用于绝缘导线的一体式接合头

摘要

一种方法，包括将绝缘导线的加热部分的芯部耦合于绝缘导线的上覆层部分的芯部。加热部分的芯部的直径小于上覆层部分的芯部的直径。第一绝缘层放置在加热部分的芯部上，使得加热部分的芯部的端部的至少一部分暴露出来。第二绝缘层放置在上覆层部分的芯部上，使得第二绝缘层在加热部分的芯部的暴露部分上延伸。第二绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度，上覆层部分的外径与加热部分的外径大体上相同。

权利要求

1.一种用于耦合绝缘导线加热器的加热部分和上覆层部分的方法，包括：将所述加热部分的芯部耦合于所述上覆层部分的芯部，其中，所述加热部分的芯部的直径小于所述上覆层部分的芯部的直径；

在所述加热部分的芯部上放置第一绝缘层，所述第一绝缘层包括一个或更多个绝缘块，其中所述加热部分的芯部的端部的至少一部分延伸超过所述第一绝缘层所包括的所述一个或更多个绝缘块的端部而暴露出来；

在上覆层部分的芯部上放置包括一个或更多个绝缘块的第二绝缘层，其中，处于第二绝缘层端部处的至少一个绝缘块在所述加热部分的芯部的暴露部分上延伸，由此在所述第二绝缘层的所述至少一个绝缘块与所述加热部分的芯部的暴露部分之间存在间隙，其中，第二绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度，且所述上覆层部分的外径与所述加热部分的外径大体上相同；和在所述加热部分和所述上覆层部分周围放置外导电体。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：压实绝缘导线，以减小外导电体的横截面面积并压实外导电体内部的第一绝缘层和第二绝缘层。

3.如权利要求2所述的方法，其中，第二绝缘层的压实填充了所述至少一个绝缘块与所述加热部分的芯部的暴露部分之间的所述空隙。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述加热部分的芯部包括铜和镍。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述上覆层部分的芯部包括铜。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一绝缘层包括氧化镁。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二绝缘层包括氧化镁。

8.一种用于耦合绝缘导线加热器的加热部分和上覆层部分的方法，包括：将所述加热部分的芯部耦合于第一过渡部分的芯部，其中，第一过渡部分的芯部的直径与所述加热部分的芯部的直径大体相同；

将第一过渡部分的芯部耦合于第二过渡部分的芯部，其中，第二过渡部分的芯部的直径从与在第一过渡部分的芯部与第二过渡部分的芯部之间的耦合处的第一过渡部分的芯部大体相同的直径渐变至沿着第二过渡部分的芯部的长度的较大直径；

将第二过渡部分的芯部耦合于所述上覆层部分的芯部，其中，所述上覆层部分的芯部的直径与第二过渡部分的芯部的所述较大直径大体相同；

在所述加热部分的芯部上以及在第一过渡部分的芯部的至少一部分上放置第一绝缘层；

在所述上覆层部分的芯部上以及在第二过渡部分的芯部的至少一部分上放置第二绝缘层，其中，第二绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度；和在第一绝缘层和第二绝缘层周围放置外导电体，其中，所述加热部分、第一过渡部分、第二过渡部分和上覆层部分的外径在沿着绝缘导线加热器的长度上大体相同。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：压实绝缘导线，以减小外导电体的横截面面积并压实外导电体内部的第一绝缘层和第二绝缘层。

10.如权利要求9所述的方法，其中，第二绝缘层的压实填充了第二绝缘层与所述第二过渡部分之间的空隙。

11.如权利要求8所述的方法，其中，第一过渡部分的芯部、第二过渡部分的芯部和上覆层部分的芯部包括基本上相同的材料。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述加热部分的芯部包括与第一过渡部分的芯部、第二过渡部分的芯部或上覆层部分的芯部不同的材料。

13.如权利要求8所述的方法，其中，所述加热部分的芯部包括铜和镍。

14.如权利要求8所述的方法，其中，所述上覆层部分的芯部包括铜。

15.如权利要求8所述的方法，其中，第一过渡部分的芯部包括铜。

16.如权利要求8所述的方法，其中，第二过渡部分的芯部包括铜。

17.如权利要求8所述的方法，其中，第一绝缘层和第二绝缘层包括氧化镁。

18.一种位于绝缘导线加热器的加热部分和上覆层部分之间的耦合节，包括：第一过渡部分，该第一过渡部分的芯部的直径与所述加热部分的芯部的直径大体相同；

第二过渡部分，该第二过渡部分的芯部耦合于第一过渡部分的芯部，其中，第二过渡部分的芯部的直径从与在第一过渡部分的芯部与第二过渡部分的芯部之间的耦合处的第一过渡部分的芯部大体相同的直径渐变至沿着第二过渡部分的芯部的长度的较大直径，以及其中，所述上覆层部分的芯部的直径与第二过渡部分的芯部的所述较大直径大体相同；

在所述加热部分的芯部上以及在第一过渡部分的芯部的至少一部分上放置的第一绝缘层；

在所述上覆层部分的芯部上以及在第二过渡部分的芯部的至少一部分上放置的第二绝缘层，其中，第二绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度；和在第一绝缘层和第二绝缘层周围放置的外导电体，其中，所述加热部分、第一过渡部分、第二过渡部分和上覆层部分的外径在沿着绝缘导线加热器的长度上大体相同。

