JP2010507738A - タールサンド地層の粘度低減化温度への加熱 - Google Patents

Abstract

タールサンド地層の処理方法が開示される。この方法は、タールサンド地層中の炭化水素層の少なくとも一区画を、該地層中に配置した複数のヒーターから加熱する。この加熱は、該区画の少なくとも大部分が２００〜２４０℃の平均温度に達して、該区画中の少なくとも数種の炭化水素が粘度低減化を起こすように制御し、これにより該地層から少なくとも数種の粘度低減化した炭化水素流体が製造される。
【選択図】図４

Description

背景
発明の分野
本発明は、一般に炭化水素含有地層（例えばタールサンド地層）のような各種の地表下地層から炭化水素、水素、及び／又はその他の生成物を製造する方法及びシステムに関する。

関連技術の説明
地下地層から得られる炭化水素は、エネルギー資源、供給原料、及び消費製品として使用されることが多い。有用な炭化水素資源の枯渇に対する関心及び製造される炭化水素の全体的品質低下に対する関心から、一層効率的な回収、処理、及び／又は有用な炭化水素資源の使用方法が発展してきた。現場熱処理方法を用いて地下地層から炭化水素材料を取出すことができる。地下地層から炭化水素材料を一層容易に取出すには、地下地層中の炭化水素材料の化学的、及び／又は物理的特性を変化させる必要があるかも知れない。化学的、及び／又は物理的変化としては、移動可能な（removable）流体を生成する現場反応、地層中の炭化水素の組成変化、溶解度変化、密度変化、相変化、及び／又は粘度変化が挙げられる。流体は、限定されるものではないが、ガス、液体、エマルジョン、スラリー、及び／又は液体流と同様な流れ特性を有する固体粒子の流れであってよい。

北米、南米、アフリカ及びアジアには、地層中の炭化水素が比較的透過性の地層（例えばタールサンド）に含まれる重質炭化水素（重油及び／又はタール）の大きな堆積が発見されている。タールは露天掘りして、重油、ナフサ、ケロシン及び／又はガス油のような軽質炭化水素に品質向上できる。表面混練（milling）法により、タールサンドから更にビチュメンを分離できる。分離したビチュメンは、従来の製油法を用いて軽質炭化水素に転化できる。採鉱用及び品質向上用（upgrading）タールサンドは、従来の油層から軽質炭化水素を製造するよりも、通常、実質的に高価である。

タールサンドからの炭化水素の現場製造は、地層を加熱する、及び／又は地層にガスを注入して行なえる。Ｏｓｔａｐｏｖｉｃｈ等の米国特許第５，２１１，２３０号及びＬｅａｕｔｅの米国特許第５，３３９，８９７号には、油保持油層中に配置した水平製造坑井が記載されている。垂直導管を使用して、現場配合のため、油層中に酸化剤ガスを注入できる。

Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍの米国特許第２，７８０，４５０号には、ビチュメン地質の地層を現場で加熱して、液体タール状物質を油及びガスに転化又は分解することが記載されている。

Ｗａｒｅ等の米国特許第４，５９７，４４１号には油、熱、及び水素を油層中で同時に接触させることが記載されている。水素化は、油層からの油の回収を促進できる。

Ｇｌａｎｄｔの米国特許第５，０４６，５５９号及びＧｌａｎｄｔ等の米国特許第５，０６０，７２６号には、注入坑井と製造坑井間のタールサンド地層の一部を予熱することが記載されている。注入坑井から地層中に水蒸気を注入して、製造坑井で炭化水素を製造できる。

以上、概説したように、炭化水素含有地層から炭化水素、水素及び／又はその他の製品を経済的に製造する方法、システムを開発するには、かなりの努力を要していた。しかし、現在、炭化水素含有地層はなお沢山ある。したがって、各種炭化水素含有地層から炭化水素、水素及び／又はその他の生成物を製造する改良方法及びシステムがなお必要である。

概要
ここに記載した実施態様は一般に、地表下地層を処理する方法、システム及びヒーターに関する。また、ここに記載した実施態様は一般に、新規な構成成分を有するヒーターに関する。このようなヒーターは、ここに記載したシステム、方法を用いて得られる。

特定の実施態様では本発明は、１つ以上のシステム、方法、及び／又はヒーターを提供する。幾つかの実施態様では、これらのシステム、方法、及び／又はヒーターは、地表下地層を処理するために使用される。

幾つかの実施態様では本発明は、タールサンド地層中の炭化水素層の少なくとも一区画（section）を、該地層中に配置した複数のヒーターから加熱する工程、該加熱を、該区画の少なくとも大部分が２００〜２４０℃の平均温度に達して、該区画中の少なくとも数種の炭化水素が粘度低減化を起こすように、制御する工程、及び該地層から少なくとも数種の粘度低減化した炭化水素流体を製造する工程、を含むタールサンド地層の処理方法を提供する。

別の実施態様では、特定の実施態様の特徴を他の実施態様の特徴と組合わせてよい。例えば、一実施態様の特徴を他の実施態様のいずれか１つの特徴と組合わせてよい。

別の実施態様では地表下地層の処理は、ここに記載した方法、システム又はヒーターのいずれかを用いて行なわれる。

別の実施態様では追加の特徴をここに記載した特定の実施態様に追加してよい。

本発明の利点は、以下の詳細な説明により、また添付図面を参照すれば、当業者に明らかとなり得る。

炭化水素含有地層の加熱段階を示す。

炭化水素含有地層を処理する現場熱処理システムの一部の実施態様の概略図である。

比較的薄い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。

図３に示す炭化水素層よりも厚い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。

図４に示す炭化水素層よりも厚い炭化水素層を有するタールサンドから流動化流体を製造する実施態様の側面図である。

頁岩割れ目のある炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。

追出し法用ヒーターを用いて予備加熱する実施態様の上面図である。

タールサンド地層中で少なくとも３つの処理区画を用いる実施態様の側面図である。

追出し法用ヒーターを用いて予備加熱する実施態様の側面図である。

ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層中の温度分布を示す。

ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層中の油飽和分布を示す。

ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１０９５日後の地層中の油飽和分布を示す。

ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１４７０日後の地層中の油飽和分布を示す。

ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層中の油飽和分布を示す。

ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層中の温度分布を示す。

油製造速度対時間及びガス製造速度対時間を示す。

適所での原ビチュメン（ＯＢＩＰ）の重量％（左軸）及びＯＢＩＰの容量％（右軸）対温度（℃）を示す。

ビチュメンの転化率（％）（（ＯＢＩＰ）の重量％）（左軸）並びに油、ガス及びコークスの重量％（ＯＢＩＰの重量％として）（右軸）対温度（℃）を示す。

圧力（ｐｓｉ）に伴って、製造された流体、ブローダウン製造量及び適所に残った油のＡＰＩ比重（右軸）対温度（℃）を示す。

図２０Ａ〜Ｄは、低温ブローダウン（約２７７℃）及び高温ブローダウン（約２９０℃）での各種ガスについての１バレル当たり１０００立方フィート（Ｍｃｆ／ｂｂｌ（バレル））（ｙ軸）のガス対油比（ＧＯＲ）対温度（℃）（ｘ軸）を示す。

コークスの収率（重量％）（ｙ軸）対温度（℃）（ｘ軸）を示す。

図２２Ａ〜Ｄは、実験用セルから生成した流体において、温度及びビチュメン転化率の関数として評価した炭化水素異性体シフトを示す。

製造された流体のＳＡＲＡ分析で得られた飽和物の重量％（Ｗｔ％）（ｙ軸）対温度（℃）（ｘ軸）を示す。

製造された流体のｎ−Ｃ_７の重量％（Ｗｔ％）（ｙ軸）対温度（℃）（ｘ軸）を示す。

一実験において地層中の圧力（ＭＰａ）で測定した油回収率（適所でのビチュメンの容量％（ｖｏｌ％ ＢＩＰ）対ＡＰＩ比重（°）を示す。

一実験において各種異なる圧力での回収効率（％）対温度（℃）を示す。

本発明は各種の変形及び代替形態に影響を受け易いが、それらの特定の実施態様を図面で例示し、ここで詳細に説明できる。図面は、物差しで測定できない。しかし、図面及び図面についての詳細な説明は、本発明の限定を意図するものではなく、却って本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の精神及び範囲に含まれる全ての変形、均等物及び代替物を包含するものであると理解すべきである。

詳細な説明
以下の説明は、一般に地層中の炭化水素を処理するシステム及び方法に関する。このような地層は、炭化水素生成物、水素、その他の生成物を生成させるために処理できる。

“ＡＰＩ比重”とは、１５．５℃（６０°F）でのＡＰＩ比重のことである。ＡＰＩ比重はＡＳＴＭ法Ｄ６８２２により測定される。

“臭素価”とは、生成した流体の沸点範囲が２４６℃未満の部分（portion）１００ｇ当たりオレフィンｇの重量％のことで、この部分はＡＳＴＭ法Ｄ１１５９を用いて試験する。

“分解（cracking）”とは、有機化合物の分解及び再結合により最初に存在する分子よりも多数の分子を生成する工程を含む方法のことである。分解の際は、分子間の水素原子の移行を伴う一連の反応が起こる。例えばナフサは、熱分解を受けて、エテン及び水素を形成する可能性がある。

“流体圧力”は、地層中の流体により発生した圧力である。“静岩圧”（時には“静岩応力”とも言われる）は、上に横たわる岩石塊の単位面積当たりの重さに等しい地層内の圧力である。“静水圧”は、水の柱（column）により示される地層内の圧力である。

“地層”は、１種以上の炭化水素含有層（炭化水素を含有する１種以上の層）、１種以上の非炭化水素層、上層土（overburden）、及び／又は下層土（underburden）を含有する。“上層土”及び／又は“下層土”は、１種以上の異なる不透過性材料を含有する。例えば“上層土”及び／又は“下層土”としては、岩、頁岩、泥岩、又は湿潤／緻密炭酸塩が挙げられる。現場熱処理法の幾つかの実施態様では、上層土及び／又は下層土は、比較的不透過性で、上層土及び／又は下層土の炭化水素含有層に大きな特性変化をもたらす現場熱処理法中の温度に従わない１種以上の炭化水素含有層を含有してよい。例えば上層土は頁岩又は泥岩を含有し得るが、下層土は、現場熱処理法中の熱分解温度に加熱されない。幾つかの例では、上層土及び／又は下層土は、若干透過性であってよい。

“地層流体”とは、地層中に存在する流体のことで、熱分解流体、合成ガス、流動化（mobilized）炭化水素、及び水（水蒸気）が挙げられる。地層流体は炭化水素流体であっても非炭化水素流体であってもよい。“流動化流体”とは、地層を熱処理した結果、流動可能となった炭化水素含有地層中の流体のことである。“生成又は製造した流体”とは、地層から取出された流体のことである。

“熱源”は、実質的に導電性及び／又は放射性熱伝達により地層の少なくとも一部に熱を与えるシステムである。熱源としては、例えば絶縁した導電体、長い部材（elongated member）、及び／又は導管中に配置した導電体のような電気ヒーターが挙げられる。熱源としては、地層中又は地層外部の燃料を燃焼させて、熱を発生するシステムであってもよい。このようなシステムは、表面バーナー、下降孔（downhole）ガスバーナー、無炎分配燃焼器、及び自然分配燃焼器であってもよい。幾つかの実施態様では、１種以上の熱源で供給され、又は発生した熱は、他のエネルギー源で供給できる。他のエネルギー源は、地層を直接加熱できるか、或いはこのエネルギーは、地層を直接又は間接的に加熱する伝達媒体に供給してよい。地層を加熱する熱源は、異なるエネルギー源を使用できると理解すべきである。したがって、例えば所定の地層に、幾つかの熱源は電気抵抗ヒーターから供給できるし、幾つかの熱源は燃焼熱を供給できるし、また幾つかの熱源は１種以上の他のエネルギー源（例えば化学反応、太陽エネルギー、風エネルギー、バイオマス、又はその他の更新可能なエネルギー）から熱を供給できる。化学反応としては、発熱反応（例えば酸化反応）がある。熱源は、ヒーター坑井のような加熱場所に近い、及び／又は加熱場所を囲む帯域に熱を供給するヒーターであってもよい。

“ヒーター”は、坑井又は近くの坑井孔領域に熱を発生するシステム又は熱源である。ヒーターは、限定されるものではないが、電気ヒーター、バーナー、地層中又は地層から生成した材料と反応する燃焼器、及び／又はそれらの組合わせであってよい。

“重質炭化水素”は粘稠な炭化水素流体である。重質炭化水素としては、重油、タール、及び／又はアスファルトのような高粘稠な炭化水素が挙げられる。重質炭化水素は、炭素及び水素、並びに低濃度の硫黄、酸素及び窒素を含有してよい。重質炭化水素には別の元素が痕跡量含まれてもよい。重質炭化水素は、ＡＰＩ比重により分類でき、一般に約２０°未満のＡＰＩ比重を有する。重油のＡＰＩ比重は、例えば一般に約１０〜２０°であるのに対し、タールのＡＰＩ比重は約１０°未満である。重質炭化水素の粘度は一般に１５℃で１００ｃＰを超える。重質炭化水素は、芳香族又はその他の複合環炭化水素を含有してよい。

重質炭化水素は、比較的透過性の地層で発見できる。比較的透過性の地層は、例えば砂又は炭酸塩中に連行された重質炭化水素を含有してよい。“比較的透過性”は、地層又はその複数部分について、平均１０ミリダルシー（millidarcy）以上（例えば１０又は１００ミリダルシー）と定義する。“比較的低い透過度”は、地層又はその部分について、平均１０ミリダルシー未満と定義する。１ダルシーは約０．９９μｍ^２に等しい。不透過層の透過度は、一般に約０．１ミリダルシー未満である。

