高強度合金的制作方法

專利名稱：：高強度合金的制作方法
技術領域：
：本發明主要涉及金屬組合物。具體而言，本發明涉及在高溫和/或低溫下具有高強度的金屬合金。
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。可在地層中形成井孔。在一些實施方案中，可在井孔中放置或形成套管或其它管道系統。在一些實施方案中，可在井孔中使用可膨脹管道。可在井孔中放置加熱器以在原位法期間加熱地層。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。可對油母頁巖地層施加熱量以使油母頁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頁巖地層中移出。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;Eastlund等人的美國專利No.4，716，960;Eastlund等人的美國專利No.4，716，960;和VanEgmond的美國專利No.5，065，818描述了》丈置于井孔中的電加熱元件。Vinegar等人的美國專利No.6，023，554描述了》文置于套管中的電加熱元件。電加熱元件產生的輻射能加熱套管。VanMeurs等人的美國專利No.4，570，715描述了一種電加熱元件。所述電加熱元件具有導電芯、絕緣材料的圍繞層和圍繞的金屬護套。導電芯在高溫下可具有相對低的電阻。絕緣材料在高溫下可具有相對高的電阻、抗壓強度和導熱性質。絕緣層可抑制在芯與金屬護套之間形成電弧。金屬護套可具有在高溫下相對高的拉伸強度和抗蠕變性質。VanEgmond的美國專利No.5，060，287描述了具有銅-鎳合金芯的電加熱元件。可從不銹鍛鋼制得加熱器。Maziasz等人的美國專利No.7，153，373和Maziasz等人的美國專利申請公布No.US2004/0191109描述了作為鑄造微結構或細晶板和箔的改性237不銹鋼。如上所述，已在開發用于從含烴地層經濟地生產烴、氫氣和/或其它產物的加熱器、方法和系統方面作出了大量的工作。然而目前為止，仍然無法從許多含烴地層中經濟地生產烴、氫氣和/或其它產物。因此，仍然需要用于從多種含烴地層生產烴、氫氣和/或其它產物的方法和系統中的加熱器所使用的改進金屬。
發明內容本文描述的實施方案主要涉及一種或多種金屬組合物。在一些實8施方案中，描述了使用含所述金屬組合物的材料的系統和方法。在一些實施方案中，金屬合金組合物可包含18-22wt。/。的鉻；5-13wt。/。的鎳；3-10wt。/。的銅；l-10wt。/。的錳；0.3-lwt。/。的珪；0.5-1.5wt。/。的鈮；0.5-2wt。/。的鵠；和38-63wt。/。的鐵。在一些實施方案中，金屬合金組合物可包含18-22wt。/。的鉻；5-9wt。/。的鎳；l-6wt。/。的銅；0.5-1.5wt%的鈮；l-10wt。/。的錳；0.5-1.Swt。/。的鎢；36-74wt。/。的鐵；和納米氮化物的沉淀物，其中鴒與銅的比為約1/10-10/1。在一些實施方案中，本發明描述了加熱器系統可包括發熱元件和圍繞發熱元件的罐，所述圍繞發熱元件的罐至少部分由含以下物質的材料制得18-22wt。/。的鉻；5-14wt。/Q的鎳；l-10wt。/。的銅；Q.5-1.5wt%的鈮；36-70.5wtM的^l失；和納米氮化物的沉淀物。在一些實施方案中，本發明描述了用于加熱地下地層的包括管道的系統，所述管道至少部分由含以下物質的材料制得18-22wt。/。的鉻；10-14wt。/。的鎳；l-10wt。/。的銅；0.5-1.5wt%的鈮；36-70.5wt%的鐵；和納米氮化物的沉淀物。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，本文所述的一些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2描述了合金中相對于鉻的wt。/。的相的wt。/。實驗計算。9圖3描述了合金中相對于硅的wt。/。的相的wt%實驗計算。圖4描述了合金中相對于鎢的wt。/。的相的wt%實驗計算。圖5描述了合金中相對于鈮的wt。/。的相的wt%實驗計算。圖6描述了合金中相對于碳的wto/。的相的wt%實驗計算。圖7描迷了合金中相對于氮的wt。/。的相的wt0/。實驗計算。圖8描迷了合金中相對于鈦的wt。/。的相的wt%實驗計算。圖9描迷了合金中相對于銅的wt。/。的相的wt%實驗計算。圖IO描述了合金中相對于錳的wt。/。的相的wt%實驗計算。圖11描述了合金中相對于鎳的wt。/。的相的wt%實驗計算。圖12描述了合金中相對于鉬的wt。/。的相的wt。/。實驗計算。圖13描述了不同金屬的屈服強度和最終拉伸強度。圖14描述了不同金屬的屈服強度。圖15描述了不同金屬的最終拉伸強度。圖16描述了不同金屬的屈服強度。圖17描述了不同金屬的最終拉伸強度。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經產物、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。"API比重度"指在15.5。C(60°F)下的API比重度。API比重度通過ASTM方法D6822測定。"棵會屬"和"暴露的金屬"指不包括電絕緣(例如礦物絕緣)層10的細長構件的金屬，所述電絕緣層用于在細長構件的整個操作溫度范圍內向金屬提供電絕緣。棵金屬和暴露的金屬可包括含緩蝕劑例如天然產生的氧化層、施加的氧化層和/或薄膜的金屬。棵金屬和暴露的金屬包括具有在細長構件的典型操作溫度下不能保持電絕緣性質的聚合物或其它類型電絕緣的金屬。"碳數"指分子中碳原子的數目。烴流體可包括多種具有不同碳數的烴。烴流體可以通過碳數分布進行描述。碳數和/或碳數分布可通過真實沸點分布和/或氣液色譜法測定。"第x列元素"指周期表第x列的一種或多種元素和/或周期表第X列的一種或多種元素的一種或多種化合物，其中x對應周期表的列數(例如13-18)。例如"第15列元素"指周期表第15列的元素和/或周期表第15列的一種或多種元素的化合物。"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。"流體壓力"是地層中的流體產生的壓力。"巖石靜壓力"(有時稱為"巖石靜應力")是地層內的壓力，等于單位面積上覆巖石物質的重量。"靜水壓力"是水柱施加到地層的壓力。"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經材料。"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、運動烴和水(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例如加熱器井。"