專利名稱：加熱地下地層以轉(zhuǎn)化有機(jī)物成為烴流體的電傳導(dǎo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從地下地層采收烴的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及從富含有機(jī)物巖層原位采收烴流體，所述巖層包括例如油頁巖地層、煤地層和焦油砂地層。本發(fā)明還涉及使用電能加熱地下地層的方法。本申請涉及在審的美國非臨時(shí)專利申請?zhí)?2/074，899，律師文案號 2007EM026，其在 2008 年 3 月 7 日提交，名稱為 “Granular Electrical Connections for In Situ Formation Heating(用于原位地層加熱的粒狀電連接)”，并且通過引用以整體并入本文。美國申請?zhí)?2/074，899又要求在2007年3月22日提交的在審美國臨時(shí)專利申請?zhí)?0/919，391的權(quán)益，該臨時(shí)申請名稱也是“Granular Electrical Connections for In Situ Formation Heating(用于原位地層加熱的粒狀電連接)”，并且通過引用以其整體并入本文。技術(shù)討論已知某些地質(zhì)地層包含被稱為“干酪根(kerogen) ”的有機(jī)物。干酪根是固體含碳物質(zhì)。當(dāng)干酪根被嵌在巖層中時(shí)，該混合物被稱為油頁巖。實(shí)際上，不管該礦物質(zhì)事實(shí)上在技術(shù)上是不是頁巖，它都是由致密粘土形成的巖石。干酪根暴露于熱一段時(shí)間后經(jīng)歷分解。加熱后，干酪根在分子水平上分解以產(chǎn)生油、氣和含碳焦炭。還可以產(chǎn)生少量的水。油、氣和水流體在該巖石基體內(nèi)變得可以流動(dòng)， 而含碳焦炭保持基本上不動(dòng)。在世界范圍內(nèi)的各個(gè)地區(qū)包括美國都發(fā)現(xiàn)了油頁巖地層。此類地層主要在懷俄明州、科羅拉多州和猶他州發(fā)現(xiàn)。油頁巖地層往往位于相對淺的深度，并且通常的特征在于有限的滲透性。一些人認(rèn)為油頁巖地層是這樣的烴沉積物，其還沒有經(jīng)歷認(rèn)為是形成常規(guī)油和氣儲量所需的多年熱和壓力。干酪根分解產(chǎn)生流動(dòng)烴的速率依賴于溫度。在許多歲月的期間一般超過 2700C (518 T)的溫度對于大量轉(zhuǎn)化來說可能是必需的。在更高的溫度下大量轉(zhuǎn)化可以在更短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。當(dāng)干酪根被加熱至所需溫度時(shí)，化學(xué)反應(yīng)將形成固體干酪根的較大分子裂解成較小的油和氣分子。熱轉(zhuǎn)化工藝被稱為熱解或干餾。從油頁巖地層提取油已經(jīng)嘗試了許多年。近地表油頁巖在地表被開采并干餾已經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)。在1862年，James Young開始加工蘇格蘭油頁巖。該工業(yè)持續(xù)了大約100 年。商業(yè)上通過地表開采的油頁巖干餾也已經(jīng)在其它國家進(jìn)行。這些國家包括澳大利亞、 巴西、中國、愛沙尼亞、法國、俄羅斯、南非、西班牙和瑞典。然而，因?yàn)樗C實(shí)是不經(jīng)濟(jì)的或者由于廢頁巖處理上的環(huán)境限制，該實(shí)踐在最近幾年已經(jīng)大部分停止。(參見T. F. Yen和 G. V. Chilingarian, "Oil Shale, ” Amsterdam，Elsevier, p.四2，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文)。此外，地表干餾需要開采油頁巖，這限于對非常淺地層的應(yīng)用。在美國，自從20世紀(jì)OO年代早期就已經(jīng)知道在西北的科羅拉多州存在油頁巖沉積物。盡管時(shí)不時(shí)在該地區(qū)開展研究項(xiàng)目，但是還沒有進(jìn)行認(rèn)真的商業(yè)開發(fā)。大部分對油頁巖生產(chǎn)的研究在20世紀(jì)OO年代后期進(jìn)行。該研究主要是針對頁巖油地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)以及在地表設(shè)備中的干餾。在1947年，美國專利號2，732，195授予Ljungstrom0該發(fā)明名稱為‘‘Method of Treating Oil Shale and Recovery of Oil and Other Mineral Products Therefrom，，白勺專利提議在高溫下將熱原位施加于油頁巖地層。這種原位加熱的目的是蒸餾烴和將它們采收到表面。該'195 Ljungstrom專利通過引用并入本文。Ljungstrom杜撰了短語“熱供給通道(heat supply channels) ”以描述鉆到地層中的井眼。該井眼接收將熱傳遞到周圍油頁巖的電熱導(dǎo)體。因此，熱供給通道充當(dāng)早期熱注入井。熱注入井中的電加熱部件被放在砂或水泥或其它導(dǎo)熱材料內(nèi)，以允許熱注入井將熱傳送到周圍的油頁巖中，同時(shí)防止流體的流入。根據(jù)Ljimgstrom，在某些應(yīng)用中，該“集合體(aggregate) ”被加熱至500°C與1，000°C之間。與熱注入井一起，流體生產(chǎn)井也在熱注入井附近完井。將熱導(dǎo)入巖石基體中后，干酪根被熱解，產(chǎn)生的油和氣將通過鄰近的生產(chǎn)井被采收。Ljungstrom通過Swedish Shale Oil Company實(shí)施了他的從加熱井筒進(jìn)行熱傳導(dǎo)的方法。全規(guī)模的工廠被建立，其從1944年運(yùn)行至20世紀(jì)50年代。(參見G. Salamonsson, "The Ljungstrom In Situ Method for Shale-Oil Recovery,，，2nd Oil Shale and Cannel Coal Conference, v. 2, Glasgow, Scotland, Institute of Petroleum, London, p.沈0-觀0 (1951)，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文)。另外的原位方法已經(jīng)被提出。這些方法一般涉及將熱和/或溶劑注入地下油頁巖地層中。熱可以以熱的甲烷(參見J. L. Dougan的美國專利號3，241, 611)、煙道氣或過熱蒸汽(參見D. W. Peacock的美國專利號3，400，762)的形式。熱還可以以電阻加熱、電介體加熱、射頻(RF)加熱(美國專利號4，140，180，其被轉(zhuǎn)讓給位于伊利諾斯州芝加哥的 ITT Research Institute)或者氧化劑注射的形式，以支持原位燃燒。在某些情況中，人工滲透性已經(jīng)在該基巖中形成以有助于熱解流體的運(yùn)動(dòng)。滲透性產(chǎn)生方法包括挖掘、碎石化 (rubblization)、水力壓裂(參見 M. L. Slusser 的美國專利號 3，468，376 以及 J. V. Vogel 的美國專利號3，513，914)、爆炸壓裂(參見W. W. Hoover等的美國專利號1，422，204)、熱壓裂(參見R. W. Thomas的美國專利號3，284, 281)以及蒸汽壓裂(參見H. Purre的美國專利號 2，952，450)。在1989年，美國專利號4，886，118授予Shell Oil Company (殼牌石油公司)， 其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。該名稱為“Conductively Heating a Subterranean Oil Shale to Create Permeability and Subsequently Produce Oil，，白勺專禾聲明 “ [c] ontrary to the implications of. . . prior teachings and beliefs. . . the presently described conductive heating process is economically feasible for use even in a substantially impermeable subterranean oil shale. ( % . . . ^^^^白勺^^帛禾口—^去白勺暗示相反...目前描述的傳導(dǎo)性加熱工藝對于甚至在基本上不可滲透的地下油頁巖中的應(yīng)用來說是經(jīng)濟(jì)上可行的。)”(第6欄，第50巧4行)。盡管有該聲明，但應(yīng)當(dāng)注意，除了 Ljungstrom企業(yè)外，幾乎沒有——如果有的話——出現(xiàn)商業(yè)性原位頁巖油生產(chǎn)。該'118 專利提出控制每個(gè)熱注入井周圍的巖石內(nèi)的熱傳導(dǎo)速率以提供均勻的熱前緣。如以上指出，已經(jīng)考慮地下地層的電阻加熱技術(shù)。F. S. Chute和F. E. Vermeulen 在 Present and Potential Applications of Electromagnetic Heating in the In Situ Recovery of Oil, AOSTRA J. Res.，v. 4, p. 19-33(1988)中描述了重油小型試驗(yàn)，其中“電預(yù)加熱”用于使電流在兩個(gè)井之間流動(dòng)，以降低粘度和產(chǎn)生在兩個(gè)井之間的通訊信道用于跟進(jìn)的蒸汽驅(qū)。已經(jīng)公開在相同井中的層疊傳導(dǎo)裂縫或電極之間運(yùn)行交流電或射頻電能以加熱地下地層。參見名稱為“Method and Apparatus for Electrical Heating of Oil-Bearing Formations” 的美國專利號 3，149，672 ；名稱為 “Method and Apparatus for Electrically Heating a Subsurface Formations” 的美國專利號 3，620，300 ；名稱為 “In Situ Oil Shale Process"的美國專利號 4，401，162 ；名稱為 “Method for In Situ Heating of Hydrocarbonaceous Formations” 白勺禾!JH 705，108。 g禾爾力 "Electrical Method and Apparatus for the Recovery of Oil”的美國專利號3，642，066 提供了通過在不同井之間運(yùn)行交流電在地下地層內(nèi)進(jìn)行電阻加熱的描述。其它已經(jīng)描述在井筒中產(chǎn)生有效電極的方法。參見名稱為“Electrode Well Method and Apparatus”的美國專利號 4，567，945 禾P名稱為"Method for Increasing the Production of Petroleum From a Subterranean Formation Penetrated by a Wellbore，，的美國專利號 5，620，049。 名稱為“In Situ Electrolinking of Oil shale”的美國專利號3，137，347描述了使電流流過連接兩個(gè)井的裂縫以使電流在周圍地層的體相中發(fā)生的方法。地層的加熱主要由于地層的體電阻進(jìn)行。油頁巖干餾和頁巖油采收的另外歷史可以在名稱為“Methods of Treating a Subterranean Formation to Convert Organic Matter into Producible Hydrocarbons，， 的共有美國專利號7，331，385中找到。該專利的背景部分和技術(shù)公開內(nèi)容通過引用方式并入本文。對生產(chǎn)頁巖油的改良方法存在需求。另外，對加熱地下地層的改進(jìn)方法存在需求。 更進(jìn)一步地，對于使用在富含有機(jī)物巖層內(nèi)放置的電傳導(dǎo)性顆粒材料有助于快速和有效的地下加熱器井布置的方法存在需求。發(fā)明概述在一個(gè)實(shí)施方式中，提供使用電阻加熱加熱地下地層的方法。在一方面，該方法包括提供穿透地下地層內(nèi)的固體富含有機(jī)物巖石的層段的兩個(gè)或更多個(gè)井筒。優(yōu)選地，該富含有機(jī)物巖石包括油頁巖。至少一個(gè)裂縫自兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的至少一個(gè)在富含有機(jī)物巖石中建立。優(yōu)選地，所述至少一個(gè)裂縫是水力形成。該方法也包括在所述至少一個(gè)裂縫中放置電傳導(dǎo)性材料。以這種方式，在兩個(gè)或更個(gè)井筒之間提供電傳輸(electrical communication) 0電傳導(dǎo)性材料包括與兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)接觸放置的第一部分以及在所述第一部分中間和在所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒周圍的第二部分。所述第一部分具有第一體電阻率而所述第二部分具有第二體電阻率。
所述方法還包括傳遞電流通過所述裂縫，使得在電傳導(dǎo)性材料內(nèi)由電阻產(chǎn)生熱， 足以熱解至少一部分的富含有機(jī)物巖石成為烴流體。在所述電傳導(dǎo)性材料的第一部分內(nèi)生成的熱小于在所述電傳導(dǎo)性材料的第二部分內(nèi)生成的熱。在一個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)基本垂直地完井，并且所述至少一個(gè)裂縫是基本水平的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)基本水平地完井，并且所述至少一個(gè)裂縫是基本垂直的。電傳導(dǎo)性材料優(yōu)選地包括支撐劑材料。在一方面，電傳導(dǎo)性材料的第一部分包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。在另一方面，電傳導(dǎo)性材料的第二部分包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。如所說明，第一部分的電阻率不同于第二部分中的電阻率。在一方面，構(gòu)成第二部分電傳導(dǎo)性材料的材料的電阻率比構(gòu)成第一部分電傳導(dǎo)性材料的材料的電阻率大大約 10至100倍。在一個(gè)實(shí)例中，并且僅舉例而言，電傳導(dǎo)性材料的第一部分的電阻率可以為約0. 005歐姆-米?？蛇x地，第一部分的電阻率可以為約0. 00005歐姆-米，或甚至低至 0. 00001歐姆-米。在另一方面，電傳導(dǎo)性材料的第一部分基本為非傳導(dǎo)的，并且電傳導(dǎo)性材料的第二部分接觸兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)的至少一部分。非傳導(dǎo)性材料的例子包括硅石、 石英、水泥片(cement chips)、砂巖或其組合。在一個(gè)實(shí)例中，并僅舉例而言，電傳導(dǎo)性材料的第一部分的電阻率接近無窮大。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括連續(xù)傳遞電流通過電傳導(dǎo)性材料的第一和第二傳導(dǎo)部分的步驟。以這種方式，油頁巖熱解成烴流體發(fā)生。烴流體然后可以從地下地層被開采到地表加工設(shè)備。使用電阻加熱加熱地下地層的另一種方法在本文提供。優(yōu)選地，地下地層是富含有機(jī)物巖層。優(yōu)選地，地下地層包含重?zé)N。更優(yōu)選地，地下地層是油頁巖地層。所述方法包括在至少部分地位于地下地層內(nèi)的第一井筒和同樣至少部分地位于地下地層內(nèi)的第二井筒之間的地下地層中產(chǎn)生至少一個(gè)通路。電傳導(dǎo)性材料放置在所述至少一個(gè)通路中以形成電連接。所述電連接提供在第一井筒和第二井筒之間的電傳輸。所述電傳導(dǎo)性材料可以是顆粒材料。所述方法也包括在第一井筒中提供第一電傳導(dǎo)部件，使得所述第一傳導(dǎo)部件與電連接進(jìn)行電傳輸，和在第二井筒中提供第二電傳導(dǎo)部件，使得所述第二電傳導(dǎo)部件也與電連接進(jìn)行電傳輸。