CN104011327A - 利用地下地层中的绝缘导线的介电性能来确定绝缘导线的性能 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定沿着地下地层的开口中的绝缘导线的一个或更多个温度的系统，包括一定长度的绝缘导线，所述绝缘导线包括电容不同的至少两段绝缘体。电容不同的段包括用于绝缘体的至少一种介电性能的不同骤变(takeoff)温度。

Description

利用地下地层中的绝缘导线的介电性能来确定绝缘导线的性能
技术领域
本发明总体上涉及用于从各种地下地层、例如含烃地层加热和生产烃、氢气和/或其它产品的方法和系统。
背景技术
从地下地层获得的烃通常用作能源、原料和消费品。对可利用烃资源枯竭的担忧以及对所生产的烃整体质量下降的担忧已引起对用于可利用烃资源更高效地采收、加工和/或使用的工艺的开展。原地法可用来从以前无法触及到和/或利用现有的方法进行抽取成本特别高的那些地下地层开采烃材料。可能需要改变地下地层中的烃材料的化学性质和/或物理性质，以便更容易地从地下地层中开采烃材料和/或提高烃材料的价值。化学变化和物理变化可包括产生可开采流体的原地反应、地层中烃材料的组成变化、可溶性变化、密度变化、相变和/或粘度变化。
在北美洲、南美洲、非洲和亚洲发现了容纳于相对可渗透的地层(例如含沥青砂)中的重质烃(重油和/或焦油)的大矿床。焦油可以地表开采，然后将其改质成轻烃，例如原油、挥发油、煤油、和/或粗柴油。地表开采工序还可以将沥青与砂分离。分离出来的沥青可以利用传统精炼方法转变为轻烃。开采和改质沥青砂的成本通常比从传统储油层生产轻烃显著更高。
一般的温度测量方法在用于确定位于地下地层的用于在原地热处理工序中加热的加热器的温度分布时难以实施和/或实施成本高。所希望的温度分布包括沿着地下地层中的加热器的长度或一部分的多个温度。热电耦是一个可能的解决方案；然而，热电耦在一个部位只提供一个温度，每个热电耦通常需要两条电线。因而，为获得沿着加热器的长度的温度分布，需要多对电线。在有些情况下，用于加热器的井眼可能不能大得足够收容进行充分温度监测所需的多条电线。一个或更多个热电偶(或其相联的电线)失效的风险随着地下井眼中多条电线的使用而增大。另外，安装在高温应用(＞300℃)中的热电偶可能遭受被称为温度测量漂移的现象的困扰。温度测量漂移是重要的误差来源。
另一个可能的解决方案是利用光缆温度传感器系统。光缆系统提供沿着加热器的长度的温度分布。但是，市场上可买到的光缆系统通常只具有最高大约300℃的工作温度范围，并且由于光纤和/或光纤涂层的软化而会导致各种材料彼此粘附，从而易于造成机械损坏。因而，这些系统不适于测量在原地热处理工序期间加热地下地层时遇到的高温。有些试验性光缆系统适于在这些高温下使用，但是这些系统对于实施商业化生产过程(例如加热器领域)来说成本太高。因而，需要一种简单的低成本系统，其允许在沿着用于原地热处理工序中的地下加热器的长度的一个或更多个部位确定温度。
发明内容
在此所述的实施例总体上涉及用于处理地下地层的系统、方法和加热器。在此所述的实施例总体上还涉及其中具有新颖性部件的加热器。利用在此所述的系统和方法可以获得这种加热器。
在某些实施例中，本发明提供了一种或多种系统、方法和/或加热器。在有些实施例中，所述系统、方法和/或加热器用于处理地下地层。
在某些实施例中，一种用于确定沿着地下地层的开口中的绝缘导线的一个或更多个温度的系统，包括：一定长度的绝缘导线，所述绝缘导线包括电容不同的至少两个绝缘段，其中电容不同的绝缘段包括用于绝缘的至少一种介电性能的不同骤变(takeoff)温度。
在某些实施例中，一种用于确定在地下地层的开口中的温度的方法，包括：确定沿着位于开口中的绝缘导线的长度的至少一种介电性能，其中该长度的绝缘导线包括电容不同的至少两绝缘段，其中电容不同的段包括用于所述至少一种介电性能的不同骤变温度；和当达到其中至少一段的骤变温度时，确定该长度的绝缘导线的温度为不同骤变温度之一。
在某些实施例中，一种使用位于地层的开口中的绝缘导线加热器向地下地层提供热量的方法，包括：确定绝缘导线加热器中绝缘的一种或更多种介电性能与加热器中的含水量之间的相关性；向加热器提供电力，以向地层提供热量；确定沿着加热器的长度的一种或更多种介电性能；和确定加热器中的含水量。
在某些实施例中，一种用于确定在一模式的绝缘导线加热器中的热流的方法，包括：确定在该模式的加热器中的多个绝缘导线加热器的长度上的一种或更多种介电性能；基于所确定的介电性能，确定绝缘导线加热器之间的一个或更多个温差；和基于所确定的温差，在该模式的加热器中提供热流图像。
在进一步的实施例中，特定实施例的特征可以与其它实施例的特征组合。例如，来自一个实施例的特征可以与来自任一其它实施例的特征组合。
在进一步的实施例中，利用在此所述的任一方法、系统或加热器，进行地下地层的处理。
在进一步的实施例中，附加特征可以添加到在此所述的特定实施例中。
附图说明
对本领域技术人员来说，通过下面的详细描述，并参照附图，本发明的优点将变得显而易见，其中：
图1显示了用于处理含烃地层的原地热处理系统的一部分的实施例的示意图。
图2描绘了绝缘导线热源的实施例。
图3描绘了绝缘导线热源的另一实施例。
图4描绘了绝缘导线热源的另一实施例。
图5描绘了在绝缘导线加热器的一个实施例中的氧化镁绝缘体的介电常数与温度关系曲线的例子。
图6描绘了在绝缘导线加热器的一个实施例中的氧化镁绝缘体的损耗角正切(tanδ)与温度关系曲线的例子。
图7描绘了在施加不同电压的绝缘导线加热器的一个实施例中的氧化镁绝缘体的漏泄电流(mA)与温度(°F)关系曲线的例子。
图8描绘了一定长度的绝缘导线的实施例。
图9描绘了一模式的绝缘导线加热器的实施例的俯视图。
虽然本发明适合于各种变形和替代方式，但是，在附图中通过举例的方式给出了具体实施例，这些实施例在这里将被详细描述。附图并不是按比例绘制的。但是，应当明白，附图和详细描述并不是要把本发明局限于所公开的具体形式，相反，本发明应当覆盖落入由附带的权利要求书所限定的本发明精神和范围之内的所有改进、等同物或替代方案。
具体实施方式
下面的描述总体上涉及用于处理地层中的烃的系统和方法。这些地层可以被处理以便生产烃类产品、氢气和其它产品。
″交流电(AC)″是指随时间大体上以正弦的方式变向的电流。交流电在铁磁导体中生成集肤效应电荷流。
″环形区域″是外导管与位于外导管中的内导管之间的区域。
″API比重″是指在15.5℃(60°F)下的API比重。API比重通过ASTM Method D6822或ASTM Method D1298确定。
″ASTM″是指美国实验和材料学会。
在减少热量输出的加热系统、设备和方法的上下文内容中，术语″自动″意思是这些系统、设备和方法以某种方式起作用，无需采用外部控制(例如诸如带有温度传感器和反馈回路的控制器的外部控制器、比例-积分-微分(PID)控制器或预测控制器)。
″沥青/沥清″是指可溶于二硫化碳的半固体粘性材料。沥青/沥清可从精炼作业获得或由地下地层产生。
″可凝固烃″是在25℃和一个绝对大气压下凝固的烃。可凝固烃可以包括碳数大于4的烃的混合物。″不可凝固烃″是在25℃和一个绝对大气压下不凝固的烃。不凝固烃可以包括碳数小于5的烃。
″耦合″是指一个或更多个物体或部件之间的直接连接或间接连接(例如，一个或更多个插入连接)。词语″直接连接″是指物体或部件之间的直接连接，物体或部件彼此直接连接，使得物体或部件以″使用点(point of use)″方式运行。
″居里温度″是在该温度以上铁磁材料失去其全部的铁磁性质的温度。铁磁材料除了在居里温度以上会失去其全部铁磁性质以外，当增大的电流通过该铁磁材料时，铁磁材料也开始失去其铁磁性质。
″二合一″是指耦合在一起的一组两个物品(例如，加热器、井眼、或其它对象)。
″流体″可以是气体、液体、乳液、泥浆和/或具有类似于液体流动的流动特性的固体颗粒流，但不局限于这些。
″地层″包括一个或更多个含烃层、一个或更多个非烃层、上覆层和/或下伏层。″烃层″指地层中含有烃的层。烃层可以包含非烃材料和烃材料。″上覆层″和/或″下伏层″包括一个或更多个不同类型的不可渗透材料。例如，上覆层和/或下伏层可以包括岩石、页岩、泥岩或湿的/紧密的碳酸盐岩。在原地热处理工艺的有些实施例中，上覆层和/或下伏层可以包括一个含烃层或多个含烃层，这些含烃层是相对不渗透的，并且在原地热处理过程期间，这些含烃层不受能受到会导致上覆层和/或下伏层的含烃层特性发生明显变化的温度的影响。例如，下伏层可以包含页岩或泥岩，但是在原地热处理过程期间，下伏层不允许被加热到热解温度。在有些情况下，上覆层和/或下伏层可以是稍微渗透的。
″地层流体″指的是存在于地层中的流体，其可以包括热解流体、合成气体、流动烃和水(蒸汽)。地层流体可以包括烃流体和非烃流体。术语″流动流体″是指含烃地层中的流体，其由于热处理地层而能够流动。″产出流体″是指从地层中移出的地层流体。
