[发明专利]利用铁磁材料相变的限温加热器

说明书

政府权益 

根据UT-Battelle，LLC之间按照美国能源部与Shell开发与生产公司之间的总合同No.DE-AC05-000R22725签订的协议No.ERD-05-2516，美国政府对本发明拥有一定的权利。 

技术领域

本发明主要涉及具有限温性质的加热器。具体的实施方案涉及处理地下地层例如含烃地层以从地层生产烃、氢气和/或其它产物中使用的加热器。 

背景技术

从地下地层中获得的烃常常用作能源、作为原料和作为消费品。对可获得的烃源耗尽的担心和对所生产的烃的总质量下降的担心已经导致开发了更加有效地采收、加工和/或使用可获得的烃源的方法。可使用原位法从地下地层中移出烃物质。可能需要改变地下地层内的烃物质的化学和/或物理性能，以允许烃物质更加容易地从地下地层中移出。化学和物理改变可包括产生可移出流体、导致地下地层中烃材料组成改变、溶解度改变、密度改变、相变和/或粘度改变的原位反应。流体可以是但不限于气体、液体、乳液、淤浆和/或具有与液体流动类似流动特征的固体颗粒的物流。 

可在井孔中放置加热器以在原位法期间加热地层。在Ljungstrom的美国专利No.2,634,961、Ljungstrom的美国专利No.2,732,195、Ljungstrom的美国专利No.2,780,450、Ljungstrom的美国专利No.2,789,805、Ljungstrom的美国专利No.2,923,535和Van Meurs等人的美国专利No.4,886,118中描述了使用井下加热器的原位法的 实例。 

Ljungstrom的美国专利No.2,923,535和Van Meurs等人的美国专利No.4,886,118中描述了对油母页岩地层施加热量。可对油母岩地层施加热量以使油母岩地层中的油母质热解。热量也可使地层破裂以增加地层的渗透性。增加的渗透性可允许地层流体流动至生产井，在那里将流体从油母岩地层中移出。在Ljungstrom公开的一些方法中，例如将含氧气体介质(优选来自预热步骤仍然是热的含氧气体介质)加入可渗透地层中以引发燃烧。 

可使用热源以加热地下地层。可使用电加热器通过辐射和/或传导以加热地下地层。加热器可电阻加热元件。Germain的美国专利No.2,548,360描述了放置于井孔中的粘性油中的电加热元件。所述加热器元件加热和稀释油以允许油从井孔泵送出来。Eastlund等人的美国专利No.4,716,960描述了通过将相对低压的电流流经管道实现对石油井管道的电加热从而防止固体形成。Van Egmond的美国专利No.5,065,818描述了固定于井眼中不带有围绕加热元件的套管的电加热元件。 

Vinegar等人的美国专利No.6,023,554描述了放置于套管中的电加热元件。电加热元件产生的辐射能量加热套管。可在套管和地层之间放置粒状固体填充材料。套管可传导加热填充材料，所述填充材料接着电导加热地层。 

一些加热器可因为地层中的热点而产生故障或中止运行。如果沿加热器任意点的温度超出或将要超出加热器的最大操作温度时，可能需要降低供应至整个加热器的功率以避免加热器中止运行和/或地层中热点处或附近处地层的过热。一些加热器在加热器达到一定温度极限之前，可能不会沿加热器长度提供均匀的热量。一些加热器可能不会有效加热地下地层。因此，获得沿加热器长度上提供均匀热量、有效加热地下地层、当一部分加热器达到选定温度时提供自动温度调节和/或在低于选定温度时具有基本线性的磁性能和高功率因数的加热器是有利的。使用限定在等于或接近加热器中铁磁材料的居里温度和/ 或等于或接近铁磁材料的相变温度范围下的加热器可能是有利的。使用铁磁材料的居里温度和/或相变温度范围增大了限温加热器中可使用的冶金方法的范围。 

发明内容

本文所述实施方案主要涉及用于处理地下地层的系统、方法和加热器。本文所述实施方案也主要涉及其中含有新组件的加热器。可通过使用本文所述的系统和方法获得该加热器。 

在一些实施方案中，本发明提供一种或多种系统、方法和/或加热器。在一些实施方案中，该系统、方法和/或加热器用于处理地下地层。