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。"重質烴"是粘性的烴流體。重質烴可以包括高粘烴流體，如重質油、焦油和/或瀝青。重質烴可以包含碳和氫以及較小濃度的硫、氧和氮。重質烴中也可以存在微量的其它元素。重質烴可以用API比重度來分類。重質烴的API比重度通常低于20°。例如重質油的API比重度通常為10-20°，而焦油的API比重度通常低于10。。重質烴在l5。C下的粘度通常大于100厘泊。重質烴可以包含芳烴或其它復雜環烴。可以在相對可滲透的地層中發現重質烴。相對可滲透的地層可以包括夾帶在例如砂或碳酸鹽中的重質烴。"相對可滲透，，定義為對于地層或部分地層平均滲透性為IO毫達西或更大(例如10毫達西或100毫達西)。"相對低滲透性"定義為對于地層或部分地層平均滲透性低于10毫達西。1達西等于約0."平方毫米。不可滲透層的滲透性通常小于0.1毫達西。含重質烴地層的某些類型也可以是但不限于天然礦物蠟或天然瀝青礦。"天然礦物蠟"通常出現在基本上為管道狀的礦脈中，其可以寬數米，長數公里和深數百米。"天然瀝青礦"包括芳爛組合物的固態烴，和通常出現在大礦脈中。從地層中原位開釆烴例如天然礦物蠟和天然瀝青礦可以包括熔化形成液態烴和/或從地層中溶液采礦烴。"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/或疏。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、硫化氫、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。"油母質"是已通過天然降解和主要含有碳、氫、氮、氧和硫的固體不溶性經。煤和油母頁巖為含油母質的材料的典型實例。"瀝青"是基本溶于二硫化碳中的非晶固體或粘性烴材料。"油"是含可冷凝烴混合物的流體。"調制的直流(DC)，，指在鐵磁導體中產生趨膚效應電流動的任意基本非正弦隨時間變化的電流。"氮化物"指氮和周期表的一種或多種其它元素的化合物。氮化物包括但不限于氮化硅、氮化硼或氮化鋁。13"周期表"指由國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)在2003年11月所定義的周期表。在本申請的范圍內，周期表金屬的重量、周期表金屬的化合物的重量、周期表元素的重量或周期表元素的化合物的重量計算為金屬的重量或元素的重量。例如如果每克催化劑使用了0.1克MoO"則催化劑中計算得到的鉬金屬的重量為0.067克/克催化劑。"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，如焦油妙'地層)。"下沉"是一部分地層相對地面的初始海拔向下的運動。"焦油，，是15。C下粘度通常大于約10000厘泊的粘性烴。焦油的比重通常超過1.000。焦油的API比重度可以小于10°。"焦油砂地層"是其中烴主要以夾帶在礦粒骨架或其它主體巖石(例如砂或碳酸鹽)中的重質烴和/或焦油形式存在的地層。焦油砂地層的實例包括例如Athabasca地層、Grosmont地層和PeaceRiver地層(這三種地層均在加拿大Alberta)以及委內瑞拉的Orinoco地帶的Faja地層。"限溫加熱器，，通常是指在不使用外部控制例如溫度控制器、功率調節器、整流器或者其它設備的情況下在特定溫度之上調節熱輸出(例如降低熱輸出)的加熱器。限溫加熱器可以是AC(交流電流)或調制的(例如"斬波的")DC(直流電流)供電的電阻加熱器。"導熱系數"是材料的性質，其描述對于給定的兩個表面之間溫度差下，材料的兩個表面之間在穩定狀態下熱量流動的速率。"熱裂縫，，指通過地層和/或地層中的流體的膨脹或收縮在地層中產生的裂縫，所述地層和/或地層中的流體的膨脹或收縮通過升高/降低地層和/或地層中流體的溫度和/或通過加熱造成地層中流體的壓力升高/降低引起。"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，低于居里溫度時的最高AC或調制的DC電阻與高于居里溫度時的最低電阻之比。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。圖1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1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。當加熱地層時，輸入地層中的熱量可引起地層的膨脹和地質力學運動。在脫水法之前、同時或期間，開啟熱源。計算機模擬可模擬計算地層對加熱的響應。可使用計算機模擬開發用于激活地層中熱源的生;井和i它設備的功能Z—、'n_A加熱地層可能增大地層的滲透性和/或孔隙率。滲透性和/或孔隙率的增大可因水的汽化和移出、烴的移出和/或產生裂縫導致地層中物質的減小而產生。因為地層滲透性和/或孔隙率增加，流體可更易于在地層的加熱部分中流動。因為滲透性和/或孔隙率增加，地層的加熱部分中的流體可穿過地層運動相當大的距離。所述相當大的距離可超過1000m，這取決于多種因素，例如地層的滲透性、流體的性質、地層的溫度和使流體運動的壓力剃度。流體可在地層中運動相當大距離的能力，允許生產井206在地層中間距相對較遠。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。生產井中可放置多于一個熱源。當從相鄰熱源的重疊熱量充分加熱地層足以抵消通過用生產井加熱地層所帶來的好處時，可關閉生產井下部的熱源。在一些實施方案中，在關閉生產井下部的熱源之后，可仍然保持開啟生產井上部的熱源。井上部的熱源可抑制地層流體的冷凝和回流。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，16(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。在一些含烴地層中，可在地層的加熱部分中已產生充足滲透性之前，將地層中的烴加熱至熱解溫度。初始缺乏滲透性可抑制將所產生的流體輸送至生產井206。在初始加熱期間，熱源202附近地層中的流體壓力可增大。可通過一個或多個熱源202釋放、監控、改變和/或控制所述增大的流體壓力。例如選定的熱源202或單獨的減壓井可包括允許從地層移出一些流體的減壓閥。在一些實施方案中，雖然地層中可能還不存在通向生產井206或任意其它降壓措施的通道，但是可允許通過熱解流體或地層中生成的其它流體的膨脹產生的壓力增大。可允許流體壓力增大至巖層靜態壓力。當流體接近巖層靜態壓力時，可在含烴地層中生成裂縫。