WO2016198212A1 - Heizvorrichtung zur induktiven heizung einer kohlenwasserstofflagerstätte mit filterelement, anordnung sowie verfahren - Google Patents

Heizvorrichtung zur induktiven heizung einer kohlenwasserstofflagerstätte mit filterelement, anordnung sowie verfahren Download PDF

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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
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    • H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/03—Heating of hydrocarbons

Definitions

  • Heating device for inductive heating of a hydrocarbon reservoir with filter element arrangement and method
  • the present invention relates to a heating device for the inductive heating of a hydrocarbon reservoir with at ⁇ least one conductor means, said conductor means comprises a conductor loop which is at least partially in the hydrocarbon reservoir can be introduced, wherein the loop conductor forms a series resonant circuit with a Reso ⁇ nanzfrequenz and wherein the circuit means includes Has total resonant frequency, which is dependent on the resonant frequency of the conductor loop, and with at least one AC voltage source for providing a change ⁇ voltage, which is electrically connected to the at least one conductor means.
  • the present invention relates to an arrangement for conveying hydrocarbon as a hydrocarbon deposit with such a heater.
  • the present invention relates to a method for inductive heating of a hydrocarbon reservoir.
  • the interest here is directed to the production of hydrocarbons from a hydrocarbon reservoir.
  • a hydrocarbon ⁇ material such as a gas, a conventional oil, a heavy oil, extra heavy oil, oil sands and / or Bi ⁇ tumen be promoted.
  • the hydrocarbon reservoir may be, for example, a reservoir for conventional oil, an oil sands deposit, an oil shale deposit, a heavy oil deposit, and / or a bitumen deposit.
  • SAGD process Steam Assisted Gravity Drainage
  • water vapor to which a solvent may be added, is introduced under high pressure through a tube extending horizontally within the hydrocarbon deposit. pressed. This dissolves the heavy oil or bitumen from the oil sands or oil shale deposits. The heavy oil or the bitumen can be removed by means of a corresponding delivery pipe, which is introduced into the hydrocarbon deposit.
  • ⁇ heating devices can be used with which the hydrocarbon reservoir can be heated and thus the flowability of the bitumen and / or oil significantly increases who can ⁇ .
  • corresponding holes are introduced into the hydrocarbon deposit, in which in turn egg ⁇ ne conductor loop of the conductor device is introduced.
  • the conductor device is electrically connected to an alternating current source or an alternating voltage source.
  • the afflicted with the alternating current conductor means generates an alternating electromagnetic field in the hydrocarbon reservoir, which are generated by eddy currents in the hydrocarbon ⁇ material deposit.
  • the inductive voltage drop can add up to some 10 to 100 kV.
  • several conductor devices or conductor loops are usually laid in close proximity. This is accompanied by the fact that the conductor loops are inductively coupled with each other. This means that the Jacobinduk ⁇ tivity adjacent loops is not negligible.
  • An electric current in a conductor loop induces an electrical voltage in an adjacent conductor loop, which occur at their terminals and can adversely affect the AC voltage source connected there.
  • the resonant frequency of the capacitively compensated conductor loop results from the inductance of the conductor loop, which depends on the loop geometry, Lei ⁇ terquerites and the conductivity of the surrounding soil in the hydrocarbon reservoir.
  • the capacitance of the conductor loop is determined by the design of the conductor loop, which may be formed, for example, as a cable or pipe ⁇ inductor.
  • the conductor loop can be operated, for example, with an AC voltage source which is designed as a simple resonant converter.
  • Such a resonant converter provides an approximately rectangular output voltage.
  • This output voltage can be transferred directly via an isolation transformer to the terminals of the conductor loop.
  • the rectangular alternating voltage contains high proportions of higher harmonics, in particular three times, five times and seven times the fundamental frequency of the alternating voltage.
  • the conductor loop which is a series resonant circuit, has only a Reso ⁇ nanzfrequenz which should correspond to the primary or Basisfre acid sequence.
  • the high-frequency voltages or the higher harmonic drive only small currents through the conductor loop.
  • the high-frequency voltages between the conductor loop and the ground are applied, whereby the outer insulation of the conductor loop is loaded and only to a small extent the series capacitances of the conductor loop.
  • the high-frequency voltages can lead to premature aging of the insulation of the conductor loop or the series capacitors. It is therefore desirable to avoid the high-frequency voltage components at the terminals of the conductor loop.
  • a heating device serves for the inductive heating of a hydrocarbon reservoir.
  • the Schuvorrich ⁇ processing comprises at least one guide device, wherein the Lei ⁇ ter founded having a conductor loop, which is introduced at least partially into the hydrocarbon reservoir.
  • the conductor loop forms a series resonant circuit with a resonant frequency and the conductor means has a total resonant frequency which depends on the resonant frequency of the conductor loop.
  • the heating device comprises at least one AC power source for loading ⁇ riding provide an alternating voltage, which a conductor means is electrically connected to the at least.
  • the conductor device has a filter element for adapting the overall resonant frequency of the conductor device and / or for filtering the AC voltage provided by the AC voltage source.
  • the heater may be used to heat a carbon hydrogen in a hydrocarbon reservoir.
  • a hydrocarbon reservoir can be, for example, a reservoir for conventional oil, an oil sand deposit, an oil shale deposit, a heavy oil deposit and / or a bitumen deposit.
  • the hydrocarbon may be a gas, a conventional oil, a heavy oil, an extra heavy oil, an oil sands and / or bitumen.
  • the heavy oil has a dynamic viscosity greater than 100 cP and an API grade between 10 and 25. 1000 cP (centipoise) corresponds to 1 kg / ms.
  • the API degree (American Petro- leum Institute degree) describes the relative density of the oil relative to water.
  • the extra heavy oil has a specific Dynami ⁇ viscosity up to 10,000 cps, and an API gravity below 10 degrees.
  • Oil sand and bitumen have a dynamic viscosity greater than 10000 cP and an API grade below 10.
  • ⁇ conven tional oil in this case has an API gravity between 25 and about 56th It should be noted that the measured API gravity devisir ⁇ disch when the associated gas is removed. The stated viscosity applies to the oil in the deposit. Therefore, the viscosity of the conventional oil and the heavy oil may overlap.
  • the heating device can be used with a SAGD process in which steam is introduced into the hydrocarbon reservoir by means of a pipe or a steam injector.
  • the SAGD process can be used to extract heavy oil and / or bitumen.
  • the hydrocarbon reservoir or the reservoir is additionally heated by the steam.
  • the heater may be used in a Kohlenwasserstoffla ⁇ ger Too also alone without steam is introduced into the bearing ⁇ site.
  • the heater has a Lei ⁇ ter rose, which comprises a conductor loop.
  • the conductor device may for example have a length of several 100 meters.
  • the conductor device is electrically connected to the AC voltage source. Thus, an alternating voltage can be applied to the conductor device or an alternating current can be impressed.
  • the conductor device also has a filter element.
  • the filter element can on the one hand are used to adapt the Alterreso ⁇ nanzfrequenz the ladder means.
  • the total resonant frequency of the waveguide means results from the resonant frequency of the loop, which includes a series resonant circuit or a series resonant circuit is ⁇ provides.
  • the conductor loop can for example have a Indukti ⁇ tivity, resulting from its geometry, the line ⁇ cross-section and the conductivity of the surrounding earth results.
  • the conductor loop can also have series capacitors for reactive power compensation.
  • the conductor loop may have a predetermined electrical resistance.
  • the conductor loop can be considered as LCR series resonant circuit.
  • the filter element can be electrically connected to the conductor loop. By the electric Ver ⁇ bind the conductor loop with the filter element, the Ge ⁇ felresonanzfrequenz the guide device can be easily adjusted.
  • the filter element can to DIE nen to filter provided with the AC voltage source Wech ⁇ selledge.
