加熱地下地層以轉化有機物成為烴流體的電傳導方法

2023-05-09 02:52:46

專利名稱：加熱地下地層以轉化有機物成為烴流體的電傳導方法
技術領域：
本發明涉及從地下地層採收烴的領域。更具體地，本發明涉及從富含有機物巖層原位採收烴流體，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專利申請號12/074，899，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(用於原位地層加熱的粒狀電連接)」，並且通過引用以整體併入本文。美國申請號12/074，899又要求在2007年3月22日提交的在審美國臨時專利申請號60/919，391的權益，該臨時申請名稱也是「Granular Electrical Connections for In Situ Formation Heating(用於原位地層加熱的粒狀電連接)」，並且通過引用以其整體併入本文。技術討論已知某些地質地層包含被稱為「乾酪根(kerogen) 」的有機物。乾酪根是固體含碳物質。當乾酪根被嵌在巖層中時，該混合物被稱為油頁巖。實際上，不管該礦物質事實上在技術上是不是頁巖，它都是由緻密粘土形成的巖石。乾酪根暴露於熱一段時間後經歷分解。加熱後，乾酪根在分子水平上分解以產生油、氣和含碳焦炭。還可以產生少量的水。油、氣和水流體在該巖石基體內變得可以流動， 而含碳焦炭保持基本上不動。在世界範圍內的各個地區包括美國都發現了油頁巖地層。此類地層主要在懷俄明州、科羅拉多州和猶他州發現。油頁巖地層往往位於相對淺的深度，並且通常的特徵在於有限的滲透性。一些人認為油頁巖地層是這樣的烴沉積物，其還沒有經歷認為是形成常規油和氣儲量所需的多年熱和壓力。乾酪根分解產生流動烴的速率依賴於溫度。在許多歲月的期間一般超過 2700C (518 T)的溫度對於大量轉化來說可能是必需的。在更高的溫度下大量轉化可以在更短的時間內發生。當乾酪根被加熱至所需溫度時，化學反應將形成固體乾酪根的較大分子裂解成較小的油和氣分子。熱轉化工藝被稱為熱解或乾餾。從油頁巖地層提取油已經嘗試了許多年。近地表油頁巖在地表被開採並乾餾已經一個多世紀。在1862年，James Young開始加工蘇格蘭油頁巖。該工業持續了大約100 年。商業上通過地表開採的油頁巖乾餾也已經在其它國家進行。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，因為它證實是不經濟的或者由於廢頁巖處理上的環境限制，該實踐在最近幾年已經大部分停止。(參見T. F. Yen和 G. V. Chilingarian, "Oil Shale, 」 Amsterdam，Elsevier, p.四2，其全部公開內容通過引用併入本文)。此外，地表乾餾需要開採油頁巖，這限於對非常淺地層的應用。在美國，自從20世紀OO年代早期就已經知道在西北的科羅拉多州存在油頁巖沉積物。儘管時不時在該地區開展研究項目，但是還沒有進行認真的商業開發。大部分對油頁巖生產的研究在20世紀OO年代後期進行。該研究主要是針對頁巖油地質學、地球化學以及在地表設備中的乾餾。在1947年，美國專利號2，732，195授予Ljungstrom0該發明名稱為『『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於油頁巖地層。這種原位加熱的目的是蒸餾烴和將它們採收到表面。該'195 Ljungstrom專利通過引用併入本文。Ljungstrom杜撰了短語「熱供給通道(heat supply channels) 」以描述鑽到地層中的井眼。該井眼接收將熱傳遞到周圍油頁巖的電熱導體。因此，熱供給通道充當早期熱注入井。熱注入井中的電加熱部件被放在砂或水泥或其它導熱材料內，以允許熱注入井將熱傳送到周圍的油頁巖中，同時防止流體的流入。根據Ljimgstrom，在某些應用中，該「集合體(aggregate) 」被加熱至500°C與1，000°C之間。與熱注入井一起，流體生產井也在熱注入井附近完井。將熱導入巖石基體中後，乾酪根被熱解，產生的油和氣將通過鄰近的生產井被採收。Ljungstrom通過Swedish Shale Oil Company實施了他的從加熱井筒進行熱傳導的方法。全規模的工廠被建立，其從1944年運行至20世紀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)，其全部公開內容通過引用併入本文)。另外的原位方法已經被提出。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，其被轉讓給位於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，人工滲透性已經在該基巖中形成以有助於熱解流體的運動。滲透性產生方法包括挖掘、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)， 其全部公開內容通過引用併入本文。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...目前描述的傳導性加熱工藝對於甚至在基本上不可滲透的地下油頁巖中的應用來說是經濟上可行的。)」(第6欄，第50巧4行)。儘管有該聲明，但應當注意，除了 Ljungstrom企業外，幾乎沒有——如果有的話——出現商業性原位頁巖油生產。該'118 專利提出控制每個熱注入井周圍的巖石內的熱傳導速率以提供均勻的熱前緣。如以上指出，已經考慮地下地層的電阻加熱技術。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，其中「電預加熱」用於使電流在兩個井之間流動，以降低粘度和產生在兩個井之間的通訊信道用於跟進的蒸汽驅。已經公開在相同井中的層疊傳導裂縫或電極之間運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行交流電在地下地層內進行電阻加熱的描述。其它已經描述在井筒中產生有效電極的方法。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井的裂縫以使電流在周圍地層的體相中發生的方法。地層的加熱主要由於地層的體電阻進行。油頁巖乾餾和頁巖油採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公開內容通過引用方式併入本文。對生產頁巖油的改良方法存在需求。另外，對加熱地下地層的改進方法存在需求。 更進一步地，對於使用在富含有機物巖層內放置的電傳導性顆粒材料有助於快速和有效的地下加熱器井布置的方法存在需求。發明概述在一個實施方式中，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的固體富含有機物巖石的層段的兩個或更多個井筒。優選地，該富含有機物巖石包括油頁巖。至少一個裂縫自兩個或更多個井筒中的至少一個在富含有機物巖石中建立。優選地，所述至少一個裂縫是水力形成。該方法也包括在所述至少一個裂縫中放置電傳導性材料。以這種方式，在兩個或更個井筒之間提供電傳輸(electrical communication) 0電傳導性材料包括與兩個或更多個井筒中的每一個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或更多個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，使得在電傳導性材料內由電阻產生熱， 足以熱解至少一部分的富含有機物巖石成為烴流體。在所述電傳導性材料的第一部分內生成的熱小於在所述電傳導性材料的第二部分內生成的熱。在一個實施方式中，兩個或更多個井筒中的每一個基本垂直地完井，並且所述至少一個裂縫是基本水平的。在另一個實施方式中，兩個或更多個井筒中的每一個基本水平地完井，並且所述至少一個裂縫是基本垂直的。電傳導性材料優選地包括支撐劑材料。在一方面，電傳導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於第二部分中的電阻率。在一方面，構成第二部分電傳導性材料的材料的電阻率比構成第一部分電傳導性材料的材料的電阻率大大約 10至100倍。在一個實例中，並且僅舉例而言，電傳導性材料的第一部分的電阻率可以為約0. 005歐姆-米。可選地，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，電傳導性材料的第一部分基本為非傳導的，並且電傳導性材料的第二部分接觸兩個或更多個井筒中的每一個的至少一部分。非傳導性材料的例子包括矽石、 石英、水泥片(cement chips)、砂巖或其組合。在一個實例中，並僅舉例而言，電傳導性材料的第一部分的電阻率接近無窮大。在一個實施方式中，所述方法包括連續傳遞電流通過電傳導性材料的第一和第二傳導部分的步驟。以這種方式，油頁巖熱解成烴流體發生。烴流體然後可以從地下地層被開採到地表加工設備。使用電阻加熱加熱地下地層的另一種方法在本文提供。優選地，地下地層是富含有機物巖層。優選地，地下地層包含重烴。更優選地，地下地層是油頁巖地層。所述方法包括在至少部分地位於地下地層內的第一井筒和同樣至少部分地位於地下地層內的第二井筒之間的地下地層中產生至少一個通路。電傳導性材料放置在所述至少一個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部件，使得所述第一傳導部件與電連接進行電傳輸，和在第二井筒中提供第二電傳導部件，使得所述第二電傳導部件也與電連接進行電傳輸。以這種方式，形成至少由第一電傳導部件、電連接和第二電傳導部件構成的電傳導流動路徑。所述方法也包括建立通過電傳導流動路徑的電流。由於電阻加熱，這在傳導流動路徑內生成熱。生成的熱的至少一部分熱傳導進入地下地層。根據這種方法，生成的熱由接近第一電傳導部件和第二電傳導部件生成的第一熱和在第一電傳導部件和第二電傳導部件中間的電傳導性材料生成的第二熱組成。所述第一熱小於所述第二熱。優選地，生成的熱引起至少一部分地下地層內的固體烴熱解。在一個實施方式中，電傳導性材料包括(i)分別緊鄰第一電傳導部件和第二電傳導部件的第一部分，和(ii)在所述第一電傳導部件和第二電傳導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於第二部分的電阻率。在一方面，電傳導性材料的第一部分具有足夠低的電阻率，以提供電傳導而沒有大量熱生成。例如，電傳導性顆粒材料的第一部分可以包括以乾重計小於或等於50%的水泥和以乾重計50%或更多的石墨。電傳導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的固體富含有機物巖石的層段的兩個或更多個井筒；自兩個或更多個井筒中的至少一個在富含有機物巖石中建立至少一個裂縫；和在至少一個裂縫中提供電傳導性材料，以在兩個或更多個井筒之間提供電傳輸。電傳導性材料包括(i)與兩個或更多個井筒中每一個接觸放置且具有第一體電阻率的第一部分，和(ii)在兩個或更多個井筒中間且具有第二體電阻率的第二電傳導部分。電流通過至少一個裂縫，使得電阻熱在電傳導性材料內生成足以熱解至少一部分的富含有機物巖石成為烴流體，其中生成的熱在電傳導性材料的第一部分內比在電傳導性材料的第二部分內低。這個方面的實施方式可以包括一個或多個以下的特徵。例如，富含有機物的巖石可以包括油頁巖。兩個或更多個井筒中的每一個可以基本垂直和/或水平地完井。所述至少一個裂縫可以為基本水平的、垂直的或者它們的一些組合。電傳導性材料可以包括用作支撐劑的顆粒材料。電傳導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。構成第二部分電傳導性材料的材料的電阻率可以大於構成第一部分電傳導性材料的材料的電阻率約10至100倍。電傳導性材料的第一部分可以是基本非傳導的。電傳導性材料的第二部分可以接觸兩個或更多個井筒的每一個的至少一部分。 電傳導性材料的第一部分可以包括矽石、石英、水泥片、砂巖或其任何組合。