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JP5938347B2 - Press-fit connection joint for joining insulated conductors - Google Patents

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JP5938347B2
JP5938347B2 JP2012533356A JP2012533356A JP5938347B2 JP 5938347 B2 JP5938347 B2 JP 5938347B2 JP 2012533356 A JP2012533356 A JP 2012533356A JP 2012533356 A JP2012533356 A JP 2012533356A JP 5938347 B2 JP5938347 B2 JP 5938347B2
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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

本発明は、ヒータ要素において使用される絶縁導体のためのシステムに関する。より詳しくは、本発明は、絶縁導体ケーブルをつなぎ合わせるための取付具に関する。   The present invention relates to a system for insulated conductors used in heater elements. More particularly, the present invention relates to a fixture for connecting insulated conductor cables.

地下の地層から得られる炭化水素は、エネルギ資源、原材料、および消費者製品として広く使用されている。利用可能な炭化水素資源の枯渇に関する懸念ならびに生産される炭化水素の全体的な品質の低下に関する懸念が、利用可能な炭化水素資源のより効率的な回収、処理、および/または使用のためのプロセスの開発をもたらしている。これまではアクセスが不可能であり、さらには/あるいは利用可能な方法を用いて取り出すには高価につきすぎていた地下の地層から炭化水素物質を取り出すために、現場(in situ)プロセスを使用することができる。地下の地層内の炭化水素物質の化学的および/または物理的性質を、炭化水素物質をより容易に地下の地層から取り出すことができるようにし、さらには/あるいは炭化水素物質の価値を高めるために、変化させる必要があるかもしれない。化学的および物理的変化は、地層内の炭化水素物質について、取り出すことができる流体を生成し、組成の変化、可溶性の変化、密度の変化、相変化、および/または粘性の変化を引き起こす現場での反応を含むことができる。   Hydrocarbons obtained from underground formations are widely used as energy resources, raw materials, and consumer products. Processes for more efficient recovery, treatment, and / or use of available hydrocarbon resources are concerns about the depletion of available hydrocarbon resources as well as concerns about the overall quality degradation of the produced hydrocarbons. Has led to the development of. Use an in situ process to remove hydrocarbon material from underground formations that were previously inaccessible and / or too expensive to remove using available methods be able to. To improve the chemical and / or physical properties of the hydrocarbon material in the underground formation so that the hydrocarbon material can be more easily removed from the underground formation and / or to increase the value of the hydrocarbon material. May need to change. Chemical and physical changes generate hydrocarbons in the formation that can be removed and cause changes in composition, changes in solubility, changes in density, phase changes, and / or changes in viscosity. Reaction may be included.

ヒータを、現場プロセスにおいて地層を加熱するために、坑井穴に配置することができる。地層を加熱するために使用することができる多数のさまざまな種類のヒータが存在する。下げ孔内のヒータを使用する現場プロセスの例が、Ljungstromの米国特許第2,634,961号明細書、Ljungstromの米国特許第2,732,195号明細書、Ljungstromの米国特許第2,780,450号明細書、Ljungstromの米国特許第2,789,805号明細書、Ljungstromの米国特許第2,923,535号明細書、Van Meursらの米国特許第4,886,118号明細書、およびWellingtonらの米国特許第6,688,387号明細書に示されている。   A heater can be placed in the wellbore to heat the formation in the field process. There are many different types of heaters that can be used to heat the formation. Examples of in-situ processes using heaters in downholes are Ljungstrom U.S. Pat. No. 2,634,961, Ljungstrom U.S. Pat. No. 2,732,195, Ljungstrom U.S. Pat. No. 2,780. , 450, Ljungstrom US Pat. No. 2,789,805, Ljungstrom US Pat. No. 2,923,535, Van Meurs et al. US Pat. No. 4,886,118, And Wellington et al., US Pat. No. 6,688,387.

米国特許第2,634,961号明細書US Pat. No. 2,634,961 米国特許第2,732,195号明細書US Pat. No. 2,732,195 米国特許第2,780,450号明細書US Pat. No. 2,780,450 米国特許第2,789,805号明細書US Pat. No. 2,789,805 米国特許第2,923,535号明細書US Pat. No. 2,923,535 米国特許第4,886,118号明細書US Pat. No. 4,886,118 米国特許第6,688,387号明細書US Pat. No. 6,688,387

いくつかの用途において炭化水素を含有している地層を加熱するなど、地下の用途に使用される無機絶縁(MI)ケーブル(絶縁導体)は、MIケーブル業界における典型と比べて、より長く、より大きな外径を有する可能性があり、より高い電圧および温度で動作する可能性がある。長さの長い絶縁導体の製造および/または組み立てにおいては、多数の問題が考えられる。   Inorganic insulated (MI) cables (insulated conductors) used for underground applications, such as heating formations containing hydrocarbons in some applications, are longer and more typical than typical in the MI cable industry. It can have a large outer diameter and can operate at higher voltages and temperatures. Numerous problems can be considered in the manufacture and / or assembly of long insulated conductors.

例えば、絶縁導体に使用される電気絶縁体の経時劣化に起因する電気的および/または機械的な問題が存在しうる。また、絶縁導体ヒータの組み立ての際に克服すべき電気絶縁体における問題が存在しうる。コアの膨らみまたは他の機械的欠陥などの問題が、絶縁導体ヒータの組み立ての際に生じる可能性がある。そのような出来事が、ヒータの使用時に電気的な問題につながる可能性があり、ヒータが意図される目的を果たすことができないという結果につながる可能性がある。   For example, there may be electrical and / or mechanical problems due to aging of electrical insulators used for insulated conductors. There can also be problems with the electrical insulators to be overcome when assembling the insulated conductor heater. Problems such as core bulge or other mechanical defects may occur during assembly of the insulated conductor heater. Such an event can lead to electrical problems when using the heater and can result in the heater failing to serve its intended purpose.

さらには、地下の用途においては、地下を効率的に加熱するために必要な深さおよび距離に達する充分な長さのMIケーブルを作成するため、および異なる機能を有する部位をつなぎ合わせる(例えば、引き込みケーブルをヒータ部分へと接続する)ために、複数のMIケーブルをつなぎ合わせることが必要になる可能性がある。そのような長いヒータは、ヒータの最も遠い端部まで充分な電力をもたらすために、より高い電圧も必要とする。   Furthermore, in underground applications, to create a sufficiently long MI cable to reach the depth and distance required to efficiently heat the underground, and to join sites with different functions (e.g., In order to connect the lead-in cable to the heater portion), it may be necessary to connect multiple MI cables together. Such long heaters also require higher voltages to provide sufficient power to the farthest end of the heater.

従来のMIケーブルのスプライスの設計は、典型的には、1000Vを超え、1500ボルトを超え、あるいは2000ボルトを超える電圧には適しておらず、650℃(約1200°F)を超え、700℃(約1290°F)を超え、あるいは800℃(約1470°F)を超えるような高い温度において不具合を生じることなく長期にわたって動作することができない。そのような高電圧かつ高温の用途は、典型的に、スプライスにおける無機絶縁体の圧縮が、絶縁導体(MIケーブル)そのものにおける圧縮のレベルに出来るだけ近いかそれ以上であることを必要とする。   Conventional MI cable splice designs are typically not suitable for voltages greater than 1000V, greater than 1500V, or greater than 2000V, greater than 650 ° C (approximately 1200 ° F), and 700 ° C It cannot operate over a long period of time without causing problems at high temperatures above (about 1290 ° F.) or above 800 ° C. (about 1470 ° F.). Such high voltage and high temperature applications typically require that the compression of the inorganic insulator in the splice is as close as possible to or greater than the level of compression in the insulated conductor (MI cable) itself.

いくつかの用途においては、MIケーブルの比較的大きな外径および長い長さゆえに、ケーブルを水平に向いた状態でつなぎ合わせることが必要である。水平に作られるMIケーブルの他の用途のためのスプライスが存在する。これらの技術は、典型的には、小さな穴を使用して無機絶縁体(酸化マグネシウム粉末など)をスプライスへと充てんし、振動および突き固めによってわずかに圧縮する。このような方法は、無機絶縁体の充分な圧縮をもたらさず、場合によっては無機絶縁体の圧縮がまったく不可能であり、したがって上述の地下の用途に必要な高い電圧において使用されるスプライスの製作には適さない。   In some applications, due to the relatively large outer diameter and long length of MI cables, it is necessary to tie the cables together in a horizontally oriented state. There are splices for other uses of MI cables that are made horizontally. These techniques typically use small holes to fill an inorganic insulator (such as magnesium oxide powder) into the splice and compress it slightly by vibration and tamping. Such a method does not result in sufficient compression of the inorganic insulator, and in some cases, compression of the inorganic insulator is not possible at all, thus making a splice used at the high voltages required for the above-mentioned underground applications. Not suitable for.

したがって、単純でありながら不具合を生じることなく長い期間にわたって地下の環境において高い電圧および温度で機能することができる絶縁導体のスプライスについて、ニーズが存在している。さらに、スプライスは、地下においてケーブルに加わる可能性がある重量の負荷および温度のもとで不具合を生じることがないよう、より高い曲げおよび引張強度を必要とする可能性がある。さらに、スプライスにおける漏れ電流が少なくなるようにスプライスにおける電界強度を下げ、動作電圧と電気的破壊との間の余裕を増やすための技術および方法も、利用することができる。電荷強度を下げることは、スプライスの電圧および温度の動作範囲を広げるうえでも役に立つ可能性がある。   Therefore, a need exists for an insulated conductor splice that can function at high voltages and temperatures in a subterranean environment for a long period of time without being inconvenienced. Furthermore, splices may require higher bending and tensile strengths so that they do not fail under the heavy loads and temperatures that can be applied to cables underground. In addition, techniques and methods for reducing the electric field strength at the splice so as to reduce leakage current at the splice and increasing the margin between operating voltage and electrical breakdown can also be utilized. Lowering the charge intensity can also help to increase the operating range of the splice voltage and temperature.

さらに、絶縁導体の組み立ておよび/または地下への設置の際に、絶縁導体への大きな応力による問題が存在しうる。例えば、絶縁導体を絶縁導体の輸送および設置に使用されるスプールに巻き付け、さらにはスプールから引き出すことが、絶縁導体の電気絶縁体および/または他の構成要素への機械的な応力につながる可能性がある。したがって、絶縁導体の製造、組み立て、および/または設置の際に生じうる問題を軽減または解消するためのより信頼できるシステムおよび方法が必要である。   Furthermore, there can be problems due to large stresses on the insulated conductor during assembly of the insulated conductor and / or underground installation. For example, wrapping an insulated conductor around a spool used to transport and install the insulated conductor and even pulling it out of the spool can lead to mechanical stress on the electrical insulation and / or other components of the insulated conductor There is. Therefore, there is a need for a more reliable system and method for reducing or eliminating problems that may arise during the manufacture, assembly, and / or installation of insulated conductors.

本明細書に記載される実施形態は、広くには、地下の地層を処理するためのシステム、方法、およびヒータに関する。さらに、本明細書に記載される実施形態は、広くには、新規な構成要素を有するヒータに関する。そのようなヒータを、本明細書に記載のシステムおよび方法を使用することによって得ることができる。   Embodiments described herein generally relate to systems, methods, and heaters for processing underground formations. Furthermore, the embodiments described herein generally relate to heaters having novel components. Such a heater can be obtained by using the systems and methods described herein.

特定の実施形態において、本発明は、1つ以上のシステム、方法、および/またはヒータを提供する。いくつかの実施形態においては、それらのシステム、方法、および/またはヒータが、地下の地層の処理に使用される。   In certain embodiments, the present invention provides one or more systems, methods, and / or heaters. In some embodiments, the systems, methods, and / or heaters are used to process underground formations.

特定の実施形態においては、第1の絶縁導体の端部を第2の絶縁導体の端部へと接続するための取付具が、第1の絶縁導体の端部および第2の絶縁導体の端部の外側に配置されるように構成されたスリーブと、スリーブの内部に位置し、第1の絶縁導体のコアの端部および第2の絶縁導体のコアの端部の周囲に適合するように構成されたコア継手とを備えており、スリーブの内部空間が、電気絶縁材料で少なくとも部分的に満たされるように構成され、電気絶縁材料が、当該取付具が絶縁導体へと結合させられるときに第1の絶縁導体の電気絶縁体の端部および第2の絶縁導体の電気絶縁体の端部によって圧縮されるように構成されている。   In certain embodiments, a fixture for connecting the end of the first insulated conductor to the end of the second insulated conductor includes the end of the first insulated conductor and the end of the second insulated conductor. A sleeve configured to be disposed on the outside of the portion, and located inside the sleeve so as to fit around an end of the core of the first insulated conductor and an end of the core of the second insulated conductor A core joint configured, wherein the inner space of the sleeve is configured to be at least partially filled with an electrically insulating material, the electrically insulating material being coupled to the insulated conductor It is comprised so that it may be compressed by the edge part of the electrical insulator of a 1st insulated conductor, and the edge part of the electrical insulator of a 2nd insulated conductor.

さらなる実施形態においては、個々の実施形態からの特徴を、他の実施形態からの特徴と組み合わせることができる。例えば、或る実施形態からの特徴を、残りのいずれかの実施形態からの特徴と組み合わせることができる。   In further embodiments, features from individual embodiments can be combined with features from other embodiments. For example, features from one embodiment can be combined with features from any remaining embodiment.

さらなる実施形態においては、地下の地層の処理が、本明細書に記載の方法、システム、電源、またはヒータのいずれかを使用して実行される。   In further embodiments, the processing of the underground formation is performed using any of the methods, systems, power supplies, or heaters described herein.

さらなる実施形態においては、さらなる特徴を、本明細書に記載の個々の実施形態に追加することができる。   In further embodiments, additional features can be added to the individual embodiments described herein.

本発明の方法および装置の特徴および利点が、本発明による現時点における好ましい実施形態(ただし、例示にすぎない)の以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて参照することによって、さらに充分に理解されるであろう。   The features and advantages of the method and apparatus of the present invention will be more fully understood by reference to the following detailed description of the presently preferred embodiments of the invention, but only by way of example, in conjunction with the accompanying drawings. Will be understood.

炭化水素を含有している地層を処理するための現場熱処理システムの一部分の実施形態の概略図を示している。FIG. 2 shows a schematic diagram of an embodiment of a portion of an in situ heat treatment system for treating a formation containing hydrocarbons. 絶縁導体熱源の実施形態を示している。2 illustrates an embodiment of an insulated conductor heat source. 絶縁導体熱源の実施形態を示している。2 illustrates an embodiment of an insulated conductor heat source. 絶縁導体熱源の実施形態を示している。2 illustrates an embodiment of an insulated conductor heat source. 絶縁導体が取付具へと移動させられているときの取付具の断面図を示している。FIG. 6 shows a cross-sectional view of the fixture when the insulated conductor is moved to the fixture. 絶縁導体が取付具の内側でつなぎ合わせられた状態の取付具の断面図を示している。Sectional drawing of the fixture of the state in which the insulated conductor was joined inside the fixture is shown.

