專利名稱：地表下加熱器的地表下連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及碳?xì)浠衔?、氫?或其他各種地表下地層產(chǎn)物 的加熱與生產(chǎn)的方法和系統(tǒng)，所述各種地表下地層例如是含碳?xì)寤?物的地層。具體涉及耦聯(lián)加熱器地表下部分的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)背景從地下地層獲得的碳?xì)浠衔锝?jīng)常用作能源、原料和消費(fèi)品。對 可用碳?xì)浠衔镔Y源耗盡的擔(dān)憂和對生產(chǎn)的碳?xì)浠衔镎w質(zhì)量下降 的憂慮曾導(dǎo)致更加有效的開采程序的發(fā)展、可用碳?xì)浠衔镔Y源加工 和/或使用的發(fā)展。可利用原地加工程序從地下地層中分離碳?xì)浠衔?材料。可能需要改變地下地層中碳?xì)浠衔锊牧系幕瘜W(xué)和/或物理性質(zhì) 以使得更容易地從地下地層中分離碳?xì)浠衔锊牧??；瘜W(xué)和物理的改 變可包括地層中碳?xì)浠衔锊牧袭a(chǎn)生可移動(dòng)流體的原地反應(yīng)、成分改 變、溶解度改變、密度改變、相位改變和/或粘性改變。流體可以是， 但不限于，氣體、液體、乳狀液、泥漿和/或具有與液體流類似的流動(dòng) 特性的固體顆粒流。在原地加工過程中可將加熱器放置在井眼中加熱地層。授權(quán)給Ljungstrom的美國專利US2，634，961、 US2，732，195、 US2，780，450、 US2，789，805、 US2，923，535及授權(quán)給Van Meurs等人的美國專利 US4，886，118中闡明了利用井下加熱器的原地加工實(shí)例。授權(quán)給Ljungstrom的美國專利US2，923，535和授權(quán)給Van Meurs 等人的美國專利US4，886，118中描述了對油頁巖地層進(jìn)行的加熱。可 將熱量施加到油頁巖地層以熱解油頁巖地層中的油母巖。熱量也可使 地層破裂以增加地層的滲透性。增加的滲透性可使得地層流體行進(jìn)到 生產(chǎn)井，流體在此從油頁巖地層中分離出。例如，在Ljungstrom披露 的一些加工程序中，將含氧氣體介質(zhì)導(dǎo)入可滲透地層，優(yōu)選當(dāng)其由于
經(jīng)過預(yù)熱步驟而依然是熱的的時(shí)候，開始燃燒?？墒褂脽嵩醇訜岬叵碌貙印？墒褂秒娂訜崞鹘柚椛浜?或傳導(dǎo)加熱地下地層。電加熱器可以電阻加熱的方式加熱元件。授權(quán)給Germain的美國專利US2,548，360描述了置于井眼中的粘性油內(nèi)的電加熱元件。該加熱器元件加熱并稀釋該油以使該油從井眼中泵出。授權(quán)給Eastlund等人的美國專利US4，716，960描述了石油井的電加熱管道系統(tǒng)，借助經(jīng)過該管道系統(tǒng)傳遞相對低電壓的電流以防止固體形成。授權(quán)給Van Egmond的美國專利US5，065，818描迷了 一種電加熱元件，在沒有套管圍繞該加熱元件的情況下將該電加熱元件固結(jié)在井孔中。授權(quán)給Vinegar等人的美國專利US6，023，554描述了安置在套管中的電加熱元件。該加熱元件產(chǎn)生加熱該套管的輻射能?？稍谔坠芎偷貙又g放置粒狀固體填充材料。套管可傳導(dǎo)加熱填充材料，填充材 料接下來傳導(dǎo)加熱地層。在有些地層中，在地層表面下的不同開口中電耦聯(lián)加熱器可能是 有利的。例如，可在地表下地層中耦聯(lián)加熱器使得笫一加熱器向井下 傳送電流而第二加熱器表現(xiàn)為反向電流。在有些情形中，可在地表下 地層中電耦聯(lián)三個(gè)加熱器使得加熱器能夠以三相結(jié)構(gòu)方式運(yùn)行。這樣， 地表下地層中的電耦聯(lián)加熱器需要可靠的系統(tǒng)和方法。 發(fā)明內(nèi)容在此描述的實(shí)施方式大體上涉及處理地表下地層的系統(tǒng)、方法和 加熱器。在此描述的實(shí)施方式大體上也涉及具有新穎組件的加熱器。 這種加熱器能夠通過使用在此描述的系統(tǒng)和方法來獲得。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于加熱地表下地層的系統(tǒng)， 包括在地層中的第一開口中的第一伸長加熱器，其中第一伸長加熱 器在第一開口的一部分中包括暴露金屬部分，所述第一開口的所述部 分低于地層的要被加熱層，而暴露金屬部分暴露于地層；在地層中的 第二開口中的第二伸長加熱器，其中第二開口在位于或靠近低于要被加熱層的第一開口的所述部分的地方與第一開口連接；以及其中第二伸長加熱器的一暴露金屬部分的至少一部分與第一伸長加熱器的暴露
金屬部分的至少一部分在低于要被加熱層的第一開口的所述部分中電輛聯(lián)。在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)、方法和/或加熱 器。在一些實(shí)施方式中，這些系統(tǒng)、方法和/或加熱器用于處理地表下 地層。在另外的實(shí)施方式中，特定實(shí)施方式的特征可與其他實(shí)施方式的 特征結(jié)合。例如， 一個(gè)實(shí)施方式的特征可與任意其余實(shí)施方式的特征 結(jié)合。在另外的實(shí)施方式中，使用任意在此描述的方法、系統(tǒng)或加熱器 執(zhí)行地表下地層的處理。在另外的實(shí)施方式中，可為在此描述的特定實(shí)施方式添加額外的 特征。


借助下面的詳細(xì)描述以及參照附圖，本發(fā)明的優(yōu)勢對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可變得顯而易見。在這些附圖中圖l描述加熱含碳?xì)浠衔锏貙拥碾A段圖。圖2示出處理含碳?xì)浠衔锏貙拥囊徊糠衷剞D(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個(gè)實(shí) 施方式的示意圖。圖3、4和5描述帶有外部導(dǎo)體的限溫加熱器一個(gè)實(shí)施方式的剖面 圖，該外部導(dǎo)體具有鐵磁部分和非鐵磁部分。圖6和6B描述限溫加熱器一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖。圖7描述限溫加熱器的一個(gè)實(shí)施方式，其中支撐部件提供鐵磁導(dǎo) 體居里溫度下的大部分熱量輸出。圖8和9描述限溫加熱器的實(shí)施方式，其中護(hù)套提供鐵磁導(dǎo)體居 里溫度下的大部分熱量輸出。圖10描述以三相結(jié)構(gòu)方式耦聯(lián)在一起的限溫加熱器的一個(gè)實(shí)施 方式。圖11描述在單一接觸部分耦聯(lián)在一起的兩個(gè)限溫加熱器的一個(gè) 實(shí)施方式。
圖12描述帶有在接觸部分耦聯(lián)的支路的兩個(gè)限溫加熱器的一個(gè) 實(shí)施方式。圖13描述帶有在接觸部分耦聯(lián)的支路的兩個(gè)限溫加熱器的一個(gè)實(shí)施方式，該接觸部分帶有接觸溶液。圖14描述帶有在接觸部分不使用接觸器耦聯(lián)的支路的兩個(gè)限溫加熱器的一個(gè)實(shí)施方式。圖15描述以三相結(jié)構(gòu)方式耦聯(lián)的三個(gè)加熱器的一個(gè)實(shí)施方式。 圖16和17描述用來耦聯(lián)加熱器三支路的接觸元件的實(shí)施方式。 圖18描述帶有用于熔化耦聯(lián)材料的引發(fā)器(initiator)的容器的一個(gè)實(shí)施方式。圖19描述用于耦聯(lián)接觸元件的容器的一個(gè)實(shí)施方式，該接觸元件 上帶有球形物。圖20描述容器的一個(gè)替代實(shí)施方式。圖21描述用來耦聯(lián)加熱器三支路的接觸元件的一個(gè)替代實(shí)施方式。圖22描述用于耦聯(lián)使用限溫加熱元件的接觸元件的一個(gè)實(shí)施方 式的側(cè)視圖。圖23描述用于耦聯(lián)使用限溫加熱元件的接觸元件的一個(gè)替代實(shí) 施方式的側(cè)視圖。圖24描述用于耦聯(lián)使用限溫加熱元件的接觸元件的另一個(gè)替代 實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖25描述用來耦聯(lián)加熱器三支路的接觸元件一個(gè)替代實(shí)施方式 的側(cè)視圖。圖26描述圖25所示用來耦聯(lián)加熱器三支路的接觸元件替代實(shí)施方式的頂視圖。圖27描述帶有電刷接觸器的接觸元件的一個(gè)實(shí)施方式。圖28描述用于將電刷接觸器與接觸元件耦聯(lián)的一個(gè)實(shí)施方式。雖然本發(fā)明容許各種修改和替代的形式，但其特定實(shí)施方式借助附圖中的實(shí)例示出并且可在此對其進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖可不按比例繪
制。然而應(yīng)當(dāng)理解的是不希望這些附圖和詳細(xì)描述將本發(fā)明限制在所 披露的特殊形式內(nèi)，而正相反，本發(fā)明將會(huì)覆蓋落在由附帶的權(quán)利要 求所限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代。
具體實(shí)施方式
下面的描述大體上涉及處理地層中碳?xì)浠衔锏南到y(tǒng)和方法?？?處理這種地層以生產(chǎn)碳?xì)浠衔锂a(chǎn)品、氫和其他產(chǎn)品。"碳?xì)浠衔?大體上限定為主要由碳和氫原子形成的分子。碳?xì)?化合物也可包括其他元素，例如，但不限于，卣素、金屬元素、氮、 氧和/或疏。碳?xì)浠衔锟梢允牵幌抻?，油母巖、瀝青、焦瀝青、 油、天然礦物蠟和瀝青巖。碳?xì)浠衔锟晌挥诨蜞徑厍蛑械牡V物基 巖。基巖可包括，但不限于，沉積巖、沙地、沉積石英巖、碳酸鹽巖、 硅藻土和其他多孔介質(zhì)。"碳?xì)寤衔锪黧w，，是包含碳氯化合物的流體。 碳?xì)浠衔锪黧w可包括夾帶非碳?xì)浠衔锘虮环翘細(xì)浠衔飱A帶的流 體，非碳?xì)浠衔锢缡菤?、氮?一氧化碳、二氧化碳、疏化氫、水 和氨。"地層，，包括一個(gè)或多個(gè)含碳?xì)浠衔飳印?一個(gè)或多個(gè)非碳?xì)寤?物層、上覆巖層和/或下伏巖層。"上覆巖層"和/或"下伏巖層"包括一個(gè) 或多個(gè)不同類型的不滲透材料。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可包括 巖石、頁巖、泥巖或濕/密碳酸鹽巖。在原地轉(zhuǎn)換處理的一些實(shí)施方式 中，上覆巖層和/或下伏巖層可包括一個(gè)或多個(gè)含碳?xì)寤衔飳?，該?碳?xì)浠衔飳邮窍鄬Σ粷B透的并且不經(jīng)受在原地轉(zhuǎn)換處理期間導(dǎo)致上 覆巖層和/或下伏巖層的該含碳?xì)浠衔飳影l(fā)生重大特性改變的溫度， 例如，下伏巖層可包含頁巖或泥巖，但不允許在原地轉(zhuǎn)換處理期間將 該下伏巖層加熱到熱解的溫度。在有些情形中，上覆巖層和/或下伏巖 層可能是稍微可滲透的。"加熱器"是在井或近井眼區(qū)域中產(chǎn)生熱的任意系統(tǒng)或熱源。加熱 器可以是，但不限于，電加熱器、燃燒器、與地層中或產(chǎn)生于地層的 材料起反應(yīng)的燃燒室，和/或它們的組合。"絕緣導(dǎo)體"是指任何能夠?qū)щ姴⑶胰炕虿糠直浑娊^緣材料覆蓋 的伸長材料。伸長部件可以是棵露的金屬加熱器或暴露的金屬加熱器。"棵露金 屬"和"暴露金屬"是指不包含例如是礦物絕緣的電絕緣層的金屬，電絕 緣層被設(shè)計(jì)成貫穿該伸長部件的運(yùn)行溫度范圍對金屬提供電絕緣?？?露金屬和暴露金屬可環(huán)繞包含腐蝕抑制層的金屬，腐蝕抑制層例如是 天然出現(xiàn)的氧化層、應(yīng)用氧化層和/或膜層?？寐督饘俸捅┞督饘侔?帶有聚合的或其他類型的電絕緣的金屬，該電絕緣層不能在該伸長部 件的典型運(yùn)行溫度下保持電絕緣特性。這種材料可放置在該金屬上并 且在加熱器的使用期間可以是熱退化的。"限溫加熱器"大體是指在不使用外部控制的情況下在規(guī)定溫度之 上調(diào)節(jié)熱量輸出(例如，減少熱量輸出)的加熱器，所述外部控制例 如是溫度控制器、功率調(diào)節(jié)器、整流器或其他裝置。限溫加熱器可以是AC (交流電)或調(diào)制(例如，"斬波")DC (直流電)提供電力的 電阻加熱器。"居里溫度"是鐵磁材料喪失其全部鐵磁特性之上的溫度。在居里 溫度之上除了喪失其全部鐵磁特性外，鐵磁材料還在漸增的電流經(jīng)過 該鐵磁材料時(shí)開始喪失其鐵磁特性。"時(shí)變電流"是指在鐵磁導(dǎo)體中產(chǎn)生趨膚效應(yīng)電流并且大小隨時(shí)間 變化的電流。時(shí)變電流不僅包括交流電(AC)，而且包括調(diào)制直流電 (DC)。"交流電(AC)"是指大體上沿正弦曲線變換方向的時(shí)變電流。 AC在鐵磁導(dǎo)體中產(chǎn)生趨膚效應(yīng)電流。"調(diào)制直流電(DC)"是指任何大體為非正弦曲線的時(shí)變電流，其 在鐵磁導(dǎo)體中產(chǎn)生趨膚效應(yīng)電流。限溫加熱器的"調(diào)節(jié)比(turndown ratio )，，是指在居里溫度以下的 最高AC或調(diào)制DC電阻與給定電流居里溫度之上的最低電阻的比率。在減少熱量輸出的加熱系統(tǒng)、設(shè)備和方法的語境中，術(shù)語"自動(dòng)地" 意味這種系統(tǒng)、設(shè)備和方法在不使用外部控制(例如，外部控制器， 所述外部控制器例如是帶有溫度傳感器和反饋回路的控制器、PID控
