(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表下地層中に配置され、該地層の表面の第一位置にある少なくとも第一接点と、該地層の表面の第二位置にある第二接点と、の間に延びる長尺でほぼｕ形の電気導電体、及び
該地表下地層の炭化水素含有層内で該電気導電体の周囲を少なくとも部分的に囲むと共に、該電気導電体の周囲を少なくとも部分的に長さ方向に延び、該電気導電体から電気的に絶縁されていて、該電気導電体との間に電流が流れることを抑止する強磁性導電体、
を有し、経時変化性電流でエネルギーが付与される際に、該電気導電体は該強磁性導電体に十分な電流を誘導し、該強磁性導電体は約300℃以上の温度まで抵抗加熱される、地表下地層を加熱するシステム。
【請求項２】
前記強磁性導電体が、地表下地層の少なくとも一部に熱を供給するように構成された請求項１に記載の加熱システム。
【請求項３】
前記強磁性導電体が、約500℃以上の温度に抵抗加熱されるように構成された請求項１に記載の加熱システム。
【請求項４】
前記強磁性導電体が、約700℃以上の温度に抵抗加熱されるように構成された請求項１に記載の加熱システム。
【請求項５】
前記強磁性導電体の長さの少なくとも約10mが、約300℃以上の温度に抵抗加熱されるように構成された請求項１に記載の加熱システム。
【請求項６】
前記強磁性導電体が、炭素鋼を含有する請求項１に記載の加熱システム。
【請求項７】
前記電気導電体が、絶縁導電体のコアである請求項１に記載の加熱システム。
【請求項８】
前記強磁性導電体が、該導電体の強磁性材料のキュリー温度よりも50℃低い温度にて該強磁性材料の表皮深さの少なくとも2.1倍の厚さを有する請求項1に記載の加熱システム。
【請求項９】
前記強磁性導電体及び前記電気導電体は、電流が電気導電体から強磁性導電体に流れないか、又はその逆であるような互いの関係で構成される請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１０】
前記強磁性導電体が、該導電体の長さの少なくとも一部に沿って異なる熱出力を付与するように構成された請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１１】
前記強磁性導電体が、該導電体の長さの少なくとも一部に沿って異なる熱出力を付与するように構成された強磁性導電体の長さの少なくとも一部に沿って異なる材料を有する請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１２】
前記強磁性導電体が、該導電体の長さの少なくとも一部に沿って異なる熱出力を付与するように構成された強磁性導電体の長さの少なくとも一部に沿って異なる寸法を有する請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１３】
前記強磁性導電体の少なくとも一部上に耐腐食性材料の被覆を更に有する請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１４】
前記強磁性導電体が、ほぼ円筒形であり、かつ約３〜約１３cmの直径を有する請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１５】
少なくとも約１０cmの長さの前記強磁性導電体が、地表下地層の炭化水素含有層に配置される請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１６】
前記電気導電体が、第一電気接点から第二電気接点に向かって一方向に電流を流すように構成された請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１７】
前記電気導電体が、強磁性管状体を有する請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１８】
前記強磁性導電体は２つ以上の強磁性層を有し、該強磁性層は１つ以上の絶縁層によって分離されており、経時変化性電流でエネルギーが付与される際に、前記電気導電体は該強磁性導電体に十分な電流を誘導し、該強磁性層の少なくとも２つが抵抗加熱される請求項１に記載の加熱システム。
【請求項１９】
前記電気導電体が、地層中のｕ形坑井孔内に配置されたほぼｕ形の電気導電体である請求項１に記載の加熱システム。
【請求項２０】
前記強磁性導電体が、真直ぐか、曲がっているか、又は長さ方向に螺旋状である複数の溝又は隆起を有し、これにより前記強磁性導電体の有効抵抗が増大される、請求項１に記載の加熱システム。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の加熱システムに経時変化性電流を供給する工程；
電気導電体の経時変化性電流により強磁性導電体に電流を誘導する工程；及び
誘導された電流により強磁性導電体を約300℃以上の温度まで抵抗加熱する工程
を含む地表下地層の加熱方法。
【請求項２２】
前記強磁性導電体から前記地表下地層の少なくとも一部に熱を伝達する工程を更に含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
第一電気接点から第二電気接点に向かって一方向に、電気導電体に電流を付与する工程を更に含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
地層中の炭化水素が易動化するように、前記強磁性導電体から地表下地層の少なくとも一部に熱を伝達する工程を更に含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
地層中の炭化水素が易動化するように、前記強磁性導電体から地表下地層の少なくとも一部に熱を伝達する工程と、地層から易動化した炭化水素の少なくとも若干を生成させる工程とを更に含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
地層中に配置された少なくとも１つの追加の強磁性導電体を抵抗加熱する工程と、
前記強磁性導電体の少なくとも２つからの熱が地層中で重なり、地層中の炭化水素を易動化するように、該強磁性導電体の１つ以上から熱を供給する工程と、
を更に含む請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．発明の分野
本発明は一般に炭化水素含有地層のような各種地表下地層から炭化水素、水素及び／又はその他の生成物を生産するための加熱方法及び加熱システムに関する。特定の実施態様は強磁性材料に電流を誘導する地表下地層の加熱用加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
地下（subterranean）地層から得られる炭化水素はエネルギー資源として、供給原料として、また消費用製品として使用されることが多い。入手可能な炭化水素資源の枯渇に対する関心及び生産した炭化水素の全体的な品質低下に対する関心により、入手可能な炭化水素資源の一層効率的な回収、処理及び／又は使用方法が開発されてきた。地下の地層から炭化水素材料を取り出すため、現場プロセスが使用できる。地下の地層から炭化水素材料を一層容易に取り出すためには、地下地層中の炭化水素材料の化学的及び／又は物理的特性を変える必要があるかも知れない。このような化学的物理的変化は、地層中の炭化水素材料についての取出し可能な流体、組成変化、溶解度変化、密度変化、相変化及び／又は粘度変化を生成する現場反応を含むかも知れない。流体は、限定されるものではないが、ガス、液体、エマルジョン、スラリー、及び／又は液体流と同様の流動特性を有する固体粒子の流れであってよい。
【０００３】
地層には坑井孔（wellbore）を形成してよい。幾つかの実施態様では、坑井孔にケーシング又は他のパイプシステムを設けるか形成してよい。幾つかの実施態様では坑井孔に拡大可能な管状体（tubular）を使用してよい。現場プロセス中、地層を加熱するため、坑井孔内にヒーターを設けてよい。
【０００４】
Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍの米国特許第２，９２３，５３５号及びＶａｎ  Ｍeｕｒｓ等の米国特許第第４，８８６，１１８号には油頁岩地層に熱を加えて油頁構造中のケロジェンを熱分解することが記載されている。熱は地層も破壊して、地層の透過性を増大させる。透過性の増大により、地層流体は生産坑井に運ばれ、そこで油頁岩地層から流体が除去される、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍにより開示された幾つかの方法では、例えば燃焼を開始させるため、好ましくは予熱工程からの未だ熱いうちに、酸素含有ガス媒体を透過性層に導入している。
【０００５】
地下地層を加熱するため、熱源が使用できる。電気ヒーターは輻射熱及び／又は伝熱により地下地層を加熱するのに使用できる。電気ヒーターは素子を抵抗加熱できる。Ｇｅｒｍａｉｎの米国特許第２，５４８，３６０号、Ｅａｓｔｌｕｎｄ等の米国特許第４，７１６，９６０号及びＶａｎ  Ｅｇｍｏｎｄの米国特許第５，０６５，８１８号には坑井孔内に配置した電気加熱素子が記載されている。Ｖｉｎｅｇａｒ等の米国特許第６，０２３，５５４号にはケーシング内に配置した電気加熱素子が記載されている。この加熱素子は輻射エネルギーを発生し、それでケーシングを加熱する。
【０００６】
Ｖａｎ  Ｍｅｕｒｓ等の米国特許第４，５７０，７１５号には電気加熱素子が記載されている。この加熱素子は、電導性コア、絶縁材料の周囲層、金属の周囲被覆を有する。導電性コアは高温では比較的低い抵抗を有する。絶縁層は高温で比較的高い電気抵抗、圧縮強度、及び熱電導率特性を持っていてよい。絶縁層はコアから金属被覆へのアーク発生を防止できる。金属被覆は高温で比較的高い、引張り強度及びクリープ抵抗特性を有する。Ｖａｎ  Ｅｇｍｏｎｄの米国特許第５，０６０，２８７号には銅−ニッケル合金のコアを有する電気加熱素子が記載されている。
【０００７】
ヒーターは錬ステンレス鋼から製造できる。Ｍａｚｉａｓｚ等の米国特許第７，１５３，３７３号及び米国特許出願公開第ＵＳ  ２００４／０１９１１０９号には鋳造微細構造又は粗面をもつ（ｇｒａｉｎｅｄ）シート及び箔として変性２３７ステンレス鋼が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、炭化水素含有地層から炭化水素、水素、及び／又はその他の生成物を経済的に生産するための、ヒーター、方法及びシステムの開発には多大の努力が払われてきた。しかし、現在、経済的には生産できない炭化水素、水素、及び／又はその他の生成物を含む炭化水素含有地層が多く存在する。したがって、各種炭化水素含有地層から炭化水素、水素、及び／又はその他の生成物を生産するための加熱方法及び装置をなお改善する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