  • Wech ⁇ sellid can be achieved, that only the fundamental frequency of the AC voltage is applied to the conductor loop, while higher harmonic Wech ⁇ selpressivesanteile be blocked by the filter attenuates or loading and are applied to the conductor loop respectively not only weakened.
  • the overall resonant frequency can be adjusted and on the other hand, filters the AC voltage that is applied to the conductor loop with the Fil ⁇ terelement one hand.
  • the filter element is purchasedbil ⁇ det as a low pass filter, wherein a cutoff frequency of the filter element is greater than the resonant frequency of the conductor loop and less than twice the resonant frequency of the conductor loop.
  • the filter element is preferably designed as a passive filter.
  • the filter element can be designed as LC low-pass filter.
  • the cutoff frequency of the filter element should be significantly larger than the simple resonant frequency of the loop and less than twice the Resonanzfre acid sequence of the loop.
  • the boundary ⁇ frequency can be in a range between a 1.3-fold and 1.8 times the resonant frequency of the loop.
  • the filter element has at least a first coil which is electrically connected in series with the circuit ⁇ loop, and at least one capacitor, which is electrically connected in parallel to the conductor loop on.
  • the filter element can be designed as an LC low-pass filter.
  • a filter element can be provided in a simple and cost-effective manner.
  • the filter element has at least one second coil, which is electrically connected in parallel with the at least one capacitor.
  • a reduction of the current flowing out via the at least one capacitor of the LC filter at the operating frequency can be achieved by means of a second coil. This is particularly advantageous when the resulting parallel resonant circuit is tuned to the operating frequency and thus acts as a blocking circuit.
  • an inductance of the at least one first coil, an inductance of the at least one second coil and / or a capacitance of the at least one capacitor is adjustable.
  • the inductance of the first coil or the series inductance of the filter can be adjusted.
  • a first coil can be provided in ⁇ play that has entspre ⁇ sponding taps or intermediate taps.
  • the inductance of the first coil can be increased or decreased.
  • the total resonant frequency of the conductor device which is composed of the filter element and the conductor loop, is always lower than the resonant frequency of the compensated conductor loop alone.
  • the capacitance of the capacitor can be adjusted.
  • additional capacitors can be connected to the capacitor.
  • the overall resonant frequency during operation of the heater can be easily adjusted.
  • it will be allows the cutoff frequency of the filter element to be adjusted in a simple way.
  • the at least one first coil of the filter element is formed as a separate component being ⁇ .
  • the first coil may have a toroidal structure and be designed as a toroidal coil.
  • Such a toroidal coil has the advantage that it has no practical ⁇ illustrates stray fields.
  • the first coil can thus be provided easily and inexpensively.
  • At least a first coil of the filter element is formed integrally with the conductor loop.
  • the first coil may form a portion of the compensated conductor loop.
  • the filter element has two first coils, one of which is electrically connected in series with a forward conductor of the conductor loop and the other with a return conductor of the conductor loop, and two capacitors, which are electrically parallel with the forward conductor and the return conductor are connected.
  • the filter element may be formed as symmetrically constructed low pass filter ⁇ with two coils and two capacitors. Due to the symmetrical design of the filter element, on the one hand, a reliable adaptation of the overall resonant frequency can be made possible. On the other hand, the AC voltage of the AC voltage source can be reliably filtered.
  • a ground terminal is provided between the two capacitors. This is ⁇ geous in particular, as it can be enough ⁇ in reality due to component tolerances no complete symmetry in the filter device.
  • the ground terminal may be connected to a ground.
  • the two capacitors can be electrically connected in series, wherein the ground connection is between the two capacitors.
  • the two first coils are inductively coupled.
  • strong Coupled branches which are, for example transformatorar ⁇ tig coupled may arise when the coils bonds of the first two coils lie, for example, along or on one axis. It must be ensured that the coupling factor between the first coils must be negative in order to maintain the filter effect. This can be achieved, for example, by opposing winding of the first two coils.
  • An arrangement according to the invention for promoting Kohlenwas ⁇ hydro- from a hydrocarbon reservoir comprises a heating device according to the invention.
  • the arrangement comprises a delivery wheel for conveying the hydrocarbon heated by means of the heating device.
  • the arrangement may further comprise a corresponding pipe or steam into a ⁇ jector, which may be water vapor, which may be mixed with a solvent, is introduced into the Kohlenwasserstoffla ⁇ ger Wu.
  • An inventive method is used for inductive heating of a hydrocarbon reservoir by means of a Walkervorrich ⁇ tion.
  • a guide device at least assurege ⁇ provides.
  • a conductor loop of the at least one conductor- ⁇ direction is introduced at least partially into the material reservoir hydrocarbons.
  • the conductor loop forms a series resonant circuit with a resonant frequency, wherein the conductor device has an overall resonant frequency, which is dependent on the resonant frequency of the conductor loop.
  • an AC voltage source for providing an AC voltage is electrically connected to the at least one conductor device.
  • the total resonance frequency of Conductor adapted and / or filtered with the AC voltage source AC voltage.
  • the total resonant frequency is determined at predetermined times and the total resonant frequency conductor means is adapted by means of the filter element to a predetermined desired value.
  • the overall resonant frequency of the conductor means may vary depending on the time or operation of the heater. This is because that in the promotion of Kohlenwas ⁇ serstoffs the conductivity of the soil in the Kohlenwas ⁇ serstofflager Anlagen and thus the inductance of the conductor- ⁇ direction changes.
  • the total resonance frequency can be measured at predetermined times by means of a corresponding measuring device. If the measured total resonance frequency deviates from the desired value, this can be adjusted by means of the filter element.
  • the respective filter elements may also be vorgese ⁇ hen that providing a plurality of conductor means and the respective total resonance frequency of the plurality of conductor means adapted by means of the filter elements such that the respective total resonance frequencies each having the predetermined target value.
  • the respective overall resonant frequencies can be adapted with the filter elements such that the respective overall resonant frequencies of the plurality of conductor devices are substantially equal.
  • Conductor devices are operated synchronously. That is, the respective conductor devices can be supplied with the same frequency and a fixed phase position. Thus, stable operation over a long period of time can be enabled.
  • FIG. 1 shows an arrangement for the production of hydrocarbon from a hydrocarbon reservoir, which has a heater
  • FIG. 2 shows a heating device according to a first embodiment, which has an AC voltage source and a conductor device with a conductor loop and a filter element;
  • FIG 3 shows a heating device in a further embodiment
  • FIG 4 is a heating device according to another embodiment, the sources of a plurality of AC ⁇ and having conductor means.
  • the hydrocarbon deposit 3 may be a reservoir for conventional oil, an oil sand deposit, an oil shale deposit, a heavy oil deposit and / or a bitumen deposit.
  • the hydrocarbon may be a gas, a conventional oil, a heavy oil, an extra heavy oil, an oil sands and / or bitumen.
  • the arrangement 1 of FIG 1 is usually according to the SAGD method by means of a tube 2 and a Dampfinj ectors, which is disposed within the Kohlenwasserstofflagerst2011 ⁇ te 3, water vapor introduced into the Kohlenwasserstoffla ⁇ ger Too 3.
  • the water vapor can also be mixed with a solvent.
  • the hydrocarbon produced by the SAGD process is in particular heavy oil and / or bitumen.
  • the arrangement 1 has a heating device 5, by means of which the hydrocarbon deposit 3 can be partially heated or heated.
  • the heating device 5 comprises a conductor device 6.
  • the heating device 5 has an alternating voltage source 7, which is electrically connected to the conductor device 6.
  • alternating voltage source 7 By means of the alternating voltage source 7, a change ⁇ voltage applied to the conductor means 6 and an alternating current can be impressed into the fiber device. 6
  • the Schuvor ⁇ direction 5 can - as shown in FIG 1 - are used in the SAGD method.
