[发明专利]包括在太阳能增强材料回收中用于能量存储/释放的相变和/或反应材料，以及相关的系统和方法

说明书

所公开的技术包括将太阳能转换成热能并传送用于在过程中使用的热。典型的方法包括将太阳能传递至工作流体，并将能量从工作流体转移至安置在加热井内的加热元件。加热井包含热能存储物质(TESS)。控制器控制与TESS热连通的加热元件。在一些实施方式中，TESS释放并吸收作为潜热的热，这减少了加热井与加热井周围地层之间热交换中的温度变化。在这样的实施方式中，TESS安置在加热元件和加热井的外套管之间。除加热井之外，所公开的技术可应用于涉及热传送的其他过程。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月13日提交的美国临时申请第62/255,247的优先权，其通过引用并入本文中。

技术领域

本发明技术通常涉及用于太阳能提高石油采收率的相变和/或反应材料以及相关的系统和方法。

背景技术

蒸馏是一种包括加热油页岩的不断发展的工业方法。油页岩是含有油母岩质(kerogen)的细粒沉积岩。作为蒸馏过程的一部分，油母岩质可在地上或地下进行加热。在高温下，油页岩中的油母岩质发生化学反应并转化为烃气体和液体。烃气体和液体是蒸馏过程中具有价值的产物。

用于蒸馏的系统和方法可在非原位或原位下进行。在非原位过程中，在油页岩开采后，油页岩通常在地面上的容器中进行加热及处理。在原位过程中，油页岩通常在地下进行加热，加热过程的产物通过生产井来提取。对于非原位和原位蒸馏过程来说，两者都需要大量的热能。非原位蒸馏过程通常需要所得气体和油中所含热能的约25％，而原位蒸馏过程通常需要所得气体和油中所含热能的约50％。

图1提供了根据现有技术的原位蒸馏过程的概况。加热井1010a-b将多年的热量传送至含油母岩质(kerogen-bearing)的地层1020a-b(统称为“地层”)。加热井1010a-b可将地层1020a-b加热第一段时间(例如，几年)。加热之后，生产井1030将转化/释放的烃产物传送至地面。虽然图1中未示出，但可以使用垂直井和水平井。加热井中的热源可以为电能(位于井中的电加热元件，由地面处的发电机提供电能)或直热(在井内循环的传热液体或气体，由地面上的设备进行加热)。而且，虽然图1中未示出，但是加热井1010a-b最初可以将地层加热数年，并在一段时间后，加热井1010a-b可转化为生产井。

原位过程面临与加热地层1020a-b相关的一些挑战。例如，非均匀地加热地层1020a-b的加热井可能导致不良的反应，包括过度的焦化或所产生的烃分子的平均质量的不良偏移。不一致的空间热通量(spatial heat flux)可能导致“冷点”和“热点”，其中在“冷点”处转化反应未完成，在“热点”处由于过热而发生不良反应。类似地，产生时变热通量(time-varying heat flux)的能源可能会导致较慢的加热时间，这会延迟或减少烃的产生和/或导致断断续续的不良反应。

在加热井中使用加热元件面临若干挑战。例如，如图2所示，电加热元件2010可具有沿着元件的长度而变化的电阻。电加热元件2010可在加热井1010a内扭曲、转动或弯曲。沿着电加热元件2010的长度的变化电阻以及加热元件中的变形可能引发不均匀加热，进而导致热点(hot spots)。此外，避免热点对于用于原位过程的电加热元件的设计提出了特别的挑战。大多数用作电导体的金属合金随着温度升高呈现出增大的电阻。例如，当局部较高的热能值在加热井中产生热点时，这些热点可能由于增大的电阻而引发进一步的热不均匀性，并因此导致更大的局部热损耗。然而，这个缺点并不限于电加热器。许多类型的加热元件例如流体加热元件(例如，导管(conduit)内的加热的工作流体)也可能因为流体轴承导管(fluid-bearing conduit)与井筒之间不断变化的热接触而产生热点和冷点。