概要
ここで説明する実施態様は一般に地表下（subsurface）地層を処理するためのシステム、方法及びヒーターに関する。また、ここで説明する実施態様は一般に内部に新規な部品を有するヒーターに関する。このようなヒーターは、ここに説明するシステム及び方法を用いて得ることができる。
【００１０】
特定の実施態様では、本発明は１つ以上のシステム、方法及び／又はヒーターを提供する。また幾つかの実施態様ではこのシステム、方法及び／又はヒーターは地表下地層を処理するために使用される。
【００１１】
特定の実施態様では本発明は、地表下地層中に配置され、少なくとも第一接点と第二接点との間に延びる長尺の電気導電体、及び該電気導電体の周囲を少なくとも部分的に囲むと共に、該電気導電体の周囲を少なくとも部分的に長さ方向に延びる強磁性導電体を有する地表下地層用加熱システムであって、該電気導電体に経時変化性電流でエネルギーを付与すると、強磁性導電体が約３００℃以上の温度に抵抗加熱されるのに十分な電流を、強磁性導電体中に誘導する該加熱システムを提供する。
【００１２】
別の実施態様では特定の実施態様の特徴は他の実施態様の特徴と組合わせてよい。例えば一つの実施態様の特徴は他の実施態様のいずれかの特徴と組合わせてよい。
【００１３】
別の実施態様では地表下地層の処理は、ここで説明した方法、システム又はヒーターのいずれかを用いて行われる。
【００１４】
別の実施態様ではここで説明した特定の実施態様に追加の特徴を加えてよい。
【００１５】
図面の簡単な説明
本発明の利点は、以下の詳細な説明の記載ならびに援助により添付図面を参照して当業者に明らかになり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】炭化水素含有地層を処理するための現場熱処理システムの一部の実施態様を概略的に示す。
【００１７】
【図２】エネルギーが誘導、付与された管状体を有するｕ形ヒーターの実施態様を示す。
【００１８】
【図３】管状体内に集中化された電気導電体の実施態様を示す。
【００１９】
【図４】管状体と電気的に接触した絶縁導電体の外装（ｓｈｅａｔｈ）を有する誘導ヒーターの実施態様を示す。
【００２０】
【図５】放射状の溝付き表面を有する管状体を備えた抵抗ヒーターの実施態様を示す。
【００２１】
【図６】放射状の溝付き表面を有する管状体を備えた誘導ヒーターの実施態様を示す。
【００２２】
【図７】ヒーターの長さ沿いに変化する熱出力を付与するため、複数の管状体区画に分割したヒーターの実施態様を示す。
【００２３】
【図８】炭化水素層中の電気導電体を囲む３つの管状体を備え、第一の共通坑井孔経由で地層に入り、第二の共通坑井孔経由で地層を出る３つの電気導電体の実施態様を示す。
【００２４】
【図９】変圧器に連結した地層中の別々の坑井孔における３つの電気導電体及び３つの管状体の実施態様図である。
【００２５】
【図１０】多重層誘導管状体の実施態様を示す。
【００２６】
【図１１】誘導ヒーターとして使用される絶縁導電体の実施態様の端部断面図である。
【００２７】
【図１２】図１１に示す実施態様の側部断面図である。
【００２８】
【図１３】誘導ヒーターとして使用される２本脚絶縁導電体の実施態様の端部断面図である。
【００２９】
【図１４】図１３に示す実施態様の側部断面図である。
【００３０】
【図１５】誘導ヒーターとして使用される多重層絶縁導電体の実施態様の端部断面図である。
【００３１】
【図１６】螺旋状管体（coiled tubing）導管中に配置され、誘導ヒーターとして使用される３つの絶縁導電体の実施態様の端部図である。
【００３２】
【図１７】絶縁導電体の端部同士が連結した絶縁導電体のコアを示す。
【００３３】
【図１８】支持部材に束縛され、誘導ヒーターとして使用される３つの絶縁導電体の実施態様の端部図である。
【００３４】
【図１９】強磁性層で囲まれたコア及び電気絶縁体を有する誘導ヒーターの実施態様図である。
【００３５】
【図２０】強磁性層で囲まれた絶縁導電体の実施態様図である。
【００３６】
【図２１】コア及び電気絶縁体上に渦巻状に巻いた２つの強磁性層を有する誘導ヒーターの実施態様図である。
【００３７】
【図２２】絶縁導電体上に強磁性層を組立てる実施態様を示す。
【００３８】
【図２３】軸方向に溝付けするか又は波形化した表面を有するケーシングの実施態様を示す。
【００３９】
本発明は各種の変形及び代替形態に影響を受け易いが、それらの特定の実施態様を図面で例示し、また詳細に説明したものであって、図面は、物差しで測定できない。しかし、これら図面及び図面についての詳細な説明は、本発明の限定を意図するものではなく、却って本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の精神及び範囲に含まれる全ての変形、均等物及び代替物を包含するものであると理解すべきである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
詳細な説明
以下の説明は一般には地層中の炭化水素を処理するためのシステム及び方法に関する。このような地層は炭化水素、水素及びその他の生成物を得るために処理できる。
【００４１】
”交流（ＡＣ）”とは、方向を実質的に正弦状に逆転する時間変動電流をいう。ＡＣは強磁性導電体に表皮効果電流を生じる。
“裸金属”及び“露出金属”とは、長尺部材の操作温度範囲に亘って金属に電気絶縁を与えるように意図された。電気絶縁材料（鉱物絶縁材料など）の層を含まない長尺部材の金属を言う。裸金属及び露出金属は、天然産の酸化層、塗布（applied）酸化層、及び／又はフィルムなどの腐食防止剤を含む金属を包含してもよい。裸金属及び露出金属としては、長尺部材の通常の操作温度では、電気絶縁特性を保持することができない高分子又は他のタイプの電気絶縁材料を有する金属が含まれる。このような材料は、金属上に設けられていてもよく、かつヒーターの使用中に、熱的に劣化してもよい。
“キューリー温度”は、強磁性材料が、その強磁性特性の全てを失う温度を超える温度である。キューリー温度を超える温度では強磁性の全てを失う他、強磁性材料は、増大する電流が強磁性材料を通過する際に、強磁性を失い始める。
【００４２】
“流体圧力”は、地層中の流体によって発生する圧力である。“地盤圧力”（しばしば「地盤応力」といわれる）は、地層内圧力であり、重量／（被さっている岩盤の単位面積）に等しい。「静水圧」は、水柱によって生ずる地層内圧力である。
【００４３】
“地層”としては、１つ以上の炭化水素含有層、１つ以上の非炭化水素層、上層土（overburden）、及び／又は下層土（underburden）が挙げられる。“炭化水素層”とは、炭化水素を含む地質内の層をいう。炭化水素層は、非炭化水素材料及び炭化水素材料を含んでもよい。上層土及び／又は下層土には、１つ以上の異なるタイプの非透過性材料が含まれる。例えば、上層土及び／又は下層土には、岩石、頁岩、泥岩、又は湿潤／緊密（tight）炭酸塩が含まれてもよい。現場熱処理法の幾つかの実施態様では、上層土及び／又は下層土には、比較的非透過性であり、現場熱処理中の温度を受けない炭化水素含有層が含まれてもよい。上層土及び／又は下層土の炭化水素含有層がこのような温度を受ければ、炭化水素含有層に著しい特性変化をもたらす。例えば上層土は、頁岩又は泥岩を含んでもよいが、下層土は、現場熱処理プロセス中に、熱分解温度まで加熱することはできない。幾つかの場合においては、上層土及び／又は下層土は、若干透過性であってよい。
【００４４】
“地層流体”とは、地層内に存在する流体をいい、これには、熱分解流体、合成ガス、易動化炭化水素、及び水（スチーム）が含まれてもよい。地層流体には、炭化水素流体、同様に非炭化水素流体が含まれてもよい。用語“易動化流体”とは、地層の熱処理の結果として、炭化水素含有地層内の流動可能な流体をいう。“生産（又は生成）流体”とは、地層から除去された（又は取り出された）流体をいう。
【００４５】
「熱源」は、熱を、実質的に伝導及び／又は輻射熱移動によって、地層の少なくとも一部に供給するいずれかのシステムである。例えば、熱源には、電気ヒーターが含まれてよい。絶縁導電体、長尺部材、及び／又は導管中に配置された導電体などである。熱源にはまた、燃料を地層の外又は中で燃焼することによって、熱を生成するシステムが含まれてもよい。システムは、表面バーナー、ダウンホール（ｄｏｗｎｈｏｌｅ）ガスバーナー、無炎分配型燃焼器、及び自然分配型燃焼器であってもよい。幾つかの実施態様においては、１つ以上の熱源に供給されるか、又はそこで発生する熱は、他のエネルギー源によって供給されてもよい。他のエネルギー源は地層を直接加熱してもよく、或いはこのエネルギーを地層を直接又は間接に加熱する伝達媒体に適用してもよい。地層に熱を加える１つ以上の熱源は、異なるエネルギー源を用いてもよいことは、理解されるべきである。したがって、例えば、所定の地層に対しては、幾つかの熱源は、電気抵抗ヒーターから熱を供給してもよく、幾つかの熱源は、燃焼により熱を供給してもよく、幾つかの熱源は、１つ以上の他のエネルギー源（例えば、化学反応、太陽エネルギー、風力エネルギー、バイオマス、又は他の再生可能なエネルギー源）から熱を供給してもよい。化学反応には、発熱反応（例えば、酸化反応）が含まれてよい。熱源にはまた、ヒーター坑井のような加熱場所の近傍、及び／又はそれを取り囲む帯域に熱を供給するヒーターが含まれてもよい。
【００４６】
“ヒーター”は、熱を、坑井内又は坑井孔領域付近で生成するためのいずれかのシステム又は熱源である。ヒーターは、限定されるものではないが、電気ヒーター、バーナー、地層内の材料、又はそこから生成する材料と反応する燃焼器、及び／又はそれらの組合せであってよい。
【００４７】
“炭化水素”は、一般に、主として炭素及び水素原子によって形成される分子として定義される。炭化水素には、他の元素（限定されるものではないが、ハロゲン、金属元素、窒素、酸素、及び／又は硫黄など）が含まれてもよい。炭化水素は、限定されるものではないが、ケロジェン、ビチュメン、ピロビチュメン、油、天然鉱物質ワックス、及びアスファルト鉱であってよい。炭化水素は、地球の鉱物基質中、又はそれに隣接して配置されてもよい。基質としては、限定されるものではないが、堆積岩、砂、シリシライト、炭酸塩、珪藻土、及び他の多孔質媒体が挙げられる。“炭化水素流体”は、炭化水素を含む流体である。炭化水素流体は、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、水、及びアンモニアなど非炭化水素流体を含有してもよいし、これを同伴してもよいし、これに同伴されてもよい。