″热源″是用于基本上通过热传导传递和/或热辐射传递而向地层的至少一部分提供热量的任何系统。例如，热源可包括导电材料和/或电加热器，例如绝缘导线、细长部件、和/或设置在导管中的导体。热源还可以包括通过在地层外或在地层内燃烧燃料而产生热量的系统。该系统可以是地表燃烧器、井下气体燃烧器、无焰分布燃烧室和自然分布燃烧室。在有些实施例中，提供给一个或更多个热源或在一个或更多个热源中产生的热量可以由其它能源来供给。其它能源也可以直接加热地层，或者将能量供给至传递介质，由传递介质直接或间接加热地层。应当明白，向地层施加热量的一个或更多个热源可以使用不同的能源。因而，例如，对于给定的地层，有些热源可以从导电材料或电阻加热器供给热量。有些热源可以从燃烧提供热量，而有些热源可以从一个或更多个其他能源提供热量(例如化学反应、太阳能、风能、生物量或其它可再生能源)。化学反应可以包括放热反应(例如氧化反应)。热源还可以包括向紧邻和/或围绕加热位置(例如加热器井)的区域提供热量的导电材料和/或加热器。
″加热器″是用于在井中或井眼附近区域产生热量的任何系统或热源。加热器可以是电加热器、燃烧器、与地层中的或从地层产生的材料反应的燃烧室和/或它们的组合，但并不局限于这些。
″重质烃类″是粘稠烃流体。重质烃可以包括高粘稠烃流体，例如重油、柏油、和/或沥青。重质烃可以包括碳和氢以及低浓度的硫、氧和氮。在重质烃中还存在微量的添加元素。重质烃可以根据API比重进行分类。重质烃通常具有小于约20°的API比重。例如，重油通常具有约10-20°的API比重，而柏油通常具有小于约10°的API比重。重质烃在15℃的粘度通常大于约100厘泊(centipoise)。重质烃可以包括芳香烃或其它复杂环烃。
重质烃可以在相对可渗透的地层中找到。相对可渗透的地层可以含有例如砂或碳酸盐岩中夹带的重质烃。″相对可渗透″是相对于地层或其部分的平均渗透率为10毫达西或以上(例如10毫达西或100毫达西)来定义的。″较低渗透率″是相对于地层或其部分的平均渗透率小于大约10毫达西来定义的。一达西约等于0.99平方微米。非渗透层的渗透率通常小于大约0.1毫达西。
包括重质烃的某些地层还可以包括、但不限于天然矿物蜡或天然沥青岩。″天然矿物蜡″通常出现在几米宽、几千米长、几百米深的基本上管状的矿脉中。″天然沥青岩″包括芳香族组分的固体烃，通常出现在大矿脉中。从诸如天然矿物蜡和天然沥青岩的地层中原地回收烃，可以包括融化以形成液体烃和/或从地层溶浸开采烃。
″烃″通常定义为主要由碳和氢原子形成的分子。烃还可以包括其它元素，例如卤素、金属元素、氮、氧和/或硫，但不局限于这些。烃可以是油母、沥青、焦性沥青、油、天然矿物蜡和沥青岩，但不局限于这些。烃可以位于地层的矿石中或其附近。母岩可以包括沉积岩、砂岩、沉积石英岩、碳酸盐岩、硅藻岩及其它多孔介质，但并不局限于这些。″烃流体″是包括烃的流体。烃流体可以包括、夹带或者被夹带在非烃流体中，非烃流体例如为氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、水和氨。
″原地转化工艺″指的是从热源加热含烃地层以将至少一部分地层的温度升高到热解温度以上以便在地层中产生热解流体的工艺。
″原地热处理工艺″指的是利用热源加热含烃地层以将至少一部分地层的温度升高到导致含烃材料的流体流动、减粘裂化、和/或热解的温度以上以便在地层中产生流动流体、减粘裂化流体、和/或热解流体的工艺。
″绝缘导线″是指任何能够导电并且全部或部分地被电绝缘材料覆盖的细长材料。
″油母″是通过天然降质转化的不能溶解的固体烃，其主要包含碳、氢、氮、氧和硫。煤和油页岩是含有油母的材料的典型例子。″沥清″是基本上可溶于二硫化碳的非晶态固体或粘性烃材料。″油″是包含可凝固烃的混合物的流体。
″调制直流电(DC)″是指任何大体上随时间非正弦变化的电流，其在铁磁导体中产生集肤效应电荷流。
铁磁材料的″相变温度″是指材料经受使铁磁材料的透磁性降低的相变(例如，从铁素体到奥氏体)的温度或温度范围。透磁性的降低类似于由于铁磁材料在居里温度下磁性转变引起的透磁性降低。
″热解″是指由于施加热量而使化学键断裂。例如，热解可以包括仅仅通过热量将复合物转换成一个或更多个其它物质。热量可以传递至一部分地层以引起热解。
″热解流体″或″热解产品″是指基本上在烃热解期间所产生的流体。由热解反应所产生的流体可以与地层中的其它流体进行混合。混合物被认为是热解流体或热解产品。正如在此所使用的，″热解区域″是指起反应或进行反应以形成热解流体的地层体积(例如相对可渗透的层，如沥青砂地层)。
″沉降″是地层的一部分相对于地表的初始海拔的向下运动。
″热叠加″是指从两个或更多个热源向地层的选定部分提供热量，以使得热源之间的至少一个部位的地层温度受到热源影响。
″柏油″是在15℃下的粘度通常大于大约10000厘泊的粘稠烃。柏油的比重通常大于1.000。柏油的API比重可能小于10°。
″含沥青砂地层″是其中烃主要以矿物颗粒骨架或其它主岩(例如砂或碳酸盐岩)中夹带的重质烃和/或柏油的形式存在的地层。含沥青砂地层的例子包括：Athabasca地层、Grosmont地层和Peace River地层，这三个地层都在加拿大的Alberta；以及委内瑞拉的Orinoco带中的Faja地层。
″限温加热器″通常是指无需利用外部控制(例如温度控制器、功率调节器、整流器或其它装置)，就能在规定温度以上调节热量输出(例如减小热量输出)的加热器。限温加热器可以是AC(交流电)或调制(例如″突变″)DC(直流)供电的电阻加热器。
″导热流体″包括在标准温度和压力(STP)(0℃，101.325kPa)下比空气的导热率高的流体。
″导热率″是指材料的如下性质，其描述的是：对于材料的两个表面之间的给定温差，在材料的两个表面之间，热量在稳态下流动的速率。
″热压裂″是指由于地层和/或地层中流体的膨胀或收缩引起的在地层中产生的裂缝，所述膨胀或收缩则由地层和/或地层中流体的温度的升高/降低、和/或由地层中流体由于加热引起的压力升高/降低引起。
层″厚度″是指层的横截面的厚度，其中横截面垂直于层的面。
″时变电流″是指在铁磁导体中产生集肤效应电荷流并且大小随时间变化的电流。时变电流既包括交流电(AC)，又包括调制直流电(DC)。
″三合一″是指耦合在一起的一组三个物品(例如，加热器、井眼、或其它对象)。
限温加热器的″调节比″是指在将电流直接施加给加热器的情况下，对于给定的电流，居里温度以下的最大交流电阻或调制直流电阻与居里温度以上的最小电阻的比值。感应加热器的″调节比″是指对于施加于加热器的给定电流，居里温度以下的最高热量输出与居里温度以上的最低热量输出的比值。
″u形井眼″是指从地层中的第一开口、穿过至少一部分地层并穿过地层中的第二开口延伸出来的井眼。在本文中，井眼可以仅仅是大致″v″或″u″形，对于u形井眼，″u″形的″腿″应该理解成不一定必须彼此平行，或者不一定必须垂直于″u″的″底部″。
″改质″是指提高烃的质量。例如，改质重质烃可以导致提高重质烃的API比重。
″减粘裂化″是指在热处理期间流体分子解开和/或在热处理期间大分子裂化成小分子，这导致流体粘度的降低。
″粘度″是指40℃下的运动学粘度，除非另有规定。粘度根据ASTM Method D445确定。
术语″井眼″是指通过钻进或把导管插入地层内所形成在地层中的孔。井眼可以具有基本上圆形横截面形状或其它横截面形状。正如在此所使用的，术语″井″和″开口″当关于地层中的开口时，它们可以与术语″井眼″互换地使用。
可以以各种方式处理地层，以生产出许多不同的产品。在原地热处理工艺期间，可以使用不同的阶段或工序处理地层。在有些实施例中，用溶浸法开采地层的一个或更多个部分，以从该部分移除可溶性矿物。可以在原地热处理工艺之前、期间和/或之后，进行溶浸法开采矿物质。在有些实施例中，溶浸法开采的一个或更多个部分的平均温度可以保持在大约120℃以下。
在有些实施例中，加热地层的一个或更多个部分，以从所述部分移除水和/或从所述部分移除甲烷及其它挥发性烃。在有些实施例中，在移除水和挥发性烃期间的平均温度可以从环境温度升高到大约220℃以下的温度。
在有些实施例中，地层的一个或更多个部分被加热到允许地层中烃流动和/或减粘裂化的温度。在有些实施例中，地层的一个或更多个部分的平均温度升高到该部分中的烃的流动温度(例如，升高到在从100℃到250℃，从120℃到240℃，或者从150℃到230℃范围内的温度)。
在有些实施例中，一个或更多个部分被加热到允许地层中热解反应的温度。在有些实施例中，地层的一个或更多个部分的平均温度可升高到该部分中烃的热解温度(例如，温度范围从230℃到900℃，从240℃到400℃，或者从250℃到350℃)。
通过使用多个热源加热含烃地层可以在热源周围建立热梯度，这些热源以所希望的加热速率使地层中烃的温度升高至所希望的温度。温度升高经过所希望的产品的流动温度范围和/或热解温度范围的速率可能会影响从含烃地层中产生的地层流体的质量和数量。将地层温度缓慢升高经过流动温度范围和/或热解温度范围，可允许从地层中产生高质量、高API比重(API gravity)的烃。将地层温度缓慢升高经过流动温度范围和/或热解温度范围，可允许移出存在于地层中的大量烃作为烃产品。
在有些原地热处理实施例中，将地层的一部分加热到所希望的温度，而不是缓慢加热温度经过温度范围。在有些实施例中，所希望的温度为300℃、325℃或350℃。也可以选择其它温度作为所希望的温度。
