(57)【要約】【課題】ソーダ灰の製造に必要な熱を供給するか、又は発生した二酸化炭素を貯蔵するため地層を利用できるナーコ石含有油頁岩地層の処理方法を提供する。【解決手段】ナーコ石含有油頁岩地層（炭化水素を含有する）の一部に熱水又は水蒸気含有第一流体を供給する工程（但し、第一流体の初期温度はナーコ石の解離温度未満）、前記部分からナーコ石含有第二流体を製造する工程、１つ以上のヒーターから地層に熱を供給、加熱する工程、地層から炭化水素を製造する工程を含む、炭化水素を製造するため現場熱処理法を使用する前に、前記地層を溶液採鉱処理する方法。該溶液採鉱法として、ナーコ石に到達する第一流体の温度が前記解離温度未満であり、かつ第一流体の温度が地層中の炭化水素の熱分解温度であるように、第一流体温度は上昇できる。【選択図】図６
2009512802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に、少なくとも２つの注入坑井経由で第一流体を供給する工程、
少なくとも２つの注入坑井間に流体が流動できるように該２つの注入坑井が相互に連絡するまで、地層の前記部分から、少なくとも１つの注入坑井経由で第二流体を製造する工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量のナーコ石を含有する該工程、
該相互連絡した注入坑井の１つを経由して第一流体を注入する工程、
該相互連絡した注入坑井の少なくとも１つから第二流体を製造する工程、
１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、及び
地層から炭化水素流体を製造する工程、
を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法。
【請求項２】
ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に第一流体を供給する工程、
地層の前記部分から第二流体を製造する工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量のナーコ石を含有する該工程、
１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、
地層の前記部分に制御量の酸化剤を供給する工程、及び
地層から炭化水素流体を製造する工程、
を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法。
【請求項３】
ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に第一流体を供給する工程、
地層の前記部分から第二流体を製造して、地層の前記部分の少なくとも若干を選択的に垂直方向にシフトさせる工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量のナーコ石を含有する該工程、
１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、前記垂直方向にシフトした地層の少なくとも一部を加熱する工程、
地層から炭化水素流体を製造する工程、
を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法。
【請求項４】
ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に水蒸気含有第一流体を供給する工程であって、該第一流体の温度は、地層の前記部分中の炭化水素の熱分解温度未満である該工程、
地層の前記部分からナーコ石含有第二流体を製造する工程、
１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、及び
地層から炭化水素流体を製造する工程、
を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法。
【請求項５】
地層への流体流の出入りを阻止するため、前記部分の側面に、ほぼ不透過性の材料の一区画を残す工程を更に含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
地層の前記部分への流体流の出入りを阻止するため、前記部分上に、ほぼ不透過性の材料の一区画を残す工程を更に含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記不透過性材料内に延びる障壁を形成する工程を更に含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第一流体を地層の前記部分に導入するため、及び／又は第二流体を地層の前記部分から取出すために用いた少なくとも１つの坑井が前記部分から炭化水素含有流体を取出すためにも用いられる請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
第一流体を導入する工程が、第一流体を第一注入坑井及び第二注入坑井経由で導入する工程を含み、第一流体の導入により第一注入坑井及び第二注入坑井に近接する部分の透過率が増大し、該第一注入坑井付近の増大した透過率が第二注入坑井付近の増大した透過率と重複し、これにより第一注入坑井を経由した第一流体の導入及び第二注入坑井を経由した第二流体の取出しを行なう請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
第一流体が熱水を含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
第一流体の加熱に使用された熱が、地層の予備処理部分から回収される請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
地層の前記部分から第二流体を製造する工程が、前記垂直方向にシフトされた部分の炭化水素豊富性を向上するように、該部分の選択垂直方向シフトを起こす請求項１〜１１に記載の方法。
【請求項１３】
第二流体の少なくとも若干量を地層の第二部分に導入する工程、及び該第二部分からソーダ灰を含む第三流体を製造する工程を更に含む請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
重炭酸ナトリウムをソーダ灰に転化中に発生した二酸化炭素の少なくとも一部を前記第二部分中に吸収させる工程を更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第二流体に熱を伝達するため、第二流体の少なくとも若干量を地層中の坑井口に流入及び坑井口から流出させる工程を更に含み、こうして伝達された熱が第二流体中の重炭酸ナトリウムをソーダ灰に転化させる請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
地層の前記部分を熱源により、該部分の炭化水素の熱分解温度を超える温度に加熱する工程、及び該部分から炭化水素を製造する工程を更に含む請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
地層の前記部分の少なくとも若干量のドウソナイトを供給熱で分解する工程、該部分にキレート化剤を供給して、少なくとも若干量のドウソナイトの分解生成物を溶解する工程、及び溶解したドウソナイトの分解生成物を製造する工程を更に含む請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
第一流体の温度が、炭化水素流体の製造中、地層中の製造坑井の閉塞を防止するように選択される請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法を用いて地表下地層から製造した炭化水素を含む組成物。
【請求項２０】
請求項１９に記載の組成物から製造した炭化水素を含む輸送用燃料。
【請求項２１】
地層の第一部分に第一流体を供給する工程、
第一部分から第二流体を製造する工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量の重炭酸ナトリウムを含有する該工程、
地層の第二部分に１つ以上のヒーターから熱を供給して、第二部分を加熱する工程、及び
地層の第二部分の熱を用いて第二流体を加熱し、ソーダ灰を製造する工程、
を含む地層の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
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可溶性材料及びその他の生成物を製造する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．  関連技術分野の説明
