(57)【要約】  本発明により、強磁性部材と、強磁性部材に電気結合された電気導体とを備えた加熱器が提供される。電気導体は、強磁性部材のキュリー温度未満の間、熱出力を提供するように構成されている。電気導体は、２５℃で加熱器の大半の電流が流れるように構成されている。加熱器が提供する熱の量は、強磁性部材のキュリー温度にほぼ到達し、また、キュリー温度を超えると自動的に減少する。
2007535100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性部材と、
前記強磁性部材に電気結合され、前記強磁性部材のキュリー温度未満で熱出力を提供するように構成され、２５℃で加熱器の電流の大部分を導通するように構成された電気導体とを備え、及び
前記加熱器がほぼ前記強磁性部材のキュリー温度およびそれ以上で減少した熱量を自動的に提供する加熱器。
【請求項２】
加熱器を使用している間、加熱器の力率が０．８５超、０．９超、または０．９５超を維持するように強磁性部材と電気導体が電気結合された、請求項１に記載の加熱器。
【請求項３】
加熱器が、強磁性部材に電気結合された第２の電気導体をさらに備えた、請求項１または２のいずれかに記載の加熱器。
【請求項４】
第２の電気導体が、導電率が強磁性部材および電気導体より大きい電気導体を備え、および／または前記第２の電気導体が、前記強磁性部材のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度の前記強磁性部材を支持するための機械強度を提供する、請求項３に記載の加熱器。
【請求項５】
電気導体および強磁性部材が同心である、請求項１から４のいずれかに記載の加熱器。
【請求項６】
電気導体が強磁性部材の少なくとも一部を取り囲んでいる、請求項１から５のいずれかに記載の加熱器。
【請求項７】
加熱器のターンダウン比率が少なくとも１．１、少なくとも２、少なくとも３または少なくとも４である、請求項１から６のいずれかに記載の加熱器。
【請求項８】
強磁性部材が、前記強磁性部材のキュリー温度未満の温度で電気導体に流れる電流の大半が、前記強磁性部材によって生産される磁界によって制限されるように前記電気導体に電気結合された、請求項１から７のいずれかに記載の加熱器。
【請求項９】
電気導体が２５℃で加熱器の熱出力の大半を提供する、請求項１から８のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１０】
加熱器が、前記加熱器に電流が印加されると、（ａ）前記加熱器の温度が１００℃を超え、２００℃を超え、４００℃を超え、または５００℃を超え、あるいは６００℃を超え、また、選択された温度より低い場合、第１の熱出力を、（ｂ）前記加熱器の温度が前記強磁性部材のキュリー温度に到達し、また、キュリー温度を超えると、前記第１の熱出力より小さい第２の熱出力を、提供する、請求項１から９のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１１】
電気導体が、強磁性部材のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度の前記強磁性部材を支持するための機械強度を提供する、請求項１から１０のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１２】
電気導体が耐食性物質である、請求項１から１１のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１３】
加熱器に最も近い熱負荷が１メートル当たり１ワット減少すると、前記加熱器が、動作温度を最大１．５℃高くまたは選択された動作温度に近い温度にする、請求項１から１２のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１４】
選択された温度を超えるか、または選択された温度に近くにおいて、加熱器が提供する熱の量が、前記選択された温度より５０℃低い温度における熱出力の最大１０％以下の熱の量に減少する、請求項１から１３のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１５】
加熱器の長さが少なくとも１００ｍ、少なくとも３００ｍ、少なくとも５００ｍまたは少なくとも１ｋｍである、請求項１から１４のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１６】
加熱器が地下累層中の開口に配置するように構成された、請求項１から１５のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１７】
加熱器が、地下累層に熱を提供するように構成されたシステムに使用される、請求項１から１５のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１８】
加熱器が、
熱出力を提供するために前記加熱器に電流を印加するステップ、及び
前記加熱器から地下累層の一部へ熱を伝達させるステップ
を含む地下累層を加熱するための方法に使用される、請求項１から１５のいずれかに記載の加熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に地下累層を加熱するための方法およびシステムに関する。特定の実施形態は、力率の大きい、炭化水素含有累層などの地下累層を加熱するための温度制限加熱器を使用するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下累層から得られる炭化水素は、エネルギー資源、供給材料および消費材としてしばしば使用されている。利用可能な炭化水素資源をより有効に回収し、処理し、および／または使用するためのプロセスの開発は、利用可能な炭化水素資源の枯渇に対する懸念および炭化水素の品質低下に対する懸念が引き金になっている。インサイチュプロセスを使用して地下累層から炭化水素物質を移送させることができる。地下累層から炭化水素物質をより容易に移送させるためには、地下累層中の炭化水素物質の化学的特性および／または物理的特性を変化させる必要がある。化学的変化および物理的変化には、累層中の炭化水素物質の、移送可能な流体を生産するインサイチュ反応、組成変化、溶解度変化、密度変化、相変化および／または粘度変化が含まれている。流体は、それらに限定されないが、液体流と類似した流動特性を有する気体、液体、乳濁液、泥状物および／または固体粒子の流れである。
【０００３】
加熱器は、インサイチュプロセスの間、累層を加熱するためにドリルホールの中に配置することができる。Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍに対する米国特許第２，６３４，９６１号、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍに対する米国特許第２，７３２，１９５号、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍに対する米国特許第２，７８０，４５０号、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍに対する米国特許第２，７８９，８０５号、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍに対する米国特許第２，９２３，５３５号、およびＶａｎ  Ｍｅｕｒｓ等に対する米国特許第４，８８６，１１８号に、ダウンホール加熱器を利用したインサイチュプロセスの実施例が示されている。
【０００４】
熱源を使用して地下累層を加熱することができる。電気加熱器を使用して、放射および／または伝導によって地下累層を加熱することができる。電気加熱器は、素材を抵抗加熱することができる。Ｇｅｒｍａｉｎに対する米国特許第２，５４８，３６０号に、ドリルホール中の粘性油の中に配置された電気加熱素子が記述されている。この加熱器素子は、粘性油を加熱し、さらさらにすることによってドリルホールからのポンプによる汲み出しを可能にしている。Ｅａｓｔｌｕｎｄ等に対する米国特許第４，７１６，９６０号に、固体の形成を防止するために、比較的電圧が小さい電流を配管を通して流すことによって石油井戸の配管を電気的に加熱する方法が記述されている。Ｖａｎ  Ｅｇｍｏｎｄに対する米国特許第５，０６５，８１８号に、加熱素子を覆うケーシングを使用することなく井戸のドリルホールにセメントで固められる電気加熱素子が記述されている。
【０００５】
Ｖａｎ  Ｍｅｕｒｓ等に対する米国特許第４，５７０，７１５号に電気加熱素子が記述されている。この加熱素子は、導電性コア、絶縁体の周囲層および周囲金属シースを有している。導電コアは、高温で比較的小さい抵抗を有することができる。絶縁体は、電気抵抗、圧縮強さおよび高温で比較的大きい熱伝導特性を有することができる。絶縁層は、コアから金属シースへのアークの発生を抑制することができる。金属シースは、引張り強さおよび高温で比較的大きい耐クリープ性特性を有することができる。
【０００６】
Ｖａｎ  Ｅｇｍｏｎｄに対する米国特許第５，０６０，２８７号に、銅−ニッケル合金コアを有する電気加熱素子が記述されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いくつかの加熱器は、累層中のホットスポットによって破壊または故障することがある。累層中のホットスポットまたはホットスポットの近傍における加熱器の故障および／または累層の過熱を回避するためには、加熱器のあらゆるポイントに沿った温度が加熱器の最大動作温度を超えるか、または最大動作温度を超えそうになると、加熱器全体に供給される電力を小さくしなければならない。いくつかの加熱器は、加熱器が特定の温度限界に到達するまで加熱器の長さに沿った一様な熱を提供することができない。いくつかの加熱器は、地下累層を有効に加熱することができない。したがって、加熱器の長さに沿って一様な熱を提供し、地下累層を有効に加熱し、加熱器の一部が選択された温度に近づくと自動温度調整を提供し、および／または磁気特性が実質的に線形であり、また、選択された温度未満における力率が大きい加熱器を有することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明により、強磁性部材と、強磁性部材に電気結合された電気導体とを備えた加熱器が提供される。電気導体は、強磁性部材のキュリー温度未満の間、熱出力を提供するように構成されており、また、２５℃で加熱器の大半の電流が流れるように構成されている。加熱器が提供する熱の量は、ほぼ強磁性部材のキュリー温度に到達し、また、キュリー温度を超えると自動的に減少する。
【０００９】
また、本発明によれば、上記発明と組み合わせて、（ａ）加熱器を使用している間、加熱器が０．８５を超える力率、０．９を超える力率、または０．９５を超える力率を維持するように強磁性部材と電気導体が電気結合され、（ｂ）加熱器が少なくとも１．１、少なくとも２、少なくとも３または少なくとも４のターンダウン比率を有し、（ｃ）電気導体への電流の流れの大半が強磁性部材によって生産される磁界によって強磁性部材のキュリー温度未満の温度に制限されるように強磁性部材が電気導体に電気結合され、（ｄ）強磁性部材のキュリー温度またはキュリー温度に近くなるまでの間、電気導体によって加熱器の熱出力の大半が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、上記発明の１つ以上と組み合わせて、（ａ）加熱器が、さらに、強磁性部材に電気結合された第２の電気導体を備え、（ｂ）第２の電気導体が、導電率が強磁性部材および電気導体より大きい電気導体を備え、および／または第２の電気導体によって強磁性部材のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度の強磁性部材を支持するための機械強度が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、上記発明の１つ以上と組み合わせて、（ａ）電気導体と強磁性部材が同心であり、（ｂ）電気導体によって強磁性部材の少なくとも一部が取り囲まれる。
【００１２】
また、本発明によれば、上記発明の１つ以上と組み合わせて、（ａ）電気導体によって強磁性部材のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度の強磁性部材を支持するための機械強度が提供され、（ｂ）電気導体は耐食性材料である。
【００１３】
また、本発明によれば、上記発明の１つ以上と組み合わせて、（ａ）加熱器に最も近い熱負荷が１メートル当たり１ワット減少すると、加熱器は、動作温度を最大１．５℃高くまたは選択された動作温度に近い温度にする、（ｂ）ほぼ強磁性部材のキュリー温度に到達し、また、キュリー温度を超えると、加熱器が提供する熱の量がキュリー温度より５０℃低い温度における熱出力の最大１０％の熱の量に減少する。
【００１４】
また、本発明によれば、上記発明の１つ以上と組み合わせて、加熱器セクションに電流が印加されると、加熱器セクションによって、（ａ）加熱器セクションの温度が１００℃を超え、２００℃を超え、４００℃を超え、または５００℃を超え、あるいは６００℃を超え、また、選択された温度より低い場合、第１の熱出力が提供され、（ｂ）加熱器セクションの温度が選択された温度に到達し、また、選択された温度を超えると、第１の熱出力より小さい第２の熱出力が提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、上記発明の１つ以上と組み合わせて、（ａ）地下累層に熱を提供するように構成されたシステムに加熱器が使用され、（ｂ）地下累層を加熱するための方法に加熱器が使用され、地下累層を加熱するための方法には、（１）熱出力を提供するために加熱器に電流を印加するステップと、（２）加熱器から地下累層の一部へ熱を伝達させるステップが含まれている。
【００１６】
当業者には、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することによって本発明の利点が明らかになる。
【００１７】
本発明は、様々な改変および代替形態が可能であるが、添付の図面は、本発明の特定の実施形態を一例として示したもので、本明細書においてはそれらについて詳細に説明する。図面はスケール通りには描かれていない。しかしながら、図面および図面に対する詳細な説明は、開示されている特定の形態に本発明を制限することを意図したものではなく、それとは逆に、あらゆる改変、等価物および代替は、特許請求の範囲に定義されている本発明の精神および範囲の範疇に包含されることが意図されていることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上記の問題は、本明細書において説明するシステム、方法および加熱器を使用して対処することができる。たとえば、加熱器は、強磁性部材および強磁性部材に電気結合された電気導体を備えている。電気導体は、強磁性部材のキュリー温度未満の間、熱出力を提供するように構成されている。また、電気導体は、２５℃で加熱器の大半の電流が流れるように構成されている。この加熱器が提供する熱の量は、ほぼ強磁性部材のキュリー温度に到達し、また、キュリー温度を超えると自動的に減少する。
【００１９】
本明細書においてより詳細に説明する本発明の特定の実施形態は、累層中の炭化水素を処理するためのシステムおよび方法に関している。このような累層を処理することによって炭化水素生産物、水素および他の生産物が産出される。本明細書において使用されている用語は、次のように定義されている。
【００２０】
「炭化水素」は、一般に、主として炭素原子および水素原子によって形成された分子として定義されている。また、炭化水素は、それらに限定されないが、ハロゲン、金属元素、窒素、酸素および／または硫黄などの他の元素を含有することができる。炭化水素は、それらに限定されないが、油母、ビチューメン、パイライト瀝青、油、天然鉱蝋およびアスファルタイトであってもよい。炭化水素は、地中の鉱物基質中または鉱物基質に隣接する位置に存在している場合もある。基質は、それらに限定されないが、堆積岩、砂、シリシライト、炭酸塩、ケイ藻岩および他の多孔質媒質を含有することができる。「炭化水素流体」は、炭化水素を含有した流体である。炭化水素流体は、同伴物を含有することができ、あるいは非炭化水素流体中に同伴させることができる（たとえば水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、水およびアンモニア）。
【００２１】
「累層」には、１つ以上の炭化水素含有層、１つ以上の非炭化水素層、オーババーデンおよび／またはアンダバーデンが含まれている。オーババーデンおよび／またはアンダバーデンは、岩石、ケツ岩、泥岩または湿潤／緊密炭酸塩を含有することができる。インサイチュ変換プロセスのいくつかの実施形態においては、オーババーデンおよび／またはアンダバーデンは、炭化水素含有層または比較的不浸透性で、インサイチュ変換処理の間、オーババーデンおよび／またはアンダバーデンの炭化水素含有層に重大な特性変化をもたらす温度にさらされない炭化水素含有層を含有することができる。たとえば、アンダバーデンは、ケツ岩または泥岩を含有することができるが、アンダバーデンには、インサイチュ変換プロセスの間、熱分解温度までの加熱は許容されない。場合によってはオーババーデンおよび／またはアンダバーデンは、若干の浸透性があってもよい。
【００２２】