以這種方式，形成至少由第一電傳導(dǎo)部件、電連接和第二電傳導(dǎo)部件構(gòu)成的電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑。所述方法也包括建立通過電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑的電流。由于電阻加熱，這在傳導(dǎo)流動(dòng)路徑內(nèi)生成熱。生成的熱的至少一部分熱傳導(dǎo)進(jìn)入地下地層。根據(jù)這種方法，生成的熱由接近第一電傳導(dǎo)部件和第二電傳導(dǎo)部件生成的第一熱和在第一電傳導(dǎo)部件和第二電傳導(dǎo)部件中間的電傳導(dǎo)性材料生成的第二熱組成。所述第一熱小于所述第二熱。優(yōu)選地，生成的熱引起至少一部分地下地層內(nèi)的固體烴熱解。在一個(gè)實(shí)施方式中，電傳導(dǎo)性材料包括(i)分別緊鄰第一電傳導(dǎo)部件和第二電傳導(dǎo)部件的第一部分，和(ii)在所述第一電傳導(dǎo)部件和第二電傳導(dǎo)部件周圍的所述第一部分中間的第二部分。第一部分的電阻率不同于第二部分的電阻率。在一方面，電傳導(dǎo)性材料的第一部分具有足夠低的電阻率，以提供電傳導(dǎo)而沒有大量熱生成。例如，電傳導(dǎo)性顆粒材料的第一部分可以包括以干重計(jì)小于或等于50%的水泥和以干重計(jì)50%或更多的石墨。電傳導(dǎo)性顆粒材料的第一部分可以包括50%至75%之間的顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。在一個(gè)總的方面，使用電阻加熱加熱地下地層的方法包括提供穿透地下地層內(nèi)的固體富含有機(jī)物巖石的層段的兩個(gè)或更多個(gè)井筒；自兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的至少一個(gè)在富含有機(jī)物巖石中建立至少一個(gè)裂縫；和在至少一個(gè)裂縫中提供電傳導(dǎo)性材料，以在兩個(gè)或更多個(gè)井筒之間提供電傳輸。電傳導(dǎo)性材料包括(i)與兩個(gè)或更多個(gè)井筒中每一個(gè)接觸放置且具有第一體電阻率的第一部分，和(ii)在兩個(gè)或更多個(gè)井筒中間且具有第二體電阻率的第二電傳導(dǎo)部分。電流通過至少一個(gè)裂縫，使得電阻熱在電傳導(dǎo)性材料內(nèi)生成足以熱解至少一部分的富含有機(jī)物巖石成為烴流體，其中生成的熱在電傳導(dǎo)性材料的第一部分內(nèi)比在電傳導(dǎo)性材料的第二部分內(nèi)低。這個(gè)方面的實(shí)施方式可以包括一個(gè)或多個(gè)以下的特征。例如，富含有機(jī)物的巖石可以包括油頁巖。兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)可以基本垂直和/或水平地完井。所述至少一個(gè)裂縫可以為基本水平的、垂直的或者它們的一些組合。電傳導(dǎo)性材料可以包括用作支撐劑的顆粒材料。電傳導(dǎo)性材料的第一部分可以包括粒狀金屬、鍍金屬顆粒、焦炭、石墨和/或它們的任何組合。電傳導(dǎo)性材料的第二部分可以包括粒狀金屬、鍍金屬顆粒、焦炭、 石墨和/或它們的任何組合。構(gòu)成第二部分電傳導(dǎo)性材料的材料的電阻率可以大于構(gòu)成第一部分電傳導(dǎo)性材料的材料的電阻率約10至100倍。電傳導(dǎo)性材料的第一部分可以是基本非傳導(dǎo)的。電傳導(dǎo)性材料的第二部分可以接觸兩個(gè)或更多個(gè)井筒的每一個(gè)的至少一部分。 電傳導(dǎo)性材料的第一部分可以包括硅石、石英、水泥片、砂巖或其任何組合。電傳導(dǎo)性材料的第一部分的電阻率可以是約0. 005歐姆-米。電傳導(dǎo)性材料的第一部分的材料的電阻率可以在約0. 00001歐姆-米和0. 00005歐姆-米之間。電傳導(dǎo)性材料的第一部分的材料的電阻率可以趨于無窮大。所述至少一個(gè)裂縫可以水力地形成。電流可以連續(xù)或間斷地穿過電傳導(dǎo)性材料的第一和第二部分，以引起油頁巖熱解成為烴流體。烴流體可以從地下地層開采至地表加工設(shè)備，例如，用一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井。在另一個(gè)總的方面，使用電阻加熱加熱地下地層的方法包括在至少部分地位于地下地層內(nèi)的第一井筒和同樣至少部分地位于地下地層內(nèi)的第二井筒之間的地下地層中產(chǎn)生至少一個(gè)通路。電傳導(dǎo)性材料被提供到至少一個(gè)通路中以形成電連接，所述電連接提供第一井筒和第二井筒之間的電傳輸。第一電傳導(dǎo)部件提供在第一井筒中，使得第一電傳導(dǎo)部件與電連接進(jìn)行電傳輸。第二電傳導(dǎo)部件提供在第二井筒中，使得第二電傳導(dǎo)部件與電連接進(jìn)行電傳輸，由此形成至少由第一電傳導(dǎo)部件、電連接和第二電傳導(dǎo)部件組成的電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑。電流可以通過電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑建立，由此由于電阻加熱在電傳導(dǎo)路徑內(nèi)生成熱，至少一部分的生成的熱熱傳導(dǎo)進(jìn)入地下地層中，并且其中生成的熱由接近第一電傳導(dǎo)部件和第二電傳導(dǎo)部件生成的第一熱和在第一電傳導(dǎo)部件和第二電傳導(dǎo)部件中間的電傳導(dǎo)性顆粒材料生成的第二熱組成，第一熱小于第二熱。這個(gè)方面的實(shí)施方式可以包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。例如，地下地層可以是富含有機(jī)物巖層。地下地層可以包含重?zé)N。地下地層可以是油頁巖地層。電傳導(dǎo)性材料可以包括顆粒材料。電連接可以包括顆粒狀電連接。生成的熱引起至少一部分的地下地層內(nèi)的固體烴熱解。電傳導(dǎo)性顆粒材料可以包括(i)分別緊鄰第一電傳導(dǎo)部件和第二電傳導(dǎo)部件的第一部分，和(ii)在第一和第二電傳導(dǎo)部件周圍的第一部分中間的第二部分。第一部分的電阻率可以不同于第二部分的電阻率。電傳導(dǎo)性顆粒材料的第一部分可以具有足夠低的電阻率，以提供電傳導(dǎo)而沒有大量的熱生成。電傳導(dǎo)性顆粒材料的第一部分可以包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨和/或它們的任何組合。電傳導(dǎo)性顆粒材料的第二部分可以包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨和/或它們的任何組合。構(gòu)成第二部分電傳導(dǎo)性顆粒材料的材料的電阻率可以比構(gòu)成第一部分電傳導(dǎo)性顆粒材料的材料的電阻率大大約10至100倍。電傳導(dǎo)性顆粒材料的第一部分可以包括以干重計(jì)小于或等于50%的水泥和以干重計(jì)50%或更多的石墨。電傳導(dǎo)性顆粒材料的第一部分可以包括50%至75%之間的顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨和/或它們的任何組合。電傳導(dǎo)性顆粒材料的第一部分可以是基本非傳導(dǎo)性的；和電傳導(dǎo)性顆粒材料的第二部分接觸第一和第二電傳導(dǎo)部件的每一個(gè)的至少一部分。電傳導(dǎo)性材料的第一部分可以包括硅石、石英、水泥片、砂巖或其任何組合。電傳導(dǎo)性材料的第一部分的電阻率可以是約0.005歐姆-米。電傳導(dǎo)性材料的第一部分的電阻率可以趨于無窮大。第一井筒和第二井筒每個(gè)可以基本垂直地完井； 并且在底下地層中的通路可以包括基本垂直裂縫。第一井筒和第二井筒每個(gè)可以基本水平地完井；并且在地下地層中的至少一個(gè)通路可以包括第一基本垂直的裂縫。第三電傳導(dǎo)部件可以提供在第三井筒中，使得第三電傳導(dǎo)部件與電連接也進(jìn)行電傳輸并且是電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑的一部分。第三井筒可以基本水平地完井。在地下地層中的至少一個(gè)通路可以包括第二基本垂直的裂縫。第二井筒可以與第一裂縫和第二裂縫都交叉。構(gòu)成第一電傳導(dǎo)部件、 第二電傳導(dǎo)部件或兩者的至少一部分的材料可以具有小于0. 0005歐姆-米的電阻率。電流可以連續(xù)或間斷地穿過電連接，直到緊鄰電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑的地下地層達(dá)到選擇的溫度； 并減少通過電連接的電流量。在另一個(gè)總的方面，使用電阻加熱原位加熱地下地層的系統(tǒng)包括穿透地下地層內(nèi)的固體富含有機(jī)物巖石的層斷的多個(gè)井筒。在富含有機(jī)物巖石中的至少一個(gè)裂縫自井筒中的至少一個(gè)建立，其中所述至少一個(gè)裂縫包括電傳導(dǎo)性材料以提供在至少兩個(gè)井筒之間的電傳輸。電傳導(dǎo)性材料可以包括(i)與至少兩個(gè)井筒接觸放置且具有第一體電阻率的第一部分，和(ii)在至少兩個(gè)井筒中間且具有第二體電阻率的第二電傳導(dǎo)部分。至少一個(gè)電導(dǎo)體可操作地與至少兩個(gè)井筒的每一個(gè)中的電傳導(dǎo)性材料的第一部分連接，所述至少一個(gè)電導(dǎo)體被配置成使電流通過所述至少一個(gè)裂縫，使得電阻熱在電傳導(dǎo)性材料內(nèi)生成，足以熱解所述富含有機(jī)物巖石的至少一部分成為烴流體。生成的熱在電傳導(dǎo)性材料的第一部分內(nèi)可以比在電傳導(dǎo)性材料的第二部分中低。這個(gè)方面的實(shí)施方式可以包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。例如，兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)可以基本垂直地、水平地或者它們一些組合地完井。所述至少一個(gè)裂縫可以是基本水平的、垂直的或者它們的一些組合。電傳導(dǎo)性材料可以包括用作支撐劑的顆粒材料。 電傳導(dǎo)性材料的第一部分可以包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨和/或它們的任何組合。電傳導(dǎo)性材料的第二部分可以包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨和/或它們的任何組合。構(gòu)成第二部分電傳導(dǎo)性材料的材料的電阻率可以比構(gòu)成第一部分電傳導(dǎo)性材料的材料的電阻率大大約10至100倍。電傳導(dǎo)性材料的第一部分可以是基本非傳導(dǎo)性的。電傳導(dǎo)性材料的第二部分可以接觸兩個(gè)或更多個(gè)井筒中每一個(gè)的至少一部分。電傳導(dǎo)性材料的第一部分可以包括硅石、石英、水泥片、砂巖或其任何組合。電傳導(dǎo)性材料的第一部分的電阻率可以是約0. 005歐姆-米。電傳導(dǎo)性材料的第一部分的電阻率可以是在約 0. 00001歐姆-米和0. 00005歐姆-米之間。電傳導(dǎo)性材料的第一部分的電阻率可以趨于無窮大。所述至少一個(gè)裂縫可以水力地形成。該系統(tǒng)可以包括從地下地層開采烴流體的一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井。附圖簡述為了能夠更好理解本發(fā)明，在此附上一些圖、圖表、曲線圖和流程圖。然而，應(yīng)當(dāng)注意，這些圖僅僅圖解了本發(fā)明所選的實(shí)施方式并且因此不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為限制了范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其它等效的實(shí)施方式和應(yīng)用。

圖1是例證性地下區(qū)域的橫截面等距圖。該地下區(qū)域包括限定地下地層的富含有機(jī)物巖石基體。圖2是表示在一種實(shí)施方式中從富含有機(jī)物巖層原位熱采收油和氣的一般方法的流程圖。圖3是在地下水含水層內(nèi)或連接到地下水含水層的例證性油頁巖地層以及地層淋濾操作的橫截面?zhèn)纫晥D。圖4是例證性加熱井模式的平面圖。兩層加熱井顯示在各自生產(chǎn)井周圍。圖5是一柱狀圖，其比較了在模擬的原位干餾工藝前后的一噸Green River油頁
山。圖6是用于地下地層開發(fā)的示例性地表加工設(shè)備的工藝流程圖。圖7是烴開發(fā)區(qū)域的透視圖。地下地層經(jīng)過電阻加熱被加熱。大量傳導(dǎo)性顆粒材料被注入到兩個(gè)相鄰井筒之間的地層。圖8A是另一烴開發(fā)區(qū)域的透視圖。地下地層經(jīng)過電阻加熱被再次加熱。大量傳導(dǎo)性顆粒材料從多個(gè)水平完成井筒被注入到地層中。相應(yīng)的井筒通過相應(yīng)的大量傳導(dǎo)性顆粒材料被水平地完井。圖8B是烴開發(fā)區(qū)域的又一透視圖。地下地層經(jīng)過電阻加熱被再次加熱。大量傳導(dǎo)性顆粒材料從一對水平完成的井筒被注入到地層中。第三井筒通過大量的傳導(dǎo)性顆粒材料被水平地完井。圖9是沿著其縱軸打開的巖心樣品的透視圖。鋼丸已放置在巖心樣品內(nèi)部形成的 “托盤”內(nèi)。圖10顯示已經(jīng)閉合和夾緊用于測試的圖9的巖心樣品。電流通過巖心樣品的長度以產(chǎn)生電阻加熱。圖11提供一系列圖，其中功率、溫度和電阻被測量作為在圖9的巖心樣品的加熱期間的時(shí)間的函數(shù)。圖12表示通過已經(jīng)斷裂的地質(zhì)地層的電流流動(dòng)。箭頭表示偏微分方程的χ和y 方向的電流增量。圖13是顯示模擬裂縫的平面視圖的厚度-傳導(dǎo)率圖。兩個(gè)鋼板位于裂縫內(nèi)的周圍傳導(dǎo)性顆粒支撐劑內(nèi)。該圖被灰度標(biāo)示以顯示傳導(dǎo)率乘以整個(gè)裂縫中的傳導(dǎo)性顆粒支撐劑的厚度的乘積值。圖14是圖13的厚度-傳導(dǎo)率圖的另一視圖。該圖以傳導(dǎo)率乘以厚度的更小增量進(jìn)行灰度標(biāo)示以區(qū)別支撐劑厚度的變化。圖15是進(jìn)出圖13的裂縫平面的電流的圖示。該圖示是電流源圖。圖16顯示在圖13的裂縫內(nèi)的電壓分布。圖17顯示在圖13的裂縫內(nèi)的加熱分布。圖18是顯示模擬裂縫平面的平面視圖的厚度-傳導(dǎo)率圖。兩個(gè)鋼板再次位于裂縫平面內(nèi)的周圍傳導(dǎo)性顆粒支撐劑內(nèi)。該圖被灰度標(biāo)示以顯示傳導(dǎo)率乘以整個(gè)裂縫中的傳導(dǎo)性顆粒支撐劑的厚度的乘積值。圖19是圖18的厚度-傳導(dǎo)率圖的另一視圖。該圖以傳導(dǎo)率乘以厚度的更小增量進(jìn)行灰度標(biāo)示，以區(qū)別在鋼板周圍的煅燒焦炭和較高傳導(dǎo)率支撐劑或“連接物”之間的乘積值。圖20是圖18的厚度-傳導(dǎo)率圖的另一視圖。該圖以傳導(dǎo)率乘以厚度的更進(jìn)一步更小增量進(jìn)行灰度標(biāo)示，以區(qū)別在鋼板周圍的煅燒焦炭和較高傳導(dǎo)率支撐劑之間的傳導(dǎo)率的變化。圖21是進(jìn)出圖18的裂縫平面的電流的圖示。該圖示是電流源圖。圖22顯示在圖18的裂縫平面內(nèi)的電壓分布。圖23是顯示圖18的裂縫平面內(nèi)的加熱分布。圖M是顯示模擬裂縫平面的平面視圖的厚度-傳導(dǎo)率圖。兩個(gè)鋼板再次位于裂縫平面內(nèi)的周圍傳導(dǎo)顆粒支撐劑內(nèi)。該圖被灰度標(biāo)示以顯示傳導(dǎo)率乘以整個(gè)裂縫中的傳導(dǎo)性顆粒支撐劑的厚度的乘積值。圖25是圖M的厚度-傳導(dǎo)率圖的另一視圖。該圖以傳導(dǎo)率乘以厚度的更小增量進(jìn)行灰度標(biāo)示，以在鋼板周圍的煅燒焦炭或“連接物”和較高傳導(dǎo)率支撐劑之間進(jìn)行區(qū)別。圖沈是進(jìn)出圖M的裂縫平面的電流的圖示。該圖示是電流源圖。圖27顯示在圖M的裂縫平面內(nèi)的電壓分布。圖觀是顯示圖M的裂縫平面內(nèi)的加熱分布。詳細(xì)描述定義如本文所用，術(shù)語“烴(一種或多種)”是指具有包含與氫鍵合的碳的分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)物。烴還可包括其它元素，例如但不限于鹵素、金屬元素、氮、氧和/或硫。如本文所用，術(shù)語“烴流體”是指為氣體或液體的烴或烴混合物。例如，烴流體可包括在地層條件下、在加工條件下或在環(huán)境條件(15°C以及1個(gè)大氣壓)下為氣體或液體的烴或烴混合物。烴流體可以包括例如油、天然氣、煤層甲烷、頁巖油、熱解油、熱解氣、煤的熱解產(chǎn)物以及其它處于氣態(tài)或液態(tài)的烴。如本文所用，術(shù)語“采出液(producedfluids) ”和“產(chǎn)出液(production fluids)” 是指從包括例如富含有機(jī)物巖層在內(nèi)的地下地層去除的液體和/或氣體。采出液可以包括但不限于熱解頁巖油、合成氣、煤的熱解產(chǎn)物、二氧化碳、硫化氫和水(包括蒸汽)。采出液可以包括烴流體以及非烴流體。如本文所用，術(shù)語“可冷凝烴”是指在25°C和一個(gè)絕對大氣壓下冷凝的烴?？衫淠裏N可以包括具有大于4個(gè)碳數(shù)的烴的混合物。如本文所用，術(shù)語“非冷凝烴”是指在25°C和一個(gè)絕對大氣壓下不冷凝的烴。非冷凝烴可以包括碳數(shù)小于5的烴。如本文所用，術(shù)語“重?zé)NQieavy hydrocarbons) ”是指在環(huán)境條件(15°C以及1個(gè)大氣壓)下高粘性的烴流體。重?zé)N可包括高粘性烴流體，諸如重油、焦油和/或浙青。重?zé)N可包括碳和氫以及較小濃度的硫、氧和氮。另外的元素也可以痕量存在于重?zé)N中。重?zé)N可按照API (美國石油學(xué)會(huì))比重進(jìn)行分類。重?zé)N的API比重一般在約20度以下。例如，重油的API比重一般為約10-20度，而焦油的API比重一般在約10度以下。重?zé)N的粘度在15°C 下一般大于約100厘泊。如本文所用，術(shù)語“固體烴”是指在地層條件下以基本固體形式天然發(fā)現(xiàn)的任何烴物質(zhì)。非限制性實(shí)例包括干酪根、煤、不純石墨、浙青巖和天然地蠟。如本文所用，術(shù)語“地層烴(formation hydrocarbons) ”是指在富含有機(jī)物巖層中包含的重?zé)N和固體烴。地層烴可以是但不限于干酪根、油頁巖、煤、浙青、焦油、天然地蠟和