地下地層から得られる炭化水素は、エネルギー資源、供給原料、及び消費製品として使用されることが多い。有用な炭化水素資源の枯渇に対する関心及び製造される炭化水素の全体的品質低下に対する関心から、一層効率的な回収、処理、及び／又は有用な炭化水素資源の使用方法が発展してきた。現場方法を用いて地下地層から炭化水素材料を取出すことができる。地下地層から炭化水素材料を一層容易に取出すには、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化させる必要があるかも知れない。化学的、及び／又は物理的変化としては、移動可能な流体を生成する現場反応、地層中の炭化水素の組成変化、溶解度変化、密度変化、相変化、及び／又は粘度変化が挙げられる。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／又は液体流と同様な流れ特性を有する固体粒子の流れであってよい。
【０００３】
炭化水素の他、多くの炭化水素含有地層は可溶性鉱物を含有する。可溶性鉱物は、地層中に大量に存在する可能性がある。幾つかの可溶性鉱物は、かなり経済的価値があるかも知れない。幾つかの可溶性鉱物は、現場熱処理法で使用される温度で解離反応を受けるかも知れない。解離反応は望ましくない吸熱反応かも知れない。吸熱反応は、地層に更に熱入力路を必要とする、及び／又は二酸化炭素のような望ましくない反応生成物を生じる。
【０００４】
地層の処理に現場熱処理法を使用する前に、地層から可溶性鉱物を除去するのが有利かも知れない。可溶性鉱物を除去すると、現場熱処理法で加熱を必要とする地層中の毋材が減少する可能性がある。可溶性鉱物を除去すると、現場熱処理法で加熱中、地層では望ましくない吸熱反応及びこのような反応の副生物が著しく減少又は除去される。Ｖｉｎｅｇａｒ等の米国特許６，９９７，５１８には油頁岩地層を溶液採鉱すると共に、油頁岩地層から炭化水素を製造するシステム及び方法が記載されている。地層から炭化水素を製造するのに現場転化法が使用される。溶液採鉱を用いた地層からはナーコ石及びその他の可溶性鉱物が生成する。
【特許文献１】米国特許６，９９７，５１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
重炭酸ナトリウムからはソーダ灰が製造される可能性がある。重炭酸ナトリウムからソーダ灰を製造する際は、熱を必要とするし、また二酸化炭素が発生する。熱源の供給及び発生した二酸化炭素を使用するか又は処分する能力が問題となる可能性がある。したがって、ソーダ灰を作る際に必要な熱を供給するため、及び／又は発生した二酸化炭素を貯蔵するため地層を利用することが、地層を処理する改良方法及びシステムに必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
ここに記載した実施態様は一般に、地表下地層を処理するシステム及び方法に関する。また、ここに記載した実施態様は、一般に溶液採鉱システム及び炭化水素含有地層から炭化水素を製造する現場熱処理法を使用する前に、炭化水素含有地層を処理する溶液採鉱システム及び方法に関する。
【０００７】
幾つかの実施態様では本発明は、ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に、少なくとも２つの注入坑井経由で第一流体を供給する工程、少なくとも２つの注入坑井間で流体が流動できるように該２つの注入坑井が相互に連絡するまで、地層の前記部分から、少なくとも１つの注入坑井経由で第二流体を製造する工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量のナーコ石を含有する該工程、該相互連絡した注入坑井の１つを経由して第一流体を注入する工程、該相互連絡した注入坑井の少なくとも１つから第二流体を製造する工程、１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、及び地層から炭化水素流体を製造する工程を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法を提供する。
【０００８】
幾つかの実施態様では本発明は、ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に第一流体を供給する工程、地層の前記部分から第二流体を製造する工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量のナーコ石を含有する該工程、１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、地層の前記部分に制御量の酸化剤を供給する工程、及び地層から炭化水素流体を製造する工程を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法を提供する。
【０００９】
幾つかの実施態様では本発明は、ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に第一流体を供給する工程、地層の前記部分から第二流体を製造して、地層の前記部分の少なくとも若干を選択的に垂直方向にシフトさせる工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量のナーコ石を含有する該工程、１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、前記垂直方向にシフトした地層の少なくとも一部を加熱する工程、地層から炭化水素流体を製造する工程を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法を提供する。
【００１０】
ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に水蒸気含有第一流体を供給する工程であって、該第一流体の温度は、地層の前記部分中の炭化水素の熱分解温度未満である該工程、地層の前記部分からナーコ石含有第二流体を製造する工程、１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、及び地層から炭化水素流体を製造する工程を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法を提供する。
【００１１】
図面の簡単な説明
本発明の利点は、以下の詳細な説明により、また添付図面を参照すれば、当業者に明らかとなり得る。
図１は、炭化水素含有地層を処理する現場熱処理システムの一部の実施態様の概略図である。
図２は、溶液採鉱坑井の実施態様を示す。
図３は、溶液採鉱坑井の一部の図である。
図４は、溶液採鉱坑井の一部の図である。
図５は、溶液採鉱用及び／又は現場熱処理法用坑井パターンの正面図である。
【００１２】
図６は、溶液採鉱用及び地層からの炭化水素の製造用の現場熱処理法坑井を示す図である。
図７は、地層を溶液採鉱する実施態様を示す。
図８は、ナーコ石層含有地層からナーコ石を溶液採鉱する前の該地層の実施態様を示す。
図９は、ナーコ石を溶液採鉱した後の図８の地層を示す。
図１０は、溶液採鉱してナーコ石を除去した帯域により相互連絡した２つの注入坑井の実施態様を示す。
図１１は、ドウソナイト含有地層内を加熱する実施態様を示す。
【００１３】
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、ここで詳細に説明できる。図面は、物差しで測定できない。しかし、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最良の形態】
【００１４】
詳細な説明
以下の説明は、一般に地層中の炭化水素及び鉱物を処理するシステム及び方法に関する。このような地層は、炭化水素生成物、水素、鉱物、及びその他の生成物を生成させるために処理できる。
“炭化水素”は、主として炭素及び水素で形成された分子として定義される。炭化水素は、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／又は硫黄のような他の元素を含有してもよい。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（pyro）ビチュメン、油、天然鉱物蝋及びアスファルト鉱であってよい。炭化水素は、地球の鉱物基盤中又はその近くに定着している可能性がある。基盤としては、限定されるものではないが、堆積岩、砂、シリシライト（silicilyte）、炭酸塩、珪藻土、その他の多孔質媒体が挙げられる。“炭化水素流体”は、炭化水素を含有する流体である。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、水及びアンモニアのような非炭化水素流体を含有又は連行してもよいし、非炭化水素流体に連行されていてもよい。
【００１５】
