(57)【要約】  地表下地層を処理するためのシステムおよび方法が、本明細書で説明される。地表下地層を処理するためのシステムは、地層内に複数の坑井穴を含むことができる。システムは、坑井穴の少なくとも２つ内に配置された少なくとも１つの加熱器を含むことができる。システムは、自己調節型原子炉を含むことができる。自己調節型原子炉は、地層の温度を地層からの炭化水素生成を可能にする温度まで上昇させるために、エネルギーを加熱器の少なくとも１つに与えるように機能することができる。地層の少なくとも一部分への経時的な熱入力は、自己調節型原子炉の減衰速度と近似的に相関があり得る。地層内の複数の坑井穴の少なくとも一部分の間の間隔は、自己調節型原子炉の減衰速度と相関があり得る。自己調節型原子炉は、約１／Ｅの速度で減衰することができる。
2012508838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地層内の複数の坑井穴と、
坑井穴の少なくとも２つ内に配置された少なくとも１つの加熱器と、
地層の温度を地層からの炭化水素の生成を可能にする温度まで上昇させるために、エネルギーを加熱器の少なくとも１つに与えるように構成された自己調節型原子炉とを備える、炭化水素を地表下地層から生成するためのインサイチュ熱処理システムであって、
地層の少なくとも一部分への経時的な熱入力が、自己調節型原子炉からのパワーの減衰速度と少なくとも近似的に相関する、システム。
【請求項２】
自己調節型原子炉が、粉末型の核分裂性金属水素化物材料を含む炉心を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
自己調節型原子炉の温度が、中性子吸収材料の導入によって低減される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
自己調節型原子炉の温度が、中性子吸収ガスの導入によって低減される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
自己調節型原子炉が、温度を、約５００℃から約６５０℃の範囲内で持続させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
自己調節型原子炉が、地下の地層内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
自己調節型原子炉が、地下の地層内のオーバーバーデンの下方に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも第２の自己調節型原子炉であって、第１の期間の後で自己調節型原子炉に連結され、それによって２つの連結された自己調節型原子炉のパワー出力が、自己調節型原子炉の初期出力と少なくとも同じ大きさになる、第２の自己調節型原子炉をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
自己調節型原子炉によって与えられたエネルギーが、加熱器の少なくとも１つ内の循環システムによって循環された伝熱流体を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
伝熱流体が、溶融塩である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
伝熱流体の少なくとも一部分が、自己調節型原子炉中を直接的に循環する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
地層内の複数の坑井穴の少なくとも一部分の間の間隔が、自己調節型原子炉からのパワーの減衰速度に少なくとも部分的に相関付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
自己調節型原子炉からのパワーが、約４年から９年で初期パワーの約１／Ｅに減衰する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
自己調節型原子炉が、最初、坑井穴の少なくとも一部分に、所定の期間にわたって約１２０ワット／フィートまで低下する約３００ワット／フィートのパワー出力を与える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
自己調節型原子炉が、最初、坑井穴の少なくとも一部分に、所定の期間にわたって約１２０ワット／フィートまで低下する約３００ワット／フィートのパワー出力を与え、所定の期間は、約４年から約８年、または約５年から約７年の範囲である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
自己調節型原子炉が、地層の少なくとも一部分の温度を、約３００℃から約４００℃の範囲にまで上昇させるために、加熱器の少なくとも１つにエネルギーを与えるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
自己調節型原子炉が、地層の少なくとも一部分の温度を、約３００℃から約４００℃の範囲にまで所定の期間内で上昇させるために、加熱器の少なくとも１つにエネルギーを与えるように構成され、所定の期間は、約４年から約８年、または約５年から約７年の範囲である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
地層内の複数の坑井穴の少なくとも一部分の間の間隔が、約８メートルから約１１メートル、約９メートルから約１０メートル、または約９．４メートルから約９．８メートルである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項で説明されたシステムを使用することを含む、炭化水素を地表下地層から生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、炭化水素含有地層などのさまざまな地表下地層からの炭化水素、水素、および／または他の生成物の生成のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下にある地層から得られる炭化水素は、エネルギー資源として、工業用原料として、および消費財として使用されることが多い。利用可能な炭化水素資源の枯渇に関する懸念および生成された炭化水素の全体品質の低下に関する懸念が、利用可能な炭化水素資源のより効率的な回収、処理、および／または使用のためのプロセスの開発をもたらしている。地下にある地層から炭化水素材料を取り出すために、インサイチュプロセスが使用され得る。地下にある地層内の炭化水素材料の化学的および／または物理的特性は、炭化水素材料が、地下にある地層からより容易に取り出されることを可能にするために変化させる必要があり得る。化学的および物理的変化は、取り出し可能な流体を生成するインサイチュ反応、地層内の炭化水素材料の組成変化、溶解性変化、密度変化、相変化、および／または粘性変化を含むことができる。流体は、それだけに限定されないが、ガス、液体、乳濁液、スラリー、および／または液体流に類似する流れ特性を有する固体粒子の流れでもよい。
【０００３】
インサイチュプロセス中、地層を加熱するために、坑井穴内に加熱器が置かれ得る。地層を加熱するために使用され得る加熱器には、多くのさまざまなタイプが存在する。炭化水素材料を変換するおよび／または地表下地層から取り出すために他の何より必要なエネルギーは、生成された炭化水素材料の効率性および収益性を決定することになる。故に、エネルギー必要量および／またはエネルギーコストの低減をもたらし得る任意のシステムおよび／または方法が、炭化水素材料を生成するために必要とされる。
【０００４】
Ｋｅｈｌｅｒの米国特許第３，１７０，８４２号明細書は、井戸のボアホール内での使用に適した未臨界の原子炉および中性子を生成する手段について記載している。Ｋｅｈｌｅｒは、原子炉でボアホールを検層する、原子炉でボアホールを加熱すること、またはボアホール内の原子炉を油頁岩内の熱源として使用して加熱することによる前記油頁岩のインサイチュ熱分解について記載している。広く可変の所定のパワー出力および中性子生成速度と、一定の前記パワー出力または中性子生成速度を、前記原子炉が使用されるために選択された目的に適した所定のレベルに変えるまたは保つための手段とを有する原子炉。適切な機械的手段によって原子炉の本体に対して移動可能である一次中性子発生器の位置に応じて中性子生成またはパワー出力のレベルまでエネルギー付与された複数の未臨界ステージを含む原子炉。
【０００５】
Ｊｕｓｔｈｅｉｍの米国特許第３，２３７，６８９号明細書は、油頁岩および他の固体の炭素質材料の鉱床をインサイチュで蒸留するための方法およびプラントについて説明しており、それにより、より効率的かつ完璧な蒸留が実現され、大幅な作業の節約が達成される。対象となる領域に隣接する原子炉は、１つまたは複数の熱交換機中で循環された熱交換媒体に熱を与えるために使用され、熱交換機は、油頁岩の鉱床のインサイチュでの蒸留を実施するために、１つまたは複数の熱フロントに熱を与える。
【０００６】
Ｊｕｓｔｈｅｉｍの米国特許第３，５９８，１８２号明細書は、炭素質材料の炭化水素含有量を、高温水素を用いて蒸留し水素化して、炭化水素含有量を放出し蒸留する方法について記載している。方法を実施するための好ましい機器は、水素源、水素の温度を変化させるための手段、炭素質材料内の地下空洞、および油頁岩の面にある水素の温度を調節するための温度調整手段を含む。高温水素は、どのような源からのものでもよいが、好ましくは、水素を冷却剤として使用する原子炉から、または石炭の炭化から得られる。
【０００７】
Ｊｕｓｔｈｅｉｍの米国特許第３，７６６，９８２号明細書は、空気または燃焼排ガスなどの高温流体による、油頁岩または他の炭化水素性材料のインサイチュ処理の方法について記載しており、高温流体は、ケロゲンまたは他の炭化水素性物質を揮発させるための熱伝導剤としてのもの、また好ましくは、炭化水素性材料をそこに流れるガスに対して浸透性にするために裂き、割れ目を生じさせるのに十分な熱の担体としてのものでもある。揮発させた炭化水素性材料の回収は、高温ガス導入の場所から離れた１つまたは複数のボアホールからである。地上または地下における、空気または他の比較的安価な熱交換ガスの必要温度までの加熱は、原子炉、ペブル加熱器、または他の適切な加熱デバイスにおいて達成される。
【０００８】