例如在地層的加熱部分中可從熱源202至生產井206生成裂縫。加熱部分中產生的裂縫可降低該部分中的一部分壓力。地層中的壓力可能需要維持低于選定壓力以抑制不希望發生的生產、上覆地層或下伏地層的斷裂，和/或地層中烴的焦化。在達到熱解溫度和允許從地層的生產后，可變化地層中的壓力以改變和/或控制所生成的地層流體的組成、以控制地層流體中與不可冷凝流體相比可冷凝流體的°/。和/或以控制正在生產的地層流體的API比重度。例如降低壓力可導致生產更多的可冷凝流體組分。可冷凝流體組分可含有更大的烯烴百分數。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道的尺寸降低。保持增大的壓力可以減小或消除在地面將收集管道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氣中夾帶高碳數化合物和/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。所述相當長的時期可以為化合物提供足夠的時間以熱解形成較低碳數的化合物。據信，生成相對低分子量的烴部分歸因于一部分含烴地層中氫的自發生成和反應。例如維持增大的壓力可驅使熱解期間產生的氫進入地層中的液相中。加熱該部分至熱解溫度范圍內的溫度，可使地層中的烴熱解以生成液相熱解流體。所生成的液相熱解流體組分可包括雙鍵和/或自由基。液相中的氫(H》可降低所生成的熱解流體的雙鍵，從而降低了從所生成的熱解流體發生聚合反應或形成長鏈化合物的潛在可能性。此外，H2也可中和所生成的熱解流體中的自由基。因此，液相中的H2可抑制所生成的熱解流體互相反應和/或與地層中其它化合物反應。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。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。鐵磁材料可以自身限定溫度于材料的居里溫度或者附近，從而當向材料施加隨時間變化的電流時，在居里溫度下或者附近提供降低的熱量。在一些實施方案中，鐵磁材料自身限定限溫加熱器的溫度于居里溫度附近的選定溫度下。在一些實施方案中，選定的溫度在居里溫度的35匸、25°C、201C或10。C之內。在一些實施方案中，鐵磁材料與其它材料耦合(例如高導電材料、高強度材料、耐腐蝕材料或它們的組合)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低5(TC、75'C、IO(TC或125'C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滲透性。鐵磁材料的相對磁滲透性通常為10-1000(例如鐵磁材料的相對磁滲透性通常為至少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和/或隨著施加的電流增加，鐵磁材料的磁滲透性明顯下降和趨膚深度迅速增大(例如趨膚深度隨著磁滲透性的平方根反比增大)。磁滲透性的降低和/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的限溫加熱器部分可受控于允許加熱器由于較高的電阻載荷而具有高散熱的趨膚效應加熱。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/>開了一些這樣的應用，和20Whitney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匸、37°C、IO(TC、250X:、500。C、700。C、800。C、900。C或更高至U31。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Um加熱器井距時，熱解通常需要加熱9.5年-IO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吏用加熱器并距的限溫加熱器時，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潛在過熱的需求。在一些實施方案中，限溫加熱器由奧氏體不銹鋼制造。這些奧氏體鋼可包括具有面心立方(fcc)奧氏體相為初生相的合金。fcc奧氏體相可通過控制Fe-Cr-Ni和/或Fe18Cr8-Ni的濃度進行穩定。可通過在fcc晶格中摻入其它合金增強奧氏體相的強度。對于低溫應用來說，可通過添加增強fcc晶格強度的合金元素增強強度。這種類型的增強可稱為"固溶強化"。然而，隨著使用溫度升高，奧氏體相中的合金元素可能反應而形成新的相例如M23C"其中M包括可形成碳化物的鉻和其它元素。在含周期表第4-13列元素的奧氏體中可形成其它相。這些元素的例子包括但不限于鈮、鈦、釩、鎢、鋁或它們的混合物。多個相的尺寸和分布以及它們在所需使用溫度范圍內的穩定性決定了不銹鋼的機械性能。在高溫下例如碳化物的沉淀物的納米尺度分散體可產生最高強度，但由于碳化物的尺寸，它們可能變得不穩定和變粗糙。在至少750。C的溫度下，含納米尺度沉淀物分散體的合金可能是不穩定的。因為加熱器可將地下地層加熱至至少700。C的溫度，所以需要具有改進強度的可承受至少700。C溫度的合金的加熱器。在一些實施方案中，含錳、銅和鴒以及鈮、碳和氮的鐵、鉻和鎳合金在高溫溶液退火或處理時維持較細的晶粒尺寸。這種性能在焊接材料中降低受熱影響區域可能是有利的。為獲得最佳的金屬碳化物(MC)納米碳化物，較高的溶液退火溫度是特別重要的。例如在高溫蠕變應用中碳化鈮納米碳化物增強，和該效果通過改進的合金組成加以放大(更細的穩定的納米碳化物結構)。包括改進的合金組成和經機加工處理的管道和罐的用途導致不銹鋼可能能夠在700-800r的使用期間老化變硬。即使合金在進行高溫使用前是冷應變的，改進的合金仍然可能能夠老化變硬，但是該冷預應變對于良好的高溫性能或老化變硬不是必需的。某些現有技術合金，例如NF709需要冷預應變以獲得良好的高溫蠕變性能，而這是不利的，特別是因為該合金進行焊接后，在焊接受熱影響區域中失去了所述冷預應變的優點。其它現有技術合金的高溫強度和長期耐用性受到冷預應變的負面影響。因此，例如在施工規范中，冷預應變可能受限或不能使用。在一些新合金組合物的實施方案中，合金可以是冷加工過例如20%，和與新鮮退火合金在800'C下的屈服強度相比，其在800t:下的屈服強度變化不超過20%。本文所述改進的合金適用于低溫用途，例如低溫應用。在例如-50。C至-200。C的溫度下具有強度和充分延展性的改進的合金在比在低溫應用中通常使用的多種合金(例如201LN和YUS130)溫度高的溫度下也保持了強度，因此當用于例如液化天然氣(其中失誤可能導致著火)時，所述改進的合金將比其它材料在著火溫度附近保持更長時間的強度。