本発明について、種々の変更および代案の形態が可能であるが、本発明の特定のいくつかの実施形態が、あくまでも例として図面に示され、本明細書において詳しく説明される。図面は、必ずしも比例尺ではない。図面および詳細な説明が、本発明を開示される特定の形態に限定しようとするものではなく、むしろ反対に、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想および技術的範囲に包含されるすべての変更、同等物、および代案を含むものであることを、理解すべきである。   While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, certain specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will be described in detail herein. The drawings are not necessarily to scale. The drawings and detailed description are not intended to limit the invention to the particular form disclosed, but rather are encompassed by the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives made.

以下の説明は、大まかには、地層内の炭化水素を処理するためのシステムおよび方法に関する。そのような地層を、炭化水素生成物、水素、および他の生成物をもたらすために処理することができる。   The following description relates generally to systems and methods for treating hydrocarbons in formations. Such formations can be treated to yield hydrocarbon products, hydrogen, and other products.

「交流(AC)」は、実質的に正弦曲線の方式で方向を逆転させる時間変化する電流を指す。ACは、強磁性の導体において電流の表皮効果を生じさせる。   “Alternating current (AC)” refers to a time-varying current that reverses direction in a substantially sinusoidal fashion. AC causes a skin effect of current in a ferromagnetic conductor.

「接続」は、1つ以上の物体または構成部品の間の直接的な接続または間接的な接続(例えば、1つ以上の介在する接続)を意味する。「直接的に接続され」という表現は、物体または構成部品が「ポイントオブユース」の方式で働くように互いに直接的に接続されるような物体または構成部品の間の直接的な接続を意味する。   “Connection” means a direct or indirect connection (eg, one or more intervening connections) between one or more objects or components. The expression “directly connected” means a direct connection between objects or components such that the objects or components are directly connected to each other so that they work in a “point of use” manner. .

「地層」は、1つ以上の炭化水素含有層、1つ以上の非炭化水素層、上層土(overburden)、および/または下層土(underburden)を含む。「炭化水素層」は、地層内の炭化水素を含んでいる層を指す。炭化水素層は、非炭化水素物質および炭化水素物質を含むことができる。「上層土」および/または「下層土」は、1つ以上の異なる種類の不浸透性物質を含む。例えば、上層土および/または下層土は、岩盤、シェール、泥岩、または湿った/締まった炭酸塩を含むことができる。現場(in situ)熱処理プロセスのいくつかの実施形態においては、上層土および/または下層土が、比較的不浸透性である1つ以上の炭化水素含有層であって、上層土および/または下層土の炭化水素含有層の大きな特性変化につながる現場熱処理プロセスの際の温度に曝されることがない1つ以上の炭化水素含有層を含むことができる。例えば、下層土が、シェールまたは泥岩を含むことができるが、現場熱処理プロセスの際に熱分解温度にまで加熱されることはない。場合によっては、上層土および/または下層土が、或る程度は浸透性であってもよい。   “Geological formation” includes one or more hydrocarbon-containing layers, one or more non-hydrocarbon layers, overburden, and / or underburden. “Hydrocarbon layer” refers to a layer containing hydrocarbons in the formation. The hydrocarbon layer can include non-hydrocarbon materials and hydrocarbon materials. “Upper soil” and / or “lower soil” includes one or more different types of impermeable materials. For example, the upper soil and / or the lower soil can include bedrock, shale, mudstone, or wet / consolidated carbonate. In some embodiments of the in situ heat treatment process, the upper soil and / or lower soil is one or more hydrocarbon-containing layers that are relatively impervious, wherein the upper soil and / or the lower soil One or more hydrocarbon-containing layers can be included that are not exposed to temperatures during in situ heat treatment processes that lead to significant property changes of the soil hydrocarbon-containing layer. For example, the subsoil can include shale or mudstone, but is not heated to the pyrolysis temperature during the in situ heat treatment process. In some cases, the upper soil and / or the lower soil may be permeable to some extent.

「地層流体」は、地層内に存在する流体を指し、熱分解流体、合成ガス、易動化炭化水素、および水(蒸気)を含むことができる。地層流体は、炭化水素流体および非炭化水素流体を含むことができる。用語「易動化流体」は、炭化水素を含有する地層において、地層の熱処理の結果として流動可能となった流体を指す。「産出流体」は、地層から取り出された流体を指す。   “Geological fluid” refers to fluid present in the formation and can include pyrolysis fluid, synthesis gas, mobilized hydrocarbons, and water (steam). The formation fluid can include hydrocarbon fluids and non-hydrocarbon fluids. The term “mobilizing fluid” refers to a fluid that has become flowable as a result of heat treatment of the formation in a formation containing hydrocarbons. “Production fluid” refers to fluid removed from the formation.

「熱源」は、実質的に伝導および/または放射による熱伝達によって地層の少なくとも一部へと熱を供給するための任意のシステムである。例えば、熱源は、導電性の材料を含むことができ、さらには/あるいは絶縁された導体、細長い部材、および/または導管内に配置された導体などの電気ヒータを備えることができる。熱源が、地層の外部または内部で燃料を燃焼させることによって熱を発生させるシステムを備えてもよい。システムは、表面バーナ、ダウンホールガスバーナ、無炎分散燃焼器、および自然分散燃焼器であってもよい。いくつかの実施形態においては、1つ以上の熱源へと供給され、あるいは1つ以上の熱源において生成される熱を、他のエネルギ源によってもたらすことができる。他のエネルギ源が、地層を直接加熱することができ、あるいはエネルギを、地層を直接的または間接的に加熱する伝達媒体に加えることができる。地層へと熱を加える1つ以上の熱源が、異なるエネルギ源を使用してもよいことを、理解すべきである。すなわち、例えば所与の地層について、いくつかの熱源が、導電性材料または電気抵抗ヒータからの熱を供給することができ、いくつかの熱源が、燃焼からの熱をもたらすことができ、いくつかの熱源が、1つ以上の他のエネルギ源(例えば、化学反応、太陽エネルギ、風力エネルギ、バイオマス、または他の再生可能なエネルギ源)からの熱を供給することができる。化学反応は、発熱反応(例えば、酸化反応)を含むことができる。また、熱源は、ヒータ抗井などの加熱位置の付近および/または周囲の領域へと熱をもたらす導電性材料および/またはヒータを備えてもよい。   A “heat source” is any system for supplying heat to at least a portion of the formation through substantially conductive and / or radiative heat transfer. For example, the heat source can include an electrically conductive material and / or can comprise an electrical heater such as an insulated conductor, an elongated member, and / or a conductor disposed within a conduit. The heat source may comprise a system that generates heat by burning fuel outside or inside the formation. The system may be a surface burner, a downhole gas burner, a flameless distributed combustor, and a natural distributed combustor. In some embodiments, heat supplied to one or more heat sources or generated in one or more heat sources can be provided by other energy sources. Other energy sources can heat the formation directly, or energy can be applied to a transmission medium that heats the formation directly or indirectly. It should be understood that one or more heat sources that apply heat to the formation may use different energy sources. That is, for example, for a given formation, some heat sources can supply heat from conductive materials or electrical resistance heaters, some heat sources can provide heat from combustion, The heat source can provide heat from one or more other energy sources (eg, chemical reaction, solar energy, wind energy, biomass, or other renewable energy sources). The chemical reaction can include an exothermic reaction (eg, an oxidation reaction). The heat source may also comprise a conductive material and / or a heater that provides heat to and / or around the heating location, such as a heater well.

「ヒータ」は、坑井または坑井穴の領域の付近で熱を生じさせるための任意のシステムまたは熱源である。ヒータは、これらに限られるわけではないが電気ヒータ、バーナ、地層内の物質または地層から生成される物質と反応する燃焼器、ならびに/あるいはこれらの組み合わせであってもよい。   A “heater” is any system or heat source for generating heat in the vicinity of a well or area of a wellbore. The heater may be, but is not limited to, an electric heater, a burner, a combustor that reacts with material in the formation or material generated from the formation, and / or combinations thereof.

「炭化水素」は、一般に、主として炭素原子および水素原子によって形成される分子と定義される。炭化水素は、これらに限られるわけではないがハロゲン、金属元素、チッ素、酸素、および/または硫黄など、他の元素を含んでもよい。炭化水素は、これらに限られるわけではないがケロゲン、ビチューメン、ピロビチューメン、油、天然鉱ろう、およびアスファルタイトであってもよい。炭化水素は、地球の鉱物基質内に位置でき、あるいは地球の鉱物基質に隣接して位置することができる。基質として、これらに限られるわけではないが堆積岩、砂、シリシライト、炭酸塩、珪藻岩、および他の多孔質媒体を挙げることができる。「炭化水素流体」は、炭化水素を含む流体である。炭化水素流体は、水素、チッ素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、水、およびアンモニアなどの非炭化水素流体を含むことができ、取り込むことができ、あるいはそのような非炭化水素流体に取り込まれていてもよい。   “Hydrocarbon” is generally defined as a molecule formed primarily by carbon and hydrogen atoms. Hydrocarbons may include other elements such as, but not limited to, halogens, metal elements, nitrogen, oxygen, and / or sulfur. The hydrocarbon may be, but is not limited to, kerogen, bitumen, pyrobitumen, oil, natural mineral wax, and asphaltite. The hydrocarbon can be located within the Earth's mineral matrix or can be located adjacent to the Earth's mineral matrix. Substrates can include, but are not limited to, sedimentary rock, sand, silicilite, carbonate, diatomite, and other porous media. A “hydrocarbon fluid” is a fluid containing hydrocarbons. Hydrocarbon fluids can include, can include, or can include non-hydrocarbon fluids such as hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, water, and ammonia. It may be taken in.

「現場変換プロセス」は、熱源から炭化水素を含有している地層を加熱し、地層内で熱分解流体が生成されるように熱分解温度よりも高い温度へと地層の少なくとも一部分の温度を上昇させるプロセスを指す。   An “in situ conversion process” heats a formation containing hydrocarbons from a heat source and raises the temperature of at least a portion of the formation to a temperature above the pyrolysis temperature so that pyrolysis fluid is generated in the formation. Refers to the process

「現場熱処理プロセス」は、易動化流体、粘性低下流体、および/または熱分解流体が地層内に生成されるように、熱源で炭化水素を含有している地層を加熱し、易動化流体、粘性低下、および/または炭化水素含有物質の熱分解をもたらす温度よりも高い温度まで地層の少なくとも一部分の温度を上昇させるプロセスを指す。   “In-situ heat treatment process” involves heating a formation containing hydrocarbons with a heat source so that mobilized fluid, viscosity reducing fluid, and / or pyrolysis fluid is generated in the formation, Refers to the process of raising the temperature of at least a portion of the formation to a temperature above that which results in viscosity reduction and / or thermal decomposition of the hydrocarbon-containing material.

「絶縁導体」は、電気を通すことができ、電気絶縁材料によって全体または一部が覆われている任意の細長い材料を指す。   "Insulated conductor" refers to any elongated material that can conduct electricity and is wholly or partially covered by an electrically insulating material.

「チッ化物」は、チッ素と周期表の1つ以上の他の元素との化合物を指す。チッ化物として、これらに限られるわけではないがチッ化ケイ素、チッ化ホウ素、またはチッ化アルミナが挙げられる。   “Nitride” refers to a compound of nitrogen and one or more other elements of the periodic table. Nitrides include, but are not limited to, silicon nitride, boron nitride, or alumina nitride.

「穿孔」は、導管、管、パイプ、または他の流路の壁に位置し、導管、管、パイプ、または他の流路への流入あるいは導管、管、パイプ、または他の流路からの流出を可能にする開口、スリット、孔、または穴を含む。   A “perforation” is located in the wall of a conduit, tube, pipe, or other flow path and enters or enters the conduit, tube, pipe, or other flow path Includes openings, slits, holes, or holes that allow outflow.

「熱分解」は、熱の印加に起因する化学結合の破壊である。例えば、熱分解として、熱のみによって化合物を1つまたは複数の他の物質に変換することが挙げられる。熱を、熱分解を生じさせるために地層の一部分へと伝えることができる。   “Pyrolysis” is the breaking of chemical bonds resulting from the application of heat. For example, pyrolysis includes converting a compound into one or more other substances only by heat. Heat can be transferred to a portion of the formation to cause pyrolysis.

「熱分解流体」または「熱分解生成物」は、実質的に炭化水素の熱分解の際に生成される流体を指す。熱分解反応によって生成される流体が、地層内で他の流体と混ざってもよい。混合物は、熱分解流体または熱分解生成物と考えられる。本明細書において使用されるとき、「熱分解ゾーン」は、反応させられ、あるいは反応することによって熱分解流体を形成する地層(例えば、タールサンド地層などの比較的浸透性の地層)の一部分を指す。   “Pyrolysis fluid” or “pyrolysis product” refers to a fluid that is substantially produced during the pyrolysis of hydrocarbons. The fluid generated by the pyrolysis reaction may be mixed with other fluids in the formation. The mixture is considered a pyrolysis fluid or pyrolysis product. As used herein, a “pyrolysis zone” is a portion of a formation that is reacted or reacts to form a pyrolysis fluid (eg, a relatively permeable formation such as a tar sand formation). Point to.

層の「厚さ」は、層の断面の厚さを指し、断面は、層の面に対して垂直である。   The “thickness” of a layer refers to the thickness of the cross section of the layer, the cross section being perpendicular to the plane of the layer.

用語「坑井穴」は、掘削または地層への導管の挿入によって形成された地層の穴を指す。坑井穴は、実質的に円形の断面または他の断面形状を有することができる。本明細書において使用されるとき、用語「坑井」および「開口」は、地層の開口を指すとき、用語「坑井穴」と入れ換え可能に使用することができる。   The term “wellhole” refers to a formation hole formed by excavation or insertion of a conduit into the formation. The well hole can have a substantially circular cross-section or other cross-sectional shape. As used herein, the terms “well” and “opening” can be used interchangeably with the term “wellhole” when referring to formation openings.

地層を、多数のさまざまな生成物を生み出すためにさまざまなやり方で処理することができる。現場熱処理プロセスの際に地層を処理するために、さまざまな段階またはプロセスを使用することができる。いくつかの実施形態においては、地層の1つ以上の部位が、当該部位から可溶性の鉱物を取り出すために溶解採鉱される。鉱物の溶解採鉱を、現場熱処理プロセスの前、最中、および/または後に実行することができる。いくつかの実施形態においては、溶解採鉱される1つ以上の部位の平均温度を、約120℃よりも低く維持することができる。   The formation can be processed in a variety of ways to produce a number of different products. Various stages or processes can be used to treat the formation during the in situ heat treatment process. In some embodiments, one or more sites of the formation are melt mined to remove soluble minerals from the sites. Mineral melt mining can be performed before, during, and / or after the in situ heat treatment process. In some embodiments, the average temperature of one or more sites being melt mined can be maintained below about 120 ° C.

