DE60116616T2 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung von erdöllagerstätten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur behandlung von erdöllagerstätten Download PDF

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    • Y10S48/00Gas: heating and illuminating
    • Y10S48/06Underground gasification of coal

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in situ und zur Förderung eines Kohlenwasserstofffluids aus der Formation durch Pyrolisieren von Kohlenwasserstoffen, die in der Formation vorliegen.
  • Kohlenwasserstoffe, die aus unterirdischen Formationen gewonnen werden, werden oft als Energiequellen, als Einsatzstoffe und als Produkte für Endverbraucher verwendet. Die Sorge über eine Ausbeutung vorhandener Kohlenwasserstoffquellen hat zur Entwicklung von Verfahren für eine effizientere Förderung, Verarbeitung und Verwendung vorhandener Kohlenwasserstoffquellen geführt. In situ-Verfahren können verwendet werden, um Kohlenwasserstoffmaterialien aus unterirdischen Formationen zu entfernen. Chemische und/oder physikalische Eigenschaften von Kohlenwasserstoffmaterial in einer unterirdischen Formation müssen unter Umständen verändert werden, um Kohlenwasserstoffmaterial einfacher aus der unterirdischen Formation entfernen zu können. Die chemischen und physikalischen Veränderungen können in situ-Reaktionen umfassen, die entfernbare Fluide, Löslichkeitsänderungen, Phasenänderungen und/oder Viskositätsänderungen des Kohlenwasserstoffmaterials in der Formation erzeugen. Ein Fluid kann ein Gas, eine Flüssigkeit, eine Emulsion, eine Aufschlämmung und/oder ein Strom von festen Partikeln mit Strömungseigenschaften ähnlich einem Flüssigkeitsstrom sein, ist aber nicht darauf begrenzt.
  • Beispiele für in situ-Verfahren, die Untertageheizeinrichtungen verwenden, sind in den US-A-2 634 961, US-A-2 732 195, US-A-2 780 450, US-A-2 789 805, US-A-2 923 535, US-A-4 886 118, US-A-2 914 309, US-A-4 344 483, US-A-4 067 390, US-A-4 662 439 und US-A-4 384 613 veranschaulicht. Zum Beispiel wird in der US-A-2 923 535 und der US-A-4 886 118 die Anwendung von Hitze auf Ölschieferformationen beschrieben. Darin wird Hitze auf die Ölschieferformation aufgebracht, um Kerogen innerhalb der Ölschieferformation zu pyrolysieren. Die Hitze bricht auch die Formation und erhöht die Durchlässigkeit der Formation. Die erhöhte Durchlässigkeit erlaubt, dass Kohlenwasserstofffluide zu einem Förderschacht strömen, wo das Fluid von der Ölschieferformation entfernt wird. In der US-A-2 923 535 wurde Druck aufgebracht, indem alle Gasauslassventile zum Zweck der Überprüfung der Porosität und Durchlässigkeit der Formation für Gase und Dämpfe verschlossen wurden. Die US-A-2 923 535 sagt nichts über ein Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes während der Förderung von Gasen und Dämpfen.
  • Es gab bedeutende Anstrengungen, um Verfahren und Systeme zu entwickeln, damit Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und/oder weitere Produkte aus Kohlenwasserstoff enthaltenden Formationen kostengünstig gefördert werden können. Derzeit gibt es jedoch noch immer viele Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen, aus denen Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und/oder weitere Produkte nicht kostengünstig gefördert werden können. Somit besteht noch immer ein Bedarf an verbesserten Verfahren und Systemen zur Förderung von Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff und/oder weiteren Produkten aus verschiedenen Kohlenwasserstoff enthaltenden Formationen.
  • Es hat sich nunmehr gezeigt, dass die Quantität, die Zusammensetzung und die Qualität des in der Pyrolyse erzeugten Kohlenwasserstofffluids durch Steuern des Druckes in Bezug auf die angewandte Temperatur gesteuert werden kann und umgekehrt. In dieser Hinsicht können die Menge, die Zusammensetzung und die Qualität der Kohlenwasserstofffluide durch eine oder mehrere relevante Eigenschaften, z. B. den API (= American Petroleum Institute)-Grad, das Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis, das elementare Kohlenstoff-zu-Wasserstoff-Verhältnis, geförderte äquivalente Flüssigkeiten (Gas und Flüssigkeit), geförderte Flüssigkeiten, Prozent Fischer Analyse und das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen mit mehr als 25 Kohlenstoffatomen in den Kohlenwasserstofffluiden, definiert werden. Der Druck für eine vorbestimmte Temperatur oder die Temperatur für einen vorbestimmten Druck, der/die zu Kohlenwasserstofffluiden mit der relevanten Eigenschaft führt, kann durch Anwendung einer Gleichung, d. h. im Folgenden hierin als "Gleichung 1" bezeichnet, der Form:
    Figure 00030001
    bestimmt werden, worin P der Druck (bar absolut) ist, T die Temperatur (°C) ist, und A und B Parameter sind, die mit der relevanten Eigenschaft in Beziehung stehen, und die experimentell bestimmt werden können. Die Dimensionen des Faktors 0,07 und der Parameter A und B sind derart, dass sie mit den Dimensionen von P und T übereinstimmen.
  • In vielen Fällen wird die Anwendung der Temperatur-/Drucksteuerung die Anwendung eines erhöhten Druckes während der Pyrolyse beinhalten. Es hat sich gezeigt, dass die Anwendung von erhöhtem Druck eine Anzahl unerwarteter Vorteile aufweist. Diese Vorteile gelten unabhängig von der Anwendung der vorliegenden Temperatur-/Drucksteuerung.
  • Ein erhöhter Druck in der Formation resultiert in der Förderung verbesserter Kohlenwasserstofffluide. Wenn der Druck in der Formation erhöht wird, umfassen die Kohlenwasserstofffluide, die aus der Formation gefördert werden, einen größeren Anteil an nicht-kondensierbaren Komponenten. Auf diese Weise umfasst eine signifikante Menge (z. B. ein Großteil) der bei solchen Drücken geförderten Kohlenwasserstofffluide eine leichtere, kondensierbare Komponente von höherer Qualität als Kohlenwasserstofffluide, die bei geringerem Druck gefördert werden.
  • Es hat sich gezeigt, dass das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der erhitzten Formation im Wesentlichen die Förderung von Kohlenwasserstofffluiden mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von größer als z. B. etwa 25 und/oder Mehrring-Kohlenstoffverbindungen verhindert. Es hat sich auch gezeigt, dass das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der erhitzten Formation in einer Erhöhung des API-Grades von Kohlenstofffluiden, die aus der Formation gefördert werden, resultiert. Somit können erhöhte Drücke die Förderung von relativ kurzkettigen Kohlenwasserstofffluiden, die höhere Werte im API-Grad aufweisen können, erhöhen.
  • Ferner verhindert das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der Formation eine Absenkung der Formation. Das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der Formation zielt auch darauf ab, die notwendigen Dimensionen von Sammelleitungen, die verwendet werden, um kondensierbare Komponenten zu befördern, zu reduzieren. Das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der Formation kann auch die Erzeugung von Elektrizität aus geförderten nicht-kondensierbaren Fluiden erleichtern. Zum Beispiel können die geförderten nicht-kondensierbaren Fluide durch eine Turbine geleitet werden, um Elektrizität zu erzeugen.
  • Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in situ und zur Förderung eines Kohlenstofffluids aus der Formation bereit, wobei das Verfahren die Pyrolyse von in der Formation vorliegenden Kohlenwasserstoffen während der Förderung des Kohlenwasserstofffluids aus der Formation unter Anwendung einer Druck-/Temperatursteuerung umfasst, so dass der Druck zumindest der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder die Temperatur höchstens die Tem peratur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus der Gleichung
    Figure 00050001
    errechnet werden kann, worin P der Druck (bar absolut) ist, T die Temperatur (°C) ist, und A und B vorbestimmte Parameter sind, und worin A zumindest 5000, B zumindest 10 und P höchstens 72 bar absolut betragen, um eine Eigenschaft zu steuern, die für die Quantität, die Zusammensetzung oder die Qualität der geförderten Kohlenwasserstofffluide relevant ist.
  • Die Erfindung stellt auch ein Hitzeeinspritzsystem und Kohlenwasserstofffluid-Förderschächte zur Verwendung in dem Verfahren gemäß der Erfindung und Pyrolyseprodukte mit einem niedrigen Olefingehalt (z. B. < 10 Gew.-%) und einer niedrigen durchschnittlichen Anzahl von Kohlenstoffen (z. B. < 35), die durch das in situ-Pyrolyseverfahren und -system gemäß der Erfindung gewonnen werden können, bereit.
  • Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Förderung von Synthesegas bereit, wobei das Verfahren umfasst, dass eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation vorgesehen ist, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung behandelt wird, und die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation mit einem Synthesegas erzeugenden Fluid zur Reaktion gebracht wird.
  • Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Umwandlung des so geförderten Synthesegases zu Kohlenwasserstoffen bereit.
  • Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Förderung von Energie durch Expansion und/oder Verbrennung des so geförderten Synthesegases bereit.
  • Es ist bekannt, dass die US-A-4 662 439 ein Verfahren zur unterirdischen Umwandlung von Kohle offenbart, bei dem ein Sauerstoff enthaltendes/er Gas und Dampf in ein Kohleflöz eingespritzt wird, welches durch Sprengstoffe zerbrochen wird, um ein Synthesegas zu bilden, das soviel wie 90 Gew.-% feuchter und aschefreier Kohle (MAF = moisture and ash-free) in flüssige und gasförmige Produkte umwandelt, wenn ein hoher Druck (4000–5000 psig ≅ 275–350 bar absolut) gehalten wird, und die Temperatur ungefähr 550°C beträgt.
  • Die US-A-5 236 039 offenbart ein Verfahren zur in situ-Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation unter Verwendung von Radiofrequenzheizquellen zum Erhitzen der Formation auf Pyrolysetemperatur. In dieser Schrift findet sich keine allgemeine Lehre in Bezug auf den Einfluss von Druck auf das Verfahren oder dessen Ergebnisse. Es gibt jedoch eine beiläufige Offenlegung von 50 psi in Kombination mit Pyrolysetemperaturen bis zu 575°F in Bezug auf eine Simulation der betreffenden Erfindung (siehe Tabelle 1 darin). Die Anwendung von einem Druck von 3,52 bar (50 psi) bei Temperaturen bis zu 301,7°C (575°F) in Kombination mit einer Radiofrequenzerhitzung in dem Behandlungsverfahren der Erfindung ist von dem Schutz bestimmter Ausführungsformen dieser Erfindung ausgenommen.
  • Wenn nicht anders angegeben, wird der Ausdruck "Druck" hierin als auf Absolutdruck bezogen betrachtet. Die Temperatur und der Druck, die während der Förderung von Kohlenwasserstofffluid aus der Formation oder während der Förderung von Synthesegas herrschen, werden als in einem Förderschacht in der direkten Nähe zu dem relevanten Teil der Formation, wo die Pyrolyse oder die Förderung von Synthesegas stattfindet, gemessen, angesehen. Der Druck entspricht somit im Wesentlichen einem Porendruck in der Formation in dem Bereich, wo die Pyrolyse stattfindet. Anstatt, dass die Temperatur gemessen wird, kann die Temperatur auf der Basis der Wärmezufuhr, die durch die Heizschächte erzeugt wird und/oder von der/den Pyrolyse- und/oder anderen Reaktion/en und den Eigenschaften der Formation verbraucht wird, abgeschätzt werden.
  • Vorzugsweise enthält die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation für die Verwendung mit der Erfindung Kerogen. Kerogen besteht aus organischer Substanz, die auf Grund eines Reifungsprozesses umgewandelt wurde. Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen, die Kerogen umfassen, sind z. B. Kohle enthaltende Formationen und Ölschiefer enthaltende Formationen. Vorzugsweise besitzt das Kerogen eine Vitrinit-Reflexion von 0,2% bis 3%, vorzugsweise über 0,25% und noch bevorzugter über 0,4%, und vorzugsweise unter 2% und noch bevorzugter unter 1,2%, und/oder einen Wasserstoffgehalt von zumindest 2 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 3 Gew.-%. Alternativ können Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen behandelt werden, die Kerogen nicht umfassen, z. B. Formationen, die schwere Kohlenwasserstoffe enthalten (z. B. Teersande).
  • Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen können auf der Grundlage von Eigenschaften von zumindest einem Teil der Formation zur in situ-Behandlung vorbestimmt werden, so dass diese zur Förderung von qualitativ hochwertigen Fluiden aus der Formation führt. Beispielsweise können Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen, die Kerogen umfassen, auf der Grundlage der Vitrinit-Reflexion des Kerogens für eine Behandlung abgeschätzt oder vorbestimmt werden. Die Vitrinit-Reflexion steht oft mit dem elementaren Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis eines Kerogens und dem elementaren Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis des Kerogens in Beziehung. Vorzugsweise liegt die Vitrinit-Reflexion im Bereich von 0,2% bis 3%, noch bevorzugter von 0,5% bis 2%. Solche Bereiche der Vitrinit-Refle xion neigen dazu, anzuzeigen, dass qualitativ relativ höherwertige Kohlenwasserstofffluide aus der Formation gefördert werden.
  • Die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation kann auf der Grundlage des elementaren Wasserstoffgehaltes der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation für eine Behandlung vorbestimmt werden. Beispielsweise kann ein Verfahren zur Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation typischerweise umfassen, dass eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation für eine Behandlung vorbestimmt wird, die einen elementaren Wasserstoffgehalt von größer als 2 Gew.-%, vorzugsweise größer als 3 Gew.-%, oder noch bevorzugter größer als 4 Gew.-% auf Basis des aschefreien Trockengewichtes aufweist. Die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation weist vorzugsweise ein elementares Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis im Bereich von 0,5 bis 2, insbesondere von 0,7 bis 1,7 auf. Der elementare Wasserstoffgehalt kann die Zusammensetzung der geförderten Kohlenwasserstofffluide signifikant beeinflussen, z. B. durch die Bildung von molekularem Wasserstoff. Somit werden dann, wenn in der Formation zu wenig Wasserstoff vorhanden ist, die Menge und die Qualität der geförderten Fluide negativ beeinflusst. Es ist von Vorteil, einen Wasserstoffpartialdruck aufrechtzuerhalten, und wenn zu wenig Wasserstoff natürlich vorhanden ist, kann der Formation Wasserstoff oder ein anderes reduzierendes Fluid zugesetzt werden.
  • Die Formation kann typischerweise einen elementaren Sauerstoff-Gew.-%-Anteil von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15% und noch bevorzugter weniger als 10%, gemessen auf trockener, aschefreier Basis, aufweisen. Typischerweise beträgt das elementare Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis weniger als 0,15. Auf diese Weise kann die Förderung von Kohlenstoffdioxid und weiterer Oxide aus einem in situ-Umwandlungs vorgang von Kohlenwasserstoff enthaltendem Material verringert werden. Häufig liegt das elementare Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis im Bereich von 0,03 bis 0,12.
  • Das Erhitzen der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation umfasst im Allgemeinen die Bereitstellung einer großen Energiemenge an Wärmequellen, die innerhalb der Formation angeordnet sind. Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen können Wasser enthalten. Wasser, das in den Kohlenwasserstoff enthaltenden Formationen vorhanden ist, wird dazu neigen, die Energiemenge, die erforderlich ist, um die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu erhitzen, weiter zu erhöhen, da eine große Energiemenge erforderlich sein kann, um Wasser aus der Formation auszudampfen. Daher können übermäßige Mengen an Energie und/oder Zeit erforderlich sein, um eine Formation mit einem hohen Wassergehalt zu erhitzen. Vorzugsweise beträgt der Wassergehalt der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation weniger als 15 Gew.-%, noch bevorzugter weniger als 10%.
  • Die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation oder der Teil davon, der einer Pyrolyse unterzogen wird, kann eine Breite von z. B. zumindest 0,5 m oder zumindest 1,5 m oder zumindest 2,4 m oder sogar zumindest 3,0 m aufweisen. Die Breite kann bis zu 100 m oder bis zu 1000 m oder sogar bis zu 2000 m oder mehr betragen. Die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation oder der Teil davon, der einer Pyrolyse unterzogen wird, kann eine Schichtdicke von z. B. zumindest 2 m, noch typischer im Bereich von 4 m bis 100 m und noch typischer von 6 m bis 60 m betragen. Das Deckgebirge der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann eine Dicke von z. B. zumindest 10 m, noch typischer im Bereich von 20 m bis 800 m oder bis zu 1000 m oder mehr betragen.
  • Die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation kann gemäß Verfahren nach dem Stand der Technik auf eine Temperatur erhitzt werden, die für eine Pyrolyse von in der Formation vorhandenen Kohlenwasserstoffen ausreichend ist, indem eine oder mehrere in Heizschächten angeordnete Wärmequellen verwendet werden.
  • Die Heizschächte können in der Nähe der oder vorzugsweise in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sein. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Wärmequellen verwendet, so dass ein großer Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt werden kann, und vorzugsweise derart, dass eine Überlagerung (Überlappung) der von den Wärmequellen erzeugten Hitze erfolgt. Eine Überlagerung von Hitze kann die Zeit verringern, die erforderlich ist, um Pyrolysetemperaturen zu erreichen. Eine Überlagerung von Hitze kann ein relativ großer Abstand zwischen benachbarten Wärmequellen erlauben, was wiederum für eine relativ langsame Aufheizgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation sorgt. Eine Überlagerung von Hitze wird auch für eine gleichmäßige Erhitzung sorgen, so dass die Temperaturen gesteuert werden können, um Fluide mit wünschenswerten Eigenschaften überall (in einem großen Teil) der erhitzten Teile der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu erzeugen.
  • Der Abstand zwischen Wärmequellen kann typischerweise im Bereich von 5 m bis 20 m, vorzugsweise von 8 m bis 12 m liegen. Eine Anordnung äquidistanter Wärmequellen in einem dreieckigen Muster wird bevorzugt, da dies eine gleichförmigere Erhitzung der Formation im Vergleich mit anderen Mustern, wie z. B. Sechsecken, mit sich bringt. Zusätzlich neigt ein dreieckiges Muster dazu, für ein schnelleres Aufheizen auf eine vorbestimmte Temperatur im Vergleich mit anderen Mustern, wie Sechsecken, zu sorgen.
  • Es kann eine beliebige herkömmliche Wärmequelle angewendet werden. Es wird bevorzugt, Wärmequellen anzuwenden, die für eine Wärmeleitung geeignet sind, z. B. jede beliebige Art von elektrischer Heizeinrichtung oder jede beliebige Art von Verbrennungs-Heizeinrichtung. Weniger bevorzugt sind Wärmequellen, die Radiofrequenzerhitzung anwenden.
  • Da die Durchlässigkeit und/oder Porosität in der erhitzten Formation relativ schnell erhöht werden, können geförderte Dämpfe mit relativ geringem Druckunterschied über beträchtliche Distanzen durch die Formation strömen. Zunahmen der Durchlässigkeit resultieren aus einer Abnahme an Masse des erhitzten Teiles auf Grund des Abdampfens von Wasser, der Entfernung von Kohlenwasserstoffen und/oder der Erzeugung von Rissen. Für die Förderung der Kohlenwasserstofffluide können Förderschächte vorzugsweise in der Nähe der Oberfläche der Formation vorgesehen sein. Fluid, das in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gebildet wird, kann sich als Dampf eine beträchtliche Distanz durch die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation bewegen. Solch eine beträchtliche Distanz kann z. B. 50 m bis 1000 m umfassen. Der Dampf kann auf Grund der Durchlässigkeit des erhitzten Teiles der Formation einen relativ geringen Druckabfall über die beträchtliche Distanz aufweisen. Auf Grund einer solchen Durchlässigkeit kann ein Förderschacht nur in jeder zweiten Wärmequelleneinheit, oder in jeder dritten, vierten, fünften oder sechsten Wärmequelleneinheit, von denen eine jede mehrere Heizschächte, z. B. zwei, drei oder sechs umfassen kann, vorgesehen sein. Die Förderschächte können ausgekleidete Schächte sein, die ein Fördersieb oder perforierte Auskleidungen aufweisen können. Zusätzlich können die Förderschächte von Sand oder Kies umgeben sein, um den Druckabfall von Fluiden, die in die Auskleidung eintreten, zu verringern.
  • Zusätzlich können Wasserpumpschächte oder Vakuumschächte eingerichtet werden, um flüssiges Wasser aus der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu entfernen. Beispielsweise können mehrere Wasserschächte die gesamte oder den Teil der Formation, die erhitzt werden soll, umgeben.
  • Das geförderte Kohlenwasserstofffluid ist ein Material, das in seiner Molekülstruktur Kohlenstoff und Wasserstoff enthält. Es kann auch andere Elemente, wie Halogene, Metallelemente, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel, umfassen.
  • Die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation wird auf eine Temperatur erhitzt, bei der Pyrolyse stattfinden kann. Der Temperaturbereich für die Pyrolyse kann Temperaturen bis zu beispielsweise 900°C umfassen. Ein Großteil von Kohlenwasserstofffluiden kann innerhalb eines Pyrolysetemperaturbereiches von 250°C bis 400°C, bevorzugter im Bereich von 260°C bis 375°C gefördert werden. Eine Temperatur, die ausreichend ist, um schwere Kohlenwasserstoffe in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit relativ geringer Durchlässigkeit zu pyrolysieren, kann innerhalb eines Bereiches von 270°C bis 300°C liegen. Bei weiteren Ausführungsformen kann eine Temperatur, die ausreichend ist, um schwere Kohlenwasserstoffe zu pyrolysieren, innerhalb eines Bereiches von 300°C bis 375°C liegen. Wenn eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation über den gesamten Pyrolysetemperaturbereich erhitzt wird, kann die Formation in Richtung der Obergrenze des Pyrolysetemperaturbereiches nur geringe Mengen an Wasserstoff fördern. Nachdem der verfügbare Wasserstoff aufgebraucht ist, kann eine geringe Kohlenwasserstoffförderung aus der Formation erfolgen.
  • Vorzugsweise wird die zur Pyrolyse vorgesehene Kohlenwasserstoff enthaltende Formation oder die Teile davon bei einer niedrigen Aufheizgeschwindigkeit erhitzt. Im Allgemeinen wird die Aufheizgeschwindigkeit höchstens 50°C/Tag betragen. Typischerweise beträgt die Aufheizgeschwindigkeit weniger als 10°C/Tag, noch typischer weniger als 3°C/Tag, insbesondere weniger als 0,7°C/Tag. Häufig wird die Aufheizgeschwindigkeit mehr als 0,01°C/Tag betragen, insbesondere mehr als 0,1°C/Tag. Derart niedrige Aufheizgeschwindigkeiten werden insbesondere im Pyrolysetemperaturbereich angewendet. Noch spezieller können erhitzte Teile der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit einer solchen Geschwindigkeit für eine Zeitdauer von mehr als 50% der Zeit erhitzt werden, die erforderlich ist, um den Pyrolysetemperaturbereich zu überspannen, vorzugsweise mehr als 75% der Zeit, die erforderlich ist, um den Pyrolysetemperaturbereich zu überspannen, oder noch bevorzugter mehr als 90% der Zeit, die erforderlich ist, um den Pyrolysetemperaturbereich zu überspannen.
  • Die Geschwindigkeit, mit der die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation erhitzt wird, kann die Quantität und die Qualität der aus der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geförderten Kohlenwasserstofffluide beeinflussen. Zum Beispiel kann das Aufheizen mit hohen Aufheizgeschwindigkeiten eine größere Quantität an Fluiden aus der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation fördern. Die Produkte solcher Verfahren können jedoch eine deutlich geringere Qualität aufweisen, als wenn beim Aufheizen niedrigere Aufheizgeschwindigkeiten verwendet werden. Ferner sorgt die Steuerung der Aufheizgeschwindigkeit mit weniger als 3°C/Tag im Allgemeinen für eine bessere Steuerung der Temperatur innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation.
  • Die vorliegende Lehre ist, was Aufheizgeschwindigkeiten betrifft, unabhängig von der Anwendung der Temperatur-/Drucksteuerung der Erfindung anwendbar.
  • Das Erhitzen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation auf den Pyrolysetemperaturbereich kann erfolgen, bevor innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation eine wesentliche Durchlässigkeit erzeugt wurde. Ein anfänglicher Mangel an Durchlässigkeit kann den Transport der erzeugten Fluide aus einer Pyrolysezone innerhalb der Formation verhindern. Auf diese Art und Weise kann der Fluiddruck in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, während zu Beginn Hitze von der Wärmequelle zu der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation übertragen wird, in der Nähe der Wärmequelle ansteigen.
  • Der durch Expansion der in der Formation erzeugten Kohlenwasserstofffluide oder anderer Fluide erzeugte Druck kann zu Beginn ansteigen, da eine offene Strecke zu dem Förderschacht oder irgendeine andere Drucksenke in der Formation allenfalls noch nicht bestehen. Zusätzlich kann der Fluiddruck den lithostatischen Druck überschreiten, so dass sich in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation von den Wärmequellen zu den Förderschächten Risse bilden können. Die Bildung von Rissen innerhalb des erhitzten Teiles reduziert dann auf Grund der Förderung von Kohlenwasserstofffluiden durch die Förderschächte den Druck.
  • Um den Druck innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation während der Förderung von Kohlenwasserstofffluiden aufrechtzuerhalten, kann an dem Förderschacht ein Vorlagedruck aufrechterhalten werden. Der Druck kann mit Hilfe von Ventilen und/oder durch Einspritzen von Gasen, z. B. Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Stickstoff oder Methan, oder Wasser oder Wasserdampf in die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation gesteuert werden. Das Einspritzen von Wasserstoff wird besonders bevorzugt.
  • Die Ventile können so ausgebildet sein, dass sie den Druck innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhalten, ändern oder steuern. Zum Beispiel können Wärmequellen, die innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sind, mit einem Ventil gekoppelt werden. Das Ventil kann so ausgebildet sein, dass es Fluid aus der Formation durch die Wärmequelle freisetzt, oder um ein Gas in die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation einzuspritzen. Alternativ kann ein Druckventil mit den Förderschächten gekoppelt sein. Fluide, die von den Ventilen freigesetzt werden, können gesammelt und für eine weitere Verarbeitung und/oder Behandlung zu einer Einheit an der Oberfläche befördert werden.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung werden der Druck und die Temperatur während der Pyrolyse und während der Förderung des pyrolysierten Kohlenwasserstofffluids aus der Formation gesteuert, um eine Steuerung bestimmter Eigenschaften, die für die Quantität, die Zusammensetzung und die Qualität der Kohlenwasserstofffluide relevant sind, zu erreichen. Die Werte der Parameter A und B in Gleichung 1 können experimentell bestimmt werden. Im Allgemeinen können die Werte des Parameters A im Bereich von 5000 bis zu 60000 liegen, und die Werte des Parameters B können im Bereich von 10 bis zu 90 liegen. In der Folge werden hierin einige Beispiele gebracht.
  • Um ein pyrolysiertes Kohlenwasserstofffluid mit einem niedrigen Gehalt an Kohlenwasserstoffen mit einer Kohlenstoffzahl von 25 oder mehr, z. B. weniger als 25 Gew.-%, zu fördern, wird bevorzugt, dass der Druck zumindest der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder die Temperatur höchstens die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A ungefähr gleich 1400 ist und B ungefähr gleich 25 ist. Vorzugsweise ist A gleich 14206 und B ist gleich 25,123, noch bevorzugter ist A gleich 15972 und B ist gleich 28,442, im Speziellen ist A gleich 17912 und B ist gleich 31,804, noch spezieller ist A gleich 19929 und B ist gleich 35,349, ganz speziell ist A gleich 21 956 und B ist gleich 38,849. In der Praxis mag es oft ausreichen, dass der Druck höchstens der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder dass die Temperatur zumindest die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 24146 ist und B gleich 43,349 ist.
  • Um ein Kohlenwasserstofffluid zu fördern, dessen kondensierbare Kohlenwasserstoffe einen hohen API-Grad, z. B. zumindest 30°, aufweisen, wird bevorzugt, dass der Druck zumindest der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder dass die Temperatur höchstens die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 30864 ist und B gleich 50, 676 ist, vorzugsweise A gleich 21719 ist und B gleich 37,821 ist, insbesondere A gleich 16895 ist und B gleich 31,170 ist. In der Praxis mag es oft ausreichen, dass der Druck höchstens der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder dass die Temperatur zumindest die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 16947 ist und B gleich 33,603 ist. Wie hierin verwendet, sind "kondensierbare Kohlenwasserstoffe" Kohlenwasserstoffe, die einen Siedepunkt von zumindest 25°C bei 1 bar aufweisen.
  • Um ein Kohlenwasserstofffluid mit einem niedrigen Ethylen/Ethan-Verhältnis, z. B. höchstens 0,1, zu fördern, wird bevorzugt, dass der Druck zumindest der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder die Temperatur höchstens die Temperatur ist, die für einen vorbestimm ten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 57379 ist und B gleich 83,145 ist, vorzugsweise A gleich 16056 ist und B gleich 27,652 ist, insbesondere A gleich 11736 ist und B gleich 21,986 ist. In der Praxis mag es oft ausreichen, dass der Druck höchstens der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder dass die Temperatur zumindest die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 5492,8 ist und B gleich 14,234 ist.
  • Um ein Kohlenwasserstofffluid zu fördern, dessen kondensierbare Kohlenwasserstoffe eine hohes elementares Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis, z. B. zumindest 1,7, aufweisen, wird bevorzugt, dass der Druck zumindest der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder die Temperatur höchstens die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 38360 ist und B gleich 60,531 ist, vorzugsweise A gleich 12635 ist und B gleich 23,989 ist, insbesondere A gleich 7953,1 ist und B gleich 17,889 ist. In der Praxis mag es oft ausreichen, dass der Druck höchstens der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder dass die Temperatur zumindest die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 6613,1 ist und B gleich 16,364 ist.
  • Die potenzielle Gesamtmenge an Kohlenwasserstofffluiden, die aus dem Kohlenwasserstoff enthaltenden Material gefördert werden kann, kann durch den Fischer Assay bestimmt werden. Der Fischer Assay ist ein Standard-Verfahren, der das Aufheizen einer Probe aus Kohlenwasserstoff enthaltendem Material auf ca. 500°C, das Sammeln von aus der erhitzten Probe erzeugten Produkten und die Quantifizierung der Produkte beinhaltet. Um eine hohe Quantität an Kohlenwasserstofffluid aus der Kohlen wasserstoff enthaltenden Formation, z. B. zumindest 60% des durch den Fischer Assay angegeben Wertes, zu fördern, wird bevorzugt, dass der Druck höchstens der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder die Temperatur zumindest die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck errechnet werden kann, um einen Druck anzuwenden, der höchstens der Druck ist (oder eine Temperatur anzuwenden, die zumindest die Temperatur ist), der (die) aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 11118 ist und B gleich 23,156 ist, vorzugsweise A gleich 13726 ist und B gleich 26,635 ist, insbesondere A gleich 20543 ist und B gleich 36,191 ist. In der Praxis mag es oft ausreichen, dass der Druck zumindest der Druck ist, der für eine vorbestimmte Temperatur errechnet werden kann, oder die Temperatur höchstens die Temperatur ist, die für einen vorbestimmten Druck aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 28554 ist und B gleich 47,084 ist.
  • In bestimmten Fällen kann es höchst vorteilhaft sein, den Druck und die Temperatur derart zu steuern, dass sie zu Werten A und B gehören, die Zustände relativ niedriger Vorzugsniveaus, wie hierin vorstehend angegeben, darstellen. Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn eine bestimmte Kombination aus Quantität, Zusammensetzung und Qualität des Produkts erwünscht ist. Somit umfasst die oben stehende Offenlegung auch alle möglichen Unterbereiche, die durch Kombinieren von Sätzen aus A und B wie offen gelegt definiert werden können. Insbesondere kann es während der Förderung des Kohlenwasserstofffluids von Vorteil sein, eine relevante Eigenschaft konstant zu halten, was dadurch erreicht werden kann, dass unter einem konstanten Wert der Parameter A und B gearbeitet wird. Während der Pyrolyse und während der Förderung des Kohlenwasserstofffluids aus der Formation kann der Druck innerhalb weiter Bereiche vorbestimmt werden. Typischerweise wird ein Druck von zumindest 1,5 bar angelegt, noch typischer zumindest 1,6 bar, insbesondere zumindest 1,8 bar. Häufig kann, wenn die Pyrolysetemperatur zumindest 300°C beträgt, ein Druck von zumindest 1,6 bar angelegt werden, und unterhalb von 300°C kann ein Druck von zumindest 1,8 bar angelegt werden. Die Druckobergrenze kann durch die Festigkeit und das Gewicht des Deckgebirges bestimmt sein. Häufig beträgt der Druck unter Praxisbedingungen weniger als 70 bar, häufiger weniger als 60 bar oder sogar weniger als 50 bar. Der Druck kann vorteilhafterweise innerhalb eines Bereiches von 2 bar bis 18 bar oder 20 bar, oder alternativ innerhalb eines Bereiches von 20 bar bis 36 bar gesteuert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird, wie vorstehend hierin angegeben, ein Wasserstoffpartialdruck aufrechterhalten. Typischerweise beträgt der Partialdruck zumindest 0,2 bar, vorzugsweise zumindest 0,45 bar und bis zu 35 bar oder sogar bis zu 50 bar, noch typischer im Bereich von 0,6 bar bis 20 bar, im Speziellen im Bereich von 1 bar bis 10 bar, noch spezieller im Bereich von 5 bar bis 7 bar. Die Aufrechterhaltung eines Wasserstoffpartialdruckes innerhalb der Formation erhöht insbesondere den API-Grad der geförderten Kohlenwasserstofffluide und verringert die Förderung von langkettigen Kohlenwasserstofffluiden.
  • Die vorliegende Lehre ist, was den Partialdruck von Wasserstoff betrifft, unabhängig von der Anwendung der Temperatur-/Drucksteuerung der Erfindung anwendbar.
  • Zumindest 20%, typischerweise zumindest 25%, vorzugsweise zumindest 35% des anfänglichen Gesamtgehaltes an organischem Kohlenstoff der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation oder des Teiles davon, der der Pyrolyse unterzogen wird, kann zu Kohlenwasserstofffluiden umgewandelt werden. In der Praxis können häufig höchstens 90% des Gesamtgehaltes an organischem Kohlenstoff der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation oder des Teiles davon, der einer Pyrolyse unterzogen wird, in Kohlenwasserstofffluide umgewandelt werden, häufiger können dies höchstens 80% oder höchstens 70% oder höchstens 60% sein.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann nach der Pyrolyse Synthesegas aus Kohlenwasserstoffen, die in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zurückbleiben, gefördert werden. Die Pyrolyse kann eine relative hohe, im Wesentlichen einheitliche Durchlässigkeit über die gesamte Kohlenwasserstoff enthaltende Formation oder den pyrolysierten Teil davon erzeugen. Solch eine relativ hohe, im Wesentlichen einheitliche Durchlässigkeit erlaubt die Erzeugung von Synthesegas ohne die Förderung bedeutender Mengen von Kohlenwasserstofffluiden in dem Synthesegas. Der Teil weist auch einen großen Oberflächenbereich und/oder einen großen Oberflächenbereich/Volumen auf. Der große Oberflächenbereich kann zulassen, dass Synthesegas erzeugende Reaktionen im Wesentlichen bei Gleichgewichtsbedingungen während der Erzeugung von Synthesegas erfolgen. Im Vergleich mit einer Erzeugung von Synthesegas in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die keiner Pyrolyse unterzogen wurde, kann die relativ hohe, im Wesentlichen einheitliche Durchlässigkeit in einer relativ hohen Fördereffizienz an Synthesegas resultieren. Diese Lehre ist unabhängig von der Anwendung der Temperatur-/Drucksteuerung der Erfindung anwendbar.
  • Pyrolyse von zumindest etwas Kohlenwasserstoff enthaltendem Material kann bei einigen Ausführungsformen 20% des ursprünglich verfügbaren Kohlenstoffes umwandeln. Die Synthesegaserzeugung kann zumindest zusätzliche 10% und typischerweise bis zu zusätzliche 70% des anfänglich verfügbaren Kohlenstoffes umwandeln. Auf diese Art und Weise kann die in situ-Synthesegaserzeugung aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formati on die Umwandlung größerer Mengen an anfänglich in dem Teil verfügbarem Kohlenstoff erlauben.
  • Synthesegas kann aus der Formation vor oder nach der Förderung von Kohlenwasserstofffluid aus der Formation gefördert werden. Das Synthesegas kann, obwohl es im Allgemeinen als ein Gemisch aus Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffmonoxid (CO) definiert ist, zusätzliche Komponenten, wie Wasser, Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan oder andere Gase, aufweisen.
  • Die Synthesegaserzeugung kann begonnen werden, bevor und/oder nachdem die Kohlenwasserstoffförderung auf ein unwirtschaftliches Niveau sinkt. Auf diese Weise kann Wärme, die für die Pyrolyse bereitgestellt wird, auch verwendet werden, um Synthesegas zu erzeugen. Wenn z. B. ein Teil der Formation nach der Pyrolyse 375°C aufweist, so ist im Allgemeinen weniger zusätzliche Hitze erforderlich, um einen solchen Abschnitt auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreichend ist, um eine Synthesegaserzeugung zu unterstützen. In bestimmten Fällen kann Hitze von einer oder mehreren Wärmequellen bereitgestellt werden, um die Formation auf eine Temperatur zu erhitzen, die für eine Synthesegaserzeugung ausreicht (z. B. im Bereich von 400°C bis 1200°C oder höher). Am oberen Ende des Temperaturbereiches kann das Synthesegas hauptsächlich H2 und CO umfassen, z. B. in einem Molverhältnis von 1:1. Am unteren Ende dieses Temperaturbereiches kann das Synthesegas ein höheres H2-zu-CO-Verhältnis aufweisen.
  • Heizschächte, Heizquellen und Förderschächte innerhalb der Formation zur Pyrolyse und Förderung von Kohlenwasserstofffluiden aus der Formation können während der Synthesegaserzeugung als ein Einspritzschacht, um Synthesegas erzeugendes Fluid einzuleiten, als ein Förderschacht, oder als eine Wärmequelle, um die Formation zu erhitzen, verwendet werden. Wärme quellen für die Synthesegaserzeugung können eine beliebige der hierin vorstehend offen gelegten Wärmequellen umfassen. Alternativ kann das Erhitzen umfassen, dass Wärme von einem Wärmeübertragungsfluid, z. B. Wasserdampf oder Verbrennungsprodukte aus einem Brenner, übertragen wird, die innerhalb einer Vielzahl von Bohrlöchern innerhalb der Formation strömt.
  • Ein Synthesegas erzeugendes Fluid, z. B. flüssiges Wasser, Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Luft, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe und Gemische daraus, kann an die Formation bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann das Synthesegas erzeugende Fluidgemisch Wasserdampf und Sauerstoff umfassen. Das Synthesegas erzeugende Fluid kann wässriges Fluid umfassen, das durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoff enthaltendem Material innerhalb eines weiteren Teiles der Formation erzeugt wurde. Die Bereitstellung eines Synthesegas erzeugenden Fluids kann alternativ umfassen, dass ein Wasserspiegel der Formation angehoben wird, so dass Wasser in diese strömen kann. Synthesegas erzeugendes Fluid kann auch durch ein Injektionsbohrloch bereitgestellt werden. Das Synthesegas erzeugende Fluid wird im Allgemeinen mit dem Kohlenwasserstoff in der Formation reagieren, um H2, Wasser (als Flüssigkeit oder als Dampf), CO2 und/oder CO zu bilden.
  • Kohlenstoffdioxid kann von dem Synthesegas abgetrennt werden und kann mit dem Synthesegas erzeugenden Fluid wieder in die Formation eingespritzt werden. Durch eine Verschiebung des herrschenden chemischen Gleichgewichts kann dem Synthesegas erzeugenden Fluid zugesetztes Kohlenstoffdioxid eine weitere Förderung von Kohlenstoffdioxid während der Synthesegaserzeugung wesentlich hemmen. Das Kohlenstoffdioxid kann auch mit Kohlenstoff in der Formation reagieren und Kohlenstoffmonoxid bilden.
  • Kohlenwasserstoffe wie Ethan können dem Synthesegas erzeugenden Fluid zugesetzt werden. Wenn die Kohlenwasserstoffe in die Formation eingeleitet werden, können sie cracken und Wasserstoff und/oder Methan bilden. Das Vorhandensein von Methan in dem geförderten Synthesegas kann dessen Heizwert erhöhen.
  • Synthesegas erzeugende Reaktionen sind typischerweise endotherme Reaktionen. Während der Synthesegaserzeugung kann der Formation Hitze zugeführt werden, um die Temperatur der Formation auf einem gewünschten Niveau zu halten. Hitze kann von Wärmequellen und/oder aus der Einleitung von Synthesegas erzeugendem Fluid, das eine höhere Temperatur aufweist als die Temperatur der Formation, zugeführt werden. Als Alternative kann dem Synthesegas erzeugendem Fluid ein Oxidationsmittel, z. B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, andere oxidierende Fluide oder eine Kombination daraus, zugesetzt werden. Das Oxidationsmittel kann mit Kohlenstoff innerhalb der Formation reagieren und Hitze erzeugen, und dies resultiert in der Förderung von CO2 und/oder CO. In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Formation Sauerstoff und Wasser (oder Wasserdampf), z. B. in einem Molverhältnis von 1:2 bis 1:10, vorzugsweise von 1:3 bis 1:7, z. B. 1:4, bereitgestellt.
  • Die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation kann während der Synthesegaserzeugung auf einem relativ hohen Druck gehalten werden. Synthesegas kann in einem weiten Druckbereich, z. B. zwischen 1 bar und 100 bar, typischer zwischen 2 bar und 80 bar, insbesondere zwischen 5 bar und 60 bar, erzeugt werden. Hohe Betriebsdrücke können in einer erhöhten Förderung von H2 resultieren. Hohe Betriebsdrücke können die Erzeugung von Elektrizität ermöglichen, indem gefördertes Synthesegas durch eine Turbine geleitet wird, und sie können kleinere Sammellei tungen für den Transport von gefördertem Synthesegas ermöglichen.
  • Das Synthesegas kann in einem weiten Temperaturbereich, wie z. B. zwischen 400°C und 1200°C, typischer zwischen 600°C und 1000°C, erzeugt werden. Bei einer relativ niedrigen Synthesegaserzeugungstemperatur kann ein Synthesegas gefördert werden, das ein hohes H2-zu-CO-Verhältnis aufweist. Eine relativ hohe Temperatur der Formation kann ein Synthesegas fördern, das ein H2-zu-CO-Verhältnis aufweist, das sich 1 nähert, und der Strom kann hauptsächlich (und in einigen Fällen im Wesentlichen nur) H2 und CO umfassen. Bei einer Formationstemperatur von ungefähr 700°C kann die Formation ein Synthesegas mit einem H2-zu-CO-Verhältnis von 2 fördern. Typischerweise kann Synthesegas erzeugt werden, das ein H2-zu-CO-Molverhältnis im Bereich von 1:4 bis 8:1, typischer im Bereich von 1:2 bis 4:1, insbesondere im Bereich von 1:1 bis 2,5:1 aufweist. Bestimmte Ausführungsformen können umfassen, dass ein erstes Synthesegas mit einem zweiten Synthesegas vermischt wird, um ein Synthesegas mit einer gewünschten Zusammensetzung zu fördern. Die ersten und zweiten Synthesegase können aus verschiedenen Teilen der Formation gefördert werden.
  • Man kann die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation oder den Teil davon, der einer Pyrolyse und optional einer Synthesegaserzeugung unterzogen wurde, abkühlen lassen oder abkühlen, so dass sie eine abgekühlte erschöpfte Formation bildet.
  • Nach der Förderung von Kohlenwasserstofffluiden und/oder Synthesegas kann ein Fluid (z. B. Kohlenstoffdioxid) innerhalb der Formation sequestriert werden. Um eine bedeutende Menge an Fluid innerhalb der Formation zu speichern, wird es oft notwendig sein, dass die Temperatur der Formation weniger als 100°C, z. B. bis hinunter auf 20°C, beträgt. Wasser kann in die Formation eingeleitet werden, um Wasserdampf zu erzeugen und die Temperatur der Formation zu verringern. Der Wasserdampf kann aus der Formation entfernt werden. Der Wasserdampf kann für verschiedene Zwecke genutzt werden, z. B., um einen weiteren Teil der Formation zu erhitzen, um Synthesegas in einem benachbarten Teil der Formation zu erzeugen, oder als Dampfeinpressung in einer Erdöllagerstätte. Nachdem die Formation abgekühlt ist, kann Fluid in der Formation unter Druck gesetzt und sequestriert werden. Das Sequestrieren von Fluid innerhalb der Formation kann in einer deutlichen Abnahme oder Eliminierung von Fluid, das auf Grund des Betriebes des vorliegenden in situ-Verfahrens in die Umwelt freigesetzt wird, resultieren. Die erschöpfte Formation ist für diesen Zweck besonders nützlich, da sie eine Struktur hoher Porosität und Durchlässigkeit für Fluide, insbesondere Gase, aufweist.
  • Das Fluid, das sequestriert werden soll, kann unter Druck, z. B. im Bereich von 5 bar bis 50 bar, in die abgekühlte erschöpfte Formation eingespritzt werden und auf Kohlenwasserstoff enthaltendes Material in der Formation adsorbiert werden. Ein nachfolgendes Zusetzen von Wasser zu der Formation kann eine Desorption von Kohlenstoffdioxid hemmen. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Sequestrieren von Kohlenstoffdioxid ist in der US-A-5 566 756 veranschaulicht.
  • Die hierin beschriebenen Synthesegase können zu Kohlenwasserstoffen, die Methanol oder weitere Produkte, z. B. Ammoniak, umfassen, umgewandelt werden. Zum Beispiel kann ein Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoff-Synthesevorgang konfiguriert werden, um Synthesegas in Paraffine umzuwandeln. Das Synthesegas kann auch in einem katalytischen Methanisierungsverfahren verwendet werden, um Methan zu erzeugen. Alternativ kann das Synthesegas für die Erzeugung von Methanol, Benzin- und Dieselkraftstoff, Ammoniak und Mitteldestillaten verwendet werden.
  • Das Synthesegas kann auch als eine Energiequelle verwendet werden. Zum Beispiel kann es als Verbrennungsbrennstoff verwendet werden, um die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu erhitzen oder um Wasserdampf zu erzeugen und dann Turbinen zur Erzeugung von Elektrizität anzutreiben. Synthesegas kann zur Erzeugung von Elektrizität verwendet werden, indem der Druck des Synthesegases in Turbinen herabgesetzt wird, oder indem die Temperatur des Synthesegases verwendet wird, um Wasserdampf zu erzeugen und dann Turbinen anzutreiben. Synthesegas kann auch in einer Energieerzeugungs-Einheit, wie z. B. eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle, eine Feststoffoxid-Brennstoffzelle oder ein anderer Brennstoffzellentyp, verwendet werden.
  • Das H2-zu-CO-Molverhältnis für Synthesegas, das als ein Einsatzgas für eine Fischer-Tropsch-Reaktion verwendet wird, beträgt typischerweise ungefähr 1:2. Der Fischer-Tropsch-Vorgang erzeugt typischerweise verzweigte und unverzweigte Paraffine, die durch Hydrocracken umgewandelt werden können, um Kohlenwasserstoffprodukte zu erzeugen, die z. B. Diesel, Kerosin und Schwerbenzin-Produkte umfassen. Beispiele von Verfahren zur Umwandlung von Synthesegas in Kohlenwasserstoffe in einem Fischer-Tropsch-Vorgang sind in den US-A-4 096 163, US-A-4 594 468, US-A-6 085 512 und US-A-6 172 124 veranschaulicht.
  • Es kann gewünscht sein, dass die Zusammensetzung eines geförderten Synthesegases, das als Einsatzgas für ein katalytisches Methanisierungsverfahren verwendet werden kann, ein H2-zu-CO-Molverhältnis von 3:1 bis 4:1 aufweisen kann. Beispiele für ein katalytisches Methanisierungsverfahren sind in der US-A-3 992 148, US-A-4 130 575 und der US-A-4 133 825 veranschaulicht.
  • Beispiele für Verfahren zur Erzeugung von Methanol aus Synthesegas sind in den US-A-4 407 973, US-A-4 927 857 und US-A-4 994 093 veranschaulicht.
  • Beispiele für ein Verfahren zur Erzeugung von Motorkraftstoffen sind in den US-A-4 076 761, US-A-4 138 442 und US-A-4 605 680 veranschaulicht.
  • Das folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung.
  • Beispiel 1
  • Verschiedene Proben der Green River Ölschiefer-Lagerstätte in Colorado, USA, wurden bei verschiedenen Temperaturen und Drücken einer Pyrolyse unterzogen, um die Auswirkungen der Pyrolysetemperatur und des Pyrolysedruckes auf die Qualität und die Quantität der geförderten Kohlenwasserstofffluide zu bestimmen.
  • Ein Edelstahldruckgefäß zur Aufnahme einer Ölprobe wurde konfiguriert. Das Gefäß und an dem Gefäß angebrachte Strömungsleitungen wurden mit einem elektrischen Heizband umwickelt, um für ein im Wesentlichen gleichmäßiges Erhitzen über das ganze Gefäß und die Strömungsleitungen zu sorgen. Die Strömungsleitungen umfassten ein Gegendruckventil für Versuche bei erhöhten Drücken. Nach dem Durchströmen des Ventils wurden die Produkte bei Atmosphärendruck in einem herkömmlichen Laborkondensator aus Glas gekühlt und analysiert. Die Versuchsdaten wurden verwendet, um eine Druck/Temperatur-Beziehung für spezifische Aspekte hinsichtlich Qualität und Ausbeute des Produkts mit Hilfe der Gleichung 1 und der Parameter A und B, wie hierin zuvor dargestellt, zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass durch Erhöhen des Druckes der Gehalt an Kohlenwasserstoffen mit einer Kohlenstoffzahl von 25 oder mehr verringert wird, der API-Grad erhöht wird, das Ethylen/Ethan-Verhältnis verringert wird, das H/C-Verhältnis erhöht wird, und die Ausbeute an Kohlenwasserstoffen in Bezug auf den Fischer Assay verringert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann mit dem Nutzen der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verständlich, in denen:
  • 1 eine Veranschaulichung von Erhitzungsstufen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation darstellt;
  • 2 ein Diagramm von Eigenschaften einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation darstellt;
  • 3 eine Ausführungsform eines Musters einer Wärmequelle darstellt;
  • 3a3c Ausführungsformen von Wärmequellen darstellen;
  • 4 eine Ausführungsform von in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordneten Heizschächten darstellt;
  • 5 eine Ausführungsform eines Musters von Heizschächten in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation darstellt;
  • 6 eine Ausführungsform eines erhitzten Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation darstellt;
  • 7 eine Ausführungsform einer Überlagerung von Hitze in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation darstellt;
  • 8 und 9 Ausführungsformen eines Musters von Wärmequellen und Förderschächten in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation darstellen;
  • 10 eine Ausführungsform einer frei verteilten Combustor-Wärmequelle darstellt;
  • 11 einen Teil eines Deckgebirges einer Formation mit einer Wärmequelle darstellt;
  • 12 und 13 Ausführungsformen einer frei verteilten Combustor-Heizeinrichtung darstellen;
  • 14 und 15 Ausführungsformen eines Systems zum Erhitzen einer Formation darstellen;
  • 1621 mehrere Ausführungsformen einer Wärmequelle mit isoliertem Leiter darstellen;
  • 22 und 23a23b mehrere Ausführungsformen eines Zentralisierers darstellen;
  • 24 eine Ausführungsform einer Leiter-in-Leitung-Wärmequelle in einer Formation darstellt;
  • 25 eine Ausführungsform einer Wärmequelle in einer Formation darstellt;
  • 26 eine Ausführungsform einer Oberflächen-Verbrennungs-Wärmequelle darstellt;
  • 27 eine Ausführungsform einer Leitung für eine Wärmequelle darstellt;
  • 28 eine Ausführungsform einer flammenlosen Combustor-Wärmequelle darstellt;
  • 29 eine Ausführungsform der Verwendung von Pyrolysewasser zur Erzeugung von Synthesegas in einer Formation darstellt;
  • 30 eine Ausführungsform einer Förderung von Synthesegas in einer Formation darstellt;
  • 31 eine Ausführungsform einer kontinuierlichen Förderung von Synthesegas in einer Formation darstellt;
  • 32 eine Ausführungsform einer chargenweisen Förderung von Synthesegas in einer Formation darstellt;
  • 33 eine Ausführungsform einer Förderung von Energie mit aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertem Synthesegas darstellt;
  • 34 eine Ausführungsform einer Förderung von Energie mit aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertem Pyrolysefluid darstellt;
  • 35 eine Ausführungsform einer Förderung von Synthesegas aus einer Formation darstellt;
  • 36 eine Ausführungsform einer Sequestrierung von während einer Pyrolyse in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertem Kohlenstoffdioxid darstellt;
  • 37 eine Ausführungsform einer Förderung von Energie mit aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertem Synthesegas darstellt;
  • 38 eine Ausführungsform eines Fischer-Tropsch-Vorganges, der aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertes Synthesegas verwendet, darstellt;
  • 39 eine Ausführungsform eines Shell Mitteldestillat-Verfahrens, das aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertes Synthesegas verwendet, darstellt;
  • 40 eine Ausführungsform eines katalytischen Methanisierungsverfahrens, das aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertes Synthesegas verwendet, darstellt;
  • 41 eine Ausführungsform einer Förderung von Ammoniak und Harnstoff, die aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertes Synthesegas verwendet, darstellt;
  • 42 eine Ausführungsform einer Förderung von Ammoniak, die aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertes Synthesegas verwendet, darstellt;
  • 43 eine Ausführungsform einer Herstellung eines Einsatzstromes für ein Ammoniak-Verfahren darstellt;
  • 4448 mehrere Ausführungsformen zur Behandlung einer relativ durchlässigen Formation darstellt;
  • 49 und 50 Ausführungsformen von Wärmequellen in einer relativ durchlässigen Formation darstellen;
  • 5157 mehrere Ausführungsformen von Wärmequellen in einer Formation mit relativ geringer Durchlässigkeit darstellen;
  • 5870 mehrere Ausführungsformen eines Wärmequellen- und Förderschacht-Musters darstellen;
  • 71 eine Ausführungsform von Oberflächenanlagen zur Behandlung eines Formationsfluids darstellt;
  • 72 eine Ausführungsform eines katalytischen, flammenlos verteilten Combustors darstellt;
  • 73 eine Ausführungsform von Oberflächenanlagen zur Behandlung eines Formationsfluids darstellt;
  • 74 eine Ausführungsform eines quadratischen Musters von Wärmequellen und Förderschächten darstellt;
  • 75 eine Ausführungsform eines Wärmequellen- und Förderschacht-Musters darstellt;
  • 76 eine Ausführungsform eines dreieckigen Musters von Wärmequellen darstellt;
  • 76a eine Ausführungsform eines quadratischen Musters von Wärmequellen darstellt;
  • 77 eine Ausführungsform eines sechseckigen Musters von Wärmequellen darstellt;
  • 77a eine Ausführungsform eines 12:1-Musters von Wärmequellen darstellt;
  • 78 ein Temperaturprofil für ein dreieckiges Muster von Wärmequellen darstellt;
  • 79 ein Temperaturprofil für ein quadratisches Muster von Wärmequellen darstellt;
  • 79a ein Temperaturprofil für ein sechseckiges Muster von Wärmequellen darstellt;
  • 80 einen Vergleichsplot zwischen der durchschnittlichen Mustertemperatur und Temperaturen an den kältesten Punkten für verschiedene Muster von Wärmequellen darstellt;
  • 81 einen Vergleichsplot zwischen der durchschnittlichen Mustertemperatur und Temperaturen an verschiedenen Punkten innerhalb eines dreieckigen und sechseckigen Musters von Wärmequellen darstellt;
  • 81a einen Vergleichsplot zwischen der durchschnittlichen Mustertemperatur und Temperaturen an verschiedenen Punkten innerhalb eines quadratischen Musters von Wärmequellen darstellt;
  • 81b einen Vergleichsplot zwischen Temperaturen an den kältesten Punkten von verschiedenen Mustern von Wärmequellen darstellt;
  • 82 eine Ausdehnung einer Reaktionszone in einer erhitzten Formation über die Zeit darstellt;
  • 83 und 84 das Verhältnis von leitender Wärmeübertragung zu strahlender Wärmeübertragung in einer Formation darstellt;
  • 8588 Temperaturen eines Leiters, einer Leitung und einer Öffnung in einer Formation gegenüber einer Temperatur an dem Abbauort einer Formation darstellen;
  • 89 ein Retorten- und Sammelsystem darstellt;
  • 90 Druck gegenüber Temperatur in einer Ölschiefer enthaltenden Formation während einer Pyrolyse darstellt;
  • 91 die Qualität eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Öls darstellt;
  • 92 das aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderte Verhältnis von Ethan zu Ethan als Funktion von Druck und Temperatur darstellt;
  • 93 die Ausbeute von aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Fluiden als Funktion von Druck und Temperatur darstellt;
  • 94 einen Plot einer aus einer Behandlung einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Ölausbeute darstellt;
  • 95 die Ausbeute an aus einer Behandlung einer Ölschiefer enthaltenden Formation gefördertem Öl darstellt;
  • 96 das Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Kohlenwasserstoffkondensates als Funktion von Temperatur und Druck darstellt;
  • 97 das Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Kohlenwasserstoffkondensates als Funktion von Druck und Temperatur darstellt.
  • 98 Beziehungen zwischen Eigenschaften eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Kohlenwasserstofffluids darstellt;
  • 99 die Quantität an aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation gefördertem Öles als Funktion des Partialdruckes von H2 darstellt;
  • 100 die Ethen-zu-Ethan-Verhältnisse eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Fluids als Funktion von Temperatur und Druck darstellt;
  • 101 atomare Kohlenstoff-zu-Wasserstoff-Verhältnisse eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Fluids als Funktion von Temperatur und Druck darstellt;
  • 102 eine Ausführungsform einer Vorrichtung für einen Trommelversuch darstellt;
  • 103 einen Plot des Ethen-zu-Ethan-Verhältnisses gegenüber Wasserstoffkonzentration darstellt;
  • 104 ein Wärmequellen- und Förderschacht-Muster für einen Feldversuch in einer Ölschiefer enthaltenden Formation darstellt;
  • 105 eine Querschnittsansicht des Feldversuches darstellt;
  • 106 einen Plot der Temperatur innerhalb der Ölschiefer enthaltenden Formation während des Feldversuches darstellt;
  • 107 den Druck innerhalb der Ölschiefer enthaltenden Formation während des Feldversuches darstellt;
  • 108 einen Plot des API-Grades gegenüber Zeit eines aus der Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Fluids während des Feldversuches darstellt;
  • 109 durchschnittliche Kohlenstoffzahlen gegenüber Zeit eines aus der Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Fluids während des Feldversuches darstellt;
  • 110 die Dichte gegenüber Zeit eines aus der Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Fluids während des Feldversuches darstellt;
  • 111 einen Plot der Gew.-% an Kohlenwasserstoffen gegenüber Zeit in einem aus der Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Fluid während des Feldversuches darstellt;
  • 112 einen Plot einer durchschnittlichen Ölausbeute aus der Ölschiefer enthaltenden Formation während des Feldversuches darstellt;
  • 113 Versuchsdaten von Laborversuchen an einem Ölschiefer darstellt;
  • 114 die gesamte Kohlenwasserstoffförderung und Flüssigphasenfraktion gegenüber Zeit eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Fluids darstellt;
  • 115 Gew.-% von Paraffinen gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 116 Gew.-% von Cykloalkanen in gefördertem Öl gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 117 Gew.-% von Paraffinen und Cykloalkanen in gefördertem Öl gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 118 Gew.-% Phenol in gefördertem Öl gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 119 Gew.-% Aromaten in gefördertem Öl gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 120 das Verhältnis von Paraffinen und Aliphaten zu Aromaten gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 121 Ausbeuten an Paraffinen gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 122 Ausbeuten an Cykloalkanen gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 123 Ausbeuten an Cykloalkanen und Paraffinen gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 124 Ausbeuten an Phenol gegenüber Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 125 den API-Grad als Funktion der Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 126 die Ausbeute an Öl aus einer Kohle enthaltenden Formation als Funktion der Vitrinit-Reflexion darstellt;
  • 127 die Ausbeute an CO2 aus Kohle mit verschiedenen Vitrinit-Reflexionen darstellt;
  • 128 die Ausbeute an CO2 gegenüber O/C-Verhältnis für eine Kohle enthaltende Formation darstellt;
  • 129 ein Schema eines Kohlewürfel-Versuches darstellt;
  • 130 in situ-Temperaturprofile für elektrische Widerstandsheizeinrichtungen und frei verteilte Combustor-Heizeinrichtungen darstellt;
  • 131 aus Versuchen an einem Kohlewürfel erzeugte Gleichgewichts-Gasphasen-Zusammensetzungen darstellt;
  • 132 die gesamten erzeugten Gase als Funktion der durch Erhitzen eines Kohlewürfels erzeugten Temperatur darstellt;
  • 133 die gesamten kondensierbaren Kohlenwasserstoffe und Wasser als Funktion einer durch Erhitzen eines Kohlewürfels erzeugten Temperatur darstellt;
  • 134 die Zusammensetzungen kondensierbarer Kohlenwasserstoffe darstellt, die erzeugt wurden, als verschiedene Kohlestufen behandelt wurden;
  • 135 die thermische Leitfähigkeit von Kohle gegenüber Temperatur darstellt;
  • 136 eine Querschnittsansicht eines experimentellen in situ Feldversuches darstellt;
  • 137 Anordnungen von Wärmequellen und -schächten in einem experimentellen Feldversuch darstellt;
  • 138 und 139 Temperatur gegenüber Zeit in einem experimentellen Feldversuch darstellen;
  • 140 das Volumen von aus einem experimentellen Feldversuch gefördertem Öl als Funktion der Zeit darstellt;
  • 141 die Verteilung der Kohlenstoffzahl von aus einem experimentellen Feldversuch geförderten Fluiden darstellt;
  • 142 Gew.-% eines aus zwei Laborversuchen an Kohle aus der 1. Feldversuchsörtlichkeit geförderten Kohlenwasserstoffes gegenüber Verteilung der Kohlenstoffzahl darstellt;
  • 143 Fraktionen aus der Abtrennung von Kohleölen, die mit einem Fischer-Assay behandelt wurden, und die durch langsames Erhitzen in einem Kohlewürfelversuch behandelt wurden, darstellt;
  • 144 aus einer Kohle enthaltenden Formation geförderte Gew.-% Ethen zu Ethan als Funktion der Aufheizgeschwindigkeit in einem experimentellen Feldversuch darstellt;
  • 145 die Produktqualität von aus einer Kohle enthaltenden Formation geförderten Fluiden als Funktion der Aufheizgeschwindigkeit in einem experimentellen Feldversuch darstellt;
  • 146 Gew.-% verschiedener aus einer Kohle enthaltenden Formation geförderter Fluide für verschiedene Aufheizgeschwindigkeiten in einem experimentellen Feldversuch darstellt;
  • 147 das an drei verschiedenen Stellen geförderte CO2 gegenüber Zeit in einem experimentellen Feldversuch darstellt;
  • 148 aus einer Kohle enthaltenden Formation in einem experimentellen Feldversuch geförderte flüchtige Komponenten gegenüber gesamter Energieinhalt darstellt;
  • 149 das Volumen von aus einer Kohle enthaltenden Formation in einem experimentellen Feldversuch gefördertem Gas als Funktion der Zeit darstellt;
  • 150 das Volumen von aus einer Kohle enthaltenden Formation in einem experimentellen Feldversuch gefördertem Öl als Funktion der zugeführten Energie darstellt;
  • 151 eine Förderung von Synthesegas aus der Kohle enthaltenden Formation in einem experimentellen Feldversuch gegenüber gesamtes Fremdwasser darstellt;
  • 152 eine zusätzliche Förderung von Synthesegas aus der Kohle enthaltenden Formation in einem experimentellen Feldversuch auf Grund von eingespritztem Wasserdampf darstellt;
  • 153 die Wirkung des Einspritzens von Methan in eine erhitzte Formation darstellt;
  • 154 die Wirkung der Einspritzung von Ethan in eine erhitzte Formation darstellt;
  • 155 die Wirkung der Einspritzung von Propan in eine erhitzte Formation darstellt;
  • 156 die Wirkung der Einspritzung von Butan in eine erhitzte Formation darstellt;
  • 157 die Zusammensetzung von aus einer Formation gefördertem Synthesegas gegenüber Zeit darstellt;
  • 158 die Umwandlung von Synthesegas gegenüber Zeit darstellt;
  • 159 errechnete Gleichgewichts-Trockengasmol-Fraktionen für eine Reaktion von Kohle mit Wasser darstellt;
  • 160 errechnete Gleichgewichts-Nassggasmol-Fraktionen für eine Reaktion von Kohle mit Wasser darstellt;
  • 161 ein Beispiel von Pyrolyse- und Synthesegasförderungs-Stufen in einer Kohle enthaltenden Formation darstellt;
  • 162 ein Beispiel einer Niedrigtemperatur in situ-Synthesegaserzeugung darstellt;
  • 163 ein Beispiel einer Hochtemperatur in situ-Synthesegaserzeugung darstellt;
  • 164 ein Beispiel einer in situ-Synthesegaserzeugung in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation darstellt;
  • 165 einen Plot von gesamtem adsorbiertem Methan und Kohlenstoffdioxid gegenüber Druck in einer Kohle enthaltenden Formation darstellt.
  • 166 eine Ausführungsform einer in einen Fischer-Tropsch-Vorgang integrierten in situ-Synthesegaserzeugung darstellt;
  • 167 einen Vergleich zwischen numerischen Simulationsdaten und experimentellen Feldversuchsdaten einer Zusammensetzung von erzeugtem Synthesegas als Funktion der Zeit darstellt;
  • 168 Gew.-% von aus einer schwere Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation geförderten Kohlenstoffverbindungen gegenüber Kohlenstoffzahl darstellt;
  • 169 Gew.-% von aus einer schwere Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation geförderten Kohlenstoffverbindungen gegenüber Aufheizgeschwindigkeit und Druck darstellt;
  • 170 einen Plot Ölförderung gegenüber Zeit in einer schwere Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation darstellt;
  • 171 das Verhältnis Wärmeinhalt zu Wärmezufuhr von aus einer schwere Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation geförderten Fluiden gegenüber Zeit darstellt;
  • 172 numerische Simulationsdaten von Gew.-% gegenüber aus einer schwere Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation geförderten Verteilung der Kohlenstoffzahl darstellt;
  • 173 die H2-Mol-% in aus Trommelversuchen mit schweren Kohlenwasserstoffen erzeugten Gasen darstellt;
  • 174 den API-Grad von aus Trommelversuchen mit schweren Kohlenwasserstoffen erzeugten Flüssigkeiten darstellt;
  • 175 einen Plot einer Kohlenwasserstoffförderung über die Zeit für einen in situ-Feldversuch darstellt;
  • 176 einen Plot von Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, Gas und Wasser für einen in situ-Feldversuch darstellt;
  • 177 den Druck an Bohrlochköpfen als Funktion der Zeit aus einer numerischen Simulation darstellt;
  • 178 die Förderrate von Kohlenstoffdioxid und Methan als Funktion der Zeit aus einer numerischen Simulation darstellt;
  • 179 das gesamte geförderte Methan und eingespritztes Rein-Kohlenstoffdioxid als Funktion der Zeit aus einer numerischen Simulation darstellt;
  • 180 den Druck an Bohrlochköpfen als Funktion der Zeit aus einer numerischen Simulation darstellt;
  • 181 die Förderrate von Kohlenstoffdioxid als Funktion der Zeit aus einer numerischen Simulation darstellt;
  • 182 das gesamte eingespritzte Rein-Kohlenstoffdioxid als Funktion der Zeit aus einer numerischen Simulation darstellt.
  • Während die Erfindung verschiedene Abwandlungen und alternative Formen ermöglicht, sind spezielle Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und können hierin im Detail beschrieben werden. Die Zeichnungen können unskaliert sein. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass die Zeichnungen und die detaillierten Beschreibungen hierzu nicht dazu vorgesehen sind, die Erfindung auf die besondere offenbarte Form zu begrenzen, sondern es ist stattdessen beabsichtigt, alle Abwandlungen, Äquivalente und Alternativen, die in den Geist und den Schutzumfang der Erfindung fallen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzudecken.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Systeme und Verfahren zur Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation (z. B. eine Formation, die Kohle (mit Braunkohle, sapropelitischer Kohle etc.), Ölschiefer, Brandschiefer, Shungite, Kerogen, Öl, Kerogen und Öl in einer Matritze mit niedriger Durchlässigkeit, schwere Kohlenwasserstoffe, Asphaltite, natürliche Bergwachse, Formationen, in denen Kerogen die Förderung anderer Kohlenwasserstoffe blockiert, etc. enthält). Solche Formationen können behandelt werden, um qualitativ relativ hochwertige/n Kohlenwasserstoffprodukte, Wasserstoff und andere Produkte zu gewinnen.
  • Wie hierin verwendet, kann "ein Verfahren zur Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation" wechselweise mit "ein in situ-Umwandlungsverfahren für Kohlenwasserstoffe" verwendet werden. "Kohlenwasserstoffe" sind im Allgemeinen als organisches Material definiert, das Kohlenstoff und Wasserstoff in deren molekularen Strukturen enthält. Kohlenwasserstoffe können auch andere Elemente, wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf, Halogene, Metallelemente, Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel, umfassen. Kohlenwasserstoffe können sein, sind aber nicht beschränkt auf: Kerogen, Bitumen, Pyrobitumen und Öle. Kohlenwasserstoffe können sich innerhalb von oder neben mineralischen Matrizen innerhalb der Erde befinden. Matrizen können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Sedimentgestein, Sande, Silicilithe, Karbonate, Diatomite und weitere durchlässige Medien.
  • "Kerogen" ist im Allgemeinen als ein fester, unlöslicher Kohlenwasserstoff definiert, der durch natürlichen Abbau (z. B. durch Diagenese) umgewandelt wurde und der grundsätzlich Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel enthält. Kohle und Ölschiefer sind typische Beispiele für Materialien, die Kohlenwasserstoffe enthalten. "Bitumen" ist im Allgemeinen als ein nicht kristalliner Feststoff oder zähflüssiges Kohlenwasserstoffmaterial definiert, das in Schwefelkohlenstoff im Wesentlichen löslich ist. "Öl" ist im Allgemeinen als ein Fluid definiert, das ein komplexes Gemisch aus kondensierbaren Kohlenwasserstoffen enthält.
  • Die Ausdrücke "Formationsfluide" und "geförderte Fluide" betreffen im Allgemeinen Fluide, die aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation entfernt werden, und Pyrolysefluid, Synthesegas, mobilisierten Kohlenwasserstoff und Wasser (Wasserdampf) umfassen können. Der Ausdruck "mobilisiertes Fluid" bezieht sich im Allgemeinen auf Fluide innerhalb der Formati on, die auf Grund thermischer Behandlung der Formation fließen können. Formationsfluide können Kohlenwasserstofffluide wie auch Nicht-Kohlenwasserstofffluide umfassen. Wie hierin verwendet, betreffen "Kohlenwasserstofffluide" im Allgemeinen Verbindungen, die hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenstoff umfassen. Kohlenwasserstofffluide können weitere Elemente zusätzlich zu Wasserstoff und Kohlenstoff, wie z. B. Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel, enthalten, sind aber nicht auf diese beschränkt. Nicht-Kohlenwasserstofffluide können weitere Elemente zusätzlich zu Wasserstoff und Kohlenstoff, wie z. B. Wasserstoff ("H2"), Stickstoff ("N2"), Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff, Wasser und Ammoniak, umfassen, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • Eine "Kohlenstoffzahl" bezieht sich im Allgemeinen auf eine Anzahl von Kohlenstoffatomen innerhalb eines Moleküls. Wie hierin beschrieben ist, werden die Verteilungen der Kohlenstoffzahl durch Siedepunktsverteilung und Gas/Flüssig-Chromatographie bestimmt.
  • Eine "Wärmequelle" ist im Allgemeinen als jedes beliebige System definiert, das konfiguriert ist, um zumindest an einen Teil einer Formation Wärme bereitzustellen. Zum Beispiel kann eine Wärmequelle elektrische Heizeinrichtungen, wie z. B. einen isolierten Leiter, ein lang gestrecktes Element und einen in einer Leitung angeordneten Leiter, umfassen, wie in den Ausführungsformen hierin beschrieben ist. Eine Wärmequelle kann auch Wärmequellen umfassen, die Hitze durch Verbrennen von Brennstoff außerhalb oder innerhalb einer Formation, wie z. B. Oberflächenbrenner, flammenlos verteilte Combustoren und frei verteilte Combustoren, erzeugen, wie in den Ausführungsformen hierin beschrieben ist. Zusätzlich ist vorgesehen, dass in einigen Ausführungsformen Wärme, die an eine oder mehrere Wärmequellen bereitgestellt oder in dieser/diesen erzeugt wird, durch andere Energiequellen geliefert werden kann. Die anderen Energiequellen können eine Formation direkt erhitzen, oder die Energie kann auf ein Übertragungsmedium aufgebracht werden, das die Formation direkt oder indirekt erhitzt. Es sollte einzusehen sein, dass eine oder mehrere Wärmequellen, die Hitze auf eine Formation aufbringt/aufbringen, verschiedene Energiequellen verwenden kann/können. Somit können z. B. für eine gegebene Formation einige Wärmequellen Hitze aus elektrischen Widerstandsheizungseinrichtungen aufbringen, einige Wärmequellen können Hitze aus Verbrennung bereitstellen und einige Wärmequellen können Hitze aus einer oder mehreren weiteren Energiequelle/n (z. B. chemische Reaktionen, Solarenergie, Windenergie oder andere Quellen erneuerbarer Energie) bereitstellen. Eine chemische Reaktion kann eine exotherme Reaktion, wie z. B., aber nicht darauf beschränkt, eine Oxidationsreaktion umfassen, die in zumindest einem Teil einer Formation ablaufen kann. Eine Wärmequelle kann auch eine Heizeinrichtung umfassen, die so konfiguriert sein kann, dass sie Hitze an eine Zone nahe einer Heizstelle, z. B. ein Heizschacht, oder diese umgebend bereitstellen kann. Heizeinrichtungen können sein, sind aber nicht darauf beschränkt: elektrische Heizeinrichtungen, Brenner und frei verteilte Combustoren.
  • Eine "Heizeinrichtung" ist im Allgemeinen als ein beliebiges System definiert, das so konfiguriert ist, dass es in einem Schacht oder in der Nähe eines Bohrungsbereiches Hitze erzeugt. Eine "Wärmequelleneinheit" bezieht sich auf eine minimale Anzahl von Wärmequellen, die ein Muster bilden, das wiederholt wird, um ein Muster von Wärmequellen innerhalb einer Formation zu erzeugen. Zum Beispiel kann eine Heizeinrichtung Hitze durch Verbrennung eines Brennstoffes außerhalb oder innerhalb einer Formation erzeugen, wie z. B. Oberflächenbren ner, flammenlos verteilte Combustoren und frei verteilte Combustoren, wie in den Ausführungsformen hierin beschrieben ist.
  • Der Ausdruck "Bohrloch" bezieht sich im Allgemeinen auf ein Loch in einer Formation, das durch Bohren hergestellt wird. Ein Bohrloch kann einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt oder auch einen Querschnitt in anderen Formen (z. B. Kreise, Eiformen, Quadrate, Rechtecke, Dreiecke, Schlitze oder andere regelmäßige und unregelmäßige Formen) aufweisen. Wie hierin verwendet, können die Ausdrücke "Schacht" und "Öffnung", wenn sie sich auf eine Öffnung in der Formation beziehen, auch wechselweise mit dem Ausdruck "Bohrloch" verwendet werden.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich die Wendung "frei verteilter Combustor" im Allgemeinen auf eine Heizeinrichtung, die ein Oxidationsmittel verwendet, um zumindest einen Teil des Kohlenstoffes in der Formation zu oxidieren, um Hitze zu erzeugen, und wobei die Oxidation in einer Umgebung in der Nähe eines Bohrloches stattfindet. Die meisten der in dem frei verteilten Combustor erzeugten Verbrennungsprodukte werden durch das Bohrloch entfernt.
  • Der Ausdruck "Öffnungen", wie er hierin verwendet wird, beschreibt im Allgemeinen Öffnungen, die eine breite Vielfalt von Größen und Querschnittsformen, umfassend, aber nicht beschränkt auf, Kreise, Eiformen, Quadrate, Rechtecke, Dreiecke, Schlitze, oder andere regelmäßige oder unregelmäßige Formen aufweisen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich eine "Reaktionszone" im Allgemeinen auf ein Volumen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, das einer chemischen Reaktion, wie z. B. einer Oxidationsreaktion, unterzogen wird.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck "isolierter Leiter" im Allgemeinen auf ein beliebiges lang gestrecktes Material, das Elektrizität leiten kann, und das als Ganzes oder zum Teil mit einem elektrisch isolierenden Material überzogen ist. Der Ausdruck "Selbststeuerungen" bezieht sich im Allgemeinen auf das Steuern einer Leistung einer Heizeinrichtung ohne eine externe Steuerung beliebiger Art.
  • "Pyrolyse" ist im Allgemeinen definiert als Aufbrechen chemischer Bindungen auf Grund der Anwendung von Hitze. Zum Beispiel kann Pyrolyse die Umwandlung einer Verbindung in einen oder mehrere Stoffe durch Hitze allein umfassen. Im Zusammenhang mit diesem Patent kann Hitze für eine Pyrolyse aus einer Oxidationsreaktion stammen, und eine solche Hitze kann dann zu einem Abschnitt der Formation übertragen werden, um ein Pyrolyse zu bewirken.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich ein "Pyrolysefluid" oder "Pyrolyseprodukte" im Allgemeinen auf ein Fluid, das im Wesentlichen während einer Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen erzeugt wird. Wie hierin verwendet, bezieht sich eine "Pyrolysezone" im Allgemeinen auf ein Volumen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die man reagieren lässt oder die reagiert, um ein Pyrolysefluid zu bilden.
  • "Cracken" bezieht sich im Allgemeinen auf einen Vorgang, der die Spaltung und molekulare Rekombination organischer Verbindungen einbezieht, wobei eine Anzahl von Molekülen größer wird. Beim Cracken läuft eine Folge von Reaktionen ab, die von einer Übertragung von Wasserstoffatomen zwischen Molekülen begleitet wird. Cracken verändert grundlegend die chemische Struktur der Moleküle. Zum Beispiel kann Naphtha einer Thermocracking-Reaktion unterzogen werden, um Ethen und H2 zu bilden.
  • Der Ausdruck "Überlagerung von Hitze" ist im Allgemeinen definiert als Bereitstellung von Hitze aus zumindest zwei Wärmequellen an einen vorbestimmten Abschnitt des Teiles der Formation, so dass die Temperatur der Formation zumindest an einer Stelle zwischen den beiden Schächten durch zumindest zwei Wärmequellen beeinflusst wird.
  • Der Ausdruck "Fingerbildung" bezieht sich im Allgemeinen auf eingespritzte Fluide, die Teile einer Formation auf Grund von Schwankungen in den Transporteigenschaften (z. B. Durchlässigkeit) umgehen.
  • "Thermische Leitfähigkeit" ist im Allgemeinen definiert als die Eigenschaft eines Materials, die die Geschwindigkeit beschreibt, mit der Hitze in einem stationären Zustand zwischen zwei Oberflächen des Materials für einen gegebenen Temperaturunterschied zwischen den beiden Oberflächen strömt.
  • "Fluiddruck" ist im Allgemeinen definiert als ein Druck, der durch ein Fluid innerhalb einer Formation erzeugt wird. "Lithostatischer Druck" wird manchmal als lithostatische Spannung bezeichnet und ist im Allgemeinen definiert als ein Druck innerhalb einer Formation, der gleich einem Gewicht je Einheiten-Bereich einer darüber liegenden Felsmasse ist. "Hydrostatischer Druck" ist im Allgemeinen definiert als ein Druck innerhalb einer Formation, der durch eine Wassersäule ausgeübt wird.
  • "Kondensierbare Kohlenwasserstoffe" bedeutet die Kohlenwasserstoffe, die bei 25°C bei einer Atmosphäre absolutem Druck kondensieren. Kondensierbare Kohlenwasserstoffe können ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen mit Kohlenstoffzahlen von mehr als 4 umfassen. "Nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe" bedeutet die Kohlenwasserstoffe, die bei 25°C bei einer Atmos phäre absolutem Druck nicht kondensieren. Nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe können Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 5 umfassen.
  • "Olefine" sind im Allgemeinen als ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit einem oder mehreren nicht aromatischen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen definiert werden.
  • "Harnstoff" wird im Allgemeinen durch eine Molekülformel NH2-CO-NH2 beschrieben. Harnstoff kann als Dünger verwendet werden.
  • "Synthesegas" ist im Allgemeinen als Gemisch mit Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid definiert, das zur Synthese eines breiten Spektrums von Verbindungen verwendet wird. Zusätzliche Komponenten von Synthesegas können Wasser, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, Methan und andere Gase umfassen. Synthesegas kann durch eine Vielfalt von Verfahren und Einsatzstoffen erzeugt werden.
  • "Reformieren" ist im Allgemeinen definiert als Spalten oder Cracken von Kohlenwasserstoffgasen oder von niedrigoktanigen Erdölfraktionen durch Hitze und Druck. Reformieren kann ohne einen Katalysator (Thermoforming) oder mit einem Katalysator (z. B. Molybdän, Platin) erfolgen. Wasserdampf-Reformieren von Erdgas erzeugt H2 und Kohlenstoffmonoxid aus Methan und Wasser.
  • "Sequestrierung" bezieht sich im Allgemeinen auf das Lagern von Gas, das ein Nebenprodukt eines Vorganges ist, anstatt das Gas in die Atmosphäre zu befördern.
  • Der Ausdruck "einfallen" ist im Allgemeinen definiert als neigen oder einfallen von einer zur Erdoberfläche parallelen Ebene, vorausgesetzt, dass die Ebene eben (d. h. eine horizontale Ebene) ist. Ein "Gefälle" ist im Allgemeinen definiert als ein Winkel, den eine Schicht oder ein ähnliches Merkmal mit einer horizontalen Ebene bilden kann. Eine "steil einfallende" Kohlenwasserstoff enthaltende Formation bezieht sich im Allgemeinen auf eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation, die in einem Winkel von zumindest 20° von einer horizontalen Ebene liegt. Wie hierin verwendet bezieht sich "einfallen nach unten" auf absteigend entlang einer Richtung, die zu einem Gefälle in einer Formation parallel steht. Wie hierin verwendet bezieht sich "einfallen nach oben" auf ansteigend entlang einer Richtung, die zu einem Gefälle einer Formation parallel steht. "Streichen" bezieht sich auf die Lage oder das Streichen von Kohlenwasserstoff-Material, die oder das normal zu der Richtung des Gefälles steht.
  • Der Ausdruck "Absenkung" ist im Allgemeinen definiert als Bewegung eines Teiles einer Formation nach unten relativ zu einer ursprünglichen relativen Höhe der Oberfläche.
  • "Mächtigkeit" einer Schicht bezieht sich auf die Mächtigkeit eines Querschnittes einer Schicht, wobei der Querschnitt normal zu einem Stoß der Schicht steht.
  • "Kernbohren" ist im Allgemeinen definiert als ein Vorgang, der im Allgemeinen umfasst, dass ein Loch in eine Formation gebohrt und eine im Wesentlichen feste Masse der Formation aus dem Loch entfernt wird.
  • Eine "Oberflächeneinheit" ist im Allgemeinen als eine ex situ Behandlungseinheit definiert.
  • "Mitteldestillate" bezieht sich im Allgemeinen auf Kohlenwasserstoffgemische mit einem Siedepunktsbereich, der im Wesentlichen dem von Kerosin und Gasölfraktionen, die in einer herkömmlichen Destillation unter Atmosphärendruck aus Rohölmate rial gewonnen werden, entspricht. Der Siedepunktsbereich von Mitteldestillaten kann Temperaturen zwischen ungefähr 150°C und ungefähr 360°C, mit einem Fraktionen-Siedepunkt zwischen ungefähr 200°C und ungefähr 360°C umfassen. Mitteldestillate können als Gasöl bezeichnet werden.
  • Ein "Siedepunkt-Schnitt" ist im Allgemeinen definiert als eine flüssige Kohlenwasserstofffraktion, die von Kohlenwasserstoffflüssigkeiten abgetrennt werden kann, wenn die Kohlenwasserstoffflüssigkeiten auf einen Siedepunktsbereich der Fraktion erhitzt werden.
  • Der Ausdruck "vorbestimmter mobilisierter Abschnitt" bezieht sich auf einen Abschnitt einer relativ durchlässigen Formation, der sich bei einer durchschnittlichen Temperatur innerhalb eines Mobilisierungs-Temperaturbereiches befindet. Der Ausdruck "vorbestimmter Pyrolyseteil" bezieht sich auf einen Abschnitt einer relativ durchlässigen Formation, der sich bei einer durchschnittlichen Temperatur innerhalb eines Pyrolyse-Temperaturbereiches befindet.
  • "Angereicherte Luft" bezieht sich im Allgemeinen auf Luft mit einem höheren Molanteil an Sauerstoff als Luft in der Atmosphäre. Eine Anreicherung von Luft erfolgt typischerweise, um ihr Verbrennungsunterstützungs-Vermögen zu erhöhen.
  • "Schwere Kohlenwasserstoffe" sind im Allgemeinen als zähflüssige Kohlenwasserstofffluide definiert. Schwere Kohlenwasserstoffe können hoch viskose Kohlenwasserstofffluide, wie z. B. Schweröl, Teer und/oder Asphalt, umfassen. Schwere Kohlenwasserstoffe können Kohlenstoff und Wasserstoff wie auch niedrigere Konzentrationen an Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff umfassen. Auch zusätzliche Elemente können in schweren Kohlenwasserstoffen in Spurenkonzentrationen vorhanden sein. Schwere Kohlenwasserstoffe können durch den API-Grad klassifiziert werden. Schwere Kohlenwasserstoffe weisen im Allgemeinen einen API-Grad von weniger als ungefähr 20° auf. Schweröl z. B. weist im Allgemeinen einen API-Grad von ungefähr 10°–20° auf, während Teer im Allgemeinen einen API-Grad von weniger als ungefähr 10° aufweist. Die Viskosität von schweren Kohlenwasserstoffen ist im Allgemeinen größer als ungefähr 300 Zentipoise bei 15°C. Im Allgemeinen besitzt Teer bei 15°C eine Viskosität, die über etwa 10.000 Zentipoise liegt. Schwere Kohlenwasserstoffe können auch Aromaten oder andere komplexe ringförmige Kohlenwasserstoffe umfassen.
  • Schwere Kohlenwasserstoffe können in einer relativ durchlässigen Formation gefunden werden. Die relativ durchlässige Formation kann schwere Kohlenwasserstoffe, die z. B. in Sand oder Karbonat eingebettet sind, umfassen. "Relativ durchlässig" ist in Bezug auf Formationen oder Abschnitte davon definiert als eine durchschnittliche Durchlässigkeit von 10 Millidarcy oder mehr (z. B. 10 oder 100 Millidarcy). "Relativ geringe Durchlässigkeit" ist in Bezug auf Formationen oder Abschnitte davon definiert als eine durchschnittliche Durchlässigkeit von weniger als 10 Millidarcy. Ein Darcy ist gleich etwa 0,99 Mikrometerquadrat. Eine undurchlässige Schicht weist im Allgemeinen eine Durchlässigkeit von weniger als etwa 0,1 Millidarcy auf.
  • Der Ausdruck "verbessern" bezieht sich auf eine Erhöhung des API-Grades von schweren Kohlenwasserstoffen.
  • Die Wendung "weg von der Spitze" bezieht sich im Allgemeinen auf Betriebszeiten, zu denen Nutzenergie weniger häufig verwendet wird und daher weniger teuer ist.
  • Der Ausdruck "Zone niedriger Viskosität" bezieht sich im Allgemeinen auf einen Abschnitt einer Formation, wo zumindest ein Teil der Fluide mobilisiert ist.
  • In Sand in einer Formation enthaltener Teer wird im Allgemeinen als "Teersandformation" bezeichnet.
  • "Thermischer Riss" bezieht sich auf in einer Formation erzeugte Risse, die durch eine Expansion oder Kontraktion einer Formation und/oder von Fluiden innerhalb der Formation bewirkt werden, die wiederum durch Erhöhen/Vermindern der Temperatur der Formation und/oder von Fluiden innerhalb der Formation und/oder durch Erhöhen/Vermindern eines Druckes von Fluiden innerhalb der Formation auf Grund von Erhitzen bewirkt wird.
  • "Vertikaler hydraulischer Riss" bezieht sich auf einen Riss, der sich zumindest zum Teil entlang einer vertikalen Ebene in einer Formation ausbreitet, wobei der Riss durch Einspritzen von Fluiden in eine Formation erzeugt wird.
  • Kohlenwasserstoffe in Formationen können auf verschiedene Art und Weise behandelt werden, um viele unterschiedliche Produkte zu fördern. In bestimmten Ausführungsformen können solche Formationen stufenweise behandelt werden. 1 veranschaulicht mehrere Stufen des Erhitzens einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation. 1 stellt auch ein Beispiel für eine Ausbeute (Barrel Öläquivalent je Tonne) (Y-Achse) von Formationsfluiden aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gegenüber Temperatur (°C) (X-Achse) der Formation dar.
  • Die Desorption von Methan und die Verdampfung von Wasser erfolgt während der Heizstufe 1 in 1. Zum Beispiel können, wenn eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu Beginn erhitzt wird, Kohlenwasserstoffe in der Formation adsorbiertes Methan desorbieren. Das desorbierte Methan kann aus der Formation gefördert werden. Wenn die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation weiter erhitzt wird, kann Wasser innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation verdampft werden. Zusätzlich kann das verdampfte Wasser aus der Formation gefördert werden. Das Aufheizen der Formation durch die Stufe 1 wird in vielen Fällen vorzugsweise so schnell wie möglich durchgeführt.
  • Nach der Heizstufe 1 kann die Formation weiter erhitzt werden, so dass eine Temperatur innerhalb der Formation (zumindest) eine anfängliche Pyrolysetemperatur (z. B. die Temperatur am unteren Ende des als Stufe 2 dargestellten Temperaturbereiches) erreicht. Ein Pyrolyse-Temperaturbereich kann in Abhängigkeit von den Kohlenwasserstoff-Typen innerhalb der Formation variieren. Zum Beispiel kann ein Pyrolyse-Temperaturbereich Temperaturen zwischen ungefähr 250°C und ungefähr 900°C umfassen. In einer alternativen Ausführungsform kann ein Pyrolyse-Temperaturbereich Temperaturen zwischen ungefähr 270°C bis ungefähr 400°C umfassen. Kohlenwasserstoffe innerhalb der Formation können über die gesamte Stufe 2 pyrolysiert werden.
  • Pyrolysefluide umfassende Formationsfluide können aus der Formation gefördert werden. Die Pyrolysefluide können Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Stickstoff, Wasser und Gemische daraus umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Wenn die Temperatur der Formation ansteigt, pflegen die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe von gefördertem Formationsfluid abzunehmen, und die Formation wird in vielen Fällen dazu neigen, hauptsächlich Methan und Wasserstoff zu fördern. Wenn eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation über einen gesamten Pyrolysebereich erhitzt wird, kann die Formation in Richtung einer oberen Grenze des Pyrolysebereiches nur geringe Mengen an Wasserstoff fördern. Nachdem der gesamte verfügbare Wasserstoff erschöpft ist, erfolgt typischerweise eine minimale Menge an Fluidförderung aus der Formation.
  • Nach der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen kann in der Formation noch eine große Menge an Kohlenstoff und etwas Wasserstoff vorhanden sein. Ein bedeutender Teil des verbleibenden Kohlenstoffe in der Formation kann aus der Formation in Form von Synthesegas gefördert werden. Die Synthesegaserzeugung kann während der Heizstufe 3 wie in 1 dargestellt erfolgen. Die Stufe 3 kann umfassen, dass eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation auf eine Temperatur erhitzt wird, die ausreicht, um eine Erzeugung von Synthesegas zuzulassen. Zum Beispiel kann Synthesegas innerhalb eines Temperaturbereiches von ungefähr 400°C bis ungefähr 1200°C gefördert werden. Die Temperatur der Formation, wenn das Synthesegas erzeugende Fluid in die Formation eingeleitet wird, wird in vielen Fällen die Zusammensetzung des innerhalb der Formation geförderten Synthesegases bestimmen. Wenn ein Synthesegas erzeugendes Fluid in eine Formation bei einer Temperatur eingeleitet wird, die ausreichend ist, um eine Erzeugung von Synthesegas zu ermöglichen, dann kann Synthesegas innerhalb der Formation erzeugt werden. Das erzeugte Synthesegas kann aus der Formation entfernt werden. Während der Erzeugung der Synthesegaserzeugung kann ein großes Volumen an Synthesegas gefördert werden.
  • In Abhängigkeit von den geförderten Fluidmengen kann der Energieinhalt von aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geförderten Fluiden in einigen Fällen über die gesamte Pyrolyse und Synthesegaserzeugung relativ konstant bleiben. Zum Beispiel kann während der Pyrolyse bei relativ niedrigen Temperaturen ein signifikanter Anteil des geförderten Fluids aus kondensierbaren Kohlenwasserstoffen bestehen, die einen hohen Energieinhalt aufweisen. Bei höheren Pyrolysetemperaturen jedoch kann weniger von dem Formationsfluid kondensierbare Kohlenwasserstoffe umfassen, und es können mehr nicht-kondensierbare Formationsfluide gefördert werden. Auf diese Weise kann der Energieinhalt je Volumeneinheit des geförderten Fluids während der Erzeugung von vorwiegend nicht-kondensierbaren Formationsfluiden geringfügig abnehmen. Während der Synthesegaserzeugung nimmt der Energieinhalt je Volumeneinheit gefördertes Synthesegas im Vergleich zu dem Energieinhalt von Pyrolysefluid signifikant ab. Das Volumen des geförderten Synthesegases wird in vielen Fällen jedoch wesentlich zunehmen und dadurch den verringerten Energieinhalt ausgleichen.
  • Wie unten stehend erklärt, stellt das in 2 gezeigte van Krevelen-Diagramm einen Plot des atomaren Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnisses (Y-Achse) gegenüber atomares Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis (X-Achse) für verschiedene Kerogentypen dar. Dieses Diagramm zeigt den Reifungsverlauf für verschiedene Kerogentypen, der typischerweise über Erdzeitalter auf Grund von Temperatur, Druck und biochemischem Abbau stattfindet. Die Reifung kann durch in situ-Aufheizen bei einer gesteuerten Geschwindigkeit und/oder einem gesteuerten Druck beschleunigt werden.
  • Ein van Krevelen-Diagramm kann nützlich sein, um eine Quelle zum Erproben verschiedener hierin beschriebener Ausführungsformen auszuwählen (siehe unten stehende Erläuterung). Eine Behandlung einer Formation, die Kerogen in dem Bereich 5 enthält, wird in vielen Fällen z. B. Kohlenstoffdioxid, nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und Wasser, zusammen mit einer relativ geringen Menge an kondensierbaren Kohlenwasserstoffen fördern. Eine Behandlung einer Formation, die Kerogen in dem Bereich 7 enthält, wird in vielen Fällen z. B. Kohlenstoff kondensierbare und nicht-kondensierbare Koh lenwasserstoffe, Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Wasser fördern. Eine Behandlung einer Formation, die Kerogen in dem Bereich 9 enthält, wird in vielen Fällen z. B. Methan und Wasserstoff fördern. Eine Formation, die Kerogen in dem Bereich 7 enthält, kann z. B. in vielen Fällen für eine Behandlung vorbestimmt werden, da eine solche Vorgangsweise eine Förderung größerer Quantitäten wertvoller Kohlenwasserstoffe und niedrigerer Quantitäten unerwünschter Produkte, z. B. Kohlenstoffdioxid und Wasser mit sich bringt, da das Bereich 7 Kerogen bereits eine Dehydrierung und/oder Decarboxylierung über Erdzeitalter erfahren hat. Zusätzlich kann Bereich 7 Kerogen auch weiter behandelt werden, um weitere nützliche Produkte (z. B. Methan, Wasserstoff, und/oder Synthesegas) herzustellen, während ein solches Kerogen in Bereich 9 Kerogen übergeht.