改進的合金組合物可包含以重量計18-22%的鉻，5-13%的鎳(和在一些實施方案中，5-9wt。/。的鎳)，1-10°/的銅(和在一些實施方案中，高于2%至6°/。的銅)，1-10%的錳，0.3-1%的硅,0.5-1.5%的鈮，0.5-2%的鎢，和余量基本為鐵(例如47.8-68.12%的鐵)。在一些實施方案中組合物可包含其它組分，例如0.3-1%的鉬，0.08-0.2%的碳，0.2-0.5%的氮或它們的混合物。也可存在于鋼中通常存在的其它雜質或微量組分。該改進的合金可以適用于通過熱變形、冷變形和/或焊接加工成例如用于加熱器的套管、罐或強度構件。在一些實施方案中，改進的合金包含以重量計20%鉻、3%銅、4%錳、0.3%鉬、0.77°/。鈮、13%鎳、0.5%硅、1%鎢、0.09%碳和0.26%氮，余量基本上是鐵。在一些實施方案中，改進的合金包含以重量計19%鉻、4.2%錳、0.3%鉬、0.8%鈮、12.5%鎳、0.5%硅、0.09%碳、0.24%氮，余量基本上是鐵。在一些實施方案中，改進的合金包含以重量計約21%鉻、約3%銅、約8%錳、約0.3%鉬、約0.8%鈮、約7%鎳、約0.5%硅、約1%鵠、約0.13%碳和約0.37%氮，余量基本上是鐵。在一些實施方案中，改進的合金包含以重量計20%鉻、4.4%銅、4.5緣、0.3%鉬、0.8%鈮、7緣、0.5%珪、1%鴒、0.24%碳和0.3%氮，余量基本上是鐵。在一些實施方案中，改進的合金可改變錳的含量、鎳的含量、W/Cu比、Mo/W比、C/N比、Mn/N比、Mn/Nb比、Mn/Si比和/或Mn/Ni比以增強對高溫石克化的耐受性、增強高溫強度和/或降低成本。例如為使改進的經機加工的合金具有穩定的奧氏體母相、600-900'C的高強度和穩定的納米碳化物和納米碳氮化物微結構，改進的經機加工的合金可包含在改進的經機加工的合金中存在的合金元素的組合以達到下列比(wt。/fl):a)Mo/W-0.3至0.5;b)W/Cu-0.25至0.33;c)C/N-0.25至0.33;d)Mn/Ni-0.3至1.5;e)Mn/N-20至25;f)Mn/Nb-5至13;和g)Mn/Si-4至20;和碳加上氮為0.3wt。/n至0.6wt%。改進的經機加工的合金組合物可包括前面段落中描述的組合物和美國專利No.7，153，373種公開的組合物。在800°C下改進的經4^加工的合金組合物可包含至少3.25wty。的沉淀物。改進的經機加工的合金組合物可已被老化或熱加工和/或冷加工處理過。該老化或熱加工和/或冷加工的結果是改進的經機加工的合金組合物(例如NbC、富Cr的M23C6)可含有納米碳氮化物沉淀物。尚不知道該納米碳氮化物沉淀物在鑄造組合物(例如美國專利No.7，153，373中公開的那些鑄造組合物)中存在，和據信該納米碳氮化物在對組合物進行熱加工和/或冷加工時形成。納米碳氮化物沉淀物可包括具有5-100納米、10-90納米或者20-80納米尺寸的顆粒。這些經才幾加工的合金可具有包括但不限于納米碳化物(例如NbC、富Cr的1^23(:6)的微結構，所述微結構在老化(無應力)或蠕變(應力〈0.5屈服應力(YS))期間形成。納米碳化物沉淀物可包括具有5-100納米、10-90納米或者20-80納米尺寸的顆粒。所述微結構可以是合金組合物本身和機加工處理的結果。在溶液退火材料中，該納米尺度顆粒的濃度可以是較低的。溶液退火處理后，納米尺度顆粒可被溶液退火溫度/時間(更多和更細的分散體以及高于115(TC的更長時間的退火)和冷預應變或熱預應變(冷加工)影響。冷預應變可在晶粒中產生位錯網絡，所述位錯網絡可用作納米碳化物的成核位置。溶液退火材料初始進行了0%的冷加工。彎曲、拉伸、巻繞、旋轉或型鍛可產生例如5-15%的冷加工。納米碳化物對屈服強度或蠕變強度的影響可能提供基于位錯鎖定的強度，具有更近間距的提供更高強度(顆粒阻隔位錯的爬移或滑動)的鎖定位置(更高的濃度，更細的分散體)。在例如于800匸下老化1000小時后，改進的經機加工的合金可包含基體中與納米碳化物在一起的納米氮化物.(例如鈮鉻氮化物(NbCrN))。納米氮化物沉淀物可包括具有5-IOO納米、10-90納米或者20-80納米尺寸的顆粒。鈮鉻氮化物已使用分析電子顯微術表征為富含鈮和鉻，和通過電子衍射表征為四方氮化物相(兩種碳化物均為立方相)。X-射線能量色散定量分析已表明對于改進的合金組合物，這些納米尺度氮化物顆粒可具有以重量計的以下組成63°/。鈮、28°/6鉻和6%鐵，其它組分各小于1.5%。在具有相似組成的老化后的鑄造不銹鋼中未觀測到該鈮鉻氮化物，和該鈮鉻氮化物似乎是機加工處理的直接結果。在一些實施方案中，改進的經機加工的合金可包含微結構的混合物(例如納米碳化物和納米氮化物的混合物)。微結構的混合物可以是在高溫(例如900-1000r)下這些合金組合物的改進的強度的形成原因。在一些實施方案中，改進的合金可具有在800'C下大于35kpsi或30kpsi的屈服強度。在一些實施方案中，對改進的合金進行處理以生產經機加工的材料。處理可包括例如下列步驟。可從改進的合金鑄造離心鑄管道。可從鑄件上去除一部分和將該部分在至少1250。C的溫度下熱處理例如3小時。熱處理后的部分可在至少1200r的溫度下熱軋至原始厚度(英寸)約1/2的厚度，在至少1200。C的溫度下退火15分鐘，和隨后進行噴砂。可將噴砂后的部分冷軋至原始鑄件厚度約1/3的厚度。可將冷軋后的部分用氬保護在空氣中退火至至少125(TC的溫度下一段時間(例如l小時)，和隨后用氬保護在空氣中在至少1250。C的溫度下進行最終的另外熱處理1小時。一種可替換的方法可包括任意的下列步驟最初在至少1200'C的溫度下均化鑄制板一段時間，例如1-1/2小時；在至少1200'C的溫度下熱軋至原始鑄件厚度的2/3;和在至少UOO。C的溫度下使冷軋過的板退火1小時。改進的合金可在例如1200。C下用例如22.9毫米(O.9英寸)的心軸直徑和34.3毫米(l.35英寸)的模具直徑擠出以生產高品質的管道。經機加工的材料可通過激光焊接或鎢氣電弧焊接進行焊接。因此，管道可通過軋板和焊接焊縫生產。使改進的合金在例如1250。C的較高溫度下退火可改進合金的性質。在較高的溫度下，更多的相進入溶液中和在冷卻時沉淀進入相中，這有利地影響性質，例如高溫蠕變強度和拉伸強度。在高于1250°C(例如130(TC)的溫度下退火可能是有利的。例如計算得在130(TC下改進的合金中存在的相比在1200'C下改進的合金中存在的相降低0.08%。因此，在冷卻時，可形成0.08%更多有用的沉淀物。改進的合金可具有比常規合金優越的高溫蠕變強度和拉伸強度。例如包含錳、氮、銅和鴒的鈮穩定處理不銹鋼合金可具有改進的或相對常規合金例如347H明顯改進的高溫蠕變強度和拉伸強度。在高溫下(例如700匸、800。