本發(fā)明涉及用于加熱地下地層的系統(tǒng)和方法。更特別地，本發(fā)明涉及用于對(duì)地下含烴地層進(jìn)行加熱的系統(tǒng)和方法。

2.

背景技術(shù)：

從地下地層獲取的烴通常用作能源、原料和消費(fèi)品。對(duì)可用烴資源耗盡的關(guān)心和對(duì)所生產(chǎn)烴的整體質(zhì)量下降的關(guān)心已經(jīng)導(dǎo)致可用烴資源的更高效的采收、處理和/或使用過(guò)程的發(fā)展。原位過(guò)程可以用于從地下地層中移除先前得不到的和/或使用現(xiàn)有方法太昂貴以致無(wú)法提取的烴材料?？赡苄枰淖兊叵碌貙又械臒N材料的化學(xué)和/或物理性質(zhì)，以容許從地下地層更容易地移除烴材料和/或增加烴材料的值。化學(xué)和物理改變可以包括原位反應(yīng)，原位反應(yīng)產(chǎn)生地層中的烴材料的可移動(dòng)流體、組成改變、溶解度改變、密度改變、相改變和/或粘度改變。

可以將加熱器放置在井筒中以在原位過(guò)程中加熱地層。存在可以用于加熱地層的許多不同類型的加熱器。利用井下加熱器的原位過(guò)程的示例被在給Ljungstrom的美國(guó)專利No.2634961、No.2732195、No.2780450、No.2789805、No.2923535；給Van Meurs等人的美國(guó)專利No.4886118；以及給Wellington等人的美國(guó)專利No.6688387中例示。

用于在地下應(yīng)用中使用(諸如在一些應(yīng)用中加熱含烴地層)的礦物絕緣(MI)線纜(絕緣導(dǎo)體)可以具有更大的外直徑，并且可以以比在MI線纜工業(yè)中常見(jiàn)的更高的電壓和溫度操作。

例如，由于絕緣導(dǎo)體中使用的電絕緣體隨時(shí)間的退化，而存在潛在的電學(xué)和/或機(jī)械問(wèn)題。在絕緣導(dǎo)體加熱器的組裝期間，也存在對(duì)于電絕緣體待克服的潛在問(wèn)題。諸如芯膨脹(core bulge)或其它機(jī)械缺陷的問(wèn)題可以在絕緣導(dǎo)體加熱器的組裝期間發(fā)生。這種發(fā)生可以在加熱器的使用期間導(dǎo)致電學(xué)問(wèn)題并且可以潛在地致使加熱器對(duì)其預(yù)期目的不起作用。

此外，在組裝和/或安裝進(jìn)絕緣導(dǎo)體的地下期間，存在對(duì)于絕緣導(dǎo)體上增加應(yīng)力的問(wèn)題。例如，絕緣導(dǎo)體在用于輸送的線軸上的繞組和退繞以及絕緣導(dǎo)體的安裝可以導(dǎo)致對(duì)絕緣導(dǎo)體中的電絕緣體和/或其它部件的機(jī)械應(yīng)力。因此，需要更可靠的系統(tǒng)和方法以減少或消除絕緣導(dǎo)體的制造、組裝和/或安裝期間的潛在問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文中描述的實(shí)施例一般涉及用于處理地下地層的系統(tǒng)、方法和加熱器。本文中描述的實(shí)施例一般還涉及其中具有新穎部件的加熱器。這種加熱器可以通過(guò)使用本文中所描述的系統(tǒng)和方法來(lái)獲取。

在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)、方法和/或加熱器。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)、方法和/或加熱器用于處理地下地層。

在某些實(shí)施例中，絕緣電導(dǎo)體(例如，MI線纜)包括：內(nèi)電導(dǎo)體；至少部分圍繞電導(dǎo)體的電絕緣體，該電絕緣體包括礦物絕緣；以及至少部分圍繞電絕緣體的外電導(dǎo)體；其中該絕緣電導(dǎo)體具有至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度；并且其中該絕緣電導(dǎo)體在所述至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在約700℃和約60Hz下包括每毫米電絕緣體厚度至少約2400伏的初始擊穿電壓。

在其它實(shí)施例中，來(lái)自特定實(shí)施例的特征可以與來(lái)自其它實(shí)施例的特征結(jié)合。例如，來(lái)自一個(gè)實(shí)施例的特征可以與來(lái)自其它實(shí)施例中的任一的特征結(jié)合。

在其它實(shí)施例中，使用本文中描述的方法、系統(tǒng)、電源或加熱器中的任一執(zhí)行處理地下地層。

在其它實(shí)施例中，額外的特征可以添加到本文中描述的特定實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖參照下面根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選但例示性的實(shí)施例的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的方法和裝置的特征和優(yōu)點(diǎn)將被更充分地理解。

圖1示出了用于處理含烴地層的原位熱處理系統(tǒng)的部分的實(shí)施例的示意性視圖。

圖2描繪了絕緣導(dǎo)體熱源的實(shí)施例。

圖3描繪了絕緣導(dǎo)體熱源的實(shí)施例。

圖4描繪了絕緣導(dǎo)體熱源的實(shí)施例。

圖5A和5B描繪了在絕緣導(dǎo)體加熱器中使用的限溫加熱器部件的實(shí)施例的橫截面表示。

圖6-8描繪了可以用于向加熱器組件中的塊提供軸向力的推塊(block pushing)設(shè)備的實(shí)施例。

圖9描繪了活塞的實(shí)施例，該活塞具有使得活塞對(duì)塊提供力而不對(duì)護(hù)套內(nèi)的芯提供力的橫截面形狀。

圖10描繪了可以用于推動(dòng)偏移(交錯(cuò))塊的活塞的實(shí)施例。

圖11描繪了可以用于推動(dòng)頂部/底部布置塊的活塞的實(shí)施例。

圖12描繪了預(yù)冷加工、預(yù)熱處理絕緣導(dǎo)體的實(shí)施例的橫截面表示。

圖13描繪了冷加工和熱處理之后圖12中描繪的絕緣導(dǎo)體的實(shí)施例的橫截面表示。

圖14描繪了冷加工之后圖13中描繪的絕緣導(dǎo)體的實(shí)施例的橫截面表示。

圖15描繪了用于使用用于電絕緣體的粉末制造絕緣導(dǎo)體的過(guò)程的實(shí)施例。

圖16A描繪了絕緣導(dǎo)體內(nèi)的第一鞘材料的第一設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示。

圖16B描繪了第一設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示，其中第二鞘材料成型為管狀物并且焊接在第一鞘材料周圍。

圖16C描繪了在一些減小之后的第一設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示，其中第二鞘材料在第一鞘材料周圍成型為管狀物。

圖16D描繪了當(dāng)絕緣導(dǎo)體在壓延輥處經(jīng)過(guò)最終減小步驟時(shí)的第一設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示。

圖17A描繪了絕緣導(dǎo)體內(nèi)的第一鞘材料的第二設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示。

圖17B描繪了第二設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示，其中第二鞘材料成型為管狀物并且焊接在第一鞘材料周圍。

圖17C描繪了在一些減小之后的第二設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示，其中第二鞘材料在第一鞘材料周圍成型為管狀物。

圖17D描繪了當(dāng)絕緣導(dǎo)體在壓延輥處經(jīng)過(guò)最終減小步驟時(shí)的第二設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示。

圖18描繪了針對(duì)不同絕緣導(dǎo)體的最大電場(chǎng)(例如，擊穿電壓)對(duì)時(shí)間。

圖19描繪了針對(duì)使用礦物(MgO)粉末電絕緣形成的不同絕緣導(dǎo)體的最大電場(chǎng)(例如，擊穿電壓)對(duì)時(shí)間。

圖20示出了具有終止絕緣導(dǎo)體的一個(gè)端部的油杯端部末端的測(cè)試裝置。

圖21示出了固定在實(shí)驗(yàn)室爐中以用于測(cè)試的絕緣導(dǎo)體252。

盡管本發(fā)明易受各種修改和可選擇形式的影響，但是其具體實(shí)施例是通過(guò)附圖中的示例示出的，并且將在本文中詳細(xì)描述。附圖可以不按比例。將理解的是，附圖和其中的具體實(shí)施方式不意在將本發(fā)明限制于所公開(kāi)的特定形式，但相反，本發(fā)明涵蓋落在如由隨附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價(jià)物和替代物。

具體實(shí)施方式

下面的描述一般涉及用于處理地層中的烴的系統(tǒng)和方法。這種地層可以被處理以生產(chǎn)烴產(chǎn)物、氫和其它產(chǎn)物。

“交流電(AC)”指的是基本正弦地倒轉(zhuǎn)方向的時(shí)變電流。AC在鐵磁導(dǎo)體中產(chǎn)生趨膚效應(yīng)電流。

在減少的熱輸出加熱系統(tǒng)、裝置和方法的背景下，術(shù)語(yǔ)“自動(dòng)地”意指這種在不使用外部控制(例如，外部控制器，諸如具有溫度傳感器和反饋回路的控制器、PID控制器或預(yù)測(cè)控制器)的情況下以某種方式運(yùn)行的系統(tǒng)、裝置和方法。

“耦接”意為一個(gè)或多個(gè)對(duì)象或部件之間的直接連接或間接連接(例如，一個(gè)或多個(gè)干涉連接)。短語(yǔ)“直接連接”意為對(duì)象或組件之間的直接連接，使得對(duì)象或組件彼此直接連接，使得對(duì)象或組件以“使用點(diǎn)(point of use)”方式操作。

“居里溫度”是在其上鐵磁性材料失去其所有的鐵磁性質(zhì)的溫度。除了在居里溫度之上失去其所有鐵磁性質(zhì)之外，當(dāng)增加的電流通過(guò)鐵磁性材料時(shí)，鐵磁性材料也開(kāi)始失去其鐵磁性質(zhì)。

“地層”包括一個(gè)或多個(gè)含烴層、一個(gè)或多個(gè)非烴層、覆蓋巖層和/或下伏巖層。“烴層”指的是地層中含烴的層。烴層可以包含非烴材料和烴材料。“覆蓋巖層”和/或“下伏巖層”包括一種或多種不同類型的不可滲透材料。例如，覆蓋巖層和/或下伏巖層可以包括巖石、頁(yè)巖、泥巖或潤(rùn)濕/致密碳酸鹽巖。在一些原位熱處理過(guò)程的實(shí)施例中，覆蓋巖層和/或下伏巖層可以包括相對(duì)不可滲透且在原位熱處理過(guò)程期間不經(jīng)受溫度的含烴層(一個(gè)或多個(gè))，所述原位熱處理過(guò)程導(dǎo)致覆蓋巖層和/或下伏巖層的含烴層的顯著特性變化。例如，下伏巖層可以包含頁(yè)巖或泥巖，但是在原位熱處理過(guò)程期間不容許將下伏巖層加熱至熱解溫度。在一些情況中，覆蓋巖層和/或下伏巖層可以是稍微可滲透的。

“地層流體”指的是存在于地層中的流體并且可以包括熱解流體、合成氣體、流動(dòng)烴和水(流)。地層流體可以包括烴流體以及非烴流體。術(shù)語(yǔ)“流動(dòng)流體”指的是含烴地層中能夠由于地層的熱處理而流動(dòng)的流體?！安沙隽黧w”指的是從地層中移除的流體。

“熱通量”是每單位時(shí)間每單位面積的能量流動(dòng)(瓦特/平方米)。

“熱源”是用于基本通過(guò)傳導(dǎo)和/或輻射熱傳遞將熱提供給地層的至少部分的任何系統(tǒng)。例如，熱源可以包括導(dǎo)電材料和/或電加熱器，諸如放置在導(dǎo)管中的絕緣導(dǎo)體、細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件和/或?qū)w。熱源還可以包括通過(guò)在地層外部或在地層中燃燒燃料生成熱的系統(tǒng)。系統(tǒng)可以是表面燃燒器、井下氣體燃燒器、無(wú)焰分布式燃燒室以及自然分布式燃燒室。在一些實(shí)施例中，提供給一個(gè)或多個(gè)熱源的熱或在一個(gè)或多個(gè)熱源中生成的熱可以通過(guò)其它能量源供應(yīng)。其它能量源可以直接加熱地層，或者可以將能量應(yīng)用于直接或間接對(duì)地層進(jìn)行加熱的傳遞介質(zhì)。將理解的是，將熱應(yīng)用于地層的一個(gè)或多個(gè)熱源可以使用不同的能量源。因此，例如，對(duì)于給定的地層，一些熱源可以從導(dǎo)電材料，電阻加熱器來(lái)供應(yīng)熱，一些熱源可以從燃燒提供熱，并且一些熱源可以從一個(gè)或多個(gè)其它能量源(例如，化學(xué)反應(yīng)、太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物量或其它可再生能源)提供熱?；瘜W(xué)反應(yīng)可以包括放熱反應(yīng)(例如，氧化反應(yīng))。熱源還可以包括導(dǎo)電材料和/或?qū)崽峁┙o接近和/或圍繞加熱位置(諸如加熱器井)的區(qū)的加熱器。

“加熱器”是用于在井中或井筒區(qū)域附近生成熱的任何系統(tǒng)或熱源。加熱器可以是(但不限于)電加熱器、燃燒器、燃燒室，其與地層中的材料或從地層采出的材料和/或它們的組合物反應(yīng)。

“烴”通常定義為主要由碳原子和氫原子形成的分子。烴還可以包括其它元素，諸如(但不限于)鹵素、金屬元素、氮、氧和/或硫。烴可以是(但不限于)干酪根、瀝青、焦瀝青、油、天然礦物蠟和瀝青礦。烴可以位于地球中的礦物基質(zhì)中或與地球中的礦物基質(zhì)相鄰?；|(zhì)可以包括(但不限于)沉積巖、砂、沉積石英巖、碳酸鹽、硅藻土以及其它多孔介質(zhì)?！盁N流體”是包括烴的流體。烴流體可以包括、攜帶(entrain)非烴流體或被攜帶在非烴流體中，所述非烴流體諸如氫、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨。

“原位轉(zhuǎn)換過(guò)程”指的是從熱源加熱含烴地層以將地層的至少部分的溫度提高至熱解溫度之上使得在地層中產(chǎn)生熱解流體的過(guò)程。

“原位熱處理過(guò)程”指的是利用熱源加熱含烴地層以將地層的至少部分的溫度提高至導(dǎo)致含烴材料的流動(dòng)流體、減粘裂化(visbreaking)和/或熱解的溫度之上使得在地層中產(chǎn)生流動(dòng)流體、減粘裂化流體和/或熱解流體的過(guò)程。

“絕緣導(dǎo)體”指的是能夠?qū)щ姴⑶艺w或部分被電絕緣材料覆蓋的任何細(xì)長(zhǎng)材料。

“調(diào)制直流(DC)”指的是在鐵磁性材料中產(chǎn)生趨膚效應(yīng)電流的任何基本非正弦時(shí)變電流。

“氮化物”指的是氮和一種或多種其它周期表元素的化合物。

“穿孔”包括容許流進(jìn)或流出導(dǎo)管、管狀物、管道或其它流動(dòng)通道的導(dǎo)管、管狀物、管道或其它流動(dòng)通道的壁中的開(kāi)口、狹縫、孔或洞。

鐵磁性材料的“相變溫度”指的是在其間材料經(jīng)歷降低鐵磁性材料的導(dǎo)磁率的相變(例如，從鐵氧體到奧氏體)的溫度或溫度范圍。導(dǎo)磁率的減小類似于由于鐵磁性材料在居里溫度處的磁性轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的導(dǎo)磁率的減小。