「累層流体」および「生産流体」は、累層から移送された流体を意味しており、熱分解化流体、合成ガス、軟化炭化水素および水（蒸気）を含有することができる。累層流体には、炭化水素流体ならびに非炭化水素流体が含まれている。
【００２３】
「熱伝導流体」には、熱伝導率が、圧力が１０１ｋＰａで温度が加熱器内の温度である空気の熱伝導率より大きい流体が含まれている。
【００２４】
「加熱器」は、井戸または近ドリルホール領域に熱を生産するための任意のシステムである。加熱器は、それらに限定されないが、電気加熱器、循環熱伝達流体または蒸気、バーナ、累層中の物質または累層から生産される物質と反応する燃焼器および／またはそれらの組合せであってもよい。
【００２５】
「温度制限加熱器」は、一般に、規定温度を超えると、温度コントローラ、電力調整器、整流器または他のデバイスなどの外部制御を使用することなく熱出力を調整する（たとえば熱出力を小さくする）加熱器を意味している。温度制限加熱器は、ＡＣ（交流）または変調（たとえば「チョップ」）ＤＣ（直流）によって電力が供給される電気抵抗加熱器であってもよい。
【００２６】
「キュリー温度」は、それを超えると強磁性体が強磁性体のすべての強磁性特性を失う温度である。強磁性体は、キュリー温度を超えると強磁性体のすべての強磁性特性を失うだけではなく、強磁性体に流れる電流が大きくなると強磁性体の強磁性特性を無くし始める。
【００２７】
「変調直流（ＤＣ）」は、時間で変化する、強磁性導体に表皮効果電気を流すことができるあらゆる電流を意味している。
【００２８】
温度制限加熱器の「ターンダウン比率」は、キュリー温度を超える温度における最も小さいＡＣ抵抗または変調ＤＣ抵抗に対するキュリー温度未満の温度における最も大きいＡＣ抵抗または変調ＤＣ抵抗の比率である。
【００２９】
「ドリルホール」という用語は、せん孔によって穿たれた累層中の孔または累層中へのコンジットの挿入を意味している。本明細書において使用されているように、累層中の開口を意味する場合、「井戸」および「開口」という用語は、「ドリルホール」という用語と交換可能に使用することができる。
【００３０】
「絶縁導体」は、電気を導くことができる、全体または一部が電気絶縁体で覆われた細長い任意の材料を意味している。「自己制御」という用語は、あらゆるタイプの外部制御を必要とすることなく加熱器の出力を制御することを意味している。
【００３１】
熱出力の小さい加熱システム、装置および方法のコンテキストにおいては、「自動的に」という用語は、このようなシステム、装置および方法が、外部制御（たとえば温度センサおよびフィードバックループを備えたコントローラ、ＰＩＤコントローラまたは予測コントローラなどの外部コントローラ）を使用することなく特定の方法で機能することを意味している。
【００３２】
累層中の炭化水素は様々な方法で処理することができ、異なる多くの生産物を生産することができる。特定の実施形態においては、複数の段階でこのような累層が処理される。図１は、炭化水素を含有した累層の一部を加熱するいくつかの段階を示したものである。また、図１は、累層のトン当たりと等価のバレル単位の油の産出高（「Ｙ」）（ｙ軸）対加熱された累層の摂氏温度単位の温度（「Ｔ」）（ｘ軸）の一例を示したものである。
【００３３】
段階１の加熱中にメタンが脱着し、水が蒸発する。段階１を介した累層の加熱は、可能な限り迅速に実行する。累層が初期加熱されると、累層中の炭化水素が吸着メタンを脱着する。脱着メタンは、累層から生産することができる。累層がさらに加熱されると、累層中の水が蒸発する。水は、通常、６００ｋＰａないし７０００ｋＰａの絶対圧力で１６０℃と２８５℃の間で累層中で蒸発する。いくつかの実施形態においては、蒸発した水によって累層の湿潤性が変化し、および／または累層の圧力が高くなる。湿潤性が変化し、および／または圧力が高くなることによって累層中の熱分解反応または他の反応が影響を受ける。特定の実施形態においては、累層から蒸発水が生産される。他の実施形態においては、蒸発水を使用して蒸気が抽出され、および／または累層中または累層外で蒸留される。累層から水を除去し、累層中の孔隙量を多くすることによって孔隙量中の炭化水素の貯蔵空間が広くなる。
【００３４】
特定の実施形態においては、段階１の加熱の後、累層の一部の温度が（少なくとも）初期熱分解温度（たとえば段階２で示す温度範囲の下端の温度など）に達するよう、累層の一部がさらに加熱される。段階２の間、累層中の炭化水素を熱分解させることができる。熱分解温度の範囲は、累層中の炭化水素のタイプによって様々である。熱分解温度の範囲には、２５０℃と９００℃の間の温度が含まれている。所望する生産物を生産するための熱分解温度の範囲は、全熱分解温度範囲の一部のみを通して拡張することができる。いくつかの実施形態においては、所望する生産物を生産するための熱分解温度の範囲には、２５０℃と４００℃の間の温度、２５０℃と３５０℃の間の温度、または３２５℃と４００℃の間の温度が含まれている。累層中の炭化水素の温度を２５０℃から４００℃までの温度範囲で徐々に上昇させる場合、温度が４００℃に近くなった時点で熱分解生産物の生産を実質的に完了することができる。複数の加熱器を使用して累層を加熱することにより、熱分解温度範囲を通して累層中の炭化水素の温度を徐々に上昇させる熱の重畳を確立することができる。
【００３５】
いくつかのインサイチュ変換実施形態においては、熱分解温度範囲を通して温度を徐々に加熱する代わりに、累層の一部が所望の温度まで加熱される。いくつかの実施形態においては、所望の温度は３００℃である。いくつかの実施形態においては、所望の温度は３２５℃である。いくつかの実施形態においては、所望の温度は３５０℃である。他の温度を所望の温度として選択することができる。加熱器からの熱を重畳させることによって比較的速やかに、また、比較的効果的に所望の温度を累層中に確立することができる。累層の温度を所望の温度に維持するために、加熱器から累層に入力されるエネルギーを調整することができる。累層の加熱部分は、熱分解が衰退し、累層からの所望の累層流体の生産が非経済的になるまで実質的に所望の温度に維持される。累層の熱分解する部分は、１つの加熱器のみからの熱伝達によって熱分解温度範囲に到達する領域を含むことができる。
【００３６】
特定の実施形態においては、熱分解流体を含有した累層流体が累層から生産される。累層の温度が上昇すると、生産された累層流体中の凝縮可能な炭化水素の量が減少する。累層は、極めて高い温度では主としてメタンおよび／または水素を生産する。熱分解の全範囲にわたって累層が加熱されると、累層は、熱分解範囲の上限に向かって微小量の水素のみを生産する。利用可能な水素のほとんどが枯渇すると、最小量の流体が累層から生産される。
【００３７】
炭化水素が熱分解した後も、大量の炭素および若干の水素が依然として累層の加熱部分に存在している。累層の加熱部分に残留する炭素の一部は、合成ガスの形で累層から生産することができる。合成ガスの生産は、図１に示す段階３の加熱中に生じる。段階３では、累層の加熱部分が合成ガスの生産を可能にする十分な温度まで加熱される。合成ガスは、４００℃から１２００℃まで、５００℃から１１００℃まで、または５５０℃から１０００℃までの温度範囲で生産することができる。累層中に生産される合成ガスの組成は、合成ガスを生産する流体を累層に導入する際の累層の加熱部分の温度によって決まる。生産された合成ガスは、１つ以上の生産井戸を介して累層から移送することができる。
【００３８】
図２は、炭化水素を含有した累層を処理するためのインサイチュ変換システムの一部の一実施形態を略図で示したものである。加熱器１００は、累層の少なくとも一部の中に配置されている。加熱器１００は、累層の少なくとも一部に熱を提供して累層中の炭化水素を加熱している。供給ライン１０２を介して加熱器１００にエネルギーを供給することができる。供給ライン１０２の構造は、累層の加熱に使用される１つ以上の加熱器のタイプに応じて異なる構造にすることができる。加熱器のための供給ライン１０２は、電気加熱器に電気を送ることができ、燃焼器に燃料を輸送することができ、または累層中を循環する熱交換流体を輸送することができる。
【００３９】
生産井戸１０４を使用して累層から累層流体が移送される。生産井戸１０４から生産された累層流体は、収集配管１０６を通して処理設備１０８へ輸送することができる。また、累層流体は、加熱器１００から生産することも可能である。たとえば加熱器１００から流体を生産して、加熱器に隣接する累層の圧力を制御することができる。加熱器１００から生産された流体は、配管を通して収集配管１０６へ輸送することができ、または生産された流体を配管を通して直接処理設備１０８へ輸送することができる。処理設備１０８は、分離ユニット、反応ユニット、品位向上ユニット、ガスから硫黄を除去するユニット、燃料電池、タービン、貯蔵容器を備えることができ、および／または生産された累層流体を処理するための他のシステムおよびユニットを備えることができる。
【００４０】
炭化水素を処理するためのインサイチュ変換システムは、障壁井戸１１０を備えることができる。障壁井戸を使用して処理領域の周りに障壁が形成される。この障壁によって処理領域への流体の流入および／または処理領域からの流体の流出が抑制される。障壁井戸は、それらに限定されないが、脱水井戸、真空井戸、捕獲井戸、注入井戸、グラウト井戸、凍結井戸またはそれらの組合せを備えている。いくつかの実施形態においては、障壁井戸１１０は脱水井戸である。脱水井戸は、液体水を除去することができ、および／または加熱すべき累層の一部または加熱中の累層への液体水の流入を抑制することができる。図２に示す実施形態においては、脱水井戸は、加熱器１００の一方の側に沿ってのみ展開しているが、通常、脱水井戸は、累層を加熱するために、使用されるすべての加熱器１００または使用すべきすべての加熱器１００を取り囲んでいる。
【００４１】
図２に示すように、累層中には、加熱器１００だけではなく、１つ以上の生産井戸１０４が配置されている。累層流体は、生産井戸１０４を介して生産することができる。いくつかの実施形態においては、生産井戸１０４は加熱器を備えている。生産井戸内の加熱器は、生産井戸または生産井戸の近傍の累層の１つ以上の部分を加熱し、累層流体から気相を除去することができる。生産井戸からの液体を高温ポンピングする必要性を少なくすることができ、または除去することができる。液体の高温ポンピングを回避または制限することによって生産コストを著しく低減することができる。生産井戸を加熱することによって、または生産井戸を介して加熱することによって、（１）このような生産流体がオーババーデンに最も近い生産井戸の中を移動する際の生産流体の凝縮および／または還流を抑制することができ、（２）累層に入力される熱を大きくすることができ、および／または（３）生産井戸または生産井戸に最も近い累層の浸透性を大きくすることができる。いくつかのインサイチュ変換プロセスの実施形態においては、生産井戸から累層に供給される、生産井戸の１メートル当たりの熱の量は、累層を加熱する加熱器から累層に印加される、加熱器の１メートル当たりの熱の量より少ない。
【００４２】
加熱器のいくつかの実施形態は、加熱器が特定の状態に到達すると、加熱器または加熱器の一部への電力をターンオフするスイッチ（たとえばヒューズおよび／またはサーモスタット）を備えている。特定の実施形態においては、温度制限加熱器を使用して、累層中の炭化水素を加熱するための熱が提供される。
【００４３】
温度制限加熱器は、インコンフィギュレーションであってもよく、および／または特定の温度で加熱器に自動温度制限特性を提供する物質を含有することができる。特定の実施形態においては、強磁性体が温度制限加熱器に使用されている。強磁性体は、強磁性体のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度で温度を自己制限することができ、強磁性体に交流が印加されると、キュリー温度またはキュリー温度に近い温度になると提供する熱の量が減少する。特定の実施形態においては、強磁性体は、他の物質（たとえば高度に導電性の物質、優れた強度の物質、耐食性の物質またはそれらの組合せ）に結合されており、様々な電気特性および／または機械特性を提供している。温度制限加熱器のいくつかの部分には、この温度制限加熱器の他の部分より小さい抵抗を持たせることができる（異なる幾何構造にすることによって、および／または異なる強磁性体および／または非強磁性体を使用することによって）。温度制限加熱器の一部を様々な物質で構成し、および／またはそれらの寸法を様々な寸法にすることにより、所望の熱を加熱器の個々の部分から出力させることができる。強磁性体を温度制限加熱器に使用することは、通常、スイッチまたは他の制御デバイスを温度制限加熱器に使用する場合より安価であり、また、信頼性が高い。
【００４４】
温度制限加熱器は、場合によっては他の加熱器より信頼性が高い。温度制限加熱器は、場合によっては累層中のホットスポットによる破壊または故障が少ない。いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器は、累層を実質的に一様に加熱することができる。いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器は、加熱器の長さ全体に沿ってより大きい平均熱出力で動作させることにより、より効果的に累層を加熱することができる。温度制限加熱器は、加熱器の任意のポイントに沿った温度が加熱器の最大動作温度を超えた場合、または最大動作温度を超えようとしている場合に、典型的な定ワット数加熱器の場合とは異なり、加熱器の電力を加熱器全体に対して小さくする必要がないため、加熱器の長さ全体に沿ってより大きい平均熱出力で動作する。温度制限加熱器の、この加熱器のキュリー温度に近づいている部分からの熱出力は、加熱器に印加される交流の制御された調整を必要とすることなく自動的に減少する。熱出力は、温度制限加熱器の一部の電気特性（たとえば電気抵抗）の変化によって自動的に減少する。したがって加熱プロセスの大部分にわたって、より多くの出力が温度制限加熱器によって供給される。
【００４５】
一実施形態においては、温度制限加熱器を備えたシステムは、交流または変調直流によって温度制限加熱器にエネルギーが供給されると、最初に第１の熱出力を提供し、次いで、温度制限加熱器の電気抵抗部分の温度がキュリー温度に近づき、またはキュリー温度に到達し、あるいはキュリー温度を超えると、提供する熱の量が減少する。温度制限加熱器は、坑口に供給される交流または変調直流によってエネルギーを供給することができる。坑口は、温度制限加熱器に電力を供給するために使用される電力源および他のコンポーネント（たとえば変調コンポーネント、変圧器および／またはコンデンサ）を備えることができる。温度制限加熱器は、累層の一部を加熱するために使用される多くの加熱器のうちの１つであってもよい。
【００４６】
特定の実施形態においては、温度制限加熱器は、交流または変調直流が印加されると表皮効果加熱器または近接効果加熱器として動作する導体を備えている。表皮効果によって導体の内部への電流浸入の深さが制限される。強磁性体の場合、表皮効果は導体の透磁率によって支配される。強磁性体の比透磁率は、通常、１０と１０００の間である（たとえば強磁性体の比透磁率は、通常、少なくとも１０であり、場合によっては少なくとも５０、１００、５００、１０００またはそれ以上である）。強磁性体の温度がキュリー温度を超えて上昇すると、および／または印加される電流が大きくなると、強磁性体の透磁率が実質的に減少し、表皮作用の深さが急激に深くなる（たとえば表皮作用の深さは透磁率の平方根の逆数で深くなる）。透磁率が減少することにより、キュリー温度に近づき、またはキュリー温度に到達し、あるいはキュリー温度を超えると、および／または印加される電流が大きくなると、導体のＡＣ抵抗または変調ＤＣ抵抗が小さくなる。温度制限加熱器が実質的に一定の電流源によって電力が供給されると、温度制限加熱器の、キュリー温度に近くなった部分、またはキュリー温度に到達した部分、あるいはキュリー温度を超えた部分は熱の散逸が減少する。温度制限加熱器のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度ではないセクションは、表皮効果加熱による支配が可能であり、したがって温度制限加熱器は、より大きい抵抗負荷によってより多くの熱を散逸させることができる。
【００４７】
キュリー温度加熱器は、はんだ付け設備、医療アプリケーションのための加熱器およびオーブンの加熱素子に使用されている。Ｌａｍｏｍｅらに対する米国特許第５，５７９，５７５号、Ｈｅｎｓｃｈｅｎらに対する米国特許第５，０６５，５０１号、およびＹａｇｎｉｋらに対する米国特許第５，５１２，７３２号に、これらの用途のいくつかが開示されている。Ｗｈｉｔｎｅｙらに対する米国特許第４，８４９，６１１号に、反応コンポーネント、抵抗加熱コンポーネントおよび温度応答コンポーネントを備えた、間隔を隔てた複数の離散加熱ユニットが記述されている。
【００４８】
温度制限加熱器を使用して累層中の炭化水素を加熱する利点は、所望する温度動作範囲にキュリー温度を有するように導体が選択されることである。所望の動作温度範囲内で動作させることにより、温度制限加熱器および他の設備の温度を設計限界温度未満に維持しつつ、累層中に実質的に熱を注入することができる。設計限界温度は、腐蝕、クリープおよび／または変形などの特性が悪影響を受ける温度である。温度制限加熱器の温度制限特性によって、累層中の低熱伝導率「ホットスポット」に隣接する温度制限加熱器の過熱および断線が抑制される。いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器は、熱出力を小さくするかまたは制御することができ、および／または温度制限加熱器に使用される物質に応じて、２５℃、３７℃、１００℃、２５０℃、５００℃、７００℃、８００℃、９００℃を超える温度または最大１１３１℃までのより高い温度の熱に耐えることができる。
