專利名稱：：用于地下地層的加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體涉及一種用于從各種地下地層(比如含烴地層)生產(chǎn)烴類、氫和/或其他產(chǎn)品的加熱方法和加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：從地下地層獲得的烴通常用作能源，用作原料，以及用作消費(fèi)品。對(duì)可用烴資源衰竭的關(guān)注和對(duì)產(chǎn)出烴類的整體質(zhì)量降低的關(guān)注導(dǎo)致開發(fā)出用于更有效回收、處理和/或使用可用烴資源的方法。就地處理可用于從地下地層移出烴材料?？赡苄枰淖兊叵碌貙又械臒N材料的化學(xué)和/或物理性能來(lái)使得烴材料更容易從地層移出。化學(xué)和物理變化可包括地層中烴材料的生成可移出流體的就地反應(yīng)、成分變化、溶解度變化、密度變化、相變和/或粘度變化。流體可以是，但是不限于，氣體、液體、乳狀液、漿液和/或具有類似于液體流的流動(dòng)性能的固體顆粒流。井眼可形成在地層中。在一些實(shí)施例中，套管或其他管道系統(tǒng)可設(shè)置或形成在井眼中。在一些實(shí)施例中，膨脹管可用于井眼中。加熱器可設(shè)置在井眼中以在就地處理過(guò)程中加熱地層。授予Ljungstrom的美國(guó)專利No.2,923,535和授予VanMeurs等人的美國(guó)專利No.4,886,118中描述了將熱施加到油頁(yè)巖地層。熱可施加至油頁(yè)巖地層以熱解油頁(yè)巖地層中的油母。熱還可使地層斷裂以提高地層的滲透性。提高的滲透性可使得地層流體移動(dòng)到采油井，在所述采油井處從油頁(yè)巖地層移出所述流體。在由Ljungstrom公開的一些過(guò)程中，例如含氧氣體介質(zhì)被引入可滲透地層，優(yōu)選地，同時(shí)由于預(yù)加熱步驟所述含氧氣體介質(zhì)仍然是熱的，以引發(fā)燃燒。熱源可用于加熱地下地層。電加熱器可用于通過(guò)輻射和/或傳導(dǎo)來(lái)加熱地下地層。電加熱器可通過(guò)電阻加熱元件。授予Germain的美國(guó)專利No.2,548,360,授予Eastlund等人的美國(guó)專利No.4,716,960，和授予VanEgmond的美國(guó)專利No.5，06S，818描述了一種設(shè)置在井眼中的電加熱元件。授予Vinegar等人的美國(guó)專利No.6,023,554描述了一種設(shè)置在套管中的電加熱元件。該加熱元件產(chǎn)生加熱套管的輻射能。授予VanMeurs等人的美國(guó)專利No.4，570，715描述了一種電加熱元件。所述加熱元件具有導(dǎo)電芯部、絕緣材料包圍層、和包圍的金屬套。導(dǎo)電芯部可具有在高溫下相對(duì)低的電阻。絕緣材料可具有在高溫下相對(duì)高的電阻、壓縮強(qiáng)度和熱傳導(dǎo)性能。絕緣層可抑制從芯部到金屬套的電弧放電。金屬套可具有在高溫下相對(duì)高的拉伸強(qiáng)度和抗蠕變性能。授予VanEgmond的美國(guó)專利No.5,060,287描述了一種具有銅鎳合金芯部的電加熱元件。加熱器可由鍛不銹鋼制造。授予Maziasz等人的美國(guó)專利No.7,153,373和授予Maziasz等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公開No.US2004/0191109描述了用作鑄造顯微結(jié)構(gòu)或細(xì)化晶粒的板和薄片的改性237不銹鋼。如上面所概述的，已經(jīng)對(duì)開發(fā)用于從含烴地層經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)烴類、氫和/或其他產(chǎn)品的加熱器、方法和系統(tǒng)付出了大量的努力。但是目前仍存在很多不能從其中經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)烴類、氫和/或其他產(chǎn)品的含烴地層。因而，仍需要用于從各種含烴地層生產(chǎn)烴類、氫和/或其他產(chǎn)品的改進(jìn)的加熱方法和系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容在此描述的實(shí)施例總體涉及用于處理地下地層的系統(tǒng)、方法和加熱器。本發(fā)明有利地提供了一種用于地下地層的加熱系統(tǒng)，包括密封管道，設(shè)置在地層中的開口中，其中，熱傳遞流體設(shè)置在所述管道中；熱源，所述熱源構(gòu)造用于將熱提供給所述密封管道的一部分以使熱傳遞流體從液體相變到蒸氣；并且其中所述密封管道中的蒸氣在所述密封管道中上升、冷凝以將熱傳遞給所述地層并且作為液體返回到所述部分。本發(fā)明有利地提供了一種用于加熱地下地層的加熱系統(tǒng)，包括多個(gè)設(shè)置在地層中的加熱器，所述多個(gè)加熱器構(gòu)造用于加熱所述地層的一部分；和多個(gè)設(shè)置在被加熱的所述部分中的熱管，其中，所述熱管的至少一個(gè)包括液體加熱部分，其中來(lái)自所述多個(gè)加熱器中的一個(gè)或多個(gè)的熱構(gòu)造用于向所述液體加熱部分提供足以使所述熱管中液體的至少一部分蒸發(fā)的熱，其中，蒸氣在所述熱管中上升、在所述熱管中冷凝并且將熱傳遞給地層，其中冷凝的流體流回到所述液體加熱部分。