【００４８】
“現場転化法”（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）とは、炭化水素含有地層を、熱源で加熱して、地層の少なくとも一部の温度を熱分解温度を超える温度に上げ、こうして熱分解流体が地層内に生産される方法をいう。
【００４９】
“現場熱処理法”とは、炭化水素含有地層を熱源で加熱して、層の少なくとも一部の温度を、炭化水素含有材料の易動化流体、粘度低下、及び／又は熱分解が生じる温度を超える温度に上昇させ、こうして地層内に易動化流体、粘度低下流体、及び／又は熱分解流体が生産される方法をいう。
【００５０】
“絶縁導電体”とは、電気を導くことができ、かつ全体又は一部が、電気絶縁材料で被覆されたいずれかの長尺材料をいう。
【００５１】
強磁性材料の“相変換温度”とは、強磁性材料がその透磁率を低下させる相変化（例えばフェライトからオーステナイトに）を受けている間の温度又は温度範囲をいう。透磁率の低下は強磁性体のキューリー温度での磁気遷移による透磁率の低下に類似する。
【００５２】
“熱分解”とは、加熱により化学結合を破壊することである。熱分解は、例えば１つの化合物を熱単独で１種以上の他の化合物に変換することである。熱は、地層の或る区画に伝達されて、熱分解を起こすことができる。
【００５３】
“熱分解流体”又は“熱分解生成物”とは、実質的に炭化水素の熱分解中に生産又は生成される流体をいう。熱分解反応で生成した流体は、地層中の他の流体と混合してよい。この混合物は、熱分解流体又は熱分解生成物とみなされる。ここで使用する“熱分解帯域”とは、反応するか、又は反応して熱分解流体を生成する或る容積の地層（例えばタールサンド地層のような比較的透過性のある地層）をいう。
【００５４】
“熱の重なり”とは、２つ以上の熱源間の少なくとも１箇所の地層の温度が、これらの熱源により影響を受けるように、地層の選択された区画に２つ以上の熱源から熱を供給することである。
【００５５】
“温度制限ヒーター”とは、一般に温度調節器、出力レギュレーター、整流器、又はその他の装置のような外部制御を用いずに、熱出力を調整する（例えば熱出力を低下させる）ヒーターのことである。温度制限ヒーターは、交流(ＡＣ)又は変調（例えば“断続（ｃｈｏｐｐｅｄ）”）直流（ＤＣ）で出力される電気抵抗ヒーターであってよい。
【００５６】
“経時変化性電流”とは、強磁性導電体中に表皮効果電気流を生成し、経時変化する大きさを有する電流をいう。経時変化性電流は交流(ＡＣ)及び変調直流（ＤＣ）の両方を含む。
【００５７】
ヒーターに直接電流を流す（apply）温度制限ヒーターについての“折り返し（turndown）比”は、ヒーターに流した所定の電流におけるキューリー温度未満の最高ＡＣ又は変調ＤＣ抵抗対キューリー温度を超える最低ＡＣ又は変調ＤＣ抵抗の比である。誘導ヒーターについての折り返し比は、ヒーターに流した所定の電流におけるキューリー温度未満の最大熱出力対キューリー温度を超える最小熱出力の比である。
【００５８】
“ｕ形坑井孔”とは、地層の第一開口から延びて、地層の少なくとも一部を経由し、地層の第二開口経由で出る坑井孔のことである。これに関連して坑井孔は、単に大体“ｖ”又は“ｕ”の形状であって、“ｕ”の脚が 、“ｕ”形とみなされる坑井孔の“ｕ”底部に対し互いに平行か、或いは垂直である必要はないと理解する。
【００５９】
“品質向上”とは、炭化水素の品質を向上させることである。例えば重質炭化水素を品質向上すると、重質炭化水素のＡＰＩ比重を増大できる。
【００６０】
用語“坑井孔”とは、地層中に導管を掘削又は挿入して作った地層中の孔のことである。坑井孔は、ほぼ円形の断面又は他の断面形状を有する。ここで、地層の開口に関して使用した用語“坑井”及び“開口”は、用語“坑井孔”と交換可能に使用できる。
【００６１】
地層は多数の異なる生成物を生産するため、種々の方法で処理してよい。現場熱処理プロセス中、地層を処理するため、種々の段階又は方法を使用してよい。幾つかの実施態様では地層の１つ以上の区画は、可溶鉱物を除去するため、溶液採鉱される。鉱物の溶液採鉱は、現場熱処理法の前、処理法中又は処理法の後に行ってよい。幾つかの実施態様では、溶液採鉱される１つ以上の区画の平均温度は約１２０℃未満に維持してよい。
【００６２】
幾つかの実施態様では地層の１つ以上の区画は水を除去するため、及び／又はメタン及びその他の揮発性炭化水素を除去する（取り出す）ため、加熱される。幾つかの実施態様では水及び揮発性炭化水素の除去中、平均温度は周囲温度から約２２０℃未満の温度に上げてよい。
【００６３】
幾つかの実施態様では地層の１つ以上の区画は地層中の炭化水素を移動及び／又は粘度低下（visbreaking）させる温度に加熱される。幾つかの実施態様では地層の１つ以上の区画の平均温度はその区画の炭化水素の易動化温度（例えば１００〜２５０℃、１２０〜２４０℃、又は１５０〜２３０℃の範囲の温度）に上げられる。
【００６４】
幾つかの実施態様では地層の１つ以上の区画は地層中で熱分解反応させる温度に加熱される。幾つかの実施態様では地層の１つ以上の区画の平均温度はその区画の炭化水素の熱分解温度（例えば２３０〜９００℃、２４０〜４００℃、又は２５０〜３５０℃の範囲の温度）に上げてよい。
【００６５】
炭化水素含有地層を複数の熱源で加熱すると、地層中の炭化水素の温度を所望の加熱速度で所望の温度に上昇させる熱源周囲の熱勾配を確立できる。所望生成物用の易動化温度範囲及び／又は熱分解温度範囲内での昇温速度は、炭化水素含有地層から生成する地層流体の品質及び量に影響を与える可能性がある。易動化温度範囲及び／又は熱分解温度範囲内で温度を徐々に上昇させると、地層から高品質で高ＡＰＩ比重の炭化水素を生産することが可能である。熱分解温度範囲内で地層の温度を徐々に上昇させると、炭化水素生成物として地層中に存在する炭化水素を多量に取出すことが可能である。
【００６６】
幾つかの現場熱処理の実施態様では地層の一部は、或る温度範囲内で徐々に所望温度に加熱することなく、所望温度に加熱される。幾つかの実施態様では所望温度は３００℃、３２５℃又は３５０℃である。所望温度として、その他の温度も選択できる。
【００６７】
複数の熱源から熱を重ねると、地層中に比較的早く、かつ効率的に所望温度を確立することができる。熱源からの地層へのエネルギー入力は、地層の温度をほぼ所望温度に維持するように調節してよい。
【００６８】
易動化及び／又は熱分解生成物は地層から生産坑井経由で生産できる。幾つかの実施態様では複数区画の１つ以上の区画の平均温度は炭化水素の易動化温度まで上げられ、生産坑井から炭化水素が生産される。１つ以上の区画の平均温度は選択値未満に低下する。幾つかの実施態様では１つ以上の区画の平均温度は熱分解温度に達する前に著しい生産物を伴うことなしで熱分解温度に上げてよい。
【００６９】
幾つかの実施態様では１つ以上の区画の平均温度は流動化及び／又は熱分解後に合成ガスを生産するのに充分な温度に上げてよい。幾つかの実施態様では炭化水素は、合成ガスを生産するのに充分な温度に達する前に、著しい生産物を伴わずに合成ガスを生産するのに充分な温度に上げてよい。例えば合成ガスは約４００〜１２００℃、約５００〜１１００℃、約５５０〜１０００℃の範囲の温度で生産できる。合成ガス発生用流体（例えば水蒸気及び／又は水）は合成ガスを発生する区画に導入してよい。合成ガスは生産坑井から産出できる。
【００７０】
溶液採鉱、揮発性炭化水素及び水の除去、炭化水素の易動化、炭化水素の熱分解、合成ガスの発生、及び／又はその他の方法は現場熱処理法中に行ってよい。幾つかの実施態様では幾つかの方法は現場熱処理法の後で行ってもよい。このような方法としては、限定されるものではないが、処理区画から熱を回収する方法、予備処理区画の流体（例えば水及び／又は炭化水素）を貯蔵する方法、及び／又は予備処理区画に二酸化炭素を隔離する方法が挙げられる。
【実施例】
【００７１】
図１は炭化水素含有地層を処理するための現場熱処理システムの一部の実施態様を概略的に示す。現場熱処理システムは、障壁坑井（ｂａｒｒｉｅｒ  ｗｅｌｌ）２００を有する。障壁坑井は処理領域の周囲に障壁を形成するために使用される。この障壁は流体流が処理領域内及び／又は処理領域外に入るのを防止する。障壁坑井としては、限定されるものではないが、水除去性坑井、真空坑井、捕獲坑井、注入坑井、グラウト坑井、凍結坑井、又はそれらの組合わせが挙げられる。幾つかの実施態様では、障壁坑井２００は水除去性坑井である。水除去性坑井は液体水を除去できる、及び／又は液体水が加熱すべき又は加熱中の地層又は地層の一部に入るのを防止できる。図１に示す実施態様では障壁坑井２００は熱源２０２の片側沿いにだけ延びているが、障壁坑井は地層の処理領域を加熱するために、使用されるか又は使用すべき熱源２０２を全て囲っている。
【００７２】
熱源２０２は地層の少なくとも一部に配置される。熱源２０２としては、絶縁導電体、導管内導電体型ヒーター、表面バーナー、無炎分配燃焼器、及び／又は自然分配燃焼器のようなヒーターが挙げられる。熱源２０２は、他種のヒーターであってもよい。熱源２０２は、地層中の炭化水素を加熱するため、地層の少なくとも一部に熱を供給する。供給ライン２０４経由で熱源２０２にエネルギーを供給してもよい。供給ライン２０４は、地層の加熱に使用する熱源の種類に従って、構造的に異なっていてもよい。熱源用供給ライン２０４は、電気ヒーター用の電気を伝達できるか、燃焼器用の燃料を輸送できるか、或いは地層に循環させる熱交換流体を輸送できる。幾つかの実施態様では現場熱処理プロセス用の電気は原子力発電所により供給できる。原子力を使用すれば、現場熱処理プロセスからの二酸化炭素排出量を低減又は無くすことができる。
【００７３】
生産坑井２０６は地層から地層流体を取出すために使用される。幾つかの実施態様では生産坑井２０６は熱源を備える。生産坑井中の熱源は、この生産坑井での又は生産坑井近くの地層の１つ以上の部分を加熱できる。現場熱処理法の幾つかの実施態様では、生産坑井から地層に供給される生産坑井１ｍ当たりの熱量は、地層を加熱する熱源から地層に供給される熱源１ｍ当たりの熱量よりも少ない。
【００７４】