重質炭化水素を含む特定種類の地層としては、限定されるものではないが、天然鉱物蝋又は天然アスファルト鉱が挙げられる。“天然鉱物蝋”は、通常、幅数メートル、長さ数キロ、深さ数百メートルの可能性があるほぼ管状鉱脈に産出する。“天然アスファルト鉱”は、芳香族組成の固体炭化水素を含有し、通常、大きな鉱脈に産出する。天然鉱物蝋及び天然アスファルト鉱のような地層から炭化水素の現場回収法には、溶融による炭化水素の形成及び／又は地層からの炭化水素の溶液採鉱がある。

“炭化水素”は、主として炭素及び水素で形成された分子として定義される。炭化水素は、限定されるものではないが、ハロゲン、金属元素、窒素、酸素及び／又は硫黄のような他の元素を含有してもよい。炭化水素は、限定されるものではないが、ケロジェン、ビチュメン、ピロ（pyro）ビチュメン、油、天然鉱物蝋及びアスファルト鉱であってよい。炭化水素は、地球の鉱物基盤中又はその近くに定着している可能性がある。基盤としては、限定されるものではないが、堆積岩、砂、シリシライト（silicilyte）、炭酸塩、珪藻土、その他の多孔質媒体が挙げられる。“炭化水素流体”は、炭化水素を含有する流体である。炭化水素流体は、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、水及びアンモニアのような非炭化水素流体を含有又は同伴してもよいし、非炭化水素流体に同伴されていてもよい。

“現場熱転化法”とは、地層中に熱分解流体が生成するように、地層の少なくとも一部の温度が熱分解温度より高い温度に上がるまで、熱源から炭化水素含有地層を加熱する方法のことである。

“現場熱処理法”とは、炭化水素含有地層中に流動化流体、粘度低減化流体、及び／又は熱分解流体が生成するように、地層の少なくとも一部を、流動化流体、炭化水素含有材料の粘度低減化（visbreaking）、及び／又は熱分解が生じる温度より高い温度に上がるまで、炭化水素含有地層を熱源で加熱する方法のことである。

“カルスト（karst）”は、基盤、通常、石灰岩又は白雲石のような炭酸塩岩盤の可溶層の溶解により形成された地表下の土壌（subsurface）である。溶解は、大気（meteoric）又は酸性の水で生じる可能性がある。カナダ、ＡｌｂｅｒｔａのＧｒｏｓｍｏｎｔ地層は、カルスト炭酸塩地層の一例である。

“Ｐ（解凝固）値”とは、地層流体中のアスファルテンの凝集傾向を表す数値のことである。Ｐ値はＡＳＴＭ法Ｄ７０６０で測定する。

“熱分解”は、加熱により化学結合を破壊することである。熱分解は、例えば１つの化合物を熱単独で１種以上の他の化合物に変成することを含んでよい。熱は、地層の或る区画に伝達させて、熱分解を起こすことができる。

“熱の積重ね”とは、２つ以上の熱源間の少なくとも1箇所の地層の温度がこれらの熱源により影響されるように、これら２つ以上の熱源から地層の選択区画に熱を供給することである。

“タール”は、１５℃での粘度が約１０，０００ｃＰを超える粘稠な炭化水素である。タールの比重は、一般に１．０００を超える。タールのＡＰＩ比重は、１０°未満であってよい。

“タールサンド地層”は、炭化水素が大部分、重質炭化水素の形態で存在する地層である、及び／又は鉱物粒組織（framework）又はその他の宿主岩石（host lithology）（例えば砂又は炭酸塩）中に連行されたタールである。タールサンド地層の例としては、カナダ、ＡｌｂｅｒｔａのＡｔｈａｂａｓｃａ地層、Ｇｒｏｓｍｏｎｔ地層及びＰｅａｃｅ Ｒｉｖｅｒ地層；及びベネゼラのＯｒｉｍｏｃｏ地帯にあるＦａｊａ地層がある。

“温度制限ヒーター”とは、一般に温度調節器、出力レギュレーター、整流器、又はその他の装置のような外部制御を用いずに、熱出力を調整する（例えば熱出力を低下させる）ヒーターのことである。温度制限ヒーターは、ＡＣ（交流）、変調（例えば“チョップド（chopped）”）又はＤＣ（直流）で出力される電気抵抗ヒーターであってよい。

層の“厚さ”とは、層の断面の厚さのことで、断面は、普通、層の面に対してである。

“ｕ形坑井孔”とは、地層の第一開口から伸びて、地層の少なくとも一部を経由し、地層の第二開口経由で出る坑井孔のことである。これに関連して坑井孔は、単に大凡“ｖ”又は“ｕ”の形状であって、“ｕ”の脚が 、“ｕ”形とみなされる坑井孔の“ｕ”底部に対し互いに平行か、或いは垂直である必要はないと理解する。

“品質向上”とは、炭化水素の品質を向上させることである。例えば重質炭化水素を品質向上すると、重質炭化水素のＡＰＩ比重が増大する。

“粘度低減化”とは、熱処理中の流体に分子の絡み合いを解いて、及び／又は熱処理中、大きい分子から小さい分子に破壊して、流体の粘度を低下させることである。

“粘度”とは、特に規定しない限り、４０℃での動粘度のことである。粘度はＡＳＴＭ法Ｄ４４５により測定する。

“バグ（vug）”は、普通、無機沈殿物でライニングされた岩石中の空洞、空隙又は大きな孔である。

用語“坑井孔”とは、地層中に導管を穿孔又は挿入して作った地層中の孔のことである。坑井孔は、ほぼ円形の断面又は他の断面形状を有する。ここで、地層の開口に関して使用した用語“坑井”及び“開口”は、用語“坑井孔”と交換可能に使用できる。

地層中の炭化水素は、多数の異なる生成物を製造する各種の方法で処理できる。特定の実施態様では、地層中の炭化水素は段階的に処理される。図１は、炭化水素含有地層の段階的加熱を示す。また図１は、地層からの地層流体（y軸）１トン当たり油当量の収率（バレル）（“Ｙ”）対加熱地層の温度（℃）（“Ｔ”）の一例を示す。

段階１の加熱中にメタンの脱着及び水の蒸発が起こる。段階１中の地層の加熱は、できるだけ迅速に行なってよい。例えば炭化水素含有地層を最初に加熱すると、地層中の炭化水素は吸着メタンを脱着する。地層から脱着メタンが製造できる。炭化水素含有地層を更に加熱すると、炭化水素含有地層中の水は蒸発する。幾つかの炭化水素含有地層では水の含有量は地層の孔容積の１０〜５０％を占める可能性がある。他の地層では水は、孔容積の更に大きな部分又は更に小さい部分を占める。水は、通常、地層温度１６０〜２８５℃、絶対圧６００〜７０００ｋＰａで蒸発する。幾つかの実施態様では、生成水は地層の湿潤性を変化させ、及び／又は地層圧を増大させる。このような湿潤性変化、及び／又は圧力増大は、地層中の熱分解反応又はその他の反応に影響を与える可能性がある。特定の実施態様では、地層から蒸発水が生成する。他の実施態様では蒸発水は、地層中又は地層外で水蒸気抽出及び／又は蒸留に使用される。地層から水を除去して地層の孔容積を増大させると、孔容積内の炭化水素の貯蔵空間を増大させる。

特定の実施態様では段階１の加熱後、地層中の温度が（少なくとも一部）初期熱分解温度（例えば段階２として示す温度範囲の下端の温度）に達するように、地層は更に加熱される。地層中の炭化水素は段階２中に熱分解できる。熱分解温度としては、２５０〜９００℃の温度が挙げられる。所望の生成物を製造するための熱分解温度範囲は、全体の熱温度範囲の一部だけから広げてよい。幾つかの実施態様では、所望の生成物を製造するための熱分解温度範囲としては、２５０〜４００℃又は２７０〜３５０℃の温度が挙げられる。地層中の炭化水素の温度を２５０〜４００℃の範囲で徐々に上昇させた場合、４００℃の温度に近づくと、熱分解生成物の製造はほぼ完全に終了できる。炭化水素の平均温度は、所望生成物を製造するための熱分解温度範囲内で、１日当たり５℃未満、２℃未満、１℃未満、又は０．５℃未満の速度で上昇できる。炭化水素含有地層を複数の熱源で加熱すると、熱分解温度範囲内で地層中の炭化水素の温度を徐々に上昇させる熱源周囲の熱勾配を確立できる。

所望生成物用の熱分解温度範囲内での温度上昇の速度は、炭化水素含有地層から生成する地層流体の品質及び量に影響を与えるかも知れない。所望生成物用の熱分解温度範囲内で温度を徐々に上昇させると、地層中の大きな鎖状分子の流動化を阻止できる。所望生成物用の熱分解温度範囲内で温度を徐々に上昇させると、所望としない生成物を製造する流動化炭化水素間の反応を制限できる。所望生成物用の熱分解温度範囲内で地層の温度を徐々に上昇させると、地層から高品質で高ＡＰＩ比重の炭化水素を製造することが可能である。所望生成物用の熱分解温度範囲内で地層の温度を徐々に上昇させると、炭化水素生成物として地層中に存在する炭化水素を多量に取出すことが可能である。

現場熱処理についての幾つかの実施態様では、地層の一部を、温度範囲内で徐々に昇温する代りに、所望温度に加熱する。幾つかの実施態様では所望温度は３００℃、３２５℃又は３５０℃である。所望温度として、その他の温度も選択できる。複数の熱源から熱を重ねると、地層中に比較的早く、かつ効率的に所望温度を確立することができる。熱源からの地層へのエネルギー入力は、地層の温度をほぼ所望温度に維持するように調節してよい。地層の加熱部分は、地層からの所望の地層流体の製造が不経済になるように熱分解が低下するまで、ほぼ所望温度に維持される。熱分解を受けた地層部分は、唯一の熱源からの熱伝達により熱分解の温度範囲となった領域を含んでよい。

特定の実施態様では熱分解流体を含む地層流体は、地層から製造される。地層の温度が上昇するのに従って、製造した地層流体中には凝縮性炭化水素の量は減少する可能性がある。高温では地層は、殆どメタン及び／又は水素を生成する。炭化水素含有地層を熱分解の全温度範囲内で加熱すれば、地層は、熱分解温度範囲の上限までは少量の水素しか生成しない可能性がある。全ての得られる水素が枯渇した後、地層からは、通常、極小量の地層流体が生じる。

炭化水素の熱分解後、地層にはなお大量の炭素及び若干量の水素が存在する可能性がある。地層に残存する炭素のかなりの部分は、合成ガスの形態で地層から製造できる。合成ガスの発生は、図１に示す段階３の加熱中に起こる可能性がある。段階３は、炭化水素含有地層を、合成ガスを発生するのに充分な温度に加熱する工程であってよい。例えば合成ガスは、約４００〜約１２００℃、約５００〜約１１００℃、約５５０〜約１０００℃の温度範囲で製造できる。合成ガス発生用流体を地層に導入する際の地層の加熱部分の温度は、地層に生成する合成ガスの組成を決定する。発生した合成ガスは、製造坑井経由で地層から取出すことができる。

地層から製造された流体の合計エネルギー含有量は、熱分解及び合成ガスの発生中、比較的一定に留まる可能性がある。比較的低い地層温度での熱分解中、製造された流体のかなりの部分は、エネルギー含有量の多い凝縮性炭化水素であってよい。しかし、高い熱分解温度では地層流体は、余り凝縮性炭化水素を含有しないかも知れない。地層からは多量の非凝縮性炭化水素が製造できる。製造された流体の単位容積当たりのエネルギー含有量は、大部分、非凝縮性炭化水素地層流体の生成中は僅かに低下する可能性がある。合成ガスの発生中は、製造された合成ガスの単位容積当たりのエネルギー含有量は、熱分解流体のエネルギー含有量に比べて、著しく減少する。しかし、合成ガスの製造量（容量）は、多くの例では実質的に増大し、これにより、エネルギー含有量の減少を補償する。

図２は、炭化水素含有地層を処理するための現場熱処理システムの一部の実施態様の概略図である。現場熱処理システムは、障壁坑井１００を有する。障壁坑井は、処理領域の周囲に障壁を形成するために使用される。この障壁は流体流が処理領域内及び／又は処理領域外に入るのを阻止する。障壁坑井としては、限定されるものではないが、水除去性坑井、真空坑井、捕獲坑井、注入坑井、グラウト坑井、凍結坑井、又はそれらの組合わせが挙げられる。幾つかの実施態様では、障壁坑井１００は水除去性坑井である。水除去性坑井は、液体水を除去できる、及び／又は液体水の加熱すべき地層又は地層部分に入るのを阻止できる、図２に示す実施態様では、障壁坑井１００は、熱源１０２の片側沿いにだけ延びているが、通常、障壁坑井は、地層の処理領域を加熱するために、使用されるか又は使用すべき熱源１０２を全て囲っている。

熱源１０２は地層の少なくとも一部に配置される。熱源１０２としては、絶縁導電体、導管中の導電体ヒーター、表面バーナー、無炎分配燃焼器、及び／又は自然分配燃焼器のようなヒーターが挙げられる。熱源１０２は、他種のヒーターであってもよい。熱源１０２は、地層中の炭化水素を加熱するため、地層の少なくとも一部に熱を与える。供給ライン１０４経由で熱源１０２にエネルギーを供給してもよい。供給ライン１０４は、地層の加熱に使用する熱源の種類に依存して、構造的に異なっていてもよい。熱源用供給ライン１０４は、電気ヒーター用の電気を伝達できるか、燃焼器用の燃料を輸送できるか、或いは地層に循環させる熱交換流体を輸送できる。幾つかの実施態様では、現場熱処理法用の電気は、原子力発電所により供給してよい。原子力を利用すると、現場熱処理法からの二酸化炭素の排出を減少又はなくすことができる。

