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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Heizen
einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation, wie einer Kohlelage oder
einer Ölschieferablagerung,
die einen Hitzeeinspritzschacht umgibt.
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Die
Anwendung von Hitze auf Ölschieferformationen
ist in den US-Patenten 2,923,535 an Ljungstrom und 4,886,118 an
Van Meurs et al. beschrieben. Diese Druckschriften zum Stand der
Technik offenbaren, daß elektrische
Heizeinrichtungen Hitze in eine Ölschieferformation übertragen,
um das Kerogen innerhalb der Ölschieferformation
zu pyrolysieren. Die Hitze kann die Formation auch frakturieren, um
die Durchlässigkeit
der Formation zu erhöhen. Die
erhöhte
Durchlässigkeit
kann es Formationsfluid gestatten, zu einem Förderbohrloch zu wandern, wo das
Fluid aus der Ölschieferformation
entfernt wird. In einigen Verfahren, die von Ljungstrom offenbart werden,
wird beispielsweise ein sauerstoffhaltiges gasförmiges Medium in ein permeables
Stratum eingeführt,
vorzugsweise, während
es aus einem vorhergehenden Erhitzungsschritt noch heiß ist, um
die Verbrennung zu initiieren.
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Das
US-Patent 2,548,360 beschreibt ein elektrisches Heizelement, das
innerhalb eines viskosen Öls
innerhalb eines Bohrloches angeordnet ist. Das Heizelement erhitzt
und verdünnt
das Öl,
damit das Öl
aus dem Bohrloch gepumpt werden kann. Das US-Patent 4,716,960 beschreibt
das elektrische Erhitzen eines Gestänges eines Erdölbohrloches
durch Hindurchleiten eines Stroms mit relativ niedriger Spannung
durch das Gestänge,
um die Bildung von Feststoffen zu verhindern. Das US-Patent 5,065,818 an
Van Egmond beschreibt ein elektrisches Heizelement, das in ein Bohrloch
ohne eine Auskleidung, welche das Heizelement umgibt, zementiert
ist.
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Das
US-Patent 6,023,554 an Vinegar et al. beschreibt ein elektrisches
Heizelement, das innerhalb einer Auskleidung positioniert ist. Das
Heizelement erzeugt Strahlungsenergie, welche die Auskleidung erhitzt.
Ein granulares Feststoff-Füllmaterial kann
zwischen der Auskleidung und der Formation angeordnet werden. Die
Auskleidung kann das Füllmaterial
durch Wärmeleitung
erhitzen, welches seinerseits die Formation durch Wärmeleitung
erhitzt.
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Das
US-Patent 4,570,715 an Van Meurs et al., das durch Bezugnahme hierauf
in die vorliegende Beschreibung miteinbezogen ist, beschreibt ein
elektrisches Heizelement. Das Heizelement hat einen elektrisch leitenden
Kern, eine diesen umgebende Lage aus Isoliermaterial und eine umgebende
metallische Hülle.
Der leitende Kern kann bei hohen Temperaturen einen relativ niedrigen
Widerstand haben. Das Isoliermaterial kann einen elektrischen Widerstand,
Druckfestigkeit und Hitzeleiteigenschaften haben, die bei hohen
Temperaturen relativ hoch sind. Die Isolierlage kann eine Bogenbildung
vom Kern zur metallischen Hülle
verhindern. Die metallische Hülle kann
Zugfestigkeits- und Kriechfestigkeitseigenschaften haben, die bei
hohen Temperaturen relativ hoch sind.
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Das
US-Patent 5,060,287 an Van Egmond beschreibt ein elektrisches Heizelement
mit einem Kern aus Kupfer-Nickel-Legierung.
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Das
Verbrennen eines Brennstoffes kann zum Erhitzen einer Formation
angewendet werden. Das Verbrennen eines Brennstoffes zum Erhitzen
einer Formation kann ökonomischer
als die Anwendung von Elektrizität
zum Erhitzen der Formation sein. Verschiedene Arten von Heizeinrichtungen
können
eine Brennstoffverbrennung als Hitzequelle anwenden, welche eine
Formation erhitzt. Die Verbrennung kann in der Formation, in einem
Bohrloch und/oder nahe der Oberfläche erfolgen.
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Die
US-Patente 4,662,443, 4,662,439 und 4,648,450 offenbaren Feuerflutungsverfahren
zum Verbrennen von Kohlenwasserstoffen innerhalb einer Untergrundformation,
bei denen ein Oxidiermittel, wie Luft, in die Formation gepumpt
wird. Das Oxidiermittel kann gezündet
werden, um eine Feuerfront gegen ein Förderbohrloch voranzutreiben.
Das Oxidiermittel, das in die Formation gepumpt ist, kann entlang Bruchlinien
in der Formation strömen.
Das Zünden des
Oxidiermittels muß nicht
dazu führen,
daß die Feuerfront
gleichmäßig durch
die Formation strömt.
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Es
ist auch bekannt, einen flammenlosen Combustor zum Verbrennen eines
Brennstoffes zu verwenden, der in ein Heizbohrloch eingespritzt
wird. Die US-Patente 5,255,742 an Mikus, 5,404,952 an Vinegar et
al., 5,862,858 an Wellington et al. und 5,899,269 an Wellington
et al. beschreiben flammenlose Combustoren. Eine flammenlose Verbrennung kann
durch Vorerhitzen eines Brennstoffes und Verbrennungsluft auf eine
Temperatur oberhalb einer Selbstentzündungstemperatur des Gemisches
erreicht werden. Der Brennstoff und die Verbrennungsluft können in
einer Heizzone gemischt werden, um zu verbrennen. In der Heizzone
des flammenlosen Combustors kann eine katalytische Oberfläche vorgesehen
sein, um die Selbstentzündungstemperatur des
Brennstoff- und Luftgemisches abzusenken. Bei diesen bekannten flammenlosen
Combustoren werden Brennstoff und Oxidiermittel in ein Heizbohrloch über separate
Zuleitungen oder als Gemisch durch eine einzelne Zuleitung eingespritzt,
wobei die Abgase zur Oberfläche über eine
Abgasleitung entlüftet werden,
welche die Brennstoff- und/oder Oxidiermittel-Zuleitung(en) koaxial
umgeben kann.
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Es
ist auch bekannt, Hitze einer Formation aus einer Oberflächenheizeinrichtung
zuzuführen. Die
Oberflächenheizeinrichtung
kann Verbrennungsgase produzieren, die durch Bohrlöcher zirkuliert werden,
um die Formation zu erhitzen. Alternativ kann ein Oberflächenbrenner
verwendet werden, um ein Hitzeübertragungsfluid
zu erhitzen, welches durch ein Bohrloch geleitet wird, um die Formation
zu erhitzen. Beispiele von Heizeinrichtungen oder Oberflächenbrennern,
die dazu verwendet werden können,
eine unterirdische Formation zu erhitzen, sind in den US-Patenten
6,056,057 an Vinegar et al. und 6,079,499 an Mikus et al. offenbart.
