氣?？梢员M快地進(jìn)行第一階段的對(duì)地層加熱。例如，對(duì)含烴地層一開始加熱地層內(nèi)的烴類就可釋放出吸收的甲烷?？梢詮牡貙觾?nèi)采出所釋放出的甲烷。如果進(jìn)一步對(duì)含烴地層加熱，含烴地層內(nèi)的水就可汽化。在一些含烴地層內(nèi)，水可能占地層內(nèi)孔隙體積的大約10％到大約50％。在另一些含烴地層內(nèi)，水所占的孔隙體積或者大于或者小于上述數(shù)據(jù)。水在地層內(nèi)一般在溫度大約160℃到大約285℃之間壓力在大約6巴到大約70巴的情況下汽化。在有些實(shí)施例中，汽化了的水可以改變地層內(nèi)的濕潤性和/或增加地層壓力。濕潤性的改變和/或壓力的提高可影響地層內(nèi)的熱解反應(yīng)和其它反應(yīng)。在某些實(shí)施例中，可以把汽化水從地層內(nèi)采出。在另一些實(shí)施例中，汽化水可以用于地層內(nèi)或地層外的蒸汽提取和/或蒸餾。從地層內(nèi)排出水和增加地層內(nèi)的孔隙體積可以增加孔隙體積內(nèi)的儲(chǔ)存空間。
在第一階段的加熱之后，可以進(jìn)一步對(duì)地層加熱，使地層內(nèi)的溫度(至少)達(dá)到初始熱解溫度(例如，所示第二階段溫度范圍的低端溫度)。地層內(nèi)的烴類可以在整個(gè)第二階段內(nèi)熱解。熱解溫度范圍根據(jù)地層內(nèi)烴類的種類而變化。熱解溫度的范圍可能包括大約250℃與大約900℃之間的溫度。開采所需產(chǎn)品的熱解溫度范圍可能只占整個(gè)熱解溫度范圍的一部分。在有些實(shí)施例中，開采所需產(chǎn)品的熱解溫度范圍可能包括大約250℃與大約400℃之間的溫度。假使地層內(nèi)的溫度在從大約250℃到大約400℃之間的范圍內(nèi)緩慢地上升，在溫度達(dá)到400℃時(shí)熱解產(chǎn)品的開采可以基本完成。用若干熱源對(duì)含烴地層加熱可以在熱源周圍建立使地層內(nèi)烴類溫度在熱解溫度范圍內(nèi)緩慢上升的熱梯度。
在有些就地轉(zhuǎn)變的實(shí)施例中，要熱解的烴類的溫度可以不在從大約250℃到大約400℃的整個(gè)溫度的范圍內(nèi)緩慢地上升。地層內(nèi)烴類可以加熱到所需溫度(例如，大約325℃)。所需溫度也可以選其它溫度。用數(shù)個(gè)熱源同時(shí)加熱可以使地層內(nèi)較快地較有效地達(dá)到所需溫度?？梢哉{(diào)整從熱源輸入地層的能量把地層內(nèi)的溫度基本保持于所需的程度?？梢园褵N類基本保持于所需溫度直到熱解衰減到從地層開采出的所需地層流體不經(jīng)濟(jì)的時(shí)候。
可以把包括熱解流體在內(nèi)的地層流體從地層內(nèi)采出。熱解流體可以包括，但不限于，烴類、氫、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、氨、氮、水及其混合物。隨著地層溫度的上升，采出的地層流體內(nèi)的可冷凝烴類逐漸減少。在高溫下，地層主要產(chǎn)出甲烷和/或氫。如果在整個(gè)熱解范圍內(nèi)都對(duì)含烴地層加熱，在到達(dá)熱解范圍的上限時(shí)地層可能只產(chǎn)出少量的氫。一切可采出的氫枯竭后一般會(huì)出現(xiàn)場層產(chǎn)出的流體量最少的現(xiàn)象。
烴類熱解后，地層內(nèi)可能還有大量的碳和一些氫。存留于地層內(nèi)的大量碳可以以合成氣的形式從地層內(nèi)采出。合成氣可以在圖1所示的第三階段的加熱過程中產(chǎn)生。第三階段包括把含烴地層加熱到足以產(chǎn)生合成氣的溫度。例如，合成氣可以在大約400℃到大約1200℃的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)出。產(chǎn)生合成氣的流體引到地層時(shí)地層的溫度可以決定地層內(nèi)產(chǎn)出的合成氣的成分。如果把可產(chǎn)生合成氣的流體引入溫度足以產(chǎn)生合成氣的地層，合成氣就可在此地層內(nèi)產(chǎn)生。所產(chǎn)生的合成氣可以通過一個(gè)或數(shù)個(gè)生產(chǎn)井從地層內(nèi)采出。在產(chǎn)生合成氣的期間可以采出大量合成氣。
圖2是處理含烴地層的就地轉(zhuǎn)變裝置一部分的實(shí)施例的示意圖。至少在含烴地層的一部分放置若干熱源100。熱源100可以包括，例如，諸如絕緣導(dǎo)體加熱器和管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器之類的電加熱器、地面燃燒器、無焰分布燃燒器和/或自然分布燃燒器。熱源100還可以包括其它種類的加熱器。熱源100至少可以向含烴地層的一部分提供熱。可以通過供應(yīng)管線102向熱源100提供能源。供應(yīng)管線根據(jù)用于對(duì)地層加熱的熱源的種類在結(jié)構(gòu)上可以有所不同。供應(yīng)管線可以為電加熱器輸電，為燃燒器輸送燃料，或者輸送在地層內(nèi)循環(huán)的熱交換流體。
生產(chǎn)井104可以用于從地層內(nèi)采出地層流體。從生產(chǎn)井104采出的地層流體可以通過收集管道106輸送到處理設(shè)施108。地層流體也可以從熱源100開采。例如，為了控制臨近熱源的地層內(nèi)的壓力，就可以從熱源100采出地層流體。從熱源100采出的地層流體可以通過管道輸送到收集管道106或者通過管道直接輸送到處理設(shè)施108。處理設(shè)施108可以包括分離裝置、反應(yīng)裝置、改良裝置、燃料箱、透平、儲(chǔ)存容器和其它處理地層流體的裝置和裝置。
處理烴類的就地轉(zhuǎn)變裝置可以包括阻隔井110。在某些實(shí)施例中，阻隔井110可以包括冷凍井。在有些實(shí)施例中，阻隔層可以用于阻止流體(例如，產(chǎn)生的流體和/或地下水)流入和/或流出正在就地轉(zhuǎn)變處理的地層的一部分。阻隔層可以包括，但不限于，天然形成物(例如，蓋層和下伏巖層)、冷凍井、冷凍阻隔區(qū)域、低溫阻隔區(qū)域、灰漿墻、硫井、排水井、注入井、地層內(nèi)產(chǎn)出的膠滯體形成的阻隔地層內(nèi)析出的鹽形成的阻隔層、地層內(nèi)聚合反應(yīng)形成的阻隔、打入地層的片材或以上這些的組合。
如圖2所示，除了熱源100之外在含烴地層部分一般還有一口或數(shù)口生產(chǎn)井104。地層流體可以通過生產(chǎn)井104采出。在有些實(shí)施例中，生產(chǎn)井104可以有熱源。所述熱源可以對(duì)生產(chǎn)井的或其附近的地層部分加熱并可供地層流體的氣相排出之用。從生產(chǎn)井高溫泵出流體的需要可以減少或消除。避免或限制高溫泵出流體可以大量降低生產(chǎn)成本。在生產(chǎn)井或通過生產(chǎn)井加熱可以(1)當(dāng)生產(chǎn)流體在生產(chǎn)井內(nèi)流近蓋層時(shí)阻止所述生產(chǎn)流體冷凝和/或回流；(2)增加對(duì)地層的熱輸入；和/或(3)提高生產(chǎn)井的或其附近的地層滲透性。在有些就地轉(zhuǎn)變方法的實(shí)施例中，供應(yīng)生產(chǎn)井的熱量大大少于供應(yīng)對(duì)地層加熱的熱源的熱量。
在一個(gè)實(shí)施例中，含烴地層可以用位于地層內(nèi)的自然分布燃燒器裝置加熱。裝置產(chǎn)生的熱可以輸送到地層的選定部分。自然分布燃燒器可以氧化井筒附近地層內(nèi)的烴類向地層的選定部分提供熱。
足以維持氧化作用進(jìn)行的溫度可能至少大約為200℃或250℃。足以維持氧化作用進(jìn)行的溫度會(huì)根據(jù)許多因素(例如，含烴地層內(nèi)的烴類的成分、地層的含水量和/或氧化劑的種類和量)發(fā)生變化。可以在加熱前從地層內(nèi)排出一些水。例如，可以通過排水井從地層內(nèi)泵出水。地層的受熱部分可以距離含烴地層的開口不遠(yuǎn)或臨近于所述開口。所述開口可以是地層的加熱器井。含烴地層的受熱部分可以從所述開口徑向延展大約0.3米到大約1.2米。然而，延展的幅度也可以小于0.9米。加熱部分的寬度隨著時(shí)間變化。在某些實(shí)施例中，這種變化決定于若干因素，其中包括在氧化碳的時(shí)候不用另外的熱源提供熱而保持氧化作用進(jìn)行所必須的地層寬度。
地層的部分達(dá)到足以維持氧化作用進(jìn)行的溫度后，可以向所述開口提供氧化流體以便在地層內(nèi)的反應(yīng)區(qū)或熱源區(qū)氧化至少一部分烴類。烴類的氧化會(huì)在反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生熱。在大多數(shù)實(shí)施例中，所產(chǎn)生的熱會(huì)從反應(yīng)區(qū)送到地層內(nèi)的熱解區(qū)。在某些實(shí)施例中，所產(chǎn)生的熱以沿反應(yīng)區(qū)的深度測定的每米大約650瓦與1650瓦之間的速率輸送。地層內(nèi)至少有些烴類氧化時(shí)，供應(yīng)加熱器對(duì)地層初始加熱到足以維持氧化作用進(jìn)行的溫度的能源可以減少或切斷。使用自然分布燃燒器可以大量減少能源輸入的開支，從而提供更為有效的地層加熱裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，在開口內(nèi)配置管道，向開口內(nèi)提供氧化流體。所述管道可以有節(jié)流孔眼或其它控制流量的機(jī)關(guān)(例如，狹長切口、文丘里流量計(jì)、閥等等)使氧化流體能進(jìn)入所述開口。節(jié)流孔眼可以是各種截面形狀的開口，包括，但不限于，圓形、橢圓形、正方形、長方形、三角形、狹長切口或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀。在有些實(shí)施例中，所述節(jié)流孔眼是臨界流量孔眼。這種節(jié)流孔眼不管孔口的壓力多大都可以提供恒定流量的氧化流體。
進(jìn)入開口的氧化流體的流量可以控制，從而反應(yīng)區(qū)的氧化速度可以控制。進(jìn)入的氧化劑與出去的氧化產(chǎn)物之間的熱輸送可以對(duì)氧化流體加熱。熱的輸送也可以把管路保持在管路最高運(yùn)行溫度之下。
圖3示出的是可以對(duì)含烴地層加熱的自然分布燃燒器的實(shí)施例?？梢园压苈?12配置于含烴層116內(nèi)的開口114內(nèi)。管路112可以有內(nèi)管路118。氧化流體源120可以向內(nèi)管路118內(nèi)提供氧化流體122。內(nèi)管路118沿其縱長方向有若干臨界流量孔眼124。臨界流量孔眼124可以在開口114內(nèi)的內(nèi)管路118的縱長方向螺旋形(或其它任何形式)配置。例如，臨界流量孔眼124可以螺旋形配置，相鄰的孔眼與孔眼之間的距離為大約1米到2.5米。內(nèi)管路118的底部可以封閉?？梢酝ㄟ^內(nèi)管路118的臨界流量孔眼124向開口114內(nèi)提供氧化流體122。
臨界流量孔眼124在設(shè)計(jì)上可以做到各個(gè)臨界流量孔的氧化流體122流速基本相同。臨界流量孔眼124還可以在內(nèi)管路118縱長方向基本均勻地提供氧化流體122的流量。這種流量可以在內(nèi)管路118縱長方向?qū)瑹N層116基本均勻地加熱。
充填材料126可以把管路112封閉于地層的蓋層128內(nèi)。充填材料126可以阻止流體從開口114流到地面130。充填材料126可以包括諸如水泥或者膠結(jié)的砂子或礫石之類的阻止流體流到地面130的任何材料。穿過所述充填材料的管路或開口為氧化產(chǎn)物提供到達(dá)地面的通路。