浙青巖。如本文所用，術(shù)語“焦油”是指在15°C下粘度一般大于約10，000厘泊的粘性烴。 焦油的比重一般大于1.000。焦油的API比重可小于10度。“焦油砂”是指在其中具有焦油的地層。如本文所用，術(shù)語“干酪根”是指主要含有碳、氫、氮、氧和硫的固體不溶性烴。油頁巖含有干酪根。如本文所用，術(shù)語“浙青”是指在二硫化碳中可充分溶解的非晶固體或粘性烴物質(zhì)。如本文所用，術(shù)語“油”是指含有可冷凝烴混合物的烴流體。如本文所用，術(shù)語“地下(subsurface) ”是指出現(xiàn)在地球表面以下的地質(zhì)地層。如本文所用，術(shù)語“富含烴地層”是指任何含有痕量以上烴的地層。例如，富含烴地層可以包括以大于5體積百分?jǐn)?shù)的水平含有烴的部分。位于富含烴地層中的烴可以包括例如油、天然氣、重?zé)N和固體烴。如本文所用，術(shù)語“富含有機(jī)物巖石”是指任何擁有固體烴和/或重?zé)N的巖石基體。巖石基體可包括但不限于沉積巖、頁巖、粉砂巖、砂、沉積石英巖、碳酸鹽和硅藻土。富含有機(jī)物巖石可以包含干酪根。如本文所用，術(shù)語“地層”是指任何有限的地下區(qū)域。該地層可包含任何地下地質(zhì)地層的一個(gè)或多個(gè)含有烴的層、一個(gè)或多個(gè)不含烴的層、上覆巖層和/或下伏巖層。“上覆巖層”是在感興趣的地層上面的地質(zhì)物質(zhì)，而“下覆巖層”是在感興趣的地層下面的地質(zhì)物質(zhì)。上覆巖層或下伏巖層可包括一個(gè)或多個(gè)不同類型的基本上不可滲透性物質(zhì)。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可包括巖石、頁巖、泥巖或濕/緊密碳酸鹽(即不含烴的不可滲透性碳酸鹽)。上覆巖層和/或下伏巖層可包括相對不可滲透的含烴層。在某些情況下，上覆巖層和/或下伏巖層可以是滲透性的。如本文所用，術(shù)語“富含有機(jī)物巖層”是指任何含有富含有機(jī)物巖石的地層。富含有機(jī)物巖層包括，例如，油頁巖地層、煤地層和焦油砂地層。如本文所用，術(shù)語“熱解”是指通過施加熱將化學(xué)鍵斷裂。例如，熱解可包括僅通過熱和通過熱與氧化劑結(jié)合將化合物轉(zhuǎn)換成一種或多種其它物質(zhì)。熱解可包括通過加入氫原子將化合物的性質(zhì)改變，所述氫原子可以從分子氫、水、二氧化碳或一氧化碳中得到。熱可以被轉(zhuǎn)移到一部分地層以引起熱解。如本文所用，術(shù)語“水溶性礦物”是指在水中可溶的礦物。水溶性礦物包括，例如， 蘇打石(碳酸氫鈉)、堿灰(碳酸鈉)、片鈉鋁石(NaAl (CO3) (OH)2)或其組合。大量的溶解可需要熱水和/或非中性PH溶液。如本文所用，術(shù)語“地層水溶性礦物”是指在地層中天然發(fā)現(xiàn)的水溶性礦物。如本文所用，術(shù)語“下沉”是指地表相對于該地表的原始海拔向下移動(dòng)。如本文所用，術(shù)語層的“厚度”是指層橫截面的上下邊界之間的距離，其中該距離是與該橫截面的平均斜面垂直地測量的。如本文所用，術(shù)語“熱裂縫(thermal fracture) ”是指地層中所產(chǎn)生的裂縫，所述裂縫是通過一部分地層和/或地層內(nèi)流體的膨脹或收縮直接或間接引起的，該膨脹或收縮又是由于加熱通過增加/降低該地層和/或該地層內(nèi)流體的溫度和/或通過增加/降低該地層內(nèi)流體的壓強(qiáng)而引起的。熱裂縫可以傳播到比加熱區(qū)域冷很多的附近區(qū)域或者在該附近區(qū)域形成。如本文所用，術(shù)語“水力裂縫(hydraulic fracture) ”是指至少部分傳播到地層中的裂縫，其中所述裂縫是通過將加壓流體注射到地層中產(chǎn)生的。雖然使用術(shù)語“水力裂縫”， 但是本發(fā)明在此不限于在水力裂縫中使用。本發(fā)明適合于本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為適合的任何方式產(chǎn)生的任何裂縫中使用。該裂縫可通過注入支撐劑材料人工地保持開放。水力壓裂可在方向上基本水平、在方向上基本垂直或者沿著任何其它平面定向。如本文所用，術(shù)語“井筒”是指在地下通過鉆孔或?qū)⒐艿啦迦氲降叵滤瞥傻目住?井筒可具有基本上圓形的橫截面，或者其它橫截面形狀(例如圓、橢圓、正方形、長方形、三角形、狹縫或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀)。如本文所用，當(dāng)提及地層中的開孔時(shí)，術(shù)語“井”可以與術(shù)語“井筒”交換使用。本發(fā)明連同某些具體實(shí)施方式
在本文被描述。然而，就下面的詳述具體到特定實(shí)施方式或特定應(yīng)用來講，這意圖只是例證性的并且不應(yīng)當(dāng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。如本文所討論，本發(fā)明的一些實(shí)施方式包括或具有與回收自然資源的原位方法相關(guān)的應(yīng)用。自然資源可以從富含有機(jī)物巖層包括例如油頁巖地層回收。富含有機(jī)物巖層可包括地層烴，其包括例如干酪根、煤和重?zé)N。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，自然資源可包括烴流體，其包括，例如，地層烴諸如頁巖油的熱解產(chǎn)物。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，自然資源還可包括水溶性礦物，其包括，例如，蘇打石(碳酸氫鈉或者2NaHC03)、堿灰(碳酸鈉或 Na2CO3)和片鈉鋁石(NaAl (CO3) (OH) 2)。圖1呈現(xiàn)了例證性油頁巖開發(fā)區(qū)域10的透視圖。開發(fā)區(qū)域10的地表12被顯示。 地表下面是富含有機(jī)物巖層16。例證性地下地層16包含地層烴(諸如，例如干酪根)以及可能有價(jià)值的水溶性礦物(諸如，例如蘇打石)。應(yīng)當(dāng)理解，代表性地層16可以是任何富含有機(jī)物巖層，例如，其包括含有煤或焦油砂的巖石基體。此外，構(gòu)成地層16的巖石基體可以是滲透性的、半滲透性的或基本非滲透性的。本發(fā)明在最初具有非常有限的或?qū)嶋H上無流體滲透性的油頁巖開發(fā)區(qū)域是特別有利的。為了進(jìn)入地層16以及從中回收自然資源，形成了多個(gè)井筒。井筒在圖1中以14 顯示。代表性井筒14相對于地表12在方向上基本上垂直。然而，應(yīng)當(dāng)理解，一些或全部井筒14可以偏離成鈍角或甚至水平的方向。在圖1的排列中，每個(gè)井筒14在油頁巖地層16中完井。完井可以是裸眼井或下套管井。完井還可包括從中發(fā)散的支撐或未支撐的水力裂縫。在圖1的視圖中，只有七個(gè)井筒14被顯示。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在油頁巖開發(fā)項(xiàng)目中， 將最有可能鉆出許多另外的井筒14。井筒14可定位在相對近的鄰近，其分開10英尺至高達(dá)300英尺。在一些實(shí)施方式中，提供的是15至25英尺的井間隔。代表性地，井筒14還可以在淺的深度處完井，其總深度為200至5，000英尺。在一些實(shí)施方式中，以原位干餾為目標(biāo)的油頁巖地層在地表下200英尺以上的深度處或者可選地在地表下400英尺處?？蛇x地，轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)發(fā)生在500與2，500英尺之間的深度處。井筒14將進(jìn)行選擇用于某些功能并且可以被指定作為熱注入井、水注入井、油生產(chǎn)井和/或水溶性礦物溶液生產(chǎn)井。一方面，井筒14被設(shè)計(jì)尺寸以指定順序服務(wù)這些目的中的兩個(gè)、三個(gè)或全部四個(gè)。適合的工具和設(shè)備可以順序地進(jìn)入井筒14中和從井筒14中取出以用于各種目的。流體處理設(shè)備17也示意地顯示。流體處理設(shè)備17被安裝以通過一個(gè)或多個(gè)管線或出油管18接受產(chǎn)生自富含有機(jī)物巖層16中的流體。流體處理設(shè)備17可包括適于接受和分離從加熱地層產(chǎn)生的油、氣和水的設(shè)備。流體處理設(shè)備17可進(jìn)一步包括這樣的設(shè)備， 所述設(shè)備用于在從富含有機(jī)物巖層16中回收的采出水中分離出溶解的水溶性礦物和/或遷移性污染物種類，其包括例如溶解的有機(jī)污染物、金屬污染物或離子污染物。該污染物可包括，例如，芳烴例如苯、甲苯、二甲苯和三甲基苯。該污染物還可包括多芳烴諸如蒽、萘、窟和芘。金屬污染物可包括，包含砷、硼、鉻、汞、硒、鉛、釩、鎳、鈷、鉬或鋅的種類。離子污染物可包括，例如，硫酸鹽、氯化物、氟化物、鋰、鉀、鋁、氨和硝酸鹽。為了回收油、氣和鈉(或其它)水溶性礦物，可以采取一系列步驟。圖2呈現(xiàn)了在一種實(shí)施方式中從富含有機(jī)物巖層100原位熱回收油和氣的方法的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖 2中一些步驟的順序可以進(jìn)行變化，并且該步驟順序僅僅用于說明。首先，在開發(fā)區(qū)域10內(nèi)鑒別油頁巖(或其它富含有機(jī)物巖石)地層16。這一步驟顯示在方框110中。任選地，油頁巖地層可包含蘇打石或其它鈉礦物。油頁巖地層內(nèi)的目標(biāo)開發(fā)區(qū)域可以通過測量或模擬油頁巖的深度、厚度和有機(jī)物豐富度以及評價(jià)富含有機(jī)物巖層相對于其它巖石類型的位置、結(jié)構(gòu)特征(例如斷層、背斜層或向斜層)或水文地質(zhì)單元 (即含水層)進(jìn)行鑒別。這是通過從有效的測試和資料形成和解釋深度、厚度、有機(jī)物豐富度和其它數(shù)據(jù)的圖和/或模型實(shí)現(xiàn)的。這可包括進(jìn)行地質(zhì)學(xué)表面勘測、研究露頭、進(jìn)行地震勘測和/或鉆井眼以從地下巖石獲得巖心樣品。巖石樣品可以進(jìn)行分析以評定干酪根含量和產(chǎn)生流體烴的能力。富含有機(jī)物巖層的干酪根含量可以利用各種數(shù)據(jù)從露頭或巖心樣品中確定。這樣的數(shù)據(jù)可包括有機(jī)碳含量、含氫指數(shù)和修正的Fischer試驗(yàn)分析。地下滲透性還可以通過巖石樣品、露頭或地下水流的研究，進(jìn)行評估。此外，可以對開發(fā)區(qū)域與地下水源的連通性進(jìn)行評定。其次，多個(gè)井筒14橫跨目標(biāo)開發(fā)區(qū)10形成。該步驟示意地顯示在方框115中。井筒14的目的在上面被闡明而不必重復(fù)。然而，應(yīng)當(dāng)注意，為了方框115井筒形成步驟的目的，最初只有一部分井需要完井。例如，在項(xiàng)目開始時(shí)，熱注入井是需要的，而大部分烴生產(chǎn)井還不需要。生產(chǎn)井可以在轉(zhuǎn)化開始后引入，例如在加熱4-12個(gè)月后。
應(yīng)當(dāng)理解，石油工程師將研究出井筒14最佳深度和安排的方案，這取決于預(yù)期儲層特性、經(jīng)濟(jì)約束因素和工作進(jìn)度安排約束因素。此外，工程人員將決定何種井筒14將用于初始地層16加熱。該選擇步驟通過方框120描述。關(guān)于熱注入井，存在多種將熱施加到富含有機(jī)物巖層16的方法。除非在權(quán)利要求書中明確聲明，本方法不限于所應(yīng)用的加熱技術(shù)。加熱步驟一般由方框130描述。優(yōu)選地， 對于原位工藝來說，生產(chǎn)區(qū)的加熱發(fā)生數(shù)個(gè)月或者甚至四年或更多年的時(shí)間。地層16被加熱至足以熱解至少一部分油頁巖的溫度，以便將干酪根轉(zhuǎn)化成烴流體。地層目標(biāo)區(qū)域的大部分可以被加熱至270°C至800°C之間?？蛇x地，富含有機(jī)物地層的目標(biāo)體積被加熱至至少350°C以產(chǎn)生產(chǎn)出液。轉(zhuǎn)化步驟通過方框135在圖2中描述。所形成的液體和烴氣體可以被精制成類似普通商業(yè)石油產(chǎn)品的產(chǎn)品。這樣的液體產(chǎn)品包括運(yùn)輸燃料諸如柴油機(jī)、噴氣機(jī)燃料和石腦油。產(chǎn)生的氣體包括輕烷烴、輕烯烴、H2、C02、C0和NH3。油頁巖的轉(zhuǎn)化將在起初不可滲透的巖石中的油頁巖部分中產(chǎn)生滲透性。優(yōu)選地， 方框130和135的加熱和轉(zhuǎn)化過程發(fā)生在長的時(shí)間期間內(nèi)。一方面，加熱期間為3個(gè)月至四年或更多年。還有作為方框135的任選部分，地層16可以被加熱至足以轉(zhuǎn)化至少一部分蘇打石為堿灰的溫度，如果存在蘇打石的話。熟化油頁巖并且回收油和氣所施加的溫度也會(huì)將蘇打石轉(zhuǎn)化成碳酸鈉(堿灰)、相關(guān)的鈉礦物。將蘇打石(碳酸氫鈉)轉(zhuǎn)化成堿灰(碳酸鈉)的方法在本文中被描述。與加熱步驟130有關(guān)，巖層16可以任選地被壓裂以有助于傳熱或隨后的烴流體采出。任選的壓裂步驟顯示在方框125中。壓裂可以通過施加熱在地層內(nèi)產(chǎn)生熱裂縫而實(shí)現(xiàn)。通過加熱富含有機(jī)物巖石以及將干酪根轉(zhuǎn)換成油和氣，一部分地層的滲透性通過熱壓裂的形成以及隨后一部分從干酪根產(chǎn)生的烴流體的采出而增加?？蛇x地，可以使用被稱為水力壓裂的工藝。水力壓裂是在油和氣回收領(lǐng)域中已知的工藝，其中壓裂液在井筒內(nèi)被加壓超過地層的壓裂壓力，由此在地層內(nèi)產(chǎn)生壓裂面以將井筒內(nèi)產(chǎn)生的壓力釋放。水力壓裂可被用于在一部分地層中產(chǎn)生附加滲透性和/或被用于提供用于加熱的平面源(Planar source)0名稱為“Methods of Treating a Subterranean Formation to Convert Organic Matter into Producible Hydrocarbons” 的國際專利公開 WO 2005/010320 描述了水力壓裂的一種應(yīng)用，通過引用以其整體并入本文。該國際專利公開教導(dǎo)使用電傳導(dǎo)裂縫加熱油頁巖地層。加熱部件通過形成井筒然后水力壓裂所述井筒周圍的油頁巖地層進(jìn)行構(gòu)造。用形成所述加熱部件的電傳導(dǎo)性材料填充所述裂縫。煅燒的石油焦是示例性的合適的傳導(dǎo)性材料。優(yōu)選地，所述裂縫在從水平井筒延伸的垂直方向產(chǎn)生。電流可以通過傳導(dǎo)裂縫從每一個(gè)井的跟部傳導(dǎo)到趾部。電路可以通過額外的水平井來完成，所述額外的水平井在趾部附近與一個(gè)或多個(gè)垂直的裂縫交叉，以提供相反的電極性。該WO 2005/010320方法產(chǎn)生“原位烘爐”，所述原位烘爐通過應(yīng)用電熱而人工熟化油頁巖。熱傳導(dǎo)加熱油頁巖至超過300°C 的轉(zhuǎn)化溫度，引起人工熟化。需要說明的是，美國專利號3，137，347也描述使用顆粒傳導(dǎo)性材料連接地下電極以原位加熱油頁巖。該‘347專利認(rèn)為顆粒材料是熱的主要來源，直到油頁巖進(jìn)行熱解?；诖耍晚搸r自身被說成是變?yōu)殡妭鲗?dǎo)性。由于電流通過頁巖油材料自身，在地層內(nèi)生成的熱和傳導(dǎo)進(jìn)入周圍的地層的熱被要求保護(hù)以生成采出的烴流體。