“地層”は、１種以上の炭化水素含有層（炭化水素を含有する１種以上の層）、１種以上の非炭化水素層、上層土（overburden）、及び／又は下層土（underburden）を含有する。“上層土”及び／又は“下層土”は、１種以上の異なる不透過性材料を含有する。例えば“上層土”及び／又は“下層土”としては、岩、頁岩、泥岩、又は湿潤／緻密炭酸塩が挙げられる。現場熱処理法の幾つかの実施態様では、上層土及び／又は下層土は、比較的不透過性で、上層土及び／又は下層土の炭化水素含有層に大きな特性変化をもたらす現場熱処理プロセス中の温度に屈服しない１種以上の炭化水素含有層を含有してよい。例えば上層土は頁岩又は泥岩を含有し得るが、下層土は、現場熱処理プロセス中の熱分解温度に加熱されない。幾つかの例では、上層土及び／又は下層土は、若干透過性である。
【００１６】
“ケロジェン”は、自然の変成により転化された固体の不溶性炭化水素で、主として炭素、水素、窒素、酸素及び硫黄を含有する。石炭及び油頁岩は、ケロジェンを含有する一般的な材料の例である。“ビチュメン”は、二硫化炭素に殆ど溶解する非結晶性固体又は粘稠な炭化水素材料である。“油”は、凝縮性炭化水素の混合物を含有する流体である。
“地層流体”とは、地層中に存在する流体のことで、熱分解流体、合成ガス、流動化（mobilized）流体、粘度低減化（visbroken）流体及び水（水蒸気）が挙げられる。地層流体は炭化水素流体であっても非炭化水素流体であってもよい。流動化流体とは、地層を熱処理した結果、流動可能となった炭化水素含有地層中の流体のことである。“粘度低減化流体”とは、地層を熱処理した結果、粘度が低下した流体のことである。
“製造又は生成した流体”とは、地層から取出した流体のことである。
“熱伝導性流体”とは、標準温度及び圧力（ＳＴＰ）（０℃、１０１．３２５ｋＰａ）の空気よりも熱伝導率が高い流体を意味する。
【００１７】
“熱源”は、実質的に導電性及び／又は放射性熱伝達により地層の少なくとも一部に熱を与えるシステムである。熱源としては、例えば絶縁した導電体、長い部材（elongated member）、及び／又は導管中に配置した導電体のような電気ヒーターが挙げられる。熱源としては、地層中又は地層外部の燃料を燃焼させて、熱を発生するシステムであってもよい。このようなシステムは、表面バーナー、下降孔（downhole）ガスバーナー、無炎分配燃焼器、及び自然分配燃焼器であってもよい。幾つかの実施態様では、１種以上の熱源で供給され、又は発生した熱は、他のエネルギー源で供給できる。他のエネルギー源は、地層を直接加熱できるか、或いはこのエネルギーは、地層を直接又は間接的に加熱する伝達媒体に供給してよい。地層を加熱する熱源は、異なるエネルギー源を使用できると理解すべきである。したがって、例えば所定の地層に、幾つかの熱源は電気抵抗ヒーターから供給できるし、幾つかの熱源は燃焼熱を供給できるし、また幾つかの熱源は１種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、風エネルギー、バイオマス、又はその他の更新可能なエネルギー）から熱を供給できる。化学反応としては、発熱反応（例えば酸化反応）がある。熱源は、ヒーター坑井のような加熱場所に近い、及び／又は加熱場所を囲む帯域に熱を供給するヒーターであってもよい。
【００１８】
“ヒーター”は、坑井又は近くの坑井孔領域に熱を発生する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、地層中又は地層から生成した材料と反応する燃焼器、及び／又はそれらの組合わせであってよい。
“現場熱処理法”とは、炭化水素含有地層中に流動化流体、粘度低減化流体、及び／又は熱分解流体が生成するように、地層の少なくとも一部を、流動化流体、炭化水素含有材料の粘度低減化（visbreaking）、及び／又は熱分解が生じる温度より高い温度に上がるまで、炭化水素含有地層を熱源で加熱する方法のことである。
【００１９】
用語“坑井孔”とは、地層中に導管を穿孔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。
“ｕ形坑井孔”とは、地層の第一開口から伸びて、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、単に大凡“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。
【００２０】
“熱分解”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成することである。熱は、地層の或る部分に伝達させて、熱分解を起こすことができる。
“熱分解流体”又は“熱分解生成物”とは、ほぼ炭化水素の熱分解中に製造又は生成した流体のことである。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。ここで使用した“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）のことである。
【００２１】
“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、地層の選択された部分に２つ以上の熱源から熱を供給することである。
“凝縮性炭化水素”は、２５℃、１絶対圧で凝縮する炭化水素である。凝縮性炭化水素としては、炭素数が４を超える炭化水素の混合物がある。“非凝縮性炭化水素”は、２５℃、１絶対圧で凝縮しない炭化水素である。非凝縮性炭化水素としては、炭素数が５未満の炭化水素の混合物がある。
【００２２】
“合成ガス”は、水素及び一酸化炭素を含有する混合物である。合成ガスの追加成分としては水、二酸化炭素、窒素、メタン及びその他のガスが挙げられる。合成ガスは各種の方法及び供給原料により発生できる。合成ガスは、広範な化合物の合成に使用できる。
“沈下”は、（地層の一部の）表面の初期の高さと比べた地層の一部の下方移動である。
層の“厚さ”とは、層の断面の厚さのことで、断面は、普通、層の面に対してである。
【００２３】
“重質炭化水素”は粘稠な炭化水素流体である。重質炭化水素としては、重油、タール、及び／又はアスファルトのような高粘稠な炭化水素が挙げられる。重質炭化水素は、炭素及び水素、並びに低濃度の硫黄、酸素及び窒素を含有してよい。重質炭化水素には別の元素が痕跡量含まれてもよい。重質炭化水素は、ＡＰＩ比重により分類でき、一般に約２０°未満のＡＰＩ比重を有する。重油のＡＰＩ比重は、例えば一般に約１０〜２０°であるのに対し、タールのＡＰＩ比重は約１０°未満である。重質炭化水素の粘度は一般に１５℃で１００ｃＰを超える。重質炭化水素は、芳香族又はその他の複合環炭化水素を含有してよい。
【００２４】
重質炭化水素は、比較的透過性の地層で発見できる。比較的透過性の地層は、例えば砂又は炭酸塩中に連行された重質炭化水素を含有してよい。“比較的透過性”は、地層又はその部分について、平均１０ミリダルシー（millidarcy）以上（例えば１０又は１００ミリダルシー）と定義する。“比較的低い透過度”は、地層又はその部分について、平均１０ミリダルシー未満と定義する。１ダルシーは約０．９９μｍ２に等しい。不透過層の透過度は、一般に約０．１ミリダルシー未満である。
“タール”は、１５℃での粘度が約１０，０００ｃＰを超える粘稠な炭化水素である。タールの比重は、一般に１．０００を超える。タールのＡＰＩ比重は、１０°未満であってよい。
【００２５】
炭化水素含有地層は、多数の異なる生成物を製造する各種の方法で処理できる。炭化水素含有地層は段階的に処理できる。幾つかの実施態様では炭化水素含有地層は、最初に溶液採鉱法で処理してよい。溶液採鉱法は、地層から特定の可溶性鉱物を除去できる。溶液採鉱法を行なった後、現場熱処理法を用いて、地層から炭化水素及び／又は水素を製造してよい。炭化水素及び／又は水素は、地層を加熱して、存在する炭化水素を流動化させることにより、熱分解反応により、及び／又は合成ガス反応により、地層中に生成可能である。現場熱処理法を行なった後、地層は溶液採鉱法で処理してよい。幾つかの実施態様では溶液採鉱により、地層中に若干の残留炭素が生成可能である。現場熱処理法の後に溶液採鉱法を用いると、地層の加熱中に形成された鉱物化合物の製造が可能となる。
【００２６】
図１は、炭化水素含有地層を処理するための処理システムの一部の一実施態様の概略図である。この現場熱処理システムは、障壁坑井２００を備えてよい。障壁坑井は、処理領域周囲の障壁を形成するのに使用される。障壁は、流体流が処理領域に入る、及び／又は処理領域から出るのを防止する。障壁としては、限定されるものではないが、除水性坑井、減圧坑井、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、除水性坑井である。除水性坑井は、液体水を除去し、及び／又は液体水が加熱すべき地層又はその一部に入るのを防止する。図１に示す実施態様では、障壁坑井２００は、熱源２０２の片側沿いに延びていることを示したが、障壁坑井は、通常、地層の処理面積の加熱に使用する、又は使用すべき全ての熱源２０２を取り囲む。