電傳導性材料的第一部分的電阻率可以是約0. 005歐姆-米。電傳導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。電傳導性材料的第一部分的材料的電阻率可以趨於無窮大。所述至少一個裂縫可以水力地形成。電流可以連續或間斷地穿過電傳導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採至地表加工設備，例如，用一個或多個生產井。在另一個總的方面，使用電阻加熱加熱地下地層的方法包括在至少部分地位於地下地層內的第一井筒和同樣至少部分地位於地下地層內的第二井筒之間的地下地層中產生至少一個通路。電傳導性材料被提供到至少一個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。第一電傳導部件提供在第一井筒中，使得第一電傳導部件與電連接進行電傳輸。第二電傳導部件提供在第二井筒中，使得第二電傳導部件與電連接進行電傳輸，由此形成至少由第一電傳導部件、電連接和第二電傳導部件組成的電傳導流動路徑。電流可以通過電傳導流動路徑建立，由此由於電阻加熱在電傳導路徑內生成熱，至少一部分的生成的熱熱傳導進入地下地層中，並且其中生成的熱由接近第一電傳導部件和第二電傳導部件生成的第一熱和在第一電傳導部件和第二電傳導部件中間的電傳導性顆粒材料生成的第二熱組成，第一熱小於第二熱。這個方面的實施方式可以包括一個或多個以下特徵。例如，地下地層可以是富含有機物巖層。地下地層可以包含重烴。地下地層可以是油頁巖地層。電傳導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的固體烴熱解。電傳導性顆粒材料可以包括(i)分別緊鄰第一電傳導部件和第二電傳導部件的第一部分，和(ii)在第一和第二電傳導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於第二部分的電阻率。電傳導性顆粒材料的第一部分可以具有足夠低的電阻率，以提供電傳導而沒有大量的熱生成。電傳導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。構成第二部分電傳導性顆粒材料的材料的電阻率可以比構成第一部分電傳導性顆粒材料的材料的電阻率大大約10至100倍。電傳導性顆粒材料的第一部分可以包括以乾重計小於或等於50%的水泥和以乾重計50%或更多的石墨。電傳導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。電傳導性顆粒材料的第一部分可以是基本非傳導性的；和電傳導性顆粒材料的第二部分接觸第一和第二電傳導部件的每一個的至少一部分。電傳導性材料的第一部分可以包括矽石、石英、水泥片、砂巖或其任何組合。電傳導性材料的第一部分的電阻率可以是約0.005歐姆-米。電傳導性材料的第一部分的電阻率可以趨於無窮大。第一井筒和第二井筒每個可以基本垂直地完井； 並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可以基本水平地完井；並且在地下地層中的至少一個通路可以包括第一基本垂直的裂縫。第三電傳導部件可以提供在第三井筒中，使得第三電傳導部件與電連接也進行電傳輸並且是電傳導流動路徑的一部分。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。構成第一電傳導部件、 第二電傳導部件或兩者的至少一部分的材料可以具有小於0. 0005歐姆-米的電阻率。電流可以連續或間斷地穿過電連接，直到緊鄰電傳導流動路徑的地下地層達到選擇的溫度； 並減少通過電連接的電流量。在另一個總的方面，使用電阻加熱原位加熱地下地層的系統包括穿透地下地層內的固體富含有機物巖石的層斷的多個井筒。在富含有機物巖石中的至少一個裂縫自井筒中的至少一個建立，其中所述至少一個裂縫包括電傳導性材料以提供在至少兩個井筒之間的電傳輸。電傳導性材料可以包括(i)與至少兩個井筒接觸放置且具有第一體電阻率的第一部分，和(ii)在至少兩個井筒中間且具有第二體電阻率的第二電傳導部分。至少一個電導體可操作地與至少兩個井筒的每一個中的電傳導性材料的第一部分連接，所述至少一個電導體被配置成使電流通過所述至少一個裂縫，使得電阻熱在電傳導性材料內生成，足以熱解所述富含有機物巖石的至少一部分成為烴流體。生成的熱在電傳導性材料的第一部分內可以比在電傳導性材料的第二部分中低。這個方面的實施方式可以包括一個或多個以下特徵。例如，兩個或更多個井筒中的每一個可以基本垂直地、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。電傳導性材料可以包括用作支撐劑的顆粒材料。 電傳導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。構成第二部分電傳導性材料的材料的電阻率可以比構成第一部分電傳導性材料的材料的電阻率大大約10至100倍。電傳導性材料的第一部分可以是基本非傳導性的。電傳導性材料的第二部分可以接觸兩個或更多個井筒中每一個的至少一部分。電傳導性材料的第一部分可以包括矽石、石英、水泥片、砂巖或其任何組合。電傳導性材料的第一部分的電阻率可以是約0. 005歐姆-米。電傳導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。電傳導性材料的第一部分的電阻率可以趨於無窮大。所述至少一個裂縫可以水力地形成。該系統可以包括從地下地層開採烴流體的一個或多個生產井。附圖簡述為了能夠更好理解本發明，在此附上一些圖、圖表、曲線圖和流程圖。然而，應當注意，這些圖僅僅圖解了本發明所選的實施方式並且因此不應當認為限制了範圍，因為本發明可以允許其它等效的實施方式和應用。

圖1是例證性地下區域的橫截面等距圖。該地下區域包括限定地下地層的富含有機物巖石基體。圖2是表示在一種實施方式中從富含有機物巖層原位熱採收油和氣的一般方法的流程圖。圖3是在地下水含水層內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側視圖。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井周圍。圖5是一柱狀圖，其比較了在模擬的原位乾餾工藝前後的一噸Green River油頁
山。圖6是用於地下地層開發的示例性地表加工設備的工藝流程圖。圖7是烴開發區域的透視圖。地下地層經過電阻加熱被加熱。大量傳導性顆粒材料被注入到兩個相鄰井筒之間的地層。圖8A是另一烴開發區域的透視圖。地下地層經過電阻加熱被再次加熱。大量傳導性顆粒材料從多個水平完成井筒被注入到地層中。相應的井筒通過相應的大量傳導性顆粒材料被水平地完井。圖8B是烴開發區域的又一透視圖。地下地層經過電阻加熱被再次加熱。大量傳導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部形成的 「託盤」內。圖10顯示已經閉合和夾緊用於測試的圖9的巖心樣品。電流通過巖心樣品的長度以產生電阻加熱。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間的函數。圖12表示通過已經斷裂的地質地層的電流流動。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-傳導率圖。兩個鋼板位於裂縫內的周圍傳導性顆粒支撐劑內。該圖被灰度標示以顯示傳導率乘以整個裂縫中的傳導性顆粒支撐劑的厚度的乘積值。圖14是圖13的厚度-傳導率圖的另一視圖。該圖以傳導率乘以厚度的更小增量進行灰度標示以區別支撐劑厚度的變化。圖15是進出圖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的裂縫內的電壓分布。圖17顯示在圖13的裂縫內的加熱分布。圖18是顯示模擬裂縫平面的平面視圖的厚度-傳導率圖。兩個鋼板再次位於裂縫平面內的周圍傳導性顆粒支撐劑內。該圖被灰度標示以顯示傳導率乘以整個裂縫中的傳導性顆粒支撐劑的厚度的乘積值。圖19是圖18的厚度-傳導率圖的另一視圖。該圖以傳導率乘以厚度的更小增量進行灰度標示，以區別在鋼板周圍的煅燒焦炭和較高傳導率支撐劑或「連接物」之間的乘積值。圖20是圖18的厚度-傳導率圖的另一視圖。該圖以傳導率乘以厚度的更進一步更小增量進行灰度標示，以區別在鋼板周圍的煅燒焦炭和較高傳導率支撐劑之間的傳導率的變化。圖21是進出圖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的裂縫平面內的電壓分布。圖23是顯示圖18的裂縫平面內的加熱分布。圖M是顯示模擬裂縫平面的平面視圖的厚度-傳導率圖。兩個鋼板再次位於裂縫平面內的周圍傳導顆粒支撐劑內。該圖被灰度標示以顯示傳導率乘以整個裂縫中的傳導性顆粒支撐劑的厚度的乘積值。圖25是圖M的厚度-傳導率圖的另一視圖。該圖以傳導率乘以厚度的更小增量進行灰度標示，以在鋼板周圍的煅燒焦炭或「連接物」和較高傳導率支撐劑之間進行區別。圖沈是進出圖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的裂縫平面內的電壓分布。圖觀是顯示圖M的裂縫平面內的加熱分布。詳細描述定義如本文所用，術語「烴(一種或多種)」是指具有包含與氫鍵合的碳的分子結構的有機物。烴還可包括其它元素，例如但不限於滷素、金屬元素、氮、氧和/或硫。如本文所用，術語「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境條件(15°C以及1個大氣壓)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、煤的熱解產物以及其它處於氣態或液態的烴。如本文所用，術語「採出液(producedfluids) 」和「產出液(production fluids)」 是指從包括例如富含有機物巖層在內的地下地層去除的液體和/或氣體。採出液可以包括但不限於熱解頁巖油、合成氣、煤的熱解產物、二氧化碳、硫化氫和水(包括蒸汽)。採出液可以包括烴流體以及非烴流體。如本文所用，術語「可冷凝烴」是指在25°C和一個絕對大氣壓下冷凝的烴。可冷凝烴可以包括具有大於4個碳數的烴的混合物。如本文所用，術語「非冷凝烴」是指在25°C和一個絕對大氣壓下不冷凝的烴。非冷凝烴可以包括碳數小於5的烴。如本文所用，術語「重烴Qieavy hydrocarbons) 」是指在環境條件(15°C以及1個大氣壓)下高粘性的烴流體。重烴可包括高粘性烴流體，諸如重油、焦油和/或浙青。重烴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於重烴中。重烴可按照API (美國石油學會)比重進行分類。重烴的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。重烴的粘度在15°C 下一般大於約100釐泊。如本文所用，術語「固體烴」是指在地層條件下以基本固體形式天然發現的任何烴物質。非限制性實例包括乾酪根、煤、不純石墨、浙青巖和天然地蠟。如本文所用，術語「地層烴(formation hydrocarbons) 」是指在富含有機物巖層中包含的重烴和固體烴。地層烴可以是但不限於乾酪根、油頁巖、煤、浙青、焦油、天然地蠟和