“熱解”是化學(xué)鍵由于熱的應(yīng)用而斷裂。例如，熱解可以包括只通過(guò)熱而將化合物變換成一種或多種其它物質(zhì)?？梢詫醾鬟f到地層的部分以引起熱解。

“熱解流體”或“熱解產(chǎn)物”指的是基本在烴的熱解期間產(chǎn)生的流體。通過(guò)熱解反應(yīng)產(chǎn)生的流體可以與地層中的其它流體混合?；旌衔飳⒈徽J(rèn)為是熱解流體或熱解產(chǎn)物。如本文所使用的，“熱解區(qū)”指的是地層(例如，相對(duì)可滲透地層，諸如焦油砂地層)起反應(yīng)以形成熱解流體的體積。

“熱疊加”指的是將熱從兩個(gè)或更多個(gè)熱源提供給地層的選定部分，使得至少在熱源之間的一個(gè)位置處的地層的溫度受熱源影響。

“限溫加熱器”通常指的是在不使用外部控制(諸如溫度控制器、電力調(diào)節(jié)器、整流器或其它設(shè)備)的情況下在指定溫度之上調(diào)節(jié)熱輸出(例如，減小熱輸出)的加熱器。限溫加熱器可以是AC(交流電)或調(diào)制(例如，“截?cái)唷?DC(直流電)供電電阻加熱器。

層的“厚度”指的是層的橫截面的厚度，其中橫截面垂直于層的面。

“時(shí)變電流”指的是在鐵磁性導(dǎo)體中產(chǎn)生趨膚效應(yīng)電流并且具有隨時(shí)間變化的幅值的電流。時(shí)變電流包括交流電(AC)(例如，60Hz或50Hz的AC)和調(diào)制直流電(DC)兩者。

用于限溫加熱器(其中電流被直接應(yīng)用于加熱器)的“極限負(fù)荷比”是對(duì)于給定電流，居里溫度之下的最高AC或調(diào)制DC電阻與居里溫度之上的最低電阻的比。用于感應(yīng)加熱器的極限負(fù)荷比是對(duì)于應(yīng)用到加熱器的給定電流，居里溫度之下的最高熱輸出與居里溫度之上的最低熱輸出的比。

“u形井筒”指的是從地層中的第一開(kāi)口穿過(guò)地層的至少部分并且穿出地層中的第二開(kāi)口的井筒。在這種情況下，井筒可以僅僅是大致“v”或“u”形狀，其中理解的是，對(duì)于認(rèn)為井筒是“u形”的，“u”的“側(cè)邊(leg)”不需要彼此平行或垂直于“u”的“底部”。

術(shù)語(yǔ)“井筒”指的是地層中通過(guò)將導(dǎo)管鉆入或插入地層形成的洞。井筒可以具有基本圓形的橫截面或另一橫截面形狀。如本文所使用的，當(dāng)指地層中的開(kāi)口時(shí)，術(shù)語(yǔ)“井”和“開(kāi)口”可以與術(shù)語(yǔ)“井筒”可交換的使用。

可以以各種方式對(duì)地層進(jìn)行處理以產(chǎn)生許多不同的產(chǎn)物。在原位熱處理過(guò)程期間，不同的階段或過(guò)程可以用于處理地層。在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部分是被開(kāi)采以從該部分中移除可溶性礦物的溶液開(kāi)采。溶液開(kāi)采礦物可以在原位熱處理過(guò)程之前、期間和/或之后執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，作為溶液開(kāi)采的一個(gè)或多個(gè)部分的平均溫度可以維持在約120℃之下。

在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部分被加熱以從該部分移除水和/或從該部分移除甲烷和其它揮發(fā)性烴。在一些實(shí)施例中，在移除水和揮發(fā)性烴期間，可以將平均溫度從環(huán)境溫度提高至低于約220℃的溫度。

在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部分被加熱至容許地層中的烴移動(dòng)和/或減粘裂化的溫度。在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部分的平均溫度被提高至該部分中的烴的流動(dòng)溫度(例如，至從100℃到250℃、從120℃到240℃或從150℃到230℃變動(dòng)的溫度)。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)部分被加熱至容許地層中的熱解反應(yīng)的溫度。在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部分的平均溫度可以被提高至地層中的烴的熱解溫度(例如，從230℃到900℃、從240℃到400℃或從250℃至350℃變動(dòng)的溫度)。

利用多個(gè)熱源加熱含烴地層可以在熱源周圍創(chuàng)建以期望的加熱速率將地層中的烴的溫度提高至期望溫度的熱梯度。針對(duì)期望產(chǎn)物溫度增加通過(guò)流動(dòng)溫度范圍和/或熱解溫度范圍的速率可以影響從含烴地層采出的地層流體的質(zhì)量和數(shù)量。緩慢提高地層的溫度通過(guò)流動(dòng)溫度范圍和/或熱解溫度范圍可以容許從地層采出高質(zhì)量、高API比重的烴。緩慢提高地層的溫度通過(guò)流動(dòng)溫度范圍和/或熱解溫度范圍可以容許移除存在于地層中的大量的烴作為烴產(chǎn)物。

在一些原位熱處理實(shí)施例中，地層的一部分被加熱至期望溫度，而不是緩慢提高溫度通過(guò)溫度范圍。在一些實(shí)施例中，期望溫度是300℃、325℃或350℃?？梢赃x擇其它溫度作為期望溫度。

來(lái)自熱源的熱的重疊容許在地層中相對(duì)快速和高效地創(chuàng)建期望溫度。可以調(diào)整從熱源輸入地層中的能量，以將地層中的溫度基本維持在期望溫度。

可以通過(guò)生產(chǎn)井從地層采出流動(dòng)和/或熱解產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)部分的平均溫度被提高至流動(dòng)溫度并且從生產(chǎn)井中采出烴。由于流動(dòng)性降低至選定值之下，在采出之后，可以將一個(gè)或多個(gè)部分的平均溫度提高至熱解溫度。在一些實(shí)施例中，在達(dá)到熱解溫度之前，可以在沒(méi)有顯著采出的情況下將一個(gè)或多個(gè)部分的平均溫度提高至熱解溫度?？梢酝ㄟ^(guò)生產(chǎn)井采出包括熱解產(chǎn)物的地層流體。

在一些實(shí)施例中，可以將一個(gè)或多個(gè)部分的平均溫度提高至足以容許在流動(dòng)和/或熱解之后合成氣采出的溫度。在一些實(shí)施例中，在達(dá)到足以容許合成氣采出的溫度之前，可以在沒(méi)有顯著采出的情況下將烴提高到足以容許合成氣采出的溫度。例如，合成氣可以在從約400℃到約1200℃、約500℃到約1100℃或約550℃到約1000℃的溫度范圍中采出?？梢詫⒑铣蓺馍闪黧w(例如，流和/或水)引入該部分中以生成合成氣?？梢詮纳a(chǎn)井采出合成氣。

可以在原位熱處理過(guò)程期間執(zhí)行溶液開(kāi)采、揮發(fā)性烴和水的移除、使烴流動(dòng)、使烴熱解、生成合成氣和/或其它過(guò)程。在一些實(shí)施例中，一些過(guò)程可以在原位熱處理過(guò)程之后執(zhí)行。這種過(guò)程可以包括(但不限于)從經(jīng)處理的部分重新獲得熱、在先前經(jīng)處理的部分中存儲(chǔ)流體(例如，水和/或烴)和/或在先前經(jīng)處理的部分中隔離二氧化碳。

圖1描繪了用于處理含烴地層的原位熱處理系統(tǒng)的部分的實(shí)施例的示意圖。原位熱處理系統(tǒng)可以包括屏障井200。屏障井被用于在處理區(qū)域周圍形成屏障。屏障抑制流體流進(jìn)或流出處理區(qū)域。屏障井包括(但不限于)降水井、真空井、捕獲井、注入井、灌漿井、凍結(jié)井或它們的組合。在一些實(shí)施例中，屏障井200是降水井。降水井可以移除液態(tài)水和/或抑制液態(tài)水進(jìn)入待加熱地層的一部分或進(jìn)入待加熱的地層。在圖1中描繪的實(shí)施例中，屏障井200被示出為僅沿著熱源202的一邊延伸，但是屏障井通常環(huán)繞所有使用或待使用的熱源202，以加熱地層的處理區(qū)域。

熱源202被放置在地層的至少部分。熱源202可以包括加熱器，諸如絕緣導(dǎo)體、導(dǎo)體導(dǎo)管加熱器、表面燃燒器、無(wú)焰分布式燃燒室和/或天然分布式燃燒室。熱源202還可以包括其它類型的加熱器。熱源202將熱提供給地層的至少部分以加熱地層中的烴?？梢酝ㄟ^(guò)供應(yīng)線路204將能量供應(yīng)給熱源202。供應(yīng)線路204可以依賴用于加熱地層的熱源(一個(gè)或多個(gè))的類型而結(jié)構(gòu)不同。用于熱源的供應(yīng)線路204可以輸送用于電加熱器的電力，可以輸送用于燃燒室的燃料或可以輸送在地層中循環(huán)的熱交換流體。在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)核電站(一個(gè)或多個(gè))提供用于原位熱處理過(guò)程的電力。使用核電可以容許減少或消除來(lái)自原位熱處理過(guò)程的二氧化碳排放。

當(dāng)加熱地層時(shí)，輸入地層的熱可以引起地層的膨脹和地質(zhì)力學(xué)運(yùn)動(dòng)。可以在降水過(guò)程之前、降水過(guò)程的同時(shí)或降水過(guò)程期間導(dǎo)通熱源。計(jì)算機(jī)模擬可以將對(duì)加熱的地層響應(yīng)進(jìn)行建模。計(jì)算機(jī)模擬可以用于研發(fā)用于在地層中激活熱源的模式和時(shí)間序列，使得地層的地質(zhì)力學(xué)運(yùn)動(dòng)不會(huì)不利地影響地層中的熱源、生產(chǎn)井以及其它裝備的功能。

加熱地層可以引起地層滲透率和/或孔隙度增加。滲透率和/或孔隙度增加可以由地層中質(zhì)量的減小造成，地層中質(zhì)量的減小歸因于水的汽化和移除、烴的移除和/或裂縫的產(chǎn)生。流體可以由于地層增加的滲透率和/或孔隙度而在地層的加熱部分中更容易地流動(dòng)。地層的加熱部分中的流體可以由于增加的滲透率和/或孔隙度而穿過(guò)地層移動(dòng)相當(dāng)大的距離。該相當(dāng)大的距離取決于各種因素(諸如地層的滲透率、流體的性質(zhì)、地層的溫度和容許流體移動(dòng)的壓力梯度)而超過(guò)1000m。流體在地層中行進(jìn)相當(dāng)大的距離的能力容許生產(chǎn)井206在地層中相對(duì)遠(yuǎn)地分隔。

生產(chǎn)井206用于從地層中移除地層流體。在一些實(shí)施例中，生產(chǎn)井206包括熱源。生產(chǎn)井中的熱源可以對(duì)生產(chǎn)井處或生產(chǎn)井附近的地層的一個(gè)或多個(gè)部分進(jìn)行加熱。在一些原位熱處理過(guò)程實(shí)施例中，每米生產(chǎn)井從生產(chǎn)井供應(yīng)給地層的熱量少于每米熱源從加熱地層的熱源供應(yīng)給地層的熱量。從生產(chǎn)井應(yīng)用到地層的熱可以通過(guò)汽化和移除與生產(chǎn)井相鄰的液相流體和/或通過(guò)形成宏觀和/或微觀裂縫來(lái)增加與生產(chǎn)井相鄰的地層的滲透率而增加與生產(chǎn)井相鄰的地層滲透率。

不止一個(gè)熱源可以定位在生產(chǎn)井中。當(dāng)來(lái)自相鄰熱源的熱的疊加將地層充分加熱到抵消通過(guò)利用生產(chǎn)井加熱地層提供的益處時(shí)，可以關(guān)閉生產(chǎn)井的下部中的熱源。在一些實(shí)施例中，在生產(chǎn)井的上部中的熱源可以在生產(chǎn)井的下部中的熱源去激活之后保持接通。井的上部中的熱源可以抑制地層流體的冷凝和回流。

在一些實(shí)施例中，生產(chǎn)井206中的熱源容許從地層中移除地層流體的氣相。在生產(chǎn)井處提供加熱或穿過(guò)生產(chǎn)井提供加熱可以：(1)當(dāng)采出流體在相鄰覆蓋巖層的生產(chǎn)井中移動(dòng)時(shí)，抑制這種采出流體的冷凝和/或回流，(2)增加輸入到地層的熱，(3)與沒(méi)有熱源的生產(chǎn)井相比增加來(lái)自生產(chǎn)井的采出率，(4)抑制生產(chǎn)井中高碳數(shù)化合物(C6烴及以上)的冷凝，和/或(5)增加生產(chǎn)井處或附近的地層滲透率。

地層中的地下壓力可以對(duì)應(yīng)于地層中生成的流體壓力。隨著地層的加熱部分中的溫度增加，加熱部分中的壓力可以由于原位流體的熱膨脹、增加的流體生成和水的汽化而增加?？刂屏黧w從地層的移除速率可以容許控制地層中的壓力。可以在多個(gè)不同的位置(諸如在生產(chǎn)井附近或在生產(chǎn)井處、在熱源附近或在熱源處或在監(jiān)控井處)確定地層中的壓力。

在一些含烴地層中，烴從地層的采出被抑制，直到地層中的至少一些烴已經(jīng)流動(dòng)和/或熱解。當(dāng)?shù)貙恿黧w具有選定的品質(zhì)時(shí)，地層流體可以從地層采出。在一些實(shí)施例中，選定的品質(zhì)包括至少約20℃、30℃或40℃的API比重。抑制采出直到至少一些烴流動(dòng)和/或熱解可以增加重?zé)N轉(zhuǎn)化為輕烴。抑制初始采出可以使重?zé)N從地層的采出最小化。大量重?zé)N的采出可能需要昂貴的裝備和/或減少生產(chǎn)設(shè)備的壽命。

在一些含烴地層中，在地層的加熱部分中已經(jīng)生成大量滲透率之前，地層中的烴可以被加熱至流動(dòng)和/或熱解溫度。初始滲透率不足可以抑制生成的流體輸送至生產(chǎn)井206。在初始加熱期間，地層中的流體壓力可以接近熱源202而增加。增加的流體壓力可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱源202釋放、監(jiān)控、改變和/或控制。例如，選定的熱源202或分離的壓力釋放井可以包括容許一些流體從地層移除的壓力釋放閥。

在一些實(shí)施例中，盡管到生產(chǎn)井206或任何其它壓力設(shè)備的開(kāi)放路徑可能還不存在于地層中，但是可以容許通過(guò)地層中生成的流動(dòng)流體、熱解流體或其它流體的膨脹而生成的壓力增加?？梢匀菰S流體壓力朝著巖石靜壓力增加。當(dāng)流體接近巖石靜壓力時(shí)，含烴地層中的裂縫可以形成。例如，在地層的加熱部分中，裂縫可以從熱源202到生產(chǎn)井206形成。加熱部分中裂縫的生成可以釋放該部分中的一些壓力。地層中的壓力必須被維持在選定壓力之下以抑制不需要的采出、覆蓋巖層或下伏巖層的破裂和/或地層中烴的焦化。

在達(dá)到流動(dòng)和/或熱解溫度并且容許從地層采出之后，可以變化地層中的壓力以改變和/或控制所采出的地層流體的組成、控制地層流體中可冷凝流體與非可冷凝流體相比的百分比和/或控制采出的地層流體的API比重。例如，降低壓力可以導(dǎo)致更大的可冷凝流體組分的采出?？衫淠黧w組分可以包含更大百分比的烯烴。