作為烴流體生產(chǎn)工藝100的部分，某些井14可被指定為油和氣生產(chǎn)井。該步驟通過方框140進(jìn)行描述。直到確定干酪根已經(jīng)被充分干餾以允許最大量從地層16中回收油和氣，才可以啟動(dòng)油和氣生產(chǎn)。在某些情況中，專用生產(chǎn)井直到熱注入井(方框130)已經(jīng)運(yùn)行幾周或幾月后才被鉆井。因此，方框140可以包括附加井筒14的形成。在其它實(shí)例中， 選定的加熱井被轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)井。在某些井筒14已經(jīng)被指定作為油和氣生產(chǎn)井后，油和/或氣從井筒14中被采出。 油和/或氣采出工藝被顯示在方框145中。在這個(gè)階段(方框14 ，任何水溶性礦物諸如蘇打石和轉(zhuǎn)化的堿灰可作為油頁巖床內(nèi)良好分散的晶體或團(tuán)塊保持基本上限制在巖層16 中，而沒有被采出。然而，一些蘇打石和/或堿灰可以被溶解于在地層內(nèi)熱轉(zhuǎn)化(方框135) 期間產(chǎn)生的水中。因此，產(chǎn)出液不僅可以包含烴流體，而且可以包含含有水溶性礦物質(zhì)的水性流體。在這種情況下，產(chǎn)出液可以在地表設(shè)備分離為烴流和含水流。然后，水溶性礦物質(zhì)和任何遷移性污染物種類可以從含水流中回收。方框150顯示油和氣回收方法100中任選的下一步。這里，某些井筒14被指定為水或含水流體注入井。含水流體是水與其它種類的溶液。該水可以構(gòu)成“鹽水”，并且可包括溶解的元素周期表第I和II族元素的氯化物、硫酸鹽和碳酸鹽的無機(jī)鹽。有機(jī)鹽也可存在于含水流體中。該水可選地可以是包含其它種類的新鮮水。其它種類可以存在以調(diào)節(jié) PH0可選地，其它種類可以反映微咸水的可用性，所述微咸水中希望從地下浙濾的種類是不飽和的。優(yōu)選地，水注入井選自用于熱注入或油和/或氣生產(chǎn)的井筒中的一些或全部。然而，方框150的步驟的范圍可以包括用作專用水注入井的仍然是附加的井筒14的鉆井。在該方面，可以期望沿著開發(fā)區(qū)域10周邊完成水注入井，以便產(chǎn)生高壓邊界。其次，任選地，水或含水流體被注入通過水注入井并且進(jìn)入油頁巖地層16。該步驟顯示在方框155中。水可以處于蒸汽或加壓熱水的形式。可選地，注入水可以是冷的并且隨著它接觸預(yù)先加熱的地層而變熱。注入工藝可進(jìn)一步誘導(dǎo)壓裂。該工藝可以在距離水注入井筒一些距離例如高達(dá)200英尺外的具有蘇打石的層段中產(chǎn)生指狀空穴和角礫區(qū)域。一方面，氣頂，諸如氮?dú)?，可以被保持在每?“空穴”頂端以防止垂直發(fā)展。隨著某些井筒14被指定為水注入井，設(shè)計(jì)工程師還可以將某些井筒14指定為水或水溶性礦物溶液生產(chǎn)井。該步驟顯示在方框160中。這些井可以與用于先前生產(chǎn)烴或注入熱的井相同。這些回收井可被用于產(chǎn)生溶解的水溶性礦物與包括例如遷移性污染物種類在內(nèi)的其它種類的水溶液。例如，該溶液可以主要是溶解的堿灰的溶液。該步驟顯示在方框165中?？蛇x地，單個(gè)井筒可以被用于注入水并且然后回收鈉礦物溶液。因此，方框165 包括使用同一井筒14用于水注入和溶液生產(chǎn)的選擇(方框165)。臨時(shí)控制污染物種類的遷移，尤其在熱解過程期間，可以通過布置注入和生產(chǎn)井 14以使流出加熱區(qū)域的流體流最小化而獲得。典型地，這涉及將注入井安置在加熱區(qū)域周圍以便引起壓力梯度，所述該壓力梯度防止加熱區(qū)域內(nèi)部的流體流離開該區(qū)域。圖3是在地下水含水層內(nèi)或連接到地下水含水層的例證性油頁巖地層以及地層淋濾操作的橫截面圖。四個(gè)分開的油頁巖地層區(qū)域(23、24、25和26)被描繪在油頁巖地層內(nèi)。含水層在地表面27下面，并且被分為上部含水層20和下部含水層22。上部和下部含水層中間是弱透水層21?？梢钥闯?，地層的某些區(qū)域既是含水層或弱透水層又是油頁巖區(qū)域。多個(gè)井(觀、29、30和31)被顯示穿過含水層垂直向下。這些井中一個(gè)被充當(dāng)水注入井31，而另外一個(gè)充當(dāng)水生產(chǎn)井30。以這種方式，水通過至少較低的含水層22而進(jìn)行循環(huán)32。圖3圖解示出了穿過油頁巖體積33的水循環(huán)32，所述油頁巖體積33被加熱，位于含水層22內(nèi)或者與含水層22相連，并且烴流體先前從油頁巖體積33中回收。通過水注入井31將水注入促使水進(jìn)入預(yù)先加熱的油頁巖33，并且水溶性礦物和遷移性污染物種類被沖到水生產(chǎn)井30。水然后可以在設(shè)備34中進(jìn)行處理，其中水溶性礦物(例如蘇打石或堿灰)和遷移性污染物可基本上從水流中去除。水然后被再注入到油頁巖體積33中，并且重復(fù)進(jìn)行地層浙濾。這種用水進(jìn)行的浙濾意圖持續(xù)直到在預(yù)先加熱的油頁巖區(qū)域33內(nèi)遷移性污染物種類的水平處于環(huán)境可接受的水平。這可能需要1個(gè)循環(huán)、2個(gè)循環(huán)、5個(gè)循環(huán)或更多循環(huán)的地層浙濾，其中單個(gè)循環(huán)表示注入和采出大約一孔體積的水。應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)際的油頁巖開發(fā)中可能有許多水注入和水生產(chǎn)井。此外，該體系可包括可以用在油頁巖加熱階段、頁巖油生產(chǎn)階段、浙濾階段或者在這些階段任意組合期間的監(jiān)控井( 和29)，以便監(jiān)控遷移性污染物種類和/或水溶性礦物。在一些油田中，地層烴諸如油頁巖可以存在于一個(gè)以上的地下地層中。在一些情況中，富含有機(jī)物巖層可以被不含烴的巖石層或者具有很少或沒有商業(yè)價(jià)值的巖石層分開。因此，對于烴開發(fā)內(nèi)油田的經(jīng)營者來說，可以期望進(jìn)行分析將哪個(gè)地下富含有機(jī)物巖層作為目標(biāo)或者它們應(yīng)當(dāng)以什么順序進(jìn)行開發(fā)。富含有機(jī)物巖層可以基于不同因素進(jìn)行選擇以便開發(fā)。一個(gè)這樣的因素是地層內(nèi)含烴層的厚度。較大的產(chǎn)油氣帶厚度可以表明更大潛在體積的烴流體生產(chǎn)。每個(gè)含烴層可具有這樣的厚度，所述厚度根據(jù)例如該含地層烴層形成的條件而變化。因此，如果富含有機(jī)物巖層包括至少一個(gè)厚度足以經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)采出液的含地層烴層，那么該地層將一般被選擇進(jìn)行處理。如果緊密間隔在一起的幾個(gè)層的厚度足以進(jìn)行采出液的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，那么富含有機(jī)物巖層也可以被選擇。例如，地層烴的原位轉(zhuǎn)化過程可包括選擇并處理厚度大于約5米、10 米、50米或者甚至100米的富含有機(jī)物巖層內(nèi)的層。以這種方式，到富含有機(jī)物巖層上面和下面形成的層的熱損失(作為總注入熱的一部分)可小于從一薄層地層烴的這種熱損失。 然而，本文描述的過程也可包括選擇并處理可基本上不含地層烴的層或者薄層地層烴。一個(gè)或多個(gè)富含有機(jī)物巖層的豐富度也可以被考慮。豐富度可取決于諸多因素， 包括含地層烴層的形成條件、該層中地層烴的量和/或該層中地層烴的組成。薄且豐富的地層烴層可以能產(chǎn)生比更厚、不太豐富的地層烴層明顯更多有價(jià)值的烴。當(dāng)然，從既厚又豐富的地層生產(chǎn)烴是期望的。富含有機(jī)物巖層的干酪根含量可以使用各種數(shù)據(jù)從露頭或巖心樣品確定。這樣的數(shù)據(jù)可以包括有機(jī)碳含量、含氫指標(biāo)以及修正的Fischer試驗(yàn)分析。Fischer試驗(yàn)是這樣的標(biāo)準(zhǔn)方法，其涉及在一小時(shí)中將含地層烴層的樣品加熱至約500°C，收集從加熱樣品產(chǎn)生的流體，以及量化所產(chǎn)生的流體的量。地下地層滲透性也可以通過巖石樣品、露頭或地下水流的研究進(jìn)行評估。此外，開發(fā)區(qū)域與地下水源的連通性可以進(jìn)行評估。因此，富含有機(jī)物巖層可以基于地層基體的滲透性或孔隙率選擇以進(jìn)行開發(fā)，即使地層的厚度相對薄。在選擇開發(fā)地層時(shí)，可以考慮石油工程師已知的其它因素。這樣的因素包括發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)油氣帶的深度、新鮮地下水與含干酪根區(qū)域的地層學(xué)接近性、厚度的連續(xù)性和其它因素。例如，地層內(nèi)被評估的流體生產(chǎn)含量也將影響最后的體積生產(chǎn)量。在從油頁巖油田生產(chǎn)烴流體中，可以期望控制熱解流體的遷移。在一些情況中，這包括注入井諸如井31的使用，尤其是在該油田的周圍。這樣的井可以注入水、蒸汽、CO2、加熱的甲烷或其它流體，以驅(qū)使裂化的干酪根流體向內(nèi)進(jìn)入生產(chǎn)井。在一些實(shí)施方式中，可以將物理擋板放在開發(fā)的富含有機(jī)物巖層的區(qū)域周圍。物理屏障的一個(gè)實(shí)例涉及冷凍壁的產(chǎn)生。冷凍壁通過穿過周邊的井循環(huán)制冷劑以大大降低巖層的溫度而形成。這又防止了油田周邊存在的干酪根熱解以及油和氣向外遷移。冷凍壁也將導(dǎo)致周邊的地層中天然水凍結(jié)。將地下冷凍用于穩(wěn)定加固差的土壤或者給流體流動(dòng)提供屏障在本領(lǐng)域中是已知的。Shell Exploration and Production Company(殼牌勘探和生產(chǎn)公司)已經(jīng)在幾個(gè)專利中討論了冷凍壁用于油頁巖生產(chǎn)，包括美國專利號6，880，633和美國專利號7，032，660。殼牌的'660專利使用地下冷凍以防止原位頁巖油生產(chǎn)期間地下水流動(dòng)和地下水污染。公開了所謂冷凍壁的應(yīng)用的另外的專利是美國專利號3，528，252、美國專利號3，943，722、美國專利號3，729，965、美國專利號4，358，222、美國專利號4，607，488和WO專利號98996480。如上所述，幾個(gè)不同類型的井可用于富含有機(jī)物巖層的開發(fā)，包括例如油頁巖油田。例如，富含有機(jī)物巖層的加熱可以通過使用加熱井完成。加熱井可包括，例如，電阻加熱元件。從地層采出烴流體可以通過使用為了采出流體而完成的井實(shí)現(xiàn)。含水流體的注入可以通過使用注入井實(shí)現(xiàn)。最后，含水溶液的采出可以通過使用溶液生產(chǎn)井實(shí)現(xiàn)。上面所列的不同井可以用于一個(gè)以上的目的。換句話說，初始完成用于一種目的的井后來可用于另一目的，由此降低項(xiàng)目成本和/或減少執(zhí)行某些任務(wù)所需要的時(shí)間。例如，一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井也可被用作隨后將水注入富含有機(jī)物巖層中的注入井?？蛇x地，一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井也可被用作隨后從富含有機(jī)物巖層生產(chǎn)含水溶液的溶液生產(chǎn)井。在其它方面，生產(chǎn)井(以及在一些情況中加熱井)最初可被用作脫水井(例如在加熱開始前和/或當(dāng)加熱最初被啟動(dòng)時(shí))。此外，在一些情況中，脫水井可隨后被用作生產(chǎn)井(以及在一些情況中用作加熱井)。因此，脫水井可以被放置和/或設(shè)計(jì)以便這種井可隨后被用作生產(chǎn)井和/或加熱井。加熱井可以被放置和/或設(shè)計(jì)以便此類井可隨后被用作生產(chǎn)井和/或脫水井。生產(chǎn)井可以被放置和/或設(shè)計(jì)以便這種井可隨后被用作脫水井和/ 或加熱井。類似地，注入井可以是最初被用作其它目的(例如加熱、生產(chǎn)、脫水、監(jiān)控等)的井，并且注入井可隨后被用于其它目的。類似地，監(jiān)控井可以是最初用作其它目的(例如加熱、生產(chǎn)、脫水、注入等)的井。最后，監(jiān)控井可隨后被用于其它目的，例如水產(chǎn)出。期望的是以預(yù)先計(jì)劃的布井方式為油頁巖油田安排不同的井。例如，加熱井可以以各種布井方式安排，包括但不限于三角形、正方形、六邊形和其它多邊形。該布井方式可以包括規(guī)則的多邊形以促進(jìn)均勻的加熱穿過放置了加熱井的至少部分地層。該布井方式還可以是行列驅(qū)井網(wǎng)。行列驅(qū)井網(wǎng)一般包括第一加熱井線性陣列、第二加熱井線性陣列，以及位于第一和第二加熱井線性陣列之間的生產(chǎn)井或者生產(chǎn)井線性陣列。在加熱井之間散布的典型是一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井。注入井同樣可以被布置在重復(fù)性布井方式的單元內(nèi)，其可類似于或不同于加熱井所用的布井方式。減少井?dāng)?shù)目的一個(gè)方法是使用單個(gè)井，既作為加熱井又作為生產(chǎn)井。通過使用單一井用于連續(xù)目的來降低井的數(shù)目可以降低項(xiàng)目成本。一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控井可以被布置在油田中選擇的位置上。監(jiān)控井可以被配置有一個(gè)或多個(gè)測量井筒中溫度、壓力和/或流體特