Ｆｒｏｈｌｉｎｇの米国特許第４，７６５，４０６号明細書は、熱担体の注入によって原油を油層内に試験回収する方法について記載している。方法は、触媒のメタン化反応を実施し、その生じた熱を蒸気または不活性ガスであり得る熱担体に伝達することにより、原油脈内でまたは坑井がこの油脈に入る場所で熱エネルギーを発生させることによって影響される。熱担体は、原油層内に導入され、原油の易動性を向上させる。石炭、石油、ガス燃焼による加熱器、太陽エネルギープラントなどを含む、さまざまなエネルギー源が使用され得るが、本発明者は、好ましくは高温原子炉を利用する。
【０００９】
Ｊａｇｅｒの米国特許第４，９３０，５７４号明細書は、核加熱された蒸気を油田内に導入して取り出し、漏れた石油−ガス−水の混合物を分離および調製することによる、三次石油の回収およびガスの利用のための方法について記載している。方法は、蒸気改質装置を加熱し、ヘリウム冷却された高温の反応炉からの熱を用いて、蒸気発生器内で蒸気を発生させ、蒸気発生器内で生成された蒸気を、パイプを通じて油田内に部分的に供給し、漏れた石油−ガス−水の混合物からメタンと他の成分を分離し、メタンを予熱器内で予熱し、続いて蒸気発生器内で生成された蒸気およびメタンを蒸気改質装置に部分的に供給してメタンを水素と一酸化炭素に分離することを含む。
【００１０】
Ｏ’Ｂｒｉｅｎの米国特許出願公開第２００７０１８１３０１号明細書は、使用する油頁岩から炭化水素生成物を抽出するためのシステムおよび方法について記載している。方法は、エネルギーが油頁岩地層を破断し、液体およびガス状の炭化水素生成物を生成するのに十分な熱および圧力をもたらすように、核エネルギー源を使用することを含む。方法はまた、油頁岩地層から炭化水素生成物を抽出するためのステップも含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，１７０，８４２号明細書
【特許文献２】米国特許第３，２３７，６８９号明細書
【特許文献３】米国特許第３，５９８，１８２号明細書
【特許文献４】米国特許第３，７６６，９８２号明細書
【特許文献５】米国特許第４，７６５，４０６号明細書
【特許文献６】米国特許第４，９３０，５７４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７０１８１３０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
炭化水素、水素および／または他の生成物を、炭化水素含有地層から経済的に生成するための方法およびシステムを開発するために多大な努力がなされてきた。しかしながら、現在、炭化水素、水素、および／または他の生成物がそこから経済的に生成され得ない炭化水素含有地層が依然として多く存在している。したがって、地層を処理するエネルギーコストを低減し、処理プロセスからの排出物を低減し、加熱システムの設置を容易にし、かつ／または地表ベースの装置を利用する炭化水素回収プロセスに比べて、オーバーバーデンに対する熱損失を低減する、改良された方法およびシステムが必要である。
【００１３】
本明細書において説明された実施形態は、一般に、地表下地層を処理するためのシステムおよび方法に関する。特定の実施形態では、本発明は、地表下地層を処理するための１つまたは複数のシステムおよび１つまたは複数の方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、一部の実施形態では、地層内の複数の坑井穴と、坑井穴の少なくとも２つ内に配置された少なくとも１つの加熱器と、地層の温度を地層からの炭化水素の生成を可能にする温度まで上昇させるために、エネルギーを加熱器の少なくとも１つに与えるように構成された自己調節型原子炉とを備える、炭化水素を地表下地層から生成するためのインサイチュ熱処理システムを提供する。
【００１５】
本発明は、一部の実施形態では、地層内の複数の坑井穴と、坑井穴の少なくとも２つ内に配置された少なくとも１つの加熱器と、地層の温度を地層からの炭化水素の生成を可能にする温度まで上昇させるために、エネルギーを加熱器の少なくとも１つに与えるように構成された自己調節型原子炉とを備える、炭化水素を地表下地層から生成するためのインサイチュ熱処理システムであって、地層の少なくとも一部分への経時的な熱入力が、自己調節型原子炉の減衰速度と少なくとも近似的に相関する、インサイチュ熱処理システムを提供する。
【００１６】
本発明は、一部の実施形態では、地層内の複数の坑井穴と、坑井穴の少なくとも２つ内に配置された少なくとも１つの加熱器と、地層の温度を地層からの炭化水素の生成を可能にする温度まで上昇させるために、エネルギーを加熱器の少なくとも１つに与えるように構成された自己調節型原子炉とを備える、炭化水素を地表下地層から生成するためのインサイチュ熱処理システムであって、地層内の複数の坑井穴の少なくとも一部分の間の間隔が、自己調節型原子炉の減衰速度に少なくとも部分的に相関付けされる、インサイチュ熱処理システムを提供する。
【００１７】
本発明は、一部の実施形態では、地層内の複数の坑井穴と、坑井穴の少なくとも２つ内に配置された少なくとも１つの加熱器と、地層の温度を地層からの炭化水素の生成を可能にする温度まで上昇させるために、エネルギーを加熱器の少なくとも１つに与えるように構成された自己調節型原子炉とを備える、炭化水素を地表下地層から生成するためのインサイチュ熱処理システムであって、自己調節型原子炉は、約１／Ｅの速さで減衰する、インサイチュ熱処理システムを提供する。
【００１８】
本発明は、一部の実施形態では、本明細書において説明されたシステムを含むことができる、炭化水素を地表下地層から生成する方法を提供する。さらなる実施形態では、特有の実施形態からの特徴は、他の実施形態からの特徴と組み合わせられ得る。たとえば、１つの実施形態からの特徴は、他の実施形態の任意のものからの特徴と組み合わせられてもよい。さらなる実施形態では、地表下地層の処理は、本明細書において説明されたシステムおよび方法のいずれかを使用して実施される。さらなる実施形態では、追加の特徴が、本明細書で説明された特有の実施形態に追加されてもよい。
【００１９】
本発明の利点は、以下の詳細な説明の恩恵により、かつ添付の図を参照することにより当業者に明確になり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】炭化水素含有地層を処理するためのインサイチュ熱処理システムの一部分の実施形態の概略図である。
【図２】原子炉を使用するインサイチュ熱処理システムの実施形態の配置図である。
【図３】ペベルベッド反応炉を用いた、インサイチュ熱処理システムの実施形態の立面図である。
【図４】自己調節型原子炉の実施形態の配置図である。
【図５】自己調節型原子炉を用いた、Ｕ字形状の坑井穴を備えたインサイチュ熱処理システムの実施形態の配置図である。
【図６】インサイチュ熱処理パワーの注入必要量のパワー（Ｗ／ｆｔ）（ｙ軸）対時間（年）（ｘ軸）を示す図である。
【図７】坑井穴間の異なる間隔に対するインサイチュ熱処理パワーの注入必要量のパワー（Ｗ／ｆｔ）（ｙ軸）対時間（日）（ｘ軸）を示す図である。
【図８】坑井穴間の異なる間隔に対するインサイチュ熱処理の貯留器平均温度（℃）（ｙ軸）対時間（日）（ｘ軸）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、さまざまな改変形態および代替的な形態に影響を受け易いが、その特有の実施形態は、図において例として示されており、本明細書において詳細に説明され得る。図は、原寸に比例しないことがある。しかしながら、図およびそれに対する詳細な説明は、本発明を、図示された特定の形態に限定することが意図されるものでなく、その反対にその意図は、付属の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲に入るすべての改変形態、等価物および代替形態を包含するものであることが理解されるべきである。
【００２２】
以下の説明は、一般に、炭化水素を地層内で処理するためのシステムおよび方法に関する。そのような地層は、炭化水素生成物、水素および他の生成物を産出するために処理され得る。
【００２３】
「ＡＰＩ重力」は、１５．５℃（６０°Ｆ）におけるＡＰＩ重力を示している。ＡＰＩ重力は、ＡＳＴＭ法Ｄ６８２２またはＡＳＴＭ法Ｄ１２９８によって決定される通りである。
【００２４】
「流体圧力」は、地層内の流体によって発生する圧力である。「地盤圧力」（時に「地盤応力」とも称される）は、覆っている岩盤の単位面積当たりの重量に等しい地層内の圧力である。「静水圧」は、水柱によって及ぼされた地層内の圧力である。
【００２５】
「地層」は、１つまたは複数の炭化水素含有層、１つまたは複数の非炭化水素層、オーバーバーデン、および／またはアンダーバーデン（ｕｎｄｅｒｂａｒｄｅｎ）を含む。「炭化水素層」は、炭化水素含有地層内の層を示している。炭化水素層は、非炭化水素材料および炭化水素材料を含むことができる。「オーバーバーデン」および／または「アンダーバーデン」は、１つまたは複数の異なるタイプの非浸透性材料を含む。たとえば、オーバーバーデンおよび／またはアンダーバーデンは、岩、頁岩、泥岩、または湿潤／緊密炭酸塩を含むことができる。インサイチュ熱処理プロセスの一部の実施形態では、オーバーバーデンおよび／またはアンダーバーデンは、比較的非浸透性であり、かつインサイチュ熱処理中、オーバーバーデンおよび／またはアンダーバーデンの炭化水素含有層に大幅な特性変化をもたらす温度にさらされない、１つの炭化水素含有層または複数の炭化水素含有層を含むことができる。たとえば、オーバーバーデンは、頁岩または泥岩を含むことができるが、アンダーバーデンは、インサイチュ熱処理プロセス中、熱分解温度まで加熱することはできない。一部の場合では、オーバーバーデンおよび／またはアンダーバーデンは、幾分浸透性でもよい。
【００２６】
「地層流体」は、地層内に存在する流体を示しており、熱分解流体、合成ガス、易動化炭化水素、および水（蒸気）を含むことができる。地層流体は、炭化水素流体および非炭化水素流体を含むことができる。用語「易動化流体」は、地層の熱処理の結果流れることができる炭化水素含有地層内の流体を示している。「生成された流体」は、地層から取り出された流体を示している。
【００２７】