幾つかの実施態様では、生産坑井２０６の熱源により、地層からの地層流体の気相除去が可能となる。生産坑井で、又は生産坑井を通して加熱を行うと、（１）これらの生産流体が上層土近傍の生産坑井内を移動している場合には、生産流体の凝縮及び／又は逆流を防止できる、（２）地層中への熱入力を増大できる、（３）生産坑井からの生産速度を、熱源を用いない生産坑井に比較して増大できる、（４）生産坑井における高炭素数化合物（Ｃ６以上）の凝縮を防止できる、及び／又は（５）生産坑井で、又は生産坑井近傍で地層の透過性を増大できる。
【００７５】
地層内の地下圧力は、地層内に生じた流体圧力と一致してもよい。地層の加熱部分における温度が増大するにつれて、流体の熱膨張、流体の生成及び水の気化が増大する結果として、加熱部分における圧力は増大してもよい。地層からの流体除去速度を制御することにより、地層内の圧力の制御が可能である。地層内の圧力は多数の異なる場所（生産坑井付近又は生産坑井、熱源付近又は熱源、又は監視坑井など）で測定してよい。
【００７６】
幾つかの炭化水素含有地層では地層からの炭化水素の生産は、地層内の少なくとも若干の炭化水素が易動化及び／又は熱分解するまで抑制される。地層流体が選択された品質を有する場合には、地層流体は地層から生産してもよい。幾つかの実施態様では、選択された品質には、少なくとも約１５°、２０°、２５°、３０°、又は４０°のＡＰＩ比重が含まれる。少なくとも若干の炭化水素が熱分解するまで生産を抑制することにより、重質炭化水素の軽質炭化水素への転化が増大できる。初期の生産を抑制することにより、地層からの重質炭化水素の生産が最小化できる。相当量の重質炭化水素の生産は、高価な設備を必要とするか、及び／又は生産設備の寿命を低下するかも知れない。
【００７７】
熱分解温度に達し、地層からの生産が可能になった後、地層内の圧力は、生産された地層流体の組成を変更及び／又は制御するため、地層流体中の非凝縮性流体に比較して凝縮性流体の％割合を制御するため、及び／又は生産中の地層流体のＡＰＩ比重を制御するため、変化させてもよい。例えば、圧力の低下により、更に多くの凝縮性流体成分を生産してもよい。凝縮性流体成分はオレフィンを大きな％割合で含んでもよい。
【００７８】
幾つかの現場熱処理プロセスの実施態様では地層内の圧力は、ＡＰＩ比重が２０°を超える地層流体の生産を促進するのに十分に高く保持してよい。増大した圧力を地層内で保持することにより、現場熱処理中の地層の沈下を防止できる。増大した圧力を保持することにより、地層流体を表面で圧縮する必要性を低下又は回避して、流体を収集導管で処理設備に輸送できる。
【００７９】
増大した圧力を地層の加熱部分で保持することにより、意外にも、品質の向上及び比較的低分子量を有する多量の炭化水素の生産が可能となる。生産された地層流体が、選択された炭素数を超える化合物の最少量を有するように、圧力を保持できる。選択された炭素数は最大で２５、最大で２０、最大で１２、又は最大で８であってよい。高炭素数の幾つかの化合物は地層内の蒸気に同伴されてもよく、蒸気と一緒に地層から除去されてもよい。増大圧力を地層内で保持することにより、高炭素数の化合物及び／又は多環炭化水素化合物の蒸気への同伴が防止できる。高炭素数の化合物及び／又は多環炭化水素化合物は、かなりの時間の間、液相で地層内にあってもよい。かなりの時間は、化合物が熱分解して、低炭素数の化合物を形成するのに十分な時間であってよい。
【００８０】
生産坑井２０６から生産された地層流体は収集配管２０８を通って処理設備２１０に輸送してもよい。また地層流体は熱源２０２から生産してもよい。例えば流体は熱源２０２から生産して、熱源に隣接する地層内の圧力を制御してもよい。熱源２０２から生産された流体は配管を通って、収集配管２０８へ輸送してもよいし、又は生産された流体は、配管を通って、直接に処理設備２１０へ輸送してもよい。処理設備２１０としては、分離ユニット、反応ユニット、品質高向上ユニット、燃料電池、タービン、貯蔵容器、及び／又はその他、生産された地層流体を処理するためのシステム又はユニットが挙げられる。処理設備は、地層で生産された炭化水素の少なくとも一部から輸送用燃料を形成できる。幾つかの実施態様では輸送用燃料はジェット燃料であってよい。
【００８１】
図２は誘導的にエネルギーを付与された管状体を有するｕ字形ヒーターの実施態様を概略的に示す。ヒーター２１２は、坑井孔２１８Ａと坑井孔２１８Ｂ間に亘る開口に電気導電体２１４及び管状体２１６を備える。特定の実施態様では電気導電体２１４及び／又は電気導電体の電流運搬部分は管状体２１６から電気的に絶縁される。電気導電体２１４及び／又は電気導電体の電流運搬部分は、電流が電気導電体から管状体に流れないように、或いはその逆になるように、管状体２１６から電気的に絶縁される（例えば管状体は電気導電体に電気的に接続されない）。
【００８２】
幾つかの実施態様では電気導電体２１４は管状体２１６内に集中化される（例えば図３に示すように、集中化部材２２０又は他の支持構造を用いて）。集中化部材２２０は管状体２１６から電気導電体２１４を絶縁してよい。幾つかの実施態様では管状体２１６は電気導電体２１４と接触している。幾つかの実施態様では電気導電体２１４は、管状体２１６から電気導電体の電流運搬部分を絶縁する電気絶縁物（例えば酸化マグネシウム又は磁器エナメル）を有する。電気絶縁物は、電気導電体２１４及び管状体２１６が互いに物理的に接触した場合、電流が電気導電体の電流運搬部分と管状体間に流れるのを防止する。
【００８３】
幾つかの実施態様では電気導電体２１４は露出金属導電体ヒーター又は導管内導電体型ヒーターである。特定の実施態様では電気導電体２１４は鉱物絶縁導電体のような絶縁（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）導電体である。絶縁導電体は銅コア、銅合金コア、又は電気損失の少ない同様な電気導電性低抵抗コアであってよい。幾つかの実施態様ではコアは直径約０．５インチ（１．２７ｃｍ）〜約１インチ（２．５４ｃｍ）の銅コアである。絶縁導電体の外装又は覆いは、３４７ステンレス鋼、６２５ステンレス鋼、８２５ステンレス鋼、３０４ステンレス鋼、又は保護層（例えば保護覆い）付き銅のような非強磁性耐食性鋼であってよい。外装の外径は約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約１．２５インチ（３．１８ｃｍ）であってよい。
【００８４】
幾つかの実施態様では絶縁導電体の外装又は覆いは管状体２１６と物理的に接触している（例えば管状体は管状体の長さ沿いに外装と接触している）か、或いは外装は管状体に電気的に接続している。このような実施態様では絶縁導電体の電気絶縁は、絶縁導電体のコアを覆い及び管状体から電気的に絶縁する。図４は管状体２１６と電気的に接触した絶縁導電体の外装を有する誘導ヒーターの実施態様を示す。電気導電体２１４は絶縁導電体である。絶縁導電体の外装は電気接触器（contactor）２２２を用いて管状体２１６に電気的に接続している。幾つかの実施態様では電気接触器２２２は滑動性接点器である。特定の実施態様では電気接触器２２２は絶縁導電体を、管状体の端部又はその近くで管状体２１６に電気的に接続させる。管状体の端部又はその近くで電気的に接続すると、管状体沿いの電圧は絶縁導電体の外装沿いの電圧とほぼ均等化する。管状体沿いの電圧及び外装沿いの電圧を同等にすると、管状体と外装間のアーク発生を防止できる。
【００８５】
図２、３、４に示すような管状体２１６は強磁性であってよいか、或いは強磁性材料を含有してよい。管２１６は、電気導電体２１４が管状体２１６の表面上に電気流を誘導すると、電気導電体は、経時変化性電流によりエネルギーを付与されるような厚さを持ってよい。電気導電体は管状体の強磁特性により電気流を誘導する。電流は管状体２１６の内表面及び管状体の外表面の両方に誘導される。電流が管状体の１つ以上の表面の表皮（skin）深さに誘導される際、管状体２１６は表皮効果として操作してよい。特定の実施態様では誘導電流は管状体２１６の内表面及び／又は外表面上で軸方向（縦方向）に循環する。電気導電体２１４を流れる縦方向の電流は管状体２１６中に主として縦方向の電流を誘導する（誘導電流の大部分は管状体中で縦方向である）。管状体２１６中に主として縦方向の電流が誘導されると、誘導電流が主として角（ａｎｇｕｌａｒ）電流である場合に比べて１フィート当たり高い抵抗が得られる。
【００８６】
特定の実施態様では管状体２１６中の電流は電気導電体２１４中の低周波電流により誘導される（例えば５０又は６０Ｈｚから約１０００Ｈｚまで）。幾つかの実施態様では管状体２１６の内表面及び外表面に誘導された電流はほぼ等しい。
【００８７】
特定の実施態様では管状体２１６は強磁性材料のキューリー温度又はその近くで、或いは強磁性材料の相変換温度又はその近くで、管状体中の強磁性材料の表皮深さよりも大きい厚さを有する。例えば管状体２１６は強磁性材料のキューリー温度又は相変換温度近くで、強磁性材料の表皮深さの２．１倍以上、２．５倍以上、３倍以上又は４倍以上の厚さを有する。特定の実施態様では管状体２１６は強磁性材料のキューリー温度又は相変換温度よりも約５０℃低い点で、強磁性材料の表皮深さの２．１倍以上、２．５倍以上、３倍以上、又は４倍以上の厚さを有する。
【００８８】
特定の実施態様では管状体２１６は炭素鋼である。幾つかの実施態様では管状体２１６は耐腐食性被膜（例えば磁器又はセラミック被膜）及び／又は電気絶縁性被膜で被覆される。幾つかの実施態様では電気導電体２１４は電気絶縁性被膜を有する。管状体２１６及び／又は電気導電体２１４上の電気導電性被膜の例としては、限定されるものではないが、磁器エナメル被膜、アルミナ被膜又はアルミナ−チタニア被膜が挙げられる。
【００８９】
幾つかの実施態様では管状体２１６及び／又は電気導電体２１４は、ヒーターにエネルギーを付与した際、溶融又は分解する可能性があるポリエチレン、その他、好適な低摩擦係数被膜のような被膜で被覆される。被膜により管状体及び／又は電気導電体は地層中に容易に配置することができる。
【００９０】
幾つかの実施態様では管状体２１６としては、限定されるものではないが、４１０ステンレス鋼、４４６ステンレス鋼、Ｔ／Ｐ９１ステンレス鋼、Ｔ／Ｐ９２ステンレス鋼、合金５２、合金４２及び不変鋼３６のような耐腐食性強磁性材料が挙げられる。幾つかの実施態様では管状体２１６は、コバルト添加（例えば約３〜約１０重量％コバルト添加）及び／又はモリブデン（例えば約０．５重量％モリブデン）含有ステンレス鋼である。
【００９１】