いくつかの実施形態においては、地層の1つ以上の部位が、当該部位から水を除去し、さらには/あるいは当該部位からメタンおよび他の揮発性の炭化水素を取り出すために加熱される。いくつかの実施形態においては、水および揮発性の炭化水素を取り出す際に、平均温度を周囲の温度から約220℃よりも低い温度まで上昇させることができる。   In some embodiments, one or more sites of the formation are heated to remove water from the sites and / or to remove methane and other volatile hydrocarbons from the sites. In some embodiments, in removing water and volatile hydrocarbons, the average temperature can be raised from ambient temperatures to temperatures below about 220 ° C.

いくつかの実施形態においては、地層の1つ以上の部位が、地層内の炭化水素の移動および/または粘性低下を可能にする温度へと加熱される。いくつかの実施形態においては、地層の1つ以上の部位の平均温度が、当該部位の炭化水素の易動化温度(例えば、100℃〜250℃の範囲、120℃〜240℃の範囲、または150℃〜230℃の範囲の温度)まで上昇させられる。   In some embodiments, one or more portions of the formation are heated to a temperature that allows hydrocarbon migration and / or viscosity reduction within the formation. In some embodiments, the average temperature of one or more sites of the formation is the hydrocarbon mobilization temperature of the site (eg, in the range of 100 ° C. to 250 ° C., in the range of 120 ° C. to 240 ° C., or Temperature in the range of 150 ° C to 230 ° C).

いくつかの実施形態においては、1つ以上の部位が、地層内での熱分解反応を可能にする温度へと加熱される。いくつかの実施形態においては、地層の1つ以上の部位の平均温度を、当該部位の炭化水素の熱分解温度(例えば、230℃〜900℃の範囲、240℃〜400℃の範囲、または250℃〜350℃の範囲の温度)へと上昇させることができる。   In some embodiments, one or more sites are heated to a temperature that allows a pyrolysis reaction in the formation. In some embodiments, the average temperature of one or more sites of the formation is determined by the hydrocarbon pyrolysis temperature (eg, in the range of 230 ° C to 900 ° C, in the range of 240 ° C to 400 ° C, or 250 The temperature can be raised to a temperature in the range of from ° C to 350 ° C.

炭化水素を含有している地層を複数の熱源で加熱することで、地層内の炭化水素の温度を所望の加熱速度で所望の温度へと上昇させる熱源の周囲の温度勾配を確立させることが可能である。所望の生成物について、易動化温度の範囲および/または熱分解温度の範囲を通過する温度上昇の速度によって、炭化水素を含有している地層から生成される地層流体の質および量を操作することが可能である。易動化温度の範囲および/または熱分解温度の範囲を通って地層の温度をゆっくりと上昇させることで、地層からの高品質、高API重力の炭化水素の産出を可能にすることができる。易動化温度の範囲および/または熱分解温度の範囲を通って地層の温度をゆっくりと上昇させることで、炭化水素生成物として地層内に存在する大量の炭化水素の取り出しを可能にすることができる。   By heating a formation containing hydrocarbons with multiple heat sources, it is possible to establish a temperature gradient around the heat source that raises the temperature of the hydrocarbons in the formation to the desired temperature at the desired heating rate It is. For the desired product, manipulate the quality and quantity of formation fluids generated from hydrocarbon-containing formations by the rate of temperature rise through the mobilization temperature range and / or the pyrolysis temperature range It is possible. Slowly raising the formation temperature through the mobilization temperature range and / or pyrolysis temperature range can enable the production of high quality, high API gravity hydrocarbons from the formation. Slowly raising the formation temperature through the mobilization temperature range and / or pyrolysis temperature range to allow removal of large quantities of hydrocarbons present in the formation as hydrocarbon products it can.

いくつかの現場熱処理の実施形態においては、地層の一部が、温度を温度範囲を通ってゆっくりと加熱する代わりに、所望の温度へと加熱される。いくつかの実施形態においては、所望の温度が300℃、325℃、または350℃である。所望の温度として他の温度を選択してもよい。   In some in situ heat treatment embodiments, a portion of the formation is heated to the desired temperature instead of slowly heating the temperature through the temperature range. In some embodiments, the desired temperature is 300 ° C, 325 ° C, or 350 ° C. Other temperatures may be selected as the desired temperature.

熱源からの熱の重ね合わせが、地層において所望の温度を比較的迅速かつ効率的に確立させることを可能にする。熱源からの地層へのエネルギの入力を、地層の温度を実質的に所望の温度に維持するように調節することが可能である。   Superposition of heat from the heat source allows the desired temperature in the formation to be established relatively quickly and efficiently. The input of energy from the heat source to the formation can be adjusted to maintain the formation temperature substantially at the desired temperature.

易動化および/または熱分解の生成物を、生産坑井によって地層から産出することができる。いくつかの実施形態においては、1つ以上の部位の平均温度が易動化温度へと上昇させられ、炭化水素が生産坑井から産出される。1つ以上の部位の平均温度を、易動化による生産が所定の値を下回って低下した後に、熱分解温度へと上昇させることができる。いくつかの実施形態においては、1つ以上の部位の平均温度を、熱分解温度に達する前の生産がほとんどなくても、熱分解温度へと上昇させることができる。熱分解生成物を含む地層流体を、生産坑井を介して生成してもよい。   The products of mobilization and / or pyrolysis can be produced from the formation by production wells. In some embodiments, the average temperature of one or more sites is increased to the mobilization temperature and hydrocarbons are produced from the production well. The average temperature of one or more sites can be raised to the pyrolysis temperature after production by mobilization falls below a predetermined value. In some embodiments, the average temperature of one or more sites can be raised to the pyrolysis temperature with little production before reaching the pyrolysis temperature. A formation fluid containing pyrolysis products may be generated through the production well.

いくつかの実施形態においては、1つ以上の部位の平均温度を、易動化および/または熱分解後に、合成ガスの生成を可能にするために充分な温度へと上昇させることができる。いくつかの実施形態においては、炭化水素を、合成ガスの生成を可能とするために充分な温度へと、合成ガスの生成を可能にするために充分な温度に達する前の生成がほとんどないままに上昇させることができる。例えば、合成ガスを、約400℃〜約1200℃、約500℃〜約1100℃、または約550℃〜約1000℃の温度範囲で生成することができる。合成ガス発生流体(例えば、蒸気および/または水)を、合成ガスを生成するための部位へと導入することができる。合成ガスを、生産坑井から産出することができる。   In some embodiments, the average temperature of one or more sites can be increased to a temperature sufficient to allow synthesis gas generation after mobilization and / or pyrolysis. In some embodiments, the hydrocarbons are brought to a temperature sufficient to allow synthesis gas to be produced, and there is little production before reaching a temperature sufficient to allow synthesis gas production. Can be raised. For example, synthesis gas can be generated at a temperature range of about 400 ° C to about 1200 ° C, about 500 ° C to about 1100 ° C, or about 550 ° C to about 1000 ° C. A syngas generating fluid (eg, steam and / or water) can be introduced into the site for generating syngas. Syngas can be produced from the production well.

溶解採鉱、揮発性炭化水素および水の取り出し、炭化水素の易動化、炭化水素の熱分解、合成ガスの生成、ならびに/あるいは他のプロセスを、現場熱処理プロセスにおいて実行することができる。いくつかの実施形態においては、いくつかのプロセスを、現場熱処理プロセスの後に行うことができる。そのようなプロセスとして、これらに限られるわけではないが、処理後の部位から熱を回収すること、予め処理された部位に流体(例えば、水および/または炭化水素)を保存すること、および/または予め処理された部分に二酸化炭素を隔離することを挙げることができる。   Dissolved mining, removal of volatile hydrocarbons and water, hydrocarbon mobilization, hydrocarbon pyrolysis, synthesis gas generation, and / or other processes can be performed in an in situ heat treatment process. In some embodiments, some processes can be performed after the in situ heat treatment process. Such processes include, but are not limited to, recovering heat from the treated site, storing fluid (eg, water and / or hydrocarbons) in the previously treated site, and / or Or it can be mentioned to sequester carbon dioxide in a pre-treated part.

図1が、炭化水素を含有している地層を処理するための現場熱処理システムの一部分の実施形態の概略図を示している。現場熱処理システムは、障壁坑井200を含むことができる。障壁坑井200は、処理領域の周囲に障壁を形成するために使用される。障壁は、処理領域への流体の流入および/または処理領域からの流体の流出を抑制する。障壁坑井として、これらに限られるわけではないが、脱水坑井、真空坑井、捕獲坑井、注入坑井、グラウト坑井、凍結坑井、またはこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態においては、障壁坑井200が、脱水坑井である。脱水坑井は、液体の水を取り除くことができ、さらには/あるいは液体の水が地層の加熱対象の部位または加熱中の地層に進入することを抑制することができる。図1に示した実施形態においては、障壁坑井200が、熱源202の一方の側に沿ってのみ延在して示されているが、障壁坑井は、典型的には、地層の処理領域を加熱するために使用され、あるいは使用されるべきすべての熱源202を取り囲む。   FIG. 1 shows a schematic diagram of an embodiment of a portion of an in situ heat treatment system for treating a formation containing hydrocarbons. The in situ heat treatment system can include a barrier well 200. The barrier well 200 is used to form a barrier around the processing area. The barrier suppresses the inflow of fluid into the processing region and / or the outflow of fluid from the processing region. Barrier wells include, but are not limited to, dewatering wells, vacuum wells, capture wells, injection wells, grout wells, frozen wells, or combinations thereof. In some embodiments, the barrier well 200 is a dewatering well. The dewatering well can remove the liquid water and / or can prevent the liquid water from entering the heating target region of the formation or the formation being heated. In the embodiment shown in FIG. 1, the barrier well 200 is shown extending only along one side of the heat source 202, but the barrier well is typically a formation treatment area. Encloses all the heat sources 202 used or to be used.

熱源202は、地層の少なくとも一部分に配置される。熱源202は、絶縁導体、導管内導体ヒータ、地表バーナ、無炎分散燃焼器、および/または自然分散燃焼器などのヒータを備えることができる。熱源202が、他の種類のヒータを備えてもよい。熱源202は、地層の少なくとも一部分に熱をもたらして、地層内で炭化水素を加熱する。供給ライン204を介して熱源202にエネルギを供給することができる。供給ライン204は、地層を加熱するために使用される1つ以上の熱源の種類に応じて構造的に異なっていてもよい。熱源用の供給ライン204は、電気ヒータのための電気を送ることができ、燃焼器のための燃料を運ぶことができ、あるいは地層を循環する熱交換流体を運ぶことができる。いくつかの実施形態においては、現場熱処理プロセスのための電気が、1つ以上の原子力発電所によってもたらされてもよい。原子力の使用は、現場熱処理プロセスからの二酸化炭素の排出を削減し、あるいは皆無にすることができる。   The heat source 202 is disposed in at least a portion of the formation. The heat source 202 may comprise a heater such as an insulated conductor, a conduit conductor heater, a surface burner, a flameless distributed combustor, and / or a naturally distributed combustor. The heat source 202 may include other types of heaters. The heat source 202 provides heat to at least a portion of the formation to heat the hydrocarbons within the formation. Energy can be supplied to the heat source 202 via the supply line 204. The supply line 204 may be structurally different depending on the type of one or more heat sources used to heat the formation. Supply line 204 for the heat source can carry electricity for the electric heater, can carry fuel for the combustor, or can carry heat exchange fluid that circulates through the formation. In some embodiments, electricity for the in situ heat treatment process may be provided by one or more nuclear power plants. The use of nuclear power can reduce or eliminate carbon dioxide emissions from on-site heat treatment processes.

地層が加熱される場合、地層への熱の入力が、地層の膨張および地質工学的運動を引き起こすことが可能である。熱源を、脱水プロセスの前、脱水プロセスと同時、または脱水プロセスの最中に作動させることができる。コンピューターシミュレーションにより、加熱に対する地層の反応をモデル化することが可能である。コンピューターシミュレーションを、地層の地質工学的運動が熱源、生産坑井、および地層内の他の設備の機能に悪影響を及ぼすことがないように、地層内の熱源を動作させるためのパターンおよび時間系列を開発するために使用することができる。   When the formation is heated, the input of heat to the formation can cause the formation to expand and geotechnical movement. The heat source can be activated prior to, simultaneously with, or during the dehydration process. Computer simulations can be used to model the formation's response to heating. Computer simulations show patterns and time sequences for operating heat sources in the formation so that the geotechnical movement of the formation does not adversely affect the function of the heat source, production wells, and other equipment in the formation. Can be used to develop.

地層を加熱することで、地層の浸透性および/または気孔率の増大を生じさせることができる。浸透性および/または気孔率の増大を、水の蒸発および除去、炭化水素の除去、および/または破砕の生成に起因する地層のマスの減少からもたらすことができる。流体は、地層の浸透性および/または気孔率の増大ゆえに、地層の加熱された部位をより容易に流れることが可能である。地層の加熱された部位の流体は、浸透性および/または気孔率の増大ゆえに、地層を通って相当な距離を移動することが可能である。相当な距離は、地層の浸透性、流体の特性、地層の温度、および流体の移動を可能とする圧力勾配などのさまざまな要因に応じて、1000mを超えることが可能である。流体が地層内で相当な距離を移動する能力は、生産坑井206を地層において比較的間隔を空けて配置することを可能にする。   Heating the formation can cause an increase in formation permeability and / or porosity. An increase in permeability and / or porosity can result from a reduction in formation mass due to water evaporation and removal, hydrocarbon removal, and / or crushing. The fluid can flow more easily through heated portions of the formation due to increased permeability and / or porosity of the formation. The fluid in the heated area of the formation can travel a considerable distance through the formation due to increased permeability and / or porosity. The substantial distance can exceed 1000 meters depending on various factors such as formation permeability, fluid properties, formation temperature, and pressure gradients that allow fluid movement. The ability for fluid to travel a significant distance within the formation allows production wells 206 to be relatively spaced apart in the formation.