氧化產(chǎn)物132一般從開口114進(jìn)入管路112。氧化產(chǎn)物132可以包括二氧化碳、氧化氮、氧化硫、一氧化碳和/或氧與烴和/或碳發(fā)生化學(xué)作用的其它產(chǎn)品。氧化產(chǎn)物132可以穿過管路112排到地面130。氧化產(chǎn)物132可以沿開口114內(nèi)的反應(yīng)區(qū)134的面一直流到靠近開口114上端，氧化產(chǎn)物132可以在此處流入管路112。氧化產(chǎn)物132還可以通過配置于開口114和/或含烴層116內(nèi)的一條或數(shù)條管路112流出。例如，氧化產(chǎn)物132可以通過配置于開口114內(nèi)的第二管路排出。氧化產(chǎn)物132通過管路排出可以阻止氧化產(chǎn)物132流到配置于地層內(nèi)的生產(chǎn)井。臨界流量孔眼124也可以阻止氧化產(chǎn)物132進(jìn)入內(nèi)管路118。
使氧化產(chǎn)物132的流速與氧化流體122的流速平衡，從而開口114內(nèi)基本保持恒定壓力。對(duì)于100米長的受熱部分，氧化流體的流速可以在大約每分鐘0.5標(biāo)準(zhǔn)立方米到每分鐘5標(biāo)準(zhǔn)立方米之間，或者大約每分鐘1.0標(biāo)準(zhǔn)立方米到每分鐘4.0標(biāo)準(zhǔn)立方米之間，或者，例如，大約每分鐘1.7標(biāo)準(zhǔn)立方米。在用于適應(yīng)反應(yīng)區(qū)擴(kuò)大時(shí)氧化流體的流速可以逐漸增加。例如，開口內(nèi)的壓力可以為大約8巴。氧化流體122在反應(yīng)區(qū)134內(nèi)使含烴層116的受熱部分136內(nèi)的至少一部分烴類氧化。受熱部分136在開始時(shí)可以用電加熱器加熱到足以維持氧化的溫度。在一些實(shí)施例中，電加熱器可以配置于內(nèi)管路118內(nèi)或固定于內(nèi)管路118的外邊。
在某些實(shí)施例中，控制開口114內(nèi)的壓力可以阻止氧化產(chǎn)物和/或氧化流體流入地層的熱解區(qū)。在有些情況下，114內(nèi)的壓力可以控制得稍大于地層內(nèi)的壓力以使開口內(nèi)的流體進(jìn)入地層但阻止能把流體遠(yuǎn)距離輸送到地層內(nèi)的壓力梯度的形成。
雖然氧化產(chǎn)生的熱輸送到地層，但是氧化產(chǎn)物132(和諸如空氣之類的多余氧化流體)卻不可以穿過地層和/或到地層內(nèi)的生產(chǎn)井。氧化產(chǎn)物132和/或多余的氧化流體可以從地層內(nèi)排出。在有些實(shí)施例中，氧化產(chǎn)物和/或多余的氧化流體是通過管路112排出的。排出氧化產(chǎn)物和/或多余的氧化流體可以使氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱能輸送到熱解區(qū)而沒有大量的氧化產(chǎn)物和/或多余的氧化流體流入熱解區(qū)。
反應(yīng)區(qū)134產(chǎn)生的熱可以用傳導(dǎo)的方法輸送到含烴層116的選定部分138。此外，產(chǎn)生的熱還可以用對(duì)流的方法少量地輸送到選定部分。選定部分138，有時(shí)稱為“熱解區(qū)”，可以基本與反應(yīng)區(qū)134相鄰。排出氧化產(chǎn)物(和諸如空氣之類的多余氧化流體)可以使熱解區(qū)能從反應(yīng)區(qū)接受熱而不受反應(yīng)區(qū)內(nèi)氧化產(chǎn)物或氧化劑的影響。氧化產(chǎn)物和/或氧化流體如果在熱解區(qū)內(nèi)可以使不需要的產(chǎn)品形成。排出氧化產(chǎn)物和/或氧化流體可以使熱解區(qū)內(nèi)的環(huán)境能還原。
在有些實(shí)施例中，可以在自然分布燃燒器加熱器的開口114內(nèi)配置第二管路。第二管路可以用于從開口114內(nèi)排出氧化產(chǎn)物。第二管路可以在其縱長方向上配置若干個(gè)孔眼。在某些實(shí)施例中，氧化產(chǎn)物可以通過配置于第二管路上的孔眼從開口114的上部區(qū)域排出?？梢栽诘诙苈返目v長方向上配置若干孔眼從而有更多的氧化產(chǎn)物從開口114的上部區(qū)域排出。
在某些自然分布燃燒器的實(shí)施例中，第二管路上孔眼的方向可以與內(nèi)管路118上的臨界流量孔眼124的方向相反。這種方向可以使通過內(nèi)管路118提供的氧化流體不直接流進(jìn)第二管路。
電加熱器可以對(duì)含烴地層的一部分加熱達(dá)到足以維持烴類氧化的溫度。所述部分可以靠近地層的開口或與地層的開口鄰接。所述部分可以從開口徑向擴(kuò)展大約不到1米的寬度?？梢韵蜷_口提供氧化流體以供烴類氧化之用。使用自然分布燃燒方法時(shí)，烴類的氧化可以對(duì)含烴地層加熱。因而可以減少或關(guān)斷供給電加熱器的電流。自然分布燃燒可以與電加熱器結(jié)合使用，與只使用電加熱器相比，這種兩者結(jié)合使用提供了一種降低加熱含烴地層的能耗支出的方法。
絕緣導(dǎo)體加熱器可以是熱源的加熱器元件。在絕緣導(dǎo)體加熱器的實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體加熱器是礦物絕緣電纜或桿。絕緣導(dǎo)體加熱器可以配置于含烴地層的開口內(nèi)。絕緣導(dǎo)體加熱器可以配置于含烴地層的無套管的開口內(nèi)。把加熱器配置于含烴地層的無套管的開口內(nèi)可以使熱從加熱器用輻射以及傳導(dǎo)的方式輸送到地層。使用無套管開口可以便于在必要時(shí)從井內(nèi)取出加熱器。使用無套管開口由于可以減少一部分能承受高壓的套管可以減少加熱器的投資費(fèi)用。在有些加熱器的實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體加熱器可以配置于地層內(nèi)的套管內(nèi)；可以膠結(jié)于地層內(nèi)；或者可以用砂子、礫石或其它填充材料將其壓在開口內(nèi)。絕緣導(dǎo)體加熱器可以用位于開口內(nèi)的支承件支承。所述支承件可以是纜索、桿子或管子。所述支承件可以用金屬、陶瓷、人造材料或其混合物制造。在使用中，支承件的部分可能暴露于地層流體和熱，所以支承件要能抗化學(xué)反應(yīng)和耐熱。
可以用帶、點(diǎn)焊和/或其它種類的連接器沿絕緣導(dǎo)體加熱器的縱長方向?qū)⑵溥B接于各個(gè)位置的支承件上。所述支承件可以固定于地層上表面處的井口。在絕緣導(dǎo)體加熱器的一個(gè)實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體加熱器設(shè)計(jì)得有足夠的強(qiáng)度，無需支承件。絕緣導(dǎo)體加熱器在許多情況下有些撓性，在受熱受涼時(shí)不致由于熱脹冷縮而受損害。
在某些實(shí)施例中，可以不用支承件和/或?qū)χ行钠靼呀^緣導(dǎo)體加熱器放置于井筒內(nèi)。沒有支承件和/或?qū)χ行钠鞯慕^緣導(dǎo)體加熱器可以有以下在使用中不發(fā)生故障的各種性能的適當(dāng)組合耐溫；耐腐蝕；蠕變強(qiáng)度；長度；厚度(直徑)和金屬性能。
有許多公司制造絕緣導(dǎo)體加熱器。這些制造廠家有，但不限于，MI Cable Technologies(Calgary，Alberta)，Pyrotenax Cable Company(Trenton，Ontario)，Idaho Laboratories Corporation(Idaho Falls，Idaho)和Watlow(St.Louis，MO)。作為一個(gè)例子，絕緣導(dǎo)體加熱器可以從Idaho Laboratories公司定貨，電纜型號(hào)355-A90-310-“H”30’/750’/30’帶因康鎳合金600冷銷套，三相Y結(jié)構(gòu)，底連接導(dǎo)線。加熱器的規(guī)格還可以包括1000VAC，1400°F質(zhì)量的電纜。355表示電纜外直徑(0.355”)；A90表示導(dǎo)線材料；310表示受熱區(qū)套合金(SS310)；“H”表示氧化鎂混合料；30’/750’/30’表示大約230米的受熱區(qū)有從頂?shù)降状蠹s9米長的冷銷。使用高溫標(biāo)準(zhǔn)純度氧化鎂同樣規(guī)格同樣標(biāo)號(hào)的電纜可以從Pyrotenax Cable公司定貨。
可以在地層的一個(gè)開口內(nèi)配置一個(gè)或數(shù)個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器形成一個(gè)或若干個(gè)加熱器。電流可以通過開口內(nèi)的各個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器以對(duì)地層加熱。另外，電流也可以只通過選定的絕緣導(dǎo)體加熱器。不使用的絕緣導(dǎo)體加熱器可以作為備用加熱器。絕緣導(dǎo)體加熱器可以用任何方便的方式與電源連接。絕緣導(dǎo)體加熱器的各端可以連接于穿過井筒的引入電纜。這種結(jié)構(gòu)一般有一個(gè)靠近加熱器的底的180°的彎(“發(fā)夾”彎)，或彎折。有180°彎的絕緣導(dǎo)體加熱器可以不要底端，但這個(gè)180°的彎在電氣方面和/或結(jié)構(gòu)方面可能是加熱器的弱點(diǎn)。若干個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器可以串聯(lián)、并聯(lián)或者串聯(lián)并聯(lián)相結(jié)合。在加熱器的有些實(shí)施例中，電流通過絕緣導(dǎo)體加熱器的導(dǎo)體并以絕緣導(dǎo)體加熱器的套為回路。
在圖4所示加熱器的實(shí)施例中，三個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器以三相Y形結(jié)構(gòu)與電源連接。所述電源可以向?qū)w提供60赫交流電。對(duì)于絕緣導(dǎo)體加熱器可能要求無底連接。另外，三相電路的所有三個(gè)導(dǎo)體可以在加熱器開口的底部附近連接在一起?？梢灾苯釉诮^緣導(dǎo)體加熱器的發(fā)熱部分的端部進(jìn)行這種連接，或者在連接于絕緣導(dǎo)體加熱器底部發(fā)熱部分的冷銷端部進(jìn)行這種連接。這種底部連接可以用填充絕緣材料并密封的筒或用填充環(huán)氧樹脂的筒進(jìn)行。所述絕緣材料的成分可以與用作電絕緣的材料相同。
圖4中所示的三個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器可以用對(duì)中心器144連接于支承件142。另外，這三個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器也可以用金屬帶直接固定于支承管上。對(duì)中心器144可以保持絕緣導(dǎo)體加熱器在支承件142上的位置或阻止絕緣導(dǎo)體加熱器在支承件142上移動(dòng)。對(duì)中心器144可以用金屬、陶瓷或這兩者的組合制造。所述金屬可以是不銹鋼或其它能經(jīng)受腐蝕和熱環(huán)境的其它種類的金屬。在有些實(shí)施例中，對(duì)中心器144可以是弓形金屬條，每隔大約不到6米的距離焊接在所述支承件上。用于對(duì)中心器144的陶瓷可以是，但不限于，Al2O3、MgO或其它絕緣材料。對(duì)中心器144可以把絕緣導(dǎo)體加熱器保持于支承件142上的某一位置做到在絕緣導(dǎo)體加熱器的運(yùn)行溫度下阻止絕緣導(dǎo)體加熱器移動(dòng)。絕緣導(dǎo)體加熱器140可以有一些撓性以經(jīng)受加熱期間支承件142的膨脹。