除了上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還提供了包括一個(gè)或多個(gè)井下氣體燃燒器和/或電加熱器的加熱器和/或熱源。除了上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還提供了來(lái)自井下氣體燃燒器中的一個(gè)或多個(gè)的廢氣的至少一部分經(jīng)過(guò)熱管和外部管道之間到達(dá)地面。除了上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還提供了至少一個(gè)熱管在地層中基本上豎直定向。除了上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還提供了其中至少一個(gè)熱管在地層中基本上水平定向，其中所述熱管相對(duì)于水平方向向上成角度。除了上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還提供了,至少一個(gè)熱管在地層中基本上水平定向，其中所述熱管相對(duì)于水平方向向下成角度。除了上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了其中一個(gè)或多個(gè)熱管中的液體或熱傳遞流體包括熔化的金屬和/或熔化的金屬鹽。本發(fā)明有利地提供了一種用于加熱地下地層的方法，包括使用熱源加熱設(shè)置在地層中的密封管道的部分，其中，所述熱源使所述密封管道中的熱傳遞流體蒸發(fā)，其中，蒸氣在所述密封管道中上升、冷凝以將熱傳遞到所述密封管道并且流回到所述密封管道的被加熱部分；和允許來(lái)自所述密封管道的熱傳遞到地層以加熱地層的一部分。在另外的實(shí)施例中，來(lái)自具體實(shí)施例的特征可與來(lái)自其他實(shí)施例的特征組合。例如，來(lái)自一個(gè)實(shí)施例的特征可與來(lái)自其他實(shí)施例中任6一個(gè)的特征組合。在另外的實(shí)施例中，使用在此所描述的方法、系統(tǒng)或加熱器中的任一種處理地下地層。在另外的實(shí)施例中，其他特征可添加到在此所描述的具體實(shí)施例中。根據(jù)下述詳細(xì)描述的有益效果和參照附圖，本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可變得顯而易見，附圖中圖1圖示了加熱含烴地層的各階段的示例。圖2顯示了用于處理含烴地層的就地?zé)崽幚硐到y(tǒng)的一部分的實(shí)施例的示意性視圖。圖3圖示了熱管與熱源的基本上水平部分相鄰設(shè)置的地層的一部分的示意性剖視圖。圖4圖示了具有圍繞氧化器組件徑向定位的熱管的熱管實(shí)施例的一部分的剖切透視圖。圖5圖示了具有在熱管最下部分附近定位的氧化器組件的成角度的熱管實(shí)施例的剖視圖。圖6圖示了具有在熱管底部處定位的氧化器的熱管實(shí)施例的一部分的剖切透視圖。圖7圖示了具有在熱管底部處定位的氧化器的成角度的熱管實(shí)施例的剖視圖。圖8圖示了具有氧化器的熱管實(shí)施例的一部分的剖切透視圖，所述氧化器產(chǎn)生與所述熱管底部中的液體熱傳遞流體相鄰的火焰區(qū)。圖9圖示了具有容納多個(gè)氧化器的錐形底部的熱管實(shí)施例的一部分的剖切透視圖。圖10圖示了在地層內(nèi)成角度的熱管實(shí)施例的剖視圖。具體實(shí)施方式下面的描述總體涉及用于處理地層中烴類的系統(tǒng)和方法。這種地層可被處理以生產(chǎn)烴產(chǎn)品、氫和其它產(chǎn)品。在此描述了一種用于處理地下地層的改進(jìn)的加熱系統(tǒng)和方法。"流體壓力，，是由地層中的流體產(chǎn)生的壓力。"靜巖壓力"(有時(shí)稱為"靜巖應(yīng)力，，)是與覆巖塊的單位面積的重量相等的地層中的壓力。"流體靜壓"是由水柱施加在地層中的壓力。"地層"包括一個(gè)或多個(gè)含烴層、一個(gè)或多個(gè)非烴層、上覆巖層和/或下伏巖層。"烴層"指地層中的含烴類的層。烴層可含有非烴材料和烴材料。"上覆巖層"和/或"下伏巖層"包括一種或多種不同類型的不可滲透材料。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可包括巖石、頁(yè)巖、泥巖或潤(rùn)濕/致密的碳酸鹽。在一些就地?zé)崽幚磉^(guò)程的實(shí)施例中，上覆巖層和/或下伏巖層可包括一層或多層含烴層，其在就地?zé)崽幚淼奶幚磉^(guò)程中是相對(duì)不可滲透的并且不受溫度影響，所述就地?zé)崽幚淼奶幚韺?dǎo)致上覆巖層和/或下伏巖層的含烴層的性能發(fā)生顯著變化。例如，下伏巖層可含有頁(yè)巖或泥巖，但是下伏巖層在就地?zé)崽幚淼奶幚砥陂g不允許加熱到熱解溫度。在一些情形中，上覆巖層和/或下伏巖層可以是稍微可滲透的。"地層流體"是指存在于地層中的流體，并且可包括熱解流體、合成氣、流動(dòng)的烴類和水(蒸氣)。地層流體可包括烴流體以及非烴流體。術(shù)語(yǔ)"流動(dòng)的流體"是指由于地層的熱處理而能夠流動(dòng)的含爛地層中的流體。"