浙青巖。如本文所用，術語「焦油」是指在15°C下粘度一般大於約10，000釐泊的粘性烴。 焦油的比重一般大於1.000。焦油的API比重可小於10度。「焦油砂」是指在其中具有焦油的地層。如本文所用，術語「乾酪根」是指主要含有碳、氫、氮、氧和硫的固體不溶性烴。油頁巖含有乾酪根。如本文所用，術語「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。如本文所用，術語「油」是指含有可冷凝烴混合物的烴流體。如本文所用，術語「地下(subsurface) 」是指出現在地球表面以下的地質地層。如本文所用，術語「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於5體積百分數的水平含有烴的部分。位於富含烴地層中的烴可以包括例如油、天然氣、重烴和固體烴。如本文所用，術語「富含有機物巖石」是指任何擁有固體烴和/或重烴的巖石基體。巖石基體可包括但不限於沉積巖、頁巖、粉砂巖、砂、沉積石英巖、碳酸鹽和硅藻土。富含有機物巖石可以包含乾酪根。如本文所用，術語「地層」是指任何有限的地下區域。該地層可包含任何地下地質地層的一個或多個含有烴的層、一個或多個不含烴的層、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物質，而「下覆巖層」是在感興趣的地層下面的地質物質。上覆巖層或下伏巖層可包括一個或多個不同類型的基本上不可滲透性物質。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可包括巖石、頁巖、泥巖或溼/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，術語「富含有機物巖層」是指任何含有富含有機物巖石的地層。富含有機物巖層包括，例如，油頁巖地層、煤地層和焦油砂地層。如本文所用，術語「熱解」是指通過施加熱將化學鍵斷裂。例如，熱解可包括僅通過熱和通過熱與氧化劑結合將化合物轉換成一種或多種其它物質。熱解可包括通過加入氫原子將化合物的性質改變，所述氫原子可以從分子氫、水、二氧化碳或一氧化碳中得到。熱可以被轉移到一部分地層以引起熱解。如本文所用，術語「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)、鹼灰(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，術語「地層水溶性礦物」是指在地層中天然發現的水溶性礦物。如本文所用，術語「下沉」是指地表相對於該地表的原始海拔向下移動。如本文所用，術語層的「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，術語「熱裂縫(thermal fracture) 」是指地層中所產生的裂縫，所述裂縫是通過一部分地層和/或地層內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於加熱通過增加/降低該地層和/或該地層內流體的溫度和/或通過增加/降低該地層內流體的壓強而引起的。熱裂縫可以傳播到比加熱區域冷很多的附近區域或者在該附近區域形成。如本文所用，術語「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生的。雖然使用術語「水力裂縫」， 但是本發明在此不限於在水力裂縫中使用。本發明適合於本領域技術人員認為適合的任何方式產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，術語「井筒」是指在地下通過鑽孔或將管道插入到地下所製成的孔。 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、狹縫或其它規則或不規則形狀)。如本文所用，當提及地層中的開孔時，術語「井」可以與術語「井筒」交換使用。本發明連同某些具體實施方式
在本文被描述。然而，就下面的詳述具體到特定實施方式或特定應用來講，這意圖只是例證性的並且不應當解釋為限制本發明的範圍。如本文所討論，本發明的一些實施方式包括或具有與回收自然資源的原位方法相關的應用。自然資源可以從富含有機物巖層包括例如油頁巖地層回收。富含有機物巖層可包括地層烴，其包括例如乾酪根、煤和重烴。在本發明的一些實施方式中，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物。在本發明的一些實施方式中，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)、鹼灰(碳酸鈉或 Na2CO3)和片鈉鋁石(NaAl (CO3) (OH) 2)。圖1呈現了例證性油頁巖開發區域10的透視圖。開發區域10的地表12被顯示。 地表下面是富含有機物巖層16。例證性地下地層16包含地層烴(諸如，例如乾酪根)以及可能有價值的水溶性礦物(諸如，例如蘇打石)。應當理解，代表性地層16可以是任何富含有機物巖層，例如，其包括含有煤或焦油砂的巖石基體。此外，構成地層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。本發明在最初具有非常有限的或實際上無流體滲透性的油頁巖開發區域是特別有利的。為了進入地層16以及從中回收自然資源，形成了多個井筒。井筒在圖1中以14 顯示。代表性井筒14相對於地表12在方向上基本上垂直。然而，應當理解，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散的支撐或未支撐的水力裂縫。在圖1的視圖中，只有七個井筒14被顯示。然而，應當理解，在油頁巖開發項目中， 將最有可能鑽出許多另外的井筒14。井筒14可定位在相對近的鄰近，其分開10英尺至高達300英尺。在一些實施方式中，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。在一些實施方式中，以原位乾餾為目標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。可選地，轉化和生產發生在500與2，500英尺之間的深度處。井筒14將進行選擇用於某些功能並且可以被指定作為熱注入井、水注入井、油生產井和/或水溶性礦物溶液生產井。一方面，井筒14被設計尺寸以指定順序服務這些目的中的兩個、三個或全部四個。適合的工具和設備可以順序地進入井筒14中和從井筒14中取出以用於各種目的。流體處理設備17也示意地顯示。流體處理設備17被安裝以通過一個或多個管線或出油管18接受產生自富含有機物巖層16中的流體。流體處理設備17可包括適於接受和分離從加熱地層產生的油、氣和水的設備。流體處理設備17可進一步包括這樣的設備， 所述設備用於在從富含有機物巖層16中回收的採出水中分離出溶解的水溶性礦物和/或遷移性汙染物種類，其包括例如溶解的有機汙染物、金屬汙染物或離子汙染物。該汙染物可包括，例如，芳烴例如苯、甲苯、二甲苯和三甲基苯。該汙染物還可包括多芳烴諸如蒽、萘、窟和芘。金屬汙染物可包括，包含砷、硼、鉻、汞、硒、鉛、釩、鎳、鈷、鉬或鋅的種類。離子汙染物可包括，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，可以採取一系列步驟。圖2呈現了在一種實施方式中從富含有機物巖層100原位熱回收油和氣的方法的流程圖。應當理解，圖 2中一些步驟的順序可以進行變化，並且該步驟順序僅僅用於說明。首先，在開發區域10內鑑別油頁巖(或其它富含有機物巖石)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。油頁巖地層內的目標開發區域可以通過測量或模擬油頁巖的深度、厚度和有機物豐富度以及評價富含有機物巖層相對於其它巖石類型的位置、結構特徵(例如斷層、背斜層或向斜層)或水文地質單元 (即含水層)進行鑑別。這是通過從有效的測試和資料形成和解釋深度、厚度、有機物豐富度和其它數據的圖和/或模型實現的。這可包括進行地質學表面勘測、研究露頭、進行地震勘測和/或鑽井眼以從地下巖石獲得巖心樣品。巖石樣品可以進行分析以評定乾酪根含量和產生流體烴的能力。富含有機物巖層的乾酪根含量可以利用各種數據從露頭或巖心樣品中確定。這樣的數據可包括有機碳含量、含氫指數和修正的Fischer試驗分析。地下滲透性還可以通過巖石樣品、露頭或地下水流的研究，進行評估。此外，可以對開發區域與地下水源的連通性進行評定。其次，多個井筒14橫跨目標開發區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複。然而，應當注意，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，在項目開始時，熱注入井是需要的，而大部分烴生產井還不需要。生產井可以在轉化開始後引入，例如在加熱4-12個月後。
應當理解，石油工程師將研究出井筒14最佳深度和安排的方案，這取決於預期儲層特性、經濟約束因素和工作進度安排約束因素。此外，工程人員將決定何種井筒14將用於初始地層16加熱。該選擇步驟通過方框120描述。關於熱注入井，存在多種將熱施加到富含有機物巖層16的方法。除非在權利要求書中明確聲明，本方法不限於所應用的加熱技術。加熱步驟一般由方框130描述。優選地， 對於原位工藝來說，生產區的加熱發生數個月或者甚至四年或更多年的時間。地層16被加熱至足以熱解至少一部分油頁巖的溫度，以便將乾酪根轉化成烴流體。地層目標區域的大部分可以被加熱至270°C至800°C之間。可選地，富含有機物地層的目標體積被加熱至至少350°C以產生產出液。轉化步驟通過方框135在圖2中描述。所形成的液體和烴氣體可以被精製成類似普通商業石油產品的產品。這樣的液體產品包括運輸燃料諸如柴油機、噴氣機燃料和石腦油。產生的氣體包括輕烷烴、輕烯烴、H2、C02、C0和NH3。油頁巖的轉化將在起初不可滲透的巖石中的油頁巖部分中產生滲透性。優選地， 方框130和135的加熱和轉化過程發生在長的時間期間內。一方面，加熱期間為3個月至四年或更多年。還有作為方框135的任選部分，地層16可以被加熱至足以轉化至少一部分蘇打石為鹼灰的溫度，如果存在蘇打石的話。熟化油頁巖並且回收油和氣所施加的溫度也會將蘇打石轉化成碳酸鈉(鹼灰)、相關的鈉礦物。將蘇打石(碳酸氫鈉)轉化成鹼灰(碳酸鈉)的方法在本文中被描述。與加熱步驟130有關，巖層16可以任選地被壓裂以有助於傳熱或隨後的烴流體採出。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產生熱裂縫而實現。通過加熱富含有機物巖石以及將乾酪根轉換成油和氣，一部分地層的滲透性通過熱壓裂的形成以及隨後一部分從乾酪根產生的烴流體的採出而增加。可選地，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域中已知的工藝，其中壓裂液在井筒內被加壓超過地層的壓裂壓力，由此在地層內產生壓裂面以將井筒內產生的壓力釋放。水力壓裂可被用於在一部分地層中產生附加滲透性和/或被用於提供用於加熱的平面源(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用，通過引用以其整體併入本文。該國際專利公開教導使用電傳導裂縫加熱油頁巖地層。加熱部件通過形成井筒然後水力壓裂所述井筒周圍的油頁巖地層進行構造。用形成所述加熱部件的電傳導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性材料。優選地，所述裂縫在從水平井筒延伸的垂直方向產生。電流可以通過傳導裂縫從每一個井的跟部傳導到趾部。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或多個垂直的裂縫交叉，以提供相反的電極性。該WO 2005/010320方法產生「原位烘爐」，所述原位烘爐通過應用電熱而人工熟化油頁巖。熱傳導加熱油頁巖至超過300°C 的轉化溫度，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性材料連接地下電極以原位加熱油頁巖。該『347專利認為顆粒材料是熱的主要來源，直到油頁巖進行熱解。基於此，油頁巖自身被說成是變為電傳導性。由於電流通過頁巖油材料自身，在地層內生成的熱和傳導進入周圍的地層的熱被要求保護以生成採出的烴流體。