生産坑井206は、地層から地層流体を取り出すために使用される。いくつかの実施形態においては、生産坑井106が熱源を備える。生産坑井の熱源は、生産坑井または生産坑井の付近において地層の1つ以上の部位を加熱することができる。いくつかの現場熱処理プロセスの実施形態においては、生産坑井から地層へと供給される生産坑井1メートル当たりの熱量は、地層を加熱する熱源から地層へと加えられる熱源1メートル当たりの熱量よりも小さい。生産坑井から地層に加えられた熱は、生産坑井に隣接する液相流体を蒸発および除去し、さらには/あるいはマクロ破砕および/またはミクロ破砕の形成によって生産坑井に隣接する地層の浸透性を増大させることによって、生産坑井に隣接する地層の浸透性を増大させることが可能である。   Production well 206 is used to remove formation fluid from the formation. In some embodiments, the production well 106 comprises a heat source. The production well heat source can heat one or more portions of the formation in or near the production well. In some field heat treatment process embodiments, the amount of heat per meter of production well supplied from the production well to the formation is greater than the amount of heat per meter of heat source applied from the heat source heating the formation to the formation. Is also small. Heat applied to the formation from the production well evaporates and removes the liquid phase fluid adjacent to the production well and / or penetrates the formation adjacent to the production well by forming macro and / or micro fracturing. By increasing the permeability, it is possible to increase the permeability of the formation adjacent to the production well.

2つ以上の熱源を、生産坑井に配置してもよい。隣接した熱源からの熱の重ね合わせが、生産坑井で地層を加熱することによってもたらされる利点を無効にするほどに充分に地層を加熱する場合、生産坑井の下方の部位の熱源をオフにすることができる。いくつかの実施形態においては、生産坑井の下方の部位の熱源を停止させた後に、生産坑井の上方の部位の熱源はオンのままでよい。生産坑井の上方の部位の熱源が、地層流体の凝縮および還流を抑制することが可能である。   Two or more heat sources may be placed in the production well. Turn off the heat source at the site below the production well if the superposition of heat from adjacent heat sources sufficiently heats the formation to negate the benefits provided by heating the formation in the production well. can do. In some embodiments, after the heat source at the site below the production well is turned off, the heat source at the site above the production well may remain on. A heat source at a location above the production well can suppress the condensation and return of the formation fluid.

いくつかの実施形態においては、生産坑井206の熱源は、地層からの地層流体の気相除去を可能にする。生産坑井において加熱をもたらし、あるいは生産坑井を介して加熱をもたらすことで、以下が可能になる。すなわち、(1)そのような生成流体が上層土に隣接した生産坑井内を移動するときに、生成流体の凝縮および/または還流を抑制でき、(2)地層への熱の入力を増すことができ、(3)熱源を持たない生産坑井と比較し、生産坑井からの生成速度を増すことができ、(4)生産坑井での高炭素数化合物(C6以上の炭化水素)の凝縮を抑制でき、さらには/あるいは(5)生産坑井または生産坑井の付近における地層の浸透性を増大させることができる。   In some embodiments, the heat source of the production well 206 allows gas phase removal of formation fluid from the formation. By providing heating in the production well or through the production well, the following is possible. That is, (1) when such product fluid moves in a production well adjacent to the upper soil, condensation and / or reflux of the product fluid can be suppressed, and (2) heat input to the formation is increased. (3) The production rate from the production well can be increased compared to a production well without a heat source. (4) Condensation of high carbon number compounds (C6 or higher hydrocarbons) in the production well And / or (5) the permeability of the formation in the vicinity of the production well or the production well can be increased.

地層内の地下の圧力は、地層内で生成される流体の圧力に相当することができる。地層の加熱対象の部位の温度が上昇するにつれ、加熱対象の部位の圧力が、現場の流体の熱膨張、流体の発生の増大、および水の蒸発の結果として、増大する可能性がある。地層からの流体除去の速度を制御することで、地層内の圧力を制御することができる。地層内の圧力を、生産坑井の付近または生産坑井、熱源の付近または熱源、あるいは監視坑井など、いくつかの異なる位置において割り出すことができる。   The underground pressure in the formation can correspond to the pressure of the fluid generated in the formation. As the temperature of the area to be heated in the formation increases, the pressure at the area to be heated can increase as a result of thermal expansion of the in-situ fluid, increased fluid generation, and water evaporation. By controlling the rate of fluid removal from the formation, the pressure in the formation can be controlled. The pressure in the formation can be determined at several different locations, such as near a production well or production well, near a heat source or heat source, or a monitoring well.

炭化水素を含有しているいくつかの地層においては、地層内の少なくともいくつかの炭化水素が易動化され、さらには/あるいは熱分解されるまで、地層からの炭化水素の生産が抑制される。地層流体が選択された品質を有する場合、地層流体を地層から産出することが可能である。いくつかの実施形態においては、選択された品質として、少なくとも約20°、30°、または40°のAPI重力が挙げられる。少なくともいくつかの炭化水素が易動化され、さらには/あるいは熱分解されるまで生産を抑制することは、重炭化水素の軽質炭化水素への変換を増大させることが可能である。初期の生産の抑制は、地層からの重炭化水素の産出を最小限にすることが可能である。相当量の重炭化水素の産出は、高価な設備を必要とし、さらには/あるいは生産設備の寿命を短くする可能性がある。   In some formations containing hydrocarbons, production of hydrocarbons from the formation is suppressed until at least some of the hydrocarbons in the formation are mobilized and / or pyrolyzed. . If the formation fluid has a selected quality, it is possible to produce the formation fluid from the formation. In some embodiments, the selected quality includes an API gravity of at least about 20 °, 30 °, or 40 °. Suppressing production until at least some of the hydrocarbons are mobilized and / or pyrolyzed can increase the conversion of heavy hydrocarbons to light hydrocarbons. Suppressing initial production can minimize the production of heavy hydrocarbons from the formation. The production of substantial amounts of heavy hydrocarbons requires expensive equipment and / or can shorten the life of the production equipment.

炭化水素を含有しているいくつかの地層においては、地層内の炭化水素を、実質的な浸透性が地層の加熱された部位において生じる前に、易動化温度および/または熱分解温度に加熱することが可能である。初期には浸透性がないことで、生成された流体の生産坑井206への移動を抑制することができる。初期の加熱の際に、地層内の流体の圧力を、熱源202の付近において増大させることが可能である。増大した流体の圧力を、1つ以上の熱源202によって解放、監視、変更、および/または制御することができる。例えば、選択された熱源202または別途の圧力逃し坑井が、地層からの一部の流体の除去を可能にする圧力逃しバルブを備えることができる。   In some formations containing hydrocarbons, the hydrocarbons in the formation are heated to the mobilization temperature and / or pyrolysis temperature before substantial permeability occurs at the heated site of the formation. Is possible. Since there is no permeability at the beginning, the movement of the generated fluid to the production well 206 can be suppressed. During initial heating, the pressure of the fluid in the formation can be increased near the heat source 202. The increased fluid pressure can be released, monitored, changed, and / or controlled by one or more heat sources 202. For example, the selected heat source 202 or a separate pressure relief well can include a pressure relief valve that allows for removal of some fluid from the formation.

いくつかの実施形態においては、生産坑井206への開いた経路または任意の他の圧力シンクが地層内に未だ存在しなくてもよいが、地層内で発生した易動化流体、熱分解流体、または他の流体の膨張によって生じる圧力が、増加することが可能であってもよい。流体の圧力は、地盤圧力に向かって増加することが可能であってもよい。流体が地盤圧力に達すると、炭化水素を含有している地層の破砕が生じることがある。例えば、破砕は、地層の加熱された部位において、熱源202から生産坑井206へと生じる可能性がある。加熱された部位における破砕の発生は、当該部位の圧力の一部を逃がすことができる。地層内の圧力は、望ましくない産出を抑制し、上層土または下層土の破砕を抑制し、さらには/あるいは地層内の炭化水素のコーキングを抑制するため、所定の圧力未満に維持されなければならないかもしれない。   In some embodiments, an open path to the production well 206 or any other pressure sink may not yet exist in the formation, but the mobilized fluid, pyrolysis fluid generated in the formation Or the pressure caused by the expansion of other fluids may be able to increase. It may be possible for the pressure of the fluid to increase towards the ground pressure. When the fluid reaches ground pressure, the formation of hydrocarbon-containing formations may occur. For example, fracturing can occur from the heat source 202 to the production well 206 at a heated site in the formation. Generation | occurrence | production of the crushing in the heated site | part can release a part of pressure of the said site | part. The pressure in the formation must be kept below a certain pressure to suppress undesirable production, to suppress the crushing of the upper or lower soil, and / or to suppress the coking of hydrocarbons in the formation. It may be.

易動化温度および/または熱分解温度に達し、地層からの産出が可能とされた後で、生成される地層流体の組成を変更および/または制御し、地層流体内の非凝縮性流体と比べたときの凝縮性流体の割合を制御し、さらには/あるいは生成される地層流体のAPI重力を制御するために、地層内の圧力を変化させることが可能である。例えば、圧力を低下させることによって、凝縮性の流体成分をより多く生成することができる。凝縮性の流体成分は、オレフィンをより大きな割合で含むことができる。   After reaching the mobilization temperature and / or pyrolysis temperature and enabling production from the formation, the composition of the formation fluid produced is changed and / or controlled, compared to the non-condensable fluid in the formation fluid It is possible to change the pressure in the formation to control the proportion of condensable fluid at that time and / or to control the API gravity of the generated formation fluid. For example, more condensable fluid components can be generated by reducing the pressure. The condensable fluid component may contain a greater proportion of olefins.

現場熱処理プロセスのいくつかの実施形態においては、地層内の圧力を、20°よりも大きいAPI重力を有する地層流体の生成を促進するために充分に高く維持することができる。地層内の圧力を高く維持することで、現場熱処理の際の地層の沈下を抑制することができる。高い圧力を維持することで、地層流体を回収導管にて処理施設へと運ぶために地表において圧縮する必要を低減でき、あるいは皆無にすることができる。   In some embodiments of the in-situ heat treatment process, the pressure in the formation can be kept high enough to promote the formation of formation fluids having API gravity greater than 20 °. By maintaining the pressure in the formation high, subsidence of the formation during on-site heat treatment can be suppressed. Maintaining high pressure can reduce or eliminate the need for compression at the surface of the earth to carry formation fluids to the treatment facility in the recovery conduit.

地層の加熱された部位の高い圧力を維持することで、驚くべきことに、向上した品質および比較的低い分子量の炭化水素を大量に生成することができる。生成された地層流体において所定の炭素数を超える化合物の量が最小限となるように、圧力を維持することが可能である。所定の炭素数は、最大で25、最大で20、最大で12、または最大で8であってもよい。一部の高炭素数の化合物が、地層内の蒸気に取り込まれる可能性があり、蒸気とともに地層から取り出される可能性がある。地層内で高い圧力を維持することで、高炭素数の化合物および/または多環の炭化水素化合物の蒸気への取り込みを抑制することができる。高炭素数の化合物および/または多環の炭化水素化合物を、かなりの時間にわたって地層内で液相のままにしておくことができる。このかなりの時間が、化合物が熱分解して低炭素数の化合物を形成するための充分な時間を提供することができる。   By maintaining a high pressure in the heated area of the formation, surprisingly large quantities of improved quality and relatively low molecular weight hydrocarbons can be produced. The pressure can be maintained so that the amount of compound above a given carbon number is minimized in the generated formation fluid. The predetermined number of carbons may be up to 25, up to 20, up to 12, or up to 8. Some high carbon number compounds can be incorporated into the vapor in the formation and can be removed from the formation with the vapor. By maintaining a high pressure in the formation, it is possible to suppress the incorporation of a high carbon number compound and / or a polycyclic hydrocarbon compound into the vapor. High carbon number compounds and / or polycyclic hydrocarbon compounds can remain in the liquid phase within the formation for a significant amount of time. This considerable time can provide sufficient time for the compound to pyrolyze to form a low carbon number compound.

比較的低分子量の炭化水素の生成は、一部には、炭化水素を含有している地層の一部分における水素の自己生成および反応に起因すると考えられる。例えば、高い圧力を維持することで、熱分解において生成される水素を地層内の液相へと強制することができる。一部分を熱分解温度範囲内の温度へと加熱することで、地層内の炭化水素を熱分解して、液相熱分解流体を生成することが可能である。生成された液相熱分解流体成分は、二重結合および/またはラジカルを含むことができる。液相内の水素(H)が、生成された熱分解流体の二重結合を還元することで、生成された熱分解流体からの長鎖化合物の重合または形成の可能性を低減することが可能である。さらに、Hは、生成された熱分解流体内のラジカルを中和することも可能である。液相内のHは、生成された熱分解流体が互いに反応および/または地層内の他の化合物と反応することを、抑制することが可能である。 The production of relatively low molecular weight hydrocarbons is believed to be due in part to hydrogen self-production and reaction in a portion of the formation containing hydrocarbons. For example, by maintaining a high pressure, hydrogen generated in pyrolysis can be forced into the liquid phase in the formation. By heating a portion to a temperature within the pyrolysis temperature range, it is possible to pyrolyze hydrocarbons in the formation to produce a liquid phase pyrolysis fluid. The liquid phase pyrolysis fluid component produced can contain double bonds and / or radicals. Hydrogen (H 2 ) in the liquid phase reduces the possibility of polymerization or formation of long chain compounds from the generated pyrolysis fluid by reducing the double bonds of the generated pyrolysis fluid. Is possible. Further, H 2 can neutralize radicals in the generated pyrolysis fluid. The H 2 in the liquid phase can inhibit the generated pyrolysis fluids from reacting with each other and / or reacting with other compounds in the formation.

生産坑井206から産出された地層流体を、収集管208を介して処理施設210へと運ぶことが可能である。地層流体を、熱源202から産出することも可能である。例えば、流体を、熱源に隣接する地層内の圧力を制御するために熱源202から産出することが可能である。熱源202から産出された流体を、管または配管によって収集管208へと運ぶことができ、あるいは産出された流体を、管または配管によって処理施設210へと直接運ぶことができる。処理施設210は、分離ユニット、反応ユニット、品質向上ユニット、燃料電池、タービン、貯蔵容器、ならびに/あるいは産出された地層流体を処理するための他のシステムおよびユニットを備えることができる。処理施設は、地層から産出された炭化水素の少なくとも一部から輸送燃料を形成することが可能である。いくつかの実施形態においては、輸送燃料が、JP−8などのジェット燃料であってもよい。   Formation fluid produced from the production well 206 can be conveyed to the treatment facility 210 via the collection tube 208. Formation fluids can also be produced from the heat source 202. For example, fluid can be produced from the heat source 202 to control the pressure in the formation adjacent to the heat source. The fluid produced from the heat source 202 can be conveyed to the collection tube 208 by tubing or piping, or the produced fluid can be conveyed directly to the processing facility 210 by tubing or piping. The processing facility 210 can include separation units, reaction units, quality enhancement units, fuel cells, turbines, storage vessels, and / or other systems and units for processing the produced formation fluid. The treatment facility can form transportation fuel from at least a portion of the hydrocarbons produced from the formation. In some embodiments, the transportation fuel may be a jet fuel such as JP-8.