C或高于IOO(TC)，改進的合金相對標準不銹鋼合金例如超級304H可具有增強的強度。優良的高溫蠕變-斷裂強度(例如在800。C、900'C或1250t;下的蠕變-斷裂強度)可作為(a)組成、(b)通過高溫處理引起的穩定細晶粒微結構和(c)改進的合金中老化引起的沉淀結構的結果得到改進。沉淀結構包括例如增強晶界的微小碳化物和增強晶粒內部的穩定納米碳化物。存在a相、laves相、G相和x相之外的相有利于高溫性質。通過適當選取組分可獲得穩定的微結構。高溫老化引起的或蠕變引起的微結構可含有少量或不含有金屬間(T相、laves相和x相。金屬間cr相、laves相和x相可能減弱合金的強度性質和因此通常是不理想的。在800。C下，改進的合金可包含至少3wt%或至少3.25wt。/。的產生強度的微小碳化物、其它相和/或穩定細晶粒微結構。在900r下，改進的合金可包含以重量計至少1.5%、至少2°/。、至少3%、至少3.5%或至少5%的產生強度的微小碳化物、其它相和/或穩定細晶粒微結構。這些值可大于347H或超級304H不銹鋼合金在900'C下的相應值。在125(TC下改進的合金可包含至少0.5wty。的產生強度的微小碳化物、其它相和/或穩定細晶粒微結構。所得較高wt。/。的微小碳化物、其它相和/或穩定細晶粒微結構以及不包括o相和laves相可能是改進的合金的優良高溫性能的原因。具有與改進的合金相似或更優的高溫性能的合金可通過在高溫下模擬相行為和選定在例如900X:下保留至少1.5wt°/。、至少2wt。/。或至少2.5wt。/。的a相或laves相之外的相的組合物而獲得。例如穩定的微結構可包括以重量計一定量的接近碳的含量10倍的鈮、1-12%的錳和0.15-0.5%的氮。組合物中可包含銅和鎢以增加穩定的微結構的含量。甚至在至少1250。C的熱處理之后，對用于改進的合金的元素的選取允許通過多種方法進行處理和產生穩定的細晶粒尺寸。當在此高溫下退火時，多種現有技術合金易于產生明顯粗糙的晶粒，然而改進的合金可通過此高溫處理得到改進。在一些實施方案中，控制晶粒尺寸以獲得所需高溫拉伸和蠕變性質。改進的合金中穩定的晶粒結構減小了晶界滑動，和在溫度高于例如650t:下可能是相對可商購合金更好的強度的有利因素。27下面介紹非限定性實施例。模擬合金相行為對不同的改進的合金組合物的相行為進行模擬以確定包含增加量的對物理性質有利的相的組合物。組合物例如Cu、Z、M(C，N)、M2(C，N)和MnC6可^f吏脆性相例如G、cj、laves和x的量最小化。也可因為其它原因包括一定的組分。例如不銹鋼合金中通常包含硅以改進工藝性能，和合金中通常包含鎳和鉻以獲得耐腐蝕性。當可包含兩種組分以獲得相同結果時，則包含便宜的組分可能是有利的。例如在一定范圍內錳可用鎳替代而不犧牲性能，這種替代可在當前組分價格水平下降低合金的成本。已發現與如上所述相似的合金的總相含量的作用近似符合下式a,=1.0235(TPC)+5.5603其中c^是以千磅/平方英寸(ksi)計在80(TC下1000小時的蠕變斷裂強度，和TPC是計算的組合物的總相含量。該估算值進一步通過僅在TPC項中包括Cu相、Z相、M(C，N)相、M2(C，N)相和MnC6相("所需相，，)的含量以及在此基礎上計算常數得到改進。對該估算值的另一改進可以是僅使用在退火溫度和在80or;下存在的所需相的差值。因此，不用考慮在退火工藝中不進入溶液中的組分，因為這些組分在高溫下不會明顯增加合金的強度。例如在退火溫度下基于平衡計算存在的Cu相、Z相、M(C,N)相、M2(C，N)相和M2A相的含量減去計算的在800°C下存在的含量之間的差值可以是合金的lwt%，或者可以是合金的1.5wt。/。或合金的2wt%，以產生具有良好的高溫強度的合金。此外，退火溫度可以是1200°C、1250。C或者1300。C。通過模擬添加或減少不同金屬以確定改變金屬的含量對合金相含量的影響，來進一步理解改進的合金。例如初始組成以重量計為20%鉻、3%銅、4%錳、0.3%鉬、0,8%鈮、12.5°/。鎳、0.5%珪、1%鎢、0.1%碳和0.25%元素氮，利用變化的鉻含量進行模擬導致如圖2所示在800X:下所包含的M23C6、M(C，N)、M2(C，N)、Z、Cu、x、laves、G和a相。在各圖2-12中圖示的這些相的含量是在800'C下計算的這些相的含量。在圖2-12中，曲線220指M23C"曲線222指M2(C，N)相，曲線224指Z相，曲線226指Cu相，曲線228指cj相，曲線230指x相，曲線232指G相，曲線234指laves相，和曲線236指M(C，N)相。圖2描述了合金中相對于鉻的wt。/。的相的wt%。如圖所示，當鉻從20wt。/。變化至30wt%，相220、222、224和226的wt%保持相對恒定，而在鉻含量高于20.5wty。時，cr相228線性增加。因此，通過模擬，合金中20-20.5wt。/。的鉻含量可能是優選的。圖3描述了合金中相對于硅(Si)的wty。的相的wt%。如圖3中所示，改變合金中硅的含量的導致cj相228在硅含量高于1.2wt。/。時出現，x相230在硅含量高于1.4wt。/。時出現。G相232在硅含量高于1.6wt。/。時出現，和隨珪的wt。/。增加而增大。隨砝的wt。/。增加，相220、222和224保持相對恒定，和預測Cu相226略孩吏增加。a相228、x相230和G相232的出現表明在該合金中硅含量低于1.2wt。/。可能是優選的。圖4描述了合金中相對于鎢的wt。/。的相的wt%。如圖4中所示，改變合金中鎢的wt。/。導致a相228在1.4wt。/。鎢時出現。Laves相234在1.5wt。/。鎢時出現和隨鎢的wt。/。增加而增大。因此，模型預測該合金中鎢含量低于1.3wty。可能是優選的。圖5描述了合金中相對于鈮的wty。的所形成相的wt%。如圖5中所示，模擬預測Z相224的wt。/。隨合金中鈮的wt。/。增加而線性增大直至合金中鈮的含量達到1.55wt。/D。隨著鈮的含量從0.lwtM增加至1.4wt%,M2(C，N)相222近似線性降低。M2(C，N)相222的降低用于補償Z相224、Cu相226和1423(:6相220的增大。合金中鈮高于1.5wt。/。時，a相228快速增加，Z相224降低，M"Cs相220降低，和M(C，N)相236出現。因此，合金中鈮的含量至多1.5wt。/。可最大化相"0、2"、224和226的wt。/。和避免最小化合金中所形成的cj相228的wt。/。。為使合金可熱加工，已發現至少0.5wt。/i的鈮是理想的。因此，在一些實施方案中，合金含有0.5-1.5wt。/。或0.8-lwt。/。的鈮。圖6描述了相對于碳的wt。/。的所形成相的wt%。如圖6中所示，29預測(j相228的wt。/。隨著合金中碳從Owt。/。增加至0.06wt。/。而減小。預測MnC6相220的wt。/。隨著合金中碳的wt。/。