作為烴流體生產工藝100的部分，某些井14可被指定為油和氣生產井。該步驟通過方框140進行描述。直到確定乾酪根已經被充分乾餾以允許最大量從地層16中回收油和氣，才可以啟動油和氣生產。在某些情況中，專用生產井直到熱注入井(方框130)已經運行幾周或幾月後才被鑽井。因此，方框140可以包括附加井筒14的形成。在其它實例中， 選定的加熱井被轉變成生產井。在某些井筒14已經被指定作為油和氣生產井後，油和/或氣從井筒14中被採出。 油和/或氣採出工藝被顯示在方框145中。在這個階段(方框14 ，任何水溶性礦物諸如蘇打石和轉化的鹼灰可作為油頁巖床內良好分散的晶體或團塊保持基本上限制在巖層16 中，而沒有被採出。然而，一些蘇打石和/或鹼灰可以被溶解於在地層內熱轉化(方框135) 期間產生的水中。因此，產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的水性流體。在這種情況下，產出液可以在地表設備分離為烴流和含水流。然後，水溶性礦物質和任何遷移性汙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。這裡，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。該水可以構成「鹽水」，並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鹽。有機鹽也可存在於含水流體中。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節 PH0可選地，其它種類可以反映微鹹水的可用性，所述微鹹水中希望從地下浙濾的種類是不飽和的。優選地，水注入井選自用於熱注入或油和/或氣生產的井筒中的一些或全部。然而，方框150的步驟的範圍可以包括用作專用水注入井的仍然是附加的井筒14的鑽井。在該方面，可以期望沿著開發區域10周邊完成水注入井，以便產生高壓邊界。其次，任選地，水或含水流體被注入通過水注入井並且進入油頁巖地層16。該步驟顯示在方框155中。水可以處於蒸汽或加壓熱水的形式。可選地，注入水可以是冷的並且隨著它接觸預先加熱的地層而變熱。注入工藝可進一步誘導壓裂。該工藝可以在距離水注入井筒一些距離例如高達200英尺外的具有蘇打石的層段中產生指狀空穴和角礫區域。一方面，氣頂，諸如氮氣，可以被保持在每一 「空穴」頂端以防止垂直發展。隨著某些井筒14被指定為水注入井，設計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井。該步驟顯示在方框160中。這些井可以與用於先前生產烴或注入熱的井相同。這些回收井可被用於產生溶解的水溶性礦物與包括例如遷移性汙染物種類在內的其它種類的水溶液。例如，該溶液可以主要是溶解的鹼灰的溶液。該步驟顯示在方框165中。可選地，單個井筒可以被用於注入水並且然後回收鈉礦物溶液。因此，方框165 包括使用同一井筒14用於水注入和溶液生產的選擇(方框165)。臨時控制汙染物種類的遷移，尤其在熱解過程期間，可以通過布置注入和生產井 14以使流出加熱區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域周圍以便引起壓力梯度，所述該壓力梯度防止加熱區域內部的流體流離開該區域。圖3是在地下水含水層內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。四個分開的油頁巖地層區域(23、24、25和26)被描繪在油頁巖地層內。含水層在地表面27下面，並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。可以看出，地層的某些區域既是含水層或弱透水層又是油頁巖區域。多個井(觀、29、30和31)被顯示穿過含水層垂直向下。這些井中一個被充當水注入井31，而另外一個充當水生產井30。以這種方式，水通過至少較低的含水層22而進行循環32。圖3圖解示出了穿過油頁巖體積33的水循環32，所述油頁巖體積33被加熱，位於含水層22內或者與含水層22相連，並且烴流體先前從油頁巖體積33中回收。通過水注入井31將水注入促使水進入預先加熱的油頁巖33，並且水溶性礦物和遷移性汙染物種類被衝到水生產井30。水然後可以在設備34中進行處理，其中水溶性礦物(例如蘇打石或鹼灰)和遷移性汙染物可基本上從水流中去除。水然後被再注入到油頁巖體積33中，並且重複進行地層浙濾。這種用水進行的浙濾意圖持續直到在預先加熱的油頁巖區域33內遷移性汙染物種類的水平處於環境可接受的水平。這可能需要1個循環、2個循環、5個循環或更多循環的地層浙濾，其中單個循環表示注入和採出大約一孔體積的水。應當理解，在實際的油頁巖開發中可能有許多水注入和水生產井。此外，該體系可包括可以用在油頁巖加熱階段、頁巖油生產階段、浙濾階段或者在這些階段任意組合期間的監控井( 和29)，以便監控遷移性汙染物種類和/或水溶性礦物。在一些油田中，地層烴諸如油頁巖可以存在於一個以上的地下地層中。在一些情況中，富含有機物巖層可以被不含烴的巖石層或者具有很少或沒有商業價值的巖石層分開。因此，對於烴開發內油田的經營者來說，可以期望進行分析將哪個地下富含有機物巖層作為目標或者它們應當以什麼順序進行開發。富含有機物巖層可以基於不同因素進行選擇以便開發。一個這樣的因素是地層內含烴層的厚度。較大的產油氣帶厚度可以表明更大潛在體積的烴流體生產。每個含烴層可具有這樣的厚度，所述厚度根據例如該含地層烴層形成的條件而變化。因此，如果富含有機物巖層包括至少一個厚度足以經濟生產採出液的含地層烴層，那麼該地層將一般被選擇進行處理。如果緊密間隔在一起的幾個層的厚度足以進行採出液的經濟生產，那麼富含有機物巖層也可以被選擇。例如，地層烴的原位轉化過程可包括選擇並處理厚度大於約5米、10 米、50米或者甚至100米的富含有機物巖層內的層。以這種方式，到富含有機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)可小於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並處理可基本上不含地層烴的層或者薄層地層烴。一個或多個富含有機物巖層的豐富度也可以被考慮。豐富度可取決於諸多因素， 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生比更厚、不太豐富的地層烴層明顯更多有價值的烴。當然，從既厚又豐富的地層生產烴是期望的。富含有機物巖層的乾酪根含量可以使用各種數據從露頭或巖心樣品確定。這樣的數據可以包括有機碳含量、含氫指標以及修正的Fischer試驗分析。Fischer試驗是這樣的標準方法，其涉及在一小時中將含地層烴層的樣品加熱至約500°C，收集從加熱樣品產生的流體，以及量化所產生的流體的量。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行評估。此外，開發區域與地下水源的連通性可以進行評估。因此，富含有機物巖層可以基於地層基體的滲透性或孔隙率選擇以進行開發，即使地層的厚度相對薄。在選擇開發地層時，可以考慮石油工程師已知的其它因素。這樣的因素包括發現的產油氣帶的深度、新鮮地下水與含乾酪根區域的地層學接近性、厚度的連續性和其它因素。例如，地層內被評估的流體生產含量也將影響最後的體積生產量。在從油頁巖油田生產烴流體中，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，以驅使裂化的乾酪根流體向內進入生產井。在一些實施方式中，可以將物理擋板放在開發的富含有機物巖層的區域周圍。物理屏障的一個實例涉及冷凍壁的產生。冷凍壁通過穿過周邊的井循環製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乾酪根熱解以及油和氣向外遷移。冷凍壁也將導致周邊的地層中天然水凍結。將地下冷凍用於穩定加固差的土壤或者給流體流動提供屏障在本領域中是已知的。Shell Exploration and Production Company(殼牌勘探和生產公司)已經在幾個專利中討論了冷凍壁用於油頁巖生產，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期間地下水流動和地下水汙染。公開了所謂冷凍壁的應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，幾個不同類型的井可用於富含有機物巖層的開發，包括例如油頁巖油田。例如，富含有機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。從地層採出烴流體可以通過使用為了採出流體而完成的井實現。含水流體的注入可以通過使用注入井實現。最後，含水溶液的採出可以通過使用溶液生產井實現。上面所列的不同井可以用於一個以上的目的。換句話說，初始完成用於一種目的的井後來可用於另一目的，由此降低項目成本和/或減少執行某些任務所需要的時間。例如，一個或多個生產井也可被用作隨後將水注入富含有機物巖層中的注入井。可選地，一個或多個生產井也可被用作隨後從富含有機物巖層生產含水溶液的溶液生產井。在其它方面，生產井(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/或當加熱最初被啟動時)。此外，在一些情況中，脫水井可隨後被用作生產井(以及在一些情況中用作加熱井)。因此，脫水井可以被放置和/或設計以便這種井可隨後被用作生產井和/或加熱井。加熱井可以被放置和/或設計以便此類井可隨後被用作生產井和/或脫水井。生產井可以被放置和/或設計以便這種井可隨後被用作脫水井和/ 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、脫水、監控等)的井，並且注入井可隨後被用於其它目的。類似地，監控井可以是最初用作其它目的(例如加熱、生產、脫水、注入等)的井。最後，監控井可隨後被用於其它目的，例如水產出。期望的是以預先計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，包括但不限於三角形、正方形、六邊形和其它多邊形。該布井方式可以包括規則的多邊形以促進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井網。行列驅井網一般包括第一加熱井線性陣列、第二加熱井線性陣列，以及位於第一和第二加熱井線性陣列之間的生產井或者生產井線性陣列。在加熱井之間散布的典型是一個或多個生產井。注入井同樣可以被布置在重複性布井方式的單元內，其可類似於或不同於加熱井所用的布井方式。減少井數目的一個方法是使用單個井，既作為加熱井又作為生產井。通過使用單一井用於連續目的來降低井的數目可以降低項目成本。一個或多個監控井可以被布置在油田中選擇的位置上。監控井可以被配置有一個或多個測量井筒中溫度、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控井，或者另外用儀器裝備。減少加熱井數目的另一方法是採用井網。可以使用與生產井等距離間隔的加熱井的規則井網。該井網可以形成等邊三角形陣列、六邊形陣列或其它陣列井網。加熱井的陣列可以被這樣布置，使得每個加熱井之間的距離小於約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。在可選實施方式中，加熱井的陣列可以被這樣放置，使得每個加熱井之間的距離可以小於約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，在某些實施方式中，在富含有機物巖層內放置的加熱井與生產井之間的比例可大於約5、8、10、 20或更大。在一種實施方式中，單個生產井被至多一層加熱井環繞。這可包括排列諸如5點、 7點或9點陣列，生產和加熱井交互成行。在另一實施方式中，兩層加熱井可以環繞生產井， 但是其中加熱井是錯列的，以便存在無障礙通道用於遠離另外的加熱井的大部分流動。可以應用流動和儲層模擬以評估原位產生的烴流體當它們從其原始地點遷移到生產井時的通道和溫度歷史。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區400生產烴相關。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。生產井440被顯示在井層410和420中央。應當注意，相對於生產井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。目的是為轉化的烴提供這樣的流動通道，其使加熱井第一層410中的加熱井附近的行程最小化。