来自热源的热叠加会使得在地层中可以比较快速和有效地建立所希望的温度。从热源输入到地层中的能量可被调节，以使地层中的温度基本上保持在所希望的温度。
流动和/或热解产物可以从地层经由生产井产生。在有些实施例中，一个或更多个部分的平均温度升高到流动温度，烃从生产井产生。在生产由于流动的原因而减少到一选定值以下之后，可将一个或更多个部分的平均温度升高到热解温度。在有些实施例中，可将一个或更多个部分的平均温度升高至热解温度，在达到热解温度之前生产不明显。包括热解产物的地层流体可以通过生产井产出。
在有些实施例中，在流动和/或热解之后，一个或更多个部分的平均温度可被升高至足以允许产生合成气体的温度。在有些实施例中，烃可被升高至足以允许合成气体生产的温度，但在达到足以允许合成气体生产的温度之前，产量不明显。例如，在从大约400℃到大约1200℃、从大约500℃到大约1100℃或从大约550℃到大约1000℃的温度范围内可以产生合成气体。可以将合成气体生成流体(例如，蒸汽和/或水)引入到所述部分中以生成合成气体。合成气体可以由生产井产生。
在原地热处理过程期间，可以进行溶浸开采、移除挥发性烃和水、使烃流动、使烃热分解、生成合成气体、和/或进行其它工序。在有些实施例中，有些工序可以在原地热处理工艺之后进行。这样的工序包括、但不限于：从已处理的部分回收热量、在之前处理的部分中储存流体(例如，水和/或烃)、和/或在之前处理的部分中隔离(sequestering)二氧化碳。
图1描绘了用于处理含烃地层的原地热处理系统的一部分的实施例的示意图。原地热处理系统可包括隔离井100。隔离井用来在处理区域周围形成隔离。该隔离阻止流体流入和/或流出处理区域。隔离井包括脱水井、真空井、捕获井、注入井、灌浆井、凝固井或它们的组合，但并不局限于这些。在有些实施例中，隔离井100是脱水井。脱水井可以去除液态水和/或阻止液态水进入要被加热的一部分地层或正在被加热的一部分地层中。如图所示，隔离井100只是沿着热源102的一侧延伸，但是，隔离井通常环绕在被用于或将被用于加热地层的处理区域的所有热源102周围。
热源102放置在至少一部分地层中。热源102可以包括诸如裸导线、绝缘导线的加热器、导管内置导体加热器、地表燃烧器、无焰分布燃烧室和/或自然分布燃烧室。热源102也可以包括其它类型的加热器。热源102向至少一部分地层提供热量，以加热地层中的烃。能量可以通过供给管线104供给至热源102。供给管线104的结构可以根据用于加热地层的热源类型的不同而不同。热源的供给管线104可以为电加热器传输电，可以为燃烧室输送燃料，或者可以输送在地层中循环的热交换流体。在有些实施例中，用于原地热处理工序的电能可由非碳基燃料源(例如绿色能源)提供。这些燃料源包括核动力、风力、水力、生物质力、或燃料电池动力装置。使用绿色能量源则允许减少或消除从原地热处理工序中排放的二氧化碳。
当加热地层时，输入地层中的热量导致地层膨胀和地质力学运动。可以在进行脱水工序之前、进行脱水工序的同时或进行脱水工序期间开启热源。计算机模拟可以建立地层对加热的响应的模型。可利用计算机模拟形成在地层中激活热源的模式和时序，以便使地层的地质力学运动不会不利地影响热源、生产井及地层中的其它设备的功能。
加热地层可导致地层渗透率和/或孔隙度的增加。渗透率和/或孔隙度的增加可能是由地层中由于水的汽化以及移除、烃的移除和/或裂纹的形成导致质量减少而引起的。由于地层中渗透率和/或孔隙度的增加，流体在地层的受热部分中更容易流动。由于渗透率和/或孔隙度的增加，地层受热部分中的流体可能会在地层中移动相当大的距离。该相当大的距离可能超过1000m，该距离取决于各种因素，例如地层的渗透率、流体的性质、地层的温度、和使流体运动的压力梯度。流体在地层中行进相当大的距离的能力允许生产井106在地层中较远地间隔开来。
生产井106用于从地层中开采地层流体。在有些实施例中，生产井106包括热源。生产井中的热源可以加热在生产井处或靠近生产井的地层的一个或更多个部分。在原地热处理工艺的有些实施例中，从生产井向地层供给的每米生产井热量值小于从加热地层的热源施加于地层的每米热源热量值。从生产井施加于地层的热量可以通过汽化并移除邻近于生产井的液相流体，和/或通过形成大裂纹和/或小裂纹而增加邻近于生产井的地层的渗透率，从而增加邻近于生产井的地层渗透率。
也可以在生产井中设置多于一个的热源。当来自相邻热源的热叠加加热地层而足以抵消通过利用生产井加热地层所提供的好处时，可以关掉生产井下部分中的热源。在有些实施例中，生产井上部分中的热源在生产井下部分中的热源停用之后可以继续开启。井上部分中的热源可以防止地层流体凝固和回流。
在有些实施例中，生产井106中的热源允许从地层移除地层流体的汽相。在生产井处或通过生产井提供热量可用于：(1)在产出流体在紧邻上覆层的生产井中移动时阻止该产出流体凝固和/或回流，(2)增加输入到地层中的热量，(3)与没有热源的生产井相比，提高生产井的生产率，(4)阻止生产井中的高碳数复合物(C6及以上的烃)凝固，和/或(5)增加生产井处或紧邻生产井的地层渗透率。
地层中的地下压力可与地层中产生的流体压力相对应。随着地层受热部分中的温度的升高，受热部分中的压力由于原地流体的热膨胀、生成流体的增加以及水的汽化而升高。控制从地层移除的流体的流量可允许控制地层中的压力。地层中的压力可以在很多不同场所确定，例如生产井附近或生产井处、热源附近或热源处、或监测井附近或监测井处。
在有些含烃地层中，从地层中生产烃受到限制，直到地层中的至少一部分烃已经流动和/或热解。当地层流体具有一选定性质时，地层流体可从地层中产出。在有些实施例中，所述选定性质包括至少大约20°、30°或40°的API比重。直到至少一部分烃变得可流动和/或被热解，抑制生产才可以加快重质烃向轻质烃的转化。抑制初期产量可使从地层产出的重质烃的量最小。生产大量重质烃可能需要昂贵的设备和/或缩短生产设备的寿命。
在有些含烃地层中，在地层的受热部分中产生大的渗透率之前，地层中的烃可被加热到流动温度和/或热解温度。渗透率最初小，可以阻止将所生成的流体输送到生产井106。在最初加热期间，紧邻热源102的地层中的流体压力可以升高。升高的流体压力可以通过一个或更多个热源102释放、监测、改变、和/或控制。例如，选定的热源102或分开的减压井可以包括允许从地层移除一部分流体的卸压阀。
在有些实施例中，虽然地层中可能不存在通向生产井106或任何其它压力降(pressure sink)的开口路径，但是可以允许通过地层中生成的流动流体、热解流体或其它流体的膨胀产生的压力升高。可以允许流体压力朝着岩石静压力升高。可以在流体接近岩石静压力时形成含烃地层中的裂缝。例如，可以从热源102到地层受热部分中的生产井106形成裂缝。受热部分中裂缝的生成可以释放该部分中的一部分压力。地层中的压力必须维持在一选定压力以下以防止不希望的生产，防止上覆层或下伏层产生裂缝，和/或防止地层中烃焦化。
在达到流动温度和/或热解温度并允许从地层生产之后，可以改变地层中的压力，以改变和/或控制所产出的地层流体的组分，控制地层流体中可凝固流体相对于非凝固流体的百分比，和/或控制正在生成的地层流体的API比重。例如，降低压力可导致产生较大的可凝固流体组分。可凝固流体组分可包含较大百分比的烯烃。
在原地热处理工艺的有些实施例中，地层中的压力可维持足够高，以加速API比重大于20°的地层流体的生产。在地层中维持升高的压力可以防止原地热处理期间的地层下沉。维持升高的压力可以减少或消除在地表压缩地层流体以将收集导管中的流体输送至处理设施的需要。
令人惊讶的是，维持地层受热部分中升高的压力，可允许产出质量提高并具有较低分子量的大量烃。压力可以维持成使得产出的地层流体具有最小量的选定碳数以上的复合物。选定碳数可以是至多25、至多20、至多12或至多8。一些高碳数复合物可夹带在地层中的蒸汽中并且可随蒸汽一起从地层移出。维持地层中升高的压力可抑制高碳数复合物和/或多环碳氢复合物在蒸汽中的夹带。高碳数复合物和/或多环碳氢复合物可在地层中在相当长的时间保持为液相。所述相当长的时间可为复合物提供足够长的时间进行热解以形成低碳数复合物。
较低分子量烃的生成被认为部分是由于一部分含烃地层中氢的自生和反应。例如，维持升高的压力可以迫使热解期间生成的氢进入地层中的液相。将该部分加热到热解温度范围内的一温度，可以热解地层中的烃，以生成液相热解流体。所生成的液相热解流体组分可以包括双链和/或基(radicals)。液相中的氢(H2)可以减少所生成的热解流体的双链，从而降低由所生成的热解流体聚合或形成长链复合物的潜在性。另外，H2也可以中和所生成的热解流体中的基。液相中的H2可以阻止所生成的热解流体彼此发生反应和/或与地层中的其它复合物发生反应。
从生产井106产生的地层流体通过收集管路108输送至处理设施110。地层流体也可以从热源102产生。例如，流体可以从热源102产生，以控制邻近热源的地层中的压力。从热源102产生的流体可通过管或管路输送至收集管路108，或者采出流体可通过管或管路直接输送至处理设施110。处理设施110可包括分离单元、反应单元、浓缩单元、燃料电池、涡轮机、储存容器和/或用于加工产出的地层流体的其它系统和单元。处理设施可以从由地层开采出来的至少一部分烃形成运输燃料。在有些实施例中，运输燃料可以是喷气燃料，诸如JP-8。