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Das
System und das Verfahren gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 8 sind aus dem US-Patent 3,010,513 bekannt. Bei dem bekannten System
ist die Formation um ein Heizbohrloch herum frakturiert, und die
Frakturen sind mit brennbaren Feststoffen und Stopfmaterial gefüllt. Das
bekannte System erzeugt ein unregelmäßiges Heizmuster in der umgebenden
Formation, wenn die Frakturen unregelmäßige Länge und Gestalt haben.
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Ein
Nachteil der bekannten Oberflächen- und
Bohrlochheizeinrichtungen, bei denen Brennstoff, Oxidiermittel und/oder
Abgase durch ein Heizbohrloch zirkuliert werden, besteht darin,
daß die Auskleidung
und andere Leitungen in dem Heizbohrloch aus einer hochtemperaturfesten
Stahlqualität hergestellt
werden müssen,
und daß insbesondere die
Auskleidung infolge der Wärmedehnung
der umgebenden Formation hohen Druckkräften ausgesetzt ist. Die Auskleidung
in dem Heizbohrloch muß deshalb
aus einer teuren, korrosionsfesten Hochtemperatur-Stahlqualität hergestellt
werden. Auch erfordert die Zufuhr von Brennstoff und/oder wenn eine
elektrische Heizeinrichtung installiert ist, die Zufuhr von elektrischem
Strom, im allgemeinen eine komplexe Infrastruktur und ist deshalb
teuer.
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Ein
Nachteil der bekannten Feuerflutungsverfahren besteht darin, daß Frakturen
in der kohlenwasserstoffhaltigen Formation in unregelmäßigen Mustern
erzeugt werden und daß nur
Kohlenwasserstoffe nahe den Frakturen oxidiert werden, so daß die Formation
nur auf relativ unregelmäßige und
unkontrollierbare Weise erhitzt wird.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten
Feuerflutungsverfahren, der Verbrennung mit eingespritztem Brennstoff
und der elektrischen Heizung zu beheben und ein billiges Bohrlochheizverfahren
sowie ein System zu schaffen, welches eine kontrollierte Menge an
Hitze in gleichmäßiger Weise
in die Formation überträgt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt ein
System zum Übertragen
von Hitze in eine kohlenwasserstoffhaltige Formation, die einen
Hitzeeinspritzschacht umgibt:
eine Oxidierfluidquelle;
eine
Oxidierzuleitung, die in dem Bohrloch des Hitzeeinspritzschachtes
angeordnet ist, wobei die Leitung so ausgebildet ist, daß sie im
Betrieb ein Oxidierfluid von der Oxidierfluidquelle zu einer Reaktionszone
in der Formation bereitstellt, und wobei das Oxidierfluid so gewählt ist,
daß es
im Betrieb zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in der Formation
in der Nähe der
Bohrlochzone oxidiert, derart, daß Hitze in der Reaktionszone
erzeugt wird; und
eine Verbrennungsgas-Austragleitung, die
im Bohrloch des Hitzeeinspritzschachtes zum Übertragen von Verbrennungsgasen
durch das Bohrloch des Hitzeeinspritzschachtes aus der Reaktionszone
angeordnet ist, und wobei die Oxidiermittel-Zuleitung so ausgebildet
ist, daß sie
das Oxidierfluid der Reaktionszone durch Gasphasendiffusion und/oder
-konvektion zuführt.
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Vorzugsweise
ist das System so konfiguriert, daß Hitze im Betrieb im wesentlichen
von der Reaktionszone zu einem vorbestimmten Abschnitt der Formation
durch Hitzeleitung übertragen
wird.
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Es
wird auch bevorzugt, daß die
Oxidiermittelzu- und die Verbrennungsgas-Austragleitungen mit Druckregelvorrichtungen
ausgestattet sind, welche den Druck in der Reaktionszone derart
steuern, daß zumindest
ein wesentlicher Teil der Verbrennungsgase, die in der Reaktionszone
erzeugt werden, durch die Verbrennungsgas-Austragleitung zur Erdoberfläche entlüftet werden.
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In
einigen Fällen
kann die Druckerzeugungsvorrichtung dazu verwendet werden, einen
Teil der Verbrennungsgase zur Erdoberfläche austreten zu lassen und
einen Teil in die Prozeßzone
eintreten zu lassen. Dies kann einen höheren Druck im Bohrloch als
in einem Bereich erzeugen, der vom Bohrloch entfernt ist. Diese
Druckdifferenz kann bewirken, daß das Oxidierfluid die Reaktionszone
rascher und/oder in größeren Mengen
erreicht, wodurch eine verstärkte
Hitzeerzeugung aus der Reaktionszone ermöglicht wird.
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Zweckmäßig erstrecken
sich die Oxidiermittel-Einspritzleitung und die Verbrennungsgas-Austragleitung
koaxial zueinander von einem Bohrlochkopf des Heizschachtes in die
kohlenwasserstoffführende
Formation, und die Oxidiermittel-Einspritzleitung ragt in ihrem
Ende durch zumindest einen wesentlichen Teil der kohlenwasserstoffführenden
Formation, wobei der vorragende untere Teil der Oxidiermittel-Einspritzleitung
mit einer Reihe von Oxidiermittel-Einspritzöffnungen ausgestattet ist, über welche im
Betrieb das Oxidiermittel mit Unterschall- oder Überschallgeschwindigkeit in
einen Ringraum zwischen der Oxi diermittel-Einspritzleitung und der
Reaktionszone eingespritzt wird.
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Die
Oxidiermittel-Einspritzleitung kann eine Lufteinspritzleitung sein
und mit einer Lufteinspritzpumpe ausgestattet sein und die Lufteinspritzleitung und
die Verbrennungsgas-Austragleitungen können je mit einem Drucksteuerventil
zur Steuerung des Druckes in dem Ringraum zwischen dem perforierten unteren
Teil der Oxidiermittel-Einspritzleitung und der Reaktionszone ausgestattet
sein, derart, daß der Druck
im wesentlichen gleich einem Porendruck in zumindest einem Teil
der umgebenden kohlenwasserstoffhaltigen Formation ist und die Übertragung von
Verbrennungsgasen in die Formation verhindert wird. In einigen Fällen kann
jedoch ein teilweises Eindringen der Verbrennungsgase in die Formation
gestattet werden, um die Übertragung
von Oxidierfluid zur Reaktionszone zu beschleunigen und die dort
erzeugte Hitze zu vergrößern.
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Zum
Anfahren oder Unterstützen
des in situ-Verbrennungsprozesses kann der Heizschacht mit einer
elektrischen Heizeinrichtung ausgestattet sein, um Hitze in die
Reaktionszone zu übertragen,
oder mit einer Brennstoffeinspritzleitung, um zusätzlichen Brennstoff
in die Reaktionszone einzuspritzen.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird detaillierter und an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die angeschlossenen Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer natürlich
verteilten Combustor-Hitzequelle;
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2 einen
Teil einer Decklage einer Formation mit einer Hitzequelle;
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die 3 und 4 Ausführungsbeispiele einer
natürlich
verteilten Combuster-Heizeinrichtung; und
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die 5 und 6 Ausführungsbeispiele eines
Systems zum Erhitzen einer Formation.