製造坑井１０６は、地層から地層流体を取出すために使用される。幾つかの実施態様では、製造坑井１０６は熱源を備える。製造坑井中の熱源は、この製造坑井での又は製造坑井近くの地層の１つ以上の部分を加熱できる。現場熱処理法の幾つかの実施態様では、製造坑井から地層に供給される製造坑井１ｍ当たりの熱量は、地層を加熱する熱源から地層に供給される熱源１ｍ当たりの熱量よりも少ない。

幾つかの実施態様では製造坑井１０６中の熱源は、地層から地層流体を気相除去する。製造坑井において、又は製造坑井経由で加熱を行なうと、（１）製造流体が上層土近くの製造坑井で移動中、このような製造流体の凝縮及び／又は還流を防止できる、（２）地層への熱入力を増大できる、（３）熱源のない製造坑井と比べて、製造坑井での製造速度を向上できる、（４）製造坑井中で炭素数の大きい化合物（Ｃ_６以上）の凝集を防止できる、及び／又は（５）製造坑井での、又は製造坑井近くの地層の透過性を増大できる。

地層中の地下圧は、地層で発生した流体圧と同等でよい。地層の加熱部分の温度が上がると、加熱部分の圧力は、流体の発生及び水の蒸発が増大する結果、増大してよい。地層から流体を取出す際の制御速度により、地層中の圧力は制御できる。地層中の圧力は、製造坑井又はその付近、熱源又はその付近、或いはモニター坑井のような多数の異なる場所で測定できる。

幾つかの炭化水素含有地層では、地層からの炭化水素の製造は、地層中の少なくとも幾つかの炭化水素が熱分解するまで停止される。地層流体の比重が選択される場合、このような地層流体は、地層から製造できる。幾つかの実施態様では、選択された比重としては、少なくとも約２０°、３０°又は４０°のＡＰＩ比重が挙げられる。少なくとも幾つかの炭化水素が熱分解するまで製造を停止すると、重質炭化水素の軽質炭化水素への転化率を向上できる。初期に製造停止すると、地層からの重質炭化水素の製造量を最少化できる。重質炭化水素を相当量製造するには、高価な設備を必要とし、及び／又は製造設備の寿命を短縮する可能性がある。

熱分解温度に達して、地層からの製造が可能となった後、製造される地層流体の組成を変更し、及び／又は制御するため、地層流体中の非凝縮性流体に対する凝縮性流体の％割合を制御するため、及び／又は製造中の地層流体のＡＰＩ比重を制御するため、地層中の圧力は変化させてよい。例えば圧力を低下させると、更に多量の凝縮性流体成分が製造できる。凝縮性流体成分は高い％割合のオレフィンを含有する。

現場熱処理法の幾つかの実施態様では地層中の圧力は、２０°を超えるＡＰＩ比重を有する地層流体の製造を促進するのに充分高く維持してよい。地層中で増大圧を維持すると、現場熱処理中、地層の沈下を防止できる。蒸気相製造は、地層から製造された流体を輸送するのに使用される収集導管の大きさを低下できる。増大圧を維持すると、収集導管中の地層流体を処理設備に輸送するため、表面の地層流体を圧縮する必要性が少なくなるか、或いはなくなる。

地層の加熱部分で増大圧を維持すると、品質が向上した比較的分子量の低い炭化水素の量産が可能である。圧力は、製造された地層流体が選択された炭素数を超える化合物を最少量含むように維持できる。選択された炭素数は、２５以下、２０以下、１２以下、又は８以下であってよい。地層の蒸気中には、これより炭素数の多い幾つかの化合物が連行されてもよい。地層中で増大圧を維持すると、炭素数の大きい化合物及び／又は多環炭化水素化合物が蒸気中に連行されるのを防止できる。炭素数の大きい化合物及び／又は多環炭化水素化合物は、かなりの時間、地層の液相中に残存できる。かなりの時間とは、化合物を熱分解して炭素数の少ない化合物を形成するのに充分な時間であってよい。

製造坑井１０６から製造された地層流体は、収集配管１０８経由で処理設備１１０に輸送してよい。地層流体は熱源１０２からも製造できる。例えば熱源近くの地層中の圧力を制御する熱源１０２から製造できる。熱源１０２から製造された流体は、配管経由で収集配管１０８に輸送するか、或いは配管経由で直接、処理設備１１０に輸送してよい。処理設備１１０としては、分離ユニット、反応ユニット、品質高向上ユニット、燃料電池、タービン、貯蔵容器、及び／又はその他、製造された地層流体を処理するためのシステム又はユニットが挙げられる。処理設備は、地層で製造された炭化水素の少なくとも一部から輸送用燃料を形成できる。幾つかの実施態様では、輸送用燃料は、ＪＰ−８のようなジェット燃料であってよい。

特定の実施態様では、温度限定ヒーターは重油用に利用される（例えば比較的透過性の地層又はタールサンド地層の処理）。温度限定ヒーターは、ヒーターの最高平均操作温度が３５０℃未満、３００℃未満、２５０℃未満、２２５℃未満、２００℃未満、又は１５０℃未満となるような比較的低いキューリー温度を供給できる。一実施態様（例えばタールサンド地層の場合）では、オレフィンの生成及びその他の分解生成物の生成を阻止するため、ヒーターの最高温度は約２５０℃未満である。幾つかの実施態様では軽質炭化水素生成物を製造するため、２５０℃を超えるヒーターの最高温度が使用される。例えばヒーターの最高温度は、５００℃以下であってよい。

ヒーターは、製造坑井口中及び製造坑井口近くの或る容積の地層中の流体の温度が流体の分解を起こす温度より低いように、製造坑井口に近い該容積を加熱してよい。熱源は、製造坑井口中又は製造坑井口近くに配置してよい。幾つかの実施態様では熱源は、温度限定ヒーターである。幾つかの実施態様では２つ以上の熱源で前記容積に熱を供給できる。熱源の熱は、製造坑井口中又は製造坑井口近くの原油の粘度を低下できる。幾つかの実施態様では熱源の熱は、製造坑井口中及び製造坑井口近くの流体を流動化し、及び／又は流体の製造坑井口への放射状の流れを促進する。幾つかの実施態様では原油の粘度低下は、製造坑井口からの重油（ＡＰＩ比重約１０°以下の油）又は中間比重の油（ＡＰＩ比重約１２〜２０°の油）のガスリフトを促進する。特定の実施態様では地層中の油の初期ＡＰＩ比重は１０°以下、２０°以下、２５°以下、又は３０°以下である。特定の実施態様では地層中の油の粘度は０．０５Ｐａ・ｓ（５０ｃｐ）以上である。幾つかの実施態様では地層中の油の粘度は０．１０Ｐａ・ｓ（１００ｃｐ）以上、０．１５Ｐａ・ｓ（１５０ｃｐ）以上、又は０．２０Ｐａ・ｓ（２００ｃｐ）以上である。０．０５Ｐａ・ｓを超える粘度を有する油のガスリフトを得るため、大量の天然ガスを利用する必要があるかも知れない。地層中の製造坑井口中又は製造坑井口近くの油の粘度を０．０５Ｐａ・ｓ（５０ｃｐ）、０．０３Ｐａ・ｓ（３０ｃｐ）、０．０２Ｐａ・ｓ（２０ｃｐ）、０．０１Ｐａ・ｓ（１０ｃｐ）、又はそれ以下（０．００１Ｐａ・ｓ（１ｃｐ）又はそれ以下）に低下させると、地層からリフトオイルに必要な天然ガスの量は減少する。幾つかの実施態様では粘度低下油は、ポンプ送りのような他の方法でも製造される。

地層からの油の製造速度は、製造坑井口中又は製造坑井口近くの温度を上昇させて製造坑井口中又は製造坑井口近くの地層中の油の粘度を低下させると、増大できる。特定の実施態様では地層からの油の製造速度は、製造中、地層の外部加熱なしで、標準の常温製造に対し２倍、３倍、４倍又はそれ以上から２０倍まで増大する。特定の地層では、近くの製造坑井領域の加熱により高めた油の製造速度を更に経済的に生長できるかも知れない。常温製造速度が約０．０５ｍ^３／〔坑井口の長さ１ｍ当たり日〕〜０．２０ｍ^３／〔坑井口の長さ１ｍ当たり日〕の地層では、近くの製造坑井領域を加熱して該領域での粘度を低下させることにより、製造速度を顕著に向上できる。幾つかの実施態様では長さ７７５ｍまで、１０００ｍまで、又は１５００ｍまでの製造坑井が使用される。例えば長さ４５０〜７７５ｍ、５５０〜８００ｍ、６５０〜９００ｍの製造坑井が使用される。こうして、幾つかの地層では製造量を著しく増大できる。近くの製造坑井領域の加熱は、常温製造速度が約０．０５ｍ^３／〔坑井口の長さ１ｍ当たり日〕〜０．２０ｍ^３／〔坑井口の長さ１ｍ当たり日〕の範囲内ではない地層に利用できるが、このような地層の加熱は、経済的に好ましいものとなり得ない。更に高い常温製造速度は、近くの製造坑井領域の加熱により顕著には増大できないし、更に低い常温製造速度は、経済的に有用な価値まで増大できない。

製造坑井口中又は製造坑井口近くの油の粘度を低下させるため、温度限定ヒーターを用いると、温度限定のないヒーターと関連する問題及び地層中の油をホットスポットにより加熱する問題はなくなる。一つの可能な問題は、温度限定のないヒーターは非常に高温になるため、このようなヒーターが地層中の油を過熱すると、油をコークス化できることである。製造坑井中の高温は、海水を沸騰させて、坑井中にスケールを形成させる可能性もある。高温に達する温度限定のないヒーターは、他の製造坑井口の構成部品（例えば砂の制御に使用されるスクリーン；ポンプ、又はバルブ）を損傷する可能性もある。ホットスポットは、ヒーターで膨張又は崩壊する地層部分で生じる可能性がある。幾つかの実施態様ではヒーター（温度限定ヒーターでも他の種類の温度限定のないヒーターでも）は、長いヒーター距離に亘って沈下のため、低部を有する。この低部は、坑井口の低部に集まる重油又はビチュメン中に鎮座している可能性がある。このような低部では、ヒーターは重油又はビチュメンのコークス化によりホットスポットを展開するかも知れない。標準の温度限定のないヒーターは、これらのホットスポットで過熱され、こうしてヒーターの長さ沿いに不均一な熱量を生成する可能性がある。温度限定ヒーターを用いれば、ホットスポット又は低部での過熱を阻止でき、ヒーターの長さ沿いに一層均一な加熱を行なうことができる。

特定の実施態様では重質炭化水素を含有する比較的透過性の地層中で炭化水素の熱分解を受けないか又は殆ど受けずに、流体が製造される。特定の実施態様では重質炭化水素を含有する比較的透過性の地層はタールサンド地層である。地層は、例えばカナダ、ＡｌｂｅｒｔａのＡｔｈａｂａｓｃａタールサンド地層のようなタールサンド地層、又はカナダ、ＡｌｂｅｒｔａのＧｒｏｓｍｏｎｔ炭酸塩地層のような炭酸塩地層であってよい。地層から製造された流体は、流動化流体である。流動化流体の製造は、タールサンド地層から熱分解生成物を製造する場合よりも更に経済的となる可能性がある。また流動化流体の製造は、タールサンド地層から製造される合計炭化水素量も増加できる。

図３〜６は、タールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。図３〜６において、ヒーター１１６は、炭化水素層１１４中にほぼ水平な加熱部を有する（図示のように、ヒーターは、当該頁に出入りする加熱部を有する）。図３は、比較的薄い炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。図４は、厚い炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である（図４に示す炭化水素層は図３に示す炭化水素層よりも厚い）。図５は、更に厚い炭化水素層を有するタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である（図５に示す炭化水素層は図４に示す炭化水素層よりも厚い）。図６は、頁岩の割れ目を有する炭化水素層を含むタールサンド地層から流動化流体を製造する実施態様の側面図である。

図３ではヒーター１１６は、炭化水素層１１４中に交互三角形のパターンで配置されている。図４、５、６ではヒーター１１６は、炭化水素層の大部分又は殆ど全部を囲むため、炭化水素層１１４中に、垂直方向に繰り返す交互三角形のパターンで配置されている。図６では炭化水素層１１４中のヒーター１１６の交互三角形パターンは、頁岩の割れ目１１８を横切って連続的に繰り返されている。図３〜６ではヒーター１１６は、等間隔の距離をおいて配置してよい。図３〜６に示す実施態様では、ヒーター１１６の垂直行（段）の数は限定されないが、この数はヒーター間の所望間隔、炭化水素層１１４の厚さ、及び／又は頁岩割れ目１１８の数及び位置に依存する。幾つかの実施態様ではヒーター１１６は、他のパターンで配置される。例えばヒーター１１６は、限定されるものではないが、六角形パターン、四角形パターン、又は長方形パターンのようなパターンで配列できる。

