專利名稱：：利用鐵磁材料相變的限溫加熱器的制作方法
技術領域：
：本發明主要涉及具有限溫性質的加熱器。具體的實施方案涉及處理地下地層例如含烴地層以從地層生產烴、氫氣和/或其它產物中使用的加熱器。
背景技術：
：從地下地層中獲得的烴常常用作能源、作為原料和作為消費品。對可獲得的烴源耗盡的擔心和對所生產的烴的總質量下降的擔心已經導致開發了更加有效地采收、加工和/或使用可獲得的烴源的方法。可使用原位法從地下地層中移出烴物質。可能需要改變地下地層內的烴物質的化學和/或物理性能，以允許烴物質更加容易地從地下地層中移出。化學和物理改變可包括產生可移出流體、導致地下地層中烴材料組成改變、溶解度改變、密度改變、相變和/或粘度改變的原位反應。流體可以是但不限于氣體、液體、乳液、淤漿和/或具有與液體流動類似流動特征的固體顆粒的物流。可在井孔中放置加熱器以在原位法期間加熱地層。在Ljungstrom的美國專利No.2，634，961、Ljungstrom的美國專利No.2，732，195、Ljungstrom的美國專利No.2，780，450、Ljungstrom的美國專利No.2，789，805、Ljungstrom的美國專利No.2，923，535和VanMeurs等人的美國專利No.4,886,118中描述了使用井下加熱器的原位法的實例。Ljungstrom的美國專利No.2，923，535和VanMeurs等人的美國專利No.4，886，118中描述了對油母頁巖地層施加熱量。可對油母巖地層施加熱量以使油母巖地層中的油母質熱解。熱量也可使地層破裂以增加地層的滲透性。增加的滲透性可允許地層流體流動至生產井，在那里將流體從油母巖地層中移出。在Ljungstrom公開的一些方法中，例如將含氧氣體介質(優選來自預熱步驟仍然是熱的含氧氣體介質)加入可滲透地層中以引發燃燒。可使用熱源以加熱地下地層。可使用電加熱器通過輻射和/或傳導以加熱地下地層。加熱器可電阻加熱元件。Germain的美國專利No.2，548，360描述了放置于井孔中的粘性油中的電加熱元件。所述加熱器元件加熱和稀釋油以允許油從井孔泵送出來。Eastlund等人的美國專利No.4，716，960描述了通過將相對低壓的電流流經管道實現對石油井管道的電加熱從而防止固體形成。VanEgmond的美國專利No.5，065，818描述了固定于井眼中不帶有圍繞加熱元件的套管的電加熱元件。Vinegar等人的美國專利No.6，023，554描述了放置于套管中的電加熱元件。電加熱元件產生的輻射能量加熱套管。可在套管和地層之間放置粒狀固體填充材料。套管可傳導加熱填充材料，所述填充材料接著電導加熱地層。一些加熱器可因為地層中的熱點而產生故障或中止運行。如果沿加熱器任意點的溫度超出或將要超出加熱器的最大操作溫度時，可能需要降低供應至整個加熱器的功率以避免加熱器中止運行和/或地層中熱點處或附近處地層的過熱。一些加熱器在加熱器達到一定溫度極限之前，可能不會沿加熱器長度提供均勻的熱量。一些加熱器可能不會有效加熱地下地層。因此，獲得沿加熱器長度上提供均勻熱量、有效加熱地下地層、當一部分加熱器達到選定溫度時提供自動溫度調節和/或在低于選定溫度時具有基本線性的磁性能和高功率因數的加熱器是有利的。使用限定在等于或接近加熱器中鐵磁材料的居里溫度和/或等于或接近鐵磁材料的相變溫度范圍下的加熱器可能是有利的。使用鐵磁材料的居里溫度和/或相變溫度范圍增大了限溫加熱器中可使用的冶金方法的范圍。
發明內容本文所述實施方案主要涉及用于處理地下地層的系統、方法和加熱器。本文所述實施方案也主要涉及其中含有新組件的加熱器。可通過使用本文所述的系統和方法獲得該加熱器。在一些實施方案中，本發明提供一種或多種系統、方法和/或加熱器。在一些實施方案中，該系統、方法和/或加熱器用于處理地下地層。在一些實施方案中，本發明提供加熱器，所述加熱器包括鐵磁導體；和電導體，所述電導體與所述鐵磁導體電耦連；其中設計加熱器以在較低溫度下提供第一熱量，和設計加熱器以當加熱器達到選定溫度或進入選定溫度范圍時提供減少的第二熱量，其中在所述選定溫度或選定溫度范圍下鐵磁導體發生相變。在另外的實施方案中，一些實施方案的特征可與其它實施方案的特征組合。例如一個實施方案的特征可與任意其它實施方案的特征組合。在另外的實施方案中，使用本文所述的任意方法、系統或加熱器處理地下地層。在另外的實施方案中，本文所述的具體實施方案可加入附加特征。在受益于下述詳細說明和參考附圖的情況下，本發明的優點對于本領域的技術人員來說將變得顯而易見，其中圖1描述了對加熱含烴地層的階段的說明。圖2給出了用于處理含烴地層的原位熱處理系統的一部分的實施方案的示意圖。圖3、4和5描述了限溫加熱器的實施方案的剖面圖示例，所述限溫加熱器具有含鐵磁段和非鐵磁段的外部導體。圖6、7、8和9描述了限溫加熱器的實施方案的剖面圖示例，所述限溫加熱器具有放置于護套中的含鐵磁段和非鐵磁段的外部導體。圖IO描述了限溫加熱器的實施方案，其中支撐構件提供低于鐵磁導體的居里溫度的大部分熱輸出。圖11和12描述了限溫加熱器的實施方案，其中夾套提供低于鐵磁導體的居里溫度的大部分熱輸出。圖13描述了相對于鐵合金TC3的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt%的實驗計算。圖14描述了相對于鐵合金FM-4的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。圖15描述了幾種鐵合金的居里溫度和相變溫度范圍。圖16描述了相對于含有5.63wt。/。鈷和0.4wt。/。錳的鐵-鈷合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wty。的實驗計算。圖17描述了相對于含有5.63wt。/。鈷、0.4wt。/。錳和0.01%碳的鐵-鈷合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。圖18描述了相對于含有5.63wt。/。鈷、0.4wt。/。錳和0.085°/。碳的鐵-鈷合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。圖19描述了相對于含有5.63wt。/。鈷、0.4wt。/。錳、0.085%碳和0.4%鈦的鐵-鈷合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。圖20描述了相對于含有12.25wt。/。鉻、0.lwt。/。碳、0.5wt。/4錳和0.5wty。硅的鐵-鉻合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wtX的實驗計算。盡管本發明易于進行各種改進和替代形式，但其具體實施方案通過在附圖內通過實施例方式給出，和可在此詳細描述。附圖可能不是按比例的。然而應當理解，附圖及其詳細說明不用于限定本發明于所公開的特定形式，相反，本發明擬覆蓋落在所附權利要求定義的本發明的精神與范圍內的所有改進、等價和替代方案。具體實施例方式下述說明主要涉及處理地層內的烴的系統與方法。