【００２７】
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、導管中の導電体ヒーター、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与える。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依存して、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。
【００２８】
製造坑井２０６は、地層から地層流体を取出すのに使用される。幾つかの実施態様では製造坑井２０６は、１つ以上の熱源を備える。製造坑井中の熱源は、地層から取出される地層流体の凝縮及び還流を防止できる。
【００２９】
製造坑井２０６から製造された地層流体は、収集配管２０８経由で処理設備２１０に輸送してよい。地層流体は熱源２０２からも製造できる。例えば熱源近くの地層中の圧力を制御する熱源２０２から製造できる。熱源２０２から製造された流体は、配管経由で収集配管２０８に輸送するか、或いは配管経由で直接、処理設備２１０に輸送してよい。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、製造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、地層で製造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。
【００３０】
油頁岩地層のような幾つかの炭化水素含有地層は、地層内にナーコ石、トロナ、ドウソナイト、及び／又はその他の鉱物を含有してよい。幾つかの実施態様ではナーコ石は、地層の部分的非浸出部分又は非浸出部分に含まれる。地層の非浸出部分は、鉱物が地層中の地下水で除去されていない地層部分である。例えば米国コロラド州のＰｉｃｅａｎｃｅ流域には、同一平面（grade）下、約５００ｍの深さより下に非浸出油頁岩が見られる。Ｐｉｃｅａｎｃｅ流域中心の深い非浸出油頁岩地層は、炭化水素が比較的豊富になり易い。例えば非浸出油頁岩地層からは、油頁岩１ｋｇ当たり油約０．１０〜約０．１５リットル（リットル／ｋｇ）が製造可能かも知れない。
【００３１】
ナーコ石は、重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）を含有する鉱物である。ナーコ石は、米国コロラド州のＧｒｅｅｎ川の川床（ｌａｋｅｂｅｄ）に見られる。幾つかの実施態様では地層中にナーコ石が約５重量％以上、約１０重量％以上、又は約２０重量％以上存在するかも知れない。ドウソナイトは、炭酸ナトリウムアルミニウム（ＮａＡｌ（ＣＯ３）（０Ｈ）２）を含有する鉱物である。ドウソナイトは、地層中に、通常、約２重量％より多く、或いは幾つかの実施態様では、約５重量％より多く存在する。ナーコ石及び／又はドウソナイトは、現場熱処理法で使用される温度では解離するかも知れない。解離は非常に吸熱的で、大量の二酸化炭素を生成する可能性がある。
【００３２】
ナーコ石及び／又はドウソナイトは、解離反応を避けるため、及び／又は所望の化学化合物を得るため、地層の現場処理の前、処理中、及び／又は処理後、溶液採鉱してよい。特定の実施態様では、現場熱処理法を用いて地層中の炭化水素を処理する前に重炭酸ナトリウム溶液を形成するため、現場で熱水又は水蒸気を用いてナーコ石を溶解する。ナーコ石は、水溶液中でナトリウムイオン（Ｎａ＋）及び重炭酸塩イオン（ＨＣＯ３−）を形成できる。この溶液は、製造坑井経由で製造し、こうして、現場熱処理法中の解離反応を回避できる。幾つかの実施態様では、ドウソナイトは、地層中の炭化水素を処理する現場熱処理法を実施中、アルミナに熱分解される。このアルミナは、現場熱処理法法の終了後、採鉱された溶液である。
【００３３】
溶液採鉱及び／又は現場熱処理法法に使用される製造坑井及び／又は注入坑井には、スマート坑井技術を入れてよい。スマート坑井技術は、第一流体を地層中の所望帯域に導入でき、また第二流体を地層の所望帯域から除去できる。
【００３４】
ナーコ石及び／又はドウソナイト含有地層は、現場熱処理法を用いて処理できる。周辺障壁は、地層の被処理部分の周りに形成できる。周辺障壁は、処理領域への水の移行を防止できる。溶液採鉱中及び／又は現場熱処理法中、周辺障壁は、溶解した鉱物及び処理領域からの地層流体の移行を阻止できる。初期の加熱中、処理すべき地層部分は、ナーコ石の解離温度未満の温度まで上げてよい。この第一温度は、約９０℃以下、或いは幾つかの実施態様では、約８０℃以下であってよい。第一温度は、ナーコ石の水への溶媒和を増大させるいかなる温度でもよいが、ナーコ石が解離する温度（大気圧で約９５℃を超える）よりも低い。
【００３５】
第一流体は加熱部分に注入できる。第一流体としては、水、ブライン、水蒸気又はその他の流体が挙げられる。第一流体は、上昇した温度、例えば約９０℃、約９５℃、又は約１００℃であってよい。上昇温度は、地層の前記部分の温度と同様であってよい。
幾つかの実施態様では第一流体は、熱源で加熱されていない地層の一部に上昇温度で注入される。上昇温度は、第一流体の沸点未満の温度、例えば水では約９０℃であってよい。上昇温度で第一流体を供給すると、地層の一部の温度は上昇する。特定の実施態様では、第一流体の注入中，及び／又は注入後、１つ以上の熱源から、追加の熱を供給できる。
【００３６】
他の実施態様では、第一流体は水蒸気であるか、又は水蒸気を含有する。水蒸気は、地層の予備加熱（予め加熱した）部分に水蒸気を形成して（例えば地層の加熱に使用しているｕ形坑井孔に水を通して）、地層から製造された流体と熱交換して、及び／又は標準の水蒸気製造設備で水蒸気を発生させて、製造できる。幾つかの実施態様では第一流体は、地層の一部の熱部分に直接導入して、該熱部分から製造された流体であってよい。次に、この第一流体は溶液採鉱用の第一流体として使用してよい。
【００３７】
幾つかの実施態様では、地層の熱い予備処理部分の熱は、地層の新しい一部の溶液採鉱に使用される水、ブライン、及び／又は水蒸気を加熱するのに使用される。地層の前記熱い予備処理部分に熱伝達流体を導入してよい。熱伝達流体は、水、水蒸気、二酸化炭素、及び／又はその他の流体であってよい。前記熱い地層から熱伝達流体に熱を伝達できる。熱伝達流体は熱交換器に送られる。熱交換器は、地層の新しい一部の溶液採鉱に第一流体として使用される水、ブライン，及び／又は水蒸気を加熱できる。熱伝達流体は、追加の熱い熱伝達流体を製造するため、地層の前記加熱部分に再導入できる。幾つかの実施態様では地層で製造された熱伝達粒体は、地層の前記加熱部分の改善方法の部品として地層に再導入する前に、炭化水素又はその他の材料を取出すため処理される。
【００３８】
溶液採鉱用に注入した水蒸気の温度は、地層中の炭化水素の熱分解温度未満であってよい。注入蒸気は、２５０℃未満、３００℃未満、又は４００℃未満の温度であってよい。注入蒸気は、１５０℃以上、１３５℃以上、又は１２５℃以上の温度であってよい。水蒸気を熱分解温度で注入すると、炭化水素が熱分解して、炭化水素微粉が水蒸気と混合するので、問題が生じる可能性がある。このような微粉と水蒸気との混合物は、製造坑井及び地層の透過性を低下させる、及び／又はこれらを閉塞させる可能性がある。したがって、注入水蒸気の温度は、地層及び／又は地層中の製造坑井の閉塞を阻止するように選択される。
【００３９】
第一流体の温度は、溶液採鉱法の実施中、変化してよい。溶液採鉱法及び溶液採鉱されるナーコ石が注入温度から更に低下する（away）と、溶液採鉱されるナーコ石に到達する水蒸気及び／又は水がナーコ石の解離温度未満の高い温度になるように、第一流体の温度は上昇できる。ナーコ石に到達する水蒸気及び／又は水は、地層及び／又は地層中の坑井の閉塞を促進する温度（例えば地層中の炭化水素の熱分解温度）未満の温度でもある。
【００４０】
第二流体は、地層中への第一流体の注入後の地層から製造できる。第二流体は、第一流体に溶解した鉱物を含有してよい。例えば第二流体は、第一流体へのナーコ石の溶解で形成された炭酸及び／又はその他、水和炭酸塩化合物を含有してよい。第二流体は、鉱物及び／又は金属を含有してもよい。鉱物及び／又は金属としてはナトリウム、アルミニウム、燐、及びその他の元素が挙げられる。
【００４１】
現場熱処理法を行なう前に地層を溶液採鉱すると、溶液採鉱中に使用した第一流体からの熱伝達により、地層の初期加熱の供給が可能である。現場熱処理法を行なう前に、吸熱反応により分解又は解離するナーコ石又はその他の鉱物を溶液採鉱すると、これらの吸熱反応を維持するのに使用されると共に、地層を加熱するために供給されるエネルギーの保持は回避される。溶液採鉱は、商業的に価値のある鉱物の製造を可能にする。現場熱処理法を行なう前に、ナーコ石又はその他の鉱物を除去すると、地層から毋材が除去される。したがって、更に高い温度に加熱する必要のある地層中に存在する毋材は少なくなり、地層の更に高い温度への加熱は、一層早く、及び／又は一層効率的に達成できる。また地層から毋材を除去すると、地層の透過性も増大できる。透過性の増大により、現場熱処理法に必要な製造坑井の数を減少できる。特定の実施態様では現場熱処理法法を行なう前に溶液採鉱を行なうと、地層の加熱開始と炭化水素の製造量との間の時間遅延を２年以上、低下できる。