在一些原位熱處理過(guò)程實(shí)施例中，可以維持地層中的壓力足夠高以促進(jìn)采出具有大于20℃的API比重的地層流體。維持地層中增加的壓力可以抑制原位熱處理期間地層下沉。維持增加的壓力可以減少或消除在表面處壓縮地層流體以將收集導(dǎo)管中的流體輸送到處理設(shè)施的需求。

維持地層的加熱部分中增加的壓力可以出人意料地容許采出大量的品質(zhì)增加且相對(duì)低分子量的烴。壓力可以被維持使得所采出的地層流體具有在選定碳數(shù)之上最小的化合物量。選定的碳數(shù)可以至多25、至多20、至多12或至多8。一些高碳數(shù)化合物可以攜帶在地層中的蒸汽中并且可以隨著蒸汽從地層移除。維持地層中增加的壓力可以抑制高碳數(shù)化合物和/或多環(huán)烴化合物攜帶在蒸汽中。高碳數(shù)化合物和/或多環(huán)烴化合物可以在地層中保持液相達(dá)顯著時(shí)間段。該顯著時(shí)間段可以為化合物提供顯著時(shí)間來(lái)熱解以形成較低碳數(shù)化合物。

相對(duì)低分子量烴的生成被認(rèn)為是部分由于含烴地層的部分中氫的自生生成和反應(yīng)。例如，在地層內(nèi)維持增加的壓力可以迫使熱解期間生成的氫進(jìn)入液相。將該部分加熱至熱解溫度范圍中的溫度可以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以包括雙鍵和/或基團(tuán)。液相的氫(H₂)可以減少所生成的熱解流體的雙鍵，從而減少來(lái)自所生成的熱解流體的長(zhǎng)鏈化合物的聚合或形成的潛能。此外，H₂還可以中和所生成的熱解流體中的基團(tuán)。液相H₂可以抑制所生成的熱解流體彼此反應(yīng)和/或與地層中的其它化合物反應(yīng)。

從生產(chǎn)井206采出的地層流體可以通過(guò)收集管道208輸送到處理設(shè)施210。地層流體還可以從熱源202采出。例如，流體可以從熱源202采出以控制與熱源相鄰的地層中的壓力。從熱源202采出的流體可以通過(guò)管子或管道輸送到收集管道208或者采出的流體可以通過(guò)管子或管道直接輸送到處理設(shè)施210。處理設(shè)施210可以包括分離單元、反應(yīng)單元、升級(jí)單元、燃料電池、渦輪、存儲(chǔ)容器和/或用于處理所采出的地層流體的其它系統(tǒng)和單元。處理設(shè)施可以從采自地層的烴的至少部分形成輸送燃料。在一些實(shí)施例中，輸送燃料可以是噴氣燃料，諸如JP-8。

絕緣導(dǎo)體可以用作加熱器或熱源的電加熱器元件。絕緣導(dǎo)體可以包括由電絕緣體包圍的內(nèi)電導(dǎo)體(芯)和外電導(dǎo)體(保護(hù)套)。電絕緣體可以包括礦物絕緣(例如，氧化鎂)或其它電絕緣。

在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體被放置在含烴地層的開(kāi)口中。在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體被放置在含烴地層的無(wú)套管開(kāi)口中。將絕緣導(dǎo)體放置在含烴地層中的無(wú)套管開(kāi)口中可以容許熱通過(guò)輻射以及傳導(dǎo)從絕緣導(dǎo)體傳遞到地層。必要時(shí)，使用無(wú)套管開(kāi)口可以促進(jìn)絕緣導(dǎo)體從井的回收。

在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體被放置在地層中的套管內(nèi)；可以粘接在地層內(nèi)；或者可以利用砂子、礫石或其它充填材料填充在開(kāi)口中。絕緣導(dǎo)體可以支撐在定位在開(kāi)口內(nèi)的支撐構(gòu)件上。支撐構(gòu)件可以是線纜、棒或?qū)Ч?例如，管子)。支撐構(gòu)件可以由金屬、陶瓷、無(wú)機(jī)材料或它們的組合制成。因?yàn)橹螛?gòu)件的部分可以在使用期間暴露于地層流體和熱，因此支撐構(gòu)件可以是耐化學(xué)的和/或耐熱的。

帶、點(diǎn)焊和/或其它類型的連接器可以用于在沿著絕緣導(dǎo)體的長(zhǎng)度的各個(gè)位置處將絕緣導(dǎo)體耦接到支撐構(gòu)件。支撐構(gòu)件可以在地層的上表面處附接到井口。在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使得不需要支撐構(gòu)件。在許多情況下，絕緣導(dǎo)體可以具有至少一些柔性，以當(dāng)經(jīng)歷溫度變化時(shí)抑制熱膨脹損壞。

在某些實(shí)施例中，在沒(méi)有支撐構(gòu)件和/或扶正器(centralizers)的情況下將絕緣導(dǎo)體放置在井筒中。沒(méi)有支撐構(gòu)件和/或扶正器的絕緣導(dǎo)體可以具有將抑制絕緣導(dǎo)體在使用期間的故障的溫度和耐腐蝕性、蠕變強(qiáng)度、長(zhǎng)度、厚度(直徑)和冶金層的適當(dāng)組合。

圖2描繪了絕緣導(dǎo)體252的實(shí)施例的端部部分的透視圖。絕緣導(dǎo)體252可以具有任意期望的橫截面形狀，諸如(但不限于)圓形(圖2中所描繪)、三角形、橢圓形、矩形、六邊形或不規(guī)則形。在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體252包括芯218、電絕緣體214和護(hù)套216。當(dāng)電流通過(guò)芯時(shí)，芯218可以電阻加熱。交流電或時(shí)變電流和/或直流電可以用于將電力提供給芯218，使得芯電阻加熱。

在一些實(shí)施例中，電絕緣體214抑制到護(hù)套216的漏電和電弧作用。電絕緣體214可以將芯218中生成的熱熱傳導(dǎo)至護(hù)套216。護(hù)套216可以將熱輻射或傳導(dǎo)至地層。在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體252長(zhǎng)度為1000m或更多。較長(zhǎng)或較短的絕緣導(dǎo)體還可以用于滿足特定應(yīng)用需求?？梢赃x擇絕緣導(dǎo)體252的芯218、電絕緣體214和護(hù)套216的尺寸，使得絕緣導(dǎo)體即使在溫度上限也具有足夠強(qiáng)度以自支撐。不需要支撐構(gòu)件連同絕緣導(dǎo)體延伸進(jìn)入含烴地層，這種絕緣導(dǎo)體也可以從井口或定位在覆蓋巖層和含烴地層之間的界面附近的支撐件懸掛下來(lái)。

絕緣導(dǎo)體252可以被設(shè)計(jì)為以高達(dá)約1650瓦特/米或更高的功率水平操作。在某些實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)地層進(jìn)行加熱時(shí)，絕緣導(dǎo)體252以約500瓦特/米和約1150瓦特/米之間的功率水平操作。絕緣導(dǎo)體252可以設(shè)計(jì)為使得通常操作溫度下的最大電壓水平不引起電絕緣體214相當(dāng)大的熱和/或電擊穿。絕緣導(dǎo)體252可以被設(shè)計(jì)為使得護(hù)套216不超過(guò)將導(dǎo)致鞘材料的耐腐蝕性性質(zhì)顯著減小的溫度。在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體252可以被設(shè)計(jì)為達(dá)到在約650℃與約900℃之間的范圍內(nèi)的溫度。具有其它操作范圍的絕緣導(dǎo)體可以形成為滿足特定操作要求。

圖2描繪了具有單芯218的絕緣導(dǎo)體252。在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體252具有兩個(gè)或更多個(gè)芯218。例如，單絕緣導(dǎo)體可以具有三個(gè)芯。芯218可以由金屬或另一種導(dǎo)電材料制成。用于形成芯218的材料可以包括(但不限于)鎳鉻合金、銅、鎳、金、鈀、鋅、銀、鋁、鎂、碳鋼、不銹鋼以及合金或它們的組合。在某些實(shí)施例中，芯218被選擇為具有操作溫度下的直徑和電阻率，使得如從歐姆定律導(dǎo)出的它的電阻使得其對(duì)于選定的每米功率消耗、加熱器的長(zhǎng)度和/或針對(duì)芯材料所容許的最大電壓而電和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

在一些實(shí)施例中，芯218沿著絕緣導(dǎo)體252的長(zhǎng)度由不同的材料制成。例如，芯218的第一部分可以由具有比該芯的第二部分顯著低的電阻的材料制成。第一部分可以被放置為與不需要加熱至和與第二部分相鄰的第二地層小層(layer)一樣高的溫度的地層小層相鄰?？梢酝ㄟ^(guò)具有可變直徑和/或通過(guò)具有由不同材料制成的芯部分來(lái)調(diào)整芯218的各個(gè)部分的電阻率。

電絕緣體214可以由各種材料制成。通常使用的粉末可以包括(但不限于)MgO、Al2O3、BN、Si3N4、氧化鋯、BeO、尖晶石的不同化學(xué)變體以及它們的組合。MgO可以提供良好的熱導(dǎo)率和電絕緣性質(zhì)。期望的電絕緣性質(zhì)包括低泄漏電流和高介電強(qiáng)度。低泄漏電流降低了熱擊穿的可能性并且高介電強(qiáng)度降低了跨絕緣體的電弧作用的可能性。如果泄漏電流引起還導(dǎo)致跨絕緣體的電弧作用的絕緣體的溫度逐漸上升，則熱擊穿可以發(fā)生。

護(hù)套216可以是外金屬層或?qū)щ妼印Ｗo(hù)套216可以與熱地層流體接觸。護(hù)套216可以由在升高溫度下具有高耐腐蝕性的材料制成?？梢杂糜谧o(hù)套216的期望操作溫度范圍中的合金包括(但不限于)304不銹鋼、310不銹鋼、316不銹鋼、347不銹鋼、其它300系列不銹鋼、600系列不銹鋼、800系列不銹鋼、800以及600(Inco Alloys International,Huntington,West Virginia,USA)。護(hù)套216的厚度可能需要在熱且腐蝕性環(huán)境中足以持續(xù)三至十年。護(hù)套216的厚度通?？梢栽诩s1mm和約2.5mm之間變化。例如，1.3mm厚的310不銹鋼外層可以用作護(hù)套216以提供良好的抗地層的加熱區(qū)中的硫化腐蝕的耐化學(xué)性達(dá)超過(guò)3年的時(shí)間段。較大或較小的護(hù)套厚度可以用于滿足特定的應(yīng)用要求。

一個(gè)或多個(gè)絕緣導(dǎo)體可以被放置在地層中的開(kāi)口內(nèi)以形成熱源(一個(gè)或多個(gè))。電流可以穿過(guò)開(kāi)口中的每個(gè)絕緣導(dǎo)體以對(duì)地層進(jìn)行加熱。選擇性地，電流可以穿過(guò)開(kāi)口中的選定的絕緣導(dǎo)體。未使用的導(dǎo)體可以用作備份加熱器。絕緣導(dǎo)體可以按任何方便的方式電耦接至電源。絕緣導(dǎo)體的每個(gè)端都可以耦接至穿過(guò)井口的引入線纜。這種配置通常具有位于熱源的底部附近的180°彎曲(“U形(hairpin)”彎曲)或轉(zhuǎn)彎。包括180°彎曲或轉(zhuǎn)彎的絕緣導(dǎo)體可能不需要底部末端，但是180°彎曲或轉(zhuǎn)彎可能是加熱器中的電和/或結(jié)構(gòu)劣勢(shì)。絕緣導(dǎo)體可以按串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)和并聯(lián)的組合電耦接在一起。在一些熱源的實(shí)施例中，電流可以進(jìn)入絕緣導(dǎo)體的導(dǎo)體并且可以通過(guò)在熱源的底部將芯218連接至護(hù)套216(圖2中示出)來(lái)通過(guò)絕緣導(dǎo)體的護(hù)套返回。

在一些實(shí)施例中，三個(gè)絕緣導(dǎo)體252以3相Y字形配置耦接至電源。圖3描繪了地下地層中的開(kāi)口中以Y字形配置耦接的三個(gè)絕緣導(dǎo)體的實(shí)施例。圖4描繪了從地層中的開(kāi)口238中可移除的三個(gè)絕緣導(dǎo)體252的實(shí)施例。以Y字形配置的三個(gè)絕緣導(dǎo)體可能需要無(wú)底連接。選擇性地，Y字形配置的所有三個(gè)絕緣導(dǎo)體均可以在開(kāi)口的底部附近連接在一起。連接可以在絕緣導(dǎo)體的加熱部分的端部或者在絕緣導(dǎo)體的底部耦接至加熱部分的冷引腳(較低電阻部分)的端部直接進(jìn)行。底部連接可以利用絕緣體充填和密封的罐或者利用環(huán)氧樹(shù)脂充填的罐進(jìn)行。絕緣體可以是與用作電絕緣的絕緣體相同的組成。

圖3和4中描繪的三個(gè)絕緣導(dǎo)體252可以使用扶正器222耦接至支撐構(gòu)件220。選擇性地，絕緣導(dǎo)體252可以使用金屬條直接捆到支撐構(gòu)件220。扶正器222可以保持一個(gè)位置和/或抑制絕緣導(dǎo)體252在支撐構(gòu)件220上移動(dòng)。扶正器可以由金屬、陶瓷或它們的組合制成。金屬可以是不銹鋼或能夠耐受腐蝕和高溫環(huán)境的任何其它類型的金屬。在一些實(shí)施例中，扶正器222是以小于約6m的距離焊接至支撐構(gòu)件的弓形金屬條。用在扶正器222中的陶瓷可以是(但不限于)Al2O3、MgO或另一種電絕緣體。扶正器222可以保持絕緣導(dǎo)體252在支撐構(gòu)件220上的位置，使得在絕緣導(dǎo)體的操作溫度下絕緣導(dǎo)體的移動(dòng)被抑制。絕緣導(dǎo)體252還可以是略微柔性的，以耐受加熱期間支撐構(gòu)件220的膨脹。

支撐構(gòu)件220、絕緣導(dǎo)體252和扶正器222可以放置在烴層240中的開(kāi)口238中。絕緣導(dǎo)體252可以使用冷引腳226耦接至底部導(dǎo)體連接224。底部導(dǎo)體連接224可以將每個(gè)絕緣導(dǎo)體252彼此耦接。底部導(dǎo)體連接224可以包括導(dǎo)電并且在開(kāi)口238中發(fā)現(xiàn)的溫度下不熔化的材料。冷引腳226可以是具有比絕緣導(dǎo)體252較低電阻的絕緣導(dǎo)體。

引入導(dǎo)體228可以耦接到井口242，以將電力提供給絕緣導(dǎo)體252。引入導(dǎo)體228可以由相對(duì)低電阻導(dǎo)體制成，使得從穿過(guò)引入導(dǎo)體的電流生成相對(duì)少的熱。在一些實(shí)施例中，引入導(dǎo)體是橡膠或聚合物絕緣絞合銅線。在一些實(shí)施例中，引入導(dǎo)體是具有銅芯的礦物絕緣導(dǎo)體。引入導(dǎo)體228可以通過(guò)位于覆蓋巖層246和表面250之間的密封法蘭耦接至表面250處的井口242。密封法蘭可以抑制流體從開(kāi)口238溢出到表面250。