「熱源」は、熱を、実質的に伝導および／または放射熱伝達によって地層の少なくとも一部分に与えるための任意のシステムである。たとえば、熱源は、絶縁導電体、細長部材、および／またはコンジット内に配設された導電体などの導電材料および／または電気加熱器を含むことができる。熱源はまた、燃料を、地層の外部または内部で燃焼させることによって熱を発生させるシステムを含むこともできる。システムは、地表バーナー、ダウンホールガスバーナー、無炎分配型燃焼器、および自然分配型燃焼器でもよい。一部の実施態様では、１つまたは複数の熱源に与えられる、またはその中で発生させた熱は、他のエネルギー源によって供給されてもよい。他のエネルギー源は、地層を直接加熱することができ、またはこのエネルギーは、地層を直接的にもしくは間接的に加熱する伝達媒体に加えられてもよい。地層に熱を加える１つまたは複数の熱源は、異なるエネルギー源を使用してもよいことが理解されるものとする。したがって、たとえば、所与の地層に対して、一部の熱源は、導電材料、電気抵抗加熱器から熱を供給することができ、一部の熱源は、燃焼から熱を与えることができ、一部の熱源は、１つまたは複数の他のエネルギー源（たとえば化学反応、太陽エネルギー、風力エネルギー、バイオマス、または他の再生可能なエネルギー源）から熱を与えることができる。化学反応は、発熱反応（例えば、酸化反応）を含むことができる。熱源はまた、加熱器の坑井などの加熱場所の近傍、および／またはそれを取り囲む帯域に熱を供給する導電材料および／または加熱器を含むこともできる。
【００２８】
「加熱器」は、坑井または近くの坑井穴領域内で熱を発生させるための任意のシステムまたは熱源である。加熱器は、それだけに限定されないが、電気加熱器、バーナー、地層内の材料、もしくは地層から生成された材料と反応する燃焼器、および／またはそれらの組合せでもよい。
【００２９】
「重炭化水素」は、粘性の炭化水素流体である。重炭化水素は、重油、タールおよび／またはアスファルトなどの高い粘性の炭化水素流体を含むことができる。重炭化水素は、炭素および水素、ならびにより低濃度の硫黄、酸素および窒素を含むことができる。さらなる要素もまた、重炭化水素中に微量で存在し得る。重炭化水素は、ＡＰＩ重力によって分類され得る。重炭化水素は、一般に約２０°を下回るＡＰＩ重力を有する。たとえば、重油は、一般に約１０から２０°のＡＰＩ重力を有し、一方でタールは、一般に約１０°を下回るＡＰＩ重力を有する。重炭化水素の粘性は、一般に、１５℃で約１００センチポアズを上回るものである。重炭化水素は、芳香族化合物または他の複合環炭化水素を含むことができる。
【００３０】
重炭化水素は、比較的浸透性の地層内で見つけられ得る。比較的浸透性の地層は、たとえば砂または炭酸塩内に同伴された重炭化水素を含むことができる。「比較的浸透性」は、地層またはその一部分に対して、１０ミリダーシーまたはそれ以上（たとえば１０または１００ミリダーシー）の平均浸透性として定義される。「比較的低い浸透性」は、地層またはその部分に対して、約１０ミリダーシー未満の平均浸透性として定義される。１ダーシーは、約０．９９平方マイクロメートルに等しい。非浸透性層は、一般に、約０．１ミリダーシー未満の浸透性を有する。
【００３１】
重炭化水素を含む特定のタイプの地層はまた、それだけに限定されないが、天然鉱ろうまたは天然アスファルトを含むこともできる。「天然鉱ろう」は、通常、数メートルの幅、数キロメートルの長さ、および数百メートルの深さになり得るほぼ管状の鉱脈内に発生する。「天然アスファルト」は、芳香族化合物組成の固体の炭化水素を含み、通常、大きな鉱脈内に発生する。天然鉱ろうおよび天然アスファルトなどの、地層からの炭化水素のインサイチュ回収は、液体炭化水素を形成するように溶融することおよび／または地層からの炭化水素のソリューションマイニングを含むことができる。
【００３２】
「炭化水素」は、一般に、主に炭素および水素原子によって形成される分子として定義される。炭化水素はまた、それだけに限定されないが、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むこともできる。炭化水素は、それだけに限定されないが、ケロゲン、ビチューメン、ピロビチューメン、石油、天然鉱ろう、およびアスファルトでもよい。炭化水素は、地球の鉱物基質内、またはそれに隣接して位置することができる。基質は、それだけに限定されないが、堆積岩、砂、シリシライト、炭酸塩、珪藻土、および他の多孔質媒体を含むことができる。「炭化水素流体」は、炭化水素を含む流体である。炭化水素流体は、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、水、およびアンモニアなどの非炭化水素流体を含み、それを同伴し、その中に同伴されてもよい。
【００３３】
「インサイチュ転化プロセス」は、炭化水素含有地層を熱源から加熱して、地層の少なくとも一部分の温度を、熱分解流体が地層内に生成されるように熱分解を上回る温度まで上昇させるプロセスを示している。
【００３４】
「インサイチュ熱処理プロセス」は、炭化水素含有地層を熱源で加熱して、地層の少なくとも一部分の温度を、炭化水素含有材料の易動化流体、ビスブレーキング、および／または熱分解をもたらす温度を上回るように上昇させることで、易動化流体、ビスブレーキングさせた流体、および／または熱分解流体が地層内に生成されるようになるプロセスを示している。
【００３５】
「絶縁導電体」は、電気を伝導することができ、電気絶縁材料によって全体的にまたは部分的に覆われた任意の細長材料を示している。
【００３６】
「熱分解」は、熱を加えることによる化学的結合の破壊である。たとえば、熱分解は、１つの化合物を、熱単独で１つまたは複数の他の物質に変換することを含むことができる。熱は、地層のあるセクションに伝達されて熱分解を引き起こすことができる。
【００３７】
「熱分解流体」または「熱分解生成物」は、実質的に炭化水素の熱分解中に生成された流体を示している。熱分解反応によって生成された流体は、地層内で他の流体と混合させることができる。混合物は、熱分解流体または熱分解生成物と考えられる。本明細書では、「熱分解ゾーン」は、反応するまたは反応して熱分解流体を形成するある体積の地層（たとえばタールサンド地層などの比較的浸透性の地層）を示している。
【００３８】
「熱の重ね合わせ」は、２つまたはそれ以上の熱源間の少なくとも１つの場所の地層の温度が、熱源によって影響されるように、地層の選択されたセクションに熱源から熱を与えることを示している。
【００３９】
「タールサンド地層」は、炭化水素が、主に、鉱物粒子枠組みまたは他の宿主岩盤（たとえば砂または炭酸塩）内に同伴された重炭化水素および／またはタールの形態で存在する地層である。タールサンド地層の例は、すべてＡｌｂｅｒｔａ、Ｃａｎａｄａ内にある、アサバスカ地層、グロスモント地層、およびピースリバー地層、ならびにＯｒｉｎｏｃｏ  ｂｅｌｔ、Ｖｅｎｅｚｕｅｌａ内のファハ地層を含む。
【００４０】
層の「厚さ」は、層の断面の厚さを示しており、この場合、その断面は、層の面に対して垂直である。
【００４１】
「Ｕ字形状の坑井穴」は、地層内の第１の開口部から地層の少なくとも一部分を通って地層内の第２の開口部から出るように延びる坑井穴を示している。この文脈では、坑井穴は、おおよその「ｖ字」または「ｕ字」の形状にすぎず、「ｕ字」の「脚部」は、互いに平行である必要はなく、「ｕ」形状と考えられる坑井穴の「ｕ字」の底部に対して垂直である必要はないことを理解する。
【００４２】
「品質向上」は、炭化水素の品質を向上させることを示す。たとえば、重炭化水素の品質を向上させることは、重炭化水素のＡＰＩ重力の増大をもたらし得る。
【００４３】
「ビスブレーキング」は、熱処理中、流体中の分子のもつれを解くことをおよび／または熱処理中、大きい分子をより小さい分子に分解することを示しており、これにより、流体の粘性の低減がもたらされる。
【００４４】
用語「坑井穴」は、掘削またはコンジットを地層内に挿入することによって作り出された地層内の穴を示している。坑井穴は、ほぼ円形の断面または別の断面形状を有することができる。本明細書では、用語「坑井」および「開口部」は、地層内の開口部を示す際、用語「坑井穴」と交換可能に使用されてもよい。
【００４５】
地層は、多くの異なる生成物を生成するためにさまざまな方法で処理されてもよい。さまざまな段階またはプロセスが、インサイチュ熱処理プロセス中に地層を処理するために使用され得る。一部の実施形態では、地層の１つまたは複数のセクションは、溶解性鉱物をセクションから取り出すためにソリューションマイニングが行われる。鉱物のソリューションマイニングは、インサイチュ熱処理プロセスの前、その間、および／またはその後に実施されてもよい。一部の実施形態では、ソリューションマイニングが行われた１つまたは複数のセクションの平均温度は、約１２０℃を下回るように維持され得る。
【００４６】
一部の実施形態では、地層の１つまたは複数のセクションは、水をセクションから取り出すため、および／またはメタンおよび他の揮発性炭化水素をセクションから取り出すために加熱される。一部の実施形態では、平均温度は、水および揮発性炭化水素の取り出し中、周囲温度から約２２０℃を下回る温度まで上昇し得る。
【００４７】
一部の実施形態では、地層の１つまたは複数のセクションは、地層内の炭化水素の移動および／またはビスブレーキングを可能にする温度まで加熱される。一部の実施形態では、地層の１つまたは複数のセクションの平均温度は、セクション内の炭化水素の易動化温度（たとえば１００℃から２５０℃、１２０℃から２４０℃、または１５０℃から２３０℃の範囲にある温度）まで上昇する。
【００４８】
一部の実施形態では、１つまたは複数のセクションは、地層内で熱分解反応を可能にする温度まで加熱される。一部の実施形態では、地層の１つまたは複数のセクションの平均温度は、セクション内の炭化水素の熱分解温度（たとえば２３０℃から９００℃、２４０℃から４００℃、または２５０℃から３５０℃の範囲にある温度）まで上昇することができる。
【００４９】
炭化水素含有地層を複数の熱源で加熱することにより、地層内の炭化水素の温度を所望の加熱速度で所望の温度まで上昇させる、熱源周りの熱勾配を確立することができる。所望の生成物の易動化温度範囲および／または熱分解温度範囲にわたる温度上昇率は、炭化水素含有地層から生成された地層流体の品質および量に影響を及ぼし得る。地層の温度を易動化温度範囲および／または熱分解温度範囲にわたってゆっくりと上昇させることにより、地層からの高品質、高ＡＰＩ重力の炭化水素の生成が可能になり得る。地層の温度を易動化温度範囲および／または熱分解温度範囲にわたってゆっくりと上昇させることにより、炭化水素生成物として地層内に存在する多量の炭化水素生成物の取り出しが可能になり得る。