制器或預(yù)測控制器)的情況下以確定的方式運(yùn)行。"原地轉(zhuǎn)換處理"是指由加熱器加熱含碳?xì)浠衔锏貙拥奶幚磉^ 程，以將至少一部分地層的溫度升高到熱解溫度之上，從而在地層中 產(chǎn)生熱解流體。術(shù)語"井眼，，是指通過將管道鉆入或插入地層而在地層中形成的 洞。井眼可具有大體為圓形的橫截面或者是另一形狀橫截面。用在這 里時(shí)，術(shù)語—井"和"開口 "當(dāng)指代地層中的開口時(shí)可與術(shù)語"井眼"互換 使用?？梢愿鞣N方式處理地層中的碳?xì)浠衔镆陨a(chǎn)許多不同的產(chǎn)品。 在某些實(shí)施方式中，分階段處理地層中的碳?xì)浠衔?。圖l描述加熱含碳?xì)浠衔锏貙拥碾A段圖。圖1還描述了以每噸當(dāng)量油桶數(shù)(barrels of oil equivalent per ton )為單位的來自地層的地層流體產(chǎn)量("Y，，) (y軸)相對于以攝氏度為單位的被加熱地層溫度("T") (x軸)變 化的實(shí)例。甲烷的解吸附和水的蒸發(fā)在階段1的加熱期間出現(xiàn)。貫穿階段1 的地層加熱可盡可能快地執(zhí)行。例如，當(dāng)開始加熱含碳?xì)浠衔锏貙?時(shí)，地層中的碳?xì)浠衔镝尫懦鏊降募淄椤＝馕募淄榭蓮牡貙?中生產(chǎn)出來。如果進(jìn)一步加熱含碳?xì)浠衔锏貙樱蛷暮細(xì)浠?物地層蒸發(fā)出來。在一些含碳?xì)浠衔锏貙又?，水可能占地層孔隙體 積的10%到50°/。。在其他地層中，水占據(jù)更大或更小部分的孔隙體積。 水通常在160。C和285。C之間在600kPa到7000kPa的絕對壓力下從地 層蒸發(fā)出來。在一些實(shí)施方式中，蒸發(fā)出的水導(dǎo)致地層中潤濕性的改 變和/或地層壓力的增加。潤濕性的改變和/或壓力的增加可能影響熱解 反應(yīng)或地層中的其他反應(yīng)。在某些實(shí)施方式中，從地層中產(chǎn)生蒸發(fā)出 來的水。在其他實(shí)施方式中，蒸發(fā)出來的水用于地層中或地層外的蒸 汽提取和/或蒸餾。從地層中分離水并且在地層中增加孔隙體積增加了 孔隙體積中碳?xì)寤衔锏拇鎯臻g。在某些實(shí)施方式中，在階段l的加熱之后，進(jìn)一步加熱地層，使 地層中的溫度達(dá)到(至少)初始熱解溫度(例如在階段2所示溫度范
圍的低端溫度)。貫穿階段2地層中的碳?xì)浠衔锟杀粺峤?。熱解?度范圍根據(jù)地層中碳?xì)浠衔锏念愋妥兓峤鉁囟确秶稍?50°C 和900。C之間。生產(chǎn)期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍可僅為總的熱解溫度范 圍的一部分。在一些實(shí)施方式中，生產(chǎn)期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍可在 250。C和40(TC之間或在27(TC和350。C之間。如果地層中碳?xì)寤衔?的溫度經(jīng)過從250。C到400。C的溫度范圍緩慢上升，熱解產(chǎn)品的生產(chǎn)可 在溫度達(dá)到400。C時(shí)大體完成。可將碳?xì)浠衔锏钠骄鶞囟让刻煲孕∮?'c、小于2r、小于rc或小于0.5'c的速率通過生產(chǎn)期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍升高。使用多個(gè)熱源加熱含碳?xì)浠衔锏貙涌稍跓嵩粗?圍建立溫度梯度，所述熱源通過熱解溫度范圍緩慢升高地層中碳?xì)浠?合物的溫度。通過期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍而增加的溫度速率可影響從含碳?xì)?化合物地層中產(chǎn)生出的地層流體的質(zhì)量和數(shù)量。通過期望產(chǎn)品的熱解 溫度范圍緩慢升高溫度可抑制地層中大鏈分子的活化(mobilization )。 通過期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍緩慢升高溫度可限制產(chǎn)生非期望產(chǎn)品的 活化碳?xì)寤衔镏g的反應(yīng)。通過期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍緩慢升高 地層溫度可使得從地層生產(chǎn)出高質(zhì)量、高API重度碳?xì)浠衔?。通過 期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍緩慢升高地層溫度可使得作為碳?xì)浠衔锂a(chǎn) 品分離出大量存在于地層的碳?xì)浠衔?。在一些原地轉(zhuǎn)換的實(shí)施方式中，將一部分地層加熱到期望的溫度 來代替通過溫度范圍緩慢加熱溫度。在一些實(shí)施方式中，所期望的溫 度是300。C、 325。C或350。C?？蛇x擇其他溫度作為所期望的溫度。來 自熱源的熱量的重合使得所期望的溫度在地層中相對快速和有效地建 立?？烧{(diào)節(jié)從熱源向地層的能量輸入以將地層溫度大致維持在所期望 的溫度上。將地層被加熱部分大致維持在所期望的溫度上直到熱解下 降，熱解下降使得來自地層的所期望地層流體的生產(chǎn)變得不經(jīng)濟(jì)。經(jīng)受熱解的地層部分可包括僅通過來自一個(gè)熱源的熱傳遞而進(jìn)入熱解溫 度范圍的多個(gè)區(qū)域。在某些實(shí)施方式中，包含熱解流體的地層流體從地層中產(chǎn)出。當(dāng)
地層溫度增加時(shí)，產(chǎn)出的地層流體中的可冷凝碳?xì)浠衔飻?shù)量可能減 少。在高溫下，地層可主要生產(chǎn)甲烷和/或氫。如果貫穿整個(gè)熱解范圍 加熱含碳?xì)浠衔锏貙樱貙涌沙驘峤夥秶纳舷迌H生產(chǎn)少量的氫。 在所有可用氫耗盡之后，通常會(huì)出現(xiàn)最少量的地層流體產(chǎn)出。在碳?xì)浠衔餆峤夂?，大量碳和一些氫可能仍然存于地層中。?留在地層中的碳的主要部分能夠以合成氣體的形式從地層產(chǎn)出。合成氣體的產(chǎn)生可在圖1所示階段3的加熱期間發(fā)生。階段3可包括將含 碳?xì)寤衔锏貙蛹訜岬阶阋援a(chǎn)生合成氣體的溫度。例如，合成氣體可 在從400。C到1200。C、從500。C到1100。C或從550。C到1000。C妁溫度 范圍內(nèi)產(chǎn)出。地層被加熱部分的溫度在將合成氣體發(fā)生流體導(dǎo)入地層 時(shí)決定產(chǎn)生于地層的合成氣體的成分?？蓪⑸傻暮铣蓺怏w通過一個(gè) 或多個(gè)生產(chǎn)井從地層中分離出。從含碳?xì)浠衔锏貙赢a(chǎn)生的流體的總能量含量可在熱解和合成氣 體生成過程中始終保持相對恒定。在相對低的地層溫度下的熱解過程 中，所產(chǎn)出流體的主要部分可為可冷凝的碳?xì)浠衔铮渚哂懈吣芰?含量。然而，在較高熱解溫度下，可能包含可冷凝碳?xì)浠衔锏牡貙?流體較少。更多不可冷凝的地層流體可從地層中產(chǎn)出。所產(chǎn)出流體每 單位體積的能量含量可能在不可冷凝占優(yōu)勢的地層流體的生成期間稍 微下降。在合成氣體生成期間，所產(chǎn)出合成氣體每單位體積的能量含 量相對于熱解流體的能量含量顯著下降。然而，所產(chǎn)出合成氣體的體 積將在許多情況下顯著增加，因而補(bǔ)償了減少的能量含量。圖2描述處理含碳?xì)寤衔锏貙拥囊徊糠衷剞D(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個(gè)實(shí) 施方式的示意圖。該原地轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括屏障井200。屏障井用于在 處理區(qū)周圍形成屏障。該屏障抑制流體流入和/或流出處理區(qū)。屏障井 包括，但不限于，脫水井、真空井、俘獲井、注入井、灌漿井、冷凍 井或它們的組合。在一些實(shí)施方式中，屏障井200是脫水井。脫水井 可去除液態(tài)水和/或抑制液態(tài)水進(jìn)入一部分要,皮加熱的地層或者正在 被加熱的地層。在圖2所示的實(shí)施方式中，示出僅沿?zé)嵩?02的一側(cè) 延伸的屏障井200，但屏障井通常環(huán)繞所有使用或要使用的熱源202， 以加熱地層的處理區(qū)。將熱源202放置在至少一部分地層中。熱源202可包括加熱器， 例如絕緣導(dǎo)體、管包導(dǎo)體加熱器、表面燃燒器、無焰分布式燃燒室和/ 或自然分布式燃燒室。熱源202也可包括其他類型的加熱器。熱源202 為至少一部分地層提供熱量以加熱地層中的碳?xì)浠衔??？赏ㄟ^供應(yīng) 線204為熱源202供應(yīng)能量。根據(jù)用于加熱地層的一個(gè)或多個(gè)熱源的 類型，供應(yīng)線204在結(jié)構(gòu)上可以是不同的。熱源供應(yīng)線20.4可為電加 熱器送電，可為燃燒室輸送燃料，或者可輸送在地層中循環(huán)的熱交換 流體。生產(chǎn)井206用于從地層分離地層流體。在一些實(shí)施方式中，生產(chǎn) 井206可包括一個(gè)或多個(gè)熱源。生產(chǎn)井中的熱源可在位于或靠近生產(chǎn) 井的地方加熱地層的一個(gè)或多個(gè)部分。生產(chǎn)井中的熱源可抑制正從地 層分離出的地層流體的冷凝和逆流?？赏ㄟ^收集管道系統(tǒng)208向處理設(shè)備210輸送生產(chǎn)井206產(chǎn)出的 地層流體。地層流體也可從熱源202中產(chǎn)出。例如，流體可從熱源202 產(chǎn)出以控制鄰近熱源的地層中的壓力?？赏ㄟ^管道系統(tǒng)向收集管道系 統(tǒng)208輸送從熱源202產(chǎn)出的流體，或者可通過管道系統(tǒng)直接向處理 設(shè)備210輸送所產(chǎn)出的流體。處理設(shè)備210可包括分離單元、反應(yīng)單 元、升級單元、燃料電池、渦輪、存儲容器和/或其他加工所產(chǎn)出的地 層流體的系統(tǒng)和單元。處理設(shè)備可從至少一部分從地層產(chǎn)出的碳?xì)浠?合物中形成運(yùn)輸燃料。限溫加熱器可以采用多種結(jié)構(gòu)和/或可包含為確定溫度下的加熱 器提供自動(dòng)限溫特性的材料。在某些實(shí)施方式中，在限溫加熱器中使 用鐵磁材料。當(dāng)對其施加時(shí)變電流時(shí)，鐵磁材料可在材料的居里溫度 下或臨近材料的居里溫度自限溫度，以在居里溫度下或在臨近居里溫 度時(shí)提供減少了數(shù)量的熱量。在某些實(shí)施方式中，鐵磁材料在所選近 似居里溫度的溫度下自我限制該限溫加熱器的溫度。在某些實(shí)施方式 中，所選溫度在居里溫度的35。C、 25。C、 20。C或10。C的范圍內(nèi)。在某 些實(shí)施方式中，鐵磁材料與其他材料(例如，高傳導(dǎo)材料、高強(qiáng)度材
料、抗腐蝕材料或它們的組合)耦聯(lián)以提供各種電性能和/或機(jī)械性能。 限溫加熱器的一些部分可具有低于限溫加熱器其他部分的電阻(由不 同的幾何形態(tài)和/或由使用不同的鐵磁和/或非鐵磁材料引起)。使限溫 加熱器各部分具有各種不同的材料和/或尺寸，使得能夠定制來自加熱 器每一部分的所期望的熱量輸出。限溫加熱器可比其他加熱器更可靠。限溫加熱器可較少具有因地 層中的熱點(diǎn)而導(dǎo)致?lián)p壞或出現(xiàn)故障的傾向。在一些實(shí)施方式中，限溫 加熱器使得地層的加熱大體一致。在一些實(shí)施方式中，限溫加熱器能 夠通過在沿加熱器整個(gè)長度的較高平均熱量輸出下運(yùn)行而更有效地加 熱地層。因?yàn)槿绻丶訜崞魅我稽c(diǎn)的溫度超過或?qū)⒁^加熱器的最 大運(yùn)行溫度，那么就不必對整個(gè)加熱器減少供給加熱器的功率，正如 具有典型恒定瓦數(shù)加熱器的情況，所以限溫加熱器在沿加熱器整個(gè)長 度的較高平均熱量輸出下運(yùn)行。在沒有時(shí)變電流受控調(diào)節(jié)應(yīng)用于加熱 器的情況下，接近加熱器居里溫度的限溫加熱器的各部分熱量輸出自 動(dòng)減少。由于限溫加熱器各部分的電性能(例如，電阻)的改變，熱 量輸出自動(dòng)減少。這樣，在更大部分的加熱過程期間，由限溫加熱器 供應(yīng)更多的能量。在某些實(shí)施方式中，當(dāng)限溫加熱器由時(shí)變電流激勵(lì)時(shí)，包含限溫 加熱器的系統(tǒng)最初提供第一熱量輸出，然后在臨近、處于或高于加熱 器電阻部分的居里溫度時(shí)提供減少的熱量輸出(第二熱量輸出)。笫一熱J:輸出是在低于該溫度所述限溫加熱器開始自限溫度時(shí)的熱量輸 出。在一些實(shí)施方式中，第一熱量輸出是低于限溫加熱器中鐵磁材料的居里溫度50。C、 75°C、 100。C或125。C的溫度下的熱量輸出。限溫加熱器可由在井口供應(yīng)的時(shí)變電流(交流電或調(diào)制直流電)激勵(lì)。井口可包括電源和其他用于給限溫加熱器供應(yīng)電力的組件(例如，調(diào)制組件、變壓器和/或電容器)。限溫加熱器可以是用于加熱一部分地層的許多加熱器中的一個(gè)。在某些實(shí)施方式中，限溫加熱器包括導(dǎo)體，當(dāng)在該導(dǎo)體上施加時(shí)變電流時(shí)，該導(dǎo)體作為趨膚效應(yīng)或鄰近效應(yīng)加熱器運(yùn)行。趨膚效應(yīng)限
制電流滲入導(dǎo)體內(nèi)部的深度。對于鐵磁材料，趨膚效應(yīng)由導(dǎo)體的導(dǎo)磁率支配。鐵磁材料的相對導(dǎo)》茲率通常在10和IOOO之間(例如，鐵磁 材料的相對導(dǎo)磁率通常至少是10,可能至少是50、 100、 500、 1000 或更大)。當(dāng)鐵磁材料的溫度升高到居里溫度之上時(shí)和/或當(dāng)施加的電 流增加時(shí)，鐵磁材料的導(dǎo)磁率實(shí)質(zhì)減少，趨膚深度迅速擴(kuò)張(例如， 趨膚深度擴(kuò)張為導(dǎo)磁率的平方根倒數(shù))。導(dǎo)磁率的減少導(dǎo)致在臨近、 處于或高于居里溫度時(shí)和/或當(dāng)施加的電流增加時(shí)，導(dǎo)體的AC或調(diào)制 DC電阻減小。當(dāng)限溫加熱器由大體恒定的電流源供能時(shí)，鄰近、達(dá) 到或高于居里溫度的加熱器部分可具有減少的散熱。不處于或不臨近 居里溫度的限溫加熱器部分可由趨膚效應(yīng)加熱支配，趨膚效應(yīng)加熱使 得加熱器由于較高的電阻負(fù)荷而具有高散熱。使用限溫加熱器加熱地層中碳?xì)浠衔锏膬?yōu)勢是選擇導(dǎo)體使其具 有在期望的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)的居里溫度。在期望的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)的 運(yùn)行使得充足的熱量注入地層，并將限溫加熱器及其他設(shè)備的溫度維 持低于設(shè)計(jì)限制溫度。設(shè)計(jì)限制溫度是指在該溫度下例如腐蝕、蠕變 和/或變形的特性產(chǎn)生不利影響的溫度。限溫加熱器的溫度限制特性抑 制鄰近地層中低導(dǎo)熱性"熱點(diǎn)"的加熱器發(fā)生過熱或被燒壞。在一些實(shí) 施方式中，根據(jù)用在加熱器中的材料，限溫加熱器能夠降低或控制熱 量輸出和/或經(jīng)受住高于25。C、 37。C、 100°C、 250°C、 500。C、 700。C、 800。C、 900。C或更高到1131。C溫度的熱量。