在某些實(shí)施例中，引入導(dǎo)體228使用過(guò)渡導(dǎo)體230耦接至絕緣導(dǎo)體252。過(guò)渡導(dǎo)體230可以是絕緣導(dǎo)體252的低阻部分。過(guò)渡導(dǎo)體230可以統(tǒng)稱為絕緣導(dǎo)體252的“冷引腳”。過(guò)渡導(dǎo)體230可以設(shè)計(jì)為當(dāng)在絕緣導(dǎo)體252的主加熱部分的單位長(zhǎng)度中消散時(shí)，每單位長(zhǎng)度消散電力的約十分之一至約五分之一。過(guò)渡導(dǎo)體230通?？梢栽诩s1.5m和約15m之間，盡管較短或較長(zhǎng)的長(zhǎng)度可以用于適應(yīng)特定應(yīng)用需求。在實(shí)施例中，過(guò)渡導(dǎo)體230的導(dǎo)體是銅。過(guò)渡導(dǎo)體230的電絕緣體可以是與在主加熱部分中使用的電絕緣體相同的類型。過(guò)渡導(dǎo)體230的護(hù)套可以由耐腐蝕材料制成。

在某些實(shí)施例中，過(guò)渡導(dǎo)體230通過(guò)拼接或其它耦接接頭耦接至引入導(dǎo)體228。拼接還可以用于將過(guò)渡導(dǎo)體230耦接至絕緣導(dǎo)體252。拼接可能需要耐受等于目標(biāo)區(qū)操作溫度的一半的溫度。拼接中的電絕緣的密度在許多情況下應(yīng)該足夠高以耐受所需的溫度和操作電壓。

在一些實(shí)施例中，如圖3中示出的，包裝材料248被放置在覆蓋巖層套管244和開(kāi)口238之間。在一些實(shí)施例中，加強(qiáng)材料232可以將覆蓋巖層套管244固定至覆蓋巖層246。包裝材料248可以抑制流體從開(kāi)口238流到表面250。加強(qiáng)材料232可以包括例如混合有用于改進(jìn)高溫性能的硅石粉的G類或H類波特蘭水泥、渣或硅石粉、和/或它們的混合物。在一些實(shí)施例中，增強(qiáng)材料232徑向延伸從約5cm至約25cm的寬度。

如圖3和4中示出的，支撐構(gòu)件220和引入導(dǎo)體228可以耦接至地層的表面250處的井口242。表面導(dǎo)體234可以封閉增強(qiáng)材料232并且耦接至井口242。表面導(dǎo)體的實(shí)施例可以延伸大約3m至大約515m的深度進(jìn)入地層中的開(kāi)口。選擇性地，表面導(dǎo)體可以延伸大約9m的深度進(jìn)入地層。可以將電流從電源供應(yīng)到絕緣導(dǎo)體252以由于絕緣導(dǎo)體的電阻而生成熱。從三個(gè)絕緣導(dǎo)體252生成的熱可以在開(kāi)口238內(nèi)傳遞以對(duì)烴小層240的至少部分進(jìn)行加熱。

由絕緣導(dǎo)體252生成的熱可以對(duì)含烴地層的至少部分進(jìn)行加熱。在一些實(shí)施例中，熱基本通過(guò)所生成的熱向地層的輻射而傳遞到地層。由于存在于開(kāi)口中的氣體，一些熱可以通過(guò)熱的傳導(dǎo)或轉(zhuǎn)換而傳遞。開(kāi)口可以是無(wú)套管開(kāi)口，如圖3和4中示出的。無(wú)套管開(kāi)口消除了與將加熱器熱水泥封固(cementing)至地層相關(guān)聯(lián)的成本、與套管相關(guān)聯(lián)的成本和/或在開(kāi)口內(nèi)包裝加熱器的成本。此外，通過(guò)輻射的熱傳遞通常比通過(guò)傳導(dǎo)更高效，因此可以在裸眼井筒中以較低溫度操作加熱器。熱源的初始操作期間的傳導(dǎo)熱傳遞可以通過(guò)開(kāi)口中氣體的增加而增強(qiáng)。氣體可以維持在高達(dá)約27巴的絕對(duì)壓力。氣體可以包括(但不限于)二氧化碳和/或氮。裸眼井筒中的絕緣導(dǎo)體加熱器可以有利地自由膨脹或收縮以適應(yīng)熱膨脹和收縮。絕緣導(dǎo)體加熱器可以有利地從裸眼井筒可移除或可重新布置。

在某些實(shí)施例中，使用卷繞組件安裝或移除絕緣導(dǎo)體加熱器組件。不止一個(gè)卷繞組件可以用于同時(shí)安裝絕緣導(dǎo)體和支撐構(gòu)件兩者。選擇性地，可以使用盤管單元安裝支撐構(gòu)件。當(dāng)支撐件被插入井中時(shí)，加熱器可以被解下和連接到支撐件。電加熱器和支撐構(gòu)件可以從卷繞組件解下。墊片可以沿著支撐構(gòu)件的長(zhǎng)度耦接至支撐構(gòu)件和加熱器。額外的卷繞組件可以用于額外的電加熱器元件。

限溫加熱器可以在配置中和/或可以包括在某些溫度下給加熱器提供自動(dòng)限溫性質(zhì)的材料。在某些實(shí)施例中，鐵磁性材料被用在限溫加熱器中。鐵磁性材料可以在材料的居里溫度和/或相變溫度范圍處或在材料的居里溫度和/或相變溫度范圍附近自限制溫度，以當(dāng)時(shí)變電流應(yīng)用到材料時(shí)提供減少的熱量。在某些實(shí)施例中，鐵磁性材料在大約為居里溫度和/或在相變溫度范圍中的選定溫度下自限制限溫加熱器的溫度。在某些實(shí)施例中，選定溫度在居里溫度和/或相變溫度范圍的約35℃內(nèi)、約25℃內(nèi)、約20℃內(nèi)或者約10℃內(nèi)。在某些實(shí)施例中，鐵磁性材料與其它材料(例如，高傳導(dǎo)材料、高強(qiáng)度材料、耐腐蝕性材料或它們的組合)耦合以提供各種電和/或機(jī)械性質(zhì)。限溫加熱器的一些部分可以具有比該限溫加熱器的其它部分較低的電阻(通過(guò)不同的幾何結(jié)構(gòu)和/或通過(guò)使用不同的鐵磁性和/或非鐵磁性材料引起)。使限溫加熱器的部分具有各種材料和/或尺寸容許從加熱器的每個(gè)部分訂制(tailoring)期望的熱輸出。

限溫加熱器可以比其它加熱器更可靠。限溫加熱器不會(huì)由于地層中的熱點(diǎn)而易于損壞或故障。在一些實(shí)施例中，限溫加熱器容許地層的基本均勻加熱。在一些實(shí)施例中，限溫加熱器能夠通過(guò)沿著加熱器的整個(gè)長(zhǎng)度以較高的平均熱輸出來(lái)更高效地對(duì)地層進(jìn)行加熱。限溫加熱器沿著加熱器的整個(gè)長(zhǎng)度在較高的平均熱輸下操作，因?yàn)槿绻刂訜崞鞯娜魏吸c(diǎn)的溫度超過(guò)或要超過(guò)加熱器的最大操作溫度，到加熱器的電力不需要減少至整個(gè)加熱器，就像利用典型的恒定功率加熱器的情況一樣。來(lái)自限溫加熱器的部分的接近加熱器的居里溫度和/或相變溫度范圍的熱輸出自動(dòng)減少，而無(wú)需應(yīng)用到加熱器的時(shí)變電流的控制調(diào)節(jié)。熱輸出由于限溫加熱器的部分的電性質(zhì)(例如，電阻)的變化而自動(dòng)減少。因此，在加熱過(guò)程的較大部分期間，更多的電力由限溫加熱器供應(yīng)。

在某些實(shí)施例中，當(dāng)限溫加熱器被時(shí)變電流激勵(lì)時(shí)，包括限溫加熱器的系統(tǒng)最初提供第一熱輸出并且接著在加熱器的電阻部分的居里溫度和/或相變溫度范圍附近、居里溫度和/或相變溫度范圍處或居里溫度和/或相變溫度范圍之上提供減少的(第二)熱輸出。第一熱輸出是在如下溫度下的熱輸出，在所述溫度之下限溫加熱器開(kāi)始自限制。在一些實(shí)施例中，第一熱輸出是在限溫加熱器中的鐵磁性材料的居里溫度和/或相變溫度范圍之下的約50℃、約75℃、約100℃或約125℃下的熱輸出。

限溫加熱器可以通過(guò)在井口供應(yīng)的時(shí)變電流(交流電或調(diào)制直流電)激勵(lì)。井口可以包括在將電力供應(yīng)給限溫加熱器中所使用的電源和其它部件(例如，調(diào)制部件、變換器和/或電容器)。限溫加熱器可以是用于對(duì)地層的部分進(jìn)行加熱的許多加熱器中的一個(gè)。

在一些實(shí)施例中，相對(duì)薄的導(dǎo)電層被用于提供限溫加熱器在高達(dá)鐵磁性導(dǎo)體的居里溫度和/或相變溫度范圍處或附近的溫度下的電阻熱輸出的大部分。這種限溫加熱器可以用作絕緣導(dǎo)體加熱器中的加熱構(gòu)件。絕緣導(dǎo)體加熱器的加熱構(gòu)件可以位于鞘內(nèi)，鞘在鞘與加熱構(gòu)件之間具有絕緣層。

圖5A和5B描繪了用限溫加熱器作為加熱構(gòu)件的絕緣導(dǎo)體加熱器的實(shí)施例的橫截面表示。絕緣導(dǎo)體252包括芯218、鐵磁性導(dǎo)體236、內(nèi)導(dǎo)體212、電絕緣體214以及護(hù)套216。芯218是銅芯或銅鎳合金(例如，合金90或合金180)。鐵磁性導(dǎo)體236例如是鐵或鐵合金。

內(nèi)導(dǎo)體212是具有比鐵磁性導(dǎo)體236更高電導(dǎo)率的非鐵磁性材料的相對(duì)薄的導(dǎo)電層。在某些實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體212是銅。內(nèi)導(dǎo)體212可以是銅合金。銅合金通常比純銅具有更平的電阻對(duì)溫度曲線。更平的電阻對(duì)溫度曲線可以提供作為高達(dá)居里溫度和/或相變溫度范圍的溫度的函數(shù)的熱輸出中的較少變化。在一些實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體212是具有6％重量的鎳的銅(例如，CuNi6或LOHM^TM)。在一些實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體212是CuNi10Fe1Mn合金。在鐵磁性導(dǎo)體236的居里溫度和/或相變溫度范圍之下，鐵磁性導(dǎo)體的磁性性質(zhì)把電流流動(dòng)的大部分限制于內(nèi)導(dǎo)體212。因此，內(nèi)導(dǎo)體212提供絕緣導(dǎo)體252在居里溫度和/或相變溫度范圍之下的電阻熱輸出的大部分。

在某些實(shí)施例中，內(nèi)導(dǎo)體212連同芯218和鐵磁性導(dǎo)體236被設(shè)計(jì)尺寸，使得內(nèi)導(dǎo)體提供期望的熱輸出量和期望的極限負(fù)荷比。例如，內(nèi)導(dǎo)體212可以具有比芯218的橫截面面積小約2或3倍的橫截面面積。通常，如果內(nèi)導(dǎo)體是銅或銅合金，內(nèi)導(dǎo)體212必須具有相對(duì)小的橫截面面積以提供期望的熱輸出。在具有銅內(nèi)導(dǎo)體212的實(shí)施例中，芯218具有0.66cm的直徑，鐵磁性導(dǎo)體236具有0.91cm的外直徑，內(nèi)導(dǎo)體212具有1.03cm的外直徑，電絕緣體214具有1.53cm的外直徑，并且護(hù)套216具有1.79cm的外直徑。在具有CuNi6內(nèi)導(dǎo)體212的實(shí)施例中，芯218具有0.66cm的直徑，鐵磁性導(dǎo)體236具有0.91cm的外直徑，內(nèi)導(dǎo)體212具有1.12cm的外直徑，電絕緣體214具有1.63cm的外直徑，并且護(hù)套216具有1.88cm的外直徑。這種絕緣導(dǎo)體通常比不使用薄內(nèi)導(dǎo)體來(lái)提供在居里溫度和/或相變溫度范圍之下的熱輸出的大部分的絕緣導(dǎo)體更小且更便宜制造。

電絕緣體214可以是氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈹、氮化硼、氮化硅或它們的組合。在某些實(shí)施例中，電絕緣體214是氧化鎂的壓制粉末。在一些實(shí)施例中，電絕緣體214包括氮化硅珠。

在某些實(shí)施例中，材料的小層被放置在電絕緣體214與內(nèi)導(dǎo)體212之間以抑制銅在較高溫度下遷移進(jìn)電絕緣體。例如，鎳的小層(例如，約0.5mm的鎳)可以放置在絕緣導(dǎo)體214與內(nèi)導(dǎo)體212之間。

護(hù)套216是由耐腐蝕性材料(諸如，但不限于，304不銹鋼、316不銹鋼、347不銹鋼、347H不銹鋼、446不銹鋼或825不銹鋼)制成。在一些實(shí)施例中，護(hù)套216在鐵磁性導(dǎo)體236的居里溫度和/或相變溫度范圍處或其上給絕緣導(dǎo)體252提供一些機(jī)械強(qiáng)度。在某些實(shí)施例中，護(hù)套216不被用于傳導(dǎo)電流。

在制造相對(duì)長(zhǎng)的長(zhǎng)度(例如，10m或更長(zhǎng)的長(zhǎng)度)的絕緣導(dǎo)體中存在許多潛在的問(wèn)題。例如，間隙可以存在于用于形成絕緣導(dǎo)體中的電絕緣體的材料的塊之間和/或跨絕緣的擊穿電壓可能沒(méi)有足夠高到耐受沿著這種加熱器長(zhǎng)度提供熱所需的操作電壓。絕緣導(dǎo)體包括用作加熱器的絕緣導(dǎo)體和/或在地層的覆蓋巖層部分中使用的絕緣導(dǎo)體(提供較少熱輸出或不提供熱輸出的絕緣導(dǎo)體)。絕緣電導(dǎo)體可以例如是礦物絕緣導(dǎo)體，諸如礦物絕緣線纜。

在用以制造(形成)絕緣導(dǎo)體的典型過(guò)程中，絕緣導(dǎo)體的護(hù)套作為導(dǎo)電材料(例如，不銹鋼)的條開(kāi)始。護(hù)套條成型(縱向滾動(dòng))為部分圓柱形并且電絕緣體塊(例如，氧化鎂塊)被插入部分圓柱形護(hù)套。所插入的塊可以是部分圓柱體塊，諸如半圓柱體塊。接著塊的插入，通常為實(shí)心圓柱體的縱向芯被放置在部分圓柱體中和半圓柱體塊內(nèi)。芯是由導(dǎo)電材料(諸如銅、鎳和/或鋼)制成的。

一旦電導(dǎo)體塊和芯在適當(dāng)位置，包含塊和芯的護(hù)套的部分可以成型為圍繞塊和芯的完整圓柱體。封閉圓柱體的護(hù)套的縱向邊緣可以被焊接，以形成絕緣導(dǎo)體組件，其中芯和電絕緣體塊在護(hù)套內(nèi)。插入塊和封閉護(hù)套圓柱體的過(guò)程可以沿著護(hù)套的長(zhǎng)度重復(fù)以形成以期望長(zhǎng)度的絕緣導(dǎo)體組件。

隨著絕緣導(dǎo)體組件形成，可以采取其它步驟來(lái)減少組件中的間隙和/或孔隙度。例如，絕緣導(dǎo)體組件可以移動(dòng)穿過(guò)漸進(jìn)式減少系統(tǒng)(冷加工系統(tǒng))以減少組件中的間隙。漸進(jìn)式減少系統(tǒng)的一個(gè)示例是軋輥系統(tǒng)。在軋輥系統(tǒng)中，絕緣導(dǎo)體組件可以前進(jìn)穿過(guò)多個(gè)水平和垂直軋輥，其中組件在水平和垂直軋輥之間交替。軋輥可以漸進(jìn)地將絕緣導(dǎo)體組件的大小減少成最終的期望外直徑或橫截面面積(例如，外電導(dǎo)體(諸如鞘或護(hù)套)的外直徑或橫截面面積)。