可處理該地層以產生烴產物、氫和其它產物。"交流電(AC)"指基本按正弦曲線改變方向的隨時間變化的電流。AC在鐵磁導體中產生趨膚效應電流動。在降低的熱輸出加熱系統、裝置和方法的上下文中，術語"自動地"表示該系統、裝置和方法無須使用外部控制(例如以具有溫度傳感器和反饋回路的控制器、PID控制器或預測控制器為例的外部控制器)而發揮功能。"居里溫度"是在這個溫度之上鐵磁材料失去其所有鐵磁性質的溫度。除去在居里溫度之上失去所有鐵磁性質之外，當漸增的電流流經鐵磁材料時，鐵磁材料開始失去其鐵磁性質。"地層"包括一層或多層含烴層、一層或多層非烴層、上覆地層和/或下伏地層。"烴層"指地層中含烴的層。烴層可包含非烴材料和烴材料。"上覆地層"和/或"下伏地層"包括一類或更多不同類的不可滲透材料。例如上覆地層和/或下伏地層可包括巖石、頁巖、泥巖或濕/致密碳酸鹽。在原位熱處理法的一些實施方案中，上覆地層和/或下伏地層可包括一層含烴層或多層含烴層，所述含烴層相對不可滲透和沒有經歷導致上覆地層和/或下伏地層中含烴層顯著特性變化的原位熱處理期間的溫度。例如下伏地層可包含頁巖或泥巖，但原位熱處理法期間不允許加熱下伏地層至熱解溫度。在一些情況下，上覆地層和/或下伏地層可具有一定的滲透性。"地層流體"是指存在于地層內的流體，和可包括熱解流體、合成氣、運動經和水(蒸汽)。地層流體可包括烴流體以及非烴流體。術語"運動流體"是指作為熱處理地層的結果能流動的含烴地層內的流體。"產生的流體"是指從地層移出的流體。"熱源"是基本通過傳導和/或輻射傳熱提供熱量到至少一部分地層的任意系統。例如熱源可包括電加熱器，例如絕緣導體、細長構件和/或在導管內布置的導體。熱源也可包括通過在地層外部或者內部燃燒燃料生成熱的系統。該系統可以是表面燃燒器、井下氣體燃燒器、無火焰分布式燃燒器和自然分布式燃燒器。在一些實施方案中，可通過其它能源供應在一個或多個熱源內提供或生成的熱量。其它能源可直接加熱地層，或者可施加能量到傳遞介質上，所述傳遞介質直接或間接加熱地層。應理解向地層施加熱量的一個或多個熱源可使用不同的能源。因此，例如對于給定的地層來說，某些熱源可由電阻加熱器供應熱量，某些熱源可由燃燒提供熱量，而某些熱源可由一種或多種其它能源(例如化學反應、太陽能、風能、生物物質或其它可再生的能源)提供熱量。化學反應可包括放熱反應(例如氧化反應)。熱源也可包括提供熱量到與加熱位置相鄰的區域和/或在其周圍的區域的加熱器<列^口力口熱||#。"加熱器"是在井內或者在附近的井孔區域內生成熱的任意系統或熱源。加熱器可以是但不限于電加熱器、燃燒器、與在地層內的材料或者從地層中產生的材料反應的燃燒器和/或它們的組合。"烴"通常定義為主要由碳和氫原子形成的分子。烴也可包括其它元素，例如但不限于卣素、金屬元素、氮、氧和/或硫。烴可以是但不限于油母質、瀝青、焦瀝青、油、天然礦物蠟和瀝青礦。烴可位于地殼內的礦物母巖內或者與之相鄰。母巖可包括但不限于沉積巖、砂子、沉積石英巖、碳酸鹽、硅藻土和其它多孔介質。"烴流體"是包含烴的流體。烴流體可包含、夾帶或者被夾帶在非烴流體內，所述非烴流體例如氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、疏化氫、水和氨氣。"原位轉化法"指通過熱源加熱含烴地層以將至少一部分地層的溫度提升至高于熱解溫度從而在地層中產生熱解流體的方法。"原位熱處理法"是指用熱源加熱含烴地層以將至少一部分地層的溫度升高到導致流體流動、減粘和/或含烴材料熱解的溫度之上從而在地層中生成流動的流體、減粘流體和/或熱解流體的方法。"絕緣導體"指能夠導電和全部或部分被電絕緣材料覆蓋的任意細長材料。"熱解"是由于施加熱量導致的化學鍵斷裂。例如熱解可包括通過單獨加熱將化合物轉化成一種或多種其它物質。熱量可轉移到一部分地層以引起熱解。"熱解流體"或"熱解產物"是指基本上在熱解烴期間產生的流體。通過熱解反應產生的流體可與地層內的其它流體混合。該混合物將被視為熱解流體或熱解產物。本文所使用的"熱解區"是指反應了或者正在反應形成熱解流體的地層體積(例如相對可滲透的地層，如焦油砂'地層)。"隨時間變化的電流"指鐵磁導體中趨膚效應電流動產生的和具有隨時間變化的數值的電流。隨時間變化的電流包括交流電流(AC)和調制的直流電流(DC)。限溫加熱器的"調節比"是對于給定的電流，低于居里溫度下的最高AC或調制的DC電阻與高于居里溫度下的最低電阻之間的比。術語"井孔"是指通過在地層內鉆探或者插入導管形成的地層內的孔。井孔可具有基本上圓形的截面，或者為其它截面形狀。本文所使用的術語"井"和"開口"當是指在地層內的開口時，可與術語"井孔"互換使用。可以多種方式處理地層中的烴以生產多種不同的產物。在一些實施方案中，地層中的烴分階段進行處理。圖l描述了對加熱含烴地層的階段的說明。圖1還描述了來自地層的地層流體以桶油當量/噸計的產率("Y，，)(y軸)對以匸計的加熱地層的溫度("T")(x軸)的實例。在階段1加熱期間出現了甲烷的解吸和水的汽化。通過階段1加熱地層可以盡可能迅速地進行。例如當最初將含烴地層加熱時，地層中的烴解吸所吸附的曱烷。可以從地層中生產解吸的甲烷。如果將含烴地層進一步加熱，則含烴地層中的水汽化。在一些含烴地層中，水可以占據地層中的孔體積的10-50%。在其它地層中，水占據更大或更小部分的孔體積。水通常在地層中在160-285lC在600-7000kPa絕壓的壓力下汽化。在一些實施方案中，汽化的水導致地層中的潤濕性變化和/或增加的地層壓力。該潤濕性變化和/或增加的壓力可以影響地層中的熱解反應或其它反應。在一些實施方案中，從地層中生產汽化的水。在其它實施方案中，汽化的水用于在地層中或地層外的蒸汽提取和/或蒸餾。將水從地層中移出和提高地層中的孔體積增加了孔體積中烴的儲存空間。在一些實施方案中，在階段1加熱之后將地層進一步加熱，以使得地層中的溫度達到(至少)最初的熱解溫度(例如在如階段2所示的溫度范圍下端的溫度)。地層中的烴可能在階段2被熱解。熱解溫度范圍取決于地層中烴的種類而變化。熱解溫度范圍可以包括250-900°C的溫度。用于生產所希望的產物的熱解溫度范圍可以延伸通過總熱解溫度范圍的僅僅一部分。在一些實施方案中，用于生產所希望的產物的熱解溫度范圍可以包括250-400。C的溫度或者270-350。C的溫度。如果地層中烴的溫度緩慢升高通過250-4001:的溫度，則當溫度達到400。C時熱解產物的生產可能基本完成。烴的平均溫度可以在小于5'C/天、小于2'c/天、小于rc/天或小于o.5x:/天的速率下升高通過用于生產所希望的產物的熱解溫度范圍。用多個熱源加熱含爛地層可以在熱源周圍建立熱梯度，以緩慢升高地層中烴的溫度通過熱解溫度范圍。通過用于所希望的產物的熱解溫度范圍的溫度升高速率可能影響從含烴地層中生產的地層流體的質量和數量。將溫度緩慢升高通過用于所希望的產物的熱解溫度范圍可能抑制地層中長鏈分子的流動。將溫度緩慢升高通過用于所希望的產物的熱解溫度范圍可能限制在流動的烴之間產生不希望的產物的反應。將地層的溫度緩慢升高通過用于所希望的產物的熱解溫度范圍可以使得從地層中生產高質量、高API比重度的烴。