這又使得當烴從第二層井420流動到生產井440時從乾酪根轉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每個都限定5點布井。然而，應當理解可以使用其它布井，諸如3點或6點布井。在任何情況中，包括加熱井第一層410在內的多個加熱井431被置於生產井440周圍，同時包括加熱井第二層420在內的第二多個加熱井432被置於第一層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中的每個加熱井 432中產生的大部分烴能遷移到生產井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進一步可以被這樣安排，使得通過加熱從第二層420 中的每個加熱井432中產生的大部分烴能遷移到生產井440，而不通過基本上增加地層溫度的區域。減少加熱井數目的一種方法是採用井網，所述井網在特定方向上伸長，尤其在確定最有效的熱傳導率的方向。熱對流可以受不同因素影響，諸如層面和地層內的應力。例如，熱對流可在與地層上最小水平主應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力平行的方向更有效。例如在行列驅井網或點井網中可以實施伸長。與油頁巖油田的開發相關，可期望的是，按照步驟130和135熱通過地下的前進是均勻的。然而，由於多種原因，儘管加熱井和生產井規則安排，地下地層中地層烴的加熱和熟化不可能均勻進行。油頁巖特性和地層結構的不均勻性可以使得某些局部區域就熱解而言更有效或更不有效。而且，由於油頁巖加熱和熟化發生的地層壓裂可能導致優選通道不均勻分布，並且由此增加了向某些生產井的流動以及減少了向其它生產井的流動。不均勻的流體熟化可能是不期望的條件，因為某些地下區域可能接受比所需更多的熱能而其它區域接受得比期望的更少。這又導致採出液不均勻的流動和回收。採出油質量、總生產速率和/或最終的回收可能減少。為了檢測不均勻的流動條件，生產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/或組成信息的設備。來自這些傳感器的數據可以簡單的規則進行加工或者被輸入進行詳細的模擬，以進行如何調節加熱和生產井以改進地下性能的決策。 生產井性能可以通過控制井上的背壓或節流進行調節。加熱井性能也可以通過控制能量輸入進行調節。傳感器讀數有時也可以指示需要修理、替換或廢棄的井或井下設備的機械問題。在一種實施方式中，利用來自兩個或更多個井的流速、組成、溫度和/或壓力數據作為計算機算法的輸入以控制加熱速率和/或生產速率。井內或井附近的未測量條件然後被評估並用於控制井。例如，原位壓裂性質和乾酪根熟化基於來自一組井的熱、流動和組成數據進行評估。在另一實例中，井完整性基於壓力數據、井溫度數據以及估計的原位應力進行評價。在相關實施方式中，傳感器的數目通過僅使一亞組井裝備有設備並且使用結果內插、計算或估計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、生產組成、流速、電信號、套管應變等)。如上所示，有多種將熱施加到富含有機物巖層的方法。例如，一種方法可以包括置於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電材料，從而電阻損耗使其加熱導電材料。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。熱流體可以進行或者可以不進行循環。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。這種方法區別於電介質加熱，電介質加熱中高頻振蕩電流在附近材料中感應出電流並且把它們加熱。電加熱器可包括絕緣導體、置於開孔中的細長元件和/或置於導管中的導體。公開了使用電阻加熱器以原位生產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，已經提出了各種井下電加熱器的設計。例證性的設計在美國專利號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。該參考文獻的全部公開內容通過引用併入本文。原位電阻加熱器的某些在先設計利用了固體、連續加熱元件(例如金屬線或條)。 然而，這樣的元件可能缺少長期、高溫應用如油頁巖熟化所必需的堅韌性。隨著地層加熱和油頁巖熟化，巖石發生顯著的膨脹。這導致和地層交叉的井上高的應力。這些應力可導致井筒管和內部組件的彎曲和拉伸。膠結(例如美國專利號4，886，118)或者填裝(例如美國專利號2，732，195)加熱元件在適當位置可對於應力提供一些保護，但是一些應力仍可以被傳播到加熱元件。雖然以上方法在這些實例中應用於從油頁巖中生成烴，但該概念也可以應用於重油油藏、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於頁巖的轉化是不夠的，因為它限制溫度在水的原位沸點以下。因此，當水蒸發時，電路失效。加熱富含有機物巖層的目的是熱解至少一部分固體地層烴以產生烴流體。固體地層烴可以通過將富含有機物巖層(或者地層內的區域)升高至熱解溫度而原位熱解。在某些實施方式中，地層溫度可以慢慢升高通過熱解溫度範圍。例如，原位轉化過程可包括加熱至少一部分富含有機物巖層以將該區域的平均溫度以小於每天選定量(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。在進一步的實施方式中，該部分可以被加熱，從而選定區域的平均溫度可小於約375°C，或者在一些實施方式中，小於 400°C。該地層可以被加熱，從而地層內的溫度(至少)達到初始熱解溫度，也就是，熱解開始發生的溫度範圍低限處的溫度。熱解溫度範圍可以根據地層內地層烴的種類、加熱方法和熱源分布而變化。例如， 熱解溫度範圍可包括約270°C與約900°C之間的溫度。可選地，地層目標區域的體相可以被加熱至300°C與600°C之間。在可選實施方式中，熱解溫度範圍可以包括約270°C與約500°C 之間的溫度。優選地，對於原位方法，生產區的加熱發生在幾個月或者甚至四年或更多年的時間內。可選地，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。地層目標區的體相可以被加熱至270°C與800°C之間。優選地，地層目標區的體相可以被加熱至300°C與600°C之間。可選地，目標區的體相可最終被加熱至400°C (752 T )以下的溫度。在油和氣資源的開採中，可以期望將採出的烴用作正在進行的操作的能源。這可被應用於從油頁巖開發油和氣資源。在這方面，當電阻加熱器連同原位頁巖油採收使用時， 需要大量的能量。電能可以從轉動發電機的渦輪獲得。通過利用來自油田的採出氣給燃氣渦輪供給能量，可能在經濟上是有利的。然而，這種採出氣必須被小心控制以便不損壞渦輪、導致渦輪不點火或者產生過量的汙染物(例如NOx)。燃氣渦輪問題的一個來源是在燃料內存在汙染物。汙染物包括固體、水、作為液體存在的重組分以及硫化氫。此外，燃料的燃燒性質是重要的。要考慮的燃燒參數包括熱值、比重、絕熱火焰溫度、可燃極限、自燃溫度、自然延遲時間和火焰速度。沃貝指數(Wobbe index, WI)經常被用作燃料質量的關鍵量度。WI等於低熱值與氣體比重的平方根的比值。 將燃料的沃貝指數控制到目標值並且在例如10%或20%的範圍可允許渦輪設計簡化以及性能優化改進。燃料質量控制可用於頁巖油開發，其中採出氣組成在油田壽命期間可能變化，並且其中氣體除了輕烴外一般還有大量的C02、CO和H2。商業規模的油頁巖乾餾被預期產生隨時間變化的氣體組成。渦輪燃料中的惰性氣體可以通過增加物質流動同時保持火焰溫度在期望範圍內而增加發電。此外惰性氣體可以降低火焰溫度並且由此減少NOx汙染物產生。從油頁巖熟化產生的氣體可具有大量的CO2含量。因此，在採出方法的某些實施方式中，燃料氣的(X)2 含量通過在地表設備中分離或加入進行調節以使渦輪性能優化。對於低BTU(British Thermal Units，英國熱單位)燃料來說，達到一定的氫含量也可以是期望的，以實現合適的燃燒性能。在本文方法的某些實施方式中，燃料氣的H2 含量通過地表設備中的分離或加入進行調節以使渦輪性能優化。利用低BTU燃料調節非頁巖油地表設備中的吐含量已經在專利文獻(例如美國專利號6，684，644和美國專利號 6，858，049，其全部公開內容通過引用併入本文)中進行了討論。如以上說明，例如通過熱解加熱富含有機物巖層內的地層烴的方法可以產生流體。熱生成的流體可包括地層內蒸發的水。此外，加熱乾酪根的作用產生加熱後傾向於膨脹的熱解流體。產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，隨著地層內加熱部分內的溫度增加，加熱部分內的壓力由於流體產生增加、 分子膨脹以及水的蒸發也可能增加。因此，一些必然的結果存在於油頁巖地層內的地下壓力與熱解期間產生的流體壓力之間。這又表明，地層壓力可以被監控以檢測乾酪根轉化過程的進展。富含有機物巖層的加熱部分內的壓力取決於其它儲層特徵。這些可包括，例如，地層深度、與加熱井的距離、富含有機物巖層內地層烴的豐富度、加熱程度和/或與生產井的距離。油頁巖油田的開發者可以期望開發期間監控地層壓力。地層內的壓力可以在多個不同位置處進行測定。這樣的位置可包括但不限於井口處以及井筒內的不同深度處。在一些實施方式中，壓力可以在生產井處進行測量。在可選實施方式中，壓力可以在加熱井處進行測量。在仍然是另一實施方式中，壓力可以在專用監控井的井下進行測量。加熱富含有機物巖層至熱解溫度範圍的過程不但將增加地層壓力，而且也將增加地層滲透性。熱解溫度範圍應當在富含有機物巖層內已經產生基本的滲透性之前達到。初始缺乏滲透性可以防止從熱解區段產生的流體在地層內傳輸。照此方式，隨著熱最初從加熱井轉移至富含有機物巖層，富含有機物巖層內的流體壓力可以增加接近於該加熱井。這種流體壓力增加可能是由於例如在地層中至少一些地層烴的熱解期間流體的產生引起的。可選地，可使由地層內產生的熱解流體或其它流體的膨脹產生的壓力增加。這假定生產井的開放通道或其它壓力降還不存在於地層中。一方面，流體壓力可被允許增加到巖石靜應力或之上。在這種情況中，當流體壓力等於或超過巖石靜應力時，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井。加熱部分內壓裂的產生可以減小該部分內的壓力，這是由於通過生產井採出液的生產。一旦熱解在富含有機物巖層內已經開始，流體壓力可根據不同因素而變化。這些包括例如烴的熱膨脹、熱解流體的產生、轉化速率以及從地層中取出產生的流體。例如，隨著流體在地層內產生，孔內的流體壓力可能增加。從地層中移出產生的流體則可減小地層井筒區域附近內的流體壓力。在某些實施方式中，至少一部分富含有機物巖層的質量可以被降低，這是由於例如地層烴的熱解以及從地層中生產烴流體。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生油和氣的原位方法將在原先非常低滲透性的巖石中產生滲透性。這發生的程度通過大的膨脹量闡明，如果從乾酪根產生的流體不能流動，必須具有所述膨脹。該觀點在圖5中被闡明。圖5提供了一柱狀圖，其比較了在模擬的原位乾餾工藝之前50和之後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、在總有機碳含量 22wt. %以及Fisher試驗42加侖/噸的油頁巖上進行的。轉化前，存在總共16. 5ft3的巖石基體52。該基體包括嵌入在頁巖內的8. 4ft3的礦物53，即白雲石、石灰石等以及8. Ift3 的乾酪根M。由於轉化該材料膨脹至27. 3ft3 55。這提供了 8. 4ft3的礦物56(與轉化前相同的數目)、6. 6ft3的烴流體57、9. 4ft3的烴蒸汽58以及2. 9ft3的焦炭59。可以看出， 基本的體積膨脹發生在轉化過程期間。這又增加了巖石結構的滲透性。圖6圖解了地表設備70的一種實施方式的示意圖，所述地表設備70可被配置用於處理採出液。