【００５０】
一部のインサイチュ熱処理の実施形態では、地層の一部は、温度をある温度範囲にわたってゆっくりと加熱する代わりに、所望の温度まで加熱される。一部の実施形態では、所望の温度は、３００℃、３２５℃または３５０℃である。他の温度が、所望の温度として選択されてもよい。
【００５１】
熱源からの熱の重ね合わせは、所望の温度を比較的早く、効率的に地層内に確立することを可能にする。熱源からの地層内のエネルギー入力は、地層内の温度をほぼ所望の温度に維持するように調整され得る。
【００５２】
易動化および／または熱分解の生成物は、地層から生成坑井を通って生成され得る。一部の実施形態では、１つまたは複数のセクションの平均温度は、易動化温度まで上昇し、炭化水素が生成坑井から生成される。セクションの１つまたは複数の平均温度は、易動化による生成が低下して選択された値を下回った後、熱分解温度まで上昇することができる。一部の実施形態では、１つまたは複数のセクションの平均温度は、熱分解温度に到達する前に、有意な生成を行うことなく熱分解温度まで上昇することができる。熱分解生成物を含む地層流体は、生成坑井を通り抜けて生成され得る。
【００５３】
一部の実施形態では、１つまたは複数のセクションの平均温度は、易動化および／または熱分解後、合成ガスの生成を可能にするのに十分な温度まで上昇することができる。一部の実施形態では、炭化水素は、合成ガスの生成を可能にするのに十分な温度に到達する前に、有意な生成を行うことなく、合成ガスの生成を可能にするのに十分な温度まで上昇することができる。たとえば、合成ガスは、約４００℃から約１２００℃、約５００℃から約１１００℃、または約５５０℃から約１０００℃の温度範囲内で生成され得る。合成ガスを発生させる流体（たとえば蒸気および／または水）が、合成ガスを発生させるためにセクション内に導入され得る。合成ガスは、生成坑井から生成され得る。
【００５４】
ソリューションマイニング、揮発性炭化水素および水の取り出し、炭化水素の易動化、炭化水素の熱分解、合成ガスの発生、および／または他のプロセスは、インサイチュ熱処理プロセス中に実施され得る。一部の実施形態では、いくつかのプロセスは、インサイチュ熱処理プロセス後に実施され得る。そのようなプロセスは、それだけに限定されないが、処理されたセクションからの熱の取り出し、事前に処理されたセクション内での流体（たとえば水および／または炭化水素）の保存、および／または事前に処理されたセクション内での二酸化炭素の隔離を含むことができる。
【００５５】
図１は、炭化水素含有地層を処理するためのインサイチュ熱処理システムの一部分の実施形態の概略図を示している。インサイチュ熱処理システムは、障壁坑井１００を含むことができる。障壁坑井は、処理領域の周りに障壁を形成するために使用される。障壁は、流体の処理領域への流入および／またはそこからの流出を抑止する。障壁坑井は、それだけに限定されないが、脱水坑井、真空坑井、捕捉坑井、注入坑井、グラウト坑井、凍結坑井、またはそれらの組合せを含む。一部の実施形態では、障壁坑井１００は、脱水坑井である。脱水坑井は、液体水を取り出す、および／または液体水が、加熱される対象の地層、もしくは加熱されている地層の一部分に入ることを抑止することができる。図１に示される実施形態では、障壁坑井１００は、熱源１０２の片側に沿ってのみ延びているように示されているが、障壁坑井は通常、地層の処理領域を加熱するために使用される、または使用される対象のすべての熱源１０２を取り巻いている。熱源１０２は、地層の少なくとも一部分内に置かれる。熱源１０２は、導電材料を含むことができる。一部の実施形態では、熱源は、絶縁導電体、コンジット内導電体加熱器、地表バーナー、無炎分配型燃焼器、および／または自然分配型燃焼器などの加熱器を含む。熱源１０２はまた、他のタイプの加熱器を含むこともできる。熱源１０２は、地層内で炭化水素を加熱するために、地層の少なくとも一部分に熱を与える。エネルギーは、供給ライン１０４を通して熱源１０２を加熱するために供給され得る。供給ライン１０４は、地層を加熱するために使用される熱源（複数可）のタイプに応じて、構造的に異なり得る。熱源のための供給ライン１０４は、導電材料もしくは電気加熱器用の電気を伝送することができ、燃焼器用の燃料を輸送することができ、または地層内で循環された熱交換流体を輸送することができる。一部の実施形態では、インサイチュ熱処理プロセスのための電気は、原子力発電所（複数可）によって与えられてもよい。原子力の使用は、インサイチュ熱処理プロセスからの二酸化炭素排出物の低減または解消を可能にすることができる。
【００５６】
地層を加熱することにより、地層の浸透性および／または多孔性を向上させることができる。浸透性および／または多孔性の向上は、水を蒸発させて取り出し、炭化水素を取り出し、および／または破断部を作り出すことによる、地層内の塊の低減から生じ得る。流体は、地層の浸透性および／または多孔性が向上したために、地層の加熱された部分内をより容易に流れることができる。地層の加熱された部分内の流体は、浸透性および／または多孔性が向上したために、地層内でかなりの距離を移動することができる。かなりの距離は、地層の浸透性、流体の特性、地層の温度、および流体の移動を可能にする圧力勾配などのさまざまな要因に応じて、１０００ｍを超えるものになり得る。流体が地層内でかなりの距離を進行することができるため、生成坑井１０６を、地層内で比較的遠く離間して置くことができる。生成坑井１０６は、地層流体を地層から取り出すために使用される。一部の実施形態では、生成坑井１０６は、熱源を含む。生成坑井内の熱源は、生成坑井においてまたは生成坑井の近くで地層の１つまたは複数の部分を加熱することができる。一部のインサイチュ熱処理プロセスの実施形態では、生成坑井１メートル当たりの生成坑井から地層に供給される熱量は、熱源１メートル当たりの、地層を加熱する熱源から地層に加えられる熱量を下回るものである。生成坑井から地層に加えられた熱は、生成坑井に隣接する液体相流体を蒸発させ、取り出すことによって、および／または生成坑井に隣接する地層の浸透性を、マクロおよび／もしくはマイクロ破断部の形成によって向上させることにより、生成坑井に隣接する地層の浸透性を向上させることができる。
【００５７】
一部の実施形態では、生成坑井１０６内の熱源は、地層からの地層流体の蒸発相の取り出しを可能にする。生成坑井において、または生成坑井中に加熱を提供することにより、（１）そのような生成流体がオーバーバーデンの近傍の生成坑井内で移動しているときの生成流体の凝縮および／または逆流を抑止することができ、（２）地層内への熱入力を増大させることができ、（３）生成坑井からの生成速度を、熱源を有さない生成坑井に比べて増大させることができ、（４）生成坑井内の高炭素数化合物（Ｃ６およびそれ以上の炭化水素）の凝縮を抑止することができ、かつ／または（５）生成坑井における、または生成坑井の近傍の地層の浸透性を向上させることができる。
【００５８】
地層内の地表下圧力は、地層内で発生した流体圧力に対応することができる。地層の加熱された部分内の温度が上昇するにつれて、加熱された部分内の圧力は、インサイチュ流体の熱膨張、流体発生の増大および水の蒸発の結果、上昇することができる。地層からの流体の取り出し速度を制御することにより、地層内の圧力の制御が可能になり得る。地層内の圧力は、生成坑井の近くもしくは生成坑井において、熱源の近くまたは熱源において、または監視坑井などのいくつかの異なる場所で決定され得る。
【００５９】
一部の炭化水素含有地層では、地層からの炭化水素の生成は、地層内の少なくとも一部の炭化水素が易動化されたおよび／または熱分解された状態になるまで抑止される。地層流体は、選択された品質になったときに地層から生成され得る。一部の実施形態では、選択された品質は、少なくとも約２０°、３０°、または４０°のＡＰＩ重力を含む。少なくとも一部の炭化水素が易動化およびまたは熱分解されるまで生成を抑止することにより、重炭化水素の軽炭化水素への転化を増大させることができる。初期の生成を抑止することにより、地層からの重炭化水素の生成が最小限に抑えられ得る。相当な量の重炭化水素の生成は、高価な装置を必要とし、かつ／または生成装置の寿命を短くすることがある。
【００６０】
一部の実施形態では、易動化流体、熱分解流体、または地層内で発生した他の流体の膨張によって発生した圧力は、生成坑井１０６への開放通路または任意の他の圧力シンクが地層内にまだ存在し得ないにも関わらず、増大させられることがある。流体圧力は、地盤圧力に向かって増大させられることがある。炭化水素含有地層内の破断部は、流体が地盤圧力に近づいたときに形成され得る。たとえば、破断部は、熱源１０２から地層の加熱された部分内の生成坑井１０６まで形成され得る。加熱された部分内の破断部の発生により、部分内の圧力の一部を軽減することができる。地層内の圧力は、望ましくない生成、オーバーバーデンまたはアンダーバーデンの破断、および／または地層内の炭化水素のコーキングを抑止するために選択された圧力を下回って維持されなければならないことがある。
【００６１】
易動化および／または熱分解温度に到達し、地層からの生成が可能にされた後、地層内の圧力は、地層流体内の非凝縮の流体と比べた凝縮流体の割合を制御するために、および／または生成されている地層流体のＡＰＩ重力を制御するために、生成された地層流体の組成を変更するおよび／または制御するように変更され得る。たとえば、圧力を低下させると、より大きい凝縮可能な流体成分の生成がもたらされ得る。凝縮可能な流体成分は、より大きい割合のオレフィンを含有することができる。
【００６２】
一部のインサイチュ熱処理プロセスの実施形態では、地層内の圧力は、２０°を上回るＡＰＩ重力を有する地層流体の生成を促進するのに十分な高さで維持され得る。増大した圧力を地層内に維持することにより、インサイチュ熱処理中の地層の沈下を抑止することができる。増大した圧力を維持することにより、地層流体を地表で圧縮する必要性を低減または解消して、流体を収集コンジットで処理設備まで輸送することができる。
【００６３】