將地層的溫度緩慢升高通過用于所希望的產物的熱解溫度范圍可以使得作為烴產物移出在地層中存在的大量的烴。在一些原位熱處理實施方案中，將一部分地層加熱至所希望的溫度而不是緩慢加熱使溫度通過溫度范圍。在一些實施方案中，所希望的溫度為300X:、325'C或350匸。可以選擇其它的溫度作為所希望的溫度。來自熱源的熱的疊加使得在地層中相對迅速和有效地建立所希望的溫度。可以調節從熱源到地層中的能量輸入以將地層中的溫度基本保持在所希望的溫度下。將加熱部分的地層基本保持在所希望的溫度下直到熱解減少使得從地層中生產所希望的地層流體變得不經濟。經受熱解的地層部分可以包括通過僅由一個熱源傳熱而被帶入熱解溫度范圍內的區域。在一些實施方案中，從地層中生產包括熱解流體的地層流體。當地層溫度增加時，生產的地層流體中可冷凝的烴的數量可能降低。在高溫下，地層可能產出大部分曱烷和/或氫氣。如果將含烴地層加熱通過整個熱解范圍，則對于熱解范圍的上限，地層可能產出僅僅少量的氫氣。在所有可獲得的氫氣枯竭之后，將通常出現來自地層的最小數量的流體產量。在烴熱解之后，大量碳和一些氫氣可能仍然存在于地層中。保留在地層中的明顯比例的碳可以以合成氣的形式從地層中產出。在圖1中描述的階段3加熱期間，可以出現合成氣生成。階段3可以包括將含烴地層加熱至足以使得合成氣生成的溫度。例如可以在約400-1200。C、約500-1100'C或者約550-1000'C的溫度范圍內生產合成氣。當將產生合成氣的流體加入地層時，地層的加熱部分的溫度決定了在地層中生產的合成氣的組成。可以通過生產井從地層中移出所產生的合成在熱解和合成氣生成期間，從含烴地層中生產的流體的總能量含量可以保持相對恒定。在相對低的地層溫度下的熱解期間，明顯比例的所生產的流體可以是具有高能量含量的可冷凝烴。然而在更高的熱解溫度下，較少的地層流體可以包括可冷凝的烴。可以從地層中生產更多的不可冷凝地層流體。在主要為不可冷凝地層流體的生成期間，每單位體積的所生產的流體的能量含量可能稍微降低。在合成氣產生期間，與熱解流體的能量含量相比，每單位體積的所生產的合成氣的能量含量明顯降低。然而，生產的合成氣的體積在許多情況下將明顯增加，由此補償降低的能量含量。圖2描述了用于處理含烴地層的原位熱處理系統一部分的實施方案的示意圖。原位熱處理系統可包括屏蔽井200。使用屏蔽井在處理區周圍形成屏蔽層。屏蔽層抑制流體流入和/或流出處理區。屏蔽井包括但不限于脫水井、真空井、捕集井、注射井、泥漿井、冷凍井或它們的組合。在一些實施方案中，屏蔽井200是脫水井。脫水井可除去液體水和/或抑制液體水進入待加熱的一部分地層內或者正在加熱的地層內。在圖2中描述的實施方案中，所示出的屏蔽井200僅沿熱源202的一邊延伸(但是屏蔽井通常圍繞全部所用的或待用的熱源202)以加熱地層的處理區。熱源202置于至少一部分地層內。熱源202可包括加熱器，例如絕緣導體、導管道內的導體加熱器、表面燃燒器、無火焰分布式燃燒器和/或自然分布式燃燒器。熱源202也可包括其它類型的加熱器。熱源202提供熱量到至少一部分地層以加熱地層內的烴。可通過供應管線204供應能量到熱源202。供應管線204在結構上可以不同，這取決于加熱地層所使用的一種熱源或多種熱源的類型。用于熱源的供應管線204可輸送用于電加熱器的電，可運輸用于燃燒器的燃料，或者可運輸在地層內循環的換熱流體。在一些實施方案中，用于原位熱處理法的電可通過核電站供應。使用核動力可減小或消除從原位熱處理法排放的二氧化碳。使用生產井206從地層中移出地層流體。在一些實施方案中，生產井206包括熱源。在生產井內的熱源可加熱在生產井處或其附近的地層的一個或多個部分。在一些原位熱處理法實施方案中，以每米生產井計，從生產井供應到地層內的熱量小于以每米熱源計從加熱地層的熱源施加到地層的熱量。從生產井施加到地層的熱量可通過汽化和移出鄰近生產井的液相流體增加鄰近生產井的地層滲透性，和/或通過地層的巨大和/或微小的裂縫增加鄰近生產井的地層滲透性。在一些實施方案中，生產井206中的熱源允許從地層移出地層流體的氣相。在生產井處或通過生產井提供熱量可以(l)當生產流體在上覆地層附近的生產井中移動時，抑制這些生產流體冷凝和/或回流，(2)增加輸入到地層中的熱量，(3)與沒有熱源的生產井相比，增加生產井的生產速率，(4)抑制生產井中高碳數化合物(C6和C6以上)的冷凝，和/或(5)增加生產井處或其附近地層的滲透性。地層的地下壓力可相當于地層中產生的流體的壓力。當地層加熱部分中的溫度升高時，由于產生的流體和水的汽化增加，加熱部分的壓力也增大。控制從地層中移出流體的速率可以允許控制地層中的壓力。在很多不同的位置可以確定地層的壓力，例如靠近或在生產井處、靠近或在熱源處或在監測井處。在一些含烴地層中，直到地層中的至少一些烴已經熱解，從地層中生產烴都是受抑制的。當地層流體具有選定的質量時，可以從地層中生產地層流體。在一些實施方案中，選定的質量包括API比重度至少為約20°、30°或40。。抑制生產直到至少一些烴熱解可以提高重質烴到輕烴的轉化率。抑制初期生產可以使從地層生產的重質烴最小化。大量重質烴的生產可能需要昂貴的設備和/或縮短生產設備的壽命。在達到熱解溫度和允許從地層生產之后，可以改變地層壓力以改變和/或控制生產的地層流體的組成，以控制地層流體中與不可冷凝流體相比可冷凝流體的百分比，和/或控制所生產的地層流體的API比重度。例如壓力下降可能導致生產更多的可冷凝流體組分。可冷凝流體組分可以包含更大百分比的烯烴。在一些原位熱處理法的實施方案中，地層中的壓力可以保持足夠高，以促進API比重度大于20。的地層流體的生產。在地層中保持增大的壓力可以抑制地層在原位熱處理中下沉。保持增大的壓力可以促進從地層中生產氣相流體。生產氣相可以允許用于輸送從地層中產生的流體的收集管的尺寸降低。保持增大的壓力可以減少或消除在地面將收集管內的流體輸送到處理設施時壓縮地層流體的需要。在地層的加熱部分保持增大的壓力可以驚人地允許生產大量質量提高和分子量相對低的烴。可以保持壓力，以使生產的地層流體具有最小量的選定碳數以上的化合物。選定碳數可以是最多25、最多20、最多12或最多8。一些高碳數化合物可以夾帶在地層中的蒸氣中，和可以與蒸氣一起從地層中移出。在地層中保持增大的壓力可以抑制蒸物和/或多環烴化合物。高碳數化合物和/或多環烴化合物可以在相當長的時期內在地層中保持液相。所述相當長的時由生產井206生產的地層流體可通過收集管道208輸送到處理設施210中。也可由熱源202生產地層流體。例如可由熱源202生產流體，以控制與熱源相鄰的地層內的壓力。由熱源202生產的流體可通過管線或管道輸送到收集管道208中，或者所生產的流體可通過管線或管道直接輸送到處理設施210中。處理設施210可包括處理所生產的地層流體用的分離單元、反應單元、提質單元、燃料電池、渦輪機、儲存容器和/或其它系統和單元。處理設施可由地層生產的至少一部分烴形成運輸燃料。在一些實施方案中，運輸燃料可以是噴氣燃料例如JP-8。限溫加熱器可以是具有固定結構的和/或可包括提供自動溫度限定性質的材料以限定加熱器于一定溫度下。在一些實施方案中，限溫加熱器中使用鐵磁材料。