因?yàn)檩斎胂逌丶訜崞鞯哪芰坎槐乇幌拗埔赃m應(yīng)鄰近加熱器的低導(dǎo) 熱性區(qū)域，所以限溫加熱器使得多于恒定瓦數(shù)加熱器的熱量注入地層。 例如，在綠河(Green River)油頁巖中，在最低富油頁巖層和最高富 油頁巖層的導(dǎo)熱性之間存在至少為3倍的差別。當(dāng)加熱這種地層時(shí)， 用限溫加熱器比用傳統(tǒng)加熱器傳輸實(shí)質(zhì)更多的熱量到該地層，傳統(tǒng)加 熱器受低導(dǎo)熱層溫度的限制。沿傳統(tǒng)加熱器整個(gè)長度的熱量輸出需要 適應(yīng)該低導(dǎo)熱層，以使得該加熱器不在該低導(dǎo)熱層過熱和燒壞。對于 限溫加熱器，鄰近高溫下的低導(dǎo)熱層的熱量輸出將減少，但不處在高 溫下的限溫加熱器的其余部分將仍然提供高熱量輸出。因?yàn)榧訜崽細(xì)?化合物地層的加熱器通常具有長的長度(例如，至少10m、100m、300m、 至少500m、 lkm或更長到10km)，限溫加熱器的大部分長度可低于 居里溫度運(yùn)行，而僅少數(shù)部分處于或臨近限溫加熱器的居里溫度。限溫加熱器的使用使得熱量有效傳輸?shù)降貙?。熱量的有效傳輸?得將地層加熱到期望溫度所需的時(shí)間減少。例如，在綠河油頁巖中， 當(dāng)使用具有傳統(tǒng)恒定瓦數(shù)加熱器的12m加熱器井距時(shí)，熱解通常需要 9.5年到10年的加熱。對于相同的加熱器間距，限溫加熱器可提供更 大的平均熱量輸出，并維持加熱器設(shè)備溫度低于設(shè)備設(shè)計(jì)限制溫度。 使用由限溫加熱器提供的較大平均熱量輸出可比使用由恒定瓦數(shù)加熱 器提供的較低平均熱量輸出在更早的時(shí)間出現(xiàn)地層中的熱解。例如， 在綠河油頁巖中，使用具有12m加熱器井距的限溫加熱器的熱解可在 5年內(nèi)出現(xiàn)。限溫加熱器抵消了由于不準(zhǔn)確的井距或鉆井導(dǎo)致的熱點(diǎn)， 在該不準(zhǔn)確的鉆井處加熱器井靠得太近。在某些實(shí)施方式中，限溫加 熱器能夠隨時(shí)間增加對間隔太遠(yuǎn)的加熱器井的能量輸出，或限制對間 隔太近的加熱器井的能量輸出。限溫加熱器還在鄰近上覆巖層和下伏 巖層的區(qū)域中供應(yīng)更多能量以補(bǔ)償這些區(qū)域中的溫度損失。限溫加熱器可有利地用在許多類型的地層中。例如，在焦油沙地 地層中或在含有重碳?xì)浠衔锵鄬蓾B透的地層中，限溫加熱器可用 于提供可控低溫輸出以在井眼處或靠近井眼或在地層中減少流體粘 性、活化流體和/或增強(qiáng)流體的徑向流動(dòng)。限溫加熱器可用于抑制由于 鄰近井眼的地層區(qū)域過熱導(dǎo)致的過焦化地層。在一些實(shí)施方式中，限溫加熱器的使用排除或減少對昂貴溫度控 制電路的需要。例如，限溫加熱器的使用排除或減少對執(zhí)行溫度測井 的需要和/或?qū)υ诩訜崞魃鲜褂霉潭犭婑钜员O(jiān)測熱點(diǎn)處潛在過熱的 需要。在某些實(shí)施方式中，限溫加熱器是耐形變的。井眼中材料的局部 移動(dòng)可在能改變其形狀的加熱器上導(dǎo)致橫向應(yīng)力。沿加熱器長度的且 井眼接近或靠近該加熱器的位置可能是熱點(diǎn)，在熱點(diǎn)處，標(biāo)準(zhǔn)加熱器 過熱并且具有燒壞的潛在可能。這些熱點(diǎn)可能降低金屬的屈服強(qiáng)度和 蠕變強(qiáng)度，使加熱器起皺或變形。限溫加熱器可在不導(dǎo)致加熱器失靈的情況下以適應(yīng)限溫加熱器的變形的s曲線(或其他非線性形狀)。在一些實(shí)施方式中，限溫加熱器的加工和制造比標(biāo)準(zhǔn)加熱器更經(jīng) 濟(jì)。典型的鐵磁材料包括鐵、碳鋼或鐵素體不銹鋼。這種材料與通常 用在絕緣導(dǎo)體(礦物絕緣電纜)加熱器中的鎳基加熱合金(例如鎳鉻合金，KanthalTM ( Bulten-Kanthal AB ，瑞典)和/或LOHMTM (Driver-Harris公司，Harrison,美國新澤西州))相比是便宜的。 在限溫加熱器的一個(gè)實(shí)施方式中，限溫加熱器象絕緣導(dǎo)體加熱器一樣 在連續(xù)的長度上制造以降低成本和改善可靠性。在一些實(shí)施方式中，限溫加熱器放置在使用盤管鉆探設(shè)備的加熱 器井中?？墒褂媒饘僦圃炷軌蛟诰€軸上盤巻的加熱器，所述金屬例如 是使用電阻焊接法(ERW)焊接的鐵素體不銹鋼(例如，409不銹鋼)。 為形成加熱器部分，來自一巻的金屬帶經(jīng)過第一形成器，在此形成管 狀件，然后使用ERW在縱向上焊接。該管狀件經(jīng)過第二形成器，在 此應(yīng)用傳導(dǎo)帶(例如，銅帶)，使傳導(dǎo)帶向下拉緊到該管狀件上，并 使用ERW在縱向上焊接?？赏ㄟ^在傳導(dǎo)帶材料之上縱向焊接支撐材 料(例如，諸如347H或347HH的鋼)形成外殼。支撐材料可以是在 傳導(dǎo)帶材料之上滾軋成的帶子。加熱器的上覆巖層部分可以類似的方 式形成。在某些實(shí)施方式中，上覆巖層部分使用非鐵磁材料例如304 不銹鋼或316不銹鋼代替鐵磁材料。加熱器部分和上覆巖層部分可使 用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)例如使用軌道焊接機(jī)的對接焊接耦聯(lián)在一起。在一些實(shí)施 方式中，上覆巖層材料(非鐵磁材料)可在滾軋之前預(yù)先與鐵磁材料 焊接。預(yù)先焊接可排除對單獨(dú)耦聯(lián)步驟(例如，對接焊接)的需要， 在一個(gè)實(shí)施方式中，可在形成管狀加熱器之后通過中心拖拉柔性線纜 (例如，熔爐線纜(furnace cable),該熔爐線纜例如是MGT1000熔 爐線纜)?？蓪⒃撊嵝跃€纜的端部套管與該管狀加熱器焊接以提供電 流的返回路徑。包括柔性線纜的該管狀加熱器可在安裝入加熱器井之 前盤巻在線軸上。在一個(gè)實(shí)施方式中，限溫加熱器使用盤管鉆探設(shè)備 安裝。盤管鉆探設(shè)備可將限溫加熱器放置在地層中的抗形變?nèi)萜髦小?br> 可使用傳統(tǒng)方法將該抗形變?nèi)萜鞣胖迷诩訜崞骶?。用在限溫加熱器中的一個(gè)或多個(gè)鐵磁合金決定加熱器的居里溫度。各種材料的居里溫度數(shù)據(jù)列于McGraw-Hill編寫的"American Institute of Physics Handbook (美國物理學(xué)會(huì)手冊)，，第二版第5-170 到5-176頁中。鐵磁導(dǎo)體可包括一個(gè)或多個(gè)鐵^f茲元素(鐵、鈷和鎳) 和/或這些元素的合金。在一些實(shí)施方式中，鐵磁導(dǎo)體包括含鴒(W) 的鐵鉻(Fe-Cr )合金(例如，HCM12A和SAVE12 (日本Sumitomo Metals公司))和/或含鉻的鐵合金(例如，F(xiàn)e-Cr合金、Fe-Cr-W合 金、Fe-Cr-V (釩)合金、Fe-Cr-Nb (鈮)合金)。在這三種主要的 鐵磁元素中，鐵具有770。C的居里溫度；鈷(Co)具有1131。C的居里 溫度；鎳具有近似358。C的居里溫度。鐵鈷合金具有高于鐵的居里溫 度。例如，含2%重量百分比鈷的鐵鈷合金具有800。C的居里溫度；含 12%重量百分比鈷的鐵鈷合金具有90(TC的居里溫度；含20%重量百 分比百分比鈷的鐵鈷合金具有950。C的居里溫度。鐵鎳合金具有低于 鐵的居里溫度。例如，含20%重量百分比鎳的鐵鎳合金具有720。C的 居里溫度；含60%重量百分比鎳的鐵鎳合金具有56(TC的居里溫度。一些用作合金的非鐵磁元素提高了鐵的居里溫度。例如，含5.9 %重量百分比釩的鐵釩合金具有近似815'C的居里溫度。其他非鐵磁 元素(例如，碳、鋁、銅、硅和/或鉻)可與鐵或其他鐵磁材料構(gòu)成合 金以降低居里溫度。提高居里溫度的非鐵磁材料可與降低居里溫度的居里溫度和其他期望:物一理和/或化學(xué)特性的材料。、在一些實(shí)施方式 中，居里溫度材料是鐵素體，例如NiFe204。在其他實(shí)施方式中，居 里溫度材料是二元4匕合物，例如FeNi3或Fe3Al。限溫加熱器的某些實(shí)施方式可包括多于一種的鐵磁材料。如果在 此描述的任何狀態(tài)應(yīng)用于限溫加熱器的至少一種鐵磁材料中，那么這 樣的實(shí)施方式處于在此描述的實(shí)施方式的范圍內(nèi)。當(dāng)接近居里溫度時(shí)，鐵磁特性通常衰退。由C.James Erickson編 寫的"Handbook of Electrical Heating for Industry (工業(yè)電加熱手
冊)"(IEEE出版社，1995)示出1%碳鋼(碳重量占1%的鋼)的典 型曲線。導(dǎo)磁率的損失在高于650。C的溫度開始并且在溫度超過730°C 時(shí)趨向完全損失。因而，自限溫度可稍微低于鐵磁導(dǎo)體的實(shí)際居里溫 度。室溫下1 %碳鋼中的電流趨膚深度是0.132cm并在720。C下增加到 0.445cm。從720。C到730。C，趨膚深度急劇增加到2.5cm以上。這樣， 使用1%碳鋼的限溫加熱器實(shí)施方式開始在650。C和730。C之間自限。趨膚深度大體限定時(shí)變電流進(jìn)入傳導(dǎo)材料的有效滲透深度。通常， 電流密度隨著沿導(dǎo)體徑向從外表面到中心的距離按指數(shù)規(guī)律地減少。 電流密度近似是表面電流密度1/e之處的深度被稱為趨膚深度。對于 直徑比滲透深度大得多的固體圓柱桿，或者對于壁厚超過滲透深度的 中空圓筒，趨膚深度S為(1) S = 1981.5x (p/ (nxf) ) 1/2其中3 -以英寸為單位的趨膚深度； p-運(yùn)行溫度下的電阻率(O.cm); H-相對導(dǎo)磁率；以及 f=頻率(Hz)。公式1從由C.James Erickson編寫的"工業(yè)電加熱手冊"(IEEE 出版社，1995)獲得。對于大多數(shù)金屬，電阻率(p)隨溫度增加。相 對導(dǎo)磁率大體隨溫度和電流變化。附加的等式可用于確定導(dǎo)磁率的變 化和/或基于溫度和/或電流的趨膚深度的變化。ji與電流的依存關(guān)系源 自其與磁場的依存關(guān)系。可選擇用在限溫加熱器中的材料以提供期望的調(diào)節(jié)比。可為限溫 加熱器選擇的調(diào)節(jié)比為至少1.1:1、 2:1、 3:1、 4:1、 5:1、 10:1、 30:1 或50:1。也可使用較大的調(diào)節(jié)比。所選的調(diào)節(jié)比可能依賴許多因素， 包括但不限于，限溫加熱器定位其中的地層的類型(例如，較高調(diào)節(jié) 比可用于在富油和貧油頁巖層之間的導(dǎo)熱性具有大的變化的油頁巖地 層)和/或用在井眼中的材料的溫度限制(例如，加熱器材料的溫度限 制)。在一些實(shí)施方式中，通過在鐵磁材料上耦聯(lián)附加的銅或者另一
個(gè)良好的電導(dǎo)體來增加調(diào)節(jié)比(例如，添加銅以降低居里溫度之上的 電阻)。限溫加熱器可在低于加熱器的居里溫度時(shí)提供最小熱量輸出(功率輸出)。在某些實(shí)施方式中，最小熱量輸出是至少400W/m (瓦特 每米)、600W/m、 700W/m、 800W/m或更高到2000W/m。當(dāng)一部分 限溫加熱器的溫度接近或高于居里溫度時(shí)，限溫加熱器通過該加熱器 部分減少熱量輸出的數(shù)量。減少的熱量數(shù)量可大致少于在低于居里溫 度時(shí).的熱量輸出。在一些實(shí)施方式中，減少的熱量數(shù)量為至多 400W/m、 200W/m、 100W/m或者可接近OW/m。在一些實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)AC頻率以改變鐵磁材料的趨膚深度。 例如，1%碳鋼在室溫下的趨膚深度在60Hz時(shí)是0.132cm，在180Hz 時(shí)是0.0762cm，在440Hz時(shí)是0.046cm。由于加熱器直徑通常大于兩 倍趨膚深度，所以使用較高的頻率(加熱器因此具有較小的直徑)減 少了加熱器成本。對于固定的幾何形態(tài)，較高頻率導(dǎo)致較高的調(diào)節(jié)比。 通過將較低頻率下的調(diào)節(jié)比與較高頻率與較低頻率比值的平方根相乘 計(jì)算出較高頻率下的調(diào)節(jié)比。在一些實(shí)施方式中，使用100Hz和 1000Hz之間、140Hz和200Hz之間或400Hz和600Hz之間的頻率(例 如，180Hz、 540Hz或720Hz)。在一些實(shí)施方式中，可使用高頻率。 頻率可大于1000Hz。在某些實(shí)施方式中，調(diào)制DC(例如，斬波DC、波形調(diào)制DC或 循環(huán)DC)可用于為限溫加熱器提供電能。DC調(diào)制器或DC斬波器可 與DC電源耦聯(lián)以提供調(diào)制直流電的輸出。在一些實(shí)施方式中，DC電 源可包括調(diào)制DC的裝置。DC調(diào)制器的一個(gè)實(shí)例是DC對DC轉(zhuǎn)換器 系統(tǒng)。DC對DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中大體是已知的。通常對DC 進(jìn)行調(diào)制或進(jìn)行斬波使其形成期望的波形。DC調(diào)制的波形包括，但 不限于，方形波、正弦曲線、變形正弦曲線、變形方形波、三角形和 其他規(guī)則或不規(guī)則的波形。調(diào)制DC波形大體限定該調(diào)制DC的頻率。因而，可選擇調(diào)制DC 的波形以提供期望的調(diào)制DC頻率。可改變調(diào)制DC波形的調(diào)制形狀