  • the heating device 5 can also be used in a production process in which no water vapor is introduced into the hydrocarbon deposit 3.
  • the forward and return conductors of the conductor means 6 comprise in the hydrocarbon reservoir 3 is usually a certain minimum distance, which may be at ⁇ play between 20 and 100 meters in the horizontal direction-. Otherwise, the magnetic fields of the oppositely flowing streams largely compensate each other and no heating power is introduced into the hydrocarbon storage tanks 3. On the other hand, it is sensible to use the back and forth ladders that run close to each other when passing through overburden in order to minimize losses there.
  • the tube 2 and an underlying producer are usually placed one above the other at a vertical distance of about five meters.
  • 2 shows a schematic representation of a heating device 5 according to a first embodiment.
  • the heating device 5 comprises the AC voltage source 7, which is electrically connected to the conductor device 6.
  • the conductor device 6 comprises a conductor loop 9, which is introduced into a bore of the hydrocarbon deposit 3.
  • the conductor loop ⁇ 9 again comprises a forward conductor 10 and a return conductor 11.
  • the conductor loop 9 can be interpreted as a series resonant circuit.
  • the series resonant circuit Bezie ⁇ hung, the conductor loop 9 comprises a coil L, a capacitor C and a resistor R.
  • the inductance L of the conductor loop 9 it follows from the geometry of the loop conductor ⁇ or the bore, the line cross section and / or the conductivity of the surrounding earth in the hydrocarbon reservoir 3.
  • the conductor loop 9 comprises in particular a plurality of capacitors, not shown here, which are used for stub line compensation. As a result, the capacitance of the capacitor C is determined.
  • the Wi ⁇ resistor R is obtained by the electrical resistance of the conductor loop. 9
  • the heating device 5 comprises a Filterele ⁇ ment 12.
  • the filter element 12 is in particular designed as a passive low-pass filter.
  • the filter element 12 comprises at least a first coil LI and at least one capacitor Cl.
  • the Fil ⁇ terelement 12 two first coil LI, one of which is electrically connected in series with the forward conductor 10 and the other is electrically connected in series to the return conductor 11 comprises.
  • the filter element 12 comprises two capacitors Cl, which are electrically connected in parallel with the forward conductor 10 and the return conductor 11. With the filter element 12, a total ⁇ resonance frequency of the conductor device 6 can be adjusted. With the filter element, a resonance frequency of the series resonant circuit of the conductor loop 9 may be changed in particular ⁇ the.
  • the inductances of ⁇ ers th coil LI can be customized.
  • the filter element 12 serves to filter the change ⁇ pannungs provoke 7 provided AC.
  • the filter cutoff frequency can be adjusted for example by adjusting the capacitors Cl.
  • the cut-off frequency f g of the filter element 12 can be determined according to the following formula:
  • the filter cutoff frequency should be greater than the resonant frequency of the conductor loop 9 and less than twice the resonant frequency of the conductor loop 9.
  • the filter element 12 also has a ground terminal 13, which can be connected to a ground 14.
  • the connection of the ground is illustrated by broken lines in the present case, as in the illustrated symmetrical structure of the circuit or the filter element 12 no ground currents flowing ⁇ SEN and the terminal, therefore, has no effect.
  • the Reali ⁇ ty are not complete ge symmetry, as a result of component tolerances but be reached so that the ground is useful.
  • an output transformer having a secondary winding which is part of an inverter and which has a grounded center tap.
  • the filter element 12 has two second coils L2, which are each connected in parallel to the capacitors Cl.
  • the further coil L2 in the parallel branch ⁇ a reduction in the effluent via the capacitors Cl of the filter element 12 flows can be achieved. This is particularly the case when the resulting Paral ⁇ lelschwing Vietnamese is tuned to the operating frequency and thus acts as a trap circuit.
  • the heating device 5 has a plurality of alternating voltage sources 7 and a plurality of conductor loops 6.
  • a Clauslementsquel ⁇ le 7 is electrically connected to a conductor loop 6 respectively.
  • the respective filter elements 12 of the conductor devices 6 are formed by a first coil LI and a capacitor Cl.
  • th 3 a plurality of conductor means 6 for heating the hydrocarbon reservoir 3 is used for any cultivation ⁇ Ssung and exploitation of large KohlenwasserstofflagerstHence-.
  • the adjacent conductor loops 9 are inductively coupled due to their spatial proximity.
  • the respective filter elements 12 can be adapted so that a synchronous operation of the respective conductor devices 6 can be made possible.
  • the conductor loops 9 with the same frequency and a fixed phase relationship can be energized, since thus the betaria ⁇ th AC voltage sources, a constant load impedance can be offered. 7 In this way, stable operation over a long period of time can be enabled. In particular, overvoltages at the AC voltage source 7 or the inverters can be avoided, which can result from the superposition of the shaft voltages and induced voltages during operation of the respective conductor devices 6 with different frequencies.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung (5) zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte (3) mit zumindest einer Leitereinrichtung (6), wobei die Leitereinrichtung (6) eine Leiterschleife (9) aufweist, welche zumindest bereichsweise in die Kohlenwasserstofflagerstätte (3) einbringbar ist, wobei die Leiterschleife (9) einen Reihenschwingkreis (8) mit einer Resonanzfrequenz ausbildet und wobei die Leitereinrichtung (6) eine Gesamtresonanzfrequenz aufweist, welche von der Resonanzfrequenz der Leiterschleife (9) abhängig ist, und mit zumindest einer Wechselspannungsquelle (7) zum Bereitstellen einer Wechselspannung, welche mit der zumindest einen Leitereinrichtung (6) elektrisch verbunden wobei die Leitereinrichtung (6) ein Filterelement (12) zum Anpassen der Gesamtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung (6) und/oder zum Filtern der von der Wechselspannungsquelle (7) bereitgestellten Wechselspannung aufweist.

Description

Beschreibung
Heizvorrichtung zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte mit Filterelement, Anordnung sowie Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte mit zu¬ mindest einer Leitereinrichtung, wobei die Leitereinrichtung eine Leiterschleife aufweist, welche zumindest bereichsweise in die Kohlenwasserstofflagerstätte einbringbar ist, wobei die Leiterschleife einen Reihenschwingkreis mit einer Reso¬ nanzfrequenz ausbildet und wobei die Leitereinrichtung eine Gesamtresonanzfrequenz aufweist, welche von der Resonanzfrequenz der Leiterschleife abhängig ist, und mit zumindest einer Wechselspannungsquelle zum Bereitstellen einer Wechsel¬ spannung, welche mit der zumindest einen Leitereinrichtung elektrisch verbunden ist. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur Förderung von Kohlenwasserstoff als einer Kohlenwasserstofflagerstätte mit einer solchen Heizvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte .
Das Interesse richtet sich vorliegend auf die Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte . Aus der Kohlenwasserstofflagerstätte kann ein Kohlenwasser¬ stoff, wie beispielsweise ein Gas, ein konventionelles Öl, ein Schweröl, ein extra schweres Öl, ein Ölsand und/oder Bi¬ tumen, gefördert werden. Die Kohlenwasserstofflagerstätte kann beispielsweise eine Lagerstätte für konventionelles Öl, eine Ölsandlagerstätte, eine Ölschieferlagerstätte, eine Schweröllagerstätte und/oder eine Bitumenlagerstätte sein. Ein in diesem Zusammenhang weit verbreitetes Verfahren zur Förderung von Schweröl und/oder Bitumen ist das sogenannte SAGD-Verfahren (SAGD - Steam Assisted Gravity Drainage) .