【００４２】
図２に溶液採鉱坑井２１２の実施態様を示す。溶液採鉱坑井２１２は、絶縁部２１４、入力路２１６、パッカー２１８、及び帰路２２０を備えることができる。絶縁部２１４は、地層の上層土２２２に近接してよい。幾つかの実施態様では絶縁部２１４は、低導電率セメントである。このセメントは、低密度、低導電率バーミキュライトセメント又は発泡セメントであってよい。入力路２１６は、第一流体を処理領域２２４に向けることができる。入力路２１６中の貫通孔又はその他の種類の開口により、第一流体は処理領域２２４内の地層材料と接触する。パッカー２１８は、入力路２１６間の底部密封を限定できる。第一流体は、入力路２１６経由で地層中に入る。第一流体は鉱物を溶解し、第二流体となる。第二流体は、第一流体よりも濃厚でよい。帰路２２０の入口は、通常、第一流体を地層に入れるための貫通孔又は開口の下に位置する．第二流体は帰路２２０に流れ、帰路２２０経由で地層から回収される。
【００４３】
図３は、溶液採鉱坑井２１２の実施態様を示す。溶液採鉱坑井２１２は、ケーシング２２６内に入力路２１６及び帰路２２０を備えてよい。入力路２１６及び／又は帰路２２０は螺旋管材であってよい。
図４は、溶液採鉱坑井２１２の実施態様を示す。絶縁部２１４は、帰路２２０を囲んでよい。入力路２１６は、帰路２２０内に位置してよい。幾つかの実施態様では入力路２１６は、第一流体を、帰路２２０の入口点の下の処理領域に導入できる。幾つかの実施態様では、帰路２２０への第二流体の入口点の上の入力路２１６から第一流体が地層に導入されるように、渡り路を用いて第一流体流及び第二流体流を向けてよい。
【００４４】
図５は、溶液採鉱及び／又は現場熱処理法に使用される坑井の実施態様の正面図である。溶液採鉱坑井２１２は、地層中に正三角形パターンで配置してよい。幾つかの実施態様では溶液採鉱坑井２１２間の間隔は約３６ｍであってよい。その他の間隔も使用できる。熱源２０２も正三角形パターンで配置してよい。溶液採鉱坑井２１２は、パターンの特定熱源を代用できる。図示の実施態様では、熱源２０２間の間隔は約９ｍである。溶液採鉱坑井間隔対熱源間隔比は４である。その他の比も所望に応じて使用できる。溶液採鉱終了後、溶液採鉱坑井２１２は、現場熱処理法用の製造坑井として使用できる。
【００４５】
幾つかの実施態様では非浸出鉱物を含有する地層の一部は、地層の浸出部分の下にあるかも知れない。非浸出部分は厚く、かつほぼ不透過性であってよい。処理領域は非浸出部分に形成できる。処理領域の上側及び／又は下側の地層の非浸出部分は、処理領域に出入りする流体流に対し障壁として使用できる。第一処理領域は、鉱物を除去する、透過性を増大させる、及び／又は該処理領域中の炭化水素の豊富性を増大させるため、溶液採鉱できる。第一処理領域を溶液採鉱後、現場熱処理法を用いて第二処理領域を処理できる。幾つかの実施態様では第二処理領域は、第一処理領域と同じである。幾つかの実施態様では地層に対し最も外側の熱源で供給された熱が地層の非浸出部分の温度を非浸出部分中の炭化水素の分解温度まで上昇させないように、第二処理領域の容積は第一処理領域の容積よりも小さい。
【００４６】
幾つかの実施態様では、地層の非浸出部分の上の地層の浸出又は部分的浸出部分は、大量の炭化水素を含有してよい。地層の非浸出部分及び浸出又は部分的浸出部分から炭化水素を製造するため、現場熱処理法が使用できる。図６は、浸出帯域２３０の下に非浸出帯域２２８を有する地層を示す。非浸出帯域２２８は、溶液採鉱前の初期透過率が０．１ミリダルシー未満であってよい。地層中には溶液採鉱坑井２１２を配置できる。溶液採鉱坑井２１２は、地層への第一流体入口及び溶液採鉱坑井への第二流体入口の位置を変化できるスマート坑井技術を含んでよい。溶液採鉱坑井２１２は、非浸出帯域２２８中に第一処理領域２２４’を形成するのに使用できる。初期の非浸出帯域は、ほぼ非透過性であってよい。地層の非浸出部分は、処理領域２２４’の周りに上側障壁及び横側障壁を形成できる。第一処理領域２２４’を溶液採鉱後、第一処理領域付近の溶液採鉱坑井２１２の部分は、製造坑井及び／又はヒーター坑井に転換できる。
【００４７】
第一処理領域を熱分解温度に加熱するために、第一処理領域２２４’中の熱源２０２が使用できる。幾つかの実施態様では第一処理領域２２４’を溶液採鉱する前に、地層中に１つ以上の熱源２０２が配置される。熱源は、地層温度に上昇させる、及び／又は熱源の機能性をテストするため、地層を初期加熱するのに使用できる。幾つかの実施態様では、第一処理領域の溶液採鉱中又は細孔終了後、１つ以上の熱源が設けられる。溶液採鉱終了後、熱源２０２は、第一処理領域２２４’の少なくとも一部の温度を地層中の炭化水素の熱分解温度超える温度に上昇させて、第一処理領域中に流動可能な炭化水素を発生させるのに使用できる。
【００４８】
地層には障壁坑井２００を導入してよい。障壁坑井２００の端部は、非浸出帯域２２８中まで延びて終結してよい。非浸出帯域２２８は不透過性であってよい。幾つかの実施態様では障壁坑井２００は凍結坑井である。障壁坑井２００は、非浸出帯域２３０に出入りする流体に対し障壁を形成するのに使用できる。第一処理領域２２４’上の障壁坑井２００、上層土２２２及び非浸出材料は、第二処理領域２２４”を画定できる。幾つかの実施態様では第一流体は、溶液採鉱坑井２１２経由で第二処理領域２２４”中に導入して、第二処理領域２２４”中の地層の初期温度を上昇させると共に、第二処理領域に残存する可溶性鉱物を除去できる。幾つかの実施態様では第一処理領域２２４’上の頂部障壁は、溶液採鉱して、鉱物を除去すると共に、第一処理領域２２４’と第二処理領域２２４”とを１つの処理領域に組合わせることができる。溶液採鉱後、この処理領域を分解温度に加熱するため、熱源は活性化できる。
【００４９】
図７は、地層を溶液採鉱する実施態様を示す。地層の処理領域２２４周辺の周りに障壁２３２（例えば凍結障壁及び／又はグラウト（grout）障壁）を形成できる。障壁により画定される足型は、円形、四角形、長方形、多角形、又は不規則形のようないかなる所望形状であってもよい。障壁２３２は、処理領域２２４に出入りする流体流を阻止するように形成されたいかなる障壁であってもよい。例えば障壁２３２は、障壁中の水流を阻止する１つ以上の凍結坑井を含んでよい。障壁２３２は１つ以上の障壁坑井２００を用いて形成できる。障壁２３２を形成する際は、モニター坑井２３４を用いて、及び／又は障壁坑井２００中に配置した装置をモニターして、モニターできる。
【００５０】
処理領域２２４内の水は、注入坑井２３６及び／又は製造坑井２０６経由で処理領域からポンプで排出できる。特定の実施態様では、注入坑井２３６は製造坑井２０６として使用でき、またその逆でも使用できる（これらの坑井は、注入坑井及び製造坑井の両坑井として使用される）。水の製造速度が低下するか停止するまで、水はポンプで排出できる。
【００５１】
処理領域２２４には、熱源２０２から熱を供給できる。熱源は、熱源近くの地層中の炭化水素の熱分解が生じない温度で操作できる。幾つかの実施態様では処理領域２２４は、約９０〜約１２０℃の温度（例えば約９０℃、約９５℃、約１００℃、約１１０℃、又は約１２０℃の温度）に加熱される。特定の実施態様では熱は、地層に注入した第一流体から処理領域２２４に供給される。第一流体は、約９０〜約１２０℃の温度（例えば約９０℃、約９５℃、約１００℃、約１１０℃、又は約１２０℃の温度）で注入できる。幾つかの実施態様では熱源２０２は、処理領域の溶液採鉱後、処理領域２２４中に設置される。幾つかの実施態様では、注入坑井２３６及び／又は製造坑井２０６に配置したヒーターから若干の熱が供給される。処理領域の温度は、モニター用坑井２３４中に配置した温度測定器及び／又は注入坑井２３６、製造坑井２０６、及び／又は熱源２０２中の温度測定器を用いてモニターできる。
【００５２】
第一流体は１つ以上の注入坑井２３６経由で注入される。幾つかの実施態様では第一流体は熱水である。第一流体は、第二流体を製造するため、ナーコ石のような第一流体可溶性の非炭化水素材料と混合及び／又は組合わせてよい。第二流体は、注入坑井２３６、製造坑井２０６、及び／又は熱源２０２経由で処理領域から回収できる。注入坑井２３６、製造坑井２０６、及び／又は熱源２０２は、第二流体の取出し中、加熱してよい。第二流体の取出し中、１つ以上の坑井を加熱すると、処理領域から第二流体を取出し中、該流体の温度を所望値より高く維持できる。処理領域２２４から所望量の可溶性非炭化水素材料を製造後、処理領域内に残存する溶液は、注入坑井２３６、製造坑井２０６、及び／又は熱源２０２経由で処理領域から除去できる。所望量の可溶性非炭化水素材料は、可溶性非炭化水素材料の半分、可溶性非炭化水素材料の大部分、可溶性非炭化水素材料のほぼ全部、又は可溶性非炭化水素材料の全部より少なくてよい。可溶性非炭化水素材料を除去すると、比較的高透過率の処理領域２２４が製造できる。