図３〜６に示す実施態様ではヒーター１１６は、炭化水素層１１４中の炭化水素を流動化させる（炭化水素の粘度を低下させる）熱を供給する。特定の実施態様ではヒーター１１６は、炭化水素層１１４中の炭化水素の粘度を約０．５０Ｐａ・ｓ（５００ｃｐ）未満、約０．１０Ｐａ・ｓ（１００ｃｐ）未満、又は約０．０５Ｐａ・ｓ（５０ｃｐ）未満に低下する熱を供給する。ヒーター１１６間の間隔、及び／又はヒーターの熱出力は、炭化水素層１１４中の炭化水素の粘度を所望値に設計及び／又は制御できる。ヒーター１１６で供給された熱は、炭化水素層１１４中で熱分解が殆ど又は全く起きないように制御してよい。ヒーター間の熱の重なりによって、ヒーター間に１つ以上の排出液通路（例えば流体流用の通路）を作ることができる。特定の実施態様では製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは、これらヒーターの熱が製造坑井上で重なるように、ヒーター１１６の近くに配置される。製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂ上のヒーター１１６からの熱の重なりにより、これらヒーターから製造坑井まで１つ以上の排出液通路を作ることができる。特定の実施態様では排出液通路の１つ以上は１点（箇所）に収斂する。例えば複数の排出液通路は、最下部のヒーターの所で又はその近くで１点に収斂可能である。炭化水素層１１４中で流動化した流体は、比重、並びにヒーター及び／又は製造坑井により確立された熱・圧力勾配のため、炭化水素層中の最下部のヒーター１１６及び／又は製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂに向かって流れ易い。排出液通路及び／又は収斂した排出液通路によって、製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは炭化水素層１１４中の流動化流体を収集できる。

特定の実施態様では炭化水素層１１４は、流動化流体を製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂに排出させるのに充分な透過性を有する。例えば炭化水素層１１４は、約０．１ダルシー以上、約１ダルシー以上、約１０ダルシー以上、又は約１００ダルシー以上の透過度を有する。幾つかの実施態様では炭化水素層１１４は、比較的大きな垂直方向透過度対水平方向透過度比（Ｋ_ｖ／Ｋ_ｈ）を有する。例えば炭化水素層１１４は、約０．０１〜約２、約０．１〜約１、又は約０．３〜約０．７のＫ_ｖ／Ｋ_ｈ比を持つことができる。

特定の実施態様では流体は、炭化水素層１１４下部のヒーター１１６の近くに位置する製造坑井１０６Ａ経由で製造される。幾つかの実施態様では流体は、炭化水素層１１４下部のヒーター１１６間の下に、かつ中ほどに位置する製造坑井１０６Ｂ経由で製造される。製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂの少なくとも一部は、炭化水素層１１４中でほぼ水平に配向できる（図３〜６に示すように、これらの製造坑井は、当該頁に出入りする水平部を有する）。製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは、下部ヒーター１１６又は最下部ヒーターの近くに配置してよい。

幾つかの実施態様では製造坑井１０６Ａは、炭化水素層１１４中の最下部ヒーターの下にほぼ垂直に位置する。製造坑井１０６Ａは、ヒーターパターンの底（下）頂点（例えば図３〜６に示すヒーターの三角形パターンの底頂点）のヒーター１１６の下に配置してよい。製造坑井１０６Ａを最下部ヒーターの下にほぼ垂直に配置すると、炭化水素層１１４中の流動化流体を効率的に収集できる。

特定の実施態様では最下部ヒーターは、炭化水素層１１４の底から約２〜約１０ｍ、約４〜約８ｍ、又は約５〜約７ｍの所に配置される。特定の実施態様では製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは、ヒーターの熱を製造坑井に重ねる最下部ヒーターから或る距離おいて、但し、製造坑井でのコークス化を阻止するヒーターから或る距離おいて、配置される。製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは、最も近いヒーター（例えば最下部ヒーター）から、ヒーターパターン（例えば図３〜６に示すヒーターの三角形パターン）中のヒーター間の間隙に対し３／４以下の距離をおいて配置できる。幾つかの実施態様では製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは、最も近いヒーターから、ヒーターパターン中のヒーター間の間隙に対し２／３以下、１／２以下、又は１／３以下の距離をおいて配置できる。特定の実施態様では製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは、最下部のヒーターから約２〜約１０ｍ、約４〜約８ｍ、又は約５〜約７ｍおいて配置される。製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは、炭化水素層１１４の底から約０．５〜約８ｍ、約１〜約５ｍ、又は約２〜約４ｍおいて配置できる。

幾つかの実施態様では、図６に示すように、少なくとも幾つかの製造坑井１０６Ａは、頁岩割れ目１１８近くのヒーター１１６の下にほぼ垂直方向に配置される。製造坑井１０６Ａは、頁岩割れ目上を流れ、収集する流体を製造するため、ヒーター１１６と頁岩割れ目１１８との間に配置できる。頁岩割れ目１１８は、炭化水素層１１４中で不透過性障壁であってよい。幾つかの実施態様では頁岩割れ目の厚さは、約１〜約６ｍ、約２〜約５ｍ、又は約３〜約４ｍである。図６に示すように、ヒーター１１６と頁岩割れ目１１８との間の製造坑井１０６Ａは、炭化水素層１１４（頁岩割れ目の上）の上部から流体を製造でき、また炭化水素層の最下部ヒーターの下の製造坑井１０６Ａは炭化水素層（頁岩割れ目の下）の下部から流体を製造できる。幾つかの実施態様では製造坑井は、頁岩割れ目上を流れ、収集する流体を製造するため、各頁岩割れ目に又はその近くに配置される。

幾つかの実施態様では頁岩割れ目１１８は、頁岩割れ目のいずれの側のヒーター１１６で加熱されると、頁岩割れ目は崩れる（乾涸びる）。頁岩割れ目１１８が崩れると、頁岩割れ目の透過度は増大し、頁岩割れ目中を流体が流れるようになる。いったん頁岩割れ目で流体の流れができると、流体は炭化水素層１１４の底の又はその近くの製造坑井に流れ、そこで流体が製造できるので、頁岩割れ目上の製造坑井は流体を製造する必要がなくなるかも知れない。

特定の実施態様では頁岩割れ目上の最下部の製造坑井は、頁岩割れ目から約２〜約１０ｍ、約４〜約８ｍ、又は約５〜約７ｍの所に配置される。製造坑井１０６Ａは、頁岩割れ目１１８上の最下部ヒーターから約２〜約１０ｍ、約４〜約８ｍ、又は約５〜約７ｍの所に配置できる。製造坑井１０６Ａは、頁岩割れ目１１８から約０．５〜約８ｍ、約１〜約５ｍ、又は約２〜約４ｍの所に配置できる。

幾つかの実施態様では、図３〜６に示すように、製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂに熱が供給される。製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂに熱を供給すると、製造坑井中の流体の流動度（mobility）を維持し、及び／又は高めることができる。製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂに供給された熱は、ヒーター１１６からの熱と重ねて、ヒーターから製造坑井までの流路を作ることができる。幾つかの実施態様では製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂは、流体を地層表面に取出すポンプを有する。幾つかの実施態様では製造坑井１０６Ａ及び／又は１０６Ｂ中の流体（油）の粘度は、ヒーター及び／又は希釈剤の注入により（例えば製造坑井中に希釈剤注入用導管を用いて）低下させる。

特定の実施態様では、炭化水素を含有する比較的浸透性の地層（例えばタールサンド地層）に対する現場熱処理方法は、粘度低減化温度まで加熱する工程を含む。例えば地層を約１００〜約２６０℃、約１５０〜約２５０℃、約２００〜約２４０℃、約２０５〜約２３０℃、約２１０〜約２２５℃の温度に加熱してよい。幾つかの実施態様では地層は約２３０℃に加熱される。粘度低減化温度では、地層中の流体は、（初期の地層温度での初期粘度に比べて）粘度低下し、地層中で流動可能となる。粘度低減化温度で低下した粘度の場合は、炭化水素は粘度低減化温度での粘度の段階変化を通過するので、（一時的に粘度を低下させるだけかも知れない流動化温度に加熱した場合と比べて）永久的な粘度低下かも知れない。粘度低減化した流体のＡＰＩ比重は比較的低い（例えば約１０°以下、約１２°以下、約１５°以下、約１９°以下）かも知れないが、このＡＰＩ比重は、地層からの粘度非低減化流体のＡＰＩ比重よりも高い。地層からの粘度非低減化流体のＡＰＩ比重は７°以下かも知れない。

幾つかの実施態様では、地層中のヒーターは、地層を粘度非低減化温度以上の温度に加熱するため、全出力で操作される。全出力での操作は、地層中の圧力を迅速に増大できる。特定の実施態様では、地層の温度上昇に従って、地層中の圧力を、選択した圧力に維持するように、流体が製造される。幾つかの実施態様では、選択した圧力は地層の破壊圧である。特定の実施態様では、選択した圧力は約１０００〜約１５０００ｋＰａ、約２０００〜約１００００ｋＰａ、又は約２５００〜約５０００ｋＰａである。一実施態様では、選択した圧力は約１００００ｋＰａである。圧力をできるだけ破壊圧に近づけて維持すると、地層から流体を製造するための製造坑井を最小化できる。

特定の実施態様では、地層の処理は、全体の製造相中で、破壊圧未満の圧力を維持しながら、（前述のような）粘度低減化温度又はその付近の温度に維持する工程を含む。地層に供給する熱は、粘度低減化温度又はその付近の温度に維持するため、低下させるか、或いは除去してもよい。粘度低減化温度に加熱するが、熱分解温度未満又はその付近（例えば約２３０℃未満）の温度に維持すると、コークスの形成及び／又は高温レベルの反応が阻止される。高圧（例えば破壊圧に近いが、破壊圧より低い）で粘度低減化温度に加熱すると、生成したガスは地層中の液体油（炭化水素）に保持される上、高い水素分圧により地層での水素の減少が高まる。また地層を粘度低減化温度に加熱するだけなので、地層を熱分解温度に加熱するよりも少ないエネルギー入力が使用される。

地層から製造した流体は、粘度低減化流体、流動化流体、及び／又は熱分解流体を含有してよい。幾つかの実施態様ではこれらの流体を含む製造混合物は、地層から製造される。製造混合物は、評価可能の特性（例えば測定可能の特性）を有してよい。製造混合物の特性は、地層を処理する際、操作条件（例えば地層中の温度及び／又は圧力）により測定される。特定の実施態様では操作条件は、製造混合物に所望特性を作るため、選択、変化及び／又は維持してよい。例えば製造混合物は、容易に輸送できる（例えば希釈剤を加えたり、他の流体とブレンドすることなくパイプラインにより送られる）特性を有してよい。

製造混合物を評価するために測定し、使用できる製造混合物の特性としては、限定されるものではないが、例えばＡＰＩ比重、粘度、アスファルテン安定性（Ｐ値）、臭素価のような液体炭化水素の特性が挙げられる。特定の実施態様では操作条件は、製造混合物に約１５°以下、約１７°以下、約１９°以下、又は約２０°以下のＡＰＩ比重を作るため、選択、変化及び／又は維持してよい。特定の実施態様では操作条件は、製造混合物に約４００ｃｐ以下、約３５０ｃｐ以下、約２５０ｃｐ以下、又は約１００ｃｐ以下の粘度（１気圧、５℃で測定）を作るため、選択、変化及び／又は維持される。一例として、地層中の初期粘度は、約１０００ｃｐを超え、或いは幾つかの場合、約１００万ｃｐを超える。特定の実施態様では操作条件は、製造混合物に約１以上、約１．１以上、約１．２以上、又は約１．３以上のアスファルテン安定性（Ｐ値）を作るため、選択、変化及び／又は維持される。特定の実施態様では操作条件は、製造混合物に約３％以下、約２．５％以下、約２％以下、又は約１．５％以下の臭素価を作るため、選択、変化及び／又は維持される。

特定の実施態様では前記混合物は、処理される炭化水素層の底部又はその近くに配置した１つ以上の製造坑井から製造される。他の実施態様では、混合物は、処理される炭化水素層中の他の場所（例えば該層の上部又は中央部）から製造される。

一実施態様では地層は、地層中の圧力を１００００ｋＰａ未満に維持しながら、２２０〜２３０℃に加熱される。地層から製造された混合物は、限定されるものではないが、１９°以上のＡＰＩ比重、３５０ｃＰの粘度、１．１以上のＰ値及び２％以下の臭素価のような幾つかの所望特性を持っていてよい。このような製造混合物は、希釈剤を加えたり、他の流体をブレンドすることなく、パイプラインで輸送可能であってよい。混合物は、処理される炭化水素層の底部又はその近くに配置した１つ以上の製造坑井から製造してよい。

幾つかの実施態様では、地層が粘度低減化温度に達してから、地層中の圧力が低下される。特定の実施態様では地層中の圧力は、粘度低減化温度より高い温度で低下される。高温で圧力を低下させると、地層中の多量の炭化水素を粘度低減化及び／又は熱分解により高品質の炭化水素に転化できる。しかし、圧力低下前に地層が高温に達すると、地層中の二酸化炭素生成量及び／又はコークスの形成量が増大する。例えば幾つかの実施態様では、ビチュメンのコークス化（７００ｋＰａを超える圧力で）が約２８０℃で始まり、約３４０℃で最高速度に達する。約７００ｋＰａ未満の圧力では、コークス形成速度は最小である。圧力低下前に地層を高温にすると、地層から製造される炭化水素量は減少する可能性がある。

特定の実施態様では、地層中の圧力を低下させた際の地層中の温度（例えば地層の平均温度）は、１つ以上の要因をガランスさせるように選択される。考慮する要因としては、製造した炭化水素の品質、炭化水素の製造量、二酸化炭素の生成量、硫化水素の生成量、地層中のコークス化の程度、及び／又は水の生成量が挙げられる。地層サンプルを使用した実験的評価、及び／又は地層の特性に基づくシミュレーション評価を用いて、現場熱処理方法による地層の処理結果を評価してよい。これらの結果を用いて、地層中の圧力を低下させる際、選択される温度又は温度範囲を決めてよい。こうして選択した温度又は温度範囲は、限定されるものではないが、炭化水素又は石油の市場条件及びその他の経済的要因のような要因によって影響を受けてもよい。特定の実施態様では選択した温度は、約２７５〜約３０５℃、約２８０〜約３００℃、又は約２８５〜約２９５℃の範囲であってよい。