20性的裝置。在一些情況中，加熱井還可以作為監(jiān)控井，或者另外用儀器裝備。減少加熱井?dāng)?shù)目的另一方法是采用井網(wǎng)?？梢允褂门c生產(chǎn)井等距離間隔的加熱井的規(guī)則井網(wǎng)。該井網(wǎng)可以形成等邊三角形陣列、六邊形陣列或其它陣列井網(wǎng)。加熱井的陣列可以被這樣布置，使得每個(gè)加熱井之間的距離小于約70英尺(21米)。一部分地層可以用加熱井加熱，所述加熱井基本上與烴地層的邊界平行地布置。在可選實(shí)施方式中，加熱井的陣列可以被這樣放置，使得每個(gè)加熱井之間的距離可以小于約100英尺、或50英尺、或30英尺。無論加熱井的排列或之間的距離如何，在某些實(shí)施方式中，在富含有機(jī)物巖層內(nèi)放置的加熱井與生產(chǎn)井之間的比例可大于約5、8、10、 20或更大。在一種實(shí)施方式中，單個(gè)生產(chǎn)井被至多一層加熱井環(huán)繞。這可包括排列諸如5點(diǎn)、 7點(diǎn)或9點(diǎn)陣列，生產(chǎn)和加熱井交互成行。在另一實(shí)施方式中，兩層加熱井可以環(huán)繞生產(chǎn)井， 但是其中加熱井是錯(cuò)列的，以便存在無障礙通道用于遠(yuǎn)離另外的加熱井的大部分流動(dòng)。可以應(yīng)用流動(dòng)和儲層模擬以評估原位產(chǎn)生的烴流體當(dāng)它們從其原始地點(diǎn)遷移到生產(chǎn)井時(shí)的通道和溫度歷史。圖4提供例證性的使用一層以上加熱井的加熱井排列的平面圖。該加熱井排列的使用與從頁巖油開發(fā)區(qū)400生產(chǎn)烴相關(guān)。在圖4中，加熱井排列使用第一層加熱井410，其被第二層加熱井420環(huán)繞。第一層410中的加熱井以431被提及，而第一層420中的加熱井以432被提及。生產(chǎn)井440被顯示在井層410和420中央。應(yīng)當(dāng)注意，相對于生產(chǎn)井440，井第二層420中的加熱井432與井第一層410中的加熱井431有所偏移。目的是為轉(zhuǎn)化的烴提供這樣的流動(dòng)通道，其使加熱井第一層410中的加熱井附近的行程最小化。這又使得當(dāng)烴從第二層井420流動(dòng)到生產(chǎn)井440時(shí)從干酪根轉(zhuǎn)化的烴的二次裂化最小化。在圖4例證性的排列中，第一層410和第二層420每個(gè)都限定5點(diǎn)布井。然而，應(yīng)當(dāng)理解可以使用其它布井，諸如3點(diǎn)或6點(diǎn)布井。在任何情況中，包括加熱井第一層410在內(nèi)的多個(gè)加熱井431被置于生產(chǎn)井440周圍，同時(shí)包括加熱井第二層420在內(nèi)的第二多個(gè)加熱井432被置于第一層410周圍。兩層中的加熱井也可以被這樣按排，使得通過加熱從第二層420中的每個(gè)加熱井 432中產(chǎn)生的大部分烴能遷移到生產(chǎn)井440，而基本上不通過第一層410中的加熱井431附近。兩層410、420中的加熱井431、432進(jìn)一步可以被這樣安排，使得通過加熱從第二層420 中的每個(gè)加熱井432中產(chǎn)生的大部分烴能遷移到生產(chǎn)井440，而不通過基本上增加地層溫度的區(qū)域。減少加熱井?dāng)?shù)目的一種方法是采用井網(wǎng)，所述井網(wǎng)在特定方向上伸長，尤其在確定最有效的熱傳導(dǎo)率的方向。熱對流可以受不同因素影響，諸如層面和地層內(nèi)的應(yīng)力。例如，熱對流可在與地層上最小水平主應(yīng)力垂直的方向更有效。在一些情況中，熱對流可在與最小水平主應(yīng)力平行的方向更有效。例如在行列驅(qū)井網(wǎng)或點(diǎn)井網(wǎng)中可以實(shí)施伸長。與油頁巖油田的開發(fā)相關(guān)，可期望的是，按照步驟130和135熱通過地下的前進(jìn)是均勻的。然而，由于多種原因，盡管加熱井和生產(chǎn)井規(guī)則安排，地下地層中地層烴的加熱和熟化不可能均勻進(jìn)行。油頁巖特性和地層結(jié)構(gòu)的不均勻性可以使得某些局部區(qū)域就熱解而言更有效或更不有效。而且，由于油頁巖加熱和熟化發(fā)生的地層壓裂可能導(dǎo)致優(yōu)選通道不均勻分布，并且由此增加了向某些生產(chǎn)井的流動(dòng)以及減少了向其它生產(chǎn)井的流動(dòng)。不均勻的流體熟化可能是不期望的條件，因?yàn)槟承┑叵聟^(qū)域可能接受比所需更多的熱能而其它區(qū)域接受得比期望的更少。這又導(dǎo)致采出液不均勻的流動(dòng)和回收。采出油質(zhì)量、總生產(chǎn)速率和/或最終的回收可能減少。為了檢測不均勻的流動(dòng)條件，生產(chǎn)和加熱井可以被安裝有傳感器。傳感器可包括測量溫度、壓力、流速和/或組成信息的設(shè)備。來自這些傳感器的數(shù)據(jù)可以簡單的規(guī)則進(jìn)行加工或者被輸入進(jìn)行詳細(xì)的模擬，以進(jìn)行如何調(diào)節(jié)加熱和生產(chǎn)井以改進(jìn)地下性能的決策。 生產(chǎn)井性能可以通過控制井上的背壓或節(jié)流進(jìn)行調(diào)節(jié)。加熱井性能也可以通過控制能量輸入進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳感器讀數(shù)有時(shí)也可以指示需要修理、替換或廢棄的井或井下設(shè)備的機(jī)械問題。在一種實(shí)施方式中，利用來自兩個(gè)或更多個(gè)井的流速、組成、溫度和/或壓力數(shù)據(jù)作為計(jì)算機(jī)算法的輸入以控制加熱速率和/或生產(chǎn)速率。井內(nèi)或井附近的未測量條件然后被評估并用于控制井。例如，原位壓裂性質(zhì)和干酪根熟化基于來自一組井的熱、流動(dòng)和組成數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。在另一實(shí)例中，井完整性基于壓力數(shù)據(jù)、井溫度數(shù)據(jù)以及估計(jì)的原位應(yīng)力進(jìn)行評價(jià)。在相關(guān)實(shí)施方式中，傳感器的數(shù)目通過僅使一亞組井裝備有設(shè)備并且使用結(jié)果內(nèi)插、計(jì)算或估計(jì)未儀表化的井上的條件而得以減少。某些井可只具有有限的一組傳感器 (例如僅僅井口溫度和壓力)而其它井具有更大的一組傳感器(例如井口溫度和壓力、井底溫度和壓力、生產(chǎn)組成、流速、電信號、套管應(yīng)變等)。如上所示，有多種將熱施加到富含有機(jī)物巖層的方法。例如，一種方法可以包括置于井筒中或井筒外的電阻加熱器。一種這樣的方法涉及將電阻加熱元件用在下套管井筒或裸眼井筒中。電阻加熱涉及直接將電通過導(dǎo)電材料，從而電阻損耗使其加熱導(dǎo)電材料。其它加熱方法包括使用井下燃燒室、原位燃燒、射頻(RF)電能或微波能量。仍然是其它的加熱方法包括將熱流體注入到油頁巖地層中以直接將其加熱。熱流體可以進(jìn)行或者可以不進(jìn)行循環(huán)。地層加熱的一種方法涉及電阻器的使用，其中電流穿過電阻材料，所述電阻材料將以熱分散電能。這種方法區(qū)別于電介質(zhì)加熱，電介質(zhì)加熱中高頻振蕩電流在附近材料中感應(yīng)出電流并且把它們加熱。電加熱器可包括絕緣導(dǎo)體、置于開孔中的細(xì)長元件和/或置于導(dǎo)管中的導(dǎo)體。公開了使用電阻加熱器以原位生產(chǎn)油頁巖的早期專利是美國專利號 1，666，488。‘ 488專利在1擬8年授予Crawshaw。自從1擬8年，已經(jīng)提出了各種井下電加熱器的設(shè)計(jì)。例證性的設(shè)計(jì)在美國專利號1，701，884、美國專利號3，376，403、美國專利號 4，626，665、美國專利號4，704，514和美國專利號6，023，554中介紹。重油儲層電加熱方法應(yīng)用的評述由R. Sierra和S. M. Farouq Ali在〃 Promising Progress in Field Application of Reservoir Electrical Heating Methods" , Society of Petroleum Engineers Paper 69709,2001中給出。該參考文獻(xiàn)的全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。原位電阻加熱器的某些在先設(shè)計(jì)利用了固體、連續(xù)加熱元件(例如金屬線或條)。 然而，這樣的元件可能缺少長期、高溫應(yīng)用如油頁巖熟化所必需的堅(jiān)韌性。隨著地層加熱和油頁巖熟化，巖石發(fā)生顯著的膨脹。這導(dǎo)致和地層交叉的井上高的應(yīng)力。這些應(yīng)力可導(dǎo)致井筒管和內(nèi)部組件的彎曲和拉伸。膠結(jié)(例如美國專利號4，886，118)或者填裝(例如美國專利號2，732，195)加熱元件在適當(dāng)位置可對于應(yīng)力提供一些保護(hù)，但是一些應(yīng)力仍可以被傳播到加熱元件。雖然以上方法在這些實(shí)例中應(yīng)用于從油頁巖中生成烴，但該概念也可以應(yīng)用于重油油藏、焦油砂或氣體水合物。在這些情況中，提供的電加熱將起到減小烴粘度或融化水合物的作用。美國專利號6，148，911討論使用電傳導(dǎo)支撐劑以從水合物地層中釋放氣體。也知道使用鹽水作為電導(dǎo)體和加熱元件對地層施加電壓。然而，相信地層鹽水作為加熱元件的使用對于頁巖的轉(zhuǎn)化是不夠的，因?yàn)樗拗茰囟仍谒脑环悬c(diǎn)以下。因此，當(dāng)水蒸發(fā)時(shí)，電路失效。加熱富含有機(jī)物巖層的目的是熱解至少一部分固體地層烴以產(chǎn)生烴流體。固體地層烴可以通過將富含有機(jī)物巖層(或者地層內(nèi)的區(qū)域)升高至熱解溫度而原位熱解。在某些實(shí)施方式中，地層溫度可以慢慢升高通過熱解溫度范圍。例如，原位轉(zhuǎn)化過程可包括加熱至少一部分富含有機(jī)物巖層以將該區(qū)域的平均溫度以小于每天選定量(例如大約10°c、 5°〇、31、11、0.51或0.1°0的速度升高至大約270°C以上。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，該部分可以被加熱，從而選定區(qū)域的平均溫度可小于約375°C，或者在一些實(shí)施方式中，小于 400°C。該地層可以被加熱，從而地層內(nèi)的溫度(至少)達(dá)到初始熱解溫度，也就是，熱解開始發(fā)生的溫度范圍低限處的溫度。熱解溫度范圍可以根據(jù)地層內(nèi)地層烴的種類、加熱方法和熱源分布而變化。例如， 熱解溫度范圍可包括約270°C與約900°C之間的溫度。可選地，地層目標(biāo)區(qū)域的體相可以被加熱至300°C與600°C之間。在可選實(shí)施方式中，熱解溫度范圍可以包括約270°C與約500°C 之間的溫度。優(yōu)選地，對于原位方法，生產(chǎn)區(qū)的加熱發(fā)生在幾個(gè)月或者甚至四年或更多年的時(shí)間內(nèi)?？蛇x地，地層可以被加熱一年至十五年，可選地，3至10年，1. 5至7年，或者2至5 年。地層目標(biāo)區(qū)的體相可以被加熱至270°C與800°C之間。優(yōu)選地，地層目標(biāo)區(qū)的體相可以被加熱至300°C與600°C之間?？蛇x地，目標(biāo)區(qū)的體相可最終被加熱至400°C (752 T )以下的溫度。在油和氣資源的開采中，可以期望將采出的烴用作正在進(jìn)行的操作的能源。這可被應(yīng)用于從油頁巖開發(fā)油和氣資源。在這方面，當(dāng)電阻加熱器連同原位頁巖油采收使用時(shí)， 需要大量的能量。電能可以從轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)的渦輪獲得。通過利用來自油田的采出氣給燃?xì)鉁u輪供給能量，可能在經(jīng)濟(jì)上是有利的。然而，這種采出氣必須被小心控制以便不損壞渦輪、導(dǎo)致渦輪不點(diǎn)火或者產(chǎn)生過量的污染物(例如NOx)。燃?xì)鉁u輪問題的一個(gè)來源是在燃料內(nèi)存在污染物。污染物包括固體、水、作為液體存在的重組分以及硫化氫。此外，燃料的燃燒性質(zhì)是重要的。要考慮的燃燒參數(shù)包括熱值、比重、絕熱火焰溫度、可燃極限、自燃溫度、自然延遲時(shí)間和火焰速度。沃貝指數(shù)(Wobbe index, WI)經(jīng)常被用作燃料質(zhì)量的關(guān)鍵量度。WI等于低熱值與氣體比重的平方根的比值。 將燃料的沃貝指數(shù)控制到目標(biāo)值并且在例如10%或20%的范圍可允許渦輪設(shè)計(jì)簡化以及性能優(yōu)化改進(jìn)。燃料質(zhì)量控制可用于頁巖油開發(fā)，其中采出氣組成在油田壽命期間可能變化，并且其中氣體除了輕烴外一般還有大量的C02、CO和H2。商業(yè)規(guī)模的油頁巖干餾被預(yù)期產(chǎn)生隨時(shí)間變化的氣體組成。渦輪燃料中的惰性氣體可以通過增加物質(zhì)流動(dòng)同時(shí)保持火焰溫度在期望范圍內(nèi)而增加發(fā)電。此外惰性氣體可以降低火焰溫度并且由此減少NOx污染物產(chǎn)生。從油頁巖熟化產(chǎn)生的氣體可具有大量的CO2含量。因此，在采出方法的某些實(shí)施方式中，燃料氣的(X)2 含量通過在地表設(shè)備中分離或加入進(jìn)行調(diào)節(jié)以使渦輪性能優(yōu)化。對于低BTU(British Thermal Units，英國熱單位)燃料來說，達(dá)到一定的氫含量也可以是期望的，以實(shí)現(xiàn)合適的燃燒性能。在本文方法的某些實(shí)施方式中，燃料氣的H2 含量通過地表設(shè)備中的分離或加入進(jìn)行調(diào)節(jié)以使渦輪性能優(yōu)化。利用低BTU燃料調(diào)節(jié)非頁巖油地表設(shè)備中的吐含量已經(jīng)在專利文獻(xiàn)(例如美國專利號6，684，644和美國專利號 6，858，049，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文)中進(jìn)行了討論。如以上說明，例如通過熱解加熱富含有機(jī)物巖層內(nèi)的地層烴的方法可以產(chǎn)生流體。熱生成的流體可包括地層內(nèi)蒸發(fā)的水。此外，加熱干酪根的作用產(chǎn)生加熱后傾向于膨脹的熱解流體。產(chǎn)生的熱解流體不但可包括水，而且可包括例如烴、碳的氧化物、氨、分子氮和分子氫。因此，隨著地層內(nèi)加熱部分內(nèi)的溫度增加，加熱部分內(nèi)的壓力由于流體產(chǎn)生增加、 分子膨脹以及水的蒸發(fā)也可能增加。因此，一些必然的結(jié)果存在于油頁巖地層內(nèi)的地下壓力與熱解期間產(chǎn)生的流體壓力之間。這又表明，地層壓力可以被監(jiān)控以檢測干酪根轉(zhuǎn)化過程的進(jìn)展。富含有機(jī)物巖層的加熱部分內(nèi)的壓力取決于其它儲層特征。這些可包括，例如，地層深度、與加熱井的距離、富含有機(jī)物巖層內(nèi)地層烴的豐富度、加熱程度和/或與生產(chǎn)井的距離。油頁巖油田的開發(fā)者可以期望開發(fā)期間監(jiān)控地層壓力。地層內(nèi)的壓力可以在多個(gè)不同位置處進(jìn)行測定。這樣的位置可包括但不限于井口處以及井筒內(nèi)的不同深度處。在一些實(shí)施方式中，壓力可以在生產(chǎn)井處進(jìn)行測量。在可選實(shí)施方式中，壓力可以在加熱井處進(jìn)行測量。在仍然是另一實(shí)施方式中，壓力可以在專用監(jiān)控井的井下進(jìn)行測量。加熱富含有機(jī)物巖層至熱解溫度范圍的過程不但將增加地層壓力，而且也將增加地層滲透性。熱解溫度范圍應(yīng)當(dāng)在富含有機(jī)物巖層內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生基本的滲透性之前達(dá)到。初始缺乏滲透性可以防止從熱解區(qū)段產(chǎn)生的流體在地層內(nèi)傳輸。照此方式，隨著熱最初從加熱井轉(zhuǎn)移至富含有機(jī)物巖層，富含有機(jī)物巖層內(nèi)的流體壓力可以增加接近于該加熱井。這種流體壓力增加可能是由于例如在地層中至少一些地層烴的熱解期間流體的產(chǎn)生引起的?？蛇x地，可使由地層內(nèi)產(chǎn)生的熱解流體或其它流體的膨脹產(chǎn)生的壓力增加。這假定生產(chǎn)井的開放通道或其它壓力降還不存在于地層中。一方面，流體壓力可被允許增加到巖石靜應(yīng)力或之上。在這種情況中，當(dāng)流體壓力等于或超過巖石靜應(yīng)力時(shí)，含烴地層中的壓裂可形成。例如，壓裂可以從加熱井形成到生產(chǎn)井。加熱部分內(nèi)壓裂的產(chǎn)生可以減小該部分內(nèi)的壓力，這是由于通過生產(chǎn)井采出液的生產(chǎn)。一旦熱解在富含有機(jī)物巖層內(nèi)已經(jīng)開始，流體壓力可根據(jù)不同因素而變化。這些包括例如烴的熱膨脹、熱解流體的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化速率以及從地層中取出產(chǎn)生的流體。例如，隨著流體在地層內(nèi)產(chǎn)生，孔內(nèi)的流體壓力可能增加。從地層中移出產(chǎn)生的流體則可減小地層井筒區(qū)域附近內(nèi)的流體壓力。在某些實(shí)施方式中，至少一部分富含有機(jī)物巖層的質(zhì)量可以被降低，這是由于例如地層烴的熱解以及從地層中生產(chǎn)烴流體。因此，至少一部分地層的滲透性和孔隙度可能增加。任何有效地從油頁巖產(chǎn)生油和氣的原位方法將在原先非常低滲透性的巖石中產(chǎn)生滲透性。這發(fā)生的程度通過大的膨脹量闡明，如果從干酪根產(chǎn)生的流體不能流動(dòng)，必須具有所述膨脹。該觀點(diǎn)在圖5中被闡明。圖5提供了一柱狀圖，其比較了在模擬的原位干餾工藝之前50和之后51的一噸 Green River油頁巖。模擬的過程是在2，400psi和750 0F (約400°C )下、在總有機(jī)碳含量 22wt. %以及Fisher試驗(yàn)42加侖/噸的油頁巖上進(jìn)行的。轉(zhuǎn)化前，存在總共16. 5ft3的巖石基體52。該基體包括嵌入在頁巖內(nèi)的8. 4ft3的礦物53，即白云石、石灰石等以及8. Ift3 的干酪根M。由于轉(zhuǎn)化該材料膨脹至27. 3ft3 55。這提供了 8. 4ft3的礦物56(與轉(zhuǎn)化前相同的數(shù)目)、6. 