【００５３】
処理領域２２４中の炭化水素は、可溶性非炭化水素材料の除去後、現場熱処理法を用いて熱分解及び／又は製造できる。比較的高透過率の処理領域２２４により、現場熱処理法で処理中、地層中の炭化水素流体は移動し易くなる。また比較的高透過率の処理領域２２４により、地層中に、熱分解した流動化流体用の強化収集領域が生成する。現場熱処理法の実施中、処理領域２２４には熱源２０２から熱が供給できる。地層からは製造坑井２０６及び／又は熱源２０２経由で炭化水素の混合物が製造できる。特定の実施態様では現場熱処理法の実施中、製造坑井及び／又はヒーター坑井のいずれかの坑井として、注入坑井２３６が使用される。
【００５４】
幾つかの実施態様では地層中の温度が炭化水素の酸化を維持するのに充分な温度を超える場合、熱源２０２の所の又は熱源２０２近くの処理領域２２４に制御量の酸化剤（例えば空気及び／又は酸素）が供給される。このような温度では酸化剤は炭化水素と反応して、熱源２０２中の電気ヒーターで生成する熱以外の熱を供給する。制御量の酸化剤によって、地層中の炭化水素の酸化が容易となり、地層中の炭化水素を熱分解するための追加の熱が供給される。酸化剤は、非炭化水素材料の除去後、透過率が増大した処理領域のため、処理領域２２４を一層容易に流動できる。酸化剤は、地層の加熱を制御するため、制御された方法で、供給できる。酸化剤の供給量は、地層の無制御の加熱が回避されるように制御される。
【００５５】
現場熱処理法に続いて、地層の熱部分に水を導入して水蒸気を製造することにより、処理領域２２４は冷却できる。水を導入して水蒸気を製造すると、地層に残存する幾つかの炭化水素は蒸発できる。水は注入坑井２３６経由で注入できる。注入した水は地層を冷却できる。残存炭化水素及び発生した水蒸気は、製造坑井２０６及び／又は熱源２０２経由で製造できる。処理領域２２４は、水の沸点近くの温度まで冷却できる。地層から製造された水は、地層の他の一部の溶液採鉱に使用される第一流体を加熱するのに使用できる。
【００５６】
処理領域２２４は、更に地層中で水が凝縮する温度まで冷却してよい。水及び／又は溶剤は、処理領域に導入及び／又は取出しできる。処理領域２２４から凝縮した水及び／又は溶剤を取出すと、処理領域に残存する別の可溶性材料も除去できる。水及び／又は溶剤は、地層中に存在する非可溶性流体を含有する可能性がある。流体は、製造坑井２０６及び／又は熱源２０２経由で処理領域２２４からポンプで排出できる。水及び／又は溶剤の注入及び／又は取出しは、処理領域２２４内に所望量の水が得られるまで、繰り返してよい。水量は、注入坑井２３６、熱源２０２、及び／又は製造坑井２０６で測定できる。水量は、処理前の処理領域２２４の水量より実施的に合致するか又は超えるかも知れない。
【００５７】
幾つかの実施態様では処理領域２２４は、非浸出帯域上に位置する浸出帯域を含んでよい。浸出帯域は、自然に及び／又は別途の浸出法により浸出されていてよい。特定の実施態様では非浸出帯域の深さは、約５００ｍ以上であってよい。非浸出帯域の厚さは、約１００〜約５００ｍであってよい。しかし、非浸出帯域の深さ及び厚さは、例えば処理領域２２４及び／又は地層の種類によって変化し得る。特定の実施態様では第一流体は、浸出帯域の下の非浸出帯域中に注入される。熱も非浸出帯域中に供給してよい。
【００５８】
特定の実施態様では地層の一部分は、溶液採鉱により非浸出及び／又は非浸出のままでよい。この非浸出部は、既に浸出されている、及び／又は前述のように第一流体の供給により既に溶液採鉱されている地層の選択部分付近でよい。この非浸出部は、選択部分に入る水流を阻止できる。幾つかの実施態様では２つ以上の非浸出部が選択部付近にあってもよい。
【００５９】
ナーコ石は、地層中に複数の層又は床で存在してよい。溶液採鉱の前では、これらの層は殆ど透過性がないか、又は透過性がなくてよい。特定の実施態様では、溶液採鉱で地層の層状又は床状のナーコ石は、地層中で垂直方向シフトを起こす。図８は、地層からナーコ石を溶液採鉱する前の上層土２２２下のナ?コ石層含有地層の実施態様を示す。炭化水素層２４２Ａにはナーコ石は殆どなく、炭化水素層２４２Ｂはナーコ石を有する。図９は、ナーコ石を溶剤採鉱した後の図８の地層を示す。層２４２Ｂは、該層からのナ?コ石の除去により、崩壊した。層２４２Ｂの崩壊により、層の圧縮及び地層の垂直方向シフトが起こる。層の圧縮後、層２４２Ｂの炭化水素豊富性が向上する。更に、層２４２Ｂの透過率は、ナーコ石の除去による圧縮後も比較的高いまま残るかも知れない。透過率は、垂直方向のシフト後、５ダルシーを超え、１ダルシーを超え、又は０．５ダルシーを超える可能性がある。この透過率により、地層を現場熱処理法を用いて処理した際、製造坑井に流体流路が付与される。透過率の向上により、製造坑井間の間隙が大きくなる可能性がある。溶液採鉱後の現場熱処理システムの製造坑井間距離は１０ｍを超え、２０ｍを超え、又は３０ｍを超えるかも知れない。ヒーター坑井は、ナーコ石の除去及び引続き垂直方向のシフト後の地層中に配置してよい。垂直方向のシフト後の地層中にヒーター坑井を形成する、及び／又はヒーターを設けると、垂直方向シフトによるヒーターの損傷を防止する。
【００６０】
特定の実施態様では地層からナーコ石を除去すると、地層中の２つ以上の坑井が相互連絡する。地層中の帯域からナーコ石を除去すると、帯域中の透過性が増大する可能性がある。幾つかの帯域は、他の帯域よりも多くのナーコ石を含有するかも知れないが、ナーコ石を除去するのに従って、一層透過性になり得る。透過性が増大した帯域では、特定の時間で地層中の２つ以上の坑井の相互連絡が可能である（例えば注入坑井又は製造坑井）。
【００６１】
図１０は、溶液採鉱してナーコ石を除去した帯域により相互連絡された２つの注入坑井の実施態様を示す。ナーコ石を含有する炭化水素層２４２を溶液採鉱するのに、溶液採鉱坑井２１２が使用される。溶液採鉱の初期では、水及び／又は他の流体を注入すると共に、地層から溶解したナーコ石流体を製造するのに溶液採鉱坑井２１２が使用される。炭化水素層の透過性が注入坑井間に流体を流すには不十分である場合、各溶液採鉱坑井２１２は、水を近くの坑井口領域に注入し、そこから流体を製造するのに使用される。特定の実施態様では帯域２４４は、炭化水素層２４２の他のよりもナーコ石を多く含有する。帯域２４４からナーコ石の除去量が多くなるのに従って、透過性は坑井口から外側に向かって向上する。地層の溶液採鉱中、或る点で帯域２４４の透過性が増大して、溶液採鉱坑井２１２の坑井間に流体が相互連絡するようになる。この時、１つの溶液採鉱坑井２１２’は、水の注入に使用でき、同時に他の１つの溶液採鉱坑井２１２”は、地層から流体を製造するのに使用される。第一の坑井で注入を行ない、第二の坑井で製造を行なうと、同じ坑井で注入及び製造を行なう場合に比べて、ナーコ石の除去が一層経済的かつ一層効率的に行なえる。幾つかの実施態様では、注入坑井２３６の他に、帯域２４４及び／又は炭化水素層２４２中に追加の坑井を穿孔できる。追加の坑井は、地層に追加の水を循環及び／又は地層から流体を製造するのに使用できる。これらの坑井は、後程、炭化水素層２４２の現場熱処理法処理用のヒーター坑井及び／又は製造坑井として使用できる。
【００６２】
幾つかの実施態様では溶液採鉱中、地層から製造した第二流体は、重炭酸ナトリウムの製造に使用される。重炭酸ナトリウムは、食品及び医薬業界や、皮なめし、難燃化、汚水処理、煙道ガス処理（煙道ガスの脱硫及び塩化水素の減少）に使用できる。第二流体は、地層から除去する際、加圧され、高温で保持できる．第二流体は、結晶化器で冷却して、重炭酸ナトリウムを沈殿できる。
【００６３】
幾つかの実施態様では溶液採鉱中、地層から製造した第二流体は、ソーダ灰とも言われる重炭酸ナトリウムの製造に使用される。重炭酸ナトリウムは、ガラス工業、洗剤の製造、水の純化、重合体の製造、なめし、紙の製造、流出液の中和、金属の精製、砂糖の抽出、及び／又はセメントの製造に使用できる。地層から除去された第二流体は、処理設備で加熱して、炭酸ナトリウム（ソーダ灰）及び／又は炭酸ナトリウムブラインを形成できる。重炭酸ナトリウムを加熱すると、下記式に従って、炭酸ナトリウムを形成する。
（１）  ２ＮａＨＣＯ３→Ｎａ２ＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【００６４】
特定の実施態様では重炭酸ナトリウム加熱用の熱は、地層の熱を用いて供給される。例えば熱い地層に導入した水から製造した水蒸気を用いる熱交換器により、第二流体を重炭酸ナトリウムの解離温度に加熱することができる。幾つかの実施態様では第二流体は、地層の熱を利用して更に反応させるため、地層に循環させる。循環を容易にするため、水蒸気及び／又は熱水を添加してもよい。第二流体は、地層から炭化水素を製造するため、現場熱処理法を行なった地層の熱部分に循環できる。炭酸ナトリウムの解離中に発生した二酸化炭素の少なくとも一部は、現場熱処理法を行なった後の地層に残存する炭素に吸着できる。幾つかの実施態様では第二流体は、地層の加熱に先に使用した導管に循環させる。