【００４９】
温度制限加熱器に入力されるエネルギーを制限して温度制限加熱器に隣接する低熱伝導率領域に適応する必要がないため、温度制限加熱器を使用することにより、定ワット数加熱器より多くの熱を累層中に注入することができる。たとえばＧｒｅｅｎ  Ｒｉｖｅｒ油母ケツ岩の場合、最低品位油母ケツ岩層および最高品位油母ケツ岩層の熱伝導率に少なくとも３倍の差がある。このような累層を加熱する場合、温度制限加熱器を使用することにより、低熱伝導率層の温度によって制限される従来の加熱器を使用する場合より実質的に多くの熱が累層に伝達される。従来の加熱器の長さ全体に沿った熱出力は、加熱器が低熱伝導率層で過熱して断線しないよう、低熱伝導率層に適応させなければならない。温度制限加熱器の場合、高い温度の低熱伝導率層に隣接する熱出力を小さくすることができるが、温度制限加熱器の温度が低い残りの部分は、依然として大きい熱出力を提供することができる。炭化水素累層を加熱するための加熱器は、通常、加熱器の長さが長いため（たとえば少なくとも１０ｍ、１００ｍ、３００ｍ、少なくとも５００ｍ、１ｋｍまたは最大１０ｋｍ）、キュリー温度またはキュリー温度に近い温度であるのは温度制限加熱器のごく一部にすぎず、温度制限加熱器の長さの大部分はキュリー温度未満で動作させることができる。
【００５０】
温度制限加熱器を使用することによって熱を効果的に累層に伝達することができる。熱が効果的に伝達されるため、累層を所望の温度に加熱するために必要な時間が短縮される。たとえばＧｒｅｅｎ  Ｒｉｖｅｒ油母ケツ岩の場合、従来の定ワット数加熱器を使用した１２ｍ加熱器井戸間隔による熱分解には、通常、９．５年ないし１０年の加熱が必要である。同じ加熱器間隔の場合、温度制限加熱器を使用することにより、加熱器設備の温度を設備設計限界温度未満の温度に維持しつつ、より大きい平均熱出力を出力することができる。温度制限加熱器によって提供される平均熱出力がより大きいため、定ワット数加熱器によって提供されるより小さい平均熱出力の場合と比較すると、より短期間で累層に熱分解が生じる。たとえばＧｒｅｅｎ  Ｒｉｖｅｒ油母ケツ岩の場合、１２ｍ加熱器井戸間隔で温度制限加熱器を使用した場合、５年で熱分解が生じる。温度制限加熱器は、加熱器井戸が互いに接近しすぎている不正確な井戸間隔すなわちせん孔によるホットスポットの効力を打ち消す。特定の実施形態においては、温度制限加熱器を使用することにより、間隔が空きすぎている加熱器井戸に出力される電力を常に大きくすることができ、または互いに接近しすぎている加熱器井戸に出力される電力を制限することができる。また、温度制限加熱器は、オーババーデンおよびアンダバーデンに隣接する領域により多くの電力を供給し、この領域における温度損失を補償することも可能である。
【００５１】
温度制限加熱器は、多くのタイプの累層に有利に使用することができる。たとえば、タールサンド累層または重炭化水素を含有した比較的浸透性の累層に温度制限加熱器を使用して、流体、流動化流体の粘性を小さくし、および／またはドリルホールまたはドリルホールの近傍あるいは累層中の流体の放射状流を強化するための制御可能な低温度出力を提供することができる。温度制限加熱器を使用して、累層の近ドリルホール領域の過熱による過剰コークスの形成を抑制することができる。
【００５２】
いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器を使用することにより、高価な温度制御回路を使用する必要性が除去されるか、または減少する。たとえば、温度制限加熱器を使用することにより、温度検層を実行する必要性および／またはホットスポットにおける潜在過熱を監視するための固定熱電対を加熱器上に使用する必要性が除去されるか、または減少する。
【００５３】
いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器は、標準の加熱器より製造が経済的である。典型的な強磁性体には、鉄、炭素鋼またはフェライトステンレス鋼が含まれている。このような物質は、絶縁導体（鉱物絶縁ケーブル）加熱器に典型的に使用される、ニーケルをベースとする加熱合金（ニクロム、Ｋａｎｔｈａｌ（商標）（Ｂｕｌｔｅｎ−Ｋａｎｔｈａｌ  ＡＢ、Ｓｗｅｄｅｎ）および／またはＬＯＨＭ（商標）（Ｄｒｉｖｅｒ−Ｈａｒｒｉｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｈａｒｒｉｓｏｎ、ＮＪ）など）と比較すると安価である。温度制限加熱器の一実施形態においては、温度制限加熱器は、より低コストで、信頼性の高い加熱器にするために、絶縁導体加熱器として連続した長さで製造される。
【００５４】
温度制限加熱器のキュリー温度は、温度制限加熱器に使用される１つ以上の強磁性合金によって決まる。「Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ」（第２版、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、５−１７０〜５−１７６頁）に、様々な金属のキュリー温度データがリストされている。強磁性導体は、複数の強磁性元素（鉄、コバルトおよびニッケル）のうちの１つ以上および／またはこれらの元素の合金を含有することができる。いくつかの実施形態においては、強磁性導体には、タングステン（Ｗ）を含有した鉄−クロム（Ｆｅ−Ｃｒ）合金（たとえばＨＣＭ１２ＡおよびＳＡＶＥ１２（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏ．、Ｊａｐａｎ））および／またはクロムを含有した鉄の合金（たとえばＦｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｗ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｖ（バナジウム）合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｎ（ニオブ）合金）が含まれている。３つの主要強磁性元素のうち、鉄のキュリー温度は約７７０℃であり、コバルト（Ｃｏ）のキュリー温度は約１１３１℃であり、ニッケルのキュリー温度は約３５８℃である。鉄−コバルト合金は、鉄のキュリー温度より高いキュリー温度を有している。たとえば２重量％のコバルトを含有した鉄−コバルト合金のキュリー温度は約８００℃であり、１２重量％のコバルトを含有した鉄−コバルト合金のキュリー温度は約９００℃であり、２０重量％のコバルトを含有した鉄−コバルト合金のキュリー温度は約９５０℃である。鉄−ニッケル合金は、鉄のキュリー温度より低いキュリー温度を有している。たとえば２０重量％のニッケルを含有した鉄−ニッケル合金のキュリー温度は約７２０℃であり、６０重量％のニッケルを含有した鉄−ニッケル合金のキュリー温度は約５６０℃である。
【００５５】
合金として使用されるいくつかの非強磁性元素を使用すると、鉄のキュリー温度が高くなる。たとえば５．９重量％のバナジウムを含有した鉄−バナジウム合金のキュリー温度は約８１５℃である。他の非強磁性元素（たとえば炭素、アルミニウム、銅、ケイ素および／またはクロム）を鉄または他の強磁性体と合金にし、キュリー温度を低くすることができる。キュリー温度を高くする非強磁性体とキュリー温度を低くする非強磁性体とを組み合わせて鉄または他の強磁性体と合金にし、所望のキュリー温度および他の所望の物理的特性および／または化学的特性を備えた物質を提供することができる。いくつかの実施形態においては、キュリー温度物質は、ＮｉＦｅ２Ｏ４などのフェライトである。他の実施形態においては、キュリー温度物質は、ＦｅＮｉ３またはＦｅ３Ａｌなどの二成分化合物である。
【００５６】
磁気特性は、通常、キュリー温度に近づくと崩壊する。「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｈｅａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ」（Ｃ．Ｊａｍｅｓ  Ｅｒｉｃｋｓｏｎ著、ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ、１９９５年）に、１％炭素鋼（１重量％の炭素を含有した鋼）の典型的な曲線が示されている。透磁率は、６５０℃を超える温度で損失を開始し、温度が７３０℃を超えると完全に損失するようになる。したがって自己制限温度は強磁性導体の実際のキュリー温度より若干低くなる。１％炭素鋼に流れる電流の表皮作用の深さは、室温で０．１３２ｃｍ（センチメートル）であり、７２０℃では０．４４５ｃｍまで深くなる。７２０℃から７３０℃まで、表皮作用の深さは２．５ｃｍを超える深さまで急激に深くなる。したがって１％炭素鋼を使用した温度制限加熱器の実施形態は、６５０℃と７３０℃の間で自己制限する。
【００５７】
表皮作用の深さは、一般に、導電性物質中への交流または変調直流の有効浸入度で定義されている。通常、電流密度は、導体の外部表面から半径方向に沿った中心までの距離で指数的に減少する。電流密度が表面電流密度のほぼ１／ｅである深さは、表皮作用の深さと呼ばれている。直径が浸入度よりはるかに大きい円筒状固体ロッドの場合、または壁の厚さが浸入度より分厚い中空シリンダの場合、表皮作用の深さδは、
（１）δ＝１９８１．５＊（ρ／（μ＊ｆ））１／２
δ＝インチ単位の表皮作用の深さ
ρ＝動作温度における抵抗率（オーム−ｃｍ）
μ＝比透磁率
ｆ＝周波数（Ｈｚ）
である。
【００５８】
式１は、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｈｅａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ」（Ｃ．Ｊａｍｅｓ  Ｅｒｉｃｋｓｏｎ著、ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ、１９９５年）から得られる。ほとんどの金属は、温度と共に抵抗率（ρ）が大きくなる。比透磁率は、通常、温度および電流によって変化する。補助的な式を使用して、温度および／または電流の両方に対する透磁率および／または表皮作用の深さの分散を評価することができる。電流に対するμの依存性は、磁界に対するμの依存性によるものである。
【００５９】
温度制限加熱器に使用される物質は、所望のターンダウン比率が提供されるように選択することができる。温度制限加熱器には、少なくとも１．１：１、２：１、３：１、４：１、５：１、１０：１、３０：１または５０：１のターンダウン比率を選択することができる。もっと大きいターンダウン比率を使用することも可能である。選択されるターンダウン比率は、それらに限定されないが、温度制限加熱器が配置される累層のタイプおよび／またはドリルホールに使用される物質の温度限界を始めとする多くの要因によって決まる。いくつかの実施形態においては、補助的な銅または他の良好な電気導体を強磁性体に結合することによってターンダウン比率が大きくなる（たとえばキュリー温度を超える温度で抵抗をより小さくするために銅が追加される）。
【００６０】
温度制限加熱器は、加熱器のキュリー温度未満の間、最小熱出力（電力出力）を提供することができる。特定の実施形態においては、最小熱出力は、少なくとも４００Ｗ／ｍ（１メートル当たりのワット）、６００Ｗ／ｍ、７００Ｗ／ｍ、８００Ｗ／ｍまたはそれより大きい最大２０００Ｗ／ｍである。温度制限加熱器は、温度制限加熱器のセクションの温度がキュリー温度に近づくかまたはキュリー温度を超えると、温度制限加熱器のセクション毎に熱出力の量が減少する。減少する熱の量は、キュリー温度未満の温度における熱出力より実質的に少なくすることができる。いくつかの実施形態においては、減少する熱の量は、最大４００Ｗ／ｍ、２００Ｗ／ｍ、１００Ｗ／ｍであり、０Ｗ／ｍに近づけることも可能である。
【００６１】
いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器は、特定の動作温度範囲における温度制限加熱器の熱負荷に実質的に無関係に動作させることができる。「熱負荷」は、加熱システムから加熱システムの周囲へ熱が伝達される割合である。熱負荷は、周囲の温度および／または周囲の熱伝導率によって変化することを理解されたい。一実施形態においては、温度制限加熱器は、温度制限加熱器の一部に最も近い部分の熱負荷の１Ｗ／ｍの減少に対して、温度制限加熱器の動作温度が最大１．５℃、１℃または０．５℃だけ高くなるよう、温度制限加熱器のキュリー温度またはキュリー温度を超える温度で動作する。
【００６２】
ＡＣ抵抗または変調ＤＣ抵抗および／または温度制限加熱器の熱出力は、キュリー温度を超えるとキュリー効果によって急激に減少する。特定の実施形態においては、キュリー温度を超える温度またはキュリー温度に近い温度における電気抵抗または熱出力の値は、キュリー温度未満の特定のポイントにおける電気抵抗または熱出力の値の最大１／２である。いくつかの実施形態においては、キュリー温度を超える温度またはキュリー温度に近い温度における熱出力は、キュリー温度未満の特定のポイント（たとえばキュリー温度より３０℃低い温度、キュリー温度より４０℃低い温度、キュリー温度より５０℃低い温度、またはキュリー温度より１００℃低い温度）における熱出力の最大４０％、３０％、２０％、１０％または１０％未満（１％まで）である。特定の実施形態においては、キュリー温度を超える温度またはキュリー温度に近い温度における電気抵抗は、キュリー温度未満の特定のポイント（たとえばキュリー温度より３０℃低い温度、キュリー温度より４０℃低い温度、キュリー温度より５０℃低い温度、またはキュリー温度より１００℃低い温度）における電気抵抗の８０％、７０％、６０％、５０％または５０％未満（１％まで）に減少する。
【００６３】
いくつかの実施形態においては、強磁性体の表皮作用の深さを変えるためにＡＣ周波数が調整される。たとえば室温における１％炭素鋼の表皮作用の深さは、６０Ｈｚで０．１３２ｃｍ、１８０Ｈｚで０．０７６２ｃｍおよび４４０Ｈｚで０．０４６ｃｍである。加熱器の直径は、通常、表皮作用の深さの２倍より大きいため、より高い周波数を使用することによって（また、延いては直径がより小さい加熱器を使用することによって）加熱器のコストが減少する。固定幾何構造の場合、周波数が高くなるほどターンダウン比率が大きくなる。より高い周波数におけるターンダウン比率は、より低い周波数におけるターンダウン比率に、より高い周波数をより低い周波数で割り、その平方根を掛けることによって計算される。いくつかの実施形態においては、１００Ｈｚと１０００Ｈｚの間、１４０Ｈｚと２００Ｈｚの間または４００Ｈｚと６００Ｈｚの間の周波数が使用されている（たとえば１８０Ｈｚ、５４０Ｈｚまたは７２０Ｈｚ）。いくつかの実施形態においては、高い周波数を使用することができる。１０００Ｈｚを超える周波数であってもよい。
【００６４】
温度制限加熱器は、温度制限加熱器のキュリー温度に到達するまで実質的に一定の表皮作用の深さを得るために、温度制限加熱器が冷たい間はより低い周波数で動作させ、また、温度制限加熱器が熱くなるとより高い周波数で動作させることができる。しかしながら、電源、変圧器または周波数を交番させる電流変調器などの高価なコンポーネントの必要性がより少ないため、一般的には線路周波数加熱であることが好ましい。線路周波数は、電流の一般供給周波数である。線路周波数は、通常は６０Ｈｚであるが、電流の供給源に応じて５０Ｈｚまたは他の周波数であってもよい。固体可変周波数電源などの商用的に入手可能な設備を使用して、より高い周波数を生産することができる。三相電力を周波数が３倍の単相電力に変換する変圧器は、商用的に入手することができる。たとえば６０Ｈｚの高電圧三相電力をより低い電圧の１８０Ｈｚ単相電力に変換することができる。このような変圧器は、固体可変周波数電源より安価であり、より効率的にエネルギーを使用することができる。特定の実施形態においては、温度制限加熱器に供給される電力の周波数を高くするために、三相電力を単相電力に変換する変圧器が使用されている。
【００６５】
特定の実施形態においては、変調ＤＣ（たとえばチョップＤＣ、波形変調ＤＣまたはサイクルＤＣ）を使用して温度制限加熱器に電力を提供することができる。ＤＣ変調器またはＤＣチョッパをＤＣ電源に結合して変調直流出力を提供することができる。いくつかの実施形態においては、ＤＣ電源は、ＤＣを変調するための手段を備えることができる。ＤＣ変調器の実施例の１つは、ＤＣ−ＤＣ変換器システムである。ＤＣ−ＤＣ変換器システムは、当分野で広く知られている。通常、ＤＣが変調されるか、または所望の波形にチョップされる。ＤＣ変調のための波形には、それらに限定されないが、方形波、正弦波、変形正弦波、変形方形波、長方形波形および他の規則的な波形または不規則な波形が含まれている。
【００６６】
変調ＤＣの周波数は、通常、変調ＤＣ波形によって画定される。したがって変調ＤＣ波形を選択することによって所望の変調ＤＣ周波数を提供することができる。形状および／または変調ＤＣ波形の変調の速度（チョッピングの速度など）は、変調ＤＣ周波数を変えることによって変更することができる。ＤＣは、一般に利用可能なＡＣ周波数より高い周波数で変調することができる。たとえば変調ＤＣは、少なくとも１０００Ｈｚの周波数で提供することができる。有利には、供給される電流の周波数をより大きい値にすると、温度制限加熱器のターンダウン比率が大きくなる。