増大した圧力を地層の加熱された部分内で維持することにより、驚くべきことに、向上した品質および比較的低分子重量の大量の炭化水素の生成が可能になり得る。圧力は、生成された地層流体が、選択された炭素数を上回る化合物の最少量を有するように維持され得る。選択された炭素数は、最大で２５、最大で２０、最大で１２、または最大で８でもよい。一部の高炭素数の化合物は、地層中の蒸気に同伴されてもよく、蒸気と共に地層から取り出されてもよい。増大した圧力を地層内に維持することにより、蒸気中の高炭素数の化合物および／または多環炭化水素化合物の同伴を抑止することができる。高炭素数の化合物および／または多環炭化水素化合物は、かなりの期間、地層内に液相で留まることができる。かなりの期間は、化合物が熱分解して、より低い炭素数の化合物を形成するための十分な時間を提供することができる。
【００６４】
生成坑井１０６から生成された地層流体は、収集管１０８を通じて処理施設１１０まで輸送され得る。地層流体はまた、熱源１０２からも生成され得る。たとえば、流体は、熱源に隣接する地層内の圧力を制御するために、熱源１０２から生成されてもよい。熱源１０２から生成された流体は、チュービングもしくは配管を通って収集管１０８に輸送されてもよく、または生成された流体は、チュービングまたは配管を通って直接処理施設１１０に輸送されてもよい。処理施設１１０は、分離ユニット、反応ユニット、品質向上ユニット、燃料電池、タービン、貯蔵容器および／または生成された地層流体を加工処理するための他のシステムおよびユニットを含むことができる。処理施設は、輸送燃料を、地層から生成された炭化水素の少なくとも一部分から形成することができる。一部の実施形態では、輸送燃料は、ＪＰ−８などのジェット燃料でもよい。
【００６５】
特定の実施形態では、熱源、熱源パワー源、生成装置、供給ラインおよび／または他の熱源または生成支援装置が、より小型サイズの加熱器および／またはより小型サイズの装置を使用して地層を処理できるようにトンネルの中に配置される。また、そのような装置および／または構造をトンネル内に配置することにより、地層を処理するためのエネルギーコストを低減し、処理プロセスからの排出物を低減し、加熱システムの取り付けを容易にし、かつ／または地表ベースの装置を利用する炭化水素回収プロセスと比べてオーバーバーデンへの熱損失を低減することもできる。
【００６６】
一部の実施形態では、核エネルギーは、地層の一部分を加熱するために循環システム内で使用される伝熱流体を加熱するために使用される。核エネルギーは、ペブルベッド型反応炉、軽水炉、または核分裂性金属水素化物反応炉などの原子炉によって与えられ得る。核エネルギーを使用することにより、ほとんどまたは全く二酸化炭素排出物を有さない熱源が提供される。また、一部の実施形態では、核エネルギーの使用は、熱から電気への、また電気から熱への転化から生じるエネルギー損失が、電気を生成することなく核反応から生成された熱を直接的に利用することによって回避されるため、より効率的である。
【００６７】
一部の実施形態では、原子炉は、ヘリウムなどの伝熱流体を加熱する。たとえば、ヘリウムは、ペブルベッド反応炉を通って流れ、熱がヘリウムに伝達される。ヘリウムは、地層を加熱するために伝熱流体として使用され得る。一部の実施形態では、原子炉は、ヘリウムを加熱し、ヘリウムは、熱交換機を通過し、地層を加熱するために使用される別の伝熱流体に熱を与える。原子炉は、カプセル化され、濃縮された二酸化ウラン燃料を含有する圧力容器を含むことができる。ヘリウムは、熱を原子炉から取り出すために伝熱流体として使用され得る。熱は、熱交換機内で、ヘリウムから循環システム内で使用される伝熱流体に伝達され得る。循環システム内で使用される伝熱流体は、二酸化炭素、溶融塩または他の流体でもよい。当然ながら、伝熱流体は、特定の温度において実際には流体でなくてもよいことも可能である。伝熱流体は、低温度で固体および高温度で流体である特性の多くを有することができる。たとえばＰＢＭＲ  Ｌｔｄ社（Ｃｅｎｔｕｒｉｏｎ、Ｓｏｕｔｈ  Ａｆｒｉｃａ）からのペブルベッド反応炉システムが利用可能である。
【００６８】
図２は、核エネルギーを使用して処理領域２００を加熱するシステムの概略図を示している。システムは、ヘリウム系ガス移動機２０２、原子炉２０４、熱交換機ユニット２０６、および伝熱流体移動機２０８を含むことができる。ヘリウム系ガス移動機２０２は、加熱されたヘリウムを、原子炉２０４から熱交換機ユニット２０６にブロー、圧送、または押し込むことができる。熱交換機ユニット２０６からのヘリウムは、ヘリウム系ガス移動機２０２を通過して原子炉２０４に至ることができる。原子炉２０４からのヘリウムは、約９００℃と約１０００℃の間の温度であってもよい。ヘリウムガス移動機２０２からのヘリウムは、約５００℃と約６００℃の間の温度であってもよい。伝熱流体移動機２０８は、伝熱流体を熱交換機ユニット２０６から処理領域２００中に引っ張ることができる。伝熱流体は、伝熱流体移動機２０８を通過して熱交換ユニット２０６に至ることができる。伝熱流体は、二酸化炭素、溶融塩、および／または他の流体でもよい。伝熱流体は、熱交換器ユニット２０６を出た後、約８５０℃と約９５０℃の間の温度であってもよい。
【００６９】
一部の実施形態では、システムは、補助パワーユニット２１０を含む。一部の実施形態では、補助パワーユニット２１０は、ヘリウムを熱交換機ユニット２０６から発生器内に通過させて電気を作り出すことによってパワーを発生させる。ヘリウムは、原子炉２０４に送られる前に、ヘリウムの圧力および温度を調製するために１つまたは複数の圧縮機および／または熱交換機に送られ得る。一部の実施形態では、補助パワーユニット２１０は、伝熱流体（たとえばアンモニアまたはアンモニア水）を用いてパワーを発生させる。熱交換機ユニット２０６からのヘリウムは、追加の熱交換機ユニットに送られて熱を伝熱流体に伝達することができる。伝熱流体は、電気を発生させるパワーサイクル（カリーナサイクルなど）内に取り込まれ得る。一実施形態では、原子炉２０４は、４００ＭＷ反応炉であり、補助パワーユニット２１０は、約３０ＭＷの電気を発生させる。
【００７０】
図３は、インサイチュ熱処理プロセスのための配置の概略立面図を示している。（Ｕ字形状または他の形状でもよい）坑井穴が、処理領域２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄを画定するように地層内に形成され得る。追加の処理領域が、示された処理領域の側部に形成されてもよい。処理領域２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、３００ｍ、５００ｍ、１０００ｍ、または１５００ｍを超える幅を有することができる。坑井穴の坑井出口および入口は、坑井開口領域２１２内に形成され得る。レール線２１４が、処理領域２００の側部に沿って形成され得る。倉庫、事務所、および／または消費燃料貯蔵施設は、レール線２１４のほぼ末端に位置することができる。施設２１６は、レール線２１４の支線に沿って間隔をおいて形成され得る。施設２１６は、原子炉、圧縮機、熱交換器ユニット、および／または高温の伝熱流体を坑井穴まで循環させるのに必要とされる他の装置を含むことができる。施設２１６は、地層から生成された地層流体を処理するための地表施設を含むこともできる。一部の実施形態では、施設２１６’内で生成された伝熱流体は、処理領域２００Ａを通過した後、施設２１６’’内の反応炉によって再加熱され得る。一部の実施形態では、各々の施設２１６は、施設に隣接する処理領域２００の２分の１内の坑井に高温処理流体を与えるために使用される。施設２１６は、処理領域からの生成が完了した後、レールによって別の施設現場に移動され得る。
【００７１】
一部の実施形態では、核エネルギーは、地表下地層のある部分を直接的に加熱するために使用される。地表下地層の部分は、炭化水素処理領域の一部でもよい。原子炉施設を使用して伝熱流体を加熱し、その伝達流体が、次いで、地表下地層を加熱するために地表下地層に提供されることに反して、１つまたは複数の自己調節型核加熱器が、地表下地層を直接的に加熱するために地下に配置され得る。自己調節型原子炉は、１つまたは複数のトンネル内またはその近傍に配置され得る。
【００７２】
一部の実施形態では、地表下地層の処理は、地層を、所望の最初の上限範囲（たとえば２５０℃と３５０℃の間）まで加熱することを必要とする。地表下地層を所望の温度範囲まで加熱した後、温度は、範囲内で、所望の時間（たとえば炭化水素のある割合が熱分解された状態になる、または地層内の平均温度が選択された値に到達するまで）維持され得る。地層温度が上昇するにつれて、加熱器温度は、ある期間にわたってゆっくりと低下し得る。これまでのところ本明細書において説明された特定の原子炉（たとえば核ペブルベッド反応炉）は、動作時、約９００℃の自然の温度出力限界に到達し、最終的には、ウラン２３５燃料が劣化したときに減衰し、より低い温度が加熱器において経時的に生成される結果となる。特定の原子炉（たとえば核ペブルベッド反応炉）の自然のパワー出力曲線は、特定の地表下地層に対する所望の加熱対時間のプロファイルを提供するために使用され得る。
【００７３】
一部の実施形態では、核エネルギーは、自己調節型原子炉（たとえばペブルベッド反応炉または核分裂性金属水素化物反応炉）によって与えられる。自己調節型原子炉は、その設計に基づくある特定の温度を超えてはならない。自己調節型原子炉は、従来の原子炉に対してかなり小型のものになり得る。自己調節型原子炉は、たとえば約２平方ｍ、３平方ｍ、または５平方ｍあるいはそれより小さいサイズでもよい。自己調節型原子炉は、モジュール式でもよい。
【００７４】
図４は、自己調節型原子炉型２１８の配置図を示している。一部の実施形態では、自己調節型原子炉は、核分裂性金属水素化物２２０を含む。核分裂性金属水素化物は、核反応用の燃料として、ならびに核反応用の減速体として機能することができる。原子炉の炉心は、金属水素化物材料を含むことができる。水素化物中に含有された水素同位体の温度駆動された易動性は、核反応を制御するように機能することができる。温度が、自己調節型原子炉２１８の炉心２２２内で設定点を上回って上昇する場合、水素同位体は、水素化物から解離し、炉心から逃げ、パワー生成は低下する。炉心温度が低下する場合、水素同位体は、核分裂性金属水素化物と再び結合して、プロセスを反転させる。一部の実施形態では、核分裂性金属水素化物は、水素がより容易に核分裂性金属水素化物に浸透することを可能にする粉末形態のものでもよい。
【００７５】
その基本的設計により、自己調節型原子炉は、もしあるとすれば、核反応自体の制御に関連付けられた移動部分をわずかに含み得る。自己調節型原子炉の小型で簡単な構造は、特に、今日世界中で一般的に使用されている従来の商用原子炉に比べて注目すべき利点を有することができる。利点は、比較的容易な製造、輸送性、安定性、安全性、および財政的な実行可能性を含むことができる。自己調節型原子炉の小型設計は、反応炉を、１つの施設で構築し、炭化水素含有地層などの使用する現場に輸送することを可能にし得る。自己調節型原子炉は、到着し、取り付けた時点で、動作させることができる。