  • Wenn eine Formation für eine Behandlung vorbestimmt würde, die Kerogen in Bereich 5 oder 7 enthält, dann würde eine Behandlung in Übereinstimmung mit gewissen hierin beschriebenen Ausführungsformen (siehe Pfeile in 2) bewirken, dass ein solches Kerogen während der Behandlung in einen Bereich mit einer höheren Ordnung übergeht (z. B. könnte Bereich 5 Kerogen in ein Bereich 7 Kerogen übergehen und dann vielleicht in Bereich 8 Kerogen, oder Bereich 7 Kerogen könnte in Bereich 9 Kerogen übergehen). Somit bewirken bestimmte hierin beschriebene Ausführungsformen eine beschleunigte Reifung von Kerogen, und ermöglichen dadurch die Förderung wertvoller Produkte.
  • Wenn z. B. Bereich 5 Kerogen behandelt wird, dann kann auf Grund von Decarboxylierung von Kohlenwasserstoffen in der Formation im Wesentlichen Kohlenstoffdioxid gefördert werden. Zusätzlich kann eine Behandlung von Bereich 5 Kerogen auch einige Kohlenwasserstoffe (z. B. hauptsächlich Methan) fördern. Eine Behandlung von Bereich 5 Kerogen kann auf Grund von Dehydrierung von Kerogen in der Formation auch wesentliche Men gen Wasser fördern. Die Förderung solcher Verbindungen aus einer Formation kann restliche Kohlenwasserstoffe zurücklassen, die mit Kohlenstoff relativ angereichert sind. Während der Förderung solcher Verbindungen wird der Sauerstoffgehalt der Kohlenwasserstoffe in vielen Fällen schneller abnehmen als ein Wassergehalt der Kohlenwasserstoffe. Daher kann, wie in 2 gezeigt, die Förderung solcher Verbindungen in einer größeren Abnahme im atomaren Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis als in einer Abnahme im atomaren Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis resultieren (siehe Bereich 5 Pfeile in 2, die mehr horizontale als vertikale Bewegung darstellen). Wenn Bereich 7 Kerogen behandelt wird, dann werden zumindest einige der Kohlenwasserstoffe in der Formation pyrolysiert, um kondensierbare und nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe zu fördern. Zum Beispiel kann eine Behandlung von Bereich 7 Kerogen in einer Förderung von Öl aus Kohlenwasserstoffen wie auch von etwas Kohlenstoffdioxid und Wasser resultieren (wenngleich im Allgemeinen weniger Kohlenstoffdioxid und Wasser als gefördert wird, wenn das Bereich 5 Kerogen behandelt wird). Daher wird in vielen Fällen das atomare Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis von Kerogen rasch abnehmen, wenn das Kerogen in Bereich 7 behandelt wird. Das atomare Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis des Bereich 7 Kerogen wird aber in vielen Fällen viel langsamer abnehmen als das atomare Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis des Bereich 7 Kerogen.
  • Kerogen in Bereich 9 kann behandelt werden, um Methan und Wasserstoff zu erzeugen. Wenn z. B. ein solches Kerogen vorher behandelt wurde (es war vorher z. B. Bereich 7 Kerogen), dann können längere Kohlenwasserstoffketten der Kohlenwasserstoffe bereits gecrackt und aus der Formation gefördert worden sein. Kohlenstoff und Wasserstoff können jedoch in der Formation noch immer vorhanden sein.
  • Wenn Kerogen im Bereich 9 auf eine Synthesegas erzeugende Temperatur erhitzt würde und ein Synthesegas erzeugendes Fluid (z. B. Wasserdampf) dem Bereich 9 Kerogen zugesetzt würde, dann kann zumindest ein Teil der zurückbleibenden Kohlenwasserstoffe in der Formation in Form von Synthesegas aus der Formation gefördert werden. Für Bereich 9 Kerogen kann das atomare Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis und das atomare Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis in den Kohlenwasserstoffen signifikant abnehmen, wenn die Temperatur ansteigt. Auf diese Weise können Kohlenwasserstoffe in der Formation in relativ reinen Kohlenstoff in Bereich 9 umgewandelt werden. Das Aufheizen von Bereich 9 Kerogen auf noch höhere Temperaturen bringt es mit sich, dass solches Kerogen in Graphit 11 umgewandelt wird.
  • Eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation kann eine Anzahl von Eigenschaften aufweisen, die z. B. von einer Zusammensetzung von zumindest einigen von den Kohlenwasserstoffen innerhalb der Formation abhängig sein wird. Solche Eigenschaften neigen dazu, die Zusammensetzung und die Menge von Produkten, die aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördert werden, zu beeinflussen. Daher können Eigenschaften einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation verwendet werden, um zu bestimmen, ob, und/oder wie eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation am besten behandelt werden könnte.
  • Kerogen besteht aus organischem Material, das auf Grund eines Reifungsvorganges umgewandelt wurde. Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen mit Kerogen, umfassen Kohle enthaltende Formationen und Ölschiefer enthaltende Formationen, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele für Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen, die kein Kerogen umfassen können, sind Formationen, die schwere Kohlenwasserstoffe enthalten (z. B. Teersande). Der Reifungsvorgang kann zwei Stufen umfassen ei ne biochemische Stufe und eine geochemische Stufe. Die biochemische Stufe beinhaltet typischerweise einen Abbau von organischem Material durch aerobe wie auch anaerobe Organismen. Die geochemische Stufe beinhaltet typischerweise eine Umwandlung von organischem Material auf Grund von Temperaturänderungen und signifikanten Drücken. Während der Reifung kann Öl und Gas gefördert werden, wenn das organische Material des Kerogen umgewandelt wird.
  • Das in 2 gezeigte van Krevelen-Diagramm klassifiziert verschiedene natürliche Kerogenlagerstätten. Zum Beispiel kann Kerogen in vier unterschiedliche Gruppen eingeteilt werden: Typ I, Typ II, Typ III und Typ IV, die durch die vier Verzweigungen des van Krevelen-Diagrammes veranschaulicht sind. Diese Zeichnung zeigt den Reifungsverlauf für Kerogen, der typischerweise über Erdzeitalter auf Grund von Temperatur und Druck stattfindet. Die Typen sind abhängig von den Kerogen-Vorläufermaterialien. Die Vorläufermaterialien gehen über die Zeit in Macerale über, die mikroskopische Strukturen mit unterschiedlichen Strukturen und Eigenschaften auf Basis der Vorläufermaterialien, von denen sie stammen, aufweisen. Ölschiefer kann als ein Kerogen Typ I oder Typ II beschrieben werden und hauptsächlich Macerale aus der Liptinit-Gruppe enthalten. Liptinite stammen von Pflanzen, im Speziellen von den lipidreichen und harzigen Teilen. Die Konzentration an Wasserstoff innerhalb von Liptinit kann 9 Gew.-% betragen. Darüber hinaus besitzt Liptinit ein relativ hohes Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis und ein relativ niedriges atomares Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis. Ein Typ I Kerogen kann auch weiter als ein Alginit klassifiziert werden, da Typ I Kerogen hauptsächlich Algenkörper umfassen kann. Typ I Kerogen kann aus Lagerstätten in limnischen Umgebungen resultieren. Typ II Kerogen kann sich aus organischem Material entwickeln, das in marinen Umgebungen abgelagert wurde.
  • Typ III Kerogen kann im Allgemeinen Vitrinit-Macerale umfasssen. Vitrinit stammt von Zellwänden und/oder Holzgeweben (z. B. Stängel, Äste, Blätter und Wurzeln von Pflanzen). Typ III Kerogen kann in den meisten Humuskohlen vorhanden sein. Typ III Kerogen kann sich aus organischem Material entwickeln, das in Sumpfgebieten abgelagert wurde. Typ IV Kerogen umfasst die Inertinit-Maceralgruppe. Diese Gruppe setzt sich aus Pflanzenmaterial wie Blättern, Rinde und Stängel zusammen, die während der frühen Torfstufen der Grabstättendiagenese eine Oxidation erfahren haben. Es ist chemisch ähnlich dem Vitrinit hat aber einen hohen Kohlenstoffgehalt und einen niedrigen Wasserstoffgehalt. Somit wird es als inert betrachtet.
  • Die strichlierten Linien in 2 entsprechen der Vitrinit-Reflexion. Die Vitrinit-Reflexion ist ein Maß für die Reifung. Während Kerogen eine Reifung erfährt verändert sich die Zusammensetzung des Kerogen normalerweise. Zum Beispiel neigt, während Kerogen eine Reifung erfährt, flüchtiges Material von Kerogen dazu, weniger zu werden. Rangeinteilungen von Kerogen geben den Grad an, bis zu dem Kerogen gereift ist. Zum Beispiel steigt, während Kerogen eine Reifung erfährt, der Rang von Kerogen an. Daher neigt, während der Rang ansteigt, das flüchtige Material von Kerogen dazu, weniger zu werden. Zusätzlich nimmt der Wassergehalt von Kerogen mit zunehmendem Rang im Allgemeinen ab. Bei höheren Rängen jedoch kann der Wassergehalt relativ konstant werden. Zum Beispiel neigen höher rangige Kerogene, die eine signifikante Reifung erfahren haben, wie z. B. Semianthrazit- oder Anthrazitkohle, dazu, einen höheren Kohlenstoffgehalt und einen niedrigeren Gehalt an flüchtigem Material aufzuweisen als Kerogene von niedrigerem Rang, wie z. B. Lignit. Zum Beispiel umfassen Rangstufen Kohle enthaltender Formationen die folgenden Klassifizierungen, die in steigender Rangfolge und Reifung für Typ III Kerogen aufgelistet sind: Holz, Torf, Lignit, subbituminöse Kohle, leicht flüchtige bituminöse Kohle, mittel flüchtige bituminöse Kohle, schwach flüchtige bituminöse Kohle, Semianthrazit und Anthrazit. Überdies neigt Kerogen mit zunehmendem Rang zu einer Zunahme der aromatischen Eigenschaften.
  • Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen können für eine in situ-Behandlung auf der Grundlage von Eigenschaften von zumindest einem Abschnitt der Formation vorbestimmt werden. Zum Beispiel kann eine Formation auf der Grundlage des Reichtums, der Mächtigkeit und Tiefe (d. h. Mächtigkeit eines Deckgebirges) der Formation vorbestimmt werden. Zusätzlich kann eine Formation vorbestimmt werden, die aus der Formation geförderte Fluide relativ hoher Qualität aufweisen wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Qualität der Fluide, die gefördert werden sollen, der Behandlung vorgehend abgeschätzt werden, wodurch deutliche Kosteneinsparungen geschaffen werden, da nur optimalere Formationen für eine Behandlung vorbestimmt werden. Eigenschaften, die verwendet werden können, um die Kohlenwasserstoffe in einer Formation abzuschätzen, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, eine Menge an Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, die dazu neigen, aus den Kohlenwasserstoffen gefördert zu werden, einen wahrscheinlichen API-Grad der geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, eine Menge an Kohlenwasserstoffgas, das dazu neigt, aus den Kohlenwasserstoffen erzeugt zu werden, und/oder eine Menge an Kohlenstoffdioxid und Wasser, die dazu neigt, aus den Kohlenwasserstoffen gefördert zu werden.
  • Eine weitere Eigenschaft, die verwendet werden kann, um die Qualität von Fluiden, die aus bestimmten Kerogen enthaltenden Formationen gefördert werden, abzuschätzen, ist die Vitrinit-Reflexion. Solche Formationen umfassen Kohle enthaltende Formationen und Ölschiefer enthaltende Formationen, sind aber nicht darauf beschränkt. Kohlenwasserstoff enthaltende Forma tionen, die Kerogen umfassen, können typischerweise auf der Grundlage der Vitrinit-Reflexion des Kerogens für eine Behandlung abgeschätzt/vorbestimmt werden. Die Vitrinit-Reflexion steht oft mit einem atomaren Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis eines Kerogens und einem atomaren Wasserstoff-zu-Sauerstoff-Verhältnis des Kerogens in Beziehung, wie durch die strichlierten Linien in 2 gezeigt. Zum Beispiel kann ein van Krevelen-Diagramm nützlich sein, um eine Quelle für ein in situ-Umwandlungsverfahren auszuwählen.
  • Die Vitrinit-Reflexion eines Kerogens in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zielt darauf ab, anzuzeigen, welche Fluide aus einer Formation beim Aufheizen gefördert werden können. Zum Beispiel neigt eine Vitrinit-Reflexion von ca. 0,5% bis ca. 1,5% dazu, ein Kerogen anzuzeigen, das beim Aufheizen Fluide, wie im Bereich 7 oben stehend beschrieben, fördern wird. Daher wird, wenn eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation mit solchem Kerogen erhitzt wird, eine beträchtliche Menge (z. B. ein Großteil) des durch ein solches Erhitzen geförderten Fluids oft Öl und andere derartige Kohlenwasserstofffluide umfassen. Zusätzlich kann eine Vitrinit-Reflexion von ca. 1,5% bis 3,0% ein Kerogen im Bereich 9, wie oben beschrieben, anzeigen. Wenn eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation mit einem solchen Kerogen erhitzt wird, kann eine beträchtliche Menge (z. B. ein Großteil) des durch ein solches Erhitzen geförderten Fluids Methan und Wasserstoff (und Synthesegas, wenn z. B. die Temperatur ausreichend hoch ist und Wasserdampf eingespritzt wird) umfassen. In einer Ausführungsform weist zumindest ein Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die für eine in situ-Behandlung vorbestimmt wurde, eine Vitrinit-Reflexion in einem Bereich zwischen ungefähr 0,2% und ungefähr 3,0% auf. Alternativ kann zumindest ein Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die für eine Behandlung vorbestimmt wurde, eine Vitrinit-Reflexion von ungefähr 0,5% bis ungefähr 2,0% aufweisen, und unter Umständen kann die Vitrinit-Reflexion im Bereich von ungefähr 0,5% bis 1,0% liegen. Solche Bereiche der Vitrinit-Reflexion neigen dazu, anzuzeigen, dass aus der Formation Formationsfluide relativ höherer Qualität gefördert werden.
  • In einer Ausführungsform kann eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation auf der Grundlage eines Wasserstoffgehalts innerhalb der Kohlenwasserstoffe in der Formation für eine Behandlung vorbestimmt werden. Ein Verfahren zur Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann z. B. umfassen, dass ein Abschnitt der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, der Kohlenwasserstoffen mit einem Wasserstoffgehalt von mehr als etwa 3 Gew.-%, 3,5 Gew.-% oder 4 Gew.-%, gemessen auf trockener und aschefreier Basis, aufweist, für eine Behandlung vorbestimmt wird. Außerdem kann ein vorbestimmter Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation Kohlenwasserstoffe mit einem atomaren Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis umfassen, das innerhalb eines Bereiches von etwa 0,5 bis 2 und in vielen Fällen von etwa 0,70 bis etwa 1,65 fällt.
  • Der Wasserstoffgehalt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann eine Zusammensetzung aus einer Formation geförderter Kohlenwasserstofffluide signifikant beeinflussen. Zum Beispiel kann eine Pyrolyse von zumindest einigen von den Kohlenwasserstoffen innerhalb des erhitzten Abschnittes Kohlenwasserstofffluide erzeugen, die eine Doppelbindung oder ein Radikal umfassen können. Wasserstoff innerhalb der Formation kann die Doppelbindung zu einer Einfachbindung reduzieren. Auf diese Weise kann eine Reaktion von erzeugten Kohlenwasserstofffluiden miteinander und/oder mit zusätzlichen Komponenten in der Formation im Wesentlichen verhindert werden. Zum Bei spiel kann eine Reduktion einer Doppelbindung der erzeugten Kohlenwasserstofffluide zu einer Einzelbindung eine Polymerisation der erzeugten Kohlenwasserstoffe verringern. Eine solche Polymerisation bringt es mit sich, dass die Menge an geförderten Fluiden zurückgeht.
  • Zusätzlich kann Wasserstoff innerhalb der Formation auch Radikale in den erzeugten Kohlenwasserstofffluiden neutralisieren. Auf diese Weise kann in der Formation vorhandener Wasserstoff im Wesentlichen eine Reaktion von Kohlenwasserstofffragmenten verhindern, indem die Kohlenwasserstofffragmente in relativ kurzkettige Kohlenwasserstofffluide umgewandelt werden. Die Kohlenwasserstofffluide können in eine Dampfphase übertreten und können aus der Formation gefördert werden. Die Zunahme an den Kohlenwasserstofffluiden in der Dampfphase kann ein Potenzial, weniger erwünschte Produkte innerhalb des vorbestimmten Abschnittes der Formation zu fördern, signifikant verringern.
  • Man glaubt, dass dann, wenn zu wenig Wasserstoff in der Formation vorhanden ist, die Menge und die Qualität der geförderten Fluide negativ beeinflusst wird. Wenn zu wenig Wasserstoff natürlich vorhanden ist, dann können in einigen Ausführungsformen der Formation Wasserstoff oder andere reduzierende Fluide zugesetzt werden.
  • Beim Erhitzen eines Abschnittes einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann Sauerstoff innerhalb des Abschnittes Kohlenstoffdioxid bilden. Es kann erwünscht sein, die Förderung von Kohlenstoffdioxid und anderer Oxide zu verringern. In einer Ausführungsform kann die Förderung von Kohlenstoffdioxid verringert werden, indem man einen Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation vorbestimmt und behandelt, der eine Vitrinit-Reflexion von mehr als etwa 0,5% aufweist. Zusätzlich kann eine Menge an aus einer Formation gefördertem Kohlenstoffdioxid in Abhängigkeit von z. B. einem Sauerstoffgehalt eines behandelten Abschnittes einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation variieren. Bestimmte Ausführungsformen können somit das Vorbestimmen und die Behandlung eines Abschnittes der Formation, das ein Kerogen mit weniger als etwa 20%, 15% und/oder 10% Sauerstoffatomgew.-% aufweist, umfassen. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen das Vorbestimmen und die Behandlung einer Formation, die Kerogen mit einem atomaren Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis von weniger als ungefähr 0,15 aufweisen, umfassen. Alternativ können zumindest einige von den Kohlenwasserstoffen in einem für eine Behandlung vorbestimmten Abschnitt einer Formation ein atomares Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis von etwa 0,3 bis etwa 0,12 aufweisen. Auf diese Weise kann eine Förderung von Kohlenstoffdioxid und anderen Oxiden aus einem in situ-Umwandlungsverfahren für Kohlenwasserstoffe verringert werden.
  • Das Aufheizen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann die Bereitstellung einer großen Energiemenge an innerhalb der Formation angeordnete Wärmequellen umfassen. Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen können Wasser enthalten. In der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation vorhandenes Wasser wird dazu neigen, die Energiemenge, die erforderlich ist, um eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu erhitzen, weiter zu erhöhen. Auf diese Weise neigt Wasser dazu, ein wirksames Aufheizen der Formation zu behindern. Zum Beispiel kann eine große Energiemenge erforderlich sein, um Wasser aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu verdampfen. Somit kann eine anfängliche Geschwindigkeit einer Temperaturzunahme durch das Vorhandensein von Wasser in der Formation verringert werden. Daher können übermäßige Mengen an Energie und/oder Zeit erforderlich sein, um eine Formation mit einem hohen Wassergehalt auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreichend ist, um eine Pyrolyse von zumindest einigen von den Kohlenwas serstoffen in der Formation zuzulassen. In einer Ausführungsform kann ein in situ-Umwandlungsverfahren für Kohlenwasserstoffe ein Auswählen eines Abschnittes der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit einem anfänglichen Wassergehalt von weniger als ungefähr 15 Gew.-% zur Behandlung umfassen (in einigen Ausführungsformen können Entwässerungsschächte verwendet werden, um den Wassergehalt der Formation zu verringern).
  • Alternativ kann ein in situ-Umwandlungsverfahren für Kohlenwasserstoffe ein Vorbestimmen eines Abschnittes der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit einem anfänglichen Wassergehalt von weniger als ungefähr 10 Gew.-% zur Behandlung umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation auf der Grundlage zusätzlicher Faktoren, wie z. B. eine Mächtigkeit einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Schicht innerhalb der Formation und abgeschätztem Flüssigkeitsförderungsinhalt für eine Behandlung, vorbestimmt werden. Zum Beispiel kann eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation mehrere Schichten umfassen. Solche Schichten können Kohlenwasserstoff enthaltende Schichten und auch Schichten, die frei von Kohlenwasserstoffen sein können oder im Wesentlichen geringe Mengen an Kohlenwasserstoffen aufweisen können, umfassen. Jede der Kohlenwasserstoff enthaltenden Schichten kann eine Mächtigkeit aufweisen, die von z. B. den Bedingungen abhängig sein kann, unter denen die Kohlenwasserstoff enthaltende Schicht gebildet wurde. Daher wird eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation typischerweise für eine Behandlung vorbestimmt, wenn diese Formation zumindest eine Kohlenwasserstoff enthaltende Schicht mit einer Mächtigkeit, die für eine wirtschaftliche Förderung von Formationsfluiden ausreichend ist, umfasst. Eine Formation kann auch vorbestimmt werden, wenn die Mächtigkeit mehrere Schichten, die eng miteinander beabstandet sind, für eine wirtschaftliche Förderung von Formationsfluiden ausreichend ist. Es können auch andere Formationen auf der Grundlage des Reichtums der Kohlenwasserstoffquelle innerhalb des Grundes vorbestimmt werden, selbst wenn die Mächtigkeit der Quelle relativ gering ist.
  • Zusätzlich kann eine Schicht einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation auf der Grundlage einer Mächtigkeit der Kohlenwasserstoff enthaltenden Schicht und/oder einer gesamten Mächtigkeit von Kohlenwasserstoff enthaltenden Schichten in einer Formation für eine Behandlung vorbestimmt werden. Zum Beispiel kann ein in situ-Umwandlungsverfahren für Kohlenwasserstoffe ein Vorbestimmen und eine Behandlung einer Schicht einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit einer Mächtigkeit von mehr als ungefähr 2 m, 3 m und/oder 5 m umfassen. Auf diese Weise können Hitzeverluste (als eine Fraktion gesamter eingespritzter Hitze) an Schichten, die oberhalb und unterhalb einer Schicht von Kohlenwasserstoffen ausgebildet sind, geringer sein als derartige Wärmeverluste aus einer dünnen Schicht von Kohlenwasserstoffen. Ein Verfahren, wie hierin beschrieben, kann jedoch auch das Vorbestimmen und die Behandlung von Schichten umfassen, die Schichten umfassen können, welche im Wesentlichen frei von Kohlenwasserstoffen sind, sowie dünne Schichten von Kohlenwasserstoffen.
  • Jede der Kohlenwasserstoff enthaltenden Schichten kann auch eine potenzielle Formationsfluid-Ausbeute aufweisen, die z. B. in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die Kohlenwasserstoff enthaltende Schicht gebildet wurde, einer Menge an Kohlenwasserstoffen in der Schicht, und/oder einer Zusammensetzung von Kohlenwasserstoffen in der Schicht variieren kann. Eine potenzielle Formationsfluid-Ausbeute kann zum Beispiel durch den Fischer Assay gemessen werden. Der Fischer Assay ist ein Standard-Verfahren, das das Aufheizen einer Probe einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Schicht auf ca. 500°C in einer Stunde, das Sammeln der aus der erhitzten Probe geförderten Produkte, und die Quantifizierung der Menge der geförderten Produkte beinhaltet. Eine Probe einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Schicht kann aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation durch ein Verfahren wie Kernbohren oder ein beliebiges anderes Probenbereitstellungsverfahren gewonnen werden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Abschnittes eines in situ-Umwandlungssystems zur Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation. Wärmequellen 100 können innerhalb zumindest eines Abschnittes der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sein. Wärmequellen 100 können z. B. elektrische Heizeinrichtungen, wie z. B. isolierte Leiter, Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtungen, Oberflächenbrenner, flammenlos verteilte Combustoren und/oder frei verteilte Combustoren, umfassen.
  • Wärmequellen 100 können auch andere Arten von Heizeinrichtungen umfassen. Wärmequellen 100 sind so konfiguriert, dass sie Hitze an zumindest einen Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation bereitstellen. Energie kann den Wärmequellen 100 durch Zufuhrleitungen 102 zugeführt werden. Die Zufuhrleitungen können sich in Abhängigkeit von der Art der Wärmequelle oder Wärmequellen, die verwendet wird/werden, um die Formation zu erhitzen, im Aufbau unterscheiden. Zufuhrleitungen für Wärmequellen können Elektrizität für elektrische Heizeinrichtungen übertragen, können Brennstoff für Combustoren befördern, oder können Wärmetauscherfluid, das innerhalb der Formation im Kreislauf geführt wird, befördern.
  • Förderschächte 104 können verwendet werden, um Formationsfluid aus der Formation zu entfernen. Aus den Förderschächten 104 gefördertes Formationsfluid kann durch eine Sammelleitung 106 zu Behandlungsanlagen 108 befördert werden. Formationsfluide können auch aus Wärmequellen 100 gefördert werden. Zum Beispiel kann Fluid aus Wärmequellen 100 gefördert werden, um den Druck innerhalb der Formation neben den Wärmequellen zu steuern. Aus Wärmequellen 100 gefördertes Fluid kann durch ein Steigrohr oder ein Leitungsnetz zu der Sammelleitung 106 befördert werden, oder das geförderte Fluid kann durch ein Steigrohr oder ein Leitungsnetz direkt zu den Behandlungsanlagen 108 befördert werden. Die Behandlungsanlagen 108 können Trenneinheiten, Reaktionseinheiten, Verbesserungseinheiten, Brennstoffzellen, Turbinen, Lagertanks und weitere Systeme und Einheiten zur Verarbeitung geförderter Formationsfluide umfassen.
  • Ein in situ-Umwandlungssystem zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen kann Entwässerungsschächte 110 (Schächte, die mit der Bezugsziffer 110 dargestellt sind, können in einigen Ausführungsformen Auffang- und/oder Isolierschächte sein). Entwässerungsschächte 110 oder Vakuumschächte können so ausgebildet sein, dass sie flüssiges Wasser entfernen und daran hindern, in einen Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, der erhitzt werden soll, oder in eine Formation, die gerade erhitzt wird, einzutreten. Eine Vielzahl von Wasserschächten kann die gesamte oder einen Abschnitt einer Formation, die erhitzt werden soll, umgeben. In der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die Entwässerungsschächte 110 so dargestellt, dass sie sich nur entlang einer Seite der Wärmequellen 100 erstrecken, aber Entwässerungsschächte umgeben typischerweise alle Wärmequellen 100, die verwendet werden oder verwendet werden sollen, um die Formation zu erhitzen.
  • Entwässerungsschächte 110 können in einem oder mehreren Ring/en angeordnet sein, der/die die vorbestimmten Abschnitte der Formation umgibt/umgeben. Wenn sich ein Bereich, der durch das in situ-Umwandlungsverfahren behandelt wird, ausdehnt, kann es notwendig sein, neue Entwässerungsschächte anzulegen. Eine äußerste Reihe von Entwässerungsschächten kann verhindern, dass eine signifikante Wassermenge in den Abschnitt der Formation, der gerade erhitzt wird oder erhitzt werden soll, hinein strömt. Aus der äußersten Reihe von Entwässerungsschächten gefördertes Wasser sollte im Wesentlichen sauber sein, und kann, bevor es freigesetzt wird, wenig oder keine Behandlung erfordern. Eine innerste Reihe von Entwässerungsschächten kann Wasser, das die äußerste Reihe umgeht, daran hindern, in den Abschnitt der Formation, der gerade erhitzt wird oder erhitzt werden soll, hinein strömt. Die innerste Reihe von Entwässerungsschächten kann auch verhindern, dass Dampf aus einem erhitzten Abschnitt der Formation in umgebende Abschnitte der Formation hinein wandert. Aus der innersten Reihe gefördertes Wasser kann einige Kohlenwasserstoffe umfassen. Es kann erforderlich sein, das Wasser zu behandeln, bevor es freigesetzt wird. Alternativ kann Wasser mit Kohlenwasserstoffen gelagert und verwendet werden, um Synthesegas aus einem Abschnitt einer Formation während einer Synthesegasphase des in situ-Umwandlungsverfahrens zu fördern. Die Entwässerungsschächte können den Wärmeverlust an umgebende Abschnitte der Formation verringern, können die Förderung von Dämpfen aus dem erhitzten Abschnitt erhöhen, und können eine Verunreinigung eines Wasserspiegels in der Nähe des erhitzten Abschnittes der Formation verhindern.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann ein Fluid (z. B. eine Flüssigkeit oder ein Gas) in die innerste Schachtreihe eingespritzt werden, was erlaubt, einen vorbestimmten Druck in einer Pyrolysezone oder um diese herum aufrechtzuerhalten. Zusätzlich kann dieses Fluid als eine Isolierbarriere zwischen den äußersten Schächten und den Pyrolysefluiden wirken, wo durch die Wirksamkeit der Entwässerungsschächte verbessert wird.
  • Die Kohlenwasserstoffe, die behandelt werden sollen, können sich unter einem großen Bereich befinden. Das in situ-Umwandlungsverfahren kann verwendet werden, um kleine Abschnitte der Formation zu behandeln, und weitere Abschnitte der Formation können mit fortschreitender Zeit behandelt werden. In einer Ausführungsform eines Systems zur Behandlung einer Ölschiefer enthaltenden Formation kann ein Feld-Lay-out für 24 Jahre Entwicklung in 24 einzelne Plots, die einzelne Bohrjahre darstellen, unterteilt werden. Ein jeder Plot kann 120 "Kacheln" (wiederholende Matrixmuster) umfassen, wobei eine jede Kachel aus 6 Reihen mal 20 Kolonnen besteht. Jede Kachel kann 1 Förderschacht und 12 oder 18 Heizschächte umfassen. Die Heizschächte können in einem gleichseitigen dreieckigen Muster mit z. B. einem Schachtabstand von etwa 12 m angeordnet sein. Förderschächte können in den Mitten von gleichseitigen Dreiecken von Heizschächten angeordnet sein, oder die Förderschächte können annähernd an einem Mittelpunkt zwischen zwei benachbarten Heizschächten angeordnet sein.
  • In bestimmten Ausführungsformen werden Wärmequellen innerhalb eines innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation ausgebildeten Heizschachtes angeordnet sein. Der Heizschacht kann eine Öffnung durch ein Deckgebirge der Formation und in zumindest einen Kohlenwasserstoff enthaltenden Abschnitt der Formation hinein umfassen. Alternativ kann ein Heizschacht 224, wie in 3a gezeigt, eine Öffnung in der Formation 222 umfassen, die eine Form aufweist, die im Wesentlichen ähnlich einer Wendel oder einer Spirale ist. Eine Spiralkonfiguration für einen Heizschacht kann in einigen Ausführungsformen die Übertragung von Hitze von der Wärmequelle erhöhen und/oder zulassen, dass die Wärmequelle expandiert, wenn sie erhitzt wird, ohne Wölbungen oder andere Arten von Fehlern. In einigen Ausführungsformen kann ein derartiger Heizschacht auch einen im Wesentlichen geraden Abschnitt durch das Deckgebirge 220 umfassen. Die Verwendung eines geraden Heizschachtes durch das Deckgebirge kann den Wärmeverlust an das Deckgebirge verringern.
  • In einer alternativen Ausführungsform, wie in 3b dargestellt, können Wärmequellen in einen Heizschacht 224 hinein angeordnet sein, der eine Öffnung in einer Formation 222 umfassen kann, die eine Form aufweist, die im Wesentlichen einem "U" gleicht (die "Schenkel" des "U" können in Abhängigkeit von den verwendeten Ausführungsformen breiter oder schmaler sein). Ein erster Abschnitt 226 und ein dritter Abschnitt 228 des Heizschachtes 224 können im Wesentlichen senkrecht zu einer oberen Fläche der Formation 222 angeordnet sein. Zusätzlich können sich der erste und der dritte Abschnitt des Heizschachtes im Wesentlichen vertikal durch ein Deckgebirge 220 erstrecken. Der zweite Abschnitt 230 des Heizschachtes 224 kann zu der oberen Fläche der Formation im Wesentlichen parallel stehen.
  • Darüber hinaus kann sich in einigen Situationen eine Vielzahl von Wärmequellen (z. B. 2, 3, 4, 5, 10 Wärmequellen oder mehr) von einem Heizschacht erstrecken. Zum Beispiel können sich Wärmequellen 232, 234 und 236, wie in 3c gezeigt, von einem Heizschacht 224 durch ein Deckgebirge 220 in eine Formation 222 hinein erstrecken. Solche Situationen können auftreten, wenn Überlegungen bezüglich der Oberfläche (z. B. Ästhetik, Angelegenheiten der Oberflächenlandnutzung und/oder ungünstige Bodenbedingungen nahe der Oberfläche) es wünschenswert machen, die Oberflächenanlagen auf weniger Örtlichkeiten zu konzentrieren. Zum Beispiel kann es in Gebieten, in denen der Boden gefroren und/oder sumpfig ist, kostengünstiger sein, Oberflächenanlagen an einer zentraleren Stelle anzuordnen.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann sich ein erster Abschnitt eines Heizschachtes von einer Oberfläche des Grundes durch ein Deckgebirge und in eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation hinein erstrecken. Ein zweiter Abschnitt des Heizschachtes kann einen Heizschacht oder mehrere Heizschächte in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation umfassen. Der eine oder die mehreren Heizschächte kann/können in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation unter verschiedenen Winkeln angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann zumindest einer der Heizschächte im wesentlichen parallel zu einer Grenze der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sein. In alternativen Ausführungsformen kann zumindest einer der Heizschächte im Wesentlichen senkrecht zu der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation stehen. Zusätzlich kann einer von dem einen Heizschacht oder von den mehreren Heizschächten in einem Winkel zwischen senkrecht und parallel zu einer Schicht in der Formation angeordnet sein.
  • 4 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 200, die in Bezug auf eine Oberfläche des Grundes 204 unter einem im Wesentlichen beinahe horizontalen Winkel stehen kann. Ein Winkel der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 200 kann jedoch variieren. Zum Beispiel kann die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation 200 steil einfallen. Eine wirtschaftlich praktikable Förderung einer steil einfallenden Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann bei Verwendung derzeit verfügbarer Abbauverfahren nicht möglich sein. Eine relativ steil einfallende Kohlenwasserstoff enthaltende Formation kann jedoch einem in situ-Umwandlungsverfahren, wie hierin beschrieben, unterzogen werden. Zum Beispiel kann ein einzelner Satz von Gasförderschächten nahe einer Oberseite einer steil einfallenden Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet werden. Eine solche Formation kann erhitzt werden, indem ein Abschnitt der Formation in der Nähe einer Oberseite der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt wird, und in der Folge tiefere Abschnitte der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt werden. Gase können aus der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördert werden, indem Gase durch die zuvor pyrolysierten Kohlenwasserstoffe mit minimalem Druckabfall befördert werden.
  • In einer Ausführungsform kann ein in situ-Umwandlungsverfahren für Kohlenwasserstoffe die Bereitstellung von Hitze an zumindest einen Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, der in Abschnitten einfällt, umfassen. Zum Beispiel kann ein Abschnitt der Formation ein Gefälle umfassen, das eine minimale Tiefe des Abschnittes umfasst. Ein Förderschacht kann in dem Abschnitt der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in der Nähe der minimalen Tiefe angeordnet werden. Ein zusätzlicher Förderschacht mag in dem Abschnitt nicht erforderlich sein. Zum Beispiel können, wenn Hitze durch die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation übertragen wird und zumindest einige Kohlenwasserstoffe in dem Abschnitt pyrolysieren, Pyrolysefluide, die in dem Abschnitt gebildet werden, durch pyrolysierte Teile der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu dem Förderschacht strömen. Wie hierin beschrieben, kann eine erhöhte Durchlässigkeit auf Grund einer in situ-Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation die Übertragung von Dämpfen durch den behandelten Abschnitt der Formation erhöhen. Daher kann eine Anzahl von Förderschächten, die erforderlich sind, um ein Gemisch aus der Formation zu fördern, verringert werden. Eine Verringerung von zur Förderung erforderlichen Förderschächten kann die wirt schaftliche Praktikabilität eines in situ-Umwandlungsverfahrens erhöhen.
  • In steil einfallenden Formationen kann gerichtetes Bohren verwendet werden, um eine Öffnung für einen Heizschacht in der Formation zu bilden. Gerichtetes Bohren kann umfassen, dass eine Öffnung gebohrt wird, wobei die Route/Lage der Öffnung vor dem Bohren geplant werden kann. Eine solche Öffnung kann üblicherweise mit einer Rotationsvorrichtung gebohrt werden. Beim gerichteten Bohren kann eine Route/Lage einer Öffnung durch Richtkeile etc. gesteuert werden.
  • Das Bohren eines Heizschachtes 202 kann auch umfassen, dass eine Öffnung in der Formation mit einem Bohrer gebohrt wird, der mit einem steuerbaren Vorantrieb und einem Beschleunigungssensor ausgestattet ist, der so ausgebildet sein kann, dass er der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 200 folgt. Zum Beispiel kann ein steuerbarer Vorantrieb so ausgebildet sein, dass er einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen dem Heizschacht 202 und einer Grenze der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 200 während des gesamten Bohrens der Öffnung aufrechterhält. Das Bohren des Heizschachtes 202 mit dem steuerbaren Vorantrieb und dem Beschleunigungssensor kann relativ sparsam sei.
  • Alternativ kann geogesteuertes Bohren verwendet werden, um einen Heizschacht 202 in eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation 200 zu bohren. Geogesteuertes Bohren kann umfassen, dass ein Abstand von einem Rand der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 200 zu einem Heizschacht 202 mit einem Sensor bestimmt oder abgeschätzt wird. Der Sensor kann Sensoren umfassen, die so ausgebildet sein können, dass sie einen Abstand von einem Rand einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 200 zu einem Heizschacht 202 bestimmen können, muss aber nicht darauf beschränkt sein. Außerdem kann ein solcher Sensor so ausgebildet sein, dass er eine Schwankung in einer Eigenschaft der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 200 bestimmt und überwacht. Solche Sensoren können Sensoren umfassen, die so ausgebildet sind, dass sie unter Verwendung von Widerstand, Gammastrahlen, akustischen Impulsen und/oder anderen Vorrichtungen eine Eigenschaft einer Kohlenwasserstofflage messen, müssen aber nicht darauf beschränkt sein. Geogesteuertes Bohren kann auch das Ausbilden einer Öffnung für einen Heizschacht mit einer Bohreinrichtung, die einen steuerbaren Vorantrieb umfassen kann, umfassen. Der Vorantrieb kann derart gesteuert werden, dass er einen vorbestimmten Abstand von einem Rand einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation aufrechterhält. In einer zusätzlichen Ausführungsform kann das Bohren eines Heizschachtes oder irgendeines anderen Schachtes in einer Formation auch Ultraschallbohren umfassen.
  • 5 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Vielzahl von Heizschächten 210, die in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 212 ausgebildet sind. Die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation 212 kann eine steil einfallende Formation sein. Einer oder mehrere von den Heizschächten 210 kann/können in der Formation derart ausgebildet sein, dass zwei oder mehr von den Heizschächten im Wesentlichen parallel zueinander stehen, und/oder derart, dass zumindest ein Heizschacht im Wesentlichen zu der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 212 parallel steht. Zum Beispiel kann/können ein oder mehrere von den Heizschächten 210 in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 212 durch ein magnetisches Steuerverfahren gebildet werden. Ein Beispiel eines magnetischen Steuerverfahrens ist in dem US-Patent Nr. 5,676,212 an Kuckes veranschaulicht, das durch Verweis vollständig hierin aufgenommen ist. Magnetisches Steuern kann umfassen, dass ein Heizschacht 210 parallel zu einem benachbarten Heizschacht gebohrt wird. Der benachbarte Schacht kann zuvor gebohrt worden sein. Darüber hinaus kann magnetisches Steuern umfassen, dass die Bohrung durch Abtasten und/oder Bestimmen eines in einem benachbarten Schacht erzeugten Magnetfeldes gerichtet wird. Zum Beispiel kann das Magnetfeld in dem benachbarten Heizschacht erzeugt werden, indem man einen Strom durch eine in dem benachbarten Heizschacht angeordnete isolierte Strom führende Drahtleitung fließen lässt. Alternativ kann/können ein Heizschacht oder mehrere von den Heizschächten 210 durch ein Verfahren, das hierin anderweitig beschrieben ist, gebildet werden. Ein Abstand zwischen Heizschächten 210 kann gemäß einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen bestimmt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann sich ein erhitzter Abschnitt 310 im Wesentlichen radial von einer Wärmequelle 300 erstrecken, wie in 6 gezeigt. Zum Beispiel kann eine Breite eines erhitzten Abschnittes 310 in einer Richtung, die sich radial von der Wärmequelle 300 erstreckt, zwischen ungefähr 0 m und ungefähr 10 m betragen. Eine Breite eines erhitzten Abschnittes 310 kann jedoch variieren, in Abhängigkeit z. B. von der durch die Wärmequelle 300 bereitgestellten Hitze und den Eigenschaften der Formation. Durch die Wärmequelle 300 bereitgestellte Hitze wird typischerweise durch den erhitzten Teil übertragen und erzeugt einen Temperaturgradienten innerhalb des erhitzten Teiles. Zum Beispiel wird eine Temperatur in der Nähe des Heizschachtes im Allgemeinen höher sein als eine Temperatur in der Nähe einer äußeren seitlichen Grenze des erhitzten Teiles. Ein Temperaturgradient innerhalb des erhitzten Abschnittes kann jedoch innerhalb des erhitzten Teiles in Abhängigkeit von z. B. der thermischen Leitfähigkeit der Formation schwanken.
  • Während Hitze durch einen erhitzten Abschnitt 310 der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation übertragen wird, kann eine Temperatur innerhalb zumindest eines Abschnittes des erhitzten Teiles innerhalb eines Pyrolyse-Temperaturbereiches liegen. Auf diese Weise kann, während die Hitze von der Wärmequelle weg übertragen wird, eine Front, an der eine Pyrolyse stattfindet, in vielen Fällen von der Wärmequelle nach außen laufen. Zum Beispiel kann es möglich sein, dass Hitze von der Wärmequelle in einen vorbestimmten Abschnitt des erhitzten Teiles hinein übertragen wird, so dass Hitze von der Wärmequelle zumindest einige von den Kohlenwasserstoffen innerhalb des vorbestimmten Abschnittes pyrolysiert. Als solche kann die Pyrolyse innerhalb eines vorbestimmten Abschnittes 315 des erhitzten Teiles erfolgen, und Pyrolysefluide werden aus den Kohlenwasserstoffen in dem vorbestimmten Abschnitt erzeugt. Eine innere seitliche Grenze des vorbestimmten Abschnittes 315 kann von der Wärmequelle radial beabstandet sein. Zum Beispiel kann eine innere Grenze des vorbestimmten Abschnittes 315 von der Wärmequelle um ungefähr 0 m bis ungefähr 1 m radial beabstandet sein. Darüber hinaus kann der vorbestimmte Abschnitt 315 eine Breite aufweisen, die sich radial von der inneren seitlichen Grenze des vorbestimmten Abschnittes erstreckt. Zum Beispiel kann eine Breite des vorbestimmten Abschnittes zumindest ca. 1,5 m, zumindest ca. 2,4 m oder sogar zumindest ca. 3,0 m betragen. Eine Breite des vorbestimmten Abschnittes kann jedoch auch größer als ca. 1,5 m und kleiner als ca. 10 m sein.
  • Nachdem die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen in einem Teil des vorbestimmten Abschnittes abgeschlossen ist, kann in der Nähe zu der Wärmequelle ein Abschnitt erschöpfter Kohlenwasserstoffe 317 erzeugt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl erhitzter Teile innerhalb einer Wärmequelleneinheit vorhanden sein. Eine Wärmequelleneinheit bezieht sich auf eine minimale Anzahl von Wärmequellen, die ein Muster bilden, welches wiederholt werden kann, um ein Muster von Wärmequellen innerhalb der Formation zu bilden. Die Wärmequellen können derart innerhalb der Formation angeordnet sein, dass eine Überlagerung (Überlappung) von Hitze, die aus den Wärmequellen gefördert wird, wirksam sein soll. Zum Beispiel resultiert, wie in 7 veranschaulicht, eine Übertragung von Hitze aus zwei oder mehr Wärmequellen 330 in einer Überlagerung von Hitze 332, die innerhalb eines durch die Wärmequelleneinheit definierten Bereiches wirksam ist. Eine Überlagerung kann auch innerhalb eines Inneren eines Bereiches, der durch zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Wärmequellen definiert ist, wirksam sein. Zum Beispiel umfasst ein Bereich, in dem eine Überlagerung von Hitze 332 wirksam ist, einen Bereich, an den eine bedeutende Hitze durch zwei oder mehr Wärmequellen der Wärmequelleneinheit übertragen wird. Ein Bereich, in dem eine Überlagerung von Hitze wirksam ist, kann in Abhängigkeit von z. B. den Abständen zwischen Wärmequellen variieren.
  • Eine Überlagerung von Hitze kann eine Temperatur in zumindest einem Teil der Formation auf eine Temperatur erhöhen, die für eine Pyrolyse von Kohlenwasserstoff innerhalb des Teiles ausreichend ist. Auf diese Weise neigt eine Überlagerung von Hitze 332 dazu, die Menge an Kohlenwasserstoff in einer Formation, die pyrolysiert werden kann, zu erhöhen. Als solche können eine Vielzahl von Bereichen, die innerhalb eines Pyrolyse-Temperatur-bereiches liegen, innerhalb der Wärmequelleneinheit vorhanden sein. Die vorbestimmten Abschnitte 334 können Bereiche in einem Pyrolyse-Temperaturbereich auf Grund einer Übertragung von Hitze aus nur einer Wärmequelle, wie auch Bereiche in einem Pyrolyse-Temperaturbereich auf Grund von Überlagerung von Hitze umfassen.
  • Zusätzlich wird ein Muster von Wärmequellen oft eine Vielzahl von Wärmequelleneinheiten umfassen. Es wird typischerweise eine Vielzahl von erhitzten Teilen wie auch von vorbestimmten Abschnitten innerhalb des Musters von Wärmequellen geben. Die Vielzahl von erhitzten Teilen und vorbestimmten Abschnitten kann, wie hierin beschrieben, konfiguriert sein. Eine Überlagerung von Hitze innerhalb eines Musters von Wärmequellen kann die Zeit, die erforderlich ist, um Pyrolysetemperaturen innerhalb der mehreren erhitzen Teile zu erreichen, verringern. Eine Überlagerung von Hitze kann einen relativ großen Abstand zwischen benachbarten Wärmequellen zulassen, was wiederum für eine relativ niedrige Aufheizgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation sorgt. In bestimmten Ausführungsformen wird eine Überlagerung von Hitze auch im Wesentlichen einheitliche Fluide aus einem erhitzten Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erzeugen.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann ein Großteil an Pyrolysefluiden gefördert werden, wenn der vorbestimmte Abschnitt innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0 m bis ungefähr 25 m von einer Wärmequelle liegt.
  • Wie in 3 gezeigt, wird/werden zusätzlich zu Wärmequellen 100 typischerweise ein Förderschacht oder mehrere Förderschächte 102 innerhalb des Teiles der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sein. Ein Förderschacht 102 kann so ausgebildet sein, dass ein Gemisch, das Formationsfluide umfassen kann, durch den Förderschacht gefördert werden kann. Ein Förderschacht 102 kann auch eine Wärmequelle umfassen. Auf diese Weise können die Formationsfluide über die gesamte Förderung bei einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden, wodurch erlaubt wird, dass mehrere oder alle Formationsfluide als Dämpfe gefördert werden. Daher kann das Hochtemperaturpumpen von Flüssigkeiten aus dem Förderschacht redu ziert oder im Wesentlichen eliminiert werden, was wiederum Förderkosten reduziert. Das Bereitstellen von Aufheizung an den oder durch die Förderschächte/n bringt mit sich, dass: (1) eine Kondensation und/oder Rückfluss von Förderfluid, wenn ein solches Förderfluid in dem Förderschacht in der Nähe des Deckgebirges strömt, verhindert wird/werden, (2) der Wärmeeintrag in eine Formation hinein erhöht wird, und/oder (3) die Durchlässigkeit der Formation am oder in der Nähe des Förderschachtes erhöht wird.
  • Da die Durchlässigkeit und/oder Porosität in der erhitzten Formation zunimmt/zunehmen, können geförderte Dämpfe mit relativ geringer Druckdifferenz beträchtliche Distanzen durch die Formationen strömen. Daher können in einigen Ausführungsformen Förderschächte in der Nähe einer oberen Fläche der Formation vorgesehen sein. Erhöhungen der Durchlässigkeit können aus einer Verringerung der Masse des erhitzten Teiles auf Grund von Verdampfung von Wasser, einer Entfernung von Kohlenwasserstoffen und/oder einem Erzeugen von Rissen resultieren. Auf diese Weise können Fluide leichter durch den erhitzten Teil strömen.
  • Zum Beispiel kann innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erzeugtes Fluid eine beträchtliche Distanz durch die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation als Dampf strömen. Eine solche beträchtliche Distanz kann z. B. etwa 50 m bis etwa 1000 m umfassen. Der Dampf kann über die beträchtliche Distanz auf Grund der Durchlässigkeit des erhitzten Teiles der Formation einen relativ geringen Druckabfall aufweisen. Darüber hinaus kann es auf Grund einer derartigen Durchlässigkeit notwendig sein, einen Förderschacht nur in jeder zweiten Wärmequelleneinheit, oder jeder dritten, vierten, fünften, sechsten Wärmequelleneinheit vorzusehen. Des Weiteren können sich, wie in 4 gezeigt, Förderschächte 206 durch eine Kohlen wasserstoff enthaltende Formation in der Nähe der Oberseite des erhitzten Teiles 208 erstrecken.
  • Ausführungsformen eines Förderschachtes 102 können Ventile umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie einen Druck von zumindest einem Teil der Formation ändern, aufrechterhalten und/oder steuern. Förderschächte können ausgekleidete Schächte sein, die Fördersiebe oder perforierte Auskleidungen neben den Förderzonen aufweisen können. Zusätzlich können die Förderschächte neben den Förderzonen von Sand, Kies oder anderem Dichtungsmaterial umgeben sein. Des Weiteren können Förderschächte 102 mit einem Behandlungsabschnitt 108 gekoppelt sein, wie in 3 gezeigt. Der Behandlungsabschnitt 108 kann eine beliebige der Oberflächenanlagen, wie hierin beschrieben, umfassen.
  • Darüber hinaus können Wasserpumpschächte oder Vakuumschächte ausgebildet sein, um flüssiges Wasser aus einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, der erhitzt werden soll, zu entfernen. Aus der Formation entferntes Wasser kann an der Oberfläche verwendet werden und/oder hinsichtlich Wasserqualität überwacht werden. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Wasserschächten eine ganze Formation, die erhitzt werden soll, oder einen Teil davon umgeben. Die Vielzahl von Wasserschächten kann in einem oder mehreren den Teil der Formation umgebenden Ring/en ausgebildet sein. Eine äußerste Reihe von Wasserschächten kann verhindern, dass eine signifikante Wassermenge in den Teil der Formation, der erhitzt werden soll, hinein strömt. Eine innerste Reihe von Wasserschächten kann Wasser, das die äußerste Reihe umgeht, daran hindern, in den Teil der Formation, der erhitzt werden soll, hinein strömt. Die innerste Reihe von Wasserschächten kann auch verhindern, dass Dampf aus einem erhitzten Teil der Formation nach außen in umgebende Teile der Formation hinein wandert. Auf diese Weise können die Wasserschächte Wärmeverlust an umgebende Teile der Formation verringern, können die Förderung von Dämpfen aus dem erhitzten Teil erhöhen, und können eine Verunreinigung eines Wasserspiegels in der Nähe des erhitzten Teiles der Formation verhindern. In einigen Ausführungsformen können Druckunterschiede zwischen aufeinander folgenden Reihen von Entwässerungsschächten minimiert (z. B. bei oder nahe Null gehalten) werden, um eine Grenze "keiner oder geringer Strömung" zwischen Reihen zu erzeugen.
  • In bestimmten Ausführungsformen können Schächte, die ursprünglich für einen Zweck verwendet wurden, später für einen oder mehrere Zwecke genutzt werden, wodurch zur Durchführung bestimmter Aufgaben erforderliche Projektkosten und/oder die Zeit verringert wird/werden. Zum Beispiel können Förderschächte (und unter bestimmten Umständen Heizschächte) zu Beginn als Entwässerungsschächte verwendet werden (z. B. bevor mit dem Aufheizen begonnen wird und/oder wenn das Aufheizen anfänglich begonnen wird). Darüber hinaus können Entwässerungsschächte unter bestimmten Umständen später als Förderschächte (und in einigen Fällen als Heizschächte) verwendet werden. Als solche können die Entwässerungsschächte derart angeordnet und/oder gestaltet sein, dass solche Schächte später als Förderschächte und/oder Heizschächte verwendet werden können. Die Heizschächte können derart angeordnet und/oder gestaltet sein, dass solche Schächte später als Förderschächte oder und/oder Entwässerungsschächte verwendet werden können. Die Förderschächte könne derart angeordnet und/oder gestaltet sein, dass solche Schächte später als Entwässerungsschächte und/oder Heizschächte verwendet werden können. In ähnlicher Weise können Einspritzschächte Schächte sein, die ursprünglich für andere Zwecke (z. B. Heizen, Fördern, Entwässern, Überwachen etc.) verwendet wurden, und Einspritzschächte können später für andere Zwecke verwendet werden. In ähnlicher Weise können Über wachungsschächte Schächte sein, die ursprünglich für andere Zwecke (z. B. Heizen, Fördern, Entwässern, Einspritzen etc.) verwendet wurden, und Überwachungssschächte können später für andere Zwecke verwendet werden.
  • 8 veranschaulicht ein Muster von Wärmequellen 400 und Förderschächten 402, das konfiguriert sein kann, um eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu behandeln. Die Wärmequellen 400 können in einer Wärmequelleneinheit, wie z. B. als dreieckiges Muster 401, angeordnet sein. Die Wärmequellen 400 können jedoch auch in einer Vielfalt von Mustern angeordnet sein, die Quadrate, Sechsecke und andere Polygone umfassen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Das Muster kann ein regelmäßiges Polygon umfassen, um ein gleichmäßiges Aufheizen durch zumindest den Teil der Formation, in dem die Wärmequellen angeordnet sind, zu fördern. Das Muster kann auch ein Leitungsverstärkungsmuster sein. Ein Leitungsverstärkungsmuster umfasst im Allgemeinen eine erste lineare Anordnung von Heizschächten, eine zweite lineare Anordnung von Heizschächten, und einen Förderschacht oder eine lineare Anordnung von Förderschächten zwischen der ersten und zweiten linearen Anordnung von Heizschächten.
  • Ein Abstand von einem Knoten eines Polygons zu einem Schwerpunkt des Polygons ist am kleinsten für ein dreiseitiges Polygon und nimmt mit steigender Anzahl der Polygonseiten zu. Der Abstand von einem Knoten zu dem Schwerpunkt für ein gleichseitiges Dreieck ist (Länge/2)/(Quadratwurzel (3)/2) oder 0,5774 Mal die Länge. Für ein Quadrat ist der Abstand von einem Knoten zu dem Schwerpunkt (Länge/2)/(Quadratwurzel (2)/2) oder 0,7071 Mal die Länge. Für ein Sechseck ist der Abstand von einem Knoten zu dem Schwerpunkt (Länge/2) (1/2) oder die Länge. Der Unterschied im Abstand zwischen eine Wärmequelle und einem Mittelpunkt zu einer zweiten Wärmequelle (Länge/2) und dem Ab stand von einer Wärmequelle zu dem Schwerpunkt für ein gleichseitiges Muster (0,5774 Mal die Länge) ist für das gleichseitige dreieckige Muster bedeutend kleiner als für jegliches Polygonmuster höherer Ordnung. Der kleine Unterschied bedeutet, dass sich eine Überlagerung von Hitze schneller entwickeln kann, und dass eine Formation zwischen Wärmequellen bei Verwendung eines gleichseitigen dreieckigen Musters gegenüber einem Polygonmuster höherer Ordnung auf eine wesentlich gleichmäßigere Temperatur ansteigen kann.
  • Dreieckige Muster neigen dazu, einen Teil der Formation im Vergleich zu anderen Mustern, wie z. B. Quadraten und/oder Sechsecken, mit einer gleichmäßigere Aufheizung zu versorgen. Dreieckige Muster neigen dazu, im Vergleich zu anderen Mustern, wie z. B. Quadraten und/oder Sechsecken, für ein rascheres Aufheizen auf eine vorbestimmte Temperatur zu sorgen. Dreieckige Muster können auch dazu führen, dass ein kleines Volumen des Teiles überhitzt wird. Eine Vielzahl von Einheiten von Wärmequellen, wie z. B. das dreieckige Muster 401, kann im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sein, um über einen Bereich der Formation ein wiederholtes Muster von Einheiten zu bilden. Zum Beispiel können die dreieckigen Muster 401 im Wesentlichen in einem wiederholten Muster von Einheiten angeordnet werden, indem eine Orientierung von benachbarten Dreiecken 401 umgedreht wird. Andere Muster von Wärmequellen 400 können ebenso derart angeordnet sein, dass kleinere Muster nebeneinander angeordnet sein können, um größere Muster zu bilden.
  • Förderschächte können in der Formation in einem wiederholten Muster von Einheiten angeordnet sein. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Förderschacht 402 in der Nähe einer Mitte eines jeden dritten in dem Muster angeordneten Dreiecks 401 angeordnet sein. Ein Förderschacht 402 kann jedoch in jedem Dreieck 401 oder innerhalb nur weniger Dreiecke angeordnet sein. Ein Förderschacht kann innerhalb eines jeden 13., 20. oder 30. Heizschachtdreiecks angeordnet sein. Zum Beispiel kann ein Verhältnis von Wärmequellen in dem wiederholten Muster von Einheiten zu Förderschächten in dem wiederholten Muster von Einheiten mehr als annähernd 5 (z. B. mehr als 6, 7, 8 oder 9) betragen. Darüber hinaus kann die Anordnung eines Förderschachtes 402 in Abhängigkeit von der durch eine oder mehrere Wärmequelle/n 400 erzeugten Hitze und den Eigenschaften der Formation (wie z. B. Durchlässigkeit) variieren. Des Weiteren können drei oder mehr Förderschächte innerhalb eines durch ein wiederholtes Muster von Einheiten definierten Bereiches angeordnet sein. Zum Beispiel können, wie in 8 gezeigt, die Förderschächte 410 innerhalb eines durch eine wiederholtes Muster von Einheiten 412 definierten Bereiches angeordnet sein. Die Förderschächte 410 können in der Formation in einer Einheit von Förderschächten angeordnet sein. Die Einheit von Förderschächten kann z. B. ein dreieckiges Muster sein. Die Förderschächte 410 können jedoch in einem anderen Muster innerhalb des wiederholten Musters von Einheiten 412 angeordnet sein.
  • Überdies kann ein Einspritzschacht oder können mehrere Einspritzschächte innerhalb eines wiederholten Musters von Einheiten angeordnet sein. Die Einspritzschächte können, wie hierin beschrieben, ausgebildet sein. Zum Beispiel können, wie in 8 gezeigt, Einspritzschächte 414 innerhalb eines durch ein wiederholtes Muster von Einheiten 416 definierten Bereiches angeordnet sein. Einspritzschächte 414 können auch in der Formation in einer Einheit von Einspritzschächten angeordnet sein. Die Einheit von Einspritzschächten kann z. B. ein dreieckiges Muster sein. Die Einspritzschächte 414 können jedoch in einem beliebigen Muster angeordnet sein, wie hierin beschrieben. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Förderschacht oder können mehrere Förderschächte und ein Einspritz schacht oder mehrere Einspritzschächte in einem wiederholten Muster von Einheiten angeordnet sein. Zum Beispiel können, wie in 8 gezeigt, Förderschächte 418 und Einspritzschächte 420 innerhalb eines durch ein wiederholtes Muster von Einheiten 422 definierten Bereiches angeordnet sein. Die Förderschächte 418 können in der Formation in einer Einheit von Förderschächten angeordnet sein, die in einem ersten dreieckigen Muster angeordnet sein kann. Zusätzlich können die Einspritzschächte 420 innerhalb der Formation in einer Einheit von Förderschächten, die in einem zweiten dreieckigen Muster angeordnet sein kann, angeordnet sein. Das erste dreieckige Muster kann sich von dem zweiten dreieckigen Muster wesentlich unterscheiden. Zum Beispiel können sich Bereiche, die durch die ersten und zweiten dreieckigen Muster definiert sind, wesentlich unterscheiden.
  • Darüber hinaus kann ein Überwachungsschacht oder können mehrere Überwachungsschächte innerhalb eines wiederholten Musters von Einheiten angeordnet sein. Die Überwachungsschächte können, wie hierin beschrieben, ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Schächte mit einer oder mehreren Vorrichtung/en ausgebildet sein, die eine Temperatur, einen Druck und/oder eine Eigenschaft eines Fluids misst/messen. In einigen Ausführungsformen können Messgeräte in Überwachungsschacht-Bohrlöchern angeordnet sein, um Eigenschaften innerhalb einer Formation zu messen. Die Messgeräte können nach Bedarf zu anderen Überwachungsschacht-Bohrlöchern transportiert werden. Die Überwachungsschacht-Bohrlöcher können ausgekleidete oder nicht-ausgekleidete Bohrlöcher sein. Wie in 8 gezeigt, können Überwachungsschächte 424 innerhalb eines durch ein wiederholtes Muster von Einheiten 426 definierten Bereiches angeordnet sein. Die Überwachungsschächte 424 können in der Formation in einer Einheit von Überwachungsschächten angeordnet sein, die in einem dreieckigen Muster angeordnet sein kann. Die Überwachungsschächte 424 können jedoch in einem beliebigen von den anderen Mustern innerhalb eines wiederholten Musters von Einheiten 426, wie hierin beschrieben, angeordnet sein.
  • Es versteht sich, dass ein geometrisches Muster von Wärmequellen 400 und Förderschächten 402 hierin beispielhaft beschrieben ist. Ein Muster von Wärmequellen und Förderschächten wird in vielen Fällen, in Abhängigkeit von z. B. dem Typ der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die behandelt werden soll, variieren. Zum Beispiel können für relativ dünne Schichten Heizschächte entlang einer oder mehrerer Schichten entlang eines Streichens oder Gefälles ausgerichtet sein. Für relativ mächtige Schichten können Wärmequellen unter einem Winkel zu einer oder mehreren Schicht/en angeordnet sein (z. B. orthogonal oder diagonal).
  • Ein dreieckiges Muster von Wärmequellen kann ausgebildet sein, um eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation mit einer Mächtigkeit von etwa 10 Metern oder mehr zu behandeln. Für eine geringmächtige Kohlenwasserstoff enthaltende Formation, z. B. etwa 10 Meter mächtig oder weniger, kann ein Linien- und/oder Zickzack-Muster von Wärmequellen ausgebildet sein, um die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu behandeln.
  • Für bestimmte geringermächtige Formationen können Wärmequellen näher an einem Rand der Formation angeordnet werden (z. B. in einer Zickzack-Linie anstatt einer Linie in der Mitte der Formation), um die Menge an geförderten Kohlenwasserstoffen je Einheit Energiezufuhr zu erhöhen. Ein Teil der zugeführten Aufheizenergie kann eine keinen Kohlenwasserstoff enthaltende Formation erhitzen, aber das Zickzack-Muster kann eine Überlagerung von Hitze zulassen, um einen Großteil der Kohlenwasserstoffformation auf Pyrolysetemperaturen zu erhitzen. Wenn die geringmächtige Formation erhitzt wird, indem sie (die Wärme quelle) in der Formation entlang einer Mitte der Mächtigkeit angeordnet wird, kann ein bedeutender Teil der die Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation nicht auf Pyrolysetemperaturen erhitzt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Anordnen von Heizschächten näher an einem Rand der Formation das Volumen der Formation, das einer Pyrolyse unterzogen wird, je Einheit Energiezufuhr erhöhen.
  • Zusätzlich kann die Anordnung eines Förderschachtes 402 innerhalb eines Musters von Wärmequellen 400 z. B. durch eine gewünschte Aufheizgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, eine Aufheizgeschwindigkeit der Wärmequellen, die Art der verwendeten Wärmequellen, den Typ der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation (und ihre Mächtigkeit), die Zusammensetzung der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die gewünschte Zusammensetzung, die aus der Formation gefördert werden soll und/oder eine gewünschte Fördergeschwindigkeit bestimmt werden. Ein genaues Anordnen von Heizschächten, Förderschächten etc. wird abhängig sein von Variablen, die für die Formation spezifisch sind (z. B. Mächtigkeit der Schicht, Zusammensetzung der Schicht etc.), der Projektwirtschaftlichkeit etc. In bestimmten Ausführungsformen können Heizschächte im Wesentlichen horizontal stehen, während Förderschächte vertikal stehen können, oder umgekehrt.
  • Jeder beliebige der hierin beschriebenen Schächte kann entlang eines Gefälles oder Streichens ausgerichtet oder unter einem Winkel zwischen Gefälle und Streichen orientiert sein.
  • Der Abstand zwischen Wärmequellen kann, in Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren, die den Typ der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die vorbestimmte Aufheizgeschwindigkeit, und/oder die vorbestimmte Durchschnittstemperatur, die innerhalb des erhitzten Teiles erhalten werden soll, umfassen können, aber nicht darauf beschränkt sind, ebenfalls variieren. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen Wärmequellen innerhalb eines Bereiches von etwa 5 m bis etwa 25 m liegen. Alternativ kann der Abstand zwischen Wärmequellen innerhalb eines Bereiches von etwa 8 m bis etwa 15 m liegen.
  • Der Abstand zwischen Wärmequellen kann die Zusammensetzung von Fluiden, die aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördert werden, beeinflussen. In einer Ausführungsform kann ein computerimplementiertes Verfahren verwendet werden, um die optimalen Wärmequellenabstände innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu bestimmen. Zum Beispiel kann normalerweise zumindest eine Eigenschaft eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gemessen werden. Die gemessene Eigenschaft kann die Vitrinit-Reflexion, den Wasserstoffgehalt, das atomare Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis, den Sauerstoffgehalt, das atomare Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis, den Wassergehalt, die Mächtigkeit der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, und/oder das Ausmaß der Schichtung der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in getrennte Schichten aus Fels und Kohlenwasserstoffen, umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann ein computerimplementiertes Verfahren die Bereitstellung von zumindest einer gemessenen Eigenschaft an ein Computersystem umfassen. Ein Satz oder mehrere Sätze von Wärmequellenabständen in der Formation kann/können ebenfalls an das Computersystem bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein Abstand zwischen Wärmequellen geringer sein als etwa 30 m. Alternativ kann ein Abstand zwischen Wärmequellen geringer sein als etwa 15 m.
  • Das Verfahren kann auch die Bestimmung von Eigenschaften aus dem Teil geförderter Fluide als Funktion der Zeit für jeden Satz von Wärmequellenabständen umfassen. Die geförderten Fluide umfassen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Formationsfluide, wie z. B. Pyrolysefluide und Synthesegas. Die bestimmten Eigenschaften können den API-Grad, die Verteilung der Kohlenstoffzahl, den Olefingehalt, den Wasserstoffgehalt, den Kohlenstoffmonoxidgehalt und/oder den Kohlenstoffdioxidgehalt umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Der bestimmte Satz von Eigenschaften des geförderten Fluids kann mit einem Satz ausgewählter Eigenschaften eines geförderten Fluids verglichen werden. Auf diese Weise können Sätze von Eigenschaften, die mit dem Satz ausgewählter Eigenschaften übereinstimmen, bestimmt werden. Des Weiteren können Wärmequellenabstände mit Wärmequellenabständen, die gewünschten Eigenschaften zugehörig sind, angepasst werden.
  • Eine Einheitenzelle 404 wird oft eine Anzahl von Wärmequellen 400 umfassen, die innerhalb einer Formation um jeden Förderschacht 402 herum angeordnet sind. Ein Bereich einer Einheitenzelle 404 kann durch Mittellinien 406 bestimmt werden, die äquidistant und senkrecht zu einer zwei Förderschächte 402 verbindenden Linie stehen können. Scheitelpunkte 408 der Einheitenzelle können am Schnittpunkt zweier Mittellinien 406 zwischen Förderschächten 402 liegen. Die Wärmequellen 400 können in jeder beliebigen Anordnung innerhalb des Bereiches der Einheitenzelle 404 angeordnet sein. Zum Beispiel können die Wärmequellen 400 innerhalb der Formation derart angeordnet sein, dass der Abstand zwischen jeder Wärmequelle um weniger als ca. 10%, 20% oder 30% schwankt. Zusätzlich können die Wärmequellen 400 derart angeordnet sein, dass ein annähernd gleicher Abstand zwischen jeder von den Wärmequellen besteht. In Abhängigkeit von z. B. einer Aufheizgeschwindigkeit einer jeden Wärmequelle können jedoch andere Anordnungen von Wärmequellen 400 innerhalb der Einheitenzelle 404 verwendet werden. Ein Verhältnis von Wärmequellen 400 zu Förderschächten 402 kann durch Zählen der Anzahl der Wärmequellen 400 und der Förderschächte 402 innerhalb der Einheitenzelle 404 oder über das gesamte Feld bestimmt werden.
  • 9 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Einheitenzelle 404. Die Einheitenzelle 404 umfasst Wärmequellen 400 und Förderschächte 402. Die Einheitenzelle 404 kann sechs ganze Wärmequellen 400a und sechs anteilige Wärmequellen 400b umfassen. Die ganzen Wärmequellen 400a können näher an dem Förderschacht 402 liegen als die anteiligen Wärmequellen 400b. Zusätzlich kann eine Gesamtheit einer jeden der ganzen Wärmequellen 400 innerhalb der Einheitenzelle 404 angeordnet sein. Die anteiligen Wärmequellen 400b können zum Teil innerhalb der Einheitenzelle 404 angeordnet sein. Nur ein Teil einer innerhalb der Einheitenzelle 404 angeordneten Wärmequelle 400b kann konfiguriert sein, um Hitze an einen innerhalb der Einheitenzelle 404 angeordneten Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation bereitzustellen. Ein restlicher Teil der Wärmequelle 400b, der außerhalb der Einheitenzelle 404 angeordnet ist, kann so konfiguriert sein, dass er Hitze an einen restlichen Teil der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation außerhalb der Einheitenzelle 404 bereitstellt. Daher kann zur Bestimmung einer Anzahl von Wärmequellen innerhalb einer Einheitenzelle 404 die anteilige Wärmequelle 400b als eine Hälfte von ganzen Wärmequellen 400 gezählt werden. In weiteren Einheitenzellen-Ausführungsformen können andere Bruchteile als 1/2 (z. B. 1/3), die von einer anteiligen Wärmequelle auf einen Teil aufgebrachte Wärmemenge genauer beschreiben.
  • Die Gesamtzahl von Wärmequellen 400 in der Einheitenzelle 404 kann sechs ganze Wärmequellen 400a, von denen eine jede als eine Wärmequelle gezählt wird, und sechs anteilige Wärmequellen 400b, von denen eine jede als eine halbe Wärmequelle gezählt wird, umfassen. Daher kann ein Verhältnis der Wärmequel len 400 zu den Förderschächten 402 in der Einheitenzelle 404 als 9:1 bestimmt werden. Ein Verhältnis von Wärmequellen zu Förderschächten kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. der gewünschten Aufheizgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, der Aufheizgeschwindigkeit der Wärmequellen, dem Wärmequellentyp, dem Typ der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, der Zusammensetzung der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, der gewünschten Zusammensetzung des geförderten Fluids, und/oder der gewünschten Förderrate variieren. Wenn je Einheitenbereich mehr Wärmequellenschächte vorgesehen sind, so wird dies ein schnelleres Aufheizen des vorbestimmten Teiles und somit das Beschleunigen des Anfangs der Förderung erlauben, die Installation von mehr Wärmequellen wird jedoch im Allgemeinen mehr Geld kosten. Ein geeignetes Verhältnis von Wärmequellen zu Förderschächten kann auch Verhältnisse umfassen, die höher als etwa 5:1 sind, sowie Verhältnisse, die höher als etwa 7:1 sind. In einigen Ausführungsformen kann ein geeignetes Verhältnis von Wärmequellen zu Förderschächten auch etwa 10:1, 20:1, 50:1 oder höher sein. Wenn höhere Verhältnisse verwendet werden, bringt dies eine Senkung von Projektkosten mit sich, da weniger Schächte und Ausrüstung benötigt werden.
  • Ein "vorbestimmter Abschnitt" würde im Allgemeinen das Formationsvolumen sein, das sich innerhalb eines durch die Anordnung der äußersten Wärmequellen (unter der Annahme, dass man die Formation von oben betrachtet) definierten Umkreises befindet. Wenn z. B. vier Wärmequellen in einem einzelnen quadratischen Muster mit einer Fläche von etwa 100 m2 angeordnet wären (wobei jede Quelle an einer Ecke des Quadrates angeordnet ist), und wenn die Formation eine durchschnittliche Mächtigkeit von etwa 5 m über diese Fläche aufweisen würde, dann würde der vorbestimmte Abschnitt ein Volumen von etwa 500 m3 einnehmen (d. h. die Fläche multipliziert mit der durch schnittlichen Mächtigkeit der Formation über die Fläche). In vielen kommerziellen Anwendungen ist es vorgesehen, dass viele (z. B. hunderte oder tausende) Wärmequellen nebeneinander liegen würden, um einen vorbestimmten Abschnitt zu erhitzen, und daher würden in solchen Fällen nur die äußersten Wärmequellen (d. h. der "Rand") den Umkreis des vorbestimmten Abschnittes definieren.
  • Eine Wärmequelle kann eine elektrische Heizeinrichtung oder eine Combustor-Heizeinrichtung umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Die elektrische Heizeinrichtung kann einen isolierten Leiter, ein lang gestrecktes in der Öffnung angeordnetes Element, und/oder einen in einer Leitung angeordneten Leiter umfassen. Eine derartige elektrische Heizeinrichtung kann gemäß einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert sein.
  • In einer Ausführungsform kann eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation mit einem in der Formation angeordneten frei verteilten Combustor-System erhitzt werden. Die erzeugte Hitze kann an einen vorbestimmten Abschnitt der Formation übertragen werden, um diesen zu erhitzen.
  • Eine zur Unterstützung einer Oxidation ausreichende Temperatur kann z. B. zumindest etwa 200°C oder 250°C betragen. Die zur Unterstützung einer Oxidation ausreichende Temperatur wird jedoch, in Abhängigkeit von z. B. einer Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, einem Wassergehalt der Formation, und/oder dem Typ und der Menge des Oxidationsmittels, zu Schwankungen neigen. Vor dem Erhitzen kann etwas Wasser aus der Formation entfernt werden. Zum Beispiel kann das Wasser durch Entwässerungsschächte aus der Formation gepumpt werden. Der erhitzte Teil der Formation kann in der Nähe oder im Wesentlichen neben einer Öffnung in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation liegen. Die Öffnung in der Formation kann ein in der Formation ausgebildeter Heizschacht sein. Der Heizschacht kann wie in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Der erhitzte Teil der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann sich radial von der Öffnung zu einer Breite von etwa 0,3 m bis etwa 1,2 m erstrecken. Die Breite kann jedoch auch weniger als etwa 0,9 m betragen. Eine Breite des erhitzten Teiles kann schwanken. In bestimmten Ausführungsformen wird die Schwankung z. B. von einer Breite, die erforderlich ist, damit während der Oxidation von Kohlenstoff ausreichend Hitze erzeugt wird, um die Oxidationsreaktion zu unterhalten, ohne Hitze von einer zusätzlichen Wärmequelle bereitzustellen, abhängig sein.
  • Nachdem der Teil der Formation eine Temperatur erreicht, die ausreichend ist, um eine Oxidation zu unterstützen, kann ein oxidierendes Fluid in die Öffnung bereitgestellt werden, um zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe an einer Reaktionszone oder einer Wärmequellenzone innerhalb der Formation zu oxidieren. Eine Oxidation der Kohlenwasserstoffe wird an der Reaktionszone Hitze erzeugen. Die erzeugte Hitze wird in den meisten Ausführungsformen von der Reaktionszone zu einer Pyrolysezone in der Formation übertragen werden. In bestimmten Ausführungsformen wird die erzeugte Hitze mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 650 Watt pro Meter gemessen entlang einer Tiefe der Reaktionszone, und/oder 1650 Watt pro Meter gemessen entlang einer Tiefe der Reaktionszone übertragen. Bei einer Oxidation von zumindest einigen Kohlenwasserstoffen in der Formation kann die an die Heizeinrichtung gelieferte Energie zum anfänglichen Erhitzen reduziert werden, oder kann abgestellt werden. Als solche können Kosten für zugeführte Energie deutlich reduziert werden, wodurch ein deutlich wirksameres System zum Erhitzen der Formation bereitgestellt wird.
  • In einer Ausführungsform kann eine Leitung in der Öffnung angeordnet sein, um das oxidierende Fluid in die Öffnung bereitzustellen. Die Leitung kann Strömungsöffnungen oder andere Strömungssteuerungsmechanismen (z. B. Schlitze, Venturi-Messer, Ventile etc.) aufweisen, damit das oxidierende Fluid in die Öffnung eintreten kann. Der Ausdruck "Öffnungen" umfasst Öffnungen mit einer breiten Vielfalt von Querschnittsformen, die Kreise, Eiformen, Quadrate, Rechtecke, Dreiecke, Schlitze oder andere regelmäßige oder unregelmäßige Formen umfassen können, aber nicht darauf beschränkt sind. Die Strömungsöffnungen können in einigen Ausführungsformen kritische Strömungsöffnungen sein. Die Strömungsöffnungen können so ausgebildet sein, dass sie eine im Wesentlichen konstante Strömung aus oxidierendem Fluid in die Öffnung hinein bereitstellen, unabhängig vom Druck in der Öffnung.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Zahl der Strömungsöffnungen, die in der Leitung ausgebildet oder an diese gekoppelt sein können, durch den Durchmesser der Öffnungen und einen gewünschten Abstand zwischen Öffnungen für eine Länge der Leitung begrenzt sein. Zum Beispiel kann die Anzahl an Strömungsöffnungen zunehmen, wenn der Durchmesser der Öffnungen abnimmt, und umgekehrt. Zusätzlich kann die Anzahl an Strömungsöffnungen abnehmen, wenn der gewünschte Abstand zunimmt, und umgekehrt. Der Durchmesser der Öffnungen kann z. B. durch einen Druck in der Leitung und/oder eine gewünschte Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden. Zum Beispiel kann für eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1,7 Normkubikmeter pro Minute und einen Druck von etwa 7 bar absolut ein Öffnungsdurchmesser etwa 1,3 mm betragen, mit einem Abstand zwischen Öffnungen von etwa 2 m.
  • Öffnungen mit kleinerem Durchmesser können auf Grund von z. B. Fluidverunreinigung in der Öffnung oder Feststoffablagerung innerhalb oder in der Nähe der Öffnungen leichter verstopfen als Öffnungen mit größerem Durchmesser. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl und der Durchmesser der Öffnungen derart gewählt sein, dass ein gleichmäßigeres oder nahezu gleichförmiges Aufheizprofil entlang einer Tiefe der Formation innerhalb der Öffnung erhalten wird. Zum Beispiel kann eine Tiefe einer erhitzten Formation, die ein annähernd gleichförmiges Aufheizprofil aufweisen soll, mehr als etwa 300 m oder sogar mehr als etwa 600 m betragen. Eine solche Tiefe kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. einem Formationstyp, der erhitzt werden soll, und/oder einer gewünschten Förderrate variieren.
  • In einigen Ausführungsformen können Strömungsöffnungen in einem spiralförmigen Muster um die Leitung innerhalb der Öffnung herum angeordnet sein. Die Strömungsöffnungen können um etwa 0,3 m bis etwa 3 m zwischen Öffnungen in dem spiralförmigen Muster beabstandet sein. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand etwa 1 m bis 2 m, oder z. B. etwa 1,5 m betragen.
  • Die Strömung des oxidierenden Fluids in die Öffnung hinein kann derart gesteuert sein, dass eine Oxidationsgeschwindigkeit an der Reaktionszone gesteuert wird. Eine Wärmeübertragung zwischen einströmendem Oxidationsmittel und ausströmenden Oxidationsprodukten kann das oxidierende Fluid erhitzen. Die Wärmeübertragung kann die Leitung auch unterhalb einer maximalen Betriebstemperatur der Leitung halten.
  • 10 veranschaulicht eine Ausführungsform eines frei verteilten Combustors, der so ausgebildet ist, dass er eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation erhitzt. Eine Leitung 512 kann in eine Öffnung 514 in einer Formation 516 hinein angeordnet sein. Die Leitung 512 kann eine innere Leitung 513 aufweisen. Eine Quelle 508 oxidierenden Fluids kann oxidierendes Fluid 517 in die innere Leitung 512 hinein bereitstellen. Die innere Leitung 513 kann entlang ihrer Länge kritische Strömungsöffnungen 515 aufweisen. Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können in einem spiralförmigen Muster (oder einem beliebigen anderen Muster) entlang einer Länge der inneren Leitung 513 in der Öffnung 514 angeordnet sein. Zum Beispiel können die kritischen Strömungsöffnungen 515 in einem spiralförmigen Muster mit einem Abstand von etwa 1 m bis etwa 2,5 m zwischen benachbarten Öffnungen angeordnet sein. Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können ferner wie hierin beschrieben ausgebildet sein. Die innere Leitung 513 kann an der Unterseite abgedichtet sein. Das oxidierende Fluid 517 kann durch die kritischen Strömungsöffnungen 515 der inneren Leitung 513 in die Öffnung 514 hinein bereitgestellt werden.
  • Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können derart ausgeführt sein, dass im Wesentlichen die selbe Strömungsgeschwindigkeit von oxidierendem Fluid 517 durch jede kritische Strömungsöffnung bereitgestellt wird. Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können auch eine im Wesentlichen gleichförmige Strömung von oxidierendem Fluid 517 entlang einer Länge der Leitung 512 bereitstellen. Eine solche Strömung kann für ein im Wesentlichen gleichmäßiges Erhitzen der Formation 516 entlang der Länge der Leitung 512 sorgen.
  • Dichtungsmaterial 542 kann die Leitung 512 in einem Deckgebirge 540 der Formation einschließen. Das Dichtungsmaterial 542 kann ein Strömen von Fluiden aus der Öffnung 514 zur Oberfläche 550 im Wesentlichen verhindern. Das Dichtungsmaterial 542 kann jedes beliebige Material umfassen, das ein Strömen von Fluiden zur Oberfläche 550 verhindern kann, wie z. B. Zement, Sand und/oder Kies. Typischerweise verbleibt in der Abdichtung eine Leitung oder eine Öffnung, die einen Weg bereitstellt, damit Oxidationsprodukte die Oberfläche erreichen können.
  • Oxidationsprodukte 519 treten typischerweise aus der Öffnung 514 in die Leitung 512 ein. Die Oxidationsprodukte 515 können Kohlenstoffdioxid, Stickoxide, Schwefeloxide, Kohlenstoffmonoxid, und/oder weitere aus einer Reaktion von Sauerstoff mit Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoff resultierende Produkte umfassen. Die Oxidationsprodukte 519 können durch die Leitung 512 zur Oberfläche 550 entfernt werden. Ein Oxidationsprodukt 519 kann entlang einer Fläche einer Reaktionszone 524 in der Öffnung 514 bis nahe an ein oberes Ende der Öffnung 514 strömen, wo das Oxidationsprodukt 519 in die Leitung 512 hinein strömen kann. Die Oxidationsprodukte 519 können auch durch eine oder mehrere in der Öffnung 514 und/oder in der Formation 516 angeordnete Leitung/en entfernt werden.
  • Eine Strömungsgeschwindigkeit eines Oxidationsproduktes 519 kann mit einer Strömungsgeschwindigkeit von oxidierendem Fluid 517 derart abgeglichen werden, dass innerhalb der Öffnung 514 ein im Wesentlichen konstanter Druck aufrechterhalten wird. Für eine 100 m Länge eines erhitzten Abschnittes kann eine Strömungsgeschwindigkeit von oxidierendem Fluid zwischen etwa 0,5 Normkubikmeter pro Minute bis etwa 5 Normkubikmeter pro Minute, oder etwa 1,0 Normkubikmeter pro Minute bis etwa 4,0 Normkubikmeter pro Minute liegen, oder z. B. etwa 1,7 Normkubikmeter pro Minute betragen. Eine Strömungsgeschwindigkeit von oxidierendem Fluid in die Formation hinein kann während des Betriebes schrittweise erhöht werden, um einer Expansion der Reaktionszone entgegenzukommen. Ein Druck in der Öffnung kann z. B. etwa 8 bar absolut betragen. Das oxidierende Fluid 517 kann zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in einem Teil 518 der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 516 an der Reaktionszone 524 oxidieren. Der erhitzte Teil 518 kann zu Beginn durch eine elektrische Heizeinrichtung, wie in 14 gezeigt, oder durch ein beliebiges anderes hierin beschriebenes geeignetes System oder Verfahren, auf eine Temperatur er hitzt worden sein, die ausreichend ist, um eine Oxidation zu unterstützen. In einigen Ausführungsformen kann eine elektrische Heizeinrichtung im Inneren einer Leitung 513 angeordnet oder an deren Außenseite geschnallt werden.
  • In bestimmten Ausführungsformen ist es von Vorteil, den Druck innerhalb der Öffnung 514 derart zu steuern, dass ein Oxidationsprodukt und/oder oxidierende Fluide daran gehindert werden, in die Pyrolysezone der Formation hinein zu strömen. In einigen Fällen wird der Druck innerhalb der Öffnung 514 mit dem Druck innerhalb der Formation ins Gleichgewicht gebracht, um dies zu bewerkstelligen.
  • Obwohl die Hitze aus der Oxidation zu der Formation übertragen wird, kann ein Oxidationsprodukt 519 (und überschüssiges Oxidationsfluid, wie z. B. Luft) im Wesentlichen daran gehindert werden, durch die Formation und/oder zu einem Förderschacht innerhalb der Formation 516 zu strömen. Stattdessen wird das Oxidationsprodukt 519 (und überschüssiges Oxidationsfluid) entfernt (z. B. durch eine Leitung, wie z. B. die Leitung 512), wie hierin beschrieben ist. Auf diese Weise wird Hitze aus der Oxidation zu der Formation übertragen, aber es kann im Wesentlichen verhindert und/oder vermieden werden, dass die Pyrolysezone dem Oxidationsprodukt 519 und/oder Oxidationsfluid ausgesetzt ist.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann in der Reaktionszone 524 zusätzlich zum Kohlenstoff auch etwas Pyrolyseprodukt in der Nähe der Reaktionszone 524 oxidiert werden. Eine Oxidation des Pyrolyseproduktes in der Reaktionszone 524 kann eine zusätzliche Erhitzung der Formation 516 bereitstellen. Wenn eine solche Oxidation von Pyrolyseprodukt erfolgt, ist es wünschenswert, ein Oxidationsprodukt aus einer solchen Oxidation in der Nähe der Reaktionszone zu entfernen (z. B. durch eine Leitung, wie z. B. die Leitung 512), wie hierin beschrieben, wodurch eine Verunreinigung anderer Pyrolyseprodukte in der Formation mit Oxidationsprodukt verhindert wird.
  • Die Leitung 512 kann so konfiguriert sein, dass sie das Oxidationsprodukt 519 aus der Öffnung 514 in der Formation 516 entfernt. Das oxidierende Fluid 517 als solches kann in der inneren Leitung 513 durch Wärmeaustausch in dem Deckgebirgeabschnitt 540 von dem Oxidationsprodukt 519 in der Leitung 512 erhitzt werden. Das Oxidationsprodukt 519 kann durch Wärmeübertragung zu dem oxidierendem Fluid 517 abgekühlt werden. Auf diese Weise kann die Oxidation von Kohlenwasserstoffen innerhalb der Formation 516 thermisch wirksamer sein.
  • Ein oxidierendes Fluid kann durch Gasphasendiffusion und/oder Konvektion durch die Reaktionszone 524 oder Wärmequellenzone transportiert werden. Eine Diffusion des oxidierenden Fluids 517 durch die Reaktionszone 524 kann bei den relativ hohen Oxidationstemperaturen wirkungsvoller sein. Eine Diffusion des oxidierenden Fluids 517 kann die Entwicklung einer lokalen Überhitzung und Fingerbildung in der Formation verhindern. Eine Diffusion von oxidierendem Fluid 517 durch die Formation 516 ist im Allgemeinen ein Stoffaustauschvorgang. In Abwesenheit einer äußeren Kraft kann eine Diffusionsgeschwindigkeit für ein oxidierendes Fluid 517 von Konzentration, Druck und/oder Temperatur des oxidierenden Fluids 517 innerhalb der Formation 516 abhängig sein. Die Diffusionsgeschwindigkeit kann auch vom Diffusionskoeffizienten des oxidierenden Fluids 517 durch die Formation 516 abhängig sein. Der Diffusionskoeffizient kann durch Messen oder Berechnung auf Basis der kinetischen Gastheorie bestimmt werden. Im Allgemeinen kann eine zufällige Bewegung eines oxidierenden Fluids 517 ein oxidierendes Fluid 517 durch eine Formation 516 aus einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration übertragen.
  • Im Laufe der Zeit kann sich eine Reaktionszone 524 von der Öffnung 514 langsam radial zu größeren Durchmessern ausdehnen, während Kohlenwasserstoffe oxidiert werden. Die Reaktionszone 524 kann in vielen Ausführungsformen eine relativ konstante Breite beibehalten. Zum Beispiel kann sich eine Reaktionszone 524 mit einer Geschwindigkeit von weniger als etwa 0,91 m im Jahr für eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation radial ausdehnen. Zum Beispiel kann sich eine Reaktionszone 524 für eine Kohle enthaltende Formation mit einer Geschwindigkeit von zwischen etwa 0,5 m im Jahr bis etwa 1 m im Jahr radial ausdehnen. Für eine Ölschiefer enthaltende Formation kann sich eine Reaktionszone 524 im ersten Jahr um etwa 2 m und in nachfolgenden Jahren, auf Grund einer Zunahme eines Volumens einer Reaktionszone 524, während sich die Reaktionszone 524 radial ausdehnt, mit einer niedrigeren Geschwindigkeit radial ausdehnen. Solch eine niedrige Geschwindigkeit kann etwa 1 m im Jahr bis etwa 1,5 m im Jahr betragen. Eine Reaktionszone 524 für kohlenwasserstoffreiche Formationen (z. B. Kohle) kann sich mit niedrigeren Geschwindigkeiten und für Formationen mit mehr anorganischen Stoffen darin (z. B. Ölschiefer) mit schnelleren Geschwindigkeiten ausdehnen, da in der kohlenwasserstoffreichen Formation mehr Kohlenwasserstoffe pro Volumen für eine Verbrennung zur Verfügung stehen.
  • Eine Strömungsgeschwindigkeit von oxidierendem Fluid 517 in eine Öffnung 514 hinein kann mit einer Vergrößerung eines Durchmessers einer Reaktionszone 524 erhöht werden, um die Oxidationsgeschwindigkeit je Volumeneinheit in einem im Wesentlichen stationären Zustand zu erhalten. Somit kann eine Temperatur innerhalb einer Reaktionszone 524 in einigen Ausführungsformen im Wesentlichen konstant gehalten werden. Die Temperatur innerhalb einer Reaktionszone 524 kann zwischen etwa 650°C bis etwa 900°C oder z. B. etwa 760°C betragen. Die Temperatur kann unterhalb einer Temperatur gehalten werden, die in einer Erzeugung von Stickoxiden (NOx) resultiert.
  • Die Temperatur innerhalb einer Reaktionszone 524 kann in Abhängigkeit von z. B. einer gewünschten Aufheizgeschwindigkeit eines vorbestimmten Abschnittes 526 schwanken. Die Temperatur innerhalb einer Reaktionszone 524 kann durch Erhöhen bzw. Verringern einer Strömungsgeschwindigkeit eines oxidierenden Fluids 517 in die Öffnung 514 hinein erhöht oder herabgesetzt werden. Eine Temperatur einer Leitung 512, einer inneren Leitung 513 und/oder irgendwelcher metallischer Materialien innerhalb der Öffnung 514 wird typischerweise eine maximale Betriebstemperatur des Materials nicht überschreiten. Durch Halten der Temperatur unterhalb der maximale Betriebstemperatur eines Materials kann eine übermäßige Deformation und/oder Korrosion des Materials verhindert werden.
  • Eine Erhöhung des Durchmessers der Reaktionszone 524 kann ein relativ rasches Erhitzen der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 516 zulassen. Wenn der Durchmesser der Reaktionszone 524 zunimmt, kann eine in der Zeit erzeugte Wärmemenge in der Reaktionszone 524 ebenfalls zunehmen. Eine Erhöhung einer in der Reaktionszone in der Zeit erzeugten Wärmemenge wird in vielen Fällen die Aufheizgeschwindigkeit der Formation 516 über eine Zeitperiode erhöhen, selbst ohne eine Erhöhung der Temperatur in der Reaktionszone oder der Temperatur an der Leitung 513. Somit kann eine erhöhte Erhitzung über die Zeit erreicht werden, ohne zusätzliche Wärmequellen zu installieren und ohne die Temperaturen neben den Bohrlöchern zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen können die Aufheizgeschwindigkeiten erhöht werden, während man die Temperaturen abnehmen lässt (dass man die Temperaturen abnehmen läßt, kann oft die Haltbarkeit der verwendeten Ausrüstung erhöhen).
  • Durch Nutzung des Kohlenstoffes in der Formation als Brennstoff kann der frei verteilte Combustor deutlich Energiekosten sparen. Somit kann ein wirtschaftliches Verfahren zum Erhitzen von Formationen bereitgestellt werden, das anderseits zum Erhitzen durch andere Verfahren wirtschaftlich ungeeignet sein kann. Es können auch weniger Heizeinrichtungen über einen ausgedehnten Bereich einer Formation angeordnet werden. Dies kann für reduzierte Ausrüstungskosten im Zusammenhang mit dem Erhitzen einer Formation 516 sorgen.
  • Die an einer Reaktionszone 524 erzeugte Hitze kann durch Wärmeleitung zu einem vorbestimmten Abschnitt 526 einer Formation 516 übertragen werden. Zusätzlich kann erzeugte Hitze durch Konvektionswärmeübertragung in einem geringeren Ausmaß von einer Reaktionszone zu dem vorbestimmten Abschnitt übertragen werden. Der vorbestimmte Abschnitt 526, manchmal hierin als "Pyrolysezone" bezeichnet, kann im Wesentlichen neben der Reaktionszone 524 liegen. Da Oxidationsprodukt (und überschüssiges oxidierendes Fluid, wie z. B. Luft) typischerweise aus der Reaktionszone entfernt wird, kann die Pyrolysezone Hitze aus der Reaktionszone aufnehmen, ohne dem Oxidationsprodukt oder Oxidationsmitteln, die sich in der Reaktionszone befinden, ausgesetzt zu sein. Oxidationsprodukt und/oder Oxidationsfluide können die Bildung unerwünschter Formationsprodukte bewirken, wenn sie in der Pyrolysezone vorhanden sind. Zum Beispiel ist es in bestimmten Ausführungsformen wünschenswert, die Pyrolyse in einer reduzierenden Umgebung durchzuführen. Somit ist es oft von Nutzen, eine Übertragung von Hitze von der Reaktionszone zu der Pyrolysezone zuzulassen, während verhindert oder vermieden wird, dass Oxidationsprodukt und/oder Oxidationsfluid die Pyrolysezone erreicht.
  • Die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen oder andere wärmegesteuerte Vorgänge kann/können in dem erhitzten vorbestimmten Abschnitt 526 erfolgen. Der vorbestimmte Abschnitt 526 kann sich für eine Pyrolyse auf einer Temperatur zwischen etwa 270°C bis etwa 400°C befinden. Die Temperatur des vorbestimmten Abschnittes 526 kann durch Wärmeübertragung aus der Reaktionszone 524 erhöht werden. Eine Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur kann wie in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen vorbestimmt werden. Ein Temperatur in der Formation 516, dem vorbestimmten Abschnitt 526 und/oder der Reaktionszone 524 kann derart gesteuert sein, dass eine Förderung von Stickoxiden im Wesentlichen verhindert wird. Stickoxide werden oft bei Temperaturen oberhalb von etwa 1200°C gefördert.
