[发明专利]高温长距离地下区间加热方法和装置

说明书

本发明涉及在相当高的温度下，对地下构层的较长区间进行的较长时间的加热，尤其涉及到一种电阻加热工艺，该工艺能够在几年以上的时间内把地下构层的某一区间加热到所选择的温度，温度可选择范围大约从600到1000℃，加热速率在300w/m以上。

已经知道，在较高的温度下对地下构层的一些区间加热较长的时间是有益的。可得到的好处包括：油页岩构层的热解，未固化容器结构的固化，能够作为容器内电极使用的大型碳化区的生成，能使从油类或焦油中所得到的热的烃类进入生产区，等等。可实现上述回的工艺已包括在某些专利中，如下述的一些美国专利。美国专利第2，732，195号中介绍到，使用具有铁或者铬合金电阻器的电加热器，可将地下油页岩内的20～30米的区间加热到500至1000℃的温度。G.A.史密斯（Smith）的美国专利第2，781，851号介绍到，在直到250℃的温度时，使用一种由绝缘无机物和铜护套构成的低阻抗加热电缆，它包括有三个导体以防止气态产品生产期间水化物的形成，该加热器由钢带做机械支撑并浸在油槽中以防腐蚀。美国专利第3，104，705号介绍到，使用“任何能够产生有效热量的加热器”，加热型砂中残存的碳氢化合物直到固结的程度来固化容器的型砂，而且还介绍了一种其型号未热说明的电加热器，它在865℃时工作了25个小时。美国专利第3，131，763号介绍了一种电加热器，它可以触发地下容器氧化反应，此外还介绍了另一种带有电阻丝的加热器，电阻丝通过绝缘材料绕在螺旋管上并排列整齐，该加热器可加热通入容器内的流体比如空气，美国专利第4，415，034号介绍了一种可在一个含油容器结构内形成一个碳化层电极的工艺，方法是将无外套管的镗孔内的流体在高到815℃的温度下加热12个月以上的时间。

美国专利第3，114，417号也公布了一种用于减少钻井中原油的粘度的电加热器，它包括有绝缘电缆，导电芯线，绝缘层及金属护套。

就迄今为止申请人能确定的，已知的用于在600至1000℃下加热地下构层长致一年的方法和装置所能做到的仅限于在只60米长或更短的区间内加热，并且一般是与容器结构中流入或流出的流体相接触，这样也为流体所冷却。在各种情况下，使地下构层的60米以上的区间的温度保持在大约600至1000℃是有益的，其中，热量流入该区间的速率大于300w/m，加热时间超过几年。然而，在近来有代表性的应用中，大多数绝缘材料不久就会失效，大多数作为电阻使用的金属所需要的横截面积之大和成本之高使人难以接受，同时使用的电压也高的难以接受而且很危险。此外，在这些温度下，通常作为导电体供应电力的金属，连接材料或电缆护套会软化，并开始产生塑性变形或熔化。

迄今为止，就申请人所知，关于如何实现长度在大约60米以上，加热速率大于300w/m，且加热温度等于或接近于大多数材料的软化或熔化温度的这个问题多年来未能得到解决。

例如，另外一种更类似于先有技术中介绍的不同结构设置特征的加热器，当在450℃加热时，大约在两天内就失效了。与此不同的一种可卷绕的加热器结构由具有两个平行的316号不锈钢带的加热部件组成，每个钢带尺寸是宽度约2.5cm、厚度约为0.15cm。沿着加热器长度方向每隔1米放置小型耐热的电绝缘器来分隔加热元件。这样的结构可提供一种可卷绕的加热器。在长度大于60米时，其制造较为经济，且在加上不足1200伏特的电动势时能够产生330w/m以上的功率。

这种结构的加热器用市场上可买到的专为油井使用而设计的耐热型水泥粘接在一个敞开的钻孔中，期望这种水泥使加热元件和从周围地层中流入或流出的流体保持非接触状态。但当试用时，这个加热器又很快失效了，原因是地下水通过裂缝透过了水泥。尽管这些水蒸发了，但它仍会留下一些盐沉积物，它最终会形成构成导电通路的盐桥，由于短路或化学诱发的腐蚀或者两者同时的作用，使该加热器失效。签于这一点，看来在含碳氢化合物的结构中，这样的一种加热器将会迅速失效，即使在无水情况下，也会由于产生积碳及随之产生的导电元件短路而失效。

由此可见，在先有技术的地层构造加热方法中，沿着加热器的长度方向上，热量的提供是均匀的。当待加热的地层构造由具有不同导热率的地层组成时，这种均匀加热是非常不利的。在导热率较高的地层中，热量就会很快地从井孔中流走。而在导热率低的地层中，加热部件就难于释放热量，从而在该处形成热点。这样一来，沿井孔的温度径向分布将是不均匀的，即在距井孔相同的距离处，不同的地层将有不同的温度。这种情况的出现对于石油的生产是非际有害的。