支承件142、絕緣導(dǎo)體加熱器140和對(duì)中心器144可以配置于含烴層116的開口114內(nèi)。絕緣導(dǎo)體加熱器140可以用冷銷過渡導(dǎo)體148連接于底部導(dǎo)體連接器146。底部導(dǎo)體連接器146可以在電的方面把絕緣導(dǎo)體加熱器140互相連接起來。底部導(dǎo)體連接器146可以包括導(dǎo)電而在開口114內(nèi)的溫度下不熔化的材料。冷銷過渡導(dǎo)體148可以是電阻小于絕緣導(dǎo)體加熱器140的絕緣導(dǎo)體加熱器。
引入導(dǎo)線150可連接于井口152，向絕緣導(dǎo)體加熱器140供電。引入導(dǎo)線150可以用電阻比較小的良導(dǎo)材料制造，從而電流通過引入導(dǎo)線150時(shí)產(chǎn)生比較少的熱。在有些實(shí)施例中，引入導(dǎo)線是橡膠或聚合物絕緣的多股銅絲。在有些實(shí)施例中，引入導(dǎo)線是礦物絕緣銅心導(dǎo)線。引入導(dǎo)線150可以通過位于蓋層128與地面130之間的密封法蘭連接于地面130的井口152。所述密封法蘭可以阻止流體從開口114漏到地面130。
在有些實(shí)施例中，增強(qiáng)材料154可以把蓋層套管156固定于蓋層128。在一個(gè)加熱器的實(shí)施例中，蓋層套管是直徑7.6cm(3英寸)管壁厚度40號(hào)的碳鋼管子。增強(qiáng)材料154可以包括，例如，G級(jí)或H級(jí)普通水泥與石英粉(為提高耐高溫性能)的混合物、礦渣或石英粉和/或其混合物(例如，每立方厘米礦渣/石英粉大約1.58克)。在有些實(shí)施例中，增強(qiáng)材料154徑向擴(kuò)展從大約5厘米到25厘米的寬度。在有些實(shí)施例中，增強(qiáng)材料154徑向擴(kuò)展從大約10厘米到15厘米的寬度。
在某些實(shí)施例中，可用一條或數(shù)條管路向地層開口供應(yīng)輔助組分(例如，氮、二氧化碳、含氫氣體之類的還原劑等)，放出流體和/或控制壓力?？拷鼰嵩吹牡胤降貙訅毫呄蛴谧罡?。在加熱器內(nèi)安裝控壓設(shè)備是有利的。在有些實(shí)施例中，在熱源附近添加還原劑有助于提供更有利的熱解環(huán)境(例如，更高的氫分壓)。因?yàn)闈B透率和孔積率在熱源附近趨向于更快地增加，最佳辦法常常是在熱源附近添加還原劑，從而還原劑能更快地進(jìn)入地層。
如圖4所示，可以安裝管路158，把氣體從氣體源160經(jīng)閥162加入開口114內(nèi)。管路158和閥164可以用于在不同時(shí)間放出流體和/或控制開口114附近的壓力。應(yīng)該理解，本文說明的任何一個(gè)熱源也都可以配備供應(yīng)輔助組分、放出流體和/或控制壓力的管路。
如圖4所示，支承件142和引入導(dǎo)線150可以連接于地層地面130的井口152。地面導(dǎo)管166可以封閉增強(qiáng)材料154并與井口152連接。地面導(dǎo)管166的各實(shí)施例的外直徑可以為大約10.16厘米到大約30.48厘米，或者，例如外直徑為22厘米。地面導(dǎo)管的各實(shí)施例可以延伸到地層內(nèi)開口的大約3米到大約515米的深度。另外，地面導(dǎo)管也可以延伸到開口內(nèi)的大約9米的深度?？梢詮碾娫聪蚪^緣導(dǎo)體加熱器140供電以產(chǎn)生熱量。作為一例，用大約330伏的電壓和大約266安的電流強(qiáng)度向絕緣導(dǎo)體加熱器140供電，絕緣導(dǎo)體加熱器140產(chǎn)生大約每米1150瓦的熱。從三個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器140產(chǎn)生的熱在開口114內(nèi)可以輸送(例如，輻射)去對(duì)含烴層116的至少一部分加熱。
絕緣導(dǎo)體加熱器產(chǎn)生的熱可以對(duì)含烴地層的至少一部分加熱。在有些實(shí)施例中，加熱器產(chǎn)生的熱基本可以通過輻射輸送到地層。由于開口內(nèi)有氣體，有些熱是通過傳導(dǎo)和對(duì)流傳送的。所述開口可能是沒有導(dǎo)管的開口。開口沒有導(dǎo)管省去與加熱器熱膠結(jié)于地層相關(guān)的費(fèi)用，與導(dǎo)管相關(guān)的費(fèi)用和/或在開口內(nèi)充填加熱器的費(fèi)用。此外，以輻射傳熱一般比傳導(dǎo)的效率更高，所以在裸井筒內(nèi)加熱器的工作溫度可以低一些。加熱器運(yùn)行初期的傳導(dǎo)方式的熱傳遞可以用增加開口內(nèi)的氣體的辦法增加。所述氣體可以保持于高達(dá)27巴的壓力下。所述氣體可以包括，但不限于二氧化碳和/或氦。裸井筒內(nèi)的絕緣導(dǎo)體加熱器的優(yōu)點(diǎn)是可以自由膨脹或收縮適應(yīng)熱脹冷縮。絕緣導(dǎo)體加熱器的優(yōu)點(diǎn)是可以拆卸搬走，可以重新配置。
在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體加熱器可以用纏繞組件安裝和拆卸。加熱器與支承件同時(shí)安裝可以使用數(shù)個(gè)纏繞組件。授予Van Egmond等人的美國專利4,572,299號(hào)說明纏繞電加熱器如何放入井內(nèi)。另外，支承件也可以使用盤管裝置安裝。PCT專利WO/0043630和WO/0043631號(hào)說明盤管裝置這種方法。加熱器在支承件插入井內(nèi)時(shí)可以解繞并連接于支承件上。然后可以把加熱器和支承件從纏繞組件上解開?？梢匝刂С屑目v長方向把墊片連接于支承件與加熱器。電加熱器用得多，可以多用幾個(gè)纏繞組件。
在一個(gè)就地轉(zhuǎn)變方法的實(shí)施例中，可以把加熱器安裝于基本水平的井桶內(nèi)。把加熱器安裝于井桶(垂直的或水平的)內(nèi)包括在管路內(nèi)放置一個(gè)或數(shù)個(gè)加熱器(例如，三個(gè)礦物絕緣導(dǎo)體加熱器)。圖5示出的是在管路168內(nèi)放置三個(gè)絕緣導(dǎo)體加熱器140的一部分的實(shí)施例。安裝的三個(gè)導(dǎo)體加熱器140可以用隔片170隔開以使安裝的三個(gè)導(dǎo)體加熱器位于管路內(nèi)。
管路可以繞在卷軸上。所述卷軸可以放在卡車之類的運(yùn)輸平臺(tái)上或能運(yùn)到井筒地點(diǎn)的其它平臺(tái)上。所述管路可以在井筒附近退繞并插入井筒內(nèi)以便把加熱器安裝于井筒內(nèi)?？梢栽诶p繞的管路的一端配置一個(gè)焊接蓋。所述焊接蓋配置于先進(jìn)入井筒的管路的一端。管路可以使在井筒內(nèi)安裝加熱器變得很容易。
盤管安裝可以在導(dǎo)管縱長方向減少焊接和/或螺紋連接點(diǎn)的數(shù)量。盤管內(nèi)的焊接和/或螺紋連接點(diǎn)可以預(yù)先檢驗(yàn)完整性(例如，通過液壓檢驗(yàn))。盤管可以從Quality Tubing，Inc.(得克薩斯州，休斯敦市)PrecisionTubing(得克薩斯州，休斯敦市)和其他制造商購得。盤管可以有許多尺寸和不同材料的。盤管尺寸有從大約2.5厘米(1英寸)到大約15厘米(6英寸)。盤管材料有包括碳鋼在內(nèi)的許多金屬的。盤管可以繞在大直徑的卷軸上。所述卷軸可以裝在盤管裝置上?？梢詮腍alliburton(俄克拉赫馬州，鄧肯市)、Fleet Cementers，Inc.(得克薩斯州，西斯科市)和Coiled Tubing Solutions，Inc.(得克薩斯州，伊斯特蘭市)購買到適合的盤管裝置。可以從卷軸上退繞并穿過矯直裝置再插入井筒內(nèi)。在把盤管插入井內(nèi)之前可以在盤管的一端連接(例如，焊接)一個(gè)焊接蓋。插入后可以把所述盤管從卷軸上切斷。
圖6示出的是可以對(duì)含烴地層加熱的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的實(shí)施例。導(dǎo)體174可以配置于管路176內(nèi)。導(dǎo)體174可以是導(dǎo)電材料的桿或管。在導(dǎo)體174的兩端可以有低電阻部分178以使這兩部分少產(chǎn)生熱。低電阻部分178可以用該部分比導(dǎo)體174截面大或用電阻較小的材料制造。在某些實(shí)施例中，低電阻部分178包括連接于導(dǎo)體174的低電阻導(dǎo)體。在有些加熱器實(shí)施例中，導(dǎo)體174可以是2.8厘米直徑的316、304或310不銹鋼桿。在有些加熱器實(shí)施例中，導(dǎo)體174可以是2.5厘米直徑的316、304或310不銹鋼管?？梢允褂弥睆交虼只蚣?xì)的桿或管以取得地層所需的熱。導(dǎo)體174的直徑和/或壁厚可以沿其縱長方向變化以使其不同部分有不同的加熱率。
管路176可以用導(dǎo)電材料制造。管路176可以是316、304或310不銹鋼制造的7.6厘米，壁厚系列號(hào)40的管子。管路176可以配置于含烴層116內(nèi)的開口114內(nèi)。開口114有能容納管路176的直徑。所述開口的直徑可以為大約10厘米到大約13厘米?？梢允褂没虼蠡蛐≈睆降拈_口以適應(yīng)具體的管路或設(shè)計(jì)。
導(dǎo)體174可以用對(duì)中心器180置于管路176的中央。對(duì)中心器180可以在電氣方面把導(dǎo)體174與管路176分隔開。對(duì)中心器180可以阻止導(dǎo)體174移動(dòng)并使之位于管路176內(nèi)的適當(dāng)位置。對(duì)中心器180可以用陶瓷或陶瓷與金屬組合的材料制造。對(duì)中心器180可以阻止導(dǎo)體174在管路176內(nèi)扭曲。對(duì)中心器180可以沿導(dǎo)體174每隔大約0.5米到大約3米配置一個(gè)。
如圖6所示，導(dǎo)體174的第二低電阻部分178可以把導(dǎo)體174連接于井口152。電流可以從電源電纜184通過導(dǎo)體174的低電阻部分178傳到導(dǎo)體174。電流可以從導(dǎo)體174通過滑動(dòng)連接器188流到管路176。管路176在電氣上可以與蓋層導(dǎo)管156和井口152分隔開以使電流回到電源電纜184。導(dǎo)體174和管路176內(nèi)可以產(chǎn)生熱。所產(chǎn)生的熱可以在管路176和開口114內(nèi)輻射，至少可以對(duì)含烴層116的一部分加熱。作為一例，以大約330伏的電壓和大約795安培的電流加于229米(750英尺)受熱部分內(nèi)的導(dǎo)體174和管路176，導(dǎo)體174和管路176可以產(chǎn)生大約每米1150瓦的熱。
蓋層導(dǎo)管156可以配置于蓋層128內(nèi)。在有些實(shí)施例中，蓋層導(dǎo)管156周圍可以有阻止對(duì)蓋層128加熱的材料。導(dǎo)體174的低電阻部分178可以放置于蓋層導(dǎo)管156內(nèi)。導(dǎo)體174的低電阻部分178可以用，例如，碳鋼制造。低電阻部分178的直徑可以在大約2厘米到大約5厘米之間，例如，大約4厘米。導(dǎo)體174的低電阻部分178可以用對(duì)中心器180配置于蓋層導(dǎo)管156的中央。沿導(dǎo)體174的低電阻部分178配置的對(duì)中心器180之間的間隔為大約6米到大約12米，例如，大約9米。在加熱器的一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)體174的低電阻部分178以焊接連接于導(dǎo)體174。在加熱器的其它實(shí)施例中，低電阻部分以螺紋、螺紋加焊接或其它辦法連接于導(dǎo)體。低電阻部分178在蓋層導(dǎo)管156內(nèi)產(chǎn)生很少的熱或不產(chǎn)生熱?？梢园烟畛洳牧?26放置于蓋層導(dǎo)管156與開口114之間。填充材料126可以阻止流體從開口114流到地面130。