可以使用绝缘导线作为加热器或热源的电加热器元件。绝缘导线可以包括由电绝缘体和外导电体(护套)围绕的内部导电体(芯部)。电绝缘体可以包括矿物绝缘体(例如，氧化镁)或其它电绝缘体。
在某些实施例中，绝缘导线放置在含烃地层的开口中。在有些实施例中，绝缘导线放置在含烃地层的无套管开口中。将绝缘导线放置在含烃地层中的无套管开口中，可以允许通过辐射以及传导将热量从绝缘导线传递给地层。如果必要，利用无套管开口可有利于从井中取回绝缘导线。
在有些实施例中，绝缘导线放置在地层中的套管内；可以粘结在地层内；或者可以用砂、碎石或其它填充材料封装在开口中。绝缘导线可以支撑在位于开口内的支撑部件上。支撑部件可以是缆绳、杆、或导管(例如管道)。支撑部件可以由金属、陶瓷、无机材料或者它们的组合制成。因为支撑部件的部分在使用期间可能暴露于地层流体和热量，所以支撑部件可以具有耐化学性和/或耐热性。
系结、点焊、和/或其它类型的连接件可以用来在沿着绝缘导线长度的不同位置上将绝缘导线接合到支撑部件上。支撑部件可以在地层的上表面附着于井头。在有些实施例中，绝缘导线具有足够的结构强度，这样，不再需要支撑部件。在许多情况下，绝缘导线可以具有至少一定柔性，以防止遭受温度变化时引起的热膨胀损坏。
在某些实施例中，绝缘导线被放置在井眼中，不使用支撑部件和/或定心器。不使用支撑部件和/或定心器的绝缘导线可以具有能够防止绝缘导线在使用期间发生故障的温度、耐腐蚀性、蠕变强度、长度、厚度(直径)和冶金学上的特性(metallurgy)的适当组合。
图2描绘了绝缘导线112的实施例的端部分的透视图。绝缘导线112可以具有任何希望的横截面形状，例如、但不限于，圆形(如图2所示)、三角形、椭圆形、矩形、六边形或不规则形状。在某些实施例中，绝缘导线112包括芯部114、电绝缘体116、和护套118。当电流流过芯部114时，芯部114可通过电阻发热。交流电或时变电流和/或直流电可用来向芯部114提供电力，以使芯部通过电阻发热。
在有些实施例中，电绝缘体116防止电流泄漏到护套118以及与护套产生电弧。电绝缘体116可以将芯部114中产生的热量热传导给护套118。护套118可以将热量辐射或传导给地层。在某些实施例中，绝缘导线112长度为1000m或更长。也可以使用更长或更短的绝缘导线以满足特定应用需要。可选择绝缘导线112的芯部114、电绝缘体116和护套118的尺寸，使得绝缘导线即使在工作温度上限下也具有足够自支撑的强度。这种绝缘导线可以悬挂于井头或者悬挂于位于上覆层与含烃地层之间的交接面附近的支撑件，不需要将支撑部件以及绝缘导线延伸到含烃地层中。
绝缘导线112可设计成在高达大约1650瓦特/米或更高的电力水平下工作。在某些实施例中，绝缘导线112加热地层时在大约500瓦特/米到大约1150瓦特/米之间的电力水平下工作。绝缘导线112可设计成使得典型工作温度下的最高电压水平不会导致电绝缘体116的明显热击穿和/或电击穿。绝缘导线112可设计成使得护套118不会超过将导致护套材料的耐腐蚀性明显降低的温度。在某些实施例中，绝缘导线112可设计成达到范围在大约650℃到大约900℃之间的温度。也可以形成具有其它工作范围的绝缘导线以满足特定工作要求。
图2描绘了具有单个芯部114的绝缘导线112。在有些实施例中，绝缘导线112具有两个或更多个芯部114。例如，单个绝缘导线可以具有三个芯部。芯部114可以由金属或另一导电材料制成。用于形成芯部114的材料可以包括、但不局限于镍铬合金、铜、镍、碳钢、不锈钢以及它们的组合。在某些实施例中，选择芯部114的直径和在工作温度下的电阻，使得对于选定的每米功率损耗、加热器的长度、和/或芯部材料允许的最高电压，从欧姆定律导出的电阻使之电稳定且结构稳定。
在有些实施例中，芯部114沿着绝缘导线112的长度由不同的材料制成。例如，芯部114的第一段可以由电阻比芯部的第二段低得多的材料制成。第一段可以放置在一地层附近，该地层不需要加热到与邻近第二段的第二地层一样高的温度。芯部114的各段的电阻可以通过具有可变直径和/或通过具有由不同材料制成的芯部段来调节。
电绝缘体116可以由各种材料制成，通常使用的粉末可以包括、但不限于MgO、Al2O3、BN、Si3N4、氧化锆、BeO、尖晶石的不同化学变形、以及它们的组合。MgO可以提供良好的导热性和电绝缘性。所希望的电绝缘性包括低漏电和高介电强度。低漏电减少了热击穿的可能性，高介电强度减少了在绝缘体上发生电弧的可能性。如果漏电导致绝缘体温度持续上升，可能发生热击穿，并且也可能导致绝缘体上发生电弧。
护套118可以为外金属层或导电层。护套118可以与热的地层流体接触。护套118可以由在高温下具有高耐腐蚀性的材料制成。可用于护套118的所希望的工作温度范围的合金包括、但不限于304不锈钢、310不锈钢、和(美国西弗吉尼亚州Huntington，Inco Alloys International)。护套118的厚度足够能够在热腐蚀环境中持续三年到十年。护套118的厚度一般可在大约1mm到大约2.5mm之间变化。例如，可以使用1.3mm的310不锈钢外层作为护套118，以在3年以上的时间内提供良好的对地层的受热区域中的硫蚀的耐化学性。为满足特定应用要求，也可以使用更厚或更薄的护套。
一个或更多个绝缘导线可以放置在地层的开口内，以形成一个或更多个热源。可以使电流流过开口中的每个绝缘导线以加热地层。作为选择，也可以使电流流过开口中的选定绝缘导线。未使用的导线可用作备用加热器。绝缘导线可以以任何适当的方式电耦合于电源。绝缘导线的每个端部可以耦合于穿过井头的引入电缆(lead-in cables)。这种构造通常在热源底部附近具有180°弯折部(″发夹式″弯折部)或转向部。包括180°弯折部或转向部的绝缘导线不需要底部端子，但180°弯折部或转向部可能是加热器中的电和/或结构虚弱处。绝缘导线可以串联、并联、或串联和并联组合地电耦合在一起。在热源的一些实施例中，电流可以流入绝缘导线的导体，并通过使芯部114在热源底部连接于护套118(如图2所示)而流过绝缘导线的护套返回。
在有些实施例中，三个绝缘导线112以三相Y形构造电耦合于电源。图3描绘了在地下地层的开口中以Y形构造耦合的三个绝缘导线的实施例。图4描绘了可从地层的开口120中移除的三个绝缘导线112的实施例。对Y形构造的三个绝缘导线来说，不需要底部连接。作为选择，Y形构造的全部三个绝缘导线也可以在开口底部附近连接在一起。可以在绝缘导线的加热段的端部或者在绝缘导线的底部耦合于加热段的冷插脚(低电阻段)的端部处直接进行连接。可以用绝缘体填充密封的筒或环氧树脂填充的筒进行底部连接。绝缘体可以具有与用作电绝缘的绝缘体相同的组分。
图3和4中描绘的三个绝缘导线112可以利用定心器124耦合于支撑部件122。作为选择，绝缘导线112也可以利用金属条带直接捆扎到支撑部件122上。定心器124可以保持绝缘导线112在支撑部件122上的定位和/或防止绝缘导线112在支撑部件122上运动。定心器124可以由金属、陶瓷、或者它们的组合制成。金属可以是不锈钢或任何其它能够承受腐蚀高温环境的金属。在有些实施例中，定心器124为在小于大约6m的距离上焊接于支撑部件的弓形金属条带。用于定心器124的陶瓷可以是、但不局限于Al2O3、MgO、或另一电绝缘体。定心器124可以保持绝缘导线112在支撑部件122上的定位，由此防止绝缘导线在其工作温度下运动。绝缘导线112也可以稍微有点柔性，以承受支撑部件122在加热期间的膨胀。
支撑部件122、绝缘导线112和定心器124可以放置在烃层126的开口220中。绝缘导线112利用冷插脚130而可耦合于底部导线接合处128。底部导线接合处(junction)128可将每个绝缘导线112彼此电耦合在一起。底部导线接合处128可以包括导电并且在开口120出现的温度下不会熔化的材料。冷插脚130可以是电阻比绝缘导线112低的绝缘导线。
引入导线132可以耦合于井头134，以向绝缘导线112提供电力。引入导线132可以由电阻较低的导体制成，使得电流流过引入导线时产生较少的热量。在有些实施例中，引入导线为橡胶或聚合物隔离的铜绞线。在有些实施例中，引入导线为带有铜芯的矿物绝缘导线。引入导线132在地表136可通过位于上覆层138与地表136之间的密封法兰耦合于井头134。密封法兰可以阻止流体从开口120逸出到地表136。
在某些实施例中，引入导线132利用过渡导线140耦合于绝缘导线112。过渡导线140可以是绝缘导线112的低电阻部分。过渡导线140可以被称为绝缘导线112的″冷插脚″。过渡导线140可以设计成每单位长度损耗的电力为绝缘导线112的主要加热段的单位长度中损耗的电力的大约十分之一到大约五分之一。过渡导线140通常可以为大约1.5m到大约15m之间，不过为满足特定应用需要，也可以使用更短或更长的长度。在一实施例中，过渡导线140的导体为铜。过渡导线140的电绝缘体可以是与主要加热段中使用的相同类型的电绝缘体。过渡导线140的护套可以由耐腐蚀材料制成。