特定の実施態様では、地層中の平均温度は、地層から製造した流体の分析で評価される。例えば地層中の平均温度は、地層中の圧力を地層の破壊圧未満に維持するために製造した流体の分析で評価してよい。

幾つかの実施態様では、地層中の平均温度を指示するため、地層から製造した流体（例えばガス）の炭化水素異性体シフト値が使用される。実験的分析及び／又はシミュレーションを使用して、１つ以上の炭化水素異性体シフトを評価し、これらの炭化水素異性体シフト値を地層中の平均温度に関連させてよい。次に、地層から製造された流体中の炭化水素異性体シフトの１つ以上をモニターして、地層中の平均温度を評価するため、当該分野で炭化水素異性体シフトと平均温度との評価関係を用いてよい。幾つかの実施態様では、地層中の圧力は、モニターした炭化水素異性体シフトが選択値に達した際、低下される。この炭化水素異性体シフトの選択値は、地層中の圧力を低下させるために選択した地層中の選択温度又は温度範囲、及び炭化水素異性体シフトと平均温度との評価関係に基づいて選択してよい。評価可能な炭化水素異性体シフトの例としては、限定されるものではないが、ｎ−ブタン−δ^１３Ｃ_４％対プロパン−δ^１３Ｃ_３％、ｎ−ペンタン−δ^１３Ｃ_５％対プロパン−δ^１３Ｃ_３％、ｎ−ペンタン−δ^１３Ｃ_５％対ｎ−ブタン−δ^１３Ｃ_４％、及びｉ−ペンタン−δ^１３Ｃ_５％対ｉ−ブタン−δ^１３Ｃ_４％が挙げられる。幾つかの実施態様では製造した流体中の炭化水素異性体シフトは、地層中で起こった転化の量（例えば熱分解の量）を指示するために使用される。

幾つかの実施態様では地層から製造された流体中の飽和物の重量％が地層中の平均温度を指示するために使用される。実験的分析及び／又はシミュレーションを用いて、地層中の平均温度の関数として飽和物の重量％を評価してよい。例えばＳＡＲＡ（飽和物、芳香族、樹脂及びアスファルテン）分析（時にはアスファルテン／蝋／水和物沈着分析と言う）を用いて、地層からの流体サンプル中の飽和物の重量％を評価してよい。幾つかの実施態様では飽和物の重量％は、地層中の平均温度と直線関係にある。次に、地層から製造された流体中の飽和物の重量％をモニターして、地層中の平均温度を評価するため、当該分野で飽和物の重量％と平均温度との関係を用いてよい。幾つかの実施態様では、地層中の圧力は、モニターした飽和物の重量％が選択値に達した際、低下される。この飽和物重量％の選択値は、地層中の圧力を低下させるために選択した地層中の選択温度又は温度範囲、及び飽和物の重量％と平均温度との関係に基づいて選択してよい。

幾つかの実施態様では地層から製造された流体中のｎ−Ｃ_７の重量％が地層中の平均温度を指示するために使用される。実験的分析及び／又はシミュレーションを用いて、地層中の平均温度の関数としてｎ−Ｃ_７の重量％を評価してよい。幾つかの実施態様ではｎ−Ｃ_７の重量％は、地層中の平均温度と直線関係にある。次に、地層から製造された流体中のｎ−Ｃ_７の重量％をモニターして、地層中の平均温度を評価するため、当該分野でｎ−Ｃ_７の重量％と平均温度との関係を用いてよい。幾つかの実施態様では、地層中の圧力は、モニターしたｎ−Ｃ_７の重量％が選択値に達した際、低下される。このｎ−Ｃ_７重量％の選択値は、地層中の圧力を低下させるために選択した地層中の選択温度又は温度範囲、及びｎ−Ｃ_７の重量％と平均温度との関係に基づいて選択してよい。

地層中の圧力は、地層から流体（例えば粘度低減化流体及び／又は流動化流体）を製造することで低下できる。幾つかの実施態様では圧力は、熱分解温度でのコークス形成を防止するため、流体が地層中でコークス化する圧力未満に低下される。例えば圧力は、約１０００ｋＰａ未満、約１０００ｋＰａ未満、約８００ｋＰａ未満、又は約７００ｋＰａ未満（例えば約６９０ｋＰａ）の圧力に低下される。特定の実施態様では、選択した圧力は、約１００ｋＰａ以上、約２００ｋＰａ以上、又は約３００ｋＰａ以上である。圧力は、地層中でアスファルテン又はその他、高分子量炭化水素のコークス化を防止するため、低下させてよい。幾つかの実施態様では、液体水と白雲石との反応を防止するため、水が坑底（地層）温度で液相中を通過する圧力未満に維持してよい。地層中の圧力を低下した後、温度を熱分解温度まで上げて、地層中の流体の熱分解及び／又は品質向上を開始してよい。地層からは熱分解した及び／又は品質向上した流体が製造できる。

特定の実施態様では、粘度低減化温度未満の温度で製造した流体の量、粘度低減化温度で製造した流体の量、地層中の圧力を低下する前に製造した流体の量、及び／又は品質向上又は熱分解した流体の製造量は、地層から製造した流体の品質及び量、並びに地層からの炭化水素の全回収率を制御するため、変化させてよい。例えば処理の前期段階中に多量の流体を製造する（例えば地層中の圧力を低下する前に流体を製造する）と、地層から製造した流体の全体の品質を低下させながら（全体のＡＰＩ比重を低下させる）、地層からの炭化水素の全回収率を向上できる。低温で多量の流体を製造すると、多量の重質炭化水素が生成するので、全体の品質は低下する。低温で少量の流体を製造すれば、地層から製造される流体の全体の品質を向上できるが、地層からの炭化水素の全回収率は低下する可能性がある。低温で少量の流体を製造する場合は地層中で多くのコークス化が起こるので、全回収率は低くてよい。

特定の実施態様では地層は、ヒーターの隔離区分（isolated cell）（流体流に対し相互連絡していない区分又は区画）を用いて加熱される。隔離区分は、地層中で大きなヒーター間隙を用いて作製できる。例えば大きなヒーター間隙は、図３〜６に示す実施態様で使用してよい。これらの隔離区分は、加熱の前期段階中（例えば粘度低減化温度未満の温度で）に製造してよい。これらの区分は、地層中の他の区分から隔離されているので、隔離区分中の圧力は高く、隔離区分からは多量の流体が製造可能である。したがって、地層から多量の流体が製造できる上、高い炭化水素全回収率に到達できる。加熱の後期段階中、熱勾配は隔離区分と相互連絡でき、また地層中の圧力は降下する。

特定の実施態様では地層中の熱勾配は、ガスキャップ（cap）が炭化水素層又はその近くに作製されるように、変更される。例えば図３〜６の実施態様に示すヒーター１１６で作られた熱勾配は、炭化水素層１１４の表土１１２又はその近くにガスキャップを作製するために変更してよい。ガスキャップは、地層から多量の液体が製造できるように、液体を炭化水素層の底部に押出すか、又は追出すことができる。ガスキャップを現場で発生させると、加圧流体を地層中に導入するよりも、一層効果的かも知れない。現場で発生したガスキャップは、導入した加圧流体の有効性を低下させる可能性がある水路を開いたり、或いは指を触れることなく又は殆どなく、地層中に平等に力を加える。

特定の実施態様では、地層中の製造坑井の数及び／又は位置は、地層の粘度により変化される。多少の製造坑井は、地層の異なる粘度を持った帯域に配置してよい。帯域の粘度は、地層に製造坑井を設ける前、地層を加熱する前、及び／又は地層を加熱後、評価してよい。幾つかの実施態様では、多くの製造坑井が地層の低粘度帯域に配置される。例えば特定の地層では、地層の上部又は帯域は、低粘度であってよい。したがって、上方帯域に多くの製造坑井を配置してよい．地層の低粘稠帯域に製造坑井を配置すると、地層で一層良好に圧力制御でき、及び／又は地層から一層高品質（一層品質が向上した）油を製造できる。

幾つかの実施態様では、異なる評価の粘度を有する地層の帯域は、異なる速度で加熱される。特定の実施態様では、地層の高粘度帯域は、低粘度帯域よりも高い加熱速度で加熱される。高粘度帯域を高い加熱速度で加熱すると、これらの帯域が、ゆっくり加熱した帯域に対する粘度及び／又は品質に“遅れずについて行く（catch up）”ことができるように、更に早い速度でこれらの帯域を流動化及び／又は品質向上する。

幾つかの実施態様ではヒーター間隔は、地層の異なる評価粘度を有する帯域に異なる加熱速度を与えるため、変化される。例えば密集したヒーター間隔（ヒーター間の間隔が狭い）を高粘度帯域に使用して、これらの帯域を高い加熱速度で加熱できる。幾つかの実施態様では製造坑井（例えばほぼ垂直な製造坑井）は、密集したヒーター間隔及び高粘度を有する帯域に配置される。この製造坑井を使用して、地層から流体を取出すと共に、高粘度帯域から圧力を解放することができる。幾つかの実施態様では、流体を高粘度帯域に排出させるため、高粘度帯域に１つ以上のほぼ垂直の開口又は製造坑井が配置される。排出する流体は、高粘度帯域の底部近くに配置した製造坑井を通って地層から製造できる。

特定の実施態様では製造坑井は、地層の２つ以上の帯域に配置される。これらの帯域は、初期透過性が異なっていてよい。特定の実施態様では第一帯域の初期透過性は約１ダルシー以上であり、第二帯域の初期透過性は約０．１ダルシー以下である。幾つかの実施態様では第一帯域の初期透過性は約１〜約１０ダルシーである。幾つかの実施態様では第二帯域の初期透過性は約０．０１〜約０．１ダルシーである。これらの帯域は、ほぼ不透過性の障壁（初期透過性：約１０ダルシー以下）で分離してよい。両帯域に製造坑井が配置されていると、これら帯域間で流体連絡（透過性）及び／又は圧力均衡化が可能である。

幾つかの実施態様では、ほぼ不透過性の障壁で分離された初期透過性の異なる複数の帯域間に開口（例えばほぼ垂直な開口）が形成される。複数の帯域を開口で橋架けすると、これら帯域間に流体連絡（透過性）及び／又は圧力均衡化が可能である。幾つかの実施態様では地層中の開口（例えば圧力解放開口及び／又は製造坑井）により、ガス又は低粘度流体は、開口内を上昇可能である。ガス又は低粘度流体が上昇するのに従って、流体は凝縮するか又は粘度が増大し、その結果、流体は開口を下降排出して地層中で更に品質向上する。こうして、開口は下部からの熱を、流体が凝縮する上部に伝達することにより、熱パイプとして行動できる。坑井孔は、地層流体の表面への搬送を防止するため、表土又はその近くで包装又は封止してよい。

幾つかの実施態様では流体の製造は、ヒーターの加熱を減少及び／又は停止後、継続される。地層は選択した時間加熱してよい。例えば地層は、選択した平均温度に達するまで、加熱してよい。地層からの製造は、選択した時間後、継続してよい。製造を続けると、流体は地層の底部に向かって排出し、及び／又は流体は地層のホットスポットのそばを通過することにより品質向上するので、地層から多量の流体を製造できる。幾つかの実施態様では、加熱を減少及び／又は停止後、流体を製造するため、地層の底部（又は地層の帯域）又はその近くに水平の製造坑井が配置される。

特定の実施態様では、初期に製造した流体（例えば粘度低減化温度未満で製造した流体）、粘度低減化温度で製造した流体、及び／又は地層から製造したその他の粘稠な流体は、低粘度の流体を製造するため、希釈剤とブレンドされる。幾つかの実施態様では希釈剤としては、地層から製造した、品質向上又は熱分解した流体が挙げられる。幾つかの実施態様では希釈剤としては、地層又は他の地層の他の部分から製造した、品質向上又は熱分解した流体が挙げられる。特定の実施態様では粘度低減化温度未満の温度で製造した流体の量、及び／又は粘度低減化温度で製造した、地層からの品質向上した流体とブレンドされる流体の量は、輸送に好適な、及び／又は製油所で使用するのに好適な流体を作製するため、調節される。ブレンド量は、流体が化学的及び物理的安定性を保持するように、調節してよい。流体の化学的及び物理的安定性を維持すると、流体を輸送すること、製油所での予備処理プロセスを低減すること、及び／又は流体について補償するため、製油所プロセスを調節する必要性を低減又はなくすことが可能である。

特定の実施態様では地層条件（例えば圧力及び温度）及び／又は流体の製造は、選択した特性を有する流体を製造するため、制御される。例えば地層条件及び／又は流体の製造は、選択したＡＰＩ比重及び／又は選択した粘度を有する流体を製造するため、制御してよい。選択したＡＰＩ比重及び／又は選択した粘度は、異なる地層条件で製造した流体を組合わせて（例えば前述の処理中、異なる温度で製造した流体を組合わせる）作製してよい。一例として、地層条件及び／又は流体の製造は、約１９°のＡＰＩ比重及び１９℃で約０．３５Ｐａ．ｓ（３５０ｃｐ）の粘度を有する流体を製造するため、制御してよい。

幾つかの実施態様では地層の条件及び／又は流体の製造は、水（例えば同生の水）が処理領域中で再凝縮するように、制御される。処理領域中の再凝縮性水は、地層中で凝縮熱を保持する。更に、地層中に液体水を保有すると、地層中で液体炭化水素（油）の流動度を高めることができる。液体水は、地層中の岩石層の細孔及び角を占有し、液体炭化水素を一層容易に流動し易くする滑らかな表面を作ることにより、地層中の岩石又はその他の層を濡らすことができる。