  • Eine Temperatur innerhalb einer Öffnung 514 kann mit einem in der Öffnung 514 angeordneten Thermoelement überwacht werden. Alternativ kann ein Thermoelement an der Leitung 512 angeordnet sein und/oder kann an einer Fläche der Reaktionszone 524 angeordnet sein, und eine Temperatur kann demgemäß überwacht werden. Die Temperatur in der Formation kann durch das Thermoelement überwacht werden, und die Energiezufuhr in die Formation oder das in die Formation eingeleitete Oxidationsmittel kann auf der Grundlage der überwachten Temperatur derart gesteuert sein, dass die Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird. Ein vorbestimmter Bereich kann in Abhängigkeit von z. B. einer gewünschten Aufheizgeschwindigkeit der Formation variieren. Wenn z. B. eine Temperatur innerhalb der Öffnung 514 unter einen vorbestimmten Temperaturbereich fällt, wird die Strömungsrate des oxidierenden Fluids 517 erhöht, um die Verbrennung zu erhöhen und dadurch die Temperatur innerhalb der Öffnung 514 zu erhöhen.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann/können ein oder mehrere frei verteilte Combustor/en entlang des Streichens und/oder horizontal angeordnet sein. Eine solche Vorgangsweise bewirkt eine Verringerung von Druckdifferenzen entlang der erhitzten Länge des Schachtes. Das Nichtvorhandensein von Druckdifferenzen kann ein Steuern der erzeugten Temperatur entlang einer Länge der Heizeinrichtung gleichmäßiger und einfacher steuerbar machen.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein Vorhandensein von Luft oder Sauerstoff (O2) in einem Oxidationsprodukt 519 überwacht werden. Alternativ kann eine Menge an Stickstoff, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Stickoxiden, Schwefeloxiden etc. in einem Oxidationsprodukt 519 überwacht werden. Eine Überwachung der Zusammensetzung und/oder Quantität eines Oxidationsproduktes 519 kann für die Wärmehaushalte, für die Verfahrensdiagnostik, für die Verfahrenssteuerung etc. von Nutzen sein.
  • 11 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Abschnittes eines Deckgebirges mit einem frei verteilten Combustor, wie in 10 beschrieben. Eine Deckgebirgeauskleidung 541 kann in einem Deckgebirge 540 einer Formation 516 angeordnet sein. Die Deckgebirgeauskleidung 541 kann im Wesentlichen von Materialien (z. B. ein Isoliermaterial wie Zement) umgeben sein, die im Wesentlichen eine Erwärmung des Deckgebirges 540 verhindern. Die Deckgebirgeauskleidung 541 kann aus einem metallischem Material, wie z. B. C-Stahl oder Edelstahl 304, bestehen, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Die Deckgebirgeauskleidung kann in einem Verstärkungsmaterial 544 in dem Deckgebirge 540 angeordnet sein. Das Verstärkungsmaterial 544 kann z. B. Zement, Sand, Beton etc. sein. Dichtungsmaterial 542 kann zwischen der Deckgebirgeauskleidung 541 und einer Öffnung 514 in der Formation angeordnet sein. Das Dichtungsmaterial 542 kann ein beliebiges, im Wesentlichen nicht poröses Material (z. B. Zement, Beton, Vergussmaterial etc.) sein. Das Dichtungsmaterial 542 kann ein Strömen von Fluid außerhalb der Leitung 512 und zwischen der Öffnung 514 und der Oberfläche 550 verhindern. Die innere Leitung 513 kann ein Fluid in die Öffnung 514 in der Formation 516 bereitstellen. Die Leitung 512 kann ein Verbrennungsprodukt (oder überschüssiges Oxidationsfluid) aus der Öffnung 514 in der Formation 516 entfernen. Der Durchmesser der Leitung 512 kann durch die Menge an erzeugtem Verbrennungsprodukt, das durch Oxidation in dem frei verteilten Combustor erzeugt wird, bestimmt werden. Zum Beispiel kann für eine größere Menge an Austragprodukt, das durch die frei verteilte Combustor-Heizeinrichtung erzeugt wird, ein größerer Durchmesser notwendig sein.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann zumindest ein Teil der Formation auf eine derartige Temperatur erhitzt werden, dass zumindest ein Teil der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu Koks und/oder Halbkoks umgewandelt werden kann. Koks und/oder Halbkoks kann/können bei Temperaturen oberhalb von etwa 400°C und bei einer hohen Aufheizgeschwindigkeit (z. B. mehr als 10°C/Tag) gebildet werden. In Anwesenheit eines oxidierenden Fluids wird der Koks oder Halbkoks oxidieren. Aus der Oxidation von Koks oder Halbkoks kann wie in einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen Hitze erzeugt werden.
  • 12 veranschaulicht eine Ausführungsform einer frei verteilten Combustor-Heizeinrichtung. Ein isolierter Leiter 562 kann mit einer Leitung 532 gekuppelt und in einer Öffnung 514 in einer Formation 516 angeordnet sein. Der isolierte Leiter 562 kann im Inneren der Leitung 532 angeordnet (wodurch eine Ziehen des isolierten Leiters 562 ermöglicht wird) oder alternativ mit einer Außenfläche der Leitung 532 gekuppelt sein. Ein derartiges Isoliermaterial kann z. B. Minerale, Keramik etc. umfassen. Die Leitung 532 kann kritische Strömungsöffnungen 515 aufweisen, die entlang ihrer Länge innerhalb der Öffnung 514 angeordnet sind. Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können, wie hierin beschrieben, konfiguriert sein. Elektrischer Strom kann an den isolierten Leiter 562 angelegt werden, um Strahlungshitze in der Öffnung 514 zu erzeugen. Die Leitung 532 kann so konfiguriert sein, dass sie als Stromrückführung dient. Der isolierte Leiter 562 kann so ausgebildet sein, dass er einen Teil 518 der Formation auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu unterstützen. Der Teil 518, die Reaktionszone 524 und der vorbestimmte Abschnitt 526 können Eigenschaften, wie hierin beschrieben, aufweisen. Eine solche Temperatur kann Temperaturen, wie hierin beschrieben, umfassen.
  • Eine Quelle 508 oxidierenden Fluids kann oxidierendes Fluid in die Leitung 532 hinein liefern. Oxidierendes Fluid kann durch kritische Strömungsöffnungen 515 in der Leitung 532 in die Öffnung 514 hinein bereitgestellt werden. Oxidierendes Fluid kann zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in der Reaktionszone 524 oxidieren. Die Reaktionszone 524 kann Eigenschaften aufweisen, wie hierin beschrieben. An der Reaktionszone 524 erzeugte Hitze kann Hitze zu dem vorbestimmten Abschnitt 526, z. B. durch Konvektion, Strahlung und/oder Leitung, übertragen. Ein Oxidationsprodukt kann durch eine separate in der Öffnung 514 angeordnete Leitung oder durch eine Öffnung 543 in der Deckgebirgeauskleidung 541 entfernt werden. Die separate Leitung kann ausgebildet sein, wie hierin beschrieben. Dichtungsmaterial 542 und Verstärkungsmaterial 544 können ausgebildet sein, wie hierin beschrieben.
  • 13 veranschaulicht eine Ausführungsform einer frei verteilten Combustor-Heizeinrichtung mit einer hinzugefügten Brennstoffleitung. Die Brennstoffleitung 536 kann in die Öff nung 514 hinein angeordnet sein. Sie kann in bestimmten Ausführungsformen im Wesentlichen neben der Leitung 533 angeordnet sein. Die Brennstoffleitung 536 kann kritische Strömungsöffnungen 535 entlang ihrer Länge innerhalb der Öffnung 514 aufweisen. Die Leitung 533 kann kritische Strömungsöffnungen 515 entlang ihrer Länge innerhalb der Öffnung 514 aufweisen. Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können ausgebildet sein, wie hierin beschrieben. Die kritischen Strömungsöffnungen 535 und die kritischen Strömungsöffnungen 515 können derart an der Brennstoffleitung 536 bzw. der Leitung 533 angeordnet sein, dass ein durch die Brennstoffleitung 536 bereitgestelltes Brennstofffluid und ein durch die Leitung 533 bereitgestelltes oxidierendes Fluid die Brennstoffleitung 536 und/oder die Leitung 533 bei einer Reaktion im Wesentlichen nicht erwärmen können. Zum Beispiel können das Brennstofffluid und das oxidierende Fluid bei Kontakt miteinander reagieren, wodurch Hitze aus der Reaktion erzeugt wird. Die Hitze aus dieser Reaktion kann die Brennstoffleitung 536 und/oder die Leitung 533 auf eine Temperatur erhitzen, die ausreichend ist, um metallische Werkstoffe in der Brennstoffleitung 536 und/oder der Leitung 533 im Wesentlichen zu schmelzen beginnen, wenn die Reaktion in der Nähe der Brennstoffleitung 536 und/oder der Leitung 533 abläuft. Daher kann ein derartiger Aufbau für die Anordnung der kritischen Strömungsöffnungen 535 an der Brennstoffleitung 536 und der kritischen Strömungsöffnungen 515 an der Leitung 533 so vorgesehen sein, dass das Brennstofffluid und das oxidierende Fluid im Wesentlichen nicht in der Nähe der Leitungen reagieren können. Zum Beispiel können die Leitungen 536 und 533 räumlich derart miteinander gekuppelt sein, dass Öffnungen, die sich um die Leitungen herum winden, in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind.
  • Die Reaktion des Brennstofffluids und des oxidierenden Fluids kann Hitze erzeugen. Das Brennstofffluid kann z. B. Erdgas, Ethan, Wasserstoff oder Synthesegas sein, das in dem in situ-Verfahren in einem anderen Teil der Formation erzeugt wird. Die geförderte Hitze kann so ausgebildet sein, dass sie den Teil 518 auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend ist, um eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu unterstützen. Beim Erhitzen des Teiles 518 auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um eine Oxidation zu unterstützen, kann eine Strömung von Brennstofffluid in die Öffnung 514 hinein zurück gedreht oder zugedreht werden. Alternativ kann die Brennstoffversorgung während des gesamten Erhitzens der Formation fortgesetzt werden, wodurch die gespeicherte Hitze im Kohlenstoff genutzt wird, um die Temperatur in der Öffnung 514 oberhalb der Selbstzündungstemperatur des Brennstoffes zu halten.
  • Das oxidierend Fluid kann zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe an der Reaktionszone 524 oxidieren. Erzeugte Hitze wird Hitze zu dem vorbestimmten Abschnitt 526, z. B. durch Strahlung, Konvektion und/oder Leitung, übertragen. Ein Oxidationsprodukt kann durch eine separate in der Öffnung 514 angeordnete Leitung oder durch eine Öffnung 543 in der Deckgebirgeauskleidung 541 entfernt werden.
  • 14 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Systems, das so ausgebildet ist, dass es eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation erhitzt. Eine elektrische Heizeinrichtung 510 kann innerhalb einer Öffnung 514 in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 516 angeordnet sein. Die Öffnung 514 kann durch das Deckgebirge 540 in die Formation 516 hinein ausgebildet sein. Die Öffnung 514 kann einen Durchmesser von zumindest etwa 5 cm aufweisen. Die Öffnung 514 kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 13 cm aufweisen. Die elektrische Heizeinrichtung 510 kann zumindest einen Teil 518 der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 516 auf eine Temperatur erhitzen, die ausreichend ist, um eine Oxidation zu unter stützen (z. B. etwa 260°C). Der Teil 518 kann eine Breite von etwa 1 m aufweisen. Ein oxidierendes Fluid (z. B. Flüssigkeit oder Gas) kann durch eine Leitung 512 oder einen beliebigen anderen Fluidübertragungsmechanismus in die Öffnung hinein bereitgestellt werden. Die Leitung 512 kann kritische Strömungsöffnungen 515 aufweisen, die entlang einer Länge der Leitung angeordnet sind. Die kritischen Strömungsöffnungen 515 können ausgebildet sein, wie hierin beschrieben.
  • Zum Beispiel kann die Leitung 512 eine Rohrleitung oder ein Rohr sein, die/das so ausgebildet ist, dass sie/es oxidierendes Fluid aus einer Quelle 508 oxidierenden Fluids in die Öffnung 514 hinein bereitstellt. Die Leitung 512 kann z. B. ein Rohr aus Edelstahl sein. Das oxidierende Fluid kann Luft oder ein beliebiges anderes Sauerstoff enthaltendes Fluid (z. B. Wasserstoffperoxid, Stickoxide, Ozon) umfassen. Es können Gemische aus oxidierenden Fluiden verwendet werden. Ein oxidierendes Fluidgemisch kann z. B. ein Fluid mit fünfzig Prozent Sauerstoff und fünfzig Prozent Stickstoff umfassen. Das oxidierende Fluid kann in einigen Ausführungsformen auch Verbindungen umfassen, die, wenn sie erhitzt werden, Sauerstoff freisetzen, z. B. Wasserstoffperoxid. Das oxidierende Fluid kann zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in der Formation oxidieren.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein außerhalb der Formation angeordneter Wärmetauscher so ausgebildet sein, dass er das oxidierende Fluid erhitzt. Das erhitzte oxidierende Fluid kann (direkt oder indirekt) von dem Wärmetauscher in die Öffnung hinein bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann das erhitzte oxidierende Fluid durch eine in der Öffnung angeordnete und mit dem Wärmetauscher gekuppelte Leitung von dem Wärmetauscher in die Öffnung hinein bereitgestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Leitung ein Rohr aus Edelstahl sein. Das erhitzte oxidierende Fluid kann so konfiguriert sein, dass es zumindest einen Teil der Formation auf eine Temperatur erhitzt, oder zumindest zu dessen Erhitzen beiträgt, die ausreichend ist, um eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu unterstützen. Nachdem der erhitzte Teil eine solche Temperatur erreicht hat, kann das Erhitzen des oxidierenden Fluids in dem Wärmetauscher reduziert oder abgestellt werden.
  • 15 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Systems, das so ausgebildet ist, dass es eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation erhitzt. Ein Wärmetauscher 520 kann außerhalb einer Öffnung 514 in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 516 angeordnet sein. Die Öffnung 514 kann durch ein Deckgebirge 540 in die Formation 516 hinein ausgebildet sein. Der Wärmetauscher 520 kann Wärme aus einem anderen Oberflächenvorgang bereitstellen, oder er kann eine Heizeinrichtung (z. B. eine elektrische oder Verbrennungsheizeinrichtung) umfassen. Eine Quelle 508 oxidierenden Fluids kann oxidierendes Fluid an den Wärmetauscher 520 bereitstellen. Der Wärmetauscher 520 kann ein oxidierendes Fluid erhitzen (z. B. auf über 200°C oder eine Temperatur, die ausreichend ist, um eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu unterstützen). Das erhitzte oxidierende Fluid kann durch eine Leitung 521 in die Öffnung 514 hinein bereitgestellt werden. Die Leitung 521 kann kritische Strömungsöffnungen 515 aufweisen, die entlang einer Länge der Leitung angeordnet sind.
  • Kritische Strömungsöffnungen 515 können, wie hierin beschrieben, ausgebildet sein. Das erhitzte oxidierende Fluid kann zumindest einen Teil 518 der Formation auf eine Temperatur erhitzen, oder zumindest zu dessen Erhitzen beitragen, die ausreichend ist, um eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu unterstützen. Das oxidierende Fluid kann zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in der Formation erhitzen.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann ein Brennstofffluid in einer außerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordneten Heizeinrichtung oxidiert werden. Das Brennstofffluid kann mit einem oxidierenden Fluid in der Heizeinrichtung oxidiert werden. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung eine flammengezündete Heizeinrichtung sein. Ein Brennstofffluid kann ein beliebiges Fluid umfassen, dass so ausgebildet ist, dass es mit Sauerstoff reagiert. Brennstofffluide können Methan, Ethan, Propan, andere Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Synthesegas oder eine Kombination daraus umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Oxidiertes Brennstofffluid kann durch eine Leitung von der Heizeinrichtung in die Öffnung hinein bereitgestellt werden, und Oxidationsprodukte sowie Brennstoff, der nicht reagiert hat, können durch eine weitere Leitung in dem Deckgebirge zur Oberfläche zurück strömen. Die Leitungen können innerhalb des Deckgebirges gekuppelt ein. In einigen Ausführungsformen können die Leitungen konzentrisch angeordnet sein. Das oxidierte Brennstofffluid kann so konfiguriert sein, dass es zumindest einen Teil der Formation auf eine Temperatur erhitzt, oder zumindest zu dessen Erhitzen beiträgt, die ausreichend ist, um eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu unterstützen. Beim Erreichen einer solchen Temperatur kann das oxidierte Brennstofffluid durch ein oxidierendes Fluid ersetzt werden. Das oxidierende Fluid kann zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe an einer Zone innerhalb der Formation erhitzen.
  • Eine elektrische Heizeinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie einen Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend ist, um eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu unterstützen. Der Teil kann sich in der Nähe oder im Wesentlichen neben der Öffnung in der Formation befinden. Der Teil kann sich auch radial über eine Breite von weniger als annähernd 1 m von der Öffnung erstrecken. Eine Breite des Teiles kann jedoch in Abhängigkeit von z. B einer der Heizeinrichtung zugeführten Energie schwanken. Ein oxidierendes Fluid kann an die Öffnung zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen bereitgestellt werden. Eine Oxidation der Kohlenwasserstoffe kann derart konfiguriert sein, dass sie die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation in einem Vorgang frei verteilter Verbrennung erhitzt. An der elektrischen Heizeinrichtung angelegter elektrischer Strom kann danach reduziert oder abgeschaltet werden. Somit kann eine frei verteilte Verbrennung in Verbindung mit einer elektrischen Heizeinrichtung so konfiguriert sein, dass sie im Vergleich mit der Verwendung einer elektrischen Heizeinrichtung ein kostengünstiges Verfahren zur Energiezufuhr bereitstellt, um die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu erhitzen.
  • Eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann ein Heizelement einer Wärmequelle sein. In einer Ausführungsform einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter ist die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter ein/e mineralisolierte/s Kabel oder Stange. Die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann in einer Öffnung in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sein. Die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann in einer nicht-ausgekleideten Öffnung in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sein. Das Anordnen einer Heizeinrichtung in einer nicht-ausgekleideten Öffnung in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann eine Wärmeübertragung von der Heizeinrichtung zu der Formation durch Strahlung wie auch durch Leitung zulassen. Zusätzlich kann die Verwendung einer nicht-ausgekleideten Öffnung, falls erforderlich, auch eine Ziehen der Heizeinrichtung aus dem Schacht zulassen und kann die Kosten für die Auskleidung eliminieren. Alternativ kann die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter innerhalb einer Auskleidung in der Formation angeordnet sein; kann innerhalb der Formation zementiert sein; oder kann in ei ner Öffnung mit Sand, Kies oder anderem Füllmaterial abgedichtet sein. Die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann an einem innerhalb der Öffnung angeordneten Stützelement abgestützt sein. Das Stützelement kann ein Kabel, eine Stange oder eine Leitung (z. B. eine Rohrleitung) sein. Das Stützelement kann aus Metall, Keramik, anorganischem Material oder einer Kombination daraus bestehen. Teile eines Stützelementes können während des Betriebes Formationsfluiden und Hitze ausgesetzt sein, daher kann das Stützelement chemisch beständig und thermisch beständig sein.
  • Bänder, Punktschweißnähte und andere Arten von Verbindern können verwendet werden, um die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter mit dem Stützelement an verschiedenen Positionen entlang einer Länge der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter zu kuppeln. Das Stützelement kann an einer oberen Fläche der Formation an einem Bohrlochkopf angebracht sein. In einer alternativen Ausführungsform einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter ist die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter so konstruiert, dass sie ausreichend strukturelle Festigkeit aufweist, so dass ein Stützelement nicht notwendig ist. In vielen Fällen wird die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter eine gewisse Flexibilität aufweisen, um Schäden durch thermische Ausdehnung bei ihrem Erwärmen oder Abkühlen zu verhindern.
  • In bestimmten Ausführungsformen können Heizeinrichtungen mit isolierten Leitern ohne Stützelemente und/oder Zentralisierern in Bohrlochköpfen angeordnet sein. Dies kann für Heizeinrichtungen dann bewerkstelligt werden, wenn der isolierte Leiter eine geeignete Kombination aus Temperaturbeständigkeit, Länge, Dicke (Durchmesser) und Metallurgie aufweist, die ein Versagen des isolierten Leiters während des Betriebes verhindert. In einer Ausführungsform beträgt die Länge von isolierten Leitern, die auf eine Arbeitstemperatur von etwa 700°C erhitzt werden, weniger als etwa 150 m, sie besitzen Nichrom-Leiter mit 3 mm Durchmesser und werden ohne Stützelemente für die isolierten Leiter verwendet.
  • 16 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Endteiles einer Ausführungsform einer Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter. Eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann jede beliebige gewünschte Querschnittsform, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, rund (wie in 16 dargestellt), dreieckig, elliptisch, rechteckig, sechseckig, oder eine unregelmäßige Form aufweisen. Eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann einen Leiter 575, eine elektrische Isolierung 576 und einen Mantel 577 umfassen. Der Leiter 575 kann sich durch Widerstand erwärmen, wenn ein elektrischer Strom durch den Leiter strömt. Ein Wechsel- oder Gleichstrom kann verwendet werden, um den Leiter 575 zu erwärmen. In einer Ausführungsform kann ein 60 Hertz Wechselstrom verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Isolierung 576 einen Stromerdschluss verhindern und kann Funkenüberschlag zu dem Mantel 577 verhindern. Die elektrische Isolierung 576 kann auch eine in dem Leiter 575 erzeugte Wärme thermisch zu dem Mantel 577 leiten. Der Mantel 577 kann Wärme zu der Formation strahlen oder leiten. Eine Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann eine Länge von 1000 m oder mehr aufweisen. In einer Ausführungsform einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann die Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter eine Länge von etwa 15 m bis etwa 950 m aufweisen. Längere oder kürzere isolierte Leiter können ebenfalls verwendet werden, um spezielle Anwendungsanforderungen zu erfüllen. In Ausführungsformen von Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter weisen eingekaufte Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter Längen von etwa 100 m bis etwa 500 m (z. B. 230 m) auf. In bestimmten Ausführungsformen können die Abmessungen von Mänteln und/oder Leitern eines isolierten Leiters so ausgebildet sein, dass die isolierten Leiter ausreichend stark sind, selbst bei oberen Arbeitstemperaturen selbst tragend zu sein. Solche isolierte Kabel können an Bohrlochköpfen oder an Stützen, die neben einer Schnittfläche zwischen einem Deckgebirge und einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sind, aufgehängt sein, ohne die Notwendigkeit, dass sich zusammen mit den isolierten Leitern Stützelemente in die Kohlenwasserstoffformation hinein erstrecken.
  • In einer Ausführungsform kann ein Strom höherer Frequenz verwendet werden, um den Skin-Effekt in bestimmten Metallen auszunutzen. In einigen Ausführungsformen kann ein 60 Hertz Wechselstrom in Kombination mit aus Metallen bestehenden Leitern, die ausgeprägte Skin-Effekte zeigen, verwendet werden. Zum Beispiel können ferromagnetische Metalle, wie Eisenlegierungen und Nickel, einen Skin-Effekt zeigen. Der Skin-Effekt begrenzt den Strom auf einen Bereich nahe an der Außenfläche des Leiters, wodurch der Widerstand des Leiters wirkungsvoll erhöht wird. Ein höherer Widerstand kann erwünscht sein, um den Betriebsstrom zu verringern, die Ohmschen Verluste in Oberflächenkabeln zu minimieren, und auch die Kosten von Oberflächenanlagen zu minimieren.
  • Wie in 17 veranschaulicht, kann eine Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter so konstruiert sein, dass sie auf einem Energieniveau von bis zu etwa 1650 Watt/Meter arbeitet. Die Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann typischerweise bei einem Energieniveau zwischen etwa 500 Watt/Meter und etwa 1150 Watt/Meter arbeiten, wenn sie eine Formation erhitzt. Die Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann so konstruiert sein, dass ein maximales Spannungsniveau bei einer typischen Betriebstemperatur kein/en wesentlichen/s Wärmedurchschlag und/oder Versagen der elektrischen Isolierung 576 unter elekt rischer Beanspruchung bewirkt. Die Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann so konstruiert sein, dass der Mantel 577 eine Temperatur nicht überschreitet, die in einer deutlichen Verminderung der Korrosionsbeständigkeitseigenschaften des Materials des Mantels resultiert.
  • In einer Ausführungsform einer Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann der Leiter 575 so konstruiert sein, dass er Temperaturen innerhalb eines Bereiches zwischen etwa 650°C bis etwa 870°C erreicht, und der Mantel 577 kann so konstruiert sein, dass sie Temperaturen innerhalb eines Bereiches von zwischen etwa 535°C bis etwa 760°C erreicht. Isolierte Leiter mit anderen Betriebsbereichen können ebenfalls gebildet werden, um spezifische betriebliche Anforderungen zu erfüllen. In einer Ausführungsform einer Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter ist der Leiter 575 so konstruiert, dass er bei etwa 760°C arbeitet, der Mantel 577 ist so konstruiert, dass er bei etwa 650°C arbeitet, und die Heizeinrichtung 562 isoliertem Leiter ist so konstruiert, dass sie etwa 820 Watt/Meter abgibt.
  • Eine Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann einen oder mehrere Leiter 575 aufweisen. Zum Beispiel kann eine Heizeinrichtung mit einem einzelnen isolierten Leiter drei Leiter innerhalb einer elektrischen Isolierung aufweisen, die von einem den Mantel umgeben sind. 16 zeigt eine Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter, die einen einzelnen Leiter 575 aufweist. Der Leiter kann aus Metall bestehen. Das zum Bilden eines Leiters verwendete Material kann Nichrom, Nickel und eine Anzahl von Legierungen aus Kupfer und Nickel mit zunehmenden Nickelkonzentrationen, von reinem Kupfer bis Alloy 30, Alloy 60, Alloy 180 bis zu Monel, sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Legierungen aus Kupfer und Nickel können vorteil hafterweise bessere elektrische Widerstandseigenschaften aufweisen als im Wesentlichen reines Kupfer oder Nickel.
  • In einer Ausführungsform kann der Leiter so ausgewählt werden, dass er einen solchen Durchmesser und einen spezifischen Widerstand bei Betriebstemperaturen aufweist, dass sein Widerstand wie vom Ohmschen Gesetz abgeleitet, ihn für den vorbestimmten Energieverbrauch je Meter, die gewählte Länge der Heizeinrichtung und/oder die maximal erlaubte Spannung durch den Leiter, elektrisch und strukturell stabil macht. In einer alternativen Ausführungsform kann der Leiter unter Verwendung der Maxwellschen Gleichungen konstruiert werden, um eine Skin-Effekt-Erwärmung in und/oder an dem Leiter zu nutzen.
  • Der Leiter kann entlang einer Länge der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter aus unterschiedlichem Material bestehen. Zum Beispiel kann ein erster Abschnitt des Leiters aus einem Material mit einem deutlich geringeren Widerstand als ein zweiter Abschnitt des Leiters bestehen. Der erste Abschnitt kann neben einer Formationsschicht angeordnet sein, die nicht auf so hohe Temperaturen erhitzt werden muss wie eine zweite Formationsschicht, die sich neben dem zweiten Abschnitt befindet. Der spezifische Widerstand verschiedener Abschnitte des Leiters kann eingestellt werden, indem man einen variablen Durchmesser verwendet und/oder indem man Leiterabschnitte aus verschiedenen Materialien verwendet.
  • Ein Durchmesser eines Leiters 575 kann typischerweise zwischen etwa 1,3 mm bis etwa 10,2 mm betragen. Kleinere oder größere Durchmesser können ebenfalls verwendet werden, so dass man Leiter mit gewünschten Widerstandskennlinien erhält. In einer Ausführungsform einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter besteht der Leiter aus Alloy 60 mit einem Durchmesser von etwa 5,8 mm.
  • Wie in 16 veranschaulicht, kann ein elektrischer Isolator 576 einer Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter aus einer Vielfalt an Materialien bestehen. Druck kann verwendet werden, um elektrisches Isolatorpulver zwischen einem Leiter 575 und einem den Mantel 577 zu platzieren. Geringe Fließeigenschaften und andere Eigenschaften des Pulvers und/oder der Mäntel können verhindern, dass das Pulver aus den Mänteln herausfließt. Üblicherweise verwendete Pulver können MgO, Al2O3, Zirkonium, BeO, verschiedene chemische Abarten von Spinellen und Kombinationen daraus umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. MgO kann für eine gute thermische Leitfähigkeit und elektrische Isoliereigenschaften sorgen. Zu den gewünschten elektrischen Isoliereigenschaften gehören niedriger Kriechstrom und hohe Isolationsfestigkeit. Ein geringer Kriechstrom verringert die Wahrscheinlichkeit eines Wärmedurchschlages, und die hohe Isolationsfestigkeit verringert die Wahrscheinlichkeit eines Funkenüberschlages über den Isolator. Ein Wärmedurchschlag kann erfolgen, wenn Kriechstrom einen fortschreitenden Anstieg der Temperatur des Isolators bewirkt, was auch zu einem Funkenüberschlag über den Leiter führt. Ein Gehalt an Fremdstoffen 578 in dem elektrischen Isolatorpulver kann maßgeschneidert sein, um für eine erforderliche Isolationsfestigkeit und geringen Kriechstrom zu sorgen. Die zugesetzten Fremdstoffe 578 können CaO, Fe2O3, Al2O3 und weitere Metalloxide sein, sind aber nicht darauf beschränkt. Eine geringe Porosität der elektrischen Isolierung neigt dazu, den Kriechstrom zu verringern und die Isolationsfestigkeit zu erhöhen. Eine geringe Porosität kann durch eine erhöhte Packung des MgO-Pulvers während der Herstellung oder durch Füllen des Porenraumes in dem MgO-Pulver mit anderen Granulaten, z. B. Al2O3, erreicht werden.
  • Die dem elektrischen Isolatorpulver zugesetzten Fremdstoffe 578 können Partikelgrößen aufweisen, die kleiner sind als die Partikelgrößen des elektrischen Isolatorpulvers. Die kleinen Partikel können Porenraum zwischen den größeren Partikeln des elektrischen Isolators einnehmen, so dass die Porosität des elektrischen Isolators reduziert ist. Beispiele für elektrische Isolatorpulver, die für die Bildung einer elektrischen Isolierung 576 verwendet werden können, sind "H"-Mix, hergestellt von Idaho Laboratories Corporation (Idaho Falls, Idaho), oder Standard-MgO, das von der Pyrotenax Cable Company (Trenton) Ontario) für Hochtemperaturanwendungen eingesetzt wird. Darüber hinaus können andere elektrische Isolatorpulver verwendet werden.
  • Ein Mantel 577 einer Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann eine äußere Metallschicht sein. Der Mantel 577 kann in Kontakt mit heißen Formationsfluiden stehen. Es kann erforderlich sein, den Mantel 577 aus einem Material mit einer hohen Beständigkeit gegenüber Korrosion bei hohen Temperaturen herzustellen. Legierungen, die in einem gewünschten Betriebstemperaturbereich des Mantels verwendet werden können, umfassen Edelstahl 304, Edelstahl 310, Incoloy 800 und Inconel 600, sind aber nicht auf diese beschränkt. Die Dicke des Mantels muss ausreichend sein, um drei bis zehn Jahre in einer heißen und korrosiven Atmosphäre zu überdauern. Eine Dicke des Mantels kann im Allgemeinen zwischen etwa 1 mm und etwa 2,5 mm variieren. Zum Beispiel sorgt eine äußere Schicht aus 1,3 mm dickem Edelstahl 310 für einen Mantels 577, die in der Lage ist, über eine Zeitdauer von drei Jahren für eine gute chemische Sulfatangriffs-Beständigkeit in einer erhitzten Zone einer Formation zu sorgen. Größere oder kleinere Manteldicken können verwendet werden, um spezielle Anwendungserfordernisse zu erfüllen.
  • Eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann nach der Herstellung getestet werden. Es kann erforderlich sein, dass die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter dem 2- bis 3-fachen ei ner Betriebsspannung bei einer vorbestimmten Betriebstemperatur standhält. Es kann auch erforderlich sein, dass ausgewählte Muster von gefertigten Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter einen Monat lang einem Wechselstrom von 1000 V bei 760°C standhalten.
  • Wie in 17a veranschaulicht, kann ein kurzer flexibler Übergangsleiter 571 unter Verwendung eines während des Einbaus der Heizeinrichtung im Feld hergestellten Anschlusses 569 an einen Einführungsleiter 572 angeschlossen sein. Der Übergangsleiter 571 kann z. B. ein flexibles verseiltes Kupferkabel mit niedrigem Widerstand sein, das von einer Gummi- oder Polymerisolierung umgeben ist. Ein Übergangsleiter 571 kann typischerweise etwa zwischen 1,5 m und bis etwa 3 m lang sein, obwohl längere oder kürzere Übergangsleiter verwendet werden können, um speziellen Anforderungen zu entsprechen. Als Übergangsleiter 571 kann ein temperaturbeständiges Kabel verwendet werden. Der Übergangsleiter 571 kann auch an einer kurzen Länge einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter, die einen geringeren Widerstand aufweist, als ein primärer Heizabschnitt der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter, angeschlossen sein. Der Teil der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter, der einen geringeren Widerstand aufweist, kann als ein "kalter Anschluss" 568 bezeichnet werden.
  • Ein kalter Anschluss 568 kann konstruiert sein, um etwa ein Zehntel bis etwa ein Fünftel der Energie je Längeneinheit zu verbrauchen, wie sie in einer Längeneinheit einem primären Heizabschnitt verbraucht wird. Kalte Anschlüsse können typischerweise etwa 1,5 m bis etwa 15 m lang sein, obwohl kürzere und längere Längen verwendet werden können, um speziellen Anforderungen zu entsprechen. In einer Ausführungsform besteht der Leiter eines kalten Anschluss-Abschnittes aus Kupfer und weist einen Durchmesser von etwa 6,9 mm und ein Länge von etwa 9,1 m auf. Die elektrische Isolierung ist der gleiche Typ Isolierung, der in dem primären Heizabschnitt verwendet wird. Ein Mantel des kalten Anschlusses kann aus Inconel 600 hergestellt sein. In dem kalten Anschluss kann es zu einer Rissbildung durch Chloridkorrosion kommen, daher kann ein chloridkorrosionsbeständiges Metall, wie z. B. Inconel 600, als Mantel verwendet werden.
  • Wie in 17a dargestellt, kann ein kleiner, mit Epoxidharz gefüllter Behälter 573 verwendet werden, um einen Verbindung zwischen einem Übergangsleiter 571 und einem kalten Anschluss 568 herzustellen. Die kalten Anschlüsse 568 können durch "Spleißverbindungen" 567 mit den primären Heizabschnitten von Heizeinrichtungen 562 mit isoliertem Leiter verbunden sein. Die Länge des kalten Anschlusses 568 kann ausreichend sein, um eine Temperatur der Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter deutlich zu senken. Der Heizabschnitt der Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann von etwa 530°C bis etwa 760°C arbeiten, die Spleißverbindung 567 kann bei einer Temperatur von etwa 260°C bis etwa 370°C liegen, und die Temperatur an der Verbindung von dem Einführungsleiter zu dem kalten Anschluss kann bei etwa 40°C bis etwa 90°C liegen. Zusätzlich zu einem kalten Anschluss am oberen Ende der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann ein kalter Anschluss auch an einem unteren Ende der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter angeordnet sein. Der kalte Anschluss am unteren Ende kann es in vielen Fällen einfacher machen, einen unteren Abschluss zu fertigen.
  • Es kann notwendig sein, dass ein Spleißmaterial einer Temperatur gleich der Hälfte der Betriebstemperatur einer Zielzone standhält. Die Dichte einer elektrischen Isolierung in der Spleißverbindung sollte in vielen Fällen hoch genug sein, um der erforderlichen Temperatur und der Betriebsspannung standzuhalten.
  • Es kann erforderlich sein, dass eine Spleißverbindung 567 einem Wechselstrom von 1000 V bei 480°C standhalten muss. Spleißmaterial kann aus Hochtemperaturspleißen, hergestellt von Idaho Laboratories Corporation oder von der Pyrotenax Cable Company, bestehen. Eine Spleißverbindung kann vom inneren Typ Spleißverbindung oder vom äußeren Typ Spleißverbindung sein. Eine innere Spleißverbindung ist typischerweise ohne Schweißnaht an dem Mantel der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter hergestellt. Das Nichtvorhandensein von Schweißnähten an dem Mantel kann potenzielle Schwachstellen (mechanisch und/oder elektrisch) an der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter vermeiden. Eine äußere Spleißverbindung ist eine Schweißnaht, die gebildet ist, um Mäntel von zwei Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter miteinander zu kuppeln. Es kann erforderlich sein, eine äußere Spleißverbindung vor dem Einsetzen der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter in eine Formation einer Dichtheitsprüfung zu unterziehen. Laserschweißnähte oder TIG-(Tungsten Inert Gas = Wolfram-Inertgas (WIG))-Orbitalschweißnähte können verwendet werden, um äußere Schweißverbindungen zu bilden. Eine zusätzliche Zugentlastungsanordnung kann um eine äußere Spleißverbindung herum angeordnet sein, um den Biegewiderstand der Spleißverbindung zu verbessern und um die äußere Spleißverbindung gegen eine teilweise oder vollständige Trennung zu schützen.
  • Eine Anordnung mit isoliertem Leiter kann Heizabschnitte, kalte Anschlüsse, Spleißverbindungen und Endverschlussgehäuse sowie flexible Übergangsleiter umfassen. Es kann erforderlich sein, dass die Anordnung mit isoliertem Leiter überprüft und elektrisch getestet wird, bevor die Anordnung in eine Öffnung in einer Formation eingebaut wird. Es kann erforderlich sein, dass die Anordnung auf fachgemäße Schweißnähte überprüft wird, um sicherzustellen, dass es nirgendwo entlang der gesamten Heizeinrichtung (umfassend den erhitzten Abschnitt, die kalten Anschlüsse, die Spleißverbindungen und die Endverschlussgehäuse) Löcher in dem Mantel gibt. Es kann erforderlich sein, periodisch wiederkehrende Stichprobentests des Handelsproduktes mit Röntgenstrahlen durchzuführen. Vor dem elektrischen Test kann das gesamte Kabel in Wasser eingetaucht werden. Es kann erforderlich sein, dass der elektrische Test der Anordnung nach dem Eintauchen in Wasser mehr als 2000 Megaohm bei 500 V Wechselstrom und bei Raumtemperatur anzeigt. Es kann zusätzlich erforderlich sein, dass die Anordnung an 1000 V Wechselstrom angeschlossen wird, und bei Raumtemperatur weniger als etwa 10 Mikroampere resistiven Kriechstrom je Meter zeigt. Es kann auch erforderlich sein, dass eine Überprüfung des Kriechstromes bei etwa 760°C weniger als etwa 0,4 Milliampere je Meter zeigt.
  • Es gibt eine Anzahl Unternehmen, die Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter fertigen. Solche Hersteller umfassen MI Cable Technologies (Calgary, Alberta), Pyrotenax Cable Company (Trenton, Ontario), Idaho Laboratories Corporation (Idaho Falls, Idaho) und Watlow (St. Louis, MO), sind aber nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel kann eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter bei Idaho Laboratories als Kabel Modell 355-A90-310-"H" 30'/750'/30' mit Inconel 600-Mantel für die kalten Anschlüsse, einer dreiphasigen Y-Anordnung und an der Unterseite verbundenen Leitern bestellt werden. Die erforderliche Spezifikation für die Heizeinrichtung sollte zusätzlich zu den oben beschriebenen bevorzugten Typ-Spezifikationen auch Kabel einer Qualität von 1000 V Wechselstrom und 1400°F umfassen. Die Bezeichnung 355 gibt den Außendurchmesser (0,355'') des Kabels an, A90 gibt das Leitermaterial an, 310 gibt die Mantellegierung (SS 310) der erhitzten Zone an, "H" gibt das MgO-Ge misch an, 30'/750'/30' spezifiziert eine erhitzte Zone von etwa 230 m mit kalte Anschluss- Ober- und Unterseiten, die eine Länge von etwa 9 m aufweisen. Eine ähnliche Teilenummer mit der gleichen Spezifikation, die ein Hochtemperatur-MgO-Kabel mit Standard-Reinheit benutzt, kann bei der Pyrotenax Cable Company bestellt werden.
  • Eine oder mehrere Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter kann/können innerhalb einer Öffnung in einer Formation angeordnet sein, um eine Wärmequelle oder Wärmequellen zu bilden. Elektrischer Strom kann durch jede Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter in der Öffnung geschickt werden, um die Formation zu erhitzen. Alternativ kann elektrischer Strom durch vorbestimmte Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter in einer Öffnung geschickt werden. Die nicht verwendeten Leiter können Zusatzheizeinrichtungen sein. Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter können auf beliebige geeignete Art und Weise mit einer Energiequelle gekuppelt sein. Jedes Ende einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann mit Einführungskabeln, die durch einen Bohrlochkopf laufen, gekuppelt sein. Eine solche Anordnung weist in der Nähe einer Unterseite der Wärmequelle typischerweise eine 180°-Kurve (eine Haarnadelkurve) oder -Biegung auf. Es mag nicht erforderlich sein, dass eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter mit einer 180°-Kurve oder -Biegung einen unteren Anschluss aufweist, aber die 180°-Kurve oder -Biegung kann eine elektrische und/oder strukturelle Schwachstelle in der Heizeinrichtung sein. Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter können in Serie, parallel oder in seriellen und parallelen Kombinationen miteinander elektrisch gekuppelt sein. In einigen Ausführungsformen von Wärmequellen kann elektrischer Strom in den Leiter einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter hinein fließen und kann durch den Mantel der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter zurückkehren, indem der Leiter 575 an der Unterseite der Wärmequelle an den Mantel 577 angeschlossen wird.
  • In einer in 17 dargestellten Ausführungsform einer Wärmequelle sind drei Heizeinrichtungen 562 mit isoliertem Leiter in einer dreiphasigen Y-Anordnung mit einer Energieversorgung gekuppelt. Die Energieversorgung kann einen 60 Hertz Wechselstrom an die elektrischen Leiter liefern. Für die Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter mag ein unterer Anschluss nicht erforderlich sein. Alternativ können alle drei Leiter des dreiphasigen Schaltkreises in der Nähe der Unterseite einer Wärmequellenöffnung miteinander verbunden sein. Der Anschluss kann direkt an Enden von Heizabschnitten der Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter oder an Enden von kalten Anschlüssen, die an der Unterseite der Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter mit den Heizabschnitten gekuppelt sind, gebildet sein. Die unteren Anschlüsse können mit Behältern, die mit isolierendem Material gefüllt und abgedichtet sind, oder mit Epoxidharz gefüllten Behältern gefertigt sein. Der Isolator kann die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie der als die elektrische Isolierung verwendete Isolator.
  • Die drei Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter, die in 17 dargestellt sind, können unter Verwendung von Zentralisierern 566 mit einem Stützelement 564 gekuppelt sein. Alternativ können die drei Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter unter Verwendung von Metallbindern direkt an dem Stützrohr festgebunden sein. Zentralisierer 566 können derart ausgebildet sein, dass sie eine Position der Heizeinrichtungen 562 mit isoliertem Leiter an dem Stützelement 564 halten. Die Zentralisierer 566 können z. B. aus Metall, Keramik oder einer Kombination daraus hergestellt sein. Das Metall kann Edelstahl oder jedes beliebige andere Metall sein, dass einer korrosiven und heißen Umgebung standhalten kann. In einigen Ausführungs formen können die Zentralisierer 566 einfach gebogene Metallbänder sein, die in Abständen von weniger als etwa 6 m an das Stützelement geschweißt sind. Eine für einen Zentralisierer 566 verwendete Keramik kann sein, ist aber nicht beschränkt auf, Al2O3, MgO oder ein anderer Isolator. Die Zentralisierer 566 können derart ausgebildet sein, dass sie eine Position der Heizeinrichtungen 562 mit isoliertem Leiter derart an dem Stützelement 564 halten, dass eine Bewegung der Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter bei Betriebstemperaturen der Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter im Wesentlichen verhindert wird. Die Heizeinrichtungen 562 mit isoliertem Leiter können auch in einem gewissen Ausmaß flexibel sein, um einer Ausdehnung des Stützelementes 564 während des Erhitzens standzuhalten. Die Zentralisierer 566 können auch so ausgebildet sein, wie in einer beliebigen Ausführungsform hierin beschrieben ist.
  • Das Stützelement 564, die Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter und die Zentralisierer 566 können in einer Öffnung 514 in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 516 angeordnet sein. Die Heizeinrichtungen 562 mit isoliertem Leiter können unter Verwendung eines Kaltanschluss-Übergangsleiters 568 mit einem unteren Leiterknotenpunkt 570 gekuppelt werden. Der untere Leiterknotenpunkt 570 kann jede Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter mit jeder anderen elektrisch kuppeln. Der untere Leiterknotenpunkt 570 kann Materialien umfassen, die elektrisch leitend sind und bei Temperaturen, wie sie in der Öffnung 514 zu finden sind, nicht schmelzen. Der Kaltanschluss-Übergangsleiter 568 kann eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter sein, die einen niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist als die Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter. Wie in 17a veranschaulicht, kann der kalte Anschluss 568 mit dem Übergangsleiter 571 und der Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter gekuppelt sein. Der Kaltanschluss-Über gangsleiter 568 kann einen Temperaturübergang zwischen dem Übergangsleiter 571 und der Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter bereitstellen.
  • Der Einführungsleiter 572 kann mit dem Bohrlochkopf 590 gekuppelt sein, um elektrische Energie an die Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter bereitzustellen. Der Bohrlochkopf 590 kann so ausgebildet sein, wie in 18 gezeigt und in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen beschrieben ist. Der Einführungsleiter 572 kann aus einem elektrischen Leiter mit relativ geringem elektrischen Widerstand hergestellt sein, so dass von dem durch den Einführungsleiter 572 fließenden Strom relativ wenig oder im Wesentlichen keine Wärme erzeugt wird. Der Einführungsleiter kann z. B. einen gummiisolierten geseilten Kupferdraht umfassen, der Einführungsleiter kann aber auch ein mineralisolierter Leiter mit einem Kupferkern sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Einführungsleiter 572 kann an einer Oberfläche 550 durch einen zwischen dem Deckgebirge 540 und der Oberfläche 550 angeordneten Dichtungsflansch mit dem Bohrlochkopf 590 gekuppelt sein. Der Dichtungsflansch 590c kann, wie in 18 gezeigt und in einer beliebigen der Ausführungsformen hierin beschrieben, ausgebildet sein. Der Dichtungsflansch kann im Wesentlichen verhindern, dass Fluid aus der Öffnung 514 zur Oberfläche 550 entweicht.
  • Dichtungsmaterial 542 (siehe 17) kann optional zwischen der Deckgebirgeauskleidung 541 und der Öffnung 514 angeordnet sein. Die Deckgebirgeauskleidung 541 kann beliebige Materialien umfassen, die derart ausgebildet sind, dass sie im Wesentlichen Zement 544 enthalten. In einer Ausführungsform einer Wärmequelle ist die Deckgebirgeauskleidung ein Schedule 40 Rohr aus C-Stahl mit 7,6 cm (3 Zoll) Durchmesser. Das Dichtungsmaterial 542 kann derart konfiguriert sein, dass es Fluid daran hindert, aus der Öffnung 514 zur Oberfläche 550 zu strömen. Die Deckgebirgeauskleidung 541 kann in dem Zement 544 in dem Deckgebirge 540 der Formation 516 angeordnet sein. Der Zement 514 kann z. B. Portland Zement der Klasse G oder der Klasse H, gemischt mit Quarzmehl für ein besseres Leistungsvermögen bei hohen Temperaturen, Schlacke oder Quarzmehl und/oder ein Gemisch daraus (z. B. etwa 1,58 Gramm pro Kubikzentimeter Schlacke/Quarzmehl) sein. In ausgewählten Ausführungsformen erstreckt sich der Zement 544 radial über ein Breite von etwa 5 cm bis etwa 25 cm. In einigen Ausführungsformen kann sich der Zement 544 radial über ein Breite von etwa 10 cm bis etwa 15 cm erstrecken. In einigen weiteren Wärmequellen-Ausführungsformen kann der Zement 544 so aufgebaut sein, dass er eine Wärmeübertragung von dem Leiter 564 in die Formation 516 innerhalb des Deckgebirges hinein verhindert.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann/können eine oder mehrere Leitung/en für die Zufuhr von zusätzlichen Komponenten (z. B. Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Reduktionsmittel, wie z. B. Gas enthaltender Wasserstoff etc.) zu Formationsöffnungen vorgesehen sein, um Fluide abzuleiten und/oder den Druck zu steuern. Formationsdrücke pflegen in der Nähe von Wärmequellen am höchsten zu sein, und somit ist es oft von Vorteil, die Ausrüstung zur Drucksteuerung in der Nähe der Wärmequelle zu haben. In einigen Ausführungsformen unterstützt das Zusetzen eines Reduktionsmittels in der Nähe der Wärmequelle die Bereitstellung einer günstigeren Umgebung für die Pyrolyse (z. B. ein höherer Wasserstoffpartialdruck). Da die Durchlässigkeit und die Porosität in der Nähe der Wärmequelle schneller anzusteigen pflegen, ist es oft optimal, ein Reduktionsmittel in der Nähe der Wärmequelle zuzusetzen, so dass das Reduktionsmittel leichter in die Formation gelangen kann.
  • In 17 kann z. B. eine Leitung 5000 vorgesehen sein, um Gas von einer Gasquelle 5003 durch ein Ventil 5001 und in eine Öffnung 514 zuzuführen (im Dichtungsmaterial 542 ist eine Öffnung 5004 vorgesehen, damit Gas in die Öffnung 514 strömen kann). Die Leitung 5000 und das Ventil 5002 können auch zu unterschiedlichen Zeiten verwendet werden, um Druck und/oder Steuerdruck in der Nähe der Öffnung 514 abzuleiten. In 19 kann z. B. eine Leitung 5010 vorgesehen sein, um Gas von einer Gasquelle 5013 durch ein Ventil 5011 und in die Öffnung 514 zuzuführen (im Zement 544 ist eine Öffnung 5004 vorgesehen, damit Gas in die Öffnung 514 strömen kann). Die Leitung 5010 und das Ventil 5012 können auch zu unterschiedlichen Zeiten verwendet werden, um Druck und/oder Steuerdruck in der Nähe der Öffnung 514 abzuleiten. Es sollte einzusehen sein, dass eine beliebige der hierin beschriebenen Wärmequellen auch mit Leitungen ausgerüstet sein kann, um zusätzliche Komponenten zuzuführen, Fluide abzuleiten, und/oder den Druck zu steuern.
  • Das Stützelement 564 und der Einführungsleiter 572 können an der Oberfläche 550 der Formation 516 mit dem Bohrlochkopf 590 gekuppelt sein. Ein Oberflächenleiter 545 kann Zement 544 umschließen und mit dem Bohrlochkopf 590 kuppeln. Ausführungsformen eines Heizquellen-Oberflächenleiters 545 können einen Durchmesser von etwa 10,16 cm bis etwa 30,48 cm, oder z. B. einen Durchmesser von etwa 22 cm, aufweisen. Ausführungsformen von Oberflächenauskleidungen können sich in Tiefen von ca. 3 m bis ca. 515 m in eine Öffnung in der Formation hinein erstrecken. Alternativ kann die Oberflächenauskleidung sich in einer Tiefe von ca. 9 m in die Öffnung hinein erstrecken. Die Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter kann von einer Stromquelle mit elektrischem Strom versorgt werden, um auf Grund des elektrischen Widerstandes des Leiters 575 Hitze zu erzeugen, wie in 16 veranschaulicht ist. Als ein Beispiel können die isolierten Leiter 562 mit einer Spannung von etwa 330 Volt und einem Strom von etwa 266 A versorgt werden, um eine Hitze von etwa 1150 Watt/Meter in der Heizeinrichtung 562 mit isoliertem Leiter zu erzeugen. Die von den drei Heizeinrichtungen 562 mit isoliertem Leiter erzeugte Hitze kann (z. B. durch Strahlung) innerhalb der Öffnung 514 übertragen werden, um zumindest einen Teil der Formation 516 zu erhitzen.
  • Eine geeignete Konfiguration einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann durch Optimierung der Materialkosten der Heizeinrichtung auf Basis einer Länge der Heizeinrichtung, einer je Meter Leiter benötigten Energie und einer gewünschten Betriebsspannung bestimmt werden. Zusätzlich kann ein Betriebsstrom und eine Betriebsspannung vorbestimmt werden, um die Kosten der zugeführten elektrischen Energie in Verbindung mit Materialkosten für die Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter zu optimieren. Zum Beispiel können, während die Zufuhr elektrischer Energie ansteigt, die Kosten der Materialien, die benötigt werden, um der höheren Spannung standzuhalten, ebenfalls steigen. Die Heizeinrichtungen mit isoliertem Leiter können so ausgebildet sein, dass sie eine Strahlungshitze von ca. 650 Watt/Meter des Leiters bis zu ca. 1650 Watt/Meter des Leiters erzeugen. Die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann bei einer Temperatur zwischen ca. 530°C und ca. 760°C innerhalb einer Formation arbeiten.
  • Die von einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter erzeugte Hitze kann zumindest einen Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzen. In einigen Ausführungsformen kann im Wesentlichen durch Strahlung der erzeugten Hitze zu der Formation Hitze zu der Formation übertragen werden. Etwas Hitze kann durch Leitung oder Konvektion von Hitze auf Grund von vorhandenen Gasen in der Öffnung übertragen werden. Die Öffnung kann eine nicht-ausgekleidete Öffnung sein. Eine nicht-ausgekleidete Öffnung beseitigt Kosten, die mit dem thermischen Zementieren der Heizeinrichtung an die Formation verknüpft sind, Kosten, die mit der Auskleidung verknüpft sind, und/oder Kosten für das Abdichten einer Heizeinrichtung innerhalb einer Öffnung. Zusätzlich ist die Wärmeübertragung durch Strahlung im Allgemeinen effizienter als durch Leitung, so dass die Heizeinrichtungen bei niedrigeren Temperaturen in einem offenen Bohrloch arbeiten werden. Die Übertragung durch Wärmeleitung kann durch das Zusetzen eines Gases in der Öffnung bei Drücken bis zu etwa 27 bar absolut verbessert werden. Das Gas kann Kohlenstoffdioxid und/oder Helium umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein noch weiterer Vorteil besteht darin, dass die Heizanordnung eine thermische Expansion erfahren kann. Ein noch weiterer Vorteil besteht darin, dass die Heizeinrichtungen austauschbar sein können.
  • Die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter, wie sie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist, kann durch jedes beliebige Verfahren nach dem Stand der Technik in der Öffnung 514 eingebaut werden. In einer Ausführungsform können mehrere als eine Spulanordnung verwendet werden, um sowohl die elektrische Heizeinrichtung als auch ein Stützelement gleichzeitig einzubauen. Das US-Patent Nr. 4,572,299, erteilt an Egmond et al., welches durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist, als wäre es hierin in vollem Umfang dargelegt, beschreibt das Spulen einer elektrischen Heizeinrichtung in einen Schacht hinein. Alternativ kann das Stützelement unter Verwendung einer Schlangenverrohrungseinheit mit jeder beliebigen Einheit nach dem Stand der Technik eingebaut werden. Die Heizeinrichtungen können abgespult und mit der Stütze verbunden sein, wenn die Stütze in den Schacht eingesetzt wird. Die elektrische Heizeinrichtung und das Stützelement können von den Spulanordnungen abgespult werden. Abstandhalter können mit dem Stützelement und der Heizeinrichtung entlang einer Länge des Stützelementes gekuppelt sein. Für zusätzliche elektrische Heizein richtungselemente können zusätzliche Spulanordnungen verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform kann das Stützelement unter Verwendung von Standard-Ölfeldverfahren und durch Schweißen verschiedener Stützabschnitte eingebaut werden. Das Schweißen kann mittels Orbitalschweißen erfolgen. Beispielsweise kann ein erster Abschnitt des Stützelementes in den Schacht hinein angeordnet werden. Ein zweiter Abschnitt (z. B. von im Wesentlichen gleicher Länge) kann mit dem ersten Abschnitt in dem Schacht gekuppelt werden. Der zweite Abschnitt kann durch Schweißen des zweiten Abschnittes mit dem ersten Abschnitt gekuppelt werden. Eine am Bohrlochkopf angeordnete Orbitalschweißvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie den zweiten Abschnitt an den ersten Abschnitt schweißt. Dieser Vorgang kann mit nachfolgenden Abschnitten, die mit vorhergehenden Abschnitten gekuppelt werden, wiederholt werden, bis eine Stütze mit gewünschter Länge innerhalb des Schachtes angeordnet ist.
  • 18 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Bohrlochkopfes, der z. B. mit einer Deckgebirgeauskleidung 541 gekuppelt ist. Ein Flansch 590c kann mit einem Bohrlochkopf 590 gekuppelt oder ein Teil davon sein. Der Flansch 590c kann z. B. aus C-Stahl, Edelstahl oder jedem beliebigen handelsüblichen geeigneten Dichtungsmaterial bestehen. Der Flansch 590c kann mit einem O-Ring 590f oder einem beliebige anderen Abdichtmechanismus abgedichtet sein. Thermoelemente 590g können durch den Flansch 590c in den Bohrlochkopf 590 hinein vorgesehen sein. Die Thermoelemente 590g können eine Temperatur an oder nahe dem Stützelement 564 innerhalb des erhitzten Teiles des Schachtes messen. Das Stützelement 564 kann mit dem Flansch 590c gekuppelt sein. Das Stützelement 564 kann so ausgebildet sein, dass es eine oder mehre re Heizeinrichtung/en mit isoliertem Leiter, wie hierin beschrieben, stützen kann. Das Stützelement 564 kann durch Schweißnähte 590h in dem Flansch 590c abgedichtet sein. Alternativ kann das Stützelement 564 durch ein beliebiges anderes Verfahren nach dem Stand der Technik abgedichtet sein.
  • Ein Energieleiter 590a kann mit einem Einführungskabel und/oder einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter gekuppelt sein. Der Energieleiter 590a kann so ausgebildet sein, dass er die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter mit elektrischer Energie versorgt. Der Energieleiter 590a kann in dem Dichtungsflansch 590d abgedichtet sein. Der Dichtungsflansch 590d kann durch Druckdichtungen oder O-Ringen 590e abgedichtet sein. Der Energieleiter 590a kann mit einem Band 590i mit dem Stützelement 564 gekuppelt sein. Das Band 590i kann eine steifes und korrosionsbeständiges Material, wie z. B. Edelstahl, umfassen. Der Bohrlochkopf 590 kann mit einer Schweißnaht 590h so abgedichtet sein, dass Fluid im Wesentlichen daran gehindert werden kann, durch den Bohrlochkopf 590 aus der Formation zu entweichen. Eine Hubschraube 590j kann ausgebildet sein, um den Bohrlochkopf 590 und das Stützelement 564 zu heben. Der Bohrlochkopf 590 kann auch ein Druckregelventil umfassen. Konusverschraubungen 590k können dazu dienen, das Energiekabel 590a abzudichten, und Konusverschraubungen 590l können dazu dienen, das Thermoelement 590g abzudichten. Diese Abdichtungen hindern Fluide daran, aus der Formation zu entweichen. Das Druckregelventil kann so ausgebildet sein, dass es einen Druck innerhalb einer Öffnung, in der das Stützelement 564 angeordnet sein kann, regelt.
  • In einer Ausführungsform kann ein Steuerungssystem so ausgebildet sein, dass die an eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter gelieferte elektrische Energie gesteuert wird. Eine an die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter gelieferte Energie kann mit einem beliebigen geeigneten Typ einer Steuereinrichtung gesteuert werden. Für Wechselstrom kann die Steuereinrichtung z. B. ein Regeltransformator sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung eine die elektrische Heizeinrichtung zündende Nulldurchgangs-SCR (SCR = siliziumgesteuerter Gleichrichter)-Steuerung sein. Eine die elektrische Heizeinrichtung zündende Nulldurchgangs-Steuerung kann erreicht werden, indem zugelassen wird, dass die volle Versorgungsspannung zu der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter für eine bestimmte Anzahl von Zyklen durchläuft, wobei bei "Durchgang", wo eine augenblickliche Spannung Null sein kann, begonnen wird, für eine bestimmte Anzahl von vollständigen Zyklen fortgesetzt wird, und aufgehört wird, wenn die augenblickliche Spannung wieder durch Null gehen kann. Eine bestimmte Anzahl von Zyklen kann blockiert sein, was eine Steuerung der Heizleistung durch die Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter zulässt. Zum Beispiel kann die Steuerung so angeordnet sein, dass sie fünfzehn und/oder zwanzig Zyklen von jeweils sechzig Zyklen, die durch eine 60 Hz Standardwechselstromenergieversorgung gespeist werden, blockiert. Eine Nulldurchgangs-Zündsteuerung kann vorteilhafterweise bei Materialien verwendet werden, die Materialien mit niedrigen Temperaturkoeffizienten aufweisen. Eine Nulldurchgangs-Zündsteuerung kann im Wesentlichen verhindern, dass in einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter Stromspitzen auftreten.
  • 19 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie einen Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt. Ein Leiter 580 kann in einer Leitung 582 angeordnet sein. Der Leiter 580 kann eine Stange oder eine Leitung aus elektrisch leitendem Material sein. Ein Leiter 580 kann an der Unterseite wie auch an der Oberseite des Leiters 580 einen Abschnitt 584 mit geringem Widerstand aufweisen, um in diesen Abschnitten 584 weniger Erhitzung zu erzeugen. Der Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand kann auf Grund eines Bereiches des Leiters 580 mit einem größeren Querschnitt in diesem Abschnitt vorhanden sein. Zum Beispiel kann der Leiter 580 eine 304 oder 310 Edelstahlstange mit einem Durchmesser von ca. 2,8 cm sein. Der Durchmesser und die Wanddicke des Leiters 580 können jedoch in Abhängigkeit von z. B. einer gewünschten Aufheizgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation variieren. Die Leitung 582 kann ein elektrisch leitendes Material umfassen. Zum Beispiel kann die Leitung 582 ein 304 oder 310 Edelstahlrohr mit einem Durchmesser von ca. 7,6 cm und einer Dicke von annähernd Schedule 40 sein. Die Leitung 582 kann in einer Öffnung 514 in einer Formation 516 angeordnet sein. Die Öffnung 514 kann einen Durchmesser von zumindest ca. 5 cm aufweisen. Der Durchmesser der Öffnung kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. einer gewünschten Aufheizgeschwindigkeit in der Formation und/oder einem Durchmesser der Leitung 582 variieren. Zum Beispiel kann ein Durchmesser der Öffnung von etwa 10 cm bis etwa 13 cm betragen. Es können auch Öffnungen mit größerem Durchmesser verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Öffnung mit größerem Durchmesser verwendet werden, wenn mehr als ein Leiter innerhalb einer Leitung angeordnet werden sollen.
  • Der Leiter 580 kann durch einen Zentralisierer 581 in der Leitung 582 zentriert sein. Der Zentralisierer 581 kann den Leiter 580 von der Leitung 582 elektrisch isolieren. Zusätzlich kann der Zentralisierer 581 so ausgebildet sein, dass er den Leiter 580 innerhalb der Leitung 582 anordnet. Der Zentralisierer 581 kann aus einem keramischen Material oder einer Kombination aus keramischen und metallischen Materialien gefertigt sein. Es können mehr als ein Zentralisierer 581 ausgebildet sein, um eine Deformation des Leiters 580 in der Leitung 582 während des Betriebes im Wesentlichen zu verhindern. Mehr als ein Zentralisierer 581 können in Intervallen zwischen ca. 0,5 m und ca. 3 m entlang des Leiters 580 beabstandet sein. Ein Zentralisierer 581 kann aus Keramik, 304 Edelstahl, 310 Edelstahl oder anderen Metalltypen bestehen. Der Zentralisierer 581 kann wie in 22 und/oder den 23a und 23b ausgebildet sein.
  • Wie in 20 dargestellt, kann ein gleitender Verbinder 583 ein in der Nähe einer untersten Fläche der Leitung 582 angeordnetes Ende des Leiters 580 kuppeln. Der gleitende Verbinder 583 lässt eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Leiter 580 und der Leitung 582 zu. Der gleitende Verbinder 583 ist an einem am Boden des Schachtes angeordneten Leiter 586 an einem Abschnitt 584 mit geringem Widerstand, der einen größeren Querschnittsbereich aufweisen kann, angebracht. Der geringere Widerstand des Abschnittes 584 lässt zu, dass der gleitende Verbinder bei Temperaturen arbeitet, die nicht höher sind als etwa 90°C. Auf diese Art und Weise ist die Korrosion der Komponenten des gleitenden Verbinders minimiert, und daher ist auch der Kontaktwiderstand zwischen dem gleitenden Verbinder 583 und der Leitung 582 minimiert. Der gleitende Verbinder 583 kann wie in 20 gezeigt und wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist, ausgebildet sein. Der Bereich 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand des Leiters 580 kann den Leiter 580 mit dem Bohrlochkopf 690, wie in 19 dargestellt, kuppeln. Der Bohrlochkopf 690 kann, wie in 21 gezeigt und wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist, ausgebildet sein. Elektrischer Strom kann durch ein Stromkabel 585 durch einen Abschnitt 584 mit niedrigem Widerstand des Leiters 580 an den Leiter 580 angelegt sein. Elektrischer Strom kann von dem Leiter 580 durch den gleitenden Verbinder 583 zu der Leitung 582 fließen. Die Leitung 582 kann von der Deckgebirgeauskleidung 541 und von dem Bohrlochkopf 690 elektrisch isoliert sein, damit elektrischer Strom zu dem Stromkabel 585 zurückgeleitet wird. Hitze kann in dem Leiter 580 und der Leitung 582 erzeugt werden. Die erzeugte Hitze kann innerhalb der Leitung 582 und der Öffnung 514 strahlen, so dass zumindest ein Teil der Formation 516 erhitzt wird. Als Beispiel kann eine Spannung von etwa 330 V und ein Strom von etwa 795 A an den Leiter 580 und die Leitung 582 in einem erhitzten Abschnitt von 229 m (750 Fuß) angelegt werden, um etwa 1150 Watt/Meter des Leiters 580 und der Leitung 582 zu erzeugen.
  • Eine Deckgebirgeleitung 541 kann in dem Deckgebirge 540 der Formation 516 angeordnet sein. Die Deckgebirgeleitung 541 kann in einigen Ausführungsformen von Materialien umgeben sein, die ein Erhitzen des Deckgebirges 540 im Wesentlichen verhindern können. Der Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand eines Leiters 580 kann in der Deckgebirgeleitung 541 angeordnet sein. Der Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand des Leiters 580 kann z. B. aus C-Stahl bestehen. Der Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand kann einen Durchmesser von etwa 2 cm bis etwa 5 cm oder z. B. einen Durchmesser von etwa 4 cm aufweisen. Ein Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand des Leiters 580 kann innerhalb der Deckgebirgeleitung 541 unter Verwendung von Zentralisierern 581 zentralisiert sein. Zentralisierer 581 können in Intervallen von ca. 6 m bis ca. 12 m oder z. B. ca. 9 m entlang des Abschnittes 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand des Leiters 580 angeordnet sein. Ein Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand des Leiters 580 kann unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens nach dem Stand der Technik, wie z. B. Bogenschweißen mit dem Leiter 580, gekuppelt werden. Ein Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand kann so ausgebildet sein, dass er wenig und/oder im Wesentlichen keine Hitze in der Deckgebirgeleitung 541 erzeugt. Dichtungsmaterial 542 kann zwischen der Deckgebir geauskleidung 541 und der Öffnung 514 angeordnet sein. Das Dichtungsmaterial 542 kann so ausgebildet sein, dass es Fluid im Wesentlichen daran hindert, dass es von der Öffnung 514 zur Oberfläche 550 strömt, oder dass es die meisten Hitze führenden Fluide daran hindert, von der Öffnung 514 zur Oberfläche 550 zu strömen.
  • Die Deckgebirgeleitung kann z. B. eine Leitung aus C-Stahl mit einem Durchmesser von etwa 7,6 cm und einer Dicke von etwa einem Schedule 40 Rohr aufweisen. Der Zement 544 kann z. B. Schlacke oder Quarzmehl oder ein Gemisch daraus umfassen (z. B. etwa 1,58 g/cm3 Schlacke/Quarzmehl). Der Zement 544 kann sich radial in einer Breite von etwa 5 cm bis etwa 25 cm erstrecken. Der Zement 544 kann auch aus einem Material bestehen, das so aufgebaut ist, dass es Hitze daran hindert, in die Formation 516 hinein zu strömen.
  • Der Oberflächenleiter 545 und die Deckgebirgeauskleidung 541 können den Zement 544 einschließen und können mit dem Bohrlochkopf 690 kuppeln. Der Oberflächenleiter 545 kann einen Durchmesser von etwa 10 cm bis etwa 30 cm und mehr, vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 22 cm aufweisen. Elektrisch isolierende Dichtungsflansche können so ausgebildet sein, dass sie den Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand des Leiters 580 mit dem Bohrlochkopf 690 kuppeln, und den Abschnitt 584 mit geringerem Widerstand mit dem Stromkabel 585 kuppeln. Die elektrisch isolierenden Dichtungsflansche können so ausgebildet sein, dass sie den Einführungsleiter 585 mit dem Bohrlochkopf 690 kuppeln. Der Einführungsleiter 585 kann z. B. ein Kupferkabel, einen Draht oder an anderes lang gestrecktes Element umfassen. Der Einführungsleiter 585 kann jedoch jedes beliebige Material mit einem im Wesentlichen geringen Widerstand umfassen. Der Einführungsleiter kann an die Un terseite des Leiters mit geringem spezifischen Widerstand geklemmt werden, um so einen elektrischen Kontakt herzustellen.
  • In einer Ausführungsform kann Hitze in oder von der Leitung 582 erzeugt werden. Auf diese Weise können etwa 10% bis etwa 30% oder z. B. etwa 20% der gesamten von der Heizeinrichtung erzeugten Hitze in oder von der Leitung 582 erzeugt werden. Sowohl der Leiter 580 als auch die Leitung 582 können aus Edelstahl gefertigt sein. Die Abmessungen des Leiters 580 und der Leitung 582 können so gewählt sein, dass der Leiter Hitze in einem Bereich von ca. 650 Watt je Meter bis 1650 Watt je Meter abgibt. Eine Temperatur in der Leitung 582 kann ca. 480°C bis ca. 815°C betragen, und eine Temperatur in dem Leiter 580 kann ca. 500°C bis 840°C betragen. Ein im Wesentlichen gleichmäßiges Erhitzen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann entlang einer Länge der Leitung 582 von mehr als etwa 300 m oder vielleicht mehr als etwa 600 m bereitgestellt sein. Eine Länge der Leitung 582 kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. einem Typ von Kohlenwasserstoff enthaltender Formation, einer Tiefe einer Öffnung in der Formation und/oder einer für eine Behandlung gewünschten Länge der Formation variieren.
  • Die erzeugte Hitze kann so konfiguriert sein, dass sie zumindest einen Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt. Das Erhitzen zumindest des Teiles kann im Wesentlichen durch Strahlung der erzeugten Hitze innerhalb einer Öffnung in der Formation und in geringerem Ausmaß durch Leitung durch Gas erfolgen. Auf diese Weise können Kosten, die mit dem Füllen der Öffnung mit Füllmaterial, um für eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung zwischen dem isolierten Leiter und der Formation zu sorgen, verbunden sind, beseitigt werden. Darüber hinaus ist die Wärmeübertragung durch Strahlung im Allgemeinen effizienter als durch Leitung, und deshalb werden die Heizein richtungen im Allgemeinen bei niedrigeren Temperaturen in einem offenen Bohrloch arbeiten. Ein noch weiterer Vorteil besteht darin, dass die Heizanordnung auch eine Wärmeausdehnung erfahren kann. Ein noch weiterer Vorteil besteht darin, dass die Heizeinrichtung austauschbar sein kann.
  • Die Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung, wie sie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist, kann in der Öffnung 514 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung durch Abschnitte in einem Schacht angeordnet sein. Zum Beispiel kann ein erster Abschnitt der Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung in den Schacht hinein angeordnet sein. Der Abschnitt kann eine Länge von etwa 12 m aufweisen. Ein zweiter Abschnitt (z. B. mit einer im Wesentlichen gleichen Länge) kann mit dem ersten Abschnitt in dem Schacht gekuppelt werden. Der zweite Abschnitt kann durch Schweißen des zweiten Abschnittes an den ersten Abschnitt und/oder durch Schrauben, die an dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet sind, gekuppelt werden. Ein an dem Bohrlochkopf angeordnetes Orbitalschweißgerät kann so ausgebildet sein, dass es den zweiten Abschnitt an den ersten Abschnitt schweißt. Dieser Vorgang kann mit nachfolgenden Abschnitten, die mit vorhergehenden Abschnitten gekuppelt werden, wiederholt werden, bis eine Heizeinrichtung mit einer gewünschten Länge in dem Schacht angeordnet werden kann. In einigen Ausführungsformen können drei Abschnitte vor dem Anordnen in dem Schacht gekuppelt werden. Die Abschnitte können durch Schweißen gekuppelt werden. Die drei Abschnitte können jeweils eine Länge von etwa 12,2 m aufweisen. Der resultierende 37 m Abschnitt kann mit einem Kran an dem Bohrlochkopf senkrecht gehoben werden. Die drei Abschnitte können mit drei zusätzlichen Abschnitten in dem Schacht gekuppelt werden, wie hierin beschrieben ist. Das Verschweißen der drei Abschnitte vor dem Anordnen in dem Schacht kann eine Anzahl von Lecks und/oder fehlerhaften Schweißnähten reduzieren, und kann eine zum Einbau einer Heizeinrichtung erforderliche Zeit verringern.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung auf eine Spulanordnung gespult sein. Die Spulanordnung kann an einem transportablen Aufbau montiert sein. Der transportable Aufbau kann zu einer Schachtposition transportiert werden. Die Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung kann von der Spulanordnung in den Schacht hinein abgespult werden.
  • 20 veranschaulicht eine Ausführungsform eines gleitenden Verbinders. Der gleitende Verbinder 583 kann ein Gleitelement 593 umfassen, der an einem Punkt 595 an einer Innenfläche einer Leitung 582 anstoßen kann. Das Gleitelement 593 kann jedes beliebige Metall oder elektrisch leitende Material (z. B. Stahl oder Edelstahl) umfassen. Ein Zentralisierer 591 kann mit einem Leiter 580 gekuppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Leiter 580 einen Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand auf Grund einer erhöhten Dicke, im Wesentlichen um eine Stelle des gleitenden Verbinders 583 herum, aufweisen. Der Zentralisierer 591 kann jedes beliebige elektrisch leitende Material (z. B. ein Metall oder eine Metalllegierung) umfassen. Der Zentralisierer 591 kann mit dem Gleitelement 593 durch einen Federbügel 592 gekuppelt sein. Der Federbügel 592 kann jedes beliebige Metall oder elektrisch leitende Material (z. B. eine Kupfer-Beryllium-Legierung) umfassen. Der Zentralisierer 591, der Federbügel 592 und/oder das Gleitelement 593 können durch ein beliebiges im Stand der Technik bekanntes Schweißverfahren gekuppelt werden. Der gleitende Verbinder 583 kann den Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand des Leiters 580 durch den Zentralisierer 591, den Federbügel 592 und/oder das Gleitelement 593 mit der Leitung 582 elektrisch kuppeln. Während des Erhitzens des Lei ters 580 kann der Leiter 580 sich mit einer wesentlich unterschiedlichen Geschwindigkeit als die Leitung 582 ausdehnen. Zum Beispiel kann der Punkt 594 an dem Leiter 580 sich während des Erhitzens des Leiters 580 relativ zu dem Punkt 595 an der Leitung 582 bewegen. Das Gleitelement 593 kann elektrischen Kontakt mit der Leitung 582 aufrechterhalten, indem er entlang der Oberfläche der Leitung 582 gleitet. Mehrere gleitende Verbinder können zur Redundanz und, um den Strom an jedem einzelnen Gleitelement zu verringern, verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Dicke der Leitung 582 für eine Länge, im Wesentlichen neben dem gleitenden Verbinder 583, erhöht werden, um die in diesem Teil der Leitung 582 erzeugte Hitze im Wesentlichen zu reduzieren. Die Länge der Leitung 582 mit erhöhter Dicke kann z. B. ca. 6 m betragen.
  • 21 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Bohrlochkopfes. Ein Bohrlochkopf 690 kann durch einen Flansch 690n oder durch eine beliebige andere geeignete mechanische Einrichtung mit einem elektrischen Abzweigkasten 690 gekuppelt sein. Der elektrische Abzweigkasten 690a kann so ausgebildet sein, dass er den an eine elektrische Heizeinrichtung gelieferten Strom (Stromstärke und Spannung) steuert. Die elektrische Heizeinrichtung kann eine Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung wie hierin beschrieben sein. Der Flansch 690n kann z. B. Edelstahl oder jedes beliebige andere geeignete Dichtungsmaterial umfassen. Ein Leiter 690b kann in dem Flansch 690n angeordnet sein, und kann eine Deckgebirgeauskleidung 541 mit dem elektrischen Abzweigkasten 690a elektrisch kuppeln. Der Leiter 690b kann jedes beliebige Metall oder elektrisch leitende Material (z. B. Kupfer) umfassen. Eine Druckdichtung 690c kann den Leiter 690b an einer Innenfläche des elektrischen Abzweigkastens 690a abdichten.
  • Der Flansch 690n kann mit einem O-Ring 690d aus Metall abgedichtet sein. Eine Leitung 690f, die z. B. ein Rohr sein kann, kann den Flansch 690n mit einem Flansch 690m kuppeln. Der Flansch 690m kann mit der Deckgebirgeauskleidung 541 kuppeln. Der Flansch 690m kann mit einem O-Ring 690g (z. B. ein O-Ring aus Metall oder ein O-Ring aus Stahl) abgedichtet sein. Der Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand eines Leiters (z. B. des Leiters 580) kann mit dem elektrischen Abzweigkasten 690a kuppeln. Der Abschnitt 584 mit im Wesentliche geringem Widerstand kann durch den Flansch 690n geführt sein und kann in dem Flansch 690n mit einer O-Ring-Anordnung 690p abgedichtet sein. Anordnungen 690p sind so aufgebaut, dass sie den Abschnitt 584 mit im Wesentlichen geringem Widerstand des Leiters 580 von dem Flansch 690n und dem Flansch 690m isolieren. Eine O-Ring-Anordnung 690c kann so aufgebaut sein, dass sie einen Leiter 690b von dem Flansch 690m und dem Abzweigkasten 690a elektrisch isoliert. Ein Zentralisierer 581 kann mit dem Abschnitt 584 mit geringem Widerstand kuppeln. Der elektrisch isolierende Zentralisierer 581 kann Eigenschaften aufweisen, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist. Thermoelemente 690i können mit Verbindern 690h und einem Draht 690j mit einem Thermoelement-Flansch 690q gekuppelt sein. Die Thermoelemente 690i können in einem elektrisch isolierten Mantel (z. B. einem Metallmantel) eingeschlossen sein. Die Thermoelemente 690i können in dem Thermoelement-Flansch 690q mit Druckdichtungen 690k abgedichtet sein. Die Thermoelemente 690i können verwendet werden, um die Temperaturen in dem erhitzten Teil untertage zu überwachen.
  • 22 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Zentralisierers in z. B. einer Leitung 582. Ein elektrischer Isolator 581a kann z. B. an einem Leiter 580 angeordnet sein. Der Isolator 581a kann z. B. aus Aluminiumoxid oder einem beliebigen anderen elektrisch isolierenden Material gefertigt sein, das für eine Verwendung bei hohen Temperaturen ausgebildet sein kann. Eine Position des Isolators 581a an dem Leiter 580 kann durch eine Scheibe 581d gehalten sein. Die Scheibe 581d kann an den Leiter 580 geschweißt sein. Ein Federbügel 581c kann durch die Scheibe 581b mit dem Isolator 581a gekuppelt sein. Der Federbügel 581c und die Scheibe 581b können aus Metallen, wie z. B. 310 Edelstahl und einem beliebigen anderen wärmeleitenden Material, gefertigt sein, das für die Verwendung bei hohen Temperaturen ausgebildet sein kann. Ein Zentralisierer 581 kann als ein einzelnes zylindrisches Element an dem Leiter 580 angeordnet sein. Der Zentralisierer 581 kann als zwei an dem Leiter 580 angeordnete halbzylindrische Elemente angeordnet sein. Die beiden halbzylindrischen Elemente können durch ein Band 581e mit dem Leiter 580 gekuppelt sein. Das Band 581e kann aus jedem beliebigen Material gefertigt sein, das für die Verwendung bei hohen Temperaturen ausgebildet ist (z. B. Stahl).
  • 23a veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines an einem Leiter 580 angeordneten Zentralisierers 581e. 23b veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der in 23a gezeigten Ausführungsform. Der Zentralisierer 581e kann aus jedem beliebigen elektrisch isolierenden Material gefertigt sein, das einer hohen Spannung bei hohen Temperaturen im Wesentlichen standhalten kann. Beispiele solcher Materialien können Aluminiumoxid oder Macor sein. Scheiben 581d können Positionen des Zentralisierers 581e relativ zu dem Leiter 580 aufrechterhalten. Die Scheiben 581d können an den Leiter 580 geschweißte Metallscheiben sein. Die Scheiben 581d können an den Leiter 580 punktgeschweißt sein. Der Zentralisierer 581e kann den Leiter 580 von einer Leitung 582 im Wesentlichen elektrisch isolieren.
  • In einer Ausführungsform kann eine Leitung mit einem Fluid unter Druck gesetzt sein, um einen Druck in der Leitung mit einem Druck in einer Öffnung auszugleichen. Auf diese Weise kann eine Deformation der Leitung im Wesentlichen verhindert werden. Ein wärmeleitendes Fluid kann so konfiguriert sein, dass es die Leitung unter Druck setzt. Das wärmeleitende Fluid kann die Wärmeübertragung innerhalb der Leitung erhöhen. Das wärmeleitende Fluid kann ein Gas, wie z. B. Helium, Stickstoff, Luft oder Gemische aus diesen umfassen. Ein Druckfluid kann auch so konfiguriert sein, dass es die Leitung derart unter Druck setzt, dass das Druckfluid einen Funkenüberschlag zwischen dem Leiter und der Leitung verhindern kann. Wenn Luft und/oder Luftgemische verwendet werden, um die Leitung unter Druck zu setzen, kann/können die Luft und oder Luftgemische mit Materialien des Leiters und der Leitung reagieren und ein Oxid an einer Oberfläche des Leiters und der Leitung bilden, so dass der Leiter und die Leitung zumindest in gewissem Grad korrosionsbeständiger sind.
  • Ein Ausstrahlungsvermögen eines Leiters und/oder einer Leitung kann erhöht werden. Zum Beispiel kann eine Oberfläche des Leiters und/oder der Leitung aufgeraut sein, um das Ausstrahlungsvermögen zu erhöhen. Eine Schwärzung der Oberfläche des Leiters und/oder der Leitung kann das Ausstrahlungsvermögen ebenfalls erhöhen. Alternativ kann eine Oxidation des Leiters und/oder der Leitung vor dem Einbau ausgebildet sein, um das Ausstrahlungsvermögen zu erhöhen. Der Leiter und/oder die Leitung kann/können auch oxidiert werden, indem der Leiter und/oder die Leitung in Gegenwart eines oxidierenden Fluids in der Leitung und/oder in einer Öffnung in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt wird/werden. Eine weitere Alternative zum Erhöhen des Ausstrahlungsvermögens kann darin bestehen, dass der Leiter und/oder die Leitung anodisiert wird/werden, damit die Oberfläche aufgeraut und/oder geschwärzt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann ein perforiertes Rohr in der in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation ausgebildeten Öffnung in der Nähe und außerhalb der ersten Leitung angeordnet sein. Das perforierte Rohr kann so ausgebildet sein, dass es Fluide, die in der Öffnung gebildet werden, entfernt. Auf diese Weise kann ein solcher Druck in der Öffnung aufrechterhalten werden, dass eine Deformation der ersten Leitung im Wesentlichen verhindert werden kann, und der Druck in der Formation in der Nähe der Heizeinrichtungen kann verringert werden. Das perforierte Rohr kann auch verwendet werden, um den Druck in der Formation durch Hinzufügen zu oder Wegnehmen eines Fluids oder von Fluiden aus der Formation zu erhöhen oder zu vermindern. Dies kann eine Steuerung des Druckes in der Formation und eine Steuerung der Qualität geförderter Kohlenwasserstoffe zulassen. Perforierte Rohre können für die Drucksteuerung in allen beschriebenen Ausführungsformen von Wärmequellen, die eine Konfiguration mit offenem Loch verwenden, verwendet werden. Das perforierte Rohr kann auch so ausgebildet sein, dass es Gase einspritzt, um Kohlenwasserstoffeigenschaften in situ zu verbessern; zum Beispiel kann Wasserstoffgas unter hohem Druck eingespritzt werden.
  • 24 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform einer Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung, die so ausgebildet ist, dass sie einen Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt. Ein zweiter Leiter 586 kann in einer Leitung 582 zusätzlich zu einem Leiter 580 angeordnet sein. Der Leiter 580 kann wie hierin beschrieben ausgebildet sein. Der zweite Leiter 586 kann unter Verwendung eines in der Nähe einer untersten Fläche der Leitung 582 angeordneten Verbinders 587 mit dem Leiter 580 gekuppelt sein. Der zweite Leiter 586 kann als Rückweg für den an den Leiter 580 gelieferten Strom ausgebildet sein. Zum Beispiel kann der zweite Leiter 586 elektrischen Strom durch einen zweiten Leiter 588 mit im Wesentlichen geringem Widerstand in einer Deckgebirgeauskleidung 541 zu dem Bohrlochkopf 690 zurückleiten. Der zweite Leiter 586 und der Leiter 580 können aus einem lang gestreckten leitenden Material ausgebildet sein. Der zweite Leiter 586 und der Leiter 580 können zum Beispiel eine Edelstahlstange mit einem Durchmesser von ca. 2,4 cm sein. Der Verbinder 587 kann flexibel sein. Die Leitung 582 kann von dem Leiter 580 und dem zweiten Leiter 586 durch Verwendung von Zentralisierern 581 elektrisch isoliert sein. Eine Deckgebirgeauskleidung 541, ein Zement 544, ein Oberflächenleiter 545 und ein Dichtungsmaterial 542 können wie in der in 19 gezeigten Ausführungsform beschrieben ausgebildet sein. Die Vorteile dieser Ausführungsform umfassen das Nichtvorhandensein eines gleitenden Kontaktgebers, was die Lebensdauer der Heizeinrichtung erhöht, und die Isolierung der gesamten aufgebrachten Energie von der Formation 516.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann ein zweiter Leiter in einer zweiten Leitung angeordnet sein, und ein dritter Leiter kann in einer dritten Leitung angeordnet sein. Die zweite Öffnung kann sich von der Öffnung für die erste Leitung unterscheiden. Die dritte Öffnung kann sich von der Öffnung für die erste Leitung und der zweiten Öffnung unterscheiden. Zum Beispiel kann jede Öffnung der ersten, zweiten und dritten Öffnungen in im Wesentlichen unterschiedlichen Schachtpositionen der Formation angeordnet sein und kann im Wesentlichen gleiche Abmessungen aufweisen. Der erste, der zweite und der dritte Leiter können wie hierin beschrieben ausgebildet sein. Der erste, der zweite und der dritte Leiter können in einer 3-phasigen elektrischen Y-Konfiguration elektrisch gekuppelt sein. Die äußeren Leitungen können aneinander angeschlossen oder an Masse angeschlossen sein. Die 3-phasige elektrische Y-Konfiguration kann ein sichereres effizienteres Verfahren zum Erhitzen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation bereitstellen, als die Verwendung eines einzelnen Leiters. Die erste, die zweite und/oder die dritte Leitung können jeweils von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Leiter elektrisch isoliert sein. Die Abmessungen eines jeden Leiters und einer jeden Leitung können so ausgebildet sein, dass jeder Leiter eine Hitze von ca. 650 Watt je Meter Leiter bis ca. 1650 Watt je Meter Leiter erzeugen kann. In einer Ausführungsform können ein erster Leiter und ein zweiter Leiter in einer Leitung durch ein flexibles Verbindungskabel gekuppelt sein. Die Unterseite des ersten und des zweiten Leiters kann vergrößert sein, um Abschnitte mit geringem Widerstand zu schaffen und somit weniger Hitze zu erzeugen. Auf diese Weise kann der flexible Verbinder aus z. B. verseiltem Kupfer mit einer Gummiisolierung überzogen gefertigt sein.
  • In einer Ausführungsform können ein erster Leiter und ein zweiter Leiter mit zumindest einem gleitenden Verbinder innerhalb einer Leitung verbunden sein. Der gleitende Verbinder kann wie hierin beschrieben ausgebildet sein. Zum Beispiel kann ein solcher gleitender Verbinder ausgebildet sein, um weniger Hitze zu erzeugen als der erste Leiter oder der zweite Leiter. Die Leitung kann von dem ersten Leiter, dem zweiten Leiter und/oder dem gleitenden Verbinder elektrisch isoliert sein. Der gleitende Verbinder kann an einer Position innerhalb der ersten Leitung angeordnet sein, an der eine wesentlich geringere Erhitzung der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erforderlich ist.
  • In einer Ausführungsform kann eine Dicke eines Abschnittes einer Leitung so erhöht sein, dass entlang des Abschnittes mit erhöhter Dicke wesentlich weniger Wärme übertragen (z. B. aus gestrahlt) werden kann. Der Abschnitt mit erhöhter Dicke kann vorzugsweise entlang einer Länge der Leitung ausgebildet sein, wo eine geringere Erhitzung der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erforderlich sein kann.
  • In einer Ausführungsform kann der Leiter aus Abschnitten aus verschiedenen Metallen, die miteinander verschweißt sind, gebildet sein. Der Querschnittsbereich der verschiedenen Metalle kann so gewählt sein, dass der resultierende Leiter so lang ist, dass er bei hohen Betriebstemperaturen warmfest ist und/oder im Wesentlichen die gleiche Wärmemenge je Längeneinheit entlang der gesamten Länge des Leiters abgibt. Zum Beispiel kann ein erster Abschnitt aus einem warmfesten Metall (wie z. B. jedoch nicht beschränkt auf Inconel 617 oder HR120) gefertigt sein, und ein zweiter Abschnitt des Leiters kann aus Edelstahl 340 gefertigt sein. Der warmfeste erste Abschnitt kann dabei helfen, den zweiten Abschnitt zu stützen. Der Querschnittsbereich des ersten Abschnittes kann größer sein als der Querschnittsbereich des zweiten Abschnittes. Der größere Querschnittsbereich des ersten Abschnittes kann eine größere Festigkeit des ersten Abschnittes ermöglichen. Höhere Widerstandseigenschaften des ersten Abschnittes können es ermöglichen, dass der erste Abschnitt die gleiche Wärmemenge je Längeneinheit abgibt wie der zweite Abschnitt mit kleinerem Querschnittsbereich.
  • In einigen Ausführungsformen kann/können der Querschnittsbereich und/oder das für einen bestimmten Abschnitt verwendete Metall so ausgewählt sein, dass ein bestimmter Abschnitt eine größere (oder geringere) Wärmeabfuhr je Längeneinheit bereitstellt als ein benachbarter Abschnitt. In der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer Kohlenwasserstoffformation und einer Nicht-Kohlenwasserstoffformation (z. B. dem Deckgebirge und der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation) kann mehr Hitze vorgesehen sein, um Endeffekten entgegenzuwirken und eine gleichmäßigere Wärmeabfuhr in die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation hinein zu ermöglichen. Eine höhere Wärmeabfuhr kann auch an einem unteren Ende eines lang gestreckten Elementes angeordnet sein, um Endeffekten entgegenzuwirken und eine gleichmäßigere Wärmeabfuhr zu ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform kann ein lang gestrecktes Element innerhalb einer Öffnung (z. B. ein offenes Bohrloch) in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sein. Die Öffnung kann vorzugsweise eine nicht-ausgekleidete Öffnung in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation sein. Die Öffnung kann einen Durchmesser von zumindest ca. 5 cm oder z. B. ca. 8 cm aufweisen. Der Durchmesser der Öffnung kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. einer gewünschten Aufheizgeschwindigkeit in der Formation variieren. Das lang gestreckte Element kann eine Länge (z. B. ein Streifen) aus Metall oder ein beliebiges anderes lang gestrecktes Stück aus Metall (z. B. eine Stange) sein. Das lang gestreckte Element kann Edelstahl umfassen. Das lang gestreckte Element kann jedoch auch ein beliebiges leitendes Material enthalten, das so konfigurierbar ist, dass es Hitze erzeugt, die einen Teil der Formation ausreichend erhitzt und einer entsprechenden Temperatur innerhalb der Öffnung im Wesentlichen standhält, z. B. kann es so ausgebildet sein, dass es bei der Temperatur innerhalb der Öffnung einer Korrosion standhält.
  • Ein lang gestrecktes Element kann eine blanke metallische Heizeinrichtung sein. "Blankes Metall" bezieht sich auf ein Metall, das keinen Überzug aus einer elektrischen Isolierung, wie z. B. Mineralisolierung umfasst, die so aufgebaut ist, dass sie über einen ganzen Betriebstemperaturbereich des lang gestreckten Elementes eine elektrische Isolierung für das Metall bereitstellt. Blankes Metall kann ein Metall mit einem Korrosionshemmer, wie z. B. einer natürlich vorkommenden Oxidationsschicht, einer aufgebrachten Oxidationsschicht und/oder einen Film, umfassen. Blankes Metall umfasst Metall mit Polymer- oder anderen Typen elektrischer Isolierung, die elektrisch isolierende Eigenschaften bei einer typischen Betriebstemperatur des lang gestreckten Elementes nicht aufrechterhalten können. Ein solches Material kann auf dem Metall aufgebracht sein, und kann während des Betriebes der Heizeinrichtung zersetzt werden.
  • Ein lang gestrecktes Element kann eine Länge von etwa 650 Metern aufweisen. Längere Längen können erzielt werden, indem Abschnitte aus hochfesten Legierungen verwendet werden, solche lang gestreckten Elemente können aber kostspielig sein. In einigen Ausführungsformen kann ein lang gestrecktes Element von einer Platte in einem Bohrlochkopf getragen sein. Das lang gestreckte Element kann Abschnitte aus unterschiedlichen leitenden Materialien umfassen, die an den Enden miteinander verschweißt sind. Eine großse Menge elektrisch leitenden Schweißmaterials kann verwendet werden, um die separaten Abschnitte miteinander zu kuppeln, um die Festigkeit des resultierenden Elementes zu erhöhen, und um einen Weg für den Stromfluss bereitzustellen, der nicht zu einem Funkenüberschlag und/oder Korrosion an den geschweißten Anschlüssen führt. Die unterschiedlichen leitenden Materialien können Legierungen mit einer hohen Warmfestigkeit umfassen. Die Abschnitte aus unterschiedlichen leitenden Materialien können variierende Durchmesser aufweisen, so dass eine gleichmäßige Erhitzung entlang des lang gestreckten Elementes sichergestellt ist. Ein erstes Metall, das eine höhere Warmfestigkeit aufweist als ein zweites Metall, weist typischerweise einen höheren spezifischen Widerstand auf als das zweite Metall. Der Unterschied in den spezifischen Widerständen kann zulassen, dass ein Abschnitt mit größerem Querschnittsbereich aus einem wärmebeständigeren ersten Metall die gleiche Wärmemenge abgibt wie ein Abschnitt mit kleinerem Querschnittsbereich aus einem zweiten Metall. Die Querschnittsbereiche der beiden verschiedenen Metalle können so maßgeschneidert sein, dass sie im Wesentlichen die selbe Wärmemengenabfuhr in zwei zusammengeschweißten Abschnitten der Metalle zum Ergebnis haben. Die leitenden Materialien können 617 Inconel, HR-120, 316 Edelstahl und 304 Edelstahl umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein lang gestrecktes Element einen 60 Meter Abschnitt aus 617 Inconel, einen 60 Meter Abschnitt aus HR-120 und einen 150 Meter Abschnitt aus 304 Edelstahl aufweisen. Darüber hinaus kann das lang gestreckte Element einen Abschnitt mit geringem Widerstand umfassen, der von dem Bohrlochkopf durch das Deckgebirge verlaufen kann. Dieser Abschnitt mit geringem Widerstand kann die Erhitzung innerhalb der Formation von dem Bohrlochkopf durch das Deckgebirge verringern. Der Abschnitt mit geringem Widerstand kann das Ergebnis z. B. der Auswahl eines im Wesentlichen elektrisch leitenden Materials und/oder des Vergrößerns des für die elektrische Leitung verfügbaren Querschnittsbereiches sein.
  • Alternativ kann sich ein Stützelement durch das Deckgebirge erstrecken, und das oder die lang gestreckte/n Element/e aus blankem Metall kann/können in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem Deckgebirge und der Kohlenwasserstoffformation mit einer Platte, einem Zentralisierer oder einem anderen Typ von Stützelement gekuppelt sein. Ein Kabel mit geringem spezifischen Widerstand, wie z. B. ein verseiltes Kupferkabel, kann sich entlang des Stützelementes erstrecken und kann mit dem lang gestreckten Element oder den lang gestreckten Elementen gekuppelt sein. Das Kupferkabel kann mit einer Stromquelle gekuppelt sein, die das lang gestreckte Element oder die lang gestreckten Elemente mit Elektrizität versorgt.