產(chǎn)出流體"是指從地層移出的流體。"熱源"是用于基本上通過(guò)傳導(dǎo)和/或輻射熱傳遞向地層的至少一部分提供熱的任何系統(tǒng)。例如，熱源可包括電加熱器，比如絕緣導(dǎo)體、細(xì)長(zhǎng)部件和/或布置在導(dǎo)管中的導(dǎo)體。熱源還可包括通過(guò)燃燒地層外部或地層中的燃料來(lái)產(chǎn)生熱的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以是地表燃燒器、井下氣體燃燒器、無(wú)焰分布式燃燒器和自然分布式燃燒器。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)熱源所提供或產(chǎn)生的熱可由其它能源提供。所述其它能源可直接加熱地層，或者所述能量可施加到直接或間接加熱地層的傳遞介質(zhì)。應(yīng)該理解的是，將熱施加到地層的一個(gè)或多個(gè)熱源可使用不同的能源。因而，例如，對(duì)于給定地層，一些熱源可由電阻加熱器提供熱，一些熱源可通過(guò)燃燒提供熱，一些熱源可由一個(gè)或多個(gè)其它能源(例如，化學(xué)反應(yīng)、太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)或其它可再生能源)提供熱?；瘜W(xué)反應(yīng)可包括放熱反應(yīng)(例如氧化反應(yīng))。熱源還可包括向加熱位置(比如加熱器井)附近或周圍的區(qū)域提供熱的加熱器。"加熱器"是用于在井中或井眼附近的區(qū)域產(chǎn)生熱的任何系統(tǒng)或熱源。加熱器可以是，但不限于，電加熱器、燃燒爐、與地層中的材料或從地層產(chǎn)出的材料發(fā)生反應(yīng)的燃燒器、和/或其組合。"烴類"通常定義為主要由碳和氫原子形成的分子。烴類還可包括其它元素，例如，但不限于，卣素、金屬元素、氮、氧、和/或硫。烴類可以是，但不限于，油母、瀝青、焦瀝青、油類、天然礦物蠟和瀝青巖。烴類可位于大地中的礦物基體中或與礦物基體相鄰?；w可包括，但不限于，沉積巖、砂、沉積石英巖、碳酸鹽、硅藻土和其它多孔介質(zhì)。"烴流體"是包括烴類的流體。烴流體可包括夾帶非烴流體或被夾帶在非烴流體中的流體，所述非烴流體比如為氫、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨。"就地轉(zhuǎn)化過(guò)程"是指從熱源加熱含烴地層以將地層的至少一部分的溫度升高到熱解溫度以上以使得在地層中產(chǎn)生熱解流體的過(guò)程。"就地?zé)崽幚磉^(guò)程"是指使用熱源加熱含烴地層以將地層的至少一部分的溫度升高到導(dǎo)致含烴材料發(fā)生流體流動(dòng)、降粘和/或熱解的溫度以上以使得在地層中產(chǎn)生流動(dòng)的流體、降粘的流體和/或熱解的流體的過(guò)程。"絕緣導(dǎo)體"是指任何能夠?qū)щ姷牟⑶胰炕虿糠钟呻娊^緣材料g覆的細(xì)長(zhǎng)物體。"熱解，，是由于施加熱而導(dǎo)致化學(xué)鍵的斷裂。例如，熱解可包括僅通過(guò)熱將化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N或多種其它物質(zhì)。熱可被傳遞到地層的一部分以發(fā)生熱解。"熱解流體"或"熱解產(chǎn)物"是指基本上在烴類的熱解期間產(chǎn)生的流體。通過(guò)熱解反應(yīng)產(chǎn)生的流體可與地層中的其它流體混合?；旌衔锉?認(rèn)為是熱解流體或熱解產(chǎn)物。如在此所使用的，"熱解區(qū)"是指被反應(yīng)'或進(jìn)行反應(yīng)以形成熱解流體的地層體(例如，相對(duì)不可滲透的地層，比如瀝青砂地層)。"熱的疊加"是指從兩個(gè)或更多個(gè)熱源向地層的選定部分提供熱，以使得在熱源之間的至少一個(gè)位置處的地層溫度受熱源影響。"限溫加熱器"通常是指將熱輸出調(diào)節(jié)(例如，減少熱輸出)到指定溫度以上而無(wú)需使用外部控制器的加熱器，所述外部控制器比如為溫度控制器、功率調(diào)節(jié)器、整流器或其它裝置。限溫加熱器可以是AC(交流電流)或調(diào)制(例如"斬波")DC(直流)供電的電阻加熱器。"導(dǎo)熱流體，，包括在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力(STP)(0。C和101.325kPa)下具有比空氣高的導(dǎo)熱率的流體。"導(dǎo)熱率，，是材料的一種性能，其描述了對(duì)于材料的兩個(gè)表面之間的給定溫度差，熱以穩(wěn)定狀態(tài)在材料的兩個(gè)表面之間流動(dòng)的速率。層的"厚度"是指層橫截面的厚度，其中橫截面垂直于層的表面。"u型井眼，，是指從地層中的第一開口延伸穿過(guò)地層的至少一部分并且從地層中的第二開口穿出的井眼。在本文中，井眼可以僅大體上呈"v"型或"u"型，對(duì)于視為"u"型的井眼，"u"型的"腿"應(yīng)該理解成不需要彼此平行或垂直于"u"的底部。術(shù)語(yǔ)"井眼"是指通過(guò)鉆井或?qū)⒐艿啦迦氲貙又卸诘貙又行纬傻目?。井眼可具有基本上圓形的橫截面或其它橫截面形狀。