絶縁導体を、ヒータの電気ヒータ素子または熱源として使用することができる。絶縁導体は、電気絶縁体によって囲まれた内側の導電体(コア)と、外側の導電体(ジャケット)とを備えることができる。電気絶縁体は、無機絶縁体(例えば、酸化マグネシウム)または他の電気絶縁体を含むことができる。   The insulated conductor can be used as an electric heater element or heat source for the heater. The insulated conductor can include an inner conductor (core) surrounded by an electrical insulator and an outer conductor (jacket). The electrical insulator can include an inorganic insulator (eg, magnesium oxide) or other electrical insulator.

特定の実施形態においては、絶縁導体が、炭化水素を含有している地層の開口に配置される。いくつかの実施形態においては、絶縁導体が、炭化水素を含有している地層のケーシングを持たない開口に配置される。絶縁導体を炭化水素を含有している地層のケーシングを持たない開口に配置することで、絶縁導体から放射および伝導によって地層へと熱を伝えることができる。ケーシングを持たない開口を使用することで、必要であれば坑井からの絶縁導体の回収を容易にすることができる。   In certain embodiments, an insulated conductor is placed in an opening in the formation that contains hydrocarbons. In some embodiments, the insulated conductor is placed in an opening that does not have a formation casing containing hydrocarbons. By disposing the insulated conductor in the opening without the casing of the formation containing hydrocarbon, heat can be transferred from the insulated conductor to the formation by radiation and conduction. By using an opening that does not have a casing, it is possible to easily collect the insulated conductor from the well if necessary.

いくつかの実施形態においては、絶縁導体が、地層内のケーシングに配置され、地層内にセメントで固定され、あるいは砂、砂利、または他の充てん材料によって開口に埋めることができる。絶縁導体を、開口に配置される支持部材上に支持することができる。支持部材は、ケーブル、棒、または導管(例えば、パイプ)であってもよい。支持部材を、金属、セラミック、無機材料、またはこれらの組み合わせで製作することができる。支持部材の一部分が、使用時に地層流体および熱に曝される可能性があるため、支持部材は、化学的な耐性および/または熱的な耐性を有することができる。   In some embodiments, the insulated conductor can be placed in a casing in the formation, cemented in the formation, or filled into the opening with sand, gravel, or other filler material. The insulated conductor can be supported on a support member disposed in the opening. The support member may be a cable, rod, or conduit (eg, a pipe). The support member can be made of metal, ceramic, inorganic material, or a combination thereof. Because a portion of the support member can be exposed to formation fluids and heat during use, the support member can be chemically and / or thermally resistant.

タイ、スポット溶接、および/または他の種類のコネクタを、絶縁導体を絶縁導体の長さに沿った種々の位置において支持部材へと接続するために使用することができる。支持部材を、地層の上面において坑井の上部の構造物へと取り付けることができる。いくつかの実施形態においては、絶縁導体が、支持部材が不要であるような充分な構造強度を有する。絶縁導体は、多くの場合に、温度変化を被る場合の熱膨張による損傷を防ぐために、少なくとも或る程度の柔軟性を有することができる。   Ties, spot welds, and / or other types of connectors can be used to connect the insulated conductor to the support member at various locations along the length of the insulated conductor. The support member can be attached to the structure above the well in the upper surface of the formation. In some embodiments, the insulated conductor has sufficient structural strength such that a support member is not required. Insulated conductors can often have at least some flexibility to prevent damage due to thermal expansion when subjected to temperature changes.

特定の実施形態においては、絶縁導体が、支持部材および/またはセントラライザ(centralizer)を備えずに坑井穴に配置される。支持部材および/またはセントラライザを持たない絶縁導体は、使用時の絶縁導体の故障を防止する温度、ならびに耐食性、クリープ強度、長さ、太さ(直径)、および冶金技術の適切な組み合わせを有することができる。   In certain embodiments, the insulated conductor is disposed in the wellbore without a support member and / or a centralizer. Insulated conductors without support members and / or centralizers have the appropriate combination of corrosion resistance, creep strength, length, thickness (diameter), and metallurgical technology to prevent failure of the insulated conductor in use be able to.

図2が、絶縁導体212の実施形態の端部の斜視図を示している。絶縁導体212は、これらに限られるわけではないが円形(図2に示されている)、三角形、楕円形、矩形、六角形、または不規則な形など、任意の所望の断面形状を有することができる。特定の実施形態においては、絶縁導体212が、コア214、電気絶縁体216、およびジャケット218を備えている。コア214は、電流がコアを通過するときに抵抗によって発熱することができる。交流または時間変化する電流ならびに/あるいは直流を、コアが抵抗によって発熱するようにコア214へと電力をもたらすために使用することができる。   FIG. 2 shows a perspective view of the end of an embodiment of the insulated conductor 212. Insulated conductor 212 has any desired cross-sectional shape including, but not limited to, circular (shown in FIG. 2), triangular, elliptical, rectangular, hexagonal, or irregularly shaped. Can do. In certain embodiments, the insulated conductor 212 includes a core 214, an electrical insulator 216, and a jacket 218. The core 214 can generate heat by resistance when current passes through the core. Alternating current or time-varying current and / or direct current can be used to provide power to the core 214 such that the core is heated by resistance.

いくつかの実施形態においては、電気絶縁体216が、ジャケット218への電流の漏れおよびアーク放電を防止する。電気絶縁体216は、コア214において生じた熱をジャケット218へと伝えることができる。ジャケット218が、熱を地層へと放射または伝導することができる。特定の実施形態においては、絶縁導体212の長さが、1000mまたはそれ以上である。より長い絶縁導体またはより短い絶縁導体も、個々の用途の必要に合わせて使用することができる。絶縁導体212のコア214、電気絶縁体216、およびジャケット218の寸法を、絶縁導体が上限の使用温度においても自らを支持することができる充分な強度を有するように選択することができる。そのような絶縁導体を、支持部材を絶縁導体と一緒に炭化水素を含有している地層へと延ばすまでもなく、坑井の上部の構造物あるいは上層土と炭化水素を含有している地層との間の境界付近に配置された支持体から吊り下げることができる。   In some embodiments, the electrical insulator 216 prevents current leakage and arcing to the jacket 218. The electrical insulator 216 can conduct heat generated in the core 214 to the jacket 218. A jacket 218 can radiate or conduct heat to the formation. In certain embodiments, the length of the insulated conductor 212 is 1000 m or more. Longer or shorter insulated conductors can also be used to suit the needs of individual applications. The dimensions of the core 214, the electrical insulator 216, and the jacket 218 of the insulated conductor 212 can be selected so that the insulated conductor has sufficient strength to support itself even at the upper working temperature. Such an insulated conductor does not have to extend the support member together with the insulated conductor to a hydrocarbon-containing formation, but to the structure at the top of the well or the upper soil and the hydrocarbon-containing formation. Can be suspended from a support located near the boundary between the two.

絶縁導体212を、最大約1650ワット/メートルまたはそれ以上の電力レベルで動作するように設計することができる。特定の実施形態においては、絶縁導体212が、地層を加熱するときに約500ワット/メートル〜約1150ワット/メートルの間の電力レベルで動作する。絶縁導体212を、典型的な動作温度における最大の電圧レベルでも、電気絶縁体216に実質的な熱的および/または電気的破壊が生じないように設計することができる。絶縁導体212を、ジャケット218がジャケット材料の耐食性の大きな低下につながりかねない温度を超えることがないように設計することができる。特定の実施形態においては、絶縁導体212を、約650℃〜約900℃の間の範囲の温度に達するように設計することができる。個々の動作の要件に合致するよう、他の動作範囲を有する絶縁導体を形成することができる。   Insulated conductor 212 can be designed to operate at power levels up to about 1650 watts / meter or more. In certain embodiments, the insulated conductor 212 operates at a power level between about 500 watts / meter and about 1150 watts / meter when heating the formation. The insulated conductor 212 can be designed so that substantial thermal and / or electrical breakdown does not occur in the electrical insulator 216 even at the maximum voltage level at typical operating temperatures. The insulated conductor 212 can be designed so that the jacket 218 does not exceed a temperature that can lead to a significant decrease in the corrosion resistance of the jacket material. In certain embodiments, the insulated conductor 212 can be designed to reach a temperature in the range between about 650 ° C and about 900 ° C. Insulated conductors having other operating ranges can be formed to meet individual operating requirements.

図2は、単一のコア214を有する絶縁導体212を示している。いくつかの実施形態においては、絶縁導体212が、2つ以上のコア214を有する。例えば、1つの絶縁導体が、3つのコアを有することができる。コア214を、金属または他の導電性材料で製作することができる。コア214を形成するために使用される材料として、これらに限られるわけではないがニクロム、銅、ニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。特定の実施形態においては、コア214が、オームの法則から導出されるコアの抵抗により、コアが選択された1メートル当たりのワット損、ヒータの長さ、および/またはコア材料に許される最大電圧において電気的および構造的に安定であるような動作温度における直径および抵抗率を有するように選択される。   FIG. 2 shows an insulated conductor 212 having a single core 214. In some embodiments, the insulated conductor 212 has more than one core 214. For example, one insulated conductor can have three cores. The core 214 can be made of metal or other conductive material. Materials used to form the core 214 can include, but are not limited to, nichrome, copper, nickel, carbon steel, stainless steel, and combinations thereof. In certain embodiments, the core 214 is subject to a core resistance derived from Ohm's law, resulting in the power dissipation per meter, the heater length, and / or the maximum voltage allowed for the core material at which the core is selected. Is selected to have a diameter and resistivity at an operating temperature that is electrically and structurally stable.

いくつかの実施形態においては、コア214が、絶縁導体212の長さにおいて異なる材料で製作される。例えば、コア214の第1の部位を、コアの第2の部位よりも大幅に抵抗の少ない材料で製作することができる。第1の部位を、第2の部位に隣接する第2の地層ほど高い温度に加熱する必要がない地層に隣接して位置させることができる。コア214の種々の部位の抵抗率を、直径を変えることによって調節でき、さらには/あるいはコアの部位を異なる材料で製作することによって調節することができる。   In some embodiments, the core 214 is made of a material that differs in the length of the insulated conductor 212. For example, the first portion of the core 214 can be made of a material that is significantly less resistant than the second portion of the core. The first site can be located adjacent to a formation that does not need to be heated to a higher temperature than the second formation adjacent to the second site. The resistivity of various parts of the core 214 can be adjusted by changing the diameter and / or can be adjusted by making the core part from different materials.

電気絶縁体216は、さまざまな材料で製作することが可能である。一般的に使用される粉末として、これらに限られるわけではないがMgO、Al、ジルコニア、BeO、尖晶石の種々の化学的変種、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。MgOが、良好な熱伝導率および電気絶縁特性を提供することができる。所望の電気絶縁特性として、少ない漏れ電流および高い絶縁耐力が挙げられる。少ない漏れ電流は、熱的破壊の可能性を少なくし、高い絶縁耐力は、絶縁体をまたいでのアーク放電の可能性を少なくする。熱的破壊は、漏れ電流によって絶縁体の温度が次第に上昇し、絶縁体をまたぐアーク放電にもつながる場合に生じうる。 The electrical insulator 216 can be made of a variety of materials. Commonly used powders include, but are not limited to, MgO, Al 2 O 3 , zirconia, BeO, various chemical variants of spinel, and combinations thereof. MgO can provide good thermal conductivity and electrical insulation properties. Desired electrical insulation properties include low leakage current and high dielectric strength. A low leakage current reduces the possibility of thermal breakdown, and a high dielectric strength reduces the possibility of arcing across the insulator. Thermal breakdown can occur when the temperature of the insulator gradually increases due to leakage current, leading to arcing across the insulator.

ジャケット218は、外側の金属層または導電層であってもよい。ジャケット218は、高温の地層流体に接する可能性がある。ジャケット218を、高い温度において高い耐食性を有する材料で製作することができる。ジャケットの所望の動作温度範囲において使用することができる合金として、これらに限られるわけではないが304ステンレス鋼、310 ステンレス鋼、Incoloy(R)800、およびInconel(R)600が挙げられる(Inco Alloys International,Huntington,West Virginia,U.S.A.)。ジャケット218の厚さは、高温および腐食性の環境において3〜10年間にわたって存続するために充分でなければならないと考えられる。ジャケット218の厚さは、一般に、約1mm〜約2.5mmの間でさまざまであってもよい。例えば、厚さ1.3mmの310ステンレス鋼の外側層をジャケット218として使用して、3年を超える期間にわたって地層の加熱ゾーンにおける硫化腐食に対して良好な耐化学性をもたらすことができる。ジャケットのより大きな厚さまたはより小さな厚さを、個々の用途の要件に合致するように使用することができる。   The jacket 218 may be an outer metal layer or a conductive layer. Jacket 218 may be in contact with hot formation fluids. The jacket 218 can be made of a material that has high corrosion resistance at high temperatures. Alloys that can be used in the desired operating temperature range of the jacket include, but are not limited to, 304 stainless steel, 310 stainless steel, Incoloy® 800, and Inconel® 600 (Inco Alloys). International, Huntington, West Virginia, USA). It is believed that the thickness of the jacket 218 must be sufficient to survive for 3-10 years in high temperature and corrosive environments. The thickness of the jacket 218 may generally vary between about 1 mm to about 2.5 mm. For example, a 1.3 mm thick 310 stainless steel outer layer can be used as the jacket 218 to provide good chemical resistance to sulfidation corrosion in the heating zone of the formation over a period of more than three years. Larger or smaller thicknesses of the jacket can be used to meet individual application requirements.

1つ以上の絶縁導体を、1つ以上の熱源を形成すべく地層の開口に配置することができる。電流を、地層を加熱すべく開口内の各々の絶縁導体に通すことができる。あるいは、開口内の選択された絶縁導体に電流を通すことができる。使用されない導体を、予備のヒータとして使用することができる。絶縁導体を、任意の好都合なやり方で電源へと電気的に接続することができる。絶縁導体の各々の端部を、坑井の上部の構造物を通過する引き込みケーブルへと接続することができる。そのような構成は、典型的には、熱源の底部の付近に位置する180°の曲げ(「ヘアピン」カーブ)またはターンを有する。180°の曲げまたはターンを備える絶縁導体は、底部における終端処理を不要にできるが、180°の曲げまたはターンが、ヒータにおける電気的および/または構造的弱点となりうる。絶縁導体を、直列、並列、あるいは直列と並列との組み合わせにて、互いに電気的につなぎ合わせることが可能である。熱源のいくつかの実施形態においては、熱源の底部においてコア214をジャケット218(図2に示されている)へと接続することによって、電流が絶縁導体の導体へと通過でき、絶縁導体のジャケットを通って戻ることができる。   One or more insulated conductors can be placed in the formation opening to form one or more heat sources. A current can be passed through each insulated conductor in the opening to heat the formation. Alternatively, current can be passed through selected insulated conductors in the opening. Unused conductors can be used as spare heaters. The insulated conductor can be electrically connected to the power source in any convenient manner. Each end of the insulated conductor can be connected to a lead-in cable that passes through the structure at the top of the well. Such a configuration typically has a 180 ° bend (“hairpin” curve) or turn located near the bottom of the heat source. Insulated conductors with 180 ° bends or turns can eliminate the need for termination at the bottom, but 180 ° bends or turns can be an electrical and / or structural weakness in the heater. Insulated conductors can be electrically connected to each other in series, in parallel, or in a combination of series and parallel. In some embodiments of the heat source, connecting the core 214 to the jacket 218 (shown in FIG. 2) at the bottom of the heat source allows current to pass to the conductor of the insulated conductor so that the jacket of the insulated conductor You can go back through.