Hierbei wird Wasserdampf, dem ein Lösungsmittel zugesetzt sein kann, unter hohem Druck durch ein innerhalb der Kohlenwasserstofflagerstätte horizontal verlaufendes Rohr einge- presst. Hierbei löst sich das Schweröl oder das Bitumen aus dem Ölsand- oder Ölschiefervorkommen. Durch ein entsprechendes Förderrohr, welches in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht ist, kann das Schweröl oder das Bitumen abtrans- portiert werden.
Bei dem SAGD-Verfahren können zudem entsprechende Heizvorrichtungen eingesetzt werden, mit denen die Kohlenwasserstofflagerstätte aufgeheizt werden kann und somit die Fließ- fähigkeit des Bitumens und/oder des Öls erheblich erhöht wer¬ den kann. Hierzu werden entsprechende Bohrungen in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht, in welche wiederum ei¬ ne Leiterschleife der Leitereinrichtung eingebracht wird. Die Leitereinrichtung ist mit einer Wechselstromquelle bezie- hungsweise einer Wechselspannungsquelle elektrisch verbunden. Die mit dem Wechselstrom behaftete Leitereinrichtung erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld in der Kohlenwasserstoff- lagerstätte, durch welches Wirbelströme in der Kohlenwasser¬ stofflagerstätte erzeugt werden.
Um die gewünschte Heizleistungsdichte von typisch 1 bis
10 Kilowatt je Meter Länge der Leitereinrichtung zu errei¬ chen, ist es erforderlich - je nach Leitfähigkeit der Kohlenwasserstofflagerstätte - Stromstärken von einigen 100 A bei Frequenzen von typisch 20 bis 200 kHz einzubringen. Zur Kompensation des induktiven Spannungsabfalls entlang der Leitereinrichtung werden üblicherweise Kondensatoren zwischengeschaltet, wodurch ein Reihenschwingkreis beziehungsweise Se- rienresonanzschwingkreis entsteht. Dieser Reihenschwingkreis wird bei seiner Resonanzfrequenz oder einer davon nur geringfügig abweichenden Frequenz betrieben und stellt an seinen Klemmen eine rein ohmsche Last dar. Ohne diese Serienkondensatoren würde sich der induktive Spannungsabfall entlang der Länge der Leitereinrichtung aufsummieren . Da die Leiterein- richtung beispielsweise eine Länge von einigen 100 m aufwei¬ sen kann, kann sich der induktive Spannungsabfall auf einige 10 bis 100 kV aufsummieren . Zur Erschließung einer großflächigen Kohlenwasserstofflagerstätte werden in der Regel mehrere Leitereinrichtungen beziehungsweise Leiterschleifen in enger Nachbarschaft verlegt. Damit geht einher, dass die Leiterschleifen untereinander in- duktiv gekoppelt sind. Dies führt dazu, dass die Gegeninduk¬ tivität benachbarter Schleifen nicht vernachlässigbar ist. Ein elektrischer Strom in einer Leiterschleife induziert eine elektrische Spannung in einer benachbarten Leiterschleife, die an deren Klemmen auftreten und die dort angeschlossenen Wechselspannungsquelle ungünstig beeinflussen kann.
Andererseits ist es erforderlich, dass die Betriebsfrequenz der Resonanzfrequenz der jeweiligen Leiterschleife entspricht. Andernfalls ist es nicht möglich, die für die Heiz- Wirkung erforderlichen hohen elektrischen Ströme in der Leiterschleife zu treiben. Die Resonanzfrequenz der kapazitiv kompensierten Leiterschleife ergibt sich aus der Induktivität der Leiterschleife, die von der Schleifengeometrie, dem Lei¬ terquerschnitt und der Leitfähigkeit des umgebenden Erdreichs in der Kohlenwasserstofflagerstätte abhängt. Die Kapazität der Leiterschleife wird durch die Ausgestaltung der Leiterschleife, die beispielsweise als Kabel- beziehungsweise Rohr¬ induktor ausgebildet sein kann, festgelegt. Damit kann die Resonanzfrequenz der Leiterschleife im Voraus mit einer vor- bestimmten Genauigkeit festgelegt werden, entsprechend der
Genauigkeit, mit der Schleifengeometrie und elektrische Leit¬ fähigkeit bekannt sind. In der Praxis muss davon ausgegangen werden, dass nach Installation mehrerer benachbarter Leiterschleifen deren Resonanzfrequenzen geringfügig voneinander abweichen. Diese Abweichungen können beispielsweise im Bereich von +/- 5 Prozent liegen. Weiterhin wird sich die elektrische Leitfähigkeitsverteilung in der Kohlenwasserstofflagerstätte durch die Massenströme bei der Förderung und die Änderung der Temperaturverteilung ändern, was wiederum zu einer Änderung der Resonanzfrequenz der Leiterschleifen führt. Damit besteht ein Problem darin, die Resonanzfrequenzen benachbarter, gekoppelter Leiterschleifen nach der Installation vor der Inbetriebnahme einander anzugleichen und fortwährend während des Betriebs nachzustimmen, um einen syn¬ chronen Betrieb, das heißt einen Betrieb mit gleicher Fre¬ quenz und definierter Phasenlage, zu ermöglichen. Ein weiteres Problem besteht in der Filterung der Eingangsspannung beziehungsweise Wechselspannung, die mit der Wechselspannungsquelle bereitgestellt wird. Die Leiterschleife kann beispielsweise mit einer Wechselspannungsquelle, die als einfacher Resonanzumrichter ausgebildet ist, betrieben wer- den. Ein solcher Resonanzumrichter liefert eine näherungsweise rechteckförmige Ausgangsspannung. Diese Ausgangsspannung kann direkt über einen Isolationstransformator auf die Klemmen der Leiterschleife übertragen werden. Die rechteckige Wechselspannung enthält hohe Anteile von Höherharmonischen, insbesondere der dreifachen, der fünffachen und der siebenfachen Grundfrequenz der Wechselspannung. Die Leiterschleife, die einen Reihenschwingkreis darstellt, weist nur eine Reso¬ nanzfrequenz auf, die der Grund- beziehungsweise Basisfre¬ quenz entsprechen sollte. Dies bedeutet, dass nur bei dieser Frequenz die entsprechend hohen elektrischen Ströme getrieben werden können, die zur induktiven Heizung der Kohlenwasserstofflagerstätte benötigt werden. Die hochfrequenten Spannungen beziehungsweise die Höherharmonischen treiben nur geringe Ströme durch die Leiterschleife. Zudem liegen die hochfre- quenten Spannungen zwischen der Leiterschleife und dem Erdreich an, wodurch die Außenisolation der Leiterschleife belastet wird und nur im geringen Maße die Serienkapazitäten der Leiterschleife. Die hochfrequenten Spannungen können zur vorzeitigen Alterung der Isolation der Leiterschleife bezie- hungsweise der Serienkondensatoren führen. Es ist daher gewünscht, die hochfrequenten Spannungsanteile an den Klemmen der Leiterschleife zu vermeiden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzu- zeigen, wie eine Heizvorrichtung für eine Kohlenwasserstoff- lagerstätte zuverlässiger betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heizvorrich¬ tung, durch eine Anordnung sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge- genstand der abhängigen Patentansprüche.
Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung dient zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte . Die Heizvorrich¬ tung umfasst zumindest eine Leitereinrichtung, wobei die Lei¬ tereinrichtung eine Leiterschleife aufweist, welche zumindest bereichsweise in die Kohlenwasserstofflagerstätte einbringbar ist. Die Leiterschleife bildet einen Reihenschwingkreis mit einer Resonanzfrequenz aus und die Leitereinrichtung weist eine Gesamtresonanzfrequenz auf, welche von der Resonanzfrequenz der Leiterschleife abhängig ist. Zudem umfasst die Heizvorrichtung zumindest eine Wechselspannungsquelle zum Be¬ reitstellen einer Wechselspannung, welche mit der zumindest einen Leitereinrichtung elektrisch verbunden ist. Ferner weist die Leitereinrichtung ein Filterelement zum Anpassen der Gesamtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung und/oder zum Filtern der von der Wechselspannungsquelle bereitgestellten Wechselspannung auf.