6ft3的烴流體57、9. 4ft3的烴蒸汽58以及2. 9ft3的焦炭59?？梢钥闯?， 基本的體積膨脹發(fā)生在轉(zhuǎn)化過程期間。這又增加了巖石結(jié)構(gòu)的滲透性。圖6圖解了地表設(shè)備70的一種實(shí)施方式的示意圖，所述地表設(shè)備70可被配置用于處理采出液。采出液85可以通過生產(chǎn)井71從84處示意性顯示的地下地層中生產(chǎn)。采出液85可包括通過本文描述的任何方法生產(chǎn)的任何采出液。地下地層84可以是任何地下地層，其包括，例如，包含諸如油頁巖、煤、或焦油砂中任何一種的富含有機(jī)物巖層。在例證性的地表設(shè)備70中，采出液被淬火72至300 200 者甚至100 0F以下的溫度。這起到分離出可冷凝成分(即油74和水75)的作用。來自原位油頁巖開采的采出液85包含多種可以在地表設(shè)備70中被分離的成分。 采出液85典型地包含水78、非冷凝烴烷烴種類(例如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷)、 非冷凝烴烯烴種類(例如乙烯、丙烯)、由(烷烴、烯烴、芳烴和多芳烴等)組成的可冷凝烴種類、C02、CO、H2、H2S和NH3。在地表設(shè)備諸如設(shè)備70中，可冷凝成分74可以通過降低溫度和/或增加壓力與非冷凝成分76分離。溫度降低可以利用被周圍空氣或可利用的水72 冷卻的熱交換器實(shí)現(xiàn)?？蛇x地，熱的采出液可以通過與先冷卻的采出烴液熱交換進(jìn)行冷卻。 壓力可以通過離心式或往復(fù)式壓縮機(jī)增加?？蛇x地，或者聯(lián)合地，擴(kuò)散器-膨脹器裝置可被用于從氣流冷凝出液體。分離可以涉及冷卻和/或壓力變化的幾個(gè)階段。在圖6的安排中，地表設(shè)備70包括從烴蒸汽或氣體76中分離液體或油74的油分離器73。在氣體處理單元77中處理非冷凝氣體成分76以去除水78和硫種類79。在天然氣廠81中從氣體(例如丙烷和丁烷)中去除較重的成分以形成液態(tài)石油氣(LPG)80。LPG80 可以放置在卡車或管線中用于銷售。除了可冷凝烴74外，當(dāng)降低溫度或增加壓力時(shí)，水78 可以從氣體76中滴出。液體水可以通過重力沉降器或離心分離器與可冷凝烴74分開。破乳劑可被用于促進(jìn)水分離。地表設(shè)備也可以運(yùn)轉(zhuǎn)以在電廠88從剩余的氣體83產(chǎn)生電能82。電能82可被用作通過本文描述的任何方法加熱地下地層84的能源。例如，電能82可以在高壓例如132kV 下輸入變壓器86，并且在被輸入到位于加熱井87——其位于地下地層84中——中的電阻加熱器元件89之前逐步下降至更低的電壓例如6600V。以這種方式，加熱地下地層84所需能量的全部或部分可以從采出液85的非冷凝成分76中產(chǎn)生。過量的氣體——如果有的話——可以被輸出銷售。在一種實(shí)施方式中，原位加熱一部分的富含有機(jī)物巖層至熱解溫度可以增加加熱部分的滲透性。例如，滲透性可由于通過施加熱引起的加熱部分內(nèi)熱壓裂的形成而增加。隨著加熱部分的溫度增加，水可由于蒸發(fā)而被去除。汽化的水可以溢出和/或從地層中去除。此外，加熱部分的滲透性也可以增加，這是在宏觀規(guī)模上由于加熱部分內(nèi)至少一些地層烴的熱解而產(chǎn)生烴流體的結(jié)果。本文描述的某些系統(tǒng)和方法可用于處理至少一部分相對低滲透性地層中(例如在含有地層烴的“致密”地層中)的地層烴。這樣的地層烴可以被加熱以在地層的選定區(qū)中熱解至少一些地層烴。加熱也可以增加至少一部分選定區(qū)的滲透性。從熱解中產(chǎn)生的烴流體可以從地層中產(chǎn)生，由此進(jìn)一步增加地層滲透性。富含有機(jī)物巖層的加熱部分內(nèi)選定區(qū)的滲透性也可以在該選定區(qū)通過傳導(dǎo)被加熱時(shí)迅速增加。例如，不可滲透的富含有機(jī)物巖層的滲透性在加熱前可小于約0. 1毫達(dá)西。 在一些實(shí)施方式中，熱解至少一部分富含有機(jī)物巖層可以將該部分選定區(qū)內(nèi)的滲透性增加至大于約10毫達(dá)西、100毫達(dá)西、1達(dá)西、10達(dá)西、20達(dá)西或50達(dá)西。因此，該部分選定區(qū)的滲透性可以以大于大約10、100、1，000、10，000或100，000的因數(shù)增加。在一種實(shí)施方式中，富含有機(jī)物巖層在加熱該富含有機(jī)物巖層之前具有小于1毫達(dá)西的初始總滲透性，可選地小于0. 1或0.01毫達(dá)西。在一種實(shí)施方式中，富含有機(jī)物巖層在加熱該富含有機(jī)物巖層之后具有大于1毫達(dá)西的加熱后總滲透性，可選地，大于10、50或100毫達(dá)西。與從巖石基體尤其是淺深度的那些中生產(chǎn)烴相關(guān)，一個(gè)考慮因素可能與地下沉有關(guān)。這特別在原位加熱富含有機(jī)物巖石中是實(shí)際情況，其中一部分基體本身被熱轉(zhuǎn)化并且移去。最初，該地層可包含固體形式的地層烴諸如，例如，干酪根。該地層也可最初包含水溶性礦物。最初，該地層也可以對流體流動(dòng)是基本上不可滲透的。原位加熱該基體熱解了至少一部分地層烴以產(chǎn)生烴流體。這又在富含有機(jī)物地層中的熟化(熱解的)富含有機(jī)物巖石區(qū)內(nèi)產(chǎn)生滲透性。熱解和滲透性增加相組合允許烴流體從地層中產(chǎn)生。同時(shí)，支撐基體的材料的損耗也產(chǎn)生相對于地表下沉的可能。在一些情況中，為了避免環(huán)境或水文地質(zhì)影響，下沉被尋求以最小化。在這方面， 改變地表的等高線和地形甚至幾英寸都可能改變徑流(runoff)型式、影響植被型式以及影響分水嶺。此外，下沉具有損壞在生產(chǎn)區(qū)域中形成的生產(chǎn)或加熱井的可能。這種下沉可以對井筒套管、水泥工件和井下設(shè)備產(chǎn)生破壞性的環(huán)帶以及壓縮性應(yīng)力。為了避免或最小化下沉，提出留下選定部分的基本上未熱解的地層烴。這有助于保護(hù)一個(gè)或多個(gè)未熟化的富含有機(jī)物巖石區(qū)。在一些實(shí)施方式中，未熟化的富含有機(jī)物巖石區(qū)可以成形為基本垂直的柱，其延伸穿過富含有機(jī)物巖層的厚度的主要部分。地層內(nèi)的加熱速度和熱分布可以被設(shè)計(jì)和執(zhí)行，以便留下足夠的未熟化柱以防止下沉。一方面，熱注入井筒在布井中形成，從而油頁巖未處理的柱被留在其中以支撐上覆巖層和防止下沉。在一些實(shí)施方式中，通過原位轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的烴流體的組成和特性可根據(jù)例如富含有機(jī)物巖層內(nèi)的條件變化。控制熱和/或富含有機(jī)物巖層中選定部分的加熱速度可以增加或減少選定的采出液的生產(chǎn)。在一種實(shí)施方式中，操作條件可以通過測量富含有機(jī)物巖層的至少一種特性進(jìn)行確定。測量的特性可以被輸入到計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序中。從地層中生產(chǎn)的采出液的所選至少一種特性也可以被輸入到計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序中。該程序可以是可操作的，以從至少一個(gè)或多個(gè)測量的特性中確定一組操作條件。該程序也可以被配置以從所選擇的采出液的至少一種特性確定該組操作條件。照此，所確定的這組操作條件可以被配置以增加從該地層生產(chǎn)選定采出液。某些加熱井實(shí)施方式可包括例如通過絕緣導(dǎo)體或其它類型的線路與任何加熱井連通的操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)可以被配置以與加熱井對接。操作系統(tǒng)可以接受來自加熱器的信號(例如電磁信號)，其表示加熱井的溫度分布。此外，操作系統(tǒng)可以被進(jìn)一步配置以本地控制或遙控加熱井。例如，操作系統(tǒng)可通過改變與加熱井連接的設(shè)備的參數(shù)，改變加熱井的溫度。因此，操作系統(tǒng)可以監(jiān)控、改變和/或控制至少一部分地層的加熱。在一些實(shí)施方式中，在地層中的平均溫度可能已經(jīng)達(dá)到選定溫度后，加熱井可以被調(diào)小和/或關(guān)閉。調(diào)小和/或關(guān)閉加熱井可減少輸入能量成本，基本上抑制了地層的過熱，并且允許熱基本上傳遞到地層更冷的區(qū)域。加熱的富含有機(jī)物巖層內(nèi)的溫度(和平均溫度)可以變化，這取決于例如與加熱井的接近度、地層的熱傳導(dǎo)性和熱擴(kuò)散性、發(fā)生反應(yīng)的類型、地層烴的類型以及富含有機(jī)物巖層內(nèi)水的存在。在油田中建立監(jiān)控井的位置，溫度測量可以在井筒內(nèi)直接進(jìn)行。此外，在加熱井處，在地層緊接周圍的溫度被相當(dāng)充分地了解。然而，期望將溫度插入到地層中間溫度傳感器和加熱井中的位置上。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)過程的一個(gè)方面，富含有機(jī)物巖層內(nèi)的溫度分布可以采用數(shù)值模擬模型進(jìn)行計(jì)算。數(shù)值模擬模型可通過已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的內(nèi)插以及地層傳導(dǎo)率的假定計(jì)算地表溫度分布。此外，數(shù)值模擬模型可被用于測定處于評估溫度分布下的地層的其它參數(shù)。例如，地層的各種特性可包括但不限于地層的滲透性。數(shù)值模擬模型也可包括評估處于評估溫度分布下的富含有機(jī)物巖層內(nèi)形成的流體的各種特性。例如，所形成流體的各種特性可包括但不限于地層內(nèi)形成的流體的累積體積、流體粘度、流體密度和地層內(nèi)形成的流體的組成。這種模擬可被用于評估商業(yè)規(guī)模操作或小規(guī)模油田試驗(yàn)的性能。例如，基于，但不限于，可從研究規(guī)模操作中生產(chǎn)的產(chǎn)物總體積， 可以評估商業(yè)規(guī)模開發(fā)的性能。在本公開中，提供使用電阻加熱加熱地下地層的方法。電阻熱主要由從井筒注射進(jìn)入地層中的電傳導(dǎo)性材料產(chǎn)生。電流然后通過傳導(dǎo)性材料，使得電能轉(zhuǎn)化為熱能。熱能通過熱導(dǎo)體傳輸至地層以加熱富含有機(jī)物巖石。在本公開的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，傳導(dǎo)性顆粒材料用于井下加熱元件。顆粒狀加熱元件能夠經(jīng)受住在地層加熱過程期間產(chǎn)生的地質(zhì)力學(xué)應(yīng)力。在這點(diǎn)，顆粒材料可以根據(jù)需要容易地改變現(xiàn)狀，而沒有損失導(dǎo)電性。因此，在此提供的方法用于施加熱至地下地層，其中顆粒材料提供在鄰近井筒內(nèi)的電傳導(dǎo)部件之間的電阻傳導(dǎo)通路。然而，可以使用非顆粒傳導(dǎo)性材料諸如在適當(dāng)位置凝為膠體的傳導(dǎo)液。圖7是烴生產(chǎn)區(qū)域700的透視圖。烴生產(chǎn)區(qū)域700包括地下地層715。地下地層 715包括富含有機(jī)物巖石。在一種情況中，富含有機(jī)物巖石包含干酪根?；敬怪钡牧芽p712已經(jīng)在地下地層715內(nèi)產(chǎn)生。裂縫712優(yōu)選為水力形成的。 裂縫712用電傳導(dǎo)性材料(圖7中沒有示出)的顆粒支撐。根據(jù)本文的方法，電流通過傳導(dǎo)性材料傳送以在地層715內(nèi)生成電阻熱。圖7說明熱710從裂縫712發(fā)出。為了提供電流和生成熱710，電壓714被施加在兩個(gè)鄰近的井716和718上。裂縫712與井716、718交叉，使得電流通過裂縫712從第一井(諸如井716)傳送到第二井(例如井718)?？梢园才磐ㄟ^裂縫712運(yùn)行電流的各種方法。在圖7的安排中，AC電壓714是優(yōu)選的。這是因?yàn)榕cDC電壓相比，AC電壓更容易產(chǎn)生并且最小化電化學(xué)腐蝕。然而，任何形式的電能——包括而不限于DC電壓——適合于在本文的方法中使用。在圖7的實(shí)例中，負(fù)極在井筒716處設(shè)立，而正極在井筒718處設(shè)立。每個(gè)井筒 716、718具有達(dá)到地下地層715以遞送電流的傳導(dǎo)部件。提供足以生成引起固體烴熱解所需要的熱的電流量。Green River油頁巖的動(dòng)力學(xué)參數(shù)例如表明對于每年100°C (180 0F ) 的加熱速度，完全的干酪根轉(zhuǎn)化將在約324°C (615 T )的溫度出現(xiàn)。百分之五十轉(zhuǎn)化將在約四11 (555 T )的溫度出現(xiàn)。在裂縫附近的油頁巖在數(shù)月內(nèi)被加熱至轉(zhuǎn)化溫度，但可能需要數(shù)年得到在整個(gè)地下體積中生成經(jīng)濟(jì)儲量需要的熱滲透深度。在裂縫712內(nèi)，顆粒材料作為加熱元件。當(dāng)電流通過裂縫712時(shí)，熱710通過電阻加熱生成。熱710通過熱傳導(dǎo)傳遞到在裂縫712周圍的地層715。結(jié)果，在地層715內(nèi)的富含有機(jī)物巖石被充分地加熱以轉(zhuǎn)化干酪根為烴。生成的烴然后使用熟知的采出方法進(jìn)行采
出ο在圖7的安排中，地層715主要沿著單個(gè)垂直平面顯示。進(jìn)一步地，熱710被顯示從該垂直平面內(nèi)的裂縫712發(fā)出。然而，應(yīng)當(dāng)理解，地層715是三維地下體積，以及熱710 將傳導(dǎo)跨過該體積的一部分。如以上描述，圖7描述了使用單個(gè)垂直水力裂縫712和一對垂直井716、718的加熱方法。在實(shí)踐中，多個(gè)井筒對716、718將與交叉裂縫712—起完成。然而，可以提供其它井筒和完井安排。實(shí)例包括使用水平井和/或水平裂縫。商業(yè)應(yīng)用可以包括多個(gè)裂縫，其中多個(gè)井放置在井網(wǎng)驅(qū)或行列驅(qū)地層中。在熱轉(zhuǎn)化過程期間，油頁巖滲透性可能增加。這可能由固體干酪根轉(zhuǎn)化為液態(tài)或氣體烴時(shí)增加的流動(dòng)可用的孔體積引起?？蛇x地，增加的滲透性可以產(chǎn)生于裂縫的形成，因?yàn)楦衫腋D(zhuǎn)化為烴并在限定的系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)歷大量的體積增加。在這方面，如果初始滲透性太低以至于不允許烴的釋放，則過量的孔壓力將最終引起裂縫生成。除了水力裂縫之外，這些也在井筒716、718的完井期間最初形成?，F(xiàn)在參看圖8A和8B，圖解了加熱地下地層的可選的安排800A、800B。首先，圖8A 顯示包括地下地層815的烴生產(chǎn)區(qū)域805A。地下地層815包括富含有機(jī)物巖石。這種富含有機(jī)物巖石的一個(gè)實(shí)例是油頁巖。在圖8A的安排中，提供第一多個(gè)井筒816。每個(gè)井筒816具有垂直部分和變向的、 基本水平的部分。熱再次經(jīng)過用電傳導(dǎo)性材料的顆粒支撐的多個(gè)水力裂縫進(jìn)行傳遞。裂縫在812示出并且是基本垂直的。每個(gè)水力裂縫812對于井816的水平部分是縱向的(或離開井816的水平部分)。分開的第二多個(gè)井818也在烴生產(chǎn)區(qū)域800A中提供。這些井818也具有基本垂直部分和基本水平部分。各個(gè)井818的基本水平部分與各個(gè)裂縫812交叉。在圖8A的安排中，電壓被施加在從第一多個(gè)井816到第二多個(gè)井818的數(shù)對井上。在第一多個(gè)井中的井816包括負(fù)極，而在第二多個(gè)井中的井818包括正極。當(dāng)然，也可以相反地設(shè)立。電壓814被施加在穿透裂縫812的各個(gè)井816、818上。再一次，AC電壓814 是優(yōu)選的。然而，任何形式的電能——包括而不限于DC電壓——適合于在本發(fā)明中使用。