【００７６】
自己調節型原子炉は、１ユニットあたり約数十メガワットの熱出力を生成することができる。２基またはそれ以上の自己調節型原子炉が、炭化水素含有地層で使用され得る。自己調節型原子炉は、約４５０℃と約９００℃の間、約５００℃と約８００℃の間、約５５０℃と約６５０℃の間の範囲にある燃料温度で作動することができる。作動温度は、約５５０℃と約６００℃の間の範囲内でもよい。作動温度は、約５００℃と約６５０℃の間の範囲内でもよい。
【００７７】
自己調節型原子炉は、炉心２２２内にエネルギー抽出システム２２４を含むことができる。エネルギー抽出システム２２４は、エネルギーを、動作中の原子炉によって生成された熱の形態で抽出するように機能することができる。エネルギー抽出システムは、配管２２４Ａおよび２２４Ｂ中を循環する伝熱流体を含むことができる。チュービングの少なくとも一部分は、原子炉の炉心内に配置され得る。流体循環システムは、伝熱流体を配管中で連続的に循環させるように機能することができる。炉心内に配置された配管の密度および体積は、核分裂性金属水素化物の濃縮度に依存し得る。一部の実施形態では、エネルギー抽出システムは、アルカリ金属の（たとえばポタシューム）ヒートパイプを含む。ヒートパイプは、さらに、機械式ポンプが伝熱流体を炉心中に運ぶ必要性を解消することによって自己調節型原子炉をより簡単にすることができる。自己調節型原子炉をいくらかでも簡易化することにより、いかなる故障の機会も減少させ、原子炉の安全性を向上させ得る。エネルギー抽出システムは、ヒートパイプに連結された熱交換機を含むことができる。伝熱流体は、熱エネルギーを熱交換機から運ぶことができる。
【００７８】
原子炉の寸法は、核分裂性金属水素化物の濃縮度によって決定され得る。より高い濃縮度を有する原子炉の結果、より小さい関連する反応炉が得られる。適正な寸法は、炭化水素含有地層および地層エネルギーの必要性の個々の仕様によって最終的に決定され得る。一部の実施形態では、核分裂性金属水素化物は、親物質水素化物で希釈される。親物質水素化物は、核分裂部分の異なる同位体から形成され得る。核分裂性金属水素化物は、核分裂性水素化物Ｕ２３５を含むことができ、親物質水素化物は、同位体Ｕ２３８を含むことができる。一部の実施形態では、原子炉の炉心は、約５％のＵ２３５および約９５％のＵ２３８から形成された核燃料を含むことができる。
【００７９】
親物質すなわち非核分裂性の水素化物と混合された核分裂性金属水素化物の他の組合せもまた作用する。核分裂性金属水素化物は、プルトニウムを含むことができる。プルトニウムの低い溶融温度（約６４０℃）は、水素化物の粒子を、蒸気発生器にパワー供給するための反応炉燃料としてはそれほど魅力的にしないが、より低い反応炉温度を必要とする他の用途では有用になり得る。核分裂性金属水素化物は、トリウム水素化物を含むことができる。トリウムは、その高い溶融温度（約１７７５℃）により、反応炉のより高い温度での作動を可能にする。一部の実施形態では、核分裂性金属水素化物の異なる組合せが、異なるエネルギー出力パラメータを達成するために使用される。
【００８０】
一部の実施形態では、原子炉２１８は、１つまたは複数の水素貯蔵容器２２６を含むことができる。水素貯蔵容器は、炉心から排出された水素を吸収するために、１つまたは複数の非核分裂性水素吸収材料を含むことができる。非核分裂性水素吸収材料は、炉心の水素化物の非核分裂性同位体を含むことができる。非核分裂性水素吸収材料は、核分裂性材料の解離圧力に近い水素化物の解離圧力を有することができる。
【００８１】
炉心２２２および水素貯蔵容器２２６は、絶縁層２２８によって分離され得る。絶縁層は、炉心からの中性子の漏出を低減するために中性子反射体として機能することができる。絶縁層は、熱帰還を低減するように機能することができる。絶縁層は、水素貯蔵容器が、核炉心によって（たとえば放射加熱でまたはチャンバ内のガスからの対流加熱で）加熱されることから保護するように機能することができる。
【００８２】
炉心の効果的な定常状態温度は、周囲の水素ガス圧力によって制御され得る。周囲の水素ガス圧力は、非核分裂性水素吸収材料が維持される温度によって制御され得る。核分裂性金属水素化物の温度は、抽出されているエネルギーの量から独立し得る。エネルギー出力は、パワーを原子炉から抽出するエネルギー抽出システムの能力に依存し得る。
【００８３】
反応炉心内の水素ガスは、正しい量および同位体含有量を維持するために、純度に関して監視され、定期的に再加圧され得る。一部の実施形態では、水素ガスは、１本または複数本の管（たとえば管２３０Ａおよび２３０Ｂ）による原子炉の炉心へのアクセスを介して維持される。自己調節型原子炉の温度は、自己調節型原子炉に供給された水素の圧力を制御することによって制御され得る。圧力は、１つまたは複数の地点における（たとえば伝熱流体が１つまたは複数の坑井穴に入る地点における）伝熱流体の温度に基づいて調節され得る。
【００８４】
一部の実施形態では、自己調節型原子炉内で発生する核反応は、中性子吸収ガスを導入することによって制御され得る。中性子吸収ガスは、十分な量で、自己調節型原子炉内で核反応を抑えることができる（最終的には反応炉の温度を周囲温度まで低減する）。中性子吸収ガスは、キセノン１３５を含むことができる。
【００８５】
一部の実施形態では、動作中の自己調節型原子炉の核反応は、制御棒を用いて制御される。制御棒は、自己調節型原子炉の核炉心の少なくとも一部分内に少なくとも部分的に配置され得る。制御棒は、１つまたは複数の中性子吸収材料から形成され得る。中性子吸収材料は、それだけに限定されないが、銀、インジウム、カドミウム、ボロン、コバルト、ハフニウム、ジスプロシウム、ガドリニウム、サマリウム、エルビウム、およびユーロピウムを含むことができる。
【００８６】
現在、本明細書において説明された自己調節型原子炉は、動作時、約９００℃の自然の温度出力限界に到達し、最終的には、燃料が劣化したときに減衰する。自己調節型原子炉の自然のパワー出力曲線は、特定の地表下地層に対する所望の加熱対時間のプロファイルを提供するために使用され得る。
【００８７】
一部の実施形態では、自己調節型原子炉は、約１／Ｅ（Ｅは、時にオイラー数と称され、約２．７１８２８に等しい）の速度で減衰する自然エネルギー出力を有することができる。一部の実施形態では、自己調節型原子炉は、約４年から約８年の期間で、１／Ｅの初期パワーに減衰する自然のパワー出力を有することができる。通常、地層が所望の温度まで加熱されると、熱はそれほど必要とされず、地層を加熱するために地層内に投入される熱エネルギーの量は、経時的に低減される。一部の実施形態では、地層の少なくとも一部分への経時的な熱入力は、自己調節型原子炉からのパワーの減衰速度と近似的に相関する。少なくとも一部の自己調節型原子炉は自然減衰するため、加熱システムは、原子炉からのパワーの減衰の自然速度を利用するように設計され得る。
【００８８】
加熱システムは、通常、２つまたはそれ以上の加熱器を含む。加熱器は、通常、地層中に配置された坑井穴内に配置される。坑井穴は、たとえば、Ｕ字形状およびＬ字形状の坑井穴、または他の形状の坑井穴を含むことができる。一部の実施形態では、坑井穴間の間隔は、自己調節型原子炉のパワー出力の減衰速度に基づいて決定される。
【００８９】
自己調節型原子炉は、最初、坑井穴の少なくとも一部分に、約３００ワット／フィートのパワー出力を与えることができ、その後、所定の期間にわたって約１２０ワット／フィートに低下する。所定の期間は、自己調節型原子炉自体の設計（たとえば核炉心内で使用される燃料ならびに燃料の濃縮度）によって決定され得る。パワー出力における自然低下は、地層のパワー注入対時間依存に合致することができる。いずれの変数（たとえばパワー出力および／またはパワー注入）も、２つの変数が、少なくとも近似的に相関するまたは合致するように調整され得る。自己調節型原子炉は、４から９年、５から７年、または約７年の期間にわたって減衰するように設計され得る。自己調節型原子炉の減衰期間は、ＩＵＰ（インサイチュ品質向上プロセス）および／またはＩＣＰ（インサイチュ転化プロセス）加熱サイクルに対応することができる。
【００９０】
一部の実施形態では、加熱器の坑井穴間の間隔は、パワーを提供するために使用される１基または複数基の原子炉の減衰速度によって決まる。一部の実施形態では、加熱器の坑井穴間の間隔は、約８メートルと約１１メートルの間、約９メートルと約１０メートルの間、または約９．４メートルと約９．８メートルの間の範囲である。
【００９１】
特定の状況では、自己調節型原子炉の特定のレベルのパワー出力を、核炉心内の燃料材料の自然減衰が通常可能である期間より長く継続することが有利になり得る。一部の実施形態では、出力レベルを所望の範囲内に保つために、第２の自己調節型原子炉が、処理されている（たとえば加熱されている）地層に連結され得る。第２の自己調節型原子炉は、一部の実施形態では、減衰されたパワー出力を有する。第２の反応炉のパワー出力は、使用前にすでに低下している可能性がある。２基の自己調節型原子炉のパワー出力は、第１の自己調節型原子炉の初期のパワー出力および／または所望のパワー出力にほぼ等しいものになり得る。追加の自己調節型原子炉が、所望のパワー出力を達成するために必要に応じて地層に連結され得る。そのようなシステムは、有利には、自己調節型原子炉の有効的な有用寿命を増大させることができる。
【００９２】
自己調節型原子炉の有効的な有用寿命は、原子炉によって生成された熱エネルギーを用いて蒸気を生成することによって延ばされてもよく、これにより、使用される地層および／またはシステムによっては、本明細書において概説された他の使用よりもかなり少ない熱エネルギーしか必要とされないことがある。蒸気は、それだけに限定されないが、電気の生成、現場での水素の生成、炭化水素の転化および／または炭化水素の品質向上を含む、いくつかの目的のために使用されてもよい。炭化水素は、生成された蒸気を地層内に注入することによって、インサイチュで転化されてもよく、かつ／または易動化されてもよい。
【００９３】