增加至至多0.5%而線性增大。預測M2(C，N)相222、Z相224和Cu相226隨著合金中碳的wt。/。增加而保持相對恒定。因為0.06wt。/。碳之后a相228減小，所以合金中0.06-0.2wt。/。的碳含量可能是有利的。圖7描述了相對于氮的wt。/。的所形成相的wt%。如圖7中所示，合金中的氮含量從Owt。/。增加至0.15wt%，cj相228的含量從7wt。/。減小至Owt%，M(C，N)相236的含量從lwt。/。減小至Owt°/。，16相220的含量從Owt。/。增大至1.9wt%,和Z相224的含量從Qwt。/。增大至1.4wt%。當合金中氮含量高于0.15wt。/。時，M2(C,N)相222出現和隨合金中的氮含量增加而增大。因此，合金中氮含量在0.15-0.5wt。/。的范圍內可能是有利的。圖8描述了相對于鈦(Ti)的wtX的所形成相的wt%。如圖8中所示，將鈦的wt^從0.19wt。/。變化至lwt。/4可使合金中cr相228的wt。/。從Owty。增大到7.5wt%。因此，合金中鈦含量低于0.2wt。/。可能是理想的。如圖所示，隨著鈥的含量從Owt。/。增大到0.2wt°/。，M(C，N)相236的wt%增大，M2(C，N)相222的w"減小，和Z相224的wt。/。減小。M"C，N)相222和Z相224含量的減小似乎抵消了M(C，N)相236的wt^增大。因此，合金中包括Ti可以用于增加改進合金性質的相含量之外的其它目的。圖9描述了相對于銅的wt。/。的所形成相的wt%。如圖中9所示，1423(:6相220、M2(C，N)相222和Z相224的wt。/。隨合金中銅的wt。/o增力口未發生明顯變化。當合金中銅的含量增加至高于2.5wt。/。時，Cu相226明顯增大。因此，在一些實施方案中，合金中含有超過3wt。/。銅是理想的。在一些實施方案中，合金中10wt。/a的銅是有利的。圖10描述了相對于錳的wt。/。的所形成相的wt%。如圖IO中所示，改變合金中錳的含量不會大幅度影響到合金中有利相MnC6相220、M2(C，N)相222、Z相224和Cu相226的wt%。因此可為了降低成本或者由于其它原因而改變錳的含量，同時不會明顯影響合金的高溫性質，合金中錳含量可接受的范圍為2-10wt%。圖11描述了相對于鎳的wt。/。的所形成相的wt。/。。如圖11中所示，隨著合金中鎳含量增加至高于8.4wt%，觀測到a相228減小。隨著合金中Ni含量從8wt。/。增加至17wt%，預測Cu相226幾乎線性減小直至在Ni含量17wW時消失，和M2(C，N)相222的wtX少量增大。根據模擬，合金中10-15wt。/。的鎳含量或者在其它實施方案的合金中12-13wt。/。的鎳含量可避免cj相228的形成，同時腐蝕性能的改進抵消了較少Cu相226的任意不利影響。圖12描述了相對于鉬的wt。/。的所形成相的wt。/。。如圖12中所示，有利相M"C6相220、M2(C，N)相222、Z相224和Cu相226的wt。/。隨著合金中鉬的wt。/n變化而保持相對恒定。隨著合金中Mo含量超出0.65wt%，合金中a相228和x相230的wt。/。明顯增大，同時其它相未明顯變化。在一些實施方案中，合金中鉬含量因此可限定為至多0.5wt%。合金實施例根據表1制備合金A至N。當可進行測量時，表1中包括了所測得的組成。對于所列的組成計算合金的總相含量。表1妙CrCuMnMoNbNiSiWCNTi咖TC絲A目標植20-40.30.812.50.5—0.090.25_實蹄b19-4.20.30.812.50.5一0.090.24—3.35'BiH維2040.30.8130,510.090.25—實靴-r20340.30.77130.510.090.26—4.40'20.352.944.090.280.7612.520.441.030.090.23_實制w18.782,942.850.290.6512.750.391.030,100.230.004C目維204,540.30.812.50.510.150.25—7.1518.744.373.680.290.7713.000.431.180.110.170.0025.4520.484.754,130.300.0712.810.521.180.170.140.016.23D目她204.540.3012.50.510.20.5010E目標植20440.50.812.50.510.10.3—6.2實維18.844.343.650.290.7512.930.431.210.090.20.0025.3F目械20310.30.77130.510.090.26—4.7實歐18.972.880.920.290.7413.250."1.170.050.12<0.0012.45G目標植204.540.30.80.510.20.5一實維，20.084.3640.30.817.010.51.040.240.310.0089.6'H目樹直2130.30.80710.10.4-實維°21.12.953.010.310.826.980.512.060.130.32<0.00113.46'I目繊21380.30.8070.510.10.5—7.1實維，21.312.947.950.310.837.020.521.050.130.370.0039.45目標值20420.51.0012.5110.200.50一9.8實維'19.933.852.130.50.9912.111.081.010.230.290.0228.95K目維20340.30.77130.510.090.26_實靴，18.942.964.010.310.8113.050.521.030.120.350.0185.62目標值20340.30.10130.510.090.26-20.062.963.950.30.1212.930.591.030.110.250.0054.28M目標植20340.30.50130.510.090.26—實維620.112,933.980.30.5112.940.51.030.120.13<0.則2.76N目繊203.4410.8012.50.520.10.38.85'M吏用實際組成計算；b非消耗的-電弧熔化；e通過元素補償再熔化；'含有1.7。/。cj相和1.55%laves相；^感應熔化；'含有3.9。/。cj相和1.7%x相；8包括1.7。/。cj相和1.55%laves相。32熱加工含鈮實施例為測定待熱加工合金的性能，通過電弧熔化l磅表l中合金C、D、E、F、K、L和M試樣形成25.4毫米x25.4毫米xl01.6毫米(l英寸xl英寸x4英寸)的鑄塊制備這些合金的試樣。在切除熱頂和去除一些下層收縮部分之后，將各試樣在1200X:下均化1小時，和隨后用中間加熱在120(TC下熱軋成12.7毫米(O.5英寸)的厚度。