來自各個(gè)多個(gè)井816、818的數(shù)對井組成各個(gè)電路。電路通過在裂縫812內(nèi)放置傳導(dǎo)顆粒材料“完成”。這又經(jīng)過電阻加熱生成熱。這種熱通過熱傳導(dǎo)傳遞到地下地層815內(nèi)的富含有機(jī)物巖石。結(jié)果，富含有機(jī)物巖石被充分地加熱以轉(zhuǎn)化在地下地層815中包含的干酪根為烴。生成的烴然后通過生產(chǎn)井(沒有示出)采出。需要說明的是，在圖8A中的裂縫812是垂直的。相反地，第二多個(gè)井筒818的交叉部分是水平的。然而，應(yīng)該理解，這種安排可以顛倒。這意味著裂縫812可以是水平的， 而第二多個(gè)井筒818的交叉部分是垂直的。在這后者的安排中，第二多個(gè)井筒818沒有必要是變向的。作為一個(gè)實(shí)際問題，裂縫的方向可能取決于地下地層的深度。例如，一些在 1，000英尺或1，000英尺以上完成的一些Green River油頁巖地層往往產(chǎn)生水平的裂縫，而在大約1，000英尺以下完成的地層往往形成垂直裂縫。當(dāng)然，這高度依賴于工作的實(shí)際位置和地質(zhì)力學(xué)力。圖8B顯示包括地下地層815的烴生產(chǎn)區(qū)域805B。地下地層815包括可以包含干酪根的富含有機(jī)物巖石。在圖8B的安排中，提供第一多個(gè)井筒826。每個(gè)井筒擬6具有垂直部分和變向的、基本水平的部分。熱再次經(jīng)過用電傳導(dǎo)性材料的顆粒支撐的多個(gè)水力裂縫進(jìn)行傳送。裂縫在812示出并且是基本垂直的。每個(gè)水力裂縫812對井826的水平部分是縱向的(或離開井826的水平部分)。分開的第二多個(gè)井828也在烴生產(chǎn)區(qū)域800B中提供。這些井818也具有基本垂直部分和基本水平部分。各個(gè)井828的基本垂直部分與各個(gè)裂縫812交叉。在圖8B的安排中，電壓被施加跨過第一多個(gè)井826到第二多個(gè)井828中的一個(gè)。 在第一多個(gè)井中的井?dāng)M6可以包括正極，而第二井?dāng)M8可包括負(fù)極。當(dāng)然，也可以相反地設(shè)立。電壓824被施加在穿透裂縫812的各個(gè)井826、擬8上。再一次，AC電壓擬4是優(yōu)選的。 然而，任何形式的電能——包括而不限于DC電壓一一適合于在本發(fā)明中使用。井826、擬8—起工作以組成各個(gè)電路。電路通過在裂縫812內(nèi)放置傳導(dǎo)顆粒材料 “完成”。這又經(jīng)過電阻加熱生成熱。這種熱通過熱傳導(dǎo)傳遞到地下地層815內(nèi)的富含有機(jī)物巖石。結(jié)果，富含有機(jī)物巖石被充分地加熱以轉(zhuǎn)化在地下地層815中包含的干酪根為烴。 生成的烴然后通過生產(chǎn)井(沒有示出)采出。需要說明的是，在圖8B中的裂縫812是垂直的。相反地，第二多個(gè)井筒828的交叉部分是水平的。在生產(chǎn)區(qū)域800B中，第二井筒828的水平部分與裂縫812相交，從各個(gè)第一井筒826的多于一個(gè)水平部分與多于一個(gè)裂縫812相聯(lián)。在生產(chǎn)區(qū)域800A、800B的任一個(gè)中，不同的材料可以用作電傳導(dǎo)性顆粒材料。第一，可以使用具有薄的金屬涂層的沙子。第二，可以使用金屬和陶瓷復(fù)合材料。第三，可以使用碳基材料。這些實(shí)例中的每一個(gè)不僅可以是傳導(dǎo)性的，而且作為支撐劑。可以使用數(shù)種另外的作為支撐劑較不理想的傳導(dǎo)性材料。一個(gè)實(shí)例是傳導(dǎo)性水泥。同樣，綠色或黑色碳化硅、碳化硼或煅燒的石油焦可以用作支撐劑。也需要說明的是，可以使用以上材料的組合。在這方面，電傳導(dǎo)性材料不需要是均一的，而可以包括兩個(gè)或更多個(gè)合適的電傳導(dǎo)性材料的混合物。例如，作為支撐劑的一個(gè)或多個(gè)傳導(dǎo)性材料可以與一個(gè)或多個(gè)非支撐劑的傳導(dǎo)性材料混合，以取得期望傳導(dǎo)性，同時(shí)在指定預(yù)算內(nèi)操作。不管組成如何，傳導(dǎo)性材料優(yōu)選地滿足數(shù)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。首先，在預(yù)期的原位應(yīng)力下顆粒材料的電阻率優(yōu)選為高到足以提供電阻熱，同時(shí)低到足以傳導(dǎo)計(jì)劃的電流從一個(gè)井到另一個(gè)井。顆粒材料也優(yōu)選滿足裂縫支撐劑通常的標(biāo)準(zhǔn)，即，足夠的強(qiáng)度以保持裂縫敞開，和足夠低密度以泵入裂縫中。最后，方法的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用可以設(shè)定可接受的顆粒材料的成本上限。在生產(chǎn)區(qū)域800A、800B每一個(gè)當(dāng)中，提供生產(chǎn)井。例證性生產(chǎn)井840在圖8B中示出。生產(chǎn)井840在地下地層815中完井以傳輸烴流體到地面。
實(shí)施例為了說明電流通過富含有機(jī)物巖石中的裂縫傳輸以生成電阻熱，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，使用顆粒材料的電阻加熱成功地將巖石的實(shí)驗(yàn)室樣品中的干酪根轉(zhuǎn)化為可采出的烴。現(xiàn)在參看圖9和圖10，巖心樣品900從含有干酪根的地下地層取得。巖心樣品900 是具有1.39英寸直徑的三英寸長油頁巖圓柱狀樣本。油頁巖的底層垂直于巖心900軸。如在圖9中圖解，巖心樣品900切割成兩部分932和934。上表面936位于部分932上，而下表面938對應(yīng)于部分934。在樣品部分932中研磨出具有約0. 25mm(l/16英寸)深的托盤(tray) 935，包括具有約0. lmm(0. 02英寸)直徑的#170鑄鋼丸(cast steel shot)的代替支撐劑材料910放置在托盤935中。如圖解，使用足夠量的傳導(dǎo)性支撐劑材料910以基本上填滿托盤935。電極937放置在部分932的相對端。電極937從巖心900的范圍外面延伸進(jìn)入與支撐劑材料910接觸。如在圖10中示出，樣品部分932和934接觸放置，如同重建巖心樣品900 —樣。巖心900然后放置在不銹鋼套940中，部分932和934用三個(gè)不銹鋼軟管夾942結(jié)合在一起。 使軟管夾942變緊以施加應(yīng)力到代替支撐劑(參見圖9中)，正如同在實(shí)際應(yīng)用中要求支撐劑910原位支撐應(yīng)力。在電極937之間的電阻在任何電流施加之前測量為822歐姆。在樣品900的一半鉆一小孔(未示出)，以容納熱電偶。該熱電偶被用于在加熱期間測定巖心樣品900中的溫度。該熱電偶被大致設(shè)置于托盤935和巖心樣品900的外徑之間的中間處。夾緊的巖心樣品900放置在具有玻璃襯管的壓力容器(圖中沒有示出)中。玻璃襯管的目的是收集加熱過程生成的烴。壓力容器裝備供電裝置(electrical feed)。壓力容器被抽真空和充滿500psi的氬氣以給實(shí)驗(yàn)提供化學(xué)惰性氣氛。在18至19安培范圍的電流被施加在電極937之間5小時(shí)。巖心樣品900中的熱電偶在約一小時(shí)后測量溫度為 268°C，在此后逐漸減小至約250°C。在托盤935的位置達(dá)到的高溫被推斷為約350°C至約 400 "C。在試驗(yàn)完成和巖心樣品900已經(jīng)冷卻到環(huán)境溫度之后，打開壓力容器。0. 15ml的油從在其中進(jìn)行試驗(yàn)的玻璃襯管的底部回收。巖心樣品900從壓力容器中去除，再次測量在電極937之間的電阻。這種試驗(yàn)后電阻測量值為49歐姆。在加熱期間，記錄功率消耗、電阻和在樣品900中嵌入的熱電偶的溫度。圖11提供顯示功率消耗1112、溫度1122和電阻1132記錄為時(shí)間的函數(shù)的曲線圖。首先，圖11包括圖表1110。圖表1110具有縱坐標(biāo)1112，其代表在試驗(yàn)期間消耗的以瓦特計(jì)的電功率。圖表1110也具有橫坐標(biāo)1114，其顯示以分鐘計(jì)的試驗(yàn)逝去時(shí)間。在橫坐標(biāo)1114上的總的時(shí)間為5小時(shí)(300分鐘)。從圖表1110可以看出在1小時(shí)后，施加到巖心樣品900的功率的范圍為50和60瓦特之間。接著，圖11包括圖表1120。圖表1120具有縱坐標(biāo)1122，其代表在整個(gè)試驗(yàn)中、在巖心樣品900(圖9和10)中熱電偶處測量的以攝氏度計(jì)的溫度。圖表1120也具有橫坐標(biāo) IlM，其顯示試驗(yàn)期間以分鐘計(jì)的逝去時(shí)間。同樣地，總的時(shí)間為5小時(shí)。需要說明的是， 溫度1122在試驗(yàn)期間到達(dá)的最大值為268°C。根據(jù)這個(gè)值，可以推斷沿著托盤935的溫度應(yīng)該達(dá)到350-400°C的值。這個(gè)值足以引起熱解。最后，圖11包括圖表1130。圖表1130具有縱坐標(biāo)1132，其代表在試驗(yàn)期間在電極937(圖9和10)之間測量的以歐姆計(jì)的電阻。圖表1130也具有橫坐標(biāo)1134，其同樣顯示試驗(yàn)期間以分鐘計(jì)的逝去時(shí)間。只有在加熱試驗(yàn)期間進(jìn)行的電阻測量包括在圖表1130 中。令人感興趣的是，在樣品900的初始加熱后，電阻1132在0. 15和0. 2歐姆之間相對保持穩(wěn)定。在試驗(yàn)期間從沒有觀察到電連續(xù)性的損失。試驗(yàn)之前和試驗(yàn)之后的電阻測量(822 和49歐姆)被省略。在巖心樣品900冷卻至環(huán)境溫度后，將其從壓力容器去除并拆開。觀察到傳導(dǎo)性支撐劑材料910在數(shù)個(gè)地方被在試驗(yàn)期間由油頁巖生成的焦油樣烴或浙青滲透。通過在巖心樣品900中由于試驗(yàn)期間熱膨脹形成的裂縫，獲得橫截面。觀察到在代替支撐劑910附近轉(zhuǎn)化的油頁巖的月牙形狀部分?，F(xiàn)在返回到圖7、8A和8B，連接至裂縫加熱元件可以以各種方法實(shí)施。在這些安排的每一個(gè)中，連接點(diǎn)被沿著井筒到裂縫內(nèi)的中間傳導(dǎo)性顆粒材料提供在傳導(dǎo)性金屬器件之間。這些點(diǎn)連接沿著垂直井筒形成(圖7)、在水平井筒部分的跟部形成(圖8A)、在水平井筒部分的趾部形成(圖8B)。對于這些電阻加熱器井完井安排700、800A、800B中的每一個(gè)，出現(xiàn)一個(gè)顧慮。該顧慮涉及在井筒與傳導(dǎo)性顆粒材料交叉的區(qū)域中非常高電流密度的電勢。該顧慮關(guān)系到圖 7、8A和8B的完井安排的任一個(gè)。電流是描述電子沿著流動(dòng)路徑流動(dòng)的平均數(shù)量。電或電荷的數(shù)量的SI單位是庫侖。庫侖被定義為在一秒鐘內(nèi)通過攜帶一安培的電導(dǎo)體的橫截面的電荷數(shù)量。符號Q通常用于表示電或電荷的數(shù)量。電流可以具有電流密度，其表示每單位面積橫截面的電流。在SI單位中，這可以表示為A/m2。電流密度向量可以表示為i，并且數(shù)學(xué)地描述如下i = nqvd = Dvd其中i =電流密度向量(A/m2)η =每體積以個(gè)數(shù)計(jì)的顆粒密度(m_3)；q =單個(gè)顆粒的電荷(庫侖)；D =電荷密度(庫侖/m3)，或nq ；和vd =顆粒的平均移動(dòng)速度(m/sec)。在井下電接觸點(diǎn)，過量電流密度的存在可能造成地下地層715或815內(nèi)不一致的熱分布。在這方面，顯著的加熱可以主要在井筒與顆粒材料的交叉處附近出現(xiàn)，在地下地層的剩余部分內(nèi)存在不充分的電阻加熱。為了解決這個(gè)問題，在此提議在井下接觸點(diǎn)或在井下接觸點(diǎn)附近放置第二類型的顆粒材料。這種第二類型的顆粒材料具有不同于裂縫的體積中傳導(dǎo)性顆粒材料的電傳導(dǎo)率。這種安排可以兩種方式中的任一種起作用。如果第二材料具有較高的傳導(dǎo)率，它可以通過降低在具有高電流密度的接觸點(diǎn)上的電壓降起作用。在這種情況下，高電流密度仍然存在，但是它不導(dǎo)致過量的局部熱生成?？蛇x地，如果第二材料具有非常低(甚至為零)的電導(dǎo)率，它可以過改變主要電流通路以消除高電流密度的區(qū)域起作用。優(yōu)選的是使用第一選擇，其中第二傳導(dǎo)性材料具有比裂縫的體積中的傳導(dǎo)性材料顯著高的傳導(dǎo)率。優(yōu)選地，第二傳導(dǎo)性材料的傳導(dǎo)率比顆粒材料的傳導(dǎo)率高大約10至100 倍。在一方面，裂縫的體積充滿煅燒過的焦炭，而在緊鄰連接點(diǎn)的傳導(dǎo)性材料包括粉末狀金屬、石墨、炭黑或它們的組合。粉末狀金屬的實(shí)例包括粉末狀銅和鋼。例如，在第一選擇的實(shí)例性實(shí)施方式中——例如其中第二傳導(dǎo)性材料具有比裂縫的體積中傳導(dǎo)性材料顯著高的傳導(dǎo)率，本發(fā)明人已經(jīng)確定石墨與按重量計(jì)多至50%的水泥的顆?；旌衔锂a(chǎn)生了合適的電阻率。本發(fā)明人已經(jīng)確定在該組成范圍內(nèi)的混合物同樣比顆粒支撐劑材料傳導(dǎo)性大10-100倍。本發(fā)明人也已確定按重量計(jì)具有超過50%的水泥含量的組合物增加混合物電阻率超出了優(yōu)選電阻率范圍。水——其可以被加入以控制顆粒狀混合物的粘度——典型地被加入顆粒狀混合物，以幫助傳導(dǎo)性材料充分分布進(jìn)入支撐劑填充的裂縫中。注入的顆粒材料的充填稠度也可以通過加入或減少水到顆粒狀混合物進(jìn)行控制，例如，更多的水當(dāng)注入后將產(chǎn)生更稀和更廣泛分散的充填。因此，本發(fā)明人已經(jīng)確定如果用作上述第二傳導(dǎo)性材料，在前述組成范圍內(nèi)的顆粒狀混合物的傳導(dǎo)性足夠而不生成熱點(diǎn)ο例如，已經(jīng)確定適合于在井下電接觸點(diǎn)附近使用的以上描述的第二傳導(dǎo)性材料的示例性組合物包括IOg石墨(75%干重)、3. 3g波特蘭水泥重量)和18g水。為了確定在第一傳導(dǎo)性材料(表示在裂縫內(nèi)和位于任何電連接中間的材料)和第二傳導(dǎo)性材料 (前述的IOg石墨、3. 3g波特蘭水泥和18g水的混合物)之間的體電阻率，它們被注射在經(jīng)受各種載荷和應(yīng)力的兩個(gè)大理石板之間固化64小時(shí)。獲得的第二傳導(dǎo)性材料的整個(gè)充填厚度為大約0. 01”至約0. 028第二傳導(dǎo)性材料的電阻率為大約0. 1638歐姆厘米，其比周圍支撐劑的傳導(dǎo)性高大約10-100倍。第二傳導(dǎo)性材料的兩個(gè)示例性樣品的電阻率在以下表I中的各個(gè)載荷下示出。樣品A包括25%干重水泥和75%干重石墨，和樣品B包括50% 干重水泥和50%干重石墨。樣品A的電阻率在所有承受的載荷下比第二樣品的電阻率始終如一地低。雖然在兩個(gè)樣品中獲得足夠的電阻率，但是優(yōu)選的實(shí)施方式包括包含小于或等于按重量計(jì)50% (干重)水泥和等于或大于按重量計(jì)50%石墨的混合物，和更優(yōu)選地是包含按重量(干重)計(jì)25-50%水泥和按重量(干重)計(jì)50-75%石墨或另一種電傳導(dǎo)性材料諸如顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨和/或它們的組合的混合物。表I
電阻率(歐姆厘米) 載荷Ibs 載荷Ibs 載荷Ibs 載荷Ibs 載荷Ibs 載荷Ibs 樣品號 Olbs50 lbs IOOlbs 150 Ibs 200 lbs 2501bs
~a oil αο9 αο8 αο7 αο7 αο7
B0.450.190.140.120.100.10為了理解在連接點(diǎn)使用策略地放置的顆粒材料的功效，考慮描述電流通過主體的流動(dòng)的數(shù)學(xué)概念是有用的。圖12表示電流通過地質(zhì)地層中的裂縫平面1200的流動(dòng)。箭頭表示偏微分方程的X和y方向的電流增量。箭頭ix表示在X方向流動(dòng)的電流，而箭頭iy表示在y方向流動(dòng)的電流。標(biāo)記“t”表示在點(diǎn)(x，y)的裂縫1200的厚度。在裂縫平面1200中，電流在χ方向從第一點(diǎn)位置χ運(yùn)動(dòng)到第二位置x+dx。電流值從ix變?yōu)閕x+dix。類似地，電流在y方向從第一點(diǎn)位置y運(yùn)動(dòng)到第二位置y+dy。電流值從 iy變?yōu)閕y+diy。如果電流進(jìn)入或離開在位置(X，y)的裂縫，這種源項(xiàng)(source term)可以寫為Q(x，y)且具有A/m2的單位。這表示在裂縫中一個(gè)點(diǎn)的電流源。當(dāng)電流運(yùn)動(dòng)時(shí)，電荷守恒。電荷守恒是電荷既不產(chǎn)生也不消失的定律；電荷的量總是守恒。根據(jù)電荷守恒定律，分離系統(tǒng)的總電荷保持恒定，而不論系統(tǒng)自身內(nèi)部如何變化。 電荷守恒可以使用偏微分方程進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)