いくつかの実施形態においては、3つの絶縁導体212が、電源へと三相Y字の構成で電気的に接続される。図3が、表面下の地層の開口においてY字の構成に接続された3つの絶縁導体の実施形態を示している。図4が、地層の開口220から取り出すことができる3つの絶縁導体212の実施形態を示している。Y字構成の3つの絶縁導体においては、底部の接続を不要にすることができる。あるいは、Y字構成の3つの絶縁導体のすべてを、開口の底の付近で互いに接続してもよい。接続を、絶縁導体の加熱部分の端部において直接行うことができ、あるいは絶縁導体の底部において加熱部分へと接続された低温ピン(より低抵抗の部位)の端部において行うことができる。底部の接続を、絶縁体で満たされて封じられたキャニスタまたはエポキシで満たされたキャニスタによって行ってもよい。絶縁体は、電気絶縁として使用される絶縁体と同じ組成であってもよい。   In some embodiments, three insulated conductors 212 are electrically connected to the power supply in a three phase Y configuration. FIG. 3 shows an embodiment of three insulated conductors connected in a Y configuration at the subsurface formation opening. FIG. 4 illustrates an embodiment of three insulated conductors 212 that can be removed from the formation opening 220. In the three insulated conductors having the Y-shape, the connection at the bottom can be made unnecessary. Alternatively, all three insulated conductors in a Y configuration may be connected to each other near the bottom of the opening. The connection can be made directly at the end of the heated portion of the insulated conductor or at the end of a low temperature pin (lower resistance site) connected to the heated portion at the bottom of the insulated conductor. The bottom connection may be made by a canister filled with insulation and sealed or a canister filled with epoxy. The insulator may have the same composition as the insulator used as electrical insulation.

図3および図4に示した3つの絶縁導体212を、セントラライザ224を使用して支持部材222へと接続することができる。あるいは、絶縁導体212を、金属ストラップを使用して支持部材222へと直接固定してもよい。セントラライザ224は、支持部材222上で絶縁導体212の位置を保ち、さらには/あるいは移動を防止することができる。セントラライザ224を、金属、セラミック、またはこれらの組み合わせで製作することができる。金属は、ステンレス鋼または腐食性および高温の環境に耐えることができる任意の他の種類の金属であってもよい。いくつかの実施形態においては、セントラライザ224が、およそ6m未満の間隔で支持部材へと溶接された弓形の金属片である。セントラライザ224に使用されるセラミックは、これらに限られるわけではないがAl、MgO、または他の電気絶縁体であってもよい。セントラライザ224は、絶縁導体の動作温度において絶縁導体の移動が防止されるよう、支持部材222上の絶縁導体212の位置を維持することができる。さらに、絶縁導体212は、加熱時の支持部材222の膨張に耐えるために或る程度柔軟であってもよい。 The three insulated conductors 212 shown in FIGS. 3 and 4 can be connected to the support member 222 using a centralizer 224. Alternatively, the insulated conductor 212 may be secured directly to the support member 222 using a metal strap. The centralizer 224 can maintain the position of the insulated conductor 212 on the support member 222 and / or prevent movement. The centralizer 224 can be made of metal, ceramic, or a combination thereof. The metal may be stainless steel or any other type of metal that can withstand corrosive and high temperature environments. In some embodiments, the centralizer 224 is an arcuate piece of metal welded to the support member at a spacing of less than approximately 6 meters. The ceramic used for the centralizer 224 may be, but is not limited to, Al 2 O 3 , MgO, or other electrical insulator. The centralizer 224 can maintain the position of the insulated conductor 212 on the support member 222 so that the insulated conductor is prevented from moving at the operating temperature of the insulated conductor. Furthermore, the insulated conductor 212 may be somewhat flexible to withstand the expansion of the support member 222 during heating.

支持部材222、絶縁導体212、およびセントラライザ224を、炭化水素層226の開口220に配置することができる。絶縁導体212を、低温ピン230を使用して底部導体接合部228へと接続することができる。底部導体接合部228は、各々の絶縁導体212を互いに電気的に接続することができる。底部導体接合部228は、開口220において見られる温度で溶けることがない導電性の材料を含むことができる。低温ピン230は、絶縁導体212よりも低い電気抵抗を有する絶縁導体であってもよい。   Support member 222, insulated conductor 212, and centralizer 224 can be disposed in opening 220 of hydrocarbon layer 226. Insulated conductor 212 may be connected to bottom conductor joint 228 using low temperature pins 230. The bottom conductor joint 228 can electrically connect each insulated conductor 212 to each other. The bottom conductor joint 228 can include a conductive material that does not melt at the temperature found in the opening 220. The low temperature pin 230 may be an insulated conductor having an electrical resistance lower than that of the insulated conductor 212.

引き込み導体232を、絶縁導体212へと電力を供給するために坑井の上部の構造物234へと接続することができる。引き込み導体232を、引き込み導体を通過する電流に起因して生じる熱が比較的少ないよう、比較的低い電気抵抗の導体で製作することができる。いくつかの実施形態においては、引き込み導体が、ゴムまたはポリマーで絶縁された銅の縒り線である。いくつかの実施形態においては、引き込み導体が、銅芯を有する無機絶縁導体である。引き込み導体232を、地表236に位置する坑井の上部の構造体234へと、上層土238と地表236との間に位置するシール用フランジを介して接続することができる。シール用フランジは、流体が開口220から地表236へと逃げ出すことを防止することができる。   The lead conductor 232 can be connected to the structure 234 at the top of the well for supplying power to the insulated conductor 212. The lead conductor 232 can be made of a conductor with a relatively low electrical resistance so that relatively little heat is generated due to the current passing through the lead conductor. In some embodiments, the lead-in conductor is a copper strand insulated with rubber or polymer. In some embodiments, the lead-in conductor is an inorganic insulated conductor having a copper core. The lead-in conductor 232 can be connected to the structure 234 at the top of the well located at the ground surface 236 via a sealing flange located between the upper soil 238 and the ground surface 236. The sealing flange can prevent fluid from escaping from the opening 220 to the ground surface 236.

特定の実施形態においては、引き込み導体232が、つなぎ導体240を使用して絶縁導体212へと接続される。つなぎ導体240は、絶縁導体212の低抵抗部分であってもよい。つなぎ導体240を、絶縁導体212の「低温ピン」と称することもできる。つなぎ導体240を、単位長さ当たりの消失電力が、絶縁導体212の主たる加熱部分と比べて約10分の1〜約5分の1であるように設計することができる。つなぎ導体240は、典型的には、約1.5m〜約15mの間であってもよいが、より短い長さまたはより長い長さも、個々の用途の必要性に対応すべく使用することができる。一実施形態においては、つなぎ導体240の導体が、銅である。つなぎ導体240の電気絶縁体は、主たる加熱部分に使用される電気絶縁体と同じ種類であってもよい。つなぎ導体240のジャケットを、耐食性の材料で製作することができる。   In certain embodiments, the lead conductor 232 is connected to the insulated conductor 212 using the tether conductor 240. The connecting conductor 240 may be a low resistance portion of the insulated conductor 212. The connecting conductor 240 can also be referred to as a “cold pin” of the insulated conductor 212. The tether conductor 240 can be designed so that the power dissipation per unit length is about 1/10 to about 1/5 compared to the main heated portion of the insulated conductor 212. The tether conductor 240 may typically be between about 1.5 m and about 15 m, although shorter or longer lengths may be used to meet the needs of individual applications. it can. In one embodiment, the conductor of the tie conductor 240 is copper. The electrical insulator of the connecting conductor 240 may be the same type as the electrical insulator used for the main heating portion. The jacket of the tether 240 can be made of a corrosion resistant material.

特定の実施形態においては、つなぎ導体240が、スプライスまたは他の接続ジョイントによって引き込み導体232へと接続される。スプライスは、つなぎ導体240を絶縁導体212へと接続するためにも使用可能である。スプライスは、対象ゾーンの動作温度の半分に等しい温度に耐えなければならない可能性がある。スプライスにおける電気絶縁の密度は、多くの場合に、必要とされる温度および動作電圧に耐えるために充分に高くなければならない。   In certain embodiments, the tether conductor 240 is connected to the lead conductor 232 by a splice or other connection joint. The splice can also be used to connect the tether conductor 240 to the insulated conductor 212. The splice may have to withstand a temperature equal to half the operating temperature of the zone of interest. The density of electrical insulation in the splice often has to be high enough to withstand the required temperature and operating voltage.

いくつかの実施形態においては、図3に示されるように、パッキン材料242が上層土のケーシング244と開口220との間に配置される。いくつかの実施形態においては、補強材料246によって上層土のケーシング244を上層土238へと固定することができる。パッキン材料242は、流体が開口220から地表236へと流れることを防止することができる。補強材料246は、例えば高温性能改善用のシリカ粉、スラグ、またはシリカ粉、ならびに/あるいはこれらの混合物と混ぜ合わせられたクラスGまたはクラスHのポルトランドセメントを含むことができる。いくつかの実施形態においては、補強材料246が、約5cm〜約25cmの幅にて半径方向に広がる。   In some embodiments, as shown in FIG. 3, a packing material 242 is disposed between the upper soil casing 244 and the opening 220. In some embodiments, the upper soil casing 244 may be secured to the upper soil 238 by the reinforcing material 246. The packing material 242 can prevent fluid from flowing from the opening 220 to the ground surface 236. Reinforcing material 246 can include, for example, silica powder, slag, or silica powder for improving high temperature performance, and / or Class G or Class H Portland cement mixed with mixtures thereof. In some embodiments, the reinforcing material 246 extends radially with a width of about 5 cm to about 25 cm.

図3および図4に示されるとおり、支持部材222および引き込み導体232を、地層の表面236に位置する坑井の上部の構造体234へと接続することができる。表面導体248が、補強材料246を囲んで坑井の上部の構造体234へとつながることができる。表面導体のいくつかの実施形態は、地層の開口へと約3m〜約515mの深さまで延びることができる。あるいは、表面導体は、地層へと約9mの深さまで延びることができる。電流を電源から絶縁導体212へと供給し、絶縁導体の電気抵抗によって熱を生じさせることができる。3つの絶縁導体212から生じた熱を開口220内で伝達し、炭化水素層226の少なくとも一部分を加熱することができる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the support member 222 and the lead conductor 232 can be connected to a structure 234 at the top of the well located at the formation surface 236. A surface conductor 248 can surround the reinforcement material 246 and lead to the structure 234 at the top of the well. Some embodiments of surface conductors can extend to a depth of about 3 m to about 515 m into the formation opening. Alternatively, the surface conductor can extend to a depth of about 9 m into the formation. Current can be supplied from the power source to the insulated conductor 212 and heat can be generated by the electrical resistance of the insulated conductor. Heat generated from the three insulated conductors 212 can be transferred within the opening 220 to heat at least a portion of the hydrocarbon layer 226.

絶縁導体212が生じさせる熱で、炭化水素を含有している地層の少なくとも一部分を加熱することができる。いくつかの実施形態においては、実質的に、生じた熱の地層への放射によって熱が地層へと伝えられる。一部の熱は、開口に存在する気体による熱の伝導または対流によって伝えられる。開口は、図3および図4に示されるように、ケーシングを持たない開口であってもよい。ケーシングを持たない開口は、ヒータの地層への熱的固定に関するコスト、ケーシングに関するコスト、および/またはヒータを開口に詰め込むコストを不要にする。さらに、放射による熱の伝達は、伝導による熱の伝達よりも効率的であるため、開放の坑井穴においてはヒータをより低い温度で運転することができる。熱源の初期の動作時の伝導による熱の伝達を、開口に気体を追加することによって向上させることができる。気体を、最大約27bar(絶対圧)の圧力に保つことができる。気体は、これらに限られるわけではないが、二酸化炭素および/またはヘリウムを含むことができる。開放の坑井穴における絶縁導体ヒータは、好都合なことに、熱膨張および熱収縮に対応するように自由に膨張または収縮することができる。絶縁導体ヒータを、好都合なことに、開放の坑井穴から取り出し、あるいは再び配置することができる。   Heat generated by the insulated conductor 212 can heat at least a portion of the formation containing hydrocarbons. In some embodiments, heat is transferred to the formation substantially by radiation of the generated heat to the formation. Some heat is transferred by heat conduction or convection by the gas present in the opening. As shown in FIGS. 3 and 4, the opening may be an opening without a casing. An opening without a casing eliminates the costs associated with thermally fixing the heater to the formation, the costs associated with the casing, and / or the cost of packing the heater into the opening. In addition, heat transfer by radiation is more efficient than heat transfer by conduction, so that heaters can be operated at lower temperatures in open well holes. Heat transfer by conduction during the initial operation of the heat source can be improved by adding gas to the opening. The gas can be maintained at a pressure of up to about 27 bar (absolute pressure). The gas can include, but is not limited to, carbon dioxide and / or helium. Insulated conductor heaters in open well holes are advantageously free to expand or contract to accommodate thermal expansion and contraction. The insulated conductor heater can be conveniently removed from the open wellbore or repositioned.

特定の実施形態においては、絶縁導体ヒータアセンブリが、スプールアセンブリを使用して設置され、あるいは取り除かれる。絶縁導体および支持部材の両方を同時に設置するために、2つ以上のスプールアセンブリを使用することができる。あるいは、支持部材を、巻かれた管ユニットを使用して設置することができる。ヒータをスプールから引き出し、支持体が坑井へと挿入されるときに支持体へと接続することができる。電気ヒータおよび支持部材を、スプールアセンブリから引き出すことができる。スペーサを、支持部材の長さにおいて支持部材およびヒータに接続することができる。さらなる電気ヒータ素子のために、さらなるスプールアセンブリを使用することができる。   In certain embodiments, the insulated conductor heater assembly is installed or removed using a spool assembly. More than one spool assembly can be used to install both the insulated conductor and the support member simultaneously. Alternatively, the support member can be installed using a wound tube unit. The heater can be withdrawn from the spool and connected to the support as it is inserted into the well. The electric heater and support member can be withdrawn from the spool assembly. The spacer can be connected to the support member and the heater at the length of the support member. Additional spool assemblies can be used for additional electric heater elements.