管状体２１６中の強磁性材料のキューリー温度或いは相変換温度又はその近くで強磁性材料の透磁率は急速に低下する。管状体２１６の透磁率がキューリー温度或いは相変換温度又はその近くで低下すると、これらの温度では管状体は本質的に非強磁性となり、電気導電体２１４は管状体への電流の誘導に使用できなくなるので、管状体中に電流は殆ど又は全くなくなる。管状体中に電流は殆ど又は全くなくなることにより、透磁率が増大し、管状体が強磁性になるまで管状体の温度は低下する。こうして、管状体２１６中の強磁性材料の強磁性特性により、管状体２１６はキューリー温度或いは相変換温度又はその近くで自己制限し、温度制限ヒーターとして操作する。管状体２１６では電流が誘導されるので、電流を強磁性材料に直接流す温度制限ヒーターよりも管状体に対して折り返し比が高く、また電流低下が急激（sharp）かも知れない。例えば管状体２１６中に誘導電流を有するヒーターの折り返し比は約５以上、約１０以上、又は約２０以上であるのに対し、電流を強磁性材料に直接流す温度制限ヒーターの折り返し比は約５以下である。
【００９２】
管状体２１６中に電流が誘導されると、管状体は炭化水素層に熱を供給し、炭化水素層中に加熱帯域を画定する。特定の実施態様では管状体２１６は約３００℃以上、約５００℃以上又は約７００℃以上に加熱する。電流は管状体２１６の内表面及び外表面の両方に誘導されるので、電流を直接、強磁性材料に流して、電流の流れを一表面に制限する温度制限ヒーターに比べて管状体の熱発生量は増大する。こうして、電流を直接、強磁性材料に流すヒーターと同じ熱を発生させるため、電気導電体２１４には少ない電流を供給できる。電気導電体２１４に少ない電流を使用すると、出力消費を低減すると共に、地層の上層土での出力損失を低減する。
【００９３】
特定の実施態様では管状体２１６は大きな直径を有する。大きな直径を使用して、管状体の内部又は外部のいずれからの管状体への高圧を均等化又はほぼ均等化できる。幾つかの実施態様では管状体２１６の直径は約１．５インチ（約３．８ｃｍ）〜約６インチ（約１５．２ｃｍ）の範囲である。幾つかの実施態様では管状体２１６の直径は約３〜約１３ｃｍ、約４〜約１２ｃｍ、又は約５〜約１１ｃｍの範囲である。管状体２１６の直径を増大させると、管状体の熱伝達表面積の増大により地層に更に多くの熱出力を供給できる。
【００９４】
特定の実施態様では管状体２１６は管状体の抵抗を増大させるため造形した表面を有する。図５は放射状の溝表面を持った管状体２１６を有するヒーターの実施態様を示す。ヒーター２１２は管状体２１６に連結した電気導電体２１４Ａ、Ｂを備えてよい。電気導電体２１４Ａ、Ｂは絶縁導電体であってよい。電気導電体は電気的かつ物理的に電気導電体２１４Ａ、Ｂを導電体２１６に連結してよい。特定の実施態様では電気導電体は、電気導電体２１４Ａ、Ｂの端部が管状体２１６の端部中に押し進むと、電気導電体が電気導電体を管状体に連結するような形状を有する。例えば電気導電体は円錐形であってよい。電流を直接、管状体２１６に流すと、ヒーター２１２は熱を発生する。電流は電気導電体２１４Ａ、Ｂを用いて管状体２１６に供給される。溝２２６は管状体２１６の熱伝達表面積を増大する。
【００９５】
幾つかの実施態様では誘導ヒーターの管状体の１つ以上の表面はヒーターの抵抗を増大させるため、織物状組織にしてよい。図６は誘導ヒーターであるヒーター２１２を示す。電気導電体２１４は管状体２１６中を延びている。
【００９６】
管状体２１６は溝２２６を備えてよい。幾つかの実施態様では溝２２６は管状体内で切断される。幾つかの実施態様では管状体にひれ（ｆｉｎｓ）が連結して隆起及び溝２１６を形成する。一実施態様ではひれは管状体に溶接してもよいし、さもなければ接着させてもよい。一実施態様ではひれは、管状体上に配置した管状体外装に連結してよい。外装は管状体に物理的かつ電気的に連結して管状体２１６を形成してよい。
【００９７】
特定の実施態様では溝は管状体２１６の外表面上にある。幾つかの実施態様では溝は管状体の内表面上にある。幾つかの実施態様では溝は管状体の内表面上及び外表面上の両方にある。
【００９８】
特定の実施態様では溝２２６は放射状の溝（管状体２１６の円周の周りを巻く溝）である。特定の実施態様では溝２２６は真直ぐか、曲がっている（ａｎｇｌｅｄ）か、又は螺旋状の溝又は隆起である。幾つかの実施態様では溝２２６は管状体２１６の表面沿いの均等に間隔を置いた溝である。幾つかの実施態様では溝２２６は管状体２１６上にネジ山をつけた（threaded）表面の一部である（溝は表面上に巻付けるネジ山として形成される）。溝２２６は所望とする各種の形状を有してよい。例えば溝２２６は正方形のエッジ、長方形のエッジ、ｖ形エッジ、ｕ形エッジ、又は円いエッジを持ってよい。
【００９９】
溝２２６は、管状体の表面に誘導された電流の通路長さの増大により、管状体２１６の有効抵抗を増大させる。溝２２６は、平滑な表面を有する同じ外径及び内径の管状体に比べて管状体２１６の有効抵抗を増大させる。誘導電流は軸方向に進むので、管状体の表面沿いに溝の上下を進まなければならない。したがって、溝２２６の深さは管状体２１６中に選択された抵抗を付与するため、変化させてよい。例えば溝の深さを増大させると、通路長さ及び抵抗が増大する。
【０１００】
溝２２６を有する管状体２１６の抵抗を増大させると、平滑表面を有する管状体に比べて管状体の熱発生量が増大する。こうして、電気導電体２１４中の同じ電流で、平滑表面の管状体よりも放射状溝付き表面の管状体に大きな熱出力を与える。したがって、放射状溝付き表面の管状体に平滑表面の管状体と同じ熱出力を与えるには、放射状溝付き表面の管状体を有する電気導電体２１４では電流が少なくて済む。
【０１０１】
幾つかの実施態様では管状体２１６の絶縁中、溝を保護するため、溝２２６には低温で分解する材料が満たされる。例えば溝２２６はポリエチレン又はアスファルトで満たしてよい。ヒーター２１２がヒーターの通常の操作温度に達すると、ポリエチレン又はアスファルトは溶融及び／又は脱着できる。
【０１０２】
溝２２６は、このような管状体の抵抗を高くするため，ここで説明した他の実施態様で使用してよい。例えば溝２２６は図２、３、４に示す管状体２１６の実施態様に使用してよい。
【０１０３】
図７はヒーターの長さ沿いに変化する熱出力を提供するため、複数の管状体区画に分割したヒーター２１２の実施態様を示す。ヒーター２１２は各管状体区画で異なる熱出力を与えるため、異なる特性を有する管状体区画２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ、２１６Ｄを備えてよい。管状体区画２１６Ｄの熱出力は溝区画２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃの熱出力よりも小さくてよい。変化し得る特性の例としては、限定されるものではないが、厚さ、直径、断面積、抵抗、材料、溝の数、溝の深さが挙げられる。管状体区画２１６Ａ、２１６Ｂ及び２１６Ｃにおける異なる特性により、ヒーター２１２の長さ沿いに異なる最高操作温度（例えばキューリー温度又は相変換温度）が得られる。管状体区画の異なる最高温度は、管状体区画から異なる熱出力を付与する。溝区画２１６Ａのような区画は、分離設備手順に従って坑井孔に下向配置される（placed down）別々の区画であってよい。溝区画２１６Ｂ及び２１６Ｃのような幾つかの区画同士は非溝区画２１６Ｄにより接続してよいし、また坑井孔の下方に配置してよい。
【０１０４】
ヒーター２１２の長さ沿いに異なる熱出力が得られると、１つ以上の炭化水素層に異なる加熱が行える。例えばヒーター２１２は１つの炭化水素層又は異なる複数の炭化水素層の異なる区画に異なる熱出力を付与するため、２つ以上の加熱区画に分割できる。
【０１０５】
一実施態様では、ヒーター２１２の第一部分は炭化水素層の第一区画に熱を供給でき、また該ヒーターの第二部分は該炭化水素層の第二区画に熱を供給できる。第一区画の炭化水素はヒーターの第一部分により供給された熱により易動化できる。第二区画の炭化水素はヒーターの第二部分により、第一区画よりも高い温度に加熱できる。第二区画の高温により、第二区画の炭化水素は、第一区画に比べて品質向上が可能である。例えば炭化水素は第二区画では易動化、粘度低下、及び／又は熱分解できる。第一区画からの炭化水素は、例えば第一区画に供給された駆動流体により第二区画に移動可能である。他の一例として、ヒーター２１２は、ヒーター端部の熱損失を減殺し、地層の加熱部分において更に一定した温度を維持するため、高い熱出力を付与する端区画を有してよい。
【０１０６】
特定の実施態様では３つ、又は３の倍数の電気導電体は、地層の加熱すべき部分の中でこれらの電気導電体を囲む複数の管状体を備えた共通の坑井孔経由で地層に出入りする。図８は炭化水素層２２４中で３つの電気導電体２１４Ａ、Ｂ、Ｃを囲む３つの管状体２１６Ａ、Ｂ、Ｃを備え、第一の共通坑井孔２１８Ａ経由で地層に入り、第二の共通坑井孔２１８Ｃ経由で地層を出る該３つの電気導電体の実施態様を示す。幾つかの実施態様では電気導電体２１４Ａ、Ｂ、Ｃは単一の三相Ｙ字状回路変圧器により出力される。管状体２１６Ａ、Ｂ、Ｃ及び電気導電体２１４Ａ、Ｂ、Ｃの部分は、炭化水素層２２４中の３つの別々の坑井孔に存在してよい。これら３つの別々の坑井孔は、第一共通坑井孔２１８Ａから第二共通坑井孔２１８Ｂまで坑井孔を掘削するか、又はその逆に坑井孔を掘削することにより、或いは両共通坑井孔から掘削し、掘削した複数の開口を炭化水素層中で接続することにより、形成できる。
【０１０７】
炭化水素層２２４中に２つだけの坑井孔から延びる多数の誘導ヒーターを有すると、地層の加熱に必要な表面上の坑井のフットプリントは減少する。地層に掘削した上層土坑井孔の数は減少し、地層中のヒーター１つ当たりの資金が少なくなる。地層の処理に使用される上層土を通る坑井の数が減ったため、上層土での電力（出力）損失は地層に供給される合計電力のより小さい分数になる可能性がある。更に、共通坑井孔の３つの相が互いにほぼ相殺し、坑井孔のケーシング又はその他の構造内の誘導電流を阻止するので、上層土での電力損失は一層少なくなる可能性がある。
【０１０８】
幾つかの実施態様では３つ、又は３の倍数の電気導電体及び管状体は、地層中の別々の坑井孔に配置される。図９は地層中の別々の坑井孔における３つの電気導電体２１４Ａ、Ｂ、Ｃ及び３つの管状体２１６Ａ、Ｂ、Ｃの実施態様を示す。電気導電体２１４Ａ、Ｂ、Ｃは各導電体が変圧器の一相に連結した単一の三相Ｙ字状回路変圧器２３０により出力できる。幾つかの実施態様では３つの導電体の６、９、１２又は他の倍数の電気導電体を出力させるのに使用される。３の倍数の電気導電体を三相Ｙ字状回路変圧器に連結すれば、誘導ヒーターに出力を付与するための装備コストを低下できる。
【０１０９】
幾つかの実施態様では２つ、又は２の倍数の電気導電体は第一共通坑井孔から地層に入り、炭化水素層中で各電気導電体を囲む管状体を有する第二共通坑井孔から地層を出る。２の倍数の電気導電体は単一の二相変圧器により出力できる。このような実施態様では電気導電体は、絶縁導電体の上層土区画及び加熱区画では均質の電気導電体（全体を同じ材料を用いて絶縁した導電体）であってよい。電流は上層土区画で誘導効果を低下又は取り消すので、上層土区画の逆流電流は、坑井孔の上層土区画での電力損失を低減できる。