在某些實(shí)施例中，軸向力被施加在絕緣導(dǎo)體組件內(nèi)的塊上，以使塊之間的間隙最小化。例如，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)塊被插入絕緣導(dǎo)體組件時(shí)，可以沿著組件相對(duì)已經(jīng)在組件中的塊軸向推動(dòng)(機(jī)械地或氣動(dòng)地)所插入的塊。利用足夠的力來(lái)相對(duì)已經(jīng)在絕緣導(dǎo)體組件中的塊推動(dòng)所插入的塊經(jīng)由當(dāng)組件通過(guò)組件減少過(guò)程移動(dòng)時(shí)沿著組件的長(zhǎng)度在塊之間提供和維持力而使塊之間的間隙最小化。

圖6-8描繪了可以用于向絕緣導(dǎo)體組件中的塊提供軸向力的塊推動(dòng)設(shè)備254的一個(gè)實(shí)施例。在某些實(shí)施例中，如圖6中示出的，設(shè)備254包括絕緣導(dǎo)體保持件256、活塞導(dǎo)向件258以及氣缸260。設(shè)備254可以位于用于制造絕緣導(dǎo)體組件的組裝線中。在某些實(shí)施例中，設(shè)備254位于用于將塊插入護(hù)套的組裝線的部分處。例如，設(shè)備254位于將護(hù)套條縱向卷成部分圓柱形形狀和將芯插入絕緣導(dǎo)體組件中的步驟之間。在芯插入之后，包含塊和芯的護(hù)套可以成型為完整的圓柱體。在一些實(shí)施例中，芯在塊之前被插入并且芯被插入在芯周圍和護(hù)套內(nèi)。

在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體保持件256被成形為保持護(hù)套216的部分并且容許護(hù)套組件在護(hù)套的其它部分同時(shí)移動(dòng)穿過(guò)組裝線的其它部分時(shí)移動(dòng)穿過(guò)絕緣導(dǎo)體保持件。絕緣導(dǎo)體保持件256可以耦接至活塞導(dǎo)向件258和氣缸260。

在某些實(shí)施例中，塊保持件262被耦接至絕緣導(dǎo)體保持件256。塊保持件262可以是用于存儲(chǔ)且將塊264插入護(hù)套216的設(shè)備。在某些實(shí)施例中，塊264從兩個(gè)半圓柱體塊264A、264B形成。塊264可以由適于在絕緣導(dǎo)體組件中使用的電絕緣體(諸如，但不限于氧化鎂)制成。在一些實(shí)施例中，塊264大約6”長(zhǎng)。然而，塊264的長(zhǎng)度可以隨著絕緣導(dǎo)體組件所期望和所需要的變化。

分隔件可以用于在塊保持件262中分離塊264A、264B，使得塊可以適當(dāng)?shù)夭迦胱o(hù)套216。如圖8中示出的，當(dāng)護(hù)套穿過(guò)絕緣導(dǎo)體保持件256時(shí)，塊264A、264B可以從塊保持件262重力饋送至護(hù)套216。塊264A、264B可以按直接并排的布置插入護(hù)套216(在插入之后，塊在護(hù)套中水平地直接并排擱置)。

當(dāng)塊264A、264B被插入護(hù)套216時(shí)，可以朝著先前所插入塊移動(dòng)(推動(dòng))該塊以移除護(hù)套內(nèi)的塊之間的間隙。塊264A、264B可以使用活塞266朝著先前所插入的塊移動(dòng)，如圖8中示出的?；钊?66可以位于護(hù)套216內(nèi)，使得活塞將壓力提供給護(hù)套內(nèi)的塊而不提供給護(hù)套自身。

在某些實(shí)施例中，活塞266具有容許活塞在護(hù)套216內(nèi)自由移動(dòng)且在不將力提供在護(hù)套內(nèi)的芯上的情況下將軸向力提供在塊上的橫截面形狀。圖9描繪了具有容許活塞將力提供在塊上而不提供在護(hù)套內(nèi)的芯上的橫截面形狀的實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，活塞266由陶瓷支撐并且用陶瓷材料所涂覆?？梢允褂玫奶沾刹牧系氖纠茄趸喸鲰g氧化鋁(ZTA)。使用陶瓷或陶瓷涂覆的活塞可以抑制當(dāng)通過(guò)活塞將力應(yīng)用到塊時(shí)通過(guò)活塞的塊的磨損。

在某些實(shí)施例中，氣缸260利用一個(gè)或多個(gè)桿耦接至活塞導(dǎo)向件258(圖6和7中示出的)。氣缸260和活塞導(dǎo)向件258可以與護(hù)套216和活塞266處于同一直線以抑制將角動(dòng)量增加至塊或護(hù)套?？梢允褂秒p向閥操作氣缸260，使得氣缸可以延伸或收縮，基于其氣缸的側(cè)提供有正氣壓。當(dāng)氣缸260延伸(如圖6中示出的)時(shí)，活塞導(dǎo)向件258從絕緣導(dǎo)體保持件256移開(kāi)，使得活塞266讓開(kāi)并且容許塊264A、264B從塊保持件262插入(例如，落入)護(hù)套216。

當(dāng)氣缸260收縮時(shí)(如圖7中示出的)，活塞導(dǎo)向件258朝著活塞266移動(dòng)并且活塞266將選定的力的量提供在塊264A、264B上?；钊?66將選定的力的量提供在塊264A、264B上以在先前插入護(hù)套216的塊之上推動(dòng)塊。由活塞266提供在塊264A、264B上的力的量可以選擇為基于如下因素，諸如(但不限于)當(dāng)護(hù)套移動(dòng)穿過(guò)組裝線時(shí)的速度、抑制在護(hù)套中的相鄰塊之間形成的間隙所需的力的量、在不損壞塊的情況下可以應(yīng)用到塊的力的最大量、或它們的組合。例如，選定的力的量可以在約100磅的力與約500磅的力之間(例如，約400磅的力)。在某些實(shí)施例中，選定的力的量是抑制氣體在護(hù)套中的相鄰塊之間存在所需的最小的力的量。選定的力的量可以由提供給氣缸的氣壓的量決定。

在相對(duì)先前插入的塊推動(dòng)塊264A、264B之后，氣缸260中的氣壓反轉(zhuǎn)并且氣缸延伸，使得活塞266收縮并且額外的塊從塊保持件262落入護(hù)套216。該過(guò)程可以重復(fù)，直到護(hù)套216充填有多達(dá)絕緣導(dǎo)體組件所期望的長(zhǎng)度的塊。

在某些實(shí)施例中，活塞266使用交替提供給氣缸260的氣壓的方向的凸輪來(lái)回移動(dòng)(延伸和收縮)。凸輪可以例如耦接至用于操作氣缸的雙方向閥。凸輪可以具有操作閥門以延伸氣缸的第一位置以及操作閥門以收縮氣缸的第二位置。凸輪可以通過(guò)操作活塞在第一和第二位置之間移動(dòng)，使得凸輪在延伸和收縮之間切換氣缸的操作。

從活塞266的延伸和收縮將間歇力提供在塊264A、264B上將選定的力的量提供在插入護(hù)套216的塊的串上。將該力提供給護(hù)套中的塊的串移除并且抑制間隙在相鄰的塊之間形成。抑制塊之間的間隙減少了絕緣導(dǎo)體組件中機(jī)械和/或電故障的可能性。

在一些實(shí)施例中，塊264A、264B被以除了上述的直接并排布置的其它方法插入護(hù)套216中。例如，塊可以以交錯(cuò)并排布置插入，其中塊沿著護(hù)套的長(zhǎng)度偏移。在這種布置中，活塞可以具有不同的形狀，以適應(yīng)偏移塊。例如，圖10描繪了可以用于推動(dòng)偏移(交錯(cuò))塊的活塞266的實(shí)施例。作為另一示例，塊可以以頂部/底部布置(一半圓柱體塊在另一半圓柱體塊頂部)插入。頂部/底部布置可以使塊直接在彼此頂部上或按偏移(交錯(cuò))關(guān)系。圖11描繪了可用于推動(dòng)頂部/底部布置塊的活塞266的實(shí)施例。使護(hù)套內(nèi)的塊偏移或交錯(cuò)可以抑制在插入塊之前或之后塊相對(duì)于塊旋轉(zhuǎn)。

在具有相對(duì)長(zhǎng)的長(zhǎng)度(例如，10m或更長(zhǎng)的長(zhǎng)度)的絕緣導(dǎo)體中的潛在問(wèn)題的另一來(lái)源是電絕緣體的電性質(zhì)可以隨著時(shí)間降低。電性質(zhì)(例如，電阻率)的任何小的變化都可以導(dǎo)致絕緣導(dǎo)體的故障。由于用在長(zhǎng)長(zhǎng)度的絕緣導(dǎo)體中的電絕緣體通常由電絕緣體的多個(gè)塊(如上所述)制成，所以用于制造絕緣導(dǎo)體的塊的過(guò)程中的改進(jìn)可以增加絕緣導(dǎo)體的可靠性。在某些實(shí)施例中，電絕緣體被改進(jìn)以具有在絕緣導(dǎo)體的使用期間(例如，在通過(guò)絕緣導(dǎo)體加熱器產(chǎn)生熱期間)隨著時(shí)間保持基本恒定的電阻率。

在一些實(shí)施例中，電絕緣體塊(諸如氧化鎂塊)被提純，以移除可以導(dǎo)致塊隨著時(shí)間退化的雜質(zhì)。例如，用于電絕緣體塊的原材料可以被加熱至更高的溫度以將金屬氧化物雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成元素金屬(例如，氧化鐵雜質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成元素鐵)。元素金屬可以比金屬氧化物更容易地從原電絕緣體材料移除。因此，可以通過(guò)在移除雜質(zhì)之前將原材料加熱至更高的溫度來(lái)改進(jìn)原電絕緣體材料的純度?？梢酝ㄟ^(guò)例如使用等離子體放電將原材料加熱至更高的溫度。

在一些實(shí)施例中，電絕緣體塊是使用熱壓(用于制造陶瓷的領(lǐng)域中已知的方法)制成的。電絕緣體塊的熱壓可以使塊中的原材料在絕緣導(dǎo)體加熱器中的接觸點(diǎn)處熔融。塊在接觸點(diǎn)處的熔融可以改進(jìn)電絕緣體的電性質(zhì)。

在一些實(shí)施例中，使用干燥的或提純的空氣在爐中對(duì)電絕緣體塊進(jìn)行冷卻。在冷卻過(guò)程期間，使用干燥的或提純的空氣可以降低雜質(zhì)或水分增加到塊。從塊中移除水分可以增加塊的電性質(zhì)的可靠性。

在一些實(shí)施例中，在制造塊的過(guò)程期間，電絕緣體塊不被熱處理。不對(duì)塊進(jìn)行熱處理可以維持塊的電阻率并且抑制塊隨著時(shí)間退化。在一些實(shí)施例中，電絕緣體塊被以慢的加熱速率加熱，以幫助維持塊的電阻率。

在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體的芯涂覆有抑制雜質(zhì)遷移進(jìn)絕緣導(dǎo)體的電導(dǎo)體中的材料。例如，用鎳或625涂覆合金180可以抑制材料從合金180遷移進(jìn)電絕緣體。在一些實(shí)施例中，芯是由不遷移進(jìn)電絕緣體的材料制成的。例如，碳鋼芯可以不引起電絕緣體隨著時(shí)間的退化。

在一些實(shí)施例中，電絕緣體是由粉末狀原材料(諸如粉末氧化鎂)制成的。粉末狀氧化鎂可以比其它類型的氧化鎂更好地抗退化。

在某些實(shí)施例中，絕緣(礦物絕緣)導(dǎo)體組件被在減少步驟之間熱處理(退火)。為了恢復(fù)絕緣導(dǎo)體組件中使用的金屬(一種或多種)的機(jī)械性質(zhì)，可能需要對(duì)絕緣導(dǎo)體組件的熱處理(退火)。絕緣導(dǎo)體的熱處理(退火)可以被描述為釋放應(yīng)力并且將材料(例如，金屬合金材料)返回其自然狀態(tài)(例如，在合金材料的任何冷加工或熱處理之前的合金材料的狀態(tài))的熱處理。例如，當(dāng)奧氏體不銹鋼被冷加工時(shí)，它們可以變得強(qiáng)度更大但是更脆，直到達(dá)到其中額外的冷加工可以引起材料由于脆性而破裂的狀態(tài)。退火材料的強(qiáng)度以及在故障之前通過(guò)冷加工可以獲取的強(qiáng)度可以基于被處理的材料而定(變化)。

在一些實(shí)施例中，熱處理容許絕緣(礦物絕緣)導(dǎo)體組件的進(jìn)一步減小(冷加工)。例如，絕緣導(dǎo)體組件可以被熱處理以在冷加工之后減少金屬的應(yīng)力并且改進(jìn)金屬的冷加工(漸進(jìn)式減小)性質(zhì)。絕緣導(dǎo)體組件中的金屬合金(例如，用作護(hù)套或外電導(dǎo)體的不銹鋼)在進(jìn)行熱處理之后可能需要快速淬火。金屬合金可以被快速淬火以在組分仍處于溶解狀態(tài)時(shí)使合金固化，而不是容許組分形成晶體，其沒(méi)有如所需地對(duì)金屬合金的機(jī)械性質(zhì)做貢獻(xiàn)。

在淬火期間，護(hù)套(外電導(dǎo)體)首先被冷卻，并且接著熱更逐漸地從線纜的內(nèi)部傳遞穿過(guò)護(hù)套。因此，護(hù)套收縮和擠壓電絕緣體(例如，MgO)，其進(jìn)一步壓縮電絕緣體。隨后，當(dāng)電絕緣體和芯冷卻時(shí)，它們收縮并且留下小的空隙并且從例如在絕緣導(dǎo)體組件內(nèi)的電絕緣體塊之間的縫釋放壓力。小的空隙或縫可以對(duì)電絕緣體中增加的孔體積和/或孔隙度做貢獻(xiàn)。

這些空隙可以引起絕緣導(dǎo)體組件的熱處理減小絕緣導(dǎo)體組件的介電擊穿電壓(介電強(qiáng)度)(例如，通過(guò)電絕緣體中增加的孔體積和/或孔隙度減小介電擊穿電壓)。例如，對(duì)于絕緣導(dǎo)體組件中使用的金屬的典型熱處理，熱處理可以將擊穿電壓減小約50％或更多。當(dāng)絕緣導(dǎo)體組件被在長(zhǎng)長(zhǎng)度加熱器所需的中至高電壓(例如，約5kV或更高的電壓)下使用時(shí)，擊穿電壓中的這種減小可以產(chǎn)生短路或其它介電擊穿。

在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體組件在熱處理之后的最終減小(冷加工)可以將擊穿電壓恢復(fù)至長(zhǎng)長(zhǎng)度加熱器可接受的值。然而，最終減小可能不是與絕緣導(dǎo)體組件的先前減小一樣大的減小，以避免使組件中的金屬變形或過(guò)度變形超越可接受限制。最終減小中太多的減少可以導(dǎo)致將機(jī)械性質(zhì)恢復(fù)至絕緣導(dǎo)體組件中的金屬所需的額外熱處理。因此，最終的減小(冷加工)步驟可以將絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積減少至足以壓縮電絕緣體并且減少或基本上消除電絕緣體中的空隙(例如，降低孔體積和/或孔隙度)以將電絕緣體的擊穿電壓性質(zhì)恢復(fù)到所期望的水平。