Die Heizvorrichtung kann dazu verwendet werden, einen Kohlen- Wasserstoff in einer Kohlenwasserstofflagerstätte zu heizen. Eine solche Kohlenwasserstofflagerstätte kann beispielsweise eine Lagerstätte für konventionelles Öl, eine Ölsandlager- stätte, eine Ölschieferlagerstätte, eine Schweröllagerstätte und/oder eine Bitumenlagerstätte sein. Der Kohlenwasserstoff kann ein Gas, ein konventionelles Öl, ein Schweröl, ein extra schweres Öl, ein Ölsand und/oder Bitumen sein. Das Schweröl weist eine dynamische Viskosität von größer als 100 cP und einen API-Grad zwischen 10 und 25 auf. Dabei entsprechen 1000 cP (Centipoise) 1 kg/ms. Der API-Grad (American-Petro- leum-Institute-Grad) beschreibt die relative Dichte des Öls bezogen auf Wasser. Das extra schwere Öl weist eine dynami¬ sche Viskosität bis zu 10000 cP und einen API-Grad unter 10 auf. Ölsand und Bitumen weisen eine dynamische Viskosität größer als 10000 cP und einen API-Grad unter 10 auf. Konven¬ tionelles Öl weist dabei einen API-Grad zwischen 25 und circa 56 auf. Hierbei ist zu beachten, dass der API-Grad oberir¬ disch gemessen wird, wenn das Erdölbegleitgas entfernt ist. Die angegebene Viskosität gilt für das Öl in der Lagerstätte. Daher können sich die Viskosität des konventionellen Öls und des Schweröls überlappen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Heizvorrichtung mit einem SAGD-Verfahren verwendet werden, bei dem Dampf mittels eines Rohrs beziehungsweise eines Dampfinj ektors in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht wird. Mit dem SAGD- Verfahren kann Schweröl und/oder Bitumen gefördert werden. Hier wird die Kohlenwasserstofflagerstätte beziehungsweise das Reservoir zusätzlich durch den Dampf erwärmt. Die Heizvorrichtung kann auch alleine in einer Kohlenwasserstoffla¬ gerstätte eingesetzt werden, ohne dass Dampf in die Lager¬ stätte eingebracht wird. Die Heizvorrichtung weist eine Lei¬ tereinrichtung auf, welche eine Leiterschleife umfasst. Die Leitereinrichtung kann beispielsweise eine Länge von mehreren 100 Metern aufweisen. Die Leitereinrichtung ist mit der Wechselspannungsquelle elektrisch verbunden. Somit kann an der Leitereinrichtung eine Wechselspannung angelegt werden beziehungsweise ein Wechselstrom eingeprägt werden. Dies hat zur Folge, dass in der Kohlenwasserstofflagerstätte Wirbelströme entstehen, welche die Lagerstätte wiederum erhitzen. Somit kann der Kohlenwasserstoff, der sich in der Kohlenwasserstofflagerstätte befindet, gefördert werden. Die Leitereinrichtung weist zudem ein Filterelement auf. Das Filterelement kann einerseits dazu dienen, die Gesamtreso¬ nanzfrequenz der Leitereinrichtung anzupassen. Die Gesamtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung ergibt sich aus der Resonanzfrequenz der Leiterschleife, welche einen Reihen- Schwingkreis beziehungsweise einen Serienschwingkreis dar¬ stellt. Die Leiterschleife kann beispielsweise eine Indukti¬ vität aufweisen, die sich aus ihrer Geometrie, dem Leitungs¬ querschnitt und der Leitfähigkeit des umgebenden Erdreichs ergibt. Die Leiterschleife kann zudem Serienkondensatoren zur Blindleistungskompensation aufweisen. Zudem kann die Leiterschleife einen vorbestimmten elektrischen Widerstand aufweisen. Damit kann die Leiterschleife als LCR-Reihenschwingkreis betrachtet werden. Das Filterelement kann elektrisch mit der Leiterschleife verbunden werden. Durch das elektrische Ver¬ binden der Leiterschleife mit dem Filterelement kann die Ge¬ samtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung auf einfache Weise angepasst werden. Zusätzlich kann das Filterelement dazu die- nen, die mit der Wechselspannungsquelle bereitgestellte Wech¬ selspannung zu filtern. Somit kann beispielsweise erreicht werden, dass nur die Grundfrequenz der Wechselspannung an der Leiterschleife angelegt wird, während Höherharmonische Wech¬ selspannungsanteile vom Filter gesperrt beziehungsweise be- dämpft werden und nicht beziehungsweise nur abgeschwächt an der Leiterschleife angelegt werden. Somit kann mit dem Fil¬ terelement einerseits die Gesamtresonanzfrequenz angepasst werden und andererseits die Wechselspannung, die an der Leiterschleife angelegt wird, gefiltert werden.
Bevorzugt ist das Filterelement als Tiefpassfilter ausgebil¬ det, wobei eine Grenzfrequenz des Filterelements größer als die Resonanzfrequenz der Leiterschleife und kleiner als die doppelte Resonanzfrequenz der Leiterschleife ist. Das Filter- element ist bevorzugt als passives Filter ausgebildet. Im einfachsten Fall kann das Filterelement als LC-Tiefpassfilter ausgebildet sein. Um eine effektive Filterung der Wechsel¬ spannung zu erreichen, sollte die Grenzfrequenz des Filterelements deutlich größer als die einfache Resonanzfrequenz der Leiterschleife und kleiner als die doppelte Resonanzfre¬ quenz der Leiterschleife sein. Beispielsweise kann die Grenz¬ frequenz in einem Bereich zwischen einem 1,3-fachen und einem 1,8-fachen der Resonanzfrequenz der Leiterschleife liegen. Somit kann auf zuverlässige Weise erreicht werden, dass
Höherharmonische Anteile der Wechselspannung mit dem Filter¬ element herausgefiltert werden. In einer Ausführungsform weist das Filterelement zumindest eine erste Spule, welche elektrisch in Reihe mit der Leiter¬ schleife geschaltet ist, und zumindest einen Kondensator, welcher elektrisch parallel zu der Leiterschleife geschaltet ist, auf. Wie bereits erwähnt, kann das Filterelement als LC- Tiefpassfilter ausgebildet sein. Somit kann auf einfache und kostengünstige Weise ein Filterelement bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Filterelement zu- mindest eine zweite Spule auf, welche mit dem zumindest einen Kondensator elektrisch parallel geschaltet ist. Eine Verminderung der über den zumindest einen Kondensator des LC-Fil- ters abfließenden Stroms bei der Betriebsfrequenz kann durch eine zweite Spule erreicht werden. Dies ist insbesondere vor- teilhaft, wenn der entstehende Parallelschwingkreis auf die Betriebsfrequenz abgestimmt wird und somit als Sperrkreis wirkt .