生成物の流れ（たとえばメタン、炭化水素、および／または重炭化水素を含む流れ）が、原子炉によって加熱された伝熱流体で加熱された地層から生成され得る。原子炉または第２の原子炉によって発生した熱から生成された蒸気が、生成物の流れの少なくとも一部分を改質するために使用され得る。生成物の流れは、少なくともいくらかの分子状水素を作り出すように改質され得る。
【００９４】
分子状水素は、生成物の流れの少なくとも一部分の品質向上のために使用され得る。分子状水素は、地層内に注入され得る。生成物の流れは、地表の品質向上プロセスから生成され得る。生成物の流れは、インサイチュ熱処理プロセスから生成され得る。生成物の流れは、地表下の蒸気加熱プロセスから生成され得る。
【００９５】
蒸気の少なくとも一部分は、地表下の蒸気加熱プロセス内に注入され得る。蒸気の少なくともいくらかが、メタンを改質するために使用され得る。蒸気の少なくとも一部分は、電気発生のために使用され得る。地層内の炭化水素の少なくとも一部分は、蒸気および／または蒸気からの熱によって易動化され得る。
【００９６】
一部の実施形態では、自己調節型原子炉は、（たとえば蒸気駆動タービンを介して）電気を生成するために使用され得る。電気は、通常電気に関連付けられたいくつもの用途で使用されてもよい。具体的には、電気は、エネルギーを必要とするインサイチュ熱処理プロセスに関連付けられた用途に使用され得る。
【００９７】
自己調節型原子炉からの電気は、ダウンホール電気加熱器用のエネルギーを与えるために使用され得る。電気は、処理領域の周りに低温の障壁（凍結障壁）を形成するために、および／またはインサイチュ熱処理プロセス現場においてまたはその近くに位置する処理施設に電気を与えるために、流体を冷却するために使用され得る。一部の実施形態では、原子炉によって生成された電気は、伝熱流体を処理領域中で循環させるために使用されるコンジットを抵抗式に加熱するために使用される。一部の実施形態では、原子力は、インサイチュ熱処理プロセスに必要とされる圧縮機および／またはポンプを作動させる電気を発生させるために使用される（圧縮機／ポンプは、圧縮されたガス（酸化流体および／または複数の酸化剤集合体への燃料など）を、処理領域に与える）。インサイチュ熱処理プロセスのかなりのコストは、従来の電気エネルギー源が、インサイチュ熱処理プロセスの圧縮機および／またはポンプにパワー供給するために使用される場合、圧縮機および／またはポンプをインサイチュ熱処理プロセスの寿命にわたって作動させるものになり得る。
【００９８】
自己調節型原子炉からの熱を電気に転化することが、原子炉によって生成された熱エネルギーの最も効率的な使用でないことがある。一部の実施形態では、自己調節型原子炉によって生成された熱エネルギーは、地層の一部分を直接加熱するために使用される。一部の実施形態では、１基または複数基の自己調節型原子炉は、生成された熱エネルギーが、地層の少なくとも一部分を直接的に加熱するように地下の地層内地下に配置される。１基または複数基の自己調節型原子炉は、地層内地下のオーバーバーデンの下方に配置されてもよく、したがって、自己調節型原子炉によって生成された熱エネルギーの効率的な使用を向上させる。地下に配置された自己調節型原子炉は、さらなる保護のためにある材料内に閉じ込められ得る。たとえば、地下に配置された自己調節型原子炉は、コンクリート容器内に閉じ込められてもよい。
【００９９】
一部の実施形態では、自己調節型原子炉によって生成された熱エネルギーは、伝熱流体を使用して抽出され得る。自己調節型原子炉によって生成された熱エネルギーは、伝熱流体を用いて地層の少なくとも一部分に伝達され、その中で分配され得る。伝熱流体は、自己調節型原子炉のエネルギー抽出システムの配管中を循環することができる。伝熱流体が自己調節型原子炉内の炉心内で、およびその中を循環するとき、核反応から生成された熱は、伝熱流体を加熱する。
【０１００】
一部の実施形態では、２つまたはそれ以上の伝熱流体が、自己調節型原子炉によって生成された熱エネルギーを伝達するために使用され得る。第１の伝熱流体は、自己調節型原子炉のエネルギー抽出システムの配管中を循環することができる。第１の伝熱流体は、熱交換機を通過することができ、第２の伝熱流体を加熱するために使用され得る。第２の伝熱流体は、炭化水素流体をインサイチュで処理する、電気分解ユニットにパワー供給する、および／または他の目的のために使用され得る。第１の伝熱流体および第２の伝熱流体は、異なる材料でもよい。２つの伝熱流体を使用することにより、システムおよび作業員が第１の伝熱流体によって吸収されたあらゆる放射線に不必要にさらされるリスクを低減することができる。核放射の吸収に対して抵抗性を有する伝熱流体が、使用され得る（たとえば亜硝酸塩または硝酸塩）。
【０１０１】
一部の実施形態では、エネルギー抽出システムは、アルカリ金属の（たとえばポタシューム）ヒートパイプを含む。ヒートパイプは、さらに、機械式ポンプが伝熱流体を炉心まで運ぶ必要性を解消することによって自己調節型原子炉を簡単にすることができる。自己調節型原子炉をいくらかでも簡易化することにより、故障の機会を減少させ、原子炉の安全性を向上させ得る。エネルギー抽出システムは、ヒートパイプに連結された熱交換機を含むことができる。伝熱流体は、熱エネルギーを熱交換機から運ぶことができる。
【０１０２】
伝熱流体は、天然油または合成油、溶融金属、溶融塩、または他のタイプの高温伝熱流体を含むことができる。伝熱流体は、通常の作動状態において低い粘性および高い熱容量を有することができる。伝熱流体が溶融塩、または地層内で凝固する可能性を有する他の流体であるとき、システムの配管は、必要な場合に配管を抵抗的に加熱するために電気源に電気的に連結されてもよく、かつ／または１つもしくは複数の加熱器が、伝熱流体を液体状態に維持するために配管内にまたはそれに隣接して配置されてもよい。一部の実施形態では、絶縁導電体加熱器が、配管内に置かれる。絶縁導電体は、配管内で固体を溶融することができる。
【０１０３】
図５は、自己調節型原子炉２１８を用いた、Ｕ字形状の坑井穴２３４を有する地層２３２内に配置されたインサイチュ熱処理システムの実施形態の配置図を示している。図５に示す自己調節型原子炉２１８は、約７０ＭＷの熱を生成することができる。一部の実施形態では、坑井穴２３４間の間隔は、自己調節型原子炉２１８のエネルギー出力の減衰速度に基づいて決定される。
【０１０４】
Ｕ字形状の坑井穴は、オーバーバーデン２３６中を下り、炭化水素含有層２３８に入ることができる。オーバーバーデン２３６に隣接する坑井穴２３４内の配管は、絶縁部分２４０を含むことができる。絶縁された貯蔵タンク２４２は、溶融塩を地層２３２から配管２４４を通じて受け入れることができる。配管２４４は、約３５０℃から約５００℃の範囲にある温度を有する溶融塩を輸送することができる。貯蔵タンク内の温度は、使用される溶融塩のタイプに依存し得る。貯蔵タンク内の温度は、約３５０℃近くでもよい。ポンプは、溶融塩を、配管２４６を通して自己調節型原子炉２１８まで移動させることができる。ポンプの各々は、たとえば、６ｋｇ／秒から１２ｋｇ／秒の溶融塩を移動させることが必要である。各々の自己調節型原子炉２１８は、溶融塩に熱を与えることができる。溶融塩は、配管２４８から坑井穴２３４まで進むことができる。層２３８を通過する坑井穴２３４の加熱された部分は、一部の実施形態では、約８０００フィート（約２４００ｍ）から約１０，０００フィート（約３０００ｍ）まで延びることができる。自己調節型原子炉２１８からの溶融塩の出口温度は、約５５０℃でもよい。各々の自己調節型原子炉２１８は、溶融塩を、地層に入る約２０個またはそれ以上の坑井穴２３４に供給することができる。溶融塩は、地層を流れ抜けて、配管２４４を通って貯蔵タンク２４２に戻る。
【０１０５】
一部の実施形態では、核エネルギーは、熱電併給プロセスにおいて使用される。炭化水素含有地層（たとえばタールサンド地層）から炭化水素を生成するための実施形態では、生成された炭化水素は、重炭化水素を有する１つまたは複数の部分を含むことができる。炭化水素は、２つ以上のプロセスを用いて地層から生成され得る。特定の実施形態では、核エネルギーは、炭化水素の少なくとも一部を生成するのを支援するために使用される。生成された重炭化水素の少なくとも一部は、熱分解温度にかけられ得る。重炭化水素の熱分解は、蒸気を生成するために使用され得る。蒸気は、それだけに限定されないが、電気の生成、炭化水素の転化、および／または炭化水素の品質向上などを含む、いくつかの目的のために使用されてもよい。
【０１０６】
一部の実施形態では、伝熱流体は、自己調節型原子炉を用いて加熱される。伝熱流体は、蒸気生成を可能にする温度（たとえば約５５０℃から約６００℃）まで加熱され得る。一部の実施形態では、インサイチュ熱処理プロセスガスおよび／または燃料は、改質ユニットまで進む。一部の実施形態では、インサイチュ熱処理プロセスガスは、燃料と混合され、改質ユニットに渡される。インサイチュ熱処理プロセスガスの一部分は、ガス分離ユニットに入ることができる。ガス分離ユニットは、燃料および１つまたは複数の流れ（たとえば二酸化炭素または硫化水素）を生成するために、インサイチュ熱処理プロセスガスから１つまたは複数の成分を取り出すことができる。燃料は、それだけに限定されないが、水素、最大で５個の炭素数を有する炭化水素、またはそれらの混合物を含むことができる。
【０１０７】
改質装置ユニットは、蒸気改質装置でもよい。改質装置ユニットは、蒸気を燃料（たとえばメタン）と合成させて水素を生成することができる。たとえば、改質ユニットは、水性ガスシフト触媒を含むことができる。改質装置ユニットは、水素を他の成分から分離することができる１つまたは複数の分離システム（たとえば膜および／または圧力スイング吸収システム）を含むことができる。燃料および／またはインサイチュ熱処理プロセスガスの改質は、水素の流れおよび酸化炭素の流れを生成することができる。
【０１０８】
燃料および／またはインサイチュ熱処理プロセスガスの改質は、水素を生成するための炭化水素の触媒改質および／または熱改質に関して当技術分野で知られている技術を用いて実施され得る。一部の実施形態では、蒸気から水素を生成するために、電解が使用される。水素の流れの一部分またはすべては、それだけに限定されないが、インサイチュに関してはエネルギー源および／または水素源、またはインサイチュ以外での炭化水素の水素化などの他の目的のために使用され得る。
【０１０９】
自己調節型原子炉は、炭化水素含有地層に隣接して位置する施設において水素を生成するために使用され得る。炭化水素含有地層の現場で水素を生成する能力は、水素が、炭化水素含有地層における現場での炭化水素の転化および品質向上のために使用される複数の方法により、極めて有利である。