  • 25 veranschaulicht eine Ausführungsform aus einer Vielzahl lang gestreckter Elemente, die so ausgebildet sind, dass sie einen Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzen. Zwei oder mehr (z. B. vier) lang gestreckte Elemente 600 können von dem Stützelement 604 gestützt sein. Die lang gestreckten Elemente 600 können durch Verwendung isolierter Zentralisierer 602 mit dem Stützelement 604 gekuppelt sein. Das Stützelement 604 kann ein Rohr oder eine Leitung sein. Das Stützelement 604 kann auch ein perforiertes Rohr sein. Das Stützelement 604 kann so ausgebildet sein, dass es einen Strom aus einem oxidierenden Fluid in die Öffnung 514 hinein bereitstellt. Das Stützelement 604 kann einen Durchmesser zwischen etwa 1,2 cm bis etwa 4 cm und bevorzugter etwa 2,5 cm aufweisen. Das Stützelement 604, die lang gestreckten Elemente 600 und die isolierten Zentralisierer 602 können in einer Öffnung 514 in einer Formation 516 angeordnet sein. Die isolierten Zentralisierer 602 können so ausgebildet sein, dass sie eine Position lang gestreckter Elemente 600 so an dem Stützelement 604 halten, dass eine seitliche Bewegung der lang gestreckten Elemente 600 bei Temperaturen, die hoch genug sind, um das Stützelement 604 oder die lang gestreckten Elemente 600 zu verformen, im Wesentlichen verhindert werden kann. Die isolierten Zentralisierer 602 können ein Zentralisierer wie hierin beschrieben sein. Die lang gestreckten Elemente 600 können in einigen Ausführungsformen Metallstreifen aus etwa 2,5 cm breitem und etwa 0,3 cm dickem Edelstahl sein. Die lang gestreckten Elemente 600 können jedoch auch ein/e aus einem leitenden Material gebildete/s Rohr oder Stange umfassen. Elektrischer Strom kann an den lang gestreckten Elementen angelegt sein, so dass die lang gestreckten Elemente 600 auf Grund von elektrischem Widerstand Hitze erzeugen.
  • Die lang gestreckten Elemente 600 können so ausgebildet sein, dass sie eine Hitze von ca. 650 Watt je Meter lang gestreckter Elemente 600 bis ca. 1650 Watt je Meter lang gestreckter Elemente 600 erzeugen. Auf diese Weise können sich die lang gestreckten Elemente bei einer Temperatur von ca. 480°C bis ca. 815°C befinden. Eine im Wesentlichen gleichmäßige Erhitzung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann entlang einer Länge lang gestreckter Elemente 600, die größer ist als etwa 305 m oder vielleicht größer als etwa 610 m ist, bereitgestellt sein. Eine Länge lang gestreckter Elemente kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. einem Typ einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, einer Tiefe einer Öffnung in der Formation und/oder einer Länge der Formation, deren Behandlung gewünscht ist, variieren.
  • Die lang gestreckten Elemente 600 können elektrisch in Serie gekuppelt sein. Die lang gestreckten Elemente 600 können durch Verwendung eines Einführungsleiters 572 mit elektrischem Strom versorgt sein. Der Einführungsleiter 572 kann weiter so ausgebildet sein, wie hierin beschrieben ist. Der Einführungsleiter 572 kann mit einem Bohrlochkopf 690 gekuppelt sein. Elektrischer Strom kann unter Verwendung des mit den lang gestreckten Elementen 600 gekuppelten Einführungsleiters 606 zu dem Bohrlochkopf 690 zurückgeleitet werden. Der Einführungsleiter 572 und ein Ableitungs-Leiter 606 können durch einen zwischen dem Bohrlochkopf 690 und dem Deckgebirge 540 angeordneten Dichtungsflansch mit dem Bohrlochkopf 690 an der Oberfläche 550 gekuppelt sein. Der Dichtungsflansch kann im Wesentlichen verhindern, dass Fluid aus der Öffnung 514 zur Oberfläche 550 entweicht. Der Einführungsleiter 572 und der Ableitungs-Leiter 606 können unter Verwendung eines Übergangleiters mit kaltem Anschluss mit den lang gestreckten Elementen gekuppelt sein. Der Übergangsleiter mit kaltem Anschluss kann einen isolierten Leiter mit im Wesentlichen geringem Widerstand umfassen, so dass durch den Übergangsleiter mit kaltem Anschluss im Wesentlichen keine Hitze erzeugt werden kann. Der Übergangsleiter mit kaltem Anschluss kann durch beliebige Spleiß- oder Schweißverfahren nach dem Stand der Technik mit dem Einführungsleiter 572, dem Ableitungs-Leiter 606 und/oder den lang gestreckten Elementen 600 gekuppelt sein. Der Übergangsleiter mit kaltem Anschluss kann einen Temperaturübergang zwischen dem Einführungsleiter 572, dem Ableitungs-Leiter 606 und/oder den lang gestreckte Elementen 600 bereitstellen. Der Übergangsleiter mit kaltem Anschluss kann weiter so ausgebildet sein, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben. Der Einführungsleiter 572 und der Ableitungs-Leiter 606 können aus Leitern mit geringem Widerstand gefertigt sein, so dass von dem durch den Einführungsleiter 572 und den Ableitungs-Leiter 606 fließenden elektrischen Strom im Wesentlichen keine Hitze erzeugt werden kann.
  • Schweißraupen können unterhalb der Zentralisierer 602 an dem Stützelement 604 angeordnet sein, um die Position des Zentralisierers zu fixieren. Schweißraupen können an den lang gestreckten Elementen 600 oberhalb des obersten Zentralisierers angeordnet sein, um die Position der lang gestreckten Elemente relativ zu dem Stützelement zu fixieren (es können auch andere Typen von Verbindungsmechanismen verwendet werden). Wenn das lang gestreckte Element erhitzt wird, kann es sich thermisch nach unten ausdehnen. Das lang gestreckte Element kann aus verschiedenen Metallen an verschiedenen Positionen entlang einer Länge des lang gestreckten Elementes ausgebildet sein, so dass es möglich ist, relativ lange Längen zu bilden. Zum Beispiel kann ein "U"-förmiges, lang gestrecktes Element eine aus 310 Edelstahl gebildete erste Länge, eine aus 304 Edelstahl gebildete, an die erste Länge geschweißte zweite Länge, und eine aus Edelstahl 310 gebildete, an die zweite Länge geschweißte dritte Länge umfassen. 310 Edelstahl weist einen höheren Widerstand auf als 304 Edelstahl und kann ca. 25% mehr Energie je Längeneinheit abführen als 304 Edelstahl mit den selben Abmessungen. 310 Edelstahl kann warmfester sein als 304 Edelstahl. Die erste Länge und die dritte Länge können mit Querschnittsbereichen ausgebildet sein, die es zulassen, dass die erste Länge und die dritte Länge so viel Hitze abführen, wie ein Abschnitt aus 304 Edelstahl mit einem kleineren Querschnittsbereich. Die erste und die dritte Länge können nahe am Bohrlochkopf 690 angeordnet sein. Die Verwendung verschiedener Metalltypen kann die Ausbildung langer lang gestreckter Elemente ermöglichen. Die verschiedenen Metalle können 617 Inconel, HR120, 316 Edelstahl, 310 Edelstahl und 304 Edelstahl sein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • Dichtungsmaterial 542 kann zwischen einer Deckgebirgeauskleidung 541 und einer Öffnung 541 angeordnet sein. Das Dichtungsmaterial 542 kann so ausgebildet sein, dass es Fluid daran hindert, von der Öffnung 514 zur Oberfläche 550 zu strömen, und dass es entsprechende Wärmeverluste in Richtung der Oberfläche verhindert. Das Dichtungsmaterial 542 kann weiter so ausgebildet sein, wie hierin beschrieben. Die Deckgebirgeauskleidung 541 kann in Zement 544 in dem Deckgebirge 540 der Formation 516 angeordnet sein. Die Deckgebirgeauskleidung 541 kann weiter so ausgebildet sein, wie hierin beschrieben. Ein Oberflächenleiter 545 kann in dem Zement 544 angeordnet sein. Der Oberflächenleiter kann ausgebildet sein, wie hierin beschrieben. Das Stützelement 604 kann mit dem Bohrlochkopf 690 an der Oberfläche 550 der Formation 516 gekuppelt sein. Der Zentralisierer 581 kann so ausgebildet sein, dass er eine Position des Stützelementes 604 innerhalb der Deckgebirgeauskleidung 541 hält. Der Zentralisierer 581 kann weiter so ausgebildet sein, wie hierin beschrieben. Die lang gestreckten Elemente 600 können mit Strom versorgt sein, so dass sie Hitze erzeugen. Die von den lang gestreckten Elementen 600 erzeugte Hitze kann innerhalb der Öffnung 514 strahlen, so dass zumindest ein Teil der Formation 516 erhitzt wird.
  • Das oxidierende Fluid kann von einer Fluidquelle 508 entlang einer Länge der lang gestreckten Elemente 600 bereitgestellt sein. Das oxidierende Fluid kann eine Kohlenstoffablagerung an den oder in der Nähe der lang gestreckten Elemente/n verhindern. Zum Beispiel kann das oxidierende Fluid mit Kohlenwasserstoffen reagieren und Kohlenstoffdioxid bilden, das aus der Öffnung entfernt werden kann. Öffnungen 605 in dem Stützelement 604 können so ausgebildet sein, dass ein Strom des oxidierenden Fluids entlang der Länge lang gestreckter Elemente 600 bereitgestellt wird. Die Öffnungen 605 können kritische Strömungsöffnungen wie hierin ausgebildet und beschrieben sein. Alternativ kann ein Rohr in der Nähe der lang gestreckten Elemente 600 angeordnet sein, um den Druck in der Formation zu steuern, wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Rohr in der Nähe der lang gestreckten Elemente 600 angeordnet sein, um einen Strom oxidierenden Fluids in die Öffnung 514 hinein bereitzustellen. Auch kann zumindest eines der lang gestreckten Elemente 600 ein Rohr mit Öffnungen, die so ausgebildet sind, dass sie die Strömung oxidierenden Fluids bereitstellen, umfassen. Ohne die Strömung oxidierenden Fluids kann eine Kohlenstoffablagerung an den oder in der Nähe der lang gestreckten Elemente/n 600 oder an den isolierten Zentralisierern 602 erfolgen, wodurch ein Kurzschluss zwischen den lang gestreckten Elementen 600 und den isolierten Zentralisierern 602 oder Wärmepunkte entlang der lang gestreckten Elemente 600 verursacht werden können. Das oxidierende Fluid kann verwendet werden, damit es mit dem Kohlenstoff in der Formation reagiert, wie hierin beschrieben. Die durch die Reaktion mit dem Kohlenstoff erzeugte Wärme kann die elektrisch erzeugte Hitze ergänzen oder aufstocken.
  • In einer Ausführungsform kann eine Vielzahl lang gestreckter Elemente an einem in einer Öffnung angeordneten Stützelement gestützt sein. Die Vielzahl lang gestreckter Elemente kann entweder in einer Serien- oder einer Parallelanordnung elektrisch gekuppelt sein. Ein/e an die Vielzahl lang gestreckter Elementen angelegte/r Strom und Spannung kann so vorbestimmt sein, dass die Kosten der elektrischen Energiezufuhr an der Oberfläche in Verbindung mit den Kosten für die Vielzahl lang gestreckter Elemente minimiert werden kann. Darüber hinaus kann ein/e Betriebsstrom und -spannung so gewählt sein, dass die Kosten eines Energieeinsatzes in Verbindung mit den Kosten der lang gestreckten Elemente optimiert ist. Die lang gestreckten Elemente können so ausgebildet sein, dass sie Hitze erzeugen und abstrahlen, wie hierin beschrieben. Die lang gestreckten Elemente können in eine Öffnung 514 eingebaut sein wie hierin beschrieben.
  • In einer Ausführungsform kann ein lang gestrecktes Element aus blankem Metall in einer "U"-Form (oder Haarnadel) ausgebildet sein, und das Element kann an einem Bohrlochkopf oder an einem Positionierer, der an oder in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem Deckgebirge und der Formation, die erhitzt werden soll, angeordnet ist, aufgehängt sein. In bestimmten Ausführungsformen sind die blanken metallischen Heizeinrichtungen aus Stabware ausgebildet. Zylindrische Aluminium- und keramikreiche elektrische Isolatoren können über Schenkeln der lang gestreckten Elemente angeordnet sein. Punktschweißungen entlang von Längen der Schenkel können die Position der Isolatoren fixieren. Die Isolatoren können auch das lang gestreckte Element daran hindern, die Formation oder eine Schachtauskleidung (wenn das lang gestreckte Element innerhalb einer Schachtauskleidung angeordnet ist) zu berühren. Die Isolatoren können die Schenkel der "U"-förmigen Elemente daran hindern, dass sie einander berühren. Aluminium- und keramikreiche elektrische Isolatoren können von Copper Industries (Houston, Texas) bezogen werden. In einer Ausführungsform kann das "U"- förmige Element aus verschiedenen Metallen mit unterschiedlichen Querschnittsbereichen gebildet sein, so dass die lang gestreckten Elemente relativ lang sein können und im Wesentlichen die selbe Wärmemenge je Längeneinheit entlang der gesamten Länge des lang gestreckten Elementes abführen können. Die Verwendung verschiedener zusammengeschweißter Abschnitte kann eine lang gestrecktes Element zum Ergebnis haben, das in der Nähe einer Oberseite des lang gestreckten Elementes Abschnitte mit großem Durchmesser und einen Abschnitt oder Abschnitte mit geringerem Durchmesser weiter unten einer Länge des lang gestreckten Elementes aufweist. Zum Beispiel weist eine Ausführungsform eines lang gestreckten Elementes zwei erste Abschnitte mit einem Durchmesser von 7/8 Zoll (2,2 cm), zwei mittlere Abschnitte mit einem Durchmesser von ½ Zoll (1,3 cm), und einen unteren Abschnitt mit 3/8 Zoll (0,95 cm), der in eine "U"-Form gebogen ist, auf. Das lang gestreckte Element kann aus Materialien mit anderen Querschnittsformen, wie Eiformen, Quadrate, Dreiecke etc., gefertigt sein. Die Abschnitte können aus Legierungen ausgebildet sein, die für jeden Abschnitt im Wesentlichen die selbe Wärmeabfuhr je Längeneinheit zum Ergebnis haben werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann/können der und/oder das für einen bestimmten Abschnitt verwendete Querschnitt/Metall so gewählt sein, dass ein bestimmter Abschnitt eine größere (oder kleinere) Wärmeabfuhr je Längeneinheit bereitstellt als ein benachbarter Abschnitt. Mehr Wärmeabfuhr je Längeneinheit kann in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einer Kohlenwasserstoffschicht und einer Nicht-Kohlenwasserstoffschicht (z. B. dem Deckgebirge und der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation) vorgesehen sein, um Endeffekten entgegenzuwirken und eine gleichmäßigere Wärmeabfuhr in die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation hinein zu ermöglichen. Eine höhere Wärmeabfuhr kann auch an einem unteren Ende eines lang gestreckten Elemen tes angeordnet sein, um Endeffekten entgegenzuwirken und eine gleichmäßigere Wärmeabfuhr zu ermöglichen.
  • 26 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Oberflächencombustors der so konfiguriert ist, dass er einen Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt. Brennstofffluid 611 kann durch eine Leitung 617 in den Brenner 610 hinein bereitgestellt sein. Ein oxidierendes Fluid kann von einer Quelle 508 oxidierenden Fluids in den Brenner 610 hinein bereitgestellt sein. Das Brennstofffluid 611 kann mit dem oxidierenden Fluid in dem Brenner 610 oxidiert werden, um Oxidationsprodukte 613 zu bilden. Das Brennstofffluid 611 kann z. B. Wasserstoff umfassen. Das Brennstofffluid 611 kann auch Methan oder beliebige andere Kohlenwasserstofffluide umfassen. Der Brenner 610 kann außerhalb einer Formation 516 oder innerhalb einer Öffnung 614 in der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 516 angeordnet sein. Eine Flamme 618 kann so konfiguriert sein, dass sie das Brennstofffluid 611 auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Oxidation in dem Brenner 610 zu unterstützen. Die Flamme 618 kann so konfiguriert sein, dass sie das Brennstofffluid 611 auf eine Temperatur von etwa 1425°C erhitzt. Die Flamme 618 kann mit einem Ende der Leitung 617 gekuppelt sein. Die Flamme 618 kann eine Zündflamme sein. Die Zündflamme kann so konfiguriert sein, dass sie mit einem kleinen Durchsatz von Brennstofffluid 611 brennt. Die Flamme 618 kann jedoch auch eine elektrische Zündquelle sein.
  • Die Oxidationsprodukte 613 können innerhalb der mit dem Brenner 610 gekuppelten Leitung 612 in die Öffnung 614 hinein bereitgestellt sein. Hitze kann von den Oxidationsprodukten 613 durch eine äußere Leitung 615 in die Öffnung 614 hinein und zu der Formation entlang einer Länge der inneren Leitung 612 übertragen werden. Daher können die Oxidationsprodukte 613 entlang der Länge der inneren Leitung 612 im Wesentlichen abkühlen. Zum Beispiel können die Oxidationsprodukte 613 eine Temperatur von etwa 870°C in der Nähe der Oberseite der inneren Leitung und eine Temperatur von etwa 650°C in der Nähe der Unterseite der inneren Leitung 612 aufweisen. Ein Abschnitt der inneren Leitung 612 in der Nähe des Brenners 610 kann einen an einer Innenfläche der inneren Leitung 612 angeordneten keramischen Isolator 612b aufweisen. Der keramische Isolator 612b kann so ausgebildet sein, dass er ein Schmelzen der inneren Leitung 612 und/oder der Isolierung 612a neben dem Brenner 610 verhindert. Die Öffnung 614 kann sich in einer Länge von bis zu etwa 550 m unter der Oberfläche 550 in die Formation hinein erstrecken.
  • Die innere Leitung 612 kann so ausgebildet sein, dass sie die Oxidationsprodukte 613 in die äußere Leitung 615 in der Nähe einer Unterseite der Öffnung 614 hinein bereitstellt. Die innere Leitung 612 kann eine Isolierung 612a aufweisen. 27 veranschaulicht eine Ausführungsform der inneren Leitung 612 mit einer Isolierung 612a und einem keramischen Isolator 612b, die an einer Innenfläche der inneren Leitung 612 angeordnet sind. Die Isolierung 612a kann so ausgebildet sein, dass sie eine Wärmeübertragung zwischen Fluiden in der inneren Leitung 612 und Fluiden in der äußeren Leitung 615 im Wesentlichen verhindert. Eine Dicke der Isolierung 612a kann entlang einer Länge der inneren Leitung 612 so variiert sein, dass eine Wärmeübertragung zur Formation 516 entlang der Länge der inneren Leitung 612 variieren kann. Zum Beispiel kann eine Dicke der Isolierung 612a von einem oberen Teil zu einem unteren Teil der inneren Leitung 612 in der Öffnung 614 jeweils von einer größeren Dicke zu einer kleineren Dicke verjüngt sein. Eine solche verjüngte Dicke kann eine im Wesentlichen gleichmäßigere Erhitzung der Formation 516 entlang der Länge der inneren Leitung 612 in der Öffnung 614 bereitstellen. Die Isolierung 612a kann keramische und metallische Materialien umfassen. Die Oxidationsprodukte 613 können durch die äußere Leitung 615 zurück zur Oberfläche 550 gelangen. Die äußere Leitung kann eine Isolierung 615a aufweisen, wie in 26 dargestellt. Die Isolierung 615a kann so ausgebildet sein, dass sie eine Wärmeübertragung von der äußeren Leitung 615 zum Deckgebirge 540 verhindert.
  • Die Oxidationsprodukte 613 können durch eine Leitung 619 an der Oberfläche 500 an einen zusätzlichen Brenner bereitgestellt sein. Die Oxidationsprodukte 613 können als Teil eines Brennstofffluids in dem zusätzlichen Brenner konfiguriert sein. Durch diese Vorgangsweise kann der Wirkungsgrad der Energieausbeute gegenüber zugeführter Energie zum Erhitzen der Formation 516 erhöht werden. Der zusätzliche Brenner kann so ausgebildet sein, dass er durch eine zusätzliche Öffnung in der Formation 516 Hitze bereitstellen kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine elektrische Heizeinrichtung so konfiguriert sein, dass sie Hitze zusätzlich zu einer von einem Oberflächencombustor bereitgestellten Hitze bereitstellen kann. Die elektrische Heizeinrichtung kann z. B. eine Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter oder eine Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung sein, wie sie in einer der oben stehenden Ausführungsformen beschrieben ist. Die elektrische Heizeinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie die zusätzliche Hitze an eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation bereitstellt, so dass die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation entlang einer Tiefe einer Öffnung in der Formation im Wesentlichen gleichmäßig erhitzt werden kann.
  • Flammenlose Combustoren wie jene, die in den US-Patenten Nrn. 5,255,742, erteilt an Mikus et al., 5,404,952, erteilt an Vinegar et al., 5,862,858, erteilt an Wellington et al. und 5,899,269, erteilt an Wellington et al., beschrieben sind, können so konfiguriert sein, dass sie eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation erhitzen.
  • 28 veranschaulicht eine Ausführungsform eines flammenlosen Combustors, der so konfiguriert ist, dass er einen Abschnitt der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt. Der flammenlose Combustor kann das innerhalb einer inneren Leitung 638 angeordnete Zentralrohr 637 umfassen. Das Zentralrohr 637 und die innere Leitung 638 können innerhalb einer äußeren Leitung 636 angeordnet ein. Die äußere Leitung 636 kann innerhalb einer Öffnung 514 in einer Formation 516 angeordnet sein. Brennstofffluid 621 kann durch das Zentralrohr 637 in den flammenlosen Combustor hinein bereitgestellt sein. Das Brennstofffluid 621 kann jedes beliebige der hierin beschriebenen Brennstofffluide umfassen. Wenn ein Kohlenwasserstofffluid, wie z. B. Methan, genutzt wird, kann es mit Wasserdampf gemischt sein, um eine Verkokung in dem Zentralrohr 637 zu verhindern. Wenn Wasserstoff als Brennstoff verwendet wird, mag kein Wasserdampf erforderlich sein.
  • Das Zentralrohr 637 kann Strömungsmechanismen 635 (z. B. Strömungsöffnungen) umfassen, die innerhalb eines Oxidationsbereiches angeordnet sind, damit Brennstofffluid 621 in die innere Leitung 638 hinein strömen kann. Die Strömungsmechanismen 635 können einen Strom aus Brennstofffluid 621 in die innere Leitung 638 hinein so steuern, dass der Strom aus Brennstofffluid 621 nicht von einem Druck in der inneren Leitung 638 abhängig ist. Die Strömungsmechanismen 635 können Eigenschaften aufweisen wie hierin beschrieben. Oxidierendes Fluid 623 kann durch die innere Leitung 638 in den Combustor hinein bereitgestellt sein. Das oxidierende Fluid 623 kann von einer Quelle 508 oxidierenden Fluids bereitgestellt sein. Das oxidierende Fluid 623 kann jedes beliebige der oxidierende Fluide, wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, umfassen. Die Strömungsmechanismen 635 an dem Zentralrohr 637 können so ausgebildet sein, dass sie eine Strömung oxidierenden Fluids 623 in das Zentralrohr 637 hinein verhindern.
  • Oxidierendes Fluid 621 kann sich im Oxidationsbereich der inneren Leitung 638 mit Brennstofffluid 621 vermischen. Entweder oxidierendes Fluid 623 oder Brennstofffluid 621 oder eine Kombination aus beiden kann außerhalb des Combustors auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um eine Oxidation des Brennstofffluids 621 zu unterstützen, vorerhitzt werden. Die Oxidation des Brennstofffluids 621 kann eine Erzeugung von Hitze innerhalb der äußeren Leitung 636 bereitstellen. Die erzeugte Hitze kann Hitze an zumindest einen Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in der Nähe des Oxidationsbereiches der inneren Leitung 638 bereitstellen. Die Produkte 625 aus der Oxidation von Brennstofffluid 621 können durch die äußere Leitung 636 außerhalb der inneren Leitung 638 entfernt werden. Ein Wärmetausch zwischen abwärts strömendem oxidierendem Fluid und den aufwärts strömenden Verbrennungsprodukten in dem Deckgebirge resultiert in einem erhöhten thermischen Wirkungsgrad. Ein Strom entfernter Verbrennungsprodukte 625 kann mit einem Strom aus Brennstofffluid 621 und oxidierendem Fluid 623 ausgeglichen werden, um eine Temperatur oberhalb der Selbstzündungstemperatur, aber unterhalb einer Temperatur, die ausreichend ist, um im Wesentlichen Stickoxide zu erzeugen, aufrechtzuerhalten. Auch kann ein konstanter Strom von Fluiden für eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Oxidationsbereiches der inneren Leitung 638 sorgen. Die äußere Leitung 636 kann z. B. ein Edelstahlrohr sein. Auf diese Weise kann eine Erhitzung zumindest des Teiles der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation im Wesentlichen gleichmäßig sein. Wie oben stehend beschrieben, kann die nied rigere Betriebstemperatur auch für geringere Kosten für die Metallurgie in Verbindung mit dem Heizsystem sorgen.
  • Bestimmte Ausführungsformen von Wärmequellen können ein Betriebssystem umfassen, das durch isolierte Leiter oder andere Verdrahtungsarten mit einer beliebigen Wärmequelle gekuppelt sein kann. Das Betriebssystem kann so ausgebildet sein, dass es an die Wärmequelle koppelt. Das Betriebssystem kann ein Signal (z. B. ein elektromagnetisches Signal) von einer Heizeinrichtung empfangen, das eine Temperaturverteilung der Wärmequelle darstellt. Darüber hinaus kann das Betriebssystem ferner so ausgebildet sein, dass es die Wärmequelle entweder lokal oder fernsteuert. Zum Beispiel kann das Betriebssystem eine Temperatur der Wärmequelle ändern, indem es einen mit der Wärmequelle gekuppelten Parameter der Einrichtung verändert. Daher kann das Betriebssystem das Erhitzen zumindest eines Teiles der Formation überwachen, verändern und/oder steuern.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Wärmequelle, wie vorstehend beschrieben, so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen ohne ein Steuer- und/oder Betriebssystem arbeitet. Die Wärmequelle kann so konfiguriert sein, dass sie nur Energie von einer Energiequelle, wie z. B. einem elektrischen Transformator, benötigt. Zum Beispiel können eine Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung und/oder eine Heizeinrichtung mit lang gestrecktem Element leitende Materialien umfassen, die eine thermische Eigenschaft aufweisen können, welche eine Heizleistung der Wärmequelle selbst steuert. Auf diese Weise können die Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung und/oder die Heizeinrichtung mit lang gestrecktem Element so ausgebildet sein, dass sie über einen gesamten Temperaturbereich ohne Steuerung von außen arbeiten. Ein leitendes Material, wie z. B. Edelstahl, kann in den Wärmequellen verwendet werden. Edelstahl kann einen spezifischen Widerstand aufweisen, der mit der Tem peratur ansteigt, und somit für eine erhöhte Heizleistung bei höheren Temperaturen sorgen.
  • Kriechstrom von einer jeden der hierin beschriebenen Wärmequellen kann überwacht werden. Zum Beispiel kann eine Zunahme des Kriechstromes eine Beschädigung in einer Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter anzeigen. Ein Spannungszusammenbruch in der Heizeinrichtung mit isoliertem Leiter kann ein Versagen der Wärmequelle bewirken. Des Weiteren kann ein/e an irgendeine der Wärmequellen angelegte/r Strom und Spannung ebenfalls überwacht werden. Der Strom und die Spannung können überwacht werden, um den Widerstand in der Wärmequelle abzuschätzen/anzeigen. Der Widerstand in einer Wärmequelle kann so konfiguriert sein, dass er eine Temperatur in der Wärmequelle darstellt, da der Widerstand der Wärmequelle als eine Funktion der Temperatur bekannt sein kann. Ein weiteres alternatives Verfahren kann das Überwachen einer Temperatur einer Wärmequelle mit zumindest einem in oder in der Nähe der Wärmequelle angeordneten Thermoelement sein. In einigen Ausführungsformen kann ein Steuersystem einen Parameter der Wärmequelle überwachen. Das Steuersystem kann Parameter der Wärmequelle so ändern, dass die Wärmequelle für eine gewünschte Heizleistung, wie z. B. eine Aufheizgeschwindigkeit und/oder einen Temperaturanstieg, sorgt.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein Schutzrohr mit einer Wärmequelle in eine Öffnung in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation hinein angeordnet sein. Das Schutzrohr kann in einer Öffnung mit oder ohne Auskleidung angeordnet sein. In der Öffnung ohne Auskleidung kann das Schutzrohr eine geeignete Metallurgie und Dicke umfassen, so dass eine Korrosion des Schutzrohres im Wesentlichen verhindert wird. Ein Schutzrohr und ein Geothermie-Verfahren, wie das in dem US-Patent 4,616,705, erteilt an Stegemeier et al., beschriebene, kann benutzt werden, um eine Temperatur zu überwachen. Nur vorbestimmte Schächte können mit Schutzrohren ausgerüstet sein, um Kosten in Verbindung mit dem Einbau und dem Betrieb von Temperaturüberwachungseinrichtungen an jeder Wärmequelle zu vermeiden.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Wärmequelle zurück- und/oder abgeschaltet werden, wenn eine durchschnittliche Temperatur in einer Formation eine vorbestimmte Temperatur erreicht haben mag. Das Zurück- oder Abschalten der Wärmequelle kann die Kosten für die zugeführte Energie reduzieren, im Wesentlichen ein Überheizen der Formation verhindern, und zulassen, dass Hitze im Wesentlichen in kältere Bereiche der Formation hinein übertragen wird.
  • Bestimmte Ausführungsformen umfassen die Bereitstellung von Hitze an einen ersten Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation aus einer oder mehreren Wärmequellen. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen die Förderung von Formationsfluiden von dem ersten Teil und das Halten eines zweiten Teiles der Formation in einem im Wesentlichen nicht erhitzten Zustand umfassen. Der zweite Teil kann im Wesentlichen benachbart zu dem ersten Teil der Formation sein. Auf diese Weise kann der zweite Teil für strukturelle Festigkeit der Formation sorgen. Des Weiteren kann auch ein dritten Teil der Formation mit Wärme versorgt werden. Der dritte Teil kann im Wesentlichen benachbart zu dem zweiten Teil und/oder seitlich beabstandet von dem ersten Teil angeordnet sein. Darüber hinaus können Formationsfluide aus dem dritten Teil der Formation gefördert werden. Auf diese Weise kann eine verarbeitete Formation ein Muster aufweisen, das z. B. einem gestreiften oder einem Schachbrettmuster mit abwechselnd erhitzten und nicht erhitzten Teilen ähnlich sein kann.
  • Zusätzliche Teile der Formation können ebenfalls solche abwechselnde erhitzte und nicht erhitzte Teile aufweisen. Auf diese Weise kann eine so gemusterte Erhitzung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation eine strukturelle Festigkeit innerhalb der Formation aufrechterhalten. Das Aufrechterhalten einer strukturellen Festigkeit innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann im Wesentlichen eine Absenkung verhindern. Eine Absenkung eines Teiles der gerade verarbeiteten Formation kann eine Durchlässigkeit des verarbeiteten Teiles auf Grund von Verdichtung verringern. Darüber hinaus kann eine Absenkung die Strömung aus Fluiden in der Formation verringern, was in einer geringeren Förderung von Formationsfluiden resultieren kann.
  • Ein Pyrolyse-Temperaturbereich kann von speziellen Typen von Kohlenwasserstoffen innerhalb der Formation abhängig sein. Ein Pyrolyse-Temperaturbereich kann Temperaturen, z. B. zwischen ca. 250°C und etwa 900°C umfassen. Alternativ kann ein Pyrolyse-Temperaturbereich Temperaturen zwischen etwa 250°C bis etwa 400°C umfassen. Zum Beispiel kann ein Großteil von Formationsfluiden innerhalb eines Pyrolyse-Temperaturbereiches von etwa 250°C bis 400°C gefördert werden. Wenn eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation über den gesamten Pyrolysebereich erhitzt wird, kann die Formation zur oberen Grenze des Pyrolysebereiches hin nur geringe Mengen an Wasserstoff fördern. Nachdem der gesamte verfügbare Wasserstoff geräumt wurde, würde eine geringe Fluidförderung aus der Formation erfolgen.
  • Eine Temperatur (und durchschnittliche Temperaturen) innerhalb einer erhitzten Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann in Abhängigkeit von z. B. der Nähe zu einer Wärmequelle, der thermischen Leitfähigkeit und der Temperaturleitfähigkeit der Formation, dem Typ stattfindender Reaktion, dem Typ von Koh lenwasserstoff enthaltender Formation und der Anwesenheit von Wasser innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation schwanken. Eine Temperatur innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann unter Verwendung eines numerischen Simulationsmodells abgeschätzt werden. Das numerische Simulationsmodell kann eine unterirdische Temperaturverteilung abschätzen und/oder errechnen. Darüber hinaus kann das numerische Simulationsmodell das Abschätzen verschiedener Eigenschaften einer unterirdischen Formation unter der abgeschätzten Temperaturverteilung umfassen.
  • Zum Beispiel können die verschiedenen Eigenschaften der unterirdischen Formation die thermische Leitfähigkeit des unterirdischen Teiles der Formation und die Durchlässigkeit des unterirdischen Teiles der Formation umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das numerische Simulationsmodell kann auch das Abschätzen verschiedener Eigenschaften eines innerhalb einer unterirdischen Formation unter der abgeschätzten Temperaturverteilung gebildeten Fluids umfassen. Zum Beispiel können die verschiedenen Eigenschaften eines gebildeten Fluids ein kumulatives Volumen eines an einer Schicht unter der Oberfläche der Formation gebildeten Fluids, die Fluid-Viskosität, die Fluid-Dichte und eine Zusammensetzung des an einer Schicht unter der Oberfläche der Formation gebildeten Fluids umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Eine solche Simulation kann verwendet werden, um das Leistungsvermögen eines Betriebes eines Feldexperiments in kleinem Maßstab, wie hierin beschrieben, in kommerziellem Maßstab abzuschätzen. Zum Beispiel kann ein Leistungsvermögen einer Entwicklung in kommerziellem Maßstab auf einem Gesamtvolumen des Produkts, das aus einer Betrieb in kommerziellem Maßstab gefördert werden kann, basieren, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein in situ-Umwandlungsvorgang eine Temperatur oder eine durchschnittliche Temperatur innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhöhen. Ein Anstieg einer Temperatur oder einer durchschnittlichen Temperatur (ΔT) in einem vorgegebenen Volumen (V) der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann für eine gegebene Wärmezufuhrrate (q) über eine Zeit (t) durch die folgende Gleichung abgeschätzt werden:
  • Figure 01740001
  • In dieser Gleichung können ein durchschnittliches Wärmeaufnahmevermögen der Formation (CV) und eine durchschnittliche Raummasse (ρB) unter Verwendung einer oder mehrerer aus der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation entnommener Proben ermittelt oder bestimmt werden.
  • In alternativen Ausführungsformen kann ein in situ-Umwandlungsvorgang umfassen, dass ein vorgegebenes Volumen auf eine Pyrolysetemperatur oder eine durchschnittliche Pyrolysetemperatur erhitzt wird. Die Wärmezufuhrrate (q) während einer Zeit (t), die erforderlich ist, um das vorgegebene Volumen (V) auf einen gewünschten Temperaturanstieg (ΔT) zu erhitzen, kann unter Verwendung der folgenden Gleichung Σq·t = ΔT·CV·ρB·V bestimmt oder abgeschätzt werden. In dieser Gleichung können ein durchschnittliches Wärmeaufnahmevermögen der Formation (CV) und eine durchschnittliche Raummasse der Formation (ρB) unter Verwendung einer oder mehrerer aus der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation entnommener Proben ermittelt oder bestimmt werden.
  • Es ist einzusehen, dass die obigen Gleichungen verwendet werden können, um Temperaturen, durchschnittliche Temperaturen (z. B. über vorbestimmte Abschnitte der Formation), eine Wärmezufuhr etc. abzuschätzen oder zu bestimmen. Solche Gleichungen berücksichtigen keine anderen Faktoren (wie z. B. Wärmeverluste), die ebenso einen gewissen Effekt auf Abschätzungen für ein Erhitzen und Temperaturen haben würden. Solche Faktoren können jedoch für gewöhnlich durch Korrekturfaktoren berücksichtigt werden, wie es üblicherweise im Stand der Technik gemacht wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit einer Aufheizgeschwindigkeit in einem Bereich von etwa 0,1°C/Tag bis etwa 50°C/Tag erhitzt werden. Alternativ kann ein Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit einer Aufheizgeschwindigkeit in einem Bereich von etwa 0,1°C/Tag bis etwa 10°C/Tag erhitzt werden. Zum Beispiel kann ein Großteil von Kohlenwasserstoffen mit einer Aufheizgeschwindigkeit innerhalb eines Bereiches von etwa 0,1°C/Tag bis etwa 10°C/Tag aus einer Formation gefördert werden. Darüber hinaus kann eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation mit einer Geschwindigkeit von weniger als etwa 0,7°C/Tag über einen beträchtlichen Teil eines Pyrolyse-Temperaturbereiches erhitzt werden. Der Pyrolyse-Temperaturbereich kann einen Temperaturbereich umfassen, wie in vorstehenden Ausführungsformen beschrieben. Zum Beispiel kann der erhitzte Teil mit einer solchen Geschwindigkeit für eine Zeit erhitzt werden, die mehr als 50% der zum Überspannen des Temperaturbereiches erforderlichen Zeit oder mehr als 90% der zum Überspannen des Temperaturbereiches erforderlichen Zeit ausmacht.
  • Eine Geschwindigkeit, mit der eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation erhitzt wird, kann die Quantität und die Qua lität der aus der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geförderten Fluide beeinflussen. Zum Beispiel kann ein Erhitzen mit hohen Aufheizgeschwindigkeiten, wie es im Fall geschieht, wenn ein Fischer Assay durchgeführt wird, eine größere Quantität kondensierbarer Kohlenwasserstoffe aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation fördern. Die Produkte eines solchen Vorganges können jedoch von deutlich geringerer Qualität sein als beim Erhitzen unter Verwendung von Aufheizgeschwindigkeiten von weniger als etwa 10°C/Tag. Ein Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von weniger als ca. 10°C/Tag kann es zulassen, dass eine Pyrolyse innerhalb eines Pyrolyse-Temperaturbereiches erfolgt, indem die Förderung unerwünschter Produkte und Teere verringert werden kann. Darüber hinaus kann eine Temperaturanstiegsrate von weniger als etwa 3°C/Tag die Qualität der geförderten kondensierbaren Kohlenwasserstoffe weiter erhöhen, indem die Förderung unerwünschter Produkte weiter verringert wird, und die Förderung von Teeren innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation weiter verringert wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Temperatursteuerung innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation eine Steuerung der Aufheizgeschwindigkeit innerhalb der Formation einschließen. Zum Beispiel kann ein solches Steuern der Aufheizgeschwindigkeit, dass die Aufheizgeschwindigkeit weniger als ca. 3°C/Tag beträgt, für eine bessere Steuerung einer Temperatur innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation sorgen.
  • Ein in situ-Verfahren für Kohlenwasserstoffe kann eine Überwachung einer Temperaturanstiegsrate an einem Förderschacht umfassen. Eine Temperatur innerhalb eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann jedoch an verschiedenen Positionen innerhalb des Teiles der Kohlenwasserstoff ent haltenden Formation gemessen werden. Zum Beispiel kann ein in situ-Verfahren umfassen, dass eine Temperatur des Teiles an einem Mittelpunkt zwischen zwei benachbarten Wärmequellen überwacht wird. Die Temperatur kann über die Zeit überwacht werden. Auf diese Art und Weise kann auch eine Temperaturanstiegsrate überwacht werden. Eine Temperaturanstiegsrate kann eine Zusammensetzung von Formationsfluiden, die aus der Formation gefördert werden, beeinflussen. Als solche kann eine Temperaturanstiegsrate überwacht, geändert und/oder gesteuert werden, um z. B. eine Zusammensetzung von Formationsfluiden, die aus der Formation gefördert werden, zu ändern.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Energie (Pwr), die erforderlich ist, um eine Aufheizgeschwindigkeit (h) in einem vorbestimmten Volumen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu erzeugen, durch die folgende Gleichung: Pwr = h·V·CV·ρ bestimmt werden. In dieser Gleichung kann ein durchschnittliches Wärmeaufnahmevermögen der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation als CV beschrieben werden. Das durchschnittliche Wärmeaufnahmevermögen der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann ein relativ konstanter Wert sein. Das durchschnittliche Wärmeaufnahmevermögen kann unter Verwendung einer oder mehrerer aus der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation entnommener Proben abgeschätzt oder bestimmt werden, oder unter Verwendung eines Wärmeimpulstests in situ gemessen werden. Verfahren zum Bestimmen eines durchschnittlichen Wärmeaufnahmevermögens auf der Grundlage eines Wärmeimpulstests sind von I. Berchenko, E. Detournay, N. Chandler, J. Martino und E. Kozak, "In-situ measurement of some thermoporoelastic paramters of a granite", in Poromechanics, A Tribute to Maurice A. Biot, Seite 545–550, Rotterdam, 1998 (Balkema) beschrieben.
  • Darüber hinaus kann eine durchschnittliche Raummasse der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation als ρ beschrieben werden. Die durchschnittliche Raummasse der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann ein relativ konstanter Wert sein. Die durchschnittliche Raummasse kann unter Verwendung einer oder mehrerer aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation entnommener Proben abgeschätzt oder bestimmt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Produkt aus durchschnittlichem Wärmeaufnahmevermögen und durchschnittlicher Raummasse der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation ein relativ konstanter Wert sein (ein solches Produkt kann in situ unter Verwendung eines Wärmeimpulstests abgeschätzt werden). Eine Energie, die bestimmt wurde, kann verwendet werden, um eine Wärme zu bestimmen, die von einer Wärmequelle in das vorbestimmte Volumen hinein bereitgestellt wird, um das vorbestimmte Volumen mit einer Aufheizgeschwindigkeit h zu erhitzen. Zum Beispiel kann eine Aufheizgeschwindigkeit weniger als etwa 3°C/Tag und sogar weniger als etwa 2°C/Tag betragen. Auf diese Weise kann eine Aufheizgeschwindigkeit innerhalb eines Bereiches von Aufheizgeschwindigkeiten innerhalb des vorbestimmten Volumen beibehalten werden. Es ist einzusehen, das in diesem Zusammenhang "Energie" verwendet wird, um eine Energiezufuhr pro Zeiteinheit zu beschreiben. Die Form einer solchen Energiezufuhr kann jedoch wie hierin beschrieben ist, variieren (d. h. Energie kann von Heizeinrichtungen mit elektrischem Widerstand, Combustor-Heizeinrichtungen etc. bereitgestellt sein).
  • Die Aufheizgeschwindigkeit kann auf der Grundlage einer Anzahl von Faktoren, die die maximale mögliche Temperatur am Bohrloch, eine vorbestimmte Qualität von Formationsfluiden, die aus der Formation gefördert werden können, etc. umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind, vorbestimmt werden. Eine Qualität von Kohlenwasserstofffluide kann durch eine API-Dichte kondensierbarer Kohlenwasserstoffe, durch den Olefingehalt und durch den Stickstoff, Schwefel- und/oder Sauerstoffgehalt definiert sein. In einer Ausführungsform kann Hitze an zumindest einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation bereitgestellt sein, um Formationsfluide mit einer API-Dichte von mehr als etwa 20° zu fördern. Die API-Dichte kann jedoch in Abhängigkeit von zum Beispiel der Aufheizgeschwindigkeit und einem Druck innerhalb eines Teiles der Formation schwanken.
  • In einigen Ausführungsformen kann der unterirdische Druck in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation dem innerhalb der Formation erzeugten Fluiddruck entsprechen. Ein Erhitzen von Kohlenwasserstoffen innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann Fluide erzeugen, z. B. durch Pyrolyse. Die erzeugten Fluide können innerhalb der Formation verdampft werden. Fluide, die zu der Druckerhöhung beitragen, können Fluide, die während der Pyrolyse erzeugt werden, und Wasser, das während des Erhitzens verdampft wird, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Die geförderten Pyrolysefluide können Kohlenwasserstoffe, Wasser, Kohlenstoffoxide, Ammoniak, molekularen Stickstoff und molekularen Wasserstoff umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Daher kann, wenn die Temperaturen innerhalb eines vorbestimmten Abschnittes eines erhitzten Teiles der Formation zunehmen, ein Druck innerhalb des vorbestimmten Abschnittes als ein Ergebnis erhöhter Fluiderzeugung und einer Verdampfung von Wasser zunehmen.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Druck innerhalb eines vorbestimmten Abschnittes eines erhitzten Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in Abhängigkeit von z. B. einer Tiefe, einem Abstand von einer Wärmequelle, einer Reichhaltigkeit der Kohlenwasserstoffe innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation und/oder einem Abstand von einem Förderschacht schwanken. Der Druck innerhalb einer Formation kann an einer Anzahl verschiedener Positionen, die Positionen an einem Bohrlochkopf und an verschiedenen Tiefen innerhalb eines Bohrloches umfassen können, aber nicht darauf beschränkt sein mögen, bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Druck an einem Förderschacht gemessen werden. In alternativen Ausführungsformen kann der Druck an einem Heizschacht gemessen werden.
  • Das Erhitzen einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation auf einen Pyrolyse-Temperaturbereich kann erfolgen, bevor innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation eine wesentliche Durchlässigkeit erzeugt worden ist. Ein anfänglicher Mangel an Durchlässigkeit kann verhindern, dass die erzeugten Fluide aus einer Pyrolysezone innerhalb der Formation transportiert werden. Auf diese Weise kann, während Hitze zu Beginn von einer Wärmequelle zu einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation übertragen wird, ein Fluiddruck innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in der Nähe einer Wärmequelle ansteigen. Ein solcher Anstieg des Fluiddruckes kann zum Beispiel durch eine Erzeugung von Fluiden während einer Pyrolyse von zumindest einigen Kohlenwasserstoffen in der Formation bewirkt werden. Der erhöhte Fluiddruck kann durch eine solche Wärmequelle abgelassen, überwacht, geändert und/oder gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Wärmequelle ein Ventil umfassen, wie in oben stehenden Ausführungsformen beschrieben ist. Ein solches Ventil kann so ausgebildet sein, dass es eine Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden aus der Wärmequelle hinaus und in die Wärmequelle hinein steuert. Darüber hinaus kann die Wärmequelle die Konfiguration eines offenen Loches umfassen, durch das der Druck abgelassen werden kann.
  • Alternativ kann zugelassen werden, dass ein durch Expansion von in der Formation erzeugten Pyrolysefluiden oder anderen Fluiden erzeugter Druck sich erhöht, obwohl kein offener Weg zu dem Förderschacht oder irgendeiner anderen Drucksenke in der Formation vorhanden sein mag. Darüber hinaus kann es erlaubt sein, dass der Druck auf einen lithostatischen Druck ansteigt. In der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation können sich Risse bilden, wenn der Fluiddruck dem lithostatischen Druck gleich ist, oder diesen überschreitet. Zum Beispiel können sich Risse von einer Wärmequelle zu einem Förderschacht bilden. Die Erzeugung von Rissen innerhalb des erhitzten Teiles kann den Druck innerhalb des Teiles auf Grund der Förderung von Formationsfluiden durch einen Förderschacht reduzieren. Um einen vorbestimmten Druck innerhalb des erhitzten Teiles aufrechtzuerhalten, kann an dem Förderschacht ein Gegendruck aufrechterhalten sein.
  • Der Fluiddruck innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann in Abhängigkeit von z. B. einer thermischen Ausdehnung von Kohlenwasserstoffen, einer Erzeugung von Pyrolysefluiden und einem Abziehen von erzeugten Fluiden aus der Formation schwanken. Zum Beispiel kann ein Fluiddruck innerhalb der Poren ansteigen, wenn innerhalb der Formation Fluide erzeugt werden. Ein Entfernen von erzeugten Fluiden aus der Formation kann einen Fluiddruck innerhalb der Formation reduzieren.
  • In einer Ausführungsform kann ein Druck innerhalb eines vorbestimmten Abschnittes eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation auf einen vorbestimmten Druck während der Pyrolyse erhöht werden. Ein vorbestimmter Druck kann innerhalb eines Bereiches von etwa 2 bar absolut bis etwa 72 bar absolut oder, in einigen Ausführungsformen, 2 bar absolut bis 36 bar absolut liegen. Alternativ kann ein vorbestimmter Druck innerhalb eines Bereiches von etwa 2 bar absolut bis etwa 18 bar absolut liegen. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungs formen ein Großteil von Kohlenwasserstofffluiden aus einer Formation mit einem Druck innerhalb eines Bereiches von etwa 2 bar absolut bis etwa 18 bar absolut gefördert werden. Der Druck während der Pyrolyse kann schwanken oder variiert werden. Der Druck kann variiert werden, um eine Zusammensetzung eines geförderten Formationsfluids zu ändern und/oder zu steuern, um einen prozentuellen Anteil kondensierbaren Fluids im Vergleich mit nicht-kondensierbarem Fluid zu steuern, und/oder eine API-Dichte eines Fluids, das gerade gefördert wird, zu steuern. Zum Beispiel kann ein abnehmender Druck in der Förderung einer größeren kondensierbaren Fluidkomponente resultieren, und das Fluid kann einen höheren prozentuellen Anteil an Olefinen enthalten, und umgekehrt.
  • In bestimmten Ausführungsformen wird der Druck innerhalb eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation auf Grund von Fluiderzeugung innerhalb des erhitzten Teiles ansteigen. Darüber hinaus kann ein solcher erhöhter Druck innerhalb des erhitzten Teiles der Formation aufrechterhalten werden. Zum Beispiel kann ein erhöhter Druck innerhalb der Formation durch Ableiten eines erzeugten Formationsfluids durch Wärmequellen und/oder durch Steuerung der aus der Formation durch Förderschächte geförderten Menge an Formationsfluid aufrechterhalten werden. Das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes innerhalb einer Formation verhindert ein Absinken. Darüber hinaus bringt es die Aufrechterhaltung eines erhöhten Druckes innerhalb einer Formation mit sich, dass die erforderlichen Größen von Sammelkanälen, die verwendet werden, um kondensierbare Kohlenwasserstoffe zu transportieren, reduziert sind. Des Weiteren kann die Aufrechterhaltung eines erhöhten Druckes innerhalb des erhitzten Teiles den Bedarf, Formationsfluide an der Oberfläche zu komprimieren, verringern und/oder eliminieren, da die Formationsprodukte normalerweise bei höherem Druck gefördert werden. Die Aufrechterhaltung eines erhöh ten Druckes innerhalb einer Formation kann auch die Erzeugung von Elektrizität aus gefördertem nicht-kondensierbarem Fluid ermöglichen. Zum Beispiel kann das geförderte nicht-kondensierbare Fluid durch eine Turbine geleitet werden, um Elektrizität zu erzeugen.
  • Ein erhöhter Druck in der Formation kann auch aufrechterhalten werden, um mehre und/oder verbesserte Formationsfluide zu fördern. In bestimmten Ausführungsformen können beträchtliche Mengen (z. B. ein Großteil) der Formationsfluide, die aus einer Formation innerhalb des Pyrolyse-Druckbereiches gefördert werden, nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe umfassen. Ein Druck kann innerhalb der Formation selektiv erhöht und/oder aufrechterhalten werden, und Formationsfluide können bei solchen oder nahe bei solchen erhöhten und/oder aufrechterhaltenen Drücken gefördert werden. Wenn ein Druck innerhalb einer Formation erhöht wird, werden Formationsfluide, die aus der Formation gefördert werden, in vielen Fällen einen größeren Anteil an nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffen umfassen. Auf diese Weise kann eine beträchtliche Menge (z. B. ein Großteil) der bei einem solchen Druck geförderten Formationsfluide kondensierbare Kohlenwasserstoffe von leichterer und höherer Qualität umfassen als Formationsfluide, die bei einem niedrigeren Druck gefördert werden.
  • Darüber hinaus kann innerhalb eines erhitzten Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation ein solcher Druck aufrechterhalten werden, dass die Förderung von Formationsfluiden mit Kohlenstoffzahlen von mehr als z. B. etwa 25 verhindern. Zum Beispiel kann das Erhöhen eines Druckes innerhalb des Teiles der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation einen Siedepunkt eines Fluids innerhalb des Teiles erhöhen. Eine solche Erhöhung des Siedepunktes eines Fluids kann im Wesentlichen eine Förderung von Formationsfluiden mit relativ hohen Kohlenstoffzahlen und/oder eine Förderung von Mehrring-Kohlenwasserstoffverbindungen verhindern, da solche Formationsfluide dazu neigen, als Flüssigkeiten in der Formation zu verbleiben, bis sie cracken.
  • Überdies kann eine Erhöhung eines Druckes innerhalb eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in einer Erhöhung der API-Dichte von Formationsfluiden, die aus der Formation gefördert werden, erhöhen. Höhere Drücke können die Förderung von kürzerkettigen Kohlenwasserstofffluiden mit höheren API-Dichte-Werten erhöhen.
  • In einer Ausführungsform kann ein Druck innerhalb eines erhitzten Teiles der Formation überraschenderweise die Qualität von relativ hochqualitativen Pyrolysefluiden, die Quantität von relativ hochqualitativen Pyrolysefluiden und/oder den Dampfphasentransport der Pyrolysefluide innerhalb der Formation erhöhen. Eine Erhöhung des Druckes erlaubt oft die Förderung von Kohlenwasserstoffen mit niedrigerem Molekulargewicht, da solche Kohlenwasserstoffe mit niedrigerem Molekulargewicht in der Dampfphase in der Formation leichter transportiert werden. Man nimmt an, dass die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen mit niedrigerem Molekulargewicht (und einem entsprechend erhöhten Dampfphasentransport) teilweise auf Grund einer autogenen Erzeugung und Reaktion von Wasserstoff innerhalb eines Teiles der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zurückzuführen ist. Zum Beispiel kann die Aufrechterhaltung eines erhöhten Druckes Wasserstoff, der in dem erhitzten Abschnitt erzeugt wird, in eine flüssige Phase zwingen (z. B. durch Lösen). Darüber hinaus kann das Erhitzen des Teiles auf eine Temperatur innerhalb eines Pyrolyse-Temperaturbereiches zumindest einige der Kohlenwasserstoffe innerhalb der Formation pyrolysieren, so dass Pyrolysefluide in der Flüssigphase erzeugt werden. Die erzeugten Komponenten können eine Doppelbindung und/oder ein Radikal umfassen. H2 in der Flüssigphase kann die Doppelbindung der erzeugten Pyrolysefluide verringern, wodurch ein Potenzial für eine Polymerisation der erzeugten Pyrolysefluide reduziert wird. Darüber hinaus kann Wasserstoff auch Radikale in den erzeugten Pyrolysefluiden neutralisieren. Daher kann H2 in der Flüssigphase im Wesentlichen verhindern, dass die erzeugten Pyrolysefluide miteinander und/oder mit anderen Verbindungen in der Formation reagieren. Auf diese Weise können kürzerkettige Kohlenwasserstoffe in die Dampfphase eintreten und können aus der Formation gefördert werden.
  • Eine Erhöhung des Formationsdruckes, um die Menge an Pyrolysefluiden in der Dampfphase zu erhöhen, kann das Potenzial für eine Verkokung innerhalb des vorbestimmten Abschnittes der Formation deutlich reduzieren. Eine Verkokungsreaktion kann in der Flüssigphase stattfinden. Da viele der erzeugten Komponenten in kurzkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden können und in die Dampfphase eintreten können, kann eine Verkokung innerhalb des vorbestimmten Abschnittes geringer werden.
  • Eine Erhöhung des Formationsdruckes, um die Menge an Pyrolysefluiden in der Dampfphase zu erhöhen, ist auch deshalb nützlich, weil eine solche Vorgangsweise eine erhöhte Rückgewinnung von leichteren (und relativ hochqualitativen) Pyrolysefluiden zulässt. Im Allgemeinen werden Pyrolysefluide schneller und mit weniger Rückständen gefördert, wenn solche Fluide sich in der Dampfphase anstatt in der Flüssigphase befinden. Unerwünschte Polymerisationsreaktionen neigen auch dazu, häufiger aufzutreten, wenn sich die Pyrolysefluide in der Flüssigphase anstatt in der Dampfphase befinden. Darüber hinaus werden/wird, wenn Pyrolysefluide in der Dampfphase gefördert werden, weniger Förderschächte/-fläche benötigt, wodurch Projektkosten reduziert werden.
  • In einer Ausführungsform kann ein Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation erhitzt werden, um einen Partialdruck von H2 zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen kann ein erhöhter H2-Druck H2-Partialdrücke in einem Bereich von etwa 1 bar absolut bis etwa 7 bar absolut umfassen. Alternativ kann ein erhöhter H2-Partialruckbereich H2-Partialdrücke in einem Bereich von etwa 5 bar absolut bis etwa 7 bar absolut umfassen. Zum Beispiel kann ein Großteil von Kohlenwasserstofffluiden innerhalb eines Bereiches von etwa 5 bar absolut bis etwa 7 bar absolut gefördert werden. Ein Bereich von H2-Partialdrücken innerhalb des Pyrolyse-H2-Partialdruck-bereiches kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. einer Temperatur und einem Druck des erhitzten Teiles der Formation schwanken.
  • Die Aufrechterhaltung eines H2-Partialdruckes innerhalb der Formation, der größer ist als ein Atmosphärendruck, kann einen API-Wert geförderter kondensierbarer Kohlenwasserstofffluide erhöhen. Zum Beispiel kann das Aufrechterhalten eines solchen H2-Partialdruckes einen API-Wert geförderter kondensierbarer Kohlenwasserstofffluide auf mehr als etwa 25 oder in einigen Fällen mehr als etwa 30 erhöhen. Das Aufrechterhalten eines solchen H2-Partialdruckes innerhalb eines erhitzten Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann eine Konzentration von H2 innerhalb des erhitzten Teiles so erhöhen, dass H2 für eine Reaktion mit pyrolysierten Komponenten der Kohlenwasserstoffe verfügbar sein kann. Eine Reaktion von H2 mit den pyrolysierten Komponenten von Kohlenwasserstoffen kann eine Polymerisation von Olefinen in Teere und andere vernetzte schwer zu verbessernde Produkte verringern. Solche Produkte können niedrigere API-Dichte-Werte aufweisen. Daher kann die Förderung von Kohlenwasserstofffluiden mit niedrigen API-Dichte-Werten im Wesentlichen verhindert werden.
  • Ein Ventil kann so ausgebildet sein, dass es einen Druck innerhalb eines erhitzten Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation aufrechterhalten, ändern und/oder steuern kann. Zum Beispiel kann eine innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnete Wärmequelle mit einem Ventil gekuppelt sein. Das Ventil kann so ausgebildet sein, dass es Fluid aus der Formation durch die Wärmequelle freisetzt. Darüber hinaus kann ein Druckventil mit einem Förderschacht gekuppelt sein, der innerhalb der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation angeordnet sein kann. In einigen Ausführungen können Fluide, die durch die Ventile freigesetzt werden, gesammelt und zu einer Oberflächeneinheit für eine weitere Behandlung und/oder Verarbeitung transportiert werden.
  • Ein in situ-Umwandlungsvorgang für Kohlenwasserstoffe kann das Bereitstellen von Hitze an einen Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, und ein Steuern einer Temperatur, einer Temperaturanstiegsrate und/oder eines Druckes innerhalb des erhitzten Teiles umfassen. Zum Beispiel kann ein Druck innerhalb des erhitzten Abschnittes unter Verwendung von Druckventilen, die innerhalb eines Heizschachtes oder eines Förderschachtes, wie hierin beschrieben, angeordnet sind, gesteuert sein. Eine Temperatur und/oder eine Temperaturanstiegsrate des erhitzten Teiles kann gesteuert werden, indem man z. B. eine an eine oder mehrere Wärmequellen zugeführte Energiemenge ändert.
  • Das Steuern eines Druckes und einer Temperatur innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation wird in den meisten Fällen die Eigenschaften der geförderten Formationsfluide beeinflussen. Zum Beispiel kann eine Zusammensetzung oder eine Qualität von aus der Formation geförderten Formationsfluiden geändert werden, indem ein durchschnittlicher Druck und/oder eine durchschnittliche Temperatur in dem vorbestimmten Teil des erhitzten Abschnittes geändert wird. Die Qualität der geförderten Fluide kann durch eine Eigenschaft definiert sein, die eine API-Dichte, einen prozentuellen Anteil an Olefinen in den geförderten Formationsfluiden ein Ethen-zu-Ethan-Verhältnis, ein atomares Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis, einen prozentuellen Anteil an Kohlenwasserstoffen innerhalb geförderter Formationsfluide mit Kohlenstoffzahlen über 25, eine gesamte Äquivalentförderung (Gas und Flüssigkeit), eine Gesamtförderung von Flüssigkeiten und/oder eine Flüssigkeitsausbeute als Prozent eines Fischer Assays umfasst, aber nicht auf diese beschränkt ist. Zum Beispiel kann ein Steuern der Qualität der geförderten Formationsfluide ein solches Steuern eines durchschnittlichen Druckes und einer durchschnittlichen Temperatur in dem vorbestimmten Abschnitt umfassen, dass der geschätzte durchschnittliche Druck in dem vorbestimmten Abschnitt größer sein kann als der Druck (p), wie in Form der folgenden Beziehung für eine geschätzte durchschnittliche Temperatur (T) in dem vorbestimmten Abschnitt dargelegt ist:
    Figure 01880001
    wobei p in psia (Pfund pro Quadratzoll) absolut gemessen wird, T in Grad Kelvin gemessen wird, und A und B Parameter sind, die von dem Wert der vorbestimmten Eigenschaft abhängig sind. Eine geschätzte durchschnittliche Temperatur kann bestimmt werden, wie hierin beschrieben.
  • Die oben angegebene Beziehung kann so umgeformt werden, dass der natürliche Logarithmus des Druckes eine lineare Funktion eines Reziproks der Temperatur sein kann. Diese Form der Beziehung kann in ln(p) = A/T + B umgeschrieben werden. In einem Graph des absoluten Druckes als eine Funktion des Reziproks der absoluten Temperatur ist A die Steigung und B der Achsenabschnitt. Der Achsenabschnitt B ist definiert als der natürliche Logarithmus des Druckes, wenn das Reziprok der Temperatur sich Null nähert. Daher können die Anstiegs- und Achsenabschnittwerte (A und B) der Druck-Temperatur-Beziehung aus zwei Druck-Temperatur-Datenpunkten für einen gegebenen Wert einer vorbestimmten Eigenschaft bestimmt werden. Die Druck-Temperatur-Datenpunkte können einen durchschnittlichen Druck innerhalb einer Formation und eine durchschnittliche Temperatur innerhalb der Formation, bei dem/der der bestimmte aus der Formation geförderte Wert der Eigenschaft lag oder liegen kann. Zum Beispiel können die Druck-Temperatur-Datenpunkte aus einem Experiment, wie z. B. einem Laborversuch oder einem Feldversuch, erhalten werden.
  • Eine Beziehung zwischen dem Parameter A für den Anstieg und einem Wert einer Eigenschaft von Formationsfluiden kann bestimmt werden. Zum Beispiel können Werte von A als eine Funktion von Werten einer Formationsfluideigenschaft aufgetragen werden. Ein kubisches Polynom kann an diese Daten angepasst werden. Zum Beispiel kann eine kubische polynomische Beziehung, wie z. B. A = a1·(Eigenschaft)3 + a2·(Eigenschaft)2 + a3·(Eigenschaft) + a4, an die Daten angepasst werden, wobei a1, a2, a3 und a4 empirische Konstanten sind, die eine Beziehung zwischen dem ersten Parameter A und einer Eigenschaft eines Formationsfluids beschreiben können. Alternativ können Beziehungen mit anderen funktionellen Formen, wie z. B. eine andere polynomische oder eine logarithmische Funktion, an die Daten angepasst werden. Auf diese Weise können a1, a2, ..., aus den Ergebnissen der Datenanpassung abgeschätzt werden. In gleicher Weise kann eine Beziehung zwischen dem zweiten Parameter B und einem Wert einer Eigenschaft von Formationsfluiden bestimmt werden. Zum Beispiel können Werte von B als eine Funktion von Werten einer Eigenschaft eines Formationsfluids aufgetragen werden. Auch ein kubisches Polynom kann an die Daten angepasst werden. Zum Beispiel kann eine kubische polynomische Beziehung, wie z. B. B = b1·(Eigenschaft)3 + b2·(Eigenschaft)2 + b3·(Eigenschaft) + b4, an die Daten angepasst werden, wobei b1, b2, b3 und b4 empirische Konstanten sind, die eine Beziehung zwischen dem Parameter B und dem Wert einer Eigenschaft eines Formationsfluids beschreiben können. Als solche können b1, b2, b3 und b4 aus den Ergebnissen der Datenanpassung abgeschätzt werden. Die Tabellen 1a und 1b listen abgeschätzte empirische Konstanten auf, die für mehrere Eigenschaften eines Formationsfluids für Green River Ölschiefer, wie oben beschrieben, bestimmt wurden.
  • Tabelle 1a
    Figure 01900001
  • Tabelle 1b
    Figure 01910001
  • Um einen durchschnittlichen Druck und eine durchschnittliche Temperatur zu bestimmen, die verwendet werden können, um ein Formationsfluid mit einer vorbestimmten Eigenschaft zu fördern, können der Wert der vorbestimmten Eigenschaft und die empirischen Konstanten wie oben beschrieben verwendet werden, um Werte für den ersten Parameter A und den zweiten Parameter B gemäß der folgenden Beziehung zu bestimmen: A = a1·(Eigenschaft)3 + a2·(Eigenschaft)2 + a3·(Eigenschaft) + a4 B = b1·(Eigenschaft)3 + b2·(Eigenschaft)2 + b3·(Eigenschaft) + b4
  • Zum Beispiel listen die Tabellen 2a–2g abgeschätzte Werte für den Parameter A und Näherungswerte für den Parameter B, wie für eine vorbestimmte Eigenschaft eines Formationsfluids, wie oben stehend beschrieben, bestimmt, auf.
  • Tabelle 2a
    Figure 01920001
  • Tabelle 2b
    Figure 01920002
  • Tabelle 2c
    Figure 01920003
  • Tabelle 2d
    Figure 01930001
  • Tabelle 2e
    Figure 01930002
  • Tabelle 2f
    Figure 01930003
  • Tabelle 2g
    Figure 01930004
  • Die bestimmten Werte für den Parameter A und den Parameter B können verwendet werden, um einen durchschnittlichen Druck in dem vorbestimmten Abschnitt der Formation unter Verwendung einer geschätzten durchschnittlichen Temperatur T in dem vorbe stimmten Abschnitt zu bestimmen. Die geschätzte durchschnittliche Temperatur kann, wie hierin beschrieben, bestimmt werden. Zum Beispiel kann ein durchschnittlicher Druck des vorbestimmten Abschnittes durch die Beziehung p = exp[(A/T) + B] bestimmt werden, in der p in psia gemessen wird und T in Grad Kelvin gemessen wird. Alternativ kann ein in bar gemessener absoluter durchschnittlicher Druck des vorbestimmten Abschnittes unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmt werden: pbar = exp[(A/T) + B – 2,6744]. Auf diese Weise kann ein durchschnittlicher Druck innerhalb des vorbestimmten Abschnittes so gesteuert sein, dass ein durchschnittlicher Druck innerhalb des vorbestimmten Abschnittes auf den durchschnittlichen Druck eingestellt ist, wie oben bestimmt, um ein Formationsfluid mit einer vorbestimmten Eigenschaft aus dem vorbestimmten Abschnitt zu fördern.
  • Alternativ können die bestimmten Werte für den Parameter A und den Parameter B verwendet werden, um unter Verwendung eines geschätzten durchschnittlichen Druckes p in dem vorbestimmten Abschnitt eine durchschnittliche Temperatur in dem vorbestimmten Abschnitt der Formation zu bestimmen. Der geschätzte durchschnittliche Druck kann, wie hierin beschrieben, bestimmt werden. Daher kann bei Verwendung der oben stehend beschriebenen Beziehung eine durchschnittliche Temperatur innerhalb des vorbestimmten Abschnittes so gesteuert werden, dass sie sich der errechneten durchschnittliche Temperatur annähert, um Kohlenwasserstofffluide mit einer vorbestimmten Eigenschaft zu fördern.
  • Wie hierin beschrieben ist, kann eine Zusammensetzung von aus einer Formation geförderten Formationsfluiden durch Änderung zumindest einer Betriebsbedingung eines in situ-Umwandlungsvorganges für Kohlenwasserstoffe variiert werden. Darüber hin aus kann zumindest eine Betriebsbedingung unter Verwendung eines computerimplementierten Verfahrens bestimmt werden. Zum Beispiel kann eine Betriebsbedingung einen Druck in der Formation, eine Temperatur in der Formation, eine Aufheizgeschwindigkeit der Formation, eine an eine Wärmequelle gelieferte Energie und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit eines Synthesegas erzeugenden Fluids umfassen, ist aber nicht auf diese beschränkt. Das computerimplementierte Verfahren kann das Messen zumindest einer Eigenschaft der Formation umfassen. Zum Beispiel können gemessene Eigenschaften eine Mächtigkeit einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Schicht, eine Vitrinit-Reflexion, einen Wasserstoffgehalt, einen Sauerstoffgehalt, einen Feuchteanteil, eine Tiefe/Breite der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation und weitere Eigenschaften, die hierin anderweitig beschrieben sind, umfassen.
  • Zumindest eine gemessene Eigenschaft kann in ein durch einen Computer ausführbares Programm eingegeben werden. Das Programm kann wirksam sein, um zumindest eine Betriebsbedingung aus einer gemessenen Eigenschaft zu bestimmen. Darüber hinaus kann zumindest eine Eigenschaft von vorbestimmten Formationsfluiden in das Programm eingegeben werden. Zum Beispiel können Eigenschaften von vorbestimmten Formationsfluiden eine API-Dichte, einen Olefingehalt, eine Verteilung der Kohlenstoffzahl, ein Ethen-zu-Ethan-Verhältnis, und ein atomares Kohlenstoff-zu-Wasserstoff-Verhältnis umfassen, sind aber nicht auf diese beschränkt. Das Programm kann auch wirksam sein, um zumindest eine Betriebsbedingung aus einer Eigenschaft der vorbestimmten Formationsfluide zu bestimmen. Auf diese Weise kann eine Betriebsbedingung eines in situ-Umwandlungsvorganges so geändert werden, dass es zumindest einer bestimmten Betriebsbedingung angenähert ist, so dass eine Förderung von vorbestimmten Formationsfluiden aus der Formation ansteigen kann.
  • In einer Ausführungsform kann ein computerimplementiertes Verfahren verwendet werden, um zumindest eine Eigenschaft eines Formationsfluids, das aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördert werden kann, für einen Satz von Betriebsbedingungen als eine Funktion der Zeit zu bestimmen. Das Verfahren kann das Messen zumindest einer Eigenschaft der Formation und die Bereitstellung zumindest der einen gemessenen Eigenschaft an ein Computerprogramm, wie hierin beschrieben, umfassen. Darüber hinaus kann auch ein Satz oder mehrere Sätze von Betriebsbedingungen an das Computerprogramm bereitgestellt werden. Zumindest eine der Betriebsbedingungen kann zum Beispiel eine Aufheizgeschwindigkeit oder einen Druck umfassen. Ein Satz oder mehrere Sätze von Betriebsbedingungen kann/können momentan verwendete Betriebsbedingungen (in einem in situ-Umwandlungsvorgang) oder Betriebsbedingungen, die für einen in situ-Umwandlungsvorgang in Betracht gezogen werden, umfassen. Das Computerprogramm kann wirksam sein, um zumindest eine Eigenschaft eines Formationsfluids, das durch einen in situ-Umwandlungsvorgang für Kohlenwasserstoffe als eine Funktion der Zeit unter Verwendung zumindest eines Satzes von Betriebsbedingungen und zumindest einer gemessenen Eigenschaft der Formation gefördert werden kann, zu bestimmen. Des Weiteren kann das Verfahren umfassen, dass eine bestimmte Eigenschaft des Fluids mit einer vorbestimmten Eigenschaft verglichen wird. Auf diese Weise kann, wenn mehrere bestimmte Eigenschaften durch das Computerprogramm erzeugt werden, dann die bestimmte Eigenschaft, die sich am wenigsten von einer vorbestimmten Eigenschaft unterscheidet, bestimmt werden.
  • Formationsfluideigenschaften können in Abhängigkeit einer Position eines Förderschachtes in der Formation schwanken. Zum Beispiel kann eine Position eines Förderschachtes in Bezug auf eine Position einer Wärmequelle in der Formation die Zusammensetzung von aus einer Formation gefördertem Formationsfluid beeinflussen. Darüber hinaus kann ein Abstand zwischen einem Förderschacht und einer Wärmequelle in einer Formation so variiert werden, dass die Zusammensetzung von aus einer Formation geförderten Formationsfluid geändert wird. Eine Verringerung eines Abstandes zwischen einem Förderschacht und einer Wärmequelle kann eine Temperatur an dem Förderschacht erhöhen. Auf diese Weise kann ein wesentlicher Teil von Pyrolysefluiden, die durch einen Förderschacht strömen, in einigen Fällen auf Grund einer erhöhten Temperatur an einem Förderschacht zu nicht-kondensierbaren Verbindungen cracken. Daher kann eine Position eines Förderschachtes in Bezug auf eine Wärmequelle so vorbestimmt sein, dass eine nicht-kondensierbare Gasfraktion der geförderten Formationsfluide vergrößert wird. Darüber hinaus kann eine Position eines Förderschachtes in Bezug auf eine Wärmequelle so vorbestimmt sein, dass eine nicht-kondensierbare Gasfraktion von geförderten Formationsfluiden größer sein kann als eine kondensierbare Gasfraktion der geförderten Formationsfluide.
  • Eine Kohlenstoffzahlverteilung eines geförderten Formationsfluids kann eine Qualität des geförderten Formationsfluids anzeigen. Im Allgemeinen werden kondensierbare Kohlenwasserstoffe mit niedrigen Kohlenstoffzahlen als wertvoller angesehen als kondensierbare Kohlenwasserstoffe mit höheren Kohlenstoffzahlen. Niedrige Kohlenstoffzahlen können z. B. Kohlenstoffzahlen von weniger als etwa 25 umfassen. Hohe Kohlenstoffzahlen können Kohlenstoffzahlen von mehr als etwa 25 umfassen. In einer Ausführungsform kann ein in situ-Umwandlungsvorgang für Kohlenwasserstoffe umfassen, dass Hitze an zumindest einen Teil einer Formation bereitgestellt wird, und Hitze übertragen wird, damit Hitze Pyrolysefluide erzeugen kann, so dass ein Großteil der Pyrolysefluide Kohlenstoffzahlen von weniger als ca. 25 aufweist.
  • In einer Ausführungsform kann ein in situ-Umwandlungsvorgang für Kohlenwasserstoffe umfassen, dass Hitze an zumindest einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit einer solchen Geschwindigkeit bereitgestellt wird, die ausreicht, um die Förderung von Olefinen zu ändern und/oder zu steuern. Zum Beispiel kann das Verfahren umfassen, dass der Teil mit einer solchen Geschwindigkeit erhitzt wird, dass Formationsfluide mit einem Olefingehalt von weniger als etwa 10 Gew.-% kondensierbarer Kohlenwasserstoffe der Formationsfluide gefördert werden. Eine Reduzierung der Olefinförderungen kann im Wesentlichen eine Belegung einer Rohroberfläche durch solche Olefine verringern, wodurch Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Transport von Kohlenwasserstoffen durch ein solches Leitungsnetz verringert werden. Eine Verringerung einer Olefinförderung kann auch eine Verhinderung einer Polymerisation von Kohlenwasserstoffen während einer Pyrolyse mit sich bringen, wodurch die Durchlässigkeit in der Formation erhöht wird, und/oder die Qualität geförderter Fluide (z. B. durch Herabsetzen der Kohlenstoffzahlverteilung, Erhöhen der API-Dichte etc.) verbessert wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Teil jedoch mit einer solchen Geschwindigkeit erhitzt werden, dass der Olefingehalt kondensierbarer Kohlenwasserstoffe in den geförderten Fluiden selektiv erhöht wird. Zum Beispiel können Olefine von solchen kondensierbaren Kohlenwasserstoffen getrennt werden und können verwendet werden, um zusätzliche Produkte zu erzeugen.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Teil mit einer solchen Geschwindigkeit erhitzt werden, dass der Gehalt an Phenol und substituierten Phenolen kondensierbarer Kohlenwasserstoffe in den geförderten Fluiden selektiv erhöht wird. Zum Beispiel kann/können Phenol und/oder substituierte Phenole von solchen kondensierbaren Kohlenwasserstoffen getrennt werden, und kann/ können verwendet werden, um zusätzliche Produkte zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann die Ressource so vorbestimmt sein, dass die Förderung von Phenol und/oder substituierten Phenolen erhöht wird.
  • Kohlenwasserstoffe in den geförderten Fluiden können ein Gemisch aus einer Anzahl unterschiedlicher Komponenten umfassen, von denen einige kondensierbar sind und einige nicht. Die Fraktion nicht-kondensierbarer Kohlenwasserstoffe innerhalb des geförderten Fluids kann durch Ändern, Steuern und/oder Aufrechterhalten einer Temperatur innerhalb eines Pyrolyse-Temperaturbereiches in einem erhitzten Teil der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geändert und/oder gesteuert werden. Darüber hinaus kann die Fraktion nicht-kondensierbarer Kohlenwasserstoffe innerhalb der geförderten Fluide durch Ändern, Steuern und/oder Aufrechterhalten eines Druckes geändert und/oder gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen können Oberflächenanlagen so konfiguriert sein, dass sie kondensierbare und nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe eines geförderten Fluids trennen.
  • In einigen Ausführungsformen können die nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffe Kohlenwasserstoffe mit weniger als etwa 5 Kohlenstoffatomen, H2, CO2, Ammoniak, H2S, N2 und/oder CO umfassen, sind aber nicht auf diese beschränkt. In bestimmten Ausführungsformen können nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe eines aus einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geförderten Fluids ein Gewichtsverhältnis von Kohlenwasserstoffen mit Kohlenstoffzahlen von 2 bis 4 ("C2-4"-Kohlenwasserstoffe) zu Methan von mehr als etwa 0,3, mehr als etwa 0,75 oder in einigen Fällen mehr als etwa 1 aufweisen. Zum Beispiel können nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe eines aus einem Teil eines Ölschiefers oder einer schweren Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geförderten Fluids ein Ge wichtsverhältnis von Kohlenwasserstoffen mit Kohlenstoffzahlen von 2 bis 4 zu Methan von mehr als ca. 1 aufweisen. Darüber hinaus können nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe eines aus einem Teil einer Kohle enthaltenden Formation geförderten Fluids ein Gewichtsverhältnis von Kohlenwasserstoffen mit Kohlenstoffzahlen von 2 bis 4 zu Methan von mehr als 0,3 aufweisen.
  • Man geht davon aus, dass solche Gewichtsverhältnisse von C2-4 Kohlenwasserstoffen zu Methan im Vergleich mit ähnlichen aus anderen Formationen geförderten Gewichtsverhältnissen vorteilhaft sind. Solche Gewichtsverhältnisse zeigen höhere Mengen an Kohlenwasserstoffen mit 2, 3 und/oder 4 Kohlenstoffen (z. B. Ethan, Propan und Butan), als sie normalerweise in aus Formationen geförderten Gasen vorhanden sind, an. Solche Kohlenwasserstoffe sind oft wertvoller. Man geht davon aus, dass eine Förderung von Kohlenwasserstoffen mit solchen Gewichtsverhältnissen durch die auf die Formation während einer Pyrolyse angewandten Bedingungen (z. B. Verwendung einer/s gesteuerten Erhitzung und/oder Druckes in reduzierenden Umgebungen oder zumindest nicht oxidierenden Umgebungen) verursacht wird. Man geht davon aus, dass unter solchen Bedingungen längerkettige Kohlenwasserstoffe leichter heruntergebrochen werden können, um wesentlich kleinere (und in vielen Fällen gesättigtere) Verbindungen, wie z. B. C2-4-Kohlenwasserstoffe zu bilden. Das Gewichtsverhältnis von C2-4-Kohlenwasserstoffen zu Methan kann in Abhängigkeit von z. B. einer Temperatur des erhitzten Teiles und einer Aufheizgeschwindigkeit des erhitzten Teiles schwanken.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann die API-Dichte der Kohlenwasserstoffe in einem aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geförderten Fluid ca. 25 oder mehr (z. B. 30, 40, 50 etc.) betragen.
  • Methan und zumindest ein Teil des Ethans kann von nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffen in dem geförderten Fluid getrennt werden, und kann als Erdgas genutzt werden. Ein Teil des Propans und Butans kann von nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffen des geförderten Fluids getrennt werden. Darüber hinaus können das abgetrennte Propan und Butan als Brennstoffe oder als Einsatzstoffe zur Erzeugung weiterer Kohlenwasserstoffe genutzt werden. Ein Teil des geförderten Fluids, der Kohlenstoffzahlen von weniger als 4 aufweist, kann, wie hierin beschrieben, in der Formation reformiert werden, um zusätzliches H2 und/oder Methan zu fördern. Darüber hinaus können Ethan, Propan und Butan von den nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffen getrennt werden, und können zur Erzeugung von Olefinen verwendet werden.
  • Die nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eines aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geförderten Fluids können einen H2-Gehalt von mehr als etwa 5 Gew.-%, mehr als 10 Gew.-% oder sogar mehr als 15 Gew.-% aufweisen. Das H2 kann z. B. als ein Brennstoff oder eine Brennstoffzelle verwendet werden, um Kohlenwasserstofffluide in situ zu hydrieren und/oder Kohlenwasserstofffluide ex situ zu hydrieren. Darüber hinaus geht man davon aus, dass die Anwesenheit von H2 innerhalb eines Formationsfluids in einem erhitzten Abschnitt einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation die Qualität geförderter Fluide erhöht. In bestimmten Ausführungsformen kann das atomare Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis eines geförderten Fluids zumindest ca. 1,7 oder mehr betragen. Zum Beispiel kann das atomare Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis eines geförderten Fluids ca. 1,8, ca. 1,9 oder mehr betragen.
  • Die nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffe können etwas Schwefelwasserstoff umfassen. Die nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffe können behandelt werden, um den Schwefelwas serstoff von anderen Verbindungen in den nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffen zu trennen. Der abgetrennte Schwefelwasserstoff kann verwendet werden, um zum Beispiel Schwefelsäure, Dünger und/oder elementaren Schwefel zu erzeugen.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann ein aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation durch einen in situ-Umwandlungsvorgang gefördertes Fluid Kohlenstoffdioxid umfassen. Aus der Formation gefördertes Kohlenstoffdioxid kann zum Beispiel für eine verbesserte Erdölgewinnung als zumindest ein Teil eines Einsatzstoffes für die Erzeugung von Harnstoff verwendet werden und/oder kann wieder in eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation für eine Synthesegasförderung und/oder eine Kohlenflöz-Methanförderung eingespritzt werden.
  • Aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation durch einen in situ-Umwandlungsvorgang gefördertes Fluid kann Kohlenstoffmonoxid enthalten. Aus der Formation gefördertes Kohlenstoffmonoxid kann zum Beispiel als ein Einsatzstoff für eine Brennstoffzelle, als Einsatzstoff für einen Fischer-Tropsch-Vorgang, als Einsatzstoff für die Erzeugung von Methanol und/oder als Einsatzstoff für die Herstellung von Methan genutzt werden.
  • Die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe der geförderten Fluide können von den Fluiden getrennt werden. In einer Ausführungsform kann eine kondensierbare Komponente kondensierbare Kohlenwasserstoffe und Verbindungen in einer wässrigen Phase umfassen. Die wässrige Phase kann von der kondensierbaren Komponente getrennt werden. Der Ammoniakgehalt der gesamten geförderten Fluide kann mehr als etwa 0,1 Gew.-% des Fluids, mehr als etwa 0,5 Gew.-% des Fluids und in einigen Ausführungsformen bis zu etwa 10 Gew.-% der geförderten Fluide betragen. Der Ammoniak kann z. B. zur Herstellung von Harnstoff verwendet werden.
  • Es können bestimmte Ausführungsformen eines Fluids gefördert werden, in welchen ein Großteil von Kohlenwasserstoffen in dem geförderten Fluid eine Kohlenstoffzahl von weniger als ca. 25 aufweist. Alternativ weisen weniger als etwa 15 Gew.-% der Kohlenwasserstoffe in den kondensierbaren Kohlenwasserstoffen eine Kohlenstoffzahl von mehr als 25 auf. In einigen Ausführungsformen weisen weniger als etwa 5 Gew.-% der Kohlenwasserstoffe in den kondensierbaren Kohlenwasserstoffen eine Kohlenstoffzahl von mehr als ca. 25 auf, und/oder weniger als etwa 2 Gew.-% der Kohlenwasserstoffe in den kondensierbaren Kohlenwasserstoffen weisen eine Kohlenstoffzahl von mehr als ca. 25 auf.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann ein aus einer Formation (z. B. einer Kohle enthaltenden Formation) gefördertes Fluid oxygenierte Kohlenwasserstoffe aufweisen. Zum Beispiel können kondensierbare Kohlenwasserstoffe des geförderten Fluids eine Menge an oxygenierten Kohlenwasserstoffen von mehr als etwa 5 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen. Alternativ können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eine Menge an oxygenierten Kohlenwasserstoffen von mehr als 1,0 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen. Des Weiteren können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eine Menge an oxygenierten Kohlenwasserstoffen von mehr als etwa 1,5 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe oder mehr als etwa 2,0 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen. In einer Ausführungsform können die oxygenierten Kohlenwasserstoffe Phenol und/oder substituierte Phenole umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen können Phenol und substituierte Phenole von größerem wirtschaftlichen Wert sein als andere aus einem in situ- Umwandlungsvorgang geförderte Produkte. Daher kann ein in situ-Umwandlungsvorgang genutzt werden, um Phenol und/oder substituierte Phenole zu fördern. Zum Beispiel kann eine Erzeugung von Phenol und/oder substituierten Phenolen ansteigen, wenn ein Fluiddruck innerhalb der Formation bei einem niedrigeren Druck gehalten wird.
  • In einigen Ausführungsformen können kondensierbare Kohlenwasserstoffe eines aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation geförderten Fluids auch Olefine umfassen. Zum Beispiel kann ein Olefingehalt der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe im Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% liegen. Alternativ kann ein Olefingehalt der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe auch innerhalb eines Bereiches von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% liegen. Des Weiteren kann ein Olefingehalt der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe auch innerhalb eines Bereiches von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 2,5 Gew.-% liegen. Ein Olefingehalt der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe kann durch Steuern eines Druckes und/oder einer Temperatur innerhalb der Formation gesteuert werden. Zum Beispiel kann ein Olefingehalt der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe durch selektives Erhöhen eines Druckes innerhalb der Formation, durch selektives Verringern einer Temperatur innerhalb der Formation, durch selektives Reduzieren von Aufheizgeschwindigkeiten innerhalb der Formation und/oder durch selektives Erhöhen eines Wasserstoffpartialdruckes in der Formation verringert werden. In einigen Ausführungsformen kann ein verringerter Olefingehalt der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe bevorzugt sein. Zum Beispiel kann, wenn ein Teil der geförderten Fluide verwendet wird, um Motorbrennstoffe zu erzeugen, ein verringerter Olefingehalt erwünscht sein.
  • In alternativen Ausführungsformen kann ein höherer Olefingehalt bevorzugt sein. Wenn zum Beispiel ein Teil der konden sierbaren Kohlenwasserstoffe verkauft werden soll, kann auf Grund eines hohen wirtschaftlichen Werts von Olefinprodukten ein höherer Olefingehalt bevorzugt sein. In einigen Ausführungsformen können Olefine von den geförderten Fluiden getrennt und dann verkauft und/oder als Einsatzstoff für die Erzeugung weiterer Verbindungen verwendet werden.
  • Nicht kondensierbare Kohlenwasserstoffe eines geförderten Fluids können ebenfalls Olefine enthalten. Zum Beispiel kann ein Olefingehalt der nicht kondensierbaren Kohlenwasserstoffe durch Verwendung eines molaren Ethan/Ethenverhältnisses kalibriert werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das molare Ethen/Ethanverhältnis im Bereich von etwa 0,001 bis etwa 0,15 liegen.
  • Aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördertes Fluid kann aromatische Verbindungen umfassen. Zum Beispiel können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eine Menge an aromatischen Verbindungen von mehr als etwa 20 Gew.-% oder etwa 25 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen. Alternativ können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eine Menge an aromatischen Verbindungen von mehr als etwa 30 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen. Die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe können auch relativ geringe Mengen an Verbindungen mit mehr als zwei Ringen darin (z. B. Tri-Aromaten oder darüber) umfassen. Zum Beispiel können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe weniger als etwa 1 Gew.-% oder weniger als etwa 2 Gew.-% an Tri-Aromaten oder darüber in den kondensierbaren Kohlenwasserstoffen umfassen. Alternativ können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe weniger als etwa 5 Gew.-% an Tri-Aromaten oder darüber in den kondensierbaren Kohlenwasserstoffen umfassen.
  • Insbesondere machen in bestimmten Ausführungsformen Asphaltene (d. h. große Mehrring-Aromaten, die im Wesentlichen in Kohlenwasserstoff löslich sein können) weniger als etwa 0,1 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe aus. Zum Beispiel können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eine Asphalten-Komponente von etwa 0,0 Gew.-% bis zu etwa 0,1 Gew.-%; oder, in einigen Ausführungsformen, weniger als etwa 0,3 Gew.-% umfassen.
  • Kondensierbare Kohlenwasserstoffe eines geförderten Fluids können auch relativ große Mengen an Cycloalkanen umfassen. Zum Beispiel können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eine Cycloalkan-Komponente von etwa 5 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen.
  • In bestimmten Ausführungsformen können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eines aus einer Formation geförderten Fluids Verbindungen umfassen, die Stickstoff enthalten. Zum Beispiel können weniger als etwa 1 Gew.-% (auf elementarer Basis errechnet) der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe Stickstoff sein (z. B. kann der Stickstoff typischerweise in stickstoffhaltigen Verbindungen, wie z. B. Pyridinen, Aminen, Amiden, Carbazolen etc., sein).
  • In bestimmten Ausführungsformen können die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eines aus einer Formation geförderten Fluids Verbindungen umfassen, die Sauerstoff enthalten. Zum Beispiel können in bestimmten Ausführungsformen (z. B. für Ölschiefer und schwere Kohlenwasserstoffe) weniger als etwa 1 Gew.-% (auf elementarer Basis errechnet) der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe Sauerstoff enthaltende Verbindungen sein (z. B. kann der Sauerstoff in typischerweise sauerstoffhaltigen Verbindungen, wie z. B. Phenol, substituierten Phenolen, Ketonen etc. sein). In bestimmten weiteren Ausführungsformen (z. B. für Kohle enthaltende Formationen) können typischerweise zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 30 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe sauerstoffhaltige Verbindungen, wie z. B. Phenole, substituierte Phenole, Ketone etc., umfassen. In einigen Fällen können bestimmte Verbindungen, die Sauerstoff enthalten (z. B. Phenole), wertvoll sein, und können als solche ökonomisch von dem geförderten Fluid getrennt werden.
  • In bestimmten Ausführungsformen können kondensierbare Kohlenwasserstoffe des aus einer Formation geförderten Fluids Verbindungen umfassen, die Schwefel enthalten. Zum Beispiel können weniger als etwa 1 Gew.-% (auf elementarer Basis errechnet) der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe Schwefel sein (z. B. können die schwefelhaltigen Verbindungen typischerweise Verbindungen, wie z. B. Tiophene, Mercaptane etc., umfassen).
  • Des Weiteren kann das aus der Formation geförderte Fluid Ammoniak umfassen (typischerweise kann der Ammoniak mit aus der Formation gefördertem Wasser kondensieren, wenn vorhanden). Zum Beispiel kann das aus der Formation geförderte Fluid in bestimmten Ausführungsformen etwa 0,05 Gew.-% oder mehr Ammoniak umfassen. Bestimmte Formationen (z. B. Kohle- und/oder Ölschiefer) können größere Mengen Ammoniak fördern (z. B. können bis zu etwa 10 Gew.-% des gesamten geförderten Fluids Ammoniak sein).
  • Darüber hinaus kann ein aus der Formation gefördertes Fluid auch molekularen Wasserstoff (H2) umfassen. Zum Beispiel kann das Fluid einen H2-Gehalt zwischen etwa 10 Vol.-% bis etwa 80 Vol.-% der nicht kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen können zumindest etwa 15 Gew.-% eines gesamten organischen Kohlenstoffgehaltes von Kohlenwas serstoffen in dem Teil in Kohlenwasserstofffluide umgewandelt werden.
  • Eine potenzielle Gesamtmenge an Produkten, die aus Kohlenwasserstoffen gefördert werden können, kann durch einen Fischer Assay bestimmt werden. Der Fischer Assay ist ein Standardverfahren, das ein Erhitzen einer Kohlenwasserstoffprobe auf etwa 500°C in einer Stunde, das Sammeln aus der erhitzten Probe geförderter Produkte und die Quantifizierung der Produkte umfasst. In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Behandeln einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in situ ein Erhitzen eines Abschnittes der Formation umfassen, um mehr als etwa 60 Gew.-% der potenziellen Menge an Produkten aus den Kohlenwasserstoffen, wie durch den Fischer Assay bestimmt, zu gewinnen.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann das Erhitzen des vorbestimmten Abschnittes der Formation so gesteuert sein, dass zumindest etwa 20 Gew.-% (oder in einigen Ausführungsformen etwa 25 Gew.-%) der Kohlenwasserstoffe innerhalb des vorbestimmten Abschnittes der Formation pyrolysiert werden. Eine Umwandlung von Kohlenwasserstoffen innerhalb einer Formation kann begrenzt sein, um eine Absenkung der Formation zu verhindern.
  • Ein Erhitzen zumindest eines Teiles einer Formation kann bewirken, dass zumindest einige der Kohlenwasserstoffe innerhalb des Teiles pyrolysieren, und durch Kohlenwasserstofffragmente bilden. Die Kohlenwasserstofffragmente können reaktiv sein und können mit anderen Verbindungen in der Formation und/oder mit anderen durch Pyrolyse erzeugten Kohlenwasserstofffragmenten reagieren. Eine Reaktion der Kohlenwasserstofffragmente mit anderen Verbindungen und/oder miteinander kann jedoch eine Förderung eines vorbestimmten Produktes verringern. Ein während des Erhitzens an den Teil der Formation bereitgestelltes oder in diesem vorhandenes Reduktionsmittel kann jedoch die Förderung des vorbestimmten Produktes erhöhen. Ein Beispiel eines Reduktionsmittels kann H2 umfassen, muss aber nicht darauf beschränkt sein. Zum Beispiel kann das Reduktionsmittel mit den Kohlenwasserstofffragmenten reagieren, um ein vorbestimmtes Produkt zu bilden.
  • In einer Ausführungsform kann molekularer Wasserstoff an die Formation bereitgestellt werden, um eine reduzierende Umgebung zu erzeugen. Eine Hydrierungsreaktion zwischen dem molekularen Wasserstoff und zumindest einigen der Kohlenwasserstoffe innerhalb eines Teiles der Formation kann Hitze erzeugen. Die erzeugte Hitze kann verwendet werden, um den Teil der Formation zu erhitzen. Molekularer Sauerstoff kann auch innerhalb des Teiles der Formation erzeugt werden. Auf diese Weise kann das erzeugte H2 verwendet werden, um Kohlenwasserstofffluide innerhalb eines Teiles einer Formation zu hydrieren.
  • Zum Beispiel kann H2 aus einem ersten Teil der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördert werden. Das H2 kann als eine Komponente eines aus einem ersten Teil geförderten Fluids gefördert werden. Zum Beispiel kann zumindest ein Teil von aus einem ersten Teil der Formation geförderten Fluiden an einen zweiten Teil der Formation bereitgestellt werden, um eine reduzierende Umgebung innerhalb des zweiten Teiles zu erzeugen. Der zweite Teil der Formation kann erhitzt werden, wie hierin beschrieben. Darüber hinaus kann gefördertes H2 an einen zweiten Teil der Formation bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein Partialdruck von H2 innerhalb des geförderten Fluids größer sein als der Pyrolyse-H2-Partialdruck, gemessen an einem Schacht, aus dem das geförderte Fluid gefördert werden kann.