採出液85可以通過生產井71從84處示意性顯示的地下地層中生產。採出液85可包括通過本文描述的任何方法生產的任何採出液。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物巖層。在例證性的地表設備70中，採出液被淬火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。來自原位油頁巖開採的採出液85包含多種可以在地表設備70中被分離的成分。 採出液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。在地表設備諸如設備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 冷卻的熱交換器實現。可選地，熱的採出液可以通過與先冷卻的採出烴液熱交換進行冷卻。 壓力可以通過離心式或往復式壓縮機增加。可選地，或者聯合地，擴散器-膨脹器裝置可被用於從氣流冷凝出液體。分離可以涉及冷卻和/或壓力變化的幾個階段。在圖6的安排中，地表設備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石油氣(LPG)80。LPG80 可以放置在卡車或管線中用於銷售。除了可冷凝烴74外，當降低溫度或增加壓力時，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。破乳劑可被用於促進水分離。地表設備也可以運轉以在電廠88從剩餘的氣體83產生電能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，並且在被輸入到位於加熱井87——其位於地下地層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採出液85的非冷凝成分76中產生。過量的氣體——如果有的話——可以被輸出銷售。在一種實施方式中，原位加熱一部分的富含有機物巖層至熱解溫度可以增加加熱部分的滲透性。例如，滲透性可由於通過施加熱引起的加熱部分內熱壓裂的形成而增加。隨著加熱部分的溫度增加，水可由於蒸發而被去除。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，這是在宏觀規模上由於加熱部分內至少一些地層烴的熱解而產生烴流體的結果。本文描述的某些系統和方法可用於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「緻密」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的滲透性。從熱解中產生的烴流體可以從地層中產生，由此進一步增加地層滲透性。富含有機物巖層的加熱部分內選定區的滲透性也可以在該選定區通過傳導被加熱時迅速增加。例如，不可滲透的富含有機物巖層的滲透性在加熱前可小於約0. 1毫達西。 在一些實施方式中，熱解至少一部分富含有機物巖層可以將該部分選定區內的滲透性增加至大於約10毫達西、100毫達西、1達西、10達西、20達西或50達西。因此，該部分選定區的滲透性可以以大於大約10、100、1，000、10，000或100，000的因數增加。在一種實施方式中，富含有機物巖層在加熱該富含有機物巖層之前具有小於1毫達西的初始總滲透性，可選地小於0. 1或0.01毫達西。在一種實施方式中，富含有機物巖層在加熱該富含有機物巖層之後具有大於1毫達西的加熱後總滲透性，可選地，大於10、50或100毫達西。與從巖石基體尤其是淺深度的那些中生產烴相關，一個考慮因素可能與地下沉有關。這特別在原位加熱富含有機物巖石中是實際情況，其中一部分基體本身被熱轉化並且移去。最初，該地層可包含固體形式的地層烴諸如，例如，乾酪根。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生烴流體。這又在富含有機物地層中的熟化(熱解的)富含有機物巖石區內產生滲透性。熱解和滲透性增加相組合允許烴流體從地層中產生。同時，支撐基體的材料的損耗也產生相對於地表下沉的可能。在一些情況中，為了避免環境或水文地質影響，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區域中形成的生產或加熱井的可能。這種下沉可以對井筒套管、水泥工件和井下設備產生破壞性的環帶以及壓縮性應力。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。這有助於保護一個或多個未熟化的富含有機物巖石區。在一些實施方式中，未熟化的富含有機物巖石區可以成形為基本垂直的柱，其延伸穿過富含有機物巖層的厚度的主要部分。地層內的加熱速度和熱分布可以被設計和執行，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。在一些實施方式中，通過原位轉化過程產生的烴流體的組成和特性可根據例如富含有機物巖層內的條件變化。控制熱和/或富含有機物巖層中選定部分的加熱速度可以增加或減少選定的採出液的生產。在一種實施方式中，操作條件可以通過測量富含有機物巖層的至少一種特性進行確定。測量的特性可以被輸入到計算機可執行程序中。從地層中生產的採出液的所選至少一種特性也可以被輸入到計算機可執行程序中。該程序可以是可操作的，以從至少一個或多個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採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選定採出液。某些加熱井實施方式可包括例如通過絕緣導體或其它類型的線路與任何加熱井連通的作業系統。該作業系統可以被配置以與加熱井對接。作業系統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，作業系統可以被進一步配置以本地控制或遙控加熱井。例如，作業系統可通過改變與加熱井連接的設備的參數，改變加熱井的溫度。因此，作業系統可以監控、改變和/或控制至少一部分地層的加熱。在一些實施方式中，在地層中的平均溫度可能已經達到選定溫度後，加熱井可以被調小和/或關閉。調小和/或關閉加熱井可減少輸入能量成本，基本上抑制了地層的過熱，並且允許熱基本上傳遞到地層更冷的區域。加熱的富含有機物巖層內的溫度(和平均溫度)可以變化，這取決於例如與加熱井的接近度、地層的熱傳導性和熱擴散性、發生反應的類型、地層烴的類型以及富含有機物巖層內水的存在。在油田中建立監控井的位置，溫度測量可以在井筒內直接進行。此外，在加熱井處，在地層緊接周圍的溫度被相當充分地了解。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。根據本發明生產過程的一個方面，富含有機物巖層內的溫度分布可以採用數值模擬模型進行計算。數值模擬模型可通過已知數據點的內插以及地層傳導率的假定計算地表溫度分布。此外，數值模擬模型可被用於測定處於評估溫度分布下的地層的其它參數。例如，地層的各種特性可包括但不限於地層的滲透性。數值模擬模型也可包括評估處於評估溫度分布下的富含有機物巖層內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於地層內形成的流體的累積體積、流體粘度、流體密度和地層內形成的流體的組成。這種模擬可被用於評估商業規模操作或小規模油田試驗的性能。例如，基於，但不限於，可從研究規模操作中生產的產物總體積， 可以評估商業規模開發的性能。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入地層中的電傳導性材料產生。電流然後通過傳導性材料，使得電能轉化為熱能。熱能通過熱導體傳輸至地層以加熱富含有機物巖石。在本公開的一個優選的實施方式中，傳導性顆粒材料用於井下加熱元件。顆粒狀加熱元件能夠經受住在地層加熱過程期間產生的地質力學應力。在這點，顆粒材料可以根據需要容易地改變現狀，而沒有損失導電性。因此，在此提供的方法用於施加熱至地下地層，其中顆粒材料提供在鄰近井筒內的電傳導部件之間的電阻傳導通路。然而，可以使用非顆粒傳導性材料諸如在適當位置凝為膠體的傳導液。圖7是烴生產區域700的透視圖。烴生產區域700包括地下地層715。地下地層 715包括富含有機物巖石。在一種情況中，富含有機物巖石包含乾酪根。基本垂直的裂縫712已經在地下地層715內產生。裂縫712優選為水力形成的。 裂縫712用電傳導性材料(圖7中沒有示出)的顆粒支撐。根據本文的方法，電流通過傳導性材料傳送以在地層715內生成電阻熱。圖7說明熱710從裂縫712發出。為了提供電流和生成熱710，電壓714被施加在兩個鄰近的井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)。可以安排通過裂縫712運行電流的各種方法。在圖7的安排中，AC電壓714是優選的。這是因為與DC電壓相比，AC電壓更容易產生並且最小化電化學腐蝕。然而，任何形式的電能——包括而不限於DC電壓——適合於在本文的方法中使用。在圖7的實例中，負極在井筒716處設立，而正極在井筒718處設立。每個井筒 716、718具有達到地下地層715以遞送電流的傳導部件。提供足以生成引起固體烴熱解所需要的熱的電流量。Green River油頁巖的動力學參數例如表明對於每年100°C (180 0F ) 的加熱速度，完全的乾酪根轉化將在約324°C (615 T )的溫度出現。百分之五十轉化將在約四11 (555 T )的溫度出現。在裂縫附近的油頁巖在數月內被加熱至轉化溫度，但可能需要數年得到在整個地下體積中生成經濟儲量需要的熱滲透深度。在裂縫712內，顆粒材料作為加熱元件。當電流通過裂縫712時，熱710通過電阻加熱生成。熱710通過熱傳導傳遞到在裂縫712周圍的地層715。結果，在地層715內的富含有機物巖石被充分地加熱以轉化乾酪根為烴。生成的烴然後使用熟知的採出方法進行採
出ο在圖7的安排中，地層715主要沿著單個垂直平面顯示。進一步地，熱710被顯示從該垂直平面內的裂縫712發出。然而，應當理解，地層715是三維地下體積，以及熱710 將傳導跨過該體積的一部分。如以上描述，圖7描述了使用單個垂直水力裂縫712和一對垂直井716、718的加熱方法。在實踐中，多個井筒對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。實例包括使用水平井和/或水平裂縫。商業應用可以包括多個裂縫，其中多個井放置在井網驅或行列驅地層中。在熱轉化過程期間，油頁巖滲透性可能增加。這可能由固體乾酪根轉化為液態或氣體烴時增加的流動可用的孔體積引起。可選地，增加的滲透性可以產生於裂縫的形成，因為乾酪根轉化為烴並在限定的系統內經歷大量的體積增加。在這方面，如果初始滲透性太低以至於不允許烴的釋放，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。現在參看圖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的烴生產區域805A。地下地層815包括富含有機物巖石。這種富含有機物巖石的一個實例是油頁巖。在圖8A的安排中，提供第一多個井筒816。每個井筒816具有垂直部分和變向的、 基本水平的部分。熱再次經過用電傳導性材料的顆粒支撐的多個水力裂縫進行傳遞。裂縫在812示出並且是基本垂直的。每個水力裂縫812對於井816的水平部分是縱向的(或離開井816的水平部分)。分開的第二多個井818也在烴生產區域800A中提供。這些井818也具有基本垂直部分和基本水平部分。各個井818的基本水平部分與各個裂縫812交叉。在圖8A的安排中，電壓被施加在從第一多個井816到第二多個井818的數對井上。在第一多個井中的井816包括負極，而在第二多個井中的井818包括正極。當然，也可以相反地設立。電壓814被施加在穿透裂縫812的各個井816、818上。再一次，AC電壓814 是優選的。然而，任何形式的電能——包括而不限於DC電壓——適合於在本發明中使用。