在加熱器的一個(gè)實(shí)施例中，蓋層導(dǎo)管156是7.6厘米壁厚系列號(hào)40的碳鋼管。在有些實(shí)施例中，蓋層導(dǎo)管可以膠結(jié)于蓋層內(nèi)。增強(qiáng)材料154可以是礦渣或石英粉或兩者的混合物(例如，每立方厘米礦渣/石英粉大約1.58克)。增強(qiáng)材料154可以徑向擴(kuò)展大約5厘米到大約25厘米的寬度。增強(qiáng)材料154也可以用旨在阻止熱流進(jìn)蓋層128的材料制造。在加熱器的其它實(shí)施例中，蓋層導(dǎo)管156可以不膠結(jié)于地層內(nèi)。如果需要拆卸管路176，不粘結(jié)的蓋層導(dǎo)管便于管路176的拆卸搬動(dòng)。
地面導(dǎo)管166可以連接于井口152。地面導(dǎo)管166的直徑為大約10厘米到大約30厘米，或，在有些實(shí)施例中，大約22厘米。不導(dǎo)電的密封法蘭可以在機(jī)械上把導(dǎo)體174的低電阻部分178連接于井口152并在電氣上把低電阻部分178連接于電源電纜184。不導(dǎo)電的密封法蘭可以把電源電纜184連接于井口152。例如，電源電纜184可以是銅纜、線或其它長形件。電源電纜184可以包含具有低電阻的任何材料。所述電源電纜可以固定于所述低電阻部分的底部以形成電接觸。
在一個(gè)實(shí)施例中，熱可以在管路176內(nèi)產(chǎn)生或由管路176產(chǎn)生。加熱器產(chǎn)生的總熱量中的大約10％到大約30％是在管路176內(nèi)或用其產(chǎn)生的。導(dǎo)體174和管路176都可以用不銹鋼制造。導(dǎo)體174和管路176的尺寸選擇做到所述導(dǎo)體的散熱在每米大約650瓦到1650瓦的范圍內(nèi)。管路176內(nèi)的溫度可以是大約480℃到大約815℃，導(dǎo)體174內(nèi)的溫度可以是大約500℃到大約840℃。沿管路176的長度方向?qū)瑹N地層基本均勻加熱的長度可以長于300米，甚或長于600米。
可以安裝管186以便從氣源160經(jīng)閥162向開口114內(nèi)添加氣體。在增強(qiáng)材料154內(nèi)設(shè)有一個(gè)能使氣體進(jìn)入開口114內(nèi)的孔。可以在不同時(shí)間使用管186和閥162放出流體和/或控制開口114附近的壓力。應(yīng)該理解，本文說明的任何熱源也都可以配備管子以供應(yīng)添加組分、放出流體和/或控制壓力。
圖7示出的是可拆卸搬動(dòng)的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的一個(gè)實(shí)施例的斷面圖?？梢源┻^蓋層128把管路176放置于開口114內(nèi)，使得在所述管路與蓋層導(dǎo)管156之間有間隙。流體可以穿過管路176與蓋層導(dǎo)管156之間的間隙從開口114內(nèi)排出。流體可以從所述間隙經(jīng)管186排出。連接于井口152的管路176及包含于其內(nèi)的加熱器組件可以作為一個(gè)整體從開口114內(nèi)取出。加熱器作為一個(gè)整體取出的目的可以是修理、更換和/或用于地層的另一部分。
在某些實(shí)施例中，管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的一些部分可以移動(dòng)或取出，以適應(yīng)加熱器加熱的地層部分。例如，在水平井內(nèi)，開始時(shí)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器可能幾乎與地層內(nèi)的開口一樣長。隨著產(chǎn)品從地層內(nèi)采出，可以移動(dòng)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器，將其放在距離地層內(nèi)開口端部更遠(yuǎn)一些的地點(diǎn)。通過調(diào)整加熱器的位置可以把熱加于地層的不同部分。在某些實(shí)施例中，所述加熱器的一端可以連接于密封機(jī)構(gòu)(例如，充填機(jī)構(gòu)或封堵機(jī)構(gòu))以封住襯管或?qū)Ч艿目?。所述密封機(jī)構(gòu)可以阻止不需要的流體從加熱器井筒流出。所述加熱器井筒是管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器移出的井筒。
圖8示出的是井口的實(shí)施例。井口152可以用法蘭盤192或其它適合的機(jī)械裝置連接于接線匣190。接線匣190可以控制供給電加熱器的電(電流和電壓)。電源194可以包含于接線匣190內(nèi)。在加熱器的一個(gè)實(shí)施例中，所述電加熱器是管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器。法蘭盤192可以包含不銹鋼或任何其它適合的密封材料。導(dǎo)體196可以在電氣上把管路176連接于電源194。在有些實(shí)施例中，電源194可以位于井口152的外邊并如圖6所示用電源電纜184連接于井口。低電阻部分178可以連接于電源194。密封彈性材料198可以在接線匣190的內(nèi)表面密封導(dǎo)體196。
法蘭盤192可以用金屬密封圈200密封。管202可以把法蘭盤192連接于法蘭盤214。法蘭盤214可以連接于蓋層導(dǎo)管。導(dǎo)體的低電阻部分178可以連接于接線匣190。低電阻部分178可以穿過法蘭盤192。低電阻部分178可以用密封圈組件218密封于法蘭盤192內(nèi)。密封圈組件218用于把低電阻部分178跟法蘭盤192和法蘭盤214分隔開。密封彈性材料198可以用于在電氣上把導(dǎo)體196跟法蘭盤192和接線匣190分隔開。對(duì)中心器180可以連接于低電阻部分178。熱電偶208可以用連接器206和線210連接于熱電偶法蘭盤220。熱電偶208可以封閉于絕緣套(例如，金屬套)內(nèi)。熱電偶208可以用密封彈性件212密封于熱電偶法蘭盤220內(nèi)。熱電偶208可以用于監(jiān)控井下受熱部分的溫度。在有些實(shí)施例中，流體(例如，蒸汽)穿過井口152排出。例如，管路176外的流體可以穿過法蘭盤222排出，或者，所述管路內(nèi)的流體可以穿過法蘭盤224排出。
圖9示出的是基本水平放置于含烴層116內(nèi)的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的實(shí)施例。受熱部分226基本水平配置于含烴層116內(nèi)。可以把加熱器導(dǎo)管238放置于含烴層116內(nèi)。加熱器導(dǎo)管238可以用比較硬的抗腐蝕材料(例如304不銹鋼)制造。加熱器導(dǎo)管238可以連接于蓋層套管156。蓋層套管156可以包含碳鋼之類的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，蓋層套管156和加熱器導(dǎo)管238的直徑大約為15厘米。可以在加熱器導(dǎo)管238的一端配置膨脹機(jī)構(gòu)246以適應(yīng)加熱和/或冷卻時(shí)管路的熱脹冷縮。
為了在含烴層116內(nèi)基本水平地安裝加熱器導(dǎo)管238，蓋層套管156可以從蓋層128內(nèi)的垂直方向彎曲到含烴層116內(nèi)的水平方向。彎曲的井筒可以在地層內(nèi)鉆井筒時(shí)形成。加熱器導(dǎo)管238和蓋層套管156可以安裝于彎曲的井筒內(nèi)。彎曲井筒的曲半徑可以根據(jù)在蓋層和地層內(nèi)鉆孔的參數(shù)決定。例如，從點(diǎn)234到點(diǎn)248的曲半徑為200米。
管路176可以配置于加熱器導(dǎo)管238內(nèi)。在有些實(shí)施例中，管路176可以用抗腐蝕金屬(例如，304不銹鋼)制造。管路176可以承受高溫。管路176也可以暴露于熱的地層流體。可以對(duì)管路176進(jìn)行處理使之具有高輻射率。管路176可以有上段230。在有些實(shí)施例中，上段230可以用比管路176其它部分抗腐蝕能力低的金屬(例如，碳素鋼)制造。上段230的大部分可能位于地層的蓋層128內(nèi)。上段230可以不暴露于與管路176相同的溫度。在有些實(shí)施例中，管路176和上段230的直徑為大約7.6厘米。
導(dǎo)體174可以放置于管路176內(nèi)。靠近導(dǎo)體174的管路部分可以用在高溫下具有所需電氣特性、輻射率、蠕變阻力和耐蝕力的金屬制造。導(dǎo)體174可以包含，但不限于，310不銹鋼、304不銹鋼、316不銹鋼、347不銹鋼和/或鋼或非鋼合金。導(dǎo)體174的直徑大約為3厘米，然而，導(dǎo)體174的直徑可以根據(jù)，但不限于，加熱需要和功率需要而不同。導(dǎo)體174可以用一個(gè)或數(shù)個(gè)對(duì)中心器180置于管路176內(nèi)。對(duì)中心器180可以是陶瓷的或陶瓷與金屬的混合物的。對(duì)中心器180可以阻止導(dǎo)體174與管路176接觸。在有些實(shí)施例中，對(duì)中心器180可以連接于導(dǎo)體174。在其它實(shí)施例中，對(duì)中心器180可以連接于管路176。導(dǎo)體174可以用滑動(dòng)連接器188在電氣上連接于管路176。
導(dǎo)體174可以與過渡導(dǎo)體236連接。過渡導(dǎo)體236可以用作引入導(dǎo)體232與導(dǎo)體174之間的輸電體。在一個(gè)實(shí)施例中，過渡導(dǎo)體236可以是碳素鋼的。過渡導(dǎo)體236可以用電接頭242連接于引入導(dǎo)體232。圖10是過渡導(dǎo)體236、電接頭242、絕緣體240和引入導(dǎo)體232接合的放大圖。引入導(dǎo)體232可以包括一個(gè)或數(shù)個(gè)導(dǎo)體(例如，3個(gè)導(dǎo)體)。在某些實(shí)施例中，所述一個(gè)或數(shù)個(gè)導(dǎo)體可以是絕緣銅導(dǎo)體(例如橡膠絕緣銅電纜)。在有些實(shí)施例中，所述一個(gè)或數(shù)個(gè)導(dǎo)體可以是絕緣或非絕緣絞合銅電纜。如圖10所示，絕緣體240可以位于引入導(dǎo)體232里邊。絕緣體240可以包括玻璃纖維之類的電絕緣材料。如圖9所示，絕緣體240可以把電接頭242連接于加熱器支承件228。在一個(gè)實(shí)施例中，電流從電源經(jīng)引入導(dǎo)體232、過渡導(dǎo)體236流入導(dǎo)體174并經(jīng)管路176和上段230返回。
參看圖9，加熱器支承件228可以包括用于在含烴層116內(nèi)安裝受熱部分226的支承件。例如，加熱器支承件228可以是從地面插穿蓋層128的吸油桿。所述加熱器支承件可以包括一個(gè)或數(shù)個(gè)在插入地層時(shí)能在地面互相連接的部分。在有些實(shí)施例中，加熱器支承件228是組裝廠組裝好的一個(gè)部件。把加熱器支承件228插入地層就可把受熱部分226推進(jìn)地層。
可以用增強(qiáng)材料154在蓋層128內(nèi)支承蓋層套管156。增強(qiáng)材料可以包括水泥(例如，普通水泥)?？梢园焉w層128靠近地面的部分內(nèi)的增強(qiáng)材料154和蓋層套管156裝于地面導(dǎo)管166內(nèi)。地面導(dǎo)管166可以包括地面套管。