【００６７】
特定の実施形態においては、変調ＤＣ波形を調整または変更して、変調ＤＣ周波数が変更される。ＤＣ変調器は、温度制限加熱器を使用している間、任意の時間に、高電流または高電圧で変調ＤＣ波形を調整または変更することができる。したがって、温度制限加熱器に提供される変調ＤＣは、単一周波数さらには限られた周波数値のセットに限定されない。通常、ＤＣ変調器を使用して波形を選択する場合、変調ＤＣ周波数の範囲を広くすることができ、また、変調ＤＣ周波数の離散制御が可能になる。したがって変調ＤＣ周波数は、全く固有の値でより容易に設定することができ、それに対してＡＣ周波数は、通常、線路周波数の増分値に限定されている。変調ＤＣ周波数を離散制御することにより、温度制限加熱器のターンダウン比率をより選択的に制御することができる。温度制限加熱器のターンダウン比率を選択的に制御することができるため、より広範囲の物質を使用して温度制限加熱器を設計し、構築することができる。
【００６８】
いくつかの実施形態においては、使用中、変調ＤＣ周波数またはＡＣ周波数を調整して、温度制限加熱器の特性（たとえば温度または圧力などの地中の状態）の変化が補償される。温度制限加熱器に提供される変調ＤＣ周波数またはＡＣ周波数は、評価済みのダウンホールの状態に基づいて変更される。たとえばドリルホール内の温度制限加熱器の温度が上昇すると、場合によっては温度制限加熱器に提供される電流の周波数を高くし、延いては温度制限加熱器のターンダウン比率を大きくすることが有利である。一実施形態においては、ドリルホール内の温度制限加熱器のダウンホール温度が評価される。
【００６９】
特定の実施形態においては、変調ＤＣ周波数またはＡＣ周波数を変更して温度制限加熱器のターンダウン比率が調整される。ターンダウン比率を調整して、温度制限加熱器の長さに沿って生じるホットスポットを補償することができる。ターンダウン比率は、たとえば温度制限加熱器が特定の位置で熱くなりすぎることによって大きくなる。いくつかの実施形態においては、変調ＤＣ周波数またはＡＣ周波数を変更して、地中の状態を評価することなくターンダウン比率が調整される。
【００７０】
温度制限加熱器は、誘導負荷を生産することができる。この誘導負荷は、抵抗性熱出力の生産だけでなく、磁界を生産するために強磁性体によって使用される印加電流の一部によるものである。温度制限加熱器のダウンホール温度が変化すると、温度制限加熱器の強磁性体の磁気特性が温度によって変化するため、温度制限加熱器の誘導負荷が変化する。温度制限加熱器の誘導負荷は、温度制限加熱器に印加される電流と電圧の間の位相のずれの原因になることがある。
【００７１】
温度制限加熱器に印加される実際の電力の減少は、電流波形の時間のずれ（たとえば電流は、誘導負荷のために電圧に対して位相がずれている）によって、および／または電流波形のひずみ（たとえば非線形負荷によって導入される高調波による電流波形のひずみ）によって生じることがある。したがって位相のずれまたは波形のひずみのため、選択された量の電力を印加するためには、場合によってはもっと多くの電流が必要である。印加される実際の電力と、同じ電流が同相であり、また、ひずんでいない場合に伝送されることになる皮相電力との比率が力率である。力率は常に１以下である。波形に位相のずれまたはひずみが存在しない場合、力率は１である。
【００７２】
位相のずれのために実際に加熱器に印加される電力は、式２で表される。
【００７３】
（２）  Ｐ＝Ｉ×Ｖ×ｃｏｓ（θ）
Ｐは温度制限加熱器に印加される実際の電力、Ｉは印加される電流、Ｖは印加される電圧、θは電圧と電流の間の位相角の差である。波形にひずみが存在しない場合、ｃｏｓ（θ）は力率に等しい。より高い周波数（たとえば少なくとも１０００Ｈｚ、１５００Ｈｚまたは２０００Ｈｚの変調ＤＣ周波数）では、位相のずれおよび／またはひずみに関わる問題は、より顕著である。
【００７４】
いくつかの実施形態においては、電圧および／または電流を調整して強磁性体の表皮作用の深さが変更される。電圧を高くし、および／または電流を小さくすることにより、強磁性体の表皮作用の深さを浅くすることができる。表皮作用の深さをより浅くすることによって温度制限加熱器の直径をより小さくすることができ、したがって設備のコストを低減することができる。特定の実施形態においては、印加される電流は、少なくとも１アンペア、１０アンペア、７０アンペア、１００アンペア、２００アンペア、５００アンペアまたはそれ以上の最大２０００アンペアである。いくつかの実施形態においては、２００ボルトを超える電圧、４８０ボルトを超える電圧、６５０ボルトを超える電圧、１０００ボルトを超える電圧、１５００ボルトを超える電圧またはそれ以上の最大１００００ボルトの電圧の交流が供給される。
【００７５】
一実施形態においては、温度制限加熱器は、外部導体の内側に内部導体を備えている。内部導体および外部導体は、中心軸の周りに放射状に配置されている。内部導体および外部導体は、絶縁層によって分離することができる。特定の実施形態においては、内部導体および外部導体は、温度制限加熱器の底で結合されている。内部導体を介して温度制限加熱器に電流を流し、外部導体を介して電流を戻すことができる。これらの導体のいずれか一方または両方が強磁性体を含有することができる。
【００７６】
絶縁層は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素またはそれらの組合せなどの熱伝導率の大きい電気絶縁セラミックを備えることができる。絶縁層は、圧縮粉末（たとえば圧縮セラミック粉末）であってもよい。圧縮することによって熱伝導率を改善し、より良好な絶縁抵抗を提供することができる。より温度が低いアプリケーションの場合、たとえばフッ素樹脂、ポリイミド、ポリアミドおよび／またはポリエチレンでできた重合体絶縁材を使用することができる。いくつかの実施形態においては、重合体絶縁材は、過フルオロアルコキシ（ＰＥＡ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ（商標）（Ｖｉｃｔｒｅｘ  Ｌｔｄ、Ｅｎｇｌａｎｄ））でできている。絶縁層は、内部導体から外部導体への熱の伝達を促進するために実質的に赤外線を透過するように選択することができる。一実施形態においては、絶縁層は、透明な石英砂である。絶縁層は、空気またはヘリウム、窒素または六フッ化硫黄などの非反応性ガスであってもよい。絶縁層が空気または非反応性ガスである場合、内部導体と外部導体の間の電気接触を禁止するように設計された絶縁スペーサを設けることができる。絶縁スペーサは、たとえば高純度酸化アルミニウムまたは窒化ケイ素などの他の熱伝導性電気絶縁材を使用して構築することができる。絶縁スペーサは、Ｎｅｘｔｅｌ（商標）３１２（３Ｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓｔ．Ｐａｕｌ、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）、マイカテープまたはガラス繊維などの繊維状セラミック材であってもよい。セラミック材は、アルミナ、ケイ酸アルミナ、ホウケイ酸アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素または他の物質でできている。
【００７７】
特定の実施形態においては、外部導体は、耐食性および／または耐クリープ性のために選択される。一実施形態においては、３０４Ｈ、３４７Ｈ、３４７ＨＨ、３１６Ｈ、３１０Ｈ、３４７ＨＰ、ＮＦ７０９（Ｎｉｐｐｏｎ  Ｓｔｅｅｌ  Ｃｏｒｐ．、Ｊａｐａｎ）ステンレス鋼またはそれらの組合せなどのオーステナイト（非強磁性）ステンレス鋼を外部導体に使用することができる。また、外部導体は、クラッド導体を備えることも可能である。たとえば、腐蝕を防止するために８００Ｈまたは３４７Ｈステンレス鋼などの耐食性合金を強磁性炭素鋼チューブラの上に被覆することができる。高温強度を必要としない場合、いくつかのフェライトステンレス鋼のうちの１つなどの耐食性が良好な強磁性金属から外部導体を構築することができる。一実施形態においては、８２．３重量％の鉄と１７．７重量％のクロムのフェライト合金（キュリー温度６７８℃）によって所望の耐食性が提供される。
【００７８】
「Ｔｈｅ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ」（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＡＳＭ））第８巻２９１頁に、鉄−クロム合金のキュリー温度対合金中のクロムの量のグラフが掲載されている。いくつかの温度制限加熱器の実施形態においては、個別の支持ロッドまたはチューブラ（３４７Ｈステンレス鋼でできている）が、鉄−クロム合金製の温度制限加熱器に結合されており、強度および／または耐クリープ性を提供している。支持材および／または強磁性体は、６５０℃で少なくとも２０．７ＭＰａの１００，０００時間クリープ破断強さが提供されるように選択することができる。いくつかの実施形態においては、１００，０００時間クリープ破断強さは、６５０℃で少なくとも１３．８ＭＰａであるか、または６５０℃で少なくとも６．９ＭＰａである。たとえば３４７Ｈ鋼は、６５０℃または６５０℃を超える温度で有利なクリープ破断強さを有している。いくつかの実施形態においては、１００，０００時間クリープ破断強さは、６．９ＭＰａから４１．３ＭＰａに及ぶ範囲にわたっており、より長い加熱器および／またはより大きい大地応力または流動応力に対してはそれ以上である。
【００７９】
内部強磁性導体および外部強磁性導体を備えた温度制限加熱器の実施形態においては、内部導体の外側および外部導体の内側に表皮効果電流経路が生じる。したがって、外部導体の内側の表皮効果電流経路に影響を及ぼすことなく、外部導体の外側をステンレス鋼などの耐食性合金で被覆することができる。
【００８０】
表皮作用の深さは、キュリー温度の近辺で急激に深くなるため、キュリー温度で少なくとも表皮作用の深さの厚さを有する強磁性導体を使用することにより、強磁性体のＡＣ抵抗を著しく小さくすることができる。特定の実施形態においては、強磁性導体が銅などの高度に導電性の物質で被覆されていない場合、導体の厚さを、キュリー温度近辺における表皮作用の深さの１．５倍、キュリー温度近辺における表皮作用の深さの３倍、さらにはキュリー温度近辺における表皮作用の深さの１０倍以上にすることができる。強磁性導体が銅で被覆されている場合、強磁性導体の厚さは、キュリー温度近辺における表皮作用の深さと実質的に同じにすることができる。いくつかの実施形態においては、銅で被覆された強磁性導体の厚さは、キュリー温度近辺における表皮作用の深さの少なくとも３／４である。
【００８１】
特定の実施形態においては、温度制限加熱器は、強磁性チューブラおよび非強磁性高導電率コアを備えた複合導体を備えている。非強磁性高導電率コアは、複合導体に必要な直径を小さくしている。たとえば複合導体は、厚さ０．２９８ｃｍのフェライトステンレス鋼または炭素鋼がコアを取り囲んでいる直径０．５７５ｃｍの銅クラッドのコアを備えた直径１．１９ｃｍの複合導体であってもよい。複合導体を使用することにより、キュリー温度近辺における温度制限加熱器の電気抵抗をより急激に減少させることができる。表皮作用の深さはキュリー温度の近辺で深くなるため、銅コアを備えることによって電気抵抗が極めて急激に減少する。
【００８２】
複合導体は、温度制限加熱器の導電率を大きくすることができ、および／またはより低い電圧での温度制限加熱器の動作を可能にしている。一実施形態においては、複合導体の抵抗対温度プロファイルは、複合導体の強磁性導体のキュリー温度に近い領域未満の温度で比較的平らである。いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器の抵抗対温度プロファイルは、１００℃と７５０℃の間または３００℃と６００℃の間で比較的平らである。また、たとえば温度制限加熱器の物質および／または物質の構成を調整することにより、他の温度範囲においても比較的平らな抵抗対温度プロファイルを得ることができる。特定の実施形態においては、複合導体の個々の物質の相対厚さは、所望の抵抗率対温度プロファイルが温度制限加熱器にもたらされるように選択される。
【００８３】
図３〜３１は、温度制限加熱器の様々な実施形態を示したものである。これらの図のいくつかに示されている温度制限加熱器の実施形態の１つ以上の特徴は、これらの図に示されている温度制限加熱器の他の実施形態の１つ以上の特徴と組み合わせることができる。本明細書において説明されている特定の実施形態においては、温度制限加熱器は、６０ＨｚＡＣの周波数で動作するように寸法化されている。温度制限加熱器の寸法は、温度制限加熱器を他のＡＣ周波数で同様の方法で動作させるために、または変調ＤＣを使用して同様の方法で動作させるために、本明細書において説明されている寸法から調整することができることを理解されたい。
【００８４】
図３は、強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。図４および５は、図３に示す実施形態の横断面図を示したものである。一実施形態においては、強磁性セクション１４０を使用して累層中の炭化水素層に熱が提供される。非強磁性セクション１４２は、累層のオーババーデンに使用される。非強磁性セクション１４２は、オーババーデンに熱をほとんど提供しないか、または全く提供しないため、この非強磁性セクション１４２によってオーババーデンの熱損失が抑制され、加熱器の効率が改善される。強磁性セクション１４０は、４０９ステンレス鋼または４１０ステンレス鋼などの強磁性体を備えている。強磁性セクション１４０の厚さは０．３ｃｍである。非強磁性セクション１４２は、厚さ０．３ｃｍの銅である。内部導体１４４は銅である。内部導体１４４の直径は０．９ｃｍである。電気絶縁体１４６は、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化マグネシウム粉末または他の適切な絶縁体物質である。電気絶縁体１４６の厚さは、０．１ｃｍないし０．３ｃｍである。
【００８５】
図６は、シースの内部に配置された強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。図７、８および９は、図６に示す実施形態の横断面図を示したものである。強磁性セクション１４０は、厚さ０．６ｃｍの４１０ステンレス鋼である。非強磁性セクション１４２は、厚さ０．６ｃｍの銅である。内部導体１４４は、直径０．９ｃｍの銅である。外部導体１４８には強磁性体が含まれている。外部導体１４８によって温度制限加熱器のオーババーデンセクションに若干の熱が提供される。オーババーデンに若干の熱を提供することにより、オーババーデン中における凝縮または流体の還流が抑制される。外部導体１４８は、外径３．０ｃｍ、厚さ０．６ｃｍの４０９ステンレス鋼、４１０ステンレス鋼または４４６ステンレス鋼である。電気絶縁体１４６は、厚さ０．３ｃｍの酸化マグネシウム粉末である。いくつかの実施形態においては、電気絶縁体１４６は、窒化ケイ素、窒化ホウ素または六角形型窒化ホウ素である。導電セクション１５０は、内部導体１４４を強磁性セクション１４０および／または外部導体１４８に結合することができる。
【００８６】
図１０は、強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。温度制限加熱器は、耐食性ジャケット内に配置されている。導電層は、外部導体とジャケットの間に配置されている。図１１および１２は、図１０に示す実施形態の横断面図を示したものである。外部導体１４８は、３／４インチスケジュール（Ｓｃｈｅｄｕｌｅ）８０  ４４６ステンレス鋼管である。一実施形態においては、導電層１５２は、外部導体１４８とジャケット１５４の間に配置されている。導電層１５２は銅の層である。外部導体１４８は、導電層１５２で被覆されている。特定の実施形態においては、導電層１５２は、１つ以上のセグメントを備えている（たとえば導電層１５２は、１つ以上の銅管セグメントを備えている）。ジャケット１５４は、１−１／４インチスケジュール８０  ３４７Ｈステンレス鋼管または１−１／２インチスケジュール１６０  ３４７Ｈステンレス鋼管である。一実施形態においては、内部導体１４４は、マイカテープの層およびガラス繊維絶縁材を使用してニッケル被覆銅線をより合せた４／０ＭＧＴ−１０００ファーネスケーブルである。４／０ＭＧＴ−１０００ファーネスケーブルは、ＵＬタイプ５１０７である（Ａｌｌｉｅｄ  Ｗｉｒｅ  ａｎｄ  Ｃａｂｌｅ（Ｐｈｏｅｎｉｘｖｉｌｌｅ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）から入手することができる）。導電セクション１５０は、内部導体１４４とジャケット１５４を結合している。一実施形態においては、導電セクション１５０は銅である。
【００８７】