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Induktivität der zu- mindest einen ersten Spule, eine Induktivität der zumindest einen zweiten Spule und/oder eine Kapazität des zumindest einen Kondensators einstellbar ist. Um die Gesamtresonanzfre¬ quenz der Leitereinrichtung anzupassen, kann beispielsweise die Induktivität der ersten Spule beziehungsweise die Serien- Induktivität des Filters angepasst werden. Hierzu kann bei¬ spielsweise eine erste Spule vorgesehen sein, die entspre¬ chende Abgriffe beziehungsweise Zwischenabgriffe aufweist. Beispielsweise kann die Induktivität der ersten Spule erhöht oder erniedrigt werden. Dabei ist die Gesamtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung, welche sich aus dem Filterelement und der Leiterschleife zusammensetzt, immer niedriger ist als die Resonanzfrequenz der kompensierten Leiterschleife alleine. Um die Filtergrenzfrequenz anzupassen, kann die Kapazität des Kondensators angepasst werden. Hierzu können auch zusätzliche Kondensatoren mit dem Kondensator verbunden werden. Somit kann auf einfache Weise die Gesamtresonanzfrequenz im Betrieb der Heizvorrichtung angepasst werden. Weiterhin wird es er- möglicht, dass die Grenzfrequenz des Filterelements auf ein¬ fache Weise angepasst werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest eine erste Spule des Filterelements als separates Bauteil ausge¬ bildet. Beispielsweise kann die erste Spule einen torodialen Aufbau aufweisen und als Ringspule ausgebildet sein. Eine derartige Ringspule weist den Vorteil auf, dass diese prak¬ tisch keine Streufelder aufweist. Zudem kann die erste Spule somit einfach und kostengünstig bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine erste Spule des Filterelements einteilig mit der Leiterschleife ausgebildet. Mit anderen Worten kann die erste Spule einen Abschnitt der kompensierten Leiterschleife bilden. Somit kann auf besonders kostengünstige Weise das Filterelement bereit¬ gestellt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Filterelement zwei erste Spulen aufweist, von denen die eine mit einem Hinleiter der Leiterschleife und die andere mit einem Rückleiter der Leiterschleife elektrisch in Reihe geschaltet ist, und zwei Kondensatoren aufweist, die elektrisch parallel mit dem Hinleiter und dem Rückleiter verbunden sind. Mit anderen Worten kann das Filterelement als symmetrisch aufgebauter Tiefpass¬ filter mit zwei Spulen und zwei Kondensatoren gebildet sein. Durch den symmetrischen Aufbau des Filterelements kann einerseits eine zuverlässige Anpassung der Gesamtresonanzfrequenz ermöglicht werden. Andererseits kann die Wechselspannung der Wechselspannungsquelle zuverlässig gefiltert werden.
In einer Ausführungsform ist zwischen den zwei Kondensatoren ein Erdungsanschluss vorgesehen. Dies ist insbesondere vor¬ teilhaft, da in der Realität infolge von Bauteiltoleranzen keine vollständige Symmetrie in der Filtereinrichtung er¬ reicht werden kann. In diesem Fall kann der Erdungsanschluss mit einer Erdung verbunden sein. Die beiden Kondensatoren können dabei elektrisch in Reihe geschaltet sein, wobei sich der Erdungsanschluss zwischen den beiden Kondensatoren befindet .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zwei ersten Spulen induktiv gekoppelt. Mit anderen Worten können sich stark verkoppelte Zweige, die beispielsweise transformatorar¬ tig gekoppelt sind, ergeben, wenn die Spulenbindungen der beiden ersten Spulen beispielsweise entlang oder auf einer Achse liegen. Dabei ist darauf zu achten, dass der Koppelfak- tor zwischen den ersten Spulen negativ sein muss, um die Filterwirkung zu erhalten. Dies kann beispielsweise durch eine gegensinnige Wicklung der beiden ersten Spulen erreicht werden . Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Förderung von Kohlenwas¬ serstoffen aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte umfasst eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung. Darüber hinaus umfasst die Anordnung ein Förderrad zum Fördern des mittels der Heizvorrichtung erwärmten Kohlenwasserstoffs. Die Anordnung kann zudem ein entsprechendes Rohr beziehungsweise einen Dampfin¬ jektor aufweisen, durch welchen Wasserdampf, der mit einem Lösungsmittel versetzt sein kann, in die Kohlenwasserstoffla¬ gerstätte eingebracht werden kann. Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte mittels einer Heizvorrich¬ tung. Hierbei wird zumindest eine Leitereinrichtung bereitge¬ stellt. Eine Leiterschleife der zumindest einen Leiterein¬ richtung wird zumindest bereichsweise in die Kohlenwasser- stofflagerstätte eingebracht. Die Leiterschleife bildet einen Reihenschwingkreis mit einer Resonanzfrequenz aus, wobei die Leitereinrichtung eine Gesamtresonanzfrequenz aufweist, welche von der Resonanzfrequenz der Leiterschleife abhängig ist. Zudem wird eine Wechselspannungsquelle zum Bereitstellen einer Wechselspannung mit der zumindest einen Leitereinrichtung elektrisch verbunden. Ferner wird mittels eines Filterelements der Leitereinrichtung die Gesamtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung angepasst und/oder die mit der Wechselspannungsquelle bereitgestellte Wechselspannung gefiltert.
Bevorzugt wird die Gesamtresonanzfrequenz zu vorbestimmten Zeitpunkten bestimmt und die Gesamtresonanzfrequenz Leitereinrichtungen mittels des Filterelements an einen vorbestimmten Sollwert angepasst wird. Die Gesamtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung kann sich in Abhängigkeit von der Zeit beziehungsweise im Betrieb der Heizvorrichtung ändern. Dies ist dadurch begründet, dass sich bei der Förderung des Kohlenwas¬ serstoffs die Leitfähigkeit des Erdreichs in der Kohlenwas¬ serstofflagerstätte und somit die Induktivität der Leiterein¬ richtung ändert. Die Gesamtresonanzfrequenz kann zu vorbestimmten Zeitpunkten mittels einer entsprechenden Messein- richtung gemessen werden. Falls die gemessene Gesamtresonanzfrequenz von dem Sollwert abweicht, kann diese mittels des Filterelements angepasst werden. Dabei kann es auch vorgese¬ hen sein, dass eine Mehrzahl von Leitereinrichtungen bereitgestellt wird und die jeweilige Gesamtresonanzfrequenz der Mehrzahl von Leitereinrichtungen mittels der Filterelemente derart angepasst, dass die jeweiligen Gesamtresonanzfrequenzen jeweils den vorbestimmten Sollwert aufweisen. Insbesondere können die jeweiligen Gesamtresonanzfrequenzen mit den Filterelementen derart angepasst werden, dass die jeweiligen Gesamtresonanzfrequenzen der Mehrzahl von Leitereinrichtungen im Wesentlichen gleich sind. Durch die jeweiligen Filterelemente in den Leitereinrichtungen kann es ermöglicht werden, die Resonanzfrequenzen der jeweiligen Leitereinrichtungen im Betrieb, der beispielsweise mehrere Jahre dauern kann, nach- zustimmen. Somit kann erreicht werden, dass die jeweiligen
Leitereinrichtungen synchron betrieben werden. Das heißt, die jeweiligen Leitereinrichtungen können mit der gleichen Frequenz und einer festen Phasenlage bestromt werden. Somit kann ein stabiler Betrieb über einen langen Zeitraum ermöglicht werden.
Die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Anordnung sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprü- chen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinati¬ onen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils ange- gebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbei- spielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 eine Anordnung zur Förderung von Kohlenwasserstoff aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte, welche eine Heizvorrichtung aufweist;
FIG 2 eine Heizvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, welche eine Wechselspannungsquelle sowie eine Leitereinrichtung mit einer Leiterschleife und einem Filterelement aufweist;
FIG 3 eine Heizvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform; und FIG 4 eine Heizvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, die eine Mehrzahl von Wechselspannungs¬ quellen und Leitereinrichtungen aufweist.
In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 1 zur Förderung von Kohlenwasserstoff aus einer Kohlenwasser- stofflagerstätte 3. Die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 kann eine Lagerstätte für konventionelles Öl, eine Ölsandlager- stätte, eine Ölschieferlagerstätte, eine Schweröllagerstätte und/oder eine Bitumenlagerstätte sein. Der Kohlenwasserstoff kann ein Gas, ein konventionelles Öl, ein Schweröl, ein extra schweres Öl, ein Ölsand und/oder Bitumen sein.