來自各個多個井816、818的數對井組成各個電路。電路通過在裂縫812內放置傳導顆粒材料「完成」。這又經過電阻加熱生成熱。這種熱通過熱傳導傳遞到地下地層815內的富含有機物巖石。結果，富含有機物巖石被充分地加熱以轉化在地下地層815中包含的乾酪根為烴。生成的烴然後通過生產井(沒有示出)採出。需要說明的是，在圖8A中的裂縫812是垂直的。相反地，第二多個井筒818的交叉部分是水平的。然而，應該理解，這種安排可以顛倒。這意味著裂縫812可以是水平的， 而第二多個井筒818的交叉部分是垂直的。在這後者的安排中，第二多個井筒818沒有必要是變向的。作為一個實際問題，裂縫的方向可能取決於地下地層的深度。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。當然，這高度依賴於工作的實際位置和地質力學力。圖8B顯示包括地下地層815的烴生產區域805B。地下地層815包括可以包含乾酪根的富含有機物巖石。在圖8B的安排中，提供第一多個井筒826。每個井筒擬6具有垂直部分和變向的、基本水平的部分。熱再次經過用電傳導性材料的顆粒支撐的多個水力裂縫進行傳送。裂縫在812示出並且是基本垂直的。每個水力裂縫812對井826的水平部分是縱向的(或離開井826的水平部分)。分開的第二多個井828也在烴生產區域800B中提供。這些井818也具有基本垂直部分和基本水平部分。各個井828的基本垂直部分與各個裂縫812交叉。在圖8B的安排中，電壓被施加跨過第一多個井826到第二多個井828中的一個。 在第一多個井中的井擬6可以包括正極，而第二井擬8可包括負極。當然，也可以相反地設立。電壓824被施加在穿透裂縫812的各個井826、擬8上。再一次，AC電壓擬4是優選的。 然而，任何形式的電能——包括而不限於DC電壓一一適合於在本發明中使用。井826、擬8—起工作以組成各個電路。電路通過在裂縫812內放置傳導顆粒材料 「完成」。這又經過電阻加熱生成熱。這種熱通過熱傳導傳遞到地下地層815內的富含有機物巖石。結果，富含有機物巖石被充分地加熱以轉化在地下地層815中包含的乾酪根為烴。 生成的烴然後通過生產井(沒有示出)採出。需要說明的是，在圖8B中的裂縫812是垂直的。相反地，第二多個井筒828的交叉部分是水平的。在生產區域800B中，第二井筒828的水平部分與裂縫812相交，從各個第一井筒826的多於一個水平部分與多於一個裂縫812相聯。在生產區域800A、800B的任一個中，不同的材料可以用作電傳導性顆粒材料。第一，可以使用具有薄的金屬塗層的沙子。第二，可以使用金屬和陶瓷複合材料。第三，可以使用碳基材料。這些實例中的每一個不僅可以是傳導性的，而且作為支撐劑。可以使用數種另外的作為支撐劑較不理想的傳導性材料。一個實例是傳導性水泥。同樣，綠色或黑色碳化矽、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，電傳導性材料不需要是均一的，而可以包括兩個或更多個合適的電傳導性材料的混合物。例如，作為支撐劑的一個或多個傳導性材料可以與一個或多個非支撐劑的傳導性材料混合，以取得期望傳導性，同時在指定預算內操作。不管組成如何，傳導性材料優選地滿足數個標準。首先，在預期的原位應力下顆粒材料的電阻率優選為高到足以提供電阻熱，同時低到足以傳導計劃的電流從一個井到另一個井。顆粒材料也優選滿足裂縫支撐劑通常的標準，即，足夠的強度以保持裂縫敞開，和足夠低密度以泵入裂縫中。最後，方法的經濟應用可以設定可接受的顆粒材料的成本上限。在生產區域800A、800B每一個當中，提供生產井。例證性生產井840在圖8B中示出。生產井840在地下地層815中完井以傳輸烴流體到地面。
實施例為了說明電流通過富含有機物巖石中的裂縫傳輸以生成電阻熱，進行了實驗室試驗。試驗結果顯示，使用顆粒材料的電阻加熱成功地將巖石的實驗室樣品中的乾酪根轉化為可採出的烴。現在參看圖9和圖10，巖心樣品900從含有乾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。油頁巖的底層垂直於巖心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位於部分932上，而下表面938對應於部分934。在樣品部分932中研磨出具有約0. 25mm(l/16英寸)深的託盤(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放置在託盤935中。如圖解，使用足夠量的傳導性支撐劑材料910以基本上填滿託盤935。電極937放置在部分932的相對端。電極937從巖心900的範圍外面延伸進入與支撐劑材料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然後放置在不鏽鋼套940中，部分932和934用三個不鏽鋼軟管夾942結合在一起。 使軟管夾942變緊以施加應力到代替支撐劑(參見圖9中)，正如同在實際應用中要求支撐劑910原位支撐應力。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的一半鑽一小孔(未示出)，以容納熱電偶。該熱電偶被用於在加熱期間測定巖心樣品900中的溫度。該熱電偶被大致設置於託盤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的氬氣以給實驗提供化學惰性氣氛。在18至19安培範圍的電流被施加在電極937之間5小時。巖心樣品900中的熱電偶在約一小時後測量溫度為 268°C，在此後逐漸減小至約250°C。在託盤935的位置達到的高溫被推斷為約350°C至約 400 "C。在試驗完成和巖心樣品900已經冷卻到環境溫度之後，打開壓力容器。0. 15ml的油從在其中進行試驗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。這種試驗後電阻測量值為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記錄為時間的函數的曲線圖。首先，圖11包括圖表1110。圖表1110具有縱坐標1112，其代表在試驗期間消耗的以瓦特計的電功率。圖表1110也具有橫坐標1114，其顯示以分鐘計的試驗逝去時間。在橫坐標1114上的總的時間為5小時(300分鐘)。從圖表1110可以看出在1小時後，施加到巖心樣品900的功率的範圍為50和60瓦特之間。接著，圖11包括圖表1120。圖表1120具有縱坐標1122，其代表在整個試驗中、在巖心樣品900(圖9和10)中熱電偶處測量的以攝氏度計的溫度。圖表1120也具有橫坐標 IlM，其顯示試驗期間以分鐘計的逝去時間。同樣地，總的時間為5小時。需要說明的是， 溫度1122在試驗期間到達的最大值為268°C。根據這個值，可以推斷沿著託盤935的溫度應該達到350-400°C的值。這個值足以引起熱解。最後，圖11包括圖表1130。圖表1130具有縱坐標1132，其代表在試驗期間在電極937(圖9和10)之間測量的以歐姆計的電阻。圖表1130也具有橫坐標1134，其同樣顯示試驗期間以分鐘計的逝去時間。只有在加熱試驗期間進行的電阻測量包括在圖表1130 中。令人感興趣的是，在樣品900的初始加熱後，電阻1132在0. 15和0. 2歐姆之間相對保持穩定。在試驗期間從沒有觀察到電連續性的損失。試驗之前和試驗之後的電阻測量(822 和49歐姆)被省略。在巖心樣品900冷卻至環境溫度後，將其從壓力容器去除並拆開。觀察到傳導性支撐劑材料910在數個地方被在試驗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中由於試驗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附近轉化的油頁巖的月牙形狀部分。現在返回到圖7、8A和8B，連接至裂縫加熱元件可以以各種方法實施。在這些安排的每一個中，連接點被沿著井筒到裂縫內的中間傳導性顆粒材料提供在傳導性金屬器件之間。這些點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)。對於這些電阻加熱器井完井安排700、800A、800B中的每一個，出現一個顧慮。該顧慮涉及在井筒與傳導性顆粒材料交叉的區域中非常高電流密度的電勢。該顧慮關係到圖 7、8A和8B的完井安排的任一個。電流是描述電子沿著流動路徑流動的平均數量。電或電荷的數量的SI單位是庫侖。庫侖被定義為在一秒鐘內通過攜帶一安培的電導體的橫截面的電荷數量。符號Q通常用於表示電或電荷的數量。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，並且數學地描述如下i = nqvd = Dvd其中i =電流密度向量(A/m2)η =每體積以個數計的顆粒密度(m_3)；q =單個顆粒的電荷(庫侖)；D =電荷密度(庫侖/m3)，或nq ；和vd =顆粒的平均移動速度(m/sec)。在井下電接觸點，過量電流密度的存在可能造成地下地層715或815內不一致的熱分布。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，在地下地層的剩餘部分內存在不充分的電阻加熱。為了解決這個問題，在此提議在井下接觸點或在井下接觸點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於裂縫的體積中傳導性顆粒材料的電傳導率。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率，它可以通過降低在具有高電流密度的接觸點上的電壓降起作用。在這種情況下，高電流密度仍然存在，但是它不導致過量的局部熱生成。可選地，如果第二材料具有非常低(甚至為零)的電導率，它可以過改變主要電流通路以消除高電流密度的區域起作用。優選的是使用第一選擇，其中第二傳導性材料具有比裂縫的體積中的傳導性材料顯著高的傳導率。優選地，第二傳導性材料的傳導率比顆粒材料的傳導率高大約10至100 倍。在一方面，裂縫的體積充滿煅燒過的焦炭，而在緊鄰連接點的傳導性材料包括粉末狀金屬、石墨、炭黑或它們的組合。粉末狀金屬的實例包括粉末狀銅和鋼。例如，在第一選擇的實例性實施方式中——例如其中第二傳導性材料具有比裂縫的體積中傳導性材料顯著高的傳導率，本發明人已經確定石墨與按重量計多至50%的水泥的顆粒混合物產生了合適的電阻率。本發明人已經確定在該組成範圍內的混合物同樣比顆粒支撐劑材料傳導性大10-100倍。本發明人也已確定按重量計具有超過50%的水泥含量的組合物增加混合物電阻率超出了優選電阻率範圍。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，以幫助傳導性材料充分分布進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行控制，例如，更多的水當注入後將產生更稀和更廣泛分散的充填。因此，本發明人已經確定如果用作上述第二傳導性材料，在前述組成範圍內的顆粒狀混合物的傳導性足夠而不生成熱點ο例如，已經確定適合於在井下電接觸點附近使用的以上描述的第二傳導性材料的示例性組合物包括IOg石墨(75%乾重)、3. 3g波特蘭水泥重量)和18g水。為了確定在第一傳導性材料(表示在裂縫內和位於任何電連接中間的材料)和第二傳導性材料 (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，它們被注射在經受各種載荷和應力的兩個大理石板之間固化64小時。獲得的第二傳導性材料的整個充填厚度為大約0. 01」至約0. 028第二傳導性材料的電阻率為大約0. 1638歐姆釐米，其比周圍支撐劑的傳導性高大約10-100倍。第二傳導性材料的兩個示例性樣品的電阻率在以下表I中的各個載荷下示出。樣品A包括25%乾重水泥和75%乾重石墨，和樣品B包括50% 乾重水泥和50%乾重石墨。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。雖然在兩個樣品中獲得足夠的電阻率，但是優選的實施方式包括包含小於或等於按重量計50% (乾重)水泥和等於或大於按重量計50%石墨的混合物，和更優選地是包含按重量(乾重)計25-50%水泥和按重量(乾重)計50-75%石墨或另一種電傳導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(歐姆釐米) 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的數學概念是有用的。圖12表示電流通過地質地層中的裂縫平面1200的流動。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方向流動的電流，而箭頭iy表示在y方向流動的電流。標記「t」表示在點(x，y)的裂縫1200的厚度。在裂縫平面1200中，電流在χ方向從第一點位置χ運動到第二位置x+dx。電流值從ix變為ix+dix。類似地，電流在y方向從第一點位置y運動到第二位置y+dy。電流值從 iy變為iy+diy。如果電流進入或離開在位置(X，y)的裂縫，這種源項(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點的電流源。當電流運動時，電荷守恆。電荷守恆是電荷既不產生也不消失的定律；電荷的量總是守恆。根據電荷守恆定律，分離系統的總電荷保持恆定，而不論系統自身內部如何變化。 電荷守恆可以使用偏微分方程進行數學表達