鐵磁材料可以自限定溫度于材料的居里溫度和/或相變溫度范圍下或者附近，從而當向材料施加隨時間變化的電流時，提供降低的熱量。在一些實施方案中，鐵磁材料自限定限溫加熱器的溫度于居里溫度和/或相變溫度范圍附近的選定溫度下。在一些實施方案中，選定的溫度在居里溫度和/或相變溫度范圍的約351C、約25'C、約20'C或約IO'C之內。在一些實施方案中，鐵磁材料與其它材料(例如強導電材料、高強度材料、耐腐蝕材料或它們的組合)耦合以提供多種電性能和/或機械性能，限溫加熱器的一些部分可能比限溫加熱器的其它部分具有更低的電阻(由于不同的構造和/或由于使用不同的鐵磁和/或非鐵磁材料所引起)。使限溫加熱器具有不同材料和/或尺寸的部分允許從加熱器的各部分調控出所需的熱輸出。限溫加熱器可比其它加熱器更可靠。限溫加熱器可能不易于因為地層中的熱點而產生故障或中止運行。在一些實施方案中，限溫加熱器允許基本均勻地加熱地層。在一些實施方案中，沿加熱器的整個長度上，限溫加熱器能夠通過在更高的平均熱輸出下運行而更有效地加熱地層。如果沿加熱器任意點的溫度超出或將要超出加熱器的最大操作溫度時，因為無需在整個加熱器上降低提供至加熱器的功率(就象典型的恒定功率加熱器的情況)，所以沿加熱器的整個長度上限溫加熱器在更高的平均熱輸出下運行。無需控制調整施加到加熱器的隨時間變化的電流，接近加熱器居里溫度和/或相變溫度范圍的限溫加熱器部分的熱輸出自動降低。由于限溫加熱器部分的電性能(例如電阻)的變化，熱輸出自動降低。因此，在更大部分的加熱過程期間，通過限溫加熱器提供更大的功率。在一些實施方案中，包括限溫加熱器的系統初始提供第一熱輸出和隨后當限溫加熱器由隨時間變化的電流提供能量時提供接近、等于或高于加熱器的電阻性部分的居里溫度和/或相變溫度范圍的降低的熱輸出(第二熱輸出)。第一熱輸出是在低于限溫加熱器開始自限定的溫度下的熱輸出。在一些實施方案中，第一熱輸出是在比限溫加熱器中鐵磁材料的居里溫度和/或相變溫度范圍低約50'C、約75°C、約100'C或約125T的溫度下的熱輸出。可通過在井口供應的隨時間變化的電流(交流電或調制的直流電)向限溫加熱器提供能量。井口可包括用于向限溫加熱器提供能量的電源和其它組件(例如調制組件、變壓器和/或電容器)。限溫加熱器可為用于加熱一部分地層的多個加熱器中的一個。在一些實施方案中，限溫加熱器包括當向導體施加隨時間變化的電流時，作為趨膚效應或鄰近效應加熱器運行的導體。趨膚效應限定了電流穿入導體內部的深度。對于鐵磁材料，趨膚效應受控于導體的磁導率。鐵磁材料的相對磁導率通常為10-1000(例如鐵磁材料的相對》茲導率通常為至少10和可為至少50、100、500和1000或更大)。隨著鐵磁材料的溫度提升到高于居里溫度或相變溫度范圍和/或隨著施加的電流增加，鐵磁材料的磁導率明顯下降和趨膚深度迅速增大(例如趨膚深度隨著磁導率的平方根反比增大)。磁導率的降低和/或隨著所施加的電流增加，導致接近、等于或高于居里溫度、相變溫度范圍的導體的AC或調制的DC電阻降低。當限溫加熱器被基本恒定的電流源驅動時，接近、到達或高于居里溫度和/或相變溫度范圍的加熱器部分可具有降低的散熱。不處于或不接近居里溫度和/或相變溫度范圍的限溫加熱器部分可受控于允許加熱器由于較高的電阻栽荷而具有高散熱的趨膚效應力P熱。居里溫度加熱器已在焊接設備、用于醫學應用的加熱器和用于烘箱的加熱元件(例如比薩餅烘箱)中進行使用。Lamome等人的美國專利No.5，579，575、Henschen等人的美國專利No.5，065，501和Yagnik等人的美國專利No.5,512,732中公開了一些這樣的應用。Whitney等人的美國專利No.4,849,611描述了多個分離的、間隔的包括無功組件、電阻加熱組件和溫度響應組件的加熱單元。使用限溫加熱器加熱地層中的烴的優勢是選擇具有在所需操作溫度范圍內的居里溫度和/或相變溫度范圍的導體。在所需操作溫度范圍內操作允許將充分的熱量注入地層中，同時維持限溫加熱器和其它設備的溫度低于設計極限溫度。設計極限溫度是例如腐蝕、蠕變和/或變形的性質受到負面影響的溫度。限溫加熱器的溫度限定性質抑制鄰近地層中低熱導率"熱點"的加熱器的過熱或燒毀。在一些實施方案中，限溫加熱器可降低或控制熱輸出和/或取決于加熱器中所使用的材料承受在高于25。C、37°C、IO(TC、250。C、500。C、700X:、800"C、900'C或更高至1131'C的溫度下的加熱。因為無需限定輸入限溫加熱器的能量以與鄰近加熱器的低熱導率區域相匹配，所以限溫加熱器允許比恒定功率加熱器將更多的熱量注入地層中。例如GreenRiver油母頁巖的最低儲量油母頁巖層的熱導率和最高儲量油母頁巖層的熱導率之間的差值至少為3倍。當加熱該地層時，與受低熱導率層的溫度限制的常規加熱器相比，限溫加熱器明顯向地層輸入更過的熱量。沿常規加熱器整個長度的熱輸出需要與低熱導率層相匹配使得加熱器在低熱導率層不會過熱和燒毀。限溫加熱器鄰近在高溫下的低熱導率層的熱輸出將會降低，但是不在高溫下的限溫加熱器的剩余部分仍然將提供高的熱輸出。因為用于加熱烴地層的加熱器通常具有較長的長度(例如至少10m、100m、300m、500m、1km或者多至約10km)，所以限溫加熱器的主要長度可在低于居里溫度下操作，同時僅有部分在或接近限溫加熱器的居里溫度和/或相變溫度范圍下操作。使用限溫加熱器允許有效向地層傳遞熱量。有效傳遞熱量允許將地層加熱至所需溫度所需的時間減小。例如在GreenRiver油母頁巖中，當使用常規恒定功率加熱器的12m加熱器井距時，熱解通常需要加熱9.5年-10年。對于相同的加熱器間距，限溫加熱器可允許更大的平均熱輸出，同時維持加熱器設備溫度低于設備的設計極限溫度。由于限溫加熱器比恒定功率加熱器提供更大的平均熱輸出，地層中的熱解可在更早的時間發生。例如在GreenRiver油母頁巖中，當^f吏用12m加熱器井距的限溫加熱器時，熱解可在5年內發生。限溫加熱器抵消了因為不準確的井距或鉆井使加熱器井靠得過緊而產生的熱點。在一些實施方案中，限溫加熱器允許對于間距過遠的加熱器井隨時間輸出增大的功率，或允許離得過近的加熱器井隨時間輸出受限定的功率。限溫加熱器也向鄰近上覆地層和下伏地層的區域提供更大的功率以補償這些區域中的溫度損失。限溫加熱器可有利地用于多種地層中。例如在含重質烴的焦油砂地層或相對可滲透地層中，可使用限溫加熱器以提供可控的低溫輸出以在井孔處或鄰近井孔處或者在地層中降低流體的粘度、使流體流動和/或提高流體的徑向流動。可使用限溫加熱器以抑制由于鄰近地層的井孔區域的過熱而引起的過度焦化地層。在一些實施方案中，使用限溫加熱器消除或減低了昂貴的溫度控制電路的需求。例如使用限溫加熱器消除或減低了進行井溫測量的需求和/或使用加熱器上的固定熱電偶以監控在熱點處的潛在過熱的需求。在一些實施方案中，限溫加熱器中所用材料的相變(例如結晶相變或晶體結構的變化)改變了加熱器發生自限定的選定溫度。限溫加熱器中所用的材料可能發生降低鐵磁材料的磁導率的相變(例如從鐵氧體轉變成奧氏體)。該磁導率的降低與由于鐵磁材料在居里溫度下的磁躍遷引起的磁導率降低相類似。居里溫度是鐵磁材料的鐵氧體相的磁躍遷溫度。磁導率的降低導致限溫加熱器在接近、等于或高于鐵磁材料的相變溫度和/或居里溫度的AC或調制的DC電阻的降低。