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Gemäß der Erfindung
wird eine kohlenwasserstoffhaltige Formation durch in situ-Oxidation
von Kohlenwasserstoffen in der einen Hitzeeinspritzschacht umgebenden
Formation erhitzt, wobei das System auch als natürlich verteiltes Combustor-(NDC)-Heizsystem bezeichnet
wird. Die erzeugte Hitze kann durch Konvektion in einen den Heizschacht
umgebenden Abschnitt der Formation übertragen werden, um die Formation
zu erhitzen, wobei die Überleitung
von Verbrennungsgasen von der Reaktionszone in die Formation verhindert
oder teilweise verhindert wird.
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Eine
Temperatur, die ausreicht, um die Oxidation zu stützen, kann
beispielsweise zumindest etwa 200°C
oder 250°C
sein. Die Temperatur, die ausreicht, um die Oxidation zu stützen, wird
jedoch dazu tendieren, abhängig
von beispielsweise einer Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe
in der kohlenwasserstoffhaltigen Formation zu variieren. Wasser
kann aus der Formation vor dem Erhitzen entfernt werden. Beispielsweise
kann Wasser aus der Formation durch Entwässerungsbohrlöcher gepumpt
werden. Der erhitzte Teil der Formation kann nahe oder einer Öffnung der
kohlenwasserstoffhaltigen Formation im wesentlichen benachbart sein.
Die Öffnung
in der Formation kann ein Heizschacht sein, der in der Formation
gebildet ist. Der Heizschacht kann nach irgendeinem der hier beschriebenen
Ausführungsbeispiele
geformt werden. Der erhitzte Teil der kohlenwasserstoffhaltigen
Formation kann sich radial von der Öffnung bis zu einer Breite
von etwa 0,3 m bis etwa 1,2 m erstrecken. Die Breite kann jedoch
auch kleiner als etwa 0,9 m sein. Eine Breite des erhitzten Teiles
kann variieren. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen hängt die
Variation beispielsweise von einer Breite ab, die notwendig ist,
um während
der Oxidation von Kohlenstoff ausreichend Hitze zu erzeugen, um
die Oxidationsreaktion aufrechtzuerhalten, ohne daß Hitze
von einer zusätzlichen
Hitzequelle bereitgestellt wird.
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Nachdem
der Teil der Formation eine ausreichende Temperatur erreicht hat,
um die Oxidation zu stützen,
kann ein Oxidierfluid in die Öffnung
eingebracht werden, um zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe
in einer Reaktionszone oder Hitzequellenzone innerhalb der Formation
zu oxidieren. Die Oxidation der Kohlenwasserstoffe erzeugt Hitze
in der Reaktionszone. Die erzeugte Hitze wird in den meisten Beispielen
aus der Reaktionszone in eine Pyrolysezone in der Formation übertragen.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
wird die erzeugte Hitze mit einer Rate zwischen etwa 650 Watt und 1650
Watt pro Meter, gemessen entlang einer Tiefe der Reaktionszone, übertragen.
Nach der Oxidation zumindest eines Teiles der Kohlenwasserstoffe
in der Formation kann die der Heizeinrichtung zugeführte Energie
zum anfänglichen
Erhitzen reduziert oder abgeschaltet werden. Auf diese Weise können die Energieeinsatzkosten
signifikant reduziert werden, wobei ein signifikant wirksameres
System zum Erhitzen der Formation geschaffen wird.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
kann in der Öffnung
eine Leitung angeordnet sein, um der Öffnung Oxidierfluid zuzuführen. Die
Leitung kann Strömungsöffnungen
oder andere Strömungssteuerungsmechanismen
haben (d.h. Schlitze, Venturi-Messer, Ventile etc.), damit das Oxidierfluid
in die Öffnung
eintreten kann. Der Ausdruck „Öffnungen" umfaßt Öffnungen
mit einer großen
Vielfalt von Querschnittsflächen,
einschließlich,
aber nicht beschränkt auf
Kreise, Ovale, Quadrate, Rechtecke, Dreiecke, Schlitze oder andere
regelmäßige oder
unregelmäßige Formen.
Die Strömungsöffnungen
können
kritische Strömungsöffnungen
sein, durch welche Fluid mit einer hohen, z.B. Überschallgeschwindigkeit, strömt, um einen
im wesentlichen konstanten Strom des Oxidierfluids in die Öffnung,
unabhängig
vom Druck in der Öffnung,
zu ermöglichen.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
kann die Anzahl der Strömungsöffnungen,
die in der Leitung geformt oder mit dieser gekuppelt werden können, im Durchmesser
auf Öffnungen
und auf einen erwünschten
Abstand zwischen den Öffnungen über eine
bestimmte Länge
der Leitung beschränkt
sein. Beispielsweise kann bei abnehmendem Durchmesser der Öffnungen
die Anzahl der Strömungsöffnungen
zunehmen und umgekehrt. Wenn zusätzlich
der erwünschte
Abstand zunimmt, kann die Anzahl der Strömungsöffnungen abnehmen und umgekehrt.
Der Durchmesser der Öffnungen
kann beispielsweise durch den Druck in der Leitung und/oder ein
erwünschter
Strömungsdurchsatz
durch die Öffnungen bestimmt
werden. Beispielsweise kann ein Öffnungsdurchmesser
bei einem Strömungsdurchsatz
von etwa 1,7 Standardkubikmeter pro Minute und einem Druck von etwa
7 bar absolut etwa 1,3 mm mit einem Abstand zwischen den Öffnungen
von etwa 2 m betragen.
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Kleinere
Durchmesseröffnungen
tendieren dazu, leichter als größere Durchmesseröffnungen verstopft
zu werden, beispielsweise infolge einer Kontaminierung des Fluids
in der Öffnung
oder Feststoffablagerung innerhalb oder nahe den Öffnungen. Bei
einigen Ausführungsbeispielen
kann die Anzahl und der Durchmesser der Öffnungen so gewählt werden,
daß ein
gleichmäßiges oder
nahezu einheitliches Hitzeprofil über eine Tiefe der Formation
innerhalb der Öffnung
erhalten wird. Beispielsweise kann eine Tiefe der erhitzten Formation,
die ein nahezu gleichmäßiges Hitzeprofil
haben soll, größer als
etwa 300 m oder sogar größer als
etwa 600 m sein. Solch eine Tiefe kann jedoch abhängig von
beispielsweise einer Art der zu erhitzenden Formation und/oder einer
erwünschten
Förderrate
variieren.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
können die
Strömungsöffnungen
in einem wendelförmigen Muster
um die Leitung herum innerhalb der Öffnung angeordnet sein. Die
Strömungsöffnungen
können durch
etwa 0,3 m bis zu 3 m zwischen den Öffnungen in dem Wendelmuster
beabstandet sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die
Abstände
etwa 1 m bis etwa 2 m oder beispielsweise etwa 1,5 m betragen.
