(57)【要約】  １以上の処理領域を加熱するために循環システムを利用する現場熱処理プロセスのためのシステム及び方法が記載される。循環システムは、加熱された液体伝熱流体を層中の配管に通し該層に熱を伝えるようにしてもよい。特定の態様では、この配管を坑井のうち少なくとも２つの中に配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下の層から炭化水素を産出するための現場熱処理システムであって、
前記層中の複数の坑井；
前記坑井のうち少なくとも２つの中に配置された配管；
前記配管に連結された流体循環システム；及び
前記層の温度を前記層からの炭化水素の産出ができる温度に加熱するために前記流体循環システムにより前記配管を通って循環させる液体の伝熱流体を加熱するよう構成された熱供給源；
を備える現場熱処理システム。
【請求項２】
前記熱供給源が原子炉を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記熱供給源がガス燃焼炉を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記伝熱流体が溶融塩を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記伝熱流体が溶融金属を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記配管中に配置された１以上の電気ヒーターを更に備え、前記電気ヒーターが前記配管中の液体の伝熱流体の凝固を防止するのに必要な熱の少なくとも一部を初期に提供するよう構成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
更に１以上の導体が前記配管に結合され、前記導体が、前記配管中の液体伝熱流体の凝固を防止するのに必要な熱の少なくとも一部を初期に提供するために、前記配管に電気を流して前記配管を抵抗加熱するよう構成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記循環システムが溶融塩を地表に戻すよう構成されたガスリフトシステムを備える請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
地下の層を加熱する方法であって、
熱供給源との熱交換を用いて液体の伝熱流体を加熱する段階；
前記層から炭化水素を産出可能にするために、前記液体の伝熱流体を前記層中の配管に通して循環させて前記層の一部を加熱する段階；及び
前記層から炭化水素を産出する段階；
を含む方法。
【請求項１０】
前記熱供給源が原子炉を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記液体の伝熱流体が溶融塩を含む請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
ガスリフトシステムを用いて前記液体の伝熱流体を地表に戻す段階を更に含む請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
１以上の電気ヒーターを用いて前記配管中の溶融塩の凝固を防止するのに十分な温度に前記配管を加熱する段階を更に含む請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
１以上の電気ヒーターを用いて前記配管を加熱する段階が、前記配管に電流を流して前記配管を抵抗加熱することからなる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
１以上の電気ヒーターを用いて前記配管を加熱する段階が、前記配管の１以上の部分の中に絶縁導体ヒーターを配置し前記絶縁導体ヒーターを加熱して前記配管を加熱することからなる請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
地下の層を加熱する方法であって、
液体の伝熱流体を容器から熱交換器に送る段階；
前記液体の伝熱流体を第１の温度に加熱する段階；
前記液体の伝熱流体をヒーター領域に通して水溜めに流す段階であって、その際に熱が前記ヒーター領域から前記層中の処理領域に移動する段階；
前記液体の伝熱流体を前記水溜めから地表にガスリフトさせる段階；及び
前記液体の伝熱流体の少なくとも一部を前記容器に戻す段階；
を含む方法。
【請求項１７】
前記液体の伝熱流体が溶融塩を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記液体の伝熱流体をガスリフトさせるのに用いられる流体が二酸化炭素を含む請求項１６〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記液体の伝熱流体をガスリフトさせるのに用いられる流体がメタンを含む請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記液体の伝熱流体を前記水溜めから導管を通してガスリフトさせ、また、前記導管中の液体の伝熱流体の凝固を防止するために前記導管を加熱することを更に含む請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記熱交換器が１以上のガスバーナーを含む請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記熱交換器が原子炉により作られた高温の流れから熱を移動させるよう構成されたチューブ・イン・シェル型熱交換器からなる請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
１．発明の分野
一般に本発明は、炭化水素を含有した層など地下の様々な層から炭化水素、水素、及び／又は他の生成物を産出するための方法及びシステムに関する。特に、特定の態様は、現場変換プロセス中に層の一部を加熱するための閉ループ循環システムの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
地下の層から得られる炭化水素は、しばしばエネルギー資源、供給原料、及び消費者製品として用いられる。利用可能な炭化水素資源の枯渇の問題や、製造された炭化水素の品質全体の低下の問題から、利用可能な炭化水素資源について更に効率的な回収、処理及び／又は使用が開発されてきた。現場で炭化水素物質を地下の層から取り出すプロセスを用いてもよい。炭化水素物質を更に容易に地下の層から取り出すために、地下の層中の炭化水素物質の化学的及び／又は物理的な特性を変える必要があるかもしれない。化学的及び物理的な変化としては、取り出し可能な流体を生成する現場での反応、層中の炭化水素物質についての組成変化、溶解度の変化、密度変化、相変化、及び／又は粘性変化が挙げられる。限定するものではないが、流体は、気体、液体、乳濁液、懸濁液、及び／又は液体流に類似の流れ特性を有する固体粒子の流れとし得る。
【０００３】
ＦｏｗｌｅｒらのＷＯ／２００６／１１６０９６は、システムを通って循環させるガスからの熱伝達を用いて、且つ／又は循環させるガスが通る配管からの抵抗加熱によって層中の処理領域を加熱する方法及びシステムを開示する。この配管は強磁性体製でもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