  • Zum Beispiel kann ein Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in einer reduzierenden Umgebung erhitzt werden. Die Anwesenheit eines Reduktionsmittels während einer Pyrolyse von zumindest einigen von den Kohlenwasserstoffen in dem erhitzten Teil kann zumindest etwas von dem pyrolysierten Produkt reduzieren (z. B. zumindest teilweise sättigen). Eine Reduktion des pyrolysierten Produktes kann eine Konzentration an Olefinen in Kohlenwasserstofffluiden verringern. Eine Reduktion der Pyrolyseprodukte kann die Produktqualität der Kohlenwasserstofffluide verbessern.
  • Eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Behandeln einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in situ kann das Erzeugen von H2 und Kohlenwasserstofffluiden innerhalb der Formation umfassen. Darüber hinaus kann das Verfahren eine Hydrierung der erzeugten Kohlenwasserstofffluide unter Verwendung des H2 innerhalb der Formation umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren auch das Bereitstellen des erzeugten H2 an einen Teil der Formation umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Behandeln eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation ein solches Erhitzen des Teiles umfassen, dass eine thermische Leitfähigkeit eines vorbestimmten Abschnittes des erhitzten Teiles zunimmt. Zum Beispiel können eine Porosität und eine Durchlässigkeit innerhalb eines vorbestimmten Abschnittes des Teiles während eines Erhitzens wesentlich zunehmen, so dass Hitze durch die Formation nicht nur durch Leitung, sondern auch durch Konvektion und/oder durch Strahlung von einer Wärmequelle übertragen werden kann. Auf diese Weise kann eine solche Übertragung von Wärme durch Strahlung und Konvektion eine offensichtliche thermische Leitfähigkeit des vorbestimmten Abschnittes und in der Folge die Temperaturleitfähigkeit erhöhen. Die große offensichtliche thermische Leitfähigkeit kann das Erhitzen zumindest eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation von Wärmequellen ermöglichen. Zum Beispiel kann eine Kombination aus Leitungs-, Strahlungs-, und/oder konvektiver Erhitzung die Erhitzung beschleunigen. Eine solche beschleunigte Erhitzung kann eine für eine Förderung von Kohlenwasserstoffen erforderliche Zeit deutlich verringern, und kann die wirtschaftliche Machbarkeit einer Vermarktung eines in situ-Umwandlungsverfahrens deutlich erhöhen. In einer weiteren Ausführungsform kann das in situ-Umwandlungsverfahren für eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation auch die Bereitstellung von Hitze an den erhitzten Teil umfassen, um eine thermische Leitfähigkeit eines vorbestimmten Abschnittes auf mehr als etwa 0,5 W/(m°C) oder etwa 0,6 W/(m°C) zu erhöhen.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein in situ-Umwandlungsverfahren für eine Kohleformation das Rangniveau einer Kohle innerhalb eines erhitzten Teiles der Kohle erhöhen. Die Erhöhung des Rangniveaus der Kohle, wie durch die Vitrinit-Reflexion abgeschätzt, kann mit einer wesentlichen Veränderung der Struktur (z. B. molekulare Veränderungen in der Kohlenstoffstruktur) der Kohle zusammenfallen. Die veränderte Struktur der Kohle kann eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweisen.
  • Die Temperaturleitfähigkeit innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann in Abhängigkeit von z. B. einer Dichte der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, eines Wärmeaufnahmevermögens der Formation und einer thermischen Leitfähigkeit der Formation schwanken. Wenn innerhalb eines vorbestimmten Abschnittes eine Pyrolyse stattfindet, kann die Masse der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation aus dem vorbestimmten Abschnitt entfernt werden. Die Entfernung von Masse kann die Entfernung von Wasser und eine Umwandlung von Kohlenwasserstoffen zu Formationsfluiden umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine geringere thermische Leitfähigkeit erwartet werden, wenn Wasser aus ei ner Kohle enthaltenden Formation entfernt ist. Dieser Effekt kann in verschiedenen Tiefen deutlich schwanken. In größeren Tiefen kann ein lithostatischer Druck höher sein und gewisse Öffnungen (z. B. Brüche und/oder Risse) in der Kohle verschließen. Das Verschließen der Kohleöffnungen kann eine thermische Leitfähigkeit der Kohle erhöhen. In einigen Ausführungsformen kann eine höhere thermische Leitfähigkeit auf Grund eines höheren lithostatischen Druckes beobachtet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein in situ-Umwandlungsvorgang während des Pyrolysevorganges molekularen Sauerstoff erzeugen. Darüber hinaus neigt eine Pyrolyse dazu, die Porosität/leere Räume in der Formation zu erhöhen. Leere Räume in der Formation können durch den Pyrolysevorgang erzeugtes Wasserstoffgas enthalten. Wasserstoffgas kann etwa die sechsfache thermische Leitfähigkeit von Stickstoff oder Luft aufweisen. Dies kann die thermische Leitfähigkeit der Formation erhöhen.
  • Bestimmte hierin beschriebene Ausführungsformen werden in vielen Fällen in der Lage sein, Formationen auf eine wirtschaftliche Weise so zu behandeln, wie es früher als unwirtschaftlich betrachtet wurde. Eine solche Behandlung wird wegen der überraschenden Zunahme der thermischen Leitfähigkeit und der Temperaturleitfähigkeit, die mit solchen Ausführungsformen erzielt werden können, möglich sein. Diese überraschenden Resultate werden durch die Tatsache veranschaulicht, dass bisher bekannte Literatur angegeben hat, dass bestimmte Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen, wie z. B. Kohle, beim Erhitzen relativ geringe Werte für die thermische Leitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit zeigten. Zum Beispiel berichten die Autoren in dem Regierungsbericht Nr. 8364 von J. M. Singer und R. P. Tye mit dem Titel "Thermal, Mechanical and Physical Properties of Selected Bituminous Coals and Cokes", U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines (1979), über die thermi sche Leitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit für vier bituminöse Kohlen. Dieser Regierungsbericht umfasst grafische Darstellungen der Wärme- und Temperaturleitfähigkeit, die relativ geringe Werte bis zu etwa 400°C (z. B. beträgt die thermische Leitfähigkeit etwa 0,2 W/(m°C) oder weniger, und die Temperaturleitfähigkeit beträgt weniger als etwa 1,7 × 10–3 cm2/s) zeigen. Dieser Regierungsbericht stellt fest, dass "Kohlen und Kokse ausgezeichnete Wärmeisolatoren sind".
  • Im Gegensatz dazu können in bestimmten hierin beschriebenen Ausführungsformen Kohlenwasserstoff enthaltende Ressourcen (z. B. Kohle) so behandelt werden, dass die thermische Leitfähigkeit und die Temperaturleitfähigkeit deutlich höher sind (z. B. eine thermische Leitfähigkeit bei oder über etwa 0,5 W/(m°C), und eine Temperaturleitfähigkeit bei oder über 4,1 × 10–3 cm2/s) als es auf Basis der bisher bekannten Literatur, wie z. B. des Regierungsberichts Nr. 8364, zu erwarten wäre. Wenn Kohle, wie hierin in bestimmten Ausführungsformen beschrieben, behandelt wird, wirkt sie nicht als ein "ausgezeichneter Wärmeisolator". Stattdessen kann und wird Hitze bei deutlich höheren (und besseren) Geschwindigkeiten, als es nach der Literatur zu erwarten wäre, übertragen und/oder in die Formation diffundieren, wodurch die wirtschaftliche Realisierbarkeit einer Behandlung der Formation deutlich verbessert wird.
  • In einer Ausführungsform kann ein Erhitzen eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in situ auf eine Temperatur unterhalb einer oberen Pyrolysetemperatur die Durchlässigkeit des erhitzten Teiles erhöhen. Zum Beispiel kann die Durchlässigkeit auf Grund der Bildung von Rissen innerhalb des erhitzten Teiles wegen des Aufbringens von Hitze zunehmen. Wenn eine Temperatur des erhitzen Teiles ansteigt, kann Wasser auf Grund von Verdampfung entfernt werden. Das verdampfte Was ser kann aus der Formation austreten und/oder entfernt werden. Eine Entfernung von Wasser kann ebenfalls die Durchlässigkeit des erhitzten Teiles erhöhen. Darüber hinaus kann die Durchlässigkeit des erhitzten Teiles auch als Ergebnis einer Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einer Pyrolyse von zumindest einigen der Kohlenwasserstoffe innerhalb des erhitzten Teiles in einem makroskopischen Maßstab zunehmen. In einer Ausführungsform kann eine Durchlässigkeit eines vorbestimmten Abschnittes innerhalb eines erhitzten Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation im Wesentlichen gleichförmig sein. Zum Beispiel kann ein Erhitzen durch Wärmeleitung im Wesentlichen gleichförmig sein, und somit kann eine durch Wärmeleitung erzeugte Durchlässigkeit ebenfalls im Wesentlichen gleichförmig sein. Im Zusammenhang mit diesem Patent bedeutet "im Wesentlichen gleichförmige Durchlässigkeit", dass die angenommene (z. B. errechnete oder ermittelte) Durchlässigkeit eines beliebigen vorbestimmten Teiles in der Formation um nicht mehr als einen Faktor 10 von der angenommenen durchschnittlichen Durchlässigkeit eines solchen vorbestimmten Teiles schwankt.
  • Eine Durchlässigkeit eines vorbestimmten Abschnittes innerhalb des erhitzten Teiles der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann auch schnell zunehmen, während der vorbestimmte Abschnitt durch Wärmeleitung erhitzt wird. Zum Beispiel kann eine Durchlässigkeit einer undurchlässigen Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation vor einer Behandlung weniger als etwa 0,1 Millidarcy (9,9 × 10–17 m2) betragen. In einigen Ausführungsformen kann das Pyrolysieren von zumindest einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation eine Durchlässigkeit innerhalb eines vorbestimmten Abschnittes des Teiles auf mehr als etwa 10 Millidarcy, 100 Millidarcy, 1 Darcy, 10 Darcy, 20 Darcy oder 50 Darcy erhöhen. Daher kann eine Durchläs sigkeit eines vorbestimmten Abschnittes des Teiles um einen Faktor von mehr als etwa 1.000, 10.000 oder 100.000 zunehmen.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Überlagerung (z. B. Überlappung) von Hitze aus einer oder mehreren Wärmequellen in einer im Wesentlichen gleichförmigen Erhitzung eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation resultieren. Da Formationen während des Erhitzens typischerweise durchgehend Temperaturprofile aufweisen, bedeutet "im Wesentlichen gleichförmiges" Erhitzen ein solches Erhitzen, dass die Temperaturen in einem Großteil des Abschnittes nicht um mehr als 100°C von der angenommenen durchschnittlichen Temperatur in dem Großteil des gerade behandelten vorbestimmten Abschnittes (Volumen) variieren.
  • Ein im Wesentlichen gleichförmiges Erhitzen der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann in einer im Wesentlichen gleichförmigen Zunahme der Durchlässigkeit resultieren. Zum Beispiel kann auf Grund von in der Formation erzeugten thermischen Spannungen ein gleichförmiges Erhitzen einer Reihe von im Wesentlichen gleichförmigen Rissen innerhalb des erhitzten Teiles erzeugen. Ein im Wesentlichen gleichförmiges Erhitzen kann Pyrolysefluide aus dem Teil auf eine im Wesentlichen homogene Weise erzeugen. Auf Grund von Verdampfung und Förderung entferntes Wasser kann in einer erhöhten Durchlässigkeit des erhitzten Teiles resultieren. Zusätzlich zur Erzeugung von Rissen auf Grund von thermischen Spannungen können Risse auch auf Grund einer Fluiddruckzunahme erzeugt werden. Wenn Fluide innerhalb des erhitzten Teiles erzeugt werden, kann auch ein Fluiddruck innerhalb des erhitzten Teiles zunehmen. Wenn der Fluiddruck sich einem lithostatischen Druck des erhitzten Teiles annähert, können Risse erzeugt werden. Ein/e im Wesentlichen gleichförmiges Erhitzen und homogene Erzeugung von Fluiden kann im Wesentlichen gleichförmige Risse innerhalb des erhitzten Teiles erzeugen. In einigen Ausführungen kann eine Durchlässigkeit eines erhitzten Abschnittes einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation um nicht mehr als einen Faktor von etwa 10 schwanken.
  • Eine Entfernung von Kohlenwasserstoffen auf Grund einer Behandlung von zumindest einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, wie in einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, kann auch in einem mikroskopischen Maßstab erfolgen. Kohlenwasserstoffe können auf Grund eines Erhitzens aus Mikroporen innerhalb des Teiles entfernt werden. Mikroporen können im Allgemeinen als Poren mit einer Abmessung im Querschnitt von weniger als 1000 A definiert sein. Auf diese Weise kann eine Entfernung fester Kohlenwasserstoffe in einer im Wesentlichen gleichförmigen Zunahme der Porosität innerhalb zumindest eines vorbestimmten Abschnittes des erhitzten Teiles resultieren. Ein Erhitzen des Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, wie in einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, kann eine Porosität eines vorbestimmten Abschnittes innerhalb des erhitzten Teiles im Wesentlichen gleichförmig erhöhen. Im Zusammenhang mit diesem Patent bedeutet "im Wesentlichen gleichförmige Porosität", dass die angenommene (z. B. errechnete oder ermittelte) Porosität eines beliebigen vorbestimmten Teiles in der Formation um nicht mehr als etwa 25% von der angenommenen durchschnittlichen Porosität eines solchen vorbestimmten Teiles schwankt.
  • Die physikalischen Eigenschaften eines Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation nach einer Pyrolyse können ähnlich jenen einer porösen Schicht sein. Zum Beispiel kann ein Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation nach einer Pyrolyse Partikel mit Größen von etwa mehreren Millimetern umfassen. Solche physikalischen Eigenschaften können sich von physikalischen Eigenschaften einer Kohlenwasserstoff ent haltenden Formation, die einer Einspritzung von Kohlenwasserstoff verbrennenden Gasen, um die Kohlenwasserstoffe zu erhitzen, unterzogen wird, unterscheiden. Solche in jungfräuliche oder zerrissene Formationen eingespritzte Gase können dazu neigen, zu kanalisieren, und können nicht über die ganze Formation gleichförmig verteilt werden. Im Gegensatz dazu kann ein in einen pyrolysierten Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation eingespritztes Gas leicht und mit dem/den in der Formation zurückbleibenden Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoffen im Wesentlichen gleichförmig in Kontakt treten. Darüber hinaus können durch Erhitzen der Kohlenwasserstoffe erzeugte Gase über eine beträchtliche Distanz innerhalb des erhitzten Teiles der Formation mit einem minimalen Druckverlust übertragen werden. Solche Übertragungen von Gasen können zum Beispiel bei der Behandlung einer steil einfallenden Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation von besonderem Vorteil sein.
  • Synthesegas kann aus einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die z. B. Kohle, Ölschiefer, andere Kerogen enthaltende Formationen, schwere Kohlenwasserstoffe (Teersande etc.) und andere Bitumen enthaltende Formationen enthält, gefördert werden. Die Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann vor einer Synthesegaserzeugung erhitzt werden, um eine Formation mit im Wesentlichen gleichförmiger relativ hoher Durchlässigkeit zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann eine Synthesegasförderung begonnen werden, nachdem die Förderung von Pyrolysefluiden im Wesentlichen erschöpft ist oder unwirtschaftlich wird. Alternativ kann eine Synthesegaserzeugung begonnen werden, bevor eine wesentliche Erschöpfung oder nicht wirtschaftliche Pyrolysefluidförderung erreicht wurde, wenn eine Förderung von Synthesegas wirtschaftlich bevorzugt wird. Während einer Synthesegaserzeugung werden Formationstemperaturen normalerweise höher sein als Pyrolysetempe raturen. Ein Erhöhen der Formationstemperatur von Pyrolysetemperaturen auf Synthesgaserzeugungstemperaturen erlaubt eine weitere Nutzung der auf die Formation zur Pyrolyse der Formation aufgebrachten Hitze. Während einer Erhöhung einer Temperatur einer Formation von Pyrolysetemperaturen auf Synthesegastemperaturen kann Methan und/oder H2 aus der Formation gefördert werden.
  • Die Förderung von Synthesegas aus einer Formation, aus der vorher Pyrolysefluide entfernt wurden, erlaubt eine Förderung von Synthesegas, das größtenteils H2, CO, Wasser und/oder CO2 umfasst. Gefördertes Synthesegas kann in bestimmten Ausführungsformen im Wesentlichen keine Kohlenwasserstoffkomponente aufweisen, es sei denn, eine separate Quelle eines Kohlenwasserstoffstromes ist in die Formation mit oder zusätzlich zu dem Synthesegas erzeugenden Fluid eingeleitet. Eine Förderung von Synthesegas aus einer im wesentlichen gleichförmigen relativ hoch durchlässigen Formation, das durch langsames Erhitzen einer Formation durch Pyrolysetemperaturen gebildet wurde, kann eine einfache Einleitung eines Synthesegas erzeugenden Fluids in die Formation erlauben, und kann zulassen, dass das Synthesegas erzeugende Fluid mit einem relativ großen Teil der Formation in Kontakt tritt. Das Synthesegas erzeugende Fluid ist dazu deshalb in der Lage, da die Durchlässigkeit der Formation während der Pyrolyse erhöht wurde, und/oder da der Oberflächenbereich pro Volumen in der Formation während der Pyrolyse zugenommen hat. Der relativ große Oberflächenbereich (z. B. "Kontaktbereich") in der Nach-Pyrolyseformation bringt mit sich, dass Synthesegas erzeugende Reaktionen bei im Wesentlichen Gleichgewichtsbedingungen für C, H2, CO, Wasser und CO2 stattfinden. Reaktionen, in denen Methan gebildet wird, können jedoch nicht im Gleichgewicht ablaufen, da sie kinetisch begrenzt sind. Die relativ hohe, im Wesentlichen gleichförmige Formationsdurchlässigkeit kann zulassen, dass Förder schächte weiter beabstandet sein können als Förderschächte, die während der Pyrolyse der Formation verwendet werden.
  • Eine Temperatur von zumindest einem Teil einer Formation, die verwendet wird, um Synthesegas zu erzeugen, kann auf eine Synthesegas erzeugende Temperatur (z. B. zwischen etwa 400°C und etwa 1200°C) erhöht werden. In einigen Ausführungsformen kann die Zusammensetzung von gefördertem Synthesegas durch eine Formationstemperatur, durch die Temperatur der den Synthesegasförderschächten benachbarten Formation, und/oder durch eine Verweilzeit der Synthesegaskomponenten beeinflusst sein. Eine relativ niedrige Synthesegaserzeugungstemperatur kann ein Synthesegas mit einem hohen H2-zu-CO-Verhältnis erzeugen, das geförderte Synthesegas kann aber auch einen großen Anteil an anderen Gasen, wie z. B. Wasser, CO2 und Methan, umfassen. Eine relativ hohe Formationstemperatur kann ein Synthesegas erzeugen, das ein sich 1 näherndes H2-zu-CO-Verhältnis aufweist, und der Strom kann größtenteils (und in einigen Fällen im Wesentlichen nur) H2 und CO umfassen. Wenn das Synthesegas erzeugende Fluid im Wesentlichen reiner Wasserdampf ist, dann kann das H2-zu-CO-Verhältnis sich bei relativ hohen Temperaturen 1 annähern. Bei einer Formationstemperatur von etwa 700°C kann die Formation bei einem bestimmten Druck ein Synthesegas mit einem H2-zu-CO-Verhältnis von etwa 2 fördern. Die Zusammensetzung des Synthesegases neigt dazu, von der Art des Synthesegas erzeugenden Fluids abhängig zu sein.
  • Die Synthesegaserzeugung ist im Allgemeinen ein endothermer Vorgang. Hitze kann während der Synthesegaserzeugung einem Teil einer Formation zugesetzt werden, um eine Formationstemperatur bei einer gewünschten Synthesegas erzeugenden Temperatur oder über einer minimalen Synthesegas erzeugenden Temperatur zu halten. Hitze kann der Formation aus Wärmequellen, aus Oxidationsreaktionen innerhalb des Teiles und/oder aus der Einleitung eines Synthesegas erzeugenden Fluids in die Formation mit einer höheren Temperatur als die Temperatur der Formation zugefügt werden.
  • Ein Oxidationsmittel kann in einen Teil der Formation mit einem Synthesegas erzeugenden Fluid eingeleitet werden. Das Oxidationsmittel kann mit dem Kohlenstoff innerhalb des Teiles der Formation exotherm reagieren, und die Formation erhitzen. Eine Oxidation von Kohlenstoff innerhalb einer Formation kann zulassen, dass ein Teil einer Formation auf wirtschaftliche Weise auf relativ hohe Synthesegas erzeugende Temperaturen erhitzt wird. Das Oxidationsmittel kann auch ohne ein Synthesegas erzeugendes Fluid in die Formation eingeleitet werden, um den Teil zu erhitzen. Die Verwendung eines Oxidationsmittels oder eines Oxidationsmittels und Wärmequellen, um den Teil der Formation zu erhitzen, kann beträchtlich vorteilhafter sein, als ein Erhitzen des Teiles der Formation mit nur den Wärmequellen. Das Oxidationsmittel kann Luft, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Oxidationsmittel kann mit Kohlenstoff in der Formation reagieren und CO2 und/oder CO erzeugen. Die Verwendung von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft (d. h. Luft mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 21 Vol.-%), um innerhalb der Formation Hitze zu erzeugen, kann bewirken, dass ein beträchtlicher Anteil an N2 in dem geförderten Synthesegas vorhanden ist. Die Temperaturen in der Formation können unterhalb von Temperaturen gehalten werden, die benötigt werden, um Stickoxide (NOx) zu erzeugen, so dass wenig oder keine NOx-Verbindungen in gefördertem Synthesegas vorhanden sein können.
  • Ein Gemisch aus Wasserdampf und Sauerstoff oder Wasserdampf und Luft kann im Wesentlichen kontinuierlich in eine Formation eingespritzt werden. Wenn eine Einspritzung von Wasserdampf und Sauerstoff für die Synthesegaserzeugung verwendet wird, kann der Sauerstoff durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung einer Gleichstromabgabe einer Brennstoffzelle vor Ort erzeugt werden. Durch die Elektrolyse von Wasser erzeugtes H2 kann als ein Brennstoffstrom für die Brennstoffzelle verwendet werden. Durch die Elektrolyse von Wasser erzeugtes O2 kann in die heiße Formation eingespritzt werden, um eine Temperatur der Formation zu erhöhen.
  • Wärmequellen und/oder Förderschächte innerhalb einer Formation zum Pyrolysieren und Fördern von Pyrolysefluiden aus der Formation können für unterschiedliche Zwecke während der Synthesegasförderung verwendet werden. Ein Schacht, der als Wärmequelle oder Förderschacht während einer Pyrolyse verwendet wurde, kann als Einspritzschacht zum Einleiten eines Synthesegas erzeugenden Fluids in die Formation verwendet werden. Ein Schacht, der als Wärmequelle oder Förderschacht während einer Pyrolyse verwendet wurde, kann als Förderschacht während der Synthesegaserzeugung verwendet werden. Ein Schacht, der als Wärmequelle oder Förderschacht während einer Pyrolyse verwendet wurde, kann als Wärmequelle verwendet werden, um die Formation während einer Synthesegaserzeugung zu erhitzen. Synthesegasförderschächte können wegen der relativ hohen, im Wesentlichen gleichförmigen Durchlässigkeit der Formation weiter beabstandet sein als Pyrolyseförderschächte. Synthesegasförderschächte können auf relativ hohe Temperaturen erhitzt werden, so dass ein dem Förderschacht benachbarter Teil der Formation eine Temperatur aufweist, die eine gewünschte Synthesegaszusammensetzung erzeugt. Vergleichsweise können Pyrolysefluidförderschächte überhaupt nicht erhitzt sein, oder können nur auf eine Temperatur erhitzt sein, die eine Kondensation von Pyrolsyefluid innerhalb des Förderschachtes verhindert.
  • Synthesegas kann aus einer einfallenden Formation aus während einer Pyrolyse der Formation verwendeten Bohrlöchern gefördert werden. Wie in 4 gezeigt, können Synthesegasförderschächte 206 oberhalb und unterhalb von einem Einspritzschacht 208 einfallend angeordnet sein. Heißes Synthesegas erzeugendes Fluid kann in den Einspritzschacht 208 eingeleitet werden. Heißes Synthesegasfluid, das sich den Einfall nach unten bewegt, kann Synthesegas erzeugen, das durch die Synthesegasförderschächte 206 gefördert wird. Synthesegas erzeugendes Fluid, das sich nach oben einfallend bewegt, kann Synthesegas in einem Teil der Formation erzeugen, der sich bei Synthesegas erzeugenden Temperaturen befindet. Ein Teil des Synthesegas erzeugenden Fluids und erzeugten Synthesegases, das sich nach oben einfallend über dem Teil der Formation bei Synthesegas erzeugenden Temperaturen bewegt, kann eine benachbarte Formation erhitzen. Das Synthesegas erzeugende Fluid, das sich nach oben einfallend bewegt, kann kondensieren, benachbarte Teile der Formation erhitzen und nach unten in Richtung eines Teiles der Formation bei Synthesegas erzeugenden Temperaturen oder in diesen hinein strömen. Das Synthesegas erzeugende Fluid kann dann zusätzliches Synthesegas erzeugen.
  • Synthesegas erzeugendes Fluid kann ein beliebiges Fluid sein, das in der Lage ist, H2 und CO innerhalb eines erhitzten Teiles einer Formation zu erzeugen. Synthesegas erzeugendes Fluid kann Wasser, O2, Luft, CO2, Kohlenwasserstofffluide oder Kombinationen daraus umfassen. Wasser kann als Flüssigkeit oder als Dampf in eine Formation eingeleitet werden. Wasser kann mit Kohlenstoff in einer Formation reagieren und H2, CO, und CO2 erzeugen. CO2 kann mit heißem Kohlenstoff reagieren und CO bilden. Luft und O2 können Oxidationsmittel sein, die mit dem Kohlenstoff in einer Formation reagieren und Hitze erzeugen, so dass CO2, CO und andere Verbindungen gebildet werden. Kohlenwasserstofffluide können innerhalb einer Formation reagieren und H2, CO, CO2, H2O, Koks, Methan und/oder andere leichte Kohlenwasserstoffe bilden. Die Einleitung von Kohlenwasserstoffen mit niedriger Kohlenstoffzahl (d. h. Verbindungen mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 5) kann zusätzliches H2 innerhalb der Formation erzeugen. Das Hinzufügen von Kohlenwasserstoffen mit höherer Kohlenstoffzahl zu der Formation kann einen Energieinhalt eines erzeugten Synthesegases erhöhen, indem es eine beträchtliche Fraktion aus Methan und anderen Verbindungen mit niedriger Kohlenstoffzahl innerhalb des Synthesegases aufweist.
  • Wasser, das als Synthesegas erzeugendes Fluid bereitgestellt wird, kann aus zahlreichen verschiedenen Quellen hergeleitet sein. Wasser kann während einer Pyrolysestufe einer Behandlung einer Formation erzeugt werden. Das Wasser kann einige mitgerissene Kohlenwasserstofffluide umfassen. Ein solches Fluid kann als Synthesegas erzeugendes Fluid verwendet werden. Wasser, das Kohlenwasserstoffe umfasst, kann in vorteilhafter Weise zusätzliches H2 erzeugen, wenn es als ein Synthesegas erzeugendes Fluid verwendet wird. Wasser, das von Wasserpumpen, die einen Wasserstrom in einem Teil einer Formation, die gerade einem in situ-Umwandlungsvorgang unterzogen wird, verhindern, gefördert wird, kann Wasser für eine Synthesegaserzeugung bereitstellen. Eine Quelle niederrangigen Kerogens oder Kohlenwasserstoffe mit einem relativ hohen Wassergehalt (d. h. mehr als etwa 20 Gew.-% H2O) kann/können eine große Menge an Wasser und/oder CO2 erzeugen, wenn sie einem in situ-Umwandlungsvorgang unterzogen wird/werden. Das Wasser und CO2, das gefördert wird, indem eine Quelle niederrangigen Kerogens einem in situ-Umwandlungsvorgang unterzogen wird, kann als ein Synthesegas erzeugendes Fluid verwendet werden.
  • Die Reaktionen, die an der Bildung von Synthesegas beteiligt sind, können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: C + H2O ⇔ H2 + CO (1) C + 2H2O ⇔ 2H2 + CO2 (2) C + CO2 ⇔ 2CO (3)
  • Die Thermodynamik lässt zu, dass die folgenden Reaktionen fortschreiten: 2C + 2H2O ⇔ CH4 + CO2 (4) C + 2H2 ⇔ CH4 (5)
  • Jedoch ist die Kinetik der Reaktionen in bestimmten Ausführungsformen langsam, so dass während Formationsbedingungen niedrige Mengen an Methan aus den Reaktionen (4) und (5) gebildet werden.
  • In Gegenwart von Sauerstoff kann die folgende Reaktion stattfinden, die Kohlenstoffdioxid und Hitze erzeugt: C + O2 ⇒ CO2 (6)
  • Die Gleichgewichtsgasphasenzusammensetzungen von Kohle in Kontakt mit Wasserdampf können die Zusammensetzungen von in einer Formation während einer Synthesegaserzeugung geförderten Komponenten anzeigen. Die Gleichgewichtszusammensetzungsdaten für H2, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid können verwendet werden, um geeignete Betriebsbedingungen zu bestimmen, wie z. B. eine Temperatur, die verwendet werden kann, um ein Synthesegas mit einer vorbestimmten Zusammensetzung zu erzeugen. Die Gleichgewichtsbedingungen können innerhalb einer Formation auf Grund einer hohen im Wesentlichen gleichförmigen Durchlässigkeit der Formation erreicht werden. Die Zusammensetzungsdaten, die aus einer Synthesegasförderung erhalten werden, kön nen in vielen Fällen um weniger als 10% von den Gleichgewichtswerten abweichen.
  • In einer Ausführungsform kann eine Zusammensetzung des geförderten Synthesegases geändert werden, indem zusätzliche Komponenten zusammen mit Wasserdampf in die Formation eingespritzt werden. Kohlenstoffdioxid kann in dem Synthesegas erzeugenden Fluid bereitgestellt sein, um eine Förderung von Kohlenstoffdioxid, das aus der Formation während einer Synthesegaserzeugung gefördert wird, im Wesentlichen zu verhindern. Das Kohlenstoffdioxid kann das Gleichgewicht der Reaktion (2) nach links verschieben, und so die Menge an Kohlenstoffdioxid, die aus Formationskohlenstoff erzeugt wird, verringern. Das Kohlenstoffdioxid kann auch mit Kohlenstoff in der Formation reagieren, und Kohlenstoffmonoxid erzeugen. Kohlenstoffdioxid kann von dem Synthesegas abgetrennt werden, und kann mit dem Synthesegas erzeugenden Fluid wieder in die Formation eingespritzt werden. Das Zusetzen von Kohlenstoffdioxid in dem Synthesegas erzeugenden Fluid kann jedoch die Förderung von Wasserstoff verringern.
  • 29 stellt ein schematisches Diagramm einer Verwendung von Wasser, das aus einer Pyrolysefluidförderung, die verwendet wird, um Synthesegas zu erzeugen, zurückgewonnen wird, dar. Eine Wärmequelle 801 mit einer elektrischen Heizeinrichtung 803 fördert Pyrolysefluid 807 aus einem ersten Abschnitt 805 der Formation. Gefördertes Pyrolysefluid 807 kann an einen Separator 809 geschickt werden. Ein Separator 809 kann eine Anzahl einzelner Trenneinheiten und Verarbeitungseinheiten umfassen, die einen wässrigen Strom 811, einen Dampfstrom 813 und einen Kohlenwasserstoffkondensatstrom 815 erzeugen. Der wässrige Strom 811 aus dem Separator 809 kann mit Synthesegas erzeugendem Fluid 818 kombiniert werden, um ein Synthesegas erzeugendes Fluid 821 zu bilden. Das Synthesegas erzeugende Fluid 821 kann an den Einspritzschacht 817 geliefert werden und in einen zweiten Teil 819 der Formation eingeleitet werden. Synthesegas 823 kann aus einem Synthesegasförderschacht 825 gefördert werden.
  • 30 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführung eines Systems zur Synthesegasförderung, in dem Kohlenstoffdioxid aus einem geförderten Synthesegas in eine Formation eingespritzt wird. Synthesegas 830 kann durch einen Förderschacht 834 aus einer Formation 832 gefördert werden. Eine Gaszerlegungseinheit 836 kann einen Teil des Kohlenstoffdioxids von dem Synthesegas 830 abtrennen, um einen CO2-Strom 838 und einen verbleibenden Synthesegasstrom 840 zu erzeugen. Der CO2-Strom 838 kann mit einem Synthesegas erzeugenden Fluidstrom 842, der durch einen Einspritzschacht 837 in die Formation 832 eingeleitet wird, gemischt werden, und/oder das CO2 kann getrennt in die Formation eingeleitet werden. Dies kann die Umwandlung von Kohlenstoff zu CO2 innerhalb der Formation beschränken, und/oder kann eine Menge an innerhalb der Formation erzeugtem CO erhöhen.
  • Das Synthesegas erzeugende Fluid kann über vielfältige unterschiedliche Wege in eine Formation eingeleitet werden. Wasserdampf kann in eine erhitzte Kohlenwasserstoff enthaltende Formation an einem untersten Teil der erhitzten Formation eingeleitet werden. Alternativ kann in einer steil einfallenden Formation Wasserdampf nach oben einfallend bei nach unten einfallender Synthesegasförderung eingespritzt werden. Der eingespritzte Wasserdampf kann durch die restliche Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu einem Förderschacht strömen. Zusätzlich kann endotherme Reaktionswärme mit Wärmequellen, die entlang eines Weges des eingespritzten Wasserdampfes angeordnet sind, an die Formation geliefert werden. In alternativen Ausführungsformen kann Wasserdampf an einer Vielzahl von Positionen entlang der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation eingespritzt werden, um die Durchdringung des Wasserdampfes über die ganze Formation zu erhöhen. Es kann auch ein Linienmuster von Positionen verwendet werden. Das Linienmuster kann abwechselnde Reihen von Wasserdampfeinspritzschächten und Synthesegasförderschächten umfassen.
  • Bei relativ niedrigen Drücken und Temperaturen unterhalb von etwa 400°C sind die Synthesegasreaktionen relativ langsam. Bei relativ niedrigen Drücken und Temperaturen von zwischen etwa 400°C und etwa 700°C neigt die Reaktion (2) dazu, die vorherrschende Reaktion zu sein, und das Synthesegas ist hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid zusammengesetzt. Bei relativ niedrigen Drücken und Temperaturen über etwa 700°C neigt die Reaktion (1) dazu, die vorherrschende Reaktion zu sein, und das Synthesegas ist hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid zusammengesetzt.
  • Die Vorteile einer Synthesegasreaktion bei niedriger Temperatur können einen geringeren Wärmebedarf, eine kostengünstigere Metallurgie und weniger endotherme Reaktionen (insbesondere wenn eine Bildung von Methan erfolgt) umfassen. Ein Vorteil einer Synthesegasreaktion bei höherer Temperatur besteht darin, dass Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid als Einsatzstoffe für weitere Verfahren (z. B. Fischer-Tropsch-Vorgänge) verwendet werden können.
  • Ein Druck der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann während einer Synthesegasförderung bei relativ hohen Drücken gehalten werden. Der Druck kann im Bereich von Atmosphärendruck bis zu einem lithostatischen Druck der Formation liegen. Höhere Formationsdrücke können eine Erzeugung von Elektrizität zulassen, indem gefördertes Synthesegas durch eine Turbine geleitet wird. Höhere Formationsdrücke können die Verwendung kleinerer Sammelleitungen zum Transport von gefördertem Synthesegas und die Notwendigkeit einer verringerten unterstromigen Kompression an der Oberfläche erlauben.
  • In einigen Ausführungsformen kann Synthesegas aus einem Teil einer Formation auf eine im Wesentlichen kontinuierliche Weise gefördert werden. Der Teil kann auf eine gewünschte Synthesegas erzeugende Temperatur erhitzt werden. Ein Synthesegas erzeugendes Fluid kann in den Teil eingeleitet werden. Hitze kann dem Teil der Formation während des Einleitens des Synthesegas erzeugenden Fluids in den Teil zugesetzt werden oder darin erzeugt werden. Die zugesetzte Hitze gleicht den Hitzeverlust auf Grund der endothermen Synthesegasreaktionen wie auch die Hitzeverluste an die oberen und unteren Schichten etc. aus. In anderen Ausführungsformen kann Synthesegas im Wesentlichen chargenweise gefördert werden. Der Teil der Formation kann erhitzt werden, oder Hitze kann innerhalb des Teiles erzeugt werden, um eine Temperatur des Teiles auf eine hohe Synthesegas erzeugende Temperatur zu erhöhen. Synthesegas erzeugendes Fluid kann dann dem Teil zugesetzt werden, bis die Erzeugung von Synthesegas die Temperatur der Formation unter eine Temperatur herabsetzt, die eine gewünschte Synthesegaszusammensetzung erzeugt. Die Einleitung des Synthesegas erzeugenden Fluids kann dann gestoppt werden. Der Zyklus kann wiederholt werden, indem der Teil der Formation wieder auf die hohe Synthesegas erzeugende Temperatur erhitzt wird, und Synthesegas erzeugendes Fluid zugesetzt wird, nachdem die hohe Synthesegas erzeugende Temperatur erreicht ist. Die Zusammensetzung des erzeugten Synthesegases kann überwacht werden, um zu bestimmen, wann ein Zusetzen Synthesegas erzeugenden Fluids zu der Formation gestoppt werden sollte.
  • 31 veranschaulicht ein Schema einer Ausführungsform eines kontinuierlichen Synthesefördersystems. 31 umfasst eine Formation mit einem Hitzeeinspritzbohrloch 850 und einem Hitzeeinspritzbohrloch 852. Die Bohrlöcher können Elemente eines größeren Musters aus über einen gesamten Teil der Formation angeordneten Bohrlöchern sein. Ein Teil einer Formation kann auf Synthesegas erzeugende Temperaturen erhitzt werden, indem die Formation mit Wärmequellen erhitzt wird, indem ein oxidierendes Fluid eingespritzt wird oder durch eine Kombination daraus. Ein oxidierendes Fluid 854, wie z. B. Luft oder Sauerstoff, und ein Synthesegas erzeugendes Fluid 856, wie z. B. Wasserdampf, können in das Bohrloch 850 eingespritzt werden. In einer Ausführungsform kann das Verhältnis von Sauerstoff zu Wasserdampf ca. 1:2 bis ca. 1:10 oder ca. 1:3 bis ca. 1:7 (z. B. etwa 1:4) betragen.
  • Eine in situ-Verbrennung von Kohlenwasserstoffen kann einen Bereich 858 der Formation zwischen den Bohrlöchern 850 und 852 erhitzen. Eine Einspritzung des oxidierenden Fluids kann den Bereich 858 auf einen speziellen Temperaturbereich, z. B. zwischen etwa 600°C und etwa 700°C, erhitzen. Die Temperatur kann jedoch in Abhängigkeit von einer gewünschten Zusammensetzung des Synthesegases schwanken. Ein Vorteil kontinuierlichen Förderverfahrens kann darin bestehen, dass die Temperatur über den Bereich 858 im Wesentlichen gleichförmig und im Wesentlichen konstant über die Zeit ist, sobald die Formation im Wesentlichen das thermische Gleichgewicht erreicht hat. Die kontinuierliche Förderung kann auch eine Notwendigkeit für die Verwendung von Ventilen zum Umkehren von Einspritzrichtungen auf im Wesentlichen häufiger Basis eliminieren. Ferner kann eine kontinuierliche Förderung die Temperaturen in der Nähe der Einspritzschächte auf Grund der endothermen Abkühlung aus der Synthesegasreaktion, die im selben Bereich wie eine oxidative Erhitzung stattfinden kann, verringern. Die im Wesentlichen konstante Temperatur kann eine Steuerung der Synthesegas zusammensetzung zulassen. Gefördertes Synthesegas 860 kann kontinuierlich aus dem Bohrloch 852 austreten.
  • In einer Ausführungsform kann es gewünscht sein, Sauerstoff an Stelle von Luft als oxidierendes Fluid 854 in der kontinuierlichen Förderung zu verwenden. Wenn Luft verwendet wird, kann es erforderlich sein, Stickstoff von dem Synthesegas abzutrennen. Die Verwendung von Sauerstoff als oxidierende Fluid 854 kann die Förderkosten auf Grund der Kosten für den Erhalt im Wesentlichen reinen Sauerstoffs erhöhen. Das aus einer zur Erzeugung des erforderlichen Sauerstoffes verwendeten Luftzerlegungsanlage erhaltene Kryogene-Stickstoffnebenprodukt kann jedoch in einem Wärmetauscher verwendet werden, um Kohlenwasserstoffe aus einem heißen Dampfstrom, der während der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gefördert wird, zu kondensieren. Der reine Stickstoff kann auch für die Erzeugung von Ammoniak verwendet werden.
  • 32 veranschaulicht ein Schema einer Ausführungsform einer Chargenförderung von Synthesegas in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation. Ein Bohrloch 870 und ein Bohrloch 872 können innerhalb eines Teiles der Formation angeordnet sein. Die Bohrlöcher können Elemente eines größeren Musters aus über den gesamten Teil der Formation angeordneten Bohrlöchern sein. Oxidierendes Fluid 874, wie z. B. Luft oder Sauerstoff, kann in das Bohrloch 870 eingespritzt werden. Die Oxidation von Kohlenwasserstoffen kann einen Bereich 876 einer Formation zwischen den Bohrlöchern 870 und 872 erhitzen. Die Einspritzung von Luft oder Sauerstoff kann andauern, bis eine durchschnittliche Temperatur des Bereiches 876 bei einer gewünschten Temperatur (z. B. zwischen etwa 900°C und etwa 1000°C) liegt. Es können auch höhere oder niedrigere Temperaturen entwickelt werden. Ein Temperaturgradient kann in dem Bereich 876 zwischen dem Bohrloch 870 und 872 ausgebildet sein. Die höch ste Temperatur des Gradienten kann in der Nähe des Einspritzbohrloches 870 positioniert sein.
  • Wenn eine gewünschte Temperatur erreicht wurde, oder wenn oxidierendes Fluid für eine gewünschte Zeitspanne eingespritzt wurde, kann die Einspritzung oxidierenden Fluids verringert und/oder beendet werden. Ein Synthesegas erzeugendes Fluid 877, wie z. B. Wasserdampf oder Wasser, kann in das Einspritzbohrloch 872 eingespritzt werden, um Synthesegas zu fördern. Ein Gegendruck des eingespritzten Wasserdampfes oder Wassers in dem Einspritzbohrloch kann das erzeugte Synthesegas und Wasserdampf, der nicht reagiert hat, über den Bereich 876 zwingen. Eine Abnahme der durchschnittlichen Temperatur des Bereiches 876, die durch die endotherme Synthesegasreaktion bewirkt wird, kann durch den Temperaturgradienten im Bereich 876 zum Teil in einer durch den Pfeil 878 angedeuteten Richtung verschoben sein. Ein Produktstrom 880 kann durch das Wärmequellenbohrloch 870 gefördert werden. Wenn die Zusammensetzung des Produktes wesentlich von einer gewünschten Zusammensetzung abweicht, kann die Wasserdampfeinspritzung sodann aufhören, und eine Einspritzung von Luft oder Sauerstoff kann wieder eingeleitet werden.
  • In einer Ausführungsform kann Synthesegas einer vorbestimmten Zusammensetzung durch Mischen von aus verschiedenen Teilen der Formation gefördertem Synthesegas erzeugt werden. Ein erster Teil einer Formation kann durch eine oder mehrere Wärmequellen auf eine erste Temperatur erhitzt werden, die für eine Erzeugung von Synthesegas mit einem H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis von weniger als das vorbestimmte H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis (z. B. etwa 1 oder 2) ausreichend ist. Ein erstes Synthesegas erzeugendes Fluid kann zu dem ersten Teil geliefert werden, um ein erstes Synthesegas zu erzeugen. Das erste Synthesegas kann aus der Formation gefördert werden. Ein zweiter Teil der Formation kann durch eine oder mehrere Wärmequellen auf eine zweite Temperatur erhitzt werden, die für eine Erzeugung von Synthesegas mit einem H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis von mehr als das vorbestimmte H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis (z. B. etwa 3 oder mehr) ausreichend ist. Ein zweites Synthesegas erzeugendes Fluid kann an den zweiten Teil geliefert werden, um ein zweites Synthesegas zu erzeugen. Das zweite Synthesegas kann aus der Formation gefördert werden. Das erste Synthesegas kann mit dem zweiten Synthesegas gemischt werden, um ein Synthesegasgemisch mit einem gewünschten H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis zu fördern.
  • Die erste Temperatur kann sich von der zweiten Temperatur wesentlich unterscheiden. Alternativ können die ersten und zweiten Temperaturen annähernd die gleiche Temperatur sein. Zum Beispiel kann eine Temperatur, die für eine Erzeugung eines Synthesegases mit unterschiedlichen Zusammmensetzungen ausreichend ist, in Abhängigkeit von Zusammensetzungen der ersten und zweiten Teile und/oder einer vorhergehenden Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen innerhalb der ersten und zweiten Teile variieren. Das erste Synthesegas erzeugende Fluid kann im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung haben wie das zweite Synthesegas erzeugende Fluid. Alternativ kann das erste Synthesegas erzeugende Fluid eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen als das zweite Synthesegas erzeugende Fluid. Geeignete erste und zweite Synthesegas erzeugende Fluide können in Abhängigkeit von z. B. Temperaturen der ersten und zweiten Teile, Zusammensetzungen der ersten und zweiten Teile, und einer vorangegangenen Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen innerhalb der ersten und zweiten Teile variieren.
  • Darüber hinaus kann ein Synthesegas mit einem vorbestimmten H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis erhalten werden, indem die Temperatur der Formation gesteuert wird. In einer Ausführungs form kann die Temperatur eines gesamten Teiles oder Abschnittes der Formation gesteuert werden, um ein Synthesegas mit einem vorbestimmten Verhältnis zu gewinnen. Alternativ kann die Temperatur in einem oder in der Nähe eines Synthesegasförderschacht/es gesteuert werden, um Synthesegas mit dem vorbestimmten Verhältnis zu gewinnen.
  • In einer Ausführungsform kann Synthesegas mit einem vorbestimmten H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis erhalten werden, indem gefördertes Synthesegas an der Oberfläche behandelt wird. Zuerst kann die Temperatur der Formation derart gesteuert werden, dass Synthesegas mit einem Verhältnis gewonnen wird, das sich von einem vorbestimmten Verhältnis unterscheidet. Zum Beispiel kann die Formation bei einer relativ hohen Temperatur gehalten werden, um ein Synthesegas mit einem relativ niedrigen H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis zu erzeugen (z. B. kann das Verhältnis sich unter bestimmten Bedingungen 1 nähern). Ein Teil des oder das gesamte erzeugte/n Synthesegas es kann dann an einen Shift-Reaktor (Konvertierungs-Vorgang) an der Oberfläche geliefert werden. Kohlenstoffmonoxid reagiert in dem Konvertierungsvorgang mit Wasser, um H2 und Kohlenstoffdioxid zu erzeugen. Daher erhöht der Konvertierungsvorgang das H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis. Das Kohlenstoffdioxid kann dann abgetrennt werden, um ein Synthesegas mit einem vorbestimmten H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis zu erhalten.
  • In einer Ausführungsform kann gefördertes Synthesegas 918 zur Förderung von Energie verwendet werden. In 33 können behandelte Gase 920 aus einem Behandlungsabschnitt 900 zu einer Energieerzeugungs-Einheit 902 zum Entziehen nützlicher Energie geleitet werden. Energie kann aus den verbrennbaren Gasen im Allgemeinen durch Oxidieren der Gase zum Erzeugen von Hitze und Umwandeln eines Teiles der Hitze in mechanische und/oder elektrische Energie entzogen werden. Alternativ kann die Energieerzeugungs-Einheit 902 eine Brennstoffzelle umfassen, die elektrische Energie erzeugt. Darüber hinaus kann die Energieerzeugungs-Einheit 902 z. B. eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle oder einen anderen Typ von Brennstoffzelle, eine Turbine, einen Heizkessel oder eine Untertage-Gasheizeinrichtung umfassen. Geförderte elektrische Energie 904 kann an ein Leitungsnetz 906 geliefert werden. Ein Teil der geförderten Elektrizität 908 kann verwendet werden, um Energie an elektrische Heizelemente 910 zu liefern, die eine Formation 912 erhitzen.
  • In einer Ausführungsform kann die Energieerzeugungs-Einheit 902 ein Heizkessel sein. Eine Heizkammer kann eine kleine mit hitzebeständigem Material ausgekleidete Kammer, die als Gesamtes oder teilweise in der Wand eines Ofens eingebaut ist, zur Verbrennung von Brennstoff umfassen. Luft oder Sauerstoff 914 können an die Energieerzeugungs-Einheit 902 geliefert werden, um das geförderte Synthesegas zu oxidieren. Wasser 916, das durch Oxidation des Synthesegases erzeugt wird, kann im Kreislauf wieder zur Formation zurückgeführt werden, um zusätzliches Synthesegas zu fördern.
  • Das geförderte Synthesegas kann auch als Brennstoff in Untertage-Gasheizeinrichtungen verwendet werden. Untertage-Gasheizeinrichtungen, wie z. B. ein flammenloser Combustor, wie hierin offen gelegt, können so ausgebildet sein, dass sie eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation erhitzen. Auf diese Weise kann ein Wärmeleitungsvorgang im Wesentlichen unabhängig sein und/oder einen Bedarf an Elektrizität wesentlich verringern oder eliminieren. Da flammenlose Combustoren einen Wärmewirkungsgrad aufweisen können, der 90% erreicht, kann eine Menge von an die Umgebung freigesetztem Kohlenstoffdioxid weniger sein als eine Menge von an die Umgebung freigesetztem Kohlenstoffdioxid aus einem Vorgang, der Elektrizität verwen det, die aus fossilen Brennstoffen erzeugt ist, um die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu erhitzen.
  • Kohlenstoffdioxid kann sowohl durch Pyrolyse als auch Synthesegaserzeugung erzeugt werden. Kohlenstoffdioxid kann auch durch Energieerzeugungsvorgänge und/oder Verbrennungsvorgänge erzeugt werden. Die Nettofreisetzung von Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre aus einem in situ-Umwandlungsvorgang für Kohlenwasserstoffe kann verringert werden, indem das geförderte Kohlenstoffdioxid genutzt und/oder Kohlenstoffdioxid innerhalb der Formation gelagert wird. Zum Beispiel kann ein Teil von aus der Formation gefördertem Kohlenstoffdioxid als ein Flutungsmittel oder als ein Einsatzstoff zum Erzeugen von Chemikalien genutzt werden.
  • In einer Ausführungsform kann der Energieerzeugungsvorgang eine reduzierte Menge an Emissionen erzeugen, indem Kohlenstoffdioxid, das während einer Entziehung nützlicher Energie erzeugt wird, sequestriert wird. Zum Beispiel können Emissionen aus einem Energieerzeugungsvorgang reduziert werden, indem eine Menge an Kohlenstoffdioxid innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gelagert wird. Die Menge an gelagertem Kohlenstoffdioxid kann annähernd gleich der in einem die Formation verlassenden Strom sein.
  • 33 veranschaulicht einen Energievorgang mit reduzierter Emission. Durch eine Energieerzeugungs-Einheit 902 erzeugtes Kohlenstoffdioxid 928 kann aus Fluiden, die die Energieerzeugungs-Einheit verlassen, abgetrennt werden. Kohlenstoffdioxid kann von H2 durch Verwendung eines auf einem porösen Edelstahl oder einem Keramiksubstrat getragenen heißen Palladiumfilms, oder einer Hochtemperatur-Druckausschlagadsorption abgetrennt werden. Das Kohlenstoffdioxid kann in einer erschöpften Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 922 sequestriert werden, in Ölförderfelder 924 für eine erhöhte Ölgewinnung durch Verbesserung der Mobilität und Förderung von Öl in solchen Feldern eingespritzt werden, in eine tiefe Kohlenwasserstoff enthaltende Formation 926, die Methan durch Adsorption und darauf folgende Desorption von Methan enthält, hinein sequestriert werden oder in einen Abschnitt der Formation durch einen Synthesegasförderschacht wieder eingespritzt 928 werden, um Kohlenstoffmonoxid zu erzeugen. Kohlenstoffdioxid, das die Energieerzeugungs-Einheit verlässt, kann in einem entwässerten Methanreservoir sequestriert werden. Das Wasser für die Synthesegaserzeugung kann aus der Entwässerung eines Methanreservoirs kommen. Zusätzliches Methan kann ebenfalls durch Abwechseln von Kohlenstoffdioxid und Stickstoff gefördert werden. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Sequestrierung von Kohlenstoffdioxid ist in dem US-Patent Nr. 5,566,756, erteilt an Chaback et al., veranschaulicht. Zusätzliche Energie kann genutzt werden, indem Hitze aus dem Kohlenstoffdioxidstrom, der die Energieerzeugungs-Einheit verlässt, entfernt wird.
  • In einer Ausführungsform kann es gewünscht sein, eine heiße erschöpfte Formation vor einer Sequestrierung von Kohlenstoffdioxid abzukühlen. Zum Beispiel kann in einer Kohleformation bei niedrigeren Temperaturen eine höhere Quantität an Kohlenstoffdioxid adsorbiert werden. Darüber hinaus kann ein Abkühlen einer Formation eine Formation festigen. Die erschöpfte Formation kann durch Einleiten von Wasser in die Formation gekühlt werden. Der erzeugte Wasserdampf kann aus der Formation entfernt werden. Der erzeugte Wasserdampf kann für einen beliebigen gewünschten Vorgang verwendet werden. Zum Beispiel kann der Wasserdampf an einen benachbarten Teil einer Formation geliefert werden, um den benachbarten Teil zu erhitzen, oder um Synthesegas zu erzeugen.
  • In einer Ausführungsform kann eine erschöpfte Kohlenwasserstoff enthaltende Formation abgebaut werden. Das abgebaute Material kann in einigen Ausführungsformen für metallurgische Zwecke, wie z. B. als Brennstoff zur Erzeugung hoher Temperaturen bei der Erzeugung von Stahl, verwendet werden. Eine Pyrolyse einer Kohle enthaltenden Formation kann einen Rang der Kohle wesentlich erhöhen. Nach einer Pyrolyse kann die Kohle im Wesentlichen in eine Kohle mit Eigenschaften von Anthrazit umgewandelt werden. Eine erschöpfte Kohlenwasserstoff enthaltende Formation kann eine Mächtigkeit von 30 m oder mehr aufweisen. Anthrazitkohleflöze, die typischerweise für metallurgische Zwecke abgebaut werden, können eine Mächtigkeit von nur etwa einem Meter aufweisen.
  • 34 veranschaulicht eine Ausführungsform, in der aus einer Pyrolyse gefördertes Fluid in einen Brennstoffzellen-Beschickungsstrom abgetrennt und in eine Brennstoffzelle eingeleitet werden kann, um Elektrizität zu erzeugen. Die Ausführungsform kann eine Kohlenstoff enthaltende Formation 940 mit einem Förderschacht 942, der so ausgebildet ist, dass er Synthesegas fördert, und einen Heizschacht 944 mit einer elektrischen Heizeinrichtung 946, die ausgebildet ist, um Pyrolysefluid 948 zu fördern, umfassen. In einer Ausführungsform kann das Pyrolysefluid H2 und Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 5 umfassen. Aus einem Heizschacht 944 gefördertes Pyrolysefluid 948 kann einem Membrangaszerlegungssystem 950 zugeführt werden, um H2 und Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 5 abzutrennen. Der Brennstoffzellen-Beschickungsstrom 952, der im Wesentlichen aus H2 zusammengesetzt sein kann, kann in die Brennstoffzelle 954 eingespeist werden. Ein Luftbeschickungsstrom 956 kann in die Brennstoffzelle 954 eingespeist werden. Ein Stickstoffstrom 958 kann von der Brennstoffzelle 954 ausgetragen werden. Aus der Brennstoffzelle erzeugte Elektrizität 960 kann an ein Leitungsnetz geleitet werden. Elektrizität 962 kann auch verwendet werden, um elektrische Heizeinrichtungen 946 in Heizschächten 944 mit Energie zu versorgen. Kohlenstoffdioxid 965 kann in die Formation 940 eingespritzt werden.
  • Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoffzahlen von 4, 3 und 1 haben typischerweise ziemlich hohe Marktwerte. Eine Abtrennung und ein Verkauf dieser Kohlenwasserstoffe kann gewünscht sein. Typischerweise mag Ethan nicht wertvoll genug sein, um es abzutrennen und auf einigen Märkten zu verkaufen. Ethan kann als Teil eines Brennstoffstromes an eine Brennstoffzelle geschickt werden, oder Ethan kann als Kohlenwasserstofffluidkomponente eines Synthesegas erzeugenden Fluids verwendet werden. Ethan kann auch als Einsatzstoff zur Erzeugung von Ethen verwendet werden. Auf einigen Märkten mag es keinen Bedarf für irgendwelche Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 5 geben. In einer solchen Situation können die gesamten während einer Pyrolyse geförderten Kohlenwasserstoffgase an Brennstoffzellen geschickt werden oder als Kohlenwasserstofffluidkomponenten eines Synthesegas erzeugenden Fluids verwendet werden.
  • Pyrolysefluid 964, das im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 5 zusammengesetzt sein kann, kann in die Formation 940 eingespritzt werden. Wenn die Kohlenwasserstoffe mit der Formation in Kontakt treten, können Kohlenwasserstoffe innerhalb der Formation cracken und Methan, H2, Koks und Olefine, wie z. B. Ethen und Propylen, erzeugen. In einer Ausführungsform kann die Förderung von Olefinen durch Erhitzen der Temperatur der Formation bis zum oberen Ende des Pyrolysetempertur-Bereiches und durch Einspritzen eines Kohlenwasserstofffluids mit einer relativ hohen Geschwindigkeit erhöht werden. Auf diese Art und Weise kann die Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe in der Formation reduziert werden, und dehydrierte Kohlenwasserstoffe können dazu neigen, eher Olefine zu bilden als unter Bildung von H2 und Koks zu cracken. Eine Olefinförderung kann auch durch Verminderung eines Formationsdruckes erhöht werden.
  • In einer Ausführungsform kann die elektrische Heizeinrichtung 946 ein flammenlos verteilter Combustor sein. Zumindest ein Teil von aus der Formation gefördertem H2 kann als Brennstoff für den flammenlos verteilten Combustor verwendet werden.
  • Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen ein Heizschacht 944 die Formation auf einen Synthesegas erzeugenden Temperaturbereich erhitzen. Pyrolysefluid 964, das im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 5 zusammengesetzt sein kann, kann in die Formation 940 eingespritzt werden. Wenn die Kohlenwasserstoffe mit der Formation in Kontakt treten, können die Kohlenwasserstoffe innerhalb der Formation cracken und Methan, H2 und Koks erzeugen.
  • 35 zeigt eine Ausführungsform eines Synthesegas erzeugenden Vorganges aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 976 mit einem flammenlos verteilten Combustor 996. Synthesegas 980, das aus einem Förderschacht 978 gefördert wird, kann in eine Gaszerlegungsanlage 984 eingespeist werden, wo Kohlenstoffdioxid 986 von Synthesegas 980 abgetrennt werden kann. Ein erster Teil 990 von Kohlenstoffdioxid kann für eine Sequestrierung zu einer Formation geleitet werden. Ein zweiter Teil 992 von Kohlenstoffdioxid kann auch mit Synthesegas erzeugendem Fluid in die Formation eingespritzt werden. Ein Teil 993 von Synthesegas 988 kann in einen Heizschacht 994 zur Verbrennung einem verteilten Brenner 996 zugeführt werden, um Hitze für die Formation zu erzeugen. Ein Teil 998 von dem Synthesegas 988 kann einer Brennstoffzelle 1000 zur Erzeugung von Elektrizität zugeführt werden. Elektrizität 1002 kann zu einem Leitungsnetz geleitet werden. In der Brennstoffzelle erzeugter Wasserdampf 1004 und aus der Verbrennung in dem verteilten Brenner erzeugter Wasserdampf 1006 kann der Formation zur Erzeugung von Synthesegas zugeführt werden.
  • In einer Ausführungsform kann Kohlenstoffdioxid, das mit Pyrolysefluiden erzeugt wurde, wie hierin beschrieben, in einer Kohlenwasserstoff enthaltende Formation sequestriert werden. 36 veranschaulicht eine in situ-Pyrolyse in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 1020. Ein Heizschacht 1022 mit einer elektrischen Heizeinrichtung 1024 kann in einer Formation 1020 angeordnet sein. Pyrolysefluide 1026 können aus der Formation 1020 gefördert werden und in eine Gaszerlegungseinheit 1028, wo Kohlenstoffdioxid 1030 von Pyrolysefluiden 1032 getrennt wird, eingespeist werden. Ein Teil 1034 des Kohlenstoffdioxids 1030 kann in einer Formation 1036 gelagert werden. Das Kohlenstoffdioxid kann in einer erschöpften Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 1038 sequestriert werden, in Ölförderfelder 1040 für eine verbesserte Ölgewinnung eingespritzt werden, oder in einen Kohlenflöz 1042 sequestriert werden. Alternativ kann Kohlenstoffdioxid auch wieder durch einen Synthesegasförderschacht in einen Abschnitt der Formation 1020 eingespritzt werden, um Kohlenstoffmonoxid zu fördern. Zumindest ein Teil Elektrizität 1035 kann verwendet werden, um eine oder mehrere elektrische Heizeinrichtungen mit Energie zu versorgen.
  • In einer Ausführungsform kann Fluid, das aus einer Pyrolyse zumindest einiger Kohlenwasserstoffe in einer Formation erzeugt wurde, in einen Reformer eingespeist werden, um Synthesegas zu erzeugen. Das Synthesegas kann in eine Brennstoffzelle eingespeist werden, um Elektrizität zu erzeugen. Darüber hinaus kann durch die Brennstoffzelle erzeugtes Kohlenstoffdi oxid sequestriert werden, um eine Menge an durch den Vorgang erzeugten Emissionen zu reduzieren.
  • Wie in 37 gezeigt, kann ein Heizschacht 1060 innerhalb einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation 1062 angeordnet sein. Zusätzliche Heizschächte können ebenfalls innerhalb der Formation angeordnet sein. Der Heizschacht 1060 kann eine elektrische Heizeinrichtung 1064 umfassen. Aus der Formation gefördertes Pyrolysefluid 1066 kann einem Reformer, wie z. B. einer Spaltrohranlage 1068, zugeführt werden, um Synthesegas 1070 zu erzeugen. Ein Teil der Pyrolyseprodukte kann als Brennstoff in dem Reformer verwendet werden. Die Spaltrohranlage 1068 kann ein Katalysatormaterial, das die Reformierungsreaktion begünstigt, und einen Brenner für die Versorgung der endothermen Reformierungsreaktion mit Hitze umfassen. Eine Wasserdampfquelle zur Lieferung von Wasserdampf für die Reformierungsreaktion kann mit dem Abschnitt des Reformers verbunden sein. Der Brenner kann bei Temperaturen arbeiten, die deutlich über der für die Reformierungsreaktion erforderlichen und deutlich über den Betriebstemperaturen von Brennstoffzellen liegen. Als solches kann es erwünscht sein, den Brenner als getrennte Einheit unabhängig von der Brennstoffzelle zu betreiben.
  • Alternativ kann ein Reformer mehrere Rohre umfassen, die aus schwer schmelzenden Metalllegierungen gefertigt sein können. Jedes Rohr kann ein gepacktes körniges oder pelletiertes Material mit einem Reformierungskatalysator als Oberflächenbeschichtung umfassen. Ein Durchmesser der Rohre kann von zwischen etwa 9 cm und etwa 16 cm variieren, und die erhitzte Länge des Rohres kann normalerweise zwischen etwa 6 m und etwa 12 m betragen. Eine Verbrennungszone kann außerhalb der Rohre vorgesehen sein und kann in dem Brenner ausgebildet sein. Eine Oberflächentemperatur der Rohre kann von dem Brenner bei einer Temperatur von etwa 900°C gehalten werden, so dass sichergestellt ist, dass das in dem Rohr strömende Kohlenwasserstofffluid mit Wasserdampf bei einer Temperatur von zwischen etwa 500°C und etwa 700°C korrekt katalysiert wird. Ein traditioneller Röhrenreformer kann auf Leitungs- und Konvektionswärmeübertragung innerhalb des Rohres für die Verteilung von Hitze zur Reformierung beruhen.
  • Darüber hinaus können Kohlenwasserstofffluide, wie z. B. Pyrolysefluide, vorverarbeitet werden, bevor sie einem Reformer zugeführt werden. Der Reformer kann so ausgebildet sein, dass er die Pyrolysefluide vor einer Einleitung in eine Brennstoffzelle in einfachere Reaktanten umwandelt. Pyrolysefluide können z. B. in einer Entschwefelungseinheit vorverarbeitet werden. Nach der Vorverarbeitung können die Pyrolysefluide an einen Reformer und an einen Shiftreaktor geliefert werden, um ein geeignetes Brennstofflager für eine H2 betriebene Brennstoffzelle zu erzeugen.
  • Das durch den Reformer erzeugte Synthesegas kann jede der oben beschriebenen Komponenten, wie z. B. Methan, umfassen. Das geförderte Synthesegas 1070 kann einer Brennstoffzelle 1072 zugeführt werden. Ein Teil der von der Brennstoffzelle erzeugten Elektrizität kann an ein Leistungsnetz geschickt werden. Darüber hinaus kann ein Teil der Elektrizität 1076 verwendet werden, um eine elektrische Heizeinrichtung 1064 mit Energie zu versorgen. Kohlenstoffdioxid 1078, das aus der Brennstoffzelle austritt, kann zu einem Sequestrierbereich 1080 geleitet werden.
  • Alternativ können in einer Ausführungsform aus der Formation geförderte Pyrolysefluide 1066 einem Reformer 1068 zugeführt werden, der ein Kohlenstoffdioxidstrom 1082 und einen H2-Strom 1070 erzeugt. Zum Beispiel kann der Reformer einen flammenlos verteilten Combustor für einen Kern und eine Membran umfassen. Die Membrane mag nur zulassen, dass H2 durch die Membran strömt, was in einer Trennung des H2 und des Kohlenstoffdioxids resultiert. Das Kohlenstoffdioxid kann zu dem Sequestrierbereich 1080 geleitet werden.
  • Aus einer Formation gefördertes Synthesegas kann in schwerere kondensierbare Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden. Zum Beispiel kann ein Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoff-Synthesevorgang für eine Umwandlung von Synthesegas verwendet werden. Ein Fischer-Tropsch-Vorgang kann eine Umwandlung von Synthesegas zu Kohlenwasserstoffen umfassen. Der Vorgang kann hohe Temperaturen, normale oder hohe Drücke und einen Katalysator, wie z. B. magnetisches Eisenoxid, oder einen Kobaltkatalysator umfassen. Aus einem Fischer-Tropsch-Vorgang erzeugte Produkte können Kohlenwasserstoffe mit einer breit gestreuten Molekulargewichtsverteilung umfassen, und können verzweigte und unverzweigte Paraffine umfassen. Produkte aus einem Fischer-Tropsch-Vorgang können auch beträchtliche Quantitäten von Olefinen und sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen umfassen. Ein Beispiel einer Fischer-Tropsch-Reaktion kann wie folgt veranschaulicht werden: (n + 2)CO + (2n + 5H2) ⇔ CH3(-CH2-)nCH3 + (n + 2)H2O (7)
  • Ein Wasserstoff-zu-Kohlenstoffmonoxidverhältnis für ein Synthesegas, das als ein Einsatzgas für eine Fischer-Tropsch-Reaktion verwendet wird, kann etwa 2:1 betragen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Verhältnis in einem Bereich von ca. 1,8:1 bis 2,2:1 liegen. Durch bestimmte Fischer-Tropsch-Systeme können höhere oder niedrigere Verhältnisse vorliegen.
  • 38 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Fischer-Tropsch-Vorganges, der aus einer Kohlenwasserstoff enthalten den Formation gefördertes Synthesegas als Einsatzstrom verwendet. Eine heiße Formation 1090 kann verwendet werden, um Synthesegas mit einem H2-zu-CO-Verhältnis von ca. 2:1 zu fördern. Das richtige Verhältnis kann erzeugt werden, indem Synthesegasförderschächte bei ca. 700°C betrieben werden, oder indem Synthesegas, das aus verschiedenen Abschnitten der Formation gefördert wird, gemischt wird, um ein Synthesegas mit einem H2-zu-CO-Verhältnis von ca. 2:1 zu erhalten. Ein Synthesegas erzeugendes Fluid 1092 kann in die heiße Formation 1090 eingespeist werden, um Synthesegas zu erzeugen. H2 und CO können von dem aus der heißen Formation 1090 geförderten Synthesegas abgetrennt werden, um einen Einsatzstrom 1094 zu bilden. Der Einsatzstrom 1094 kann zu einer Fischer-Tropsch-Anlage 1096 geschickt werden. Der Einsatzstrom 1094 kann ein aus einem katalytischen Methanreformer 1100 gefördertes Synthesegas 1098 ergänzen oder ersetzen.
  • Die Fischer-Tropsch-Anlage 1096 kann einen Wachseinsatzstrom 1102 erzeugen. Der Fischer-Tropsch-Synthesevorgang, der den Wachseinsatzstrom 1102 erzeugt, ist ein exothermer Vorgang. Während des Fischer-Tropsch-Vorganges kann Wasserdampf 1104 erzeugt werden. Der Wasserdampf 1104 kann als Teil eines Synthesegas erzeugenden Fluids 1092 verwendet werden.
  • Der von der Fischer-Tropsch-Anlage 1096 erzeugte Wachseinsatzstrom 1102 kann zu einem Hydrocracker 1106 geschickt werden. Der Hydrocracker kann einen Produktstrom 1108 erzeugen. Der Produktstrom kann Diesel, Kerosin und/oder Naphthaprodukte umfassen. Beispiele von Methoden für eine Umwandlung von Synthesegas zu Kohlenwasserstoffen in einem Fischer-Tropsch-Vorgang sind in den US-Patenten Nrn. 4,096,163, an Chang et al., 6,085,512, an Agee et al., und 6,172,124, an Wolflick et al., veranschaulicht.
  • 39 zeigt eine Ausführungsform einer in situ-Synthesegaserzeugung, die in einer Shell-Mitteldestillatsynthese-(Shell Middle Distillates Synthesis = SMDS)-Fischer-Tropsch- und Wachscrackingvorgang eingebunden ist. Ein Beispiel eines SMDS-Vorganges ist in dem US-Patent Nr. 4,594,468 an Minderhoud veranschaulicht. Ein Mitteldestillat-Kohlenwasserstoffgemisch kann auch aus gefördertem Synthesegas unter Verwendung des wie in 39 veranschaulichten SMDS-Vorganges erzeugt werden. Mitteldestillate können Kohlenwasserstoffgemische mit einem Siedepunktsbereich bezeichnen, der im Wesentlichen dem von Kerosin- und Gasölfraktionen, die in einer herkömmlichen Destillation unter Atmosphärendruck von Rohölmaterial erhalten werden, entspricht. Der Siedepunktsbereich der Mitteldestillate kann Temperaturen zwischen etwa 150°C und etwa 360°C umfassen, mit einem Siedepunkt der Fraktionen zwischen etwa 200°C und etwa 360°C, und kann als Gasöl bezeichnet werden. 39 zeigt ein Synthesegas 1120 mit einem H2-zu-Kohlenstoffmonoxidverhältnis von etwa 2:1, das aus einem Förderschacht 1128 austreten kann, und in eine SMDS-Anlage 1122 eingespeist werden kann. In bestimmten Ausführungsformen kann das Verhältnis im Bereich von ca. 1,8:1 bis 2,2:1 liegen. Die Produkte der SMDS-Anlage umfassen organisches Flüssigprodukt 1124 und Wasserdampf 1126. Der Wasserdampf 1126 kann an Einspritzschächte 1127 geliefert werden. Auf diese Weise kann Wasserdampf als Einsatz für eine Synthesegaserzeugung verwendet werden. In einigen Fällen können dem Wasserdampf Kohlenwasserstoffdämpfe zugesetzt werden.
  • 40 zeigt eine Ausführungsform einer in situ-Synthesegaserzeugung, die in einen katalytischen Methanisierungsvorgang integriert ist. Zum Beispiel kann Synthesegas 1140, das aus einem Förderschacht 1142 austritt, an eine katalytische Methanisierungsanlage 1144 geliefert werden. In einigen Ausführungsformen kann es gewünscht sein, dass die Zusammensetzung von gefördertem Synthesegas, das als Einsatzgas für einen katalytischen Methanisierungsvorgang verwendet werden kann, ein H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis von etwa drei zu eins aufweist. Methan 1146 kann von der katalytischen Methanisierunganlage 1144 erzeugt werden. Von der Anlage 1144 erzeugter Wasserdampf 1148 kann zu einem Einspritzschacht 1141 zur Förderung von Synthesegas geliefert werden. Beispiele eines katalytischen Methanisierungsvorganges sind in den US-Patenten Nrn. 3,992,148, an Child, 4,130,575, an Jorn et al., und 4,133,825, an Stoud et al., veranschaulicht.
  • Das geförderte Synthesegas kann auch als Einsatz für einen Vorgang zur Erzeugung von Methanol verwendet werden. Beispiele von Vorgängen zur Erzeugung von Methanol sind in den US-Patenten Nrn. 4,407,973, an van Dyk et al., 4,927,857, an McShea, III et al., und 4,994,093, an Wetzel et al., veranschaulicht. Das geförderte Synthesegas kann auch als Einsatzgas für ein Verfahren verwendet werden, das Synthesegas zu Benzin umwandeln kann, und ein Verfahren, das Synthesegas zu Dieselkraftstoff umwandeln kann. Beispiele für ein Verfahren zur Herstellung von Motorkraftstoffen sind in den US-Patenten Nrn. 4,076,761, an Chung et al., 4,138,442, an Chang et al. und 4,605,680, an Beuther et al., veranschaulicht.
  • In einer Ausführungsform kann gefördertes Synthesegas als Einsatzgas zur Erzeugung von Ammoniak und Harnstoff, wie durch die 41 und 42 veranschaulicht, verwendet werden. Ammoniak kann durch den Haber-Bosch-Vorgang synthetisiert werden, der eine Synthese direkt aus N2 und H2 gemäß der Reaktion: N2 + 3H2 ⇔ 2NH3 (8)beinhaltet.
  • Das N2 und H2 können kombiniert werden, auf einen hohen Druck (z. B. von etwa 80 bar bis etwa 220 bar) komprimiert werden, und dann auf eine relativ hohe Temperatur erhitzt werden. Das Reaktionsgemisch kann über einen im Wesentlichen aus Eisen zusammengesetzten Katalysator geleitet werden, wo die Ammoniakerzeugung stattfinden kann. Während der Ammoniaksynthese können die Reaktanten (d. h. N2 und H2) und das Produkt (d. h. Ammoniak) im Gleichgewicht sein. Auf diese Art und Weise kann die Gesamtmenge an erzeugtem Ammoniak durch Verschieben des Gleichgewichtes in Richtung Produktbildung erhöht werden. Das Gleichgewicht kann durch Entfernen von Ammoniak aus dem Reaktionsgemisch während dessen Erzeugung zur Produktbildung hin verschoben werden.
  • Die Entfernung des Ammoniaks kann durch Abkühlung des Gasgemisches auf eine Temperatur zwischen etwa (–5)°C bis etwa 25°C erreicht werden. In diesem Temperaturbereich kann ein Zwei-Phasen-Gemisch mit Ammoniak in der Flüssigphase und N2 und H2 in der Gasphase gebildet werden. Der Ammoniak kann von anderen Komponenten des Gemisches abgetrennt werden. Der Stickstoff und der Wasserstoff können danach wieder auf die Betriebstemperatur für die Ammoniakumwandlung erhitzt werden, und wieder durch den Reaktor geleitet werden.
  • Harnstoff kann hergestellt werden, indem Ammoniak und Kohlenstoffdioxid bei einem geeigneten Druck (z. B. von etwa 125 bar absolut bis etwa 350 bar absolut) und bei einer geeigneten Temperatur (z. B. von etwa 160°C bis etwa 250°C) in einen Reaktor eingeleitet werden. Ammoniumcarbamat kann gemäß der folgenden Gleichung 2NH3 + CO2 ⇒ NH2(CO2)NH4 (9)gebildet werden.
  • In der Folge kann Harnstoff durch Dehydrierung des Ammoniumcarbamats gemäß der folgenden Gleichgewichtsreaktion NH2(CO2)NH4 ⇔ NH2(CO)NH2 + H2O (10)gebildet werden.
  • Der Grad, bis zu dem die Ammoniakumwandlung erfolgt, kann z. B. von der Temperatur und der Menge an überschüssigem Ammoniak abhängig sein. Die als Reaktionsprodukt erhaltene Lösung kann im Wesentlichen Harnstoff, Wasser, Ammoniumcarbamat und freien Ammoniak umfassen. Es kann erforderlich sein, das Ammoniumcarbamat und den Ammoniak aus der Lösung zu entfernen. Nach dem Entfernen können sie zu dem Reaktor zurückgeführt werden. Der Reaktor kann getrennte Zonen für die Bildung von Ammoniumcarbamat und Harnstoff umfassen. Diese Zonen können jedoch auch zu einem Stück der Ausrüstung kombiniert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine Hochdruck-Harnstoffanlage so arbeiten, dass die Zerlegung des Ammoniumcarbamats, das nicht in Harnstoff umgewandelt wurde, und die Austreibung des überschüssigen Ammoniaks bei einem Druck von zwischen 15 bar absolut und 100 bar absolut durchgeführt werden kann. Dies kann beträchtlich niedriger sein als der Druck in dem Harnstoffsynthesereaktor. Der Synthesereaktor kann bei einer Temperatur von etwa 180°C bis etwa 210°C und bei einem Druck von etwa 180 bar absolut bis etwa 300 bar absolut betrieben werden. Ammoniak und Kohlenstoffdioxid können direkt dem Harnstoffreaktor zugeführt werden. Das molare NH3/CO2-Verhältnis (molares N/C-Verhältnis) bei der Harnstoffsynthese kann im Allgemeinen zwischen etwa 3 und etwa 5 betragen. Die nicht umgewandelten Reaktanten können im Kreislauf nach einer Expansion, Dissoziation und/oder Kondensation zu dem Harnstoffsynthesereaktor zurückgeführt werden.
  • In einer Ausführungsform kann ein Ammoniakeinsatzstrom mit einem vorbestimmten Verhältnis von H2 zu N2 durch Verwendung von angereicherter Luft aus einer Formation erzeugt werden. Ein Synthesegas erzeugendes Fluid und ein Strom von angereicherter Luft können zur Formation geliefert werden. Die Zusammensetzung der angereicherten Luft kann so vorbestimmt sein, dass ein Synthesegas mit dem vorbestimmten Verhältnis von H2 zu N2 erzeugt wird. In einer Ausführungsform kann die Temperatur der Formation so gesteuert sein, dass Synthesegas mit dem vorbestimmten Verhältnis erzeugt wird.
  • In einer Ausführungsform kann das H2-zu-N2-Verhältnis des an den Ammoniaksynthesevorgang gelieferten Einsatzstromes ca. 3:1 betragen. In anderen Ausführungsformen kann das Verhältnis im Bereich von ca. 2,8:1 bis 3,2:1 liegen. Ein Ammoniaksyntheseeinsatzstrom mit einem vorbestimmten H2-zu-N2-Verhältnis kann durch Mischen von Einsatzströmen, die aus verschiedenen Teilen der Formation gefördert werden, erhalten werden.
  • In einer Ausführungsform kann der Ammoniak aus dem Ammoniaksynthesevorgang an einen Harnstoffsynthesevorgang geliefert werden, um Harnstoff zu erzeugen. Während einer Pyrolyse geförderter Ammoniak kann dem aus dem Ammoniaksynthesevorgang erzeugten Ammoniak zugesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann während eines Hydrotreatings erzeugter Ammoniak dem aus dem Ammoniaksynthesevorgang erzeugten Ammoniak zugesetzt werden. Etwas von dem Kohlenstoffmonoxid in dem Synthesegas kann in einem Konvertierungsvorgang zu Kohlenstoffdioxid umgewandelt werden. Das Kohlenstoffdioxid aus dem Konvertierungsvorgang kann dem Harnstoffsynthesevorgang zugeführt werden. Aus der Behandlung der Formation erzeugtes Kohlenstoffdioxid kann in einigen Fällen ebenfalls dem Harnstoffsynthesevorgang zugeführt werden.
  • 41 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Erzeugung von Ammoniak und Harnstoff aus Synthesegas unter Verwendung von Membran-angereicherter Luft. Angereicherte Luft 1170 und Wasserdampf oder Wasser 1172 können in eine heiße Kohle enthaltende Formation 1174 eingespeist werden, um Synthesegas 1176 in einem Nassoxidationsmodus, wie hierin beschrieben, zu erzeugen.
  • In bestimmten Ausführungsformen wird die angereicherte Luft 1170 aus Luft- und Sauerstoffströmen so gemischt, dass das Stickstoff-zu-Wasserstoff-Verhältnis in dem geförderten Synthesegas etwa 1:3 beträgt. Das Synthesegas kann ein richtiges Verhältnis für eine Bildung von Ammoniak von Stickstoff und Wasserstoff aufweisen. Zum Beispiel wurde errechnet, dass man für eine Formationstemperatur von 700°C, einen Druck von 3 bar absolut, und bei 13.231 Tonnen Halbkoks pro Tag, der in Synthesegas umgewandelt wird, 14,7 Kilotonnen Luft pro Tag, 6,2 Kilotonnen Sauerstoff pro Tag und 21,2 Kilotonnen Wasserdampf pro Tag einspritzen könnte. Dies würde in einer Förderung von 2 Billionen Kubikfuß Synthesegas pro Tag mit 5689 Tonnen Wasserdampf pro Tag, 16.778 Tonnen Kohlenstoffmonoxid pro Tag, 1.406 Tonnen Wasserstoff pro Tag, 18.689 Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag, 1.258 Tonnen Methan pro Tag und 11.398 Tonnen Stickstoff pro Tag resultieren. Nach einer Verschiebungsreaktion (um das Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid zu verschieben, und um zusätzlichen Wasserstoff zu erzeugen) kann das Kohlenstoffdioxid entfernt werden, der Produktstrom methanisiert werden (um restliches Kohlenstoffmonoxid zu entfernen), und dann ist es theoretisch möglich, 13.840 Tonnen Ammoniak pro Tag und 1258 Tonnen Methan pro Tag zu erzeugen. Diese Berechnung umfasst die aus den oben stehenden Reaktionen (4) und (5) erzeugten Produkte.
  • Angereicherte Luft kann aus einer Membrantrenneinheit erzeugt werden. Eine Membranzerlegung von Luft kann hauptsächlich ein physikalischer Vorgang sein. Auf Basis spezieller Eigenschaften eines jeden Moleküls, wie z. B. Größe und Permeationsgeschwindigkeit, können die Moleküle in der Luft getrennt werden, um im Wesentlichen reine Formen von Stickstoff, Sauerstoff oder Kombinationen daraus zu bilden.
  • In einer Ausführungsform kann ein Membransystem ein Hohlrohr umfassen, das mit einer Vielzahl sehr dünner Membranfasern gefüllt ist. Jede Membranfaser kann ein weiteres Hohlrohr sein, in dem Luft strömt. Die Wände der Membranfaser können durchlässig sein, und können so ausgebildet sein, dass Sauerstoff mit einer schnelleren Geschwindigkeit durch die Wand hindurch dringt als Stickstoff. Auf diese Art und Weise kann ein stickstoffreicher Strom aus dem anderen Ende der Faser strömen. Die Luft außerhalb der Faser und in dem Hohlrohr kann mit Sauerstoff angereichert sein. Solch eine Luft kann für nachfolgende Verwendungen, wie z. B. Förderung von Synthesegas aus einer Formation, abgetrennt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Reinheit des erzeugten Stickstoffs durch Variieren der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Druckes der Luft durch die Membran gesteuert werden. Eine Erhöhung des Luftdruckes kann die Durchdringung der Sauerstoffmoleküle durch eine Faserwand erhöhen. Eine Senkung der Strömungsgeschwindigkeit kann die Verweilzeit des Sauerstoffs in der Membran erhöhen, und kann somit die Durchdringung durch die Faserwand erhöhen. Der Luftdruck und die Strömungsgeschwindigkeit können so eingestellt sein, dass ein Systembetreiber die Menge und Reinheit des erzeugten Stickstoffes in einer relativ kurzen Zeit variieren kann.
  • Die Menge an N2 in der angereicherten Luft kann so eingestellt sein, dass ein N:H-Verhältnis von etwa 3:1 für die Ammoniakerzeugung bereitgestellt wird. Es kann gewünscht sein, Synthesegas bei einer Temperatur zu erzeugen, die die Erzeugung von Kohlenstoffdioxid über Kohlenstoffmonoxid begünstigen kann. Es kann von Vorteil sein, wenn die Temperatur der Formation zwischen etwa 400°C und etwa 550°C beträgt. In einer weiteren Ausführungsform kann es gewünscht sein, dass die Temperatur der Formation zwischen etwa 400°C und 450°C beträgt. Synthesegas, das bei solch niedrigen Temperaturen erzeugt wird, kann im Wesentlichen aus N2, H2 und Kohlenstoffdioxid mit wenig Kohlenstoffmonoxid zusammengesetzt sein.
  • Wie in 41 veranschaulicht, kann ein Einsatzstrom für eine Ammoniakerzeugung hergestellt werden, indem zuerst ein Synthesegasstrom 1176 in eine Ammoniakeinsatzstrom-Gasverarbeitungseinheit 1178 eingespeist wird. In der Ammoniakeinsatzstrom-Gasverarbeitungseinheit 1178 kann der Einsatzstrom eine Verschiebungsreaktion erfahren (um das Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid zu verschieben und um zusätzlichen Wasserstoff zu erzeugen). Kohlenstoffdioxid kann auch aus dem Einsatzstrom entfernt werden, und der Einsatzstrom kann methanisiert werden (um restliches Kohlenstoffmonoxid zu entfernen).
  • In bestimmten Ausführungsformen kann Kohlenstoffdioxid von dem Einsatzstrom (oder jedem beliebigen Gasstrom) durch Absorption in einer Amineinheit abgetrennt werden. Membranen oder andere Kohlenstoffdioxidtrenntechniken/-geräte können ebenfalls verwendet werden, um Kohlenstoffdioxid von einem Einsatzstrom abzutrennen.
  • Ein Ammoniakeinsatzstrom 1180 kann einer Ammoniakerzeugungsanlage 1182 zur Erzeugung von Ammoniak zugeführt werden. Kohlenstoffdioxid 1186, das die Gaszerlegungseinheit 1178 verlässt (und/oder Kohlenstoffdioxid aus anderen Quellen), kann mit dem Ammoniak 1184 in eine Harnstofferzeugungsanlage 1188 zur Erzeugung von Harnstoff 1190 eingespeist werden.
  • Ammoniak und Harnstoff können unter Verwendung einer Kohlenstoff enthaltenden Formation und unter Verwendung eines O2-reichen Stromes und eines N2-reichen Stromes erzeugt werden. Der O2-reiche Strom und Synthesegas erzeugendes Fluid können zu einer Formation geliefert werden. Die Formation kann durch Oxidation von Kohlenstoff in der Formation mit dem O2-reichen Strom erhitzt oder zum Teil erhitzt werden. H2 in dem Synthesegas und N2 aus dem N2-reichen Strom können zu einem Ammoniaksynthesevorgang zur Herstellung von Ammoniak geliefert werden.
  • 42 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform zur Erzeugung von Ammoniak und Harnstoff aus Synthesegas unter Verwendung von kryogen zerlegter Luft. Luft 2000 kann in eine Tieftemperatur-Luftzerlegungseinheit 2002 eingespeist werden. Die Tieftemperaturzerlegung beinhaltet einen Destillationsvorgang, der bei Temperaturen zwischen etwa (–168)°C und (–172)°C stattfinden kann. In weiteren Ausführungsformen kann der Destillationsvorgang bei Temperaturen zwischen etwa (–165)°C und (–175)°C stattfinden. In diesen Temperaturbereichen kann sich Luft verflüssigen. Der Destillationsvorgang kann bei einem Druck zwischen etwa 8 bar absolut und etwa 10 bar absolut betrieben werden. Hohe Drücke können durch Komprimierung der Luft und Austausch von Wärme mit kalter Luft, die die Säule verlässt, erreicht werden. Stickstoff ist flüchtiger als Sauerstoff und kann als Destillationsprodukt anfallen.
  • N2 2004, das die Zerlegungsanlage verlässt, kann in einem Wärmetauscher 2006 verwendet werden, um Kohlenwasserstoffe mit höherem Molekulargewicht aus einem Pyrolysestrom 2008 zu kondensieren, um Kohlenwasserstoffe mit niedrigerem Molekularge wicht aus der Gasphase in eine flüssige Ölphase zu entfernen. Ein verbesserter Gasstrom 2010, der eine höhere Zusammensetzung an Kohlenwasserstoffen mit niedrigerem Molekulargewicht enthält als der Strom 2008 und ein Flüssigkeitsstrom 2012, und der kondensierte Kohlenwasserstoffe umfasst, kann den Wärmetauscher 2006 verlassen.
  • Sauerstoff 2014 aus der Tieftemperatur-Zerlegungsanlage 2002 und Wasserdampf 2016 oder Wasser können in eine heiße Kohlenstoff enthaltende Formation 2018 eingespeist werden, um in einem kontinuierlichen Vorgang, wie hierin beschrieben, Synthesegas 2020 zu erzeugen. Es ist wünschenswert, Synthesegas bei einer Temperatur zu erzeugen, die die Bildung von Kohlenstoffdioxid über Kohlenstoffmonoxid bevorzugt. Es kann von Vorteil sein, wenn die Temperatur der Formation zwischen etwa 400°C und etwa 550°C beträgt. In einer weiteren Ausführungsform kann es gewünscht sein, dass die Temperatur der Formation zwischen etwa 400°C und etwa 450°C beträgt. Das Synthesegas 2020 kann im Wesentlichen aus H2 und Kohlenstoffdioxid zusammengesetzt sein. Kohlenstoffdioxid kann aus dem Synthesegas 2020 entfernt werden, um einen Einsatzstrom für eine Ammoniakerzeugung unter Verwendung einer Amingastrenneinheit 2022 herzustellen. Ein H2-Strom 2024 aus der Gaszerlegungseinheit und ein N2-Strom 2026 aus dem Wärmetauscher können in eine Ammoniakerzeugungsanlage 2028 zur Erzeugung von Ammoniak 2030 eingespeist werden. Kohlenstoffdioxid 2032, das die Gaszerlegungseinheit verlässt, und Ammoniak 2030 können in eine Harnstofferzeugungsanlage 2034 zur Erzeugung von Harnstoff 2036 eingespeist werden.
  • In einer Ausführungsform kann ein Ammoniaksyntheseverfahrens-Einsatzstrom durch Zuführen eines N2 enthaltenden Gases und Kohlenstoffdioxid zu einer Kohlenstoff enthaltenden Formation erzeugt werden. Das Gas kann Rauchgas sein, oder es kann durch eine Oxidationsreaktion von O2 mit Kohlenstoff in einem anderen Teil der Formation erzeugtes Gas sein. Das N2 und Kohlenstoffdioxid enthaltende Gas kann zu einer Kohlenstoff enthaltenden Formation geliefert werden. Das Kohlenstoffdioxid in dem Gas kann in der Formation adsorbiert und hierin sequestriert werden. Ein Austrittstrom kann aus der Formation gefördert werden. Der Austrittstrom kann einen wesentlich geringeren Prozentsatz an Kohlenstoffdioxid aufweisen, als das in die Formation eintretende Gas. Der Stickstoff in dem Austrittsgas kann zu einem Ammoniaksynthesevorgang geliefert werden. H2 in Synthesegas aus einem anderen Teil der Formation kann zu dem Ammoniaksynthesevorgang geliefert werden.
  • 43 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Stickstroffstromes für ein Ammoniak- und Harnstoffverfahren. Luft 2060 kann in eine heißen Kohlenstoff enthaltende Formation 2062 eingespritzt werden, um Kohlenstoffdioxid durch Oxidation von Kohlenstoff in der Formation zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann eine Heizeinrichtung so ausgebildet sein, dass sie zumindest einen Teil der Kohlenstoff enthaltenden Formation auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Oxidation des Kohlenstoffes zu unterstützen. Die Temperatur, die ausreicht, um eine Oxidation zu unterstützen, kann zum Beispiel etwa 260°C für Kohle betragen. Ein Strom 2064, der aus der heißen Formation austritt, kann im Wesentlichen aus Kohlenstoffdioxid und Stickstoff zusammengesetzt sein. Stickstoff kann von dem Kohlenstoffdioxid getrennt werden, indem der Strom durch eine kalte erschöpfte Kohlenstoff enthaltende Formation 2066 geleitet wird. Kohlenstoff kann gegenüber Stickstoff in der kalten erschöpften Formation 2066 bevorzugt adsorbiert werden. Zum Beispiel kann bei 50°C und 0,35 bar die Adsorption von Kohlenstoffdioxid an einem erschöpften Teil aus Kohle etwa 72 m3/metrische Tonne im Vergleich zu etwa 15,4 m3/metrische Tonne für Stickstoff betragen. Stickstoff 2068, der aus dem kalten erschöpften Teil 2066 austritt, kann zu einer Ammoniakerzeugungsanlage 2070 mit einem H2-Strom 2072 zugeführt werden, um Ammoniak 2074 zu erzeugen. Der H2-Strom kann durch hierin offen gelegte Verfahren, z. B. die in den 41 und 42 beschriebenen Verfahren, erhalten werden.
  • 44 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Systems, das zum Behandeln einer relativ durchlässigen Formation ausgebildet ist. Die relativ durchlässige Formation 2200 kann schwere Kohlenwasserstoffe umfassen. Förderschächte 2210 können in der relativ durchlässigen Formation 2200 angeordnet sein. Die relativ durchlässige Formation 2200 kann zwischen im Wesentlichen undurchlässigen Schichten 2204 eingeschlossen sein. Eine obere im Wesentlichen undurchlässige Schicht 2204 kann als ein Deckgebirge der Formation 2200 bezeichnet werden. Eine untere im Wesentlichen undurchlässige Schicht 2204 kann als Basisgestein der Formation 2200 bezeichnet werden. Das Deckgebirge und das Basisgestein können unterschiedliche Typen undurchlässiger Materialien umfassen. Zum Beispiel kann/können das Deckgebirge und/oder das Basisgestein Schiefer oder Nasskarbonat (d. h. ein Karbonat ohne Kohlenwasserstoffe darin) umfassen.
  • Wärmequellen 2216 mit niedriger Temperatur und Wärmequellen 2218 mit hoher Temperatur können in dem Förderschacht 2210 angeordnet sein. Die Wärmequellen 2216 mit niedriger Temperatur und die Wärmequellen 2218 mit hoher Temperatur können wie hierin beschrieben ausgebildet sein. Der Förderschacht 2210 kann konfiguriert sein, wie hierin beschrieben. Die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur kann im Allgemeinen als eine Wärmequelle oder Heizeinrichtung bezeichnet werden, die so ausgebildet ist, dass sie Hitze an einen im Wesentlichen der Wärmequelle mit niedriger Temperatur benachbarten vorbestimm ten Mobilisierungsabschnitt der Formation 2200 bereitstellt. Die bereitgestellte Hitze kann so konfiguriert sein, dass sie etwas von dem oder den gesamten vorbestimmten Mobilisierungsabschnitt auf eine durchschnittliche Temperatur innerhalb eines Mobilisierungstemperaturbereiches der innerhalb der Formation 2200 enthaltenen schweren Kohlenwasserstoffe erhitzt. Der Mobilisierungstemperaturbereich kann zwischen etwa 75°C bis etwa 150°C liegen. Eine vorbestimmte Mobilisierungstemperatur kann etwa 100°C betragen. Die Mobilisierungstemperatur kann jedoch in Abhängigkeit von einer Viskosität der innerhalb der Formation 2200 enthaltenen schweren Kohlenwasserstoffe schwanken. Zum Beispiel kann eine höhere Mobilisierungstemperatur erforderlich sein, um ein höher viskoses Fluid innerhalb der Formation 2200 zu mobilisieren.