和/或調(diào)制率(例如斬波率)以改變調(diào)制DC頻率?？蓪C調(diào)制到高 于通?？捎肁C頻率的頻率。例如，可在至少1000Hz的頻率下提供調(diào) 制DC。增加所供應(yīng)電流的頻率到更高值有利地增加限溫加熱器的調(diào) 節(jié)比。在某些實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)或改變調(diào)制DC波形以改變調(diào)制DC的 頻率。DC調(diào)制器可能夠在使用限溫加熱器期間的任何時(shí)候并且在高 電流或高電壓下調(diào)節(jié)或改變調(diào)制DC波形。這樣，提供給限溫加熱器 的調(diào)制DC不限于單一頻率或甚至一小組頻率值。 一使用DC調(diào)制器的 波形選擇通?？紤]到了寬范圍的調(diào)制DC頻率以及調(diào)制DC頻率的離 散控制。這樣，調(diào)制DC頻率非常容易設(shè)置在明確的值下，而AC頻 率大體限制于行頻的倍數(shù)。調(diào)制DC頻率的離散控制考慮到限溫加熱 器調(diào)節(jié)比之上的更多選擇性控制。能夠選擇性地控制限溫加熱器的調(diào) 節(jié)比使得更寬范圍的材料能夠用在限溫加熱器的設(shè)計(jì)和構(gòu)造中。在一些實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)調(diào)制DC頻率或AC頻率以補(bǔ)償^吏用中 的限溫加熱器的特性(例如，地表下狀態(tài)，該地表下狀態(tài)例如是溫度 或壓力)改變。提供給限溫加熱器的調(diào)制DC頻率或AC頻率基于評 定的井下狀態(tài)變化。例如，當(dāng)井眼中限溫加熱器的溫度增加時(shí)，增加 提供給加熱器的電流頻率，從而增加加熱器的調(diào)節(jié)比可能是有利的。 在一個(gè)實(shí)施方式中，井眼中限溫加熱器的井下溫度被評定。在某些實(shí)施方式中，改變調(diào)制DC頻率或AC頻率以調(diào)節(jié)限溫加 熱器的調(diào)節(jié)比?？烧{(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)比以補(bǔ)償沿限溫加熱器長度出現(xiàn)的熱點(diǎn)。 例如，由于某些位置的限溫加熱器變得太熱，因而增加調(diào)節(jié)比。在一 些實(shí)施方式中，改變調(diào)制DC頻率或AC頻率以在沒有評定地表下狀 態(tài)的情況下調(diào)整調(diào)節(jié)比。在某些實(shí)施方式中，對應(yīng)于抗腐蝕性、屈服強(qiáng)度和/或抗蠕變性選 擇限溫加熱器的最外層(例如，外部導(dǎo)體)。在一個(gè)實(shí)施方式中，奧 氏體(非鐵磁)不銹鋼，例如201、 304H、 347H、 347HH、 316H、 310H、 347HP、 NF709 (日本Nippon Steel公司)不銹鋼、或者它們的組合 可用在外部導(dǎo)體中。該最外層也可包括金屬包層導(dǎo)體。例如，抗腐蝕
合金例如800H或347H不銹鋼可作為鐵磁碳鋼管的包層起到腐蝕保護(hù) 的作用。如果不需要高溫強(qiáng)度，該最外層可由具有良好抗腐蝕性的鐵 磁金屬構(gòu)成，所述鐵磁金屬例如是鐵素體不銹鋼中的一種。在一個(gè)實(shí) 施方式中，鐵重量占82.3%、鉻重量占17.7%的鐵素體合金(678。C的 居里溫度)提供期望的抗腐蝕性。The Metals Handbook (金屬手冊)第8巻第291頁(美國材料協(xié) 會(huì)(ASM))包括鐵鉻合金相對于合金中鉻的數(shù)量的居里溫度圖表。 在一些限溫加熱器的實(shí)施方式中，單獨(dú)支撐桿或管(由347H不銹鋼 制成)與由鐵鉻合金制成的限溫加熱器聯(lián)合以提供屈服強(qiáng)度和/或蠕變 阻抗。在某些實(shí)施方式中，選擇支撐材料和/或鐵磁材料以提供650°C 下至少20.7MPa的100,000小時(shí)蠕變石皮裂強(qiáng)度。在一些實(shí)施方式中， 該IOO，OOO小時(shí)蠕變破裂強(qiáng)度在65(TC下至少是13.8MPa或在650'C下 至少是6.9MPa。例如，347H鋼在處于或高于650。C的溫度下具有良 好的蠕變破裂強(qiáng)度。在一些實(shí)施方式中，該IOO，OOO小時(shí)蠕變多皮裂強(qiáng) 度的范圍從6.9MPa到41.3MPa，或者對于較長的加熱器和/或較高的 地表或流體應(yīng)力而言更高。在某些實(shí)施方式中，限溫加熱器包括具有鐵磁管和非鐵磁高導(dǎo)電 芯的復(fù)合導(dǎo)體。該非鐵磁高導(dǎo)電芯減小了所需導(dǎo)體直徑。例如，該導(dǎo) 體可以是復(fù)合的1.19cm直徑的導(dǎo)體，具有0.575cm直徑的銅芯線，外 覆有圍繞該芯的0.298cm厚的鐵素體不銹鋼或碳鋼。該芯或非4失磁導(dǎo) 體可以是銅或銅合金。該芯或非鐵磁導(dǎo)體也可由其他展示出低電阻系 數(shù)和臨近1的相對導(dǎo)磁率的金屬制成(例如，實(shí)質(zhì)非鐵磁材料，該非 鐵磁材料例如是鋁和鋁合金、磷青銅、鈹銅和/或黃銅)。復(fù)合導(dǎo)體使 得限溫加熱器的電阻在臨近居里溫度時(shí)更急劇地減小。當(dāng)趨膚深度臨 近居里溫度增加以包含了該銅芯線時(shí)，電阻非常急劇地減小。復(fù)合導(dǎo)體可增加限溫加熱器的傳導(dǎo)性和/或允許加熱器在較低電壓下運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，復(fù)合導(dǎo)體展示出相對于在低于臨近該 電阻。在一些實(shí)施方式中，限溫加熱器展示出相對于100。C和750。C之 間或300。C和600。C之間的溫度分布相對較弱的電阻。相對于溫度分布 相對較弱的電阻也可在其他溫度范圍內(nèi)通過例如調(diào)整限溫加熱器中的 材料和/或材料的配置來展示。在某些實(shí)施方式中，選擇復(fù)合導(dǎo)體中每 一材料的相對厚度以產(chǎn)生相對于限溫加熱器的溫度分布所期望的電阻 系數(shù)。復(fù)合導(dǎo)體(例如，復(fù)合內(nèi)部導(dǎo)體或復(fù)合外部導(dǎo)體)的制造方法可 包括，但不限于，混合擠壓、滾軋成形、緊密配合裝管(例如，冷卻 內(nèi)部部件并加熱外部部件，然后將內(nèi)部部件插入外部部件，隨后進(jìn)行 抽拉操作和/或使系統(tǒng)冷卻)、爆破性或電磁性包覆、弧覆焊接、縱向 帶焊接、等離子粉末焊接、鋼坯混合擠壓、電鍍、抽拉、濺射、等離 子沉積、混合擠壓鑄造、磁力成形、熔鑄缸鑄造(內(nèi)核材料在外部材 料之內(nèi)，反之亦然)、插入隨后焊接或高溫蒸煮、防護(hù)活性氣體焊接 (SAG)和/或內(nèi)管插入外管，隨后通過液壓成形或使用擴(kuò)管器(pig) 靠著外管對內(nèi)管進(jìn)行擴(kuò)張和型鍛從而對內(nèi)管進(jìn)行機(jī)械擴(kuò)張。在一些實(shí) 施方式中，在非鐵磁導(dǎo)體之上編織鐵磁導(dǎo)體。在某些實(shí)施方式中，使 用與用于金屬外覆(例如，將銅外覆于鋼)的那些方法類似的方法形 成復(fù)合導(dǎo)體。銅覆層和基礎(chǔ)鐵磁材料之間使用冶金粘合劑可能是有利 的。由形成良好粘合劑(例如，銅和446不銹鋼之間的良好粘合劑) 的混合擠壓方法生產(chǎn)的復(fù)合導(dǎo)體可由Anomet Products有限公司(美 國馬薩諸塞州Shrewsbury)提供。圖3-9描述各種限溫加熱器的實(shí)施方式。在任一這些圖中描述的 限溫加熱器一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)特征可與在這些圖中描述的限 溫加熱器其他實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)特征組合。在此描述的某些實(shí)施 方式中，將限溫加熱器的尺寸形成使其在60HzAC頻率下運(yùn)行。應(yīng)當(dāng) 理解的是可從在此描述的為了使限溫加熱器以與在其他AC頻率下或 在使用調(diào)制DC電流的情況下相似的方式運(yùn)行的那些尺寸對限溫加熱 器的尺寸進(jìn)行調(diào)整。圖3描述帶有外部導(dǎo)體的限溫加熱器一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖，該 外部導(dǎo)體具有鐵磁部分和非鐵磁部分。圖4和5描述圖3所示實(shí)施方 式的橫截面視圖。在一個(gè)實(shí)施方式中，鐵磁部分212用于給地層中的 碳?xì)寤衔飳犹峁崃俊７氰F磁部分214用在地層的上覆巖層中。非 鐵磁部分214很少或不提供熱量給上覆巖層，從而抑制上覆巖層中的 熱量損失并改善了加熱器效率。鐵磁部分212包含鐵磁材料，例如409 不銹鋼或410不銹鋼。鐵磁部分212具有0.3cm的厚度。非鐵磁部分 214是銅制的，具有0.3cm厚度。內(nèi)部導(dǎo)體216是銅制的。內(nèi)部導(dǎo)體 216具有0.9cm的直徑。電絕緣層218是由氮化硅、氮化硼、氧化鎂 粉末或另外合適的絕緣材料制成的。電絕緣層218具有O.lcm到0.3cm 的厚度。圖6A和6B描述限溫加熱器一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖，該限溫加熱 器具有鐵磁內(nèi)部導(dǎo)體和非鐵磁芯。內(nèi)部導(dǎo)體216可由446不銹鋼、409 不銹鋼、410不銹鋼、碳鋼、阿姆科工業(yè)純鐵(Armco ingot iron )、 鐵鈷合金或其他鐵磁材料制成。芯220可緊密結(jié)合在內(nèi)部導(dǎo)體216之 內(nèi)。芯220是銅或其他非鐵磁材料制成的。在某些實(shí)施方式中，在進(jìn) 行抽拉操作之前將芯220以緊密配合方式插入內(nèi)部導(dǎo)體216之內(nèi)。在 一些實(shí)施方式中，芯220和內(nèi)部導(dǎo)體216是混合擠壓結(jié)合的。外部導(dǎo) 體222由347H不銹鋼制成。對致密電絕緣層218 (例如，致密的氮化 硅、氮化硼、或氧化鎂粉末)的抽拉或輥軋操作可確保內(nèi)部導(dǎo)體216 和芯220之間的良好電接觸。在這個(gè)實(shí)施方式中，熱量主要在內(nèi)部導(dǎo) 體216中產(chǎn)生直到接近居里溫度。于是由于電流滲透到芯220，電阻 急劇減小。對于其中鐵磁導(dǎo)體在低于居里溫度時(shí)提供大部分電阻熱量輸出的 限溫加熱器，大部分的電流流經(jīng)相對于磁感應(yīng)(B)具有高非線性函 數(shù)的磁場(H)的材料。這些非線性函數(shù)可導(dǎo)致強(qiáng)烈的誘導(dǎo)效應(yīng)和失 真，失真導(dǎo)致在低于居里溫度的溫度下的限溫加熱器的功率因數(shù)減小。 這些效應(yīng)可致使難以控制對限溫加熱器的電功率供應(yīng)并且可導(dǎo)致額外 的電流流經(jīng)表面和/或上覆巖層電力供應(yīng)導(dǎo)體。可能要使用昂貴的和/ 或難以實(shí)施的控制系統(tǒng)，例如可變電容器或調(diào)制電源以試圖補(bǔ)償這些 效應(yīng)及控制限溫加熱器，在此大部分電阻熱量輸出由流經(jīng)鐵磁材料的
電流提供。在某些限溫加熱器的實(shí)施方式中，鐵磁導(dǎo)體在限溫加熱器低于或 臨近鐵磁導(dǎo)體的居里溫度時(shí)限制大部分電流流向與鐵磁導(dǎo)體耦聯(lián)的電 導(dǎo)體。電導(dǎo)體可以是外殼、護(hù)套、支撐部件、抗腐蝕部件或其他電阻 部件。在一些實(shí)施方式中，鐵磁導(dǎo)體限制大部分電流流向位于最外層 和鐵磁導(dǎo)體之間的電導(dǎo)體。鐵磁導(dǎo)體位于限溫加熱器的橫截面，使得流向電導(dǎo)體。由于鐵磁導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)，大部分電流被限制流向電導(dǎo) 體。因而，大部分電流將流經(jīng)貫穿加熱器大部分運(yùn)行范圍具有大致線 性特性的材料。在某些實(shí)施方式中，鐵磁導(dǎo)體和電導(dǎo)體位于限溫加熱器的橫截面的溫度下的電導(dǎo)體和鐵磁導(dǎo)體中的滲透深度。因而，電導(dǎo)體在處于或 臨近鐵磁導(dǎo)體居里溫度的溫度下提供大部分限溫加熱器的電阻熱量輸 出。在某些實(shí)施方式中，可選擇電導(dǎo)體的尺寸以提供期望的熱量輸出 特征。因?yàn)榇蟛糠蛛娏髟诘陀诰永餃囟葧r(shí)流經(jīng)電導(dǎo)體，所以限溫加熱器 具有相對于溫度分布變化的電阻，該電阻至少部分反映與電導(dǎo)體中材 料的溫度分布相對的電阻。因此，如果電導(dǎo)體中的材料相對于溫度分 布具有大體線性的電阻，那么相對于限溫加熱器溫度分布的電阻在低 于鐵磁導(dǎo)體居里溫度時(shí)大體是線性的。限溫加熱器的電阻很少或不依 靠流經(jīng)加熱器的電流直到溫度臨近居里溫度。大部分電流在低于居里 溫度時(shí)在電導(dǎo)體中而非在鐵磁導(dǎo)體中流動(dòng)。與在其中大部分電流在電導(dǎo)體中流動(dòng)的限溫加熱器的溫度分布相 對的電阻也趨于在臨近或處于鐵磁導(dǎo)體居里溫度時(shí)展示出較急劇的電 阻減小。在臨近或處于居里溫度時(shí)的較急劇的電阻減小比在臨近居里 溫度時(shí)的更加漸變的電阻減小更易于控制。在某些實(shí)施方式中，選擇電導(dǎo)體中的材料和/或材料尺寸使得限溫 加熱器在低于鐵^磁導(dǎo)體居里溫度時(shí)具有與溫度分布相對的所期望的電阻。在其中大部分電流在電導(dǎo)體中流動(dòng)的限溫加熱器比低于居里溫度 時(shí)的鐵磁導(dǎo)體更容易預(yù)測和/或控制。在其中大部分電流在電導(dǎo)體中流 動(dòng)的限溫加熱器而非低于居里溫度時(shí)的鐵磁導(dǎo)體的動(dòng)作可被預(yù)測，例濕厭勿、,的^阻^/孰和玎T'/i預(yù)測，例如借助評定限溫加熱器動(dòng)作的實(shí)驗(yàn)測量法、評定或預(yù)測限溫 加熱器動(dòng)作的分析方程式和/或評定或預(yù)測限溫加熱器動(dòng)作的模擬方法。當(dāng)限溫加熱器的溫度接近或超過鐵磁導(dǎo)體的居里溫度時(shí)，鐵磁導(dǎo) 體鐵磁特性的減少使得電流能夠流經(jīng)限溫加熱器的較大部分的導(dǎo)電橫 截面。從而，限溫加熱器的電阻減小而且限溫加熱器在處于或臨近鐵 磁導(dǎo)體居里溫度時(shí)自動(dòng)提供減少了的熱量輸出。在某些實(shí)施方式中， 高導(dǎo)電性部件與鐵磁導(dǎo)體和電導(dǎo)體耦聯(lián)以減小限溫加熱器在處于或高 于鐵磁導(dǎo)體居里溫度時(shí)的電阻。該高導(dǎo)電性部件可以是內(nèi)部導(dǎo)體、芯 或另外的由銅、鋁、鎳或其合金制成的傳導(dǎo)部件。在低于居里溫度時(shí)限制大部分電流流向電導(dǎo)體的鐵磁導(dǎo)體與在等 于或臨近居里溫度時(shí)使用鐵磁導(dǎo)體提供大部分電阻熱量輸出的限溫加 熱器中的鐵磁導(dǎo)體相比可具有相對小的橫截面。在低于居里溫度時(shí)使 用電導(dǎo)體提供大部分電阻熱量輸出的限溫加熱器在溫度低于居里溫度 時(shí)具有低的磁感應(yīng)系數(shù)，這是因?yàn)榕c此處在低于居里溫度時(shí)大部分電 阻數(shù)量輸出由鐵磁材料提供的限溫加熱器相比，流經(jīng)鐵磁導(dǎo)體的電流 較少。鐵磁導(dǎo)體半徑(r)上的磁場(H)與流經(jīng)鐵磁導(dǎo)體和所述芯的 電流(I)和半徑的比值成正比，或者(2 ) H^I/r對于在低于居里溫度時(shí)使用外部導(dǎo)體提供大部分電阻熱量輸出的 限溫加熱器，由于僅一部分電流流經(jīng)鐵磁導(dǎo)體，該限溫加熱器的磁場 可顯著小于此處大部分電流流經(jīng)鐵磁材料的限溫加熱器的磁場。磁場 小，相對導(dǎo)磁率(ji)可能大。