在某些实施例中，过渡导线140通过接合头或其它耦合节耦合于引入导线132。接合头(splice)也可用来将过渡导线140耦合到绝缘导线112上。接合头可承受的温度等于目标区域工作温度的一半或更高(例如，高达目标区域工作温度的大约六分之五)，这取决于接合头的结构。在许多情况下，接合头的电绝缘的密度应该足够高以承受所需的温度和工作电压。
在有些实施例中，如图3所示，封装材料142放置在上覆层套管144和开口120之间。在有些实施例中，增强材料146可以将上覆层套管144固定于上覆地层138。封装材料142可以阻止流体从开口120流到地表136。增强材料146可以包括，例如，混合有用于改善的高温性能的石英粉、矿渣或硅粉、和/或及它们的混合物的G级或H级波特兰(Portland)水泥。在有些实施例中，增强材料146径向延伸从大约5cm到大约25cm的宽度。
如图3和4所示，支撑部件122和引入导线132可以在地层的地表136处耦合于井头134。地表导线148可以围起增强材料146并耦合于井头134。在实施例中，地表导线可以在地层的开口内延伸到大约3m到大约515m的深度。作为选择，地表导线也可以在地层中延伸大约9m的深度。可以由电源向绝缘导线112供给电流，以在绝缘导线的电阻的作用下发热。三个绝缘导线112所产生的热量可以在开口120内传递，以加热至少一部分烃层126。
绝缘导线112所产生的热量可以加热至少一部分含烃地层。在有些实施例中，热量基本上通过所产生的热量的辐射传递给地层。由于开口中存在气体，一些热量可以通过热传导或热对流传递。开口可以是无套管开口，如图3和4所示。无套管开口消除了与在地层上热粘结加热器有关的成本、与套管有关的成本、和/或在开口内封装加热器的成本。另外，辐射传热通常比热传导更有效，所以加热器可以在较低温度下在裸孔井眼中操作。热源运行初期的热传导可以通过在开口中添加气体来加强。气体可以维持在高达大约27巴的绝对压力下。该气体可以包括、但不限于二氧化碳和/或氦。有利的是，裸孔井眼中的绝缘导线加热器可以自由地膨胀或收缩，以适应热膨胀及热收缩。有利的是，绝缘导线加热器可以从裸孔井眼中移除或重新部署。
在某些实施例中，绝缘导线加热组件利用一线轴组件安装或移除。多于一个的线轴组件可用来同时安装绝缘导线和支撑部件。作为选择，支撑部件也可以利用盘管式单元安装。在支撑件插入到井中时，加热器可以开卷并连接于支撑件。电加热器和支撑部件可以从线轴组件上开卷。隔离件可以沿着支撑部件的一定长度耦合于支撑部件和加热器。对于附加的电加热器元件，可以使用附加的线轴组件。
限温加热器可以具有多种构造，和/或可以包括在某些温度下为加热器提供自动温度限制特性的材料。限温加热器的例子可以在下列文献中找到：Wellington等的美国专利号6,688,387；Sumnu-Dindoruk等的美国专利号6,991,036；Karanikas等的美国专利号6,698,515；Wellington等的美国专利号6,880,633；Rouffignac等的美国专利号6,782,947；Vinegar等的美国专利号6,991,045；Vinegar等的美国专利号7,073,578；Vinegar等的美国专利号7，121,342；Fairbanks的美国专利号7,320,364；McKinzie等的美国专利号7,527,094；Mo等的美国专利号7,584,789；Hinson等的美国专利号7,533，719；Miller的美国专利号7,562,707；Vinegar等的美国专利申请公开号2009-0071652；Burns等的美国专利申请公开号2009-0189617；Prince-Wright等的美国专利申请公开号2010-0071903；以及Nguyen等的美国专利申请公开号2010-0096137。限温加热器的尺寸设计成能利用交流频率(例如60Hz AC)或利用调制直流电流工作。
在某些实施例中，铁磁材料被用于温度限制加热器中。铁磁材料可以将温度自我限制在材料的居里温度下或附近和/或相变温度范围，以在对材料施加时变电流时提供减少的热量。在某些实施例中，铁磁材料将限温加热器的温度自我限制在一选定温度，所述选定温度大致为居里温度和/或在相变温度范围内。在某些实施例中，选定温度在居里温度和/或相变温度范围的大约35℃之内、大约25℃之内、大约20℃之内或大约10℃之内。在某些实施例中，铁磁材料与其它材料(例如高导材料、高强度材料、耐腐蚀材料或它们的组合)相结合，以提供各种电气性能和/或机械性能。限温加热器的某些部分所具有的电阻可比限温加热器的其它部分要低(这是由不同几何形状和/或利用不同的铁磁材料和/或非铁磁材料造成的)。使限温加热器的某些部分具有各种材料和/或尺寸，允许定制由加热器的每个部分输出所希望的热量。
限温加热器可能比其它加热器更可靠。限温加热器不易于因地层中的热点而损坏或发生故障。在有些实施例中，限温加热器可以基本上均匀地加热地层。在有些实施例中，限温加热器通过沿加热器的整个长度以较高的平均热量输出进行操作，从而能够更有效地加热地层。限温加热器沿加热器的整个长度以较高的平均热量输出进行操作，这是因为如果沿着加热器任意点的温度超过或即将超过加热器的最高工作温度，那么针对整个加热器而言，供给至加热器的功率无需减少，而对于典型的恒定瓦数的加热器却必须减少供给至加热器的功率。从接近加热器的居里温度和/或相变温度范围的限温加热器的部分输出的热量自动减少，无需对施加给加热器的时变电流进行受控调节。由于限温加热器各部分的电气性能(例如电阻)方面的变化，热量输出会自动减少。因而，在加热工序的大部分过程中，限温加热器能提供更大的功率。
在某些实施例中，包括限温加热器的系统最初提供第一热量输出，然后当限温加热器由时变电流激励时，在加热器的电阻部分的居里温度和/或相变温度范围附近、之处或之上提供减少的(第二)热量输出。第一热量输出是一定温度时的热量输出，限温加热器在低于所述一定温度时开始自我限制。在有些实施例中，第一热量输出是在温度低于限温加热器中铁磁材料的居里温度和/或相变温度范围大约50℃、大约75℃、大约100℃或大约125℃下的热量输出。
限温加热器可以由在井头供给的时变电流(交流电或调制直流电)激励。井头可以包括电源和其它用于向限温加热器供电的部件(例如调制部件、转换器和/或电容器)。限温加热器可以是用于加热一部分地层的许多种加热器之一。
在某些实施例中，温度限制加热器包括导体，当向该导体施加随时间变化的电流时，该导体就作为一种集肤效应加热器或邻近效应加热器操作。集肤效应限制电流渗透到该导体内的深度。对于铁磁材料而言，集肤效应受导体的导磁率支配。铁磁材料的相对导磁率典型在10到1000之间(例如，铁磁材料的相对导磁率典型至少为10，可以至少为50、100、500、1000或以上)。随着铁磁材料的温度升高到居里温度或相变温度范围之上和/或随着所施加的电流的增大，铁磁材料的导磁率显著减小，集肤深度快速增大(例如，集肤深度以导磁率的负二次方根增大)。导磁率的减小导致在居里温度或相变温度范围附近、之处或以上，和/或随着所施加的电流的增大，导体的交流电阻或调制直流电阻减小。当温度限制加热器由基本上恒流的电源供电时，加热器的接近、达到或高于居里温度和/或相变温度范围的部分可以减少散热。不在居里温度和/或相变温度范围之处或附近的限温加热器的段可以由集肤效应加热支配，这允许加热器由于较高电阻负荷而具有高散热。
利用限温加热器加热地层中的烃的优点在于，导线被选择成具有在所希望的工作温度范围内的居里温度和/或相变温度范围。在所希望的工作温度范围内运行允许大量的热被喷射到地层中，同时把限温加热器和其它设备的温度保持在设计极限温度以下。所述设计极限温度是指在这些温度时诸如腐蚀、蠕变和/或变形的性能会受到不利的影响的温度。限温加热器的温度限制性能阻止邻近地层中低导热率″热点″的加热器过热或烧坏。在有些实施例中，温度限制加热器能降低或控制热量输出和/或承受温度高于25℃、37℃、100℃、250℃、500℃、700℃、800℃、900℃或高达1131℃的热量，这取决于加热器中所使用的材料。
与恒定瓦特数的加热器相比，限温加热器允许更多的热量喷射到地层内，这是因为输入到限温加热器中的能量无需被限制成适应邻近加热器的低导热率区域。例如，在Green River油页岩中，最低富油页岩层和最高富油页岩层的导热率存在至少三分之一的差别。当加热这种地层时，与在低导热率层中由温度限制的传统加热器相比，用限温加热器可以将更多的热量传递给地层。沿着传统加热器整个长度的热量输出需要适应低导热率层，以便使加热器在低导热率层不会过热和烧坏。对于限温加热器而言，邻近高温下的低导热率层的热量输出将减少，但不处于高温的限温加热器的其余部分仍然会提供高的热量输出。因为用于加热含烃地层的加热器通常具有较长的长度(例如至少10m、100m、300m、500m、1km或以上直至大约10km)，所以，限温加热器的大部分长度可在居里温度和/或相变温度范围以下工作，只有一小部分在限温加热器的居里温度和/或相变温度范围处或其附近工作。