  • Eine Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur kann im Allgemeinen als eine Wärmequelle oder Heizeinrichtung bezeichnet werden, die so ausgebildet ist, dass sie Hitze an einen im Wesentlichen der Wärmequelle 2218 benachbarten vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2220 der Formation 2200 bereitstellt. Die bereitgestellte Hitze kann so konfiguriert sein, dass sie den vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 auf eine durchschnittliche Temperatur innerhalb eines Pyrolysetemperaturbereiches, der innerhalb der Formation 2200 enthaltenen schweren Kohlenwasserstoffe erhitzt. Der Pyrolysetemperaturbereich kann zwischen etwa 270°C bis etwa 400°C liegen. Eine vorbestimmte Pyrolysetemperatur kann etwa 300°C betragen. Die Pyrolysetemperatur kann jedoch in Abhängigkeit von Formationseigenschaften, -zusammensetzung, -druck und/oder einer gewünschten Qualität eines aus der Formation 2200 geförderten Produktes schwanken. Eine Qualität des Produktes kann auf der Grundlage von Eigenschaften des Produktes (z. B. die API-Dichte des Produkts) bestimmt werden. Die Pyrolyse kann das Cracken der schweren Kohlenwasserstoffe in Kohlenwasserstofffragmente und/oder leich tere Kohlenwasserstoffe umfassen. Die Pyrolyse der schweren Kohlenwasserstoffe bringt eine Erhöhung der Qualität der schweren Kohlenwasserstoffe mit sich.
  • Wie in 44 gezeigt, können mobilisierte Fluide in der Formation 2200 im Wesentlichen durch die Schwerkraft in den vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 strömen. Die mobilisierten Fluide können durch Pyrolyse in dem vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 verbessert werden. Der Durchfluss der mobilisierten Fluide kann optional durch Bereitstellung eines Druckfluids 2214 durch die Leitung 2212 in die Formation 2200 hinein erhöht werden. Das Druckfluid 2214 kann ein Fluid sein, das so konfiguriert ist, dass es einen Druck in der Formation 2200 in der Nähe der Leitung 2212 erhöht. Der erhöhte Druck in der Nähe der Leitung 2212 kann einen Durchfluss der mobilisierten Fluide in der Formation 2200 in den vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 hinein erhöhen. Ein Druck des von der Leitung 2212 bereitgestellten Druckfluids 2214 kann zwischen etwa 7 bar absolut bis etwa 70 bar absolut liegen. Der Druck des Druckfluids 2214 kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. einer Viskosität von Fluid innerhalb der Formation 2200 und/oder einer gewünschten Durchflussrate von Fluid in den vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 hinein schwanken. Das Druckfluid 2214 kann jedes beliebige Gas sein, das die schweren Kohlenwasserstoffe im Wesentlichen nicht oxidieren kann. Zum Beispiel kann das Druckfluid 2214 N2, CO2, CH4, Wasserstoff, Wasserdampf etc. umfassen.
  • Die Förderschächte 2210 können ausgebildet sein, um Pyrolysefluide und/oder mobilisierte Fluide aus dem vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 zu entfernen. Formationsfluide können als Dampf entfernt werden. Die Formationsfluide können weiter durch die Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur und die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur in dem Förderschacht 2210 verbessert werden. Der Förderschacht 2210 kann ferner ausgebildet sein, um einen Druck in dem vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 zu steuern, um einen solchen Druckgradienten bereitzustellen, dass die mobilisierten Fluide aus dem vorbestimmten Mobilisierungsabschnitt in den vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 hinein strömen. In einigen Ausführungsformen kann der Druck in dem vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 so gesteuert sein, dass er seinerseits den Durchfluss der mobilisierten Fluide in den vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 hinein steuert. Durch Nichterhitzen der gesamten Formation auf Pyrolysetemperaturen kann der Austragvorgang ein wesentlich höheres Verhältnis von erzeugter Energie gegenüber zugeführter Energie für den in situ-Umwandlungsvorgang erzeugen.
  • Darüber hinaus kann der Druck in der relativ durchlässigen Formation 2200 so gesteuert sein, dass eine gewünschte Qualität von Formationsfluiden gefördert wird. Zum Beispiel kann der Druck in der relativ durchlässigen Formation 2200 erhöht werden, um Formationsfluide mit einer erhöhten API-Dichte verglichen mit Formationsfluiden, die bei einem niedrigeren Druck gefördert werden, zu fördern. Ein Erhöhen des Druckes in der relativ durchlässigen Formation 2200 kann einen Wasserstoffpartialdruck in mobilisierten und/oder Pyrolysefluiden erhöhen. Der erhöhte Wasserstoffpartialdruck in mobilisierten und/oder Pyrolysefluiden kann schwere Kohlenwasserstoffe in mobilisierten und/oder Pyrolysefluiden reduzieren. Ein Reduzieren der schweren Kohlenwasserstoffe kann leichtere, wertvollere Kohlenwasserstoffe fördern. Eine API-Dichte der hydrierten schweren Kohlenwasserstoffe kann wesentlich höher sein als eine API-Dichte der nicht-hydrierten schweren Kohlenwasserstoffe.
  • In einer Ausführungsform kann Druckfluid 2214 durch eine in dem/oder in der Nähe des Förderschacht/es 2210 angeordnete Leitung an die Formation 2200 geliefert werden. Die Leitung kann so ausgebildet sein, dass das Druckfluid 2214 in der Nähe der oberen undurchlässigen Schicht 2204 in die Formation 2200 geliefert wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur in den Förderschächten 2210 heruntergedreht oder abgeschaltet sein. Die schweren Kohlenwasserstoffe in der Formation 2200 können durch Übertragung von Hitze von dem vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 in einen benachbarten Teil der Formation 2200 mobilisiert werden. Die Wärmeübertragung von dem vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 2202 kann im Wesentlichen durch Wärmeleitung erfolgen.
  • 45 veranschaulicht eine Ausführungsform, die ausgebildet ist, um eine relativ durchlässige Formation zu behandeln, ohne mobilisierte Fluide wesentlich zu pyrolysieren. Eine Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur kann in einem Förderschacht 2210 angeordnet sein. Die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur, eine Leitung 2212 und undurchlässige Schichten 2204 können, wie in der in 44 gezeigten Ausführungsform beschrieben, ausgebildet sein. Die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur kann ferner ausgebildet sein, dass Hitze an die Formation 2200 geliefert wird, um etwas von der oder die gesamte Formation 2200 auf eine durchschnittliche Temperatur innerhalb des Mobilisierungstemperaturbereiches zu erhitzen. Mobilisierte Fluide innerhalb der Formation 2200 können im Wesentlichen durch Schwerkraft in Richtung einer Unterseite der Formation 2200 strömen. Druckfluid 2214 kann durch die Leitung 2212 in die Formation 2200 geliefert werden, und kann konfiguriert sein, wie in der in 44 gezeigten Ausführungsform beschrieben ist, um einen Durchfluss der mobilisierten Fluide in Richtung der Unterseite der Formation 2200 zu erhöhen. Druckfluid 2214 kann auch durch eine in dem/oder in der Nähe des Förderschacht/es 2210 angeordnete Leitung in die Formation 2200 geliefert werden. Formationsfluide können durch den Förderschacht 2210 an und/oder in der Nähe der Unterseite der Formation 2200 entfernt werden. Die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur kann Wärme an die Formationsfluide, die durch den Förderschacht 2210 entfernt werden, bereitstellen. Die bereitgestellte Hitze kann die entfernten Formationsfluide innerhalb des Förderschachtes 2210 verdampfen, so dass die Formationsfluide als Dampf entfernt werden können. Die bereitgestellte Hitze kann auch eine API-Dichte der entfernten Formationsfluide innerhalb des Förderschachtes 2210 erhöhen.
  • 46 veranschaulicht eine Ausführungsform zum Behandeln einer relativ durchlässigen Formation mit Schichten 2201 von schweren Kohlenwasserstoffen, die durch undurchlässige Schichten 2204 getrennt sind. Ein Hitzeeinspritzschacht 2220 und ein Förderschacht 2210 können in der relativ durchlässigen Formation 2200 angeordnet sein. Im Wesentlichen undurchlässige Schichten 2204 können die Schichten 2201 trennen. Schwere Kohlenwasserstoffe können in den Schichten 2201 angeordnet sein. Eine Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur kann in dem Einspritzschacht 2220 angeordnet sein. Die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur kann, wie in einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, ausgebildet sein. Schwere Kohlenwasserstoffe können durch Hitze, die aus der Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur bereitgestellt wird, mobilisiert werden, so dass eine Viskosität der schweren Kohlenwasserstoffe wesentlich reduziert werden kann. Druckfluid 2214 kann durch Öffnungen in dem Einspritzschacht 2220 in die Schichten 2201 geliefert werden. Der Druck des Druckfluids 2214 kann bewirken, dass die mobilisierten Fluide in Richtung des Förderschachtes 2210 strömen. Der Druck des Druckfluids 2214 bei dem oder in der Nähe des Einspritzschacht/es 2220 kann etwa 7 bar absolut bis etwa 70 bar absolut betragen. Der Druck des Druck fluids 2214 kann jedoch so gesteuert sein, dass er unter einem Druck bleibt, der das Deckgebirge der relativ durchlässigen Formation 2200 heben kann.
  • Eine Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur kann in dem Förderschacht 2210 angeordnet sein. Die Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur kann, wie in einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, konfiguriert sein. Von der Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur bereitgestellte Hitze kann einen Teil der mobilisierten Fluide innerhalb eines vorbestimmten Pyrolyseabschnittes in der Nähe des Förderschachtes 2210 im Wesentlichen pyrolysieren. Die Pyrolyse- und/oder mobilisierten Fluide können durch den Förderschacht 2210 aus den Schichten 2201 entfernt werden. Die Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur kann die entfernten Formationsfluide innerhalb des Förderschachts 2210 weiter verbessern. Die entfernten Formationsfluide können als Dampf durch den Förderschacht 2210 entfernt werden. Ein Druck bei dem oder in der Nähe des Förderschacht/es 2210 kann weniger als etwa 70 bar absolut betragen. Durch Nichterhitzen der gesamten Formation auf Pyrolysetemperaturen kann der Vorgang ein wesentlich höheres Verhältnis von erzeugter Energie gegenüber zugeführter Energie für den in situ-Umwandlungsvorgang erzeugen. Ein Verbessern der Formationsfluide bei dem oder in der Nähe des Förderschacht/es 2210 kann ein wesentlich wertvolleres Produkt fördern.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur durch die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur innerhalb des Förderschachts 2210 ersetzt sein. Die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur kann für wesentlich weniger Pyrolyse der schweren Kohlenwasserstoffe innerhalb der Schichten 2201 sorgen als die Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur. Daher können die durch den Förderschacht 2210 entfernten Formationsfluide nicht so wesentlich verbessert werden wie Formationsfluide, die durch den Förderschacht 2210 mit der Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur, wie für die in 46 gezeigte Ausführungsform beschrieben ist, entfernt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Pyrolyse der schweren Kohlenwasserstoffe durch Ersetzen der Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur durch die Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur innerhalb des Einspritzschachtes 2220 erhöht werden. Die Wärmequelle 2218 mit hoher Temperatur kann für wesentlich mehr Pyrolyse der schweren Kohlenwasserstoffe innerhalb der Schichten 2201 sorgen als die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur. Die durch den Förderschacht 2210 entfernten Formationsfluide können im Vergleich mit den Formationsfluiden, die in einem Vorgang, der die Wärmequelle 2216 mit niedriger Temperatur innerhalb des Einspritzschachtes 2220 verwendet, entfernt werden, wie in der in 46 gezeigten Ausführungsform beschrieben ist, wesentlich verbessert werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine relativ durchlässige schwere Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation im Wesentlichen unter einer im Wesentlichen mächtigen undurchlässigen Schicht (Deckgebirge) liegen. Das Deckgebirge kann eine Mächtigkeit von zumindest etwa 300 m oder mehr aufweisen. Die Mächtigkeit des Deckgebirges kann durch eine geografische Position der relativ durchlässigen Formation bestimmt sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann es wirtschaftlicher sein, Hitze mit Wärmequellen, die horizontal innerhalb der relativ durchlässigen Formation angeordnet sind, an die Formation bereitzustellen. Ein Förderschacht kann ebenfalls horizontal innerhalb der relativ durchlässigen Formation angeordnet sein. Der Förderschacht kann jedoch entweder horizontal innerhalb der relativ durchlässigen Formation, vertikal innerhalb der relativ durchlässigen Formation oder unter einem Winkel zu der relativ durchlässigen Formation angeordnet sein.
  • Der Förderschacht 2210 kann ferner auch so ausgebildet sein, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist. Zum Beispiel kann der Förderschacht 2210 ein Ventil umfassen, das konfiguriert ist, um einen Druck zumindest eines Teiles der Formation zu ändern, aufrechtzuerhalten und/oder zu kontrollieren.
  • 47 veranschaulicht eine Ausführungsform zum Behandeln einer relativ durchlässigen Formation unter Verwendung horizontaler Wärmequellen. Eine Wärmequelle 2300 kann innerhalb einer relativ durchlässigen Formation 2200 angeordnet sein. Die relativ durchlässige Formation 2200 kann im Wesentlichen unterhalb einer relativ undurchlässigen Schicht 2204 liegen. Die undurchlässige Schicht 2204 kann Schiefer oder Karbonat umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Die undurchlässige Schicht 2204 kann eine Mächtigkeit von etwa 20 m oder mehr aufweisen. Wie in 46 kann eine Mächtigkeit der undurchlässigen Schicht 2204 zum Beispiel von einer geographischen Position der undurchlässigen Schicht 2204 abhängig sein. Die Wärmequelle 2300 kann horizontal innerhalb der relativ durchlässigen Formation angeordnet sein. Die Wärmequelle 2300 kann so ausgebildet sein, dass sie Hitze an einen Teil der relativ durchlässigen Formation 2200 bereitstellt. Die Wärmequelle 2300 kann eine Wärmequelle mit niedriger Temperatur und/oder eine Wärmequelle mit hoher Temperatur, wie in einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben ist, umfassen. Die bereitgestellte Hitze kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen einen Teil schwerer Kohlenwasserstoffe innerhalb der relativ durchlässigen Formation 2200 wie in einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen mobilisiert. Die bereitgestellte Hitze kann auch so konfiguriert sein, dass sie einen Teil schwerer Kohlenwasserstoffe innerhalb der relativ durchlässigen Formation 2200 wie in einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen pyrolysiert. Eine Länge der innerhalb der relativ durchlässigen Formation 2200 angeordneten Wärmequelle 2300 kann zwischen etwa 50 m und etwa 1.500 m betragen. Die Länge der Wärmequelle 2300 innerhalb der relativ durchlässigen Formation 2200 kann jedoch in Abhängigkeit von z. B. einer Breite der relativ durchlässigen Formation 2200, einer gewünschten Förderrate und einer Energieabgabe der Wärmequelle 2300 schwanken.
  • 48 veranschaulicht eine Ausführungsform zum Behandeln einer relativ durchlässigen Formation unter Verwendung im Wesentlichen horizontaler Wärmequellen. Wärmequellen 2300 können horizontal innerhalb einer relativ durchlässigen Formation 2200 angeordnet sein. Die Wärmequellen 2300 können, wie in der vorstehenden in 47 gezeigten Ausführungsform beschrieben, ausgebildet sein. Die Wärmequellen 2300 sind in 48 aus einer unterschiedlichen Perspektive als die in 47 gezeigten Wärmequellen dargestellt. Die relativ durchlässige Formation 2200 kann im Wesentlichen unterhalb einer undurchlässigen Schicht 2204 liegen. Ein Förderschacht 2302 kann vertikal, horizontal oder unter einem Winkel zu der relativ durchlässigen Formation 2200 angeordnet sein. Die Position des Förderschachtes 2302 innerhalb der relativ durchlässigen Formation 2200 kann in Abhängigkeit von z. B. einem gewünschten Produkt und einer gewünschten Förderrate schwanken. Zum Beispiel kann der Förderschacht 2302 in der Nähe einer Unterseite der relativ durchlässigen Formation 2200 angeordnet sein.
  • Die Wärmequellen 2300 können Wärme liefern, um im Wesentlichen einen Teil der schweren Kohlenwasserstoffe innerhalb der relativ durchlässigen Formation 2200 zu mobilisieren. Die mobilisierten Fluide können im Wesentlichen durch Schwerkraft in Richtung einer Unterseite der relativ durchlässigen Formation 2200 strömen. Die mobilisierten Fluide können durch den Förderschacht 2302 entfernt werden. Jede der Wärmequellen 2300, die an oder in der Nähe der Unterseite der relativ durchlässigen Formation 2200 angeordnet ist, kann so ausgebildet sein, dass sie etwas von einem oder einen gesamten Abschnitt in der Nähe der Unterseite der Formation 2200 auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um schwere Kohlenwasserstoffe innerhalb des Abschnittes zu pyrolysieren. Solch ein Abschnitt kann als vorbestimmter Pyrolyseabschnitt bezeichnet werden. Eine Temperatur innerhalb des vorbestimmten Pyrolyseabschnittes kann zwischen etwa 270°C und etwa 400°C liegen, und kann so konfiguriert sein, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist. Die Pyrolyse der schweren Kohlenwasserstoffe innerhalb des vorbestimmten Pyrolyseabschnittes kann zumindest einen Teil der schweren Kohlenwasserstoffe zu Pyrolysefluiden umwandeln. Die Pyrolysefluide können durch den Förderschacht 2302 entfernt werden. Der Förderschacht 2302 kann innerhalb des vorbestimmten Pyrolyseabschnittes angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann/können eine oder mehrere Wärmequelle/n 2300 herunter- und/oder abgeschaltet werden, nachdem im Wesentlichen der Großteil der schweren Kohlenwasserstoffe innerhalb der relativ durchlässigen Formation 2200 mobilisiert wurde. Eine solche Vorgangsweise kann die Formation effizienter erhitzen und/oder kann die Kosten für die Energiezufuhr in Verbindung mit dem in situ-Vorgang verringern. Auch kann das Erhitzen während „nicht-Spitzen"-Zeiten kostengünstiger sein.
  • In einer Ausführungsform kann der Förderschacht 2302 geschlossen bleiben, bis eine Temperatur, die ausreicht, um zumindest einen Teil der schweren Kohlenwasserstoffe in dem vorbestimmten Pyrolyseabschnitt zu pyrolysieren, erreicht werden kann. Eine solche Vorgangsweise kann die Förderung von wesentlichen Mengen unerwünschter schwerer Kohlenwasserstoffe aus der rela tiv durchlässigen Formation 2200 hemmen. Die Förderung wesentlicher Mengen schwerer Kohlenwasserstoffe kann eine kostspielige Ausrüstung erfordern, und/oder die Lebensdauer der Förderausrüstung verringern.
  • Darüber hinaus kann Hitze innerhalb des Förderschachts 2302 bereitgestellt sein, um die entfernten Formationsfluide zu verdampfen. Hitze kann innerhalb des Förderschachts 2302 auch bereitgestellt sein, um die entfernten Formationsfluide zu pyrolysieren und/oder zu verbessern, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist.
  • Ein Druckfluid kann durch die Wärmequellen 2300 in die relativ durchlässige Formation 2200 geliefert werden. Das Druckfluid kann die Strömung der mobilisierten Fluide in Richtung des Förderschachts 2302 erhöhen. Zum Beispiel wird die Erhöhung des Druckes des Druckfluids in der Nähe der Wärmequellen 2300 mit sich bringen, dass die Strömung der mobilisierten Fluide in Richtung des Förderschachts 2302 erhöht wird. Das Druckfluid kann N2, CO2, CH4, H2, Wasserdampf und/oder Gemische daraus umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Alternativ kann das Druckfluid durch einen in der relativ durchlässigen Formation 2200 angeordneten Einspritzschacht geliefert werden.
  • Darüber hinaus kann ein Druck in der relativ durchlässigen Formation 2200 derart gesteuert sein, dass eine Förderrate von Formationsfluiden gesteuert werden kann. Der Druck in der relativ durchlässigen Formation 2200 kann durch z. B. den Förderschacht 2302, die Wäremequellen 2300 und/oder einen in der relativ durchlässigen Formation 2200 angeordneten Drucksteuerschacht gesteuert werden.
  • Der Förderschacht 2302 kann auch weiter, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben ist, ausgebildet sein. Zum Beispiel kann der Förderschacht 2302 ein Ventil umfassen, das ausgebildet ist, um einen Druck zumindest eines Teiles der Formation zu ändern, aufrecht zu erhalten und/oder zu steuern.
  • In einer Ausführungsform kann ein in situ-Vorgang zum Behandeln einer relativ durchlässigen Formation umfassen, dass Hitze an einen Teil einer Formation aus einer Vielzahl von Wärmequellen geliefert wird. Eine Vielzahl von Wärmequellen kann innerhalb einer relativ durchlässigen Formation in einem Muster angeordnet sein. 49 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Musters 2404 von Wärmequellen 2400 und einen Förderschacht 2402, das so ausgebildet sein kann, um eine relativ durchlässige Formation zu behandeln. Die Wärmequellen 2400 können in einem „5-Punkt"-Muster mit dem Förderschacht 2402 angeordnet sein. In dem „5-Punkt"-Muster können vier Wärmequellen 2400 im Wesentlichen äquidistant von dem Förderschacht 2402 und im Wesentlichen äquidistant voneinander angeordnet sein, wie in 49 gezeigt. In Abhängigkeit von z. B. der durch jede Wärmequelle 2400 erzeugten Hitze kann ein Abstand zwischen den Wärmequellen 2400 und dem Förderschacht 2402 durch ein gewünschtes Produkt oder eine gewünschte Förderrate bestimmt sein. Die Wäremequellen 2400 können auch als Förderschacht ausgebildet sein. Ein Abstand zwischen den Wärmequellen 2400 und dem Förderschacht 2402 kann z. B. etwa 15 m betragen. Auch kann der Förderschacht 2402 als eine Wärmequelle ausgebildet sein.
  • 50 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform eines Musters 2406, bei dem Wärmequellen 2400 in einem „7-Punkt"-Muster mit dem Förderschacht 2402 angeordnet sein können. In dem „7-Punkt"-Muster können sechs Wärmequellen 2400 im Wesentlichen äquidistant von dem Förderschacht 2402 und im Wesentlichen äquidistant voneinander angeordnet sein, wie in 50 gezeigt. Die Wärmequellen 2400 können auch als ein Förder schacht ausgebildet sein. Auch kann der Förderschacht 2402 als eine Wärmequelle ausgebildet sein. Ein Abstand zwischen den Wärmequellen 2400 und dem Förderschacht 2402 kann, wie in einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, bestimmt sein.
  • Es sollte einzusehen sein, dass ein geometrisches Muster von Wärmequellen 2400 und Förderschächten 2402 hierin beispielhaft beschrieben ist. Ein Muster von Wärmequellen 2400 und Förderschächten 2402 kann in Abhängigkeit von z. B. dem Typ der relativ durchlässigen Formation, die zum Behandeln ausgebildet ist, variieren. Zum Beispiel kann ein Muster von Wärmequellen 2400 und Förderschächten 2402 ein Muster, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben, umfassen. Darüber hinaus kann eine Position eines Förderschachtes 2402 innerhalb eines Musters von Wärmequellen 2400 durch z. B. eine gewünschte Aufheizgeschwindigkeit der relativ durchlässigen Formation, eine Aufheizgeschwindigkeit der Wärmequellen, einen Wärmequellentyp, einen Typ von relativ durchlässiger Formation, eine Zusammensetzung der relativ durchlässigen Formation, eine Viskosität der relativ durchlässigen Formation und/oder eine gewünschte Förderrate bestimmt sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein Teil einer relativ durchlässigen Formation mit einer Aufheizgeschwindigkeit in einem Bereich von etwa 0,1°C/Tag bis etwa 50°C/Tag erhitzt werden. Ein Großteil der Kohlenwasserstoffe kann aus einer Formation bei einer Aufheizgeschwindigkeit innerhalb eines Bereiches von etwa 0,1°C/Tag bis etwa 15°C/Tag gefördert werden. In einer Ausführungsform kann die relativ durchlässige Formation mit einer Geschwindigkeit von weniger als etwa 0,7°C/Tag durch einen beträchtlichen Teil eines Temperaturbereiches, in dem Pyrolysefluide aus der Formation entfernt werden, erhitzt werden. Der beträchtliche Teil kann mehr als 50 der Zeit, die notwendig ist, um den Temperaturbereich zu überspannen, mehr als 75% der Zeit, die notwendig ist, um den Temperaturbereich zu überspannen, oder mehr als 90% der Zeit, die notwendig ist, um den Temperaturbereich zu überspannen, betragen.
  • Eine Qualität von geförderten Kohlenwasserstofffluiden aus einer relativ durchlässigen Formation kann auch durch eine Kohlenstoffzahlverteilung beschrieben werden. Im Allgemeinen können Produkte mit niedrigerer Kohlenstoffzahl, wie z. B. Produkte mit Kohlenstoffzahlen von weniger als etwa 25, als wertvoller betrachtet werden, als Produkte mit Kohlenstoffzahlen von mehr als etwa 25. In einer Ausführungsform kann das Behandeln einer relativ durchlässigen Formation umfassen, dass Hitze an zumindest einen Teil einer Formation geliefert wird, um Kohlenwasserstofffluide aus der Formation zu fördern, von denen ein Großteil der geförderten Fluide Kohlenstoffzahlen von weniger als ca. 25 oder z. B. weniger als ca. 20 aufweisen kann. Zum Beispiel können weniger als etwa 20 Gew.-% des geförderten kondensierbaren Fluids Kohlenwasserstoffzahlen von mehr als etwa 20 aufweisen.
  • In einer Ausführungsform kann ein Druck innerhalb eines Teiles einer relativ durchlässigen Formation auf einen gewünschten Druck während der Mobilisierung und/oder Pyrolyse der schweren Kohlenwasserstoffe erhöht sein. Ein gewünschter Druck kann innerhalb eines Bereiches von etwa 2 bar absolut bis etwa 70 bar absolut liegen. Ein Großteil der Kohlenwasserstofffluide kann jedoch gefördert werden, während der Druck innerhalb eines Bereiches von etwa 7 bar absolut bis etwa 30 bar absolut gehalten wird. Der Druck während der Mobilisierung und/oder Pyrolyse kann schwanken oder variiert werden. Der Druck kann variiert werden, um eine Zusammensetzung des geförderten Fluids zu steuern, um einen prozentuellen Anteil kondensierbarer Fluide im Vergleich mit nicht-kondensierbaren Fluiden zu steuern, oder um eine API-Dichte von gerade geförderten Fluid zu steuern. Ein Erhöhen des Druckes kann die API-Dichte des geförderten Fluids erhöhen. Ein Erhöhen des Druckes kann auch einen prozentuellen Anteil von Paraffinen innerhalb des geförderten Fluids erhöhen.
  • Ein Erhöhen des Reservoirdruckes kann einen Wasserstoffpartialdruck innerhalb des geförderten Fluids erhöhen. Zum Beispiel kann ein Wasserstoffpartialdruck innerhalb des geförderten Fluids autogen oder durch Wasserstoffeinspritzung erhöht werden. Der erhöhte Wasserstoffpartialdruck kann die schweren Kohlenwasserstoffe verbessern. Die schweren Kohlenwasserstoffe können zu leichteren Kohlenwasserstoffen höherer Qualität reduziert werden. Die leichteren Kohlenwasserstoffe können durch Reaktion von Wasserstoff mit schweren Kohlenwasserstofffragmenten innerhalb des geförderten Fluids erzeugt werden. Der in dem Fluid gelöste Wasserstoff kann auch Olefine innerhalb des geförderten Fluids reduzieren. Daher kann ein erhöhter Wasserstoffdruck in dem Fluid einen prozentuellen Anteil von Olefinen innerhalb des geförderten Fluids verringern. Ein Verringern des prozentuellen Anteils von Olefinen und/oder schweren Kohlenwasserstoffen innerhalb des geförderten Fluids kann eine Qualität (z. B. eine API-Dichte) des geförderten Fluids erhöhen. In einigen Ausführungsformen kann ein Druck innerhalb eines Teiles einer relativ durchlässigen Formation durch Gaserzeugung innerhalb des erhitzten Teiles erhöht werden.
  • In einer Ausführungsform kann ein Fluid, das aus einem Abschnitt einer relativ durchlässigen Formation durch einen in situ-Vorgang gefördert wurde, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben, Stickstoff umfassen. Zum Beispiel kann weniger als etwa 0,5 Gew.-% des kondensierbaren Fluids oder z. B. weniger als etwa 0,1 Gew.-% des kondensierbaren Fluids Stickstoff umfassen. Darüber hinaus kann ein Fluid, das durch einen in situ-Vorgang, wie in vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, gefördert wurde, Sauerstoff enthalten. Zum Beispiel können weniger als etwa 7 Gew.-% des kondensierbaren Fluids, oder z. B. weniger als etwa 5 Gew.-% des kondensierbaren Fluids Sauerstoff umfassen. Ein Fluid, das aus einer relativ durchlässigen Formation gefördert wurde, kann auch Schwefel umfassen. Zum Beispiel können weniger als etwa 5 Gew.-% des kondensierbaren Fluids, oder z. B. weniger als etwa 3 Gew.-% des kondensierbaren Fluids Schwefel umfassen. In einigen Ausführungsformen kann ein Anteil an Gewichtsprozent von Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel in einem kondensierbaren Fluid durch Erhöhen eines Fluiddruckes in einer relativ durchlässigen Formation während eines in situ-Vorganges erhöht werden.
  • In einer Ausführungsform können kondensierbare Kohlenwasserstoffe eines aus einer relativ durchlässigen Formation geförderten Fluids aromatische Verbindungen umfassen. Zum Beispiel können mehr als etwa 20 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe aromatische Verbindungen umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Gewichtsprozentanteil aromatischer Verbindungen mehr als etwa 30% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen. Die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe können auch di-aromatische Verbindungen umfassen. Zum Beispiel können weniger als etwa 20 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe di-aromatische Verbindungen umfassen. In einer weiteren Ausführungsform können di-aromatische Verbindungen weniger als etwa 15 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen. Die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe können auch tri-aromatische Kohlenwasserstoffe umfassen. Zum Beispiel können weniger als etwa 4 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe tri-aromatische Verbindungen umfassen. In einer weiteren Ausführungsform können tri-aromatische Verbindungen weniger als etwa 1 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann ein in situ-Vorgang zum Behandeln von schweren Kohlenwasserstoffen in zumindest einem Teil einer Formation relativ niedriger Durchlässigkeit umfassen, dass die Formation aus einer oder mehreren Wäremequelle/n erhitzt wird. Die eine oder mehreren Wärmequelle/n kann/können, wie in einer der Ausführungsformen hierin beschrieben, ausgebildet sein. Zumindest eine der Wärmequellen kann eine elektrische Heizeinrichtung sein. In einer Ausführungsform kann zumindest eine der Wärmequellen in einem Heizschacht angeordnet sein. Der Heizschacht kann eine Leitung umfassen, durch die ein heißes Fluid strömt, das Hitze zu der Formation überträgt. Zumindest einige der schweren Kohlenwasserstoffe in einem vorbestimmten Abschnitt der Formation kann durch die Hitze aus der einen oder den mehreren Wärmequelle/n pyrolysiert werden. Eine Temperatur, die ausreicht, um schwere Kohlenwasserstoffe in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit relativ niedriger Durchlässigkeit zu pyrolysieren, kann innerhalb eines Bereiches von etwa 270°C bis etwa 300°C liegen. In weiteren Ausführungsformen kann eine Temperatur, die ausreicht, um schwere Kohlenwasserstoffe zu pyrolysieren, innerhalb eines Bereiches von etwa 300°C bis etwa 375°C liegen. Pyrolysefluide können aus der Formation gefördert werden. In einer Ausführungsform können Fluide durch zumindest einen Förderschacht gefördert werden.
  • Darüber hinaus kann ein Erhitzen auch die durchschnittliche Durchlässigkeit von zumindest einem Teil des vorbestimmten Abschnittes erhöhen. Der Anstieg der Temperatur der Formation kann thermische Risse in der Formation erzeugen. Die thermischen Risse können sich zwischen Wärmequellen fortpflanzen und die Durchlässigkeit in einem Teil eines vorbestimmten Ab schnittes der Formation weiter erhöhen. Auf Grund der erhöhten Durchlässigkeit können mobilisierte Fluide in der Formation dazu neigen, zu einer Wärmequelle zu strömen, und können pyrolysiert werden.
  • In einer Ausführungsform kann der Druck in zumindest einem Teil der Formation mit relativ niedriger Durchlässigkeit gesteuert werden, um eine Zusammensetzung geförderter Formationsfluide innerhalb eines gewünschten Bereiches zu halten. Die Zusammensetzung der geförderten Formationsfluide kann überwacht werden. Der Druck kann durch ein Gegendruckventil, das in der Nähe der Stelle angeordnet ist, wo die Formationsfluide gefördert werden, gesteuert sein. Ein gewünschter Betriebsdruck eines Förderschachtes, um eine gewünschte Zusammensetzung erhalten zu können, kann aus experimentellen Daten für die Beziehung zwischen Druck und der Zusammensetzung von Pyrolyseprodukten der schweren Kohlenwasserstoffe in der Formation bestimmt werden.
  • 51 ist eine Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmequellen- und Förderschachtmusters zum Erhitzen schwerer Kohlenwasserstoffe in einer Formation relativ niedriger Durchlässigkeit. Wärmequellen 2502, 2503 und 2504 können in einem dreieckigen Muster angeordnet sein, mit den Wärmequellen an den Scheiteln des dreieckigen Gitters. Ein Förderschacht 2500 kann in der Nähe der Mitte des dreieckigen Gitters angeordnet sein. In weiteren Ausführungsformen kann der Förderschacht 2500 an einer beliebigen Position auf dem Gittermuster angeordnet sein. Die Wärmequellen können in anderen Mustern als dem in 51 gezeigten dreieckigen Muster angeordnet sein. Zum Beispiel können Schächte in quadratischen Muster angeordnet sein. Die Wärmequellen 2502, 2503 und 2504 können die Formation auf eine Temperatur erhitzen, bei der zumindest einige der schweren Kohlenwasserstoffe in der Formation pyrolysieren können. Pyrolysefluide können dazu neigen, in Richtung des Förderschachtes zu strömen, wie durch die Pfeile angezeigt, und Formationsfluide können durch den Förderschacht 2500 gefördert werden.
  • In einer Ausführungsform kann ein durchschnittlicher Abstand zwischen Wärmequellen, die wirksam sind, um schwere Kohlenwasserstoffe in der Formation zu pyrolysieren, zwischen etwa 5 m und etwa 8 m betragen. In einer Ausführungsform kann ein wirksamerer Bereich zwischen etwa 2 m und etwa 5 m liegen.
  • Eine Ausführungsform zum Behandeln schwerer Kohlenwasserstoffe in einem Teil einer Formation relativ niedriger Durchlässigkeit kann umfassen, dass Hitze aus einer oder mehreren Wärmequelle/n bereitgestellt wird, um einige der schweren Kohlenwasserstoffe zu pyrolysieren und einen Teil der schweren Kohlenwasserstoffe in einem vorbestimmten Abschnitt der Formation zu verdampfen. Schwere Kohlenwasserstoffe in der Formation können bei einer Temperatur zwischen etwa 300°C und etwa 350°C verdampft werden. In einer weiteren Ausführungsform können schwere Kohlenwasserstoffe in der Formation bei einer Temperatur zwischen etwa 350°C und etwa 450°C verdampft werden. Die verdampften und pyrolysierten Fluide können zu einer Position in der Nähe der Stelle, an der die Fluide gefördert werden, strömen. In einer Ausführungsform können Fluide aus der Formation durch einen Förderschacht gefördert werden. Auf Grund eines Druckaufbaus aus der Verdampfung kann es erforderlich sein, den Druck durch den Förderschacht abzulassen.
  • 51 kann auch eine Ausführungsform darstellen, in der zumindest einige schwere Kohlenwasserstoffe pyrolysiert werden können, und ein Teil der schweren Kohlenwasserstoffe an oder in der Nähe zumindest zwei/er Wärmequellen verdampft werden kann. Die Wärmequellen 2502, 2503 und 2504 können die Formati on auf eine Temperatur erhitzen, die ausreicht, um Fluid in der Formation zu verdampfen. Das verdampfte Fluid kann dazu neigen, in einer Richtung von den Wärmequellen in Richtung des Förderschachtes 2500 zu strömen, wie durch die Pfeile angezeigt, wo das Fluid gefördert werden kann.
  • In einer Ausführungsform zum Behandeln schwerer Kohlenwasserstoffe in einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation relativ niedriger Durchlässigkeit kann Hitze aus einer oder mehreren Wärmequelle/n bereitgestellt sein, wobei zumindest eine der Wärmequellen in einem Heizschacht angeordnet ist. Die Wärmequellen können zumindest einige schwere Kohlenwasserstoffe in einem vorbestimmten Abschnitt der Formation pyrolysieren, und können zumindest einen Teil des vorbestimmten Abschnittes unter Druck setzen. Während des Erhitzens kann der Druck innerhalb der Formation wesentlich ansteigen. Der Druck in der Formation kann derart gesteuert sein, dass der Druck in der Formation aufrechterhalten werden kann, um ein Fluid einer gewünschten Zusammensetzung zu fördern. Pyrolyseprodukte können aus der Formation als Dampf aus einem oder mehreren in der Formation angeordneten Heizschacht/-schächten entfernt werden. Der durch das Erhitzen der Formation erzeugte Gegendruck kann verwendet werden, um die Pyrolyseprodukte durch den einen Heizschacht oder die mehreren Heizschächte zu fördern.
  • 52 ist eine Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmequellenmusters zum Erhitzen schwerer Kohlenwasserstoffe in einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation relativ niedriger Durchlässigkeit, und zum Fördern von Fluiden aus einem Heizschacht oder mehreren Heizschächten. Wärmequellen 2502 können in einem dreieckigen Muster und in Heizschächten angeordnet sein. Die Wärmequellen können Hitze liefern, um etwas von dem oder das gesamte Fluid in der Formation zu pyroly sieren. Fluide können durch einen oder mehrere der Heizschächte gefördert werden.
  • Eine Ausführungsform zum Behandeln schwerer Kohlenwasserstoffe in einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation relativ niedriger Durchlässigkeit kann das Erhitzen der Formation umfassen, um zumindest zwei Zonen innerhalb der Formation derart zu erzeugen, dass die zumindest zwei Zonen unterschiedliche durchschnittliche Temperaturen aufweisen. Eine oder mehrere Wärmequelle/n kann/können einen vorbestimmten ersten Abschnitt der Formation, der eine Pyrolysezone, in welcher schwere Kohlenwasserstoffe innerhalb des vorbestimmten ersten Abschnittes pyrolysiert werden können, erhitzen. Darüber hinaus kann/können eine oder mehrere Wärmequelle/n einen vorbestimmten zweiten Abschnitt der Formation derart erhitzen, dass zumindest einige der schweren Kohlenwasserstoffe in dem zweiten vorbestimmten Abschnitt eine durchschnittliche Temperatur aufweisen, die niedriger ist als die durchschnittliche Temperatur der Pyrolysezone.
  • Das Erhitzen des vorbestimmten zweiten Abschnittes kann die Viskosität einiger der schweren Kohlenwasserstoffe in dem vorbestimmten zweiten Abschnitt verringern und eine Zone niedriger Viskosität erzeugen. Die Verringerung der Viskosität der schweren Kohlenwasserstoffe in dem vorbestimmten zweiten Abschnitt kann ausreichen, um mobilisierte Fluide innerhalb des vorbestimmten zweiten Abschnittes zu fördern. Die mobilisierten Fluide können in die Pyrolysezone hinein strömen. Zum Beispiel kann das Erhöhen der Temperatur der schweren Kohlenwasserstoffe in der Formation auf zwischen etwa 200°C und etwa 250°C die Viskosität der schweren Kohlenwasserstoffe ausreichend verringern, damit die schweren Kohlenwasserstoffe durch die Formation strömen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Erhöhen der Temperatur des Fluids auf zwischen etwa 180°C und etwa 200°C auch ausreichen, um die schweren Kohlenwasserstoffe zu mobilisieren. Zum Beispiel kann die Viskosität schwerer Kohlenwasserstoffe in einer Formation bei 200°C etwa 50 Zentipoise bis etwa 200 Zentipoise betragen.
  • Das Erhitzen kann thermische Risse erzeugen, die sich zwischen den Wärmequellen sowohl in dem vorbestimmten ersten Abschnitt als auch dem vorbestimmten zweiten Abschnitt fortpflanzen können. Die thermischen Risse können die Durchlässigkeit der Formation wesentlich erhöhen und können die Strömung mobilisierter Fluide aus der Zone niedriger Viskosität zur Pyrolysezone ermöglichen. In einer Ausführungsform kann in der Formation ein vertikaler hydraulischer Riss erzeugt werden, um die Durchlässigkeit weiter zu erhöhen. Das Vorliegen eines hydraulischen Risses kann auch erwünscht sein, da schwere Kohlenwasserstoffe, die sich in dem hydraulischen Riss ansammeln können, eine erhöhte Verweilzeit in der Pyrolysezone aufweisen können. Die erhöhte Verweilzeit kann in einer erhöhten Pyrolyse der schweren Kohlenwasserstoffe in der Pyrolysezone resultieren.
  • Auch kann, im Wesentlichen gleichzeitig mit der Abnahme der Viskosität, der Druck in der Zone niedriger Viskosität auf Grund der Wärmeausdehnung der Formation und des Verdampfens von mitgerissenem Wasser in der Formation sich erhöhen und Wasserdampf bilden. Zum Beispiel können die Drücke in der Zone niedriger Viskosität von etwa 10 bar absolut bis zu einem Deckgebirgedruck betragen, welcher etwa 70 bar absolut betragen kann. In weiteren Ausführungsformen kann der Druck im Bereich von etwa 15 bar absolut bis etwa 50 bar absolut liegen. Die Höhe des Druckes kann von Faktoren, wie z. B. dem Grad thermischer Rissbildung, der Menge an Wasser in der Formation und Materialeigenschaften der Formation, abhängig sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Auf Grund der höheren Durchläs sigkeit der Pyrolysezone kann der Druck in der Pyrolysezone wesentlich niedriger sein als der Druck in der Zone niedriger Viskosität. Die höhere Temperatur in der Pyrolysezone im Vergleich mit der Zone niedriger Viskosität kann einen höheren Grad thermischer Rissbildung und somit eine größere Durchlässigkeit bewirken. Zum Beispiel können Pyrolysezonendrücke im Bereich von etwa 3,5 bar absolut bis etwa 10 bar absolut liegen. In weiteren Ausführungsformen können Pyrolysezonendrücke im Bereich von etwa 10 bar absolut bis etwa 15 bar absolut liegen.
  • Die Druckdifferenz zwischen der Pyrolysezone und der Zone niedriger Viskosität kann einige mobilisierte Fluide dazu zwingen, aus der Zone niedriger Viskosität in die Pyrolysezone hinein zu strömen. Schwere Kohlenwasserstoffe in der Pyrolysezone können durch Pyrolyse zu Pyrolysefluiden verbessert werden. Pyrolysefluide können aus der Formation durch einen Förderschacht gefördert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann ein aus der Formation gefördertes Pyrolysefluid eine Flüssigkeit umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann die Dichte der Wärmequellen in der Pyrolysezone größer sein als die Dichte der Wärmequellen in der Zone niedriger Viskosität. Die erhöhte Dichte der Wärmequellen in der Pyrolysezone kann in der Pyrolysezone eine gleichförmige Pyrolysetemperatur errichten und aufrechterhalten. Die Verwendung einer geringeren Dichte von Wärmequellen in der Zone niedriger Viskosität kann auf Grund der niedrigeren Temperatur, die in der Zone niedriger Viskosität erforderlich ist, effizienter und wirtschaftlicher sein. In einer Ausführungsform kann ein durchschnittlicher Abstand zwischen Wärmequellen zum Erhitzen des ersten vorbestimmten Abschnittes zwischen etwa 5 m und etwa 10 m betragen. Alternativ kann ein durchschnittlicher Abstand zwischen etwa 2 m und etwa 5 m betragen. In einigen Ausführungsformen kann ein durchschnittlicher Abstand zwischen Wärmequellen zum Erhitzen des zweiten vorbestimmten Abschnittes zwischen etwa 5 m und etwa 20 m betragen.
  • In einer Ausführungsform können die Pyrolysezone und eine oder mehrere Zone/n niedriger Viskosität über die Zeit hintereinander erhitzt werden. Wärmequellen können den ersten vorbestimmten Abschnitt erhitzen, bis eine durchschnittliche Temperatur der Pyrolysezone eine gewünschte Pyrolysetemperatur erreicht. Danach können Wärmequellen eine oder mehrere Zone/n niedriger Viskosität des vorbestimmten zweiten Abschnittes, welche der Pyrolysezone am nächsten sein kann/können, erhitzen, bis solche Zonen niedriger Viskosität eine gewünschte durchschnittliche Temperatur erreichen. Das Erhitzen von Zonen niedriger Viskosität des vorbestimmten zweiten Abschnittes weiter weg von der Pyrolysezone kann auf gleiche Art und Weise fortgesetzt werden.
  • In einer Ausführungsform kann Hitze an eine Formation geliefert werden, um eine planare Pyrolysezone und eine planare Zone niedriger Viskosität zu erzeugen. Eine oder mehrere Zone/n niedriger Viskosität kann/können mit einer Symmetrie um die Pyrolysezone herum erzeugt werden und kann/können dazu neigen, schwere Kohlenwasserstoffe in Richtung der Pyrolysezone zu zwingen. In einer Ausführungsform können Fluide in der Pyrolysezone aus einem in der Pyrolysezone angeordneten Förderschacht gefördert werden.
  • 53 ist eine Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmequellen- und Förderschachtmusters, die eine Pyrolysezone und eine Zone niedriger Viskosität veranschaulicht. Wärmequellen 2512 entlang einer Ebene 2504 und einer Ebene 2506 können einen planaren Bereich 2508 erhitzen, um eine Pyrolysezone zu erzeugen. Das Erhitzen kann thermische Risse 2510 in der Pyrolysezone erzeugen. Das Erhitzen mit Wärmequellen 2514 in den Ebenen 2516, 2518, 2520 und 2522 kann eine Zone niedriger Viskosität mit einer erhöhten Durchlässigkeit auf Grund thermischer Risse erzeugen. Die Druckdifferenz zwischen der Zone niedriger Viskosität und der Pyrolysezone kann mobilisiertes Fluid aus der Zone niedriger Viskosität in die Pyrolysezone hinein zwingen. Die durch die thermischen Risse 2510 erzeugte Durchlässigkeit kann ausreichend hoch sein, um eine im Wesentlichen gleichförmige Pyrolysezone zu erzeugen. Pyrolysefluide können durch einen Förderschacht 2500 gefördert werden.
  • In einer Ausführungsform kann es wünschenswert sein, die Pyrolysezone und die Zone niedriger Viskosität über die Zeit hintereinander zu erzeugen. Die Wärmequellen, die der Pyrolysezone am Nächsten sind, können zuerst aktiviert werden, z. B. die Wärmequellen 2512 in der Ebene 2504 und der Ebene 2506 von 53. Nach einer Zeitspanne kann eine im Wesentlichen gleichförmige Temperatur in der Pyrolysezone errichtet werden. Mobilisierte Fluide, die durch die Pyrolysezone strömen, können eine Pyrolyse erfahren und verdampfen. Sobald die Pyrolysezone errichtet ist, können Wärmequellen in der Zone niedriger Viskosität (z. B. die Wärmequellen 2514 in der Ebene 2516 und der Ebene 2520), die der Pyrolysezone am Nächsten sind, an- und/oder hoch gedreht werden, um eine Zone niedriger Viskosität zu errichten. Eine größere Zone niedriger Viskosität kann durch wiederholtes Aktivieren von Wärmequellen (z. B. der Wärmequellen 2514 in der Ebene 2518 und der Ebene 2522) weiter weg von der Pyrolysezone entwickelt werden.
  • 54 ist eine auseinander gezogene Ansicht des in 53 gezeigten Musters. Vier planare vertikale Bereiche 2540, die dem Bereich 2508 in 53 entsprechen, können Wärmequellen umfassen, die Pyrolysezonen erzeugen können. Die Bereiche 2548, 2550 und 2552 können Wärmequellen umfassen, die Hitze aufbringen, um eine Zone niedriger Viskosität zu erzeugen. Förderschächte 2500 können in Bereichen, in denen Pyrolyse erfolgt, angeordnet sein, und können ausgebildet sein, um die Pyrolysefluide zu entfernen. In einer Ausführungsform kann eine Länge der Pyrolysezonen 2540 zwischen etwa 75 m und etwa 100 m betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann eine Länge der Pyrolysezonen zwischen etwa 100 m und etwa 125 m betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann ein durchschnittlicher Abstand zwischen Förderschächten in der gleichen Ebene zwischen etwa 100 m und etwa 150 m betragen. In einer Ausführungsform kann ein Abstand zwischen der Ebene 2542 und der Ebene 2544 zwischen etwa 40 m und etwa 80 m betragen. In einigen Ausführungsformen können mehr als ein Förderschacht in einem Bereich, in dem Pyrolyse erfolgt, angeordnet sein. Die Ebene 2542 und die Ebene 2544 können im Wesentlichen parallel sein. Die Formation kann zusätzliche planare vertikale Pyrolysezonen umfassen, die im Wesentlichen parallel zueinander stehen können. Heiße Fluide können in die vertikalen planaren Bereiche geliefert werden, so dass eine in situ-Pyrolyse von schweren Kohlenwasserstoffen erfolgen kann. Die Pyrolysefluide können durch in den vertikalen planaren Bereichen angeordnete Förderschächte entfernt werden.
  • Eine Ausführungsform einer planaren Pyrolysezone kann einen durch einen Förderschacht in der Formation erzeugten vertikalen hydraulischen Riss umfassen. Die Formation kann Wärmequellen umfassen, die im Wesentlichen parallel zu dem vertikalen hydraulischen Riss in der Formation angeordnet sind. Wärmequellen in einem dem Riss benachbarten planaren Bereich können Hitze bereitstellen, die ausreicht, um zumindest einige der oder alle schweren Kohlenwasserstoffe in einer Pyrolysezone zu pyrolysieren. Wärmequellen außerhalb des planaren Bereichs können die Formation auf eine Temperatur erhitzen, die ausreicht, um die Viskosität der Fluide in einer Zone niedriger Viskosität zu verringern.
  • 55 ist eine Ansicht einer Ausführungsform zum Behandeln schwerer Kohlenwasserstoffe in zumindest einem Teil einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation relativ niedriger Durchlässigkeit, die ein Schachtmuster und einen vertikalen hydraulischen Riss umfassen kann. Ein Förderschacht 2600 kann ausgebildet sein, um durch ein in einem der Ausführungsformen hierin beschriebenes Verfahren einen Riss 2606 zu erzeugen. Die Breite des durch hydraulische Rissbildung erzeugten Risses 2602 kann zwischen etwa 0,3 cm und etwa 1 cm betragen. In weiteren Ausführungsformen kann die Breite des Risses 2602 zwischen etwa 1 cm und etwa 3 cm betragen. Die Pyrolysezone kann in einem planaren Bereich an jeder Seite des vertikalen hydraulischen Risses durch Erhitzen des planaren Bereiches auf eine durchschnittliche Temperatur innerhalb eines Pyrolysetemperaturbereiches mit den Wärmequellen 2604 in der Ebene 2605 und der Ebene 2606 gebildet werden. Die Erzeugung einer Zone niedriger Viskosität an beiden Seiten der Pyrolysezone oberhalb der Ebene 2605 und unterhalb der Ebene 2606 kann durch Wärmequellen außerhalb der Pyrolysezone erfolgen. Zum Beispiel können Wärmequellen 2608 in den Ebenen 2610, 2612, 2614, und 2616 die Zone niedriger Viskosität auf eine Temperatur erhitzen, die ausreicht, um die Viskosität schwerer Kohlenwasserstoffe in der Formation zu verringern. Mobilisierte Fluide in der Zone niedriger Viskosität können auf Grund der Druckdifferenz zwischen der Zone niedriger Viskosität und der Pyrolysezone sowie der erhöhten Durchlässigkeit aus thermischen Rissen zu der Pyrolysezone strömen.
  • 56 ist eine auseinander gezogene Ansicht einer in 55 gezeigten Ausführungsform. 56 veranschaulicht eine Formation mit zwei Rissen 2645a und 2645b entlang einer Ebene 2645 und zwei Rissen 2646a und 2646b entlang einer Ebene 2646. Jeder Riss kann unter Verwendung von Förderschächten 2640 erzeugt werden. Die Ebene 2645 und die Ebene 2646 können im Wesentlichen parallel sein. Die Länge eines durch hydraulische Rissbildung in Formationen relativ geringer Durchlässigkeit erzeugten Risses kann zwischen etwa 75 m und etwa 100 m betragen. In einigen Ausführungsformen kann der vertikale hydraulische Riss zwischen etwa 100 m und etwa 125 m betragen. Vertikale hydraulische Risse können sich im Wesentlichen gleiche Distanzen entlang einer Ebene von einem Förderschacht fortpflanzen. Daher kann, da es unerwünscht sein kann, dass Risse entlang derselben Ebene sich verbinden, der Abstand zwischen Förderschächten entlang derselben Ebene zwischen etwa 100 m und etwa 150 m betragen. Da der Abstand zwischen Rissen an unterschiedlichen Ebenen zunimmt, z. B. der Abstand zwischen der Ebene 2645 und der Ebene 2646, kann die Strömung mobilisierter Fluide am weitesten weg von jedem Riss abnehmen. Ein Abstand zwischen Rissen an unterschiedlichen Ebenen, der für den Transport mobilisierter Fluide zur Pyrolysezone wirtschaftlich und effektiv sein kann, kann etwa 40 m bis etwa 80 m betragen.
  • Eine Ebene 2648 und eine Ebene 2649 können Wärmequellen umfassen, die Hitze bereitstellen können, welche ausreicht, um eine Pyrolysezone zwischen der Ebene 2648 und der Ebene 2649 zu erzeugen. Eine Ebene 2651 und eine Ebene 2652 können Wärmequellen umfassen, die eine Pyrolysezone zwischen der Ebene 2651 und der Ebene 2652 erzeugen. Wärmequellen in den Bereichen 2650, 2660, 2655 und 2656 können Hitze bereitstellen, die Zonen niedriger Viskosität erzeugen kann. Mobilisierte Fluide in den Bereichen 2650, 2660, 2655 und 2656 können dazu neigen, in einer Richtung zu dem nächsten Riss in der Formation zu strömen. Mobilisierte Fluide, die in die Pyrolysezone eintreten, können pyrolysiert werden. Die Pyrolysefluide können aus den Förderschächten 2640 gefördert werden.
  • In einer Ausführungsform kann Hitze an eine Formation relativ geringer Durchlässigkeit geliefert werden, um eine radiale Pyrolysezone und eine Zone niedriger Viskosität zu erzeugen. Ein radialer Heizbereich kann erzeugt werden, der dazu neigt, Fluide in Richtung einer Pyrolysezone zu zwingen. Fluide können in der Pyrolysezone pyrolysiert werden. Pyrolysefluide können aus in der Pyrolysezone angeordneten Förderschächten gefördert werden. Wärmequellen können in konzentrischen Ringen, wie z. B. regelmäßigen Vielecken, um einen Förderschacht herum angeordnet sein. Verschiedene Konfigurationen von Wärmequellen können möglich sein. Wärmequellen in einem dem Förderschacht nächsten Ring können das Fluid auf eine Pyrolysetemperatur erhitzen, um eine radiale Pyrolysezone zu erzeugen. Zusätzliche konzentrische Ringe von Wärmequellen können von der Pyrolysezone nach außen strahlenförmig wegführen, und können das Fluid erhitzen, um eine Zone niedriger Viskosität zu erzeugen. Mobilisiertes Fluid in der Zone niedriger Viskosität kann auf Grund der Druckdifferenz zwischen der Zone niedriger Viskosität und der Pyrolysezone zur Pyrolysezone und aus der Zone erhöhter Durchlässigkeit auf Grund thermischer Rissbildung strömen. Die Pyrolysefluide können durch den Förderschacht aus der Formation gefördert werden.
  • Verschiedene Muster von Wärmequellen, die in Ringen um Förderschächte herum angeordnet sind, können verwendet werden, um einen radialen Pyrolysebereich von Kohlenwasserstoff enthaltenden Formationen zu erzeugen. Verschiedene in den 5770 gezeigte Muster sind hierin beschrieben. Obwohl solche Muster im Kontext mit schweren Kohlenwasserstoffen erläutert werden, sollte einzusehen sein, dass jedes beliebige der in den 5770 gezeigten Muster für andere Kohlenwasserstoff enthaltende Formationen verwendet werden kann (z. B. für Kohle, Ölschiefer etc.).
  • 57 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Musters von Wärmequellen 2705, das eine radiale Pyrolysezone erzeugen kann, welche von einer Zone niedriger Viskosität umgeben ist. Ein Förderschacht 2701 kann von konzentrischen Ringen 2702, 2703 und 2704 von Wärmequellen 2705 umgeben sein. Die Wärmequellen 2705 in dem Ring 2702 können die Formation erhitzen, um eine radiale Pyrolysezone 2710 zu erzeugen. Die Wärmequellen 2705 in den Ringen 2703 und 2704 außerhalb der Pyrolysezone 2710 können die Formation erhitzen, um eine Zone niedriger Viskosität zu erzeugen. Mobilisierte Fluide können aus der Zone niedriger Viskosität zur Pyrolysezone 2710 radial einwärts strömen. Die Fluide können durch den Förderschacht 2701 gefördert werden. In einer Ausführungsform kann ein durchschnittlicher Abstand zwischen Wärmequellen zwischen etwa 2 m und etwa 10 m betragen. Alternativ kann der Abstand zwischen etwa 10 m und etwa 20 m betragen.
  • Wie bei anderen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, Pyrolysezonen und Zonen niedriger Viskosität nacheinander zu erzeugen. Die Wärmequellen 2705, die dem Förderschacht 2701 am nächsten sind, z. B. die Wärmequellen 2705 in dem Ring 2702, können zuerst aktiviert werden. Eine Pyrolysezone mit im Wesentlichen gleichförmiger Temperatur kann nach einer Zeitspanne errichtet sein. Fluide, die durch die Pyrolysezone strömen, können eine Pyrolyse und Verdampfung erfahren. Sobald die Pyrolysezone errichtet ist, können die Wärmequellen 2705 in der Zone niedriger Viskosität, im Wesentlichen nahe der Pyrolysezone (z. B. die Wärmequellen 2705 in dem Ring 2703) aktiviert werden, um Hitze an einen Teil einer Zone niedriger Viskosität zu liefern. Fluid kann auf Grund einer Druckdifferenz zwischen der Zone niedriger Viskosität und der Pyrolysezone einwärts in Richtung des Förderschachtes 2701 strömen, wie durch die Pfeile angezeigt. Durch wiederholtes Aktivieren von Wärmequellen weiter weg von dem Riss, z. B. die Wärmequellen 2705 in dem Ring 2704, kann eine größere Zone niedriger Viskosität entwickelt werden.
  • Verschiedene Muster von Wärmequellen und Förderschächten können in Ausführungsformen radialer Heizzonen zum Behandeln einer Formation mit relativ geringer Durchlässigkeit verwendet werden. Die Wärmequellen können in Ringen um die Förderschächte herum angeordnet sein. Das Muster um jeden Förderschacht herum kann ein Sechseck sein, das eine Anzahl von Wärmequellen enthalten kann.
  • In 58 können ein Förderschacht 2701 und eine Wärmequelle 2712 an den Scheiteln eines dreieckigen Gitters angeordnet sein. Das dreieckige Gitter kann ein gleichseitiges dreieckiges Gitter mit Seiten der Länge s sein. Die Förderschächte 2701 können in einem Abstand von etwa 1,732 (s) beabstandet sein. Der Förderschacht 2701 kann an einer Mitte eines sechseckigen Musters mit einem Ring 2713 aus sechs Wärmequellen 2712 angeordnet sein. Jede Wärmequelle 2712 kann im Wesentlichen gleiche Hitzebeträge an drei Förderschächte liefern. Daher kann jeder Ring 2713 von sechs Wärmequellen 2712 annähernd zwei äquivalente Wärmequellen je Förderschacht 2701 beitragen.
  • 59 veranschaulicht ein Muster von Förderschächten 2701 mit einem inneren sechseckigen Ring 2713 und einem äußeren sechseckigen Ring 2715 von Wärmequellen 2712. In diesem Muster können Förderschächte 2701 in einem Abstand von etwa 2 (1,732) s beabstandet sein. Wärmequellen 2712 können an allen weiteren Gitterpositionen angeordnet sein. Dieses Muster kann in einem Verhältnis äquivalenter Wärmequellen zu Förderschächten resultieren, das sich elf annähern kann.
  • 60 veranschaulicht drei Ringe von Wärmequellen 2712, die einen Förderschacht 2701 umgeben. Der Förderschacht 2701 kann von einem Ring 2713 von sechs Wärmequellen 2712 umgeben sein. Ein zweiter sechseckig geformter Ring 2716 von zwölf Wärmequellen 2712 kann den Ring 2713 umgeben. Ein dritter Ring 2718 von Wärmequellen 2712 kann zwölf Wärmequellen, welche im Wesentlichen gleiche Hitzebeträge an zwei Förderschächte liefern können, und sechs Wärmequellen, die im Wesentlichen gleiche Hitzebeträge an drei Förderschächte liefern können, umfassen. Daher können insgesamt acht äquivalente Wärmequellen an dem dritten Ring 2718 angeordnet sein. Dem Förderschacht 2701 kann Hitze aus einem Äquivalent von etwa sechsundzwanzig Wärmequellen geliefert werden. 61 veranschaulicht ein noch größeres Muster, welches größere Abstände zwischen den Förderschächten 2701 aufweisen kann.
  • Alternativ können quadratische Muster vorgesehen sein, wobei Förderschächte z. B. in der Mitte eines jeden dritten Quadrats angeordnet sein können, was in vier Wärmequellen für jeden Förderschacht resultiert. Förderschächte können innerhalb jedes fünften Quadrats in einem quadratischen Muster angeordnet sein, was in sechzehn Wärmequellen für jeden Förderschacht resultieren kann.
  • Die 62, 63, 64 und 65 veranschaulichen alternative Ausführungsformen, in welchen sowohl Förderschächte als auch Wärmequellen an den Scheiteln eines dreieckigen Gitters angeordnet sein können. In 62 kann ein dreieckiges Gitter mit einem Abstand von s Förderschächte 2701 aufweisen, die in einem Abstand von 2s beabstandet sind. Ein sechseckiges Muster kann einen Ring 2730 von sechs Wärmequellen 2732 umfassen. Jede Wärmequelle 2732 kann im Wesentlichen gleiche Hitzebeträge an zwei Förderschächte 2701 bereitstellen. Daher trägt jeder Ring 2730 von sechs Wärmequellen 2732 annähernd drei äquivalente Wärmequellen je Förderschacht 2701 bei.
  • 63 veranschaulicht ein Muster von Förderschächten 2701 mit einem inneren sechseckigen Ring 2734 und einem äußeren sechseckigen Ring 2736. Förderschächte 2701 können in einem Abstand von 3s beabstandet sein. Wärmequellen 2732 können an den Scheiteln des sechseckigen Ringes 2734 und des sechseckigen Ringes 2736 angeordnet sein. Der sechseckige Ring 2734 und der sechseckige Ring 2736 können jeweils sechs Wärmequellen umfassen. Das Muster in 63 kann in einem Verhältnis von Wärmequellen 2732 zu Förderschacht 2701 von acht resultieren.
  • 64 veranschaulicht ein Muster von Förderschächten 2701, ebenfalls mit zwei sechseckigen Ringen von Wärmequellen, die jeden Förderschacht umgeben. Ein Förderschacht 2701 kann von einem Ring 2738 von sechs Wärmequellen 2732 umgeben sein. Die Förderschächte 2701 können in einem Abstand von 4s beabstandet sein. Ein zweiter sechseckig geformter Ring 2740 kann den Ring 2738 umgeben. Der zweite sechseckig geformte Ring 2740 kann zwölf Wärmequellen 2732 umfassen. Dieses Muster kann in einem Verhältnis von Wärmequellen 2732 zu Förderschächten 2701 resultieren, das sich fünfzehn annähern kann.
  • 65 veranschaulicht ein Muster von Wärmequellen 2732 mit drei Ringen von Wärmequellen 2732, die jeden Förderschacht 2701 umgeben. Die Förderschächte 2701 können von einem Ring 2742 von sechs Wärmequellen 2732 umgeben sein. Ein zweiter Ring 2744 von zwölf Wärmequellen 2732 kann den Ring 2742 umgeben. Ein dritter Ring 2746 von Wärmequellen 2732 kann den zweiten Ring 2744 umgeben. Der dritte Ring 2746 kann sechs äquivalente Wärmequellen umfassen. Dieses Muster kann in einem Verhältnis von Wärmequellen 2732 zu Förderschächten 2701 resultieren, das etwa 24:1 beträgt.
  • Die 66, 67, 68 und 69 veranschaulichen Muster, in denen der Förderschacht an einer Mitte eines dreieckigen Gitters derart angeordnet sein kann, dass der Förderschacht äquidistant von den Scheiteln des dreieckigen Gitters sein kann. In 66 kann das dreieckige Gitter von Wärmequellen mit einem Abstand von s Förderschächte 2760 umfassen, die in einem Abstand von s beabstandet sind. Jeder Förderschacht 2760 kann von einem Ring 2764 von drei Wärmequellen 2762 umgeben sein. Jede Wärmequelle 2762 kann im Wesentlichen gleiche Hitzebeträge an die drei Förderschächte 2760 bereitstellen. Daher kann jeder Ring 2764 von drei Wärmequellen 2762 eine äquivalente Wärmequelle je Förderschacht 2760 beitragen.
  • 67 veranschaulicht ein Muster von Förderschächten 2760 mit einem inneren dreieckigen Ring 2766 und einem äußeren Ring 2768. In diesem Muster können die Förderschächte 2760 in einem Abstand von 2s beabstandet sein. Die Wärmequellen 2762 können an den Scheiteln des inneren Ringes 2766 und des äußeren Ringes 2768 angeordnet sein. Der innere Ring kann drei äquivalente Wärmequellen je Förderschacht 2760 beitragen. Der äußere sechseckige Ring 2768, der drei Wärmequellen enthält, kann eine äquivalente Wärmequelle je Förderschacht 2760 beitragen. Somit können insgesamt vier äquivalente Wärmequellen Hitze an den Förderschacht 2760 bereitstellen.
  • 68 veranschaulicht ein Muster von Förderschächten mit einem inneren dreieckigen Ring von Wärmequellen, der jeden Förderschacht umgibt, einem umgedrehten dreieckigen Ring und einem unregelmäßigen sechseckigen äußeren Ring. Förderschächte 2760 können von einem Ring 2770 von drei Wärmequellen 2762 umgeben sein. Die Förderschächte 2760 können in einem Abstand von 3s beabstandet sein. Der unregelmäßige sechseckig geformte Ring 2772 von neun Wärmequellen 2762 kann den Ring 2770 umgeben. Dieses Muster kann in einem Verhältnis von Wärmequellen 2762 zu Förderschächten 2760 von drei resultieren.
  • 69 veranschaulicht dreieckige Muster von Wärmequellen mit drei Ringen von Wärmequellen, die jeden Förderschacht umgeben. Förderschächte 2760 können von einem Ring 2774 von drei Wärmequellen 2762 umgeben sein. Ein unregelmäßiges sechseckiges Muster 2776 von neun Wärmequellen 2762 kann den Ring 2774 umgeben. Ein dritter Satz 2778 von Wärmequellen 2762 kann das sechseckige Muster 2776 umgeben. Der dritte Satz 2778 kann vier äquivalente Wärmequellen zu dem Förderschacht 2760 beitragen. Ein Verhältnis von äquivalenten Wärmequellen zu Förderschacht 2760 kann sechzehn betragen.
  • Eine Ausführungsform zum Behandeln schwerer Kohlenwasserstoffe in zumindest einem Teil einer Formation relativ geringer Durchlässigkeit kann umfassen, dass die Formation aus drei oder mehr Wärmequellen erhitzt wird. Zumindest drei der Wärmequellen können in einem im Wesentlichen dreieckigen Muster angeordnet sein. Zumindest einige der schweren Kohlenwasserstoffe in einem vorbestimmten Abschnitt der Formation können durch die Hitze aus den drei oder mehr Wärmequellen pyrolysiert werden. Pyrolysefluide, die durch Pyrolyse schwerer Kohlenwasserstoffe in der Formation erzeugt werden, können aus der Formation gefördert werden. In einer Ausführungsform können die Fluide durch zumindest einen in der Formation angeordneten Förderschacht gefördert werden.
  • 70 zeigt eine Ausführungsform eines Musters von Wärmequellen 2705, die in einem dreieckigen Muster angeordnet sind. Ein Förderschacht 2701 kann von Dreiecken 2780, 2782 und 2784 von Wärmequellen 2705 umgeben sein. Die Wärmequellen 2705 in den Dreiecken 2780, 2782 und 2784 können Hitze an die Formation liefern. Die gelieferte Hitze kann eine durchschnittliche Temperatur der Formation auf eine Pyrolysetemperatur heben. Pyrolysefluide können zu dem Förderschacht 2701 strömen. For mationsfluide können in dem Förderschacht 2701 gefördert werden.
  • 71 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform von Oberflächeneinrichtungen 2800, die ausgebildet sein können, um ein Formationsfluid zu behandeln. Das Formationsfluid kann durch einen Förderschacht gefördert werden, wie hierin beschrieben. Das Formationsfluid kann ein beliebiges Formationsfluid, das durch ein beliebiges der Verfahren wie hierin beschrieben gefördert wird, umfassen. Wie in 71 gezeigt, können die Oberflächeneinrichtungen 2800 mit dem Bohrlochkopf 2802 gekuppelt sein. Der Bohrlochkopf 2802 kann auch mit einem in einer Formation ausgebildeten Förderschacht gekuppelt sein. Zum Beispiel kann der Bohrlochkopf mit einem Förderschacht durch verschiedene mechanische Vorrichtungen nahe einer oberen Fläche der Formation gekuppelt sein. Daher kann ein durch einen Förderschacht gefördertes Formationsfluid auch durch den Bohrlochkopf 2802 strömen. Der Bohrlochkopf 2802 kann so ausgebildet sein, dass er das Formationsfluid in einen Gasstrom 2804, einen flüssigen Kohlenwasserstoff-Kondensatstrom 2806 und einen Wasserstrom 2808 trennt.
  • Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können derart ausgebildet sein, dass der Wasserstrom 2808 aus dem Bohrlochkopf 2802 zu einem Teil einer Formation, zu einem Einschlusssystem oder zu einer Verarbeitungseinheit strömen kann. Zum Beispiel kann der Wasserstrom 2808 aus dem Bohrlochkopf 2802 zu einer Ammoniakerzeugungseinheit strömen. Die Oberflächeneinrichtungen können derart ausgebildet sein, dass in der Ammoniakerzeugungseinheit erzeugter Ammoniak zu einer Ammoniumsulfateinheit strömen kann. Die Ammoniumsulfateinheit kann derart ausgebildet sein, dass sie den Ammoniak mit H2SO4 oder SO2/SO3 verbindet, um Ammoniumsulfat zu erzeugen. Darüber hinaus können die Oberflächeneinrichtungen derart ausgebildet sein, dass in der Ammoniaker zeugungseinheit erzeugter Ammoniak zu einer Harnstofferzeugungseinheit strömen kann. Die Harnstofferzeugungseinheit kann derart ausgebildet sein, dass sie Kohlenstoffdioxid mit dem Ammoniak verbindet, um Harnstoff zu erzeugen.
  • Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können derart ausgebildet sein, dass der Gasstrom 2804 durch eine Leitung aus dem Bohrlochkopf 2802 zu einer Gasbehandlungseinheit 2810 strömen kann. Die Leitung kann ein Rohr oder einen beliebigen anderen Fluidverbindungsmechanismus nach dem Stand der Technik umfassen. Die Gasbehandlungseinheit kann ausgebildet sein, um verschiedene Komponenten des Gasstromes 2804 zu trennen. Zum Beispiel kann die Gasbehandlungseinheit derart ausgebildet sein, dass sie den Gasstrom 2804 in einen Kohlenstoffdioxidstrom 2812, einen Schwefelwasserstoffstrom 2814, einen Wasserstoffstrom 2816 und einen Strom 2818, der Methan, Ethan, Propan, Butan (mit n-Butan oder Isobutan), Pentan, Ethen, Propen, Buten, Penten, Wasser oder Kombinationen daraus umfassen kann, jedoch nicht darauf beschränkt ist, auftrennt.
  • Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können derart ausgebildet sein, dass der Kohlenstoffdioxidstrom durch eine Leitung zu einer Formation, zu einem Einschlusssystem, zu einer Entsorgungseinheit und/oder zu einer anderen Verarbeitungseinheit strömen kann. Darüber hinaus können die Einrichtungen derart ausgebildet sein, dass der Schwefelwasserstoffstrom ebenfalls durch eine Leitung zu einem Einschlusssystem und/oder zu einer anderen Verarbeitungseinheit strömen kann. Zum Beispiel kann der Schwefelwasserstoffstrom in einer Claus-Verfahrenseinheit in elementaren Schwefel umgewandelt werden. Die Gasbehandlungseinheit kann auch ausgebildet sein, um den Gasstrom 2804 in einen Strom 2819 aufzutrennen, der schwerere Kohlenwasserstoffkomponenten aus dem Gasstrom 2804 umfassen kann. Die schwereren Kohlenwasserstoffkomponenten können z. B. Kohlen wasserstoffe mit einer Kohlenstoffzahl von mehr als etwa 5 umfassen. Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können derart ausgebildet sein, dass die schwereren Kohlenwasserstoffkomponenten in dem Strom 2819 an einen flüssigen Kohlenwasserstoff-Kondensatstrom 2806 geliefert werden.
  • Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können auch eine Verarbeitungseinheit 2821 umfassen. Die Verarbeitungseinheit 2821 kann ausgebildet sein, um den Strom 2818 in eine Anzahl von Strömen aufzutrennen. Jeder Strom der Anzahl von Strömen kann reich an einer vorbestimmten Komponente oder einer vorbestimmten Anzahl von Verbindungen sein. Zum Beispiel kann die Verarbeitungseinheit 2821 den Strom 2818 in einen ersten Teil 2820 des Stromes 2818, einen zweiten Teil 2823 des Stromes 2818, einen dritten Teil 2825 des Strom 2818 und einen vierten Teil 2831 des Stromes 2818 auftrennen. Der erste Teil 2820 des Stromes 2818 kann leichtere Kohlenwasserstoffkomponenten, wie z. B. Methan und Ethan, umfassen. Die Oberflächeneinrichtungen können derart ausgebildet sein, dass der erste Teil 2820 des Stromes 2818 aus der Gasbehandlungseinheit 2810 zu einer Energie-Erzeugungseinheit 2822 strömen kann.
  • Die Energie-Erzeugungseinheit 2822 kann ausgebildet sein, um nutzbare Energie aus dem ersten Teil des Stromes 2818 zu entziehen. Zum Beispiel kann der Strom 2818 unter Druck gefördert werden. Auf diese Art und Weise kann die Energie-Erzeugungseinheit eine Turbine umfassen, die ausgebildet ist, um Elektrizität aus dem ersten Teil des Stromes 2818 zu erzeugen. Die Energie-Erzeugungseinheit kann z. B. auch eine Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle, eine Feststoffoxid-Brennstoffzelle oder einen anderen Typ Brennstoffzelle umfassen. Die Einrichtungen können ferner derart ausgebildet sein, dass die entzogene nutzbare Energie an einen Abnehmer 2824 geliefert werden kann. Der Abnehmer 2824 kann z. B. Oberflächeneinrichtungen 2800, eine innerhalb einer Formation angeordnete Wärmequelle, und/oder einen Konsumenten nutzbarer Energie umfassen.
  • Der zweite Teil 2823 des Stromes 2818 kann auch leichte Kohlenwasserstoffkomponenten umfassen. Zum Beispiel kann der zweite Teil 2823 des Stromes 2818 Methan und Ethan umfassen, kann aber nicht darauf beschränkt sein. Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können auch derart ausgebildet sein, dass der zweite Teil 2823 des Stromes 2818 an ein Erdgasversorgungsnetz 2827 geliefert werden kann. Alternativ können die Oberflächeneinrichtungen auch derart ausgebildet sein, dass der zweite Teil 2823 des Stromes 2818 an einen lokalen Markt geliefert werden kann. Der lokale Markt kann einen Konsumentenmarkt oder einen kommerziellen Markt umfassen. Auf diese Art und Weise kann der zweite Teil 2823 des Stromes 2818 als ein Endprodukt oder als ein Zwischenprodukt verwendet werden, in Abhängigkeit von z. B. einer Zusammensetzung der leichten Kohlenwasserstoffkomponenten.
  • Der dritte Teil 2825 des Stromes 2818 kann Flüssiggas (liquified petroleum gas = LPG) umfassen. Die Hauptbestandteile des LPG können Kohlenwasserstoff umfassen, der drei oder vier Kohlenstoffatome enthält, wie z. B. Propan und Butan. Butan kann n-Butan oder Isobutan umfassen. LPG kann auch relativ geringe Konzentrationen weiterer Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Ethen, Propen, Buten und Penten, umfassen. In Abhängigkeit von der Quelle des LPG und davon, wie es erzeugt wurde, kann das LPG jedoch auch zusätzliche Komponenten umfassen. LPG kann ein Gas bei Umgebungsdruck und normalen Umgebungstemperaturen sein. LPG kann jedoch verflüssigt werden, wenn mäßiger Druck angewandt wird, oder wenn die Temperatur ausreichend herabgesetzt wird. Wenn solch ein mäßiger Druck abgelassen wird, kann LPG-Gas etwa das zweihundertfünzigfache Volumen der LPG-Flüssig keit betragen. Daher können große Energiebeträge als LPG gespeichert und kompakt transportiert werden.
  • Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können auch derart ausgebildet sein, dass der dritte Teil 2825 des Stromes 2818 an einen lokalen Markt 2829 geliefert wird. Der lokale Markt kann einen Konsumentenmarkt oder einen kommerziellen Markt umfassen. Auf diese Art und Weise kann der dritte Teil 2825 des Stromes 2818 als ein Endprodukt oder als ein Zwischenprodukt verwendet werden, in Abhängigkeit von z. B. einer Zusammensetzung des LPG. Zum Beispiel kann das LPG in Anwendungen, wie z. B. der Nahrungsmittelverarbeitung, als Treibgas und als Kraftfahrzeugbrennstoff Verwendung finden. LPG kann üblicherweise in einer oder zwei Formen für Standardheiz- und -kochzwecke zur Verfügung stehen: Im Handel erhältliches Propan und im Handel erhältliches Butan. Propan kann für die allgemeine Verwendung vielseitiger verwendbar sein als Butan, da Propan z. B. einen niedrigeren Siedepunkt aufweist als Butan.
  • Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können auch derart ausgebildet sein, dass der vierte Teil 2831 des Stromes 2818 aus der Gasbehandlungseinheit zu einer Wasserstoffherstellungseinheit 2828 strömen kann. Ein Wasserstoff enthaltender Strom 2830 ist als die Wasserstoffherstellungseinheit 2828 verlassend gezeigt. Beispiele einer Wasserstoffherstellungseinheit 2828 können eine Spaltrohranlage und einen katalytischen flammenlos verteilten Combustor mit einer Wasserstofftrennmembran umfassen. 72 veranschaulicht eine Ausführungsform eines katalytischen flammenlos verteilten Combustors. Ein Beispiel eines katalytischen flammenlos verteilten Combustors mit einer Wasserstofftrennmembran ist in der US-Patentanmeldung Nr. 60/273 354, eingereicht am 5. März 2001, veranschaulicht. Ein katalytischer flammenlos verteilter Combustor kann eine Brennstoffleitung 2850, eine Oxidationsmittelleitung 2852, einen Kataly sator 2854 und eine Membran 2856 umfassen. Der vierte Teil 2831 des Stromes 2818 kann als Brennstoff 2858 an die Wasserstoffherstellungseinheit 2828 geliefert werden. Der Brennstoff 2858 innerhalb der Brennstoffleitung 2850 kann sich innerhalb der Reaktionszone in einem ringförmigen Raum 2859 zwischen der Brennstoffleitung und der Oxidationsmittelleitung vermischen. Die Reaktion des Brennstoffs mit dem Oxidationsmittels in Gegenwart des Katalysators 2854 kann Reaktionsprodukte erzeugen, die H2 umfassen. Die Membran 2856 kann zulassen, dass ein Teil des erzeugten H2 in den ringförmigen Raum 2860 zwischen der Außenwand 2862 der Oxidationsmittelleitung 2852 und der Membran 2856 hinein strömen kann. Überschüssiger Brennstoff, der aus der Brennstoffleitung 2850 ausströmt, kann zum Eintritt einer Wasserstoffherstellungseinheit 2828 im Kreislauf zurückgeführt werden. Verbrennungsprodukte, die die Oxidationsmittelleitung 2852 verlassen, können Kohlenstoffdioxid und andere Reaktionsprodukte, wie auch etwas Brennstoff und Oxidationsmittel, umfassen. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel können abgetrennt und im Kreislauf zu der Wasserstoffherstellungseinheit zurückgeführt werden. Kohlenstoffdioxid kann von dem austretenden Strom abgetrennt werden. Das Kohlenstoffdioxid kann innerhalb eines Teiles einer Formation sequestriert werden, oder für einen anderen Zweck genutzt werden.
  • Die Brennstoffleitung 2850 kann konzentrisch innerhalb der Oxidationsmittelleitung 2852 angeordnet sein. Kritische Strömungsöffnungen innerhalb der Brennstoffleitung 2850 können ausgebildet sein, um zuzulassen, dass Brennstoff in eine Reaktionszone in dem ringförmigen Raum 2859 zwischen der Brennstoffleitung und der Oxidationsmittelleitung 2852 eintreten kann. Die Brennstoffleitung kann ein Gemisch aus Wasser und verdampften Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Methan, Ethan, Propan, Butan, Methanol, Ethanol oder Kombinationen daraus, führen, ist aber nicht auf diese beschränkt. Die Oxidationsmit telleitung kann ein Oxidationsmittel, wie z. B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid oder Kombinationen daraus, führen, ist aber nicht auf diese beschränkt.
  • Der Katalysator 2854 kann in der Reaktionszone angeordnet sein, um Reaktionen zuzulassen, die H2 erzeugen, um bei relativ niedrigen Temperaturen fortzufahren. Ohne einen Katalysator und ohne eine Membrantrennung von H2 kann es notwendig sein, eine Wasserdampfreformationsreaktion in einer Reihe von Reaktoren bei Temperaturen für eine Verlagerungsreaktion, welche oberhalb von 980°C stattfindet, durchzuführen. Mit einem Katalysator und bei einer Abtrennung von H2 von dem Reaktionsstrom kann die Reaktion bei Temperaturen innerhalb eines Bereiches von etwa 300°C bis etwa 600°C oder innerhalb eines Bereiches von etwa 400°C bis etwa 500°C stattfinden. Der Katalysator 2854 kann ein beliebiger Wasserdampf reformierender Katalysator sein. In ausgewählten Ausführungsformen ist der Katalysator 2854 ein Übergangsmetall der VIII Gruppe, wie z. B. Nickel. Der Katalysator kann auf einem porösen Substrat 2864 getragen sein. Das Substrat kann Elemente der III oder IV Gruppe umfassen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf Aluminium, Silizium, Titan oder Zirkonium. In einer Ausführungsform ist das Substrat Aluminiumoxid (Al2O3).
  • Die Membran 2856 kann H2 innerhalb einer Reaktionszone einer Wasserstoffherstellungseinheit 2828 aus einem Reaktionsstrom entfernen. Wenn H2 aus dem Reaktionsstrom entfernt ist, können Reaktionen innerhalb der Reaktionszone zusätzliches H2 erzeugen. Ein Vakuum kann H2 aus einem ringförmigen Bereich zwischen der Membran 2856 und der Wand 2862 der Oxidationsmittelleitung 2852 herausziehen. Alternativ kann H2 aus dem ringförmigen Bereich in einem Trägergas entfernt werden. Die Membran 2856 kann H2 von anderen Komponenten innerhalb des Reaktionsstromes abtrennen. Die anderen Komponenten können Reaktionsprodukte, Brennstoff, Wasser und Schwefelwasserstoff umfassen, sind aber nicht auf diese beschränkt. Die Membran kann ein Wasserstoff durchlässiges und Wasserstoff selektives Material, wie z. B. Keramik, Kohlenstoff, Metall oder eine Kombination daraus, sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Membran kann Metalle der VIII, V, III oder I Gruppe, wie z. B. Palladium, Platin, Nickel, Silber, Tantal, Vanadium, Yttrium und/oder Niobium, umfassen, ist aber nicht auf diese beschränkt. Die Membran kann auf einem porösen Substrat, wie z. B. Aluminiumoxid, getragen sein. Der Träger kann die Membran 2856 von dem Katalysator 2854 trennen. Der Trennabstand und die Isoliereigenschaften des Trägers können dabei helfen, die Membran innerhalb eines gewünschten Temperaturbereiches zu halten. Auf diese Art und Weise kann die Wasserstoffherstellungseinheit 2828 ausgebildet sein, um einen wasserstoffreichen Strom 2830 aus dem zweiten Teilstrom 2818 zu fördern. Die Oberflächeneinrichtungen können auch derart ausgebildet sein, dass der wasserstoffreiche Strom 2830 in einen Wasserstoffstrom 2816 strömen kann, um einen Strom 2832 zu bilden. Auf diese Art und Weise kann der Strom 2832 ein größeres Volumen Wasserstoff umfassen, als jeder von dem wasserstoffreichen Strom 2830 oder dem Wasserstoffstrom 2816.
  • Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können derart ausgebildet sein, dass der Kohlenwasserstoff-Kondensatstrom 2806 durch eine Leitung aus dem Bohrlochkopf 2802 zu einer Hydrotreatingeinheit 2834 strömen kann. Die Hydrotreatingeinheit 2834 kann ausgebildet sein, um den Kohlenwasserstoff-Kondensatstrom 2806 zu hydrieren, um einen Strom 2836 hydrierter Kohlenwasserstoffkondensate zu bilden. Der Hydrotreater kann ausgebildet sein, um das Kohlenwasserstoffkondensat zu verbessern und aufzublähen. Zum Beispiel können die Oberflächeneinrichtungen 2800 auch ausgebildet sein, um den Strom 2832 (der eine rela tiv hohe Konzentration an Wasserstoff umfasst) zur Hydrotreatingeinheit 2834 zu liefern. Auf diese Art und Weise kann H2 in dem Strom 2832 eine Doppelbindung des Kohlenwasserstoffkondensats hydrieren und dadurch ein Polymerisationspotenzial des Kohlenwasserstoffkondensats reduzieren. Darüber hinaus kann der Wasserstoff auch Radikale in dem Kohlenwasserstoffkondensat neutralisieren. Auf diese Weise kann das hydrierte Kohlenwasserstoffkondensat relativ kurzkettige Kohlenwasserstofffluide umfassen. Überdies kann die Hydrotreatingeinheit 2834 ausgebildet sein, um Schwefel, Stickstoff und aromatische Kohlenwasserstoffe in dem Kohlenwasserstoff-Kondensatstrom 2806 zu reduzieren. Die Hydrotreatingeinheit 2834 kann eine tief wirkende Hydrotreatingeinheit oder eine mild wirkende Hydrotreatingeinheit sein. Eine geeignete Hydrotreatingeinheit kann in Abhängigkeit von z. B. einer Zusammensetzung des Stromes 2832, einer Zusammensetzung des Kohlenwasserstoff-Kondensatstromes und/oder einer vorbestimmten Zusammensetzung des Stromes hydrierter Kohlenwasserstoffkondensate variieren.
  • Die Oberflächeneinrichtungen 2800 können derart ausgebildet sein, dass der Strom 2836 hydrierter Kohlenwasserstoffkondensate aus der Hydrotreatingeinheit 2834 zu einer Transporteinheit 2838 strömen kann. Die Transporteinheit 2838 kann ausgebildet sein, um ein Volumen des hydrierten Kohlenwasserstoffkondensats zu sammeln, und/oder das hydrierte Kohlenwasserstoffkondensat zu einem Marktzentrum 2840 zu transportieren. Zum Beispiel kann das Marktzentrum 2840 einen Konsumentenmarktplatz oder einen kommerziellen Marktplatz umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein kommerzieller Marktplatz kann eine Raffinerie umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Auf diese Art und Weise kann das hydrierte Kohlenwasserstoffkondensat als ein Endprodukt oder als ein Zwischenprodukt verwendet werden, in Abhängigkeit von z. B. einer Zusammensetzung des hydrierten Kohlenwasserstoffkondensats.
  • Alternativ können die Oberflächeneinrichtungen 2800 derart ausgebildet sein, dass der Strom 2836 hydrierter Kohlenwasserstoffkondensate zu einem Splitter oder einer Ethen-Erzeugungseinheit strömen kann. Der Splitter kann ausgebildet sein, um den Strom hydrierter Kohlenwasserstoffkondensate in einen Kohlenwasserstoffstrom mit Komponenten, welche Kohlenstoffzahlen von 5 oder 6 aufweisen, einen Naphthastrom, einen Kerosinstrom und einen Dieselstrom aufzutrennen. Die aus dem Splitter austretenden Ströme können einer Ethenerzeugungseinheit zugeführt werden. Zusätzlich können der Kohlenwasserstoff-Kondensatstrom und der Strom hydrierter Kohlenwasserstoffkondensate der Ethenerzeugungseinheit zugeführt werden. Durch die Ethenerzeugungseinheit erzeugtes Ethen kann einem petrochemischen Komplex zugeführt werden, um Grund- und Industriechemikalien und Polymere zu erzeugen. Alternativ können die aus dem Splitter austretenden Ströme einer Wasserstoff-Umwandlungseinheit zugeführt werden. Ein Kreislaufstrom kann ausgebildet sein, der von der Wasserstoff-Umwandlungseinheit zu dem Splitter strömt. Der aus dem Splitter austretende Kohlenwasserstoffstrom und der Naphthastrom können einer Motorenbenzin-Erzeugungseinheit zugeführt werden. Der Kerosinstrom und der Dieselstrom können als Produkt abgegeben werden.
  • 73 veranschaulicht eine Ausführungsform einer zusätzlichen Verarbeitungseinheit, die in Oberflächeneinrichtungen, wie z. B. den in 71 abgebildeten Oberflächeneinrichtungen, umfasst sein können. Eine Luftzerlegungsanlage 2900 kann ausgebildet sein, um einen Stickstoffstrom 2902 und einen Sauerstoffstrom 2905 zu erzeugen. Der Sauerstoffstrom 2905 und Wasserdampf 2904 können in eine erschöpfte Kohleressource 2906 eingespritzt werden, um Synthesegas 2907 zu erzeugen. Das geförderte Synthesegas 2907 kann zu einer Shell-Mitteldestillats-Verfahrenseinheit 2910 geliefert werden, die ausgebildet sein kann, um Mitteldestillate 2912 zu erzeugen. Darüber hi naus kann das gefördert Synthesegas 2907 zu einer katalytischen Methanisierungsverfahrenseinheit 2914 geliefert werden, die ausgebildet sein kann, um Erdgas 2916 zu erzeugen. Das geförderte Synthesegas 2907 kann auch zu einer Methanolerzeugungseinheit 2918 geliefert werden, um Methanol 2920 zu erzeugen. Überdies kann gefördertes Synthesegas 2907 zu einer Verarbeitungseinheit 2922 zur Erzeugung von Ammoniak und/oder Harnstoff 2924 und zu einer Brennstoffzelle 2926, die ausgebildet sein kann, um Elektrizität 2928 zu erzeugen, geliefert werden. Das Synthesegas 2907 kann auch zu einer Energieerzeugungseinheit 2930, wie z. B. einer Turbine, oder einem Combustor geleitet werden, um Elektrizität 2932 zu erzeugen.
  • 74 veranschaulicht ein Beispiel eines quadratischen Musters von Wärmequellen 3000 und Förderschächten 3002. Die Wärmequellen 3000 sind an Scheitelpunkten der Quadrate 3010 angeordnet. Ein Förderschacht 3002 ist in einer Mitte eines jeden dritten Quadrates sowohl in x- als auch in y-Richtung angeordnet. Mittellinien 3006 sind äquidistant von zwei Förderschächten 3002 ausgebildet, und stehen rechtwinkelig zu einer Linie, die solche Förderschächte verbindet. Die Schnittpunkte der Mittellinien 3006 und der Scheitelpunkte 3008 bilden eine Einheitenzelle 3012. Eine Wärmequelle 3000b und eine Wärmequelle 3000c befinden sich nur zum Teil innerhalb der Einheitenzelle 3012. Nur der halbe Anteil der Wärmequelle 3000b und der viertelte Anteil der Wärmequelle 3000c innerhalb der Einheitenzelle 3012 sind ausgebildet, um Hitze innerhalb der Einheitenzelle 3012 bereitzustellen. Der Anteil der Wärmequelle 3000 außerhalb der Einheitenzelle 3012 ist ausgebildet, um Hitze außerhalb der Einheitenzelle 3012 bereitzustellen. Die Anzahl der Wärmequellen 3000 innerhalb einer Einheitenzelle 3012 ist das Verhältnis von Wärmequellen 3000 je Förderschacht 3002 innerhalb der Formation.
  • Die Gesamtzahl an Wärmequellen innerhalb der Einheitenzelle 3012 wird durch das folgende Verfahren bestimmt:
    • (a) vier Wärmequellen 3000a innerhalb der Einheitenzelle 3012 werden als jeweils eine Wärmequelle gezählt;
    • (b) acht Wärmequellen 3000b an den Mittellinien 3006 werden jeweils als eine halbe Wärmequelle gezählt; und
    • (c) vier Wärmequellen 3000c an den Scheitelpunkten 3008 werden jeweils als eine viertelte Wärmequelle gezählt.
  • Die Gesamtzahl an Wärmequellen wird durch Zusammenzählen der durch (a) 4, (b) 8/2 = 4, und (c) 4/4 = 1 gezählten Wärmequellen als eine Gesamtzahl von neun Wärmequellen 3000 in der Einheitenzelle 3012 bestimmt. Daher ist das Verhältnis von Wärmequellen 3000 zu Förderschächten 3002 für das in 74 veranschaulichte Muster als 9:1 bestimmt.
  • 75 veranschaulicht ein Beispiel eines weiteren Musters von Wärmequellen 3000 und Förderschächten 3002. Mittellinien 3006 sind äquidistant von den zwei Förderschächten 3002 und rechtwinkelig zu einer Linie, die solche Förderschächte verbindet, ausgebildet. Eine Einheitenzelle 3014 ist durch Schneiden der Mittellinien 3006 an den Scheitelpunkten 3008 bestimmt. Zwölf Wärmequellen 3000, von denen sechs ganze Wärmequellen sind, und sechs drittelte Wärmequellen sind (wobei die anderen zwei Drittel der Hitze aus solchen sechs Schächten an andere Muster gehen), werden in der Einheitenzelle 3014 durch ein in den oben stehenden Ausführungsformen beschriebenes Verfahren gezählt. Somit wird ein Verhältnis von Wärmequellen 3000 zu Förderschächten 3002 für das in 75 veranschaulichte Muster als 8:1 bestimmt. Ein Beispiel eines Mus ters von Wärmequellen ist in dem US-Patent Nr. 2,923,535 an Ljungstrom veranschaulicht.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann ein dreieckiges Muster von Wärmequellen im Vergleich mit alternativen Mustern von Wärmequellen, wie z. B. Quadraten, Sechsecken und Sechsecken, mit zusätzlichen auf halber Strecke zwischen den Ecken des Sechsecks eingebauten Heizeinrichtungen (12:1-Muster) Vorteile bieten. Quadrate, Sechsecke und die 12:1-Muster sind in dem US-Patent Nr. 2,923,535 und/oder in dem US-Patent Nr. 4,886,118 offen gelegt. Zum Beispiel kann ein dreieckiges Muster von Wärmequellen eine gleichförmigere Erhitzung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation bereitstellen, die aus einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung eines Bereiches einer Formation, die durch das Muster von Wärmequellen erhitzt wird, resultiert.