隨后將試樣冷軋至6.34毫米(O.25英寸)厚度的板和在1200'C下真空退火1小時。當熱軋合金D(Owt。/。鈮)時發生破裂，和無法實現將其軋至12.7毫米(O.5英寸)的厚度。可以對合金L(0.12wt。/。鈮)進行熱軋，但是從試樣邊緣出現裂縫并擴展向試樣的中心，因此在這樣的熱軋之后無法成為可用的材料。可以對合金M(0.51%Nb)進行熱軋，同時沒有出現裂縫或任何其它問題。用上述程序對其它試樣進行處理時沒有出現任何問題，產生沒有裂縫的6.35毫米(O.25英寸)板。已發現合金組合物中甚至僅含有0.07wt6鈮都可在熱加工期間明顯降低合金出現裂縫的趨勢。經機加工的合金中可摻入含至少0.5wt。/4鈮的合金以改進性質例如可熱加工性。一些合金可含有以重量計0.5-1.2%鈮、0.6-1.0%鈮或0.7-0.9%鈮以改進合金的性質。高溫熱處理實施例通過兩種不同方法處理表1中的合金A和B的試樣。過程A包括在1200。C下的熱處理和退火步驟。過程B包括在1250C下的熱處理和退火步驟。當在較高溫度下處理時，因為較高的熱處理和退火溫度，對這兩種合金觀測到屈服強度和最終拉伸強度的可測出的改進。在120(TC溫度下的過程如下進行將數段15.24cm(6英寸)內徑、3.81cm(1.5英寸)厚度離心鑄管在1200。C溫度下均化1.5小時；隨后將合金A的1段在1200'C下熱軋至25.4cm(1英寸)厚度，和將合金B的1段在1200"C下熱軋至1.91cm(3/4英寸)厚度；在冷卻至室溫后，將板在1200'C下退火15分鐘；隨后將板冷軋至13.97毫米(O.55英寸)的厚度。將冷軋后的板在1200。C下用氬保護在空氣中退火1小時。退火后的板在125VC下用氬保護在空氣中最后退火1小時。本文稱該過程為過程A。使用更高熱處理和退火溫度的過程與上述程序不同之處在于在1250。C下均化鑄制板3小時，而不是1.5小時；在1200°C下從38.1毫米(l.5英寸)厚度熱軋至19.05毫米(O.75英寸)厚度；和將所得板在120(TC下退火15分鐘，隨后冷軋至13.97毫米(O.55英寸)厚度。本文稱該過程為過程B。圖13-17描述了不同金屬的屈服強度和最終拉伸強度。圖13中，對于通過過程A處理的合金A,數據238顯示了屈服強度，和數據240顯示了最終拉伸強度。對于通過過程B處理的合金B，數據242顯示了屈服強度，和數據244顯示了最終拉伸強度。對于347H不銹鋼，數據246顯示了屈服強度，和數據248顯示了最終拉伸強度。圖14中，數據250顯示了通過過程A處理的合金G的屈服強度。數據252和254顯示了合金H和I的屈服強度。數據256顯示了通過過程A處理的合金B的屈服強度。數據258顯示了通過過程B處理的合金B的屈服強度。數據246顯示了347H不銹鋼的屈服強度。圖15中，數據260顯示了通過過程A處理的合金G的最終拉伸強度。數據262和264顯示了合金H和I的最終拉伸強度。266顯示了通過過程A處理的合金B的最終拉伸強度。數據268顯示了通過過程B處理的合金B的最終拉伸強度。數據248顯示了347H不銹鋼的最終拉伸強度。圖16中，數據270和272顯示了合金J和K的屈服強度。數據256顯示了通過過程A處理的合金B的屈服強度。數據258顯示了通過過程B處理的合金B的屈服強度。數據246顯示了347H不銹鋼的屈服強度。圖17中，數據274和276顯示了合金J和K的最終拉伸強度。數據266顯示了通過過程A處理的合金B的最終拉伸強度。數據268顯示了通過過程B處理的合金B的最終拉伸強度。數據248顯示了347H不銹鋼的最終拉伸強度。與347H不銹鋼相比，在高溫下處理過的合金的最終拉伸強度和屈服強度都更大。對于合金A、B、G、H、I、J和K可發現相對347H相當大的改進。例如在1000。C的測試溫度下，合金A、B、.G、H、I、J和K保持了拉伸性質。對其中需要20ksi屈服強度的用途，合金A、B、G、H、I、J和K在至少另外的250'C下提供所需的屈服強度。對于在測試溫度下屈服強度和最終拉伸強度之間5ksi的差值，合金A、B、G、H、I、J和K可以在950。C和IOO(TC的溫度下使用，而347H僅可以在87(TC下^f吏用。將通過過程A和過程B處理的合金B的試樣進行應力斷裂測試，和結果示于表2中。從表2可以看出，使用較高退火溫度的過程B在斷裂時間上導致47%至474%的改進。表2溫度應力過程A的壽命過程B下的壽命通過過程B的rc)(MPa)(小時)(小時)改進800100164.2241.647%8507032151.7474%85055264.1500.790%9004290.1140.155%冷加工和老化后的高溫屈服實施例在冷加工2.5%、5%和10%以及未冷加工之后將通過過程B處理的合金B在750。C下老化1000小時。老化后，測試每個合金在7S0。C下的拉伸強度和屈服強度。表3中示出了結果。從表3可看出，作為冷加工和高溫老化的結果，屈服強度明顯增大。作為高溫老化和冷加工的結果，在750。C下的最終拉伸強度僅少量下降。也在室溫下測試僅退火的試樣和僅老化的試樣的屈服強度和最終拉伸強度。作為老化的結果，在室溫下的屈服強度從307MPa增大至318MPa。作為高溫老化的結果，最終拉伸強度從720MPa減小至710MPa。35表3<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>這些特性可以與對比合金例如347H進行比較，作為僅進行例如10%冷加工的結果，所述347H明顯失去了高溫性能。因為制備適用于原位熱處理法中的管道和加熱器通常需要對它們的制造進行冷加工，對于具有這些特性的合金，一些高溫性能的改進或至少未明顯失去高溫性能可能是明顯有利的。當這些性能得到改進或至少未明顯降低時，通過高溫老化可能是特別有利的。蠕變實施例在含有0.1%氧的氮測試環境中，在800'C下將合金試樣承受100MPa應力。將各試樣首先在1200'C下退火1小時。表4顯示了斷裂時間，斷裂伸長率和總相含量，其中總相含量為已知。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table>將改進的合金B的試樣進行軋制處理和軋制成管，然后焊接焊縫，以形成31.75毫米(1.25英寸)外徑的管。隨后切割所述管和重新焊接在一起以測試焊接的強度。焊料金屬為ERNiCrMo-3，用氬保護氣、通過50。C的最低預熱溫度三次和中間通過350TC的最大溫度完成焊接。在44.8MPa和900。C下測試焊接后管段的蠕變失效。測得斷裂時間為41小時，在5.5%應變時失效。這證明包括焊接部周圍受熱影響的區域的焊接部不比基體合金明顯更弱。基于本說明書，本發明多個方面的其它改進和替代實施方案對于本領域技術人員將是顯而易見的。發明的常規方式的目的。本文所示和描述的本發明的形式應理解為當前優選的實施方案。