權利要求
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的固體富含有機物巖石的層段的兩個或更多個井筒； 自所述兩個或更多個井筒中的至少一個在所述富含有機物巖石中建立至少一個裂縫；在所述至少一個裂縫中提供電傳導性材料，以在所述兩個或更多個井筒之間提供電傳輸，所述電傳導性材料包括(i)放置與所述兩個或更多個井筒中的每一個接觸且具有第一體電阻率的第一部分，和(ii)在所述兩個或更多個井筒中間且具有第二體電阻率的第二電傳導性部分；和傳遞電流通過所述至少一個裂縫，使得在所述電傳導性材料內產生電阻熱，足以熱解至少一部分的所述富含有機物巖石成為烴流體，其中產生的熱在所述電傳導性材料的所述第一部分內小於在所述電傳導性材料的所述第二部分中。
2.權利要求1所述的方法，其中所述富含有機物巖石包括油頁巖。
3.權利要求2所述的方法，其中所述兩個或更多個井筒中的每一個基本垂直完井；和所述至少一個裂縫是基本水平的。
4.權利要求2所述的方法，其中所述兩個或更多個井筒中的每一個基本水平完井；和所述至少一個裂縫是基本垂直的。
5.權利要求2所述的方法，其中所述電傳導性材料是作為支撐劑的顆粒材料。
6.權利要求2所述的方法，其中所述電傳導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.權利要求2所述的方法，其中所述電傳導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.權利要求2所述的方法，其中構成所述電傳導性材料的所述第二部分的材料的電阻率比構成所述電傳導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.權利要求2所述的方法，其中所述電傳導性材料的所述第一部分基本為非傳導性的；和所述電傳導性材料的所述第二部分接觸所述兩個或更多個井筒中的每一個的至少一部分。
10.權利要求9所述的方法，其中所述電傳導性材料的所述第一部分包括矽石、石英、 水泥片、砂巖或其任何組合。
11.權利要求2所述的方法，其中所述電傳導性材料的所述第一部分的電阻率是約 0. 005歐姆-米。
12.權利要求2所述的方法，其中所述電傳導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.權利要求2所述的方法，其中所述電傳導性材料的所述第一部分的電阻率接近無窮大。
14.權利要求2所述的方法，其中所述至少一個裂縫水力地形成。
15.權利要求2所述的方法，還包括連續傳遞電流通過電傳導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採烴流體到地表加工設備。
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於所述地下地層內的第一井筒和同樣至少部分地位於所述地下地層內的第二井筒之間的所述地下地層中形成至少一個通路；提供電傳導性材料進入所述至少一個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部件，使得所述第一電傳導部件與所述電連接進行電傳輸；提供在所述第二井筒中的第二電傳導部件，使得所述第二電傳導部件與所述電連接進行電傳輸，由此形成至少由所述第一電傳導部件、所述電連接和所述第二電傳導部件構成的電傳導流動路徑；和建立通過所述電傳導流動路徑的電流，由此由於電阻加熱在所述電傳導流動路徑內生成熱，生成的熱的至少一部分熱傳導進入所述地下地層，並且其中所述生成的熱由接近所述第一電傳導部件和所述第二電傳導部件生成的第一熱和在所述第一電傳導部件和所述第二電傳導部件中間的所述電傳導性顆粒材料生成的第二熱組成，所述第一熱小於所述第二熱。
17.權利要求16所述的方法，其中所述地下地層是富含有機物巖層。
18.權利要求17所述的方法，其中所述地下地層包含重烴。
19.權利要求17所述的方法，其中所述地下地層是油頁巖地層。
20.權利要求17所述的方法，其中所述電傳導性材料是顆粒材料；和所述電連接是顆粒狀電連接。
21.權利要求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的固體烴熱解。
22.權利要求21所述的方法，其中所述電傳導性顆粒材料包括(i)分別緊鄰所述第一電傳導部件和所述第二電傳導部件的第一部分，和(ii)在所述第一電傳導部件和第二電傳導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於所述第二部分的電阻率。
23.權利要求22所述的方法，其中所述電傳導性顆粒材料的所述第一部分具有足夠低的電阻率，以提供電傳導而沒有大量熱生成。
24.權利要求22所述的方法，其中所述電傳導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.權利要求22所述的方法，其中所述電傳導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.權利要求22所述的方法，其中構成所述電傳導性顆粒材料的所述第二部分的材料的電阻率比構成所述電傳導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.權利要求22所述的方法，其中所述電傳導性顆粒材料的所述第一部分包括小於或等於以乾重計50 %的水泥和以乾重計50 %或更多的石墨。
28.權利要求22所述的方法，其中所述電傳導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.權利要求22所述的方法，其中所述電傳導性顆粒材料的所述第一部分基本為非傳導性的；和所述電傳導性顆粒材料的所述第二部分接觸所述第一和第二電傳導部件的每一個的至少一部分。
30.權利要求四所述的方法，其中所述電傳導性顆粒材料的所述第一部分包括矽石、 石英、水泥片、砂巖或其組合。
31.權利要求沈所述的方法，其中所述電傳導性顆粒材料的所述第一部分的電阻率是約0. 005歐姆-米。
32.權利要求沈所述的方法，其中所述電傳導性材料的所述第一部分的電阻率接近無窮大。
33.權利要求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基本水平地完井；和在所述地下地層中的所述至少一個通路包括第一基本垂直的裂縫。
35.權利要求33所述的方法，還包括提供在第三井筒中的第三電傳導部件，使得所述第三電傳導部件同樣與所述電連接進行電傳輸，並且是所述電傳導流動路徑的一部分；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.權利要求22所述的方法，其中構成所述第一電傳導部件、所述第二電傳導部件或者兩者的至少一部分的材料具有小於0. 0005歐姆-米的電阻率。
37.權利要求22所述的方法，還包括連續傳遞電流通過所述電連接，直到緊鄰所述電傳導流動路徑的所述地下地層達到選擇的溫度；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，包括多個井筒，其穿透所述地下地層內的固體富含有機物巖石的層段； 至少一個裂縫，其在所述富含有機物巖石中自所述井筒中的至少一個建立，其中所述至少一個裂縫包括電傳導性材料以提供在至少兩個所述井筒之間的電傳輸，所述電傳導性材料包括(i)放置與至少兩個井筒接觸且具有第一體電阻率的第一部分，和(ii)在所述至少兩個井筒中間且具有第二體電阻率的第二電傳導部分；和至少一個電導體，其可操作地與所述至少兩個井筒的每一個中的所述電傳導性材料的所述第一部分連接，所述至少一個電導體被配置成通過所述至少一個裂縫傳遞電流，使得電阻熱在所述電傳導性材料內生成，足以熱解所述富含有機物巖石的至少一部分成為烴流體，並且其中生成的熱在所述電傳導性材料的所述第一部分內比在所述電傳導性材料的所述第二部分中低。
39.權利要求38所述的系統，其中所述兩個或更多個井筒中的每一個基本垂直地完井；和所述至少一個裂縫是基本水平的。
40.權利要求38所述的系統，其中所述兩個或更多個井筒中的每一個基本水平地完井；和所述至少一個裂縫是基本垂直的。
41.權利要求38所述的系統，其中所述電傳導性材料是作為支撐劑的顆粒材料。
42.權利要求38所述的系統，其中所述電傳導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.權利要求38所述的系統，其中所述電傳導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.權利要求38所述的系統，其中構成所述電傳導性材料的所述第二部分的材料的電阻率比構成所述電傳導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.權利要求38所述的系統，其中所述電傳導性材料的所述第一部分基本為非傳導性的；和所述電傳導性材料的所述第二部分接觸所述兩個或更多個井筒中的每一個的至少一部分。
46.權利要求45所述的系統，其中所述電傳導性材料的所述第一部分包括矽石、石英、 水泥片、砂巖或其組合。
47.權利要求38所述的系統，其中所述電傳導性材料的所述第一部分的電阻率是約 0. 005歐姆-米。
48.權利要求38所述的系統，其中所述電傳導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.權利要求38所述的系統，其中所述電傳導性材料的所述第一部分的電阻率接近無窮大。
50.權利要求38所述的系統，其中所述至少一個裂縫是水力形成的。
51.權利要求38所述的系統，還包括從所述地下地層開採所述烴流體的至少一個生產井。
全文摘要
提供使用電阻加熱加熱地下地層的方法和系統。一方面，提供穿透所述地下地層內的固體富含有機物巖石的層段的兩個或更多個井筒。自所述井筒中的至少一個在所述富含有機物巖石中建立至少一個裂縫，和在所述裂縫中提供電傳導性材料。以這種方式，在所述兩個或更多個井筒之間提供電傳輸。所述電傳導性材料可以包括放置與所述兩個或更多個井筒中的每一個接觸的第一部分和在所述兩個或更多個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，使得在電傳導性材料內通過電阻生成熱，足以熱解至少一部分的所述富含有機物巖石成烴流體。在所述電傳導性材料的第一部分內生成的電阻熱小於在所述電傳導性材料的第二部分內生成的熱。
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 優先權日2008年10月29日
發明者G·A·奧滕, M·G·尼可拉斯, W·A·賽明頓 申請人:埃克森美孚上遊研究公司