  • 76 veranschaulicht ein Ausführungsform eines dreieckigen Musters 3100 von Wärmequellen 3102. 76a veranschaulicht eine Ausführungsform eines quadratischen Musters 3101 von Wärmequellen 3103. 77 veranschaulicht eine Ausführungsform eines sechseckigen Musters von Wärmequellen. 77a veranschaulicht eine Ausführungsform eines 12:1-Musters 3105 von Wärmequellen 3107. Eine Temperaturverteilung für alle Muster kann durch ein analytisches Verfahren bestimmt werden. Das analytische Verfahren kann vereinfacht werden, indem nur Temperaturfelder innerhalb „begrenzter" Muster (z. B. Sechsecke), d. h. solche, die vollständig von anderen umgeben sind, analysiert werden. Darüber hinaus kann das Temperaturfeld als eine Überlagerung analytischer Lösungen, die einer einzelnen Wärmequelle entsprechen, abgeschätzt werden.
  • Die Vergleiche von Mustern von Wärmequellen wurden für die gleiche Heizschachtdichte und die gleichen Wärmezufuhrbe triebsbedingungen bewertet. Zum Beispiel ist eine Anzahl von Wärmequellen je Einheitenbereich in einem dreieckigen Muster die gleiche wie die Anzahl von Wärmequellen je Einheitenbereich in den 10 m sechseckigen Mustern, wenn der Abstand zwischen Wärmequellen in dem dreieckigen Muster auf etwa 12,2 m erhöht wird. Der äquivalente Abstand für ein quadratisches Muster würde 11,3 m betragen, während der äquivalente Abstand für ein 12:1-Muster 15,7 m betragen würde.
  • 78 veranschaulicht ein Temperaturprofil 3110 nach drei Jahren des Erhitzens für ein dreieckiges Muster mit einem 12,2 m Abstand in einem typischen Green River Ölschiefer. Das dreieckige Muster kann, wie in 76 gezeigt, ausgebildet sein. Das Temperaturprofil 3110 ist ein dreidimensionaler Plot von Temperatur gegenüber einer Position innerhalb eines dreieckigen Musters. 79 veranschaulicht ein Temperaturprofil 3108 nach drei Jahren des Erhitzens für ein quadratisches Muster mit einem Abstand von 11,3 m in einem typischen Green River Ölschiefer. Das Temperaturprofil 3108 ist ein dreidimensionaler Plot von Temperatur gegenüber einer Position innerhalb eines quadratischen Musters. Das quadratische Muster kann, wie in 76a gezeigt, ausgebildet sein. 79a veranschaulicht ein Temperaturprofil 3109 nach drei Jahren des Erhitzens für ein sechseckiges Muster mit einem Abstand von 10,0 m in einem typischen Green River Ölschiefer. Das Temperaturprofil 3109 ist ein dreidimensionaler Plot von Temperatur gegenüber einer Position innerhalb eines sechseckigen Musters. Das sechseckige Muster kann wie in 77 gezeigt ausgebildet sein.
  • Wie in einem Vergleich der 78, 79 und 79a gezeigt, ist ein Temperaturprofil des dreieckigen Musters gleichförmiger als ein Temperaturprofil des quadratischen oder sechseckigen Musters. Zum Beispiel beträgt eine Minimaltemperatur des qua dratischen Musters ca. 280°C, und eine Minimaltemperatur des sechseckigen Musters beträgt ca. 250°C. Im Gegensatz dazu beträgt eine Minimaltemperatur des dreieckigen Musters ca. 300°C. Daher ist eine Temperaturschwankung innerhalb des dreieckigen Musters nach drei Jahren des Erhitzens um 20°C niedriger als eine Temperaturschwankung innerhalb des quadratischen Musters und um 50°C niedriger als eine Temperaturschwankung innerhalb des sechseckigen Musters. Für einen chemischen Vorgang, bei dem eine Reaktionsgeschwindigkeit proportional einem Temperaturexponenten ist, ist selbst eine Differenz von 20°C wesentlich.
  • 80 veranschaulicht einen Vergleichsplot zwischen der durchschnittlichen Mustertemperatur (in Grad Celsius) und Temperaturen an den kältesten Punkten für jedes Muster als eine Funktion der Zeit (in Jahren). Der kälteste Punkt für jedes Muster ist an einem Musterzentrum (Schwerpunkt) angeordnet. Wie in 76 gezeigt, ist der kälteste Punkt eines dreieckigen Musters der Punkt 3118, während der Punkt 3117 der kälteste Punkt eines quadratischen Musters ist, wie in 76a gezeigt. Wie in 77 gezeigt, ist der kälteste Punkt eines sechseckigen Musters der Punkt 3114, während der Punkt 3115 der kälteste Punkt eines 12:1-Musters ist, wie in 77a gezeigt. Die Differenz zwischen einer durchschnittlichen Mustertemperatur und einer Temperatur des kältesten Punktes stellt dar, wie gleichförmig die Temperaturverteilung für ein gegebenes Muster ist. Je gleichförmiger die Erhitzung, umso besser ist die Produktqualität, die erzeugt werden kann. Je größer der Volumenanteil einer Ressource, der überhitzt wird, umso unerwünschter ist die Produktzusammensetzung, die erzeugt wird.
  • Wie in 80 gezeigt, ist die Differenz zwischen einer durchschnittlichen Temperatur 3120 eines Musters und einer Temperatur des kältesten Punkts für das dreieckige Muster 3118 geringer als für ein quadratisches Muster 3117, ein sechseckiges Muster 3114 oder ein 12:1-Muster 3115. Wiederum besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen dreieckigen und sechseckigen Mustern.
  • Ein anderer Weg, die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung abzuschätzen, besteht darin, die Temperaturen des kältesten Punktes eines Musters mit einem an der Mitte einer Seite eines Musters mittig zwischen Heizeinrichtungen angeordneten Punktes zu vergleichen. Wie in 77 gezeigt, ist der Punkt 3112 an der Mitte einer Seite des sechseckigen Musters mittig zwischen Heizeinrichtungen angeordnet. Wie in 76 gezeigt, ist der Punkt 3116 an der Mitte einer Seite eines dreieckigen Musters mittig zwischen Heizeinrichtungen angeordnet. Der Punkt 3119 ist an der Mitte einer Seite des quadratischen Musters mittig zwischen Heizeinrichtungen angeordnet, wie in 76a gezeigt.
  • 81 veranschaulicht einen Vergleichsplot zwischen der durchschnittlichen Mustertemperatur (in Grad Celsius) 3120, Temperaturen an einem kältesten Punkt 3118 für dreieckige Muster, einem kältesten Punkt 3114 für sechseckige Muster, einem Punkt 3116, der an der Mitte einer Seite eines dreieckigen Musters mittig zwischen Heizeinrichtungen angeordnet ist, und einem Punkt 3112, der an der Mitte einer Seite eines sechseckigen Musters mittig zwischen Heizeinrichtungen angeordnet ist, als eine Funktion der Zeit (in Jahren). 81a veranschaulicht einen Vergleichsplot zwischen der durchschnittlichen Mustertemperatur 3120 (in Grad Celsius), Temperaturen an einem kältesten Punkt 3117 und einem Punkt 3119, der an der Mitte einer Seite eines Musters mittig zwischen Heizeinrichtungen angeordnet ist, als eine Funktion der Zeit (in Jahren) für ein quadratisches Muster.
  • Wie in einem Vergleich der 81 und 81a gezeigt, ist für jedes Muster eine Temperatur an einer Mitte einer Seite mittig zwischen Heizeinrichtungen höher als eine Temperatur an einer Mitte des Musters. Eine Differenz zwischen einer Temperatur an einer Mitte einer Seite mittig zwischen Heizeinrichtungen und einer Mitte des sechseckigen Musters erhöht sich während des ersten Jahres des Erhitzees wesentlich, und bleibt danach relativ konstant. Eine Differenz zwischen einer Temperatur an einer äußeren seitlichen Begrenzung und einer Mitte des dreieckigen Musters ist jedoch vernachlässigbar. Daher ist eine Temperaturverteilung in einem dreieckigen Muster wesentlich gleichförmiger als eine Temperaturverteilung in einem sechseckigen Muster. Ein quadratisches Muster sorgt ebenfalls für eine gleichmäßigere Temperaturverteilung als ein sechseckiges Muster, sie ist jedoch noch immer weniger gleichförmig als eine Temperaturverteilung in einem dreieckigen Muster.
  • Ein dreieckiges Muster von Wärmequellen kann z. B. eine kürzere Gesamtverfahrensdauer aufweisen als ein quadratisches, sechseckiges oder 12:1-Muster von Wärmequellen für die gleiche Heizschachtdichte. Eine Gesamtverfahrensdauer kann eine Zeit umfassen, die erforderlich ist, damit eine durchschnittliche Temperatur eines erhitzten Teiles einer Formation eine Zieltemperatur erreicht, sowie eine Zeit, die erforderlich ist, damit eine Temperatur an einem kältesten Punkt innerhalb des erhitzten Abschnittes die Zieltemperatur erreicht. Zum Beispiel kann Hitze an den Teil der Formation geliefert werden, bis eine durchschnittliche Temperatur des erhitzten Teiles die Zieltemperatur erreicht. Nachdem die durchschnittliche Temperatur des erhitzten Teiles die Zieltemperatur erreicht, kann eine Energiezufuhr zu den Wärmequellen derart reduziert werden, dass weniger oder minimale Hitze zu dem erhitzten Teil geliefert wird. Ein Beispiel einer Zieltemperatur kann ca. 340°C betragen. Die Zieltemperatur kann jedoch in Abhängig keit von z. B. einer Formationszusammensetzung und/oder Formationsbedingungen, wie z. B. Druck, variieren.
  • 81b veranschaulicht einen Vergleichsplot zwischen der durchschnittlichen Mustertemperatur und Temperaturen an den kältesten Punkten für jedes Muster als eine Funktion der Zeit, wenn Heizeinrichtungen abgeschaltet werden, nachdem die durchschnittliche Temperatur einen Zielwert erreicht. Wie in 81b gezeigt, erreicht eine durchschnittliche Temperatur der Formation eine Zieltemperatur in ca. drei Jahren (etwa 340°C). Wie in 81b gezeigt, erreicht eine Temperatur an dem kältesten Punkt innerhalb des dreieckigen Musters die Zieltemperatur (etwa 340°C) 0,8 Jahre später. Auf diese Weise beträgt eine Gesamtverfahrensdauer für solch ein dreieckiges Muster etwa 3,8 Jahre, wenn die Hitzezufuhr unterbrochen wird, wenn die Zieltemperatur erreicht ist. Wie in 81b gezeigt, erreicht eine Temperatur an dem kältesten Punkt innerhalb des dreieckigen Musters die Zieltemperatur (etwa 340°C), bevor eine Temperatur an dem kältesten Punkt innerhalb des quadratischen Musters oder eine Temperatur an dem kältesten Punkt innerhalb des sechseckigen Musters die Zieltemperatur erreicht. Eine Temperatur an dem kältesten Punkt innerhalb des sechseckigen Musters erreicht jedoch die Zieltemperatur nach einer zusätzlichen Zeit von etwa zwei Jahren, wenn die Heizeinrichtungen beim Erreichen der Zieltemperatur abgeschaltet werden. Daher beträgt eine Gesamtverfahrensdauer für ein sechseckiges Muster etwa 5,0 Jahre. Auf diese Weise ist eine Gesamtverfahrensdauer zum Erhitzen eines Teiles einer Formation mit einem dreieckigen Muster um 1,2 Jahre kürzer (ca. 25%) als eine Gesamtverfahrensdauer zum Erhitzen eines Teiles einer Formation mit einem sechseckigen Muster. In einem bevorzugten Modus kann die Energie zu den Heizeinrichtungen reduziert oder abgeschaltet werden, wenn die durchschnittliche Temperatur des Musters einen Zielwert erreicht. Dies verhindert ein Überhitzen der Ressource, was Energie verschwendet und eine geringere Produktqualität erzeugt. Das dreieckige Muster weist die gleichförmigsten Temperaturen und die geringste Überhitzung auf. Obwohl ein Kapitalaufwand für solch ein dreieckiges Muster annähernd der gleiche sein kann wie ein Kapitalaufwand für das sechseckige Muster, kann das dreieckige Muster eine Ölförderung beschleunigen und erfordert eine kürzere Gesamtverfahrensdauer. Auf diese Weise kann solch ein dreieckiges Muster wirtschaftlicher sein als ein sechseckiges Muster.
  • Ein Abstand von Wärmequellen in einem dreieckigen Muster, das die gleiche Verfahrensdauer wie ein sechseckiges Muster mit einem Abstand von etwa 10 m zwischen Wärmequellen ergeben kann, kann gleich oder ca. 14,3 m sein. Auf diese Weise kann die Gesamtverfahrensdauer eines sechseckigen Musters erzielt werden, indem um etwa 26% weniger Wärmequellen verwendet werden, als in solch einem sechseckigen Muster umfasst sein können. Auf diese Weise kann solch ein dreieckiges Muster einen wesentlich niedrigeren Kapital- und Betriebsaufwand aufweisen. Als solches kann das dreieckige Muster auch wirtschaftlicher sein als ein sechseckiges Muster.
  • 12 zeigt eine Ausführungsform eines frei verteilten Combustors. In einem Experiment wurde die in 12 schematisch gezeigte Ausführungsform verwendet, um leicht flüchtige Fettkohle in situ zu erhitzen. Es wurde ein Heizschacht ausgebildet, der mit elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen und/oder einem frei verteilten Combustor, wie in 12 schematisch gezeigt ist, erhitzt werden sollte. Alle zwei Fuß entlang der Länge des frei verteilten Combustors (entlang der Leitung 532, wie in 12 schematisch veranschaulicht) wurden Thermoelemente angeordnet. Die Kohle wurde zuerst mit elektrischen Widerstandsheizeinrichtungen erhitzt, bis die Pyrolyse in der Nähe des Schachtes beendet war. 130 zeigt quadratische Datenpunkte, die während des Erhitzens mit elektrischem Widerstand an verschiedenen Tiefen in der Kohle gemessen wurden, nachdem das Temperaturprofil sich stabilisiert hatte (das Kohleflöz wies eine Mächtigkeit von etwa 16 Fuß auf, beginnend bei etwa 28 Fuß Tiefe). An diesem Punkt wurde Hitzeenergie mit etwa 300 Watt je Fuß zugeführt. Danach wurde über die Leitung 532 mit schrittweise zunehmenden Raten Luft eingespritzt, und die elektrische Energie wurde im Wesentlichen gleichzeitig reduziert. Verbrennungsprodukte wurden aus der Reaktionszone in einen die Leitung 532 und die elektrische Widerstandsheizeinrichtung umgebenden Ring entfernt. Die elektrische Energie wurde mit Geschwindigkeiten verringert, die die durch die Verbrennung der Kohle durch den frei verteilten Combustor bereitgestellte Erhitzung annähernd ausgleichen würden. Über eine Dauer von etwa zwei Stunden wurden die Luftdurchsätze erhöht und die Energiedurchsätze gesenkt, bis keine elektrische Energie mehr zugeführt wurde. 130 zeigt rautenförmige Datenpunkte, die während einer Erhitzung mit frei verteilter Verbrennung (ohne irgendeine Erhitzung mit elektrischem Widerstand) an verschiedenen Tiefen in der Kohle gemessen wurden, nachdem das Temperaturprofil sich stabilisiert hatte. Wie in 130 zu sehen, lieferte die frei verteilte Verbrennungserhitzung ein Temperaturprofil, das mit dem elektrischen Widerstands-Temperaturprofil vergleichbar ist. Dieses Experiment zeigte, dass frei verteilte Combustoren für eine Formationserhitzung sorgen können, die mit der Formationserhitzung vergleichbar ist, welche durch elektrische Widerstandsheizeinrichtungen bereitgestellt wird. Dieses Experiment wurde bei verschiedenen Temperaturen und in zwei weiteren Schächten wiederholt, immer mit den gleichen Resultaten.
  • Numerische Berechnungen wurden für ein frei verteiltes Combustor-System durchgeführt, das ausgebildet wurde, um eine Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zu erhitzen. Ein handels übliches Programm mit dem Namen PRO-II wurde verwendet, um auf der Grundlage einer Leitung mit einem Durchmesser von 6,03 cm mit einer Wanddicke von 0,39 cm Beispielrechnungen durchzuführen. Die Leitung wurde in einer Öffnung in der Formation mit einem Durchmesser von 14,4 cm angeordnet. Die Leitung wies kritische Strömungsöffnungen mit 1,27 mm Durchmesser und 183 cm voneinander beabstandet auf. Die Leitung war ausgebildet, um eine Formation mit 91,4 m Mächtigkeit zu erhitzen. Eine Durchflussrate von Luft betrug 1,70 Normkubikmeter pro Minute durch die kritischen Strömungsöffnungen. Ein Luftdruck an dem Einlass der Leitung betrug 7 bar absolut. Die Altgase wiesen einen Druck von 3,3 bar absolut auf. Es wurde eine Heizleistung von 1066 Watt pro Meter verwendet. Eine Temperatur in der Öffnung wurde mit 760°C eingestellt. Die Berechnungen bestimmten einen minimalen Druckabfall innerhalb der Leitung von etwa 0,023 bar. Der Druckabfall innerhalb der Öffnung war geringer als 0,0013 bar.
  • 82 veranschaulicht die Ausdehnung (in Meter) einer Reaktionszone innerhalb einer Kohleformation über die Zeit (in Jahren) gemäß den in den Berechnungen festgelegten Parametern. Die Breite der Reaktionszone nimmt mit der Zeit zu, wenn der Kohlenstoff in der Nähe der Mitte oxidiert wurde.
  • Numerische Berechnungen wurden für eine Wärmeübertragung unter Verwendung einer Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung durchgeführt. Berechnungen wurden für einen Leiter mit einem Durchmesser von etwa 1 Zoll (2,54 cm), der in einer Leitung mit einem Durchmesser von etwa 3 Zoll (7,62 cm) angeordnet wurde, durchgeführt. Die Leiter-in-Leitung-Heizeinrichtung wurde in einer Öffnung einer Kohle enthaltenden Formation mit einem Durchmesser von etwa 6 Zoll (15,24 cm) angeordnet. Ein thermisches Abstrahlvermögen der Kohle enthaltenden Formation wurde bei einem Wert von 0,9 gehalten, was für geologische Materia lien zu erwarten ist. Dem Leiter und der Leitung wurden abwechselnde Werte thermischen Abstrahlvermögens von hohem thermischen Abstrahlvermögen (0,86), das für oxidierte Metalloberflächen üblich ist, und niedrigem thermischen Abstrahlvermögen (0,1) für polierte und/oder nicht oxidierte Metalloberflächen gegeben. Die Leitung wurde entweder mit Luft oder Helium gefüllt. Es ist bekannt, dass Helium ein thermisch leitfähigeres Gas ist als Luft. Der Raum zwischen der Leitung und der Öffnung wurde mit einem Gasgemisch aus Methan, Kohlenstoffdioxid und Wasserstoffgasen gefüllt. Zwei unterschiedliche Gasgemische wurden verwendet. Das erste Gasgemisch wies Molanteile von 0,5 für Methan, 0,3 für Kohlenstoffdioxid und 0,2 für Wasserstoff auf. Das zweite Gasgemisch wies Molanteile von 0,2 für Methan, 0,2 für Kohlenstoffdioxid und 0,6 für Wasserstoff auf.
  • 83 veranschaulicht ein errechnetes Verhältnis von Wärmeleitungsübertragung zu Wärmestrahlungsübertragung gegenüber einer Temperatur einer Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in der Öffnung für eine mit Luft gefüllte Leitung, Die Temperatur der Leitung wurde linear von 93°C auf 871°C erhöht. Das Verhältnis von Wärmeleitungs- zu Wärmestrahlungsübertragung wurde auf Grundlage von Werten thermischen Abstrahlvermögens, thermischer Leitfähigkeiten, Abmessungen des Leiters, der Leitung und der Öffnung und der Temperatur der Leitung errechnet. Eine Leitung 3204 ist für den niedrigen Wert thermischen Abstrahlvermögens (0,1) berechnet. Eine Leitung 3206 ist für den Wert hohen thermischen Abstrahlvermögens (0,86) berechnet. Ein niedrigeres thermisches Abstrahlvermögen für den Leiter und die Leitung sorgt für ein höheres Verhältnis von Wärmeleitungs- zu Wärmestrahlungsübertragung an die Formation. Die Verringerung in dem Verhältnis bei einer Temperaturzunahme kann auf eine Verringerung der Wärmeleitungs- zu Wärmestrahlungsübertragung mit zunehmender Temperatur zurückzuführen sein. Wenn die Temperatur an der Fläche der Formation zunimmt, wird eine Temperaturdifferenz zwischen der Fläche und der Heizeinrichtung verringert, und verringert somit einen Temperaturgradienten, der eine Wärmeleitungsübertragung antreibt.
  • 84 veranschaulicht ein berechnetes Verhältnis von Wärmeleitungsübertragung zu Wärmestrahlungsübertragung gegenüber einer Temperatur an einer Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in der Öffnung für eine mit Helium gefüllte Leitung. Die Temperatur der Leitung wurde linear von 93°C auf 871°C erhöht. Das Verhältnis von Wärmeleitungsübertragung zu Wärmestrahlungsübertragung wurde auf der Grundlage von Werten thermischen Abstrahlvermögens; thermischer Leitfähigkeiten; Abmessungen des Leiters, der Leitung und der Öffnung; und der Temperatur der Leitung errechnet. Eine Leitung 3208 ist für den niedrigen Wert thermischen Abstrahlvermögens (0,1) berechnet. Eine Leitung 3210 ist für den hohen Wert thermischen Abstrahlvermögens (0,86) berechnet, Ein niedrigeres thermisches Abstrahlvermögen für den Leiter und die Leitung sorgt wiederum für ein höheres Verhältnis von Wärmeleitungsübertragung zu Wärmestrahlungsübertragung an die Formation. Die Verwendung von Helium anstatt Luft in der Leitung erhöht deutlich das Verhältnis von Wärmeleitungsübertragung zu Wärmestrahlungsübertragung. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass eine thermische Leitfähigkeit von Helium etwa 5,2 bis 5,3 Mal größer ist als eine thermische Leitfähigkeit von Luft.
  • 85 veranschaulicht Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung gegenüber einer Temperatur an einer Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation für eine mit Helium gefüllte Leitung und ein hohes thermisches Abstrahlvermögen von 0,86. Die Öffnung weist gegenüber dem zweiten, oben stehend beschriebenen Gemisch mit einem Wasserstoffmolanteil von 0,6 ein Gasgemischäquivalent auf. Die Öffnungstemperatur 3216 wurde linear von 93°C auf 871°C erhöht. Es wurde angenommen, dass die Öffnungstemperatur 3216 die gleiche war, wie die Temperatur an dem Abbauort der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation. Die Leitertemperatur 3212 und die Leitungstemperatur 3214 wurden aus der Öffnungstemperatur 3216 unter Verwendung der Abmessungen des Leiters, der Leitung und der Öffnung, der Werte thermischen Abstrahlvermögens für den Leiter, die Leitung und die Fläche, und der thermischen Leitfähigkeiten für Gase (Helium, Methan, Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff) errechnet. Aus den Plots der Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung für die mit Helium gefüllte Leitung ist ersichtlich, dass bei höheren, sich 871°C annähernden Temperaturen die Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung beginnen, sich im Wesentlichen auszugleichen.
  • 86 veranschaulicht Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung gegenüber einer Temperatur an einer Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation für eine mit Luft gefüllte Leitung und ein hohes thermisches Abstrahlvermögen von 0,86. Die Öffnung weist gegenüber dem zweiten, oben stehend beschriebenen Gemisch mit einem Wasserstoffmolanteil von 0,6 ein Gasgemischäquivalent auf. Die Öffnungstemperatur 3216 wurde linear von 93°C auf 871°C erhöht. Es wurde angenommen, dass die Öffnungstemperatur 3216 die gleiche war wie die Temperatur an der Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation. Die Leitertemperatur 3212 und die Leitungstemperatur 3214 wurden aus der Öffnungstemperatur 3216 unter Verwendung der Abmessungen des Leiters, der Leitung und der Öffnung, der Werte thermischen Abstrahlvermögens für den Leiter, die Leitung und die Fläche, und der thermischen Leitfähigkeiten für Gase (Luft, Methan, Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff) errechnet. Aus den Plots der Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung für die mit Luft gefüllte Leitung ist ersicht lich, dass bei höheren, sich 871°C annähernden Temperaturen die Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung beginnen, sich im Wesentlichen auszugleichen, wie für die mit Helium gefüllte Leitung mit hohem thermischen Abstrahlvermögen ersichtlich ist.
  • 87 veranschaulicht Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung gegenüber einer Temperatur an einer Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation für eine mit Helium gefüllte Leitung und ein niedriges thermisches Abstrahlvermögen von 0,1. Die Öffnung weist gegenüber dem zweiten, oben stehend beschriebenen Gemisch mit einem Wasserstoffmolanteil von 0,6 ein Gasgemischäquivalent auf. Die Öffnungstemperatur 3216 wurde linear von 93°C auf 871°C erhöht. Es wurde angenommen, dass die Öffnungstemperatur 3216 die gleiche war wie die Temperatur an der Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation. Die Leitertemperatur 3212 und die Leitungstemperatur 3214 wurden aus der Öffnungstemperatur 3216 unter Verwendung der Abmessungen des Leiters, der Leitung und der Öffnung, der Werte thermischen Abstrahlvermögens für den Leiter, die Leitung und die Fläche, und der thermischen Leitfähigkeiten für Gase (Helium, Methan, Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff) errechnet. Aus den Plots der Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung für die mit Helium gefüllte Leitung ist ersichtlich, dass bei höheren, sich 871°C annähernden Temperaturen, die Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung nicht damit beginnen, sich im Wesentlichen auszugleichen, wie für das in 85 gezeigte Beispiel hohen Abstrahlvermögens ersichtlich ist. Es sind auch höhere Temperaturen in dem Leiter und der Leitung für eine Öffnungs- und Flächentemperatur von 871°C erforderlich als für das in 85 gezeigte Beispiel. Somit kann ein Erhöhen eines thermischen Abstrahlvermögens des Leiters und der Leitung vorteilhaft beim Reduzieren von Betriebstemperaturen sein, die erforderlich sind, um eine gewünschte Temperatur in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu erzeugen. Solche reduzierten Betriebstemperaturen können die Verwendung weniger kostspieliger Legierungen für metallische Leitungen zulassen.
  • 88 veranschaulicht Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung gegenüber einer Temperatur an einer Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation für eine mit Luft gefüllte Leitung und ein niedriges thermisches Abstrahlvermögen von 0,1. Die Öffnung weist gegenüber dem zweiten, oben stehend beschriebenen Gemisch mit einem Wasserstoffmolanteil von 0,6 ein Gasgemischäquivalent auf. Die Öffnungstemperatur 3216 wurde linear von 93°C auf 871°C erhöht. Es wurde angenommen, dass die Öffnungstemperatur 3216 die gleiche war wie die Temperatur an der Fläche der Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation. Die Leitertemperatur 3212 und die Leitungstemperatur 3214 wurden aus der Öffnungstemperatur 3216 unter Verwendung der Abmessungen des Leiters, der Leitung und der Öffnung, der Werte thermischen Abstrahlvermögens für den Leiter, die Leitung und die Fläche, und der thermischen Leitfähigkeiten für Gase (Luft, Methan, Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff) errechnet. Aus den Plots der Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung für die mit Helium gefüllte Leitung ist ersichtlich, dass bei höheren, sich 871°C annähernden Temperaturen, die Temperaturen des Leiters, der Leitung und der Öffnung nicht damit beginnen, sich im Wesentlichen auszugleichen, wie für das in 86 gezeigte Beispiel hohen thermischen Abstrahlvermögens ersichtlich ist. Es sind auch höhere Temperaturen in dem Leiter und der Leitung für eine Öffnungs- und Flächentemperatur von 871°C erforderlich als für das in 86 gezeigte Beispiel. Somit kann ein Erhöhen eines thermischen Abstrahlvermögens des Leiters und der Leitung vorteilhaft beim Reduzieren von Betriebstemperaturen sein, die erforderlich sind, um eine gewünschte Temperatur in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation zu erzeugen. Solche reduzierten Betriebstemperaturen können für geringere Metallkosten im Zusammenhang mit Materialien sorgen, die eine weniger substanzielle Temperaturbeständigkeit (z. B. einen niedrigeren Schmelzpunkt) erfordern.
  • Es wurden auch Berechnungen unter Verwendung des ersten Gasgemisches mit einem Wasserstoffmolanteil von 0,2 durchgeführt. Die Berechnungen resultierten in Ergebnissen, die im Wesentlichen gleich wie jene für einen Wasserstoffmolanteil von 0,6 waren.
  • 89 veranschaulicht ein Retorten- und Sammelsystem, das zur Durchführung bestimmter Experimente verwendet wurde. Das Retortengefäß 3314 war ein Druckgefäß aus 316 Edelstahl, das ausgebildet war, um ein zu testendes Material zu halten. Das Gefäß und geeignete Strömungsleitungen wurden mit einem 0,0254 Meter × 1,83 Meter elektrischen Heizband umwickelt. Die Wicklung war ausgebildet, um für eine im Wesentlichen gleichförmige Erhitzung über das gesamte Retortensystem zu sorgen. Die Temperatur wurde durch Messen einer Temperatur des Retortengefäßes mit einem Thermoelement und Ändern der Temperatur des Gefäßes mit einem Proportionalregler gesteuert. Das Heizband wurde ferner mit einer Isolierung umwickelt, wie gezeigt. Das Gefäß saß auf einem 0,0508 Meter dicken Isolierblock, der nur von den Seiten geheizt wurde. Das Heizband erstreckte sich an dem Boden des Edelstahlgefäßes vorbei, um einem Wärmeverlust von dem Boden des Gefäßes entgegenzuwirken.
  • Ein 0,00318 m Edelstahl-Steigrohr 3312 wurde durch ein Maschensieb 3310 und in die kleine Vertiefung am Boden des Gefäßes 3314 eingesetzt. Das Steigrohr 3312 war an der Unterseite geschlitzt, so dass Feststoffe das Rohr nicht verstopfen konnten, um ein Entfernen der Produkte zu verhindern. Das Sieb 3310 wurde entlang der zylindrischen Wand des Gefäßes von einem kleinen Ring mit einer Dicke von etwa 0,00159 m gehalten. Daher sorgt der kleine Ring für einen Raum zwischen einem Ende des Steigrohres 3312 und einem Boden des Gefäßes 3314, der ebenfalls Feststoffe daran hinderte, das Steigrohr zu verstopfen. An der Außenseite des Gefäßes war ein Thermoelement zum Messen einer Temperatur des Stahlzylinders angebracht. Das Thermoelement wurde durch eine Isolationsschicht vor direkter Hitze der Heizeinrichtung geschützt. Ein luftbetätigtes Membran-Gegendruckventil 3304 wurde für Versuche bei hohen Drücken bereitgestellt. Die Produkte bei Atmosphärendruck strömen in einen herkömmlichen Laborglaskühler 3320. In dem Kühler 3320 angeordnetes Kühlmittel war gekühltes Wasser mit einer Temperatur von etwa 1,7°C. Der Öldampf und die Dampfprodukte kondensierten in den Strömungsleitungen des Kühlers und strömten in das graduierte Sammelrohr aus Glas. Ein Volumen erzeugten Öls und Wassers wurde visuell gemessen. Nicht-kondensierbares Gas strömte von dem Kühler 3320 durch einen Gaskolben 3316. Der Gaskolben 3316 weist ein Volumen von 500 cm3 auf. Darüber hinaus war der Gaskolben 3316 zu Beginn mit Helium gefüllt. Die Ventile an dem Kolben waren Zweiweg-Ventile 3317, um für ein einfaches Ausspülen des Kolbens 3316 und Entfernen nicht-kondensierbarer Gase zur Analyse zu sorgen. Unter Berücksichtigung einer Spülwirkung des Kolbens wäre zu erwarten, dass der Kolben eine Sammelprobe der zuvor erzeugten 1 bis 2 Liter Gas enthält. Standard-Gasanalyseverfahren wurden verwendet, um die Gaszusammensetzung zu bestimmen. Das den Kolben verlassende Gas strömte in ein Sammelgefäß 3318, welches in Wasser 3322 in einem Wasserbad 3324 angeordnet ist. Das Wasserbad 3324 war graduiert, um für eine Abschätzung des Volumens des erzeugten Gases über eine Dauer des Verfahrens zu sorgen (der Wasserspiegel veränderte sich und zeigte dadurch die Menge an erzeugtem Gas an). Das Sammelgefäß 3318 umfasste auch ein Einlassventil an einer Unterseite des Sammelsystems unter Wasser und ein Septum an einer Oberseite des Sammelsystems zum Übertragen von Gasproben zu einem Analysegerät.
  • An der Stelle 3300 können ein oder mehrere Gas/e in das in 89 gezeigte System eingespritzt werden, um es unter Druck zu setzen, einen Druck zu halten oder Fluide in dem System zu spülen. Ein Druckmesser 3302 kann verwendet werden, um den Druck in dem System zu überwachen. Das Heiz-/Isoliermaterial 3306 (z. B. eine Isolierung oder ein Temperatursteuerbad) kann verwendet werden, um Temperaturen zu regulieren und/oder zu halten. Eine Steuerung 3308 kann verwendet werden, um das Erhitzen des Gefäßes 3314 zu steuern.
  • Ein Endvolmen des erzeugten Gases ist nicht das Volumen des über dem Wasser gesammelten Gases, da Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff in Wasser löslich sind. Die Analyse des Wassers hat gezeigt, dass das Gassammelsystem über dem Wasser etwa die Hälfte des in einem typischen Experiment erzeugten Kohlenstoffdioxids entfernt. Die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in Wasser beeinflusst eine Konzentration der über Wasser gesammelten nicht-löslichen Gase. Darüber hinaus zeigte sich, dass das Volumen vom über Wasser gesammelten Gas von etwa der Hälfte bis zu zwei Drittel des Volumens erzeugten Gases schwankt.
  • Das System wurde mit einem Porenvolumen von etwa 5 bis 10 an Helium gespült, um die gesamte Luft zu entfernen, und zur Überprüfung auf Druckleckagen für 24 Stunden auf etwa 20 bar absolut unter Druck gesetzt. Das Aufheizen begann langsam, und nach etwa vier Tagen waren 260°C erreicht. Nach etwa 8 bis 12 Stunden bei 260°C wurde die Temperatur, wie durch den für den besonderen Test gewünschten Plan spezifiziert, erhöht. Die Ablesungen der Temperatur an der Innenseite und Außenseite des Gefäßes wurden regelmäßig aufgezeichnet, um sicherzustellen, dass die Steuerung korrekt arbeitete.
  • In einem Experiment wurde in dem in 89 gezeigten System ein Ölschiefer getestet. In diesem Experiment waren 270°C etwa die niedrigste Temperatur, bei der Öl mit einer merklichen Geschwindigkeit erzeugt wurde. Somit können die Ablesungen von Öl zu jeder Zeit in diesem Bereich beginnen. Für Wasser begann die Erzeugung bei etwa 100°C und wurde über die ganze Zeit während des Laufes überwacht. Im Verlauf der Erzeugung wurden für Gas verschiedene Mengen erzeugt. Daher war eine Überwachung über den gesamten Lauf notwendig.
  • Das erzeugte Öl und Wasser wurde in vier oder fünf Fraktionen über den gesamten Lauf gesammelt. Diese Fraktionen waren beteiligte Sammelproben über ein bestimmtes Zeitintervall. Das kumulative Volumen von Öl und Wasser in jeder Fraktion wurde gemessen, wie es anfiel. Nachdem jede Fraktion gesammelt wurde, wurde das Öl wie gewünscht analysiert. Die Dichte des Öls wurde gemessen.
  • Nach dem Test wurde die Retorte gekühlt, geöffnet und auf einen Hinweis auf irgendeinen flüssigen Rest überprüft. Eine repräsentative Probe des in die Retorte geladenen gebrochenen Schiefers wurde entnommen und hinsichtlich des Ölerzeugungspotenzials durch das Fischer Assay-Verfahren analysiert. Nach dem Test wurden drei Proben des verbrauchten Schiefers entnommen: eine nahe der Oberseite, eine an der Mitte und eine nahe der Unterseite. Diese wurden hinsichtlich verbleibender organischer Masse getestet und einer Elementaranalyse unterzogen.
  • Die experimentellen Daten aus dem oben beschriebenen Experiment wurden verwendet, um eine Druck-Temperatur-Beziehung zu bestimmen, die mit der Qualität der erzeugten Fluide in Bezie hung steht. Das Variieren der Betriebsbedingungen umfasste das Ändern der Temperaturen und Drücke. Verschiedene Proben von Ölschiefer wurden bei verschiedenen Betriebsbedingungen pyrolysiert. Die Qualität der geförderten Fluide wurde durch eine Anzahl gewünschter Eigenschaften beschrieben. Die gewünschten Eigenschaften umfassten eine API-Dichte, ein Ethen-zu-Ethan-Verhältnis, ein Verhältnis atomaren Kohlenstoffs zu atomarem Wasserstoff, äquivalente erzeugte Flüssigkeiten (Gas und Flüssigkeit), erzeugte Flüssigkeiten, Prozent Fischer Assay und Prozent Fluide mit Kohlenstoffzahlen von mehr als etwa 25. Auf der Grundlage der gesammelten Daten wurden diese Gleichgewichtsexperimente und Kurvenfamilien für mehrere Werte jeder der Eigenschaften, wie in den 90 bis 96 gezeigt, konstruiert. Aus diesen Figuren wurden die folgenden Beziehungen verwendet, um die funktionelle Beziehung eines gegebenen Wertes einer Eigenschaft zu beschreiben: P = exp[(A/T) + B], A = a1·(Eigenschaft)3 + a2·(Eigenschaft)2 + a3·(Eigenschaft) + a4, B = b1·(Eigenschaft)3 + b2·(Eigenschaft)2 + b3·(Eigenschaft) + b4
  • Die erzeugten Kurven können verwendet werden, um eine bevorzugte Temperatur und einen bevorzugten Druck zu bestimmen, die Fluide mit gewünschten Eigenschaften fördern können. Die Daten, die die Druck-Temperatur-Beziehung einer Anzahl gewünschter Eigenschaften für Green River Ölschiefer veranschaulichen, wurden in einer Anzahl der folgenden Figuren aufgetragen.
  • In 90 ist ein Plot eines abgelesenen Druckes gegenüber Temperatur abgebildet (in den 9096 ist der Druck in bar angegeben). Es wurden Linien aufgetragen, die die Fraktion von Produkten mit Kohlenstoffzahlen von mehr als etwa 25 darstellen. Zum Beispiel wiesen bei einem Betrieb bei einer Temperatur von 375°C und einem Druck von 2,7 bar absolut 15% der geförderten Kohlenwasserstofffluide eine Kohlenstoffzahl von gleich 25 oder mehr auf. Bei niedrigen Pyrolysetemperaturen und hohen Drücken nimmt der Anteil erzeugter Fluide mit Kohlenstoffzahlen von mehr als 25 ab. Daher neigt ein Betrieb bei einem hohen Druck und einer Pyrolysetemperatur am unteren Ende der Pyrolysetemperaturzone dazu, die Fraktion aus einem Ölschiefer geförderter Fluide mit Kohlenstoffzahlen von mehr als 25 zu verringern.
  • 91 veranschaulicht eine Ölqualität, die von einer Ölschiefer enthaltenden Formation als eine Funktion von Druck und Temperatur gefördert wurde. Es sind Linien aufgetragen, die verschiedene Ölqualitäten wie durch die API-Dichte definiert angeben. Zum Beispiel war die Qualität des geförderten Öls 45° API, wenn ein Druck bei etwa 6 bar absolut gehalten wurde und eine Temperatur etwa 375°C betrug. Wie in den oben stehenden Ausführungsformen beschrieben, können niedrige Pyrolysetemperaturen und relativ hohe Drücke ein Öl mit hoher API-Dichte erzeugen.
  • 92 veranschaulicht ein aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation gefördertes Ethen-zu-Ethan-Verhältnis als eine Funktion von Druck und Temperatur. Zum Beispiel beträgt bei einem Druck von 11,2 bar absolut und einer Temperatur von 375°C das Verhältnis von Ethan zu Ethan annähernd 0,01. Das Volumenverhältnis von Ethen zu Ethan kann ein Olefin-zu-Alkan-Verhältnis von während einer Pyrolyse erzeugten Kohlenwasserstoffen voraussagen. Um einen Olefingehalt zu steuern, kann ein Betrieb bei niedrigeren Pyrolysetemperaturen und einem höheren Druck vorteilhaft sein. Der Olefinanteil in den oben stehenden Aus führungsformen kann durch einen Betrieb bei niedriger Pyrolysetemperatur und einem hohen Druck verringert werden.
  • 93 stellt die Abhängigkeit der Ausbeute von aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten äquivalenten Flüssigkeiten als eine Funktion von Druck und Temperatur dar. Die Linie 3340 stellt die Druck-Temperatur-Kombination dar, bei der 8,38 × 10–5 m3 Fluid pro Kilogramm Ölschiefer (20 Gallonen/Tonne) gefördert wird. Der Druck/Temperaturplot resultiert in einer Linie 3342 für die Förderung von gesamten Fluiden pro Tonne Ölschiefer, die gleich 1,05 × 10–5 m3/kg (25 Gallonen/Tonne) ist. Die Linie 3344 veranschaulicht, dass 1,21 × 10–4 m3 Fluid aus einem Kilogramm Ölschiefer gefördert wird (30 Gallonen/Tonne). Zum Beispiel betrugen bei einer Temperatur von etwa 325°C und einem Druck von etwa 8 bar absolut die resultierenden äquivalenten Flüssigkeiten 8,38 × 10–5 m3/kg. Wenn die Temperatur der Retorte zunahm, und der Druck abnahm, erhöhte sich die Ausbeute der geförderten äquivalenten Flüssigkeiten. Geförderte äquivalente Flüssigkeiten wurden definiert als die Menge an Flüssigkeit, die dem Energiewert des/der geförderten Gases und Flüssigkeiten äquivalent ist.
  • 94 veranschaulicht einen Plot einer Ölausbeute, die aus der Behandlung einer Ölschiefer enthaltenden Formation gefördert wurde, gemessen als Volumen an Flüssigkeiten je Tonne der Formation als eine Funktion von Druck und Temperatur der Retorte. Die Temperatur ist in Celsiuseinheiten auf der x-Achse veranschaulicht, und der Druck ist in Einheiten von bar absolut auf der y-Achse veranschaulicht. Wie in 94 gezeigt, steigt die Ausbeute an Flüssigkeit/kondensierbaren Produkten, wenn die Temperatur der Retorte ansteigt, und der Druck der Retorte abnimmt. Die Linien an 94 entsprechen verschiedenen Flüssigkeitsförderraten, gemessen als das Volumen an ge förderten Flüssigkeiten je Gewicht Ölschiefer und sind in Tabelle 3 gezeigt.
  • Tabelle 3
    Figure 03250001
  • 95 veranschaulicht eine Ausbeute von Öl, die aus der Behandlung einer Ölschiefer enthaltenden Formation gefördert wurde, ausgedrückt als Prozent Fischer Assay als eine Funktion von Temperatur und Druck. Die Temperatur ist in Einheiten von Grad Celsius auf der x-Achse veranschaulicht, und der Manometerdruck ist in Einheiten von bar auf der y-Achse dargestellt. Der Fischer Assay wurde als ein Verfahren verwendet, um eine Ausbeute von Kohlenwasserstoffkondensat aus dem Ölschiefer abzuschätzen. In diesem Fall würde eine maximale Rückgewinnung 100% des Fischer Assays betragen. Wenn die Temperatur abnahm und der Druck zunahm, nahm die Ausbeute der Fischer Assay-Prozent ab.
  • 96 veranschaulicht ein Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Kohlenwasserstoffkondensats, als eine Funktion von Temperatur und Druck. Die Temperatur ist in Einheiten von Grad Celsius an der x-Achse veranschaulicht, und der Druck ist in Einheiten von bar an der y-Achse veranschaulicht. Wie in 96 gezeigt, nimmt ein Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis eines aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation geförderten Kohlenwasserstoffkondensats ab, wenn eine Temperatur zunimmt, und wenn ein Druck abnimmt. Wie in größerem Detail unter Be zugnahme auf weitere Ausführungsformen hierin beschrieben ist, kann das Behandeln einer Ölschiefer enthaltenden Formation bei hohen Temperaturen eine Wasserstoffkonzentration des geförderten Kohlenwasserstoffkondensats verringern.
  • 97 veranschaulicht die Wirkung von Druck und Temperatur innerhalb einer Ölschiefer enthaltenden Formation auf ein Verhältnis von Olefinen zu Paraffinen. Die Beziehung des Wertes von einer der Eigenschaften (R) zur Temperatur weist die gleiche funktionelle Form auf wie die vorstehend erläuterten Druck-Temperatur-Beziehungen. In diesem Fall kann die Eigenschaft (R) explizit als eine Funktion von Druck und Temperatur ausgedrückt werden. R = exp[F(P)/T + G(P)] F(p) = f1·(P)3 + f2·(P)2 + f3·(P) + f4 G(p) = g1·(P)3 + g2·(P)2 + g3·(P) + g4wobei R ein Wert der Eigenschaft ist, T die absolute Temperatur (in Grad Kelvin) ist, F(P) und G(P) Funktionen des Druckes sind, die den Anstieg und die überstrichene Fläche eines Plots von R gegenüber 1/T darstellen.
  • 97 ist ein Beispiel eines solchen Plots für ein Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis. Die Daten aus den oben stehenden Experimenten wurden mit Daten aus anderen Quellen verglichen. In einem Temperatur gegenüber Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis-Graph wurden unter Verwendung von Daten aus einer Vielfalt von Quellen Isobare aufgetragen. Die Daten aus den oben beschriebenen Experimenten umfassten ein Isobar bei 1 bar absolut 3360, 2,5 bar absolut 3362, 4,5 bar absolut 3364, 7,9 bar absolut 3366 und 14,8 bar absolut 3368. Zusätzliche aufgetragene Daten umfassten Daten aus einer Oberflächenretorte, Daten von Ljungstrom 3361 und Daten von ex situ Ölschieferstudien, durchge führt von den Lawrence Livermore Laboratories 3363. Wie in 97 veranschaulicht, erweist es sich, dass das Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis mit steigender Pyrolysetemperatur zunimmt. Für eine fixe Temperatur nimmt das Verhältnis jedoch mit einer Druckzunahme rasch ab. Es zeigt sich, dass höhere Drücke und niedrigere Temperaturen die niedrigsten Olefin-zu-Paraffin-Verhältnisse begünstigen. Bei einer Temperatur von etwa 325°C und einem Druck von etwa 4,5 bar absolut 3366 betrug ein Verhältnis von Olefinen zu Paraffinen annähernd 0,01. Pyrolysieren bei erniedrigter Temperatur und erhöhtem Druck kann ein Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis verringern. Pyrolysieren von Kohlenwasserstoffen für eine längere Zeitspanne, was durch Erhöhen des Druckes innerhalb des Systems bewerkstelligt werden kann, neigt dazu, in einem Öl mit niedrigerem durchschnittlichem Molekulargewicht zu resultieren. Darüber hinaus kann eine Förderung von Gas zunehmen, und ein nicht flüchtiger Koks kann gebildet werden.
  • 98 veranschaulicht eine Beziehung zwischen einer API-Dichte eines Kohlenwasserstoffkondensatfluids, dem Partialdruck von molekularem Wasserstoff innerhalb des Fluids und einer Temperatur innerhalb einer Ölschiefer enthaltenden Formation. Wie in 98 veranschaulicht, nahm die API-Dichte im Allgemeinen zu, wenn ein Partialdruck von Wasserstoff innerhalb des Fluids anstieg. Darüber hinaus zeigte sich, dass niedrigere Pyrolysetemperaturen die API-Dichte der geförderten Fluide erhöhte. Das Aufrechterhalten eines Partialdruckes von molekularem Wasserstoff innerhalb eines erhitzten Teiles einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation kann die API-Dichte der geförderten Fluide erhöhen.
  • In 99 ist eine Quantität von Ölflüssigkeiten, gefördert in m3 Flüssigkeiten pro kg Ölschiefer enthaltender Formation gegen einen Partialdruck von H2 aufgetragen. Ebenfalls in 99 sind verschiedene Kurven für eine bei unterschiedlichen Temperaturen stattfindende Pyrolyse veranschaulicht. Bei höheren Pyrolysetemperaturen war die Förderung von Ölflüssigkeiten höher als bei den niedrigen Pyrolysetemperaturen. Darüber hinaus neigten hohe Drücke dazu, die Quantität von Ölflüssigkeiten, die aus einer Ölschiefer enthaltenden Formation gefördert wurden, zu erniedrigen. Das Betreiben eines in situ-Umwandlungsverfahrens bei niedrigen Drücken und hohen Temperaturen kann eine höhere Quantität von Ölflüssigkeiten fördern als das Betreiben bei niedrigen Temperaturen und hohen Drücken.
  • Wie in 100 veranschaulicht, erhöhte sich ein Ethen-zu-Ethan-Verhältnis in dem geförderten Gas mit zunehmender Temperatur. Darüber hinaus erniedrigte die Anwendung von Druck das Ethen-zu-Ethan-Verhältnis signifikant. Wie in 100 veranschaulicht, erniedrigten niedrigere Temperaturen und höhere Drücke das Ethen-zu-Ethan-Verhältnis. Das Ethen-zu-Ethan-Verhältnis ist bezeichnend für das Olefin-zu-Paraffin-Verhältnis in den kondensierten Kohlenwasserstoffen.
  • 101 veranschaulicht ein Verhältnis von atomarem Wasserstoff zu atomarem Kohlenstoff in den Kohlenwasserstoffflüssigkeiten. Im Allgemeinen erhöhten niedrigere Temperaturen und höhere Drücke das Verhältnis von atomarem Wasserstoff zu atomarem Kohlenstoff der geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten.
  • Es wurde ein Feldversuch des in situ-Verfahrens in dem Ölschiefer in kleinem Maßstab durchgeführt. Ein Ziel dieses Tests bestand darin, Laborexperimente, die das in situ-Retortenverfahren verwendeten, die Rohöl von hoher Qualität förderten, zu erhärten.
  • Wie in 104 veranschaulicht, bestand der Feldversuch aus einem einzelnen, unbegrenzten, sechseckigen Siebenpunkt-Muster mit einer Beabstandung von 8 Fuß. Sechs Hitzeeinsspritzschächte 3600, die auf eine Tiefe von 40 m gebohrt wurden, enthielten 17 m lange Heizelemente, die thermische Energie von 21 m bis 39 m in die Formation einspritzten. Ein einzelner Förderschacht 3602 in der Mitte des Musters fing die Flüssigkeiten und Dämpfe aus der in situ-Retorte auf. Drei Beobachtungsschächte 3603 innerhalb des Musters und einer außerhalb des Musters zeichneten Formationstemperaturen und Drücke auf. Sechs Entwässerungsschächte 3604 umgaben das Muster mit einer 6 m Beabstandung und endeten in einer aktiven wasserführenden Schicht unterhalb des erhitzten Intervalles (von 44 m bis 61 m). 105 ist eine Querschnittsansicht des Feldversuchs. Ein Förderschacht 3602 umfasst eine Pumpe 3614. Der untere Teil des Förderschachtes 3602 wurde mit Kies abgedichtet. Der obere Teil des Förderschachts 3602 wurde zementiert. Der Heizschacht 3600 war in einem Abstand von annähernd 2,4 Meter von dem Förderschacht 3602 angeordnet. Ein Heizelement war innerhalb des Heizschachtes angeordnet, und der Heizschacht war in Position zementiert. Die Entwässerungsschächte 3604 waren annähernd 4,0 Meter von den Heizschächten 3600 angeordnet.
  • Gefördertes Öl, Gas und Wasser wurde über die gesamte Dauer des Experiments gesammelt und analysiert. Oberflächendrücke und Drücke unter der Oberfläche und Temperaturen sowie Energieeinspritzdaten wurden elektronisch erfasst und für eine spätere Auswertung gespeichert. Das aus dem Test geförderte Mischöl wies eine API-Dichte von 36° mit einem niedrigen Olefingehalt von 1,1 Gew.-% und einen Paraffingehalt von 66 Gew.-% auf. Das Mischöl umfasste auch einen Schwefelgehalt von 0,4 Gew.-%. Dieses kondensatähnliche Rohöl bestätigte die von den Laborexperimenten vorhergesagte Qualität. Die Zusammensetzung des Gases änderte sich über den gesamten Test. Das Gas war reich an Wasserstoff (durchschnittlich ca. 25 Mol-%) und CO2 (durchschnittlich ca. 15 Mol-%) wie erwartet.
  • Die Bewertung des Bohrkerns nach dem Erhitzen zeigt, dass die Mahagoni-Zone gründlich destilliert war, mit Ausnahme der Oberseite und der Unterseite 1 m bis 1,2 m. Es zeigte sich, dass der Ölgewinnungswirkungsgrad im Bereich von 75% bis 80 lag. Eine gewisse Destillation erfolgte auch bei zumindest 2 Fuß außerhalb des Musters. Während des Versuches wurden die Drücke mit Drucküberwachungsschächten überwacht. Die Drücke stiegen bis zu einem höchsten Druck bei 9,4 bar absolut an und nahmen dann langsam ab. Das Öl von hoher Qualität wurde bei dem höchsten Druck und Temperaturen unterhalb von 350°C gefördert. Der Druck wurde auf Atmosphärendruck gesenkt, während die Temperaturen auf über 370°C anstiegen. Wie vorhergesagt stellte sich heraus, dass die Ölzusammensetzung unter diesen Bedingungen eine niedrigere API-Dichte, höheres Molekulargewicht, höhere Kohlenstoffzahlen in der Kohlenstoffzahlverteilung, höheren Olefingehalt und höhere Schwefel- und -Stickstoffgehalte aufwies.
  • 106 veranschaulicht einen Plot der Maximaltemperaturen innerhalb eines jeden der drei innersten Beobachtungsschächte 3603 (siehe 104) gegenüber Zeit. Die Temperaturprofile waren für die drei Beobachtungsschächte sehr ähnlich. Hitze wurde 216 Tage lang an die Ölschiefer enthaltende Formation geliefert. Wie in 106 veranschaulicht, stieg die Temperatur an den Beobachtungsschächten konstant an, bis die Hitze abgeschaltet wurde.
  • 175 veranschaulicht einen Plot einer Kohlenwasserstoffflüssigkeitsförderung in Barrel/Tag für dasselbe in situ-Experiment. In dieser Fig. zeigt die als „Separatoröl" gekennzeichnete Linie die Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, die geför dert wurden, nachdem die geförderten Fluide auf Umgebungstemperatur abgekühlt und getrennt wurden. In dieser Figur umfasst die als „Öl & C5 + Gasflüssigkeiten" gekennzeichnete Linie die Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, die gefördert wurden, nachdem die geförderten Fluide auf Umgebungsbedingungen gekühlt und getrennt wurden, und zusätzlich die bewerteten C5- und schwereren Verbindungen, die abgefackelt wurden. Die gesamten flüssigen Kohlenwasserstoffe, die während des Experiments an einen Lagertank gefördert wurden, betrugen 194 Barrel. Die gesamten geförderten äquivalenten flüssigen Kohlenwasserstoffe (mit den C5- und schwereren Verbindungen) betrugen 250 Barrel. Wie in 175 angezeigt, wurde die Hitze am Tag 216 abgeschaltet, einige Kohlenwasserstoffe wurden jedoch danach weiter gefördert.
  • 176 veranschaulicht einen Plot der Förderung von Kohlenwasserstoffflüssigkeiten (in Barrel pro Tag), Gas (in Megakubikfuß) pro Tag und Wasser (in Barrel pro Tag) gegenüber eingespritzter Hitzeenergie (in Megawattstunden) während desselben in situ-Experiments. Wie in 176 gezeigt, wurde die Hitze abgestellt, nachdem etwa 440 Megawattstunden Energie eingespritzt worden waren.
  • Wie in 107 veranschaulicht, zeigte der Druck innerhalb des Ölschiefer enthaltenden Materials zu Beginn einige Schwankungen bei verschiedenen Tiefen, mit der Zeit glichen sich diese Schwankungen jedoch aus. 107 zeigt den Manometer-Fluiddruck in dem Beobachtungsschacht 3603 gegenüber Zeit gemessen in Tagen bei einem radialen Abstand von 2,1 m von dem Förderschacht 3602. Die Fluiddrücke wurden bei Tiefen von 24 m und 33 m überwacht. Diese Tiefen entsprachen einem Reichtum von 8,3 × 105 m3 Öl/kg des Ölschiefers bei 24 m und 1,7 × 10–4 m3 Öl/kg des Ölschiefers bei 33 m innerhalb des Ölschiefer enthaltenden Materials. Die anfänglich beobachteten höheren Drücke bei 33 m können das Ergebnis einer stärkeren Erzeugung von Fluiden auf Grund des Reichtums des Ölschiefer enthaltenden Materials bei dieser Tiefe sein. Darüber hinaus kann bei niedrigeren Tiefen ein lithostatischer Druck höher sein und bewirken, dass das Ölschiefer enthaltende Material bei 33 m bei höheren Druck bricht als bei 24 m. Im Verlauf des Experiments glichen sich die Drücke innerhalb der Ölschiefer enthaltenden Formation aus. Der Ausgleich des Druckes kann aus Brüchen, die sich innerhalb der Ölschiefer enthaltenden Formation ausbildeten, resultieren.
  • 108 ist ein Plot der API-Dichte gegenüber Zeit gemessen in Tagen. Wie in 108 veranschaulicht war die API-Dichte relativ hoch (d. h. bis etwa 140 Tage um 40° herum). Danach nahm die API-Dichte konstant ab, obwohl sie noch immer schwankte. Vor 110 Tagen stieg der bei seichteren Tiefen gemessene Druck an, und nach 110 Tagen begann er signifikant abzunehmen. Bei etwa 140 Tagen begann der Druck bei tieferen Tiefen abzunehmen. Bei etwa 140 Tagen stieg die Temperatur wie an den Beobachtungsschächten gemessen, über etwa 370°C an.
  • In 109 sind durchschnittliche Kohlenstoffzahlen des geförderten Fluids gegenüber Zeit gemessen in Tagen aufgetragen. Bei annähernd 140 Tagen stieg die durchschnittliche Kohlenstoffzahl der geförderten Fluide an. Dies entsprach annähernd dem Temperaturanstieg und dem Druckabfall, wie in 106 bzw. 107 veranschaulicht. Darüber hinaus nahm die Dichte der geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten in Gramm pro cm3 bei annähernd 140 Tagen zu, wie in 110 demonstriert. Die Qualität der geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, wie in den 108, 109 und 110 demonstriert, nahm mit steigender Temperatur und sinkendem Druck ab.
  • 111 zeigt einen Plot der Gew.-% spezieller Kohlenstoffzahlen von Kohlenwasserstoffen innerhalb der geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten. Die verschiedenen Kurven stellen verschiedene Zeiten dar, zu denen die Flüssigkeiten gefördert wurden. Die Verteilung der Kohlenstoffzahl der geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten für die ersten 136 Tage zeigte eine relativ schmale Verteilung der Kohlenstoffzahl mit geringen Gew.-% an Kohlenstoffzahlen von mehr als 16. Die Verteilung der Kohlenstoffzahl der geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten wird nach 136 Tagen (z. B. von 199 Tagen bis 206 Tage bis 231 Tage) mit fortschreitender Zeit fortschreitend breiter. Während die Temperatur weiter zunahm, und der Druck gegen eine Atmosphäre absolut abgenommen hat, verschlechterte sich die Produktqualität kontinuierlich.
  • 112 veranschaulicht einen Plot der Gew.-% von speziellen Kohlenstoffzahlen von Kohlenwasserstoffen innerhalb der geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten. Die Kurve 3620 stellt die Kohlenstoffverteilung des zusammengesetzten Gemisches von Kohlenwasserstoffflüssigkeiten über den gesamten in situ-Umwandlungsverfahrens (in situ conversion process = „ICP") Feldversuch dar. Zum Vergleich ist auch ein Plot der Verteilung der Kohlenstoffzahl für Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, die aus einer Oberflächenretorte des gleichen Green River Ölschiefers gefördert wurde, als Kurve 3622 abgebildet. In der Oberflächenretorte wurde Ölschiefer abgebaut, in einem Gefäß angeordnet und bei Atmosphärendruck schnell auf eine hohe Temperatur von mehr als 500°C erhitzt. Wie in 112 veranschaulicht, lag eine Verteilung der Kohlenstoffzahl des Großteils der aus dem ICP-Feldversuch geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten innerhalb eines Bereiches von 8 bis 15. Die maximale Kohlenstoffzahl aus einer Ölförderung während des ICP-Feldversuches betrug etwa 13. Im Gegensatz dazu weist die Oberflächenretorte 3622 eine relativ flache Verteilung der Kohlen stoffzahl mit einem wesentlichen Betrag an Kohlenstoffzahlen von mehr als 25 auf.
  • Während des ICP-Versuches wurden die Formationsdrücke mit Drucküberwachungsschächten überwacht. Der Druck stieg bis zu einem höchsten Druck bei 9,3 bar absolut an und nahm dann langsam ab. Die hohe Ölqualität wurde bei den höchsten Drücken und Temperaturen unter 350°C gefördert. Der Druck wurde auf Atmosphärendruck gesenkt, während die Temperaturen über 370°C anstiegen. Wie vorhergesagt, zeigte die Ölzusammensetzung unter diesen Bedingungen eine niedrigere API-Dichte, höheres Molekulargewicht, höhere Kohlenstoffzahlen in der Verteilung der Kohlenstoffzahl, einen höheren Olefingehalt und höhere Schwefel- und Stickstoffgehalte.
  • In 113 wurden experimentelle Daten aus Studien, die von den Lawrence Livermore National Laboratories (LLNL) durchgeführt wurden, zusammen mit den Labordaten aus dem in situ-Umwandlungsverfahren (ICP) für eine Ölschiefer enthaltende Formation bei Atmosphärendruck aufgetragen. Die Ölgewinnung als Prozent Fischer Assay wurde gegen einen Log der Aufheizgeschwindigkeit aufgetragen. Die Daten der LLNL 3642 umfassten Daten, die von der Pyrolyse von pulverförmigem Ölschiefer bei Atmosphärendruck und in einem Bereich von etwa 2 bar absolut bis etwa 2,5 bar absolut abgeleitet wurden. Wie in 113 veranschaulicht, zeigen die Daten der LLNL einen linearen Trend. Die Daten aus dem ICP 3640 zeigen, dass die Ölgewinnung, gemessen durch einen Fischer Assay, für das ICP viel höher war, als die Daten der LLNL 3642 nahe legen würden. 113 demonstriert, dass die Ölgewinnung aus einem Ölschiefer entlang einer S-Kurve zunimmt.
  • Die Resultate aus dem Ölschiefer-Feldversuch (z. B. gemessene Drücke, Temperaturen, geförderte Fluid-Quantitäten und -Zusam mensetzungen etc.) wurden in ein numerisches Simulationsmodell eingegeben, um zu versuchen, die Formationsfluid-Transportmechanismen abzuschätzen. 114 zeigt die Resultate aus der Computersimulation. In 114 wurde die Ölförderung 3670 in einen Lagertank in Barrel/Tag gegen die Zeit aufgetragen. Der Bereich 3674 stellt die flüssigen Kohlenwasserstoffe in der Formation bei Lagerstättenbedingungen dar, die in dem Feldversuch gemessen wurden. 114 zeigt an, dass mehr als 90 der Kohlenwasserstoffe in der Formation Dämpfe waren. Auf der Grundlage dieser Resultate und der Tatsache, dass die Schächte in dem Feldversuch hauptsächlich Dämpfe förderten (bis solche Dämpfe gekühlt wurden, an welchem Punkt Kohlenwasserstoffflüssigkeiten gefördert wurden), nimmt man an, dass Kohlenwasserstoffe in der Formation sich als Dämpfe durch die Formation bewegen, wenn sie, wie oben stehend für den Ölschiefer-Feldversuch beschrieben, erhitzt werden.
  • Es wurde eine Serie von Experimenten durchgeführt, um die Auswirkungen verschiedener Eigenschaften Kohlenwasserstoff enthaltender Formationen auf Eigenschaften von aus Kohle enthaltenden Formationen geförderten Fluiden zu bestimmen. Die Fluide können nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen gefördert werden. Die Serie von Experimenten umfasste organische Petrographie, Grobanalysen, Elementaranalysen, Rock Eval Pyrolyse, Leco-Bestimmung des Gesamtgehalts an organischem Kohlenstoff („TOC"), Fischer Assay und Pyrolyse-Gaschromatographie. Solch eine Kombination petrographischer und chemischer Verfahren kann ein schnelles und kostengünstiges Verfahren zum Bestimmen physikalischer und chemischer Eigenschaften von Kohle bereitstellen und für ein umfangreiches Verständnis der Wirkung geochemischer Parameter auf eine potenzielle Öl- und Gasförderung aus Kohlepyrolyse sorgen. Die Serie von Experimenten wurde an 45 Würfeln aus Kohle durchgeführt, um Gesteinseigenschaften der Quelle jeder Kohle zu bestimmen und um eine potenzielle Öl- und Gasförderung aus jeder Kohle zu abzuschätzen.
  • Organische Petrologie ist das Studium, meist unter dem Mikroskop, der organischen Bestandteile von Kohle und anderen Gesteinen. Die Petrographie von Kohle ist wichtig, da sie die physikalische und chemische Natur der Kohle betrifft. Die Elementaranalyse betrifft eine Reihe definierter Verfahren, die verwendet werden, um Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel, Stickstoff, Asche, Sauerstoff und den Heizwert einer Kohle zu bestimmen. Grobanalyse ist die Messung des Feuchteanteils, der Asche, flüchtiger Bestandteile und des Gehalts an gebundenem Kohlenstoff einer Kohle.
  • Die Rock-Eval Pyrolyse ist ein Werkzeug zur Erdölerkundung, das entwickelt wurde, um das erzeugende Potenzial und die thermische Reife von Steinen prospektiver Quellen abzuschätzen. Eine Bodenprobe kann in einer Heliumatmosphäre pyrolysiert werden. Zum Beispiel kann die Probe zuerst erhitzt und für 5 Minuten bei einer Temperatur von 300°C gehalten werden. Die Probe kann weiter mit einer Geschwindigkeit von 25°C/min auf eine Endtemperatur von 600°C erhitzt werden. Die Endtemperatur kann für 1 Minute gehalten werden. Die Pyrolyseprodukte können in einer getrennten Kammer bei 580°C oxidiert werden, um den Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff zu bestimmen. Alle erzeugten Komponenten können in zwei Ströme aufgeteilt werden, die einen Flammenionisationsdetektor, der Kohlenwasserstoffe misst, und einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor, der CO2 misst, durchströmen.
  • Die Leco-Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs („TOC") beinhaltet die Verbrennung von Kohle. Zum Beispiel wird eine kleine Probe (etwa 1 Gramm) in einem elektrischen Hochfrequenzfeld unter Sauerstoffatmosphäre auf 1500°C er hitzt. Die Umwandlung von Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid wird volumetrisch gemessen. Pyrolyse-Gaschromatographie kann zur quantitativen und qualitativen Analyse von Pyrolysegas verwendet werden.
  • Kohle unterschiedlicher Ränge und Vitrinit-Reflexionen wurde in einem Labor behandelt, um einen in situ-Umwandlungsvorgang zu simulieren. Die unterschiedlichen Kohleproben wurden mit einer Geschwindigkeit von etwa 2°C/Tag und einem Druck von ca. 4,4 bar absolut erhitzt. 115 zeigt Gew.-% von Paraffinen, aufgetragen gegen die Vitrinit-Reflexion. Wie in 115 gezeigt, steigen die Gew.-% von Paraffinen in dem geförderten Öl bei Vitrinit-Reflexionen der Kohle unterhalb von etwa 0,9% an. Darüber hinaus nähern sich Gew.-% von Paraffinen in dem geförderten Öl bei Vitrinit-Reflexionen von etwa 0,9% einem Maximum. 116 zeigt Gew.-% von Cycloalkanen in dem geförderten Öl, aufgetragen gegen die Vitrinit-Reflexion. Wie in 116 gezeigt, stiegen Gew.-% von Cycloalkanen in dem geförderten Öl mit steigender Vitrinit-Reflexion an. Gew.-% einer Summe aus Paraffinen und Cycloalkanen sind in 117 gegen die Vitrinit-Reflexion aufgetragen. In einigen Ausführungsformen kann ein in situ-Umwandlungsverfahren verwendet werden, um Phenol zu fördern. Die Phenolerzeugung kann ansteigen, wenn ein Fluiddruck innerhalb der Formation bei einem niedrigeren Druck gehalten wird. Phenol-Gew.-% in dem geförderten Öl sind in 118 gezeigt. Gew.-% von Phenol in dem geförderten Öl nehmen mit zunehmender Vitrinit-Reflexion ab. 119 veranschaulicht Gew.-% von Aromaten in den Kohlenwasserstofffluiden, aufgetragen gegen die Vitrinit-Reflexion. Wie in 119 gezeigt, nehmen Gew.-% von Aromaten in dem geförderten Öl unter ein Vitrinit-Reflexion von etwa 0,9% ab. Gew.-% von Aromaten in dem geförderten Öl nehmen über einer Vitrinit-Reflexion von etwa 0,9 zu. 120 zeigt ein Verhältnis von Paraffinen zu Aromaten 3680 und ein Verhältnis von Aliphaten zu Aromaten 3682, aufgetragen gegen die Vitrinit-Reflexion. Beide Verhältnisse steigen bei einer Vitrinit-Reflexion zwischen etwa 0,7% und etwa 0,9% auf ein Maximum an. Über einer Vitrinit-Reflexion von etwa 0,9% nehmen beide Verhältnisse bei abnehmender Vitrinit-Reflexion ab.
  • 134 zeigt die Zusammensetzungen der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe und die API-Dichten der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe, die gefördert wurden, als Kohle verschiedener Ränge, wie oben stehend für die 115 bis 120 beschrieben, behandelt wurden. In 134 bedeutet „SubC" einen Rang sub-bituminöser C-Kohle, „SubB" bedeutet einen Rang sub-bituminöser B-Kohle, „SubA" bezieht sich auf einen Rang sub-bituminöser A-Kohle, „HVC" bezieht sich auf einen Rang leicht flüchtiger bituminöser C-Kohle, „HVB/A" bezieht sich auf einen Rang leicht flüchtiger bituminöser Kohle an der Grenze zwischen A- und B-rangiger Kohle, „MV" bezieht sich auf einen Rang mittel flüchtiger bituminöser Kohle, und „Ro" bezieht sich auf die Vitrinit-Reflexion. Wie in 134 zu sehen, werden verschiedene Ränge von Kohle unterschiedliche Zusammensetzungen liefern, wenn sie in gewissen hierin beschriebenen Ausführungsformen behandelt werden. Zum Beispiel kann es in vielen Fällen gewünscht sein, eine Kohle mit einem Rang von HVB/A zu behandeln, da eine solche Kohle nach einer Behandlung die höchste API-Dichte, die höchsten Gew.-% an Paraffinen und höchsten Gew.-% an der Summe aus Paraffinen und Cycloalkanen aufweist.
  • Die Ergebnisse wurden auch als eine Ausbeute an Produkten abgebildet. Die 121 bis 124 veranschaulichen die Ausbeuten an Komponenten als m3 Produkt pro kg Kohlenwasserstoff enthaltender Formation, gemessen auf trockener aschefreier Basis. Wie in 121 veranschaulicht, stieg die Ausbeute an Paraffinen mit steigender Vitrinit-Reflexion der Kohlen. Für Kohlen mit einer Vitrinit-Reflexion von mehr als etwa 0,7 bis 0,8% fiel die Ausbeute an Paraffinen jedoch dramatisch ab. Überdies folgte eine Ausbeute an Cycloalkanen ähnlichen Trends wie die Paraffine, sie nahm mit zunehmender Vitrinit-Reflexion der Kohle zu und nahm für Kohlen mit einer Vitrinit-Reflexion von mehr als etwa 0,7% oder 0,8% ab, wie in 122 veranschaulicht.
  • 123 veranschaulicht die Zunahme sowohl an Paraffinen als auch an Cycloalkanen, wenn die Vitrinit-Reflexion von Kohle auf etwa 0,7% oder 0,8% zunimmt. Wie in 124 veranschaulicht, kann die Ausbeute an Phenolen für Kohle enthaltendes Material mit einer Vitrinit-Reflexion von weniger als etwa 0,3% und mehr als etwa 1,25% relativ gering sein. Die Förderung von Phenolen kann auf Grund des Werts von Phenol als Einsatzstoff für chemische Synthesen wünschenswert sein.
  • Wie in 125 demonstriert, zeigt sich, dass die API-Dichte signifikant zunimmt, wenn die Vitrinit-Reflexion größer als etwa 0,4% ist. 126 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Rang der Kohle (z. B. Vitrinit-Reflexion) und einer Ausbeute kondensierbarer Kohlenwasserstoffe (in Gallonen je Tonne auf trockener aschefreier Basis) aus einer Kohle enthaltenden Formation. Es zeigt sich, dass die Ausbeute in diesem Experiment in einem optimalen Bereich liegt, wenn die Kohle eine Vitrinit-Reflexion von mehr als etwa 0,4% bis weniger als etwa 1,3% aufweist.
  • 127 veranschaulicht einen Plot einer CO2-Ausbeute von Kohle mit verschiedenen Vitrinit-Reflexionen. In den 127 und 128 ist die CO2-Ausbeute in Gew.-% auf einer trockenen aschefreien Basis dargestellt. Wie in 127 gezeigt, wurde zumindest etwas CO2 aus allen Kohleproben freigesetzt. Solch eine CO2-Förderung kann verschiedenen oxidierten in den ursprünglichen Kohleproben vorhandenen funktionellen Gruppen entspre chen. Eine Ausbeute von aus niederrangigen Kohleproben gefördertem CO2 war signifikant höher als eine Förderung aus hochrangigen Kohleproben. Niederrangige Kohlen können Lignit und sub-bituminöse Braunkohlen umfassen. Hochrangige Kohlen können Semi-Athrazit- und Anthrazitkohle umfassen. 128 veranschaulicht einen Plot einer CO2-Ausbeute aus einem Teil einer Kohle enthaltenden Formation gegenüber dem atomaren O/C-Verhältnis innerhalb eines Teiles einer Kohle enthaltenden Formation. Wenn das atomare O/C-Verhältnis zunimmt, nimmt ein CO2-Ausbeute zu.
  • Ein langsamer Aufheizvorgang kann kondensierte Kohlenwasserstofffluide mit API-Dichten in einem Bereich von 22° bis 50° und durchschnittlichen Molekulargewichten von etwa 150 g/gmol bis etwa 250 g/gmol fördern. Diese Eigenschaften können mit Eigenschaften von kondensierten Kohlenwasserstofffluiden verglichen werden, die durch ex situ-Destillation von Kohle gefördert werden, wie in der GB Patentanmeldung Nr. GB 2 068 014 A berichtet. Zum Beispiel können die Eigenschaften von durch einen ex situ-Destillationsvorgang geförderten kondensierten Kohlenwasserstofffluiden API-Dichten von 1,9° bis 7,9° umfassen, wenn sie bei Temperaturen von 521°C bzw. 427°C gefördert werden.
  • Tabelle 4 zeigt einen Vergleich von Gaszusammensetzungen in Vol.-%, die aus einer in situ-Vergasung von Kohle mit Hilfe von Lufteinspritzung, um die Kohle zu erhitzen, eine in situ-Vergasung von Kohle mit Hilfe von Sauerstoffeinspritzung, um die Kohle zu erhitzen, und einer in situ-Vergasung von Kohle in einer reduzierenden Atmosphäre durch Erhitzen mit Hilfe thermischer Pyrolyse wie in Ausführungsformen hierin beschrieben, erhalten werden.
  • Tabelle 4
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  • Wie in Tabelle 4 gezeigt, kann ein gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform gefördertes Gas behandelt und durch bestehende Erdgassysteme verkauft werden. Im Gegensatz dazu kann Gas, das durch typische in situ-Vergasungsvorgänge gefördert wird, nicht behandelt und durch bestehende Erdgassysteme verkauft werden. Zum Beispiel betrug ein Heizwert des Gases, das durch Vergasung mit Luft gefördert wurde, 6000 KJ/m3, und ein Heizwert eines Gases, das durch Vergasung mit Sauerstoff gefördert wurde, betrug 11 439 KJ/m3. Im Gegensatz dazu betrug ein Heizwert des Gases, das durch Erhitzen durch Wärmeleitung gefördert wurde, 39 159 KJ/m3.
  • Es wurden Experimente durchgeführt, um den Unterschied zwischen der Behandlung relativ großer fester Kohleblöcke gegenüber der Behandlung relativ kleiner, locker gepackter Kohlepartikel zu bestimmen.
  • Wie in 129 veranschaulicht, wurde Kohle 3700 in der Form eines Würfels erhitzt, um die Kohle zu pyrolysieren. Die Hitze wurde aus einer in die Mitte des Würfels eingesetzte Wärmequelle 3704 an den Würfel 3700 geliefert, wie auch von Wärme quellen 3702, die an den Seiten des Würfels angeordnet waren. Der Würfel war von einer Isolierung 3705 umgeben. Die Temperatur wurde mit Hilfe der Wärmequellen 3704, 3702 bei einer Geschwindigkeit von etwa 2°C/Tag bei Atmosphärendruck gleichzeitig erhöht. Die Messungen von den Temperaturanzeigen 3706 wurden verwendet, um eine durchschnittliche Temperatur des Würfels 3700 zu bestimmen. Der Druck in dem Würfel 3700 wurde mit einer Druckanzeige 3708 überwacht. Die aus dem Würfel aus Kohle geförderten Fluide wurden gesammelt und durch eine Leitung 3709 geführt. Die Temperatur der Produktfluide wurde mit der Temperaturanzeige 3706 an der Leitung 3709 überwacht. Ein Druck der Produktfluide wurde mit der Druckanzeige an der Leitung 3709 überwacht. Ein Kohlenwasserstoffkondensat wurde in einem Separator 3710 von einem nicht-kondensierbarem Fluid getrennt. Der Druck in dem Separator 3710 wurde mit einer Druckanzeige 3708 überwacht. Ein Teil des nicht-kondensierbaren Fluids wurde durch die Leitung 3711 zur Charakterisierung zu Gasanalysatoren 3712 geführt. Abgezogene Proben wurden aus einer Öffnung 3714 zum Abziehen von Proben entnommen. Die Temperatur der nicht-kondensierbaren Fluide wurde mit der Temperaturanzeige 3706 an der Leitung 3711 überwacht. Ein Druck der nicht-kondensierbaren Fluide wurde mit der Drucküberwachung 3708 an der Leitung 3711 überwacht. Das restliche Gas wurde durch einen Durchflussmesser 3716 und ein Kohleadsorptionselement 3718 geführt, und in die Atmosphäre entlüftet. Das geförderte Kohlenwasserstoffkondensat wurde gesammelt und analysiert, um die Zusammensetzung des Kohlenwasserstoffkondensats zu bestimmen.
  • 102 veranschaulicht eine Vorrichtung für ein Trommelexperiment. Diese Vorrichtung wurde verwendet, um Kohle zu prüfen. Eine elektrische Heizeinrichtung 3404 und eine Bett-Heizeinrichtung 3402 wurden verwendet, um den Inhalt einer Trommel 3400 gleichförmig zu erhitzen. Eine Isolierung 3405 umgibt die Trommel 3400. Der Inhalt der Trommel 3400 wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 2°C/Tag bei verschiedenen Drücken erhitzt. Messungen von Temperaturanzeigen 3406 wurden verwendet, um eine durchschnittliche Temperatur in der Trommel 3400 zu bestimmen. Der Druck in der Trommel wurde mit einer Druckanzeige 3408 überwacht. Die Produktfluide wurden durch eine Leitung 3409 aus der Trommel 3400 entfernt. Die Temperatur der Produktfluide wurde mit der Temperaturanzeige 3406 an der Leitung 3409 überwacht. Ein Druck der Produktfluide wurde mit der Druckanzeige 3408 an der Leitung 3409 überwacht. Die Produktfluide wurden in einem Separator 3410 getrennt. Der Separator 3410 trennte Produktfluide in kondensierbare und nicht-kondensierbare Produkte. Der Druck in dem Separator 3410 wurde mit der Druckanzeige 3408 überwacht. Nicht-kondensierbare Produktfluide wurden durch eine Leitung 3411 entfernt. Eine Zusammensetzung eines Teiles von aus dem Separator 3410 entfernten nicht-kondensierbaren Produktfluiden wurde durch einen Gasanalysator 3412 bestimmt. Ein Teil von kondensierbaren Produktfluiden wurde aus dem Separator 3410 entfernt. Zusammensetzungen des gesammelten Teiles von kondensierbaren Produktfluiden wurden durch externe Analysenverfahren bestimmt. Die Temperatur der nicht-kondensierbaren Fluide wurde mit der Temperaturanzeige 3406 an der Leitung 3411 überwacht. Ein Druck der nicht-kondensierbaren Fluide wurde mit der Druckanzeige 3408 an der Leitung 3411 überwacht. Der Durchfluss von nicht-kondensierbaren Fluiden aus dem Separator 3410 wurde durch einen Durchflussmesser 3416 bestimmt. Die in dem Durchflussmesser 3416 gemessenen Fluide wurden gesammelt und in dem Kohleadsorberelement 3418 neutralisiert. Die Gasproben wurden in einem Gasbehälter 3414 gesammelt.
  • Ein großer Block leicht flüchtiger bituminöser B Fruitland-Kohle wurde in zwei Teile geteilt. Ein Teil (etwa 550 kg) wurde in kleine Stücke gemahlen und in einer Kohletrommel ge prüft. Die Kohle wurde auf einen annähernden Durchmesser von etwa 6,34 × 10–4 m gemahlen. Die Ergebnisse solcher Tests sind mit den Kreisen in den 131 und 133 dargestellt. Ein Teil (ein Würfel mit einem Seitenmaß von 0,3048 m) wurde in einem Kohlewürfelexperiment getestet. Die Ergebnisse solcher Tests sind in den 131 und 133 mit den Quadraten dargestellt.
  • 131 ist ein Plot von Gasphasenzusammensetzungen aus Experimenten an einem Kohlewürfel und einer Kohletrommel für H2 3724, Methan 3726, Ethan 3780, Propan 3781, n-Butan 3782 und andere Kohlenwasserstoffe 3783 als eine Funktion der Temperatur. Wie für 131 ersichtlich, wiesen die nicht-kondensierbaren Fluide, die aus der Pyrolyse des Würfels und der Trommel gefördert wurden, ähnliche Konzentrationen der verschiedenen, innerhalb der Kohle erzeugten Kohlenwasserstoffe auf. In 31 waren diese Ergebnisse so ähnlich, dass für Ethan 3780, Propan 3781, n-Butan 3782 und andere Kohlenwasserstoffe 3783 nur eine Linie sowohl für die Würfel- als auch die Trommelergebnisse gezeichnet wurde, und die beiden Linien, die für H2 gezeichnet wurden (3724a und 3724b), und die beiden Linien, die für Methan gezeichnet wurden (3726a und 3726b), waren in beiden Fällen sehr nahe aneinander. Ein Brechen der Kohle hatte keine sichtbare Auswirkung auf die Pyrolyse der Kohle. Das Maximum der Methanförderung 3726 trat bei etwa 450°C auf. Bei höheren Temperaturen crackt Methan zu Wasserstoff, und so nimmt die Methankonzentration ab, während der Wasserstoffgehalt 3724 zunimmt.
  • 132 veranschaulicht einen Plot einer gesamten Erzeugung von Gas als eine Funktion der Temperatur aus dem Erhitzen von Kohle in dem Würfel und Kohle in der Trommel. Die Linie 3790 stellt eine Gaserzeugung aus Kohle in der Trommel dar, und die Linie 3791 stellt eine Gaserzeugung aus Kohle in dem Würfel dar. Wie durch 132 demonstriert, lieferte die Erzeugung von Gas in beiden Experimenten ähnliche Ergebnisse, obwohl die Partikelgrößen zwischen den beiden Experimenten dramatische Unterschiede aufwiesen.
  • 133 veranschaulicht die gesamten kondensierbaren Kohlenwasserstoffe, die in den Würfel- und Trommelexperimenten gefördert wurden. Die Linie 3720 stellt die gesamte Förderung kondensierbarer Kohlenwasserstoffe aus dem Würfelexperiment dar, und die Linie 3722 stellt die gesamte Förderung kondensierbarer Kohlenwasserstoffe aus dem Trommelexperiment dar. Wie in 133 demonstriert, ergab die Förderung kondensierbarer Kohlenwasserstoffe in beiden Experimenten ähnliche Ergebnisse, selbst obwohl die Partikelgrößen zwischen den beiden Experimenten dramatische Unterschiede aufwiesen. Die Förderung kondensierbarer Kohlenwasserstoffe ist im Wesentlichen beendet, wenn die Temperatur etwa 390°C erreicht. In beiden Experimenten wiesen die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe eine API-Dichte von etwa 37 Grad auf.
  • Wie in 131 gezeigt, begann die Förderung von Methan bei einer Temperatur von etwa 270°C oder darüber. Da die Experimente bei Atmosphärendruck durchgeführt wurden, geht man davon aus, dass das Methan aus der Pyrolyse erzeugt wird, und nicht aus bloßer Desorption. Zwischen etwa 270°C und etwa 400°C wurden kondensierbare Kohlenwasserstoffe, Methan und H2 erzeugt, wie in den 131, 132 und 133 gezeigt. 131 zeigt, dass über einer Temperatur von etwa 400°C Methan und H2 weiter erzeugt werden. Über etwa 450°C jedoch nahm die Methankonzentration in den erzeugten Gasen ab, wohingegen die erzeugten Gase erhöhte Mengen an H2 enthielten. Wenn die Erhitzung fortgesetzt würde, so wäre schließlich das gesamte in der Kohle verbleibende H2 erschöpft, und die Erzeugung von Gas aus der Kohle würde enden. Die 131133 zeigen an, dass das Verhältnis einer Ausbeute an Gas zu einer Ausbeute an konden sierbaren Kohlenwasserstoffen zunimmt, wenn die Temperatur über etwa 390°C ansteigt.
  • Die 131133 demonstrieren, dass die Partikelgröße die Qualität kondensierbarer Kohlenwasserstoffe, die aus der behandelten Kohle erzeugt wurden, die Quantität kondensierbarer Kohlenwasserstoffe, die aus der behandelten Kohle gefördert wurden, die Menge an Gas, das aus der behandelten Kohle gefördert wurde, die Zusammensetzung des Gases, das aus der behandelten Kohle gefördert wurde, die Zeit, die erforderlich war, um die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe und Gas aus der behandelten Kohle zu erzeugen, oder die Temperaturen, die erforderlich waren, um die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe und Gas aus der behandelten Kohle zu erzeugen, nicht wesentlich beeinflussen. Im Wesentlichen lieferte ein Block aus Kohle im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse aus einer Behandlung wie kleine Kohlepartikel. Als solches geht man davon aus, dass Punkte hinsichtlich der Maßstabvergrößerung beim Behandeln von Kohle die Behandlungsergebnisse nicht wesentlich beeinflussen werden.
  • Es wurde ein Experiment durchgeführt, um eine Auswirkung des Erhitzens auf die thermische Leitfähigkeit und die Temperaturleitfähigkeit eines Teiles einer Kohle enthaltenden Formation zu bestimmen. In situ durchgeführte Wärmeimpulstests in einer leicht flüchtigen bituminösen C-Kohle vor Ort des Feldversuches zeigten eine thermische Leitfähigkeit zwischen 2,0 × 10–3 bis 2,39 × 10–3 cal/cm sec°C (0,85 bis 1,0 W/(m°K)) bei 20°C. Die Bereiche dieser Werte bestanden auf Grund verschiedener Messungen zwischen unterschiedlichen Schächten. Die Temperaturleitfähigkeit betrug 4,8 × 10–3 cm2/s bei 20°C (der Bereich erstreckte sich von etwa 4,1 × 10–3 bis etwa 5,7 × 10–3 cm2/s bei 20°C). Man geht davon aus, dass diese gemessenen Werte für die thermische Leitfähigkeit und Temperaturleitfä higkeit wesentlich höher sind, als auf der Grundlage von Literaturquellen zu erwarten wäre (z. B. in vielen Fällen etwa drei Mal höher).
  • Ein Anfangswert für die thermische Leitfähigkeit aus dem in situ-Experiment ist in 135 gegen die Temperatur aufgetragen (dieser Anfangswert ist der Punkt 3743 in 135). Zusätzliche Punkte für die thermische Leitfähigkeit (d. h. alle anderen Werte für die in 135 gezeigte Linie 3742) wurden durch Berechnen von thermischen Leitfähigkeiten unter Verwendung von Temperaturmessungen in allen in 137 gezeigten Schächten, der gesamten Wärmezufuhr aus allen in 137 gezeigten Heizeinrichtungen, des gemessenen Wärmeaufnahmevermögens und der Dichte der Kohle, die behandelt werden soll, Gas- und Flüssigkeitsförderungsdaten (z. B. Zusammensetzung, Quantität etc.) etc. abgeschätzt. Diese abgeschätzten thermischen Leitfähigkeitswerte (siehe Linie 3742) wurden zum Vergleich mit Daten aufgetragen, die in zwei Schriften von S. Badzioch et al. (1964) und R. E. Glass (1984) dargelegt sind (siehe Linie 3740). Wie in 135 veranschaulicht, waren die abgeschätzten thermischen Leitfähigkeiten aus dem in situ-Experiment höher als die berichteten Werte für thermische Leitfähigkeiten. Der Unterschied kann zumindest zum Teil darauf zurückgeführt werden, dass angenommen wird, dass die berichteten Werte nicht die begrenzte Beschaffenheit der Kohle in einer in situ-Anwendung berücksichtigen. Da die berichteten Werte für eine thermische Leitfähigkeit von Kohle relativ niedrig sind, schrecken sie vor der Verwendung einer in situ-Erhitzung für Kohle ab.
  • 135 veranschaulicht eine Abnahme der geschätzten thermischen Leitfähigkeitswerte 3742 bei etwa 100°C. Man glaubt, dass diese Abnahme der thermischen Leitfähigkeit durch Verdampfung von Wasser in den Rissen und leeren Räumen bewirkt wurde (Wasserdampf hat eine niedrigere thermische Leitfähigkeit als flüssiges Wasser). Bei etwa 350°C begann die thermische Leitfähigkeit anzusteigen, und sie stieg wesentlich an, als die Temperatur auf 700°C zunahm. Man glaubt, dass die Anstiege der thermischen Leitfähigkeit das Ergebnis molekularer Änderungen in der Kohlenstoffstruktur waren. Wenn der Kohlenstoff erhitzt wurde, wurde er graphitähnlicher, was in Tabelle 5 durch eine erhöhte Vitrinit-Reflexion nach der Pyrolyse veranschaulicht ist. Wenn leere Räume auf Grund der Fluidförderung zunahmen, wurde Hitze in zunehmendem Maß durch Strahlung und/oder Konvektion übertragen. Darüber hinaus wurden Konzentrationen von Wasserstoff in den leeren Räumen auf Grund von Pyrolyse und Erzeugung von Synthesegas erhöht.
  • Drei Datenpunkte 3744 thermischer Leitfähigkeiten unter hoher Belastung wurden aus Labortests an derselben leicht flüchtigen bituminösen C-Kohle, die für die in situ-Feldversuche verwendet wurde, abgeleitet (siehe 135). Bei den Labortests wurde eine Probe einer solchen Kohle aus allen Richtungen belastet und relativ schnell erhitzt. Diese thermischen Leitfähigkeiten wurden bei einer höheren Belastung (d. h. 27,6 bar absolut) im Vergleich zu der Belastung in dem in situ-Feldversuch (die etwa 3 bar absolut betrug) bestimmt. Die thermischen Leitfähigkeitswerte 3744 demonstrierten, dass das Aufbringen einer Belastung die thermische Leitfähigkeit der Kohle bei Temperaturen von 150°C, 250°C und 350°C erhöhte. Man glaubt, dass höhere thermische Leitfähigkeitswerte aus belasteter Kohle deshalb erhalten wurden, da die Belastung zumindest einige Risse/leere Räume schloss, und/oder die Bildung neuer Risse/leerer Räume verhinderte.
  • Bei der Verwendung der berichteten Werte für die thermische Leitfähigkeit und die Temperaturleitfähigkeit von Kohle und einer 12 m Wärmequellenbeabstandung in einem gleichseitigen dreieckigen Muster zeigen Berechnungen, dass eine Aufheizdauer von etwa 10 Jahren erforderlich wäre, um eine durchschnittliche Temperatur von Kohle auf etwa 350°C zu heben. Eine solche Aufheizdauer kann wirtschaftlich wertlos sein. Bei Verwendung experimenteller Werte für die thermische Leitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit und derselben 12 m Wärmequellenbeabstandung zeigen Berechnungen, dass die Aufheizdauer zum Erreichen einer durchschnittlichen Temperatur von 350°C etwa drei Jahre betragen würde. Die Eliminierung von etwa sieben Jahren des Erhitzens einer Formation wird in vielen Fällen den wirtschaftlichen Wert eines in situ-Umwandlungsverfahrens für Kohle signifikant verbessern.
  • Molekularer Wasserstoff weist eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit auf (die thermische Leitfähigkeit von molekularem Wasserstoff ist die etwa sechsfache thermische Leitfähigkeit von Stickstoff oder Luft). Daher glaubt man, dass, wenn die Menge an Wasserstoff in den leeren Räumen der Formation zunimmt, die thermische Leitfähigkeit der Formation ebenfalls zunehmen wird. Die Zunahmen der thermischen Leitfähigkeit auf Grund des Vorhandenseins von Wasserstoff in den leeren Räumen verschiebt etwas die Abnahmen der thermischen Leitfähigkeit, die durch die leeren Räume selbst verursacht sind. Man glaubt, dass Zunahmen der thermischen Leitfähigkeit auf Grund des Vorhandenseins von Wasserstoff im Vergleich mit anderen Kohlenwasserstoff enthaltenden Formationen für Kohleformationen größer sein werden, da die Menge während der Pyrolyse erzeugter leerer Räume größer sein wird (Kohle weist eine höhere Kohlenwasserstoffdichte auf und daher erzeugt eine Pyrolyse in Kohle mehr leere Räume).
  • Kohlenwasserstofffluide wurden aus einem Teil einer Kohle enthaltenden Formation durch ein in situ-Experiment gefördert, das in einem Teil einer Kohle enthaltenden Formation durchge führt wurde. Die Kohle war leicht flüchtige bituminöse C-Kohle. Sie wurde mit elektrischen Heizeinrichtungen erhitzt. 136 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des experimentellen in situ-Feldversuchssystems. Wie in 136 gezeigt, umfasste das experimentelle Feldversuchssystem zumindest eine Kohle enthaltende Formation 3802 innerhalb des Grunds und eine zementierte Wand 3800. Die Kohle enthaltende Formation 3802 fiel unter einem Winkel von etwa 36° mit einer Mächtigkeit von annähernd 4,9 Metern ein. 137 veranschaulicht eine Position von Wärmequellen 3804a, 3804b und 3804c, Förderschächten 3806a, 3806b und Temperaturbeobachtungsschächten 3808a, 3808b, 3808c und 3808d, die für das experimentelle Feldversuchssystem verwendet wurden. Die drei Wärmequellen waren in einer Dreieckskonfiguration angeordnet. Der Förderschacht 3806a war in der Nähe einer Mitte des Wärmequellenmusters und äquidistant von jeder der Wärmequellen angeordnet. Ein zweiter Förderschacht 3806b war außerhalb des Wärmequellenmusters und äquidistant von den beiden nächsten Wärmequellen beabstandet angeordnet. Die zementierte Wand 3800 war um das Wärmequellenmuster und die Förderschächte herum ausgebildet. Die zementierte Wand kann Pfeiler 1–24 umfassen. Die zementierte Wand 3800 war derart ausgebildet, dass sie ein Einfließen von Wasser in die Formation während des in situ-Experiments verhinderte. Darüber hinaus war die zementierte Wand 3800 derart ausgebildet, dass sie einen Verlust erzeugter Kohlenwasserstofffluide an einen nicht erhitzten Teil der Formation im Wesentlichen verhinderte.
  • Zu verschiedenen Zeiten während des Experiments wurden Temperaturen an jedem von vier innerhalb und außerhalb des Wärmequellenmusters, wie in 137 veranschaulicht, angeordneten Temperaturbeobachtungsschächten 3808a, 3808b, 3808c und 3808d gemessen. Die (in Grad Celsius) gemessenen Temperaturen an jedem von den Temperaturbeobachtungsschächten sind in 138 als eine Funktion der Zeit angezeigt. Die Temperaturen an den Temperaturbeobachtungsschächten 3808a (3820), 3808b (3822) und 3808c (3824) lagen relativ eng aneinander. Eine Temperatur an dem Temperaturbeobachtungsschacht 3808d (3826) war deutlich kälter. Dieser Temperaturbeobachtungsschacht war außerhalb des in 137 veranschaulichten Heizschachtdreiecks angeordnet. Diese Daten demonstrieren, dass in Zonen geringer Überlagerung von Hitze die Temperaturen deutlich niedriger waren. 139 veranschaulicht Temperaturprofile, die an den Wärmequellen 3804a (3830), 3804b (3832) und 3804c (3834) gemessen wurden. Die Temperaturprofile an den Wärmequellen waren relativ gleichförmig.