図１３は、外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。外部導体は、強磁性セクションおよび非強磁性セクションを備えている。温度制限加熱器は、耐食性ジャケット内に配置されている。導電層は、外部導体とジャケットの間に配置されている。図１４および１５は、図１３に示す実施形態の横断面図を示したものである。強磁性セクション１４０は、厚さ０．９ｃｍの４０９ステンレス鋼、４１０ステンレス鋼または４４６ステンレス鋼である。非強磁性セクション１４２は、厚さ０．９ｃｍの銅である。強磁性セクション１４０および非強磁性セクション１４２はジャケット１５４内に配置されている。ジャケット１５４は、厚さ０．１ｃｍの３０４ステンレス鋼である。導電層１５２は、銅の層である。電気絶縁体１４６は、厚さ０．１ｃｍないし０．３ｃｍの窒化ケイ素、窒化ホウ素または酸化マグネシウムである。内部導体１４４は、直径１．０ｃｍの銅である。
【００８８】
一実施形態においては、強磁性セクション１４０は、厚さ０．９ｃｍの４４６ステンレス鋼である。ジャケット１５４は、厚さ０．６ｃｍの４１０ステンレス鋼である。４１０ステンレス鋼は、４４６ステンレス鋼より高いキュリー温度を有している。このような温度制限加熱器は、温度制限加熱器から周囲の累層および／または周囲のあらゆる水（たとえばブライン、地下水または地層水）へ電流が容易に流れないように電流を「抑制する」ことができる。この実施形態においては、強磁性セクションがキュリー温度に到達するまでの間、電流の大半が強磁性セクション１４０を通って流れる。強磁性セクション１４０がキュリー温度に到達すると、電流の大半が導電層１５２を通って流れる。ジャケット１５４（４１０ステンレス鋼）の強磁性特性によってジャケットの外部へ流れる電流が抑制され、また、電流が「保持」される。また、温度制限加熱器に強度を提供する厚さをジャケット１５４に持たせることも可能である。
【００８９】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、強磁性内部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。内部導体１４４は、１インチスケジュールＸＸＳ  ４４６ステンレス鋼管である。いくつかの実施形態においては、内部導体１４４には、４０９ステンレス鋼、４１０ステンレス鋼、Ｉｎｖａｒ３６、合金４２−６、合金５２または他の強磁性体が含まれている。内部導体１４４の直径は２．５ｃｍである。電気絶縁体１４６は、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、重合体、Ｎｅｘｔｅｌセラミック繊維、マイカまたはガラス繊維である。外部導体１４８は、銅または他の任意の非強磁性体、たとえばアルミニウムなどである。外部導体１４８はジャケット１５４に結合されている。ジャケット１５４は、３０４Ｈステンレス鋼、３１６Ｈステンレス鋼または３４７Ｈステンレス鋼である。この実施形態においては、熱の大半が内部導体１４４内で生産される。
【００９０】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、強磁性内部導体および非強磁性コアを備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。内部導体１４４には、４４６ステンレス鋼、４０９ステンレス鋼、４１０ステンレス鋼または他の強磁性体が含まれている。コア１６８は、内部導体１４４の内部に緊密に結合されている。コア１６８は、銅または他の非強磁性体のロッドである。コア１６８は、くみ出し操作に先立って、緊密嵌合内側内部導体１４４として挿入される。いくつかの実施形態においては、コア１６８および内部導体１４４は、共有押出し成形結合されている。外部導体１４８は３４７Ｈステンレス鋼である。電気絶縁体１４６を圧縮するための延伸操作または圧延操作によって、内部導体１４４とコア１６８の間の良好な電気接触を保証することができる。この実施形態においては、キュリー温度に近づくまで、主として内部導体１４４内で熱が生産される。次いで、交流がコア１６８に浸入すると抵抗が急激に小さくなる。
【００９１】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。内部導体１４４は、ニッケルで被覆された銅である。電気絶縁体１４６は、窒化ケイ素、窒化ホウ素または酸化マグネシウムである。外部導体１４８は、１インチスケジュールＸＸＳ炭素鋼管である。この実施形態においては、主として外部導体１４８内で熱が生産されるため、電気絶縁体１４６の両端間の温度差が小さくなる。
【００９２】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、耐食性合金で被覆された強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。内部導体１４４は銅である。外部導体１４８は、１インチスケジュールＸＸＳ４４６ステンレス鋼管である。外部導体１４８はジャケット１５４に結合されている。ジャケット１５４は、耐食性材料（たとえば３４７Ｈステンレス鋼）でできている。ジャケット１５４は、ドリルホール内の腐蝕性流体（たとえば硫化ガスおよび肌焼ガス）からの保護を提供している。主として外部導体１４８内で熱が生産されるため、電気絶縁体１４６の両端間の温度差が小さくなる。
【００９３】
図２０Ａおよび図２０Ｂは、強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。外部導体は、導電層および耐食性合金で被覆されている。内部導体１４４は銅である。電気絶縁体１４６は、窒化ケイ素、窒化ホウ素または酸化マグネシウムである。外部導体１４８は、１インチスケジュール８０  ４４６ステンレス鋼管である。外部導体１４８はジャケット１５４に結合されている。ジャケット１５４は、耐食性材料でできている。一実施形態においては、導電層１５２は、外部導体１４８とジャケット１５４の間に配置されている。導電層１５２は銅の層である。主として外部導体１４８内で熱が生産されるため、電気絶縁体１４６の両端間の温度差が小さくなる。導電層１５２を使用することにより、外部導体がキュリー温度に近づくと、外部導体１４８の抵抗を急激に小さくすることができる。ジャケット１５４は、ドリルホール内の腐蝕性流体からの保護を提供している。
【００９４】
いくつかの実施形態においては、導体（たとえば内部導体、外部導体または強磁性導体）は、複数の異なる物質を含有した複合導体である。特定の実施形態においては、複合導体には複数の強磁性体が含まれている。いくつかの実施形態においては、複合強磁性導体には、放射状に配置された複数の物質が含まれている。特定の実施形態においては、複合導体は、強磁性導体および非強磁性導体を備えている。いくつかの実施形態においては、複合導体は、非強磁性コアの上に配置された強磁性導体を備えている。複数の物質を使用して、キュリー温度未満の温度領域で比較的平らな電気抵抗対温度プロファイルを得ることができ、および／またはキュリー温度またはキュリー温度に近い温度で電気抵抗率の急激な減少（大きなターンダウン比率の減少）を得ることができる。いくつかの事例においては、複数の物質を使用して、温度制限加熱器に複数のキュリー温度が提供される。
【００９５】
複合電気導体は、本明細書において説明されている任意の電気加熱器実施形態の導体として使用することができる。たとえば、複合導体は、コンダクタインコンジット加熱器または絶縁導体加熱器の導体として使用することができる。特定の実施形態においては、支持導体などの支持部材に複合導体を結合することができる。キュリー温度またはキュリー温度に近い温度における強度を複合導体に依存することがないよう、支持部材を使用して複合導体を支持することができる。支持部材は、少なくとも１００ｍの長さの加熱器に使用することができる。支持部材は、良好な高温クリープ強さを有する非強磁性部材であってもよい。支持部材に使用される材料の例には、それらに限定されないが、Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）６２５合金およびＨａｙｎｅｓ（登録商標）ＨＲ１２０（登録商標）合金（Ｈａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｋｏｋｏｍｏ、ＩＮ）、ＮＦ７０９、Ｉｎｃｏｌｏｙ（登録商標）８００Ｈ合金および３４７Ｈ合金（Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ  Ｌｕｄｌｕｍ  Ｃｏｒｐ．、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ、ＰＡ）がある。いくつかの実施形態においては、複合導体の材料は、互いにおよび／または支持部材に直接結合されている（たとえばろう付け、冶金結合またはスウェージ結合されている）。支持部材を使用することにより、とりわけキュリー温度またはキュリー温度に近い温度で温度制限加熱器を支持する必要性から強磁性部材を解放することができる。したがって強磁性体の選択により柔軟性のある温度制限加熱器の設計が可能になる。
【００９６】
図２１は、支持部材を備えた複合導体の一実施形態の断面図を示したものである。コア１６８は、強磁性導体１６６および支持部材１７２によって取り囲まれている。いくつかの実施形態においては、コア１６８、強磁性導体１６６および支持部材１７２は直接結合されている（たとえばまとめてろう付けされ、またはまとめて冶金結合されている）。一実施形態においては、コア１６８は銅であり、強磁性導体１６６は４４６ステンレス鋼であり、支持部材１７２は３４７Ｈ合金である。特定の実施形態においては、支持部材１７２はスケジュール８０管である。支持部材１７２は、強磁性導体１６６およびコア１６８を有する複合導体を取り囲んでいる。強磁性導体１６６とコア１６８は結合されており、たとえば共有押出し成形プロセスによって複合導体を形成している。たとえば複合導体は、直径０．９５ｃｍの銅コアを取り囲んでいる外径１．９ｃｍの４４６ステンレス鋼強磁性導体である。１．９ｃｍスケジュール８０支持部材の内側のこの複合導体は、１．７のターンダウン比率をもたらしている。
【００９７】
特定の実施形態においては、コア１６８の直径が強磁性導体１６６の一定の外径に対して調整され、それにより温度制限加熱器のターンダウン比率が調整される。たとえばコア１６８の直径は、強磁性導体１６６の外径を１．９ｃｍに維持しつつ１．１４ｃｍまで大きくすることができ、それにより温度制限加熱器のターンダウン比率を２．２まで大きくすることができる。
【００９８】
いくつかの実施形態においては、複合導体の導体（たとえばコア１６８および強磁性導体１６６）は、支持部材１７２によって分離されている。図２２は、導体を分離している支持部材１７２を備えた複合導体の一実施形態の断面図を示したものである。一実施形態においては、コア１６８は、直径０．９５ｃｍの銅であり、支持部材１７２は、外径１．９ｃｍの３４７Ｈ合金であり、強磁性導体１６６は、外径２．７ｃｍの４４６ステンレス鋼である。このような導体によって少なくとも３のターンダウン比率が得られる。図２２に示す支持部材は、図２１、２３および２４に示す他の支持部材と比較すると、より大きいクリープ強さを有している。
【００９９】
特定の実施形態においては、支持部材１７２は、複合導体の内側に配置されている。図２３は、支持部材１７２を取り囲んでいる複合導体の一実施形態の断面図を示したものである。支持部材１７２は３４７Ｈ合金でできている。内部導体１４４は銅である。強磁性導体１６６は４４６ステンレス鋼である。一実施形態においては、支持部材１７２は、直径１．２５ｃｍの３４７Ｈ合金であり、内部導体１４４は、外径１．９ｃｍの銅であり、強磁性導体１６６は、外径２．７ｃｍの４４６ステンレス鋼である。このような導体によって、図２１、２２および２４に示す同じ外径の実施形態のターンダウン比率より大きい３を超えるターンダウン比率が得られる。
【０１００】
いくつかの実施形態においては、銅である内部導体１４４の厚さは、ターンダウン比率を小さくするために薄くなっている。たとえば、内部導体１４４の外径を１．９ｃｍに維持したまま支持部材１７２の直径を１．６ｃｍまで大きくすることによってコンジットの厚さが薄くなる。内部導体１４４の厚さをこのように薄くすることにより、より分厚い内部導体実施形態と比較すると、ターンダウン比率が小さくなる。しかしながら、少なくとも３のターンダウン比率が維持される。
【０１０１】
一実施形態においては、支持部材１７２は、内部導体１４４および強磁性導体１６６の内側のコンジット（すなわち管）である。図２４は、支持部材１７２を取り囲んでいる複合導体の一実施形態の断面図を示したものである。一実施形態においては、支持部材１７２は、中心の孔の直径が０．６３ｃｍの３４７Ｈ合金である。いくつかの実施形態においては、支持部材１７２は、プリフォームコンジットである。特定の実施形態においては、支持部材１７２は、複合導体を形成している間に支持部材の内側に溶解可能な物質（たとえば硝酸による溶解が可能な銅）を配置することによって形成される。溶解可能な物質が溶解し、導体がアセンブルされると孔が形成される。一実施形態においては、支持部材１７２は、内直０．６３ｃｍ、外径１．６ｃｍの３４７Ｈ合金であり、内部導体１４４は、外径１．８ｃｍの銅であり、強磁性導体１６６は、外径２．７ｃｍの４４６ステンレス鋼である。
【０１０２】
特定の実施形態においては、複合電気導体は、コンダクタインコンジット加熱器の導体として使用されている。たとえば図２５に示す導体１７４として複合電気導体を使用することができる。
【０１０３】
図２５は、コンダクタインコンジット加熱器の一実施形態の断面図を示したものである。導体１７４はコンジット１７６内に配置されている。導体１７４は、導電性物質のロッド又はコンジットである。低抵抗セクション１７８は、導体１７４の両端に存在しており、これらのセクションにおける加熱をより小さくしている。低抵抗セクション１７８は、低抵抗セクション１７８内の導体１７４の断面積をより広くすることによって形成されているか、または抵抗がより小さい物質でできている。特定の実施形態においては、低抵抗セクション１７８は、導体１７４に結合された低抵抗導体を備えている。
【０１０４】
コンジット１７６は、導電性物質でできている。コンジット１７６は、炭化水素層１８２中の開口１８０に配置されている。開口１８０は、コンジット１７６を収容することができる直径を有している。
【０１０５】
導体１７４は、セントラライザ１８４によってコンジット１７６内の中央に保持することができる。セントラライザ１８４は、導体１７４をコンジット１７６から電気的に分離している。セントラライザ１８４は移動を抑制し、導体１７４をコンジット１７６内に適切に配置している。セントラライザ１８４は、セラミック物質またはセラミック物質と金属物質の組合せでできている。セントラライザ１８４は、コンジット１７６内における導体１７４の変形を抑制している。セントラライザ１８４は、導体１７４に沿って約０．１ｍ（メートル）と約３ｍまたはそれ以上の間の間隔で接触しているか、または間隔を隔てている。
【０１０６】
導体１７４の第２の低抵抗セクション１７８は、図２５に示すように導体１７４を井戸水頭１１２に結合することができる。電力ケーブル１８６から導体１７４の低抵抗セクション１７８を介して導体１７４に電流を印加することができる。電流は、導体１７４からスライドコネクタ１８８を介してコンジット１７６へ流れる。コンジット１７６は、電流を電力ケーブル１８６に戻すために、オーババーデンケーシング１９０および井戸水頭１１２から電気的に絶縁することができる。導体１７４およびコンジット１７６内で熱を生産することができる。生産された熱をコンジット１７６および開口１８０内で放射させ、炭化水素層１８２の少なくとも一部を加熱することができる。
【０１０７】
オーババーデンケーシング１９０は、オーババーデン１９２中に配置することができる。いくつかの実施形態においては、オーババーデンケーシング１９０は、オーババーデン１９２の加熱を抑制する物質（たとえば補強材および／またはセメント）で取り囲まれている。導体１７４の低抵抗セクション１７８は、オーババーデンケーシング１９０の中に配置することができる。導体１７４の低抵抗セクション１７８は、たとえば炭素鋼でできている。導体１７４の低抵抗セクション１７８は、セントラライザ１８４を使用してオーババーデンケーシング１９０内の中央に保持することができる。セントラライザ１８４は、導体１７４の低抵抗セクション１７８に沿って約６ｍないし約１２ｍの間隔、つまりたとえば約９ｍの間隔で配置されている。一加熱器実施形態においては、導体１７４の低抵抗セクション１７８は、１つ以上の溶接によって導体１７４に結合されている。他の加熱器実施形態においては、低抵抗セクションは導体にねじ止め、ねじ止めおよび溶接、または結合されている。低抵抗セクション１７８は、オーババーデンケーシング１９０内では、ほとんどおよび／または全く熱を生産しない。パッキング１９４は、オーババーデンケーシング１９０と開口１８０の間に配置することができる。パッキング１９４をキャップとしてオーババーデン１９２と炭化水素層１８２の接合部に使用することにより、オーババーデンケーシング１９０と開口１８０の間のアニュラスに物質を充填することができる。いくつかの実施形態においては、パッキング１９４は、開口１８０から地表１９６への流体の流れを抑制している。
【０１０８】
特定の実施形態においては、絶縁導体加熱器の導体として複合電気導体を使用することができる。図２６Ａおよび図２６Ｂは、絶縁導体加熱器の一実施形態を示したものである。絶縁導体２００は、コア１６８および内部導体１４４を備えている。コア１６８および内部導体１４４は複合電気導体である。コア１６８および内部導体１４４は、絶縁体１４６の内側に配置されている。コア１６８、内部導体１４４および絶縁体１４６は、外部導体１４８の内側に配置されている。絶縁体１４６は、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化マグネシウムまたは他の適切な電気絶縁体である。外部導体１４８は、銅、鋼または他の任意の電気導体である。