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Der
Strom des Oxidierfluids in die Öffnung kann
derart gesteuert werden, daß eine
Oxidationsrate in der Reaktionszone gesteuert wird. Das Oxidierfluid
kann auch die Leitung derart kühlen,
daß die Leitung
durch die Oxidation im wesentlichen nicht erhitzt wird.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines natürlich
verteilten Combustors, der so ausgebildet ist, daß er eine
kohlenwasserstoffhaltige Formation erhitzt. Die Leitung 512 kann
in der Öffnung 514 der Formation 516 angeordnet
werden. Die Leitung 512 kann eine innere Leitung 513 haben.
Die Oxidierfluidquelle 508 kann Oxidierfluid 517 in
eine innere Leitung 513 liefern. Die innere Leitung 513 kann über ihre
Länge kritische
Strömungsöffnungen 515 haben. Die
kritischen Strömungsöffnungen 515 können in
einem Wendelmuster (oder irgendeinem anderen Muster) über eine
Länge der
inneren Leitung 513 in der Öffnung 514 angeordnet
sein. Beispielsweise können
die kritischen Strömungsöffnungen
in einem wendelförmigen
Muster mit einem Abstand von etwa 1 m bis etwa 2,5 m zwischen benachbarten Öffnungen
liegen. Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können ferner
so ausgebildet sein, wie dies hier beschrieben ist. Die innere Leitung 513 kann
am unteren Ende abgedichtet sein. Oxi dierfluid 517 kann
der Öffnung 514 über die
kritischen Strömungsöffnungen 515 der
inneren Leitung 513 zugeführt werden.
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Die
kritischen Strömungsöffnungen 515 können so
ausgebildet sein, daß im
wesentlichen der gleiche Strömungsdurchsatz
des Oxidierfluids 517 durch jede kritische Strömungsöffnung hindurch
erzeugt wird. Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können auch
im wesentlichen eine einheitliche Strömung des Oxidierfluids 517 über eine
Länge der
Leitung 512 bewirken. Ein derartiger Strom kann eine im wesentlichen
gleichmäßige Erhitzung
der Formation 516 über
die Länge
der Leitung 512 ergeben.
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Dichtungsmaterial 542 kann
die Leitung 512 in der Decklage 540 der Formation
umschließen. Dichtungsmaterial 542 kann
den Fluidstrom aus der Öffnung 514 zur
Oberfläche 550 im
wesentlichen verhindern. Das Dichtungsmaterial 542 kann
jedes Material umfassen, das dazu befähigt ist, einen Fluidstrom
zur Oberfläche 550 zu
verhindern, wie Zement, Sand und/oder Kies.
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Oxidationsprodukte 519 treten
typischerweise aus der Öffnung 514 in
die Leitung 512 ein. Oxidationsprodukte 519 können Kohlendioxid,
Stickoxide, Schwefeloxide, Kohlenmonoxide und/oder andere Produkte
umfassen, die aus einer Reaktion von Sauerstoff mit Kohlenwasserstoffen
und/oder Kohlenstoff resultieren. Oxidationsprodukte 519 können durch die
Leitung 512 zur Oberfläche 550 entfernt
werden. Das Oxidationsprodukt 519 kann entlang einer Seite der
Reaktionszone 524 in der Öffnung 514 bis nahe zum
oberen Ende der Öffnung 514 strömen, wo
das Oxidationsprodukt 519 in die Leitung 512 strömen kann.
Oxidationsprodukte 519 können auch über eine oder mehrere Leitungen
entfernt werden, die in der Öffnung 514 und/oder
in der Formation 516 angeordnet sind. Beispielsweise können Oxidationsprodukte 519 durch
eine zweite Leitung entfernt werden, die in der Öffnung 514 angeordnet
ist. Das Entfernen von Oxidations produkten 519 durch eine
Leitung kann die Oxidationsprodukte 519 im wesentlichen daran
hindern, zu einem Förderbohrloch
zu strömen, das
in der Formation 516 angeordnet ist. Kritische Strömungsöffnungen 515 können auch
so ausgebildet sein, daß sie
im wesentlichen die Oxidationsprodukte 519 daran hindern,
in die innere Leitung 513 einzutreten.
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Ein
Strömungsdurchsatz
der Oxidationsprodukte 519 kann mit einem Strömungsdurchsatz
des Oxidierfluids 517 ausgeglichen werden, derart, daß ein im
wesentlichen konstanter Druck innerhalb der Öffnung 514 aufrechterhalten
wird. Für
eine 100 m Länge
eines erhitzten Abschnittes kann ein Strömungsdurchsatz des Oxidierfluids
zwischen etwa 0,5 Standardkubikmeter pro Minute bis etwa 5 Standardkubikmeter
pro Minute oder etwa 1,0 Standardkubikmeter pro Minute bis etwa
4,0 Standardkubikmeter pro Minute oder beispielsweise etwa 1,7 Standardkubikmeter
pro Minute betragen. Der Druck in der Öffnung kann beispielsweise
etwa 8 bar absolut betragen. Das Oxidierfluid 517 kann
zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in dem erhitzten Teil 518 der kohlenwasserstoffhaltigen
Formation 516 in der Reaktionszone 524 erhitzen.
Der erhitzte Teil 518 kann auch anfänglich auf eine Temperatur
erhitzt werden, die ausreicht, um die Oxidation durch eine elektrische Heizeinrichtung
zu stützen,
wie dies in 5 gezeigt ist, oder durch ein
anderes geeignetes System oder hier beschriebenes Verfahren. Bei
einigen Ausführungsbeispielen
kann eine elektrische Heizeinrichtung innerhalb oder an die Außenseite
der Leitung 513 gebunden vorgesehen werden.
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Bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
ist es günstig,
den Druck innerhalb der Öffnung 514 derart zu
steuern, daß das
Oxidationsprodukt und/oder Oxidationsfluide daran gehindert werden,
in die Pyrolysezone der Formation zu strömen. Bei einigen Beispielen
wird der Druck innerhalb der Öffnung 514 mit dem
Druck innerhalb der Formation ausgeglichen, um dies zu erreichen.
Bei anderen Ausführungsbeispielen
können
einige Verbrennungsprodukte in die Formation strömen, um die Druckdifferenz,
die dadurch erzeugt wird, auszunützen,
um den Strom des Oxidierfluids gegen die Reaktionszone zu beschleunigen
und somit die Hitzeerzeugungsrate zu erhöhen.
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Obzwar
die Hitze der Oxidation in die Formation übertragen wird, kann das Oxidationsprodukt 519 (und überschüssiges Oxidationsfluid,
wie Luft) im wesentlichen daran gehindert werden, durch die Formation
und/oder zu einem Förderbohrloch
innerhalb der Formation 516 zu strömen. Statt dessen wird das
Oxidationsprodukt 519 (und überschüssiges Oxidationsfluid) entfernt
(z.B. durch eine Leitung, wie die Leitung 512), wie dies
hier beschrieben ist. Auf diese Weise wird Hitze zur Formation übertragen,
doch kann im wesentlichen verhindert werden, daß die Pyrolysezone mit dem
Oxidationsprodukt 519 und/oder dem Oxidationsfluid in Kontakt
kommt und/oder teilweise oder vollständig in Kontakt kommt.