鐵磁材料的相變可在一定溫度范圍內發生。相變的溫度范圍取決于鐵磁材料和可在約5'C-約20(TC的范圍內變化。因為相變在一定溫度范圍內發生，所以由于相變引起的磁導率的降低在一定溫度范圍內發生。磁導率的降低也可在相變溫度范圍內滯后發生。在一些實施方案中，鐵磁材料相變回較低溫度相比相變成較高溫度相慢(例如從奧氏體轉變回鐵氧體比鐵氧體轉變成奧氏體慢)。在加熱器電阻因高溫降低后，相變回較低溫度相速度較慢可導致加熱器在等于或接近相變溫度范圍下滯后運行從而使加熱器緩慢增加到更高的電阻值。在一些實施方案中，當溫度接近鐵磁材料的居里溫度時，相變溫度范圍與磁導率的降低交疊。與單獨由于溫度接近居里溫度引起磁導率的降低相比，所述交疊可使電阻相對于溫度更快下降。所述交疊也可導致限溫加熱器在接近居里溫度和/或在相變溫度范圍內的滯后行為。在一些實施方案中，因相變引起的滯后運行比因在居里溫度下的磁躍遷引起的磁導率的降低轉變更平滑。所述更平滑的轉變比在居里溫度下更迅速的轉變更易于控制(例如使用與電源相互作用的過程控制裝置的電力控制)。在一些實施方案中，對限溫加熱器中使用的選定冶金方法，居里溫度在相變范圍中。在由于居里溫度下的磁性質的降低而引起的迅速的和確定的轉變之外，該現象向限溫加熱器提供了相變的平滑轉變性質。該限溫加熱器可以是易于控制的(由于相變)，同時提供一定的溫度極限(由于迅速的居里溫度轉變)。限溫加熱器中使用相變溫度范圍代替居里溫度和/或同時使用相變溫度范圍和居里溫度增加了可用于限溫加熱器的冶金方法的數目和范圍。在一些實施方案中，向鐵磁材料中加入合金以調節相變的溫度范圍。例如向鐵磁材料中加入碳可增大相變溫度范圍和降低相變出現的溫度。向鐵磁材料中加入鈦可增大相變出現的溫度和降低相變溫度范圍。可調節合金組成以向鐵磁材料提供所需的居里溫度和相變性質。可基于鐵磁材料的所需性質選擇鐵磁材料的合金組成(例如但不限于磁導率轉變溫度或溫度范圍，電阻相對于溫度的曲線或功率輸出)。當向410不銹鋼加入鈷將鐵氧體至奧氏體的相變溫度范圍提高到大于或遠大于鐵磁材料的居里溫度的溫度范圍時，加入鈦可獲得更高的居里溫度。在一些實施方案中，與標準加熱器相比，生產或制造限溫加熱器更經濟。典型的鐵磁材料包括鐵、碳鋼或鐵氧體不銹鋼。與在絕緣導體(礦物絕緣電纜)加熱器中通常使用的鎳基加熱和金(例如尼克洛姆鎳鉻耐熱合金，KanthalTM(Bulten-KanthalAB，瑞典)和/或L0HMTM(Driver—HarrisCompany,Harrison,NewJersey,美國)相比，該材料是便宜的。在限溫加熱器的一個實施方案中，限溫加熱器以連續長度制造成絕緣導體加熱器以降低成本和改進可靠性。圖3-12描述了限溫加熱器的多種實施方案。在這些圖的任一張圖中所描述的限溫加熱器實施方案的一個或多個特征可與這些圖中所描述的其它限溫加熱器實施方案的一個或多個特征相結合。在本文所述的一些實施方案中，設計限溫加熱器的尺寸以在60HzAC的頻率下運行。應理解可調節本文所述的那些限溫加熱器的尺寸以在其它AC頻率下或使用調制的DC電流以相似方式操作。圖3描述了限溫加熱器的一個實施方案的剖面圖示例，所述限溫加熱器具有含鐵磁段和非鐵磁段的外部導體。圖4和5描述了圖3中所示實施方案的橫向剖面圖。在一個實施方案中，鐵磁段212用于向地層的烴層提供熱量。非鐵磁段214用于地層的上覆地層中。非鐵磁段214向上覆地層提供少量熱量或不提供熱量，因此抑制上覆地層中的熱損耗和改進加熱器效率。鐵磁段212包括鐵磁材料例如409不銹鋼或410不銹鋼。鐵磁段212厚度為0.3cm。非鐵磁段214是厚度為0.3cm的銅。內部導體216是銅。內部導體216直徑為0.9cm。電絕緣體218是氮化硅、氮化硼、氧化鎂粉末或另一適合的絕緣材料。電絕緣體218的厚度為0.lcm-O.3cm。圖6描述了限溫加熱器的一個實施方案的剖面圖示例，所述限溫加熱器具有放置于護套中的含鐵磁段和非鐵磁段的外部導體。圖7、8和9描述了圖6中所示實施方案的橫向剖面圖。鐵磁段212是厚度為0.6cm的410不銹鋼。非鐵磁段214是厚度為0.6cm的銅。內部導體216是直徑為0.9cm的銅。外部導體220包括鐵磁材料。外部導體220在加熱器的上覆地層段提供一些熱量。在上覆地層中提供一些熱量抑制上覆地層中流體的冷凝或回流。外部導體220是外徑為3.Ocm和厚度為0.6cm的409、410或446不銹鋼。電絕緣體218包含厚度為0.3cm的致密氧化鎂粉末。在一些實施方案中，電絕緣體218包含氮化硅、氮化硼或六方型氮化硼。導電段222可使內部導體216與鐵I茲段212和/或外部導體220耦連。對于其中鐵磁導體提供大部分低于居里溫度和/或相變溫度范圍的電阻性熱輸出的限溫加熱器，大部分電流流經具有相對于磁感應強度(B)為高度非線性函數的磁場(H)性質的材料。這些非線性函數可引起強烈的誘導效應和失真，所述強烈的誘導效應和失真導致限溫加熱器在低于居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度下的功率因數下降。這些作用可使供應到限溫加熱器的電力難于控制和可導致另外的電流流經表面和/或上覆地層電源導體。昂貴的和/或難于進行控制的系統例如可變電容器或調制電源可用于補償這些影響和控制其中通過電流流經鐵磁材料提供大部分電阻性熱輸出的限溫加熱器。在一些限溫加熱器實施方案中，當限溫加熱器低于或接近鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍時，鐵磁導體限定了電流大部分流向與鐵磁導體耦連的電導體。電導體可以是護套、夾套、支撐構件、耐腐蝕構件或其它電阻性構件。在一些實施方案中，鐵磁導體限定了電流大部分流向位于最外層和鐵磁導體之間的電導體。鐵磁導體位于限溫加熱器的橫截面中，使得鐵磁導體在等于或低于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍下的磁性能限定電流大部分流向電導體。由于鐵磁導體的趨膚效應，限定電流大部分流向電導體。因此，在加熱器大部分運行范圍內，電流大部分流經具有基本線性電阻性能的材料。在一些實施方案中，鐵磁導體和電導體位于限溫加熱器的橫截面或相變溫度范圍的溫度下電導體和鐵磁導體中電流的穿透深度。因此，在至多等于或接近鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度的溫度下，電導體提供限溫加熱器大部分電阻性熱輸出。在一些實施方案中，可選取電導體的尺寸以提供所需的熱輸出特性。因為電流大部分流經低于居里溫度和/或相變溫度范圍的電導體，限溫加熱器的電阻相對于溫度的曲線至少部分反映了電導體中材料的電阻相對于溫度的曲線。因此，如果電導體中材料的電阻相對于溫度的曲線是基本線性的，則限溫加熱器的電阻相對于溫度的曲線在低于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍時是基本線性的。直至溫度接近居里溫度和/或相變溫度范圍之前，限溫加熱器的電阻很少取決于或不取決于流經加熱器的電流。