いくつかの用途において炭化水素を含有している地層を加熱するなど、地下の用途に使用される無機絶縁(MI)ケーブル(絶縁導体)は、MIケーブル業界における典型と比べて、より長く、より大きな外径を有する可能性があり、より高い電圧および温度で動作する可能性がある。これらの地下の用途においては、地下を効率的に加熱するために必要な深さおよび距離に達する充分な長さのMIケーブルを作成するため、および異なる機能を有する部位をつなぎ合わせる(例えば、引き込みケーブルをヒータ部分へと接続する)ために、複数のMIケーブルをつなぎ合わせることが必要である。そのような長いヒータは、ヒータの最も遠い端部まで充分な電力をもたらすために、より高い電圧も必要とする。   Inorganic insulated (MI) cables (insulated conductors) used for underground applications, such as heating formations containing hydrocarbons in some applications, are longer and more typical than typical in the MI cable industry. It can have a large outer diameter and can operate at higher voltages and temperatures. In these underground applications, to create an MI cable long enough to reach the depth and distance needed to efficiently heat the underground, and to join sites with different functions (eg, pull-in) In order to connect the cable to the heater part), it is necessary to connect several MI cables together. Such long heaters also require higher voltages to provide sufficient power to the farthest end of the heater.

従来のMIケーブルのスプライスの設計は、典型的には、1000Vを超え、1500ボルトを超え、あるいは2000ボルトを超える電圧には適しておらず、650℃(約1200°F)を超え、700℃(約1290°F)を超え、あるいは800℃(約1470°F)を超えるような高い温度において不具合を生じることなく長期にわたって動作することができない。そのような高電圧かつ高温の用途は、典型的に、スプライスにおける無機絶縁体の圧縮が、絶縁導体(MIケーブル)そのものにおける圧縮のレベルに出来るだけ近いかそれ以上であることを必要とする。   Conventional MI cable splice designs are typically not suitable for voltages greater than 1000V, greater than 1500V, or greater than 2000V, greater than 650 ° C (approximately 1200 ° F), and 700 ° C It cannot operate over a long period of time without causing problems at high temperatures above (about 1290 ° F.) or above 800 ° C. (about 1470 ° F.). Such high voltage and high temperature applications typically require that the compression of the inorganic insulator in the splice is as close as possible to or greater than the level of compression in the insulated conductor (MI cable) itself.

いくつかの用途においては、MIケーブルの比較的大きな外径および長い長さゆえに、ケーブルを水平に向いた状態でつなぎ合わせることが必要である。水平に作られるMIケーブルの他の用途のためのスプライスが存在する。これらの技術は、典型的には、小さな穴を使用して無機絶縁体(酸化マグネシウム粉末など)をスプライスへと充てんし、振動および突き固めによってわずかに圧縮する。このような方法は、無機絶縁体の充分な圧縮をもたらさず、場合によっては無機絶縁体の圧縮がまったく不可能であり、したがって上述の地下の用途に必要な高い電圧において使用されるスプライスの製作には適することができない。   In some applications, due to the relatively large outer diameter and long length of MI cables, it is necessary to tie the cables together in a horizontally oriented state. There are splices for other uses of MI cables that are made horizontally. These techniques typically use small holes to fill an inorganic insulator (such as magnesium oxide powder) into the splice and compress it slightly by vibration and tamping. Such a method does not result in sufficient compression of the inorganic insulator, and in some cases, compression of the inorganic insulator is not possible at all, thus making a splice used at the high voltages required for the above-mentioned underground applications. Can not be suitable for.

したがって、単純でありながら不具合を生じることなく長い期間にわたって地下の環境において高い電圧および温度で機能することができる絶縁導体のスプライスについて、ニーズが存在している。さらに、スプライスは、地下においてケーブルに加わる可能性がある重量の負荷および温度のもとで不具合を生じることがないよう、より高い曲げおよび引張強度を必要とする可能性がある。さらに、スプライスにおける漏れ電流を少なくし、動作電圧と電気的破壊との間の余裕を増やすために、電界強度を下げるための技術および方法も利用することができる。電荷強度を下げることは、スプライスの電圧および温度の動作範囲を広げるうえでも役に立つ可能性がある。   Therefore, a need exists for an insulated conductor splice that can function at high voltages and temperatures in a subterranean environment for a long period of time without being inconvenienced. Furthermore, splices may require higher bending and tensile strengths so that they do not fail under the heavy loads and temperatures that can be applied to cables underground. In addition, techniques and methods for reducing the field strength can be utilized to reduce leakage current in the splice and increase the margin between operating voltage and electrical breakdown. Lowering the charge intensity can also help to increase the operating range of the splice voltage and temperature.

図5および図6が、絶縁導体をつなぎ合わせるために使用される取付具250の別の実施形態の断面図を示している。図5が、絶縁導体212A、212Bが取付具の中へと移動させられているときの取付具250の断面図を示している。図6が、絶縁導体212A、212Bが取付具の内側でつなぎ合わせられた状態の取付具250の断面図を示している。特定の実施形態においては、取付具250がスリーブ252および継手258を備えている。   FIGS. 5 and 6 show cross-sectional views of another embodiment of a fixture 250 used to stitch together insulated conductors. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the fixture 250 when the insulated conductors 212A, 212B are being moved into the fixture. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the fixture 250 with the insulated conductors 212A, 212B joined together inside the fixture. In certain embodiments, the fixture 250 includes a sleeve 252 and a joint 258.

取付具250を、絶縁導体212Aを絶縁導体212Bへと、絶縁導体のジャケット(鞘)、絶縁体、およびコア(導体)の機械的および電気的な完全性を維持しながら接続する(つなぐ)ために使用することができる。取付具250を、熱を生じる絶縁導体を熱を生じない絶縁導体と接続するために使用することができ、熱を生じる絶縁導体を別の熱を生じる絶縁導体と接続するために使用することができ、あるいは熱を生じない絶縁導体を別の熱を生じない絶縁導体と接続するために使用することができる。いくつかの実施形態においては、2つ以上の取付具250が、多数の熱を生じる絶縁導体および熱を生じない絶縁導体を接続して長い絶縁導体をもたらすために使用される。   To connect the fixture 250 to the insulated conductor 212A to the insulated conductor 212B while maintaining the mechanical and electrical integrity of the insulated conductor jacket (sheath), insulator, and core (conductor). Can be used for The fixture 250 can be used to connect an insulated conductor that generates heat to an insulated conductor that does not generate heat, and can be used to connect an insulated conductor that generates heat to an insulated conductor that generates another heat. Or an insulated conductor that does not generate heat can be used to connect another insulated conductor that does not generate heat. In some embodiments, two or more fixtures 250 are used to connect multiple insulated and non-heated insulated conductors to provide a long insulated conductor.

取付具250を、異なる直径の絶縁導体を接続するために使用することができる。例えば、絶縁導体が、異なるコア(導体)の直径、異なるジャケット(鞘)の直径、または異なる直径の組み合わせを有することができる。また、取付具250を、異なる冶金技術、異なる種類の絶縁、またはこれらの組み合わせを有する絶縁導体を接続するために使用することができる。   The fixture 250 can be used to connect insulated conductors of different diameters. For example, the insulated conductors can have different core (conductor) diameters, different jacket (sheath) diameters, or combinations of different diameters. The fixture 250 can also be used to connect insulated conductors having different metallurgical techniques, different types of insulation, or combinations thereof.

継手258は、取付具250の内部で絶縁導体212A、212Bのコア214A、214Bをつなぎ合わせて電気的に接続するために使用される。継手258を、銅または他の適切な導電体で製作することができる。特定の実施形態においては、コア214A、214Bが継手258へと圧入され、あるいは押し込まれる。いくつかの実施形態においては、継手258が、コア214A、214Bを継手に滑り込ませることができるように加熱される。いくつかの実施形態においては、コア214Aが、コア214Bとは異なる材料で製作される。例えば、コア214Aが銅であってもよい一方で、コア214Bがステンレス鋼、炭素鋼、または合金180である。そのような実施形態においては、コアを一体に溶接するために特殊な方法を使用しなければならないかもしれない。例えば、コアの引っ張り強さの特性および/または降伏強さの特性を、コア間の接続が時間または使用につれて劣化することがないよう、ぴったりと一致させなければならないかもしれない。   The joint 258 is used to connect and electrically connect the cores 214A and 214B of the insulated conductors 212A and 212B inside the fixture 250. The joint 258 can be made of copper or other suitable conductor. In certain embodiments, cores 214A, 214B are press fit or pushed into fittings 258. In some embodiments, the joint 258 is heated so that the cores 214A, 214B can be slid into the joint. In some embodiments, core 214A is made of a different material than core 214B. For example, core 214A may be copper while core 214B is stainless steel, carbon steel, or alloy 180. In such embodiments, special methods may have to be used to weld the cores together. For example, the core tensile strength characteristics and / or yield strength characteristics may have to be closely matched so that the connection between the cores does not degrade over time or use.

いくつかの実施形態においては、継手258が、継手の内側に1つ以上の溝を備える。溝は、コアが継手においてつなぎ合わせられた後に、継手への粒子の出入りを阻止することができる。いくつかの実施形態においては、継手258がテーパ状の内径を有する(例えば、継手の中央に向かうにつれて内径が小さくなる)。テーパ状の内径は、継手258とコア214A、214Bとの間により良好な圧入をもたらすことができる。   In some embodiments, the joint 258 includes one or more grooves inside the joint. The grooves can prevent particles from entering and exiting the joint after the cores are stitched together in the joint. In some embodiments, the joint 258 has a tapered inner diameter (eg, the inner diameter decreases toward the center of the joint). The tapered inner diameter can provide better press fit between the joint 258 and the cores 214A, 214B.

特定の実施形態においては、電気絶縁材料256が、スリーブ252の内側に位置する。いくつかの実施形態においては、電気絶縁材料256が、酸化マグネシウムまたは酸化マグネシウムとチッ化ホウ素との混合物(80重量%の酸化マグネシウムおよび20重量%のチッ化ホウ素)である。電気絶縁材料256として、酸化マグネシウム、滑石、セラミック粉末(例えば、窒化ホウ素)、酸化マグネシウムと他の電気絶縁体(例えば、最大約50重量%の窒化ホウ素)との混合物、セラミックセメント、セラミック粉末の特定の非セラミック材料(硫化タングステン(WS2)など)との混合物、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。例えば、電気絶縁材料の流動性を改善し、電気絶縁材料の誘電特性を改善し、あるいは取付具の柔軟性を改善するために、酸化マグネシウムを窒化ホウ素または他の電気絶縁体と混合することができる。いくつかの実施形態においては、電気絶縁材料256が、絶縁導体212A、212Bの少なくとも一方の内部に使用される電気絶縁体と同様の材料である。電気絶縁材料256は、絶縁導体212A、212Bの少なくとも一方の内部に使用される電気絶縁体と実質的に同様の誘電特性を有することができる。   In certain embodiments, an electrically insulating material 256 is located inside the sleeve 252. In some embodiments, the electrically insulating material 256 is magnesium oxide or a mixture of magnesium oxide and boron nitride (80 wt% magnesium oxide and 20 wt% boron nitride). Examples of the electrical insulating material 256 include magnesium oxide, talc, ceramic powder (for example, boron nitride), a mixture of magnesium oxide and other electrical insulators (for example, up to about 50% by weight of boron nitride), ceramic cement, ceramic powder Mention may be made of mixtures with certain non-ceramic materials (such as tungsten sulfide (WS2)) or mixtures thereof. For example, magnesium oxide may be mixed with boron nitride or other electrical insulators to improve the fluidity of the electrical insulation material, improve the dielectric properties of the electrical insulation material, or improve the flexibility of the fixture. it can. In some embodiments, the electrically insulating material 256 is a material similar to the electrical insulator used within at least one of the insulated conductors 212A, 212B. The electrically insulating material 256 can have substantially the same dielectric properties as the electrical insulator used within at least one of the insulated conductors 212A, 212B.

特定の実施形態においては、スリーブ252の内側の空間が、電気絶縁材料256で実質的に満たされる。特定の実施形態において、「実質的に満たされる」は、空間(複数可)を電気絶縁材料で空間(複数可)内に巨視的な空隙が実質的に存在しないように完全またはほぼ完全に満たすことを指す。例えば、「実質的に満たされる」は、微視的な空隙ゆえの或る程度の空隙率(例えば、最大約40%の空隙率)を有する電気絶縁材料でほぼ空間全体を満たすことを指す。   In certain embodiments, the space inside sleeve 252 is substantially filled with electrically insulating material 256. In certain embodiments, “substantially filled” completely or nearly completely fills the space (s) with an electrically insulating material such that there are substantially no macroscopic voids in the space (s). Refers to that. For example, “substantially filled” refers to filling substantially the entire space with an electrically insulating material having a certain degree of porosity (eg, up to about 40% porosity) due to microscopic voids.

いくつかの実施形態においては、スリーブ252が1つ以上の溝308を有する。溝308は、電気絶縁材料256がスリーブ252の外へと移動することを防止することができる(例えば、溝が電気絶縁材料をスリーブ内に閉じ込める)。   In some embodiments, the sleeve 252 has one or more grooves 308. The groove 308 can prevent the electrically insulating material 256 from moving out of the sleeve 252 (eg, the groove traps the electrically insulating material within the sleeve).

特定の実施形態においては、電気絶縁材料256が、図5に示されるように継手258の縁または縁の付近に凹状の端部を有する。電気絶縁材料256の凹状の形状は、絶縁導体212A、212Bの電気絶縁体216A、216Bとの結合を向上させることができる。いくつかの実施形態においては、電気絶縁体216A、216Bが、電気絶縁材料256との結合を向上させるために凸状(または、テーパ状)の端部を有する。電気絶縁材料256および電気絶縁体216A、216Bの端部が、絶縁導体の接合の際に加えられる圧力のもとで入り交じり、あるいは混ざり合うことができる。絶縁材料の入り交じり、または混ざり合いが、絶縁導体間の結合を向上させることができる。   In certain embodiments, the electrically insulating material 256 has a concave end at or near the edge of the joint 258 as shown in FIG. The concave shape of the electrically insulating material 256 can improve the coupling of the insulated conductors 212A, 212B with the electrical insulators 216A, 216B. In some embodiments, the electrical insulators 216A, 216B have convex (or tapered) ends to improve coupling with the electrical insulating material 256. The ends of the electrical insulating material 256 and the electrical insulators 216A, 216B can intermingle or mix under pressure applied when the insulated conductors are joined. Intermingling or mixing of insulating materials can improve the coupling between the insulated conductors.