配管を通してガスを循環させて処理領域を加熱する場合、処理領域を加熱するのに必要な体積のガスを収容するためには、相対的に大きな直径の配管が必要とされ得る。よって、処理領域を加熱するための循環システムを改善する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
一般に、ここに記載の態様は、液体伝熱流体を用いて配管に通し層中の１以上の処理領域を加熱することによって、例えば炭化水素を含有した層（以下「炭化水素含有層」ともいう）などの地下の種々の層から炭化水素、水素、及び／又は他の生成物を産出するシステム及び／又は方法に関する。
【０００６】
特定の態様では、地下の層から炭化水素を産出するための現場熱処理システムが、前記層中の複数の坑井；前記坑井のうち少なくとも２つの中に配置された配管；前記配管に連結された流体循環システム；及び前記層の温度を前記層からの炭化水素の産出を可能にする温度に加熱するために前記循環システムにより前記配管を通って循環させる液体の伝熱流体を加熱するよう構成された熱供給源；を備える。
【０００７】
特定の態様では、地下の層を加熱する方法が、熱供給源との熱交換を用いて液体の伝熱流体を加熱する段階；前記層から炭化水素を産出可能にするために、前記液体の伝熱流体を前記層中の配管に通して循環させて前記層の一部を加熱する段階；及び前記層から炭化水素を産出する段階；を含む。
【０００８】
特定の態様では、地下の層を加熱する方法が、液体の伝熱流体を容器から熱交換器に送る段階；前記液体の伝熱流体を第１の温度に加熱する段階；前記液体の伝熱流体をヒーター領域に通して水溜めに流す段階であって、その際に熱が前記ヒーター領域から前記層中の処理領域に移動する段階；前記液体の伝熱流体を前記水溜めから地表にガスリフトさせる段階；及び前記液体の伝熱流体の少なくとも一部を前記容器に戻す段階；を含む。
【０００９】
別の態様では、ここに記載の特定の態様に更なる特徴を追加してもよい。
【００１０】
以下の詳細な説明及び添付の図面を参照すれば、本発明の効果が当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】炭化水素を含有した層の加熱段階を示す。
【００１２】
【図２】炭化水素を含有した層を処理するための現場での変換システムの一部の態様の概略図である。
【００１３】
【図３】層の一部を加熱するための閉ループ循環システムの略図である。
【００１４】
【図４】閉ループ循環システムを用いて加熱する層の一部への坑井の入口及び出口の平面図である。
【００１５】
【図５】循環システムの配管と該配管内に配置された絶縁導体ヒーターの断面図である。
【００１６】
【図６】閉ループ循環システム及び／又は電気的な加熱を用いることができる層を加熱するためのシステムの１態様を示す側面図である。
【００１７】
【図７】ガスリフトを用いて伝熱流体を地表に戻すことにより層を加熱するシステムの１態様の略図である。
【００１８】
【図８】原子炉を用いる現場熱処理システムの１態様の略図である。
【００１９】
【図９】ペブルベッド炉を用いる現場熱処理システムの正面図である。
【００２０】
【図１０】ダウンホール式オキシダイザーアセンブリの１態様の略図である。
【００２１】
本発明は種々の変更を行ったり代替の形式をとったりできるが、例としてその特定の態様について図面に示し明細書において詳細に説明する。図面は縮尺どおりではないかもしれない。しかしながら、図面とその詳細な説明は本発明を開示した特定の形式に限定するものではなく、逆に本発明は添付の特許請求の範囲に記載の本発明の思想及び範囲内にあるすべての変更、等価物及び代替物を含むものであることに留意すべきである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
一般に以下の記載は、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。炭化水素生成物、水素、及びその他の生成物を得るために、これらの層を処理できる。
【００２３】
「交流（ＡＣ）」とは、実質的に正弦波状に方向を逆転する時間的に変動する電流をいう。ＡＣにより、強磁性導体において表皮効果の電気の流れが発生する。
【００２４】
「キュリー温度」は、その温度を超えると強磁性体がその強磁性特性のすべてを失う温度である。キュリー温度を超えてその強磁性特性のすべてを失うことに加えて、強磁性体は、増大する電流が強磁性体を流れるとその強磁性特性を失い始める。
【００２５】
「層(formation)」は１以上の炭化水素含有地層、１以上の非炭化水素地層、オーバーバーデン（overburden）、及び／又はアンダーバーデン（underburden）を含む。「オーバーバーデン」及び／又は「アンダーバーデン」は１以上の異なる種類の不浸透性物質を含む。例えば、オーバーバーデン及び／又はアンダーバーデンは岩石、頁岩、泥岩、又は湿性／緊密な炭酸塩を含み得る。現場での変換プロセスの特定の態様では、オーバーバーデン及び／又はアンダーバーデンは、相対的に不浸透性であり且つ現場での変換プロセス中に温度に影響されない炭化水素含有地層（１又は複数）を含むことができ、その結果、オーバーバーデン及び／又はアンダーバーデンの炭化水素含有地層の特性がかなり変化する。例えば、アンダーバーデンは頁岩又は泥岩を含んでもよいが、アンダーバーデンは現場での変換プロセス中に熱分解温度まで加熱することはできない。場合によっては、オーバーバーデン及び／又はアンダーバーデンはいくらか浸透性を有してもよい。
【００２６】
「層流体」とは層中に存在する流体をいい、熱分解流体、合成ガス、移動性の炭化水素、及び水（蒸気）を含み得る。層流体は非炭化水素流体だけでなく炭化水素流体も含み得る。「移動性流体」とは、層の熱処理の結果として流れることができる、炭化水素を含有した層中の流体をいう。「産出流体」とは、当該層から取り出された層流体をいう。
【００２７】
熱源は、実質的に伝導及び／又は放射による熱伝達によって層の少なくとも一部を加熱する任意のシステムである。例えば、熱源は、例えば導管中に配置された絶縁導体、細長部材、及び／又は導体などの電気ヒーターを含み得る。熱源はまた、層の外部又は内部で燃料を燃焼させることにより熱を発生するシステムを含み得る。これらのシステムは、地表バーナー、ダウンホールガスバーナー、分散型無炎燃焼器、及び分散型天然燃焼器とし得る。特定の態様では、１以上の熱源に供給される熱又は該熱源で発生される熱は、他のエネルギー源から供給し得る。この他のエネルギー源が層を直接加熱してもよいし、層を直接的又は間接的に加熱する媒体を移動させるためにそのエネルギーを用いてもよい。層を加熱する１以上の熱源は異なるエネルギー源を使用できることが分かる。よって、例えば、所与の層に対して、いくつかの熱源が電気抵抗ヒーターから熱を供給し、いくつかの熱源が燃焼から熱を供給し、いくつかの熱源が１以上のそ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、又はその他の再生可能なエネルギー源）から熱を供給できる。化学反応は、発熱反応（例えば酸化反応）を含み得る。熱源はまた、ヒーター井戸などの加熱場所に近接したゾーン及び／又は該加熱場所を包囲したゾーンに熱を供給するヒーターを含み得る。
【００２８】
「ヒーター」は、井戸又は坑井に近接した領域内で熱を発生するための任意のシステム又は熱源である。ヒーターは、限定するものではないが、電気ヒーター、バーナー、層中の物質若しくは該層から産出される物質と反応する燃焼器、及び／又はそれらの組み合わせとし得る。