【００６５】
幾つかの実施態様ではナーコ石の溶液採鉱中、地層には高温（例えば約１２０℃を超え、約１３０℃を超え、約１５０℃を超え、又は約２５０℃を超える）が使用される。第一流体は、炭酸ナトリウムの解離による二酸化炭素の生成を阻止するのに充分な圧力下で地層に導入される。地層中の圧力は、このようなナーコ石の解離を阻止するのに充分高い圧力であるが、地層を破壊する圧力よりも低い圧力で維持することができる。更に、地層の圧力は、地層に熱水を導入している場合は、水蒸気の形成を阻止するのに充分高く維持できる。幾つかの実施態様ではナーコ石の一部は現場で分解し始めてよい。このような場合、ナーコ石はソーダ灰として地層から除去される。ナーコ石の溶液採鉱でソーダ灰が生成する場合、ソーダ灰は別の処理用設備に搬送してよい。ソーダ灰はパイプライン経由で別の設備に搬送できる。
【００６６】
前述のように、特定の実施態様では、地層からナーコ石を除去した後、地層から地層流体を製造するため、現場熱処理法で処理される。地層にドウソナイトが存在する場合、地層の加熱部分内のドウソナイトは、地層を熱分解温度に加熱中に分解する。ドウソナイトは、通常、２７０℃を超える温度で下記反応に従って分解する。
（２）２ＮａＡｌ（ＯＨ）２ＣＯ３→Ｎａ２ＣＯ３＋Ａｌ２Ｏ３＋２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
【００６７】
炭酸ナトリウムは、地層を水、又は炭酸ナトリウムが安定に溶解できる他の流体で溶液採鉱すれば、除去できる。特定の実施態様ではドウソナイトの分解により形成されたアルミナは、キレート化剤を用いて溶液採鉱される。キレート化剤は、ナーコ石の溶液採鉱及び／又は現場熱処理法に使用される注入坑井、製造坑井、及び／又はヒーター坑井（例えば図７に示す注入坑井２３６、製造坑井２０６、及び／又は熱源２０２）経由で注入できる。キレート化剤は酸水溶液であってよい。特定の実施態様ではキレート化剤は、ＥＤＴＡ（エチレンジアミンテトラ酢酸）である。他の可能なキレート化剤の例としては、限定されるものではないが、エチレンジアミン、ポルフィリン、ジメルカプトール、ニトリロトリ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、燐酸、酢酸、アセトキシ安息香酸、ニコチン酸、ピルビン酸、クエン酸、酒石酸、マロン酸、イミダゾール、アスコルビン酸、フェノール、ヒドロキシケトン、セバチン酸、及びホウ酸が挙げられる。キレート化剤とアルミナとの混合物は、溶液採鉱及び／又は現場熱処理法に使用される製造坑井又はその他の坑井（例えば例えば図７に示す注入坑井２３６、製造坑井２０６、及び／又は熱源２０２）経由で製造できる。アルミナは、処理設備中でキレート化剤から分離できる。回収されたキレート化剤は、更にアルミナを溶液採鉱するため、地層に戻し再循環させてよい。
【００６８】
幾つかの実施態様では地層内のアルミナは、現場熱処理法を行なった後に塩基性流体を用いて溶液採鉱できる。塩基性流体としては、限定されるものではないが、水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、ピリジン、及びアミンが挙げられる。一実施態様では、０．５Ｎ  Ｎａ２ＣＯ３のような炭酸ナトリウムブラインがアルミナの溶液採鉱に使用される。炭酸ナトリウムブラインは、地層からナーコ石を溶液採鉱する溶液から得られる。ナーコ石の溶液採鉱により塩基性流体を取得すると、塩基性流体の取得に関連するコストを著しくて低下できる。塩基性流体は、アルミナと組合わせて、地層から除去されるアルミナ溶液を形成できる。このアルミナ溶液は、ヒーター坑井、注入坑井、又は製造坑井経由で回収できる。
【００６９】
アルミナは処理設備中でアルミナ溶液から抽出できる。一実施態様では、塩基性流体からアルミナを沈殿させるため、二酸化炭素をアルミナ溶液中にバブリングする。二酸化炭素は、ナーコ石の解離、現場熱処理法、又は現場熱処理法を実施中、ナーコ石の分解で得られる。
【００７０】
特定の実施態様では地層は、ナーコ石又はドウソナイトのいずれかの単品が極めて豊富な部分を含有してよい。例えば地層は、地層の沈積中心層（depocenter）に多量のナーコ石（例えば約２０重量％以上、約３０重量％以上、又は約４０重量％以上）を含有する可能性がある。沈積中心層は、ドウソナイトを平均約５重量％以下しか含有していない可能性がある。しかし、地層の底部層では、ドウソナイトの含有量は、約１０重量％、又は約２５重量％と多い可能性がある。このような地層では、沈積中心層のようにナーコ石が豊富な領域ではナーコ石単独の溶液採鉱が、また底部層のようにドウソナイトが豊富な領域ではドウソナイト単独の溶液採鉱が有利である。このような選択的溶液採鉱は、溶液採鉱操作と関連する流体コスト、加熱コスト、及び／又は装置コストを著しく低下できる。
【００７１】
特定の地層ではドウソナイトの組成は、地層の層間で変化する。例えば地層の幾つかの層はドウソナイトを含有する可能性があるが、幾つかの層はドウソナイトを含有する可能性がない。特定の実施態様ではドウソナイトの少ない層よりもドウソナイトの多い層に熱を多く供給する。ドウソナイトを分解する反応は炭化水素の熱分解を意図した熱を若干、吸収するので、特定のドウソナイト層に多くの熱を供給するための熱入力を作ると、一層均一に地層は加熱される。図１１は、ドウソナイトを有する地層を加熱する実施態様を示す。炭化水素層２４２は、炭化水素層のドウソナイト組成を評価するため、芯部を抜いてよい。この鉱物組成は、例えばＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光分析）又はＸ線回折を用いて評価できる。芯部の組成を評価すると、芯部のナーコ石の組成も評価できる。ドウソナイトの組成を評価した後、坑井口２５０中にヒーター２４８を配置してよい。ヒーター２４８は、層（炭化水素層２４２Ｄ）に多くのドウソナイトを含む炭化水素層に多くの熱を供給する部分を有する。ドウソナイトの少ない炭化水素層（炭化水素層２４２Ｃ）には、ヒーター２４８で少ない熱を供給する。ヒーター２４８の熱出力は、例えばヒーターの長さに沿ってヒーターの抵抗を調節して、作ることができる。一実施態様では、ヒーター２４８は、ここで説明した、高温制限（例えば高いキュリー温度）を有する温度制限ヒーターであり、層２４２Ｄに近い部分の制限温度（キュリー温度）は、層２４２Ｃに近い部分の制限温度（キュリー温度）に比べて高い。ヒーター２４８の抵抗もドウソナイト豊富層付近に高エネルギー入力（W／ｍ）を供給するため、ヒーターの長さに沿って比較的導電性の材料を変えて、調節できる。
【００７２】
ドウソナイト及びナーコ石の溶液採鉱法は、地層からアルミナ及びソーダ灰を製造する比較的簡単な方法であってよい。幾つかの実施態様では現場熱処理法を用いて地層から製造した炭化水素は、現場熱処理法の実施用地で又はその近くで直流（ＤＣ）電気を発生する発電プラント用の燃料であってよい。発生したＤＣ電気は、該用地で、アルミナからホール（Ｈａｌｌ）法を用いてアルミニウム金属を製造するのに使用できる。アルミニウム金属は、該用地の処理設備でアルミナを溶融して、アルミナから製造できる。該用地でのＤＣ発電により、地層から現場熱処理法を用いて製造した炭化水素の輸送及び／又は処理と関連する水素化処理器、パイプライン、又はその他の処理設備の使用に伴うコストが節約できる。
【００７３】
幾つかの実施態様では坑井近くの多孔性を向上させるため、選択された坑井経由で地層に酸を導入できる。例えば地層が石灰石又はドロマイトを含有する場合、酸を注入できる。選択された坑井の処理に使用される酸は、地層の一部分の現場熱処理中に製造された酸（例えば塩酸）、又は現場熱処理法の副生物から製造された酸（例えば硫化水素又は硫黄から製造された硫酸）であってよい。
【００７４】
以上の説明から本発明の各種面での更なる改変及び代替実施態様を使用できることは当業者には明らかである。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、説明したものに取替え可能であり、部品及び方法は取替え可能であり、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行うことは可能である。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。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】炭化水素含有地層を処理する現場熱処理システムの一部の実施態様の概略図である。
【図２】溶液採鉱坑井の実施態様を示す。
【図３】溶液採鉱坑井の一部の図である。
【図４】溶液採鉱坑井の一部の図である。