圖12描繪了預(yù)冷加工、預(yù)熱處理絕緣導(dǎo)體252的實(shí)施例。在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體包括芯218、電導(dǎo)體252和護(hù)套216(例如，鞘或外電導(dǎo)體)。在一些實(shí)施例中，電絕緣體214是由多個(gè)絕緣材料(例如，礦物絕緣，諸如MgO)塊制成的。絕緣材料的塊可以插在定位在待用作護(hù)套216的部分形成的圓柱體內(nèi)的芯218周圍(例如，護(hù)套部分形成為圓柱體并且沒(méi)有完全焊接在芯周圍以容許塊插入護(hù)套內(nèi))。塊可以沿著沿著絕緣導(dǎo)體252的長(zhǎng)度的芯218定位。在塊被插入部分形成的護(hù)套216內(nèi)之后，護(hù)套的縱向端可以結(jié)合(例如，焊接)在一起以形成圍繞芯218和電絕緣體214(絕緣材料塊)的圓柱體。因此，在電絕緣體214壓縮之后，絕緣導(dǎo)體252形成，其中沿著絕緣導(dǎo)體的長(zhǎng)度芯218是連續(xù)的、電絕緣體214是連續(xù)的并且護(hù)套216是連續(xù)的。在一些實(shí)施例中，護(hù)套216沿著沿著絕緣導(dǎo)體252的長(zhǎng)度的連續(xù)的縫結(jié)合(例如，焊接)。

在某些實(shí)施例中，護(hù)套216由充分可延展的材料制成，使得在熱處理之后，護(hù)套可以在直徑(橫截面面積)上足夠減小以再次壓縮電絕緣體214并且維持足夠的可延展性以盤繞和解繞(例如，從卷繞組件卷繞或解下)。例如，護(hù)套216可以由不銹鋼合金(諸如304不銹鋼、316不銹鋼或347不銹鋼)制成。護(hù)套216還可以由其它金屬合金(諸如800和600制成)。

在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體252在絕緣導(dǎo)體最終減小至其最終尺寸之前被按冷加工/熱處理過(guò)程進(jìn)行處理。例如，絕緣導(dǎo)體組件可以被冷加工以將組件的橫截面面積減少至少約30％，接著是在如由光學(xué)高溫計(jì)在感應(yīng)線圈的出口測(cè)量的至少約870℃的溫度下的熱處理步驟。圖13描繪了冷加工和熱處理之后的圖12中描繪的絕緣導(dǎo)體252的實(shí)施例。與預(yù)冷加工、預(yù)熱處理絕緣導(dǎo)體的護(hù)套216相比，對(duì)絕緣導(dǎo)體252進(jìn)行冷加工和熱處理可以將護(hù)套216的橫截面面積減小達(dá)約30％。在一些實(shí)施例中，電絕緣體214和/或芯218的橫截面面積在冷加工和熱處理過(guò)程期間被減小達(dá)約30％。

在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體組件被冷加工以將組件的橫截面面積減小至高達(dá)約35％或接近絕緣導(dǎo)體組件的機(jī)械故障點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體組件被在約760℃和約925℃之間的溫度下熱處理和/或退火。在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體組件被在高達(dá)約1050℃的溫度(例如，在不熔化組件中的電絕緣的情況下將機(jī)械完整性盡可能恢復(fù)至絕緣導(dǎo)體組件中的金屬)下熱處理和/或退火。在某些實(shí)施例中，被在完全使合金退火的溫度(例如，合金的實(shí)際(或完全)退火溫度)下熱處理和/或退火。例如，具有304不銹鋼護(hù)套的絕緣導(dǎo)體組件可以在約1050℃的溫度(304不銹鋼的實(shí)際退火溫度)下退火。針對(duì)絕緣導(dǎo)體組件的熱處理/退火溫度可以依賴于絕緣導(dǎo)體組件的護(hù)套中使用的合金(金屬)而變化。在合金的實(shí)際退火溫度下對(duì)絕緣導(dǎo)體組件中的護(hù)套進(jìn)行熱處理/退火可以提供更容易盤繞和操縱的更可延展的絕緣導(dǎo)體。在一些實(shí)施例中，熱處理步驟包括將絕緣導(dǎo)體組件徑向加熱至期望的溫度并且然后將組件淬火回環(huán)境溫度。

在某些實(shí)施例中，冷加工/熱處理步驟被重復(fù)兩次或更多次，直到絕緣電導(dǎo)體組件的橫截面面積接近所期望的組件的最終橫截面面積(例如，在其約5％至約15％)。在使絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積接近組件的最終橫截面的熱處理步驟之后，組件在最后的步驟中被冷加工以將絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積減小至最終的橫截面面積。因此，絕緣導(dǎo)體組件處于至少部分冷加工狀態(tài)(例如，絕緣導(dǎo)體組件包括具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體)。部分冷加工狀態(tài)可以是介于后熱處理狀態(tài)(例如，加熱至約760℃與約1050℃之間的溫度)與全冷加工狀態(tài)(例如，冷加工以將組件的橫截面面積減少達(dá)至少約30％或接近絕緣導(dǎo)體組件的機(jī)械故障點(diǎn))之間的選定的部分冷加工狀態(tài)。

圖14描繪了字最終冷加工步驟之后圖13中描繪的絕緣導(dǎo)體252的實(shí)施例。與圖13中的護(hù)套216的實(shí)施例相比，圖14中的護(hù)套216的實(shí)施例的橫截面面積可以減小達(dá)約15％。在某些實(shí)施例中，最終冷加工步驟將絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積減小達(dá)在約5％和約20％之間的量。在一些實(shí)施例中，最終冷加工步驟將絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積減小達(dá)在約8％和約16％之間的量。在一些實(shí)施例中，最終冷加工步驟將絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積減小達(dá)在約10％和約20％之間的量。在一些實(shí)施例中，電導(dǎo)體214和/或芯218的橫截面面積在冷加工和熱處理過(guò)程期間被減小。

將冷加工步驟期間絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積的減小限制為至多約20％在維持用于在對(duì)地層進(jìn)行加熱中使用的絕緣導(dǎo)體組件的護(hù)套(外導(dǎo)體)的足夠的機(jī)械完整性時(shí)，將絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積減少至期望的值。因此，因?yàn)榫S持了適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性質(zhì)，所以消除或基本減小了對(duì)進(jìn)一步熱處理以恢復(fù)絕緣導(dǎo)體組件的機(jī)械完整性的需求。如果絕緣導(dǎo)體組件的橫截面面積在最終冷加工步驟期間減少達(dá)超過(guò)20％，則可能需要進(jìn)一步的熱處理以將機(jī)械完整性返回至足以用作地下地層中的長(zhǎng)的加熱器的絕緣導(dǎo)體組件。然而，這種進(jìn)一步的熱處理可以導(dǎo)致絕緣導(dǎo)體組件的電性質(zhì)的減小。

在某些實(shí)施例中，在最終(后退火)冷加工步驟之后維持絕緣導(dǎo)體組件的護(hù)套(外導(dǎo)體)的足夠機(jī)械完整性包括(但不限于)絕緣導(dǎo)體組件能夠在為具有所選屈服強(qiáng)度的外電導(dǎo)體和/或絕緣導(dǎo)體的直徑的選定量倍數(shù)的半徑周圍盤繞。例如，在某些實(shí)施例中，在最終(后退火)冷加工步驟之后，絕緣導(dǎo)體組件能夠在為絕緣導(dǎo)體的直徑的約100倍的半徑周圍盤繞。在一些實(shí)施例中，在最終(后退火)冷加工步驟之后，絕緣導(dǎo)體組件能夠在為絕緣導(dǎo)體的直徑的約75倍或約50被的半徑周圍盤繞。

在某些實(shí)施例中，在最終(后退火)冷加工步驟之后，外電導(dǎo)體具有基于約120kpsi的0.2％偏移的所選屈服強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，在最終(后退火)冷加工步驟之后，外電導(dǎo)體具有基于約100kpsi或約80kpsi的0.2％偏移的所選屈服強(qiáng)度。對(duì)于包括(但不限于)304不銹鋼、316不銹鋼和347不銹鋼的不銹鋼，這種屈服強(qiáng)度可以容許外電導(dǎo)體(并且因此，絕緣導(dǎo)體組件)在為絕緣導(dǎo)體的直徑的約100倍的半徑周圍盤繞。這種不銹鋼在其自然狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度(例如，不銹鋼在任何冷加工或熱處理之前的狀態(tài))通?？梢詾榛?.2％偏移的約30kpsi。

因此，這種合金材料在最終(后退火)冷加工步驟之后的屈服強(qiáng)度可以比在其自然狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度高。在某些實(shí)施例中，外電導(dǎo)體(例如，諸如不銹鋼的金屬合金)在最終(后退火)冷加工步驟之后具有基于大于金屬合金在其自然狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度的至少約50％的0.2％偏移的屈服強(qiáng)度。在某些實(shí)施例中，金屬合金在最終(后退火)冷加工步驟之后的屈服強(qiáng)度使合金材料在其自然狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度的至多約400％。

此外，使冷加工而不是熱處理和/或熱處置為制造絕緣導(dǎo)體組件的過(guò)程中的最終步驟提高了絕緣導(dǎo)體組件的介電擊穿電壓。絕緣導(dǎo)體組件的冷加工(減小橫截面面積)減小了組件的電絕緣中的孔體積和/或孔隙度。減小電絕緣中的孔體積和/或孔隙度通過(guò)為電絕緣中的電短路和/或故障消除路徑而增大了擊穿電壓。因此，使冷加工而不是熱處理(其通常減小擊穿電壓)為最終步驟，絕緣導(dǎo)體組件可以使用將橫截面面積減小高達(dá)至多約20％的最終冷加工步驟來(lái)產(chǎn)生更高的擊穿電壓。

在一些實(shí)施例中，在最終冷加工步驟之后的擊穿電壓接近預(yù)熱處理絕緣導(dǎo)體組件的擊穿電壓(介電強(qiáng)度)。在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體組件中的電絕緣在最終冷加工步驟之后的介電強(qiáng)度在預(yù)熱處理絕緣導(dǎo)體中的電絕緣的介電強(qiáng)度的約10％內(nèi)、約5％內(nèi)或約2％內(nèi)。在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體組件的擊穿電壓依賴于組件的尺寸而在約12kV與約20kV之間。在一些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體組件的擊穿電壓可以依賴于組件的尺寸可以高達(dá)約25kV。在某些實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)體組件的擊穿電壓為至少15kV。

圖18描繪了用于不同絕緣導(dǎo)體的最大電場(chǎng)(例如，擊穿電壓)對(duì)時(shí)間。數(shù)據(jù)點(diǎn)300針對(duì)已經(jīng)使用最終退火步驟進(jìn)行處理而沒(méi)有任何后續(xù)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體。數(shù)據(jù)點(diǎn)302和數(shù)據(jù)點(diǎn)304針對(duì)已經(jīng)用最終(后退火)冷加工步驟處理的絕緣導(dǎo)體。用于數(shù)據(jù)點(diǎn)300和304的絕緣導(dǎo)體在大小上基本相似，而用于數(shù)據(jù)點(diǎn)302的絕緣導(dǎo)體在直徑上較小。例如，用于數(shù)據(jù)點(diǎn)300和304的絕緣導(dǎo)體可以被調(diào)節(jié)(sized)為用作4-1/2”直徑的罐中的三個(gè)絕緣導(dǎo)體(用于一起耦接為3相Y字形配置)，而用于數(shù)據(jù)點(diǎn)302的絕緣電導(dǎo)體可以調(diào)節(jié)為用作2-7/8”直徑的罐中的三個(gè)絕緣導(dǎo)體。在圖18中，已經(jīng)使用絕緣導(dǎo)體中的每個(gè)中的電絕緣體厚度對(duì)最大電場(chǎng)進(jìn)行了歸一化(例如，最大電場(chǎng)表示為伏/mil電絕緣體厚度(V/mil))。

EQN.1可以用于計(jì)算依據(jù)電絕緣體厚度的最大電場(chǎng)(V/mil)。

EQN.1記述：

(1)E＝V/(a*ln(b/a))

其中，E是最大電場(chǎng)，V是所應(yīng)用的電壓，a是內(nèi)導(dǎo)體(例如，芯)的半徑，以及b是鞘(例如，護(hù)套)的內(nèi)半徑。EQN.1通常可應(yīng)用于具有在約0.125”(約0.3175cm)和約0.5”(約1.27cm)之間的直徑的芯。然而，EQN.1可以可應(yīng)用于具有不同直徑的芯。例如，在不修改等式的情況下，EQN.1可以可應(yīng)用于具有更大直徑的芯。

線301表示對(duì)于待在對(duì)地下含烴地層進(jìn)行加熱的絕緣導(dǎo)體可接受的最小擊穿電壓(最大介電強(qiáng)度)。數(shù)據(jù)點(diǎn)300、302和304表示絕緣導(dǎo)體樣本在擊穿之前在約1300°F(約700℃)的持續(xù)溫度下可以耐受的最大電場(chǎng)(例如，在約1300°F(約700℃)下的擊穿電壓)。數(shù)據(jù)點(diǎn)300和302包括在隨后時(shí)間(天)獲取的數(shù)據(jù)點(diǎn)，如由X軸示出的。陰影區(qū)域306對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)點(diǎn)300并且示出了擊穿電壓隨時(shí)間的預(yù)期下降。陰影區(qū)域308對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)點(diǎn)302并且示出了擊穿電壓隨時(shí)間的預(yù)期退化。陰影區(qū)域310對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)點(diǎn)304并且示出了擊穿電壓隨著時(shí)間的預(yù)期退化。

如圖18中示出的，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體具有比具有最終退火步驟的絕緣導(dǎo)體更高的最大電場(chǎng)(在歸一化基礎(chǔ)上)。在一些實(shí)施例中，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體具有大于具有最終退火步驟的絕緣導(dǎo)體的初始擊穿電壓2-5倍的初始擊穿電壓。此外，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體可以具有好得多的長(zhǎng)期擊穿電壓退化性質(zhì)(例如，更高的長(zhǎng)期擊穿電壓)。

利用最終(后退火)冷加工步驟制造的絕緣導(dǎo)體可以以基本長(zhǎng)的、基本連續(xù)的長(zhǎng)度形成。該基本連續(xù)的長(zhǎng)度可以包括，例如在需要制造的絕緣導(dǎo)體之間沒(méi)有任何接合或其它連接的連續(xù)長(zhǎng)度(例如，絕緣導(dǎo)體包括基本連續(xù)的芯、基本連續(xù)的電絕緣體以及基本連續(xù)的護(hù)套(鞘))。在某些實(shí)施例中，基本連續(xù)的絕緣導(dǎo)體的護(hù)套包括沿著其長(zhǎng)度焊接的連續(xù)縫。

在某些實(shí)施例中，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體具有至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度。在一些實(shí)施例中，這種絕緣導(dǎo)體具有至少約50m、至少約250m或至少約500m的基本連續(xù)長(zhǎng)度。這種絕緣導(dǎo)體依賴于絕緣導(dǎo)體的其它尺寸(例如，直徑)可以具有高達(dá)約1000m、約2000m或約3000m的基本連續(xù)長(zhǎng)度。