圖11示出的是基本水平置于地層內(nèi)的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器另一實(shí)施例的簡圖。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器支承件228可以是低電阻導(dǎo)體(例如，圖6內(nèi)所示的低電阻部分178)。加熱器支承件228可以包含碳素鋼或其他導(dǎo)電材料。加熱器支承件228可以在電氣上可以與過渡導(dǎo)體236和導(dǎo)體174連接。
在有些實(shí)施例中，加熱器可以置于含烴地層內(nèi)無導(dǎo)管井筒內(nèi)。圖12示出的是基本水平置于地層無導(dǎo)管井筒內(nèi)的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器實(shí)施例的簡圖。受熱部分226可以置于含烴層116的開口114內(nèi)。在某些實(shí)施例中，加熱器支承件228可以是低電阻導(dǎo)體(例如，圖6內(nèi)所示的低電阻部分178)。加熱器支承件228可以在電氣上可以與過渡導(dǎo)體236和導(dǎo)體174連接。圖13示出的是圖12內(nèi)所示管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的另一實(shí)施例。在有些實(shí)施例中，射孔套管250可以置于圖13所示的開口114內(nèi)。在有些實(shí)施例中，對(duì)中心器180可以用于支承開口114內(nèi)的射孔套管250。
在加熱器的其它實(shí)施例中，受熱部分226可能不像圖9、11和12所示的那樣基本水平地放置于含烴層116內(nèi)。例如，受熱部分226可能放置于地層內(nèi)45度或基本垂直方向的含烴層116內(nèi)。此外，放置于蓋層128內(nèi)的加熱器元件(例如，加熱器支承件228、蓋層套管156、上段230等等)在蓋層內(nèi)的方向可能不是基本垂直的。
在某些實(shí)施例中，加熱器可能是可拆卸搬動(dòng)地安裝于地層內(nèi)。加熱器支承件228可以用于安裝或從地層內(nèi)撤出加熱器，包括受熱部分226。撤出加熱器可能是為了修理、更換和/或在另外的井筒內(nèi)使用加熱器。加熱器可以在同一個(gè)或不同的地層內(nèi)重復(fù)使用。在有些實(shí)施例中，加熱器或其一部分可以繞在盤管裝置上移到另一口井的位置。
在對(duì)含烴地層加熱的有些實(shí)施例中，在一個(gè)井筒或加熱器井內(nèi)可以安裝數(shù)個(gè)加熱器。在一個(gè)井筒內(nèi)有數(shù)個(gè)加熱器可以提供對(duì)地層的選定部分加熱速度不同于地層其它部分的能力。在一個(gè)井筒內(nèi)有數(shù)個(gè)加熱器，一旦一個(gè)或數(shù)個(gè)加熱器發(fā)生故障，可以提供備份的加熱器。在一個(gè)井筒內(nèi)有數(shù)個(gè)加熱器可以沿井筒的所要部分建立均勻井溫剖面。在一個(gè)井筒內(nèi)有數(shù)個(gè)加熱器便于把含烴層從環(huán)境溫度迅速加熱到熱解溫度。所述數(shù)個(gè)加熱器可能是同一種類的加熱器，也可能包括不同種類的加熱器。例如，所述數(shù)個(gè)加熱器可能是自然分布燃燒器加熱器、絕緣導(dǎo)體加熱器、管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器、長條件加熱器、井下燃燒器(例如，井下無焰燃燒器或井下有焰燃燒器)等等。
圖14示出的是配置于導(dǎo)體174的對(duì)中心器180的實(shí)施例。盤258可以保持對(duì)中心器180與導(dǎo)體174的相對(duì)位置。盤258可以是焊接于導(dǎo)體174的金屬盤。盤158可以定位固焊于導(dǎo)體174。圖15示出的是對(duì)中心器實(shí)施例的頂視圖。對(duì)中心器180可以用任何能耐高電壓高溫的絕緣材料制造。這些材料包括，但不限于，氧化鋁和/或玻璃陶瓷。如圖14和15所示，對(duì)中心器180可以在電氣上把導(dǎo)體174與管路176分隔開。
管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器可以在裸井筒內(nèi)發(fā)熱。發(fā)出的熱用輻射的方式對(duì)含烴地層臨近管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的部分加熱。臨近管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的氣體傳導(dǎo)可以對(duì)地層的一部分少量加熱。使用裸井筒結(jié)構(gòu)可以減少導(dǎo)管的費(fèi)用與用能提供絕緣導(dǎo)體與地層之間熱傳導(dǎo)的材料填充開口相關(guān)的充填費(fèi)用。此外，在地層內(nèi)使用輻射輸送熱比用傳導(dǎo)傳熱效率更高，所以，使用輻射傳熱，加熱器的工作溫度可以更低些。在比較低的溫度下運(yùn)行可以延長加熱器的壽命和/或減少制造加熱器所需材料的開支。
管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器可以安裝于開口114內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器可以分段安裝于井內(nèi)。例如，管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的第一段可以用鉆機(jī)掛于井筒內(nèi)。此段可能大約12米長?？梢园训诙?例如長度基本相同)連接于井內(nèi)的第一段。第二段可以焊接于第一段和/或用第一段和第二段上的螺紋。配置于井口的軌道焊機(jī)可以把第二段焊接于第一段。第一段可以用鉆機(jī)下到井筒內(nèi)。后面的段連接于前面的段這一過程可以重復(fù)進(jìn)行直到把所需長度的加熱器放進(jìn)井筒內(nèi)。在有些實(shí)施例中，可以把3段焊接在一起之后再放入井筒內(nèi)。在用鉆機(jī)把這3段固定于已經(jīng)位于地下的部分之前進(jìn)行焊接并檢查。所述3段可以用起重機(jī)吊到鉆機(jī)上。把3段焊接在一起可以減少加熱器的安裝時(shí)間。
在靠近地層的位置(例如，地層現(xiàn)場)組裝加熱器比把預(yù)制的加熱器或管路運(yùn)到含烴地層更加經(jīng)濟(jì)。例如，在地層現(xiàn)場組裝加熱器可以減少長距離運(yùn)輸組裝好的加熱器的費(fèi)用。此外，在地層現(xiàn)場組裝加熱器可以更容易滿足地層在長度和/或材料方面不同的具體要求。例如加熱器的受熱部分可以用諸如304不銹鋼或其它耐高溫合金之類的材料制造，而蓋層內(nèi)的加熱器部分則可以用碳素鋼制造。在現(xiàn)場組裝加熱器可以使加熱器能根據(jù)地層內(nèi)開口的具體情況組裝從而蓋層內(nèi)的加熱器部分是碳素鋼而不是價(jià)格更貴的耐熱合金。加熱器的長度可以根據(jù)地層不同層的深度和地層參數(shù)而不同。例如，地層可以有不同厚度和/或位于起伏的蓋層、不平的地面和/或不同厚度的蓋層?，F(xiàn)場組裝不同長度和不同材料的加熱器在長度方面可以根據(jù)地層內(nèi)開口的深度決定。
圖16示出的是組裝管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器并將其安裝于地層內(nèi)的實(shí)施例。所述管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器可以在組裝機(jī)構(gòu)272內(nèi)組裝。在有些實(shí)施例中，所述加熱器可以用運(yùn)到現(xiàn)場的管路組裝。在其它實(shí)施例中，加熱器是用在組裝機(jī)構(gòu)內(nèi)制成管路的板材制成。在組裝機(jī)構(gòu)形成管路的優(yōu)點(diǎn)可以是在制成管路前可以對(duì)各種材料的表面進(jìn)行處理使之具有所需的涂層(例如，允許到接觸的元件的輻射率的涂層)或包層(例如，銅包層)使得處理過的表面是管路的內(nèi)表面。在有些實(shí)施例中，部分加熱器是用組裝機(jī)構(gòu)的板材組裝的，另一部分加熱器則是用運(yùn)到現(xiàn)場的管路組裝的。
各個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274如圖17所示可以包括導(dǎo)體174和管路176。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)體174和管路176加熱器可以用若干連接在一起的段制成。在一個(gè)實(shí)施例中，各段是標(biāo)準(zhǔn)的40英尺(12.2米)的管段。也可以制造并/或使用其它長度的段。另外，導(dǎo)體174和/或管路176的各段可以在組裝前、中或后在組裝機(jī)構(gòu)272處理。例如，對(duì)各段加以處理可以通過使之變粗糙和/或氧化而提高其輻射率。
各個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274可以在組裝機(jī)構(gòu)內(nèi)組裝。管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274的部件可以放置于組裝機(jī)構(gòu)內(nèi)的各個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274之上或之內(nèi)。部件可以包括，但不限于，一個(gè)或數(shù)個(gè)對(duì)中心器、低電阻部分、滑動(dòng)連接器、絕緣層和涂層、包層或連接材料。
如圖16所示，各個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274可以在連接站278連接于至少一個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274以形成所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276。例如，所需長度可以是地層內(nèi)選定的開口所要的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器長度。在某些實(shí)施例中，把一個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274連接于至少另一個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274包括把一個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274焊接于至少另一個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274。在一個(gè)實(shí)施例中，把一個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器274焊接于另一個(gè)管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器是通過把兩個(gè)相鄰的部分鍛焊在一起完成的。