鐵磁導(dǎo)體的趨膚深度(S)與相對導(dǎo)磁率(n)的平方根成反比 (3) (l/n) 1/2增加相對導(dǎo)磁率則減小鐵磁導(dǎo)體的趨膚深度。但是，因?yàn)閷τ诘?于居里溫度的溫度，僅一部分電流流經(jīng)鐵磁導(dǎo)體，所以對于具有大的 相對導(dǎo)磁率的鐵磁材料，鐵磁導(dǎo)體的半徑(或厚度)可被減小以補(bǔ)償 減小的趨膚深度，同時(shí)仍然允許趨膚效應(yīng)在溫度低于鐵磁導(dǎo)體的居里 溫度時(shí)限制電流到電導(dǎo)體的滲透深度。根據(jù)鐵磁導(dǎo)體的相對導(dǎo)磁率， 鐵磁導(dǎo)體的半徑(厚度)可在0.3mm和8mm、 0.3mm和2mm或2mm 和4mm之間。由于鐵磁材料的成本往往是限溫加熱器成本的重要部 分，減小鐵磁導(dǎo)體的厚度可減少制造限溫加熱器的成本。對于處于或 臨近鐵磁導(dǎo)體居里溫度的限溫加熱器，增加鐵磁導(dǎo)體的相對導(dǎo)磁率可 提供較高調(diào)節(jié)比和較急劇的電阻減小。具有高的相對導(dǎo)》茲率(例如，至少200、至少1000、至少lxl04 或至少lxl05)和/或高的居里溫度(例如，至少600。C、至少700。C或 至少800°C)的鐵磁材料(例如純鐵或鐵鈷合金)在高溫下往往具有 較小的抗腐蝕性和/或較小的機(jī)械強(qiáng)度。電導(dǎo)體可為限溫加熱器提供高 溫下的抗腐蝕性和/或高的機(jī)械強(qiáng)度。因而，可主要對于其鐵磁特性選 擇鐵磁導(dǎo)體。在低于鐵磁導(dǎo)體居里溫度時(shí)限制大部分電流流向電導(dǎo)體，減少了 功率因數(shù)的變化。由于在低于居里溫度時(shí)僅一部分電流流經(jīng)鐵磁導(dǎo)體， 除了在處于或臨近居里溫度時(shí)之外，鐵磁導(dǎo)體的非線性鐵磁特性對限 溫加熱器的功率因數(shù)影響很少或沒有影響。甚至在處于或臨近居里溫 度時(shí)，對功率因數(shù)的影響與在其中在低于居里溫度時(shí)鐵磁導(dǎo)體提供大 部分電阻熱量輸出的限溫加熱器相比也是減少的。因而，很少或不需 要外部補(bǔ)償(例如，可變電容器或波形修正)來調(diào)節(jié)限溫加熱器感應(yīng) 負(fù)載的改變以維持相對高的功率因數(shù)。在某些實(shí)施方式中，在低于鐵磁導(dǎo)體居里溫度時(shí)限制大部分電流 流向電導(dǎo)體的限溫加熱器在其使用期間維持功率因數(shù)高于0.85、高于 0.9或高于0.95。任何功率因數(shù)的減小僅在溫度臨近居里溫度的限溫加
熱器部分出現(xiàn)。在使用中，限溫加熱器的大多數(shù)部分通常不處于或不臨近居里溫度。這些部分具有接近1.0的高功率因數(shù)。對于整個(gè)限溫 加熱器，在加熱器使用期間功率因數(shù)維持高于0.85、高于0.9或高于 0.95，即使加熱器一些部分的功率因數(shù)低于0.85。維持高功率因數(shù)也考慮到了不太昂貴的電源和/或控制裝置，例如固態(tài)電源或SCR (可控硅整流器)。如果功率因數(shù)由于感應(yīng)負(fù)載的原 因變化太大的數(shù)量，這些裝置可能無法適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。，然而，如果將功 率因數(shù)維持于較高值，這些裝置可用于給限溫加熱器提供功率。固態(tài) 電源還具有使得能夠良好旋轉(zhuǎn)及對供應(yīng)給限溫加熱器的功率進(jìn)行可控 調(diào)節(jié)的優(yōu)勢。在一些實(shí)施方式中，變壓器用于提供功率給限溫加熱器?？蓪⒍?重電壓分接頭制成變壓器以提供功率給限溫加熱器。多重電壓脈沖線 使得所供應(yīng)的電流在多重電壓之間來回轉(zhuǎn)換。這樣將電流維持在由該 多重電壓脈沖線限制的范圍內(nèi)。高導(dǎo)電性部件或內(nèi)部導(dǎo)體增加限溫加熱器的調(diào)節(jié)比。在某些實(shí)施 方式中，增加高導(dǎo)電性部件的厚度以增加限溫加熱器的調(diào)節(jié)比。在一 些實(shí)施方式中，減小電導(dǎo)體的厚度以增加限溫加熱器的調(diào)節(jié)比。在某 些實(shí)施方式中，限溫加熱器的調(diào)節(jié)比在1.1和10、 2和8或3和6之 間(例如，調(diào)節(jié)比為至少l.l、至少2或至少3)。圖7描述限溫加熱器的一個(gè)實(shí)施方式，其中在低于鐵磁導(dǎo)體居里 溫度時(shí)支撐部件提供大部分的熱量輸出。芯220是限溫加熱器的內(nèi)部 導(dǎo)體。在某些實(shí)施方式中，芯220是高導(dǎo)電性材料，例如銅或鋁。在 一些實(shí)施方式中，芯220是提供機(jī)械強(qiáng)度和良好導(dǎo)電性的銅合金，例 如彌散強(qiáng)化銅。在一個(gè)實(shí)施方式中，芯220是Glidcop0 ( SCM Metal Products有限乂>司，Research Triangle Park,美國北卡羅來納州)。 鐵磁導(dǎo)體224是電導(dǎo)體226和芯220之間的鐵磁材料薄層。在某些實(shí) 施方式中，電導(dǎo)體226也是支撐部件228。在某些實(shí)施方式中，鐵磁 導(dǎo)體224是鐵或鐵合金材料的。在一些實(shí)施方式中，鐵磁導(dǎo)體224包 含具有高的相對導(dǎo)磁率的鐵磁材料。例如，鐵磁導(dǎo)體224可以是純鐵，例如含低碳工業(yè)純鐵(炎國AK Steel有限公司)。含有一些雜質(zhì)的鐵 通常具有大約400的相對導(dǎo)/f茲率。通過在1450。C下在氫氣(H2)中對 鐵進(jìn)行退火來純化鐵增加了鐵的相對導(dǎo)磁率。增加鐵磁導(dǎo)體224的相 對導(dǎo)磁率使得鐵磁導(dǎo)體的厚度減小。例如，未純化鐵的厚度可近似為 4.5mm，而純鐵的厚度近似為0.76mm。在某些實(shí)施方式中，電導(dǎo)體226提供對鐵磁導(dǎo)體224和限溫'加熱 器的支撐。電導(dǎo)體226可由在溫度臨近或高于鐵磁導(dǎo)體224的居里溫 度時(shí)提供良好機(jī)械強(qiáng)度的材料制成。在某些實(shí)施方式中，電導(dǎo)體226 是抗腐蝕部件。電導(dǎo)體226 (支撐部件228)可提供對鐵磁導(dǎo)體224的 支撐和腐蝕阻抗。電導(dǎo)體226由在溫度等于和/或高于鐵磁導(dǎo)體224的 居里溫度時(shí)提供期望的電阻熱量輸出的材料制成。在一個(gè)實(shí)施方式中，電導(dǎo)體226是347H不銹鋼制成的。在一些 實(shí)施方式中，電導(dǎo)體226是另一種具有導(dǎo)電性、良好機(jī)械強(qiáng)度、抗腐 蝕性的材料。例如，電導(dǎo)體226可以是304H、 316H、 347HH、 NF709、 Incoloy 800H合金(Inco Alloys International, Huntington, 美國西 弗吉y^亞)、Haynes吸HR120圾Hil Inconel 617H0在一些實(shí)施方式中，電導(dǎo)體226 (支撐部件228)包括限溫加熱器 不同部分中的不同合金。例如，電導(dǎo)體226 (支撐部件228)的下部部 分是347H不銹鋼而電導(dǎo)體(支撐部件)的上部部分是NF709。在某 些實(shí)施方式中，不同合金用在電導(dǎo)體(支撐部件)的不同部分中以增 加電導(dǎo)體(支撐部件)的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)為限溫加熱器維持期望的加 熱特性。在一些實(shí)施方式中，鐵磁導(dǎo)體224包括限溫加熱器不同部分中的 不同鐵磁導(dǎo)體。不同鐵磁導(dǎo)體可用在限溫加熱器的不同部分中以改變 居里溫度，從而改變不同部分中的最大運(yùn)行溫度。在一些實(shí)施方式中， 限溫加熱器上部部分中的居里溫度低于加熱器下部部分中的居里溫 度。上部部分中較低的居里溫度增加加熱器上部部分中的蠕變破裂強(qiáng) 度壽命。在圖7所示實(shí)施方式中，將鐵磁導(dǎo)體224、電導(dǎo)體226和芯220
度時(shí)大部分電流對于支撐部件的滲透深度。從而，電導(dǎo)體226在溫度 處于或臨近鐵磁導(dǎo)體224的居里溫度時(shí)提供限溫加熱器大部分的電阻 熱量輸出。在某些實(shí)施方式中，圖7所示限溫加熱器小于其他不使用 電導(dǎo)體226以提供大部分電阻熱量輸出的限溫加熱器(例如，外徑為 3cm、 2.9cm、 2.5cm或更小)。因?yàn)殍F》茲導(dǎo)體224比在其中大部分電 阻熱量輸出由鐵磁導(dǎo)體提供的限溫加熱器所需要的鐵磁導(dǎo)體的尺寸更 薄，所以圖7所示限溫加熱器可更小。在一些實(shí)施方式中，支撐部件和抗腐蝕部件是限溫加熱器中的不 同部件。圖8和9描述在其中在低于鐵磁導(dǎo)體居里溫度時(shí)護(hù)套提供大 部分熱量輸出的限溫加熱器的實(shí)施方式。在這些實(shí)施方式中，電導(dǎo)體 226是護(hù)套230。將電導(dǎo)體226、鐵磁導(dǎo)體224、支撐部件228和芯220 (圖8)或內(nèi)部導(dǎo)體216 (圖9)的尺寸形成使得鐵磁導(dǎo)體的趨膚深度 限制大部分電流對于護(hù)套厚度的滲透深度。在某些實(shí)施方式中，電導(dǎo) 體226是抗腐蝕的并在低于鐵磁導(dǎo)體224居里溫度時(shí)提供電阻熱量輸 出的材料。例如，電導(dǎo)體226是825不銹鋼或347H不銹鋼材料的。 在一些實(shí)施方式中，電導(dǎo)體226具有小的厚度(例如，近似0.5mm)。在圖8中，芯220是高導(dǎo)電性材料的，例如銅或鋁。支撐部件228 是347H不銹鋼的或其他在處于或臨近鐵磁導(dǎo)體224居里溫度時(shí)具有 良好機(jī)械強(qiáng)度的材料的。在圖9中，支撐部件228是限溫加熱器的芯并且是347H不銹鋼 的或其他在處于或臨近鐵磁導(dǎo)體224居里溫度時(shí)具有良好機(jī)械強(qiáng)度的 材料的。內(nèi)部導(dǎo)體216是高導(dǎo)電性材料的，例如銅或鋁。限溫加熱器可以是單相加熱器或三相加熱器。在三相加熱器的實(shí) 施方式中，限溫加熱器具有三角形或Y字形結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中， 三相加熱器包括位于各自井眼中的三條支路。支路可在共同的接觸部 分(例如，中心井眼、連接井眼或充滿溶液的接觸部分)中耦聯(lián)。圖 IO描述以三相結(jié)構(gòu)方式耦聯(lián)在一起的限溫加熱器的一個(gè)實(shí)施方式。每 條支路232、 234、 236可位于在上覆巖層242之下的碳?xì)浠衔飳又械母髯缘拈_口 238中。每條支路232、 234、 236可包含加熱元件244。 每條支路232、 234、 236可與一個(gè)開口 238中的單一接觸元件246耦 聯(lián)。接觸元件246可以三相結(jié)構(gòu)方式將支路232、 234、 236電耦聯(lián)在 一起。例如，接觸元件246可位于地層中的中心開口中。接觸元件246 可位于碳?xì)浠衔飳又碌囊徊糠珠_口 238中(例如，在下伏巖層中)。 在某些實(shí)施方式中，位于中心開口的石茲元件的磁跟蹤(magnetic tracking )用于引導(dǎo)外部開口 (例如，帶有支路232和236的開口 238) 地層，使得外部開口與中心開口相交?？墒褂脴?biāo)準(zhǔn)井眼鉆孔方法首先 形成中心開口。接觸元件246可包括用于使每條支路插入該接觸元件 中的漏斗、導(dǎo)向器或捕捉器。在某些實(shí)施方式中，各自井眼中的兩條支路在單一接觸部分相交。 圖11描述在單一接觸部分中耦聯(lián)在一起的兩個(gè)限溫加熱器的一個(gè)實(shí) 施方式。支路232和234包含一個(gè)或多個(gè)加熱元件244。加熱元件244 可包含一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體。在某些實(shí)施方式中，支路232和234在單 相結(jié)構(gòu)中以一條支路相對其他支路正向偏置的方式電耦聯(lián)，使得電流 經(jīng)過一條支路向井下流動(dòng)并經(jīng)過另一支路返回。支路232和234中的加熱元件244可以是限溫加熱器。在某些實(shí) 施方式中，加熱元件244是固體桿加熱器。例如，加熱元件244可以 是由單一鐵磁導(dǎo)體元件或包含鐵磁材料的復(fù)合導(dǎo)體制成的桿。在初始 加熱期間當(dāng)水存在于在加熱地層時(shí)，加熱元件244可泄漏電流到碳?xì)?化合物層240。泄漏到碳?xì)浠衔飳?40的電流可以電阻加熱的方式 加熱該碳?xì)浠衔飳印Ｔ谝恍?shí)施方式中(例如，在油頁巖地層中)，加熱元件244不 需要支撐部件。加熱元件244可部分地或稍微地彎折、彎曲，制成S 形或制成螺旋形以使得加熱元件能夠擴(kuò)張和/或收縮。在某些實(shí)施方式 中，將固體桿加熱元件244置于小直徑的井眼中(例如，大約3^"(大4約9.5cm)直徑的井眼)。小直徑井眼的鉆孔或形成相比較大直徑井 眼不太昂貴并且對其進(jìn)行的處理開鑿較少。在某些實(shí)施方式中，上覆巖層242中的支路232和234部分具有