在某些實(shí)施例中，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體具有選定的電性質(zhì)。例如，這種絕緣導(dǎo)體在絕緣導(dǎo)體的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在選定穩(wěn)定和選定頻率下具有選定(初始)的擊穿電壓。在某些實(shí)施例中，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體在絕緣導(dǎo)體的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在約1300°F(約700℃)和約60Hz(或約50Hz)下具有至少約60V/mil(約2400V/mm)電絕緣體厚度的初始擊穿。在一些實(shí)施例中，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體在絕緣導(dǎo)體的基本連續(xù)長(zhǎng)度上，在約1300°F(約700℃)和約60Hz(或約50Hz)下，具有至少約100V/mil(約4000V/mm)電絕緣體厚度或至少約120V/mil(約4750V/mm)電絕緣體厚度的初始擊穿。

在某些實(shí)施例中，針對(duì)初始擊穿電壓的基本連續(xù)長(zhǎng)度是至少約100m。在一些實(shí)施例中，針對(duì)初始擊穿電壓的基本連續(xù)長(zhǎng)度是至少約50m、至少約75m或至少約250m。此外，這種結(jié)緣導(dǎo)體沿著基本連續(xù)長(zhǎng)度可以具有帶有可接受的隨著時(shí)間的退化的擊穿電壓。

通常商購(gòu)可得的絕緣體導(dǎo)體(MI線纜)首先用于熱跟蹤應(yīng)用、溫度感測(cè)應(yīng)用(例如，熱電偶)以及饋電應(yīng)用，其中需要高溫服務(wù)(例如，消防泵、電梯或緊急電路)。這些應(yīng)用實(shí)際上通常為低電壓(小于約1000VAC)。對(duì)于這些MI線纜的設(shè)計(jì)和測(cè)試性能要求可以通過(guò)兩個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)限定，所述兩個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為-IEEE STD 515^TM-2011和IEC 60702-1，第三版，2002-02。

這些類型的MI線纜的接受性的確定通?？梢曰诃h(huán)境溫度條件下的介電性能測(cè)試。為了這一目的，通常存在兩個(gè)測(cè)試要執(zhí)行。該測(cè)試是：

1.DC絕緣電阻(IEC 60702-1，11.3節(jié))-每個(gè)MI線纜都在(15±10)℃的溫度下完全浸入水中達(dá)至少1小時(shí)。在從水中移除8小時(shí)內(nèi)，線纜端被剝露以暴露導(dǎo)體并且在每個(gè)端暫時(shí)密封。1000V的DC電壓被應(yīng)用在外鞘和中心導(dǎo)體之間。在電壓應(yīng)用1分鐘之后測(cè)量絕緣電阻，假設(shè)讀數(shù)穩(wěn)定或不降低。該絕緣電阻必須不小于10000MΩ。

2.介電測(cè)試(AC高壓測(cè)試(Hipot))(IEEE Std 515^TM，4.1.1節(jié))-每個(gè)MI線纜都經(jīng)過(guò)介電耐受測(cè)試。該測(cè)試是假設(shè)真實(shí)正弦波AC輸出而使用AC高壓測(cè)試執(zhí)行的。用于耐受測(cè)試的頻率是60Hz，伴隨有2.2kV的應(yīng)用測(cè)試電壓。MI線纜必須能夠耐受該應(yīng)用電壓達(dá)1分鐘，而沒(méi)有任何介電擊穿。

相反，適于地下應(yīng)用的絕緣導(dǎo)體(諸如本文中所述的絕緣導(dǎo)體的實(shí)施例(例如，利用最終(后退火)冷加工步驟形成的(礦物)絕緣導(dǎo)體實(shí)施例))在更高的溫度(例如，地下中的操作溫度)下可以具有更高的擊穿電壓。例如，這些絕緣導(dǎo)體的某些實(shí)施例在60Hz(或50Hz)以及約1300°F的操作溫度下可以具有至少約20kV的擊穿電壓。在一些實(shí)施例中，這些絕緣導(dǎo)體在60Hz(或50Hz)以及約1300°F的操作溫度下可以具有至少約25kV的擊穿電壓。這些電性質(zhì)可以通過(guò)利用標(biāo)準(zhǔn)中等電壓線纜測(cè)試方法來(lái)展示，所述測(cè)試方法諸如：

1.絕緣電阻(IEC 60702-1，11.3節(jié))-每個(gè)MI線纜(絕緣導(dǎo)體)都在(15±10)℃的溫度下完全浸入水中達(dá)至少1小時(shí)。在從水中移除8小時(shí)內(nèi)，線纜端被剝露以暴露導(dǎo)體并且在每個(gè)端暫時(shí)密封。5kV的DC電壓被應(yīng)用在外鞘和中心導(dǎo)體(芯)之間。在電壓應(yīng)用1分鐘之后測(cè)量絕緣電阻，假設(shè)讀數(shù)穩(wěn)定或不降低。該測(cè)試是在環(huán)境溫度條件下執(zhí)行的。該絕緣電阻乘以按米的長(zhǎng)度必須不小于1TΩ-m。

2.非常低頻率(VLF)AC高壓測(cè)試(IEEE 400.2^TM，5.3節(jié))-該MI線纜測(cè)試是假設(shè)真實(shí)正弦波AC輸出而使用VLF AC高壓測(cè)試執(zhí)行的。用于MI線纜的頻率可以是0.10Hz，伴隨有應(yīng)用達(dá)15分鐘的19kV的應(yīng)用測(cè)試電壓。如圖20中所示的，測(cè)試裝置包括油杯末端，其中一個(gè)端終止于在末端與MI線纜的護(hù)套216之間具有隔離的導(dǎo)體(絕緣導(dǎo)體252)。變壓器油被用作介電介質(zhì)。MI線纜必須能夠耐受該應(yīng)用電壓達(dá)15分鐘，而沒(méi)有任何介電擊穿。

3.介電測(cè)試(AC高壓測(cè)試)(IEEE Std 400^TM，NETA-Acceptance Testing Specifications for Electrical Power Distribution Equipment and Systems,7.3.3節(jié))-每個(gè)MI線纜都經(jīng)過(guò)AC介電耐受測(cè)試。該測(cè)試是假設(shè)真實(shí)正弦波AC輸出而使用AC高壓測(cè)試執(zhí)行的。用于耐受測(cè)試的頻率是60Hz，伴隨有19kV的應(yīng)用測(cè)試電壓。該測(cè)試可以在MI線纜卷盤的短樣本(小于20ft)上進(jìn)行。如圖21中示出的，測(cè)試樣本(絕緣導(dǎo)體252)可以與溫度監(jiān)控裝備和末端312一起固定在實(shí)驗(yàn)室爐314中。測(cè)試樣本的每個(gè)端都必須通過(guò)暴露線纜的中心導(dǎo)體來(lái)適當(dāng)?shù)亟K止，以用于利用油杯端終止設(shè)備互連到高電壓測(cè)試裝備，其中油杯端終止設(shè)備的一個(gè)端終止于在終止端和MI線纜外鞘之間具有隔離，使用變壓器油作為介電介質(zhì)(見(jiàn)圖20)。測(cè)試樣本被加熱至1200°F(或更高)的平均溫度并且在測(cè)試溫度下保持穩(wěn)定達(dá)最少30分鐘。MI線纜必須能夠在測(cè)試溫度下耐受該應(yīng)用電壓達(dá)5分鐘，而沒(méi)有任何介電擊穿。

4.雷電沖擊測(cè)試(IEEE-Std 4)。該標(biāo)準(zhǔn)要求MI線纜耐受如為中等電壓級(jí)裝備(5kV)所規(guī)定的60kV BIL(基本沖擊水平)的雷電沖擊水平[參考文獻(xiàn)：ANSI IEEE C37.20.2]。例如，利用最終(后退火)冷加工步驟形成的MI線纜可以耐受使用1.2/60μs雷電沖擊波(BIL測(cè)試)的60kV沖擊測(cè)試。已知的商購(gòu)可得的MI線纜沒(méi)有通過(guò)上述BIL測(cè)試并且一般具有小于利用最終(后退火)冷加工步驟形成的MI線纜的BIL能力一半的BIL能力。

在某些實(shí)施例中，利用最終(后退火)冷加工步驟形成的MI線纜(絕緣導(dǎo)體)通過(guò)了以上列出的中等電壓線纜測(cè)試方法中的一個(gè)或多個(gè)。因此，利用最終(后退火)冷加工步驟形成的MI線纜(絕緣導(dǎo)體)在某些應(yīng)用中可以分類(勝任)標(biāo)準(zhǔn)中等電壓線纜。例如，利用最終(后退火)冷加工步驟形成的MI線纜(絕緣導(dǎo)體)的實(shí)施例可以描述為能夠耐受如IEEE-Std 4中限定的60kV BIL的雷電沖擊水平(如上所述)。使用如上所述的標(biāo)準(zhǔn)中等電壓線纜測(cè)試方法中的任一項(xiàng)的類似描述可以應(yīng)用于利用最終(后退火)冷加工步驟形成的MI線纜(絕緣導(dǎo)體)的實(shí)施例。

具有這種擊穿電壓性質(zhì)(在約60V/mil電絕緣體厚度之上的擊穿電壓)的絕緣(礦物絕緣)導(dǎo)體組件可以在直徑(橫截面面積)上較小并且提供與具有用于在地下地層中加熱相似長(zhǎng)度的較低擊穿電壓的絕緣導(dǎo)體組件相同的輸出。因?yàn)檩^高的擊穿電壓容許絕緣導(dǎo)體組件的直徑更小，所以較少的絕緣塊可以用于制造相同長(zhǎng)度的加熱器，因?yàn)楫?dāng)壓縮至較小直徑時(shí)絕緣塊被進(jìn)一步延長(zhǎng)(占據(jù)更多長(zhǎng)度)。因此，用于組成絕緣導(dǎo)體組件的塊的數(shù)目可以減少，從而節(jié)省用于電絕緣的材料成本。

在某些實(shí)施例中，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣(礦物絕緣)導(dǎo)體被用于在地下地層(例如，含烴地層)中提供熱。絕緣導(dǎo)體可以位于地下地層中的井筒(開(kāi)口)中并且通過(guò)輻射、傳導(dǎo)、和/或井筒中的規(guī)則將熱提供給地層，如本文中所描述的。在某些實(shí)施例中，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體將至少約400W/m的熱輸出提供給地下地層。在一些實(shí)施例中，這種絕緣導(dǎo)體提供至少約100W/m、至少約300W/m或至少約500W/m的熱輸出。

在一些實(shí)施例中，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣(礦物絕緣)導(dǎo)體被用作高電力線纜。例如，絕緣導(dǎo)體可以在用在離岸管道中以確定流體繼續(xù)在管道中流動(dòng)(流動(dòng)保障操作)。流動(dòng)保障操作可以在約1000m或更多的長(zhǎng)度上發(fā)生，從而需要高電力操作(約15kV、約20kV、約25kV或更多)。因此，具有高擊穿電壓的基本連續(xù)的絕緣導(dǎo)體(諸如具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體)可以適用于在如此長(zhǎng)的距離上提供流動(dòng)保障。

在一些實(shí)施例中，利用最終(后退火)冷加工步驟形成的絕緣導(dǎo)體在絕緣導(dǎo)體的護(hù)套和絕緣內(nèi)包括不止一個(gè)導(dǎo)體(例如，芯)。例如，利用最終(后退火)冷加工步驟形成的絕緣導(dǎo)體可以在絕緣導(dǎo)體的護(hù)套和絕緣內(nèi)包括三個(gè)芯(內(nèi)導(dǎo)體)。具有三個(gè)芯的絕緣導(dǎo)體可以用作三相絕緣導(dǎo)體，其中每個(gè)芯都耦接到三相電源中的一個(gè)相。盡管在利用最終(后退火)冷加工步驟形成的絕緣導(dǎo)體內(nèi)使用多個(gè)(例如，三個(gè))芯可能影響電絕緣的性質(zhì)中的一些(例如，初始擊穿電壓)，但是對(duì)絕緣導(dǎo)體的最終(后退火)冷加工步驟仍然可以產(chǎn)生與利用最終退火步驟形成的絕緣導(dǎo)體相比提高的電和/或介電性質(zhì)的絕緣導(dǎo)體。

用于制造相對(duì)長(zhǎng)長(zhǎng)度(例如，10m或更長(zhǎng)的長(zhǎng)度)的絕緣導(dǎo)體的另一可能的解決方案是從基于粉末的材料制造電絕緣體。例如，礦物絕緣導(dǎo)體(諸如氧化鎂(MgO)絕緣導(dǎo)體)可以使用礦物粉末絕緣來(lái)制造，所述礦物粉末絕緣被壓實(shí)以在絕緣導(dǎo)體的芯上和鞘內(nèi)形成電絕緣體。由于在用于外鞘或護(hù)套的焊接過(guò)程期間與粉末流動(dòng)、導(dǎo)體(芯)集中以及與粉末(例如，MgO粉末)相互作用相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，用以使用電絕緣體粉末形成絕緣導(dǎo)體的先前嘗試很大程度上是不成功的。粉末處理技術(shù)中的新進(jìn)展可以容許用粉末制造絕緣導(dǎo)體中的改進(jìn)。從粉末絕緣產(chǎn)生絕緣導(dǎo)體可以減少材料成本并且提供于用于制造絕緣導(dǎo)體的其它方法相比增加的制造可靠性。

圖15描繪了用于使用用于電絕緣體的粉末制造絕緣導(dǎo)體的過(guò)程的實(shí)施例。在某些實(shí)施例中，過(guò)程268是在管磨機(jī)或其它(管)組件設(shè)施中執(zhí)行的。在某些實(shí)施例中，過(guò)程268以線軸270和線軸272分別將第一鞘材料274和導(dǎo)體(芯)材料276饋送進(jìn)過(guò)程流動(dòng)線開(kāi)始。在某些實(shí)施例中，第一鞘材料276是薄鞘材料(諸如不銹鋼)并且芯材料276是銅棒或用于芯的另一導(dǎo)電材料。第一鞘材料274和芯材料276可以穿過(guò)集中軋輥278。集中卷形物278可以在第一鞘材料274上集中芯材料276，如圖15中示出的。

集中的芯材料276和第一鞘材料274可以隨后進(jìn)入壓縮和集中軋輥280。壓縮和集中卷形物280可以在芯材料276周圍將第一鞘材料形成為管狀物。如圖15中示出的，由于來(lái)自鞘形成卷形物281對(duì)第一鞘材料的上游部分的壓力，第一鞘材料274可以在到達(dá)壓縮和集中軋輥280之前開(kāi)始形成為管狀物。當(dāng)?shù)谝磺什牧?74開(kāi)始形成為管狀物時(shí)，電絕緣體粉末282可以從粉末分配器284添加在第一鞘材料內(nèi)。在一些實(shí)施例中，粉末282在進(jìn)入第一鞘材料274之前被加熱器286加熱。加熱器286可以例如感性加熱器，其對(duì)粉末282進(jìn)行加熱以從粉末中釋放水分和/或提供更好的粉末中的流動(dòng)性質(zhì)以及最終組裝導(dǎo)體的介電性質(zhì)。

當(dāng)粉末282進(jìn)入第一鞘材料274時(shí)，組件可以子進(jìn)入壓縮和集中軋輥280之前穿過(guò)振蕩器288。振蕩器288可以振動(dòng)組件以增加第一鞘材料274內(nèi)的粉末282的壓實(shí)。在某些實(shí)施例中，粉末282充填進(jìn)第一鞘材料274以及振蕩器288的其它過(guò)程步驟上游在垂直形成中發(fā)生。在垂直形成中執(zhí)行這種過(guò)程步驟提供第一鞘材料274內(nèi)的粉末282的更好壓實(shí)。如圖15中示出的，過(guò)程268的垂直形成可以子組件穿過(guò)壓縮和集中軋輥280時(shí)過(guò)渡到水平形成。