【００２９】
一般に「炭化水素」は主に炭素原子と水素原子とから形成される分子として定義される。炭化水素は、限定するものではないが例えばハロゲン、金属元素、窒素、酸素、及び／又は硫黄など他の元素を含んでもよい。炭化水素は、限定するものではないが、ケロゲン、ビチューメン、焦性瀝青、オイル、天然鉱蝋、及びアスファルタイトとし得る。炭化水素は地中の鉱物マトリックス中又はそれに隣接して存在し得る。マトリックスとしては、限定するものではないが、堆積岩、砂、シリシライト(silicilytes)、炭酸塩、珪藻土、及びその他の多孔質媒体が挙げられる。「炭化水素流体」は、炭化水素を含んだ流体である。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の非炭化水素流体を含むか、そのような非炭化水素流体を伴うか、又はそのような非炭化水素流体中に混入させ得る。
【００３０】
「現場での変換プロセス」とは、熱源から炭化水素含有層を加熱し、当該層の少なくとも一部の温度を熱分解温度よりも高くすることで、熱分解流体を当該層中で生成するプロセスをいう。
【００３１】
「現場での熱処理プロセス」とは、熱源を用いて炭化水素含有層を加熱し、当該層の少なくとも一部の温度を炭化水素含有物質の流動性流体、ビスブレーキング、及び／又は熱分解を生じる温度よりも高くすることで、移動性流体、ビスブレーキング流体、及び／又は熱分解流体を当該層中で生成するプロセスをいう。
【００３２】
「絶縁導体」とは、電気を流すことができ、かつ電気的な絶縁材料（例えば、酸化マグネシウム）により全体的又は部分的に覆われた任意の細長い物質をいう。
【００３３】
「変調された直流（ＤＣ）」とは、実質的に正弦波状ではないが時間的に変動して強磁性導体において表皮効果の電気の流れを発生させる電流をいう。
【００３４】
「熱分解」とは、熱を加えることにより化学結合が破壊されることである。例えば、熱分解は、熱のみにより化合物を１以上の他の物質に変換することを含み得る。熱を層の一部に移動させて熱分解を起こすことができる。特定の層では、層の一部及び／又は層中の他の物質が触媒活性により熱分解を促進し得る。
【００３５】
「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成された流体をいう。熱分解反応により生成された流体を、層中の他の流体と混合してもよい。この混合物は熱分解流体又は熱分解生成物と考えられる。「熱分解ゾーン」とは、反応させられるか又は反応して熱分解流体を形成する一定容量の層（例えば、タールサンド層などの比較的浸透性の層）をいう。
【００３６】
「熱の重ね合わせ」とは、熱源間の少なくとも１つの場所での層の温度が熱源によって影響されるように、層の選択された領域に２以上の熱源から熱を与えることをいう。
【００３７】
「合成ガス」は、水素と一酸化炭素を含んだ混合物である。合成ガスの更なる成分として、水、二酸化炭素、窒素、メタン、及びその他のガスを含んでもよい。合成ガスは、種々のプロセス及び供給原料によって生成できる。合成ガスは、広範囲の成分を合成するのに使用できる。
【００３８】
一般に「温度制限ヒーター」とは、例えば温度コントローラ、電源レギュレータ、整流器、又はその他の装置などの外部制御機器を使用することなく、特定の温度より上に熱出力を調節する（例えば、熱出力を抑制する）ヒーターをいう。温度制限ヒーターは、ＡＣ（交流）又は変調（例えば、「チョップド」）ＤＣ（直流）駆動の電気抵抗ヒーターとし得る。
【００３９】
「熱伝導率」は、物質の２つの表面間に温度差が与えられた場合に定常状態においてこれら２つの表面間に流れる熱の速度を示す物質の特性である。
【００４０】
「伝熱流体」は、標準温度及び標準圧力（ＳＴＰ）（０℃及び１０１．３２５ｋＰａ）にて熱伝導率が空気より大きい流体を含む。
【００４１】
「時間的に変動する電流」とは、強磁性導体において表皮効果の電気の流れを生成すると共に、時間変化する大きさを有する電流をいう。時間的に変動する電流としては、交流（ＡＣ）と変調された直流（ＤＣ）とが挙げられる。
【００４２】
「坑井（wellbore）」なる用語は、掘削又は層中への導管の挿入により層中に作られた穴をいう。坑井は実質的に円形の断面形状、又は別の断面形状を有し得る。「井戸」及び「穴」なる用語は、層中の穴をいうときには、「坑井」なる用語と交換可能に使用できる。「Ｕ字形の坑井」とは、層中の第１の穴から当該層の少なくとも一部を通って層中の第２の穴を通って抜け出るように延びる坑井をいう。この場合、坑井は単にほぼ「Ｖ」又は「Ｕ」字形にしてもよく、その際に「Ｕ字形」と考えられる坑井について「Ｕ」の「脚部」は互いに平行である必要はなく、又は「Ｕ」の「底部」に対して垂直である必要はない。
【００４３】
層中の炭化水素は種々の方法で処理して多くの様々な生成物を生成できる。特定の態様では、層中の炭化水素を段階的に処理する。図１は炭化水素含有層の加熱段階を示す。図１はまた、収量（「Ｙ」）〔層からの層流体の１トン当たりの石油換算バレル数（ｙ軸）〕対加熱された層の温度（「Ｔ」）〔摂氏（ｘ軸）〕の一例を示す。
【００４４】
メタンの脱離と水の蒸発が第１段階の加熱中に起こる。第１段階による層の加熱は出来るだけ迅速に行なってもよい。初めは炭化水素含有層が加熱されると、層中の炭化水素が吸収されたメタンを脱離する。脱離されたメタンを当該層から産出できる。炭化水素含有層が更に加熱されると、炭化水素含有層中の水が蒸発する。水は特定の炭化水素含有層中にて層中の細孔容積の１０％〜５０％を占め得る。その他の層中では、水は細孔容積のより大きな部分又はより小さな部分を占める。一般に、水は層中で１６０℃〜２８５℃にて６００ｋＰａ〜７０００ｋＰａの絶対圧力にて蒸発させる。特定の態様では、蒸発した水は層中の湿潤性を変化させ、且つ／又は層の圧力を高める。湿潤性の変化及び／又は圧力の増加は、層中での熱分解反応又はその他の反応に影響し得る。特定の態様では、蒸発水を層から産出する。別の態様では、蒸発水は、層中又は層外にて蒸気抽出及び／又は蒸留を行なうために用いられる。水を取り出して層中の細孔容積を増大させることにより、細孔容積中に炭化水素を収容するスペースが増大する。
【００４５】
特定の態様では、第１段階の加熱の後、層中の温度が（少なくとも）初期の熱分解温度（例えば第２段階として示されている温度範囲の下端の温度）に到達するように、層を更に加熱する。層中の炭化水素は第２段階の全体を通じて熱分解され得る。熱分解温度の範囲は層中の炭化水素の種類に依存して変わる。熱分解温度の範囲は２５０℃〜９００℃の温度を含み得る。所望の生成物を生成するための熱分解温度の範囲は、熱分解温度の全範囲の一部のみとしてもよい。特定の態様では、所望の生成物を生成するための熱分解温度の範囲は、２５０℃〜４００℃の温度又は２７０℃〜３５０℃の温度を含み得る。層中の炭化水素の温度が２５０℃〜４００℃の温度範囲をゆっくりと上げられたなら、熱分解生成物の生成は温度が４００℃に近づいたとき実質的に完了し得る。所望の生成物を生成させるために、熱分解温度の範囲において１日当たり５℃未満、１日当たり２℃未満、１日当たり１℃未満、又は１日当たり０．５℃未満の速度で炭化水素の平均温度を上昇させてもよい。複数の熱源を用いて炭化水素含有層を加熱すると、熱源のまわりに温度勾配が形成されるので、熱分解温度の範囲を通して層中の炭化水素の温度をゆっくり上げることができる。