【０１１０】
特定の実施態様では図２〜８に示す管状体２１６は電気絶縁体で分離された多重層を有する。図１０は多重層誘導管状体の実施態様を示す。管状体２１６は電気絶縁体２３６Ａ、Ｂで分離された強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃを有する。電気絶縁体の３つの強磁性層及び２つの層を図１０に示す。所望ならば、管状体２１６は追加の強磁性層及び／又は電気絶縁体を有してよい。例えば層の数は管状体から所望の熱出力が得られるように選択される。
【０１１１】
強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃは例えば空隙により電気導電体２１４から電気的に絶縁される。強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃは電気絶縁体２３６Ａ及び電気絶縁体２３６Ｂにより互いに電気的に絶縁される。こうして、強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃ及び電気導電体２１４間では電流の直接流は阻止される。電流を電気導電体２１４に流すと、強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃの強磁特性により強磁性層中に電気電流が誘導される。２以上の電気絶縁強磁性層を有すると、誘導電流に多数の電流誘導ループを付与する。多数の電流誘導ループは、電気導電体２１４用電源に対し直列に（in series）電気負荷として効果的に現れるかも知れない。多数の電流誘導ループは１つだけの電流誘導ループを有する管状体と比べて、管状体２１６の単位長さ当たりの熱発生量を増加できる。同じ熱出力の場合、多重層を有する管状体は単一層の管状体に比べて、高電圧及び小電流を持つことができる。
【０１１２】
特定の実施態様では強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃは同じ強磁性材料を含有する。幾つかの実施態様では強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃは異なる強磁性材料を含有する。強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃの特性は異なる層から異なる熱出力を得るため、変化できる。強磁性層２３２Ａ、Ｂ、Ｃの変化可能の特性としては、限定されるものではないが、層の強磁性材料及び厚さが挙げられる。
【０１１３】
電気絶縁体２３６Ａ及び２３６Ｂは酸化マグネシウム、磁器エナメル、及び／又は他の好適な電気絶縁体であってよい。電気絶縁体２３６Ａ及び２３６Ｂの厚さ及び／又は材料は管状体２１６に異なる操作パラメーターを付与するため、変化できる。
【０１１４】
幾つかの実施態様では流体が図２〜８に示す管状体２１６に循環される。幾つかの実施態様では地層に熱を加えるため、流体が管状体２１６に循環される。例えば管状体にエネルギーを付与する（加熱システムに電流を供給する）前に地層を予熱するため、流体を管状体に循環させてよい。幾つかの実施態様では地層から熱を回収するため、流体が管状体に循環される。回収熱は地層の他の部分に熱を供給するため、及び／又は地層から生産された流体の処理に使用される表面処理に熱を供給するため、使用してよい。幾つかの実施態様では流体はヒーターの冷却に使用される。
【０１１５】
特定の実施態様では絶縁導電体は誘導ヒーターとして操作される。図１１は誘導ヒーターとして使用される絶縁導電体２４０の実施態様の端部断面図である。図１２は図１１に示す実施態様の側部断面図である。絶縁導電体２４０はコア２３４、電気絶縁体２３６及びジャケット２３８を備える。コア２３４は銅、又は熱出力を殆ど又は全く付与しない低抵抗の他の非強磁性電気導電体であってよい。幾つかの実施態様ではコアは、コアの複数部分の電気導電体２３６への移行を防止するため、ニッケルのような材料の薄層と貼り合わせてよい。電気絶縁体２３６は酸化マグネシウム又は高電圧でのアークを防止する他の好適な電気絶縁体であってよい。
【０１１６】
ジャケット２３８は少なくとも１種の強磁性材料を含有する。特定の実施態様ではジャケット２３８は炭素鋼又はその他の強磁性鋼（例えば４１０ステンレス鋼、４４６ステンレス鋼、Ｔ／Ｐ９１ステンレス鋼、Ｔ／Ｐ９２ステンレス鋼、合金５２、合金４２及び不変鋼３６）を含有する。幾つかの実施態様ではジャケット２３８は耐腐食性材料（例えば３４７Ｈステンレス鋼又は３０４ステンレス鋼）の外側層を含有する。外側層は当該技術分野に既知の方法を用いて、強磁性材料に貼り合わせるか、さもなければ強磁性材料に連結してよい。
【０１１７】
特定の実施態様ではジャケット２３８は、ジャケットの強磁性材料の少なくとも約２の表皮深さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈｓ）の厚さを有する。幾つかの実施態様ではジャケット２３８は、少なくとも約３、少なくとも約４又は少なくとも約５の表皮深さの厚さを有する。ジャケット２３８の厚さが増大すると、絶縁導電体２４０からの熱出力が増大できる。
【０１１８】
幾つかの実施態様ではコア２３４は約０．５インチ（１．２７ｃｍ）の直径を有する銅であり、電気絶縁体２３６は約０．２０インチ（０．５ｃｍ）の厚さ（外径は約０．９インチ（２．３ｃｍ））を有する酸化マグネシウムであり、またジャケット２３８は約１．６インチ（４．１ｃｍ）の外径（厚さは約０．３５インチ（０．８８ｃｍ）である）を有する炭素鋼である。耐腐食性材料３４７Ｈステンレス鋼の薄層（約０．１インチ（０．２５ｃｍ）厚（約１．７インチ（４．３ｃｍ）の外径）はジャケット２３８の外側上に貼り合わせてよい。
【０１１９】
他の一実施態様ではコア２３４は約０．３３８インチ（０．８６ｃｍ）の直径を有する銅であり、電気絶縁体２３６は約０．０９６インチ（０．２４ｃｍ）の厚さ（外径は約０．５３インチ（１．３ｃｍ））を有する酸化マグネシウムであり、またジャケット２３８は約１．１３インチ（２．９ｃｍ）の外径（厚さは約０．３０インチ（０．７６ｃｍ）である）を有する炭素鋼である。耐腐食性材料３４７Ｈステンレス鋼の薄層（約０．０６５インチ（０．１７ｃｍ）厚（約１．２６インチ（３．２ｃｍ）の外径）はジャケット２３８の外側上に貼り合わせてよい。
【０１２０】
幾つかの実施態様ではコア２３４は銅であり、電気絶縁体２３６は酸化マグネシウムであり、またジャケット２３８は炭素鋼で囲まれた銅の薄層である。コア２３４、電気絶縁体２３６、及びジャケット２３８の銅薄層は、絶縁導電体の長尺片（例えば約５００インチ（約１５０ｍ）以上）として得ることができる。ジャケット２３８の炭素鋼層は、長尺の絶縁導電体上で該炭素鋼を引き抜く（ｄｒａｗ  ｄｏｗｎ）ことにより付加できる。ジャケット内の銅薄層はジャケットの内表面にショートするので、このような絶縁導電体はジャケット２３８の外側上で熱を発生するだけでよい。
【０１２１】
幾つかの実施態様ではジャケット２３８は多重層の強磁性材料で作製される。これらの多重層は同じ強磁性材料であっても或いは異なる強磁性材料であってもよい。例えば一実施態様ではジャケット２３８は３層の炭素鋼から作製した０．３５インチ（０．８８ｃｍ）厚の炭素鋼ジャケットである。第一層及び第二層は０．１０インチ（０．２５ｃｍ）厚であり、第三層は０．１５インチ（０．３８ｃｍ）厚である。他の一実施態様ではジャケット２３８は、３つの０．１０インチ（０．２５ｃｍ）厚の炭素鋼層から作製した０．３インチ（０．７６ｃｍ）厚の炭素鋼ジャケットである。
【０１２２】
特定の実施態様ではジャケット２３８及びコア２３４は、ジャケットとコアとの間に直接、電気的な接続がないように電気的に絶縁されている。コア２３４は、コアの各端部が電源の一極に連結している単一の電源に電気的に連絡してよい。例えば絶縁導電体２４０は、コア２３４の各端部が電源の一極に連結しているｕ形坑井孔に配置したｕ形ヒーターであってよい。
【０１２３】
コア２３４が経時変化性電流でエネルギーを付与されると、コアは（図１２の矢印で示すように）ジャケット中の強磁性材料の強磁特性により、ジャケット２３８の表面上に電気電流を誘導する。特定の実施態様ではジャケット２３８の内表面及び外表面の両方に電流が誘導される。これら誘導ヒーターの実施態様ではジャケット２３８は絶縁導電体２４０の加熱素子として操作する。
【０１２４】
ジャケット２３８中の強磁性材料のキューリー温度或いは相変換温度又はその近くで、強磁性材料の透磁率は急速に低下する。ジャケット２３８の透磁率がキューリー温度或いは相変換温度又はその近くで低下すると、これらの温度ではジャケットは本質的に非強磁性となるので、ジャケットには電流が殆どなくなるか全くなくなり、コア２３８はジャケット中に電流を誘導することができない。ジャケットには電流が殆どないか全くないため、ジャケットの温度は、透磁率が増大すると共に、ジャケットが強磁性になるまで更に低温に降下する。こうして、ジャケット２３８はキューリー温度或いは相変換温度又はその近くで自己制限し、絶縁導電体２４０はジャケットの強磁性特性により、温度制限ヒーターとして操作する。ジャケット２３８には電流が誘導されるので、折り返し比は電流を直接ジャケットに流す場合よりも高く、またジャケットに対する電流低下が急激かも知れない。
【０１２５】
特定の実施態様では地層の上層土中のジャケット２３８の複数部分は、強磁性材料を含まない（例えば非強磁性材料である）かも知れない。ジャケット２３８の上層土部分を非強磁性材料で作製すると、ジャケットの上層土部分での電流の誘導は防止される。上層土部分での電流の誘導を防止することにより、上層土での電力損失は防止又は減少する。
【０１２６】
図１３は誘導ヒーターとして使用される２本脚絶縁導電体の実施態様の断面図である。図１４は図１３で示す実施態様の縦断面図である。絶縁導電体２４０は、２つのコア２３４Ａ、Ｂ；２つの電気絶縁体２３６Ａ、Ｂ；及び２つのジャケット２３８Ａ、Ｂを有する。絶縁導電体２４０の２つの脚は、ジャケット２３８Ａがその長さ沿いにジャケット２３８Ｂと接触するように、互いに物理的に接触してよい。コア２３４Ａ、Ｂ；電気絶縁体２３６Ａ、Ｂ；及びジャケット２３８Ａ、Ｂは図１１及び１２に示す絶縁導電体２４０の実施態様で使用されるもののような材料を含有してよい。
【０１２７】