如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)"井"和"開口"在指地層中的開口時(shí)可與術(shù)語(yǔ)"井眼"互換使用。地層中的烽類可通過(guò)各種方式處理以生產(chǎn)出很多不同產(chǎn)物。在某些實(shí)施例中，地層中的烴類在各階段中進(jìn)行處理。圖l描述了加熱含烴地層的各階段的圖示。圖1還描述了以來(lái)自地層的每噸地層流體的油當(dāng)量桶數(shù)為單位的產(chǎn)量("Y")(y軸)與以攝氏度為單位的被加熱地層的溫度("T")(x軸)的曲線關(guān)系的示例。在階段1加熱過(guò)程中發(fā)生曱烷解吸和水蒸發(fā)。階段1期間的地層加熱可盡可能快速地進(jìn)行。例如，當(dāng)含烴地層開始加熱時(shí)，地層中的烴類解吸所吸附的甲烷。解吸的甲烷可從地層產(chǎn)出。如果進(jìn)一步加熱含烴地層，則含經(jīng)地層中的水蒸發(fā)。在一些含烴地層中，水可占據(jù)地層中孔隙體積的約10%至50%之間。在其它地層中，水占據(jù)孔隙體積的更多或更少部分。水通常在600kPa的絕對(duì)壓力到7000kPa的絕對(duì)壓力下、在160。C至285。C之間在地層中蒸發(fā)。在一些實(shí)施例中，蒸發(fā)的水產(chǎn)生地層中的潤(rùn)濕性變化和/或增加的地層壓力。潤(rùn)濕性變化和/或增大的壓力可影響地層中的熱解反應(yīng)或其它反應(yīng)。在某些實(shí)施例中，蒸發(fā)的水從地層產(chǎn)出。在其它實(shí)施例中，蒸發(fā)的水用于在地層中或地層外部進(jìn)行抽汽和/或蒸餾。從地層中移出水和增加地層中的孔隙體積增大了烴類在孔隙體積中的存儲(chǔ)空間。在某些實(shí)施例中，在階段l加熱之后，地層被進(jìn)一步加熱，以使得地層中的溫度達(dá)到(至少)初始熱解溫度(比如在如圖2所示的溫度范圍的下端處的溫度)。地層中的烴類可在整個(gè)階段2進(jìn)行熱解?，斀鉁囟确秶鶕?jù)地層中的烴類的類型而變化。熱解溫度范圍可包括250。C至900。C之間的溫度。用于生產(chǎn)期望產(chǎn)物的熱解溫度范圍可延伸經(jīng)過(guò)總熱解范圍的僅一部分。在一些實(shí)施例中，用于生產(chǎn)期望產(chǎn)物的熱解溫度范圍可包括250。C至400。C之間的溫度或270。C至3S0。C之間的溫度。如果地層中烴類的溫度緩慢升高經(jīng)過(guò)從250°C到400。C的溫度范圍，則當(dāng)溫度接近400。C時(shí)，可基本上完成熱解產(chǎn)物的生產(chǎn)。烴類的平均溫度可以小于5。C/天、小于2。C/天、小于1。C/天或小于0.5。C/天的速率升高來(lái)經(jīng)過(guò)用于生產(chǎn)期望產(chǎn)物的熱解溫度范圍。利用多個(gè)熱源加熱含烴地層可在熱源周圍形成熱梯度，所述熱源使地層中烴類的溫度緩慢地升高經(jīng)過(guò)熱解溫度范圍。溫度升高經(jīng)過(guò)用于期望產(chǎn)物的熱分解溫度范圍的速率可影響從食烴地層產(chǎn)出的地層流體的質(zhì)量和數(shù)量。將地層溫度緩慢地升高經(jīng)過(guò)用于期望產(chǎn)物的熱解溫度范圍可允許從地層產(chǎn)出高質(zhì)量、高API重力指標(biāo)的烴類。將地層溫度緩慢地升高經(jīng)過(guò)用于期望產(chǎn)物的熱解溫度范圍可允許以烴產(chǎn)物的形式移出存在于地層中的大量烴類。在一些就地?zé)崽幚淼膶?shí)施例中，代替將溫度緩慢地加熱經(jīng)過(guò)溫度范圍的是將地層的一部分加熱到期望溫度。在一些實(shí)施例中，期望的溫度為300。C、325。C、或350。C。其它溫度可選擇為期望溫度。來(lái)自熱源的熱的疊加允許在地層中相對(duì)快速有效地建立期望溫度。從熱源輸入地層中的能量可被調(diào)節(jié)以使地層中的溫度基本上保持在期望溫度。地層的被加熱部分基本上保持在期望溫度，直到熱解減慢使得從地層產(chǎn)出期望的地層流體變得不經(jīng)濟(jì)。地層的發(fā)生熱解的部分可包括通過(guò)來(lái)自僅一個(gè)熱源的熱傳遞而進(jìn)入熱解溫度范圍的區(qū)域。在某些實(shí)施例中，包括熱解流體的地層流體從地層產(chǎn)出。隨著地層溫度的升高，產(chǎn)出的地層流體中的可冷凝烴類的量可能減少。在高溫下，地層可主要產(chǎn)生曱烷和/或氫。如果含烴地層被加熱經(jīng)過(guò)整個(gè)熱解范圍，則地層可朝向熱解范圍上限僅產(chǎn)生少量氫。在所有可用氫衰竭之后，通常會(huì)出現(xiàn)從地層產(chǎn)出極小量的流體。在烴熱解之后，大量碳和一些氫可仍然存在于地層中。保留在地層中的大部分碳可以合成氣的形式從地層產(chǎn)出。合成氣的產(chǎn)生可發(fā)生在圖1所示的階段3加熱過(guò)程中。階段3可包括將含烴地層加熱到足夠高溫度以允許產(chǎn)生合成氣。例如，合成氣可在從約400°C到約1200°C、約500。C到約U00。C、或約550°C到約1000°C的溫度范圍中產(chǎn)生。當(dāng)產(chǎn)生合成氣的流體被引入地層時(shí)，地層被加熱部分的溫度決定在地層中產(chǎn)生的合成氣的成分。