Bei der Anordnung 1 von FIG 1 wird üblicherweise gemäß dem SAGD-Verfahren mittels eines Rohrs 2 beziehungsweise eines Dampfinj ektors , der innerhalb der Kohlenwasserstofflagerstät¬ te 3 angeordnet ist, Wasserdampf in die Kohlenwasserstoffla¬ gerstätte 3 eingebracht. Der Wasserdampf kann zudem mit einem Lösungsmittel versetzt sein. Dies bewirkt, dass sich der Koh¬ lenwasserstoff aus der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 heraus- löst und mit einem Förderrohr 4 abtransportiert werden kann. Der Kohlenwasserstoff, der bei dem SAGD-Verfahren gefördert wird, ist insbesondere Schweröl und/oder Bitumen. Zudem weist die Anordnung 1 eine Heizvorrichtung 5 auf, mittels welcher die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 bereichsweise erwärmt be- ziehungsweise geheizt werden kann.
Die Heizvorrichtung 5 umfasst eine Leitereinrichtung 6. Zudem weist die Heizvorrichtung 5 eine Wechselspannungsquelle 7 auf, der elektrisch mit der Leitereinrichtung 6 verbunden ist. Mittels der Wechselspannungsquelle 7 kann eine Wechsel¬ spannung an der Leitereinrichtung 6 angelegt werden beziehungsweise ein Wechselstrom in die Leitereinrichtung 6 eingeprägt werden. Dies hat zur Folge, dass in der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 Wirbelströme entstehen, welche die Kohlen- Wasserstofflagerstätte 3 bereichsweise erwärmen. Die Heizvor¬ richtung 5 kann - wie in FIG 1 dargestellt - bei dem SAGD- Verfahren eingesetzt werden. Die Heizvorrichtung 5 kann auch bei einem Förderungsverfahren verwendet werden, bei dem kein Wasserdampf in die Kohlenwasserstofflagerstätte 3 eingebracht wird.
Die Anordnung und die Abmessungen der Leitereinrichtung 6 sowie des Rohrs 2 und des Förderrohrs 4 in FIG 1 sind rein bei- spielhaft zu verstehen. Die Hin- und Rückleiter der Leitereinrichtung 6 weisen in der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 üblicherweise einen gewissen Mindestabstand auf, der bei¬ spielsweise zwischen 20 und 100 Metern in horizontaler Rich- tung betragen kann. Andernfalls kompensieren sich die Magnetfelder der entgegengesetzt verlaufenden Ströme weitgehend und es wird keine Heizleistung in die Kohlenwasserstofflagerstät¬ te 3 eingebracht. Dagegen sind eng aneinander verlaufende Hin- und Rückleiter bei der Durchführung durch Deckgebirge sinnvoll, um dort die Verluste zu minimieren. Beim SAGD-
Verfahren werden das Rohr 2 und ein darunterliegender Produ- cer üblicherweise übereinander mit einem vertikalen Abstand von circa fünf Metern angeordnet. FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Heizvorrichtung 5 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Heizvorrichtung 5 umfasst die Wechselspannungsquelle 7, die elektrisch mit der Leitereinrichtung 6 verbunden ist. Die Leitereinrichtung 6 umfasst eine Leiterschleife 9, die in eine Bohrung der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 eingebracht ist. Die Leiter¬ schleife 9 umfasst wiederum einen Hinleiter 10 und einen Rückleiter 11. Die Leiterschleife 9 kann als Reihenschwingkreis interpretiert werden. Der Reihenschwingkreis bezie¬ hungsweise die Leiterschleife 9 umfasst eine Spule L, einen Kondensator C und einen Widerstand R. Die Induktivität L der Leiterschleife 9 ergibt sich aus der Geometrie der Leiter¬ schleife beziehungsweise der Bohrung, dem Leitungsquerschnitt und/oder der Leitfähigkeit des umgebenden Erdreichs in der Kohlenwasserstofflagerstätte 3. Die Leiterschleife 9 umfasst insbesondere eine Mehrzahl von hier nicht dargestellten Kondensatoren, die zur Blindleitungskompensation dienen. Hierdurch wird die Kapazität des Kondensators C bestimmt. Der Wi¬ derstand R ergibt sich durch den elektrischen Widerstand der Leiterschleife 9.
Darüber hinaus umfasst die Heizvorrichtung 5 ein Filterele¬ ment 12. Das Filterelement 12 ist insbesondere als passives Tiefpassfilter ausgebildet. Das Filterelement 12 umfasst zu- mindest eine erste Spule LI und zumindest einen Kondensator Cl . In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Fil¬ terelement 12 zwei erste Spulen LI, von denen eine elektrisch in Reihe mit dem Hinleiter 10 verbunden ist und die andere elektrisch in Reihe mit dem Rückleiter 11 verbunden ist. Zudem umfasst das Filterelement 12 zwei Kondensatoren Cl, die elektrisch parallel mit dem Hinleiter 10 und dem Rückleiter 11 verbunden sind. Mit dem Filterelement 12 kann eine Gesamt¬ resonanzfrequenz der Leitereinrichtung 6 angepasst werden. Mit dem Filterelement kann insbesondere eine Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises der Leiterschleife 9 verändert wer¬ den. Hierzu können beispielsweise die Induktivitäten der ers¬ ten Spulen LI angepasst werden. Zudem dient das Filterelement 12 dazu, die mit der Wechsels¬ pannungsquelle 7 bereitgestellte Wechselspannung zu filtern. Die Filtergrenzfrequenz kann beispielsweise durch die Anpassung der Kondensatoren Cl eingestellt werden. Die Grenzfrequenz fg des Filterelements 12 kann nach folgender Formel be- stimmt werden:
_ 1
2^ · '
Dabei soll die Filtergrenzfrequenz größer als die Resonanz- frequenz der Leiterschleife 9 und kleiner als die doppelte Resonanzfrequenz der Leiterschleife 9 sein.
Das Filterelement 12 weist zudem einen Erdungsanschluss 13 auf, der mit einer Erdung 14 verbunden werden kann. Der An- schluss der Erdung ist vorliegend gestrichelt dargestellt, da bei dem dargestellten symmetrischen Aufbau der Schaltung beziehungsweise des Filterelements 12 keine Erdungsströme flie¬ ßen und der Anschluss daher keine Wirkung hat. In der Reali¬ tät wird infolge von Bauteiltoleranzen aber keine vollständi- ge Symmetrie erreicht werden, damit die Erdung sinnvoll ist. Hier kann es auch vorgesehen sein, bei der Wechselspannungsquelle einen Ausgangstransformator mit einer Sekundärwicklung vorzusehen, der Teil eines Wechselrichters ist, und der einen geerdeten Mittelabgriff aufweist.
FIG 3 zeigt eine Heizvorrichtung 5 gemäß einer weiteren Aus- führungsform. Hierbei weist das Filterelement 12 zwei zweite Spulen L2 auf, die jeweils parallel zu den Kondensatoren Cl geschaltet sind. Durch die weiteren Spulen L2 im Parallel¬ zweig kann eine Verminderung der über die Kondensatoren Cl des Filterelements 12 abfließenden Ströme erreicht werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der entstehende Paral¬ lelschwingkreis auf die Betriebsfrequenz abgestimmt wird und somit als Sperrkreis wirkt.