【００４６】
所望の生成物のための熱分解温度範囲における温度の上昇速度は、炭化水素含有層から産出される層流体の質と量に影響を与え得る。所望の生成物のための熱分解温度範囲を通して温度をゆっくり上昇させると、層中で大きな鎖状分子が流動するのが防止できる。所望の生成物のための熱分解温度範囲を通して温度をゆっくり上昇させると、不要な生成物を生成する移動性の炭化水素間の反応を抑制し得る。所望の生成物のための熱分解温度範囲を通して層の温度をゆっくり上昇させると、層から高品質で高いＡＰＩ比重の炭化水素を産出できる。所望の生成物のための熱分解温度範囲を通して層の温度をゆっくり上昇させると、層中に存在する大量の炭化水素を炭化水素製品として取り出すことができる。
【００４７】
現場での変換の特定の態様では、温度範囲を通してゆっくり温度を上げる代わりに、層の一部を所望の温度に加熱する。特定の態様では、所望の温度は３００℃、３２５℃、又は３５０℃である。その他の温度を所望の温度として選ぶこともできる。熱源からの熱を重ね合わせることにより、所望の温度を比較的速く効率的に層中に形成できる。熱源から層中へのエネルギー入力は、層中の温度を実質的に所望の温度に維持するように調節できる。層の加熱部分は、熱分解が衰えて層からの所望の層流体の生産が非経済的なものとなるまで、実質的に所望の温度に維持される。熱分解を受ける層の部分は、１つの熱源のみからの熱伝達により熱分解温度範囲に至らしめられる領域を含み得る。
【００４８】
特定の態様では、熱分解流体を含んだ層流体が層から産出される。層の温度が上がるにつれ、産出される層流体中の凝縮可能な炭化水素の量が減少し得る。高温では、層は主にメタン及び／又は水素を産出し得る。炭化水素含有層が熱分解範囲の全体にわたって加熱されるならば、層は熱分解範囲の上限にかけて少量の水素のみを産出し得る。利用可能な水素のすべてが使い尽くされた後は、一般に層から最小量の流体が産出される。
【００４９】
炭化水素の熱分解の後、大量の炭素といくらかの水素が依然として層中に存在し得る。層中に残っているかなりの部分の炭素が、層から合成ガスの形で産出できる。合成ガスの生成は、図１に図示された第３段階の加熱中に起こり得る。第３段階は、合成ガスを生成できる十分な温度に炭化水素含有層を加熱することを含み得る。例えば、合成ガスは約４００℃〜約１２００℃、約５００℃〜約１１００℃、又は約５５０℃〜約１０００℃の温度範囲内で生成し得る。合成ガス生成流体が層に取り込まれたときの層の加熱部分の温度が、層中で生成される合成ガスの組成を決める。生成された合成ガスは、層から産出井（１つ又は複数）を介して取り出すことができる。
【００５０】
炭化水素含有層から生成される流体の全エネルギー量は、熱分解及び合成ガスの生成を通して相対的に一定のままであり得る。相対的に低い層温度での熱分解中、生成される流体のかなりの部分が、高いエネルギー量を有する凝縮可能な炭化水素であり得る。しかしながら、熱分解温度がより高くなれば、より少量の層流体が凝縮可能な炭化水素を含み得る。より多くの非凝縮性の層流体が層から生成され得る。生成される流体の単位体積当たりのエネルギー量は、主に非凝縮性の層流体の生成中にわずかに減少し得る。合成ガスの生成中、生成される合成ガスの単位体積当たりのエネルギー量は、熱分解流体のエネルギー量と比較してかなり減少する。しかしながら、生成される合成ガスの体積は多くの場合実質的に増加するので、減少したエネルギー量を補う。
【００５１】
図２は炭化水素含有層を処理するための現場での熱処理システムの一部の態様についての概略図である。現場での熱処理システムはバリア井戸２００を含んでもよい。バリア井戸は処理領域のまわりにバリアを形成するために用いられる。バリアにより、流体が処理領域に流入すること及び／又は処理領域から流出することが防止される。バリア井戸として、限定するものではないが、排水井戸、真空井戸、捕獲井戸、注入井戸、グラウト井戸、凍結井戸、又はこれらの組み合わせが挙げられる。特定の態様では、バリア井戸２００は排水井戸である。排水井戸は液体の水を取り除き、且つ／又は加熱される層又は加熱されている層の一部に液体の水が入るのを防止できる。
【００５２】
処理領域のすべて又は一部の周りに低温ゾーンを設けるために凍結井戸を使用してもよい。凍結井戸において冷媒を循環させ、各凍結井戸の周りに低温ゾーンを形成する。低温ゾーンが重なり合って処理領域の周りに低温ゾーンが形成されるように、凍結井戸を層中に配置する。凍結井戸により設けられた低温ゾーンは、層中の水流体の凍結温度より下に維持される。低温ゾーンに入る水流体は凍結して凍結バリアを形成する。
【００５３】
図２に図示された態様では、バリア井戸２００は熱源２０２の一方の側だけに沿って延びているが、一般にバリア井戸は層の処理領域を加熱するために使用された又は使用される熱源２０２のすべてを取り囲む。
【００５４】
熱源２０２は層の少なくとも一部中に配置される。熱源２０２としては、例えば絶縁導体、導管内導体型ヒーター、地表バーナー、分散型無炎燃焼器、及び／又は分散型天然燃焼器などのヒーターが挙げられる。熱源２０２としては、他の種類のヒーターも挙げることができる。熱源２０２は層の少なくとも一部に熱を与えて層中の炭化水素を加熱する。供給管路２０４を通してエネルギーを熱源２０２に供給できる。供給管路２０４は、層を加熱するのに用いられる熱源（１つ又は複数）の種類に依存して構造が異なってもよい。熱源用の供給管路２０４は、電気ヒーターに電気を送るか、燃焼器に燃料を輸送するか、又は層中を循環する熱交換流体を輸送することができる。特定の態様では、現場熱処理法のための電気を原子力発電所（１つ又は複数）により供給してもよい。原子力を用いることにより、現場熱処理法における二酸化炭素の排出を削減又は排除できるかもしれない。
【００５５】
産出井２０６は層から層流体を取り出すのに用いられる。特定の態様では、産出井２０６は熱源を含む。産出井の熱源は、産出井にて又は産出井付近にて層の１以上の部分を加熱できる。現場での熱処理プロセスの特定の態様では、産出井１メートル当たり産出井から層に供給される熱量は、熱源１メートル当たり層を加熱する熱源から層に加えられる熱量より少ない。産出井から層に加えられる熱は、産出井の近隣の液相流体を気化し取り出すことにより、且つ／又はマクロ及び／又はミクロの割れ目を形成することで産出井の近隣の層の浸透性を高めることにより、産出井の近隣の層浸透性を増大させ得る。
【００５６】
特定の態様では、産出井２０６中の熱源により、層から層流体の気相除去が可能となる。産出井にて又は産出井を介して加熱することにより、（１）産出流体がオーバーバーデンに近接した産出井の中を移動しているときに産出流体の凝縮及び／又は還流を防止し、（２）層中への入熱を増大させ、（３）熱源を用いない産出井と比べて産出井からの産出速度を高め、（４）産出井中での高炭素数化合物（Ｃ６以上）の凝縮を防止し、及び／又は（５）産出井にて又はその近くでの層の浸透性を高めることができる。
【００５７】
層中の地下圧力は、層中で生成される流体圧力に対応するかもしれない。層の加熱された部分の温度が高くなるにつれ、流体の生成と水の蒸発が増えるので加熱部分の圧力が高くなるかもしれない。層からの流体の除去速度を制御することにより、層中の圧力を制御できるかもしれない。層中の圧力は、複数の異なる場所にて、例えば産出井にて若しくはその近くにて、熱源にて若しくはその近くにて、又は監視井戸にて測定してもよい。
【００５８】