產(chǎn)生的合成氣可通過(guò)一口或多口生產(chǎn)井從地層中移出。從含烴地層產(chǎn)出的流體的總能含量可在整個(gè)熱解和產(chǎn)生合成氣期間保持相對(duì)恒定。在相對(duì)低的地層溫度下進(jìn)行熱解期間，產(chǎn)出流體中的相當(dāng)大部分可以是具有高能含量的可冷凝烴類。但是，在較高的熱解溫度下，地層流體中的較少部分可包括可冷凝烴類。更多的不可冷凝的地層流體可從地層產(chǎn)出。產(chǎn)出流體的單位體積的能含量可在主要產(chǎn)生不可冷凝的地層流體期間略微下降。在合成氣產(chǎn)生期間，產(chǎn)出的合成氣的單位體積的能含量與熱解流體的能含量相比顯著降低。但是產(chǎn)出的合成氣的體積在很多情況下顯著增大，從而補(bǔ)償降低的能含量。圖2圖示了用于處理含烴地層的就地加熱系統(tǒng)的一部分的一個(gè)實(shí)12施例的示意圖。該就地?zé)崽幚硐到y(tǒng)可包括障壁井200。障壁井用于在處理區(qū)域周圍形成障壁。所述障壁阻止流體流入和/或流出處理區(qū)域。障壁井包括，但是不限于脫水井、真空井、俘獲井、注入井、灌漿井、冷凍井、或其組合。在一些實(shí)施例中，障壁井200是脫水井。脫水井可去除液態(tài)水和/或阻止液態(tài)水進(jìn)入待加熱或地層正在加熱的地層部分。如圖2所示，障壁井200顯示為僅沿?zé)嵩?02的一側(cè)延伸，但是障壁井通常環(huán)繞所使用的或?qū)⒁褂玫乃袩嵩?02以加熱地層的處理區(qū)域。熱源202設(shè)置在地層的至少一部分中。熱源202可包括加熱器，比如絕緣導(dǎo)體、導(dǎo)體在導(dǎo)管內(nèi)的加熱器、地表燃燒器、無(wú)焰分布式燃燒器和/或自然分布式燃燒器等。熱源202還可包括其它類型的加熱器。熱源202向地層的至少一部分提供熱以加熱地層中的烴類。能量可通過(guò)供給管道204提供給熱源202。供給管道204可根據(jù)一個(gè)或多個(gè)用于加熱地層的熱源的類型而在結(jié)構(gòu)上有所不同。用于熱源的供給管逸204可傳輸用于電加熱器的電、可傳輸用于燃燒器的燃料、或可傳輸在地層中循環(huán)的熱交換流體。在一些實(shí)施例中，用于就地?zé)崽幚磉^(guò)程的電可由一個(gè)或多個(gè)核電站提供。使用核動(dòng)力可使得降低或消除從就地?zé)崽幚磉^(guò)程釋放的二氧化碳。生產(chǎn)井206用于從地層移出地層流體。在一些實(shí)施例中，生產(chǎn)井206包括熱源。生產(chǎn)井中的熱源可在生產(chǎn)井處或生產(chǎn)井附近加熱地層的一個(gè)或多個(gè)部分。在一些就地?zé)崽幚磉^(guò)程的實(shí)施例中，由每米生產(chǎn)井從生產(chǎn)井提供給地層的熱量小于由加熱地層的每米熱源提供給地層的熱量。在一些實(shí)施例中，生產(chǎn)井206.中的熱源允許從地層中去除地層流體的汽相。在生產(chǎn)井處或通過(guò)生產(chǎn)井提供加熱可用于(l)在該生產(chǎn)流體在靠近上覆巖層的生產(chǎn)井中運(yùn)動(dòng)時(shí)阻止該生產(chǎn)流體的冷凝和/或逆流；(2)增加輸入到地層中的熱；(3)與沒(méi)有熱源的生產(chǎn)井相比提高生產(chǎn)井的產(chǎn)率；(4)阻止生產(chǎn)井中高碳數(shù)(C6及以上)化合物的，凝；和/或(5)增大生產(chǎn)井處或生產(chǎn)井附近的地層滲透性。地層中的地下壓力可對(duì)應(yīng)于地層中產(chǎn)生的流體壓力。隨著地層的被加熱部分中的溫度升高，被加熱部分中的壓力可由于就地流體的熱膨脹、生成流體的增加和水的蒸發(fā)而增大。控制從地層移出流體的速率可允許控制地層中的壓力。地層中的壓力可在很多不同位置處確定，比如在生產(chǎn)井附近或在生產(chǎn)井處、在熱源附近或在熱源處，或在監(jiān)控井處。在一些含經(jīng)地層中，從地層生產(chǎn)烴類受到抑制，直到地層中的至少一些經(jīng)類已經(jīng)被熱解。當(dāng)?shù)貙恿黧w具有選定質(zhì)量時(shí)，地層流體可從地層產(chǎn)出。在一些實(shí)施例中，選定質(zhì)量包括至少約20°、30°或40°的API重力指標(biāo)。直到至少一些烴類被熱解，抑制生產(chǎn)才可加快重質(zhì)烴類向輕質(zhì)烴類的轉(zhuǎn)化。抑制初期產(chǎn)量可使從地層產(chǎn)出重質(zhì)烴類的量最小。生產(chǎn)大量的重質(zhì)烴類可需要昂貴的設(shè)備和/或縮短生產(chǎn)設(shè)備的壽命。在達(dá)到熱解溫度且允許從地層進(jìn)行生產(chǎn)之后，地層中的壓力可發(fā)生變化，用于改變和/或控制產(chǎn)出的地層流體的成分、用于控制地層流體中可冷凝流體相對(duì)于不可冷凝流體的百分比、和/或用于控制正在產(chǎn)出的地層流體的API重力指標(biāo)。例如，降低壓力可導(dǎo)致產(chǎn)出較大的可冷凝流體組分。可冷凝流體組分可含有較大百分比的烯烴。在一些就地?zé)崽幚磉^(guò)程的實(shí)施例中，地層中的壓力可保持足夠高以促使產(chǎn)出API重力指標(biāo)大于20。的地層流體。在地層中保持增大的壓力可在就地?zé)崽幚磉^(guò)程中阻止地層塌陷。