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Bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
können
zusätzlich
zum Kohlenstoff einige Pyrolyseprodukte nahe der Reaktionszone 524 auch
in der Reaktionszone 524 oxidiert werden. Die Oxidation
des Pyrolyseproduktes in der Reaktionszone 524 kann eine zusätzliche
Erhitzung der Formation 516 ergeben. Wenn eine solche Oxidation
des Pyrolyseproduktes stattfindet, ist es erwünscht, daß das Oxidationsprodukt aus
einer solchen Oxidation nahe der Reaktionszone entfernt wird (z.B.
durch eine Leitung, wie die Leitung 512), wie dies hier
beschrieben ist, wodurch eine Kontaminierung anderer Pyrolyseprodukte
in der Formation mit dem Oxidationsprodukt verhindert wird.
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Die
Leitung 512 kann so ausgebildet sein, daß sie das
Oxidationsprodukt 519 aus der Öffnung 514 in der
Formation 516 ent fernt. Als solches kann das Oxidierfluid 517 in
der inneren Leitung 513 durch den Wärmeaustausch im Decklagenabschnitt 540 von
dem Oxidationsprodukt 519 in der Leitung 512 erhitzt
werden. Das Oxidationsprodukt 519 kann durch Wärmeübertragung
zum Oxidierfluid 517 gekühlt werden. Auf diese Weise
kann die Oxidation von Kohlenwasserstoffen innerhalb der Formation 516 thermisch
wirksamer sein.
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Das
Oxidierfluid 517 kann durch die Reaktionszone 524 oder
die Hitzequellenzone durch Gasphasendiffusion und/oder -konvektion
transportiert werden. Die Diffusion des Oxidierfluids 517 durch
die Reaktionszone 524 kann bei den relativ hohen Oxidationstemperaturen
wirksamer sein. Die Diffusion des Oxidierfluids 517 kann
die Entwicklung einer lokalen Überhitzung
und Fingerbildung in der Formation verhindern. Die Diffusion des
Oxidierfluids 517 durch die Formation 516 ist
im allgemeinen ein Massentransferprozeß. Bei Ausbleiben einer externen Kraft
kann die Diffusionsrate für
das Oxiderfluid 517 von der Konzentration, dem Druck und/oder
der Temperatur des Oxidierfluids 517 innerhalb der Formation 516 abhängen. Die
Diffusionsrate kann auch vom Diffusionskoeffizienten des Oxidierfluids 517 durch die
Formation 516 hindurch abhängen. Der Diffusionskoeffizient
kann durch Messen oder Berechnen basierend auf der kinetischen Gastheorie
bestimmt werden. Im allgemeinen kann eine willkürliche Bewegung des Oxidierfluids 517 das
Oxidierfluid 517 durch die Formation 516 von einem
Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration übertragen.
Eine Konvektion des Oxidierfluids von den Einspritzöffnungen
zur Reaktionszone wird durch die Druckdifferenz zwischen dem Bohrloch
und der Reaktionszone basierend auf den Fluidströmungsgesetzen durch poröses Medium
bestimmt.
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Mit
der Zeit kann sich die Reaktionszone 524 von der Öffnung 514 langsam
radial auf größere Durchmesser
erstrecken, wenn Kohlenwasserstoffe oxidiert werden. Die Reaktionszone 524 kann
bei vielen Ausführungsbeispielen
eine relativ konstante Breite beibehalten. Beispielsweise kann sich
die Reaktionszone 524 in einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation
radial mit einer Geschwindigkeit von weniger als 0,91 m pro Jahr
ausdehnen. Beispielsweise kann sich für eine kohlenwasserstoffhaltige
Formation die Reaktionszone 524 radial mit einer Geschwindigkeit
von 0,5 m pro Jahr bis etwa 1 m pro Jahr ausdehnen. Für eine ölschieferhaltige
Formation kann sich die Reaktionszone 524 radial etwa 2
m im ersten Jahr und mit einer geringeren Geschwindigkeit in nachfolgenden
Jahren infolge der Erhöhung
des Volumens der Reaktionszone 524 ausdehnen, wenn sich
die Reaktionszone 524 radial ausdehnt. Eine solche niedrigere
Geschwindigkeit kann etwa 1 m pro Jahr betragen bis etwa 1,5 m pro
Jahr. Die Reaktionszone 524 kann sich bei kohlenwasserstoffhaltigen
Formationen (z.B. Kohle) mit niedrigeren Geschwindigkeiten und bei
Formationen mit mehr anorganischem Material (z.B. Ölschiefer)
mit größeren Geschwindigkeiten
ausdehnen, da mehr Kohlenwasserstoffe pro Volumen für die Verbrennung
in den kohlenwasserstoffreichen Formationen verfügbar sind.
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Der
Strömungsdurchsatz
des Oxidierfluids 517 in der Öffnung 514 kann erhöht werden,
wenn der Durchmesser der Reaktionszone 524 zunimmt, um
die Oxidationsrate pro Volumeneinheit auf im wesentlichen gleicher
Höhe zu
halten. Somit kann eine Temperatur innerhalb der Reaktionszone 524 bei
einigen Ausführungsbeispielen
im wesentlichen konstant gehalten werden. Die Temperatur innerhalb
der Reaktionszone 524 kann zwischen etwa 650°C bis etwa
900°C, oder
beispielsweise etwa 760°C
betragen.
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Die
Temperatur innerhalb der Reaktionszone 524 kann, abhängig von
beispielsweise einer erwünschten
Heizrate des ausgewählten
Abschnittes 526, variieren. Die Temperatur innerhalb der
Reak tionszone 524 kann zunehmen oder abnehmen, indem der
Strömungsdurchsatz
des Oxidierfluids 517 in der Öffnung 514 zunimmt
oder abnimmt. Die Temperatur der Leitung 512, der inneren
Leitung 513 und/oder irgendwelchen metallurgischen Materials innerhalb
der Öffnung 514 überschreitet üblicherweise
nicht die Temperatur, bei welcher das metallurgische Material sich
zu deformieren oder rasch zu korrodieren beginnt.
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Eine
Zunahme des Durchmessers der Reaktionszone 524 kann ein
relativ rasches Erhitzen der kohlenwasserstoffhaltigen Formation 516 ergeben. Wenn
der Durchmesser der Reaktionszone 425 zunimmt, kann die
pro Zeiteinheit in der Reaktionszone 524 erzeugte Hitzemenge
ebenfalls zunehmen. Eine Vergrößerung der
Hitzemenge, die pro Zeiteinheit in einer Reaktionszone erzeugt wird,
ergibt beispielsweise über
eine Zeitspanne eine erhöhte
Heizrate der Formation 516, selbst ohne Erhöhung der
Temperatur in der Reaktionszone oder der Temperatur in der Leitung 513.
Somit kann eine verstärkte
Erhitzung über
eine Zeitspanne ohne Installation zusätzlicher Heizquellen und ohne
Temperaturerhöhungen erreicht
werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die
Heizraten erhöht
werden, während
die Temperaturen absinken können
(das Absenken der Temperatur kann häufig die Lebensdauer der verwendeten
Ausrüstung
erhöhen).