特定の実施態様では、タールサンド地層を処理するため、現場熱処理法の他、追出し方法（例えば循環水蒸気注入法のような水蒸気注入法、水蒸気援助型重力排出（ＳＡＧＤ）法、溶剤注入法、蒸気溶剤及びＳＡＧＤ法、又は二酸化炭素注入法）が使用される。幾つかの実施態様ではヒーターは、地層中に追出し方法用の高透過度帯域を作るのに使用される。ヒーターを用いて、追出し方法中、流体を地層内で流動させるため、地層中に流動化の幾何的ネットワーク又は製造ネットワークを作ってよい。例えばヒーターを用いて、ヒーターと製造坑井との間に排出路を作ってよい。幾つかの実施態様ではヒーターは、追出し方法中、熱を供給するのに使用される。ヒーターで供給される熱量は、追出し方法からの熱入力（例えば水蒸気注入法からの熱入力）に比べて少ないかも知れない。

幾つかの実施態様では現場熱処理方法は、現場で追出し用流体を作るか又は生成する。現場で製造した追出し用流体は、地層中を移動すると共に、流動化炭化水素を地層の一方の部分から他方の部分に移動させるかも知れない。

幾つかの実施態様では現場熱処理方法の後に追出し方法が続く場合は少量の熱を地層に供給してよい（例えば広いヒーター間隔を使用）。追出し方法を用いて、熱注入の損失を補償するため、地層に供給する熱量を増大させてよい。

幾つかの実施態様では、追い出し方法は地層を処理すると共に、地層から炭化水素を製造するのに使用される。追い出し方法は、地層から少量の油を回収してよい（例えば地層の適所での回収率２０％未満）。現場熱処理方法は、地層の適所での回収率を上げるため、追出し方法の後で用いてよい。幾つかの実施態様では追い出し方法は、現場熱処理方法のため地層を予備加熱する。幾つかの実施態様では地層は、追出し方法を用いて処理した後、現場熱処理方法を用いて充分な時間処理される。例えば地層は、追出し方法を用いて処理した後、現場熱処理方法が１年、２年、３年又はそれ以上使用される。現場熱処理方法は、追出し方法で処理後、休止している地層に使用してよい。これは追出し方法を用いて更に炭化水素を製造することはできない上、経済的に容易でないからである。幾つかの実施態様では地層は、かなりの時間後も追出し方法で少なくとも若干予熱されたままである。

幾つかの実施態様では、追い出し方法のため、地層を予備加熱するのにヒーターが使用される。例えばヒーターを用いて、追出し用流体に対し地層への注入性を作製してよい。ヒーターは、追い出し方法のために地層中に高流動性帯域（又は注入帯域）を作製できる。特定の実施態様ではヒーターは、初期注入性がないか、又は殆どない地層に注入性を作製するのに使用される。地層を加熱すると、地層中に流動化の幾何的ネットワーク又は製造ネットワークを作り、追出し方法のために地層中を流体流動可能にする。例えば水平のヒーターと垂直の製造坑井との間に、ヒーターを用いて流体製造ネットワークを作製できる。追い出し方法のために地層の予備加熱に使用されるヒーターは、追出し方法中、熱を供給するのにも使用できる。

図７は、追出し方法のためにヒーターを用いて予備加熱する実施態様の上面図である。注入坑井１２０及び製造坑井１０６は、ほぼ垂直の坑井である。ヒーター１１６は、注入坑井１２０付近を通過するように配置された、ほぼ水平の長尺ヒーターである。ヒーター１１６は、垂直坑井から僅かに移行した（displaced）垂直坑井パターンと交差している。

注入坑井１２０及び製造坑井１０６についてのヒーター１１６の垂直位置は、例えば地層の垂直透過性に依存する。少なくとも若干の垂直透過性を有する地層では注入水蒸気は、地層の透過層の頂部まで上昇する。このような地層では、ヒーターは、図９に示すように炭化水素層１１４の底部近くに配置してよい。垂直透過性が極めて低い地層では、２つ以上の水平ヒーターを、ほぼ垂直に積重ねた複数のヒーター又は炭化水素層中に深さを変えて配置した複数のヒーターと併用してよい（例えば図３〜６に示すヒーターパターン）。このような地層中の水平ヒーター間の垂直間隙は、これらヒーターと注入坑井との距離に相当してよい。ヒーター１１６は、これらのヒーターにより経済的に実行可能な追い出し方法に流速を付与するのに充分なエネルギーが搬送されるように、注入坑井１２０及び／又は製造坑井１０６の近くに配置される。ヒーター１１６と注入坑井１２０又は製造坑井１０６との間隙は、経済的に実行可能な追い出し方法を提供するため、変化してよい。予備加熱の量も経済的に実行可能な方法を提供するため、変化してよい。

特定の実施態様では、炭化水素を地層の第一区画から第二区画に移動させるため、地層中に流体（例えば追出し用流体又は酸化性流体）が注入される。幾つかの実施態様では、炭化水素は第三区画経由で第一区画から第二区画に移動する。図８は、タールサンド地層の少なくとも３つの処理区画を用いた実施態様の側面図である。炭化水素層１１４は、３つの異なる種類の処理区画：区画１２１Ａ、区画１２１Ｂ及び区画１２１Ｃを含む。区画１２１Ｃ及び区画１２１Ａは、区画１２１Ｂにより分離される。区画１２１Ｃ、区画１２１Ａ、及び区画１２１Ｂは、地層中で互いに水平に取替え可能である。幾つかの実施態様では、区画１２１Ｃの片側は、地層の処理領域の端に隣接しているか、或いは地層の未処理区画は、未処理区画の反対側に同じか異なるパターンが形成される前に、区画１２１Ｃの片側に残される。

特定の実施態様では、区画１２１Ａ及び区画１２１Ｃは、同様な温度（例えば熱分解温度）で同じ又はほぼ同じ時間加熱される。区画１２１Ａ及び区画１２１Ｃは、これら区画中の炭化水素を流動化及び／又は熱分解するため加熱してよい。流動化及び／又は熱分解した炭化水素は、区画１２１Ａ及び／又は１２１Ｃから（例えば１つ以上の製造坑井経由で）製造できる。区画１２１Ｂ経由では表面に炭化水素は殆ど又は全く製造できない。例えば区画１２１Ａ及び１２１Ｃは、約３００℃の平均温度まで加熱してよいが、区画１２１Ｂは約１００℃の平均温度に加熱され、製造坑井は区画１２１Ｂでは操作されない。

特定の実施態様では区画１２１Ｃから炭化水素を加熱し製造すると、この区画で流体注入性を作る。区画１２１Ｃで流体注入性を作った後、追出し用流体（例えば水蒸気、水又は炭化水素）及び／又は酸化性流体（例えば空気、酸素、富化酸素又はその他の酸化剤）のような流体をこの区画に注入してよい。流体は、区画１２１Ｃに配置した、ヒーター１１６、製造坑井及び／又は注入坑井経由で注入してよい。幾つかの実施態様ではヒーター１１６は、流体を注入しながら、熱を供給し続ける。他の実施態様ではヒーター１１６は、流体の注入前又は注入中、低減するか停止してよい。

幾つかの実施態様では空気のような酸化性流体を区画１２１Ｃに供給すると、この区画で炭化水素の酸化が起こる。例えば炭化水素の温度が酸化発火温度を超えると、区画１２１Ｃ中のコークス化炭化水素及び／又は加熱炭化水素は酸化できる。幾つかの実施態様では、ヒーター１１６により区画１２１Ｃを処理すると、酸化性流体をこの区画に導入した際、制御できるように、ほぼ均一な多孔性及び／又はほぼ均一な注入性を有するコークス化炭化水素が作られる。区画１２１Ｃでの炭化水素の酸化は、この区画の平均温度を維持するか又はこの区画の平均温度を更に上昇させる（例えば約４００℃以上）。

幾つかの実施態様では酸化性流体の注入は、区画１２１Ｃを加熱するために使用され、またこの区画に追出し用流体を作るため、酸化性流体の後又は一緒に第二流体が地層に導入される。空気の注入中、過剰の空気及び／又は酸化生成物は、区画１２１Ｃから１つ以上の製造坑井経由で除去してよい。地層が所望温度に上がった後、コークス及び／又は炭化水素と反応させて追出し用流体（例えば合成ガス）を発生させるため、第二流体を区画１２１Ｃに導入してよい。幾つかの実施態様では第二流体としては水及び／又は水蒸気が挙げられる。第二流体と地層中の炭素との反応は、地層を冷却する吸熱反応である。幾つかの実施態様では、区画１２１Ｃの若干の加熱が吸熱反応と同時に起こるように、酸化性流体は第二流体と一緒に添加する。幾つかの実施態様では区画１２１Ｃは、地層を加熱するため、酸化剤を添加し、次いで追出し用流体を発生させるため、第二流体を添加する交互工程で処理してよい。

区画１２１Ｃで発生した追出し用流体は、水蒸気、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、メタン、及び／又は熱分解炭化水素を含有してよい。区画１２１Ｃでの高温及び追出し用流体の発生により、この区画の圧力は増大するので、追出し用流体はこの区画を出て、隣接する区画に入る。また区画１２１Ｃの上昇温度は、流体流（例えば炭化水素及び／又は追出し用流体）から区画１２１Ｂへの伝導性熱伝達及び／又は対流性熱伝達により区画１２１Ｂに熱も供給できる。

幾つかの実施態様では炭化水素（例えば区画１２１Ｃで製造された炭化水素）は、追出し用流体の一部として供給される。注入した炭化水素は、区画１２１Ｃで製造された熱分解炭化水素のような少なくとも数種の熱分解炭化水素を含有してよい。幾つかの実施態様では、水蒸気又は水が追出し用流体の一部として供給される。追出し用流体に水蒸気又は水を供給すると、地層中の温度制御に使用できる。例えば水蒸気又は水は、地層中の温度を低温に保持するのに使用できる。幾つかの実施態様では追出し用流体として注入した水は、地層中の高温により、地層中で水蒸気になる。水の水蒸気への転化を用いて、地層中の温度を低下させたり低温に維持することができる。

区画１２１Ｃに注入した流体は、図８に示すように、区画１２１Ｂに向かって流れてよい。地層中の流体の移動は、熱を炭化水素層１１４経由で区画１２１Ｂ及び／又は１２１Ａに対流的に伝達する。更に、若干の熱は、炭化水素層経由でこれらの区画間に伝導的に伝達できる。

区画１２１Ｂの低レベルの加熱は、この区画の炭化水素を流動化する。区画１２１Ｂで流動化した炭化水素は、図８の矢印で示すように、区画１２１Ａに向かって区画１２１Ｂ経由で、注入した流体のそばを移動できる。こうして、注入流体は、炭化水素を区画１２１Ｃから区画１２１Ｂ経由で区画１２１Ａに押出している。流動化炭化水素は、区画１２１Ａでの高温により、この区画で品質向上できる。区画１２１Ａ中に移動する熱分解炭化水素もこの区画で更に品質向上できる。品質向上した炭化水素は、区画１２１Ａに配置された製造坑井経由で製造できる。

特定の実施態様では、区画１２１Ｂ中の少なくとも数種の炭化水素は、流動化され、流体をこの地層に注入する前に、この区画から排出される。幾つかの地層は、高い油飽和度を持っていてよい（例えばＧｒｏｓｍｏｎｔ地層は油飽和度が高い）。高い油飽和度は、地層中で流体流を阻止する地層での低いガス透過性に相当する。したがって、地層から若干の油（複数の炭化水素）流動化し、排出する（除去する）ことは、注入した流体に対し、ガス透過性を作ることができる。

タールサンドは、垂直透過性よりも大きい水平透過性を有する傾向があるので、注入点から炭化水素層内で優先的に水平に移動できる。水平透過性が高いと、注入流体は地層中の重力により、垂直に排出する炭化水素に対し、優先的に区画間に炭化水素を移動できる。注入流体により充分な流体圧力を供給すると、流体は品質向上及び／又は製造のため、区画１２１Ａに確実に移動できる。

特定の実施態様では、区画１２１Ｂの容積は区画１２１Ａ及び／又は１２１Ｃよりも大きい。区画１２１Ｂは、地層に対し低いエネルギー入力で多量の炭化水素が生成するように、区画１２１Ｂの容量は、他の区画より大きくてよい。区画１２１Ｂには少量の熱が供給されるので（区画１２１Ｂは低温に加熱される）、区画１２１Ｂの容積が大きいと、単位容積当たりの地層への合計エネルギー入力は減少する。区画１２１Ｂの所望容積は、限定されるものではないが、粘度、油飽和度、及び透過性のような要因に依存するか可能性がある。更に、コークス化の程度は、区画１２１Ｂでは低温のため非常に低いので、区画１２１Ｂの容積が大きい場合は、地層では少量の炭化水素がコークス化される。幾つかの実施態様では、区画１２１Ｂでの低温加熱により、区画１２１Ｂで使用されるヒーターに低温材料（安価な材料）が使用できるので、資本コストは安くなる。

初期注入性がないか、殆どない幾つかの地層（例えばカルスト地層又は地層のカルスト層）は、地層の１つ以上の層に緻密な小空洞（vug）を有する。この緻密小空洞は、ビチュメン又は重油のような粘稠流体を満たした小空洞であってよい。幾つかの実施態様では小空洞は、多孔度単位が約２０以上、約３０以上、又は約３５以上の多孔度を有する。地層は、多孔度単位が約１５以下、約１０以下、又は約５以下の多孔度を持っていてよい。緻密な小空洞は、流れ又は他の流体が緻密な小空洞を有する地層又は層に注入されるのを防止する。特定の実施態様では、カルスト地層又は地層のカルスト層は、現場熱処理方法を用いて処理される。このような地層又は層を加熱すると、緻密な小空洞中の流体の粘度は低下し、流体は排出できる（例えば流体を流動化させる）。