特定の炭化水素含有層においては、該層からの炭化水素の産出は、層中の少なくともいくらかの炭化水素が熱分解されるまで禁止される。選択された品質の層流体である場合には、層流体を層から産出してもよい。特定の態様では、選択された品質として、少なくとも２０°、３０°、又は４０°のＡＰＩ比重が挙げられる。少なくともいくらかの炭化水素が熱分解されるまで産出を禁止することにより、軽質炭化水素への重質炭化水素の変換を増やすことができる。初期産出を禁止することにより、層からの重質炭化水素の産出を最小化できる。多量の重質炭化水素を産出するには、高額な設備を要し且つ／又は産出設備の寿命を短くするかもしれない。
【００５９】
熱分解温度に達しかつ層からの産出が可能になった後、産出される層流体の組成を変え且つ／又は制御し、層流体中の非凝縮性流体に対する凝縮性流体の割合を制御し、及び／又は産出されている層流体のＡＰＩ比重を制御するために、層中の圧力を変化させてもよい。例えば、圧力を下げると、凝縮性流体成分の産出をより多くすることができる。凝縮性流体成分はオレフィンをより大きな割合で含有し得る。
【００６０】
特定の現場熱処理法の態様では、層中の圧力を、ＡＰＩ比重が２０°より大きい層流体の産出を促進するのに十分なだけ高く維持してもよい。層中の圧力を高く維持することにより、現場熱処理中の層沈下を防止できる。圧力を高く維持することにより、層からの流体の気相産出を容易にすることができる。気相産出により、層から産出された流体を輸送するのに用いられる収集導管のサイズを小さくできる。圧力を高く維持することにより、地表にて層流体を圧縮して収集導管で処理施設まで輸送する必要性が低減又は除去できる。
【００６１】
驚くべきことに、層の加熱部分における圧力を高く維持することにより、品質が高くかつ相対的に小さい分子量の炭化水素を多量に産出することができる。産出された層流体が選択された炭素数より上の最小量の化合物を有するように、圧力を維持してもよい。選択される炭素数は、２５以下、２０以下、１２以下、又は８以下とし得る。いくらかの高炭素数化合物は、層中の蒸気中に伴出するかもしれず、蒸気と共に層から除去し得る。層中の圧力を高く維持することにより、蒸気中における高炭素数化合物及び／又は多環炭化水素化合物の伴出を防止できる。高炭素数化合物及び／又は多環炭化水素化合物は、かなりの期間、層中において液相のまま残り得る。このかなりの期間により、化合物が熱分解して低炭素数化合物を形成するのに十分な時間が得られる。
【００６２】
産出井２０６から産出された層流体は、収集管２０８を介して処理施設２１０に輸送できる。層流体はまた熱源２０２から産出し得る。例えば、熱源付近の層中の圧力を制御するために熱源２０２から流体を産出し得る。熱源２０２から産出された流体は、配管又はパイプを介して収集管２０８に輸送してもよいし、産出した流体を配管又はパイプを介して処理施設２１０に直接輸送してもよい。処理施設２１０としては、分離装置、反応装置、品質改善装置、燃料電池、タービン、貯蔵容器、及び／又は産出された層流体を処理するためのその他のシステム及び装置が挙げられる。処理施設は、層から産出された炭化水素の少なくとも一部から輸送燃料を形成することもできる。特定の態様では、輸送燃料はＪＰ-８などのジェット燃料とし得る。
【００６３】
特定の現場熱処理法の態様では、層を加熱するために循環システムを用いる。循環システムは閉ループ循環システムとし得る。図３は循環システムを用いる層の加熱システムの略図である。このシステムは、地中の相対的に深いところにあり且つ大きさが相対的に大きい層中にある炭化水素を加熱するのに使用できる。特定の態様では、炭化水素は地表より１００ｍ、２００ｍ、３００ｍ又はそれ以上下にあってもよい。循環システムは、地中のそのように深くないところにある炭化水素を加熱するのに使用してもよい。炭化水素は、最大で５００ｍ、７５０ｍ、１０００ｍ、又はそれ以上長く延びた層中に存在し得る。循環システムは、処理される炭化水素含有層の長さがオーバーバーデンの厚さに比べて長い層において採算が取れる。オーバーバーデンの厚さに対する、ヒーターにより加熱される炭化水素層の大きさの比は、３以上、５以上、又は１０以上とし得る。循環システムのヒーター間での熱の重ね合わせによって層の温度を層中の水性層流体の沸点より少なくとも高い温度に上げることができるように、循環システムのヒーターを隣接ヒーターに対して配置してもよい。
【００６４】
特定の態様では、第１の坑井を掘削し、次に第１の坑井に接続する第２の坑井を掘削することにより、層中にヒーター２１２を形成してもよい。Ｕ字形の坑井中に配管を配置してＵ字形ヒーター２１２を形成してもよい。ヒーター２１２は配管によって伝熱流体循環システム２１４に接続される。閉ループ循環システムにおける伝熱流体として高圧のガスを使用してもよい。特定の態様では、伝熱流体は二酸化炭素である。二酸化炭素は、要求される温度及び圧力にて化学的に安定であり、高い体積熱容量を生じる相対的に大きな分子量を有する。水蒸気、空気、ヘリウム及び／又は窒素などの他の流体を使用してもよい。層に入る伝熱流体の圧力は、３０００ｋＰａ以上とし得る。高圧の伝熱流体を使用することにより、伝熱流体が高密度になるので、熱を伝達する能力を高めることができる。また、所与の質量流量にて伝熱流体が第１の圧力でヒーターに入るシステムの場合、ヒーターでの圧力損失は、同じ質量流量にて伝熱流体が第２の圧力（第１の圧力が第２の圧力より大きい）でヒーターに入る場合よりも小さい。
【００６５】
特定の態様では、液体伝熱流体を熱伝達ファイルとして使用する。液体伝熱流体は、天然油若しくは合成油、溶融金属、溶融塩、又は他の種類の高温伝熱流体とし得る。液体伝熱流体によって、より小径の配管が可能となり、ポンピング／圧縮の費用を削減できる。特定の態様では、配管は液体伝熱流体による腐食に対して耐性がある材料から作られる。特定の態様では、配管は液体伝熱流体による腐食に対して耐性がある物質でライニングされる。例えば、伝熱流体が溶融フッ化塩である場合、配管が１０ミル厚のニッケルライナーを含んでもよい。配管は、ニッケルストリップを配管材料（例えばステンレス鋼）のストリップ上に圧延接合し、この複合材料ストリップを圧延し、複合材料ストリップを縦方向に溶接して配管を形成することによって作ることができる。他の技術を使用してもよい。溶融フッ化塩によるニッケルの腐食は、約８４０℃の温度にて年当たり１ミル未満とし得る。
【００６６】
伝熱流体循環システム２１４は、熱供給源２１６、第１の熱交換器２１８、第２の熱交換器２２０、及び圧縮機２２２を含んでもよい。熱供給源２１６が伝熱流体を高温に加熱する。熱供給源２１６は、炉、太陽熱収集器、化学反応器、原子炉、燃料電池排熱、又は伝熱流体に熱を供給できる他の高温源とし得る。図３に示される態様では、熱供給源２１６は、約７００℃〜約９２０℃、約７７０℃〜約８７０℃、又は約８００℃〜約８５０℃の範囲の温度に伝熱流体を加熱する炉である。１態様では、熱供給源２１６が伝熱流体を約８２０℃の温度に加熱する。伝熱流体は熱供給源２１６からヒーター２１２に流れる。熱はヒーター２１２から該ヒーターに隣接した層２２４に移動する。層２２４から出てくる伝熱流体の温度は、３５０℃〜５８０℃、４００℃〜５３０℃、又は４５０℃〜５００℃の範囲とし得る。１態様では、層２２４から出てくる伝熱流体の温度は４８０℃である。伝熱流体循環システム２１４を形成するのに用いられる配管の冶金を変えて配管の費用を大幅に削減してもよい。熱供給源２１６から或る地点（廉価なスチールを当該地点から第１の熱交換器２１８まで使用できるように温度が十分に低い地点）まで高温スチールを使用してもよい。伝熱流体循環システム２１４の配管を形成するために、様々な幾つかのスチール等級を使用してもよい。