在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時，電流大部分流經電導體而不是鐵磁導體。對于其中電流大部分在導體中流過的限溫加熱器，電阻相對于溫度的曲線也趨向于表現出電阻在接近或等于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍時迅速降低。因為正流經鐵磁材料的電流很少，所以電阻在接近或等于居里溫度和/或相變溫度范圍時迅速降低可能比電阻在接近居里溫度和/或相變溫度范圍時逐漸降低更易于控制。在一些實施方案中，選取電導體中的材料和/或材料的尺寸使得限溫加熱器具有在低于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍時所需的電阻相對于溫度的曲線。其中在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時電流大部分在電導體中流過而不是在鐵磁導體中流過的限溫加熱器更易于進行預測和/或控制。其中在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時電流大部分在電導體中流過而不是在鐵磁導體中流過的限溫加熱器的性能可通過例如該限溫加熱器電阻相對于溫度的曲線和/或該限溫加熱器功率因數相對于溫度的曲線進行預測。電阻相對于溫度的曲線和/或功率因數相對于溫度的曲線可通過例如評估限溫加熱器性能的實驗測量、評估或預測限溫加熱器性能的解析式和/或評估或預測限溫加熱器性能的模擬進行評估或預測。在一些實施方案中，使用經評估或預測的限溫加熱器的性能以控制限溫加熱器。在加熱器運行期間，可基于對電阻和/或功率因數的測量(評估)控制限溫加熱器。在一些實施方案中，在加熱器運行期間，基于對加熱器電阻和/或功率因數的評估以及該評估相對于經預測的加熱器性能之間的比較控制供應至限溫加熱器的功率或電流。在一些實施方案中，對限溫加熱器的控制無需測量加熱器的溫度或加熱器附近的溫度。無需溫度測量的對限溫加熱器的控制消除了與井下溫度測量有關的操作成本。與基于所測得的溫度控制加熱器相比，基于加熱器電阻和/或功率因數的評估控制限溫加熱器也減少了用于調節供應至加熱器的功率或電流的時間。隨著限溫加熱器的溫度接近或超出鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍，鐵磁導體鐵磁性能的降低允許電流流經限溫加熱器導電截面的更大部分。因此，在等于或接近鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍時，限溫加熱器的電阻降低和限溫加熱器自動提供降低的熱輸出。在一些實施方案中，將強導電構件與鐵磁導體和電導體耦連以在等于或接近鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍時降低限溫加熱器的電阻。該強導電構件可以是銅、鋁、鎳或它們的合金的內部導體、芯或其它導電構件。與在高至或接近居里溫度和/或相變溫度范圍時使用鐵磁導體以提供大部分電阻性熱輸出的限溫加熱器中的鐵磁導體相比，在低于居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度下限定電流大部分流向電導體的鐵磁導體可具有相對小的橫截面。與其中在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時通過鐵磁材料提供大部分電阻性熱輸出的限溫加熱器相比，因為流經鐵磁導體的電流減少，所以在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時使用電導體以提供大部分電阻性熱輸出的限溫加熱器在低于居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度下具有較低的磁感應系數。在鐵磁導體半徑(r)處的磁場(H)與流經鐵磁導體和芯的電流(I)除以半徑的商成正比，或者(1)HocI/r。因為對于在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時使用外部導體以提供大部分電阻性熱輸出的限溫加熱器而言，僅有一部分電流流經鐵磁導體，所以限溫加熱器的磁場可明顯小于其中大部分電流流經鐵磁材料的限溫加熱器的磁場。小磁場的相對磁導率(y)可以是較大的。鐵磁導體的趨膚深度(5)與相對磁導率(")的平方根成反比(2)5"1/m)"2。增大相對磁導率降低鐵磁導體的趨膚深度。然而，因為在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時僅有一部分電流流經鐵磁導體，所以對于具有較大的相對磁導率的鐵磁材料，可減少鐵磁導體的半徑(或厚度)以補償降低的趨膚深度，同時仍然允許趨膚效應在低于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度下限定電流對電導體的穿透深度。取決于鐵磁導體的相對磁導率，鐵磁導體的半徑(厚度)可以是0.3-8mm、0.3-2mm或2-4mm。因為鐵磁材料的成本通常是限溫加熱器成本的重要部分，所以降低鐵磁導體的厚度降低了制造限溫加熱器的成本。對于器:增:口鐵磁導體的相對磁導率提供了^更高的調節比和更迅速的電;且下降。具有高相對磁導率(例如至少200、至少1000、至少lxl(T或至少lxl()S)和/或高居里溫度(例如至少600X:、至少700。C或至少800匸)的鐵磁材料(例如純化的鐵或鐵-鈷合金)在高溫下通常具有較低的耐腐蝕性和/或較低的機械強度。電導體可向限溫加熱器提供在高溫下的耐腐蝕性和/或高機械強度。因此，鐵磁導體可以主要根據其鐵磁性質選擇。在低于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍時限定電流大部分流向電導體降低了功率因數的變化。因為在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時僅有一部分電流流經鐵磁導體，所以除去在等于或接近居里溫度和/或相變溫度范圍之外，鐵磁導體的非線性鐵磁性質對限溫加熱器的功率因數產生很小的影響或不產生影響。與其中鐵磁導體在低于居里溫度和/或相變溫度范圍時提供大部分電阻性熱輸出的限溫加熱器相比，甚至在等于或接近居里溫度和/或相變溫度范圍時，對功率因數的影響降低。因此，較少需要或不需要外部補償(例如可變電容器或波形調整)以調節限溫加熱器的電感負栽的變化，從而維持相對高的功率因數。圖IO描述了限溫加熱器的實施方案，其中支撐構件提供低于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍的大部分熱輸出。芯226是限溫加熱器的內部導體。在一些實施方案中，芯226是強導電材料，例如銅或鋁。在一些實施方案中，芯226是提供機械強度和良好的導電性的銅合金例如彌散強化的銅。在一個實施方案中，芯226是Glidcopa(SCMMetalProducts,Inc.