保持增大的壓力可促使來(lái)自地層的流體的汽相產(chǎn)生。汽相的產(chǎn)生可允許減小用于傳輸從地層產(chǎn)出流體的收集管道的尺寸。保持增大的壓力可減少或消除對(duì)在地表處壓縮地層流體以將收集管道中的流體輸送到處理設(shè)備的需要。在地層的被加熱部分中保持增大的壓力可令人驚訝地允許產(chǎn)生質(zhì)量提高和相對(duì)低分子量的大量烴類。壓力可保持成使得產(chǎn)出的地層流體具有極小量的所選碳數(shù)以上的化合物。所選碳數(shù)可以是至多25、至多20、至多12或至多8。一些高碳數(shù)化合物可夾帶在地層中的蒸氣中并且可與蒸氣一起從地層移出。在地層中保持增大的壓力可抑制在蒸氣中夾帶高碳數(shù)化合物和/或多環(huán)烴化合物。高碳數(shù)化合物和/或多環(huán)烴可在地層中保持為液相相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。該相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間可為化合物提供足夠長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行熱解以形成低碳數(shù)化合物。從生產(chǎn)井206產(chǎn)出的地層流體可通過(guò)收集管道208輸送到處理設(shè)備210。地層流體還可從熱源202產(chǎn)出。例如，流體可從熱源202產(chǎn)出以控制與熱源相鄰的地層中的壓力。從熱源202產(chǎn)出的流體可通過(guò)生產(chǎn)管或管道輸送到收集管道208，或者產(chǎn)出流體可通過(guò)生產(chǎn)管或管道直接輸送到處理設(shè)備210。處理設(shè)備210可包括分離單元、反應(yīng)單元、改質(zhì)單元、燃料室、渦輪、存儲(chǔ)容器和/或其它用于處理產(chǎn)出的地層流體的系統(tǒng)和單元。處理設(shè)備可將從地層產(chǎn)出的烴類的至少一部分形成輸送燃料。在一些實(shí)施例中，輸送燃料可以是噴氣燃料，例如JP-8。在一些實(shí)施例中，熱管設(shè)置在地層中。熱管可減少需要加熱給定尺寸的處理區(qū)域的主動(dòng)熱源的數(shù)量。熱管可縮短將給定尺寸的處理區(qū)域加熱到期望平均溫度所需的時(shí)間。熱管是閉合系統(tǒng)，其利用熱管中.流體的相變來(lái)將施加到第一區(qū)域的熱傳送到遠(yuǎn)離第一區(qū)域的第二區(qū)域。流體的相變?cè)试S大的熱傳遞速率。熱可從任何類型的熱源提供給熱管的第一區(qū)域，所述任何類型的熱源包括但不限于電加熱器、氧化器、從地?zé)嵩刺峁┑臒?、?或從核反應(yīng)堆提供的熱。熱管是包括不動(dòng)部件的被動(dòng)熱傳輸系統(tǒng)。熱管可設(shè)置在接近水平到豎直的構(gòu)造中。加熱地層的熱管中所用的流體可具有低成本、低熔點(diǎn)溫度、不是太高的沸點(diǎn)溫度(例如，通常低于約900。C)、在低于約540。C的溫度下的低粘度、高蒸發(fā)熱和用于熱管材料的低腐蝕率。在一些實(shí)施例中，熱管包括由抵抗流體腐蝕的材料構(gòu)成的襯管。表l顯示了可用作熱管中的流體的若干種材料的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)溫度?？墒褂玫钠渌}類包括，但不限于，LiN03和低共熔混合物，所述低共熔混合物比如為53%重量百分比的KN03、40%重量百分比的NaN03和7%重量百分比的NaN02;45.5%重量百分比的KN03和54.5%重量百分比的NaN02;或50%重量百分比的NaCl和50%重量百分比的SrCl2。15<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>傳遞流體在熱管中的流動(dòng)。管道222可具有第一部分230和第二部分232。液體熱傳遞流體226可處于第一部分230中。熱源202在熱管220外部，該熱源202提供足夠的熱來(lái)使液體熱傳遞流體226蒸發(fā)。蒸發(fā)的熱傳遞流體228擴(kuò)散到第二部分232中。蒸發(fā)的熱傳遞流體22S在第二部分中冷凝并且將熱傳遞到管道222，管道222又將熱傳遞至地層。冷凝的液體熱傳遞流體226通過(guò)重力和/或通過(guò)于毛細(xì)力流到第一部分230。密封件224的位置是確定熱管220的有效長(zhǎng)度的一個(gè)因素。熱管220的有效長(zhǎng)度還可取決于熱傳遞流體的物理性質(zhì)和管道222的橫我面積。足夠的熱傳遞流體可置于管道222中，以使得一些液體熱傳遞流體226總是存在于第一部分230中。密封件224可提供管道222的頂部密封。在一些實(shí)施例中，管道222在裝載熱傳遞流體和密封之前使用氮、氦或其他流體進(jìn)行清洗。在一些實(shí)施例中，在管道密封之前可在管道222上抽真空來(lái)排空管道。在密封管道之前在管道222上抽真空可增強(qiáng)整個(gè)管道中的蒸氣擴(kuò)散。；在一些實(shí)施例中，氧氣吸收劑可引入管道222中以與存在于管道中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。