【００６７】
伝熱流体循環システム２１４の熱供給源２１６から伝熱流体が層２２４のオーバーバーデン２２６を通って炭化水素地層２２８に送られる。オーバーバーデン２２６を通って延びるヒーター２１２の部分を絶縁してもよい。特定の態様では、絶縁材又は絶縁材の一部がポリイミド絶縁材である。炭化水素地層中へのヒーターの入口の近くでの炭化水素地層の過熱を抑制するために、炭化水素地層２２８におけるヒーター２１２の入口部分が先細の絶縁材を有してもよい。
【００６８】
特定の態様では、オーバーバーデン２２６における管の直径を、炭化水素地層２２８を通る管の直径よりも小さくしてもよい。オーバーバーデン２２６を通る小径の管により、オーバーバーデンへの熱伝達を少なくすることができる。オーバーバーデン２２６への熱伝達の量を低減することにより、炭化水素地層２２８に隣接した管に供給される伝熱流体の冷却量を低減できる。小径管を通る伝熱流体の速度の増大に起因した小径管中での熱伝達の増大は、小径管の狭小な表面積と小径管中の伝熱流体の滞留時間の短縮とによって相殺される。
【００６９】
伝熱流体は層２２４を出た後、第１の熱交換器２１８と第２の熱交換器２２０と通って圧縮機２２２に送られる。第１の熱交換器２１８は、層２２４から出てくる伝熱流体と圧縮機２２２から出てくる伝熱流体との間で熱を移動させて、熱供給源２１６に入る伝熱流体の温度を上げ、層２２４から出てくる流体の温度を下げる。伝熱流体が圧縮機２２２に入る前に、第２の熱交換器２２０が伝熱流体の温度を更に下げる。
【００７０】
特定の態様では、液体の伝熱流体を気体の伝熱流体の代わりに使用してもよい。図３において圧縮機２２２により表された圧縮機列は、ポンプ又は他の液体移動装置と置き換えてもよい。
【００７１】
図４は、循環システムを用いて加熱される層への坑井開口の１態様についての平面図を示す。層２２４中への伝熱流体の入口２３０は、伝熱流体の出口２３２と互い違いになっている。伝熱流体の入口２３０と伝熱流体の出口２３２を互い違いにすることにより、層２２４中の炭化水素を更に一様に加熱することができる。
【００７２】
特定の態様では、循環システムの配管により、層を通る伝熱流体の流れの方向を変えることができる。層を通る伝熱流体の流れの方向を変えることにより、最初はＵ字型の坑井の各端部が一時的に伝熱流体の最も高い温度にて伝熱流体を受け入れることで、層の加熱が更に一様になる。伝熱流体の方向を所望の時間間隔にて変えてもよい。この所望の時間間隔は約１年、約６か月、約３か月、約２か月又はその他の任意の所望の時間間隔とし得る。
【００７３】
特定の態様では、循環システムを電気的な加熱と共に使用してもよい。特定の態様では、加熱される層の部分に隣接したＵ字形の坑井における管の少なくとも一部が強磁性体で作られる。例えば、加熱される層の地層（複数も可）に隣接した配管が、４１０ステンレス鋼などの９％〜１３％クロム鋼により作られる。時間変化する電流を配管に流す場合、この管を温度制限ヒーターとし得る。時間変化する電流は配管を抵抗加熱することができ、この配管が層と配管中の物質とを加熱する。特定の態様では、直流を用いて管を抵抗加熱して層を加熱してもよい。特定の態様では、Ｕ字形の坑井において管を形成するのに用いられる材料が強磁性体を含まない。直流又は時間変化する電流を用いて管を抵抗加熱し層を加熱してもよい。
【００７４】
特定の態様では、１以上の絶縁導体を配管内に配置する。この絶縁導体に電流を供給して絶縁導体の少なくとも一部を抵抗加熱してもよい。加熱された絶縁導体が配管の内容物と配管とを加熱できる。絶縁導体により加熱された配管が、隣接した層を加熱できる。図５はヒーター２１２内に配置された絶縁導体２３３を示す。ヒーター２１２は層中に配置された循環システムの配管である。特定の態様では、１以上の絶縁導体を配管に縛りつけてもよい。
【００７５】
特定の態様では、層を第１の温度に加熱するのに循環システムを使用し、層の温度を維持し且つ／又は層を更に高い温度に加熱するのに電気エネルギーを使用する。第１の温度は、層中の水性層流体を蒸発させるのに十分な温度とし得る。第１の温度は２００℃以下、３００℃以下、３５０℃以下、又は４００℃以下とし得る。電気を用いて層を加熱する場合、循環システムを用いて層を第１の温度に加熱することにより、層を乾燥させることができる。乾燥した層を加熱することにより、層中への電流の漏れを最小にできる。
【００７６】
特定の態様では、循環システムと電気的な加熱とを用いて層を第１の温度に加熱してもよい。循環システム及び／又は電気的な加熱を用いることにより、層を維持でき、或いは層の温度を第１の温度から高めることができる。特定の態様では、電気的な加熱を用いて層を第１の温度に上昇させ、循環システムを用いてその温度を維持しかつ／又は高めてもよい。電気的な加熱及び／又は循環システムによる加熱をいつ用いるべきかを決めるために、経済的な要因、利用可能な電気、伝熱流体の加熱用の燃料の入手可能性、及びその他の要因を用いてもよい。
【００７７】
特定の態様では、配管の温度を所望の温度に上昇させるのに電気的な加熱を用いる。この所望の温度は、伝熱流体（例えば、溶融金属又は溶融塩）を液相に維持するのに必要な温度よりも高い温度とし得る。電気的な加熱により、配管の詰まりが防止でき、伝熱流体が配管を流れるようにできる。電気的な加熱による追加の入熱なしに循環システムが伝熱流体を液体として維持できる場合には、電気的な加熱を中断してもよい。例えば、システムの始動時に最初に電気的な加熱を用いてもよい。液体伝熱流体が配管内で凝固しないように、電気的な加熱により配管を加熱してもよい。配管に隣接した層が伝熱流体の融解温度より熱くなった後に、電気的な加熱を中断してもよい。配管内で伝熱流体の凝固が生じるような運転停止や他の問題が起こったら、電気的な加熱を再開してもよい。
【００７８】
図３は循環システムの１態様を示す。特定の態様では、炭化水素地層２２８中のヒーター２１２の部分が引込導体に結合される。引込導体をオーバーバーデン２２６中に配置してもよい。引込導体は炭化水素地層２２８中のヒーター２１２の部分を地表の１以上の井戸頭部に電気的に結合できる。オーバーバーデン中のヒーターの部分が炭化水素地層中のヒーターの部分から電気的に絶縁されるように、炭化水素地層２２８中のヒーター２１２の部分とオーバーバーデン２２６中のヒーター２１２の部分との接合部に電気的な絶縁体を配置してもよい。
【００７９】
配管の温度を所望の温度以上に上昇させるのに電気的な加熱が必要とされる態様では、層中の配管のすべてを所望の温度に加熱するために、地表にて又はその近くにて引込導体を配管に結合する。層への電流の漏れを防止するため、地表近くの配管が電気的な絶縁材（例えば、磁器コーティング）を含んでもよい。
【００８０】
特定の態様では、引込導体を閉ループ循環システムの管の内側に配置する。特定の態様では、引込導体を閉ループ循環システムの管の外側に配置する。特定の態様では、引込導体は酸化マグネシウムなどの無機絶縁材を有する絶縁導体である。電気的な加熱中でのオーバーバーデン２２６における熱損失を低減するために、引込導体が銅やアルミニウムなどの高電気伝導性の物質を含んでもよい。
【００８１】