FIG 4 zeigt eine Heizvorrichtung 5 gemäß einer weiteren Aus- führungsform. Hier weist die Heizvorrichtung 5 eine Mehrzahl von Wechselspannungsquellen 7 und eine Mehrzahl von Leiterschleifen 6 auf. Dabei ist jeweils eine Wechselspannungsquel¬ le 7 mit einer Leiterschleife 6 elektrisch verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Filter- elemente 12 der Leitereinrichtungen 6 durch eine erste Spule LI und einen Kondensator Cl gebildet. Hier wird zur Erschlie¬ ßung und Ausbeutung großflächiger Kohlenwasserstofflagerstät- ten 3 eine Mehrzahl von Leitereinrichtungen 6 zur Heizung der Kohlenwasserstofflagerstätte 3 verwendet. Dabei sind die be- nachbarten Leiterschleifen 9 aufgrund ihrer räumlichen Nähe induktiv gekoppelt. Vorliegend können die jeweiligen Filterelemente 12 so angepasst werden, dass ein synchroner Betrieb der jeweiligen Leitereinrichtungen 6 ermöglicht werden kann. Hierbei können die Leiterschleifen 9 mit gleicher Frequenz und fester Phasenlage bestromt werden, da damit den beteilig¬ ten Wechselspannungsquellen 7 eine konstante Lastimpedanz geboten werden kann. Auf diese Weise kann ein stabiler Betrieb über einen großen Zeitraum ermöglicht werden. Insbesondere können Überspannungen an der Wechselspannungsquelle 7 bezie- hungsweise den Wechselrichtern vermieden werden, die sich beim Betrieb der jeweiligen Leitereinrichtungen 6 mit unterschiedlichen Frequenzen aus der Überlagerung der Wellenspannungen und induzierten Spannungen ergeben können. Auch durch die Festlegung der Geometrie der jeweiligen Leiterschleifen 9, die durch die Bohrkurve gegeben ist, und durch die Anzahl und Größe der Serienkapazitäten, die in der Leiterschleife 9 eingebracht werden, können sich zwischen den einzelnen Leitereinrichtungen 6 unterschiedliche Gesamtreso¬ nanzfrequenzen ergeben. Diese können durch die jeweiligen Filterelemente 12 angepasst werden. So können die Gesamtreso¬ nanzfrequenzen der jeweiligen Leitereinrichtungen 6 über einen Betrieb der Heizvorrichtung, der beispielsweise mehrere Jahre andauern kann, ermöglicht werden. Somit kann Kohlenwas¬ serstoff aus großen Kohlenwasserstofflagerstätten 3 gewonnen werden. Durch die jeweiligen Filterelemente 12 kann der synchrone Betrieb der benachbarten Leitereinrichtungen 6 ermög- licht werden. Das jeweilige Filterelement 12 kann beispiels¬ weise zur Realisierung einer Tiefpassfilterung vorhanden sein. In diesem Fall können die jeweiligen Bauteile der Filterelemente 12 geeignet ausgelegt werden. Somit kann auf zu¬ sätzliche Bauteile verzichtet werden und somit Kosten einge- spart werden.

Claims

Patentansprüche
1. Heizvorrichtung (5) zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstofflagerstätte (3) mit zumindest einer Leitereinrich- tung (6), wobei die Leitereinrichtung (6) eine Leiterschleife (9) aufweist, welche zumindest bereichsweise in die Kohlen¬ wasserstofflagerstätte (3) einbringbar ist, wobei die Leiter¬ schleife (9) einen Reihenschwingkreis (8) mit einer Resonanz¬ frequenz ausbildet und wobei die Leitereinrichtung (6) eine Gesamtresonanzfrequenz aufweist, welche von der Resonanzfre¬ quenz der Leiterschleife (9) abhängig ist, und mit zumindest einer Wechselspannungsquelle (7) zum Bereitstellen einer Wechselspannung, welche mit der zumindest einen Leitereinrichtung (6) elektrisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitereinrichtung (6) ein Filterelement (12) zum Anpassen der Gesamtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung (6) und/oder zum Filtern der von der Wechselspannungsquelle (7) bereitgestellten Wechselspannung aufweist .
2. Heizvorrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (12) als Tiefpassfilter ausgebil¬ det ist, wobei eine Grenzfrequenz des Filterelements (12) größer als die Resonanzfrequenz der Leiterschleife (9) und kleiner als die doppelte Resonanzfrequenz der Leiterschleife (9) ist.
3. Heizvorrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (12) zumindest eine ers- te Spule (LI), welche mit der Leiterschleife (9) elektrisch in Reihe geschaltet ist, und zumindest einen Kondensator (Cl), welcher elektrisch parallel zu der Leiterschleife (9) geschaltet ist, aufweist.
4. Heizvorrichtung (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (12) zumindest eine zweite Spule (L2) aufweist, welche elektrisch parallel zu dem zumindest einen Kondensator (Cl) geschaltet ist.
5. Heizvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Induktivität der zu¬ mindest einen erste Spule (LI), eine Induktivität der zumin- dest einen zweiten Spule (L2) und/oder eine Kapazität des zu¬ mindest einen Kondensators (Cl) einstellbar ist.
6. Heizvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Spule (LI) des Filterelements (12) als separates Bauteil aus¬ gebildet ist.
7. Heizvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Spule (LI) des Filterelements (12) einteilig mit der Leiterschleife (9) ausgebildet ist.
8. Heizvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (12) zwei erste Spulen (LI) aufweist, von denen die eine mit einem Hinleiter (10) der Leiterschleife (9) und andere mit einem Rück- leiter (11) der Leiterschleife (9) elektrisch in Reihe ge¬ schaltet ist, und zwei Kondensatoren (Cl) aufweist, die elektrisch parallel zu dem Hinleiter (10) und zu dem Rücklei- ter (11) geschaltet sind.
9. Heizvorrichtung (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Kondensatoren (Cl) ein Erdungsan- schluss (13) vorgesehen ist.
10. Heizvorrichtung (5) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ersten Spulen (LI) induktiv ge¬ koppelt sind.
11. Heizvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (5) eine Mehrzahl von Leitereinrichtungen (6) aufweist.
12. Anordnung (1) zur Förderung von Kohlenwasserstoff aus einer Kohlenwasserstofflagerstätte (3) mit einer Heizvorrich¬ tung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erwärmen des Kohlenwasserstoffs und mit einem Förderrohr (4) zum För- dern des mittels der Heizvorrichtung (5) erwärmten Kohlenwasserstoffs .
13. Verfahren zur induktiven Heizung einer Kohlenwasserstoff- lagerstätte (3) mittels einer Heizvorrichtung (5) , bei wel- ehern zumindest eine Leitereinrichtung (6) bereitgestellt wird, eine Leiterschleife (9) der zumindest einen Leiterein¬ richtung (6) zumindest bereichsweise in die Kohlenwasser¬ stofflagerstätte (3) eingebracht wird, wobei die Leiter¬ schleife (9) einen Reihenschwingkreis (8) mit einer Resonanz- frequenz ausbildet und wobei die Leitereinrichtung (6) eine Gesamtresonanzfrequenz aufweist, welche von der Resonanzfrequenz der Leiterschleife (9) abhängig ist, und bei welchem zumindest eine Wechselspannungsquelle (7) zum Bereitstellen einer Wechselspannung mit der zumindest einen Leitereinrich- tung (6) elektrisch verbunden wird,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Filterelements (12) der Leitereinrichtung (6) die Gesamtresonanzfrequenz der Leitereinrichtung (6) angepasst wird und/oder die von der Wechselspannungsquelle (7) bereitgestellte Wechselspannung gefiltert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtresonanzfrequenz zu vorbestimmten Zeitpunkten bestimmt wird und die Gesamtresonanzfrequenz Leitereinrichtun- gen (6) mittels des Filterelements (12) an einen vorbestimm¬ ten Sollwert angepasst wird.
PCT/EP2016/059531 2015-06-11 2016-04-28 Heizvorrichtung zur induktiven heizung einer kohlenwasserstofflagerstätte mit filterelement, anordnung sowie verfahren Ceased WO2016198212A1 (de)

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