【０１０９】
いくつかの実施形態においては、図２７Ａおよび図２７Ｂに示すように、外部導体１４８の外側にジャケット１５４が配置されている。いくつかの実施形態においては、ジャケット１５４は３０４ステンレス鋼であり、外部導体１４８は銅である。ジャケット１５４は、絶縁導体加熱器に耐食性を提供している。いくつかの実施形態においては、ジャケット１５４および外部導体１４８は、絶縁体１４６の上に延伸された、絶縁導体２００を形成するためのプリフォーム条片である。
【０１１０】
特定の実施形態においては、絶縁導体２００は、絶縁導体に保護（たとえば腐蝕保護および劣化保護）を提供するコンジット内に配置されている。図２８においては、絶縁導体２００は、絶縁導体をコンジットから分離しているギャップ２０２を備えたコンジット１７６の内側に配置されている。
【０１１１】
強磁性導体によってキュリー温度未満における抵抗性熱出力の大半が提供される温度制限加熱器の場合、電流の大半が磁界（Ｈ）対磁気誘導（Ｂ）の関数が極めて非線形である物質（強磁性体）を通って流れる。これらの非線形関数は、強い誘導効果の原因になり、また、キュリー温度未満の温度で温度制限加熱器の力率が損失することになるひずみの原因になることがある。これらの効果によって温度制限加熱器の制御が困難になることがあり、また、余分な電流が地面および／またはオーババーデン電源導体を通って流れることになる。実施が高価および／または困難である場合、可変コンデンサまたは変調電源などの制御システムを使用してこれらの効果の補償を試行することができ、また、強磁性体を通って流れる電流によって抵抗性熱出力の大半が提供される温度制限加熱器の制御を試行することができる。
【０１１２】
特定の温度制限加熱器実施形態においては、電流の流れの大半が強磁性導体によって、強磁性導体のキュリー温度未満の温度またはキュリー温度に近い温度の強磁性導体に結合された外部電気導体（たとえばシース、ジャケット、支持部材、耐食性部材または他の電気抵抗性部材）に制限される。いくつかの実施形態においては、電流の流れの大半が強磁性導体によって他の電気導体（たとえば内部導体または中間導体（層と層の間の電気導体））に制限される。強磁性導体は、電流の流れの大半が強磁性導体のキュリー温度またはキュリー温度未満の強磁性導体の磁気特性によって外部電気導体に制限されるよう、温度制限加熱器の断面内に配置されている。強磁性導体の表皮効果によって電流の流れの大半が外部電気導体に制限される。したがって、温度制限加熱器の動作範囲のほぼ全体にわたって、大半の電流が実質的に線形抵抗特性を有する物質（たとえば外部電気導体）を通って流れる。強磁性導体の強磁性特性はキュリー温度を超えると消失するため、誘導効果および／またはひずみが著しく抑制されるか、または除去される。強磁性導体および外部電気導体は、温度制限加熱器の断面内に配置されているため、表皮効果によって電流の浸入度が強磁性体の外部電気導体および強磁性導体のキュリー温度未満の温度の強磁性導体に制限される。したがって強磁性導体のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度までの間、外部電気導体によって温度制限加熱器の電気抵抗性熱出力の大半が提供される。
【０１１３】
電流の大半がキュリー温度未満の外部電気導体を通って流れるため、温度制限加熱器は、外部電気導体の物質の抵抗対温度プロファイルを少なくとも部分的に反映している抵抗対温度プロファイルを有している。したがって、外部電気導体の物質が線形の抵抗対温度プロファイルを有している場合、温度制限加熱器の抵抗対温度プロファイルは、強磁性導体のキュリー温度未満では実質的に線形である。特定の実施形態においては、外部電気導体の物質は、温度制限加熱器が強磁性導体のキュリー温度未満で所望の抵抗対温度プロファイルを有するように選択される。
【０１１４】
温度制限加熱器の温度が強磁性導体のキュリー温度に近づくかまたはキュリー温度を超えると、強磁性導体の強磁性特性のリダクションによって温度制限加熱器の導電断面のより広い部分を通って電流が流れる。したがって温度制限加熱器の電気抵抗が小さくなり、温度制限加熱器は、強磁性導体のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度では、提供する熱出力が自動的に小さくなる。特定の実施形態においては、導電性の高い部材（たとえば内部導体、コアまたは他のたとえば銅またはアルミニウムの導電性部材）は、強磁性導体および外部電気導体に結合されており、強磁性導体のキュリー温度またはキュリー温度を超える温度制限加熱器の電気抵抗を小さくしている。
【０１１５】
電流の流れの大半をキュリー温度未満の温度の外部電気導体に制限する強磁性導体には、キュリー温度またはキュリー温度に近い温度までの間、強磁性導体を使用して抵抗性熱出力の大半を提供している温度制限加熱器の強磁性導体と比較すると、比較的微小な断面を持たせることができる。キュリー温度未満では外部導体を使用して抵抗性熱出力の大半を提供している温度制限加熱器は、キュリー温度未満では強磁性体によって抵抗性熱出力の大半が提供される温度制限加熱器と比較すると、強磁性導体を通って流れる電流が小さいため、キュリー温度未満の温度では小さい磁気インダクタンスを有している。半径（ｒ）における磁界（Ｈ）は、強磁性導体およびコアを通って流れる電流（Ｉ）を強磁性導体の半径（ｒ）で割った値に比例している。
【０１１６】
（３）Ｈ∝Ｉ／ｒ
キュリー温度未満では外部導体を使用して抵抗性熱出力の大半を提供している温度制限加熱器の場合、強磁性導体を通って流れる電流はごく一部にすぎないため、温度制限加熱器の磁界は、電流の大半が強磁性体を通って流れる温度制限加熱器の磁界より著しく小さくなる。より小さい磁界では、比透磁率（μ）がより大きくなる。
【０１１７】
強磁性導体の表皮作用の深さ（δ）は、比透磁率（μ）の平方根に反比例する。
【０１１８】
（４）δ∝（１／μ）１／２
比透磁率（μ）が大きくなると、強磁性導体の表皮作用の深さが浅くなる。しかしながら、温度がキュリー温度未満の場合、強磁性導体を通って流れる電流はごく一部にすぎないため、比透磁率が大きい強磁性体の場合、強磁性導体の半径（すなわち厚さ）を小さくして浅くなった表皮作用の深さを補償し、一方では、依然として、表皮効果によって電流の浸入度を強磁性導体のキュリー温度未満の温度の外部電気導体に制限することができる。強磁性導体の半径（厚さ）は、強磁性導体の比透磁率に応じて、０．３ｍｍと８ｍｍの間、０．３ｍｍと２ｍｍの間、または２ｍｍと４ｍｍの間にすることができる。強磁性導体の比透磁率が大きくなると、ターンダウン比率がより大きくなり、強磁性導体のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度の温度制限加熱器の電気抵抗がより急激に小さくなる。
【０１１９】
比透磁率が大きい（たとえば少なくとも２００、少なくとも１０００、少なくとも１×１０４または少なくとも１×１０５）および／またはキュリー温度が高い（たとえば少なくとも６００℃、少なくとも７００℃または少なくとも８００℃）強磁性体（鉄、鉄−コバルト合金または低不純物炭素鋼など）は、高温で耐食性が小さくなり、および／または機械強度が小さくなる傾向がある。外部電気導体は、温度制限加熱器に高温における耐食性および／または高機械強度を提供することができる。
【０１２０】
電流の流れの大半を強磁性導体のキュリー温度未満の外部電気導体に制限することによって力率の変化が小さくなる。キュリー温度未満の強磁性導体を通って流れる電流はごく一部にすぎないため、強磁性導体の非線形強磁性特性は、キュリー温度またはキュリー温度に近い温度を除き、温度制限加熱器の力率にはほとんど影響しないか、または全く影響しない。キュリー温度またはキュリー温度に近い温度であっても、強磁性導体がキュリー温度未満における抵抗性熱出力の大半を提供している温度制限加熱器と比較すると、力率に対する影響が抑制される。したがって、温度制限加熱器の誘導負荷の変化を調整して比較的大きい力率を維持するための外部補償（たとえば可変コンデンサまたは波形変調）の必要性が減少するかまたは除去される。
【０１２１】
特定の実施形態においては、電流の流れの大半を強磁性導体のキュリー温度未満の外部電気導体に制限している温度制限加熱器は、温度制限加熱器を使用している間、０．８５を超える力率、０．９を超える力率または０．９５を超える力率を維持する。力率のリダクションは、すべて温度制限加熱器のキュリー温度に近い温度のセクションでのみ生じる。通常、使用中における温度制限加熱器のほとんどのセクションは、キュリー温度またはキュリー温度に近い温度ではなく、また、これらのセクションは、１．０に近い大きい力率を有している。したがって温度制限加熱器全体の力率は、温度制限加熱器のいくつかのセクションが０．８５未満の力率を有している場合であっても、温度制限加熱器を使用している間、０．８５を超える力率、０．９を超える力率または０．９５を超える力率が維持される。
【０１２２】
導電性の高い部材すなわち内部導体は、温度制限加熱器のターンダウン比率を大きくしている。特定の実施形態においては、導電性の高い部材の厚さを分厚くすることによって温度制限加熱器のターンダウン比率を大きくしている。いくつかの実施形態においては、外部電気導体の外径を小さくすることによって温度制限加熱器のターンダウン比率を大きくしている。特定の実施形態においては、温度制限加熱器のターンダウン比率は、２と１０の間、３と８の間、または４と６の間である（たとえばターンダウン比率は、少なくとも２、少なくとも３または少なくとも４である）。
【０１２３】
図２９は、支持部材が強磁性導体のキュリー温度未満における熱出力の大半を提供している温度制限加熱器の一実施形態を示したものである。コア１６８は、温度制限加熱器の内部導体である。特定の実施形態においては、コア１６８は、銅またはアルミニウムなどの高度に導電性の物質である。強磁性導体１６６は、支持部材１７２とコア１６８の間の薄い強磁性体の層である。特定の実施形態においては、強磁性導体１６６は、鉄または鉄の合金である。いくつかの実施形態においては、強磁性導体１６６には、比透磁率の大きい強磁性体が含まれている。たとえば、強磁性導体１６６は、アームコインゴット鉄（Ａｒｍｃｏ、Ｂｒａｚｉｌ）などの精製鉄であってもよい。若干の不純物を含有した鉄は、通常、４００程度の比透磁率を有している。１４５０℃の水素ガス（Ｈ２）中における焼きなましによる鉄の精製によって、１×１０５程度の値まで鉄の比透磁率が大きくなる。強磁性導体１６６の比透磁率を大きくすることにより、強磁性導体の厚さを薄くすることができる。たとえば非精製鉄の厚さは約４．５ｍｍであるが、精製鉄の厚さは約０．７６ｍｍである。
【０１２４】
特定の実施形態においては、支持部材１７２が強磁性導体１６６および温度制限加熱器を支持している。支持部材１７２は、強磁性導体１６６のキュリー温度に近い温度またはキュリー温度を超える温度で良好な機械強度を提供する物質を使用して構築することができる。特定の実施形態においては、支持部材１７２は耐食性部材である。支持部材１７２は、強磁性導体１６６の支持と耐食性の両方を提供することができる。支持部材１７２は、強磁性導体１６６のキュリー温度までの温度、および／またはキュリー温度を超える温度まで電気抵抗性熱出力を提供する物質でできている。
【０１２５】
一実施形態においては、支持部材１７２は３４７Ｈステンレス鋼である。いくつかの実施形態においては、支持部材１７２は、導電性で良好な機械強度を有する耐食性の他の物質である。たとえば支持部材１７２は、３０４Ｈ、３１６Ｈ、３４７ＨＨ、ＮＦ７０９、Ｉｎｃｏｌｏｙ（登録商標）８００Ｈ合金（Ｉｎｃｏ  Ａｌｌｏｙｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ、Ｗｅｓｔ  Ｖｉｒｇｉｎｉａ）、Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）ＨＲ１２０（登録商標）合金、またはＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）６１７合金であってもよい。いくつかの実施形態においては、支持部材１７２は、温度制限加熱器の一部に異なる合金を含有している。たとえば支持部材１７２の下部部分を３４７Ｈステンレス鋼にすることができ、支持部材の上部部分はＮＦ７０９である。特定の実施形態においては、温度制限加熱器の所望の加熱特性を維持しつつ支持部材の機械強度を大きくするために、支持部材の異なる部分に異なる合金が使用されている。
【０１２６】
図２９に示す実施形態においては、強磁性導体１６６、支持部材１７２およびコア１６８は、温度が強磁性導体のキュリー温度未満である場合に、電流の流れの大半の浸入度が強磁性導体の表皮作用の深さによって支持部材に制限されるように寸法化されている。したがって支持部材１７２は、強磁性導体１６６のキュリー温度までの温度、またはキュリー温度に近い温度まで温度制限加熱器の電気抵抗性熱出力の大半を提供している。特定の実施形態においては、図２９に示す温度制限加熱器は、電気抵抗性熱出力の大半を提供するために支持部材１７２を使用していない他の温度制限加熱器より小型である（たとえば外径が３ｃｍ、２．９ｃｍ、２．５ｃｍまたは２．５ｃｍ未満である）。図２９に示す温度制限加熱器は、抵抗性熱出力の大半が強磁性導体によって提供される温度制限加熱器に必要な強磁性導体のサイズと比較すると強磁性導体１６６が薄いため、より小型にすることができる。
【０１２７】
いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器の支持部材および耐食性部材は異なる部材である。図３０および３１は、ジャケットが強磁性導体のキュリー温度未満における熱出力の大半を提供している温度制限加熱器の実施形態を示したものである。ジャケット１５４は耐食性部材である。ジャケット１５４、強磁性導体１６６、支持部材１７２およびコア１６８（図３０の場合）または内部導体１４４（図３１の場合）は、電流の流れの大半の浸入度が強磁性導体の表皮作用の深さによってジャケットの厚さに制限されるように寸法化されている。特定の実施形態においては、ジャケット１５４は耐食性の金属であり、強磁性導体１６６のキュリー温度未満における電気抵抗性熱出力を提供している。たとえばジャケット１５４は、８２５ステンレス鋼、４４６ステンレス鋼または３４７Ｈステンレス鋼である。いくつかの実施形態においては、ジャケット１５４は薄い厚さを有している（たとえば０．５ｍｍ程度の厚さである）。
【０１２８】
図３０においては、コア１６８は、銅またはアルミニウムなどの高度に導電性の物質である。支持部材１７２は、３４７Ｈステンレス鋼または強磁性導体１６６のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度における機械強度が良好な他の物質である。
【０１２９】
図３１においては、支持部材１７２は、温度制限加熱器のコアであり、３４７Ｈステンレス鋼または強磁性導体１６６のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度における機械強度が良好な他の物質である。内部導体１４４は、銅またはアルミニウムなどの高度に導電性の物質である。
【０１３０】
いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器を使用して、（たとえば生産井戸内の流体を加熱するため、地表パイプラインを加熱するため、またはドリルホール内または近ドリルホール領域の流体の粘性を小さくするための）より微小な温度加熱が達成されている。温度制限加熱器の強磁性体を変更することにより、より微小な温度加熱が可能になる。いくつかの実施形態においては、強磁性導体は、キュリー温度が４４６ステンレス鋼のキュリー温度より低い物質でできている。たとえば強磁性導体は、鉄とニッケルの合金であってもよい。この合金には、３０重量％と４２重量％の間のニッケルを持たせ、残りを鉄にすることができる。一実施形態においては、この合金はＩｎｖａｒ３６である。Ｉｎｖａｒ３６は、３６重量％のニッケルと残りが鉄の合金であり、キュリー温度は２７７℃である。いくつかの実施形態においては、合金は、たとえばクロム、ニッケルおよび鉄を含有した３つの成分の合金である。たとえば６重量％のクロム、４２重量％のニッケルおよび５２重量％の鉄を合金に持たせることができる。強磁性導体は、１メートル当たり２５０ワットと１メートル当たり３５０ワットの間の熱出力を提供するタイプの合金でできている。Ｉｎｖａｒ３６の直径２．５ｃｍのロッドは、キュリー温度で約２ないし１のターンダウン比率を有している。Ｉｎｖａｒ３６合金を銅のコアの上に配置することによって、より直径の小さいロッドにすることができる。銅のコアによって大きいターンダウン比率が得られる。
【０１３１】
温度制限加熱器が銅のコアまたは銅のクラッドを備えている場合、ニッケルなどの比較的耐拡散性の層で銅を保護することができる。いくつかの実施形態においては、複合内部導体は、銅のコアの上にニッケルのクラッドを備え、ニッケルのクラッドの上に鉄のクラッドを備えている。比較的耐拡散性の層によって、たとえば絶縁層を含む温度制限加熱器の他の層への銅の移動が抑制される。いくつかの実施形態においては、温度制限加熱器をドリルホールに設置している間、比較的不浸透の層によって、ドリルホール内における銅の堆積が抑制される。