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Durch
Nutzung des Kohlenstoffes in der Formation als Brennstoff kann der
natürlich
verteilte Combustor signifikante Energiekosten einsparen. Somit
kann ein ökonomisches
Verfahren zum Erhitzen von Formationen geschaffen werden, die ansonsten
zur Erhitzung durch andere Verfahren ungeeignet wären. Auch
brauchen weniger Heizeinrichtungen über eine ausgedehnte Zone der
Formation 516 angeordnet werden. Dies ergibt reduzierte
Ausrüstungskosten,
die mit dem Erhitzen der Formation 516 verknüpft sind.
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Die
in der Reaktionszone 524 erzeugte Hitze kann durch Wärmeleitung
auf den ausgewählten
Abschnitt 526 der Formation 516 übertragen
werden. Zusätzlich
kann die erzeugte Hitze von einer Reaktionszone auf den ausgewählten Abschnitt
in einem geringeren Ausmaß durch
Konvektion übertragen werden.
Der ausgewählte
Abschnitt 526, der gelegentlich als „Pyrolysezone" bezeichnet wird,
kann der Reaktionszone 524 im wesentlichen benachbart sein.
Da das Oxidationsprodukt (und Überschußoxidationsfluid,
wie Luft) typischerweise aus der Reaktionszone entfernt wird, kann
die Pyrolysezone Hitze aus der Reaktionszone erhalten, ohne dem
Oxidationsprodukt oder den Oxidiermitteln ausgesetzt zu sein, die
in der Reaktionszone vorhanden sind. Das Oxidatinsprodukt und/oder
die Oxidierfluide können die
Bildung von unerwünschten
Formationsprodukten verursachen, wenn diese in der Pyrolysezone vorhanden
sind. Beispielsweise ist es bei bestimmten Ausführungsbeispielen erwünscht, die
Pyrolyse in einer reduzierten Umgebung auszuführen. Somit ist es häufig nützlich,
eine Wärmeübertragung
von der Reaktionszone zur Pyrolysezone zu gestatten, während das
Oxidationsprodukt und/oder Oxidationsfluid vom Erreichen der Pyrolysezone
zurückgehalten
wird.
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Die
Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen oder anderen hitzegesteuerten Verfahren
kann in einem ausgewählten
erhitzten Abschnitt 526 stattfinden. Der ausgewählte Abschnitt 526 kann
sich für
die Pyrolyse auf einer Temperatur zwischen etwa 270°C bis etwa
400°C befinden.
Die Temperatur des ausgewählten
Abschnittes 526 kann durch Wärmeübertragung aus der Reaktionszone 524 erhöht werden. Eine
Temperaturzunahmerate kann wie bei jedem anderen der vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele
gewählt
werden. Eine Temperatur in der Formation 516, dem ausgewählten Abschnitt 526 und/oder
der Reaktionszone 524 kann derart gesteuert werden, daß die Produktion
von Stickoxiden im wesentlichen verhindert wird. Stickoxide werden
häufig
bei Temperaturen oberhalb von etwa 1200°C erzeugt.
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Die
Temperatur innerhalb der Öffnung 514 kann
mit einem Thermoelement überwacht
werden, das in der Öffnung 514 angeordnet
ist. Die Temperatur innerhalb der Öffnung 514 kann derart überwacht werden,
daß eine
Temperatur innerhalb eines ausgewählten Bereiches aufrechterhalten
werden kann. Der ausgewählte
Bereich kann abhängig
von beispielsweise einer erwünschten
Heizrate der Formation 516 variieren. Eine Temperatur kann
innerhalb eines ausgewählten
Bereiches durch Erhöhen
oder Absenken des Strömungsdurchsatzes
des Oxidierfluids 517 aufrechterhalten werden. Wenn beispielsweise
eine Temperatur innerhalb der Öffnung 514 unterhalb
einem gewählten
Temperaturbereich fällt, kann
der Strömungsdurchsatz
des Oxidierfluids 517 erhöht werden, um die Verbrennung
zu verstärken und
dadurch die Temperatur innerhalb der Öffnung 514 zu erhöhen. Wenn
alternativ ein Thermoelement in einer Leitung 512 und/oder
auf einer Seite der Reaktionszone 524 angeordnet wird,
kann eine Temperatur dementsprechend überwacht werden.
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Bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
können
ein oder mehrere natürlich
verteilte Combustoren entlang der vertikalen und/oder horizontalen
Orientierung vorgesehen werden. Dies reduziert die Druckdifferenz
entlang der erhitzten Länge
des Bohrloches und begünstigt
eine gleichmäßigere Erhitzung und
verbesserte Steuerung.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
kann das Vorhandensein von Luft oder molekularem Sauerstoff, O2, im Oxidationsprodukt 519 überwacht
werden. Alternativ kann eine Stickstoffmenge, eine Kohlenmonoxidmenge,
eine Kohlendioxidmenge, Stockoxide, Schwefeloxide etc. in dem Oxidationsprodukt 519 überwacht
werden. Das Überwachen
der Zusammensetzung und/oder Menge des Oxidati onsproduktes 519 kann
für den
Wärmeausgleich,
für die Prozeßdiagnostik,
die Prozeßsteuerung
etc. nützlich sein.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Abschnittes der Decklage mit natürlich verteilten Combustoren,
wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Decklagenauskleidung 541 kann
in einer Decklage 540 der Formation 516 angeordnet werden.
Die Decklagenauskleidung 541 kann im wesentlichen von Materialien
umgeben sein (z.B. einem Isoliermaterial, wie Zement), die im wesentlichen eine
Erhitzung der Decklage 541 verhindern. Die Decklagenauskleidung 541 kann
aus einem Metallmaterial bestehen, wie Kohlenstoffstahl, aber nicht
diesen beschränkt.
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Die
Decklagenauskleidung kann in einem Bewehrungsmaterial 544 in
der Decklage 540 angeordnet werden. Das Bewehrungsmaterial 544 kann beispielsweise
Zement, Sand, Beton usw. sein. Dichtungsmaterial 542 kann
in der Formation zwischen der Decklagenauskleidung 541 und
der Öffnung 514 vorhanden
sein. Das Dichtungsmaterial 542 kann irgendein im wesentlichen
nicht-poröses
Material (z.B. Zement, Beton, Mörtel
etc.) sein. Das Dichtungsmaterial 542 kann eine Strömung des
Fluids außerhalb der
Leitung 512 und zwischen der Öffnung 514 und der
Oberfläche 550 verhindern.
