[其他]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糟中以防腐蚀。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加说明的电加热器，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的氧化反应，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。

总之，就迄今为止本申请者能确定的，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，电力供应的金属，连接材料或电缆护套会软化，并开始产生塑性变形或熔化。

本发明涉及把长距离的地下构层区间在高温下加热，并且保持很长的时间。安装一种电加热器，使被加热的区间内至少有一个加热元件。所说的加热原件或加热元件组的基本组成是：（a）导电芯或导体，它们在高温下具有相当低的电阻，（b）包围着芯子的绝缘材料，这些绝缘材料具有高温下相当高的导热性电阻性、抗拉强度，（c）芯子和外面包着的绝缘金属护套，该护套具有高温下相当高的抗软化性抗拉强度和抗蠕变性。沿着被加热区间安装所述电加热器，使加热器具有随距离变化的电阻曲线，（比如，可根据芯子横截面积和单位长度阻值的组合来决定）该曲线和沿着被加热地层区间热导率与距离间的特性有关。这些特性互相相关，以至于加热器的温度在沿所述区间的某些导热率较低的位置处变得相当高。这样，在沿整个加热区间上，该加热器产生热量及其传入地层的速率基本上是常数。

在最佳实施方案中，对加热部件芯子的阻抗与其横截面积的组合加以选择，使每一千米的电阻大约为21到40Ω，每米长度上的产热能力至少为300w，而且所选用的芯和加热部件之间总电压低于约1200v的情况下，应具有得到600至1000℃之间的选定温度的能力。

加热部件的芯子最好使用压实的不导电无机材料粉粒块绝缘。在最佳实施方案中，这些绝缘物具有的电阻，抗压强度及导热率特性至少应大体上与压实后的纯氧化镁粉粒的性能相当。

在每一所述加热部件中，包在绝缘导电芯外面的金属护套最好选用钢质护套，它具有的直径和壁厚应能使其成为可卷绕的加热电缆部件，它应具有至少大体上与所熟悉的具有约1cm直径、1mm壁厚的316号不锈钢护套的加热电缆部件的性能相当的抗拉强度，抗蠕度及软化温度特性。

由金属作为护套的加热电缆部件在电气和机械两方面与电力供应设备相连接，包括电源电缆在内。特别要求的是，为使细长的部件能进入套筒内，加热元件和供电电缆两者都是可卷绕的电缆，而且将它们缠绕在绕线装置上。