在受益于本發明說明書之后，要素和材料可替換本文說明和描述的那些，部件和工藝可以反轉，可獨立使用本發明的一些特征，所有這些對本領域技術人員來說都是顯而易見的。在不偏離本發明所附權利要求描述的精神和范圍的情況下，可變換本文描述的元素。此外，應理解在一些實施方案中可以將本文描述的特征獨立地進行組合。權利要求1.一種組合物，包含18-22wt％的鉻；5-13wt％的鎳；3-10wt％的銅；1-10wt％的錳；0.3-1wt％的硅；0.5-1.5wt％的鈮；0.5-2wt％的鎢；和38-63wt％的鐵。2.權利要求1的組合物，其中所述組合物在800'C下具有大于35ksi的屈服強度。3.權利要求1或2任一項的組合物，其中作為被冷加工20%的結果，所述組合物在退火后在80(TC下的屈服強度變化小于20%。4.權利要求1-3任一項的組合物，還包含0.2-0.5wt。/。的元素氮。5.權利要求1-4任一項的組合物，還包含0.3-lwt。/。的鉬。6.權利要求1-5任一項的組合物，還包含0.08-0.2wt。/。的碳。7.權利要求1-6任一項的組合物，其中所述組合物包含納米氮化物沉淀物。8.權利要求7的組合物，其中納米氮化物沉淀物包括顆粒，和所述顆粒的大多數具有5-100納米范圍內的最大尺寸。9.權利要求7的組合物，其中所述組合物還包含納米碳化物沉淀物。10.權利要求7的組合物，其中納米碳化物沉淀物包括顆粒，和所述顆粒的大多數具有5-200納米范圍內的最大尺寸。11.權利要求1-IO任一項的組合物，其中所述組合物在800。C下含有至少3.25wt。/。的沉淀物。12.權利要求11的組合物，其中在800'C下存在的至少2wt。/。的所述沉淀物為Cu、M(C，N)、M2(C，N)或M"C6相。13.權利要求11或12的組合物，其中所述組合物已在退火溫度下進行過退火，和所述組合物在800。C下比在退火溫度下包含至少多1.5wt。/。的Cu、M(C，N)、M2(C,N)或NLC6相。14.權利要求13的組合物，其中所述退火溫度為至少1250'C。15.權利要求13的組合物，其中所述退火溫度在130(TC和所述組合物熔點之間。16.權利要求1-15任一項的組合物，其中所述組合物在80(TC下含有至少4wt。/。的沉淀物。17.權利要求1-16任一項的組合物，其中所述組合物在800'C下含有至少8wt。/。的沉淀物。18.—種組合物，包含18-22wto/o的鉻；5-9wtQ/o的鎳；1-6wt。/。的銅；0.5-1.5wt。/o的鈮；l-10wto/o的錳；0.5-1.5wt。/。的鴒；36-74wt。/。的4失；和納米氫化物的沉淀物，其中鎢與銅的比為約1/10-10/1。19.權利要求18的組合物，其中銅與錳的比為約1/5-5/1。20.權利要求18或19的組合物，其中所述納米氮化物沉淀物包括顆粒，和所述顆粒的大多數具有5-100納米范圍內的最大尺寸。21.權利要求18-20任一項的組合物，其中所述組合物在800匸下含有至少3.25wt。/。的沉淀物。22.權利要求18-20任一項的組合物，其中所述組合物在80(TC下含有至少至少4wt。/。的沉淀物。23.權利要求18-22任一項的組合物，其中在800。C下存在的至少2wt。/。的所述沉淀物為Cu、M(C，N)、M2(C，N)或MnC6相。24.權利要求18-23任一項的組合物，其中對所述組合物已進行至少約10%程度的冷加工。25.權利要求18-24任一項的組合物，其中對所述組合物已進行至少約10%程度的熱加工。26.權利要求18-25任一項的組合物，其中所述組合物已進行過熱老化。27.—種加熱器系統，包括發熱元件；和至少部分圍繞發熱元件的罐，其中所述罐至少部分由包括以下物質的材料制得18-22wt。/o的鉻；5-14wt。/。的鎳；l-10wtn/。的銅；0.5-1.5wt。/o的鈮；36-70.5wt。/。的4失；和納米氮化物的沉淀物。28.權利要求27的加熱器系統，其中所述發熱元件是電力發熱元件。29.權利要求27或28的加熱器系統，其中所述發熱元件是烴燃料燃燒元件。30.—種用于加熱地下地層的包括管道的系統，所述管道至少部分由包括以下物質的材料制得18-22wt。/o的鉻；10-14wt。/。的鎳;l-10wt。/。的銅；0.5-1.5wto/o的鈮；36-70.5wt。/。的鐵；和納米氮化物的沉淀物。31.權利要求30的系統，還包括加熱介質系統以將加熱介質循環通過管道從而加熱地下地層。32.權利要求30或31的系統，其中所述加熱介質包括蒸汽。33.權利要求30-32任一項的系統，其中所述加熱介質包括二氧化碳。34.權利要求30-33任一項的系統，其中所述加熱介質在地面通過與氦氣換熱而被加熱。35.權利要求34的系統，其中所述氦氣在核反應堆中被加熱。36.權利要求30-35任一項的系統，其中所述系統還包括電力加熱元件作為熱源。37.權利要求30-36任一項的系統，其中所述管道通過焊接軋制的材料板以形成管道而制得。38.權利要求37的系統，其中所述焊接包括激光焊接。39.權利要求37的系統，其中所述焊接包括鎢氣電弧焊接。40.—種組合物，包含18-22wtQ/o的鉻；11-14wt。/。的鎳;至多3wt。/。的銅；l-10wto/o的錳；至多0.75wt。/。的珪；0.5-1.5wt%的鈮；0.5-1.5wt。/。的鴒；和其中所述材料能被冷加工以形成經機加工的材料。41.權利要求40的組合物，其中所述材料可被熱加工。42.壽又利要求40或41的組合物，還包含0.07-0.15wt%的碳。43.;f又利要求40-42任一項的組合物，還包含0.2-0.5wt%的氮。44.壽又利要求40-42任一項的組合物，還包含牽失。45.—種加熱地下地層的方法，包括放置一個或多個加熱器系統，其中至少一個所述加熱器系統的一部分由權利要求1-24任一項和/或權利要求40-44任一項的組合物制得，和其中至少一個加熱器系統是權利要求23-40任一項的加熱器系統；和使來自一個或多個加熱器系統的熱量加熱至少一部分地下地層。46.權利要求45的方法，還包括提供熱量至地層使得至少一些地層中的烴流動和/或熱解。47.權利要求45或46的方法，還包括從地層生產至少一部分烴。全文摘要描述了高強度金屬合金。至少一種金屬合金的組合物包含鉻、鎳、銅、錳、硅、鈮、鎢和鐵。一種加熱器系統可包括至少部分由含至少一種金屬合金的材料制得的罐。一種用于加熱地下地層的系統可包括至少部分由含至少一種金屬合金的材料制得的管道。文檔編號E21B36/00GK101563523SQ200780014050公開日2009年10月21日申請日期2007年4月20日優先權日2006年4月21日發明者D·S·基姆,H·J·韋內加爾,J·H·施奈貝,J·P·申加格勒迪克,M·L·圣泰拉,P·J·馬齊亞茲,R·C·約翰,V·K·西卡申請人:國際殼牌研究有限公司