  • 140 veranschaulicht einen Plot eines Gesamtvolumens (m3) geförderter flüssiger Kohlenwasserstoffe 3840 als eine Funktion der Zeit (Tage). 149 veranschaulicht einen Plot eines Gesamtvolumens von gefördertem Gas 3910 in Normkubikfuß, das für dasselbe in situ-Experiment als eine Funktion der Zeit (in Tagen) gefördert wurde. Sowohl 140 als auch 149 zeigen die Ergebnisse während der Pyrolysestufe lediglich für das in situ-Experiment.
  • 141 veranschaulicht die Kohlenstoffzahlverteilung kondensierbarer Kohlenwasserstoffe, die bei Verwendung eines langsamen Destillationsvorgangs bei niedriger Temperatur, wie oben stehend beschrieben, gefördert wurden. Wie in 141 zu sehen, wurden während der Behandlung Produkte relativ hoher Qualität gefördert. Die Ergebnisse in 141 sind mit den in 146 dargelegten Ergebnissen konsistent, die Ergebnisse des Erhitzens von Kohle aus der gleichen Formation im Labor für ähnliche Bereiche von Aufheizgeschwindigkeiten, wie sie in situ verwendet wurden, zeigen.
  • Tabelle 5 veranschaulicht die Ergebnisse aus der Analyse von Kohle vor und nach deren Behandlung (mit einem Aufheizen der Temperaturen, wie in 139 dargelegt, d. h. nach Pyrolyse und Förderung von Synthesegas) wie oben stehend beschrieben. Die Kohle wurde in beiden Beispielen sowohl „vor der Behandlung" als auch „nach der Behandlung" bei etwa 11–11,3 Metern von der Oberfläche auf halbem Weg in das Kohleflöz kerngebohrt. Beide Bohrkerne wurden an etwa derselben Position entnommen. Beide Bohrkerne wurden bei etwa 0,66 Metern von dem Schacht 3804c (zwischen der zementierten Wand und dem Schacht 3804c) in 137 entnommen. In der folgenden Tabelle 5 bedeutet „FA" Fischer Assay, "wie erh." bedeutet die Probe wurde so getestet, wie sie ohne irgendeine weitere Behandlung erhalten wurde, „Py-Wasser" bedeutet das während der Pyrolyse erzeugte Wasser, „atomares H/C-Verhältnis" bedeutet das atomare Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff, „taf" bedeutet „trocken, aschefrei", „wmf" bedeutet „wasser- und mineralstofffrei" und „mf" bedeutet „mineralstofffrei". Das spezifische Gewicht der Kernbohrungsprobe „nach der Behandlung" betrug annähernd 0,85, wogegen das spezifische Gewicht der Kernbohrungsprobe „vor der Behandlung" annähernd 1,35 betrug.
  • Tabelle 5
    Figure 03530001
  • Selbst obwohl die Kerne außerhalb der Bereiche innerhalb des durch die drei Heizeinrichtungen gebildeten Dreiecks in 137 entnommen wurden, zeigen die Kerne nichtsdestoweniger, dass die in der Formation verbleibende Kohle sich während der Behandlung deutlich änderte. Die in Tabelle 5 gezeigten Ergebnisse der Vitrinit-Reflexion zeigen, dass der Rang der in der Formation verbleibenden Kohle sich während der Behandlung deutlich änderte. Die Kohle war vor der Behandlung eine leicht flüchtige bituminöse C-Kohle. Nach der Behandlung war die Kohle jedoch im Wesentlichen Anthrazit. Die in Tabelle 5 dargestellten Fischer Assay-Ergebnisse zeigen, dass der Großteil der Kohlenwasserstoffe in der Kohle während der Behandlung entfernt worden waren. Das atomare H/C-Verhältnis zeigt, dass der Großteil des Wasserstoffs in der Kohle während der Behandlung entfernt worden war. Eine beträchtliche Menge an Stickstoff und Asche wurde in der Formation zurückgelassen.
  • In Summe zeigen die in Tabelle 5 dargestellten Ergebnisse, dass während der Behandlung der Kohle durch Pyrolyse und Erzeugung von Synthesegas eine beträchtliche Menge an Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff entfernt wurde. Beträchtliche Mengen unerwünschter Produkte (Asche und Stickstoff) verbleiben in der Formation, während die beträchtlichen Mengen erwünschter Produkte (z. B. kondensierbare Kohlenwasserstoffe und Gas) entfernt wurden.
  • 142 veranschaulicht einen Plot von Gew.-% eines geförderten Kohlenwasserstoffes gegenüber Kohlenstoffzahlverteilung für zwei Laborexperimente an einer Kohle vom Ort des Feldversuchs. Die Kohle war eine leicht flüchtige bituminöse C-Kohle. Wie in 142 gezeigt, schwankte eine Kohlenstoffzahlverteilung von aus einer Formation geförderten Fluiden in Abhängigkeit von z. B. dem Druck. Zum Beispiel betrug der erste Druck 3842 etwa 1 bar absolut, und der zweite Druck 3844 betrug etwa 8 bar absolut. Die in 142 gezeigte Labor-Kohlenstoffzahlverteilung war ähnlich der in dem Feldversuch in 141 ebenfalls bei 1 bar absolut geförderten. Wie in 142 gezeigt, verringerte sich ein Bereich von Kohlenstoffzahlen der Kohlenwasserstofffluide, wenn der Druck zunahm. Eine Zunahme an Produkten mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 20 wurde beobachtet, wenn bei 8 bar absolut gearbeitet wurde. Eine Erhöhung des Druckes von 1 bar absolut auf 8 bar absolut erhöhte auch eine API-Dichte der kondensierten Kohlenwasserstofffluide. Die API-Dichten geförderter kondensierter Kohlenwasserstofffluide betrugen annähernd 23,1° bzw. annähernd 31,3°. Solch ein Anstieg der API-Dichte repräsentiert eine erhöhte Förderung wertvollerer Produkte.
  • 143 veranschaulicht einen Balkengraph von Fraktionen aus einer Siedepunktstrennung von durch einen Fischer Assay erzeugten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten und eine Siedepunkts trennung von Kohlenwasserstoffflüssigkeiten aus dem hierin beschriebenen Kohlewürfelexperiment (siehe z. B. das in 129 gezeigte System). Das Experiment wurde bei einer viel niedrigeren Aufheizgeschwindigkeit (2 Grad Celsius pro Tag) durchgeführt, und das Öl wurde bei einer niedrigeren Endtemperatur als bei dem Fischer Assay gefördert. 143 zeigt die Gew.-% verschiedener Siedepunktsschnitte von aus einer leicht flüchtigen bituminösen B Fruitland-Kohle geförderten Kohlenwasserstoffflüssigkeiten. Unterschiedliche Siedepunktsschnitte können unterschiedliche Kohlenwasserstofffluid-Zusammensetzungen darstellen. Die veranschaulichten Siedepunktsschnitte umfassen Naphtha 3860 (Siedebeginn bis 166°C), Kerosin 3862 (166°C bis 249°C), Diesel 3864 (249°C bis 370°C) und Böden 3866 (Siedepunkt über 370°C). Die Kohlenwasserstoffflüssigkeiten aus dem Kohlewürfel waren wesentlich wertvollere Produkte. Die API-Dichte solcher Kohlenwasserstoffflüssigkeiten war deutlich größer als die API-Dichte der Fischer Assay-Flüssigkeit. Die Kohlenwasserstoffflüssigkeiten aus dem Kohlewürfel umfassten auch deutlich weniger Rückstandsböden, als aus den Fischer Assay-Kohlenwasserstoffflüssigkeiten gefördert wurden.
  • 144 veranschaulicht ein Plot von Prozent Ethen, das ein Olefin ist, zu aus einer Kohleformation gefördertem Ethan als eine Funktion der Aufheizgeschwindigkeit. Die Datenpunkte wurden aus experimentellen Labordaten für ein langsames Aufheizen von leicht flüchtiger bituminöser C-Kohle bei Atmosphärendruck und von Fischer Assay-Ergebnissen abgeleitet (siehe das in 89 gezeigte System und zugehörigen Text). Wie in 144 veranschaulicht, erhöhte sich das Verhältnis von Ethen zu Ethan, wenn die Aufheizgeschwindigkeit zunahm. Man glaubt, dass ein Senken der Aufheizgeschwindigkeit von Kohle die Förderung von Olefinen verringern wird. Die Aufheizgeschwindigkeit einer Formation kann zum Teil durch die Beabstandungen von Wärmequellen innerhalb der Formation und durch die Menge an Hitze, die von den Wärmequellen an die Formation übertragen wird, bestimmt werden.
  • Der Formationsdruck kann ebenfalls eine deutliche Auswirkung auf eine Olfefinförderung haben. Ein hoher Formationsdruck kann dazu neigen, in der Förderung geringer Quantitäten von Olefinen zu resultieren. Ein hoher Druck innerhalb einer Formation kann in einem hohen H2-Partialdruck innerhalb der Formation resultieren. Der hohe H2-Partialdruck kann in einer Hydrierung des Fluids innerhalb der Formation resultieren. Eine Hydrierung kann in einer Verminderung von Olefinen in einem aus der Formation geförderten Fluid resultieren. Ein hoher Druck und ein hoher H2-Partialdruck kann auch in einer Verhinderung einer Aromatisierung von Kohlenwasserstoffen innerhalb der Formation resultieren. Eine Aromatisierung kann die Bildung aromatischer und zyklischer Verbindungen aus Alkanen und/oder Alkenen innerhalb eines Kohlenwasserstoffgemisches umfassen. Wenn es gewünscht ist, die Förderung von Olefinen aus einer Formation zu erhöhen, kann der Olefingehalt eines aus der Formation geförderten Fluids durch Verringern eines Druckes innerhalb der Formation erhöht werden. Der Druck kann durch Abziehen einer größeren Quantität von Formationsfluid aus einem Teil der gerade geförderten Formation verringert werden. Der Druck kann durch Ziehen eines Unterdruckes auf den Teil der gerade geförderten Formation verringert werden.
  • Das in 89 abgebildete System und die Verfahren der Verwendung eines solchen Systems (siehe die weitere Erläuterung hierin in Bezug auf die Verwendung eines solchen Systems zur Durchführung von Experimenten an Ölschiefern) wurden verwendet, um Experimente an leicht flüchtiger bituminöser C-Kohle durchzuführen, wenn solch eine Kohle mit 5°C/Tag bei Atmosphärendruck aufgeheizt wurde. 103 zeigt bestimmte Datenpunkte aus einem solchen Experiment (die in 103 gezeigte Linie wurde aus einer linearen Regressionsanalyse solcher Datenpunkte erzeugt). 103 veranschaulicht das molare Ethan-zu-Ethen-Verhältnis als eine Funktion molarer Wasserstoffkonzentration in nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffen, die während des Experiments aus der Kohle gefördert wurden. Das Ethen-zu-Ethan-Verhältnis in den nicht-kondensierbaren Kohlenwasserstoffen spiegelt den Olefingehalt in allen aus der Kohle geförderten Kohlenwasserstoffen wieder. Wie in 103 ersichtlich, nahm das Verhältnis von Ethen zu Ethan ab, wenn die Konzentration von Wasserstoff während der Pyrolyse autogen zunahm. Man glaubt, dass Zunahmen der Konzentration (und des Partialdruckes) von Wasserstoff während einer Pyrolyse bewirken, dass die Olefinkonzentration in den aus einer Pyrolyse geförderten Fluiden abnimmt.
  • 145 veranschaulicht eine Produktqualität, gemessen durch API-Dichte, als eine Funktion einer Geschwindigkeit eines Temperaturanstiegs von aus leicht flüchtiger bituminöser „C"-Kohle geförderten Fluiden. Die Datenpunkte wurden von Fischer Assay-Daten, von einem in situ-Umwandlungsverfahren und von Laborexperimenten abgeleitet. Für die Fischer Assay-Daten betrug die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs annähernd 17.100 Grad Celsius/Tag und die resultierende API-Dichte betrug weniger als 11°. Für das in situ-Umwandlungsverfahren betrug die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs annähernd 10°C/Tag, und die resultierende API-Dichte betrug annähernd 23,1°. Bei den Laborexperimenten lag die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs in einem Bereich von etwa 2°C/Tag bis etwa 6°C/Tag, und die resultierenden API-Dichten lagen in einem Bereich von etwa 24° bis etwa 26°. Es zeigte sich eine im Wesentlichen lineare Abnahme der Qualität (Abnahme der API-Dichte), wenn die logarithmische Aufheizgeschwindigkeit zunahm.
  • 146 veranschaulicht Gew.-% von Produkten mit verschiedenen Kohlenstoffzahlen, die aus leicht flüchtiger bituminöser „C"-Kohle entfernt wird, wenn die Kohle mit verschiedenen Aufheizgeschwindigkeiten erhitzt wird. Die Datenpunkte wurden von Laborexperimenten und einem Fischer Assay abgeleitet. Die Kurven für ein Aufheizen mit einer Geschwindigkeit von 2°C/Tag 3870, 3°C/Tag 3872, 5°C/Tag 3874 und 10°C/Tag 3876 lieferten ähnliche Kohlenstoffzahlverteilungen in den geförderten Fluiden. Eine Kohleprobe wurde in einem Fischer Assay-Test auch mit einer Geschwindigkeit von etwa 17.100°C/Tag aufgeheizt. Die Daten aus dem Fischer Assay-Test sind durch die Bezugsziffer 3878 bezeichnet. Langsame Aufheizgeschwindigkeiten resultierten im Vergleich zu den Fischer Assay-Ergebnissen 3878 in einer geringeren Förderung von Komponenten mit Kohlenstoffzahlen von mehr als 20. Langsamere Aufheizgeschwindigkeiten förderten auch höhere Gew.-% von Komponenten mit Kohlenstoffzahlen von weniger als 20. Die langsameren Aufheizgeschwindigkeiten förderten große Mengen an Komponenten mit Kohlenstoffzahlen nahe 12. Eine Spitze in der Kohlenstoffzahlverteilung nahe 12 ist typisch für den in situ-Umwandlungsvorgang für Kohle und Ölschiefer.
  • Es wurde ein Experiment an der gemäß dem in situ-Umwandlungsverfahren behandelten Kohle enthaltenden Formation durchgeführt, um die gleichförmige Durchlässigkeit der Formation nach der Pyrolyse zu messen. Nach dem Erhitzen eines Teiles der Kohle enthaltenden Formation wurde ein 10 Minuten-Impuls von CO2 an dem ersten Förderschacht 3806a in die Formation eingespritzt und bei dem Schacht 3804a, wie in 137 gezeigt, gefördert. Der CO2-Tracertest wurde von dem Förderschacht 3806a zu dem Schacht 3804b und von dem Förderschacht 3806a zu dem Schacht 3804c wiederholt. Wie oben stehend beschrieben, war jede der drei verschiedenen Wärmequellen äquidistant von dem Förderschacht angeordnet. Das CO2 wurde mit einer Durchflussra te von 4,08 m3/h (144 Normkubikfuß pro Stunde) eingespritzt. Wie in 147 veranschaulicht, erreichte das CO2 jede der drei unterschiedlichen Wärmequellen zur annähernd gleichen Zeit. Die Linie 3900 veranschaulicht die Förderung von CO2 an der Wärmequelle 3804a, die Linie 3902 veranschaulicht die Förderung von CO2 an der Wärmequelle 3804b, und die Linie 3904 veranschaulicht die Förderung von CO2 an der Wärmequelle 3804c. Wie in 149 gezeigt, war die Ausbeute an CO2 aus jedem der drei verschiedenen Schächte über die Zeit ebenfalls annähernd gleich. Solch eine annähernd gleiche Übertragung eines Tracerimpulses aus CO2 durch die Formation und Ausbeute von CO2 aus der Formation zeigten an, dass die Formation im Wesentlichen gleichförmig durchlässig war. Die Tatsache, dass das erste CO2 nach nur annähernd 18 Minuten nach dem Start des CO2-Impulses ankommt, zeigt an, dass zwischen den Schächten 3806a und 3804a, 3804b und 3804c keine bevorzugten Pfade erzeugt worden waren.
  • Die in situ-Durchlässigkeit wurde durch Einspritzen eines Gases zwischen verschiedenen Schächten nach der Pyrolyse, und nachdem die Synthesegasbildungsstufen beendet waren, gemessen. Die gemessene Durchlässigkeit schwankte von etwa 8 Darcy bis 20 Darcy, wodurch angezeigt wird, dass die Durchlässigkeit hoch und relativ gleichförmig war. Die Durchlässigkeit vor der Behandlung betrug nur etwa 50 Milli-Darcy.
  • Synthesegas wurde auch in einem in situ-Experiment aus dem Teil der in den 136 und 137 gezeigten Kohle enthaltenden Formation gefördert. Bei diesem Experiment waren die Heizschächte auch ausgebildet, um Fluide einzuspritzen. 148 ist ein Plot des Gewichts flüchtiger Stoffe (kondensierbare und nicht-kondensierbare) in kg als eine Funktion des gesamten Energieinhalts eines Produkts in Kilowatt pro Stunde aus dem experimentellen in situ-Feldversuch. Die Figur veranschaulicht die Quantität und den Energieinhalt von aus der Formation geförderten/m Pyrolysefluiden und Synthesegas.
  • 150 ist ein Plot des Volumens an gefördertem Öläquivalent (m3) als eine Funktion der Energiezufuhr in die Kohleformation (kWh) aus dem experimentellen Feldversuch. Das Volumen an Öläquivalent in m3 wurde durch Umwandeln des Energieinhalts des Volumens an gefördertem Öl plus Gas zu einem Volumen von Öl mit dem selben Energieinhalt bestimmt.
  • Der Beginn der Synthesegasförderung, angezeigt durch den Pfeil 3912, erfolgte bei einer Energiezufuhr von ca. 77000 kWh. Die durchschnittliche Kohletemperatur in dem Pyrolysebereich war auf 620°C erhöht worden. Da der durchschnittliche Anstieg der Kurve in 150 in dem Pyrolysebereich größer ist als der durchschnittliche Anstieg der Kurve in dem Synthesegasbereich, veranschaulicht 150, dass der Betrag an nicht nutzbarer enthaltener Energie in dem geförderten Gas geringer ist als der in den Pyrolysefluiden enthaltene. Daher ist eine Synthesegasförderung weniger energieeffizient als eine Pyrolyse. Es gibt zwei Gründe für dieses Ergebnis. Erstens weisen die in der Synthesegasreaktion erzeugten zwei H2-Moleküle einen niedrigeren Energieinhalt auf als in der Pyrolyse erzeugte Kohlenwasserstoffe mit geringer Kohlenstoffzahl. Zweitens verbraucht die endotherme Synthesegasreaktion Energie.
  • 151 ist ein Plot der gesamten Synthesegasförderung (m3/min) aus der Kohleformation gegenüber gesamter Wasserzufluss (kg/h) auf Grund einer Einspritzung in die Formation aus der Einrichtung für die experimentellen Feldversuchergebnisse. Synthesegas kann in einer Formation bei einer Synthesegas erzeugenden Temperatur vor der Einspritzung von Wasser oder Wasserdampf auf Grund des Vorhandenseins eines natürlichen Was serzuflusses in eine Kohleformation erzeugt werden. Das natürliche Wasser kann von unterhalb der Formation kommen.
  • Aus 151 beträgt der maximal natürliche Wasserzufluss ca. 5 kg/h, wie durch den Pfeil 3920 angezeigt. Die Pfeile 3922, 3924 und 3926 stellen Wassereinspritzraten von etwa 207 kg/h, 5,4 kg/h bzw. 11 kg/h in den mittleren Schacht 3806a dar. Die Förderung von Synthesegas erfolgt an den Heizschächten 3804a, 3804b und 3804c. 151 zeigt, dass die Synthesegasförderung pro Volumeneinheit eingespritzten Wassers bei dem Pfeil 3922 bei ca. 2,7 kg/h eingespritzten Wassers oder 7,7 kg/h gesamten Wasserzuflusses abnimmt. Der Grund für die Abnahme besteht darin, dass Wasserdampf zu schnell durch das Kohlenflöz strömt, um die Reaktionen zum Erreichen von Gleichgewichtsbedingungen zuzulassen.
  • 152 veranschaulicht eine Förderrate von Synthesegas (m3/min) als eine Funktion der Wasserdampfeinspritzrate (kg/h) in einer Kohleformation. Die Daten 3930 für einen ersten Lauf entsprechen einer Einspritzung an dem Förderschacht 3806a in 137 und einer Förderung von Synthesegas an den Heizschächten 3804a, 3804b und 3804c. Die Daten 3932 für einen zweiten Lauf entsprechen einer Einspritzung von Wasserdampf an dem Heizschacht 3804c und einer Förderung von zusätzlichem Gas an einem Förderschacht 3806a. Die Daten 3930 für den ersten Lauf entsprechen den in 151 gezeigten Daten. Wie in 152 gezeigt, befindet sich das eingespritzte Wasser in einem Reaktionsgleichgewicht mit der Formation bis etwa 2,7 kg/h an eingespritztem Wasser. Der zweite Lauf resultiert bis etwa 1,2 kg/h an eingespritztem Wasserdampf in der im Wesentlichen gleichen Menge an gefördertem zusätzlichen Synthesegas, wie durch die Daten 3932 gezeigt, wie der erste Lauf. Bei etwa 1,2 kg/h beginnen die Daten 3930 von Gleichgewichtsbedingungen abzuweichen, da die Verweilzeit für das zusätzliche Wasser nicht ausreichend ist, um mit der Kohle zu reagieren. Wenn die Temperatur erhöht wird, wird für eine gegebene Wassereinspritzrate ein größere Menge an zusätzlichem Synthesegas erzeugt. Der Grund liegt darin, dass die Reaktionsgeschwindigkeit und Umwandlung von Wasser zu Synthesegas bei höheren Temperaturen zunimmt.
  • 153 ist ein Plot, der die Auswirkung einer Einspritzung von Methan in eine erhitzte Kohleformation im experimentellen Feldversuch veranschaulicht (alle Einheiten in den 153156 in m3 pro Stunde). 153 zeigt, dass dem Synthesegas erzeugenden Fluid zugefügte Kohlenwasserstoffe innerhalb der Formation gecrackt werden. 137 veranschaulicht das Layout der Heiz- und Förderschächte an der Einrichtung für den Feldversuch. Methan wurde in die Förderschächte 3806a und 3806b eingespritzt, und Fluid wurde aus den Heizschächten 3804a, 3804b und 3804c gefördert. Die an verschiedenen Schächten gemessenen durchschnittlichen Temperaturen lauteten wie folgt: 3804a (746°C), 3804b (746°C), 3804c (767°C), 3808a (592°C), 3808b (573°C), 3808c (606°C) und 3806a (769°C). Wenn das Methan mit der Formation in Kontakt trat, crackte es innerhalb der Formation und erzeugte H2 und Koks. 153 zeigt, dass die Förderung von H2 3940 anstieg, wenn die Methaneinspritzrate sich erhöhte. Dies zeigte an, dass Methan unter der Bildung von H2 gecrackt wurde. Die Methanförderung 3942 erhöhte sich ebenfalls, was anzeigt, dass nicht das gesamte eingespritzte Methan gecrackt wird. Die gemessenen Zusammensetzungen aus Ethan, Ethen, Propan und Butan waren vernachlässigbar.
  • 154 ist ein Plot, der die Wirkung einer Ethaneinspritzung in eine erhitzte Kohleformation im experimentellen Feldversuch veranschaulicht. Ethan wurde in die Förderschächte 3806a und 3806b eingespritzt, und Fluid wurde aus den Heizschächten 3804a, 3804b und 3804c gefördert. Die an verschiedenen Schächten gemessenen durchschnittlichen Temperaturen lauteten wie folgt: 3804a (742°C), 3804b (750°C), 3804c (744°C), 3808a (611°C), 3808b (595°C), 3808c (626°C) und 3806a (818°C). Wenn das Methan mit der Formation in Kontakt trat, crackte es und erzeugte H2, Methan, Ethen und Koks. 154 zeigt, dass mit zunehmender Ethaneinspritzrate die Förderung von H2 3950, Methan 3952, Ethan 3954 und Ethen 3956 anstieg. Dies zeigt an, dass Ethen unter Bildung von H2 und Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Molekulargewicht crackt. Die Förderrate von Produkten mit höherer Kohlenstoffzahl (d. h. Propan und Propylen) wurde durch die Einspritzung von Ethan nicht beeinflusst.
  • 155 ist ein Plot, der die Wirkung einer Propaneinspritzung in eine erhitzte Kohleformation im experimentellen Feldversuch veranschaulicht. Propan wurde in die Förderschächte 3806a und 3806b eingespritzt, und Fluid wurde aus den Heizschächten 3804a, 3804b und 3804c gefördert. Die an verschiedenen Schächten gemessenen durchschnittlichen Temperaturen lauteten wie folgt: 3804a (737°C), 3804b (753°C), 3804c (726°C), 3808a (589°C), 3808b (537°C), 3808c (606°C) und 3806a (769°C). Wenn das Propan mit der Formation in Kontakt trat, crackte es und erzeugte H2, Methan, Ethan, Ethen, Propylen und Koks. 155 zeigt, dass mit zunehmender Propaneinspritzrate die Förderung von H2 3960, Methan 3962, Ethan 3964, Ethen 3966, Propan 3968 und Propylen 3969 anstieg. Dies zeigt an, dass Propan unter Bildung von H2 und Komponenten mit niedrigem Molekulargewicht crackt.
  • 156 ist ein Plot, der die Wirkung einer Butaneinspritzung in eine erhitzte Kohleformation im experimentellen Feldversuch veranschaulicht. Butan wurde in die Förderschächte 3806a und 3806b eingespritzt, und Fluid wurde aus den Heizschächten 3804a, 3804b und 3804c gefördert. Die an verschiedenen Schäch ten gemessenen durchschnittlichen Temperaturen lauteten wie folgt: 3804a (772°C), 3804b (764°C), 3804c (753°C), 3808a (650°C), 3808b (591°C), 3808c (624°C) und 3806a (830°C). Wenn das Butan mit der Formation in Kontakt trat, crackte es und erzeugte H2, Methan, Ethan, Ethen, Propan, Propylen und Koks. 156 zeigt, dass mit zunehmender Butaneinspritzrate die Förderung von H2 3970, Methan 3972, Ethan 3974, Ethen 3976, Propan 3978 und Propylen 3979 anstieg. Dies zeigt an, dass Butan unter Bildung von H2 und Komponenten mit niedrigem Molekulargewicht crackt.
  • 157 ist ein Plot der Zusammensetzung von aus der erhitzten Kohleformation gefördertem Gas (in Vol.-%) gegenüber Zeit in Tagen bei dem experimentellen Feldversuch. Die Spezies-Zusammensetzungen umfassten 3980 – Methan, 3982 – H2, 3984 – Kohlenstoffdioxid, 3986 – Schwefelwasserstoff und 3988 – Kohlenstoffmonoxid. 157 zeigt eine dramatische Zunahme der H2 3982-Konzentration nach etwa 150 Tagen, oder wenn die Synthesegasförderung begann.
  • 158 ist ein Plot einer Synthesegasumwandlung gegenüber Zeit für Synthesegaserzeugungsläufe in dem experimentellen Feldversuch, die an verschiedenen Tagen durchgeführt wurden. Die Temperatur der Formation betrug etwa 600°C. Die Daten zeigen eine anfängliche Unsicherheit der Messungen in dem Öl/Wasser-Separator. Die Synthesegasumwandlung erreichte durchwegs eine Umwandlung von zwischen etwa 40% und 50% etwa zwei Stunden nach Einspritzung des Synthesegas fördernden Fluids.
  • Die Tabelle 6 umfasst eine Zusammensetzung einer Synthesegasförderung während eines Laufes des in situ-Kohle-Feldversuchs.
  • Tabelle 6
    Figure 03650001
  • Das Experiment wurde in einem Chargen-Oxidationsmodus bei etwa 620°C durchgeführt. Stickstoff und Sauerstoff sind auf Grund einer Verunreinigung der Probe mit Luft vorhanden. Die Molprozent an H2, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid können bei Vernachlässigung der Zusammensetzung aller anderen Spezies für die oben stehenden Daten bestimmt werden. Zum Beispiel können die Molprozent an H2, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid proportional derart erhöht werden, dass die Molprozentanteile der drei Komponenten etwa 100% entsprechen. Auf diese Weise betrugen die Molprozent an H2, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid bei Vernachlässigung der Zusammensetzung aller anderen Spezies, 63,8%, 14,4% bzw. 21,8%. Man nimmt an, dass das Methan hauptsächlich aus dem Pyrolysebereich außerhalb des Dreiecks aus Heizeinrichtungen stammt. Diese Werte stimmen im Wesentlichen mit den in 159 gezeigten Ergebnissen von Gleichgewichtsberechnungen überein.
  • 159 ist ein Plot berechneter Gleichgewichtsgas-Trockenmolfraktionen für eine Reaktion von Kohle mit Wasser. Für die 159160 sind Methanreaktionen nicht umfasst. Die Fraktionen sind repräsentativ für ein Synthesegas, das aus einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation gefördert wurde, und durch einen Kühler geleitet wurde, um Wasser aus dem geförderten Gas zu entfernen. Gleichgewichtsgas-Trockenmolfraktionen sind in 159 für H2 4000, Kohlenstoffmonoxid 4002 und Kohlenstoffdioxid 4004 als eine Funktion der Temperatur bei einem Druck von 2 bar absolut dargestellt. Wie in 159 gezeigt, neigt die Flüssigkeitsförderung dazu, bei 390°C aufzuhören, und es beginnt eine Förderung von Gasen. Die bei dieser Temperatur geförderten Gase umfassen etwa 67% H2 und etwa 33% Kohlenstoffdioxid. Kohlenstoffmonoxid ist unterhalb von etwa 410°C in vernachlässigbaren Quantitäten vorhanden. Bei Temperaturen von etwa 500°C ist Kohlenstoffmonoxid jedoch in messbaren Quantitäten in dem geförderten Gas vorhanden. Zum Beispiel sind bei 500°C etwa 66,5% H2, etwa 32% Kohlenstoffdioxid und etwa 2,5% Kohlenstoffmonoxid vorhanden. Bei 700°C umfasst das geförderte Gas etwa 57,5% H2, etwa 15,5% Kohlenstoffdioxid und etwa 27% Kohlenstoffmonoxid.
  • 160 ist ein Plot berechneter Gleichgewichts-Nassmolfraktionen für eine Reaktion von Kohle mit Wasser. Die Gleichgewichts-Nassmolfraktionen sind für Wasser 4006, H2 4008, Kohlenstoffmonoxid 4010 und Kohlenstoffdioxid 4012 als eine Funktion der Temperatur bei einem Druck von 2 bar absolut dargestellt. Bei 390°C umfasst das geförderte Gas etwa 89% Wasser, etwa 7% H2 und etwa 4% Kohlenstoffdioxid. Bei 500°C umfasst das geförderte Gas etwa 66% Wasser, etwa 22% H2, etwa 11% Kohlenstoffdioxid und etwa 1% Kohlenstoffmonoxid. Bei 700° umfasst das geförderte Gas etwa 18% Wasser, etwa 47,5% H2, etwa 12% Kohlenstoffdioxid und etwa 22,5% Kohlenstoffmonoxid.
  • Die 159 und 160 illustrieren, dass an dem unteren Ende des Temperaturbereiches, an dem Synthesegas gefördert werden kann (d. h. etwa 400°C), Gleichgewichtsgasphasenfraktionen eine Förderung von H2 innerhalb einer Formation nicht begünstigen können. Wenn die Temperatur ansteigt, begünstigen die Gleichgewichtsgasphasenfraktionen in zunehmendem Maß die Förderung von H2. Zum Beispiel, wie in 160 gezeigt, erhöht sich die Gasphasengleichgewichts-Nassmolfraktion von H2 von etwa 9% bei 400°C auf etwa 39% bei 610°C und erreicht bei etwa 800°C 50%. Die 159 und 160 illustrieren ferner, dass bei Temperaturen von mehr als 660°C Gleichgewichtsgasphasenfraktionen dazu neigen, eine Förderung von Kohlenstoffmonoxid gegenüber Kohlenstoffdioxid zu begünstigen.
  • Die 159 und 160 veranschaulichen, dass, wenn die Temperatur von etwa 40°C auf etwa 1000°C ansteigt, das H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis von gefördertem Synthesegas über die sen gesamten Bereich kontinuierlich abnehmen kann. Zum Beispiel, wie in 160 gezeigt, beträgt das H2-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis in der Gleichgewichtsgasphase bei 500°C, 660°C und 1000°C etwa 22:1, etwa 3:1 bzw. etwa 1:1. 160 zeigt auch an, dass ein gefördertes Synthesegas bei niedrigeren Temperaturen eine größere Quantität an Wasser und Kohlenstoffdioxid als bei höheren Temperaturen aufweisen kann. Wenn die Temperatur ansteigt, kann der gesamte prozentuelle Anteil von Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff innerhalb des Synthesegases zunehmen.
  • 161 ist ein Flussdiagramm eines Beispieles einer Pyrolysestufe 4020 und einer Synthesegasförderungsstufe 4022 mit Hitze- und Massegleichgewichten in leicht flüchtiger bituminöser Kohle vom Typ A oder B. In der Pyrolysestufe 4020 wird Hitze 4024 an die Kohleformation 4026 geliefert. Flüssig- und Gasprodukte 4028 und Wasser 4030 treten aus der Formation 4026 aus. Der Teil der Formation, der einer Pyrolyse unterzogen wird, besteht nach unterzogener Pyrolyseerhitzung im Wesentlichen aus verkohltem Material. Verkohltes Material bezieht sich auf einen festen kohlenstoffhaltigen Rückstand, der aus einer Pyrolyse von organischem Material resultiert. In der Synthesegasförderungsstufe 4022 werden Wasserdampf 4032 und Hitze 4034 an die Formation 4036, die eine Pyrolyse erfahren hat, geliefert und Synthesegas 4038 wird gefördert.
  • In den Ausführungsformen in den 162164 sind die Methanreaktionen in den Gleichungen (4) und (5) umfasst. Die hierin dargelegten Berechnungen gehen davon aus, dass ein verkohltes Material nur aus Kohlenstoff besteht, und dass ein Überschuss an Kohlenstoff und Wasserdampf vorhanden ist. Etwa 890 MWe an Energie 4024 ist erforderlich, um etwa 105800 metrische Tonnen Kohle pro Tag zu pyrolisieren. Die Pyrolyseprodukte 4028 umfassen Flüssigkeiten und Gase mit einer Förderung von etwa 23000 Kubikmetern pro Tag. Der Pyrolysevorgang fördert auch etwa 7160 metrische Tonnen an Wasser 4030 pro Tag. In der Synthesegasstufe werden etwa 57800 metrische Tonnen an verkohltem Material pro Tag bei einer Einspritzung von 23000 metrischen Tonnen Wasserdampf 4032 pro Tag und 2000 MWe an Energie 4034 mit einer Umwandlung von 20% 12700 Kubikmeter Öläquivalent an Synthesegas 4038 pro Tag fördern.
  • 162 ist ein Beispiel einer in situ-Synthesegasförderung bei niedriger Temperatur, die bei einer Temperatur von etwa 450°C erfolgt, mit Wärme- und Massegleichgewichten in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die zuvor pyrolisiert wurde. Insgesamt etwa 42900 metrische Tonnen Wasser pro Tag werden in eine Formation 4100, die Halbkoks sein kann, eingespritzt. 162 veranschaulicht, dass ein Teil Wasser 4102 bei 25°C direkt in die Formation 4100 eingespritzt wird. Ein Teil Wasser 4102 wird bei einer Temperatur von etwa 130°C und einem Druck von etwa 3 bar absolut unter Verwendung von etwa 1227 MWe Energie 4106 in Wasserdampf 4104 umgewandelt und in die Formation 4100 eingespritzt. Ein Teil des verbleibenden Wasserdampfes kann bei einer Temperatur von etwa 450°C und einem Druck von etwa 3 bar absolut unter Verwendung von etwa 318 MWe Energie 4110 in Wasserdampf 4108 umgewandelt werden. Die Synthesegasförderung beinhaltet etwa 23% Umwandlung von 13137 metrischen Tonnen Halbkoks pro Tag zur Förderung von 56,6 Millionen m3 Synthesegas pro Tag mit einem Energieinhalt von 5230 MW. Etwa 238 MW Energie 4112 wird an die Formation 4100 geliefert, um der endothermen Reaktionswärme der Synthesegasreaktion Rechnung zu tragen. Der Produktstrom 4114 der Synthesegasreaktion umfasst 29470 metrische Tonnen Wasser pro Tag, 46 Volumenprozent, 501 metrische Tonnen Kohlenstoffmonoxid pro Tag, 0,7 Volumenprozent, 540 Tonnen H2 pro Tag, 10,7 Volumenprozent, 26455 metrische Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag, 23,8 Volumenprozent und 7610 metrische Tonnen Methan pro Tag, 18,8 Volumenprozent.
  • 163 ist ein Beispiel einer in situ-Synthesegasförderung bei einer hohen Temperatur, die bei einer Temperatur von etwa 650°C erfolgt, mit Wärme- und Massegleichgewichten in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation, die zuvor pyrolisiert wurde. Insgesamt etwa 34352 metrische Tonnen Wasser pro Tag werden in eine Formation 4200 eingespritzt. 163 veranschaulicht, dass ein Teil Wasser 4202 bei 25°C direkt in die Formation 4200 eingespritzt wird. Ein Teil Wasser 4202 wird bei einer Temperatur von etwa 130°C und einem Druck von etwa 3 bar absolut unter Verwendung von etwa 982 MWe Energie 4206 in Wasserdampf 4204 umgewandelt und in die Formation 4200 eingespritzt. Ein Teil des verbleibenden Wasserdampfes wird bei einer Temperatur von etwa 650°C und einem Druck von etwa 3 bar absolut unter Verwendung von etwa 413 MWe Energie 4210 in Wasserdampf 4208 umgewandelt. Die Synthesegasförderung beinhaltet etwa 22% Umwandlung von 12771 metrischen Tonnen Halbkoks pro Tag zur Förderung von 56,6 Millionen m3 Synthesegas pro Tag mit einem Energieinhalt von 5699 MW. Etwa 898 MW Energie 4212 wird an die Formation 4200 geliefert, um der endothermen Reaktionswärme der Synthesegasreaktion Rechnung zu tragen. Der Produktstrom 4214 der Synthesegasreaktion umfasst 10413 metrische Tonnen Wasser pro Tag, 22,8 Volumenprozent, 9988 metrische Tonnen Kohlenstoffmonoxid pro Tag, 14,1 Volumenprozent, 1771 Tonnen H2 pro Tag, 35 Volumenprozent, 21410 metrische Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag, 19,3 Volumenprozent und 3535 metrische Tonnen Methan pro Tag, 8,7 Volumenprozent.
  • 164 ist ein Beispiel einer in situ-Synthesegasförderung in einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation bei Wärme- und Massegleichgewichten. Ein Synthesegas erzeugendes Fluid, das Wasser 4302 umfasst, wird an die Formation 4300 geliefert. Insgesamt 22000 metrische Tonnen Wasser pro Tag sind für einen Vorgang bei niedriger Temperatur erforderlich, und etwa 24000 metrische Tonnen sind für einen Vorgang bei hoher Temperatur erforderlich. Ein Teil des Wassers kann als Wasserdampf in die Formation eingeleitet werden. Wasserdampf 4304 wird durch Zufuhr von Hitze aus einer externen Quelle an das Wasser erzeugt. Etwa 7119 metrische Tonnen Wasserdampf pro Tag werden für den Vorgang bei niedriger Temperatur geliefert, und etwa 6913 metrische Tonnen Wasserdampf pro Tag werden für den Vorgang bei hoher Temperatur geliefert.
  • Zumindest ein Teil des aus der Formation 4300 austretenden wässrigen Fluids 4306 wird zur Erzeugung von Synthesegas im Kreislauf 4308 zurück in die Formation geführt. Für einen Vorgang bei niedriger Temperatur werden etwa 21000 metrische Tonnen wässriger Fluide pro Tag im Kreislauf geführt, und für einen Vorgang bei hoher Temperatur werden etwa 10000 metrische Tonnen wässriger Fluide pro Tag im Kreislauf geführt. Das geförderte Synthesegas 4310 umfasst Kohlenstoffmonoxid, H2 und Methan. Das geförderte Synthesegas weist einen Wärmeinhalt von etwa 430000 MMBtu pro Tag für einen Vorgang bei niedriger Temperatur und einen Wärmeinhalt von etwa 470000 MMBtu pro Tag für einen Vorgang bei hoher Temperatur auf. In dem Synthesegasvorgang gefördertes Kohlenstoffdioxid 4312 beträgt etwa 26500 metrische Tonnen pro Tag in dem Vorgang bei niedriger Temperatur und etwa 21500 metrische Tonnen pro Tag in dem Vorgang bei hoher Temperatur. Zumindest ein Teil des geförderten Synthesegases 4310 wird für eine Verbrennung zum Erhitzen der Formation verwendet. Es sind etwa 7119 metrische Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag in dem Wasserdampf 4308 für den Vorgang bei niedriger Temperatur vorhanden, und etwa 6913 metrische Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag in dem Wasserdampf für den Vorgang bei hoher Temperatur vorhanden. Es sind etwa 2551 me trische Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag in einem Wärmereservoir für den Vorgang bei niedriger Temperatur vorhanden, und etwa 9628 metrische Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag in einem Wärmereservoir für den Vorgang bei hoher Temperatur vorhanden. Es sind etwa 14571 metrische Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag bei der Verbrennung von Synthesegas für den Vorgang bei niedriger Temperatur vorhanden, und etwa 18503 metrische Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Tag in gefördertem Verbrennungssynthesegas für den Vorgang bei hoher Temperatur vorhanden. Das geförderte Kohlenstoffdioxid weist einen Wärmeinhalt von etwa 60 Gigajoule („GJ") pro metrischer Tonne für den Vorgang bei niedriger Temperatur und etwa 6,3 GJ pro metrischer Tonne für den Vorgang bei hoher Temperatur auf.
  • Tabelle 7 ist eine Übersicht des potenziellen Fördervolumens von Anwendungen eines durch Nassoxidation erzeugten Synthesegases. Die Schätzungen beruhen auf bei 700°C geförderten 56,6 Millionen Normkubikmeter Synthesegas pro Tag.
  • Tabelle 7
    Figure 03720001
  • Experimentelle Adsorptionsdaten haben gezeigt, dass Kohlenstoffdioxid in Kohle, die pyrolisiert wurde, gespeichert werden kann. 165 ist ein Plot von gesamtem adsorbiertem Methan und Kohlenstoffdioxid in m3 pro metrischer Tonne gegenüber Druck in bar absolut bei 25°C auf Kohle. Die Kohleprobe ist subbituminöse Kohle von Gillette, Wyoming. Die Datensätze 4401, 4402, 4403, 4404 und 4405 sind für die Kohlenstoffdioxidadsorption an einer Kohleprobe, die pyrolisiert wurde und einer Synthesegaserzeugung unterzogen wurde, nach einer Behandlung. Der Datensatz 4406 ist für die Adsorption an einer nicht pyrolisierten Kohleprobe aus derselben Formation. Der Datensatz 4401 ist die Adsorption von Methan bei 25°C. Die Datensätze 4402, 4403, 4404 und 4405 sind die Adsorption von Kohlenstoffdioxid bei 25°C, 50°C, 100°C bzw. 150°C. Der Datensatz 4406 ist die Adsorption von Kohlenstoffdioxid bei 25°C an der nicht pyrolisierten Kohleprobe. 165 zeigt, dass Kohlenstoffdioxid bei Temperaturen zwischen 25°C und 100°C stärker adsorbiert wird als Methan bei 25°C in der pyrolisierten Kohle. 165 zeigt, dass ein durch eine behandelte Kohle geleiteter Kohlenstoffdioxidstrom dazu neigt, Methan aus der behandelten Kohle zu verdrängen.
  • Computersimulationen haben gezeigt, das Kohlenstoffdioxid sowohl in einer tiefen Kohleformation als auch in einer Kohleformation nach der Behandlung sequestriert werden kann. Der Comet2-Simulator bestimmte die Menge an Kohlenstoffdioxid, die in einer tiefen Kohleformation vom San Juan Becken-Typ und einer behandelten Kohleformation sequestriert werden könnte. Der Simulator bestimmte auch die Menge an Methan, das auf Grund einer Kohlenstoffdioxid-Einspritzung aus der tiefen Kohleformation vom Typ des San Juan-Beckens gefördert wurde. Das Modell, das für beide, die tiefe Kohleformation und die behandelte Kohleformation, verwendet wurde, war ein 1,3 km2-Bereich mit einem sich wiederholenden Fünf-Punkt-Schachtmuster. Das Fünf-Punkt-Schachtmuster umfasste vier in einem Quadrat angeordnete Einspritzschächte und einen Förderschacht an der Mitte des Quadrats. Die Eigenschaften der San Juan Becken- und der behandelten Kohleformation sind in Tabelle 8 gezeigt. Zusätzliche Details der Simulationen der Kohlenstoffdioxidseques trierung in tiefen Kohleformationen und Vergleiche mit Feldversuchergebnissen sind in „Pilot Test Demonstrates How Carbon Dioxide Enhances Coal Bed Methane Recovery", Lanny Schoeling und Michael McGovern, Petroleum Technology Digest, Sept. 2000, Seite 14–15 zu finden.
  • Tabelle 8
    Figure 03740001
  • Das Simulationsmodell berücksichtigt die Matrix und den dualen Durchlässigkeitscharakter von Kohle und behandelter Kohle. Zum Beispiel bestehen Kohle und behandelte Kohle aus Matrix-Blöcken. Die Räume zwischen den Blöcken werden als „Klüfte" bezeichnet. Die Kluft-Durchlässigkeit ist ein Maß des vorhandenen Raumes zum Strömen von Fluiden in der Formation. Die relativen Durchlässigkeiten von Gasen und Wasser innerhalb der Klüfte, die für die Simulation notwendig waren, wurden aus den Felddaten für die San Juan Kohle abgeleitet. Die gleichen Werte für relative Durchlässigkeiten wurden in den Simulationen der behandelten Kohleformation verwendet. Es wurde davon ausgegangen, dass Kohlenstoffdioxid und Methan dieselbe relative Durchlässigkeit aufweisen.
  • Das Kluft-System der tiefen Kohleformation wurde als anfangs mit Wasser gesättigt modelliert. Die Daten der relativen Durchlässigkeit für Kohlenstoffdioxid und Wasser zeigen, dass eine hohe Wassersättigung eine Absorption von Kohlenstoffdioxid innerhalb von Klüften verhindert. Daher wird Wasser aus der Formation entfernt, bevor Kohlenstoffdioxid in die Formation eingespritzt wird.
  • Darüber hinaus können die Gase innerhalb der Klüfte in der Kohlematrix adsorbiert werden. Die Matrixporosität ist ein Maß für den Raum, der vorhanden ist, damit Fluide in der Matrix adsorbiert werden können. Die Matrixporosität und der Oberflächenbereich wurden bei den experimentellen Daten der Masseübertragung und isothermen Adsorption für Kohle und behandelte Kohle berücksichtigt. Daher ist es nicht notwendig, einen Wert der Matrixporosität und den Oberflächenbereich in dem Modell zu spezifizieren.
  • Die bevorzugte Adsorption von Kohlenstoffdioxid gegenüber Methan an behandelter Kohle wurde in das Modell auf Basis experimenteller Adsorptionsdaten aufgenommen. Zum Beispiel zeigt 165, dass Kohlenstoffdioxid eine deutlich höhere Gesamtadsorption als Methan über einen gesamten Druckbereich bei einer spezifizierten Temperatur aufweist. Sobald das Kohlenstoffdioxid in das Kluft-System eintritt, diffundiert Methan aus und desorbiert von der Matrix. In gleicher Weise diffundiert Kohlenstoffdioxid in die und adsorbiert auf der Matrix. Darüber hinaus zeigt 165 auch, dass Kohlenstoffdioxid an einer pyrolysierten Kohleprobe eine höhere Gesamtadsorption aufweisen kann als an einer nicht pyrolisierten Kohle.
  • Die für das Modell erforderlichen Druck-Volumen-Temperatur(PVT)-Eigenschaften und die Viskosität wurden aus Literaturdaten für die reinen Gaskomponenten entnommen.
  • Die Simulation modellierte einen Sequestriervorgang über eine Zeitspanne von etwa 3700 Tagen für das Modell der tiefen Kohleformation. Die Entfernung des Wassers in der Kohleformation wurde durch eine Förderung aus allen fünf Schächten simuliert. Die Förderrate von Wasser betrug etwa 40 m3/Tag für etwa die ersten 370 Tage. Nach den ersten 370 Tagen nahm die Förderrate von Wasser deutlich ab. Sie nahm über den Rest des Simulationslaufes bis etwa 0 am Ende ab. Die Kohlenstoffdioxideinspritzung wurde bei ca. 370 Tagen bei einer Durchflussrate von etwa 113000 Norm (in diesem Zusammenhang bedeutet „Norm" eine Atmosphäre Druck und 15,5 Grad Celsius) m3/Tag begonnen. Die Einspritzrate von Kohlenstoffdioxid wurde bei ca. 1440 Tagen auf etwa 226000 Nm3/Tag verdoppelt. Die Einspritzrate blieb bis zum Ende des Simulationslaufes bei etwa 226000 Nm3/Tag.
  • 177 veranschaulicht den Druck an dem Bohrlochkopf der Einspritzschächte als eine Funktion während der Simulation. Der Druck nahm über die ersten 370 Tage von 114 bar absolut bis etwa 20 bar absolut ab. Der Druckabfall erfolgte auf Grund der Entfernung von Wasser aus der Kohleformation. Der Druck begann dann, als die Kohlenstoffdioxideinspritzung bei 370 Tagen begann, wesentlich anzusteigen. Der Druck erreichte ein Maximum von 98 bar. Der Druck begann dann nach 480 Tagen schrittweise abzunehmen. Bei etwa 1440 Tagen stieg der Druck auf Grund der Zunahme der Kohlenstoffdioxideinspritzrate wieder auf etwa 143 bar absolut an. Der Druck nahm bis etwa 3640 Tage schrittweise zu. Der Druck machte bei etwa 3640 Tagen einen Sprung, da der Förderschacht abgesperrt wurde.
  • 178 veranschaulicht die Förderrate von Kohlenstoffdioxid 5060 und Methan 5070 als eine Funktion der Zeit in der Simulation. 178 zeigt, dass Kohlenstoffdioxid mit einer Rate zwischen etwa 0–10000 m3/Tag während ca. der ersten 2400 Tage gefördert wurde. Die Förderrate von Kohlenstoffdioxid lag deutlich unter der Einspritzrate. Daher sagt die Simulation voraus, dass der Großteil des eingespritzten Kohlenstoffdioxids in der Kohleformation sequestriert wird. Nach etwa 2400 Tagen begann die Förderrate von Kohlenstoffdioxid auf Grund des Beginns der Sättigung der Kohleformation deutlich anzusteigen.
  • Darüber hinaus zeigt 178, dass Methan desorbiert wurde, wenn Kohlenstoffdioxid in der Kohleformation adsorbiert wurde. Zwischen etwa 370–2400 Tagen stieg die Methanförderrate 5070 von etwa 60000 bis etwa 115000 Nm3/Tag. Die Zunahme der Methanförderrate zwischen etwa 1440–2400 Tagen wurde durch den Anstieg der Kohlenstoffdioxideinspritzrate bei etwa 1440 Tagen bewirkt. Nach etwa 2400 Tagen begann die Förderrate von Methan abzunehmen. Dies geschah auf Grund der Sättigung der Kohleformation. Die Simulation sagte einen Durchbruch von 50% bei etwa 2700 Tagen voraus. „Durchbruch" ist definiert als das Verhältnis der Durchflussrate von Kohlenstoffdioxid zur gesamten Durchflussrate des gesamten geförderten Gases mal 100%. Die Simulation sagte auch einen Durchbruch von etwa 90% bei etwa 3600 Tagen voraus.
  • 179 veranschaulicht gesamtes gefördertes Methan 5090 und das gesamte eingespritzte Netto-Kohlenstoffdioxid 5080 als eine Funktion der Zeit während der Simulation. Das gesamte eingespritzte Netto-Kohlenstoffdioxid ist das gesamte geförderte Kohlenstoffdioxid abgezogen von dem gesamten eingespritzten Kohlenstoffdioxid. 179 zeigt, dass am Ende der simulierten Einspritzung etwa doppelt so viel Kohlenstoffdioxid gespeichert wurde, wie Methan produziert wurde. Darüber hinaus betrug die Methanförderung etwa 0,24 Mrd. Nm3 bei 50% Kohlenstoffdioxiddurchbruch. Auch betrug die Kohlenstoffdioxid-Sequestrierung etwa 0,39 Mrd. Nm3 bei 50% Kohlenstoffdioxiddurchbruch. Bei 90% Kohlenstoffdioxiddurchbruch betrug die Methanförderung etwa 0,26 Mrd. Nm3. Auch betrug die Kohlenstoffdioxid-Sequestrierung bei 90% Kohlenstoffdioxiddurchbruch etwa 0,46 Mrd. Nm3.
  • Die Tabelle 8 zeigt, dass die Durchlässigkeit und Porosität der Simulation in der behandelten Kohleformation beide deutlich höher waren als in der tiefen Kohleformation vor der Behandlung. Auch war der Anfangsdruck viel geringer. Die Tiefe der behandelten Kohleformation war seichter als die tiefe Kohleflöz-Methanformation. Die gleichen PVT-Daten und die gleichen Daten für die relative Durchlässigkeit, die für die tiefe Kohleformation verwendet wurden, wurden für die Kohleformationssimulation verwendet. Die anfängliche Wassersättigung für die behandelte Kohleformation wurde bei 70% festgelegt. Wasser war vorhanden, da es verwendet wird, um die heiße, erschöpfte Kohleformation auf 25°C zu kühlen. Die Menge an anfänglich in der behandelten Kohle gespeichertem Methan ist sehr gering.
  • Die Simulation modellierte einen Seugestriervorgang über eine Zeitspanne von etwa 3800 Tagen für das Modell der behandelten Kohleformation. Die Simulation modellierte eine Entfernung von Wasser aus der behandelten Kohleformation mit einer Förderung aus allen fünf Schächten. Während etwa der ersten 200 Tage betrug die Förderrate von Wasser etwa 680000 Nm3/Tag. Von etwa 200 bis 3300 Tagen lag die Wasserförderrate zwischen etwa 210000 bis etwa 480000 Nm3/Tag. Nach 3300 Tagen war die Förderrate von Wasser vernachlässigbar. Die Kohlenstoffdioxideinspritzung wurde bei ca. 370 Tagen mit einer Durchflussrate von etwa 113000 Nm3/Tag begonnen. Die Einspritzrate von Kohlenstoffdioxid wurde bei etwa 1440 Tagen auf etwa 226000 Nm3/Tag erhöht. Die Einspritzrate blieb bis zum Ende der simulierten Einspritzung bei 226000 Nm3/Tag.
  • 180 veranschaulicht den Druck an dem Bohrlochkopf der Einspritzschächte als eine Funktion der Zeit während der Simulation des Modells für die behandelte Kohleformation. Der Druck war bis zu etwa 370 Tagen relativ konstant. Über den Großteil des verbleibenden Simulationslaufes erhöhte sich der Druck bis zu etwa 36 bar absolut. Beginnend bei etwa 3300 Tagen stieg der Druck steil an, da der Förderschacht abgesperrt wurde.
  • 181 veranschaulicht die Förderrate von Kohlenstoffdioxid als eine Funktion der Zeit in der Simulation des Modells für die behandelte Kohleformation. 181 zeigt, dass die Förderrate von Kohlenstoffdioxid während annähernd der ersten 2200 Tage fast vernachlässigbar war. Daher sagt die Simulation voraus, dass fast alles von dem eingespritzten Kohlenstoffdioxid in der behandelten Formation sequestriert wird. Bei etwa 2240 Tagen begann jedoch das geförderte Kohlenstoffdioxid anzusteigen. Die Förderrate von Kohlenstoffdioxid begann wegen der einsetzenden Sättigung der behandelten Kohleformation deutlich anzusteigen.
  • 182 veranschaulicht gesamtes eingespritztes Netto-Kohlenstoffdioxid als eine Funktion der Zeit während der Simulation in dem Modell für die behandelte Kohleformation. Das gesamte eingespritzte Netto-Kohlenstoffdioxid ist das gesamte geförderte Kohlenstoffdioxid abgezogen von dem gesamten eingespritzten Kohlenstoffdioxid. 182 zeigt, dass die Simulation eine potenzielle Netto-Sequestrierung von Kohlenstoffdioxid von 0,56 Mrd. m3 vorhersagt. Dieser Wert ist größer als der Wert von 0,46 Mrd. m3 bei 90% Kohlenstoffdioxiddurchbruch in der tiefen Kohleformation. Der Vergleich von 177 mit 180 zeigt jedoch, dass die Sequestrierung in dem Modell für die behandelte Kohleformation bei viel niedrigeren Drücken erfolgt. Daher war weniger Kompressionsenergie für die Sequestrierung in der behandelten Kohleformation erforderlich.
  • Die Simulationen zeigen, dass große Mengen an Kohlenstoffdioxid sowohl in den tiefen Kohleformationen als auch in den behandelten Kohleformationen, die abgekühlt wurden, sequestriert werden können. Kohlenstoffdioxid kann in der behandelten Kohleformation, in Kohleformationen, die nicht pyrolysiert wurden und/oder in beiden Formationstypen sequestriert werden.
  • 166 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines in einem SMDS Fischer-Tropsch- und Wachs-Crackingvorgang mit Wärme- und Massegleichgewichten integrierten in situ-Synthesegasfördervorgangs. Das in die Formation eingespritzte Synthesegas erzeugende Fluid umfasst etwa 24000 metrische Tonnen Wasser 4530 pro Tag, das etwa 5500 metrische Tonnen aus dem SMDS Fischer Tropsch- und Wachs-Crackingvorgang 4520 rückgeführtes Wasser pro Tag umfasst. Insgesamt etwa 1700 MW Energie wird dem in situ-Synthesegasfördervorgang zugeführt. Etwa 1020 MW an Energie 4535 der etwa 1700 MW an Energie wird durch eine in situ-Reaktion eines oxidierenden Fluids mit der Formation zugeführt, und ca. 680 MW an Energie 4550 wird durch den SMDS Fischer-Tropsch- und Wachs-Crackingvorgang 4520 in Form von Wasserdampf zugeführt. Etwa 12700 Kubikmeter Öläquivalent pro Tag an Synthesegas 4560 wird als ein Einsatzgas für den SMDS Fischer Tropsch- und Wachs-Crackingvorgang 4520 verwendet. Der SMDS Fischer-Tropsch- und Wachs-Crackingvorgang 4520 fördert etwa 4770 m3 pro Tag an Produkten 4570, die Naphtha, Kerosin, Diesel und etwa 5880 m3 Öläquivalent pro Tag an Abgas 4580 für eine Energieerzeugungseinrichtung umfassen können.
  • 167 ist ein Vergleich der Zusammensetzung des geförderten Synthesegases zwischen der numerischen Simulation und dem experimentellen in situ-Kohlefeldversuchs als eine Funktion der Zeit. Der Plot schießt Stickstoff und Spuren von Sauerstoff, die als Verunreinigungen während der Probenahme vorhanden waren, aus. Die Symbole stellen experimentelle Daten dar, und die Kurven stellen Simulationsergebnisse dar. Die Kohlenwasserstoffe 4601 sind Methan, da sich alle anderen schwereren Kohlenwasserstoffe bei den vorangegangenen Temperaturen zersetzt haben. Die Simulationsergebnisse sind gleitende Mittelwerte von Rohergebnissen, die Maxima und Minimumbereiche von etwa ±10% des gemittelten Werts zeigen. Im Modell traten die Maxima von H2 auf, wenn Fluide in die Kohlenlage eingespritzt wurden, und fielen mit den Minimumbereichen von CO2 und CO zusammen.
  • Die Simulation von H2 4604 passt gut mit der beobachteten Fraktion von H2 4603 zusammen. Die Simulation von Methan 4602 passt gut mit der beobachteten Fraktion von Methan 4601 zusammen. Die Simulation von Kohlenstoffdioxid 4606 passt gut mit der beobachteten Fraktion von Kohlenstoffdioxid 4605 zusammen. Die Simulation von CO 4608 überschätzte die Fraktion von CO 4607 um 4–5 Prozentpunkte. Kohlenstoffmonoxid ist die am Schwierigsten zu modellierende Synthesegaskomponente. Die Diskrepanz des Kohlenstoffmonoxids kann auf der Tatsache beruhen, dass die Mustertemperaturen die 550°C, die obere Grenze, bei der das numerische Modell kalibriert wurde, überschritt.
  • Weitere Verfahren zur Förderung von Synthesegas wurden bei dem experimentellen Feldversuch erfolgreich demonstriert. Diese umfassten eine kontinuierliche Einspritzung von Wasserdampf und Luft, Wasserdampf und Sauerstoff, Wasser und Luft, Wasser und Sauerstoff, Wasserdampf, Luft und Kohlenstoffdioxid. All diese Einspritzungen erzeugten in der heißen Koksformation erfolgreich Synthesegas.
  • Pyrolyseexperimente bei niedriger Temperatur wurden mit Teersand durchgeführt. Um eine Pyrolysetemperaturzone und Auswirkung der Temperatur in einem erhitzten Teil auf die Qualität der geförderten Pyrolysefluide zu bestimmen. Der Teersand wurde aus der Athabasca-Teersandregion gesammelt. 89 veranschaulicht ein Retorten- und Sammelsystem, das zur Durchführung des Experimentes verwendet wurde. Das Retorten- und Sammelsystem kann wie hierin beschrieben ausgebildet sein.
  • Laborexperimente wurden an drei in ihrer natürlichen Sandmatrix enthaltenen Teersandproben durchgeführt. Die drei Teersandproben wurden aus der Athabasca-Teersandregion in Westkanada gesammelt. In jedem Fall wurde das aus einem Schacht erhaltene Bohrkernmaterial gemischt und dann geteilt. Ein Aliquot des geteilten Bohrkernmaterials wurde in der Retorte verwendet, und das Aliquot für einen Wiederholungsversuch wurde für Vergleichsanalysen aufbewahrt. Die entnommenen Materialien umfassten eine Teerprobe innerhalb einer Sandsteinmatrix.
  • Die Aufheizgeschwindigkeit für die Läufe wurde bei 1°C/Tag, 5°C/Tag und 10°C/Tag variiert. Der Druckzustand wurde für die Läufe bei Drücken von 1 bar, 7,9 bar, und 28,6 bar variiert. Der Lauf # 78 wurde ohne Gegendruck bei 1 bar absolut und einer Aufheizgeschwindigkeit von 1°C/Tag betrieben. Der Lauf # 79 wurde ohne Gegendruck bei 1 bar absolut und einer Aufheizgeschwindigkeit von 5°C/Tag betrieben. Der Lauf # 81 wurde ohne Gegendruck bei 1 bar absolut und einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/Tag betrieben. Der Lauf # 86 wurde mit einem Druck von 7,9 bar absolut und einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/Tag betrieben. Der Lauf # 96 wurde mit einem Druck von 28,6 bar absolut und einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/Tag betrieben. Im Allgemeinen waren 0,5 bis 1,5 kg Anfangsgewicht der Probe erforderlich, um die verfügbaren Retortenzellen zu füllen.
  • Die innere Temperatur für die Läufe wurden von Umgebungstemperatur auf 110°C, 200°C, 225°C und 270°C erhöht, mit einer Haltezeit von 24 Stunden zwischen jedem Temperaturanstieg. Während dieses Aufheizens wurde der Großteil der Feuchtigkeit aus den Proben entfernt. Beginnend bei 270°C wurde die Temperatur um 1°C/Tag, 5°C/Tag und 10°C/Tag erhöht, bis kein weiteres Fluid gefördert wurde. Die Temperatur wurde während des Aufheizens in der Stufe überwacht und gesteuert.
  • Geförderte Flüssigkeit wurde in graduierten Glassammelrohren gesammelt. Gefördertes Gas wurde in graduierten Glassammelflaschen gesammelt. Die Fluidvolumina wurden täglich abgelesen und aufgezeichnet. Die Genauigkeit der Öl- und Gasvolumenablesungen lag innerhalb von +/–0,6% bzw. 2%. Die Experimente wurden beendet, wenn die Fluidförderung aufhörte. Der Strom wurde abgeschaltet und die Retorte mehr als 12 Stunden lang stehen gelassen, um auf Raumtemperatur abzukühlen. Die pyrolysierten Probenrückstände wurden entnommen, gewogen und in dichten Kunststoffschalen gelagert. Die Fluidförderung und verbleibendes Gesteinsmaterial wurden für analytische Untersuchungen verschickt.
  • Darüber hinaus wurde eine Dean und Stark-Toluol Lösungsmittelextraktion verwendet, um die in der Probe enthaltene Menge an Teer zu untersuchen. Bei einem solchen Extraktionsvorgang kann ein Lösungsmittel wie z. B. Toluol oder ein Toluol/Xylol-Gemisch mit einer Probe gemischt werden, und kann unter Verwendung einer Vorlage unter einem Kühler im Rückfluss erhitzt werden. Wenn die unter Rückfluss erhitzte Probe kondensiert, können sich zwei Phasen der Probe trennen, wenn sie in die Vorlage fließen. Zum Beispiel kann Teer in der Vorlage bleiben, während das Lösungsmittel zum Kolben zurückläuft. Detaillierte Verfahren für die Dean und Stark-Toluol-Lösungsmittelextraktion werden durch die American Society for Testing and Materials („ASTM") bereitgestellt. Die ASTM ist durch Bezugnahme hierin aufgenommen, wie zur Gänze dargelegt. Eine 30 g-Probe aus jeder Tiefe wurde für eine Dean und Stark-Extraktionsanalyse verschickt.
  • Tabelle 9 veranschaulicht die Elementaranalyse von Ausgangsteer und von den geförderten Fluiden für die Läufe # 81, # 86 und # 96. Diese Daten gelten alle für eine Aufheizgeschwindigkeit von 10°C pro Tag. Zwischen den Läufen wurde nur ein Druck geändert.
  • Tabelle 9
    Figure 03840001
  • Wie in Tabelle 9 veranschaulicht, verringert die Pyrolyse des Teersandes die Stickstoff- und Schwefelgewichtsprozente in einem geförderten Fluid und erhöht die Kohlenstoffgewichtsprozent eines geförderten Fluids. Es zeigt sich ferner, dass eine Erhöhung des Druckes im Pyrolyseexperiment die Stickstoff- und Schwefelgewichtsprozent in den geförderten Fluiden erniedrigt.
  • Tabelle 10 veranschaulicht NOISE (Nitric Oxide Ionization Spectrometry Evaluation = Stickstoffoxid-Ionisations-Spektrometrie)-Analysedaten für die Läufe # 81, # 86 und # 96 und den anfänglichen Teer. NOISE wurde von einem kommerziellen Labor als eine quantitative Analyse der Gewichtsprozente der Hauptbestandteile in Öl entwickelt. Die restlichen Gewichtsprozent (47,2%) in dem anfänglichen Teer können in einem Rückstand zu finden sein.
  • Tabelle 10
    Figure 03850001
  • Wie in Tabelle 10 veranschaulicht, fördert eine Pyrolyse von Teersand ein Produktfluid mit einem deutlich höheren Gewichtsprozentanteil von Paraffinen, Cycloalkanen und Monoaromaten, als in dem anfänglichen Teersand gefunden werden kann. Es zeigt sich, dass eine Erhöhung des Druckes bis zu 7,9 bar absolut die Förderung von Tetra-Aromaten im Wesentlichen eliminiert. Es zeigt sich, dass eine weitere Erhöhung des Druckes bis zu 28,6 bar absolut im Wesentlichen die Förderung von Tri-Aromaten eliminiert. Es zeigt sich, dass ein Anstieg des Druckes auch eine Förderung von Di-Aromaten verringert. Es zeigt sich auch, dass eine Erhöhung des Druckes bis zu 28,6 bar absolut eine Förderung von Monoaromaten deutlich erhöht. Dies kann in einem erhöhten Wasserstoffpartialdruck bei dem höheren Druck begründet sein. Der erhöhte Wasserstoffpartialdruck kann polyaromatische Verbindungen zu Monoaromaten reduzieren.
  • 168 veranschaulicht Plots von Gewichtsprozenten von Kohlenstoffverbindungen gegenüber Kohlenstoffzahl für einen anfänglichen Teer 4703 und Läufe bei Drücken von 1 bar absolut 4704, 7,9 bar absolut 4705, und 28,6 bar absolut 4706 bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C pro Tag. Aus den Plots des anfänglichen Teers 4703 und eines Druckes von 1 bar absolut 4704 ist ersichtlich, dass eine Pyrolyse eine durchschnittliche Kohlenstoffzahlverteilung zu relativ niedrigeren Kohlenstoffzahlen verschiebt. Zum Beispiel liegt eine mittlere Kohlenstoffzahl in der Kohlenstoffverteilung des Plots 4703 bei einer Kohlenstoffzahl von etwa neunzehn, und eine mittlere Kohlenstoffzahl in der Kohlenstoffverteilung des Plots 4704 liegt bei einer Kohlenstoffzahl von etwa siebzehn. Eine Erhöhung des Druckes auf 7,9 bar absolut 4705 verschiebt die durchschnittliche Kohlenstoffzahlverteilung auf noch niedrigere Kohlenstoffzahlen. Eine Erhöhung des Druckes auf 7,9 bar absolut 4705 verschiebt die mittlere Kohlenstoffzahl in der Kohlenstoffverteilung auch zu einer Kohlenstoffzahl von etwa dreizehn. Eine weitere Erhöhung des Druckes auf 28,6 bar absolut 4706 verringert die mittlere Kohlenstoffzahl auf etwa elf. Man glaubt, dass eine Erhöhung des Druckes die durchschnittliche Kohlenstoffzahlverteilung verringert, indem er einen Wasserstoffpartialdruck in dem Produktfluid erhöht. Der erhöhte Wasserstoffpartialdruck in dem Produktfluid erlaubt eine Hydrierung, Dearomatisierung und/oder Pyrolyse großer Moleküle zur Ausbildung kleinerer Moleküle. Eine Erhöhung des Druckes erhöht auch eine Qualität des geförderten Fluids. Zum Beispiel erhöhte sich die API-Dichte des Fluids von weniger als etwa 10° für den anfänglichen Teer auf etwa 31° für einen Druck von etwa 1 bar absolut, auf etwa 39° für einen Druck von 7,9 bar absolut, auf etwa 45° für einen Druck von etwa 28,6 bar absolut.
  • 169 veranschaulicht Balkengraphen von Gewichtsprozenten von Kohlenstoffverbindungen für verschiedene Pyrolyseaufheizgeschwindigkeiten und -drücke. Der Balkengraph 4710 veranschaulicht Gewichtsprozente für eine Pyrolyse bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 1°C/Tag bei einem Druck von 1 bar absolut. Der Balkengraph 4712 veranschaulicht Gewichtsprozente für eine Pyrolyse bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 5°C/Tag bei einem Druck von 1 bar. Der Balkengraph 4714 veranschaulicht Gewichtsprozente für eine Pyrolyse bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/Tag bei einem Druck von 1 bar. Der Balkengraph 4716 veranschaulicht Gewichtsprozente für eine Pyrolyse bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/Tag bei einem Druck von 7,9 bar absolut. Die Gewichtsprozente von Paraffinen 4720, Cycloalkanen 4722, Monoaromaten 4724, Di-Aromaten 4726 und Tri-Aromaten 4728 sind in den Balkengraphen veranschaulicht. Die Balkengraphen demonstrieren, dass eine Veränderung der Aufheizgeschwindigkeit zwischen 1°C pro Tag bis 10°C pro Tag die Zusammensetzung des Produktfluids nicht signifikant beeinflusst. Jedoch beeinflusst eine Erhöhung des Druckes von 1 bar absolut auf 7,9 bar absolut eine Zusammensetzung des Produktfluids. Solch eine Auswirkung kann für die in obiger/n 168 und Tabellen 9 und 10 beschriebenen Auswirkungen kennzeichnend sein.
  • Ein dreidimensionales (3D) Simulationsmodell wurde verwendet, um einen in situ-Umwandlungsvorgang für eine Teersand enthaltende Formation zu simulieren. Eine Hitzeeinspritzrate wurde unter Verwendung eines getrennten numerischen Codes (CFX) berechnet. Die Hitzeeinspritzrate wurde mit 500 Watt pro Fuß (1640 Watt/Meter) berechnet. Die 3D-Simulation basierte auf einem Wärmedehnungs-Nachverdichtungsmodell für Teersande. Eine Zielzonenmächtigkeit von 50 Metern wurde verwendet. Die Eingangsdaten für die Simulation waren die Folgenden:
    Tiefe der Zielzone = 280 m;
    Mächtigkeit = 50 m;
    Porosität = 0,27;
    Ölsättigung = 0,84;
    Wassersättigung = 0,16;
    Durchlässigkeit = 100 Millidarcy;
    vertikale Durchlässigkeit gegenüber horizontale Durchlässigkeit = 0,1;
    Deckgebirge = Schiefer; und
    Grundgestein = Nasskarbonat.
  • Auf Basis von in Athabasca-Teersanden gefunden Fluiden wurden sechs Komponentenfluide verwendet. Die sechs Komponentenfluide waren: schweres Fluid; leichtes Fluid; Gas; Wasser; Vor-Teer; und Teer. Der Abstand zwischen den Schächten wurde auf einem dreieckigen Muster mit 9,1 m festgesetzt. 11 horizontale Heizeinrichtungen mit einer Heizeinrichtungslänge von 300 m, wobei die Wärmeabgabe an dem zuvor berechneten Wert von 1640 Watt pro Meter festgesetzt wurde, wurden verwendet.
  • 170 veranschaulicht einen Plot einer Ölförderung (in Kubikmetern) gegenüber Zeit (in Tagen) für verschiedene Bohrlochdrücke an einem Förderschacht. Der Plot 4742 veranschaulicht eine Ölförderung für einen Druck von 1,03 bar absolut. Der Plot 4740 veranschaulicht eine Ölförderung für einen Druck von 6,9 bar absolut. 170 zeigt, dass eine Erhöhung des Bohrlochdruckes eine Ölförderung in einer Teersandformation verringern wird.
  • 171 veranschaulicht einen Plot eines Verhältnisses eines Wärmeinhalts geförderter Fluide aus einem Reservoir gegen die Wärmezufuhr, um das Reservoir zu erhitzen, gegenüber Zeit (in Tagen). Der Plot 4752 veranschaulicht das Verhältnis gegenüber Zeit für das Erhitzen eines gesamten Reservoirs auf eine Pyrolysetemperatur. Der Plot 4752 veranschaulicht das Verhältnis gegenüber Zeit für das Zulassen eines teilweisen Austrags in dem Reservoir in einen vorbestimmten Pyrolyseabschnitt 4750. 171 zeigt, dass das Zulassen. eines teilweisen Austrags in dem Reservoir dazu neigt, den Wärmeinhalt geförderter Fluide gegenüber Erhitzen des gesamten Reservoirs für eine gegebene Wärmezufuhr in das Reservoir zu erhöhen.
  • 172 veranschaulicht einen Plot von Gewichtsprozent gegenüber Kohlenstoffzahlverteilung für die Simulation. Der Plot 4760 veranschaulicht die Kohlenstoffzahlverteilung für den anfänglichen Teersand. Der anfängliche Teersand weist eine API-Dichte von 6° auf. Der Plot 4762 veranschaulicht die Kohlenstoffzahlverteilung für eine in situ-Umwandlung des Teersandes bis zu einer Temperatur von 350°C. Der Plot 4762 weist eine API-Dichte von 30° auf. Aus 172 ist ersichtlich, dass der in situ-Umwandlungsvorgang die Qualität eines in den Teersanden gefundenen Öls wesentlich erhöht, wie durch die erhöhte API-Dichte und die Verschiebung der Kohlenstoffzahlverteilung zu niedrigeren Kohlenstoffzahlen bestätigt. Die niedrigere Kohlenstoffzahlverteilung wurde auch durch das Ergebnis bewiesen, das zeigte, dass ein Großteil des geförderten Fluids als Dampf gefördert wurde.
  • 102 veranschaulicht eine experimentelle Teersand-Trommelvorrichtung, die verwendet wurde, um ein Experiment durchzuführen. Die Trommel 3400 wurde mit Athabasca-Teersand gefüllt und erhitzt. Sämtliche Experimente wurden unter Verwendung des in 102 gezeigten Systems durchgeführt (siehe andere Beschreibung hierin). Dämpfe wurden aus der Trommel gefördert, gekühlt, in Flüssigkeiten und Gase getrennt und danach analy siert. Es wurden zwei getrennte Experimente durchgeführt, wobei jedes Teersand aus derselben Charge verwendete, der Trommeldruck wurde aber in einem Experiment (dem Experiment bei niedrigem Druck) bei 1 bar absolut gehalten, und der Trommeldruck wurde in dem anderen Experiment (dem Experiment bei hohem Druck) bei 6,9 bar absolut gehalten. Es wurde dem Trommeldruck erlaubt, sich autogen auf den gehaltenen Druck zu erhöhen, während die Temperaturen erhöht wurden.
  • 173 veranschaulicht Mol-% von Wasserstoff in den Gasen während des Experiments (d. h. während der Erhöhung der Trommeltemperatur mit einer Geschwindigkeit von 2 Grad Celsius pro Tag). Die Linie 4770 veranschaulicht die erhaltenen Ergebnisse, wenn der Trommeldruck bei 1 bar absolut gehalten wurde. Die Linie 4772 veranschaulicht die erhaltenen Ergebnisse, wenn der Trommeldruck bei 6,9 bar absolut gehalten wurde. 173 zeigt, dass ein höherer Molprozentanteil von Wasserstoff in dem Gas gefördert wurde, wenn die Trommel bei niedrigeren Drücken gehalten wurde. Man nimmt an, dass die Erhöhung des Trommeldruckes Wasserstoff in die Flüssigkeiten in der Trommel eingeführt hat. Der Wasserstoff wird dazu neigen, schwere Kohlenwasserstoffe zu hydrieren.
  • 174 veranschaulicht die API-Dichte der aus der Trommel geförderten Flüssigkeiten bei Erhöhung der Temperatur in der Trommel. Die Linie 4782 stellt die Resultate aus dem Experiment bei hohem Druck dar, und die Linie 4780 stellt die Resultate aus dem Experiment bei niedrigem Druck dar. Wie in 174 veranschaulicht, wurden bei dem höheren Trommeldruck Flüssigkeiten höherer Qualität gefördert. Man nimmt an, dass Flüssigkeiten höherer Qualität gefördert wurden, da in der Trommel während des Experiments bei hohem Druck mehr Hydrierung erfolgte (obwohl die Wasserstoffkonzentration in dem Gas bei dem Experiment mit hohem Druck geringer war, waren die Trommel drücke deutlich höher und daher war der Wasserstoffpartialdruck in der Trommel in dem Experiment bei hohem Druck höher).
  • Weitere Änderungen und alternative Ausführungsformen verschiedener Aspekte der Erfindung werden dem Fachmann im Hinblick auf diese Beschreibung offensichtlich sein. Demgemäß ist diese Beschreibung nur als veranschaulichend zu betrachten und dient dem Zweck der Lehre für den Fachmann in allgemeiner Weise, um die Erfindung durchzuführen. Es ist einzusehen, dass die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die derzeit bevorzugten Ausführungsformen anzusehen sind. Elemente und Materialien können gegen die hierin veranschaulichten und beschriebenen ausgetauscht werden, Teile und Verfahren können umgekehrt werden, und bestimmte Merkmale der Erfindung können unabhängig verwendet werden, so wie es für einen Fachmann, nachdem er sich im Besitz des Vorteils der Beschreibung der Erfindung befindet, offensichtlich ist. Änderungen können in den hierin beschriebenen Elementen vorgenommen werden, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen beschrieben ist, abzuweichen.

Claims (53)

  1. Verfahren zur Behandlung einer Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation in situ und zur Förderung eines Kohlenwasserstofffluids aus der Formation, wobei das Verfahren das Pyrolysieren der in der Formation während der Förderung des Kohlenwasserstofffluids aus der Formation vorhandenen Kohlenwasserstoffe unter Anwendung einer Druck-/Temperatursteuerung umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zumindest der Druck ist, der aus einer vorbestimmten Temperatur errechnet werden kann, oder die Temperatur höchstens jene Temperatur ist, die aus einem vorbestimmten Druck aus der Gleichung
    Figure 03920001
    errechnet werden kann, worin P der Druck (bar absolut) ist, T die Temperatur (°C) ist, und A und B vorbestimmte Parameter sind, und worin A zumindest 5000, B zumindest 10 und P höchstens 72 bar absolut betragen, um eine Eigenschaft zu steuern, die für die Quantität, die Zusammensetzung und/oder die Qualität des geförderten Kohlenwasserstofffluids relevant ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation ein Kerogen, wie Kohle oder Ölschiefer aufweist, oder schwere Kohlen
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine Wärmequelle angewendet wird, die so konfiguriert ist, daß sie die Kohlenwasserstofformation im wesentlichen durch Wärmeleitung erhitzt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem zumindest ein wesentlicher Teil des in der Formation vorhandenen Kohlenwasserstoffes durch Erhitzen auf eine Temperatur unterhalb 450°C, vorzugsweise im Bereich von 250°C bis 400°C, insbesondere im Bereich von 260°C bis 375°C, pyrolysiert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Druck zumindest 1,4 bar beträgt und bei welchem bei einem Druck von 3,52 bar und der bei einer Temperatur bis zu 301,7°C stattfindenden Pyrolyse eine Heizquelle angewendet wird, die von der Heizquelle verschieden ist, welche lediglich eine Radiofrequenzerhitzung bereitstellt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Pyrolysieren von Kohlenwasserstoffen in der Formation während der Förderung des Kohlenwasserstofffluids aus der Formation durch Anwendung einer Druck-/Temperatursteuerung und bei Anwesenheit von Kohlenstoff bei einem Teilkohlenstoffdruck von zumindest 0,5 bar, beispielsweise im Bereich von 1 bar bis 10 bar, insbesondere von 5 bar bis 7 bar, vorgenommen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 14000 und B gleich 25 beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 24146 und B gleich 43,349 beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 30864 und B gleich 50,676 beträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem A gleich 16947 und B gleich 33,603 beträgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 57379 und B gleich 83,145 beträgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 5492,8 und B gleich 14,234 beträgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 38360 und B gleich 60,351 beträgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 6613,1 und B gleich 16,364 beträgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 28554 und B gleich 47,084 beträgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem A gleich 11118 und B gleich 23,156 beträgt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei welchem nach dem Schritt der Behandlung zumindest eines Teiles der Formation durch Pyrolyse zumindest ein Teil der behandelten Kohlenwasserstoff enthaltenden Formation mit einem Synthesegas erzeugenden Fluid zur Reaktion gebracht wird, um ein Synthesegas zu erzeugen.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Synthesegas in Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem das Synthesegas durch einen Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoff-Synthesevorgang in Paraffine umgewandelt wird, und die Paraffine in einen Hydrocracker umgewandelt werden.
  20. Verfahren zur Förderung von Energie, bei welchem ein Synthesegas bereitgestellt wird, welches gemäß Anspruch 17 erzeugt worden ist, und das Synthesegas expandiert und/oder verbrannt oder in einer Brennstoffzelle verwendet wird.
  21. System zur Verwendung bei dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das System einen oder mehrere Hitzeeinspritzschächte und einen oder mehrere Kohlenwasserstofffluid-Förderschächte umfaßt, die je in einem oder mehreren vorbestimmten Abständen von einem oder mehreren der Hitzeeinspritzschächte entfernt sind, und die mit Drucksteuervorrichtungen ausgestattet sind, die befähigt sind, einen erhöhten Fluiddruck (P) in einem erhitzten Teil der Formation zwischen einem oder mehrerer Hitzeeinspritzschächten und einem oder mehrerer Förderschächten aufrechtzuerhalten; dadurch gekennzeichnet, daß die Hitzeeinspritzschächte und die Drucksteuervorrichtungen derart gesteuert sind, daß der Druck zumindest jener Druck ist, der aus einer vorbestimmten Temperatur errechnet werden kann, oder die Temperatur höchstens jene Temperatur ist, die aus einem vorbestimmten Druck aus der Gleichung
    Figure 03950001
    errechnet werden kann, worin P der Druck (bar absolut) ist, T die Temperatur (°C) ist, und A und B vorbestimmte Parameter sind, und worin A zumindest 5000, B zumindest 10 und P höchstens 72 bar absolut betragen, um eine Eigenschaft zu steuern, die für die Quantität, die Zusammensetzung oder die Qualität des geförderten Kohlenwasserstofffluids relevant ist.
  22. System nach Anspruch 21, bei welchem jeder Kohlenwasserstofffluid-Förderschacht mit einer Drucksteuervorrichtung versehen ist, welche den Druck innerhalb zumindest eines Teiles des Bohrloches des Förderschachtes auf einem voreingestellten Wert hält, der in Beziehung zu einer angenommenen Temperatur in der Pyrolysezone bestimmt wird, aus welcher im Betrieb pyrolysiertes Kohlenwasserstofffluid durch die Formation in das Bohrloch des Förderschachtes strömt.
  23. System nach Anspruch 21, bei welchem eine Vielzahl von Hitzeeinspritzschächten in einem oder mehreren vorbestimmten Abständen und in einem im wesentlichen dreieckigen Muster um jeden Förderschacht herum angeordnet sind.
  24. System nach Anspruch 21, bei welchem zumindest einer der Hitzeeinspritz- und Förderschächte im wesentlichen parallel zu den oberen und unteren Grenzen der kohlenwasserstoffhaltigen Formation gebohrt wird.
  25. System nach Anspruch 21, bei welchem zumindest einer der Hitzeeinspritz- und Förderschächte im wesentlichen orthogonal zur oberen und unteren Grenze der kohlenwasserstoffhaltigen Formation gebohrt wird.
  26. System nach Anspruch 21, bei welchem zumindest einer der Hitzeeinspritzschächte aufweist: eine Zufuhrleitung für oxidierendes Fluid zur Lieferung eines oxidierenden Fluids aus einer Quelle oxidierenden Fluids zu einer Reaktionszone in der Formation während des Betriebes, und bei welchem das oxidierende Fluid so gewählt ist, daß es zumindest einen Teil der Kohlenwasserstoffe in der Formation in der Nähe der Schachtzone wäh rend des Betriebes oxidiert, derart, daß in der Reaktionszone Hitze erzeugt wird; und eine Austragleitung für Verbrennungsgase zum Austragen der Verbrennungsgase aus der Reaktionszone zur Erdoberfläche, damit die Hitze aus der Reaktionszone an einen vorbestimmten Abschnitt der Formation während des Betriebes im wesentlichen durch Wärmeleitung übertragen wird.
  27. System nach Anspruch 26, bei welchem die Oxidationsmittel-Einspritzleitung und die Verbrennungsgas-Austragleitung mit Druckregelvorrichtungen ausgestattet sind, welche den Druck in dem Heizschacht derart steuern, daß zumindest ein Teil der Verbrennungsgase, die in der Reaktionszone erzeugt werden, durch die Verbrennungsgas-Austragleitung zur Erdoberfläche befördert wird.
  28. System nach Anspruch 26 oder 27, bei welchem die Oxidationsmittel-Einspritzleitung und die Verbrennungsgas-Austragleitung sich koaxial zueinander von einem Bohrlochkopf des Heizschachtes in die kohlenwasserstoffhaltige Formation erstrecken, wobei die Oxidationsmittel-Einspritzleitung vom unteren Ende der Verbrennungsgas-Austragleitung über eine Reaktionszone vorsteht, welche die kohlenwasserstoffhaltige Formation durchsetzt, und der vorstehende untere Teil der Oxidationsmittel-Einspritzleitung mit einer Reihe von Oxidationsmittel-Einspritzöffnungen ausgestattet ist, um das Oxidationsmittel in einen Ringraum zwischen der Oxidationsmittel-Einspritzleitung und der Reaktionszone einzuspritzen.
  29. System nach einem der Ansprüche 21 bis 28, bei welchem zumindest ein Heizschacht eine elektrische Heizeinrichtung aufweist.
  30. System nach Anspruch 29, bei welchem die elektrische Heizvorrichtung umfaßt: ein mineralisoliertes Kabel, das innerhalb eines nicht-ausgekleideten Abschnittes des Bohrloches des Heizschachtes angeordnet ist, welcher sich durch die kohlenwasserstoffhaltige Formation erstreckt, wobei das mineralisolierte Kabel so ausgebildet ist, daß es während des Betriebes Strahlungshitze an zumindest einen Teil der Formation abgibt; und wobei das System so ausgebildet ist, daß es während des Betriebes eine Wärmeübertragung von dem mineralisolierten Kabel auf einen Abschnitt der Formation gestattet.
  31. System nach Anspruch 30, bei welchem das mineralisolierte Kabel einen Leiter aufweist, der aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht, wobei der Leiter in einem Isoliermaterial angeordnet ist, welches Magnesiumoxid und/oder andere Mineralkornteilchen enthält, die in einen Mantel vorgesehen sind, der aus einem korrosionsfesten Material besteht.
  32. System nach Anspruch 29, bei welchem die elektrische Heizeinrichtung einen ersten elektrischen Leiter aufweist, der in einer ersten Leitung angeordnet ist, welche innerhalb des Heizschachtes vorgesehen ist.
  33. System nach Anspruch 32, bei dem ferner ein gleitender elektrischer Verbinder mit dem ersten Leiter und/oder der ersten Leitung gekuppelt ist, und wobei innerhalb der ersten Leitung ein Fluid vorgesehen ist, welches Fluid so gewählt ist, daß es einen Druck innerhalb der ersten Leitung aufrechterhält, um eine Deformation der ersten Leitung während des Betriebes im wesentlichen zu verhindern.
  34. System nach Anspruch 32, das ferner ein Rohr aufweist, das innerhalb einer ringförmigen Öffnung außerhalb des ersten Leiters vorgesehen ist, wobei das Rohr so ausgebildet ist, daß es Dampf ableitet, der zumindest von dem erhitzten Teil der Formation erzeugt wird, derart, daß ein Druckausgleich zwischen der ersten Leitung und der Öffnung aufrechterhalten wird, um im wesentlichen eine Deformation der ersten Leitung während des Betriebes zu verhindern.
  35. System nach Anspruch 29, bei welchem die elektrische Heizeinrichtung zumindest ein lang gestrecktes elektrisches Leiterelement aufweist, das in einem zumindest teilweise nicht-ausgekleideten Abschnitt des Heizschachtes angeordnet ist.
  36. System nach Anspruch 35, bei welchem innerhalb des Heizschachtes eine Fluidzufuhrleitung angeordnet ist, um Reinigungsfluid, wie Luft, an der Oberfläche des elektrischen Leiterelementes einzuspritzen, um eine Ablagerung von Verbrennungsprodukten an oder in der Nähe des zumindest einen lang gestreckten elektrischen Leiterelementes während des Betriebes zu verhindern.
  37. System nach Anspruch 36, bei welchem das lang gestreckte elektrische Leiterelement durch die Fluidzufuhrleitung mittels einer Reihe von isolierten Zentralisierern abgestützt ist, und die Leitung eine Reihe von Fluideinspritzöffnungen nahe dem lang gestreckten elektrischen Leiterelement aufweist.
  38. System nach einem der Ansprüche 21 bis 37, bei welchem die elektrische und/oder andere Heizeinrichtungen in zumindest einem der Heizschächte so ausgebildet sind, daß sie während des Betriebes eine akkumulierte Strahlungshitze zwi schen 0,5 und 1,5 kW pro Meter Länge des entsprechenden Heizschachtes erzeugen.
  39. Pyrolyseprodukt, das durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 erhalten wird, wobei das Produkt weniger als 10 Gew.-% Olefine aufweist und eine Durchschnittskohlenstoffzahl kleiner als 35 hat, wobei das Produkt kondensierbare Kohlenwasserstoffe enthält, die einen elementaren Stickstoffgehalt von weniger als 1 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe und/oder einen Aromatengehalt größer als 20 Gew.-% der kondensierbaren Kohlenwasserstoffe aufweist.
  40. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit kondensierbaren Kohlenwasserstoffen, die einen elementaren Stickstoffgehalt von weniger als 1% haben; einen elementaren Sauerstoffgehalt von weniger als 1%; und einen elementaren Schwefelgehalt von weniger als 1%.
  41. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit kondensierbaren Kohlenwasserstoffen, die einen elementaren Stickstoffgehalt von weniger als 1 Gew.-% auf Trockenbasis aufweisen; einen elementaren Sauerstoffgehalt von weniger als 1 Gew.-% auf Trockenbasis; und einen elementaren Schwefelgehalt von weniger als 1 Gew.-% auf Trockenbasis.
  42. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit einer Durchschnittskohlenstoffzahl von weniger als 30, insbesondere weniger als 25.
  43. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit einer nicht-kondensierbaren Komponente, die Kohlenwasserstoffe aufweist, deren Kohlenstoffzahl kleiner als 5 ist; und bei welchem ein Gewichtsverhältnis von Kohlenwasserstoff mit den Kohlenstoffzahlen 2 bis 4 zu Methan größer als 1 beträgt.
  44. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit einer Ammoniak enthaltenden Komponente, wobei der Gewichtsprozentsatz der Ammoniak enthaltenden Komponente in dem Produkt größer als 0,5% ist.
  45. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 43, mit einer kondensierbaren Komponente, wobei ein Olefingehalt der kondensierbaren Komponente kleiner als 9 Gew.-% der kondensierbaren Komponente ausmacht.
  46. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit einer Kohlenwasserstoffkomponente, wobei weniger als 5 Gew.-% der Verbindung innerhalb der Kohlenwasserstoffkomponente eine Kohlenstoffzahl größer als 20 aufweisen.
  47. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 45, bei weichem ein Aromatengehalt der kondensierbaren Komponente größer als 30 Gew.-% der kondensierbaren Komponente beträgt.
  48. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit: Kohlenwasserstoffen mit 1, 2, 3 oder 4 Kohlenstoffatomen oder Mischungen derselben, und bei welchen das Gewichtsverhältnis von C2-4 zu Methan größer als 1 ist, wobei C2-4 als die Summe der Kohlenwasserstoffe definiert ist, die 2, 3 und 4 Kohlenstoffatome enthalten; und einem Wassergehalt größer als 0,1 Gew.-%; einem Schwefelwasserstoffgehalt von weniger als 1,5 Gew.-%; einem H2-Gehalt kleiner als 20 Gew.-%; einem Olefingehalt kleiner als 10 Gew.-%; und einer kondensierbare Komponente, wobei ein Aromatengehalt der kondensierbaren Komponente mehr als 30 Gew.-% beträgt.
  49. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit: einer Kohlenwasserstoffkomponente, wobei weniger als 5% der Verbindung innerhalb der Kohlenwasserstoffkomponente eine Kohlenstoffzahl größer als 20 hat; einem Wassergehalt größer als 0,1 Gew.-%; einem Schwefelwasserstoffgehalt kleiner als 1,5 Gew.-%; einem Wasserstoff (H2)-Gehalt kleiner als 20 Gew.-%; einem Olefingehalt kleiner als 10 Gew.-%; und einer kondensierbare Komponente, wobei ein Aromatengehalt der kondensierbaren Komponente mehr als 30 Gew.-% beträgt.
  50. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit einer kondensierbaren Komponente, die einen Olefingehalt zwischen 0,1 Gew.-% und 5 Gew.-% der kondensierbaren Komponente hat; und einen Naphthalingehalt der Kohlenwasserstoffflüssigkeit von 0 Gew.-% bis 0,1% Gew.-% der kondensierbaren Komponente.
  51. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit einem kondensierbaren Fluid, welches einen Olefin-Gewichtsprozentsatz im Bereich von 0,1% bis 2% hat; und einen Gewichtsprozentsatz der Tri-Aromaten von weniger als 2%.
  52. Pyrolyseprodukt nach Anspruch 39, mit: einem Gewichtsprozentsatz von H2 größer als 10%; einem Gewichtsprozentsatz von Ammoniak größer als 0,5 Gew.-%; und einem Gewichtsverhältnis von Kohlenwasserstoffen mit mehr als 2 Kohlenstoffatomen zu Methan größer als 0,4.
  53. Pyrolyseprodukt nach einem der Ansprüche 39 bis 52, bei welchem das Pyrolyseprodukt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 erhalten wird.
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