図１４に示すように、コア２３４Ａ及びコア２３４Ｂは変圧器２３０及び端子盤２４２に連結している。こうして、コア２３４Ａ及びコア２３４Ｂは、図１４の矢印で示すように、コア２３４Ａ内の電流がコア２３４Ｂ内の電流とは反対方向に流れるように、電気的に直列に連結している。コア２３４Ａ、Ｂ内の電流は図１４の矢印で示すように、ジャケット２３８Ａ、Ｂ内に電流を誘導する。
【０１２８】
特定の実施態様ではジャケット２３８Ａ及び／又はジャケット２３８Ｂの複数部分は電気絶縁性被膜（例えば磁器エナメル被膜、アルミナ被膜及び／又はアルミナ−チタニア被膜）で被覆される。電気絶縁性被膜は一方のジャケット中の電流が他方のジャケット中の電流に、又はその逆に影響を及ぼす（例えば一方のジャケット中の電流が他方のジャケット中の電流を相殺する）ことを防止できる。ジャケットを互いに電気的に絶縁すると、ヒーターの折り返し比がジャケット内の誘導電流の相互作用により低下するのを防止できる。
【０１２９】
コア２３４Ａ及びコア２３４Ｂは単一の変圧器（変圧器２３０）と電気的に直列に連結されているので、絶縁導電体２４０は地層中で末端となる坑井孔（例えばＬ形又はＪ形の坑井孔のような単一の表面開口を有する坑井孔）に配置してよい。図１４に示すような絶縁導電体２４０は、１つの表面開口を通って作られる、ヒーターと電源（変圧器）との間に電気接続を有する地表下末端誘導ヒーターとして操作できる。
【０１３０】
上層土中のジャケット２３８Ａ、Ｂの部分及び／又は地層中の余り加熱されない部分（例えば２つの炭化水素層間の厚い頁岩の割れ目）の近くは、このような部分での誘導電流を防止するため、非強磁性であってよい。ジャケットは誘導電流を絶縁導電体のヒーター部分に限定するため、電気的に絶縁する１つ以上の部分を有してよい。ジャケットの上層土部分での誘導電流を防止すると、上層土での誘導加熱及び／又は電力損失が防止される。コア２３４Ａ中の電流はコア２３４Ｂ中の電流とは反対方向に流れるので、絶縁導電体２４０を囲む上層土中の他の構造（例えば上層土ケーシング）の誘導効果は防止できる。
【０１３１】
図１５は誘導ヒーターとして使用される多重層絶縁導電体の実施態様の断面図である。絶縁導電体２４０は電気絶縁体２３６Ａ及びジャケット２３８Ａで囲まれたコア２３４を有する。電気絶縁体２３６Ａ及びジャケット２３８Ａは絶縁導電体２４０の第一層を含む。第一層は電気絶縁体２３６Ｂ及びジャケット２３８Ｂを有する第二層で囲まれている。電気絶縁体及びジャケットの２つの層を図１５に示す。所望ならば、絶縁導電体は追加の層を有してよい。例えば層の数は絶縁導電体から所望の熱出力が得られるように選択してよい。
【０１３２】
ジャケット２３８Ａ及びジャケット２３８Ｂは電気絶縁体２３６Ａ及び電気絶縁体２３６Ｂによりコア２３４から、また互いに電気的に絶縁される。ジャケット２３８Ａ及びジャケット２３８Ｂ、並びにコア２３４間では電流の直接流は防止される。電流をコア２３４に流すと、ジャケットの強磁性特性により、ジャケット２３８Ａ及びジャケット２３８Ｂの両方に電気電流が誘導される。電気絶縁体及びジャケットの２つ以上の層を有すると、多電流誘導ループが得られる。多電流誘導ループは絶縁導電体２４０用電源に直列の電気負荷として効果的に出現できる。多電流誘導ループは１つだけの電流誘導ループを有する絶縁導電体に比べて、絶縁導電体２４０の単位長さ当たりの熱発生量を増加できる。同じ熱出力の場合、多重層を有する絶縁導電体は単一層絶縁導電体に比べて高い電圧及び低い電流を持つことができる。
【０１３３】
特定の実施態様ではジャケット２３８Ａ及びジャケット２３８Ｂは同じ強磁性材料を含有する。幾つかの実施態様ではジャケット２３８Ａ及びジャケット２３８Ｂは異なる強磁性材料を含有する。異なる層から異なる熱出力を得るため、ジャケット２３８Ａ及びジャケット２３８Ｂの特性は変化させてよい。ジャケット２３８Ａ及びジャケット２３８Ｂの変化可能な特性の例としては、限定されるものではないが、層の強磁性材料及び厚さが挙げられる。
【０１３４】
電気絶縁体２３６Ａ及び２３６Ｂは酸化マグネシウム、磁器エナメル、及び／又は他の好適な電気絶縁体であってよい。電気絶縁体２３６Ａ及び２３６Ｂの厚さ及び／又は材料は絶縁導電体２４０に異なる操作パラメーターを付与するため、変化させてよい。
【０１３５】
図１６はコイルドチュービング導管中に配置され、誘導ヒーターとして使用される３つの絶縁導電体２４０の実施態様の端部図である。各絶縁導電体２４０は図１１、１２及び１５に示す絶縁導電体であってよい。絶縁導電体２４０のコアは、絶縁導電体が三相Ｙ字状回路構造中で電気的に連結するように、互いに連結してよい。図１７は絶縁導電体の端部同士が連結した絶縁導電体２４０のコア２３４を示す。
【０１３６】
図１６に示すように、絶縁導電体２４０は管状体２１６中に配置される。管状体２１６はコイルドチュービング導管、或いはその他のコイルドチュービング管状体又はケーシングであってよい。絶縁導電体２４０は、これを例えばコイルドチュービングリールに巻付ける（coil）際、絶縁導電体上の応力を低下させるため、管状体２１６内部で螺旋形態（formation）であってよい。管状体２１６は、コイルドチュービング用具（rig）を用いて絶縁導電体を地層（formation）中に取付け可能にすると共に、地層に取付け中、絶縁導電体を保護する。
【０１３７】
図１８は支持部材上に配置され、誘導ヒーターとして使用される３つの絶縁導電体２４０の実施態様の端部図である。各絶縁導電体２４０は、例えば図１１、１２及び１５に示す絶縁導電体であってよい。絶縁導電体２４０のコアは、絶縁導電体が三相Ｙ字状回路構造中に電気的に連結するように、互いに連結してよい。例えばコア同士は図１７に示すように、連結してよい。
【０１３８】
図１８に示すように、絶縁導電体２４０は支持部材２４４に連結される。支持部材２４４は絶縁導電体２４０用の支持体を提供する。絶縁導電体２４０は支持部材２４４の周りに螺旋状に巻き付けてよい。幾つかの実施態様では支持部材２４４は強磁性材料を含有する。支持部材２４４の強磁性材料中に電流を誘導してよい。こうして、支持部材２４４は絶縁導電体２４０のジャケットで発生した熱の他に、若干の熱を発生できる。
【０１３９】
特定の実施態様では絶縁導電体２４０同士はバンド２４６付き支持部材２４４上に保持される。バンド２４６はステンレス鋼又はその他の非腐食性材料であってよい。幾つかの実施態様ではバンド２４６は絶縁導電体２４０同士を保持する複数のバンドを含む。絶縁導電体２４０同士を保持するため、絶縁導電体の周りに周期的にバンドを配置できる。
【０１４０】
幾つかの実施態様では図１１及び１２に示すジャケット２３８又は図１４に示すジャケット２３８Ａ、Ｂは、ジャケットの有効抵抗を増大させるため、ジャケットの外表面及び／又は内表面上に溝又はその他の構造を有する。溝付きのジャケット２３８及び／又はジャケット２３８Ａ、Ｂの抵抗を増大させると、平滑な表面を有するジャケットに比べて、ジャケットの熱発生量が増加する。こうして、コア２３４及び／又はコア２３４Ａ、Ｂ中の同じ電流でも平滑表面のジャケットに比べて、溝表面のジャケットは更に多くの熱出力を付与する。
【０１４１】
幾つかの実施態様ではジャケット２３８（例えば図１１及び１２に示すジャケット又は図１４に示すジャケット２３８Ａ、Ｂ）はヒーターの長さ沿いに変化する熱出力を付与するため、複数区画に分割される。例えばジャケット２３８及び／又はジャケット２３８Ａ、Ｂは、図７に示す管状体区画２１６Ａ、２１６Ｂ及び２１６Ｃのような区画に分割してよい。図１１、１２及び１４に示すジャケット２３８の区画は各区画で異なる熱出力を得るため、異なる特性を有してよい。変化可能な異なる特性の例としては、限定されるものではないが、厚さ、直径、抵抗、材料、溝の数、溝の深さが挙げられる。これら区画の異なる特性により、絶縁導電体２４０の長さ沿いに異なる最高操作温度（例えば異なるキューリー温度又は相変換温度）が得られる。これら区画の異なる最高温度により、これら区画から異なる熱出力が得られる。
【０１４２】
特定の実施態様では誘導ヒーターは螺旋状に巻いた強磁性材料で囲まれた絶縁電気導電体を含む。例えば螺旋状に巻いた強磁性材料は図２〜８に示す管状体２１６と同様、誘導加熱素子として操作できる。図１９は強磁性層２３２で囲まれた、コア２３４及び電気絶縁体２３６を有する誘導ヒーターの実施態様図である。コア２３４は銅、又は熱出力を殆ど又は全く付与しない低抵抗の他の非強磁性電気導電体であってよい。電気絶縁体２３６はテフロン（登録商標）、ＸＰＬＥ（架橋ポリエチレン）又はＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンジエンモノマー）のような高分子電気絶縁体であってよい。幾つかの実施態様ではコア２３４及び電気絶縁体２３６は両方ともポリマー（絶縁体）被覆ケーブルとして得られる。幾つかの実施態様では電気絶縁体２３６は酸化マグネシウム又は高電圧及び／又は高温でのアークを防止する他の好適な電気絶縁体であってよい。
【０１４３】
特定の実施態様では強磁性層２３２はコア２３４及び電気絶縁体２３６上に螺旋状に巻かれている。強磁性層２３２は炭素鋼又はその他の強磁性鋼（例えば４１０ステンレス鋼、４４６ステンレス鋼、Ｔ／Ｐ９１ステンレス鋼、Ｔ／Ｐ９２ステンレス鋼、合金５２、合金４２及び不変鋼３６）を含有してよい。
【０１４４】
幾つかの実施態様では強磁性層２３２は電気絶縁体上に螺旋状に巻かれている。幾つかの実施態様では強磁性層２３２は耐腐食性材料の外側層を含有する。幾つかの実施態様では強磁性層は棒片（bar stock）である。図２０は強磁性層２３２で囲まれた絶縁導電体２４０の実施態様図である。絶縁導電体２４０はコア２３４、電気絶縁体２３６及びジャケット２３８を有する。コア２３４は銅、又は熱出力を殆ど又は全く付与しない低抵抗の他の非強磁性電気導電体である。電気絶縁体２３６は酸化マグネシウム又はその他の好適な電気絶縁体である。強磁性層２３２は絶縁導電体２４０上に螺旋状に巻かれている。
【０１４５】
ヒーター上に螺旋状に巻く強磁性層２３２は誘導ヒーターの他の構築法に比べて、強磁性層の厚さに対する制御を増大できる。例えばヒーターの出力を変化させるため、ヒーター上に２つ以上の強磁性層２３２を巻いてよい。ヒーターから所望の出力を得るため、強磁性層２３２の数を選択できる。図２１はコア２３４及び電気絶縁体２３６上に渦巻状に巻いた２つの強磁性層２３２Ａ、Ｂを有する誘導ヒーターの実施態様図である。幾つかの実施態様では強磁性層２３２Ａはヒーター上にニュートラルトルクを供給するため、強磁性層２３２Ｂに対し逆向きに巻かれる。ニュートラルトルクは、地層の開口にヒーターを懸垂するか、或いは自由に吊るした際、有効かも知れない。
【０１４６】