【図５】溶液採鉱用及び／又は現場熱処理法用坑井パターンの正面図である。
【図６】溶液採鉱用及び地層からの炭化水素の製造用の現場熱処理法坑井を示す図である。
【図７】地層を溶液採鉱する実施態様を示す。
【図８】ナーコ石層含有地層からナーコ石を溶液採鉱する前の該地層の実施態様を示す。
【図９】ナーコ石を溶液採鉱した後の図８の地層を示す。
【図１０】溶液採鉱してナーコ石を除去した帯域により相互連絡した２つの注入坑井の実施態様を示す。
【図１１】ドウソナイト含有地層内を加熱する実施態様を示す。
【符号の説明】
【００７６】
２００      障壁坑井
２０２      熱源
２０４      供給ライン
２０６      製造坑井
２０８      収集配管
２１０      処理設備
２１２      溶液採鉱坑井
２１４      絶縁部
２１６      入力路
２１８      パッカー
２２０      帰路
２２２      上層土
２２４      処理領域
２２４’    第一処理領域
２２４”    第二処理領域
２２６      ケーシング２
２２８      非浸出帯域
２３０      浸出帯域
２３２      障壁
２３４      モニター坑井
２３６      注入坑井
２４２      炭化水素層
２４２Ａ    炭化水素層
２４２Ｂ    炭化水素層
２４２Ｃ    炭化水素層
２４２Ｄ    炭化水素層
２４４      帯域
２４８      ヒーター
【図１】
2009512802.tif 000003
【図２】
2009512802.tif 000004
【図３】
2009512802.tif 000005
【図４】
2009512802.tif 000006
【図５】
2009512802.tif 000007
【図６】
2009512802.tif 000008
【図７】
2009512802.tif 000009
【図８】
2009512802.tif 000010
【図９】
2009512802.tif 000011
【図１０】
2009512802.tif 000012
【図１１】
2009512802.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月19日(2007.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナーコ石を含有する油頁岩地層の一部に、少なくとも２つの注入坑井経由で第一流体を供給する工程、
少なくとも２つの注入坑井間に流体が流動できるように該２つの注入坑井が相互に連絡するまで、地層の前記部分から、少なくとも１つの注入坑井経由で第二流体を製造する工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量のナーコ石を含有する該工程、
前記部分近くにほぼ不透過性の材料の一区画を残す工程、
前記不透過性材料内に延びる障壁を形成する工程、
該相互連絡した注入坑井の１つを経由して第一流体を注入する工程、
該相互連絡した注入坑井の少なくとも１つから第二流体を製造する工程、
１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、及び
地層から炭化水素流体を製造する工程、
を含むナーコ石含有油頁岩地層の処理方法。
【請求項２】
１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、及び
地層の前記部分に制御量の酸化剤を供給する工程、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
地層の前記部分の少なくとも若干を選択的に垂直方向にシフトさせる工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量のナーコ石を含有する該工程、
１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、前記垂直方向にシフトした地層の少なくとも一部を加熱する工程、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
地層の一部に水蒸気含有第一流体を供給する工程であって、該第一流体の温度は、地層の前記部分中の炭化水素の熱分解温度未満である該工程、及び
１つ以上のヒーターから地層に熱を供給して、地層を加熱する工程、及び
地層から炭化水素流体を製造する工程、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
地層への流体流の出入りを阻止するため、前記部分の側面に、ほぼ不透過性の材料の一区画を残す工程を更に含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
地層の前記部分への流体流の出入りを阻止するため、前記部分上に、ほぼ不透過性の材料の一区画を残す工程を更に含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
第一流体を地層の前記部分に導入するため、及び／又は第二流体を地層の前記部分から取出すために用いた少なくとも１つの坑井が前記部分から炭化水素含有流体を取出すためにも用いられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第一流体を導入する工程が、第一流体を第一注入坑井及び第二注入坑井経由で導入する工程を含み、第一流体の導入により第一注入坑井及び第二注入坑井に近接する部分の透過率が増大し、該第一注入坑井付近の増大した透過率が第二注入坑井付近の増大した透過率と重複し、これにより第一注入坑井を経由した第一流体の導入及び第二注入坑井を経由した第二流体の取出しを行なう請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
第一流体が熱水を含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
第一流体の加熱に使用された熱が、地層の予備処理部分から回収される請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
地層の前記部分から第二流体を製造する工程が、前記垂直方向にシフトされた部分の炭化水素豊富性を向上するように、該部分の選択垂直方向シフトを起こす請求項１〜１０に記載の方法。
【請求項１２】
第二流体の少なくとも若干量を地層の第二部分に導入する工程、及び該第二部分からソーダ灰を含む第三流体を製造する工程を更に含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
重炭酸ナトリウムをソーダ灰に転化中に発生した二酸化炭素の少なくとも一部を前記第二部分中に吸収させる工程を更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第二流体に熱を伝達するため、第二流体の少なくとも若干量を地層中の坑井口に流入及び坑井口から流出させる工程を更に含み、こうして伝達された熱が第二流体中の重炭酸ナトリウムをソーダ灰に転化させる請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
地層の前記部分を熱源により、該部分の炭化水素の熱分解温度を超える温度に加熱する工程、及び該部分から炭化水素を製造する工程を更に含む請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
地層の前記部分の少なくとも若干量のドウソナイトを供給熱で分解する工程、該部分にキレート化剤を供給して、少なくとも若干量のドウソナイトの分解生成物を溶解する工程、及び溶解したドウソナイトの分解生成物を製造する工程を更に含む請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
第一流体の温度が、炭化水素流体の製造中、地層中の製造坑井の閉塞を防止するように選択される請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法を用いて地表下地層から製造した炭化水素を含む組成物。
【請求項１９】
請求項１８に記載の組成物から製造した炭化水素を含む輸送用燃料。
【請求項２０】
地層の第一部分に第一流体を供給する工程、
第一部分から第二流体を製造する工程であって、該第二流体は、第一流体中に溶解した少なくとも若干量の重炭酸ナトリウムを含有する該工程、
地層の第二部分に１つ以上のヒーターから熱を供給して、第二部分を加熱する工程、及び
地層の第二部分の熱を用いて第二流体を加熱し、ソーダ灰を製造する工程、
を含む地層の処理方法。
【国際調査報告】
2009512802.tif 000014
2009512802.tif 000015
2009512802.tif 000016
2009512802.tif 000017