特定の実施態様では、地層のカルスト層だけが現場熱処理方法を用いて処理される。地層の他の非カルスト層は、現場熱処理方法用のシールとして使用してよい。

幾つかの実施態様では追出し方法は、カルスト地層又はカルスト層の現場熱処理後に使用される。幾つかの実施態様では、カルスト地層又はカルスト層を予備加熱して地層に注入性を作るため、ヒーターが使用される。

特定の実施態様ではカルスト地層又はカルスト層は、地層中の岩石（例えば白雲石）の分解温度未満の温度（例えば約４００℃以下）に加熱される。幾つかの実施態様ではカルスト地層又はカルスト層は、地層中の白雲石の分解温度よりも高温に加熱される。白雲石の分解温度よりも高温では、白雲石は分解して二酸化炭素を生成してよい。白雲石の分解及び二酸化炭素の生成により、地層中に透過性を作ると共に、地層中の粘稠流体を流動化できる。幾つかの実施態様では、生成した二酸化炭素は地層中にガスキャップを作るため、地層中に維持される。この二酸化炭素は、ガスキャップを作るため、カルスト層の上部まで上昇させてよい。

幾つかの実施態様では、地層中に現場熱処理方法及び／又は追出し方法用のガスキャップを生成及び／又は維持するのにヒーターが使用される。ガスキャップは、流体を地層の上部から下部に、及び／又は地層の部分から低圧の部分（例えば製造坑井を有する部分）に向けて追出すことができる。幾つかの実施態様ではガスキャップを有する部分には殆ど又は全く加熱を与えない。ガスキャップの所で加熱を少なくすると、地層へのエネルギー入力を低減すると共に、現場熱処理方法及び／又は追出し方法の効率を向上できる。幾つかの実施態様では地層のガスキャップ部分にある製造坑井及び／又はヒーター坑井は、ガスキャップを維持するための流体（例えば水蒸気）の注入に使用してよい。

幾つかの実施態様では追出し方法の製造前面（front）は、現場熱処理方法の熱前面の後に続く。幾つかの実施態様では製造前面の後の領域は、地層から多量の流体を製造するため、更に加熱される。また製造前面の後を更に加熱すれば、製造前面の後のガスキャップを維持できる、及び／又は追出し方法の製造前面出の品質を維持できる。

特定の実施態様では追出し方法は、地層の現場熱処理前に使用される。幾つかの実施態様では追出し方法は、地層の第一区画の流体を流動化させるのに使用される。次いで流動化した流体は、第一区画をヒーターで加熱すれば、第二区画に追出すことができる。流体は第二区画から製造できる。幾つかの実施態様では第二区画の流体は、ヒーターを用いて熱分解及び／又は品質向上される。

透過性が低い地層では、現場熱処理方法の前に追出し方法を用いて“ガスクッション”又は圧力沈下を作ってよい。ガスクッションは、現場熱処理方法中、圧力が急速に破壊圧に増大するのを防止できる。ガスクッションは、現場熱処理方法中、加熱の初期段階でガスを逃がすか移動させるガス路を供給できる。

幾つかの実施態様では追出し方法（例えば水蒸気注入法）は、現場熱処理方法の前に流体を流動化させるのに使用される。水蒸気注入法を用いて地層の岩石又はその他の層から炭化水素を取出すことができる。水蒸気注入法は、岩石を充分加熱することなく、炭化水素油を流動化できる。

幾つかの実施態様では流体（例えば水蒸気又は二酸化炭素）を注入すると、地層で熱を消費すると共に、地層の圧力に依存して地層を冷却できる。幾つかの実施態様では注入した流体は地層から熱を回収するために使用される。回収した熱は、流体の表面処理に使用し、及び／又は追出し方法を用いて地層の他の部分を予備加熱するために使用してよい。

以下に非限定的な実施例を説明する。

タールサンドシミュレーション
図３に示すヒーター坑井パターンを用いてタールサンド地層の加熱をシミュレートするため、ＳＴＡＲＳシミュレーションを使用した。タールサンド地層中のヒーターの水平方向長さは６００ｍである。ヒーターの加熱速度は約７５０Ｗ／ｍである。図３に示す製造坑井１０６Ｂをこのシミュレーションの製造坑井で使用した。水平製造坑井内の底孔圧力を約６００ｋＰａに維持した。タールサンド地層の特性は、米国のタールサンドを基準とした。タールサンド地層シミュレーションへの入力特性は次の通りである。初期多孔率＝０．２８、初期油飽和率＝０．８、初期水飽和率＝０．２、初期フィー（fee）ガス飽和率＝０．０、初期垂直方向透過度＝２５０ミリダルシー、初期水平方向透過度＝５００ミリダルシー、初期Ｋ_ｖ／Ｋ_ｈ＝０．５、炭化水素層厚さ＝２８ｍ、炭化水素層深さ＝５８７ｍ、初期油層圧＝３７７１ｋＰａ、製造坑井と炭化水素層の下部境界との間の距離＝２．５ｍ、最上部ヒーターと上層土との距離＝９ｍ、ヒーター間間隙＝９．５ｍ、初期炭化水素層温度＝１８．６℃、初期温度での粘度＝５３Ｐａ・ｓ（５３０００ｃｐ）、タール中のガス対油比（ＧＯＲ）＝５０標準ｆｔ^３／標準バレル。ヒーターは、砂面での最高温度５３８℃で、ヒーター出力７５５Ｗ／ｍの一定ワット数のヒーターである。ヒーター坑井の直径は１５．２ｃｍである。

図１０にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層の温度勾配を示す。最高ホットスポットはヒーター１１６の所又はその近くである。この温度勾配から、ヒーター間の地層部分は、地層の他の部分よりも暖かいことが判る。これらの暖かい部分は、ヒーター間の流動性を一層高め、地層中の流体を製造坑井の下方に向かって排出する流体の流路を作る。

図１１にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して３６０日後の地層の油飽和度勾配を示す。油飽和度は、１．００を飽和度１００％として、０．００〜１．００の段階で示す。油飽和度の段階は横棒（side bar）に示す。３６０日での油飽和度は、ヒーター１１６及び製造坑井１０６Ｂでは若干低い。図１２にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１０９５日後の地層の油飽和度勾配を示す。油飽和度は１０９５日後、地層全体で低下し、特にヒーターの近く及びヒーター間の油飽和度は大きく低下した。図１３にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１４７０日後の地層の油飽和度勾配を示す。図１３の油飽和度勾配から、油は流動化し、地層の下部に向かって流れていることが判る。図１４にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層の油飽和度勾配を示す。油飽和度は地層の大部分で低く、製造坑井１０６Ｂの下方部分の地層の底部又はその近くでは若干高い油飽和度が残っている。この油飽和度勾配から、地層中の油の大部分は１８２６日後、地層から製造されたことが判る。

図１５にＳＴＡＲＳシミュレーションを使用して１８２６日後の地層の温度勾配を示す。この温度勾配から、ヒーター１１６の所及び地層の極（角）部を除き、比較的均一な温度勾配を示すと共に、ヒーターと製造坑井１０６Ｂとの間に流路が作られたことが判る。

図１６に油製造速度１２２（バレル／日）（左軸）対時間（年）及びガス製造速度１２４（ｆｔ^３／日）（右軸）対時間（年）を示す。油製造速度及びガス製造速度の曲線から、油は製造の早い段階（０〜１．５年）で殆どガスの生成なく、製造できることが判る。この時間中に製造された油は、熱分解されていない最も好適な重質流動化油であった。約１．５年後、油製造量が急激に減少したのに従って、ガス製造量は急激に増大した。ガス製造量は、約２年で急速に減少した。次に油製造量は、約３．７５年ほどで最大製造量になるまで、徐々に増大した。次いで地層中の油が枯渇するのに従って、油製造量は徐々に減少した。

ＳＴＡＲＳシミュレーションからエネルギーアウト（製造された油及びガスのエネルギー含有量）対エネルギーイン（地層へのヒーター入力）は、約５年後に約１２対１と計算された。適当な所（いつもの所）での油の合計回収割合（％）は、約５年後、約６０％と計算された。こうして、図３に示すヒーター及び製造坑井の配置パターンの実施態様を用いて、タールサンド地層から油を製造すると、高い油回収率及び高いエネルギーアウト対エネルギーイン比が得られる。

タールサンド例
タールサンド地層の現場熱処理方法をシミュレートするため、ＳＴＡＲＳシミュレーションを実験分析と組合わせて使用した。実験分析用の加熱条件は、貯留層（resourver）シミュレーションから求めた。この実験分析は、地層からタールサンドの細孔を選択した温度に加熱する工程、及び次いでこの細孔の圧力を１００ｐｓｉｇに低下させる（ブローダウンする）工程を含む。この方法を幾つかの異なる選択温度で繰り返した。複数の細孔を加熱し、同時にブローダウンする前に１２ＭＰａの最適圧力に維持するため、流体を製造すると共に、ブローダウンした後（幾つかの場合は最適圧力より高くなった可能性はあるが、圧力は迅速に調節したので、実験結果には影響を与えない）、流体を製造しながら、これら細孔の地層及び流体特性をモニターした。図１２〜２４にこのシミュレーション及び実験の結果を示す。

図１７は、適所での原ビチュメン（ＯＢＩＰ）の重量％（左軸）及びＯＢＩＰの容量％（右軸）対温度（℃）を示す。これらの実験で、用語“ＯＢＩＰ”とは、実験容器中のビチュメンの量のことであり、１００％は実験容器中にあった原ビチュメンの量である。プロット１２６は、ビチュメンの転化率（ＯＢＩＰの重量％に相関した）である。プロット１２６は、ビチュメンの転化が約２７０℃で激しくなり始め、約３４０℃で終り、この温度範囲に亘って比較的直線であることを示す。

プロット１２８は、流体の製造及びブローダウンでの製造による油当量のバレルを示す（ＯＢＩＰの容量％に相関する）。プロット１３０は、流体の製造による油当量のバレルを示す（ＯＢＩＰの容量％に相関する）。プロット１３４は、ブローダウンでの製造による油当量のバレルを示す（ＯＢＩＰの容量％に相関する）。プロット１３６は、ブローダウンでの製造を示す（ＯＢＩＰの容量％に相関する）。図１７に示すように、製造容量は、ビチュメンの転化が約２７０℃で始まると、油のかなりの部分及び流体の製造で得られる油当量のバレル（製造容量）並びにブローダウンで得られる僅か若干の容量と共に、著しく増加し始める。

図１８は、ビチュメンの転化率（％）（（ＯＢＩＰ）の重量％）（左軸）、及び油、ガス及びコークスの重量％（ＯＢＩＰの重量％として）（右軸））対温度（℃）を示す。プロット１４０は、ＯＢＩＰの重量％に相関した流体の製造による油製造量を示す（右軸）。プロット１４２は、ＯＢＩＰの重量％に相関したコークスの製造による油製造を示す（右軸）。プロット１４４は、ＯＢＩＰの重量％に相関した流体の製造によるガス製造量を示す（右軸）。プロット１４６は、ＯＢＩＰの重量％に相関したブローダウン製造による油の製造量を示す（右軸）。プロット１４８は、ＯＢＩＰの重量％に相関したブローダウン製造によるガス製造量を示す（右軸）。図１８は、コークスの製造がやく２８０℃で増加し始め、約３４０℃で最大になることを示す。また図１８は、油及びガス製造の大部分が流体から製造され、少量のフラクションだけがブローダウン製造で得られることも示す。

図１９は、製造した流体、ブローダウン製造、及び圧力（ｐｓｉｇ）（右軸）と平行して適所に残った油のＡＰＩ比重（°）（左軸）対温度（℃）を示す。プロット１５０は、製造した流体のＡＰＩ比重対温度を示す。プロット１５２は、ブローダウンで製造した流体のＡＰＩ比重対温度を示す。プロット１５４は、圧力対温度を示す。プロット１５６は、地層中の油（ビチュメン）のＡＰＩ比重対温度を示す。図１９は、地層中の油のＡＰＩ比重が約１０°のＡＰＩで比較的一定のままであり、また製造した流体及びブローダウンで製造した粒体のＡＰＩ比重がブローダウンでは僅かに増加することを示す。

図２０Ａ〜Ｄは、異なる種類のガスについて、低温ブローダウン（約２７７℃）及び高温ブローダウン（約２９０℃）での１バレル当たり１０００立方フィート（Ｍｃｆ／ｂｂｌ）のガス対油比（Ｇ０Ｒ）（ｙ軸）対温度（ｘ軸）を示す。図２０Ａは、二酸化炭素（ＣＯ_２）についてのＧＯＲ対温度を示す。プロット１５８は、低温ブローダウンの場合のＧＯＲを示す。プロット１６０は、高温ブローダウンの場合のＧＯＲを示す。図２０Ｂは、炭化水素についてのＧＯＲ対温度を示す。図２０Ｃは、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）についてのＧＯＲ対温度を示す。図２０Ｄは、水素（Ｈ_２）についてのＧＯＲ対温度を示す。図２０Ｂ〜Ｄにおいて、ＧＯＲは低温及び高温ブローダウンの両方ともほぼ同じであった。ＣＯ_２についてのＧＤＲ（図２０に示す）は、低温ブローダウンの場合及び高温ブローダウンの場合異なっていた。ＣＯ_２の場合、ＧＤＲが相違する理由は、白雲石，その他の炭酸塩及び粘土の含水分解によりＣＯ_２が早期に（低温で）生成することかも知れない。このような低温下では、生成油が殆どなく、ＧＤＲは非常に高く、この比率では分母が事実上ゼロだからである。その他のガス（炭化水素、Ｈ_２Ｓ及びＨ_２）は、いずれもブチュメンの品質向上により発生する（例えば炭化水素、Ｈ_２及び油）か、或いはビチュメンの品質向上と同じ温度範囲で鉱物（例えば黄鉄鉱）の分解によって発生する（例えばＨ_２Ｓ）ので、油と同時に生成した。こうして、ＧＯＲを計算した時、炭化水素、Ｈ_２Ｓ及びＨ_２では分母はゼロではなかった。