限温加热器的使用使得能够高效地向地层传递热量。通过高效地传递热量，可以减少把地层加热至所希望的温度所需要的时间。例如，在Green River油页岩中，当利用与传统恒定瓦特数加热器隔开的12m加热器井时，热解通常需要加热9.5年到10年的时间。对于相同的加热器间隔，限温加热器可具有较大的平均热量输出，同时把加热器设备的温度保持在设备设计极限温度以下。由于限温加热器所提供的平均热量输出要比恒定瓦特数加热器所提供的平均热量输出大，地层中的热解可以在更早的时间发生。例如，在Green River油页岩中，利用带有12m加热器井间隔的限温加热器，可以在5年内出现热解。由于井间距不准确，或者钻井时加热井靠得太近，限温加热器抵消热点。在某些实施例中，对于间隔太远的加热井而言，限温加热器允许长时间地增大功率输出，或者对于间隔太近的加热井而言，允许限制功率输出。限温加热器还在邻近上覆层和下伏层的区域提供更大的功率，以补偿这些区域中的温度损失。
有利的是，限温加热器可以用于许多类型的地层中。例如，在沥青砂地层或相对可渗透的含重质烃地层中，限温加热器可用来提供可控制的低温输出，以便减小流体粘度，使流体流动和/或增强井眼处或其附近或者地层中流体的径向流动。限温加热器可以用来阻止由于地层的井眼附近区域过热而引起过多的焦炭形成。
在有些实施例中，使用限温加热器可以消除或减少对昂贵温度控制回路的需要。例如，使用限温加热器，可以消除或减少对执行温度测量的需要和/或在加热器上利用固定热电偶以监测热点处的潜在过热的需要。
限温加热器可用于导管内置导体加热器(conductor-in-conduit)中。在导管内置导体加热器的有些实施例中，大部分电阻热在导体中产生，热量通过辐射、传导和/或对流传递给导管。在导管内置导体加热器的有些实施例中，大部分电阻热在导管中产生。
在有些实施例中，在高达铁磁导体的居里温度处或附近和/或相变温度范围的温度下，使用较薄导电层提供限温加热器的大部分电阻热量输出。这种限温加热器可用作绝缘导线加热器中的加热部件。绝缘导线加热器的加热部件可以位于鞘内部，所述鞘与加热部件之间设有绝缘层。
当前技术允许测量沿着绝缘长度的绝缘体的介电性能(测量沿着绝缘长度分布的介电性能)。这些技术基于绝缘体类型和测量系统的性能提供了带有空间分辨率(测量之间的空间)的介电性能分布。这些技术目前用来确定介电性能，并检测绝缘体缺陷和/或绝缘体损坏。当前技术的例子包括轴向层析成像和管路谐振分析。InstrumentManufacturing Company(IMCORP)(美国康涅狄格州Storrs)提供了一种轴向层析成像(Mashikian轴向层析成像(AxialTomography))。Mashikian轴向层析成像披露在Mashikian的美国专利申请公开号2008-0048668中。Wirescan AS(挪威Halden)提供了一种管路谐振分析(LIRA)。Wirescan AS LIRA披露在Fantoni的国际专利公开号WO2007/040406中。
介电性能的确定(利用当前技术或这些技术的改进形式)可以结合有关介电性能与温度的关系的信息，以确定一个或更多个受激励的加热器(被供电并提供热量的加热器)的温度分布。介电性能与温度的关系数据可以根据模拟和/或实验得到。可以确定随着时间变化的绝热的介电性能的例子包括、但不限于介电常数和损耗角正切(losstangent)。图5描绘了在绝缘导线加热器的一个实施例中的氧化镁绝缘体的介电常数与温度关系曲线的例子。图6描绘了在绝缘导线加热器的一个实施例中的氧化镁绝缘体的60Hz测量的损耗角正切(tanδ)与温度关系曲线的例子。
应当指出，介电性能与温度的关系特性会基于某些因素而变化。可能影响介电性能与温度关系特性的因素包括、但不限于，绝缘体类型、绝缘体尺寸、绝缘体暴露于环境的时间(例如暴露来自于加热器的热量)、绝缘体的组分(化学组分)、含水量、和绝缘体的密实度。因而，对于即将用于选定加热器中的绝缘体的实施例来说，通常必须测量介电性能与温度关系特性(通过模拟和/或实验中的任一)。
在某些实施例中，确定(测量)一加热器中绝缘体的一个或更多个介电性能，并与介电性能与温度关系数据相比较，以确定(决定)沿着该加热器的长度(例如，加热器的整个长度或加热器的一部分的长度)的温度分布。例如，可以根据用于加热器中的绝缘体的介电性能，确定绝缘导线加热器(例如矿物绝缘(MI)电缆加热器)的温度。由于所测量的介电性能与温度的关系是已知的或者已经根据模拟和/或实验计算出来，所以所测量的在沿着加热器的某一部位的介电性能可以用来确定在该部位的加热器的温度。利用测量沿着加热器的长度的多个部位的介电性能的技术(这利用当前技术是可行的)，可以提供沿着该加热器长度的温度分布。
在有些实施例中，如图5和6中的曲线所示的，介电性能更容易受高温温度(例如高于大约900°F(482℃)，如图5和6所示)的影响。因而，在有些实施例中，绝缘导线加热器的一部分的温度可通过测量在高于大约400℃(大约760°F)下的介电性能而确定。例如，该部分的温度可以通过测量从大约400℃、大约450℃或大约500℃到大约800℃、大约850℃、或大约900℃温度范围的温度下的介电性能而确定。这些温度范围高于利用市场上可买到的光缆系统能够测量的温度。但是，适用于高温范围的光缆系统比通过测量介电性能得到的温度可以提供具有更高的空间分辨率的测量。因而，在有些实施例中，可在高温范围工作的光缆系统可用来校准通过测量介电性能所确定的温度。
在低于这些温度范围(例如，低于大约400℃)的温度，通过测量介电性能来确定温度的准确性较差。但是，通过测量介电性能来确定温度提供了加热器的多个部分的合理计算或″平均″温度。无论加热器在低于大约500℃、低于大约450℃还是在低于大约400℃的温度下工作，都可以用来确定平均温度。
通过测量介电性能确定温度可以提供沿着绝缘导线加热器的长度或一部分的温度分布(沿着加热器的长度或部分分布的温度测量)。与仅在选定部位进行温度测量相比(例如利用热电偶测量温度)相比，测量温度分布更有利于监测和控制加热器。多个热电偶可用来提供温度分布。但是，可能需要多条电线(每个热电偶对应一条电线)。通过测量介电性能确定温度仅使用一条电线来测量温度分布，这比使用多个热电偶简单，成本低廉。在有些实施例中，放置在选定部位的一个或更多个热电偶可用来校准通过测量介电性能确定的温度。
在某些实施例中，确定(测量)一绝缘导线加热器中绝缘体在一时间段内的介电性能，以确定加热器在该时间段内的温度和工作特性。例如，可以连续地(或基本上连续)地确定介电性能，以提供介电性能和温度的实时监测。介电性能和温度的监测可用来确定加热器在工作期间的状态。例如，通过对特定部位所确定的性能和在加热器的长度上的平均性能进行比较，可以提供加热器中热点或瑕疵部位的信息。
在某些实施例中，在该加热器用来提供热量之前确定(扫描)绝缘导线加热器(例如采用基线确定(扫描))，提供了有关引起该加热器的介电性能异常的瑕疵和/或其它不连续性(例如接合)的部位的信息。所述基线确定可用来随后检测在加热器被激励之后出现的热点或瑕疵的存在。例如，在激励加热器之后，对加热器的确定可能显示出在进行基线确定时不存在的加热器介电性能中的新异常。在有些实施例中，所述基线确定用来确定加热器中绝缘体的质量。例如，基线确定可用来比较沿着加热器的长度的绝缘段(例如绝缘块)的质量。
在有些实施例中，绝缘体的介电性能随时间而变化。例如，介电性能可能由于绝缘体中氧浓度随时间的改变和/或绝缘体中含水量随时间的改变而随时间变化。绝缘体中的氧可能被绝缘导线加热器中用到的铬或其它金属消耗。因而，绝缘体中氧浓度随时间而减少，并影响绝缘体的介电性能。
绝缘体中含水量(潮气)的变化也可能影响绝缘体的介电性能。可利用实验和/或模拟来提供绝缘体的介电性能和绝缘体中含水量之间的相关性数据。因而，在某些实施例中，介电性能的确定用来检测地层加热期间加热器中的含水量。例如，绝缘体的介电值相对于具有已知含水量的绝缘体的初始介电值的减少表示水已经透过绝缘体。
在有些实施例中，确定沿着加热器的含水量可用来防止加热器在确定没有含水量的部位过热。如果加热器被作为沿着加热器的整个长度都存在水那样处理，加热器中没有水的部分(尤其是对于较长的加热器)会由于缺少水以及高能量输入该加热器而过热。因而，利用介电性能确定含水量，可以提供沿着加热器长度的几乎没有含水量或没有含水量(不能够检测到)的部位(或至少是大概的部位)，由此可以调节提供给加热器的电力，防止加热器的这些部位过热。
在某些实施例中，沿着加热器的含水量与地层中的含水量有关(例如，如果加热器在裸孔井眼中，地层中的水可能接触裸孔井眼中的加热器)。因而，利用确定介电性能来确定沿着加热器的含水量，可用来检测围绕加热器的地层中水的存在。例如，利用介电性能确定含水量，可以提供有关流入加热器井眼中的进水的信息。进水可以导致加热器的温度降低，直到水开始沸腾(例如蒸发)，此时，加热器温度将开始升高。
在某些实施例中，确定介电性能允许确定水在围绕加热器的井眼中何时沸腾。因而，确定介电性能可以用于加热器的交工试运(启动)，以检测围绕加热器的水何时蒸发。在水环境中启动加热器的过程中，加热器可处于使水沸腾的大功率下。如果在周围环境从液态水主导变成蒸汽主导时没有下调电力，则加热器会由于导热率降低而过热。监测介电性能来确定水何时沸腾，则允许及时下调加热器功率以防止加热器过热。通过确定介电性能，也可以将水沸腾作为热点或瑕疵(例如温度急剧变化)来检测。因而，当通过确定介电性能检测到热点或瑕疵时，可以下调加热器，以免加热器在启动期间过热。