Die innere Leitung 513 kann der Öffnung 514 in der
Formation 516 ein Fluid zuführen. Die Leitung 512 kann
ein Verbrennungsprodukt (oder überschüssiges Oxidationsfluid) aus
der Öffnung 514 in
die Formation 516 entfernen. Der Durchmesser der Leitung 512 kann
durch eine Menge des Verbrennungsproduktes bestimmt werden, welches
durch die Oxidation in dem natürlich verteilten
Combustor erzeugt wird. Beispielsweise kann ein größerer Durchmesser
für eine
größere Menge
an Abgasprodukt erforderlich sein, das von der Heizeinrichtung aus
einem natürlich
verteilten Combustor erzeugt wird.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
zumindest ein Teil der Formation auf eine solche Temperatur erhitzt
werden, daß zumindest
ein Teil der kohlenwasserstoffhaltigen Formation in Koks und/oder
Teer umgewandelt wird. Koks und/oder Teer können bei Temperaturen oberhalb
400°C und bei
einer hohen Erhitzungsrate (z.B. oberhalb etwa 10°C/Tag) geformt
werden. In Anwesenheit eines Oxidierfluids werden der Koks oder
der Teer oxidieren. Hitze kann aus der Oxidation von Koks oder Teer erzeugt
werden, wie dies in irgendeinem der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Fall ist.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines natürlich
verteilten Combustor-Heizsystems. Ein isolierter Leiter 562 kann
an die Leitung 432 gekuppelt und in der Öffnung 514 in
der Formation 516 angeordnet werden. Der isolierte Leiter 562 kann
im Inneren der Leitung 532 angeordnet (wodurch ein Zurückholen des
isolierten Leiters 562 ermöglicht wird) oder alternativ
an eine Außenfläche der
Leitung 532 gekuppelt werden. Ein solches Isoliermaterial
kann beispielsweise Minerale, Keramik usw. umfassen. Die Leitung 532 kann
kritische Strömungsöffnungen 515 aufweisen,
die entlang ihrer Länge
innerhalb der Öffnung 514 angeordnet
sind. Kritische Strömungsöffnungen 515 können so
konfiguriert sein, wie dies hier beschrieben ist. Ein elektrischer
Strom kann an den isolierten Leiter 562 angelegt werden,
um Strahlungshitze in der Öffnung 514 zu
erzeugen. Die Leitung 532 kann so konfiguriert werden,
daß sie
als Rückleitung für den Strom
dient. Der isolierte Leiter 562 kann konfiguriert werden,
um den Teil 518 der Formation auf eine Temperatur zu erhitzen,
die ausreicht, um die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu stützen. Der Teil 518,
die Reaktionszone 524 und der ausgewählte Abschnitt 526 können Eigenschaften
haben, wie sie hier beschrieben sind. Eine solche Temperatur kann Temperaturen
umfassen, wie sie hier beschrieben sind.
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Die
Oxidierfluidquelle 508 kann der Leitung 532 Oxidierfluid
zuführen.
Das Oxidierfluid kann der Öffnung 514 durch
die kritischen Strömungsöffnungen 515 in
der Leitung 532 zugeführt
werden. Oxidierfluid kann zumindest einen Teil der kohlenwasserstoffhaltigen
Formation in der Reaktionszone 524 oxidieren. Die Reaktionszone 524 kann
Eigenschaften haben, wie sie hier beschrieben sind. Die in der Reaktionszone 524 erzeugte
Hitze kann auf den ausgewählten
Abschnitt 526 beispielsweise durch Konvektion, Strahlung
und/oder Leitung übertragen
werden. Das Oxidationsprodukt kann durch eine gesonderte Leitung
entfernt werden, die in der Öffnung 514 angeordnet
ist, oder durch eine Öffnung 543 in
der Decklagenauskleidung 541. Die gesonderte Leitung kann
so ausgebildet sein, wie dies hier beschrieben ist. Dichtungsmaterial 542 und
Bewehrungsmaterial 544 können so konfiguriert sein,
wie hier beschrieben.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer natürlich
verteilten Combustor-Heizeinrichtung mit einer zusätzlichen
Brennstoffleitung. Die Brennstoffleitung 536 kann in der Öffnung 514 angeordnet
werden. Sie kann bei bestimmten Ausführungsbeispielen im wesentlichen
der Leitung 533 benachbart angeordnet sein. Die Brennstoffleitung 536 kann
kritische Strömungsöffnungen 535 über ihre
Länge innerhalb einer Öffnung 514 aufweisen.
Die Leitung 533 kann kritische Strömungsöffnungen 515 entlang
ihrer Länge
innerhalb der Öffnung 514 haben.
Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können so
konfiguriert sein, wie dies hier beschrieben ist. Die kritischen Strömungsöffnungen 535 und
die kritischen Strömungsöffnungen 515 können an
der Brennstoffleitung 536 und der Leitung 533 vorgesehen
sein, derart, daß ein
Brennstofffluid durch die Brennstoffleitung 536 und ein
Oxidierfluid durch die Leitung 533 zur Verfügung gestellt
wird und diese die Leitung 536 und/oder die Leitung 533 bei
der Reaktion nicht wesentlich erhitzen. Beispielsweise können das
Brennstofffluid und das Oxidierfluid bei Kontakt miteinander reagieren,
wobei aus dieser Reaktion Hitze erzeugt wird. Die Hitze aus dieser
Reaktion kann die Brennstoffleitung 536 und/oder die Leitung 533 auf
eine Temperatur erhitzen, die ausreicht, um ein Schmelzen des metallurgischen
Materials in der Brennstoffleitung 536 und/oder der Leitung 533 im
wesentlichen zu beginnen, wenn die Reaktion in der Nähe der Brennstoffleitung 536 und/oder
der Leitung 533 stattfindet. Deshalb kann ein Design für die kritischen Strömungsöffnungen 535 an
der Brennstoffleitung 536 und die kritischen Strömungsöffnungen 515 an der
Leitung 533 derart erfolgen, daß das Brennstofffluid und das
Oxidierfluid in der Nähe
dieser Leitungen nicht wesentlich reagieren. Beispielsweise können die
Leitungen 536 und 533 mechanisch gekuppelt sein,
derart, daß die Öffnungen
in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind, und derart, daß die Öffnungen
der Formation 516 zugekehrt sind.
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Die
Reaktion des Brennstofffluids und des Oxidierfluids kann Hitze erzeugen.
Das Brennstofffluid und das Oxidierfluid können die hier beschriebenen
Eigenschaften haben. Das Brennstofffluid kann beispielsweise Erdgas,
Ethan, Stickstoff- oder Synthesegas sein, das bei einem in situ-Prozeß in einem anderen
Teil der Formation erzeugt wird. Die erzeugte Hitze kann so groß sein,
daß sie
den Teil 518 auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht,
um die Oxidation der Kohlenwasserstoffe zu stützen. Bei Erhitzen des Teiles 518 auf
eine Temperatur, die ausreicht, um die Oxidation zu stützen, kann
eine Strömung
des Brennstofffluids in die Öffnung 514 verhindert
oder abgedreht werden. Alternativ kann die Zufuhr von Brennstoff
durch das Erhitzen der Formation fortgesetzt werden, wodurch die
im Kohlenstoff gespeicherte Hitze verwendet wird, um die Temperatur
in der Öffnung 514 oberhalb
der Selbstentzündungstemperatur
des Brennstoffes zu halten.
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Das
Oxidierfluid kann zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in
der Reaktionszone 524 oxidieren. Die erzeugte Hitze wird
beispielsweise durch Strahlung, Konvektion und/oder Leitung auf den
ausgewählten
Abschnitt 526 übertragen.