圖4圖示了具有圍繞氧化器組件徑向定位的熱管220的熱管實(shí)施例的一部分的剖切透視圖。氧化器組件240的氧化器242與熱管220的第一部分230相鄰設(shè)置。燃料可通過(guò)燃料管道246供到氧化器242。氧化劑可通過(guò)氧化劑管道250供到氧化器242。廢氣可流經(jīng)外部管道254和氧化劑管道250之間的空間。氧化器242燃燒燃料以提供使液體熱傳遞流體226蒸發(fā)的熱。蒸發(fā)的熱傳遞流體228在熱管220中上升并且在熱管壁上冷凝以將熱傳遞到密封管道222。來(lái)自氧化器242的廢氣沿密封管道222的長(zhǎng)度提供熱。由廢氣沿?zé)峁?20的有效長(zhǎng)度提供的熱可增強(qiáng)對(duì)流熱傳遞和/或縮短在大量熱從熱管沿?zé)峁艿挠行чL(zhǎng)度提供至地層之前的延遲時(shí)間。圖5圖示了具有在熱管220的最下部附近定位的氧化器組件240的成角度的熱管實(shí)施例的剖視圖。燃料可通過(guò)燃料管道246供到氧化器242。氧化劑可通過(guò)氧化劑管道250供到氧化器242。廢氣可流經(jīng)熱管220的環(huán)形空間并且在外部管道254和熱管之間流動(dòng)。圖6圖示了具有在熱管220底部處定位的氧化器242的熱管實(shí)施例的一部分的剖切透視圖。燃料可通過(guò)燃料管道246供到氧化器242。氧化劑可通過(guò)氧化劑管道250供到氧化器242。廢氣可流經(jīng)熱管220外壁和外部管道254之間的空間。氧化器242燃燒燃料以提供使液體熱傳遞流體226蒸發(fā)的熱。蒸發(fā)的熱傳遞流體228在熱管220中上升并且在熱管壁上冷凝以將熱傳遞到密封管道222。來(lái)自氧化器242的廢氣沿密封管道222的長(zhǎng)度提供熱并且將熱提供到外部管道254。由廢氣沿?zé)峁?20的有效長(zhǎng)度提供的熱可增強(qiáng)對(duì)流熱傳遞和/或縮短在大量熱從熱管和氧化器組合沿?zé)峁艿挠行чL(zhǎng)度供到地層之前的延遲時(shí)間。圖7圖示了具有以一定角度設(shè)置在地層中的熱管220的類似實(shí)施例。圖8圖示了具有氧化器242的熱管實(shí)施例的一部分的剖切透視圖，該氧化器242產(chǎn)生與熱管220底部中液體熱傳遞流體226相鄰的火焰區(qū)。燃料可通過(guò)燃料管道246供到氧化器242。氧化劑可通過(guò)氧化劑.管道250供到氧化器242。氧化劑和燃料混合并且燃燒以產(chǎn)生火焰區(qū)256?；鹧鎱^(qū)256提供使液體熱傳遞流體226蒸發(fā)的熱。來(lái)自氧化器242的廢氣可流經(jīng)氧化劑管道250和熱管220內(nèi)表面之間的空間，并且流經(jīng)熱管的外表面和外部管道254之間的空間。由廢氣沿?zé)峁?20的有效長(zhǎng)度提供的熱可增強(qiáng)對(duì)流熱傳遞和/或縮短在大量熱從熱管和氧化器組合沿?zé)峁艿挠行чL(zhǎng)度提供到地層之前的延遲時(shí)間。圖9圖示了具有容納氧化器組件的多個(gè)氧化器的錐形底部的熱管實(shí)施例的一部分的剖切透視圖。在一些實(shí)施例中，有效的熱管操作要求高的熱輸入。氧化器組件240的多個(gè)氧化器可將高的熱輸入提供給熱管220的液體熱傳遞流體226。具有氧化器的氧化器組件的一部分可圍繞熱管220的錐形部分螺旋纏繞。錐形部分可具有大的表面積以容納氧化器。燃料可通過(guò)燃料管道246供到氧化器組件240的氧化器。氧化劑可通過(guò)氧化劑管道250供到氧化器242。廢氣可流經(jīng)熱管22018的外壁和外部管道254之間的空間。來(lái)自氧化器242的廢氣沿密封管道222的長(zhǎng)度提供熱并且將熱提供給外部管道254。由廢氣沿?zé)峁?20的有效長(zhǎng)度提供的熱可增強(qiáng)對(duì)流熱傳遞和/或縮短在大量熱從熱管和氧化器組合沿?zé)峁艿挠行чL(zhǎng)度供到地層之前的延遲時(shí)間。圖10圖示了在地層內(nèi)成角度的熱管實(shí)施例的剖視圖。第一井眼234和第二井眼236使用磁測(cè)距或技術(shù)在地層中鉆出，以使得第一井眼與第二井眼相交。熱管220可設(shè)置在第一井眼234中。第一井眼234可傾斜，以使得熱管220內(nèi)的液體熱傳遞流體226定位在第一井眼和第二井眼236的交叉位置附近。氧化器組件240可設(shè)置在第二井眼236中。氧化器組件240將熱提供給熱管，所述熱管使熱管中的液體熱傳遞流體蒸發(fā)。封隔器或密封件238可引導(dǎo)廢氣從氧化器組件240經(jīng)過(guò)第一井眼234以從廢氣向地層提供附加熱。根據(jù)上述說(shuō)明，本發(fā)明各方面的進(jìn)一步修改和替代實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。因此，本說(shuō)明應(yīng)解釋為僅為示例性的并且出于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一般方式的目的。應(yīng)理解，在此所示和所描述的本發(fā)明的形式應(yīng)視為目前的優(yōu)選實(shí)施例。