在有些实施例中，通过确定介电性能来确定含水量可用于流动保证作业中(例如用于海上加热的流动保证作业)。利用加热器中的介电性能确定含水量允许检测泄漏或其它失效，当加热器仍然在海上的适当位置上时，泄漏或其它失效会使水进入加热器或带有加热器的管线。确定加热器在海上的适当位置时的进水，减少了移除加热器的需要，以便保证加热器的工作。
可通过实验和/或模拟数据来测量和补偿加热器的介电性能随时间的变化。例如，用于温度确定的绝缘导线加热器可以在烘箱或其它设备中被加热，然后在不同温度和/或在恒温下测量介电性能随时间的变化。另外，热电偶可用来通过比较热电偶数据与通过介电性能确定的温度，从而校准所确定的介电性能随时间的变化。
在某些实施例中，利用诸如工作站或计算机的计算系统，进行通过确定介电性能来确定温度。计算系统可以接收沿着加热器的介电性能的测量值(确定值)，并将这些测量的介电性能进行关联，以确定加热器的一个或更多个部位的温度。例如，计算系统可以储存有关介电性能与温度(例如图5和6中所描绘的数据)和/或时间的关系，利用该储存的数据，基于所测量的介电性能，计算加热器上的温度。在有些实施例中，计算系统用来从激励加热器时提供给加热器的电力减掉反馈(去除电力对测量的影响)。
在某些实施例中，计算系统用来监测加热器在一段时间内的介电性能，并在监测介电性能的同时报告和/或控制加热器。例如，当介电性能(或温度)变化超过一选定百分比时，计算系统可用来向使用者提供报警或其它报告。在有些实施例中，当介电性能(或温度)变化超过一所要求量时，计算系统(自动)下调给加热器的电力。例如，当加热器的温度变化高于所要求的温度超过一要求量时，电力可以斜坡下调大约33％、大约50％或更多。在有些实施例中，电力下调的同时，以报警或其它报告通知使用者。
在某些实施例中，对向地下地层提供热量的受激励加热器进行通过介电性能测量确定温度(例如，绝缘导线加热器的至少一部分被供给电力而以电阻发热，并从绝缘导线的该部分向地下地层提供至少一些热量)。确定激励加热器上的温度，允许检测向地层实际上提供热量的装置上的绝缘体中的瑕疵。但是，因为加热器是电阻发热，信号沿着加热器衰减，所以确定受激励加热器上的温度困难更大。这种衰减可能限制沿着加热器的长度进行更远的查看(沿着加热器深入到地层中)。在有些实施例中，确定加热器的上段(加热器的更靠近上覆层的段，例如，加热器的上半段或者上三之一段)的温度可能更重要，这是因为这些段具有施加于加热器的更高的电压，且温度高，因此产生故障或生成热点的风险高。由于这些段邻近地表，通过介电性能测量确定温度时的信号衰减不作为这些上段中的重要因素。
在有些实施例中，在进行温度确定之前，断开至绝缘导线加热器的电力。然后，在温度确定之后，恢复至绝缘导线加热器的电力。因而，绝缘导线加热器经受加热开/关循环来确定温度。但是，该开/关循环由于是热循环的原因而可能缩减加热器的寿命。另外，加热器在非受激励时间段会冷却下来，因此温度信息准确性低(加热器的实际工作温度信息准确性低)。
在某些实施例中，通过介电性能测量来确定温度在不用于加热或者不构造成用于加热的绝缘导线上进行。这种绝缘导线可以是单独的绝缘导线测温探头。在有些实施例中，绝缘导线测温探头是非受激励加热器(例如，没有通电的绝缘导线加热器)。绝缘导线测温探头可以是位于地下地层的开口内用以测量开口中的温度的独立装置(stand-alone device)。在有些实施例中，绝缘导线测温探头是进出开口的回路探头，信号在探头上沿着一个方向传送。在有些实施例中，绝缘导线测温探头是单个悬挂探头，信号沿着芯部传送，并沿着绝缘导线的鞘返回。
在某些实施例中，绝缘导线测温探头包括由氧化镁绝缘体和外金属鞘围绕的铜芯(至电缆末端提供良好的导电性，并提供良好的空间分辨率)。外金属鞘可以由适用于地下开口的任意材料制成。例如，外金属鞘可以是不锈钢鞘或由不锈钢外鞘包裹的铜内鞘。通常，绝缘导线测温探头可以在高达外金属鞘能够承受的温度和压力下工作。
在有些实施例中，绝缘导线测温探头邻近于或在开口中的受激励加热器附近，以测量沿着受激励加热器的温度。绝缘导线测温探头和受激励加热器之间可能存在温差(例如，在大约50℃到100℃之间的温差)。该温差可以通过实验和/或模拟确定，并在温度测量时考虑。该温差也可以利用附着于受激励加热器的一个或更多个热电偶进行校准。
在有些实施例中，一个或更多个热电偶附着于用于温度确定的绝缘导线(或者是受激励绝缘导线加热器，或者是非受激励绝缘导线测温探头)。所附着的热电偶可用来校准和/或支持测量通过介电性能测量确定的绝缘导线上的温度。在有些实施例中，通过确定在给定施加电压下绝缘导线芯部的电阻变化，可实现校准和/或备用温度指示。知道了芯材料在给定电压下的电阻-温度分布，就可以确定温度。在有些实施例中，绝缘导线为回路，地下开口中受激励加热器在回路上感应的电流提供了用于电阻测量的输入。
在某些实施例中，绝缘导线中绝缘材料性质是变化的，从而为绝缘导线提供对温度的不同的灵敏性。可以变化的绝缘材料性质的例子包括但不限于：化学组成和相组成、微观结构、和/或绝缘材料的混合。改变绝缘导线中绝缘材料性质，允许绝缘导线被调谐(tuned)至选定温度范围和/或提高利用绝缘导线确定温度的灵敏性。所述选定温度范围可以例如根据绝缘导线的所希望的应用进行选择。
在某些实施例中，调节绝缘材料性质来改变加热器中绝缘体的电容。图6描绘了绝缘导线加热器的氧化镁绝缘体的损耗角正切与温度关系的例子。损耗角正切(tanδ)是实际电容除以假想电容。因而，图6中的曲线是绝缘导线加热器中绝缘体的电容曲线。
曲线的骤变温度(曲线在该温度开始竖向拉升或者急剧升高——例如，在图6的例子中大约为1400°F(大约760℃))取决于绝缘体的电容。因而，在某些实施例中，可调节加热器的绝缘体的电容来改变电容曲线的骤变温度。例如，如图6所描绘的电容曲线可以左移或右移以改变骤变温度。如果已知加热器的部分绝缘的骤变温度的变化，就可以通过监测损耗角正切，确定加热器何时达到骤变温度。
在有些实施例中，绝缘材料性质沿着绝缘导线的长度而变化(绝缘材料性质在绝缘导线内的不同选定点处是不同的)。改变沿着绝缘导线长度的已知部位处绝缘材料性质，允许测量介电性能以给出部位信息，和/或除提供温度确定之外，提供绝缘导线的自动校准。
在某些实施例中，加热器具有在沿着加热器长度的不同已知部位上已知骤变温度不同(电容不同)的绝缘体。图8描绘了一定长度的绝缘导线112的实施例。绝缘导线112可以包括例如多个绝缘导线段112A-112G。段112A-112G均可具有不同的电容(骤变温度)，这些段之间的过渡部位(例如电容变化或骤变温度变化的部位)是已知的。在有些实施例中，通过提供沿着加热器长度带有不同电容的绝缘块，可以改变绝缘的电容。例如，段112A-112G均可以具有电容不同的块。已知电容变化(例如部分112A-112G之间的接合处或边界)及其相关的骤变温度变化的部位，则允许监测各个段的损耗角正切，以提供有关加热器的某些部分何时达到一定温度的信息。在有些实施例中，可定制绝缘的电容，以利用不同的骤变温度，提供加热器的所述段的温度确定。例如，一定长度的加热器可以具有其骤变温度在两个温度之间增量阶跃的多个段(例如，段112A-112D)，可以监测其中一段的损耗角正切，基于所述一段的损耗角正切处于其相应的骤变温度而确定该段的温度。
在有些实施例中，测量的电容作为沿着加热器的长度的函数。基于损耗角正切的骤变变化，电容与长度关系数据可用来提供有关加热器被激励时的加热器温度信息。
在有些实施例中，绝缘导线包括其绝缘材料性质允许去充当反射器(reflector)的部分。该反射器部分可用来将温度确定限定于绝缘导线的具体部分(例如特定长度的绝缘导线)。一个或更多个反射器部分可用来提供沿着绝缘导线的空间标识物。例如，反射器部分可以设置在段112A-112G之间的过渡处(接合处)。
改变绝缘材料性质，可调节绝缘材料的激励能量。通常，增加绝缘材料的激励能量，可降低绝缘材料中的衰减，提供良好的空间分辨率。减少激励能量通常可提供良好的温度灵敏性。激励能量可以通过例如向绝缘材料添加不同的组分而增加或减少。例如，向氧化镁绝缘体添加某些组分会减少激励能量。可以添加到氧化镁中以减少激励能量的组分的例子包括但不限于：二氧化钛、氧化镍和氧化铁。
在有些实施例中，可利用两个或更多个绝缘导线确定温度。绝缘导线中的绝缘材料可以具有不同的激活能量，以提供空间分辨率和温度灵敏性上的改变，从而更准确地确定地下开口中的温度。高激励能量的绝缘导线可用来提供良好的空间分辨率，更准确地识别热点部位或其它温度变化的部位，而低激励能量的绝缘导线可用来提供在这些部位的更准确的温度测量。
在某些实施例中，可在一模式的加热器(例如，一模式的绝缘导线加热器)中确定利用介电性能的确定温度。图9描绘了一模式158的绝缘导线加热器112的实施例的俯视图。模式158可能是，例如，三角形模式的加热器或另一规则或不规则模式(pattern)的加热器。在某些实施例中，模式158中每个加热器的温度确定提供了该模式中热量的热像(例如，三维(3D)热像)。在模式158中，加热器112可以具有大体上类似的注热率，或者加热器可以具有变化的注热率。在有些实施例中，热像为差热像(温差图像)，其显示了加热器112之间的温差，而不是绝对温度(因为加热器的绝对温度难以确定)。通过确定沿着加热器112的长度的温差以及沿着所确定的长度的加热器之间的温差，可以生成三维(3D)图像。热像可用来确定加热器112周围以及模式158中的温度流。例如，热像可以提供模式158中的温度梯度。在有些实施例中，热像用来优化模式158中的热流。例如，可以根据热像，调节加热器输出，以在模式158中提供所希望的热流。通过优化模式158中的热流，可更有效地向模式提供热量。