Ein Oxidationsprodukt kann durch eine separate Leitung, die in der Öffnung 514 angeordnet
ist, oder durch eine Öffnung 543 in
der Decklagenauskleidung 541 entfernt werden. Dichtungsmaterial 542 und
Bewehrungsmaterial 544 können so ausgebildet sein, wie dies
hier beschrieben ist.
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5 illustriert
ein Ausführungsbeispiel
eines Systems, das so ausgebildet ist, daß es eine kohlenwasserstoffhaltige
Formation erhitzt. Eine elektrische Heizeinrichtung 510 kann
innerhalb der Öffnung 514 in
der kohlenwasserstoffhaltigen Formation 516 angeordnet
werden. Die Öffnung 514 kann durch
die Decklage 540 in die Formation 516 geformt werden.
Die Öffnung 514 kann
zumindest etwa 5 cm Durchmesser haben. Die Öffnung 514 kann beispielsweise
einen Durchmesser von etwa 13 cm haben. Die elektrische Heizeinrichtung 510 kann
zumindest einen Teil 518 der kohlenwasserstoffhaltigen Formation 516 auf
eine Temperatur erhitzen, die ausreicht, um die Oxidation zu stützen (z.B.
etwa 260°C). Der
Teil 518 kann eine Breite von etwa 1 m haben. Ein Oxidierfluid
(z.B. Flüssigkeit
oder Gas) kann durch eine Leitung 512 oder irgendeinen
anderen geeigneten Fluidübertragungsmechanismus
in die Öffnung
eingebracht werden. Die Leitung 512 kann kritische Strömungsöffnungen 515 haben,
die entlang einer Länge
der Leitung vorgesehen sind. Die kritischen Strömungsöffnungen können so konfiguriert sein,
wie dies hier beschrieben ist.
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Beispielsweise
kann die Leitung 512 ein Rohr sein, daß so ausgebildet ist, daß es das
Oxidierfluid von einer Oxidierfluidquelle 508 der Öffnung 514 zuführt. Beispielsweise
kann die Leitung 512 ein rostfreies Stahlrohr sein. Das
Oxidierfluid kann Luft oder irgendein anderes sauerstoffhaltiges
Fluid (z.B. Wasserstoffperoxid, Stickoxide, Ozone) umfassen. Gemische
von Oxidierfluiden können
verwendet werden. Ein Oxidierfluidgemisch kann beispielsweise ein
Fluid umfassen, das fünfzig
Prozent Sauerstoff und fünfzig
Prozent Stickstoff aufweist. Das Oxidierfluid kann auch bei einigen
Ausführungsbeispielen
eine Verbindung aufweisen, die Sauerstoff freisetzt, wenn sie erhitzt
wird, wie dies hier beschrieben wird, wie Wasserstoffperoxid. Das
Oxidierfluid kann zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in
der Formation oxidieren.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
wird ein Wärmetauscher
außerhalb
der Formation angeordnet und so konfiguriert, daß er das Oxidierfluid erhitzt. Das
erhitzte Oxidierfluid kann von dem Wärmetauscher (direkt oder indirekt)
der Öffnung
zugeführt werden.
Beispielsweise kann das erhitzte Oxidierfluid von dem Wärmetauscher
in die Öffnung
durch eine Leitung eingebracht werden, die in der Öffnung angeordnet
und mit dem Wärmetauscher
gekuppelt ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann die Leitung ein rostfreies Stahlrohr sein. Das erhitzte Oxidierfluid kann
so konfiguriert sein, daß es
zumindest einen Teil der Formation auf eine Temperatur erhitzt,
die ausreicht, um die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu stützen, oder
zum Erhitzen dieses Teiles beiträgt. Nachdem
der erhitzte Teil eine solche Temperatur erreicht, kann das Erhitzen
des Oxidierfluids im Wärmetauscher
reduziert oder kann abgedreht werden.
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6 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel eines
Systems, das so konfiguriert ist, daß es eine kohlenwasserstoffhaltige
Formation erhitzt. Der Wärmetauscher 520 kann
außerhalb
der Öffnung 514 in der
kohlenwasserstoffhaltigen Formation 516 angeordnet sein.
Die Öffnung 514 kann
durch die Decklage 540 in die Formation 516 geformt
werden. Der Wärmetauscher 520 kann
Hitze von einem anderen Oberflächenprozeß zur Verfügung stel len
oder eine Heizeinrichtung (z.B. eine elektrische oder Combustor-Heizeinrichtung)
aufweisen. Die Oxidierfluidquelle 508 kann ein Oxidierfluid
zuführen,
um den Wärmetauscher 520 zu
erhitzen. Der Wärmetauscher 520 kann
ein Oxidierfluid erhitzen (z.B. oberhalb 200°C oder eine Temperatur, die
ausreicht, um die Oxidation der Kohlenwasserstoffe zu stützen). Das erhitzte
Oxidierfluid kann durch die Leitung 521 in die Öffnung 514 eingebracht
werden. Die Leitung 521 kann kritische Strömungsöffnungen 515 haben,
die entlang einer Länge
der Leitung vorgesehen sind. Die kritischen Strömungsöffnungen können so konfiguriert sein,
wie dies hier beschrieben ist. Das erhitzte Oxidierfluid kann einen
Teil 518 der Formation auf eine Temperatur erhitzen, die
ausreicht, um die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu stützen, oder zum
Erhitzen dieses Teiles zumindest beitragen. Das Oxidierfluid kann
zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in der Formation oxidieren.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel kann
ein Brennstofffluid in einer Heizeinrichtung oxidiert werden, die
außerhalb
einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation liegt. Das Brennstofffluid
kann mit einem Oxidierfluid in der Heizeinrichtung oxidiert werden.
Als Beispiel kann die Heizeinrichtung eine flammengezündete Heizeinrichtung
sein. Ein Brennstofffluid kann irgendein Fluid umfassen, das so
ausgebildet ist, daß es
mit Sauerstoff reagiert. Als Beispiele eines Brennstofffluids seien
Methan, Ethan, Propan oder irgendein anderer Kohlenwasserstoff oder
Wasserstoff- und Synthesegas genannt. Das oxidierte Brennstofffluid
kann aus der Heizeinrichtung über eine
Leitung in die Öffnung
und zurück
zur Oberfläche
durch eine andere Leitung in der Decklage eingebracht werden. Die
Leitungen können
innerhalb der Decklage gekuppelt sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen
können
die Leitungen konzentrisch angeordnet sein. Das oxidierte Brennstofffluid
kann so konfiguriert sein, daß es
zumindest einen Teil der Formation auf eine Temperatur erhitzt,
die ausreicht, um die Oxidation der Kohlenwasserstoffe zu stützen, oder
zum Erhitzen dieses Teiles beiträgt.
Bei Erreichen einer solchen Temperatur kann das oxidierte Brennstofffluid
mit einem Oxidierfluid ersetzt werden. Das Oxidierfluid kann zumindest
einen Teil der Kohlenwasserstoffe in einer Reaktionszone innerhalb
der Formation oxidieren.