特定の実施形態においては、絶縁導体212A、212Bが、絶縁導体を取付具の中央に向かって移動させる(押し合わせる)ことによって取付具250で接合される。コア214A、214Bが、絶縁導体212A、212Bの移動につれて継手258の内側で接合される。絶縁導体212A、21Bが取付具250の中へと移動した後に、取付具および取付具の内側の絶縁導体の端部を圧縮またはプレスすることで、絶縁導体を取付具に固定するとともに、電気絶縁材料256を圧縮することができる。クランプアセンブリまたは他の同様の装置を、絶縁導体212A、212Bおよび取付具250を接合するために使用することができる。特定の実施形態においては、電気絶縁材料256を圧縮するための力が、絶縁材料の容認できる圧縮をもたらすために、例えば少なくとも25,000ポンド/平方インチ〜最大55,000ポンド/平方インチである。組み立てプロセスの最中の電気絶縁材料256の圧縮は、電気絶縁材料に、現実的な範囲において絶縁導体212A、212Bの内部の電気絶縁材料の誘電特性に比肩する誘電特性をもたらすことができる。圧縮を促進するための方法および装置として、これらに限られるわけではないが、機械的な方法、空気圧、水圧/油圧、スエージ、またはこれらの組み合わせが挙げられる。   In certain embodiments, the insulated conductors 212A, 212B are joined at the fixture 250 by moving the insulated conductors toward the center of the fixture (pressing together). The cores 214A and 214B are joined inside the joint 258 as the insulated conductors 212A and 212B move. After the insulated conductors 212A and 21B move into the fixture 250, the insulated conductor is fixed to the fixture by compressing or pressing the ends of the fixture and the insulated conductor inside the fixture, and the electrical insulation is performed. The material 256 can be compressed. A clamp assembly or other similar device can be used to join the insulated conductors 212A, 212B and the fixture 250. In certain embodiments, the force to compress the electrically insulating material 256 is, for example, at least 25,000 pounds per square inch to up to 55,000 pounds per square inch to provide an acceptable compression of the insulating material. . The compression of the electrically insulating material 256 during the assembly process can provide the electrically insulating material with dielectric properties comparable to the dielectric properties of the electrically insulating material inside the insulated conductors 212A, 212B to a practical extent. Methods and devices for facilitating compression include, but are not limited to, mechanical methods, pneumatic, hydraulic / hydraulic, swage, or combinations thereof.

いくつかの実施形態においては、スリーブ252の端部が、絶縁導体212A、212Bのジャケット218A、218Bへと接続(溶接またはろう付け)される。いくつかの実施形態においては、支持スリーブおよび/またはひずみ緩和具が、取付具にさらなる強度をもたらすために取付具250を覆って配置される。   In some embodiments, the end of the sleeve 252 is connected (welded or brazed) to the jackets 218A, 218B of the insulated conductors 212A, 212B. In some embodiments, a support sleeve and / or strain relief is placed over the fixture 250 to provide additional strength to the fixture.

図5および図6に示した取付具250は、絶縁導体間の丈夫な電気的および機械的接続を形成することができる。例えば、本明細書に示される取付具は、1000ボルトを超え、1500ボルトを超え、あるいは2000ボルトを超える電圧、ならびに少なくとも約650℃、少なくとも約700℃、あるいは少なくとも約800℃の温度において長期にわたって機能するために適することができる。   The fixture 250 shown in FIGS. 5 and 6 can form a robust electrical and mechanical connection between insulated conductors. For example, the fixtures shown herein may have a voltage of greater than 1000 volts, greater than 1500 volts, or greater than 2000 volts, and a temperature of at least about 650 ° C, at least about 700 ° C, or at least about 800 ° C Can be suitable to function.

特定の実施形態においては、本明細書に示される取付具が、加熱に使用される絶縁導体(例えば、炭化水素含有層に配置される絶縁導体)を加熱には使用されない絶縁導体(例えば、地層の上層土の部分に使用される絶縁導体)へと接続する。加熱用の絶縁導体は、加熱用でない絶縁導体よりも小さなコアおよび加熱用でない絶縁導体とは異なる材料のコアを有することができる。例えば、加熱用の絶縁導体のコアが、銅−ニッケル合金、ステンレス鋼、または炭素鋼であってもよい一方で、加熱用でない絶縁導体のコアは、銅であってもよい。しかしながら、コアのサイズおよび材料の電気的特性の相違ゆえに、それぞれの部位の電気絶縁体が、ただ1つの取付具で絶縁導体を接合するのでは補償できない充分に異なる厚さを有する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態においては、加熱用の絶縁導体と加熱用でない絶縁導体との間に、短い中間の加熱用の絶縁導体を使用することができる。   In certain embodiments, the fixtures shown herein are insulated conductors that are not used to heat insulated conductors that are used for heating (eg, insulated conductors that are disposed in hydrocarbon-containing layers) (eg, formations). To the insulated conductor used for the upper soil part). The heating insulated conductor can have a smaller core than the non-heating insulated conductor and a core of a material different from the non-heating insulated conductor. For example, the core of the insulated conductor for heating may be a copper-nickel alloy, stainless steel, or carbon steel, while the core of the insulated conductor that is not heated may be copper. However, due to differences in core size and material electrical properties, the electrical insulators at each location may have sufficiently different thicknesses that cannot be compensated for by joining the insulated conductors with a single fixture. . Thus, in some embodiments, a short intermediate heating insulated conductor can be used between a heated insulated conductor and a non-heated insulated conductor.

中間の加熱用の絶縁導体は、加熱用でない絶縁導体のコアの直径から加熱用の絶縁導体のコアの直径へとテーパ状になるコアの直径を有することができる一方で、加熱用でない絶縁導体と同様のコア材料を使用することができる。例えば、中間の加熱用の絶縁導体は、加熱用の絶縁導体と同じ直径へとテーパ状になるコアの直径を持つ銅であってもよい。このようにして、中間の絶縁導体と加熱用の絶縁導体とを接続する取付具における電気絶縁体の厚さが、加熱用の絶縁導体における電気絶縁体の厚さと同様になる。同じ厚さとすることで、絶縁導体を取付具において容易に接合することが可能になる。中間の加熱用の絶縁導体は、小さなコアの直径ゆえに或る程度の電圧低下および或る程度の加熱損失をもたらす可能性があるが、中間の加熱用の絶縁導体は、これらの損失が最小限であるように比較的短い長さであってもよい。   The intermediate heating insulated conductor may have a core diameter that tapers from the diameter of the non-heating insulated conductor core to the diameter of the heating insulated conductor core, while the non-heating insulated conductor The same core material can be used. For example, the intermediate heating insulated conductor may be copper having a core diameter that tapers to the same diameter as the heating insulated conductor. In this way, the thickness of the electrical insulator in the fixture connecting the intermediate insulated conductor and the heated insulated conductor is the same as the thickness of the electrical insulator in the heated insulated conductor. By using the same thickness, the insulated conductor can be easily joined in the fixture. Intermediate heating insulated conductors can cause some voltage drop and some heating losses due to the small core diameter, while intermediate heating insulated conductors minimize these losses. It may be a relatively short length.

本発明が、当然ながらさまざまであってもよい上述の特定のシステムに限られないことを、理解すべきである。また、本明細書において使用される用語が、あくまでも特定の実施形態を説明する目的のためのものにすぎず、本発明を限定しようとするものではないことを、理解すべきである。本明細書において使用されるとき、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈からそのようでないことが明らかでない限り、言及の対象が複数存在する場合も包含する。すなわち、例えば「コア(a core)」は、2つ以上のコアからなる組み合わせを包含し、「材料(a material)」は、材料の混合物を包含する。   It should be understood that the present invention is not limited to the specific systems described above, which can of course vary. It should also be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms “a”, “an”, and “the” include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, “a core” includes a combination of two or more cores, and “a material” includes a mixture of materials.

本発明の種々の態様について、さらなる変更および代案の実施形態が、本明細書に照らして、当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書は、あくまでも例示として解釈されるべきであり、本発明を実施する一般的なやり方を当業者に教示する目的のためのものである。本明細書において図示および説明した本発明の形態を、現時点における好ましい実施形態として受け取るべきであることを、理解すべきである。いずれも本発明の上述の説明の恩恵を手にした当業者にとって明らかであると考えられるが、本明細書において例示および説明した構成要素および材料について、代替の構成要素および材料が可能であり、部品およびプロセスを逆にすることが可能であり、本発明の特定の特徴を独立して利用することが可能である。本明細書に記載の要素について、以下の特許請求の範囲に記載される本発明の技術的思想および技術的範囲から離れることなく、変更を行うことが可能である。   Further modifications and alternative embodiments for various aspects of the invention will be apparent to those skilled in the art in light of this specification. Accordingly, this description is to be construed as illustrative only and is for the purpose of teaching those skilled in the art the general manner of carrying out the invention. It should be understood that the form of the invention shown and described herein is to be received as the presently preferred embodiment. While any would be apparent to one of ordinary skill in the art having the benefit of the foregoing description of the invention, alternative components and materials are possible for the components and materials illustrated and described herein, Parts and processes can be reversed, and certain features of the invention can be utilized independently. Changes may be made to the elements described herein without departing from the spirit and scope of the invention as described in the following claims.

Claims (14)

第1の絶縁導体の端部を第2の絶縁導体の端部へと接続するための取付具であって、
第1の絶縁導体の端部および第2の絶縁導体の端部を覆って配置されるように構成されたスリーブと、
スリーブの内部に位置し、第1の絶縁導体の導電性のコアの端部および第2の絶縁導体の導電性のコアの端部の周囲に嵌合するように構成されており、第1および第2の絶縁導体の端部が取付具に挿入されるとき、第1の絶縁導体のコアを第2の絶縁導体のコアに電気的に接続する、導電性のコア継手と
を備えており、
コア継手の周囲のスリーブの内部空間が、電気絶縁材料で実質的に満たされており、電気絶縁材料は、第1および第2の絶縁導体の端部が取付具に挿入されるとき第1の絶縁導体の電気絶縁体の端部および第2の絶縁導体の電気絶縁体の端部の間で圧縮されるように構成されている取付具。
A fixture for connecting the end of the first insulated conductor to the end of the second insulated conductor,
A sleeve configured to be disposed over the end of the first insulated conductor and the end of the second insulated conductor;
Located inside the sleeve, it is configured to fit around the end of the first insulated conductor conductive core end and the second conductive core of the insulated conductor, the first and A conductive core joint for electrically connecting the core of the first insulated conductor to the core of the second insulated conductor when the end of the second insulated conductor is inserted into the fixture ;
When the internal space of the periphery of the core joint sleeve has been substantially filled with electrically insulating material, electrical insulating material, the ends of the first and second insulation conductor is inserted into the fixture, the A fixture configured to be compressed between an end of an electrical insulator of one insulated conductor and an end of the electrical insulator of a second insulated conductor.
絶縁導体が、当該取付具の中に押し込まれると電気絶縁材料を絶縁導体の電気絶縁体圧縮するように構成されている、請求項1に記載の取付具。 Each insulated conductor, a Ru the electrically insulating material is pressed into the said fitting being configured to compress the electrical insulation of the insulated conductor, fitting of claim 1. 第1の絶縁導体のコアおよび第2の絶縁導体のコアは第1および第2の絶縁導体の端部が当該取付具の中に移動させられときにコア継手内で互いに押し付けられるように構成されている、請求項1に記載の取付具。 Core core and a second insulated conductor of the first insulated conductor, as attached pressed against each other in the core joint when the end of the first and second insulated conductor is moved into the fitting The fixture according to claim 1, which is configured as follows. スリーブが、スリーブから出ようとする電気絶縁材料の移動を阻止するための1つ以上の溝を備えている、請求項1に記載の取付具。   The fixture of claim 1, wherein the sleeve comprises one or more grooves for preventing movement of the electrically insulating material about to exit the sleeve. 少なくとも一方の絶縁導体が、当該取付具の内部で絶縁導体のジャケットから絶縁導体のコアへとある角度でテーパ状である電気絶縁体を備えている、請求項1に記載の取付具。   The fixture of claim 1, wherein at least one of the insulated conductors comprises an electrical insulator that tapers at an angle from the jacket of the insulated conductor to the core of the insulated conductor within the fixture. コア継手が、絶縁導体のコアとの接触を向上させるべく小さい方の直径を継手の中央に有するテーパ状の内径を備えている、請求項1に記載の取付具。   The fixture of claim 1, wherein the core joint has a tapered inner diameter with a smaller diameter in the center of the joint to improve contact of the insulated conductor with the core. コア継手が、絶縁導体のコアとの接触を向上させるべく継手の内径に位置する1つ以上の溝を備えている、請求項1に記載の取付具。   The fixture of claim 1, wherein the core joint includes one or more grooves located on the inner diameter of the joint to improve contact of the insulated conductor with the core. 電気絶縁材料が、少なくとも25,000ポンド/平方インチの圧力によって圧縮されるように構成されている、請求項1に記載の取付具。   The fixture of claim 1, wherein the electrically insulating material is configured to be compressed by a pressure of at least 25,000 pounds per square inch. 取付具の中央が第1の絶縁導体の端部と第2の絶縁導体の端部と間に位置するように構成されている、請求項1に記載の取付具。 Central fixture is configured to be positioned between the end of the end portion of the first insulated conductor second insulated conductors, fitting of claim 1. 当該取付具の内部空間が、水圧/油圧の印加によって減少させられるように構成されている、請求項1に記載の取付具。   The fixture according to claim 1, wherein the inner space of the fixture is configured to be reduced by application of water pressure / hydraulic pressure. 当該取付具の内部空間が、スエージ法を使用して減少させられるように構成されている、請求項1に記載の取付具。   The fixture of claim 1, wherein the interior space of the fixture is configured to be reduced using a swage method. 電気絶縁材料が、2つの絶縁導体のうちの少なくとも一方における電気絶縁と実質的に同様の材料を含んでいる、請求項1に記載の取付具。 Electrically insulating material, it includes a substantially similar material as the electrical insulator at least one of the two insulated conductors, fitting of claim 1. 絶縁導体の少なくとも一方が、地下の地層を加熱するために使用されるように構成されている、請求項1に記載の取付具。   The fixture of claim 1, wherein at least one of the insulated conductors is configured to be used to heat an underground formation. コア継手が、第1の絶縁導体のコアの端部および第2の絶縁導体のコアの端部の周囲にきつく嵌合するように構成されている、請求項1に記載の取付具。 The fitting of claim 1, wherein the core coupling is configured to fit tightly around the end of the core of the first insulated conductor and the end of the core of the second insulated conductor.
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