誘導ヒーターの熱出力を変えるため、螺旋巻きの数（例えば強磁性層の数）は変化させてよい。また誘導ヒーターの熱出力を変えるため、他のパラメーターを変化させてもよい。他の変化させたパラメーターの例としては、限定されるものではないが、流した電流、利用した（applied）周波数、配置（geometry）、強磁性材料及び／又は螺旋巻きの数が挙げられる。
【０１４７】
螺旋巻き強磁性層を使用すると、従来の絶縁ケーブル又は容易に製造した絶縁ケーブルの長尺物に強磁性材料を螺旋巻きすれば、誘導ヒーターを連続長尺状（in continuous long lengths）で製造できる。こうして、螺旋巻き誘導ヒーターは他の誘導ヒーターに比べて、製造コストを低下できた。螺旋巻き強磁性層は頑丈な（solid）強磁性管状誘導ヒーターに比べて、誘導ヒーターの機械的柔軟性を増大できる。柔軟性の増大により、螺旋巻き誘導ヒーターは吊り下げ機ジョイントのような表面突起上で曲げることが可能である。
【０１４８】
図２２は絶縁導電体２４０上に強磁性層２３２を組立てる実施態様を示す。絶縁導電体２４０は絶縁導電体ケーブル（例えば無機絶縁導電体ケーブル又はポリマー絶縁導電体ケーブル）又はその他、絶縁被覆された好適な電気絶縁体コアであってよい。
【０１４９】
特定の実施態様では強磁性層２３２は、リール２５２から供給され、絶縁導電体２４０上に巻かれた強磁性材料２５４で作られている。リール２５２はコイルドチュービング用具又はその他の回転式供給用具であってよい。リール２５２は絶縁導電体２４０の周りを回転でき、こうして強磁性材料２５４は絶縁導電体２４０上に巻き付いて強磁性層２３２を形成する。リール２５２は絶縁導電体の周りを回転するので、絶縁導電体２４０はリール又はロール機から供給できる。
【０１５０】
幾つかの実施態様では強磁性材料２５４を絶縁導電体２４０上に巻き付ける前に、絶縁導電体は加熱される。例えば強磁性材料２５４は誘導ヒーター２５６を用いて加熱してよい。強磁性材料２５４を巻き付ける前にこれを予熱すると、強磁性材料が冷却する際、強磁性材料は絶縁導電体２４０に接触し、締付けることが可能である。
【０１５１】
幾つかの実施態様ではヒーター坑井孔の上層土区画でのケーシングの複数部分はケーシングの有効直径を増大させるために造形した表面を有する。ヒーター坑井孔の上層土区画でのケーシングとしては、限定されるものではないが、上層土ケーシング、ヒーターケーシング、ヒーター管状体、及び／又は絶縁導電体のジャケットが挙げられる。ケーシングの有効直径を増大させると、上層土の下にある１つ又は複数のヒーターの出力に使用される電流がケーシング内を伝送される（transmit）際（例えば出力の一相が上層土区画を伝送される間）、ケーシングでの誘導効果を低減できる。電流が上層土内を一方向にだけ伝送される際、この電流は上層土ケーシング中に見られるような強磁性材料又はその他の電気導電性材料に他の複数の電流を誘導する可能性がある。これらの誘導電流は、地層の上層土に望ましくない電力損失及び／又は望ましくない加熱を与える可能性がある。
【０１５２】
図２３は溝表面又は波形表面を有するケーシング２４８の実施態様を示す。特定の実施態様ではケーシング２４８は溝２５０を有する。幾つかの実施態様では溝２５０は波形であるか、又は波形を含む。溝２５０はケーシング２４８の表面の一部として形成でき（例えばケーシングは溝表面を持って形成される）、或いは溝は、ケーシングの表面に材料を加えるか、又は材料を除去（例えば研磨）することにより形成できる。例えば溝２５０は、ケーシング２４８に溶接する管状体の長尺片上に配置してよい。
【０１５３】
特定の実施態様では溝２５０はケーシング２４８の外表面上にある。幾つかの実施態様では溝２５０はケーシング２４８の内表面及び外表面の両表面上にある。
【０１５４】
特定の実施態様では溝２５０は軸方向の溝（ケーシング２４８の長さ沿いに縦方向に進む溝）である。特定の実施態様では溝２５０は真直ぐか、曲がっているか、又は縦方向に螺旋状である。幾つかの実施態様では溝２５０はほぼ軸方向の溝又は顕著な縦方向の成分を有する螺旋状溝（即ち、螺旋角度は１０°未満、５°未満、又は１°未満である）。幾つかの実施態様では溝２５０はケーシング２４８の長さ沿いにほぼ軸方向に延びる。幾つかの実施態様では溝２５０はケーシング２４８の表面沿いに均等に間隔を置いた溝である。溝２５０は、所望とする各種の形状を持ってよい。例えば溝２５０は正方形のエッジ、ｖ形エッジ、ｕ形エッジ、長方形のエッジを持ってよく、或いは丸いエッジを持ってよい。
【０１５５】
溝２５０はケーシング２４８の有効円周を増大させる。溝２５０は、同じ内径及び外径を有すると共に、平滑表面を有するケーシングの円周に比べて、ケーシング２４８の有効円周を増大させる。溝２５０の深さは、ケーシング２４８の選択された有効円周を得るため、変化させてよい。例えば幅が１／４インチ（０．６３ｃｍ）、深さが１／４インチ（０．６３ｃｍ）、溝間隔が１／４インチ（０．６３ｃｍ）である軸方向の溝は、直径６インチ（１５．２４ｃｍ）のパイプの有効円周１８．８４インチ（４７．８５ｃｍ）から３７．６８インチ（９５．７１ｃｍ）（又は直径１２インチ（３０．４８ｃｍ）のパイプの円周）に増大できる。
【０１５６】
特定の実施態様では溝２５０は、同じ内径及び外径を有すると共に、平滑表面を有するケーシングに比べて、ケーシング２４８の有効円周を約２以上のファクターだけ増大させる。幾つかの実施態様では溝２５０は、同じ内径及び外径を有すると共に、平滑表面を有するケーシングに比べて、ケーシング２４８の有効円周を約３以上、約４以上、又は約６以上のファクターだけ増大させる。
【０１５７】
溝２５０を有するケーシング２４８の有効円周を増大させると、ケーシングの表面積が増大する。ケーシング２４８の表面積が増大すると、所定の電流束（ｆｌｕｘ）でのケーシング内の誘導電流が減少する。ケーシング２４８内での誘導加熱と関連した電力損失は、誘導電流の減少により、平滑表面を有するケーシングに比べて減少する。こうして、同じ電流での誘導加熱による熱出力は、平滑表面のケーシングよりも軸方向に溝付けした表面のケーシングの方が低くなる。ヒーターの上層土区画で熱出力が低下すると、ヒーターの操作効率が向上する上、ヒーターの操作と関連するコストが低下する。ケーシング２４８の有効円周を増大させると共に、ケーシングでの誘導効果を低減すると、炭素鋼のような比較的安価な材料でケーシングを作ることができる。
【０１５８】
幾つかの実施態様ではケーシングからの電流及び／又は電力損失を防止するため、ケーシング２４８の１つ以上の表面に電気絶縁性被膜（例えば磁器エナメル被膜）が設けられる。幾つかの実施態様ではケーシング２４８は、ケーシングの２つ以上の縦方向区画（例えば、端と端を接して、共に溶接した又はネジ山を付けた縦方向区画）から形成される。これらの縦方向区画は、縦方向区画上の溝が整列するように、整列させてよい。これらの区画を整列させると、セメント又は他の材料を溝に沿って流すことができる。
【０１５９】
以上の説明から本発明の各種局面での更なる改変及び代替実施態様は当業者には明らかとなり得る。したがって、以上の説明は単に例証と解釈すべきであり、当業者に本発明を実施する一般的な方法を教示する目的のためである。ここに示し説明した本発明の形態は、現在の好ましい実施態様として受取るものと理解すべきである。構成要素及び材料は、ここで例証し、説明したものに変更又は取替え可能であり、部品及び方法は変更及び取替え可能であり、また本発明の特定の特徴は、独立に利用可能である。これらは全て本発明についての以上の説明の利益を享受した後、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り、以上説明した構成要素に変化を加えることは可能である。更に、ここで説明した特徴は、特定の実施態様において組合わせ可能であると理解すべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１６０】
【特許文献１】米国特許第２，９２３，５３５号
【特許文献２】米国特許第４，８８６，１１８号
【特許文献３】米国特許第２，５４８，３６０号
【特許文献４】米国特許第４，７１６，９６０号
【特許文献５】米国特許第５，０６５，８１８号
【特許文献６】米国特許第６，０２３，５５４号
【特許文献７】米国特許第４，５７０，７１５号
【特許文献８】米国特許第５，０６０，２８７号
【特許文献９】米国特許第７，１５３，３７３号
【特許文献１０】米国特許出願公開第ＵＳ  ２００４／０１９１１０９号
【符号の説明】
【０１６１】
２００    障壁坑井
２０２    熱源
２０４    供給ライン
２０６    生産坑井
２０８    収集配管
２１０    処理設備
２１２    ヒーター
２１４    電気導電体
２１６    管状体
２１８    坑井孔
２２０    集中化部材
２２２    電気接触器
２２４    炭化水素層
２２６    溝
２３０    三相Ｙ字状回路変圧器
２３２    強磁性層
２３４    コア
２３６    電気絶縁体
２３８    ジャケット
２４０    絶縁導電体
２４２    端子盤
２４４    支持部材
２４６    バンド
２４８    ケーシング
２５０    溝
２５２    リール
２５４    強磁性材料
２５６    誘導ヒーター
【図１】
0005551600.tif 000002
【図２】
0005551600.tif 000003
【図３】
0005551600.tif 000004
【図４】
0005551600.tif 000005
【図５】
0005551600.tif 000006
【図６】
0005551600.tif 000007
【図７】
0005551600.tif 000008
【図８】
0005551600.tif 000009
【図９】
0005551600.tif 000010
【図１０】
0005551600.tif 000011
【図１１】
0005551600.tif 000012
【図１２】
0005551600.tif 000013
【図１３】
0005551600.tif 000014
【図１４】
0005551600.tif 000015
【図１５】
0005551600.tif 000016
【図１６】
0005551600.tif 000017
【図１７】
0005551600.tif 000018
【図１８】
0005551600.tif 000019
【図１９】
0005551600.tif 000020
【図２０】
0005551600.tif 000021
【図２１】
0005551600.tif 000022
【図２２】
0005551600.tif 000023
【図２３】
0005551600.tif 000024