，ResearchTrianglePark,NorthCarolina,美國)。鐵磁導體228是電導體232和芯226之間的鐵磁材料薄層。在一些實施方案中，電導體232也是支撐構件230。在一些實施方案中，鐵磁導體228是鐵或鐵合金。在一些實施方案中，鐵磁導體228包括具有高相對磁導率的鐵磁材料。例如鐵磁導體228可以是純化的鐵例如Armco鐵錠(AKSteelLtd.，英國)。含有一些雜質的鐵的相對磁導率通常近似為400。通過在1450'C下于氫氣(H2)中使鐵退火而純化鐵增大了鐵的相對磁導率。增大鐵磁導體228的相對磁導率允許鐵磁導體的厚度降低。例如未純化的鐵的厚度可以是約4.5mm，而純化后的鐵的厚度是約0.76mm。在一些實施方案中，電導體232對鐵磁導體228和限溫加熱器提供支撐。電導體232可由在接近或高于鐵磁導體228的居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度下提供良好的機械強度的材料制得。在一些實施方案中，電導體232是耐腐蝕構件。電導體232(支撐構件230)可向鐵磁導體228提供支撐和提供耐腐蝕性。電導體232由在高至和/或高于鐵磁導體228的居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度下提供所需電阻性熱輸出的材料制得。在一個實施方案中，電導體232是347H不銹鋼。在一些實施方案中，電導體232是其它導電、良好的機械強度、耐腐蝕的材料。例如電導體232可以是304H、316H、347HH、NF709、Incoloy800H合金(IncoAlloysInternational,Huntington,WestVirginia,美國)，HaynesHR120⑧合金或Inconel617合金。在一些實施方案中，在限溫加熱器不同部分中，電導體232(支撐構件230)包括不同合金。例如下部的電導體232(支撐構件230)是347H不銹鋼和上部的電導體(支撐構件)是NF709。在一些實施方案中，在電導體(支撐構件)不同部分中使用不同的合金以增大電導體(支撐構件)的機械強度，同時維持限溫加熱器所需的加熱性能。在一些實施方案中，在限溫加熱器不同部分中，鐵磁導體228包括不同的鐵磁導體。在限溫加熱器不同部分中可使用不同的鐵磁導體以改變居里溫度和/或相變溫度范圍和因此改變不同部分中的最大操作溫度。在一些實施方案中，限溫加熱器上部的居里溫度比加熱器下部的居里溫度低。上部的較低居里溫度增大了加熱器上部的蠕變-斷裂強度壽命。在圖IO所述的實施方案中，設計鐵磁導體228、電導體232和芯226的尺寸使得當溫度低于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍時，鐵磁導體的趨膚深度限定大部分電流流向支撐構件的穿透深度。因此，電導體232在高至等于或接近鐵磁導體228的居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度下提供限溫加熱器的大部分電阻性熱輸出。在一些實施方案中，圖10中所述的限溫加熱器(例如外徑為3cm、2.9cm、2.5cm或更小)小于其它不使用電導體232提供大部分電阻性熱輸出的限溫加熱器。圖10中所述的限溫加熱器可以是較小的，這是因為鐵磁導體228與其中通過鐵磁導體提供大部分電阻性熱輸出的限溫加熱器所需的鐵磁導體的尺寸相比是較薄的。在一些實施方案中，在限溫加熱器中支撐構件和耐腐蝕構件是不同的構件。圖11和12描述了限溫加熱器的實施方案，其中夾套提供低于鐵磁導體的居里溫度和/或相變溫度范圍的大部分熱輸出。在這些實施方案中，電導體232是夾套224。設計電導體232、鐵磁導體228、支撐構件230和芯226(圖11中)或內部導體216(圖12中)的尺寸，使得鐵磁導體的趨膚深度限定大部分電流流向夾套的厚度的穿透深度。在一些實施方案中，電導體232是耐腐蝕和在低于鐵磁導體228的居里溫度和/或相變溫度范圍時提供電阻性熱輸出的材料。例如電導體232是825不銹鋼或347H不銹鋼。在一些實施方案中，電導體232厚度較小(例如約為0.5mm)。在圖11中，芯226是強導電材料例如銅或鋁。支撐構件230是347H不銹鋼或其它在等于或接近鐵磁導體228的居里溫度和/或相變溫度范圍時具有良好的機械強度的材料。在圖12中，支撐構件230是限溫加熱器的芯和是347H不銹鋼或其它在等于或接近鐵磁導體228的居里溫度和/或相變溫度范圍時具有良好的機械強度的材料。內部導體216是強導電材料例如銅或鋁。實施例下面給出非限定性實施例。圖13描述了相對于鐵合金TC3(0.lwt。/。碳，5wt'/。鈷，12wt。/。鉻，0.5wt。/。錳，0.5wt。/。硅)的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。曲線234描述了鐵氧體相的wt%。曲線236描述了奧氏體相的wt%。箭頭指向合金的居里溫度。如圖13中所示，對于該合金，相變靠近居里溫度但未與居里溫度交疊。圖14描述了相對于鐵合金FM-4(0.lwty。碳，5wt。/。鈷，0.5wt。/。錳，0.5wt。/。硅)的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。曲線238描述了鐵氧體相的wty。。曲線240描述了奧氏體相的wt%。箭頭指向合金的居里溫度。如圖14中所示，對于該合金，合金中沒有鉻時相變增寬，和相變與居里溫度交疊。使用計算熱力學軟件(從Thermo-CalcSoftware,Inc.(McMurray，PA，美國)獲得的ThermoCalc，和從SenteSoftware,Ltd.(Guildford,英國)獲得的JMatPro)計算鈷、碳、錳、硅、釩和鈦的多種混合物的居里溫度(T。)和相變行為，以預測另外的元素對選定的組合物的居里溫度的作用、鐵氧體轉變成順磁性奧氏體的溫度(A,)和在那些溫度下存在的相。在所有的計算中使用為700。C的平衡計算溫度以測定鐵氧體的居里溫度。如表1中所示，隨著組合物中鈷的wt。/。增加，T。增大和A,減小；然而T。仍然高于A"在充分添加碳化物形成物釩、鈦、鈮、鉭和鴒時可預測A,溫度的增加。例如含約0.lwt。/。碳的合金中可使用約0.5wt。/。的碳化物形成物。添加碳化物形成物允許用MC碳化物相替換Fe3C碳化物相。根據計算，過量的釩看來不會對T。產生影響，而過量的其它碳化物形成物降低Tc。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>組成(wtVn，余量為Fe)計算結果<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>制備幾種鐵-鈷合金，表2中給出了它們的組成。這些鑄造合金被加工成棒狀和絲狀，和列出了棒狀合金的測量和計算T"因為在加熱和冷卻期間未觀測到不可逆的滯后效應，所以使用冷卻和加熱T。測量的平均值。如表2中所示，計算T。和測量T。的一致性是可接受的。通過其中用試樣材料纏繞螺繞環的螺繞環技術獲得測量T。。