在有些实施例中，模式158中的加热器112均提供不同的注热率，以在模式中产生热量波。例如，模式158可以包括多组加热器160A-D，这些组加热器均提供不同的注热率。例如，组160B中的加热器可以在组160A中的加热器之后添加到所述模式中，组160B中的加热器可以采用与之前模式中提供热量的加热器(组160A中的加热器)不同的注热率提供热量。同样，组160C和160D中的加热器在后面时间可以添加而提供不同的注热率。在某些实施例中，组160B-D中的加热器依次添加到组160A中的加热器之后(例如，组160B中的加热器首先添加，后面是组160C中的加热器，再后面是组160D中的加热器)。在有些实施例中，当后面添加的加热器被添加到该模式中时，以前的加热器以斜坡的方式电力下调(ramped down)。
每个加热器(或者各组160A-D中至少一些加热器)的温度确定可以提供热量波的确定(由图9中箭头表示)。在有些实施例中，由于加热器的绝对温度可能是未知的或难以确定，所以利用加热器之间的温差(例如各组160A-D中加热器的温差)确定热量波。加热器的注热率可根据所确定的波进行调节，以在热量波中产生所希望的性能。
在有些实施例中，通过介电性能确定温度可用于催化裂化器或水力压裂器中。例如，介电性能可以沿着催化裂化器来回测量，以确定沿着催化裂化器的热点的一个或更多个部位。
在有些实施例中，可通过确定绝缘导线的泄漏电流来确定温度。基于所确定(测量)的绝缘导线的泄漏电流，泄漏电流与温度的关系数据可用来确定温度。所测量的泄漏电流可与有关泄漏电流与温度关系的信息结合使用，来确定位于地下开口中的一个或更多个加热器或绝缘导线的温度分布。泄漏电流与温度的关系数据可以根据模拟和/或实验得到。在某些实施例中，泄漏电流与温度的关系数据还取决于施加于加热器的电压。
图7描绘了在施加不同的60Hz电压的绝缘导线加热器的一个实施例中的氧化镁绝缘体的漏泄电流(mA)与温度(°F)关系曲线的例子。曲线150针对的是4300V的施加电压。曲线152针对的是3600V的施加电压。曲线154针对的是2800V的施加电压。曲线156针对的是2100V的施加电压。
如图7的曲线所示，泄漏电流更容易受高温温度(例如高于大约482℃(大约900°F))的影响。因而，在有些实施例中，绝缘导线加热器的一部分的温度可以通过测量温度在大约500℃(大约932°F)以上或者从大约500℃到大约870℃、从大约510℃到大约810℃、或从大约540℃到大约650℃范围内的温度下的泄漏电流而确定。
沿着加热器的长度的温度分布可以通过利用本领域已知的技术测量沿着加热器的长度的泄漏电流而获得。在有些实施例中，通过测量泄漏电流确定温度可结合通过介电性能测量确定温度使用。例如，通过测量泄漏电流确定温度可用来校准和/或支持通过测量介电性能确定的温度。
应当明白，本发明不局限于所述的特定系统，所述系统当然是可以变化的。还应当明白，在此使用的术语仅是为了描述特定实施例，不应认为是限制。本说明书中所使用的单数形式″一″、″一个″和″该″包括多个对象，除非另有上下文清楚地指明。因而，例如，″层″的引用包括两个或更多个层的组合，″一流体″的引用包括流体的混合物。
鉴于该说明书，本发明各个方面的进一步改进和替换实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，该说明书只是解释性的，其目的是用来教导本领域技术人员执行本发明的一般方式。应当明白，这里所示的和所描述的本发明的这些形式作为目前优选的实施例。元件和材料可以用这里所示的以及所描述的这些来替换，零件和流程可以颠倒，本发明的某些特征可以独立使用，在阅读了本发明的说明书之后，所有这些对本领域技术人员来说都是显而易见的。在没有脱离下列权利要求书中所述的本发明的精神和范围的情况下，可以对在此所述的元件进行改变。

Claims (28)

1.一种用于确定沿着处于地下地层的开口中的绝缘导线的一个或更多个温度的系统，其包括：
一定长度的绝缘导线，所述绝缘导线包括电容不同的至少两段绝缘体，其中电容不同的段包括用于绝缘体的至少一种介电性能的不同骤变温度。
2.如权利要求1所述的系统，其中，在使用期间，监测所述至少一种介电性能，当达到其中至少一段的骤变温度时，提供该长度的绝缘导线的温度。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述至少一种介电性能构造成在达到骤变温度时显著增加。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一中介电性能包括损耗角正切。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述电容不同的至少两段绝缘体设置在沿着绝缘导线的长度的已知部位上。
6.如权利要求1所述的系统，其中，绝缘导线包括芯部、围绕芯部的绝缘材料和围绕绝缘材料的外鞘。
7.一种用于确定在地下地层的开口中的温度的方法，包括：
确定沿着位于开口中的绝缘导线的长度的至少一种介电性能，其中该长度的绝缘导线包括电容不同的至少两段绝缘体，其中电容不同的段包括用于所述至少一种介电性能的不同骤变温度；和
当达到其中至少一段的骤变温度时，确定该长度的绝缘导线的温度为不同的骤变温度之一。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：向绝缘导线的至少一部分提供电力，以及由绝缘导线的该部分向地下地层提供至少一部分热量。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述至少一种介电性能包括损耗角正切。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所确定的温度在大约400℃以上。
11.如权利要求7所述的方法，其中，所确定的温度在大约400℃到大约900℃的范围内。
12.如权利要求7所述的方法，其中，绝缘导线包括芯部、围绕芯部的绝缘材料和围绕绝缘材料的外鞘。
13.一种使用位于地层的开口中的绝缘导线加热器向地下地层提供热量的方法，包括：
确定绝缘导线加热器中绝缘体的一种或更多种介电性能与加热器中的温度之间的相关性；
向加热器提供电力，以向地层提供热量；
确定沿着加热器的长度的一种或更多种介电性能；
确定沿着加热器的长度的温度；和
在沿着加热器的长度的一个或更多个部位，当所确定的温度快速升高时，减少输送至加热器的电力。
14.如权利要求13所述的方法，其中，在沿着加热器的长度的一个或更多个部位，所确定的温度的快速升高表现为水蒸发。
15.如权利要求13所述的方法，还包括：在沿着加热器的长度的一个或更多个部位，当所确定的温度快速升高时，断开输送至加热器的电力。
16.如权利要求13所述的方法，还包括：利用加热器提供的热量，蒸发地层中的水。
17.如权利要求13所述的方法，还包括：向位于开口中的至少一个附加的绝缘导线加热器提供电力，以及由该附加的加热器向地下地层提供至少一部分热量。
18.如权利要求13所述的方法，其中，绝缘导线加热器包括芯部、围绕芯部的绝缘材料和围绕绝缘材料的外鞘。
19.如权利要求13所述的方法，其中，绝缘导线加热器包括性能随着加热器的长度变化的绝缘材料。
20.一种用于确定在一模式的绝缘导线加热器中的热流的方法，包括：
确定在该模式的加热器中的多个绝缘导线加热器的长度上的一种或更多种介电性能；
基于所确定的介电性能，确定绝缘导线加热器之间的一个或更多个温差；和
基于所确定的温差，提供该模式中的加热器的热流图像。
21.如权利要求20所述的方法，还包括：由该模式中的一个或更多个加热器提供不同的热量输出。
22.如权利要求20所述的方法，还包括：基于热流图像，调节该模式中的一个或更多个加热器的热量输出。
23.如权利要求20所述的方法，其中，热流图像为三维(3D)图像。
24.如权利要求20所述的方法，其中，热流图像为温差图像。
25.如权利要求20所述的方法，还包括：基于该模式中的热流图像，向该模式的加热器提供附加的加热器，所述附加的加热器带有附加的加热器的热量输出。
26.如权利要求25所述的方法，还包括：减少由该模式中的至少一些加热器提供的热量输出。
27.如权利要求20所述的方法，还包括：基于所述热流图像，在该模式的加热器附近提供至少一个附加模式的加热器，其带有附加模式的加热器的热量输出。
28.一种用于确定沿着地下地层的开口中的绝缘导线的一个或更多个温度的系统，该系统包括：绝缘导线，所述绝缘导线具有介电电容不同的至少两段绝缘体。
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