在有些實(shí)施例中，所需長度的焊接在一起的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器的各段放置于工作臺(tái)、夾持盤上或地下的開口內(nèi)，直至加熱器的整個(gè)長度完成為止。每個(gè)焊接點(diǎn)完成時(shí)可以檢查其完整性。例如，焊接的完整性可以用諸如X光檢查、聲響檢查、和/或電磁檢查之類的無損傷檢查進(jìn)行。所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276在整個(gè)長度完成后可以按箭頭284的方向繞在卷軸282上。盤繞的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276使加熱器易于運(yùn)到地層的開口。例如，管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276易于用卡車或火車運(yùn)到地層的開口。
在有些實(shí)施例中，規(guī)定長度的焊接在一起的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器繞在卷軸282上，而其它段則在連接站278形成。在有些實(shí)施例中，組裝機(jī)構(gòu)可能是能移動(dòng)至地層開口的機(jī)動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如，放在一輛或數(shù)輛鐵路敞車或半拖車上)。用部件(例如，對(duì)中心器、涂層、包層、滑動(dòng)連接器)組裝成一定長度的焊接在一起的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器后，就可將其下到地層的開口內(nèi)。
在有些實(shí)施例中，所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276可以于盤繞之前在檢查站280檢查。檢查站280可以用于檢查完整的所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276或者所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276的段。檢查站280可以用于檢查所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276的選定的性能。例如，檢查站280可以用于檢查例如，但不限于，電導(dǎo)率、焊接完整性、熱導(dǎo)率、輻射率和機(jī)械強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，檢查站280用于以電磁聲發(fā)送(EMAT)焊接檢查法檢查焊接完整性。
所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276可以盤繞在卷軸282上從組裝機(jī)構(gòu)272運(yùn)到地層的開口并安裝于所述開口內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，組裝機(jī)構(gòu)272位于地層的某一地點(diǎn)。例如，組裝機(jī)構(gòu)272可以是用于處理地層流體的地面機(jī)構(gòu)的一部分或位于地層的附近(例如，離地層不到10千米，在有些實(shí)施例中，不到20千米或30千米)。其它種類的加熱器(例如，絕緣導(dǎo)體加熱器、自然分布燃燒器加熱器等等)也可以在組裝機(jī)構(gòu)272組裝。這些其它加熱器也可以按照上面說明的所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276的方法盤繞在卷軸282上運(yùn)到地層的開口并安裝于所述開口內(nèi)。在有些實(shí)施例中，卷軸282可以作為盤管裝置的一部分(例如，用于絕緣導(dǎo)體加熱器或管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器)。
把所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276運(yùn)到地層的開口用圖16內(nèi)的箭頭286表示。運(yùn)輸所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276可以包括在臺(tái)架、拖車、卡車、火車、或盤管裝置上運(yùn)輸。在有些實(shí)施例中，可以在臺(tái)架上放置兩個(gè)以上的加熱器。每個(gè)加熱器可能安裝在地層的分開的開口內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以安排一列火車把若干加熱器從組裝機(jī)構(gòu)272運(yùn)到地層的各個(gè)開口。在有些例子里，可以使用吊運(yùn)軌道裝置把軌道在一個(gè)地點(diǎn)使用完之后吊運(yùn)到另一地點(diǎn)。
盤繞了所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276的卷軸282運(yùn)到開口114后，所述加熱器可以按箭頭288的方向解繞并安裝到所述開口內(nèi)。卷軸282可以在所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276解繞的同時(shí)仍留在卡車或火車的臺(tái)架上。在有些實(shí)施例中，一次可以安裝數(shù)個(gè)所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)個(gè)加熱器可以安裝到一個(gè)開口114中。卷軸282可以在所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276安裝之后再用于其它加熱器。在有些實(shí)施例中，卷軸282可以用于從所述開口內(nèi)撤出所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276。所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276可以在其移出開口114時(shí)重新盤繞到卷軸282上。之后，所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276可以重新安裝到開口114里或運(yùn)到地層的另一開口并安裝于其內(nèi)。
在某些實(shí)施例中，所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276或任何加熱器(例如，絕緣導(dǎo)體加熱器或自然分布燃燒器加熱器)可以安裝成使得可從開口114內(nèi)移出加熱器。加熱器能移出從而加熱器如果發(fā)生故障或損壞可以修理或更換。在其它情況下，所述加熱器可以在以后從開口內(nèi)移出，運(yùn)到地層(或另一地層)的另一開口并安裝于其內(nèi)。在再另外的情況下，所述加熱器可以移出并換上成本低的加熱器后對(duì)地層加熱。加熱器能移出、更換和/或重新安裝可以便于降低設(shè)備和/或運(yùn)行成本。此外，無效用的加熱器能移出并更換可以不必在已發(fā)生故障的加熱器的井桶附近的受熱或加熱地層內(nèi)另外鉆井筒。
在有些實(shí)施例中，所需長度的管路可以在所需長度的導(dǎo)體之前放進(jìn)開口114內(nèi)。所需長度的導(dǎo)體和管路可以在組裝機(jī)構(gòu)272組裝。所需長度的管路可以安裝到開口114內(nèi)。安裝完所需長度的管路后可以把所需長度的導(dǎo)體安裝到開口114內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，所需長度的管路和導(dǎo)體在組裝機(jī)構(gòu)272盤繞在卷軸上，然后解繞，安裝到開口114內(nèi)。組件(例如，對(duì)中心器、滑動(dòng)連接器等)可以在把導(dǎo)體安裝到開口114內(nèi)時(shí)安裝到導(dǎo)體或管路上。
在某些實(shí)施例中，對(duì)中心器180可以包括形成對(duì)中心器(例如，蛤殼形對(duì)中心器)的至少兩個(gè)連接在一起的部分。在一個(gè)實(shí)施例中，所述部分是在把導(dǎo)體安裝到管路或開口內(nèi)時(shí)放到導(dǎo)體上并連接在一起的。所述部分可以用諸如，但不限于，夾板、螺桿、螺釘和/或粘合劑之類的緊固裝置連接。所述部分在形狀上做到互相配合。例如，第一部分的一端的寬比第二部分的一端稍窄從而在把兩部分連接起來時(shí)這兩端重疊。
在有些實(shí)施例中，在組裝機(jī)構(gòu)272內(nèi)把一個(gè)低電阻部分連接于所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276。在其它實(shí)施例中，低電阻部分是在加熱器安裝到開口114內(nèi)后連接于所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276的。所需長度的低電阻部分可以在組裝機(jī)構(gòu)272組裝。組裝的低電阻導(dǎo)體可以盤繞在卷軸上。所述低電阻導(dǎo)體可以在加熱器安裝到開口114內(nèi)后從卷軸上解繞并連接于所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276。在另一實(shí)施例中，低電阻部分是在低電阻導(dǎo)體連接于所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276并安裝到開口114內(nèi)的時(shí)候組裝的。所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器276可以在安裝后連接于一個(gè)支承體，從而低電阻部分連接于所安裝的加熱器。
組裝所需長度的低電阻導(dǎo)體可以包括把各個(gè)低電阻導(dǎo)體連接在一起。各個(gè)低電阻導(dǎo)體可以是從生產(chǎn)廠家購得的成品導(dǎo)體。各個(gè)低電阻導(dǎo)體可以連接于導(dǎo)電材料以降低其電阻。所述導(dǎo)電材料可以在組裝所需長度的低電阻導(dǎo)體之前連接于各個(gè)低電阻導(dǎo)體。在一實(shí)施例中，各個(gè)低電阻導(dǎo)體可以有用螺紋連接在一起的端部。在另一實(shí)施例中，各個(gè)低電阻導(dǎo)體可以有用焊接連接在一起的端部。各個(gè)低電阻導(dǎo)體的端部在形狀上做到第一個(gè)低電阻導(dǎo)體的端部可以裝配到第二個(gè)低電阻導(dǎo)體的端部。例如，第一個(gè)低電阻導(dǎo)體的端部可以是凹形端部而第二個(gè)低電阻導(dǎo)體的端部可以是凸形端部。
在另一實(shí)施例中，所需長度的管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器是在組裝管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器時(shí)在地層的井筒(或開口)附近組裝并安裝于所述井筒內(nèi)的。各個(gè)導(dǎo)體可以連接起來形成所需長度導(dǎo)體的第一段。同樣，管路可以連接起來形成所需長度管路的第一段?？梢园焉鲜鼋M裝的導(dǎo)體和管路的第一段安裝于所述井筒內(nèi)?？梢园焉鲜鼋M裝的導(dǎo)體和管路的第一段在先安裝到井筒的一端電連接起來。在有些實(shí)施例中，所述導(dǎo)體和管路的第一段可以基本同時(shí)連接。所述導(dǎo)體和/或管路的其它段可以在安裝上述組裝的第一段的時(shí)候或之后組裝。所述導(dǎo)體和/或管路的其它段可以連接于上述組裝的導(dǎo)體和管路的第一段并安裝于所述井筒內(nèi)。對(duì)中心器和/或其它部件可以連接于導(dǎo)體和/或管路的各段并與所述導(dǎo)體和管路一起安裝于所述井筒內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以在含烴地層的開口(例如，裸井筒)內(nèi)配置一個(gè)長形件。所述開口可以是含烴地層內(nèi)的無導(dǎo)管開口。所述長形件可以是長形(例如，條形)金屬或其它長金屬件(例如，桿)。所述長形件可以包含不銹鋼。所述長形件可以用在開口內(nèi)高溫下耐腐蝕的材料制造。