【０１３２】
温度制限加熱器は、単相加熱器であっても三相加熱器であってもよい。三相加熱器実施形態においては、温度制限加熱器は、デルタ構成またはＹ構成を有している。三相加熱器の３つの強磁性導体の各々は、内側が個別のシースであってもよい。導体と導体の間は、接合部分の内側の温度制限加熱器の底で接続することができる。３つの導体は、接合部分の内側のシースから絶縁された状態を維持することができる。
【０１３３】
いくつかの三相加熱器実施形態においては、共通外部金属シースの内側の絶縁材によって３つの強磁性導体が分離されている。３つの導体は、シースから絶縁することができ、または３つの導体は、温度制限加熱器アセンブリの底でシースに接続することができる。他の実施形態においては、１つの外部シースまたは３つの外部シースが強磁性導体であり、内部導体は非強磁性であってもよい（たとえばアルミニウム、銅または導電性の高い合金）。別法としては、３つの非強磁性導体の各々が個別の強磁性シースの内側であり、導体と導体の間は、接合部分の内側の温度制限加熱器の底で接続される。３つの導体は、接合部分の内側のシースから絶縁された状態を維持することができる。
【０１３４】
いくつかの実施形態においては、三相加熱器は、個別のドリルホールに配置された３つの脚を備えている。脚は、共通接触セクション（たとえば中央ドリルホール、接続ドリルホールまたは溶液充填接続セクション）で結合することができる。
【０１３５】
一実施形態においては、温度制限加熱器は、中空コアまたは中空内部導体を備えている。温度制限加熱器を形成している層は穴を穿つことが可能であり、それにより流体（たとえば累層流体または水）をドリルホールから中空コアへ流入させることができる。中空コア内の流体は、中空コアを通して地表へ輸送することができる（たとえばポンプで汲み出すことができ、またはガスで揚送することができる）。いくつかの実施形態においては、加熱器／生産井戸または生産井戸として、中空コアまたは中空内部導体を備えた温度制限加熱器が使用されている。中空内部導体を通して蒸気などの流体を累層に注入することができる。
【実施例】
【０１３６】
以下、温度制限加熱器の非限定の実施例および温度制限加熱器の特性について説明する。
【０１３７】
６フィートの温度制限加熱器エレメントが６フィートの３４７Ｈステンレス鋼キャニスタの中に配置された。温度制限加熱器エレメントは、直列構成でキャニスタに接続された。温度制限加熱器エレメントおよびキャニスタは、オーブンの中に配置された。オーブンを使用して温度制限加熱器エレメントおよびキャニスタが加熱された。一連の電流が様々な温度の温度制限加熱器エレメントに印加され、キャニスタを介して戻された。温度制限加熱器エレメントの抵抗および温度制限加熱器エレメントの力率が、電流が流れている間の測定から決定された。
【０１３８】
図３２は、銅コア、炭素鋼強磁性導体および３４７Ｈステンレス鋼支持部材を備えた温度制限加熱器のいくつかの電流に対する実験測定抵抗対温度を示したものである。強磁性導体は、キュリー温度が７７０℃の低炭素炭素鋼である。強磁性導体は、銅コアと３４７Ｈ支持部材の間に挟まれている。銅コアの直径は０．５インチである。強磁性導体の外径は０．７６５インチである。支持部材の外径は１．０５インチである。キャニスタは、３インチスケジュール１６０  ３４７Ｈステンレス鋼キャニスタである。
【０１３９】
データ２０４は、３００Ａの６０ＨｚＡＣ印加電流に対する抵抗対温度を示したものである。データ２０６は、４００Ａの６０ＨｚＡＣ印加電流に対する抵抗対温度を示したものである。データ２０８は、５００Ａの６０ＨｚＡＣ印加電流に対する抵抗対温度を示したものである。曲線２１０は、１０ＡのＤＣ印加電流に対する抵抗対温度を示したものである。この抵抗対温度曲線は、強磁性導体のキュリー温度まで、またはキュリー温度の近くまで温度制限加熱器のＡＣ抵抗が直線的に大きくなることを示している。キュリー温度の近くでは、ＡＣ抵抗は、ＡＣ抵抗とキュリー温度を超える温度におけるＤＣ抵抗が等しくなるまで急激に小さくなる。キュリー温度未満の温度におけるＡＣ抵抗の線形依存性は、これらの温度における３４７ＨのＡＣ抵抗の線形依存性を少なくとも部分的に反映している。したがってキュリー温度未満の温度におけるＡＣ抵抗の線形依存性は、電流の大半がこれらの温度における３４７Ｈ支持部材を通って流れることを示している。
【０１４０】
図３３は、銅コア、コバルト−炭素鋼強磁性導体および３４７Ｈステンレス鋼支持部材を備えた温度制限加熱器のいくつかの電流に対する実験測定抵抗対温度を示したものである。コバルト−炭素鋼強磁性導体は、６重量％のコバルトを含有した、キュリー温度が８４３℃の炭素鋼導体である。強磁性導体は、銅コアと３４７Ｈ支持部材の間に挟まれている。銅コアの直径は０．４６５インチである。強磁性導体の外径は０．７６５インチである。支持部材の外径は１．０５インチである。キャニスタは、３インチスケジュール１６０  ３４７Ｈステンレス鋼キャニスタである。
【０１４１】
データ２１２は、１００Ａの６０ＨｚＡＣ印加電流に対する抵抗対温度を示したものである。データ２１４は、４００Ａの６０ＨｚＡＣ印加電流に対する抵抗対温度を示したものである。曲線２１６は、１０ＡのＤＣに対する抵抗対温度を示したものである。この温度制限加熱器のＡＣ抵抗は、前の温度制限加熱器より高い温度でターンダウンしている。これは、コバルトを添加することによって強磁性導体のキュリー温度が高くなったことによるものである。ＡＣ抵抗は、支持部材の寸法を有する３４７Ｈ鋼の管のＡＣ抵抗と実質的に同じである。これは、電流の大半がこれらの温度における３４７Ｈ支持部材を通って流れることを示している。図３３に示す抵抗曲線の形状は、概ね図３２に示す抵抗曲線の形状と同じである。
【０１４２】
図３４は、銅コア、コバルト−炭素鋼強磁性導体および３４７Ｈステンレス鋼支持部材を備えた温度制限加熱器の２つのＡＣ電流に対する実験測定力率対温度を示したものである。曲線２１８は、１００Ａの６０ＨｚＡＣ印加電流に対する力率対温度を示したものである。曲線２２０は、４００Ａの６０ＨｚＡＣ印加電流に対する力率対温度を示したものである。力率は、キュリー温度近辺の領域を除いてほぼ「１」である。キュリー温度近辺の領域においては、非線形磁気特性および強磁性導体を通って流れる電流のほとんどが温度制限加熱器に誘導効果およびひずみをもたらし、力率を小さくしている。図３４は、この温度制限加熱器が実験におけるすべての温度に対して０．８５を超える力率の最小値を維持していることを示している。地下累層を加熱するために使用される温度制限加熱器のうち、任意の所与の時間ポイントにおいてキュリー温度に達しているのはごく一部にすぎず、また、使用中にこれらの部分の力率が０．８５未満になることがないため、使用中における温度制限加熱器全体の力率は、０．８５を超える力率（たとえば０．９を超える力率または０．９５を超える力率）が維持される。
【０１４３】
銅コア、コバルト−炭素鋼強磁性導体および３４７Ｈステンレス鋼支持部材を備えた温度制限加熱器の実験データから、温度制限加熱器によって引き渡された最大出力を関数としたターンダウン比率が計算された。図３５は、これらの計算の結果を示したものである。図３５に示す曲線は、約２０００Ｗ／ｍまでの温度制限加熱器出力に対して２を超えるターンダウン比率が維持されることを示している。この曲線を使用して、熱出力を持続可能な方法で効果的に提供するための温度制限加熱器の能力が決定される。図３５に示す曲線に類似した曲線を有する温度制限加熱器は、温度制限加熱器の過熱または故障を抑制する温度制限特性を維持しつつ、十分な熱出力を提供することが可能である。
【０１４４】
図３６は、温度制限加熱器の温度（℃）対時間（ｈｒｓ）を示したものである。温度制限加熱器は、２．５ｃｍスケジュールＸＸＨ４１０ステンレス鋼管の内側の直径１．３ｃｍの銅ロッドおよび０．３２５ｃｍの銅シースを備えた長さ１．８３ｍの加熱器である。温度制限加熱器は、加熱するためにオーブンの中に配置された。温度制限加熱器がオーブンの中に配置されると、温度制限加熱器に交流が印加された。２時間にわたって電流が大きくなり、４００アンペアの比較的安定した値に到達すると、残りの時間の間、この値が維持された。温度制限加熱器の長さに沿った０．４６ｍ間隔の３つのポイントでステンレス鋼管の温度が測定された。曲線２４０は、オーブン内の、温度制限加熱器の引込み部分に最も近い０．４６ｍのポイントにおけるステンレス鋼管の温度を示したものである。曲線２４２は、温度制限加熱器の引込み部分から最も遠い、ステンレス鋼管の端部から０．４６ｍのポイントにおけるステンレス鋼管の温度を示したものである。曲線２４４は、温度制限加熱器の中心点付近におけるステンレス鋼管の温度を示したものである。温度制限加熱器の中心のポイントは、厚さ２．５ｃｍのＦｉｂｅｒｆｒａｘ（登録商標）（Ｕｎｉｆｒａｘ  Ｃｏｒｐ．、Ｎｉａｇａｒａ  Ｆａｌｌｓ、ＮＹ）絶縁材の０．３ｍのセクション内にさらに密閉されている。この絶縁材を使用して、温度制限加熱器の上に低熱伝導率セクション（周囲への熱の伝達が遅いかまたは熱の伝達が禁止されたセクション（「ホットスポット」））が生産された。曲線２４４、２４２および２４０で示すように、温度制限加熱器の温度は、時間と共に高くなっている。曲線２４４、２４２および２４０は、温度制限加熱器の長さに沿った３つのすべてのポイントで、ほぼ同じ値まで温度制限加熱器の温度が高くなっていることを示している。得られた温度は、付加されたＦｉｂｅｒｆｒａｘ（登録商標）絶縁材には実質的に無関係である。したがって温度制限加熱器の動作温度は、温度制限加熱器の長さに沿った３つの個々のポイントにおける熱負荷の相違（絶縁材による相違）にもかかわらず実質的に同じである。したがって温度制限加熱器は、低熱伝導率セクションの存在下においても、選択された温度限界を超えていない。
【０１４５】
図３７は、２．５ｃｍ固体４１０ステンレス鋼ロッドおよび２．５ｃｍ固体３０４ステンレス鋼ロッドの温度（℃）対対数時間（ｈｒｓ）データを示したものである。定印加ＡＣ電流では、ロッドの各々の温度は、時間と共に高くなる。曲線２４６は、絶縁層の下に、３０４ステンレス鋼ロッドの外部表面に配置された熱電対のデータを示したものである。曲線２４８は、絶縁層のない３０４ステンレス鋼ロッドの外部表面に配置された熱電対のデータを示したものである。曲線２５０は、絶縁層の下に、４１０ステンレス鋼ロッドの外部表面に配置された熱電対のデータを示したものである。曲線２５２は、絶縁層のない４１０ステンレス鋼ロッドの外部表面に配置された熱電対のデータを示したものである。これらの曲線の比較は、３０４ステンレス鋼ロッド（曲線２４６および２４８）の温度の方が４１０ステンレス鋼ロッド（曲線２５０および２５２）の温度よりも急激に高くなっていることを示している。また、３０４ステンレス鋼ロッド（曲線２４６および２４８）の温度は、４１０ステンレス鋼ロッド（曲線２５０および２５２）の温度より大きい値に到達している。４１０ステンレス鋼ロッドの非絶縁セクション（曲線２５２）と４１０ステンレス鋼ロッドの絶縁セクション（曲線２５０）の間の温度差は、３０４ステンレス鋼ロッドの非絶縁セクション（曲線２４８）と３０４ステンレス鋼ロッドの絶縁セクション（曲線２４６）の間の温度差より小さい。３０４ステンレス鋼ロッドの温度は、実験の終了時には依然として高くなっており（曲線２４６および２４８）、一方、４１０ステンレス鋼ロッドの温度は安定している（曲線２５０および２５２）。したがって熱負荷変化（絶縁材による変化）の存在下においては、４１０ステンレス鋼ロッド（温度制限加熱器）の方が３０４ステンレス鋼ロッド（非温度制限加熱器）より良好な温度制御を提供している。
【０１４６】
数値シミュレーション（Ｆｌｕｅｎｔ  ＵＳＡ（Ｌｅｂａｎｏｎ、ＮＨ）から入手することができるＦＬＵＥＮＴ）を使用して、温度制限加熱器の動作と３つのターンダウン比率が比較された。シミュレーションは、油母ケツ岩累層（Ｇｒｅｅｎ  Ｒｉｖｅｒ油母ケツ岩）中の加熱器に対して実施された。シミュレーション条件は、
−  長さ６１ｍのコンダクタインコンジットキュリー加熱器（中央導体（直径２．５４ｃｍ）、コンジット外径７．３ｃｍ）
−  油母ケツ岩累層に対するダウンホール加熱器試験現場品位プロファイル
−  直径１６．５ｃｍ（６．５インチ）のドリルホール（三角空間上のドリルホールとドリルホールの間の間隔は９．１４ｍ）
−  ８２０ワット／ｍの初期熱注入率まで２００時間の出力ランプアップ時間
−  ランプアップ後における定電流運転
−  加熱器のキュリー温度７２０．６℃
−  少なくとも０．１４Ｌ／ｋｇ（３５ガロン／トン）の油母ケツ岩品位に対して累層が膨張し、温度制限加熱器キャニスタと接触する
であった。
【０１４７】
図３８は、ターンダウン比率が２：１の温度制限加熱器の累層深度（ｍ）を関数としたコンダクタインコンジット加熱器の中央導体の温度（℃）を示したものである。曲線２５４〜２７６は、加熱を開始してから８日ないし加熱を開始してから６７５日に及ぶ様々な時間における累層中の温度プロファイルを示したものである（２５４：８日、２５６：５０日、２５８：９１日、２６０：１３３日、２６２：２１６日、２６４：３００日、２６６：３８３日、２６８：４６６日、２７０：５５０日、２７２：５９１日、２７４：６３３日、２７６：６７５日）。ターンダウン比率が２：１の場合、最も品位の高い油母ケツ岩層中で４６６日が経過すると７２０．６℃のキュリー温度を超えた。図３９は、ターンダウン比率が２：１の場合における累層を介した対応する加熱器熱流束（Ｗ／ｍ）を油母ケツ岩品位（ｌ／ｋｇ）プロファイル（曲線２７８）と共に示したものである。曲線２８０〜３１２は、加熱を開始してから８日ないし加熱を開始してから６３３日に及ぶ様々な時間における熱流束プロファイルを示したものである（２８０：８日、２８２：５０日、２８４：９１日、２８６：１３３日、２８８：１７５日、２９０：２１６日、２９２：２５８日、２９４：３００日、２９６：３４１日、２９８：３８３日、３００：４２５日、３０２：４６６日、３０４：５０８日、３０６：５５０日、３０８：５９１日、３１０：６３３日、３１２：６７５日）。ターンダウン比率が２：１の場合、中央導体の温度が最も品位の高い油母ケツ岩層中でキュリー温度を超えた。
【０１４８】
図４０は、ターンダウン比率が３：１の場合における累層深度（ｍ）を関数とした加熱器温度（℃）を示したものである。曲線３１４〜３３６は、加熱を開始してから１２日ないし加熱を開始してから７０３日に及ぶ様々な時間における累層を介した温度プロファイルを示したものである（３１４：１２日、３１６：３３日、３１８：６２日、３２０：１０２日、３２２：１４６日、３２４：２０５日、３２６：２７１日、３２８：３５４日、３３０：４６７日、３３２：６０５日、３３４：６６２日、３３６：７０３日）。ターンダウン比率が３：１の場合、７０３日が経過するとキュリー温度に近くなった。図４１は、ターンダウン比率が３：１の場合における累層を介した対応する加熱器熱流束（Ｗ／ｍ）を油母ケツ岩品位（ｌ／ｋｇ）プロファイル（曲線３３８）と共に示したものである。曲線３４０〜３６０は、加熱を開始してから１２日ないし加熱を開始してから６０５日に及ぶ様々な時間における熱流束プロファイルを示したものである（３４０：１２日、３４２：３２日、３４４：６２日、３４６：１０２日、３４８：１４６日、３５０：２０５日、３５２：２７１日、３５４：３５４日、３５６：４６７日、３５８：６０５日、３６０：７４９日）。ターンダウン比率が３：１の場合、中央導体の温度がキュリー温度を超えることはなかった。また、ターンダウン比率が３：１の場合、中央導体の温度は、比較的平らな温度プロファイルを示した。
【０１４９】
図４２は、ターンダウン比率が４：１の場合における累層深度（ｍ）を関数とした加熱器温度（℃）を示したものである。曲線３６２〜３８２は、加熱を開始してから１２日ないし加熱を開始してから４６７日に及ぶ様々な時間における累層を介した温度プロファイルを示したものである（３６２：１２日、３６４：３３日、３６６：６２日、３６８：１０２日、３７０：１４７日、３７２：２０５日、３７４：２７２日、３７６：３５４日、３７８：４６７日、３８０：６０６日、３８２：６７８日）。ターンダウン比率が４：１の場合、６７８日が経過してもキュリー温度を超えることはなかった。ターンダウン比率が４：１の場合、中央導体の温度がキュリー温度を超えることはなかった。ターンダウン比率が４：１の場合、中央導体は、ターンダウン比率が３：１の場合の温度プロファイルより幾分か平らな温度プロファイルを示した。これらのシミュレーションは、温度制限加熱器の温度がより長い時間の間、より大きいターンダウン比率でキュリー温度またはキュリー温度未満の温度を維持することを示している。この油母ケツ岩品位プロファイルの場合、ターンダウン比率は少なくとも３：１であることが望ましい。
【０１５０】
シミュレーションは、油母ケツ岩累層中における温度制限加熱器と非温度制限加熱器の用途を比較するために実行された。直径１６．５ｃｍ（６．５インチ）のドリルホールに配置されたコンダクタインコンジット加熱器（加熱器と加熱器の間の間隔は１２．２ｍ（４０フィート））、累層シミュレータ（たとえばＣｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ，ＬＴＤ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ、ＴＸ）製のＳＴＡＲＳ）、および近ドリルホールシミュレータ（たとえばＡＢＡＱＵＳ，Ｉｎｃ．（Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅ、ＲＩ）製のＡＢＡＱＵＳ）のためのシミュレーションデータが作成された。標準のコンダクタインコンジット加熱器は、３０４ステンレス鋼導体およびコンジットを備えている。温度制限コンダクタインコンジット加熱器は、導体およびコンジットのための、キュリー温度が７６０℃の金属を備えている。図４３〜４５は、シミュレーションの結果を示したものである。