抑制加熱該上覆巖層的絕緣層(例如，聚合物絕緣層)。加熱元件244 在碳?xì)浠衔飳?40中可彼此大體垂直和大體平行。位于或靠近碳?xì)?化合物層240的底部，可朝向支路234對支路232定向鉆孔以在接觸 部分248與支路234相交。定向鉆孔例如可由Vector Magnetics LLC (Ithaca,美國紐約)來執(zhí)行。接觸部分248的深度依賴支路232中需 要與支路234相交的彎曲長度。例如，對于支路232和234垂直部分 之間40ft (約12m )的間距，需要約200ft (約61m )以使得支路232 的彎曲部分與支路234相交。圖12描述在接觸部分248耦聯(lián)支路232和234的一個(gè)實(shí)施方式。 加熱元件244在位于或靠近接觸部分248和碳?xì)浠衔飳?40交叉點(diǎn) 的地方與接觸元件246耦聯(lián)。接觸元件246可以是銅或另外合適的電 導(dǎo)體。在某些實(shí)施方式中，支路234中的接觸元件246是帶有開口 250 的襯套。來自支路232的接觸元件246經(jīng)過開口 250。接觸器252與 來自支路232的接觸元件246的端部耦聯(lián)。接觸器252在支路232和 234中的接觸元件之間提供電耦聯(lián)。圖13描述在接觸部分248中耦聯(lián)支路232和234的一個(gè)實(shí)施方式， 接觸部分248中帶有接觸溶液254。接觸溶液254置于支路232和/或 支路234的帶有接觸元件246的部分中。接觸溶液254促進(jìn)接觸元件 246之間的電接觸。接觸溶液254可以是石墨基接合劑或另一種高導(dǎo) 電性接合劑或溶液(例如，鹽水或其他離子溶液)。在一些實(shí)施方式中，僅使用接觸溶液254在接觸元件246之間建 立電接觸。圖14描述在沒有接觸器252的接觸部分248中耦聯(lián)支路 232和234的一個(gè)實(shí)施方式。接觸元件246可在或可不在接觸部分248 中接觸。使用接觸溶液254建立接觸部分248中接觸元件246之間的 電接觸。在某些實(shí)施方式中，接觸元件246包括一個(gè)或多個(gè)翅片或凸起。 該翅片或凸起可增加接觸元件246的電接觸面積。在一些實(shí)施方式中， 支路232和234 (例如，加熱元件244中的電導(dǎo)體)電耦聯(lián)在一起， 但彼此沒有物理接觸。這個(gè)類型的電耦聯(lián)例如可由接觸溶液254來實(shí)現(xiàn)。圖15描述以三相結(jié)構(gòu)方式耦聯(lián)的三個(gè)加熱器的一個(gè)實(shí)施方式。導(dǎo) 體"支路"232、 234、 236與三相變壓器256耦聯(lián)。變壓器256可以是 獨(dú)立的三相變壓器。在某些實(shí)施方式中，變壓器256以Y形結(jié)構(gòu)提供 三相輸出，如圖15所示。對變壓器256的輸入可以任何輸入結(jié)構(gòu)(例 如圖15所示三角形結(jié)構(gòu))來完成。支路232、 234、 236的每一個(gè)包括 在地層上覆巖層中與碳?xì)浠衔飳?40中的加熱元件244耦聯(lián)的引入 導(dǎo)體258。引入導(dǎo)體258包括具有絕緣層的銅。例如，引入導(dǎo)體258 可以是具有TEFLON^絕緣層的4-0銅纜、具有聚氨酯絕緣層的銅桿 或其他金屬導(dǎo)體，例如鋁。加熱元件244可以是限溫加熱器加熱元件。 在一個(gè)實(shí)施方式中，加熱元件244是410不銹鋼桿(例如，3.1cm直 徑的410不銹鋼桿)。在一些實(shí)施方式中，加熱元件244是復(fù)合限溫 加熱器加熱元件(例如，347不銹鋼、410不銹鋼和銅的復(fù)合加熱元件； 347不銹鋼、鐵和銅的復(fù)合加熱元件；或410不銹鋼和銅的復(fù)合加熱 元件)。在某些實(shí)施方式中，加熱元件244的長度至少為約10m到約 2000m、纟々20m至'J約400m或約30m至'300m。在某些實(shí)施方式中，加熱元件244暴露于碳?xì)浠衔飳?40和來 自碳?xì)浠衔飳拥牧黧w。因而，加熱元件244是"棵露金屬"或"暴露金 屬，，加熱元件。加熱元件244可由在用于熱解碳?xì)浠衔锏母邷叵戮哂?可接受硫化率的材料制成。在某些實(shí)施方式中，加熱元件244由隨在 至少一定溫度范圍(例如，530。C到650°C )之上漸增的溫度而具有減 小的硫化率的材料制成，例如410不銹鋼。使用這種材料減少了由來 自地層的含硫氣體(例如HbS)導(dǎo)致的腐蝕問題。加熱元件244對電 化腐蝕也可是惰性的。在一些實(shí)施方式中，加熱元件244具有薄電絕緣層，例如氧化鋁 或熱噴涂氧化鋁。在一些實(shí)施方式中，該薄電絕緣層是琺瑯涂層陶瓷 合成物。這些琺瑯涂層包括，但不限于，高溫搪瓷。高溫搪瓷可包括 二氧化硅、氧化硼、氧化鋁和堿土金屬氧化物(CaO或MgO)，以 及較少量的堿金屬氧化物(Na20、 K20、 LiO)。通過將加熱元件浸
入該泥漿或用該泥漿噴涂加熱元件，該琺瑯涂層可作為優(yōu)良的土地泥 漿施加。然后在熔爐中加熱涂敷后的加熱元件直到達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)換溫度， 使得該泥漿散布在加熱元件表面上并制成搪瓷涂層。搪瓷涂層在被冷 卻到低于玻璃轉(zhuǎn)換溫度時(shí)收縮從而使得涂層壓緊。因而，當(dāng)在加熱器 運(yùn)行期間被加熱時(shí)，該涂層能夠在不破裂的情況下隨加熱器膨脹。該薄電絕緣層具有低電阻，該低電阻使得熱量從加熱元件傳遞到 地層同時(shí)抑制電流在鄰近開口中的加熱元件之間的和進(jìn)入地層的泄漏。在某些實(shí)施方式中，該薄電絕緣層在溫度高于至少350°C、高于 50(TC或高于800。C時(shí)是穩(wěn)定的。在某些實(shí)施方式中，該薄電絕緣層具 有至少0.7、至少0.8或至少0.9的輻射率。使用該薄電絕緣層可允許 地層中的加熱器在具有低電流泄漏的情況下具有長的長度。加熱元件244可在位于或靠近地層的下伏巖層的地方與接觸元件 246耦聯(lián)。接觸元件246是銅或鋁桿或其他高傳導(dǎo)性的材料。在某些 實(shí)施方式中，過渡部分260位于引入導(dǎo)體258和加熱元件244之間， 和/或位于加熱元件244和接觸元件246之間。過渡部分260可由位于 銅芯之上的傳導(dǎo)材料制成，該傳導(dǎo)材料是抗腐蝕的，例如347不銹鋼。 在某些實(shí)施方式中，過渡部分260由與引入導(dǎo)體258及加熱元件244 電耦聯(lián)同時(shí)很少或不提供熱量輸出的材料制成。因此，過渡部分260 幫助抑制導(dǎo)體和絕緣層過熱，該絕緣層通過間隔引入導(dǎo)體和加熱元件 244而用在引入導(dǎo)體258中。過渡部分260的長度可在約3m和約9m 之間(例:fto，大約6m)。接觸元件246在接觸部分248與接觸器252耦聯(lián)以將支路232、 234、 236相互電耦聯(lián)。在一些實(shí)施方式中，將接觸溶液254 (例如， 傳導(dǎo)接合劑)置于接觸部分248中以在接觸部分中電耦聯(lián)接觸元件 246。在某些實(shí)施方式中，支路232、 234、 236在碳?xì)浠衔飳?40中 是大致平行的而且支路232大體垂直地延伸到接觸部分248中。其他 兩個(gè)支路234、 236被定向(例如，通過為支路井眼進(jìn)行定向鉆孔)來 在接觸部分248中與支路232相交。每條支路232、 234、 236是三相加熱器實(shí)施方式中的一條支路，
這些支路大體上與地層中的其他加熱器和與地層是電隔離的。支路232、 234、 236以三角形的式樣排列，使得這三條支路形成大體上電 隔離的三聯(lián)形狀的三相加熱器。在一個(gè)實(shí)施方式中，支路232、 234、 236以三角形的式樣排列，在支路之間有大約12m的間距(每一聯(lián)的 側(cè)邊具有約12m長度)。如圖15所示，支路232、 234、 236的接觸元件246可使用接觸器 252和/或接觸溶液254進(jìn)行耦聯(lián)。在某些實(shí)施方式中，支路232、 234、 236的接觸元件246物理耦聯(lián)，例如通過軟焊、焊接或其他技術(shù)。圖 16和17描述耦聯(lián)支路232、 234、 236的接觸元件246的一個(gè)實(shí)施方 式。支路234、 236可從任一所期望的方向進(jìn)入支路232的井眼中。在 一個(gè)實(shí)施方式中，如圖16所示，支路234、 236從井眼近似相同的側(cè) 邊進(jìn)入支路232的井眼。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，如圖17所示，支路 234、 236從井眼近似相對的側(cè)邊進(jìn)入支路232的井眼中。容器262與支路232的接觸元件246耦聯(lián)。容器262可以軟焊、 焊接或其他方式與接觸元件246電耦聯(lián)。容器262是金屬罐或其他具 有至少一個(gè)用于接收一個(gè)或多個(gè)接觸元件246的開口的容器。在一個(gè) 實(shí)施方式中，如圖16所示，容器262是具有接收來自支路234、 236 的接觸元件246的開口的罐。在某些實(shí)施方式中，支路234、 236的井 眼通過要加熱的碳?xì)浠衔飳悠叫杏谥?32的井眼鉆孔以及在碳?xì)?化合物層之下定向鉆孔使其與支路232井眼的相對垂直方向成大約 10。到20。的角度地相交。可使用已知技術(shù)例如由Vector Magnetics有 限公司使用的技術(shù)對井眼進(jìn)行定向鉆孔。在一些實(shí)施方式中，接觸元件246與容器262的底部接觸。接觸 元件246可接觸容器262的底部和/或彼此接觸以促進(jìn)接觸元件和/或容 器之間的電連接。在某些實(shí)施方式中，將接觸元件246的端部部分退 火到"極軟"狀態(tài)以便于其進(jìn)入容器262。在一些實(shí)施方式中，橡膠或 其他軟化材料可附著在接觸元件246的端部部分以便于其進(jìn)入容器 262。在一些實(shí)施方式中，接觸元件246包含網(wǎng)狀部分，例如關(guān)節(jié)接點(diǎn) 或有限旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)接點(diǎn)，以便于其進(jìn)入容器262。
在某些實(shí)施方式中，在容器262中放置電耦聯(lián)材料。該電耦聯(lián)材 料覆蓋在容器262的壁上或填滿容器的一部分。在某些實(shí)施方式中， 該電耦聯(lián)材料覆蓋在容器262的上部部分，例如圖18所示的漏斗形部 分。電耦聯(lián)材料包括一個(gè)或多個(gè)在被激勵(lì)(例如，被加熱、被點(diǎn)燃、， 被引爆、被組合、被混合和/或被起反應(yīng))時(shí)形成與一個(gè)或多個(gè)元件相 互電耦聯(lián)的材料的材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，該耦聯(lián)材料與接觸元件 246在容器262中電耦聯(lián)。在一些實(shí)施方式中，該耦聯(lián)材料與接觸元 件246金屬性結(jié)合，使得接觸元件彼此金屬性結(jié)合。在一些實(shí)施方式 中，容器262最初充滿高粘性水基聚合物流體以限制鉆孔開鑿或限制 其他材料在使用該耦聯(lián)材料與接觸元件耦聯(lián)之前進(jìn)入該容器。該聚合 物流體可以是，但不限于，交聯(lián)XC聚合物(可從Baroid Industrial Drilling Products (美國德克薩斯州休斯頓市)得到)、frac凝膠體或 交聯(lián)聚丙烯酰胺凝膠體。在某些實(shí)施方式中，電耦聯(lián)材料是低溫焊料，該低溫焊料在相對 低的溫度下熔化并且在被冷卻時(shí)形成與暴露金屬表面的電連接。在某 些實(shí)施方式中，電耦聯(lián)材料時(shí)低溫焊料，該低溫焊料在低于水沸點(diǎn)的 溫度下在容器262的一深度處熔化。在一個(gè)實(shí)施方式中，電耦聯(lián)材料 是58 0/。重量百分比的鉍和42%重量百分比的錫的共熔合金。這種焊料 的其他例子包括，但不限于，54%重量百分比的鉍、16%重量百分比 的錫和30%重量百分比的銦的合金以及48%重量百分比的錫、52%重 量百分比的銦的合金。這種低溫焊料在熔化時(shí)將會(huì)使水移位(displace water)，使水移向容器262的頂部。容器262頂部的水可抑制熱傳遞 進(jìn)入該容器并且熱絕緣該低溫焊料，使該焊料保持在較低的溫度下并 在使用加熱元件加熱地層期間不熔化。可加熱容器262以激勵(lì)電耦聯(lián)材料，從而便于接觸元件246的連 接。在某些實(shí)施方式中，加熱容器262以熔化容器中的電耦聯(lián)材料。 當(dāng)被熔化時(shí)，該電耦聯(lián)材料流動(dòng)并包圍容器262中的接觸元件246。 當(dāng)金屬被熔化時(shí)，容器262內(nèi)的所有水將浮在金屬表面上。電耦聯(lián)材 料可被冷卻并使接觸元件246相互電連接。在某些實(shí)施方式中，最初
用電耦聯(lián)材料對支路234、 236的接觸元件246、容器262的內(nèi)壁和/ 或容器的底部進(jìn)行預(yù)鍍錫。支路232、 234、 236的接觸元件246的端部部分可具有增強(qiáng)接觸 元件和耦聯(lián)材料之間電連接的形狀和/或特征。接觸元件246的這些形 狀和/或特征也可增強(qiáng)接觸元件和耦聯(lián)材料之間連接的物理強(qiáng)度(例 如，接觸元件246的可將接觸元件錨定在耦聯(lián)材料中的形狀和/或特 征)。接觸元件246端部部分的形狀和/或特征包括，但不限于，凹槽、 凹口、孑L、螺紋、鋸齒形邊緣、開口和中空端部部分。在某些實(shí)施方 式中，最初用電耦聯(lián)材料對接觸元件246端部部分的形狀和/或特征進(jìn) 行預(yù)鍍錫。圖18描述容器262的一個(gè)實(shí)施方式，該容器262具有用于熔化耦 聯(lián)材料的引發(fā)器。該引發(fā)器是電阻加熱元件或其他用于提供激勵(lì)或熔 化容器262中耦聯(lián)材料的熱量的元件。在某些實(shí)施方式中，加熱元件 264是位于容器262壁內(nèi)的加熱元件。在一些實(shí)施方式中，加熱元件 264位于容器262的外部。例如，加熱元件264可以是鎳鉻合金線、 礦物絕緣導(dǎo)體、聚合物絕緣導(dǎo)體、電纜或在容器262壁內(nèi)的或在該容 器外部的帶子。在一些實(shí)施方式中，加熱元件264纏繞容器的內(nèi)壁或 纏繞容器外部。引入線266可在地層表面與電源耦聯(lián)。引出線268可 在地層表面與電源耦聯(lián)。引入線266和/或引出線268可沿支路232的 長度耦聯(lián)以提供機(jī)械支撐。引入線266和/或引出線268可在熔化了耦 聯(lián)材料之后從井眼中移除。引入線266和/或引出線268可在其他井眼 中重復(fù)利用。在一些實(shí)施方式中，如圖18所示，容器262具有便于接觸元件 246進(jìn)入該容器的漏斗形。在某些實(shí)施方式中，為了良好的導(dǎo)電性和 導(dǎo)熱性,-容器262由銅制成或包含銅。如果接觸元件與該容器壁或底 部接觸，那么銅制容器262會(huì)與接觸元件(如圖16和17所示的接觸 元件246)產(chǎn)生良好的電接觸。圖19描述容器262的一個(gè)實(shí)施方式，該容器具有接觸元件246上 的球形物。突出部270可與接觸元件246的下部部分耦聯(lián)。突出部272