權(quán)利要求
1.使用電阻加熱加熱地下地層的方法，包括提供穿透所述地下地層內(nèi)的固體富含有機(jī)物巖石的層段的兩個(gè)或更多個(gè)井筒； 自所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的至少一個(gè)在所述富含有機(jī)物巖石中建立至少一個(gè)裂縫；在所述至少一個(gè)裂縫中提供電傳導(dǎo)性材料，以在所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒之間提供電傳輸，所述電傳導(dǎo)性材料包括(i)放置與所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)接觸且具有第一體電阻率的第一部分，和(ii)在所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中間且具有第二體電阻率的第二電傳導(dǎo)性部分；和傳遞電流通過所述至少一個(gè)裂縫，使得在所述電傳導(dǎo)性材料內(nèi)產(chǎn)生電阻熱，足以熱解至少一部分的所述富含有機(jī)物巖石成為烴流體，其中產(chǎn)生的熱在所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分內(nèi)小于在所述電傳導(dǎo)性材料的所述第二部分中。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述富含有機(jī)物巖石包括油頁巖。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)基本垂直完井；和所述至少一個(gè)裂縫是基本水平的。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)基本水平完井；和所述至少一個(gè)裂縫是基本垂直的。
5.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料是作為支撐劑的顆粒材料。
6.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分包括顆粒狀金屬、 鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。
7.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第二部分包括顆粒狀金屬、 鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。
8.權(quán)利要求2所述的方法，其中構(gòu)成所述電傳導(dǎo)性材料的所述第二部分的材料的電阻率比構(gòu)成所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的材料的電阻率大大約10至100倍。
9.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分基本為非傳導(dǎo)性的；和所述電傳導(dǎo)性材料的所述第二部分接觸所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)的至少一部分。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分包括硅石、石英、 水泥片、砂巖或其任何組合。
11.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的電阻率是約 0. 005歐姆-米。
12.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的電阻率是在約 0. 00001歐姆-米和0. 00005歐姆-米之間。
13.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的電阻率接近無窮大。
14.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述至少一個(gè)裂縫水力地形成。
15.權(quán)利要求2所述的方法，還包括連續(xù)傳遞電流通過電傳導(dǎo)性材料的所述第一和第二部分以使油頁巖熱解成為烴流體；和從所述地下地層開采烴流體到地表加工設(shè)備。
16.使用電阻加熱加熱地下地層的方法，包括在至少部分地位于所述地下地層內(nèi)的第一井筒和同樣至少部分地位于所述地下地層內(nèi)的第二井筒之間的所述地下地層中形成至少一個(gè)通路；提供電傳導(dǎo)性材料進(jìn)入所述至少一個(gè)通路中以形成電連接，所述電連接在所述第一井筒和所述第二井筒之間提供電傳輸；提供在所述第一井筒中的第一電傳導(dǎo)部件，使得所述第一電傳導(dǎo)部件與所述電連接進(jìn)行電傳輸；提供在所述第二井筒中的第二電傳導(dǎo)部件，使得所述第二電傳導(dǎo)部件與所述電連接進(jìn)行電傳輸，由此形成至少由所述第一電傳導(dǎo)部件、所述電連接和所述第二電傳導(dǎo)部件構(gòu)成的電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑；和建立通過所述電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑的電流，由此由于電阻加熱在所述電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑內(nèi)生成熱，生成的熱的至少一部分熱傳導(dǎo)進(jìn)入所述地下地層，并且其中所述生成的熱由接近所述第一電傳導(dǎo)部件和所述第二電傳導(dǎo)部件生成的第一熱和在所述第一電傳導(dǎo)部件和所述第二電傳導(dǎo)部件中間的所述電傳導(dǎo)性顆粒材料生成的第二熱組成，所述第一熱小于所述第二熱。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述地下地層是富含有機(jī)物巖層。
18.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述地下地層包含重?zé)N。
19.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述地下地層是油頁巖地層。
20.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料是顆粒材料；和所述電連接是顆粒狀電連接。
21.權(quán)利要求20所述的方法，其中所述生成的熱引起在至少一部分所述地下地層內(nèi)的固體烴熱解。
22.權(quán)利要求21所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料包括(i)分別緊鄰所述第一電傳導(dǎo)部件和所述第二電傳導(dǎo)部件的第一部分，和(ii)在所述第一電傳導(dǎo)部件和第二電傳導(dǎo)部件周圍的所述第一部分中間的第二部分；和所述第一部分的電阻率不同于所述第二部分的電阻率。
23.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第一部分具有足夠低的電阻率，以提供電傳導(dǎo)而沒有大量熱生成。
24.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第一部分包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。
25.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第二部分包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。
26.權(quán)利要求22所述的方法，其中構(gòu)成所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第二部分的材料的電阻率比構(gòu)成所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第一部分的材料的電阻率大大約10至100倍。
27.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第一部分包括小于或等于以干重計(jì)50 %的水泥和以干重計(jì)50 %或更多的石墨。
28.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第一部分包括50%至 75%之間的顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。
29.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第一部分基本為非傳導(dǎo)性的；和所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第二部分接觸所述第一和第二電傳導(dǎo)部件的每一個(gè)的至少一部分。
30.權(quán)利要求四所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第一部分包括硅石、 石英、水泥片、砂巖或其組合。
31.權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性顆粒材料的所述第一部分的電阻率是約0. 005歐姆-米。
32.權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的電阻率接近無窮大。
33.權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一井筒和所述第二井筒每一個(gè)基本垂直地完井；和在所述地下地層中的所述通路包括基本垂直的裂縫。
34.權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述第一井筒和所述第二井筒每一個(gè)基本水平地完井；和在所述地下地層中的所述至少一個(gè)通路包括第一基本垂直的裂縫。
35.權(quán)利要求33所述的方法，還包括提供在第三井筒中的第三電傳導(dǎo)部件，使得所述第三電傳導(dǎo)部件同樣與所述電連接進(jìn)行電傳輸，并且是所述電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑的一部分；其中所述第三井筒基本水平地完井；在所述地下地層中的所述至少一個(gè)通路包括第二基本垂直的裂縫；和所述第二井筒與所述第一裂縫和第二裂縫都交叉。
36.權(quán)利要求22所述的方法，其中構(gòu)成所述第一電傳導(dǎo)部件、所述第二電傳導(dǎo)部件或者兩者的至少一部分的材料具有小于0. 0005歐姆-米的電阻率。
37.權(quán)利要求22所述的方法，還包括連續(xù)傳遞電流通過所述電連接，直到緊鄰所述電傳導(dǎo)流動(dòng)路徑的所述地下地層達(dá)到選擇的溫度；和減少通過所述電連接的電流的量。
38.使用電阻加熱原位加熱地下地層的系統(tǒng)，包括多個(gè)井筒，其穿透所述地下地層內(nèi)的固體富含有機(jī)物巖石的層段； 至少一個(gè)裂縫，其在所述富含有機(jī)物巖石中自所述井筒中的至少一個(gè)建立，其中所述至少一個(gè)裂縫包括電傳導(dǎo)性材料以提供在至少兩個(gè)所述井筒之間的電傳輸，所述電傳導(dǎo)性材料包括(i)放置與至少兩個(gè)井筒接觸且具有第一體電阻率的第一部分，和(ii)在所述至少兩個(gè)井筒中間且具有第二體電阻率的第二電傳導(dǎo)部分；和至少一個(gè)電導(dǎo)體，其可操作地與所述至少兩個(gè)井筒的每一個(gè)中的所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分連接，所述至少一個(gè)電導(dǎo)體被配置成通過所述至少一個(gè)裂縫傳遞電流，使得電阻熱在所述電傳導(dǎo)性材料內(nèi)生成，足以熱解所述富含有機(jī)物巖石的至少一部分成為烴流體，并且其中生成的熱在所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分內(nèi)比在所述電傳導(dǎo)性材料的所述第二部分中低。
39.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)基本垂直地完井；和所述至少一個(gè)裂縫是基本水平的。
40.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)基本水平地完井；和所述至少一個(gè)裂縫是基本垂直的。
41.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述電傳導(dǎo)性材料是作為支撐劑的顆粒材料。
42.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。
43.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第二部分包括顆粒狀金屬、鍍金屬的顆粒、焦炭、石墨或它們的組合。
44.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中構(gòu)成所述電傳導(dǎo)性材料的所述第二部分的材料的電阻率比構(gòu)成所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的材料的電阻率大大約10至100倍。
45.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分基本為非傳導(dǎo)性的；和所述電傳導(dǎo)性材料的所述第二部分接觸所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)的至少一部分。
46.權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分包括硅石、石英、 水泥片、砂巖或其組合。
47.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的電阻率是約 0. 005歐姆-米。
48.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的電阻率是在約 0. 00001歐姆-米和0. 00005歐姆-米之間。
49.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述電傳導(dǎo)性材料的所述第一部分的電阻率接近無窮大。
50.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)裂縫是水力形成的。
51.權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，還包括從所述地下地層開采所述烴流體的至少一個(gè)生產(chǎn)井。
全文摘要
提供使用電阻加熱加熱地下地層的方法和系統(tǒng)。一方面，提供穿透所述地下地層內(nèi)的固體富含有機(jī)物巖石的層段的兩個(gè)或更多個(gè)井筒。自所述井筒中的至少一個(gè)在所述富含有機(jī)物巖石中建立至少一個(gè)裂縫，和在所述裂縫中提供電傳導(dǎo)性材料。以這種方式，在所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒之間提供電傳輸。所述電傳導(dǎo)性材料可以包括放置與所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中的每一個(gè)接觸的第一部分和在所述兩個(gè)或更多個(gè)井筒中間的第二部分。所述第一部分具有第一體電阻率，而所述第二部分具有第二體電阻率。所述方法也包括傳遞電流通過所述裂縫，使得在電傳導(dǎo)性材料內(nèi)通過電阻生成熱，足以熱解至少一部分的所述富含有機(jī)物巖石成烴流體。在所述電傳導(dǎo)性材料的第一部分內(nèi)生成的電阻熱小于在所述電傳導(dǎo)性材料的第二部分內(nèi)生成的熱。
文檔編號E21B47/00GK102203379SQ200980143404
公開日2011年9月28日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者G·A·奧滕, M·G·尼可拉斯, W·A·賽明頓 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>