元件和材料可與在此所示和所描述的那些元件和材料進(jìn)行替換，部件和過(guò)程可顛倒，本發(fā)明的某些特征可獨(dú)立使用，在獲知本發(fā)明的上述說(shuō)明的有益效果之后，所有這些將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。可對(duì)在此所描述的元件進(jìn)行改變而不偏離下述權(quán)利要求書中所描述的本發(fā)明的精神和范圍。另外，應(yīng)該理解的是，在此獨(dú)立描述的特征在某些實(shí)施例中可組合。權(quán)利要求1.一種用于地下地層的加熱系統(tǒng)，包括密封管道，設(shè)置在地層中的開口中，其中，熱傳遞流體位于所述管道中；熱源，構(gòu)造用于將熱提供給所述密封管道的一部分，以使熱傳遞流體從液體相變到蒸氣；以及其中，所述密封管道中的蒸氣在所述密封管道中上升、冷凝以將熱傳遞給所述地層并且作為液體返回到所述部分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述熱源包括井下氣體燃燒器和/或電加熱器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述熱傳遞流體包括熔化的金屬和/或熔化的金屬鹽。4.一種用于加熱地下地層的系統(tǒng)，包括多個(gè)設(shè)置在地層中的加熱器，所述多個(gè)加熱器構(gòu)造用于加熱所述地層的一部分；和多個(gè)設(shè)置在被加熱的部分中的熱管，其中，所述熱管中的至少一個(gè)包括液體加熱部分，其中，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)加熱器的熱被用于向所述液體加熱部分提供足以使所述熱管中液體的至少一部分蒸發(fā)的熱，其中，蒸氣在所述熱管中上升、在所述熱管中冷凝并且將熱傳遞給地層，并且其中，冷凝的流體流回到所述液體加熱部分。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)熱管在地層中基本上豎直定向。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)熱管在地層中基本上水平定向，其中所述熱管相對(duì)于水平方向向上成角度。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)熱管在地層中基本上水平定向，其中所述熱管相對(duì)于水平方向向下成角度。8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)加熱器包括一個(gè)或多個(gè)電加熱器。9.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的加熱系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)加熱器包括一個(gè)或多個(gè)井下氣體燃燒器。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱系統(tǒng)，其中，來(lái)自所述井下氣體燃燒器中的一個(gè)或多個(gè)的廢氣的至少一部分經(jīng)過(guò)熱管和外部管道之間到達(dá)地面。11.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的加熱系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)熱管中的液體包括熔化的金屬。12.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的加熱系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)熱管中的液體包括熔化的金屬鹽。13.—種用于加熱地下地層的方法，包括使用熱源加熱設(shè)置在地層中的密封管道的部分，其中，所述熱源使所述密封管道中的熱傳遞流體蒸發(fā)，其中，蒸氣在所述密封管道中上升、冷凝以將熱傳遞到所述密封管道并且流回到所述密封管道的被加熱的部分；以及允許來(lái)自所述密封管道的熱傳遞到地層來(lái)加熱地層的一部分。14，根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述熱源中的一個(gè)或多個(gè)包括氣體燃燒器。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述熱源中的一個(gè)或多個(gè)包括電加熱器。全文摘要本發(fā)明描述了用于加熱地下地層的方法和系統(tǒng)。用于地下地層的加熱系統(tǒng)包括設(shè)置在地層中的開口中的密封管道和熱源。該密封管道包括熱傳遞流體。該熱源向密封管道的一部分提供熱以使熱傳遞流體從液體相變到蒸氣。密封管道中的蒸氣在密封管道中上升、冷凝以將熱傳遞給地層并且作為液體返回到管道部分。文檔編號(hào)E21B36/02GK101680287SQ200880017226公開日2010年3月24日申請(qǐng)日期2008年4月18日優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日發(fā)明者H·J·維內(nèi)加,S·V·恩古彥申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司