可與容器262的內(nèi)壁耦聯(lián)。突出部270、 272可由銅或另一合適的導(dǎo)電 材料制成。支路236的接觸元件246的下部部分可具有球根形，如圖 19所示。在某些實(shí)施方式中，將支路236的接觸元件246插入容器262。 在插入支路236的接觸元件246之后，將支路234的接觸元件246插 入。然后可同時(shí)向上拖拉這兩條支路。突出部270可將接觸元件246 鎖在容器262中對著突出部272的適當(dāng)位置。在接觸元件246和突出 部270、 272之間產(chǎn)生摩擦配合。容器262內(nèi)的接觸元件246的下部部分可包含410不銹鋼或任何 其他熱量生成電導(dǎo)體。在接觸元件246的熱量生成部分之上的接觸元 件的部分包含銅或另一種高導(dǎo)電性材料。定中心裝置273可位于接觸 元件246的熱量生成部分之上的接觸元件部分上。定中心裝置273限 制接觸元件246的熱量生成部分之上的接觸元件部分與容器262壁的 物理和電接觸。當(dāng)通過突出部270、 272將接觸元件246鎖在容器262內(nèi)部的適當(dāng) 位置時(shí)，至少一些電流可通過突出部在接觸元件之間經(jīng)過。當(dāng)電流經(jīng) 過接觸元件246的熱量生成部分時(shí)，熱量在容器262中產(chǎn)生。生成的 熱量可熔化位于容器262內(nèi)部的耦聯(lián)材料274。容器262中的水可能 會(huì)煮沸。沸騰的水可通過對流將熱量傳遞導(dǎo)容器262的上部部分并且 幫助熔化耦聯(lián)材料274。容器262壁可以是熱絕緣的以減少熱量流失 到容器外并且使容器內(nèi)部更快加熱。當(dāng)耦聯(lián)材料274熔化時(shí)，該耦聯(lián) 材料向下流入容器262下部部分。耦聯(lián)材料274填充容器262下部部 分直到接觸元件246的熱量生成部分低于耦聯(lián)材料的填充線。然后耦. 聯(lián)材料274與接觸元件246的熱量生成部分之上的接觸元件部分電耦 聯(lián)。接觸元件246的電阻在這一點(diǎn)上減少并且熱量不再在接觸元件中 生成，而耦聯(lián)材料可以被冷卻。在某些實(shí)施方式中，容器262包含容器殼體內(nèi)部的絕緣層275。 絕緣層275可包含熱絕緣材料以限制熱量從容器中流失。例如，絕緣 層275可包含氧化鎂、氮化硅或其他能夠經(jīng)受容器262中運(yùn)行溫度的 熱絕緣材料。在某些實(shí)施方式中，容器262包含容器內(nèi)表面上的襯套 277。襯套277可增加容器262內(nèi)的導(dǎo)電性。襯套277可包含導(dǎo)電材料， 例如銅或鋁。圖20描述容器262的一個(gè)替代實(shí)施方式。容器262中的耦聯(lián)材料 包括粉末276。粉末276是化學(xué)混合物，熔融金屬產(chǎn)品從該化學(xué)混合 物的反應(yīng)中產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施方式中，粉末276是灼熱劑粉末。粉末 276覆蓋容器262壁和/或被放置在該容器中。將點(diǎn)火器278放在粉末 276中。例如，點(diǎn)火器278可以是鎂帶，當(dāng)其被激勵(lì)時(shí)激起粉末276 的反應(yīng)。當(dāng)粉末276反應(yīng)時(shí)，由該反應(yīng)產(chǎn)生的熔融金屬流動(dòng)并包圍放 在容器262中的接觸元件246。當(dāng)該熔融金屬冷卻時(shí)，冷卻的金屬與 接觸元件246電連接。在一些實(shí)施方式中，粉末276與另一耦聯(lián)材料 結(jié)合使用以耦聯(lián)接觸元件246，所述另一耦聯(lián)材料例如是低溫焊料。 粉末276反應(yīng)的熱量可用于熔化該低溫焊料。在某些實(shí)施方式中，如圖16或20所示，在容器262中放置爆炸 元件。該爆炸元件例如可以是成形填料爆炸物或其他可控爆炸元件。 該爆炸元件可被引爆以將接觸元件246和/或容器262巻曲(crimp ) 在一起，從而使接觸元件和容器電連接。在一些實(shí)施方式中，爆炸元 件與電耦聯(lián)材料結(jié)合使用以與接觸元件246電連接，該電耦聯(lián)材料例 如是低溫焊料或灼熱劑粉末。圖21描述用于耦聯(lián)支路232、 234、 236的接觸元件246的一個(gè)替 代實(shí)施方式。容器262A與支路234的接觸元件246耦聯(lián)。容器262B 與支路236的接觸元件246耦聯(lián)。將容器262B的大小和形狀設(shè)計(jì)成 使其放置在容器262A之內(nèi)。容器262C與支路232的接觸元件246耦 聯(lián)。將容器262C的大小和形狀設(shè)計(jì)成使其放置在容器262B之內(nèi)。在 一些實(shí)施方式中，在沒有容器附著在接觸元件的情況下，將支路232 的接觸元件246置于容器262B中。如上所述， 一個(gè)或多個(gè)容器262A、 262B、 262C可被耦聯(lián)材料充滿，激勵(lì)該耦聯(lián)材料以便于接觸元件246 之間的電連接。圖22描述用于耦聯(lián)使用限溫加熱元件的接觸元件一個(gè)實(shí)施方式 的側(cè)視圖。支路232、 234、 236的接觸元件246可具有在容器262之
上的接觸元件部分上的絕緣層280。容器262可成形和/或具有位于頂 部的向?qū)б砸龑?dǎo)接觸元件246插入容器。耦聯(lián)材料274可位于容器262 之內(nèi)，處在或靠近該容器的頂部。耦聯(lián)材料274例如可以是焊料材料。 在一些實(shí)施方式中，使用耦聯(lián)材料或另一導(dǎo)電材料例如銅或鋁對容器 262的內(nèi)壁進(jìn)行預(yù)涂敷。定中心裝置273可與接觸元件246耦聯(lián)以在 容器262中的接觸元件之間保持間隔。為了在接觸元件下部部分之間 保持至少一些電接觸，容器262在底部可以是漸縮的以將接觸元件246 的下部部分推在一起。加熱元件282可與容器262內(nèi)部的接觸元件246部分耦聯(lián)。加熱 元件282可包含4失磁材料，例如鐵或不銹鋼。在一個(gè)實(shí)施方式中，加 熱元件282是覆蓋在接觸元件246上的鐵制圓筒。加熱元件282可設(shè) 計(jì)具有將會(huì)在容器262中產(chǎn)生期望數(shù)量的熱量的尺寸和材料。在某些 實(shí)施方式中，如圖22所示，容器262壁與絕緣層275是熱絕緣的以限 制熱量從容器中流失。加熱元件282可被間隔開，使接觸元件246在 容器內(nèi)部具有一個(gè)或多個(gè)暴露的材料部分。該暴露部分包含暴露的銅 或另一合適的高導(dǎo)電性材料。該暴露部分使得在耦聯(lián)材料已被熔化， 填充了容器262及允許被冷卻之后，在接觸元件246和耦聯(lián)材料274 之間保持更好的電接觸。在某些實(shí)施方式中，當(dāng)給加熱元件282施加時(shí)變電流時(shí)，該加熱 元件作為限溫加熱器運(yùn)行。例如，可為加熱元件282施加400Hz的 AC電流。時(shí)變電流對接觸元件246的施加導(dǎo)致加熱元件282產(chǎn)生熱 量并熔化耦聯(lián)材料274。加熱元件282可作為限溫加熱元件運(yùn)行，其 具有選定的自限溫度，從而使得耦聯(lián)材料274不會(huì)過熱。當(dāng)耦聯(lián)材料 274充滿容器262時(shí)，該耦聯(lián)材料在接觸元件246上的暴露材料部分 之間產(chǎn)生電接觸，而電流開始流經(jīng)該暴露材料部分而非加熱元件282。 因而，接觸元件之間的電阻減小。當(dāng)這一點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，容器262內(nèi)的溫 度開始降低而耦聯(lián)材料274可以被冷卻以在接觸元件246之間制造出 電接觸部分。在某些實(shí)施方式中，當(dāng)系統(tǒng)中的電阻降到選定的電阻以 下時(shí)，關(guān)閉接觸元件246和加熱元件282的電源。該選定的電阻可指
示耦聯(lián)材料已經(jīng)與接觸元件充分地電連接。在一些實(shí)施方式中，對接觸元件246和加熱元件282的電源供應(yīng)持續(xù)選定數(shù)量的時(shí)間，確定該 時(shí)間能夠提供足夠的熱量以熔化容器262中的塊狀耦聯(lián)材料274。圖23描述用于耦聯(lián)使用限溫加熱元件的接觸元件一個(gè)替代實(shí)施 方式的側(cè)視圖。支路232的接觸元件246可通過焊接、石更焊或其他合 適的方法與容器262耦聯(lián)。支路236的接觸元件246的下部部分可具 有球根形。將支路236的接觸元件246插入容器262。在支路236的 接觸元件246插入之后，將支路234的接觸元件246插入。然后可同 時(shí)向上拖拉這兩條支路。突出部272可將接觸元件246鎖入適當(dāng)位置 并且可在接觸元件246之間產(chǎn)生摩擦配合。定中心裝置273可抑制接 觸元件上部部分之間的電接觸?？蓪佑|元件246施加時(shí)變電流，使加熱元件282產(chǎn)生熱量。如 圖22所示實(shí)施方式所描述的，所產(chǎn)生的熱量可熔化位于容器262中并 且可以被冷卻的耦聯(lián)材料274。如圖23所示，在耦聯(lián)材料274冷卻后， 支路234、 236的接觸元件246使用該耦聯(lián)材料在容器262中電耦聯(lián)。 在一些實(shí)施方式中，接觸元件246的下部部分具有將接觸元件錨定在 冷卻后的耦聯(lián)材料中的突出部或開口。接觸元件的暴露部分在接觸元 件和耦聯(lián)材料之間提供低電阻路徑。圖24描述用于耦聯(lián)使用限溫加熱元件的接觸元件的另一替代實(shí) 施方式的側(cè)視圖。支路232的接觸元件246可通過焊接、硬焊或其他 合適的方法與容器262耦聯(lián)。支路236的接觸元件246的下部部分可 具有球根形。將支路236的接觸元件246插入容器262。在支路236 的接觸元件246插入之后，將支路234的接觸元件246插入。然后可 同時(shí)向上拖拉這兩條支路。突出部272可將接觸元件246鎖入適當(dāng)位 置并且可在接觸元件246之間產(chǎn)生摩擦配合。定中心裝置273可抑制 接觸元件上部部分之間的電接觸。接觸元件246的端部部分246B可由鐵磁材料制成，例如410不 銹鋼。部分246A可包含非鐵磁導(dǎo)電材料，例如銅或鋁?？蓪佑|元 件246施加時(shí)變電流，4吏端部部分246B因其電阻而產(chǎn)生熱量。如圖 22所示實(shí)施方式所描述的，所產(chǎn)生的熱量可熔化位于容器262中并且 可以被冷卻的耦聯(lián)材料274。如圖23所示，在耦聯(lián)材料274冷卻后， 支路234、 236的接觸元件246使用該耦聯(lián)材料在容器262中電耦聯(lián)。 部分246A可在耦聯(lián)材料274的填充線之下，使得接觸元件的這些部 分能夠在接觸元件和耦聯(lián)材料之間提供低電阻路徑。圖25描述用來耦聯(lián)加熱器三支路的接觸元件的一個(gè)替代實(shí)施方 式的側(cè)視圖。圖26描述圖25所示用來耦聯(lián)加熱器三支路的接觸元件 的替代實(shí)施方式的頂視圖。容器262可包括內(nèi)容器284和外容器286。 內(nèi)容器284可由銅或另一可鍛的導(dǎo)電金屬例如鋁制成。外容器286可 由剛性材料例如不銹鋼制成。外容器286保護(hù)內(nèi)容器284及其內(nèi)含物 不受容器262外部環(huán)境狀況的影響。內(nèi)容器284大體上可以是具有兩個(gè)開口 288和2卯的固體。內(nèi)容 器284與支路232的接觸元件246耦聯(lián)。例如，可將內(nèi)容器284焊接 或硬焊到支路232的接觸元件246上。如圖25所示將開口 288、 290 的形狀設(shè)計(jì)成使支路234、 236的接觸元件246能夠進(jìn)入該開口。漏斗 或其他引導(dǎo)機(jī)構(gòu)可與開口 288、 290的入口耦聯(lián)以將支路234、 236的 接觸元件246導(dǎo)入該開口。支路232、 234、 236的接觸元件246可由 與內(nèi)容器284相同的材料制成。爆炸元件292可與內(nèi)容器284的外壁耦聯(lián)。在某些實(shí)施方式中， 爆炸元件292是沿內(nèi)容器284外壁延伸的伸長爆炸帶。如圖26所示， 爆炸元件292可沿內(nèi)容器284外壁設(shè)置，使該爆炸元件位于或靠近接 觸元件246的中心排列。爆炸元件292以這種構(gòu)造設(shè)置，即使得來自 該爆炸元件的爆炸能量能夠?qū)е陆佑|元件246被推向內(nèi)容器284的中 心。爆炸元件292可與電池294和定時(shí)器296耦聯(lián)。電池294可提供 電能給爆炸元件292以引發(fā)爆炸。定時(shí)器296可用于控制爆炸元件292 的點(diǎn)火時(shí)間。電池294和定時(shí)器296可與觸發(fā)器298耦聯(lián)。觸發(fā)器298 可位于開口 288、 290中。當(dāng)將接觸元件246放入開口 288、 290中時(shí)， 該接觸元件可啟動(dòng)觸發(fā)器298。當(dāng)開口 288、 290中的兩個(gè)觸發(fā)器298 都被觸發(fā)時(shí)，定時(shí)器296可在爆炸元件292點(diǎn)火之前啟動(dòng)倒計(jì)時(shí)。這 樣，控制爆炸元件292使其僅在將接觸元件246充分放入開口 288、 290之后爆炸，從而使得在爆炸后可在接觸元件和內(nèi)容器284之間產(chǎn) 生電接觸。爆炸元件292的爆炸使接觸元件246和內(nèi)容器284巻曲在 一起以在接觸元件和內(nèi)容器之間產(chǎn)生電接觸。在某些實(shí)施方式中，爆 炸元件292從內(nèi)容器284的底部向頂部引爆?？蓪⒈ㄔ?92的長 度和爆炸力(帶寬)設(shè)計(jì)成使其在接觸元件246和內(nèi)容器284之間給 出最適宜的電接觸。在一些實(shí)施方式中，觸發(fā)器298、電池294和定時(shí)器296用于點(diǎn) 燃容器(例如，容器262或內(nèi)容器284)內(nèi)的粉末(例如，銅灼熱劑 粉末)。電池294可為粉末中的鎂帶或其他點(diǎn)火裝置供電以引發(fā)粉末 的反應(yīng)，從而產(chǎn)生熔融金屬產(chǎn)品。該熔融金屬產(chǎn)品可流動(dòng)，然后冷卻 以與接觸元件電接觸。在某些實(shí)施方式中，在接觸元件246之間通過機(jī)械裝置建立電連 接。圖27描述了具有電刷接觸器的接觸元件246的一個(gè)實(shí)施方式。電 刷接觸器300與接觸元件246的下部部分耦聯(lián)。電刷接觸器300可由 可鍛的導(dǎo)電材料例如銅或鋁制成。電刷接觸器300可以是可壓縮的和/ 或柔性的織帶材料(a webbing of material)。定中心裝置273可位于 或靠近接觸元件246的底部。圖28描述用于將接觸元件246與電刷接觸器300耦聯(lián)的一個(gè)實(shí)施 方式。電刷接觸器300與每條支路232、 234、 236的接觸元件246耦 聯(lián)。電刷接觸器300彼此對著壓縮和交錯(cuò)以與支路232、 234、 236的 接觸元件246電耦聯(lián)。定中心裝置273在支路232、 234、 236的接觸 元件246之間保持間隔，使得接觸元件之間的干涉和/或清除問題被抑 制。在某些實(shí)施方式中，接觸元件246 (如圖16-28所示)在比地層中 要被加熱的該層冷的地層地帶中(例如，在地層的下伏巖層中)耦聯(lián)。較冷地帶之上的碳?xì)浠衔飳悠陂g該元件之間電連接的退化。在某些