【０１５１】
図４３は、２０，０００時間の運転後のシミュレーションのための、コンダクタインコンジット加熱器の導体部分の加熱器温度（℃）対累層中の温度制限加熱器の深さ（ｍ）を示したものである。加熱器の出力は、７６０℃に到達するまで８２０ワット／メートルに設定され、７６０℃に到達すると、過熱を禁止するために出力が抑制された。曲線３８４は、標準のコンダクタインコンジット加熱器の導体温度を示したものである。曲線３８４は、導体の温度変化が大きいこと、および導体の長さに沿って極めて多数のホットスポットが展開していることを示している。導体の温度の最小値は４９０℃であった。曲線３８６は、温度制限コンダクタインコンジット加熱器の導体温度を示したものである。図４３に示すように、導体の長さに沿った温度分布は、温度制限加熱器の方が標準のコンダクタインコンジット加熱器より制御されている。また、温度制限加熱器の場合、導体の動作温度は７３０℃であった。したがって温度制限加熱器を使用した同様の加熱器出力の場合、より多くの熱入力を累層に提供することができる。
【０１５２】
図４４は、油母ケツ岩を加熱するためのシミュレーションに使用された加熱器の加熱器熱流束（Ｗ／ｍ）対時間（ｙｒｓ）を示したものである。曲線３８８は、標準のコンダクタインコンジット加熱器の熱流束を示したものである。曲線３９０は、温度制限コンダクタインコンジット加熱器の熱流束を示したものである。図４４に示すように、温度制限加熱器の熱流束は、標準の加熱器の熱流束より長い時間期間にわたって大きい値に維持された。より大きい熱流束によってより一様に累層を加熱することができ、また、より速やかに累層を加熱することができる。
【０１５３】
図４５は、油母ケツ岩を加熱するためのシミュレーションに使用された加熱器の累積熱入力（ｋＪ／ｍ）（１メートル当たりのキロジュール）対時間（ｙｒｓ）を示したものである。曲線３９２は、標準のコンダクタインコンジット加熱器の累積熱入力を示したものである。曲線３９４は、温度制限コンダクタインコンジット加熱器の累積熱入力を示したものである。図４５に示すように、温度制限加熱器の累積熱入力は、標準の加熱器の累積熱入力より速く増加している。温度制限加熱器を使用してより速やかに累層中に熱を蓄積することにより、累層のレトルトに必要な時間を短くすることができる。油母ケツ岩累層のレトルトの着手は、約１．１×１０８ｋＪ／メートルの平均累積熱入力で開始することができる。温度制限加熱器の場合、約５年で累積熱入力のこの値に到達しており、標準の加熱器の場合、９年と１０年の間である。
【０１５４】
以上の説明から、当業者には、本発明の様々な態様の他の改変および代替実施形態が明らかである。したがって、以上の説明は、本発明を説明するためのものとしてのみ解釈すべきであり、以上の説明は、通常の方法における本発明の実践を当業者に教示することを目的としている。本明細書において示し、説明した本発明の形態は、現時点における好ましい実施形態として捕らえるべきであることを理解されたい。本発明の以上の説明を利用することができる当業者には明らかであるように、本明細書において例示し、説明した元素および物質にとって代わる元素および物質を使用することができ、部品およびプロセスは逆にすることが可能であり、本発明の特定の特徴は、それぞれ個別に利用することができる。本明細書において説明した元素は、特許請求の範囲に記載されている本発明の精神および範囲を逸脱することなく変更することができる。また、特定の実施形態においては、本明細書において個別に説明した特徴を組み合わせることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】累層中の炭化水素を加熱する段階を示すグラフである。
【図２】累層中の炭化水素を処理するためのインサイチュ変換システムの一部の一実施形態を示す略図である。
【図３】強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図４】強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図５】強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図６】シースの内部に配置された強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図７】シースの内部に配置された強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図８】シースの内部に配置された強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図９】シースの内部に配置された強磁性セクションおよび非強磁性セクションを有する外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１０】強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１１】強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１２】強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１３】外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１４】外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１５】外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１６Ａ】強磁性内部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１６Ｂ】強磁性内部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１７Ａ】強磁性内部導体および非強磁性コアを備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１７Ｂ】強磁性内部導体および非強磁性コアを備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１８Ａ】強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１８Ｂ】強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１９Ａ】耐食性合金で被覆された強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図１９Ｂ】耐食性合金で被覆された強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図２０Ａ】強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図２０Ｂ】強磁性外部導体を備えた温度制限加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図２１】支持部材を備えた複合導体の一実施形態を示す断面図である。
【図２２】導体を分離している支持部材を備えた複合導体の一実施形態を示す断面図である。
【図２３】支持部材を取り囲んでいる複合導体の一実施形態を示す断面図である。
【図２４】コンジット支持部材を取り囲んでいる複合導体の一実施形態を示す断面図である。
【図２５】コンダクタインコンジット加熱器の一実施形態を示す断面図である。
【図２６Ａ】絶縁導体加熱器の一実施形態を示す図である。
【図２６Ｂ】絶縁導体加熱器の一実施形態を示す図である。
【図２７Ａ】外部導体の外側に配置されたジャケットを備えた絶縁導体加熱器の一実施形態を示す図である。
【図２７Ｂ】外部導体の外側に配置されたジャケットを備えた絶縁導体加熱器の一実施形態を示す図である。
【図２８】コンジットの内部に配置された絶縁導体の一実施形態を示す図である。
【図２９】支持部材が強磁性導体のキュリー温度未満における熱出力の大半を提供している温度制限加熱器の一実施形態を示す図である。
【図３０】ジャケットが強磁性導体のキュリー温度未満における熱出力の大半を提供している温度制限加熱器の一実施形態を示す図である。
【図３１】ジャケットが強磁性導体のキュリー温度未満における熱出力の大半を提供している温度制限加熱器の一実施形態を示す図である。
【図３２】銅コア、炭素鋼強磁性導体およびステンレス鋼３４７Ｈステンレス鋼支持部材を備えた温度制限加熱器のいくつかの電流に対する実験測定抵抗対温度を示すグラフである。
【図３３】銅コア、コバルト−炭素鋼強磁性導体およびステンレス鋼３４７Ｈステンレス鋼支持部材を備えた温度制限加熱器のいくつかの電流に対する実験測定抵抗対温度を示すグラフである。
【図３４】銅コア、炭素鋼強磁性導体および３４７Ｈステンレス鋼支持部材を備えた温度制限加熱器の２つのＡＣ電流に対する実験測定力率対温度を示すグラフである。
【図３５】銅コア、炭素鋼強磁性導体および３４７Ｈステンレス鋼支持部材を備えた温度制限加熱器の実験測定ターンダウン比率対引き渡された最大出力を示すグラフである。
【図３６】温度制限加熱器の温度対時間を示すグラフである。
【図３７】２．５ｃｍ固体４１０ステンレス鋼ロッドおよび２．５ｃｍ固体３０４ステンレス鋼ロッドの温度対対数時間データを示すグラフである。
【図３８】ターンダウン比率が２：１の温度制限加熱器の累層深度を関数としたコンダクタインコンジット加熱器の中央導体の温度を示すグラフである。
【図３９】ターンダウン比率が２：１の場合における累層を介した加熱器熱流束を油母ケツ岩品位プロファイルと共に示すグラフである。
【図４０】ターンダウン比率が３：１の場合における累層深度を関数とした加熱器温度を示すグラフである。
【図４１】ターンダウン比率が３：１の場合における累層を介した加熱器熱流束を油母ケツ岩品位プロファイルと共に示すグラフである。
【図４２】ターンダウン比率が４：１の場合における累層深度を関数とした加熱器温度を示すグラフである。
【図４３】油母ケツ岩を加熱するためのシミュレーションに使用された加熱器の加熱器温度対深さを示すグラフである。
【図４４】油母ケツ岩を加熱するためのシミュレーションに使用された加熱器の加熱器熱流束対時間を示すグラフである。
【図４５】油母ケツ岩を加熱するためのシミュレーションにおける累積熱入力対時間を示すグラフである。
【図１】
2007535100.tif 000003
【図２】
2007535100.tif 000004
【図３】
2007535100.tif 000005
【図４】
2007535100.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007535100.tif 000008
【図７】
2007535100.tif 000009
【図８】
2007535100.tif 000010
【図９】
2007535100.tif 000011
【図１０】
2007535100.tif 000012
【図１１】
2007535100.tif 000013
【図１２】
2007535100.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
2007535100.tif 000029
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2007535100.tif 000032
【図２６Ａ】
2007535100.tif 000033
【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
2007535100.tif 000049
【図４１】
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【図４２】
2007535100.tif 000051
【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月23日(2006.2.23)
【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】
強磁性部材と、
前記強磁性部材に電気結合され、前記強磁性部材のキュリー温度未満で熱出力を提供するように構成され、２５℃で加熱器の電流の大部分を導通するように構成された電気導体とを備え、及び
前記加熱器がほぼ前記強磁性部材のキュリー温度およびそれ以上で減少した熱量を自動的に提供する加熱器。
【請求項２】
加熱器を使用している間、加熱器の力率が０．８５超、０．９超、または０．９５超を維持するように強磁性部材と電気導体が電気結合された、請求項１に記載の加熱器。
【請求項３】
加熱器が、強磁性部材に電気結合された第２の電気導体をさらに備えた、請求項１または２のいずれかに記載の加熱器。
【請求項４】
第２の電気導体が、導電率が強磁性部材および電気導体より大きい電気導体を備え、および／または前記第２の電気導体が、前記強磁性部材のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度の前記強磁性部材を支持するための機械強度を提供する、請求項３に記載の加熱器。
【請求項５】
電気導体および強磁性部材が同心である、請求項１から４のいずれかに記載の加熱器。
【請求項６】
電気導体が強磁性部材の少なくとも一部を取り囲んでいる、請求項１から５のいずれかに記載の加熱器。
【請求項７】
加熱器のターンダウン比率が少なくとも１．１、少なくとも２、少なくとも３または少なくとも４であり、前記ターンダウン比率が、キュリー温度を超える温度における最も小さいＡＣ抵抗または変調ＤＣ抵抗に対するキュリー温度未満の温度における最も大きいＡＣ抵抗または変調ＤＣ抵抗の比率である、請求項１から６のいずれかに記載の加熱器。
【請求項８】
強磁性部材が、前記強磁性部材のキュリー温度未満の温度で電気導体に流れる電流の大半が、前記強磁性部材によって生産される磁界によって制限されるように前記電気導体に電気結合された、請求項１から７のいずれかに記載の加熱器。
【請求項９】
電気導体が２５℃で加熱器の熱出力の大半を提供する、請求項１から８のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１０】
加熱器が、前記加熱器に電流が印加されると、（ａ）前記加熱器の温度が１００℃を超え、２００℃を超え、４００℃を超え、または５００℃を超え、あるいは６００℃を超え、また、選択された温度より低い場合、第１の熱出力を、（ｂ）前記加熱器の温度が前記強磁性部材のキュリー温度に到達し、また、キュリー温度を超えると、前記第１の熱出力より小さい第２の熱出力を、提供する、請求項１から９のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１１】
電気導体が、強磁性部材のキュリー温度またはキュリー温度に近い温度の前記強磁性部材を支持するための機械強度を提供する、請求項１から１０のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１２】
電気導体が耐食性物質である、請求項１から１１のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１３】
加熱器に最も近い熱負荷が１メートル当たり１ワット減少すると、前記加熱器が、動作温度を最大１．５℃高くまたは選択された動作温度に近い温度にする、請求項１から１２のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１４】
選択された温度を超えるか、または選択された温度に近くにおいて、加熱器が提供する熱の量が、前記選択された温度より５０℃低い温度における熱出力の最大１０％以下の熱の量に減少する、請求項１から１３のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１５】
加熱器の長さが少なくとも１００ｍ、少なくとも３００ｍ、少なくとも５００ｍまたは少なくとも１ｋｍである、請求項１から１４のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１６】
加熱器が地下累層中の開口に配置するように構成された、請求項１から１５のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１７】
加熱器が、地下累層に熱を提供するように構成されたシステムに使用される、請求項１から１５のいずれかに記載の加熱器。
【請求項１８】
加熱器が、
熱出力を提供するために前記加熱器に電流を印加するステップ、及び
前記加熱器から地下累層の一部へ熱を伝達させるステップ
を含む地下累層を加熱するための方法に使用される、請求項１から１５のいずれかに記載の加熱器。
【国際調査報告】
2007535100.tif 000055
2007535100.tif 000056
2007535100.tif 000057