【０１１０】
一部の実施形態では、第１の伝熱流体は、地層内に貯蔵された熱エネルギーを用いて加熱される。熱エネルギーは、いくつかの異なる熱処理方法の後、地層内で得ることができる。
【０１１１】
自己調節型原子炉は、多くの現在の一定出力原子炉に対して複数の利点を有する。しかしながら、複数の新規の原子炉が存在しており、その設計は、構築に対する法的認証を受けている。核エネルギーは、いくつかの異なるタイプの利用可能な原子炉および現在開発中（たとえばＩＶ世代反応炉）の原子炉によって与えられ得る。
【０１１２】
一部の実施形態では、原子炉は、非常に高温の反応炉（ＶＨＴＲ）を含む。ＶＨＴＲは、炭化水素流体をインサイチュで処理するために、電解ユニットにパワー供給するために、および／または他の目的のために、たとえばヘリウムを冷却剤として使用してガスタービンを駆動させることができる。ＶＨＴＲは、約９５０℃までまたはそれ以上の熱を生成することができる。一部の実施形態では、原子炉は、ナトリウム冷却高速炉（ＳＦＲ）を含む。ＳＦＲは、より小さい規模で（たとえば５０ＭＷｅ）設計されてもよく、したがって炭化水素流体をインサイチュで処理するために、電解ユニットにパワー供給するために、および／または他の目的のために、現場で製造するためのよりコスト効果の高いものになり得る。ＳＦＲは、モジュール式設計のものでもよく、潜在的に運搬可能なものでもよい。ＳＦＲは、約５００℃と約６００℃の間、約５２５℃と約５７５℃の間、または５４０℃と約５６０℃の間の範囲にある温度を生成することができる。
【０１１３】
一部の実施形態では、ペブルベッド反応炉が、熱エネルギーを与えるために使用される。ペブルベッド反応炉は、１６５ＭＷｅまで生成することができる。ペブルベッド反応炉は、約５００℃と約１１００℃の間、約８００℃と約１０００℃の間、または約９００℃と約９５０℃の間の範囲にある温度を生成することができる。一部の実施形態では、原子炉は、従来の軽水炉（ＬＷＲ）および超臨界圧化石燃料ボイラーに少なくとも部分的に基づく超臨界圧軽水冷却炉（ＳＣＷＲ）を含む。ＳＣＷＲは、約４００℃と約６５０℃の間、約４５０℃と約５５０℃の間、または約５００℃と約５５０℃の間の範囲にある温度を生成することができる。
【０１１４】
一部の実施形態では、原子炉は、鉛冷却高速炉（ＬＦＲ）を含む。ＬＦＲは、モジュラー式システムから数百メガワットまたはそれ以上のサイズの範囲内で製造され得る。ＬＦＲは、約４００℃と約９００℃の間、約５００℃と約８５０℃の間、または約５５０℃と約８００℃の間の範囲にある温度を生成することができる。
【０１１５】
一部の実施形態では、原子炉は、溶融塩炉（ＭＳＲ）を含む。ＭＳＲは、約１４００℃の沸点を有するフッ化溶融塩中に溶解された、核分裂性同位体、親物質同位体、および核分裂同位体を含む。フッ化溶融塩は、反応炉燃料および冷却材の両方として機能することができる。ＭＳＲは、約４００℃と約９００℃の間、約５００℃と約８５０℃の間、または約６００℃と約８００℃の間の範囲にある温度を生成することができる。
【０１１６】
一部の実施形態では、２つまたはそれ以上の伝熱流体（たとえば溶融塩）が、熱エネルギーを、炭化水素含有地層におよび／またはそこから伝達するために使用される。第１の伝熱流体が、（たとえば原子炉を用いて）加熱され得る。第１の伝熱流体は、地層の少なくとも一部分を加熱するために、地層のその部分内の複数の坑井穴中で循環されてもよい。第１の伝熱流体は、第１の伝熱流体が液体の形態であり、安定した第１の温度範囲を有することができる。第１の伝熱流体は、その部分が、所望の温度範囲（たとえば第１の温度範囲の上限に向かう温度）に到達するまで、地層の部分中で循環されてもよい。
【０１１７】
第２の伝熱流体が、（たとえば原子炉を用いて）加熱され得る。第２の伝熱流体は、第２の伝熱流体が液体の形態であり、安定した第２の温度範囲を有することができる。第２の温度範囲の上限は、より高温であり、第１の温度範囲を上回り得る。第２の温度範囲の下限は、第１の温度範囲と重なり得る。第２の伝熱流体は、地層の一部を、第１の伝熱流体で可能である温度よりも高い温度まで加熱するために、地層のその部分内の複数の坑井穴中で循環されてもよい。
【０１１８】
２つまたはそれ以上の異なる伝熱流体を使用する利点は、たとえば地層の一部を、他の補助的加熱方法（たとえば電気加熱器）をできるだけ用いずに全体効率を増大させながら、通常可能である温度よりもはるかに高い温度まで加熱する能力を含むことができる。２つまたはそれ以上の異なる伝熱流体を用いることは、地層の一部分を所望の温度まで加熱できる温度範囲を有する伝熱流体が、利用可能でない場合に必要になり得る。
【０１１９】
一部の実施形態では、炭化水素含有地層の一部分が所望の温度範囲まで加熱された後、第１の伝熱流体が、地層のその部分中で再循環されてもよい。第１の伝熱流体は、（溶融塩の場合、必要な場合に伝熱流体を溶融点まで加熱する以外は）地層中の再循環の前に加熱され得ない。第１の伝熱流体は、地層の以前のインサイチュ熱処理から地層の一部分内にすでに貯蔵されている熱エネルギーを用いて加熱され得る。第１の伝熱流体は、次いで、地層から外に伝達されてもよく、それにより、第１の伝熱流体によって回収された熱エネルギーが、地層のその部分内、地層の第２の部分内、および／または追加の地層内で何らかの他のプロセスに再利用され得る。
【０１２０】
実施例
非限定的な例が、以下で説明される。
【０１２１】
パワー必要量シミュレーション
溶融塩で地層を加熱するためのパワー必要量を決定するためのシミュレーションが実施された。溶融塩が、炭化水素含有地層内の坑井穴中で循環され、溶融塩を用いて地層を加熱するためのパワー必要量が、経時的に評価された。パワー必要量に対する効果を決定するために、坑井穴間の距離が変更された。
【０１２２】
図６は、インサイチュ熱処理のパワー注入必要量のパワー（Ｗ／ｆｔ）（ｙ軸）対時間（年）（ｘ軸）の曲線２５０を示している。図７は、坑井穴間の異なる間隔に対する、インサイチュ熱処理のパワー注入必要量のパワー（Ｗ／ｆｔ）（ｙ軸）対時間（日）（ｘ軸）を示している。曲線２５２から２６０は、図７で結果を示している。曲線２５２は、約１４．４メートルの間隔を有する加熱器の坑井穴に対する、必要とされるパワー対時間を示している。曲線２５４は、約１３．２メートルの間隔を有する加熱器の坑井穴に対する、必要とされるパワー対時間を示している。曲線２５６は、加熱器の坑井穴が六角形パターンに広げられ、約１２メートルの間隔を有する状態の、Ａｌｂｅｒｔａ、Ｃａｎａｄａのグロスモント地層に対する、必要とされるパワー対時間を示している。曲線２５８は、約９．６メートルの間隔を有する加熱器の坑井穴に対する、必要とされるパワー対時間を示している。曲線２６０は、約７．２メートルの間隔を有する加熱器の坑井穴に対する、必要とされるパワー対時間を示している。
【０１２３】
図７のグラフから、曲線２５８によって表された坑井穴の間隔は、特定の原子炉（たとえば約４年間から約９年間で約１／Ｅまで減衰するパワー出力を有する少なくとも一部の原子炉など）の経時的なパワー出力と近似的に相関する間隔である。図７の曲線２５２から２５６は、約１２メートルから約１４．４メートルの範囲にある間隔を有する加熱器の坑井穴に対して必要とされるパワー出力を示している。約１２メートルを上回る加熱器の坑井穴間の間隔は、特定の原子炉が与え得るよりも多いエネルギー入力を必要とすることがある。約８メートル未満の加熱器の坑井穴間の間隔（たとえば、図７において曲線２６０）は、特定の原子炉によって与えられたエネルギー入力を効率的に利用しないことがある。
【０１２４】
図８は、坑井穴間の異なる間隔に対するインサイチュ熱処理の貯留器平均温度（℃）（ｙ軸）対時間（日）（ｘ軸）を示している。曲線２５２から２６０は、坑井の間隔に対するパワー入力必要量に基づく地層内の経時的な温度上昇を示している。炭化水素含有地層のインサイチュ熱処理の目標温度は、一部の実施形態では、たとえば約３５０℃でもよい。地層に対する目標温度は、少なくとも地層のタイプおよび／または所望の炭化水素生成物に応じて変化し得る。図８内の曲線２５２から２６０に対する坑井穴間の間隔は、図７における曲線２５２から２６０に対するものと同じである。図８内の曲線２５２から２５６は、約１２メートルから約１４．４メートルの範囲にある間隔を有する加熱器の坑井穴に対する地層内の経時的な温度の上昇を示している。約１２メートルを上回る加熱器の坑井穴間の間隔は、地層を過渡にゆっくりと加熱することがあり、それにより、特定の原子炉が与えることができるエネルギーよりも多くのエネルギーが必要とされ得る（特に現行の例では約５年後）。約８メートル未満の加熱器の坑井穴間の間隔は（たとえば図８の曲線２６０によって表されるように）、一部のインサイチュ熱処理状況においては地層を過渡に速く加熱することがある。図８内のグラフから、曲線２５８によって表された坑井穴の間隔は、約３５０℃の一般的な目標温度を所望の時間枠（たとえば約５年）で達成する間隔になり得る。
【０１２５】
本発明のさまざまな態様のさらなる改変形態および代替の実施形態が、この説明の観点から当業者に明確になり得る。したがって、この説明は、例示的のみとして解釈されるものとし、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のものである。本明細書において図示され説明された本発明の形態は、現在好ましい実施形態としてみなされることが理解されるものとする。要素および材料は、本明細書において例示され説明されたものに対して代用されてもよく、部分およびプロセスは逆転させてもよく、本発明の特定の特徴は独立的に利用されてもよく、これらすべては、本発明のこの説明の利益を有した後、当業者に明確になるはずである。以下の特許請求の範囲で説明する本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において説明された要素に変更が加えられてもよい。さらに、本明細書において独立的に説明された特徴は、特定の実施態様において組み合わせられてもよいことが理解されるものとする。
【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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【国際調査報告】
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