特定の態様では、オーバーバーデン２２６中のヒーター２１２の部分を引込導体として用いる。オーバーバーデン２２６中のヒーター２１２の部分を炭化水素地層２２８中のヒーター２１２の部分に電気的に結合してもよい。特定の態様では、オーバーバーデン中のヒーターの部分の電気抵抗を小さくするために、１以上の導電性材料（例えば銅やアルミニウム）をオーバーバーデン２２６中のヒーター２１２の部分に結合（例えば、被覆又は溶接）する。オーバーバーデン２２６中のヒーター２１２の部分の電気抵抗を小さくすることにより、電気的な加熱中のオーバーバーデンにおける熱損失が低減する。
【００８２】
特定の態様では、炭化水素地層２２８中のヒーター２１２の部分は、６００℃〜１０００℃の自己制限温度を有する温度制限ヒーターである。炭化水素地層２２８中のヒーター２１２の部分は、９％〜１３％クロムステンレス鋼とし得る。例えば、炭化水素地層２２８中のヒーター２１２の部分は４１０ステンレス鋼とし得る。ヒーターが温度制限ヒーターとして動作するように、時間的に変動する電流を炭化水素地層２２８中のヒーター２１２の部分に流してもよい。
【００８３】
図６は、循環流体システム及び／又は電気的な加熱を用いて層の一部を加熱するためのシステムの１態様についての側面図である。ヒーター２１２の井戸頭部２３４を配管によって伝熱流体循環システム２１４に結合してもよい。井戸頭部２３４はまた電力供給システム２３６に結合してもよい。特定の態様では、層を加熱するのに電力が用いられるとき、伝熱流体循環システム２１４をヒーターから切断する。特定の態様では、層を加熱するのに伝熱流体循環システム２１４が用いられるとき、電力供給システム２３６をヒーターから切断する。
【００８４】
電力供給システム２３６は変圧器２３８とケーブル２４０、２４２を含んでもよい。特定の態様では、ケーブル２４０、２４２は低損失で大電流を流すことができる。例えば、ケーブル２４０、２４２は太い銅又はアルミニウムの導体とし得る。これらのケーブルは厚い絶縁材層を有してもよい。特定の態様では、ケーブル２４０及び／又はケーブル２４２を超伝導ケーブルにしてもよい。超伝導ケーブルは液体窒素により冷却できる。超伝導ケーブルはＳｕｐｅｒｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ．（Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ，ＮｅｗＹｏｒｋ、米国）から入手できる。超伝導ケーブルは電力損失を最小にでき且つ／又は変圧器２３８をヒーターに結合するのに必要なケーブルのサイズを小さくできる。特定の態様では、ケーブル２４０、２４２をカーボンナノチューブで作ってもよい。
【００８５】
特定の態様では、処理領域を加熱するのに液体伝熱流体を用いる。特定の態様では、液体伝熱流体は溶融塩又は溶融金属である。液体伝熱流体は通常の動作条件にて低い粘度と高い熱容量を有し得る。表１は、液体伝熱流体として使用できる幾つかの物質について融解温度（Ｔｍ）と沸点（Ｔｂ）を示す。液体伝熱流体が溶融金属、溶融塩又は層中で凝固し得る他の流体である場合、必要な時に配管を抵抗加熱するためにシステムの配管を電源に電気的に結合してもよく、且つ／又は伝熱流体を液体の状態に維持するために１以上のヒーターを配管中に又は配管に隣接して配置してもよい。
【表１】
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【００８６】
図７は、液体伝熱流体を移動させるための駆動力として重力とガスリフティングとを用いることにより層の処理領域に液体伝熱流体を供給し取り去るためのシステムの略図である。液体伝熱流体は溶融金属又は溶融塩とし得る。容器２４４は熱交換器２４６より上に上げられる。伝熱流体は容器２４４から重力排出によって熱伝達ユニット２４６を通って層に流れる。１態様では、熱交換器２４６はチューブ・アンド・シェル型の熱交換器である。入力流２４８は原子炉２５０からの高温流体（例えば、ヘリウム）である。出口流の流体２５２を冷却液の流れとして原子炉２５０に送ってもよい。特定の態様では、熱交換器は炉、太陽熱収集器、化学反応器、燃料電池、又は液体伝熱流体に熱を供給できる他の高温供給源である。
【００８７】
熱交換器２４６からの高温の伝熱流体を、層の処理領域内に配置された個々のヒーター脚部に伝熱流体を供給するマニホールドに送ってもよい。重力排出によって伝熱流体をヒーター脚部に送ってもよい。伝熱流体は、オーバーバーデン２２６を通して処理領域の炭化水素含有地層２２８に送ってもよい。オーバーバーデン２２６に隣接した配管を絶縁してもよい。伝熱流体は下方に流れて水溜め２５４に入る。
【００８８】
ガスリフト配管は導管２５８内にガス供給管路２５６を含んでもよい。ガス供給管路２５６は水溜め２５４に入り得る。水溜め２５４内のシフト室２６０が選択されたレベルまで伝熱流体で満たされると、伝熱流体がガス供給管路２５６と導管２５８との間の空間を通って分離器２６２まで上げられるように、ガスリフト制御システムがガスリフトシステムのバルブを操作する。伝熱流体とリフティングガスを層中の個々のヒーター脚部から輸送する配管マニホールドから、分離器２６２が伝熱流体とリフティングガスを受け入れてもよい。分離器２６２が伝熱流体からリフトガスを分離する。伝熱流体は容器２４４に送られる。
【００８９】
水溜め２５４から分離器２６２への導管２５８が、１以上の絶縁導体又は他の種類のヒーターを含んでもよい。絶縁導体又は他の種類のヒーターは、導管２５８中に配置してもよいし、且つ／又は導管の外面に縛りつけるか別のやり方でつないでもよい。ヒーターにより、水溜め２５４からのガスリフト中に導管２５８内での伝熱流体の凝固を防止できる。
【００９０】
特定の態様では、層の一部を加熱するために循環システムにおいて用いられる伝熱流体を加熱するのに核エネルギーを使用してもよい。図３における熱供給源２１６はペブルベッド炉又は他の種類の原子炉、例えば軽水炉とし得る。核エネルギーの使用により、二酸化炭素をほとんど排出しないか又はまったく排出しない熱源が得られる。また、熱から電気及び電気から熱への変換で生じるエネルギー損失が、発電することなく核反応から作られた熱を直接利用することにより避けられるので、核エネルギーの使用は更に効率的となり得る。
【００９１】
特定の態様では、原子炉がヘリウムを加熱してもよい。例えば、ヘリウムがペブルベッド炉を通って流れて、熱がヘリウムに移動する。このヘリウムを伝熱流体として使用して層を加熱してもよい。特定の態様では、原子炉がヘリウムを加熱し、このヘリウムを熱交換器に通して層の加熱に用いられる伝熱流体に熱を与えてもよい。ペブルベッド炉が、カプセル封入された濃縮二酸化ウラン燃料を含んだ圧力容器を備えてもよい。ヘリウムを伝熱流体として用いてペブルベッド炉から熱を除去してもよい。熱交換器において、ヘリウムから循環システムで用いられる伝熱流体に熱を移動させてもよい。循環システムにおいて用いられる伝熱流体は二酸化炭素、溶融塩、又は他の流体とし得る。ペブルベッド炉システムはＰＢＭＲ  Ｌｔｄ．（Ｃｅｎｔｕｒｉｏｎ、南アフリカ）から入手できる。
【００９２】