図２１は、コークスの収率（重量％）（ｙ軸）対温度（℃）（ｘ軸）を示す。プロット１６２は、ビチュメン及びケロジェンのコークスを地層中の原質量に対する重量％として示す。プロット１６４は、ビチュメンコークスを地層中の適所（ＯＢＩＰ）での原ビチュメンに対する重量％として示す。図２１は、約２６０℃の温度（最低温度のセル（cell）実験）でケロジェンコークスが既に存在しているが、ビチュメンコークスは約２８０℃で生成し始め、約３４０℃で最大となる。

図２２Ａ〜Ｄは、実験用セルから製造した流体中の評価した炭化水素異性体シフトを温度及びビチュメン転化率の関数として示す。ビチュメン転化率及び温度は、図２２Ａ〜Ｄのプロットにおいて左から右にかけて増大し、最小ビチュメン転化率は１０％、最大ビチュメン転化率は１００％、最低温度は２７７℃、最高温度は３５０℃である。図２２Ａ〜Ｄの矢印は、ビチュメン転化率及び温度の増加方向を示す。

図２２Ａは、ｎ−ブタン−δ^１３Ｃ_４％（ｙ軸）対プロパン−δ^１３Ｃ_３％（ｘ軸）の炭化水素異性体シフトを示す。図２２Ｂは、ｎ−ペンタン−δ^１３Ｃ_５％（ｙ軸）対ｎ−プロパン−δ^１３Ｃ_３％（ｘ軸）の炭化水素異性体シフトを示す。図２２Ｃは、ｎ−ペンタン−δ^１３Ｃ_５％（ｙ軸）対ｎ−ブタン−δ^１３Ｃ_４％（ｘ軸）の炭化水素異性体シフトを示す。図２２Ｄは、ｉ−ペンタン−δ^１３Ｃ_５％（ｙ軸）対ｉ−ブタン−δ^１３Ｃ_４％（ｘ軸）の炭化水素異性体シフトを示す。図２２Ａ〜Ｄは、炭化水素異性体シフトと、温度及びビチュメン転化率の両者との間に比較的直線関係があることを示す。この比較的直線関係を用いて、地層から製造した流体中の炭化水素異性体シフトをモニターすれば、地層温度及び／又はビチュメン転化率を評価できる。

図２３は、製造した流体のＳＡＲＡ分析による飽和物の重量％（Ｗｔ％）（ｙ軸）対温度（℃）（ｘ軸）を示す。飽和物の重量％と温度との対数関係を用いて地層から製造した流体中の飽和物の重量％をモニターすれば、地層温度を評価できる。

図２４は、製造した流体のｎ−Ｃ_７の重量％（ｙ軸）対温度（℃）（ｘ軸）を示す。ｎ−Ｃ_７の重量％と温度との間の直線関係を用いて、地層から製造した流体中のｎ−Ｃ_７の重量％をモニターすれば、地層温度を評価できる。

水蒸気追い出し前の注入性のため、ヒーターを用いて予備加熱する例
追い出し方法のため、図７、９に示す実施態様を用いた例を説明する。注入坑井１２０及び製造坑井１０６は、ほぼ垂直の坑井である。ヒーター１１６は、長いほぼ水平のヒーターで、これらのヒーターは、注入坑井１２０の近くを通るように配置する。ヒーター１１６は、垂直坑井から僅かに移行した垂直坑井パターンと交差している。

本例のため以下の条件を想定した。
（ａ）ヒーター坑井の間隙 ｓ＝３３０ｆｔ
（ｂ）地層の厚さ ｈ＝１００ｆｔ
（ｃ）地層の熱容量 ρｃ＝３５ＢＴＵ／ｆｔ^３・°Ｆ
（ｄ）地層の熱伝導率 λ＝１．２ＢＴＵ／ｆｔ・ｈｒ・°Ｆ
（ｅ）電気加熱速度 ｑ_ｈ＝２００ワット／ｆｔ
（ｆ）水蒸気注入速度 ｑ_ｓ＝５００バレル／日
（ｇ）水蒸気のエンタルピー ｈ_ｓ＝１０００ＢＴＵ／ｌｂ
（ｈ）加熱時間 ｔ＝１年
（ｉ）合計電気熱注入 Ｑ_Ｅ＝ＢＴＵ／パターン／年
（ｊ）電気熱の半径 ｒ＝ｆｔ
（ｋ）合計注入水蒸気熱 Ｑ_Ｓ＝ＢＴＵ／パターン／年

１つの坑井に対する１年間の電気加熱は下記式で示される。
（式１）Ｑ_Ｅ＝ｑ_ｈ・ｔ・ｓ（ＢＴＵ／パターン／年）
よってＱ_Ｅ＝（２００ワット／ｆｔ）［０．００１ｋｗ／ワット］（１年）［３
６５日／年］［２４ｈｒ／日］３４１３ＢＴＵ／ｋｗ・ｈｒ］
（３３０ｆｔ）＝１．９７３３×１０^９ＢＴＵ／パターン／年

１つの坑井に対する１年間の水蒸気加熱は下記式で示される。
（式１）Ｑ_Ｓ＝ｑ_s・ｔ・ｈ_ｓ（ＢＴＵ／パターン／年）
よってＱ_Ｓ＝（５００バレル／日）（１年）［３６５日／年］［１０００ＢＴ
Ｕ／ｌｂ］［３５０ｌｂ／バレル］＝６３．８７５×１０^９ＢＴ
Ｕ／パターン／年

したがって、合計熱で割った電気熱は下式で示される。
（式３）Ｑ_Ｅ／（Ｑ_Ｅ＋Ｑ_Ｓ）×１００＝合計熱の３％

したがって、電気エネルギーは、地層に注入した合計熱のうちの小分数に過ぎない。

ヒーター周囲の地域の実際の温度は、指数（exponential）積分関数により説明される。指数積分関数の積分形状は、注入エネルギーの約半分が注入坑井温度の約半分にほぼ等しいことを示している。重油の粘度低下に必要な温度は５００°Ｆと推定される。電気ヒーターで１年間５００°Ｆに加熱される容積は、下記式で示される。
（式４）Ｖ_Ｅ＝πｒ^２

熱収支は下記式で示される。
（式５）Ｑ_Ｅ＝（πｒ_Ｅ ^２）（ｓ）（ρｃ）（ΔＴ）

したがって、ｒ_Ｅは解決でき、１０．４ｆｔであることが見出された。１０００°Ｆで操作した電気ヒーターの場合、１年間この温度の半分に加熱したシリンダーの直径は、約２３ｆｔである。注入坑井では透過性分布に依存して、地層底部にある１つの坑井上に追加の水平坑井を積重ねてよい、及び／又は電気加熱の期間を延長してよい。１０年間の加熱期間中、５００°Ｆより高温に加熱された地域の直径は約６０ｆｔである。

全ての水蒸気を１年間、１００ｆｔ間隔に亘る水蒸気注入器中に均一に注入すると、５００°Ｆに加熱可能な地層の当量は下記式で示される。
（式６）Ｑ_Ｓ＝（πｒ_Ｓ ^２）（ｓ）（ρｃ）（ΔＴ）

ｒ_Ｓの解決は１０７ｆｔのｒ_Ｓを与える。この熱量は、パターンの約３／４を５００°Ｆに加熱するのに充分である。

タールサンドの回収例
タール酸素地層の現場熱処理方法をシミュレートするため、ＳＴＡＲＳシミュレーションを用いた。地層中の圧力により影響を与えて製造した流体について、油回収率（適所の油（適所のビチュメン）の容量％（ｖｏｌ％）で測定）対ＡＰＩ比重を測定するため、実験及びシミュレーションを用いた。また実験及びシミュレーションは、異なる圧力での回収効率（油（ビチュメン）の回収率（％））対温度を測定するためにも用いた。

図２５は、地層中の圧力（ＭＰａ）で測定した油回収率（適所でのビチュメンの容量％（ｖｏｌ％ ＢＩＰ）対ＡＰＩ比重（°）を示す。図２５に示すように、ＡＰＩ比重の増大及び特定圧まで（本実験では約２．９ＭＰａまで）の圧力の増大と共に、油回収率は低下する。前記圧力を超えると、油回収率及びＡＰＩ比重は、圧力の増大（本実験では約１０ＭＰａまで）と共に低下する。したがって、製造した流体において所望のＡＰＩ比重と共に、高い油回収率を得るには、地層中の圧力を選択した圧力未満に維持するのが有利かも知れない。

図２６は、各種異なる圧力での回収効率（％）対温度（℃）を示す。曲線１６６は、０ＭＰａでの回収効率対温度を示す。曲線１６８は、０．７ＭＰａでの回収効率対温度を示す。曲線１７０は、５ＭＰａでの回収効率対温度を示す。曲線１７２は、１０ＭＰａでの回収効率対温度を示す。これらの曲線から判るように、圧力が増大すると、分解温度（本実験では約３００℃より高温）での地層中の回収効率は低下する。圧力の影響は、曲線１７４で示すように、高温で圧力を低下させると、減少する可能性がある。曲線１７４は、約３８０℃までの温度では圧力は６ＭＰａで、圧力を０．５ＭＰａまで低下させた場合の回収効率対温度を示す。曲線１７４で示すように、回収効率は、高温でも圧力を低下させると、向上できる。回収効率に対する高圧の影響は、地層中の炭化水素（油）がコークスに転化する前に圧力を低下させると、減少する。

以上の説明から本発明の各種面での更なる改変及び代替実施態様を使用できることは当業者には明らかである。したがって、以上の説明は単に例証と解釈すべきであり、当業者に本発明を実施する一般的な方法を教示する目的のためである。ここに示し説明した本発明の形態は、現在の好ましい実施態様として受取るものと理解すべきである。構成要素及び材料は、ここで例証し、説明したものに取替え可能であり、部品及び方法は取替え可能であり、また本発明の特定の特徴は、独立に利用可能である。これらは全て本発明についての以上の説明の利益を享受した後、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り、以上説明した構成要素に変化を行うことは可能である。更に、ここで説明した特徴は、特定の実施態様において組合わせ可能であると理解すべきである。

１ 加熱段階
２ 加熱段階
３ 加熱段階
１００ 障壁坑井
１０２ 熱源
１０４ 供給ライン
１０６ 製造坑井
１０６Ａ 製造坑井
１０６Ｂ 製造坑井
１０８ 収集配管
１１０ 処理設備
１１２ 表土
１１４ 炭化水素層
１１６ ヒーター
１１８ 頁岩割れ目
１２０ 注入坑井
１２１Ａ 地層の処理区画
１２１Ｂ 地層の処理区画
１２１Ｃ 地層の処理区画
１２２ 油製造速度
１２４ ガス製造速度

米国特許５，２１１，２３０ 米国特許５，３３９，８９７ 米国特許２，７８０，４５０ 米国特許４，５９７，４４１ 米国特許５，０４６，５５９ 米国特許５，０６０，７２６

Claims (13)

1. タールサンド地層中の炭化水素層の少なくとも一区画を、該地層中に配置した複数のヒーターから加熱する工程、
   該加熱を、該区画の少なくとも大部分が２００〜２４０℃の平均温度に達して、該区画中の少なくとも数種の炭化水素が粘度低減化を起こすように、制御する工程、及び
   該地層から少なくとも数種の粘度低減化した炭化水素流体を製造する工程、
   を含むタールサンド地層の処理方法。
2. 前記平均温度が２０５〜２３０℃、又は２１０〜２２５℃である請求項１に記載の方法。
3. 前記地層中の圧力を該地層の破壊圧の１ＭＰａ以内に維持する工程を更に含む請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記地層の前記部分が２００〜２４０℃の平均温度に達するまで複数のヒーターをほぼ全出力で操作する工程を更に含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記地層中の圧力を、該地層から少なくとも数種の流体を取出すことにより、該地層の破壊圧未満に維持する工程を更に含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記地層の破壊圧が約２０００〜約１５０００ｋＰａである請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記製造した流体の液体炭化水素部分の粘度が、１気圧、５℃で測定して、３５０ｃｐ以下，２５０ｃｐ以下、又は１００ｃｐ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記製造した流体の液体炭化水素部分のＡＰＩ比重が７〜１９°である請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記製造した流体の液体炭化水素部分は、ＡＰＩ比重が１５°以上、粘度（１気圧、５℃で測定）が３５０ｃｐ以下、Ｐ係数（factor）（Ｐ値はＡＳＴＭ法Ｄ７０６０で測定）が１．１以上、臭素価（臭素価は、製造した流体の沸点２４６℃未満の炭化水素部分についてＡＳＴＭ法Ｄ１１５９で測定）が２％以下である請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記地層から製造した流動化炭化水素及び／又は粘度低減化炭化水素の量を変化させて、該地層から製造した流体の品質を変化させる、及び／又は該地層からの炭化水素の全回収率を変化させる工程を更に含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. （ａ）前記地層中の炭化水素の少なくとも大部分が粘度低減化され、（ｂ）前記圧力が該地層の少なくとも一部分の破壊圧未満であり、かつ（ｃ）該地層の前記少なくとも一部分中の少なくとも数種の炭化水素が製造坑井により製造可能な粘度低減化炭化水素を含む流体を形成するように、該地層の前記少なくとも一部分中の圧力を制御する工程を更に含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記製造した流体を使用して、輸送用燃料を製造する工程を更に含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 請求項１２に記載の方法を用いて製造した輸送用燃料。