所述長形件可以是裸金屬加熱器?！奥憬饘佟敝傅氖情L形件整個(gè)運(yùn)行溫度范圍內(nèi)沒有為其提供電絕緣的那種絕緣層(例如，礦物絕緣層)的金屬。裸金屬可以包括具有諸如自然發(fā)生的氧化層、人工氧化層和/或薄膜之類的抗腐蝕物的金屬。裸金屬包括附有不能在長形件一般運(yùn)行溫度下保持電絕緣特性的聚合物或其它電絕緣材料的金屬。所述材料可以配置于裸金屬上并在加熱器使用過程中熱降解。
長形件的長度大約650米。使用高強(qiáng)度合金，長度可以更長些，但這樣的長形件可能價(jià)格很高。在有些實(shí)施例中，長形件可以用井口內(nèi)的板支承。所述長形件可以包括首尾焊接在一起的不同良導(dǎo)材料的許多段。有大量導(dǎo)電焊接材料可以用于把各個(gè)分開的段焊接在一起并為電流提供通路在焊接點(diǎn)不產(chǎn)生電弧和/或腐蝕。在有些實(shí)施例中，不同的段可以鍛焊在一起。這些不同的傳導(dǎo)材料可以包括具有高蠕變阻力的合金。不同傳導(dǎo)材料的段可以有不同的直徑以確保沿整個(gè)長形件均勻加熱。第一金屬如果蠕變阻力比第二金屬大一般其電阻率也比第二金屬高。可以改變兩種不同金屬的截面積以使焊接在一起的兩個(gè)金屬段產(chǎn)生基本等量的熱耗散。這些傳導(dǎo)材料可以包括，但不限于，617因康鎳合金、HR-120、316不銹鋼和304不銹鋼。例如，一個(gè)長形件可以有60米的617因康鎳合金段、60米的HR-120段、和150米的304不銹鋼段。此外，所述長形件可以有一個(gè)從井口到蓋層內(nèi)的低電阻段。此低電阻段可以減少地層從井口到蓋層內(nèi)的發(fā)熱。所述低電阻段可以是選擇導(dǎo)電材料和/或增加導(dǎo)電截面積的結(jié)果。
在加熱器的一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)支承件可以穿過蓋層，而所述裸金屬長形件連接于這個(gè)支承件。一塊板、一個(gè)對(duì)中心器或其它種類的支承件可以位于蓋層與含烴層之間的界面附近。一根低電阻電纜，例如多股絞合銅電纜，可以沿所述支承件延伸并與所述長形件連接。所述低電阻電纜可以連接于向所述長形件供電的電源。
圖18示出的是可以對(duì)含烴地層加熱的若干長形件的實(shí)施例。兩個(gè)以上(例如，4個(gè))的長形件300可以由支承件304支承。長形件300可以用絕緣對(duì)中心器302連接于支承件304。支承件304可能是管子或管路。支承件304也可能是多孔管。支承件304可以使氧化流體流入開口114。支承件304、長形件300和絕緣對(duì)中心器302可以配置于含烴層的開口114內(nèi)。絕緣對(duì)中心器302可以把長形件300保持于支承件304上的某個(gè)位置從而在足以使支承件304或長形件300變形的高溫下不側(cè)向移動(dòng)。在有些實(shí)施例中，長形件300可以是大約2.5厘米寬大約3厘米厚的不銹鋼帶。電流可以流經(jīng)長形件300使長形件300由于電阻而發(fā)熱。
長形件300可以是電串聯(lián)的。可以用引入導(dǎo)線150向長形件300供電。引入導(dǎo)線150可以連接于井口152。電流可以用連接于長形件300的引出導(dǎo)線308回到井口152。引入導(dǎo)線150和引出導(dǎo)線308可以在地面130通過位于井口152與蓋層128之間的密封法蘭連接于井口152。所述密封法蘭可以阻止流體從開口114內(nèi)漏到地面130和/或大氣。引入導(dǎo)線150和引出導(dǎo)線308可以用冷銷過渡導(dǎo)體連接于長形件300。引入導(dǎo)線150和引出導(dǎo)線308可以用低電阻導(dǎo)體制造，從而在電流通過引入導(dǎo)線150和引出導(dǎo)線308時(shí)不發(fā)熱。
在有些實(shí)施例中，蓋層套管156可以配置于蓋層128內(nèi)的增強(qiáng)材料154內(nèi)。在其它實(shí)施例中，蓋層套管可以不膠結(jié)于地層。地面導(dǎo)管166可以配置于增強(qiáng)材料154內(nèi)。支承件304可以在地面130連接于井口152。對(duì)中心器180可以把支承件304保持于蓋層套管156內(nèi)的一個(gè)位置?？梢韵蜷L形件300供電以發(fā)出熱。長形件300發(fā)出的熱可以在開口114內(nèi)輻射對(duì)含烴層116的至少一部分加熱。
可以從氧化流體源120沿長形件300的長度提供氧化流體。氧化流體可以阻止碳沉積于所述長形件上或其附近。例如，氧化流體可以與烴類發(fā)生反應(yīng)形成二氧化碳。所述二氧化碳可以從開口排出。支承件304的孔306可以沿長形件300的長度提供氧化流體?？?06可以是臨界流量孔眼。在有些實(shí)施例中，可以在長形件300附近配置一條管路以控制地層內(nèi)的壓力和/或把氧化流體引入開口114。沒有氧化流體的流動(dòng)，碳就可能沉積于長形件300上或其附近或者沉積于絕緣對(duì)中心器302上。碳沉積可以使長形件300與絕緣對(duì)中心器302或沿長形件300的熱點(diǎn)之間的距離縮短。氧化流體可以用于在地層內(nèi)與碳發(fā)生反應(yīng)。與碳反應(yīng)發(fā)出的熱可以補(bǔ)充或補(bǔ)助電發(fā)出的熱。
含烴地層內(nèi)的壓力可能與地層內(nèi)產(chǎn)生的流體壓力相應(yīng)。在含烴地層內(nèi)對(duì)烴類加熱可以通過熱解產(chǎn)生流體。所產(chǎn)生的流體可能在地層內(nèi)汽化。汽化和熱解反應(yīng)可能提高地層內(nèi)的壓力。對(duì)提高壓力有影響的流體可以包括，但不限于，熱解中產(chǎn)生的和加熱中水汽化產(chǎn)生的流體。隨著地層受熱部分的選定段內(nèi)溫度上升，所述選定段可能由于產(chǎn)生的流體增加和水的汽化其內(nèi)的壓力也會(huì)提高。控制流體從地層內(nèi)排出的速度可以控制地層內(nèi)的壓力。
在有些實(shí)施例中，地層受熱部分的選定段內(nèi)的壓力可能根據(jù)例如距熱源的深度、距離，含烴地層內(nèi)烴類的貧富和/或離生產(chǎn)井的距離等因素而變化。地層內(nèi)壓力可以在許多地點(diǎn)(例如，在生產(chǎn)井或其附近，在熱源或其附近，在監(jiān)測井)測定。
在含烴地層內(nèi)產(chǎn)生很高的滲透率之前，含烴地層加熱到熱解溫度范圍。初期滲透率低可能阻礙熱解產(chǎn)生的流體從地層內(nèi)的熱解區(qū)輸往生產(chǎn)井。因?yàn)槌跗跓崃繌臒嵩磦鬏數(shù)胶瑹N地層，靠近熱源的含烴地層的流體壓力可能提高，流體壓力的這種提高可能是地層內(nèi)至少有些烴類熱解時(shí)產(chǎn)生的流體引起的。這種提高的流體壓力可以通過熱源降低、監(jiān)測、改變和/或控制。例如，熱源可以有一個(gè)便于從地層排出一些流體的閥。在有些加熱器的實(shí)施例中，加熱器可以有阻止壓力損壞加熱器的裸井筒結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)就地轉(zhuǎn)變方法的實(shí)施例中，含烴地層一部分的選定段內(nèi)壓力在熱解中可以提高到選定的壓力。選定的壓力可以是在從大約2巴到大約72巴的范圍內(nèi)，在有些實(shí)施例中，為2巴到36巴。另外，選定的壓力可以是在從大約2巴到大約18巴的范圍內(nèi)。在有些就地轉(zhuǎn)變方法的實(shí)施例中，大部分烴流體可以從壓力大約2巴到大約18巴的范圍內(nèi)的地層內(nèi)采出。熱解中的壓力可以變化或被改變。改變壓力可以改變和/或控制開采的地層流體的成分，控制可冷凝流體與不可冷凝流體相比的比率，和/或控制開采的流體的美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)重度。例如，降低壓力可以導(dǎo)致可冷凝流體的組分多一些。所述可冷凝流體可以含有更高的烯烴比率。
在就地轉(zhuǎn)變方法的有些實(shí)施例中，由于流體產(chǎn)生而提高的壓力可以保持于地層的受熱部分。把提高的壓力保持于地層內(nèi)在就地轉(zhuǎn)變中可以阻止地層下沉。提高的地層壓力在熱解中可以促進(jìn)高質(zhì)量產(chǎn)品的產(chǎn)生。提高的地層壓力可以促進(jìn)地層的流體產(chǎn)生氣相。氣相的產(chǎn)生有助于縮小用于輸送地層產(chǎn)生的流體的收集管道的尺寸。提高的地層壓力可以減少或消除下面的需要，即，在地面壓縮地層流體以把收集管道內(nèi)的流體輸送到地面設(shè)施。在地層內(nèi)保持提高的壓力還便于用產(chǎn)出的不冷凝流體發(fā)電。例如，產(chǎn)出的不冷凝流體可以通過透平發(fā)電。
保持地層內(nèi)提高的壓力還可以提高地層流體的產(chǎn)量和/或質(zhì)量。在某些就地轉(zhuǎn)變方法的實(shí)施例中，從地層內(nèi)開采的大量(例如，大部分)烴流體可能是不冷凝烴類。壓力可以有選擇地提高和/或保持于地層內(nèi)以促進(jìn)地層內(nèi)產(chǎn)生各種鏈短一些的烴。在地層內(nèi)少產(chǎn)生短鏈烴類可以使地層產(chǎn)生更多的不冷凝烴類。地層在較高壓力下產(chǎn)生的可冷凝烴類比在較低壓力下產(chǎn)生的可冷凝烴類質(zhì)量高(例如，美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)重度較高)。
可以于含烴地層的受熱部分保持高壓力以阻止產(chǎn)生碳數(shù)量多于例如大約25的地層流體。有些碳數(shù)量高的復(fù)合物可能夾帶于地層內(nèi)的蒸氣里，因而可以與蒸氣一起從地層內(nèi)排出。地層內(nèi)的高壓可以阻止在蒸氣內(nèi)夾帶碳數(shù)量高的復(fù)合物和/或多環(huán)烴復(fù)合物。在含烴地層內(nèi)提高壓力可以提高其內(nèi)流體的沸點(diǎn)。碳數(shù)量高的復(fù)合物和/或多環(huán)烴復(fù)合物可以在地層內(nèi)長時(shí)間保持于液相。長時(shí)間周期可以為所述復(fù)合物熱解形成碳數(shù)量少的復(fù)合物提供足夠的時(shí)間。
把提高的壓力保持于地層的受熱部分可以驚人地促進(jìn)產(chǎn)生大量高質(zhì)烴類。保持提高的壓力可以促進(jìn)地層內(nèi)熱解流體的氣相輸送。提高壓力可以促進(jìn)低分子量烴類的產(chǎn)生，因?yàn)檫@種低分子量烴類會(huì)更容易在地層內(nèi)以氣相輸送。