図８は核エネルギーを熱処理エリア２６４に使用するシステムの概略図である。システムはヘリウム系ガスブロワー２６６、原子炉２６８、熱交換器ユニット２７０、及び伝熱流体ブロワー２７２を含んでもよい。ヘリウム系ガスブロワー２６６は加熱されたヘリウムを原子炉２６８から熱交換器ユニット２７０に送り出すことができる。熱交換器ユニット２７０からのヘリウムをヘリウム系ガスブロワー２６６に通して原子炉２６８に送ることができる。原子炉２６８からのヘリウムは９００℃〜１０００℃の温度であり得る。ヘリウムガスブロワー２６６からのヘリウムは５００℃〜６００℃の温度であり得る。伝熱流体ブロワー２７２は伝熱流体を熱交換器ユニット２７０から処理領域２６４に送り出すことができる。伝熱流体を伝熱流体ブロワー２７２に通して熱交換器ユニット２７０に送ることができる。伝熱流体は二酸化炭素であり得る。熱交換器ユニット２７０を出た後の伝熱流体の温度は８５０℃〜９５０℃であり得る。
【００９３】
特定の態様では、システムが補助パワーユニット２７４を備えてもよい。特定の態様では、補助パワーユニット２７４は、熱交換器ユニット２７０からのヘリウムを発電機に通して電気を作ることにより電力を発生する。ヘリウムを原子炉２６８に送る前に１以上の圧縮機及び／又は熱交換器にヘリウムを送ってヘリウムの圧力と温度を調節してもよい。特定の態様では、補助パワーユニット２７４は伝熱流体（例えば、アンモニア又はアンモニア水）を用いて電力を発生する。熱交換器ユニット２７０からのヘリウムを更なる熱交換器ユニットに送って伝熱流体に熱を移動させる。伝熱流体は電気を発生するパワーサイクル（例えばＫａｌｉｎａサイクル）で用いられる。１態様では、原子炉２６８は４００ＭＷの反応炉であり、補助パワーユニット２７４が約３０ＭＷの電気を発生する。
【００９４】
図９は現場熱処理法の構成についての概略の正面図である。層中にＵ字形坑井を形成して処理領域２６４Ａ、２６４Ｂ、２６４Ｃ、２６４Ｄを定めてもよい。図示された処理領域の両側に更なる処理領域を形成することもできる。処理領域２６４Ａ、２６４Ｂ、２６４Ｃ、２６４Ｄは３００ｍ、５００ｍ、１０００ｍ、又は１５００ｍ以上の幅を有し得る。井戸の出口及び坑井の入口を井戸開口エリア２７６内に形成してもよい。レール路２７８を処理領域２６４の両側に沿って形成してもよい。倉庫、管理事務所及び／又は使用済み燃料保管施設をレール路２７８の端近くに設置してもよい。施設２８０をレール路２７８の分岐線に沿って間を置いて形成してもよい。各施設２８０は原子炉、圧縮機及び／又はポンプ、熱交換器ユニット並びに高温の伝熱流体を坑井に循環させるのに必要な他の設備を含んでもよい。施設２８０はまた、層から産出された層流体を処理するための地表施設を含んでもよい。特定の態様では、施設２８０’において作られた伝熱流体は、処理領域２６４Ａに通された後に、施設２８０”における反応炉により再加熱され得る。特定の態様では、各施設２８０は、施設に隣接した処理領域２６４の半分における井戸に高温の伝熱流体を供給するために使用される。処理領域からの産出が完了した後に、施設２８０をレールによって別の施設サイトに移動させてもよい。
【００９５】
特定の現場熱処理の態様では、圧縮機が圧縮ガスを処理領域に供給する。例えば、図１０に示されたオキシダイザーアセンブリ２８６のような複数のオキシダイザーアセンブリに酸化流体２８２及び／又は燃料２８４を供給するために、圧縮機を使用してもよい。各オキシダイザーアセンブリ２８６が複数のオキシダイザー２８８を含んでもよい。オキシダイザー２８８は酸化流体２８２と燃料２８４との混合物を燃やし、層中の処理領域を加熱する熱を作ることができる。また、図３に示された層に気相の伝熱流体を供給するために圧縮機２２２を使用してもよい。特定の態様では、ポンプによって液相の伝熱流体が処理領域に供給される。
【００９６】
現場熱処理法の圧縮機及び／又はポンプに動力を供給するのに従来の電気エネルギー源が用いられる場合には、現場熱処理法のかなりのコストが、現場熱処理法の寿命の間に圧縮機及び／又はポンプを運転することが占め得る。特定の態様では、現場熱処理法に必要とされる圧縮機及び／又はポンプを動かす電気を発電するために原子力を用いてもよい。１以上の原子炉から原子力を供給してもよい。原子炉は軽水炉、ペブルベッド炉、及び／又は他の種類の原子炉とし得る。原子炉は現場熱処理プロセスのサイトに又はその近くに設置し得る。現場熱処理プロセスのサイトに又はその近くに原子炉を設置することにより、設備コストと長距離の送電損失とを低減できる。原子力を使用することにより、現場熱処理法の寿命の間、圧縮機及び／又はポンプを運転することに伴う二酸化炭素の発生量を削減又は無くすことができる。
【００９７】
原子炉により作られた余分の電気を、他の現場熱処理プロセスの需要に対して使用してもよい。例えば、処理領域の周りに低温バリア（凍結バリア）を形成するために流体を冷却するため、且つ／又は現場熱処理プロセスのサイトに又はその近くに位置する処理施設に電気を供給するために、上記の余分の電気を使用してもよい。特定の態様では、伝熱流体を処理領域に循環させるのに用いられる導管を抵抗加熱するために、原子炉により作られた電気又は余分の電気を使用してもよい。
【００９８】
特定の態様では、原子炉から利用可能な余分の熱を他の現場プロセスに使用してもよい。例えば、余分の熱を用いて水を加熱し又は水蒸気を作り、ソリューションマイニング法で用いてもよい。特定の態様では、原子炉からの余分の熱を、現場熱処理のサイトに又はその近くに位置する処理施設において用いられる流体を加熱するのに使用してもよい。
【００９９】
本発明の種々の態様の更なる変更及び代替態様については、この明細書を参照すれば当業者には明らかである。したがって、この明細書は単なる例示として解釈されるべきであり、本発明を実行する一般的な方法を当業者に教示するためのものである。ここに記載の本発明の形式は現在のところ好ましい態様として考えられているものであると理解されたい。要素及び材料はここに記載のものと置換してもよく、部分及びプロセスは逆にしてもよく、本発明の特定の特徴は独立に使用してもよく、これらすべては本発明についての明細書の記載から当業者には明らかとなろう。ここに記載の要素については、特許請求の範囲に記載の本発明の思想及び範囲を逸脱することなく変更できる。加えて、独立にここに記載の特徴は特定の態様では組み合わせてもよいこと分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１００】
【特許文献１】ＷＯ／２００６／１１６０９６
【符号の説明】
【０１０１】
２００  バリア井戸
２０２  熱源
２０４  供給管路
２０６  産出井
２０８  収集管
２１０  処理施設
２１２  ヒーター
２１４  伝熱流体循環システム
２１６  熱供給源
２１８  第１の熱交換器
２２０  第２の熱交換器
２２２  圧縮機
２２４  層
２２６  オーバーバーデン
２２８  炭化水素層
２３０  伝熱流体の入口
２３２  伝熱流体の出口
２３３  絶縁導体
２３４  井戸頭部
２３６  電力供給システム
２３８  変圧器
２４０  ケーブル
２４２  ケーブル
２４４  容器
２４６  熱交換器
２５０  原子炉
２５６  ガス供給管路
２５８  導管
２６０  シフト室
２６２  分離器
２６４  熱処理エリア
２６６  ヘリウム系ガスブロワー
２６８  原子炉
２７０  熱交換器ユニット
２７２  伝熱流体ブロワー
２７４  補助パワーユニット
２７６  井戸開口エリア
２７８  レール路
２８０  施設
２８２  酸化流体
２８４  燃料
２８６  オキシダイザーアセンブリ
２８８  オキシダイザー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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