當(dāng)?shù)谝磺什牧?74、芯材料276以及粉末282的組件離開(kāi)壓縮和集中軋輥280時(shí)，第二鞘材料290可以提供在組件周圍。第二鞘材料290可以從線軸290提供。第二鞘材料290可以是比第一鞘材料274厚的鞘材料。在某些實(shí)施例中，第一鞘材料274具有與在第一鞘材料不破裂或隨后在過(guò)程(例如，在絕緣導(dǎo)體的外直徑減小期間)中不引起缺陷的情況下所容許的同樣薄的厚度。第二鞘材料290可以具有仍容許絕緣導(dǎo)體的外直徑的最終減小達(dá)期望尺寸的盡可能厚的厚度。第一鞘材料274和第二鞘材料290的組合厚度可以例如在絕緣導(dǎo)體的最終外直徑的約1/3和約1/8之間(例如，約1/6)。

在一些實(shí)施例中，對(duì)于在最終減小步驟之后具有約1”的最終外直徑的絕緣導(dǎo)體，第一鞘材料274具有在0.020”和約0.075”之間的厚度(例如，約0.035”)并且第二鞘材料290具有在約0.100”和約0.150”之間的厚度(例如，約0.125”)。在一些實(shí)施例中，第二鞘材料290是與第一鞘材料274相同的材料。在一些實(shí)施例中，第二鞘材料290是與第一鞘材料274不同的材料(例如，不同的基于不銹鋼或鎳的合金)。

第二鞘材料290可以通過(guò)形成軋輥294來(lái)在第一鞘材料274、芯材料276和粉末282的組件周圍形成管狀物。在將第二鞘材料290形成為管狀物之后，第二鞘材料的縱向邊緣可以使用焊機(jī)296焊接在一起。焊機(jī)296可以例如是用于焊接不銹鋼的激光焊機(jī)。第二鞘材料290的焊接將組件形成為絕緣導(dǎo)體252，其中第一鞘材料274和第二鞘材料形成絕緣導(dǎo)體的鞘(護(hù)套)。

在絕緣導(dǎo)體252形成之后，絕緣導(dǎo)體穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)壓延輥298。壓延輥298可以將通過(guò)對(duì)鞘(第一鞘材料274和第二鞘材料290)和芯(芯材料276)進(jìn)行冷加工來(lái)將絕緣導(dǎo)體252的外直徑減少達(dá)最多約35％。接著絕緣導(dǎo)體252的橫截面的減小，絕緣導(dǎo)體可以被加熱器300加熱和在淬火器302中淬火。加熱器300可以例如是感應(yīng)加熱器。淬火器302可以使用例如水淬火來(lái)快速冷卻絕緣導(dǎo)體252。在一些實(shí)施例中，在熱處理和淬火之后絕緣導(dǎo)體252的外直徑的減小可以在絕緣帶被提供給壓延輥304以用于最終減小步驟之前被重復(fù)一次或多次。

在絕緣導(dǎo)體252在加熱器300和淬火器302熱處理和淬火之后，絕緣導(dǎo)體穿過(guò)壓延輥304以用于最終減小步驟(最終冷加工步驟)。最終減小步驟可以將絕緣導(dǎo)體252的外直徑(橫截面面積)減小至橫截面在最終減小步驟之前的約5％和約20％之間。然后，最終減小的絕緣導(dǎo)體252可以提供給線軸306。線軸306可以例如是用于將絕緣導(dǎo)體(加熱器)輸送到加熱器組件位置的盤繞管鉆機(jī)或其它線軸。

在某些實(shí)施例中，使用第一鞘材料274和第二鞘材料290的組合容許在過(guò)程268中使用粉末282以形成絕緣導(dǎo)體252。例如，第一鞘材料274可以使粉末282免于與在第二鞘材料290上的焊接相互作用。在某些實(shí)施例中，第一鞘材料274的設(shè)計(jì)抑制粉末282與第二鞘材料290上的焊接之間的相互作用。圖10和11描繪了用于在絕緣導(dǎo)體252中使用的第一鞘材料274的設(shè)計(jì)的兩種可能實(shí)施例的橫截面表示。

圖16A描繪了絕緣導(dǎo)體252內(nèi)的第一鞘材料274的第一設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示。圖16A描繪了當(dāng)絕緣導(dǎo)體穿過(guò)壓縮和集中軋輥280(圖15中所示)的絕緣導(dǎo)體252。如圖16A中示出的，當(dāng)?shù)谝磺什牧显诜勰?82和芯材料276周圍形成管狀物時(shí)，第一鞘材料274與它自己重疊(作為重疊308示出)。重疊308是第一鞘材料274的縱向邊緣之間的重疊。

圖16B描繪了第一設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示，其中第二鞘材料290形成管狀物并且焊接在第一鞘材料274周圍。圖16B描述了緊著絕緣導(dǎo)體穿過(guò)焊機(jī)296(圖15中所示)的絕緣導(dǎo)體252。如圖16B中所示的，第一鞘材料274擱置在由第二鞘材料290形成的管狀物內(nèi)(例如，在鞘材料的上部之間存在間隙)。焊接310結(jié)合第二鞘材料290以在第一鞘材料274周圍形成管狀物。在一些實(shí)施例中，焊接310被放置在重疊308處或其附近。在其它實(shí)施例中，焊接310處于與重疊308不同的位置。焊接310的位置可能是不重要的，因?yàn)榈谝磺什牧?74抑制第一鞘材料內(nèi)的焊接和粉末282之間的相互作用。第一鞘材料274中的重疊308可以封閉粉末282并且抑制任何粉末與第二鞘材料290和/后焊接310接觸。

圖16C描繪了在一些減小之后的第一設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示，其中第二鞘材料290在第一鞘材料274周圍形成管狀物。圖16C描繪了當(dāng)絕緣導(dǎo)體穿過(guò)壓延輥298時(shí)(圖15中所示)的絕緣導(dǎo)體252。如圖16C中所示的，第二鞘材料290被壓延輥298減小，使得第二鞘材料接觸第一鞘材料274。在某些實(shí)施例中，在穿過(guò)壓延輥298之后，第二鞘材料290與第一鞘材料274緊密接觸。

圖16D描繪了當(dāng)絕緣導(dǎo)體252在壓延輥304處穿過(guò)最終減小步驟時(shí)(圖15中所示)的第一設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示。如圖16D中所示，當(dāng)絕緣導(dǎo)體252的橫截面面積在最終減小步驟期間減小時(shí)，由于重疊308而沿著第一鞘材料274和/或第二鞘材料290的外和內(nèi)表面存在一些凸出和不均勻。重疊308可以沿著第一鞘材料274的內(nèi)表面引起一些不連續(xù)。然而，該不連續(xù)性可以最低程度地影響絕緣導(dǎo)體252中產(chǎn)生的任何電場(chǎng)。因此，在最終減小步驟之后，絕緣導(dǎo)體252可以具有足夠的擊穿電壓，以用于在對(duì)地下地層進(jìn)行加熱中使用。第二鞘材料290可以為絕緣導(dǎo)體252提供密封腐蝕屏障。

圖17A描繪了絕緣導(dǎo)體252內(nèi)的第一鞘材料274的第二設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示。圖17A描繪了當(dāng)絕緣導(dǎo)體穿過(guò)壓縮和集中軋輥280時(shí)(圖15中所示)的絕緣導(dǎo)體252。如圖17A中示出的，當(dāng)?shù)谝磺什牧显诜勰?82和芯材料276周圍形成管狀物時(shí)，第一鞘材料274在管狀物的縱向邊緣之間具有間隙312。

圖17B描繪了第二實(shí)際實(shí)施例的橫截面表示，其中第二鞘材料290形成管狀物并且焊接在第一鞘材料274周圍。圖17B描繪了緊接著絕緣導(dǎo)體穿過(guò)焊機(jī)296(圖15中所示)的絕緣導(dǎo)體252。如圖17B中示出的，第一鞘材料274擱置在由第二鞘材料290形成的管狀物內(nèi)(例如，在鞘材料的上部之間存在間隙)。焊接310結(jié)合第二鞘材料290以在第一鞘材料274周圍形成管狀物。在某些實(shí)施例中，焊接310在與間隙312不同的位置以避免第一鞘材料274內(nèi)的焊接與粉末282之間的相互作用。

圖17C描繪了在一些減小之后的第二實(shí)際實(shí)施例的橫截面表示，其中第二鞘材料290字第一鞘材料274周圍形成管狀物。圖17C描繪了當(dāng)絕緣導(dǎo)體闖過(guò)壓延輥298時(shí)(圖15中所示)的絕緣導(dǎo)體252。如圖17C中所示，第二鞘材料290被壓延輥298減小，使得第二鞘材料接觸第一鞘材料274。在某些實(shí)施例中，在穿過(guò)壓延輥298之后，第二鞘材料290與第一鞘材料274緊密接觸。當(dāng)絕緣導(dǎo)體穿過(guò)壓延輥298時(shí)，間隙312在絕緣導(dǎo)體252的減小期間被減小。在某些實(shí)施例總，間隙312被減小為使得在減小之后間隙的每側(cè)上的第一鞘材料274的端部彼此鄰接。

圖17D描繪了當(dāng)絕緣導(dǎo)體252在壓延輥304處穿過(guò)最終減小步驟時(shí)(圖15中所示)的第二設(shè)計(jì)實(shí)施例的橫截面表示。如圖17D中所示，在間隙312處沿著第一鞘材料274的內(nèi)表面存在一些不連續(xù)。然而，該不連續(xù)可以最小程度地影響絕緣導(dǎo)體252中產(chǎn)生的任何電場(chǎng)。因此，在最終減小步驟之后，絕緣導(dǎo)體252可以具有足夠的擊穿電壓以用于在對(duì)地下地層進(jìn)行加熱中使用。

圖19描繪了針對(duì)使用礦物(MgO)粉末電絕緣形成的不同絕緣導(dǎo)體的最大電場(chǎng)(例如，擊穿電壓)對(duì)時(shí)間。數(shù)據(jù)針對(duì)2個(gè)不同的線纜標(biāo)識(shí)示出(由在x軸上的間隔表示)。數(shù)據(jù)點(diǎn)316針對(duì)在沒(méi)有任何后續(xù)冷加工步驟的情況下已經(jīng)使用最終退火步驟進(jìn)行處理的絕緣導(dǎo)體。數(shù)據(jù)點(diǎn)318針對(duì)已經(jīng)使用最終(后退火)冷加工步驟進(jìn)行處理的絕緣導(dǎo)體。已經(jīng)使用絕緣導(dǎo)體中的每個(gè)中的電絕緣體厚度對(duì)最大電場(chǎng)進(jìn)行歸一化(例如，最大電場(chǎng)表示為伏/mil電絕緣體厚度(V/mil))。如圖19中示出的，具有最終(后退火)冷加工步驟的絕緣導(dǎo)體具有比具有最終退火步驟的絕緣導(dǎo)體更高的最大電場(chǎng)(以歸一化為基礎(chǔ))。

在某些實(shí)施例中，絕緣電導(dǎo)體包括：內(nèi)電導(dǎo)體；至少部分圍繞電導(dǎo)體的電絕緣體，該電絕緣體包括礦物絕緣；以及至少部分圍繞電絕緣體的外電導(dǎo)體；其中絕緣電導(dǎo)體能夠盤繞在為絕緣電導(dǎo)體的直徑約100倍的半徑周圍；并且其中該絕緣電導(dǎo)體在至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在約700℃和約60Hz下包括每毫米電絕緣體厚度至少約2400伏的初始擊穿電壓。

在某些實(shí)施例中，絕緣電導(dǎo)體包括：內(nèi)電導(dǎo)體；至少部分圍繞電導(dǎo)體的電絕緣體，該電絕緣體包括礦物絕緣；以及至少部分圍繞電絕緣體的外電導(dǎo)體；其中外電導(dǎo)體具有基于約120kpsi的0.2％偏移的屈服強(qiáng)度；其中該絕緣電導(dǎo)體在至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在約700℃和約60Hz下包括每毫米電絕緣體厚度至少約2400伏的初始擊穿電壓。

在某些實(shí)施例中，絕緣電導(dǎo)體包括：內(nèi)電導(dǎo)體；至少部分圍繞電導(dǎo)體的電絕緣體，該電絕緣體包括礦物絕緣；以及至少部分圍繞電絕緣體的外電導(dǎo)體；其中外電導(dǎo)體包括經(jīng)熱處理和冷加工的合金材料，所述合金材料具有基于大于合金材料在自然狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度的至少50％，但合金材料在自然狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度的最多400％的0.2％偏移的屈服強(qiáng)度；其中該絕緣電導(dǎo)體在至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在約700℃和約60Hz下包括每毫米電絕緣體厚度至少約2400伏的初始擊穿電壓。

在某些實(shí)施例中，連續(xù)的絕緣電導(dǎo)體包括：連續(xù)的內(nèi)電導(dǎo)體；至少部分圍繞連續(xù)的電導(dǎo)體的連續(xù)的電絕緣體，該電絕緣體包括礦物結(jié)緣；以及至少部分圍繞連續(xù)的電絕緣體的連續(xù)的外電導(dǎo)體，其中該絕緣電導(dǎo)體在至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在約700℃和約60Hz下包括每毫米電絕緣體厚度至少約2400伏的初始擊穿電壓；并且其中連續(xù)的外電導(dǎo)體處于介于后熱處理狀態(tài)與完全冷加工狀態(tài)之間的選定部分冷加工狀態(tài)。

在某些實(shí)施例中，用于對(duì)地下地層進(jìn)行加熱的系統(tǒng)包括：定位在地下地層中的絕緣電導(dǎo)體，其中該絕緣電導(dǎo)體包括：內(nèi)電導(dǎo)體；至少部分圍繞電導(dǎo)體的電絕緣體，該電絕緣體包括礦物絕緣；以及至少部分圍繞電絕緣體的外電導(dǎo)體；其中絕緣電導(dǎo)體包括至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度；并且其中該絕緣電導(dǎo)體在至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在約700℃和約60Hz下包括每毫米電絕緣體厚度至少約2400伏的初始擊穿電壓。

在某些實(shí)施例中，用于進(jìn)行加熱的系統(tǒng)包括：定位在管狀物中的絕緣電導(dǎo)體，其中該絕緣電導(dǎo)體包括：內(nèi)電導(dǎo)體；至少部分圍繞電導(dǎo)體的電絕緣體，該電絕緣體包括礦物絕緣；以及至少部分圍繞電絕緣體的外電導(dǎo)體；其中絕緣電導(dǎo)體包括至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度；并且其中該絕緣電導(dǎo)體在至少約100m的基本連續(xù)長(zhǎng)度上在約700℃和約60Hz下包括每毫米電絕緣體厚度至少約2400伏的初始擊穿電壓。

將理解的是，本發(fā)明不限于所描述的特定系統(tǒng)(其當(dāng)然可以變化)。還將理解的是，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而不意在限制。如在本說(shuō)明書(shū)中所使用的，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)指示，除非內(nèi)容另外明確指出。因此，例如，提到“芯”包括兩個(gè)或更多個(gè)芯的組合并且提到“材料”包括材料的混合物。

鑒于本說(shuō)明書(shū)，本發(fā)明的各個(gè)方面的進(jìn)一步修改和選擇性的實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的。因此，該描述將被解釋為僅是說(shuō)明性的并且用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明的一般方式的目的。將理解的是，本文中所示出和描述的本發(fā)明的形式將被看作是當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。元素和材料可以替代本文中所例示和描述的那些，構(gòu)件和過(guò)程可以反轉(zhuǎn)，并且本發(fā)明的某些特征可以獨(dú)立利用，全部如在具有本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)的益處之后對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的。在不脫離如在下面的權(quán)利要求中所描述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本文中所描述的元素進(jìn)行改變。