沿長度的一半附有熱電偶。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>圖15描述了幾種鐵合金的居里溫度(水平直方圖)和相變溫度范圍(填充有斜線的豎直直方圖)。欄242表示FM-2鐵-鈷合金。欄244表示FM-4鐵-鈷合金。欄246表示FM-6鐵-鈷合金。欄248表示FM-8鐵-鈷合金。欄250表示含鈷的TC1410不銹鋼合金。欄252表示含鈷的TC2410不銹鋼合金。欄254表示含鈷的TC3410不銹鋼合金。欄256表示含鈷的TC4410不銹鋼合金。欄258表示含鈷的TC5410不銹鋼合金。如圖15中所示，鐵-鈷合金(FM-2，FM-4，FM-6，FM-8)具有與居里溫度交疊的較大相變溫度范圍。含鈷的410不銹鋼合金(TC1，TC2，TC3，TC4，TC5)具有較小的相變溫度范圍。TC1、TC2和TC3的相變溫度范圍高于居里溫度。TC4的相變溫度范圍低于居里溫度。因此，使用TC4的限溫加熱器可以自限定于低于TC4的居里溫度的溫度。圖16-19描述了向鐵-鈷合金添加合金的影響。圖16和17描述了向鐵-鈷合金添加碳的影響。圖18和19描述了描述了向鐵-鈷合金添加鈦的影響。圖16描述了相對于含有5.63wt。/。鈷和0.4wt。/。錳的鐵-鈷合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。曲線260描述了鐵氧體相的wt、曲線262描述了奧氏體相的wt°/。。箭頭指向合金的居里溫度。如圖16中所示，對于該合金，相變接近居里溫度但未與居里溫度交疊。圖17描述了相對于含有5.63wt。/。鈷、0.4wt。/。錳和0.01%碳的鐵-鈷合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。曲線264描述了鐵氧體相的wtl曲線266描述了奧氏體相的wt%。箭頭指向合金的居里溫度。如圖16和17中所示，隨著向合金添加碳，相變增寬，和相變在更低的溫度下開始出現。因此，可向鐵合金添加碳以降低相變的出現溫度和增寬相變的溫度范圍。圖18描述了相對于含有5.63wt。/。鈷、0.4w"/。錳和0.085%碳的鐵-鈷合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的w"的實驗計算。曲線268描述了鐵氧體相的wt、曲線270描述了奧氏體相的wt%。箭頭指向合金的居里溫度。如圖18中所示，相變與居里溫度交疊。圖19描述了相對于含有5.63wt。/。鈷、0.4wt。/。錳、0.085%碳和0.4%鈦的鐵-鈷合金的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。曲線272描述了鐵氧體相的wt%。曲線274描述了奧氏體相的wt°/。箭頭指向合金的居里溫度。如圖18和19中所示，隨著向合金添加鈦，相變變窄，和相變在更高的溫度下開始出現。因此，可向鐵合金添加鈦以升高相變的出現溫度和使相變的溫度范圍變窄。圖20描述了相對于410不銹鋼型合金(12wt。/。鉻，0.lwt。/。碳，0.5wt%錳，0.5wt。/。硅，余量為鐵)的溫度的鐵氧體和奧氏體相的wt。/。的實驗計算。曲線276描述了鐵氧體相的w"/。。曲線278描述了奧氏體相的wt%。箭頭指向合金的居里溫度。如圖20中所示，隨著鉻的添加，居里溫度降低。使用計算熱力學軟件(ThermoCalc和JMatPro)計算鈷、碳、錳、硅、釩、鉻和鈦的多種混合物的居里溫度和相變行為，以預測其它元素對選定的組合物的居里溫度(T。)的作用和鐵氧體轉變成順磁性奧氏體的溫度(AJ。在所有計算中使用7001C的平衡計算溫度。如表3中所示，隨著組合物中鈷的wt。/。增加，Te增大和&減小。如表3中所示，添加釩和/或鈦增大A"添加釩可允許在居里加熱器中使用更大量的鉻。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>組成(wt。/n，余量為Fe)<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage38</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage39</column></row><table>權利要求1.一種加熱器，包括鐵磁導體；和電導體，所述電導體與所述鐵磁導體電耦連；其中設計加熱器以在較低溫度下提供第一熱量，和設計加熱器以當加熱器達到選定溫度或進入選定溫度范圍時提供減少的第二熱量，其中在所述選定溫度或選定溫度范圍下鐵磁導體發生相變。2.權利要求l的加熱器，其中所述鐵磁導體相對于外部電導體設置，使得通過鐵磁導體中隨時間變化的電流流動所產生的電磁場限定在低于或接近所述選定溫度的溫度下大部分電流流向外部電導體。3.權利要求1或2的加熱器，其中所述電導體在高至近似鐵磁導體相變的選定溫度或選定溫度范圍的溫度下提供加熱器的大部分電阻性熱輸出。4.權利要求l-3任一項的加熱器，其中所述相變包括結晶相變。5.權利要求1-4任一項的加熱器，其中所述相變包括鐵磁材料晶體結構的變化。6.權利要求1-5任一項的加熱器，其中所述相變包括鐵磁導體從鐵氧體轉變成奧氏體。7.權利要求1-6任一項的加熱器，其中所述加熱器自限定于接近相變溫度或相變溫度范圍的溫度。8.權利要求l-7任一項的加熱器，其中所述相變是可逆的。9.權利要求1-8任一項的加熱器，其中鐵磁材料的居里溫度在鐵磁材料的相變溫度范圍內。10.權利要求l-9任一項的加熱器，其中所述鐵磁導體包含設計用于調節鐵磁導體的所述選定溫度或選定溫度范圍的附加材料。11.權利要求10的加熱器，其中設計所述附加材料以調節相變溫度范圍的寬度。12.權利要求1-11任一項的加熱器，其中所述加熱器的調節比為至少2:1。13.權利要求1-12任一項的加熱器，其中設計加熱器以向含烴地層中的含烴層提供熱量，使得熱量從加熱器傳遞到含烴層中的烴從而使含烴層中的至少一些烴流動。14.一種4吏用沖又利要求1-13任一項的加熱器加熱地下地層的方法，該方法包括向加熱器提供電流以向至少一部分地下地層提供熱量。15.權利要求14的方法，其中地下地層包含烴，所述方法還包括使熱量傳遞到地層，使得地層中至少一些烴熱解。16.權利要求14或15的方法，還包括從地層生產流體。17.—種包含使用權利要求1-13任一項的加熱器或使用權利要求14-16任一項的方法從地下地層生產的烴的組合物。18.—種包含從權利要求17的組合物生產的烴的運輸燃料。全文摘要一種加熱器包括鐵磁導體和電導體。所述電導體與所述鐵磁導體電耦連。所述加熱器在較低溫度下提供第一熱量。當加熱器達到選定溫度或進入選定溫度范圍時，其可提供第二降低的熱量，其中在所述選定溫度或選定溫度范圍下鐵磁導體發生相變。文檔編號E21B36/00GK101454536SQ200780014245公開日2009年6月10日申請日期2007年4月20日優先權日2006年4月21日發明者J·A·小霍頓,J·M·維泰克,M·P·布雷迪申請人:國際殼牌研究有限公司