據(jù)信，低分子量烴類的產(chǎn)生(以及相應(yīng)增加的氣相輸送)部分由于含烴地層的一部分內(nèi)氫的自動(dòng)產(chǎn)生和反應(yīng)。例如保持提高的壓力在熱解時(shí)迫使氫生成進(jìn)入液相(例如，通過溶解)。把含烴地層的這一部分加熱到熱解溫度范圍內(nèi)的溫度可以熱解地層內(nèi)的烴類產(chǎn)生液相熱解流體。這些產(chǎn)生的流體可能包括雙鍵和/或原子團(tuán)。液相中的H2可以減少所產(chǎn)生的熱解流體的雙鍵，從而減少從所產(chǎn)生的熱解流體聚合或形成長鏈化合物的潛在可能。此外，氫還可能中和所產(chǎn)生的熱解流體內(nèi)的原子團(tuán)。因此，液相中的H2可以阻止所產(chǎn)生的熱解流體互相反應(yīng)和/或與地層內(nèi)的其它化合物反應(yīng)。鏈短一些的烴類可以進(jìn)入氣相并可從地層內(nèi)采出。
在提高的壓力下進(jìn)行就地轉(zhuǎn)變可以用于從地層氣相開采地層流體。氣相開采可以提高重量更輕(和質(zhì)量較高的)的熱解流體的開采量。可以導(dǎo)致熱解開采流體后留下的地層流體少一些。氣相開采與目前使用的液相開采和液/氣相開采相比地層內(nèi)的生產(chǎn)井可以少一些。生產(chǎn)井少一些可以大量減少與就地轉(zhuǎn)變方法相關(guān)的設(shè)備開支。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以對(duì)含烴地層的一部分加熱以提高H2的分壓。在有些實(shí)施例中，提高的H2的分壓可以包括H2的分壓在從大約0.5巴到大約7巴的范圍內(nèi)。另外，提高的H2的分壓可以包括H2的分壓在從大約5巴到大約7巴的范圍內(nèi)。例如，大部分烴流體可以是在H2的分壓在從大約5巴到大約7巴的范圍內(nèi)開采的。在熱解H2的分壓范圍內(nèi)的H2的分壓范圍可以根據(jù)，例如，地層的受熱部分的溫度和壓力而變化。
把地層內(nèi)H2的分壓保持在大于大氣壓可以提高生產(chǎn)的可冷凝烴流體的美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)值。保持提高的H2的分壓可以把采出的可冷凝烴流體的美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)值提高到大于大約25°，或在有些情況下，大于大約30°。保持含烴地層受熱部分內(nèi)提高的H2的分壓可以提高所述受熱部分內(nèi)H2的濃度。所述H2可供與烴類的熱解物發(fā)生反應(yīng)。H2與烴類的熱解物發(fā)生的反應(yīng)可以減少進(jìn)入焦油和其它交聯(lián)的難以提高品位的產(chǎn)品內(nèi)的烯烴聚合物。因而，可以阻止美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)重度低的烴流體的產(chǎn)生。
控制含烴地層內(nèi)的壓力和溫度可以控制產(chǎn)出的地層流體的性質(zhì)。例如，可以通過改變地層受熱部分的選定段內(nèi)的平均壓力和/或平均溫度改變從地層內(nèi)采出的地層流體的組成和質(zhì)量。開采的地層流體的質(zhì)量可以根據(jù)所述流體的特性評(píng)定，例如，但不限于，美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)重度、產(chǎn)出的地層流體的烯烴百分率、乙烯與乙烷的比率、原子氫與碳的比率、烴類在產(chǎn)出的碳數(shù)量大于25的地層流體內(nèi)的百分率、總折算產(chǎn)量(氣體和液體)、總液體產(chǎn)量和/或作為費(fèi)歇爾化驗(yàn)(Fischer Assay)百分率的液體回收率。
本發(fā)明各方面的進(jìn)一步修改和另外的實(shí)施例對(duì)于本專業(yè)技術(shù)人員來說看了本說明是可以很清楚的。因此，應(yīng)該認(rèn)為本說明只具有例證性，目的是使本專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到實(shí)施本發(fā)明的一般方法。應(yīng)該理解本文說明或顯示的形式是用作目前的優(yōu)選實(shí)施例。本文說明或顯示的元件、材料可以替換，零件和過程可以逆轉(zhuǎn)，本發(fā)明的某些特點(diǎn)可以獨(dú)立使用，得益于本發(fā)明說明的本專業(yè)技術(shù)人員一切都會(huì)很清楚的?？梢圆幻撾x后面說明的本發(fā)明的權(quán)利要求的精神和范圍對(duì)本文說明的元件作出改變。此外，應(yīng)該理解本文單獨(dú)說明的特點(diǎn)在某些實(shí)施例中可以結(jié)合起來。
權(quán)利要求
1.一種成形為對(duì)含烴地層的至少一部分加熱的裝置，包括成形成放置于地層的開口內(nèi)的加熱器；其中所述裝置成形為使熱可從所述加熱器輸送到地層的一部分以熱解地層內(nèi)的至少一些烴類；和所述裝置成形為使得所述加熱器能從地層的開口內(nèi)拆卸出來并重新安裝于地層的至少另一開口內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征為所述加熱器包括絕緣導(dǎo)體加熱器、管路內(nèi)導(dǎo)體加熱器、自然分布燃燒器加熱器和/或無焰分布燃燒器加熱器。
3.按照權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)的裝置，其特征為地層內(nèi)的所述開口包括裸井筒。
4.按照權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的裝置，其特征為所述加熱器成形為用卷軸安裝和/或拆除，或者用盤管安裝/拆除。
5.按照權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的裝置，其特征為所述開口的直徑至少大約5厘米，或至少大約7厘米，或至少大約10厘米；所述裝置成形為與所述開口配合。
6.按照權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的裝置，其特征為所述加熱器成形為以便從所述開口移出進(jìn)行修理或更換。
7.一種在含烴地層內(nèi)安裝權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的裝置的方法，包括用從盤繞的裝置解繞至少一部分的辦法把所述裝置的至少一部分放進(jìn)含烴地層的開口內(nèi)；然后再把已經(jīng)解繞的所述裝置的至少一部分放進(jìn)所述開口內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于還包括把至少一個(gè)低電阻導(dǎo)體連接到加熱器上，其中至少有一個(gè)低電阻導(dǎo)體成形為放進(jìn)地層的蓋層。
9.按照權(quán)利要求7或8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括在含烴地層附近的一個(gè)地點(diǎn)組裝所述裝置的至少一部分。
10.按照權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括把所述裝置的至少一部分盤繞起來。
11.按照權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于它還包括用重新盤繞所述裝置的至少一部分的辦法把該部分從所述開口移出。
12.按照權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括把所述加熱器在卷軸上盤繞和/或解繞。
13.按照權(quán)利要求7-12中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括用運(yùn)貨車或火車把所述加熱器從組裝地點(diǎn)運(yùn)到含烴地層的所述開口。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其特征為所述運(yùn)貨車或火車還可以用于運(yùn)送數(shù)個(gè)加熱器到含烴地層的數(shù)個(gè)開口。
15.按照權(quán)利要求7-14中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括從地層的所述開口拆出所述加熱器以便對(duì)其檢查和/或修理并再安裝到所述開口內(nèi)；把所述加熱器重新安裝到地層的至少另一個(gè)開口；或更換加熱器的至少一部分。
16.一種用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的裝置對(duì)含烴地層的至少一部分進(jìn)行就地處理的方法，包括用位于地層內(nèi)一個(gè)或數(shù)個(gè)開口內(nèi)的一個(gè)或數(shù)個(gè)加熱器向地層的至少一部分提供熱；使所述熱能從一個(gè)或數(shù)個(gè)加熱器輸送到地層的一部分；從地層內(nèi)開采混合物。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于還包括把地層的至少一部分的溫度保持于低端熱解溫度為大約250℃和高端熱解溫度為大約400℃的熱解溫度范圍內(nèi)。
18.按照權(quán)利要求16-17中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括把地層的至少一部分加熱到能大量熱解地層內(nèi)至少一些烴類。
19.按照權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括控制地層一部分的至少大部內(nèi)的壓力和溫度，其中壓力是作為溫度的函數(shù)控制的；或者溫度是作為壓力的函數(shù)控制的。
20.按照權(quán)利要求16-19中任一項(xiàng)的方法，其特征為把熱從一個(gè)或數(shù)個(gè)加熱器輸送到地層的一部分的輸送包括基本以傳導(dǎo)的方法進(jìn)行。
21.按照權(quán)利要求16-20中任一項(xiàng)的方法，其特征為所開采的混合物包含美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)重度至少大約25°的可冷凝烴類。
22.按照權(quán)利要求16-21中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括控制地層一部分的大部內(nèi)的壓力，其中所控制的壓力至少為大約2.0巴。
23.按照權(quán)利要求16-22中任一項(xiàng)的方法，其特征在于還包括控制地層狀況使得所開采的混合物包括其中的H2的分壓大于大約0.5巴。
全文摘要
在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用一個(gè)裝置對(duì)含烴地層加熱。所述裝置可以包括配置于所述地層的開口內(nèi)的加熱器。所述裝置可以使熱從所述加熱器輸送的所述地層的一部分。所輸送的熱可以熱解地層內(nèi)至少有些種類的烴。所述加熱器可以從地層內(nèi)的開口內(nèi)拆卸搬出并重新安裝到地層的至少另一開口內(nèi)。
文檔編號(hào)E21B43/30GK1671944SQ02821092
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月24日
發(fā)明者哈羅德·J·維內(nèi)加, 斯科特·L·韋林頓, 埃里克·P·德魯菲格納克, 約翰·M·科爾斯, 小弗雷德里克·G·卡爾, 詹姆斯·L·梅諾蒂, 布魯斯·G·亨蘇克, 安東尼·T·科爾, 克里斯托弗·A·普拉特 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司