實(shí)施方式中，接觸元件246在地層要加熱層之下至少大約3m、至少大 約6m或至少大約9m的地帶中耦聯(lián)。在一些實(shí)施方式中，該地帶具 有高于容器262深度的靜水水位(standing water level)?？紤]到本說明書，本發(fā)明各方面進(jìn)一步的修改和替代實(shí)施方式對 于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可以是顯而易見的。另外，本說明書將被解釋 為僅是示例性的，是為了達(dá)到給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一 般方式的目的。應(yīng)當(dāng)理解的是在此示出和描述的本發(fā)明的形式將被當(dāng) 作是目前優(yōu)選的實(shí)施方式。在擁有本發(fā)明說明書的益處之后，在此示 例和描述的元件和材料可被替代，各部分和程序可被顛倒，本發(fā)明的 某些特征可單獨(dú)利用，所有這些對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言都是顯而易見 的。在此描述的元件可在不脫離如下面權(quán)利要求所述的本發(fā)明精神和 范圍的情形下發(fā)生改變。另外，應(yīng)當(dāng)理解的是在此單獨(dú)描述的特征在 某些實(shí)施方式中可以組合。
權(quán)利要求
1、一種用于加熱地表下地層的系統(tǒng)，包括在地層中的第一開口中的第一伸長加熱器，其中第一伸長加熱器在第一開口的一部分中包括暴露金屬部分，所述第一開口的所述部分低于地層的要被加熱層，而暴露金屬部分暴露于地層；在地層中的第二開口中的第二伸長加熱器，其中第二開口在位于或靠近低于要被加熱層的第一開口的所述部分的地方與第一開口連接；以及其中第二伸長加熱器的一暴露金屬部分的至少一部分與第一伸長加熱器的暴露金屬部分的至少一部分在低于要被加熱層的第一開口的所述部分中電耦聯(lián)。
2、 如權(quán)利要求l所迷的系統(tǒng)，其中所述伸長加熱器中的至少一個(gè) 的長度至少約為30m。
3、 如權(quán)利要求l-2任一所迷的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括在地層中的一 第三開口中的第三伸長加熱器，該第三開口在位于或靠近低于要被加 熱層的第一開口的所述部分的地方與第一開口連接，第三伸長加熱器 的一暴露金屬部分的至少一部分與第一伸長加熱器的暴露金屬部分的 至少一部分電耦聯(lián)。
4、 如權(quán)利要求l-3任一所述的系統(tǒng)，其中第一伸長加熱器的暴露 金屬部分在地層的要被加熱層之下至少約3m處。
5、 如權(quán)利要求l-4任一所述的系統(tǒng)，其中第一伸長加熱器和第二 伸長加熱器之間的電耦聯(lián)已在第一開口中的初始靜水水位之下建立。
6、 如權(quán)利要求l-5任一所述的系統(tǒng)，其中第一伸長加熱器的暴露 金屬部分處在被加熱少于要被加熱層的地帶中。
7、 如權(quán)利要求l-6任一所述的系統(tǒng)，其中所述伸長加熱器中的至 少一個(gè)包括限溫加熱器，該限溫加熱器包括鐵磁導(dǎo)體，并且被配置成 當(dāng)對該限溫加熱器施加時(shí)變電流時(shí)，和當(dāng)該加熱器低于選定的溫度時(shí) 提供電阻，以及當(dāng)該鐵磁導(dǎo)體處在或高于該選定的溫度時(shí)，該限溫加熱器自動(dòng)提供減少了的電阻。
8、 一種用于耦聯(lián)如權(quán)利要求1-7任一所述系統(tǒng)中的加熱器的系統(tǒng)， 該耦聯(lián)系統(tǒng)包括配置成與至少一個(gè)所述加熱器的端部部分耦聯(lián)的容器，該端部部 分在要被加熱層之下，該容器包括電耦聯(lián)材料，將該電耦聯(lián)材料配置 成當(dāng)其被熔化和隨后被冷卻時(shí)促進(jìn)第 一伸長加熱器和第二伸長加熱器 之間的電連接。
9、 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中電耦聯(lián)材料的熔點(diǎn)低于容器一 深度處的水的沸點(diǎn)。
10、 如權(quán)利要求8-9任一所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括與容器耦聯(lián) 的引發(fā)器，將引發(fā)器配置成熔化電耦聯(lián)材料。
11、 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中引發(fā)器包括熔化電耦聯(lián)材料 的力口熱元件。
12、 如權(quán)利要求8-ll任一所述的系統(tǒng)，其中電耦聯(lián)材料包括當(dāng)被 引發(fā)時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)混合物，該混合物的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生金屬。
13、 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括引發(fā)該化學(xué)混合物 反應(yīng)的點(diǎn)火裝置。
14、 如權(quán)利要求8-13任一所述的系統(tǒng)，其中電耦聯(lián)材料包括焊料。
15、 一種用于耦聯(lián)如權(quán)利要求1-14任一所述系統(tǒng)中的加熱器的系 統(tǒng)，該耦聯(lián)系統(tǒng)包括配置成與至少一個(gè)所迷加熱器的端部部分耦聯(lián)的爆炸元件，其中 該端部部分在要被加熱層之下，將該爆炸元件配置成當(dāng)被引爆時(shí)促進(jìn) 第一伸長加熱器和第二伸長加熱器之間的電連接。
16、 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括與爆炸元件耦聯(lián)的 引發(fā)器，將該引發(fā)器配置成引發(fā)爆炸元件的爆炸。
17、 如權(quán)利要求15-16任一所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括與所述伸 長加熱器中的至少一個(gè)的端部部分耦聯(lián)的容器，將該容器配置成容納 該爆炸元件，從而使該容器容納該爆炸元件的爆炸。
18、 一種用于耦聯(lián)如權(quán)利要求l-17任一所述系統(tǒng)中的加熱器的系統(tǒng)，該耦聯(lián)系統(tǒng)包括配置成與至少一個(gè)所述加熱器的端部部分耦聯(lián)的容器，該端部部 分在要被加熱層之下，該容器包括一個(gè)或多個(gè)供至少一個(gè)另外的伸長加熱器插入該容器的開口；以及配置成與該容器耦聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)爆炸元件，將該爆炸元件配置 成當(dāng)被引爆時(shí)促進(jìn)第 一伸長加熱器和該另外的伸長加熱器之間的電連 接。
19、 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括電池，將該電池配 置成提供電能幹該爆炸元件。
20、 如權(quán)利要求18-19任一所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括在所述開 口中的一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)器，將該觸發(fā)器配置成在將至少一個(gè)另外的伸 長加熱器放置在至少一個(gè)開口中后，觸發(fā)該爆炸元件的爆炸。
21、 如權(quán)利要求18-19任一所述的系統(tǒng)，其中將該爆炸元件配置 成將伸長加熱器巻曲在一起，從而使所述伸長加熱器電耦聯(lián)。
22、 如權(quán)利要求8-21任一所述的系統(tǒng)，其中所述容器是漏斗形容器。
23、 如權(quán)利要求8-22任一所述的系統(tǒng)，其中所述伸長加熱器中的 至少一個(gè)的端部部分具有一個(gè)或多個(gè)凹槽和/或一個(gè)或多個(gè)開口 ，所述 一個(gè)或多個(gè)凹槽和/或一個(gè)或多個(gè)開口配置成增強(qiáng)加熱器之間以及加 熱器和電耦聯(lián)材料之間的電連接。
24、 如權(quán)利要求l-23任一所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)伸長加熱器 包括暴露金屬伸長加熱器部分，當(dāng)該加熱器部分處于530C和650t;之 間時(shí)，該加熱器部分具有隨加熱器溫度的增加而減小的>5克化率。
25、 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中該暴露金屬伸長加熱器部分 包括410不銹鋼。
26、 如權(quán)利要求24-25任一所述的系統(tǒng)，其中該暴露金屬伸長加 熱器部分對于電化腐蝕大體上是情性的。
27、 如權(quán)利要求l-26任一所述的系統(tǒng)，其中第二伸長加熱器的暴 露金屬部分的所述至少一部分與第一伸長加熱器的暴露金屬部分的所述至少一部分被金屬性結(jié)合。
28、 一種用于耦聯(lián)如權(quán)利要求l-27任一所述系統(tǒng)中的加熱器的方 法，該方法包括將第一伸長加熱器放在地層的第一開口中； 將第二伸長加熱器放在地層的笫二開口中；以及 在低于要被加熱層的第一開口的部分中將第二伸長加熱器的暴露 金屬部分耦聯(lián)到第一伸長加熱器的暴露金屬部分上，從而使第一伸長 加熱器的暴露金屬部分與第二伸長加熱器的暴露金屬部分電耦聯(lián)。
29、 如權(quán)利要求28所迷的方法，還包括通過以下步驟將第二伸長 加熱器的暴露金屬部分耦聯(lián)到第一伸長加熱器的暴露金屬部分上將第二伸長加熱器的暴露金屬部分的一端部部分放置在與第一伸長加熱器的暴露金屬部分的一端郜部分耦聯(lián)的容器中； 在該容器中熔化金屬；以及使該容器中的所述金屬冷卻以在第一伸長加熱器和第二伸長加熱 器之間建立電連接。
30、 如權(quán)利要求29所述的方法，還包括在溫度低于該容器一深度 處的水的沸點(diǎn)時(shí)熔化電耦聯(lián)材料。
31、 如權(quán)利要求29-30任一所述的方法，還包括通過熔化電耦聯(lián) 材料使該容器中的水移位。
32、 如權(quán)利要求29-31任一所述的方法，還包括使用引發(fā)器以熔 化電耦聯(lián)材料。
33、 如權(quán)利要求29-32任一所述的方法，還包括使用加熱元件以 熔化電耦聯(lián)材料。
34、 如權(quán)利要求29-33任一所述的方法，還包括引發(fā)化學(xué)混合物 的化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電耦聯(lián)材料。
35、 如權(quán)利要求28-34任一所迷的方法，還包括通過以下步驟將 第二伸長加熱器的暴露金屬部分耦聯(lián)到第 一伸長加熱器的暴露金屬部 分上將爆炸元件與第一伸長加熱器的暴露金屬部分的一端部部分耦聯(lián)；將第二伸長加熱器的暴露金屬部分的一端部部分放在該爆炸元件 附近；以及引爆該爆炸元件以在第 一伸長加熱器和第二伸長加熱器之間建立 電連接。
36、 如權(quán)利要求28-35任一所述的方法，還包括通過以下步驟將 第二伸長加熱器的暴露金屬部分耦聯(lián)到第一伸長加熱器的暴露金屬部 分上將第二伸長加熱器的暴露金屬部分的端部部分放置在與第一伸長 加熱器的暴露金屬部分耦聯(lián)的一容器的開口中；以及引爆一個(gè)或多個(gè)與該容器耦聯(lián)的爆炸元件，以在第一伸長加熱器 和第二伸長加熱器之間建立電連接。
37、 如權(quán)利要求28-36任一所述的方法，其中第一伸長加熱器的 暴露金屬部分在地層的水位之下與第二伸長加熱器的暴露金屬部分電 耦聯(lián)。
38、 如權(quán)利要求28-37任一所述的方法，其中第一伸長加熱器的 暴露金屬部分在地層的水位之下與第二伸長加熱器的暴露金屬部分金 屬性結(jié)合。
39、 一種使用如權(quán)利要求l-27任一所述系統(tǒng)的方法，該方法包括 提供熱量給該地層的至少一部分。
40、 一種混合物，包括使用如權(quán)利要求l-27任一所述系統(tǒng)或使用 如權(quán)利要求28-39任一所述方法產(chǎn)生的碳?xì)浠衔铩?br> 41、 一種由權(quán)利要求40所述的混合物制成的運(yùn)輸燃料。
42、 一種用于加熱地表下地層的系統(tǒng)，包括 在地層中的第一開口中的第一伸長加熱器； 在地層中的第二開口中的第二伸長加熱器；以及 其中第二伸長加熱器的至少一部分與第一伸長加熱器的至少一部分電耦聯(lián)。
全文摘要
本說明書描述了一種用于加熱地表下地層的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括位于地層中第一開口中的第一伸長加熱器(246)。該第一伸長加熱器包括該第一開口一部分中的暴露金屬部分。第一開口中的這一部分低于地層的要被加熱層(240)。該暴露金屬部分暴露于該地層。第二伸長加熱器位于地層的第二開口中。該第二開口在位于或靠近低于要被加熱層的第一開口的所述部分的地方與該第一開口連接。第二伸長加熱器暴露金屬部分的至少一部分與第一伸長加熱器暴露金屬部分的至少一部分在低于要被加熱層的第一開口的所述部分中電耦聯(lián)。
文檔編號E21B36/04GK101163855SQ200680013101
公開日2008年4月16日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者D·S·金, F·G·卡爾, G·L·斯蒂格梅爾, H·J·維訥格, R·M·巴斯, S·L·梅森, T·J·凱爾特納 申請人:國際殼牌研究有限公司