19.如权利要求18所述的耦合节，其中，第一绝缘层至少部分地搭叠第一过渡部分的芯部。

20.如权利要求18所述的耦合节，其中，第一过渡部分的芯部、第二过渡部分的芯部和所述上覆层部分的芯部包括基本上相同的材料。

21.如权利要求20所述的耦合节，其中，所述加热部分的芯部包括与第一过渡部分的芯部、第二过渡部分的芯部或所述上覆层部分的芯部不同的材料。

22.如权利要求18所述的耦合节，其中，所述加热部分的芯部包括铜和镍。

23.如权利要求18所述的耦合节，其中，所述上覆层部分的芯部包括铜。

24.如权利要求18所述的耦合节，其中，第一过渡部分的芯部包括铜。

25.如权利要求18所述的耦合节，其中，第二过渡部分的芯部包括铜。

26.如权利要求18所述的耦合节，其中，第一绝缘层和第二绝缘层包括氧化镁。

27.如权利要求18所述的耦合节，其中，所述外导电体包括不锈钢。

说明书

用于绝缘导线的一体式接合头

技术领域

[0001] 本发明涉及用于加热器元件中的绝缘导线的系统。更特别地，本发明涉及将绝缘导线电缆和/或引入电缆接合在一起的附件。

背景技术

[0002] 从地下地层获得的烃通常用作能源、原料和消费品。对可利用烃资源枯竭的担忧以及对所生产的烃整体质量下降的担忧已引起对用于可利用烃资源更高效地采收、加工和/或使用的工艺的开展。原地法可用来从以前无法触及到和/或利用现有的方法进行抽取成本特别高的那些地下地地层开采烃材料。可能需要改变地下地层中的烃材料的化学性质和/或物理性质，以便更容易地从地下地层中开采烃材料和/或提高烃材料的价值。化学变化和物理变化可包括产生可开采流体的原地反应、地层中烃材料的组成变化、可溶性变化、密度变化、相变和/或粘度变化。

[0003] 可将加热器放置在井眼中，以在原地法期间加热地层。可用来加热地层的加热器有很多不同类型。运用井下加热器的原地法的例子显示在Ljungstrom的美国专利号2,634,961、Ljungstrom的美国专利号2,732,195、Ljungstrom的美国专利号2,780,450、Ljungstrom的美国专利号2,789,805、Ljungstrom的美国专利号2,923,535、Van Meurs等的美国专利号4,886,118以及Wellington等的美国专利号6,688,387中。

[0004] 用于地下应用的矿物隔离(MI)电缆(绝缘导线)较长，可能具有较大的外径，例如在某些应用中加热含烃地层，并且可以在比矿物隔离电缆工业中典型的电压和温度高的电压和温度下运行。但是，在制造和/或组装长绝缘导线的过程中存在许多潜在问题。

[0005] 例如，由于随着时间的流逝用于绝缘导线中的电绝缘体逐渐老化，存在潜在的电气故障和/或机械故障。在组装绝缘导线加热器的过程中，也存在电绝缘体需要克服的潜在问题。在绝缘导线加热器组装期间，可以出现诸如芯部隆起或其它机械缺陷的问题。在加热器使用期间，这可能导致电气问题，可能潜在地使加热器不能实行其预定目的。

[0006] 另外，对于地下应用，需要连接多个矿物隔离电缆，使矿物隔离电缆的长度足以达到高效地加热地下和连接不同功能的片段(例如连接于加热器部分的引入电缆)所需的深度和距离。这样长的加热器也需要高压而为加热器的最远端提供足够的功率。

[0007] 传统矿物隔离电缆接合结构通常不适于1000伏以上、1500伏以上或2000伏以上的电压，并且在高温下不能长时间无故障地工作，例如在650℃(大约1200°F)、700℃(大约1290°F)、或800℃(大约1470°F)以上的高温下。这种高压高温应用通常需要将接合头中的矿物绝缘材料尽可能紧密地压制到绝缘导线(矿物隔离电缆)本身的压实程度或压制到高于绝缘导线本身的压实程度。

[0008] 对于某些应用，直径较大、较长的矿物隔离电缆需要在水平定向的同时将这些电缆接合。对于矿物隔离电缆的其它应用，已经水平地制造了接合头。这些技术通常使用一小孔，矿物绝缘材料(例如氧化镁粉末)通过该小孔装填到接合头中，并通过轻微振动和夯实而压实。这种方法不能充分压实矿物绝缘材料，甚至对矿物绝缘材料没有任何压实，不适于制造用于这些地下应用所需的高压的接合头。

[0009] 因而，需要一种简单、但能在地下环境的高压高温下长时间无故障工作的绝缘导线接合头。另外，接合头需要较高的弯曲强度和拉伸强度，以防止接合头在电缆在地下可能承受的重量载荷和温度下失效。也可以采取手段和方法减少接合头上的电场强度，以便减少接合头上的泄漏电流，增加工作电压和电击穿之间的裕度。减少电场强度有助于增加接合头的工作电压范围和工作温度范围。

[0010] 另外，在将绝缘导线组装和/或安装到地下的过程中，可能出现绝缘导线上的应力增大的问题。例如，绝缘导线在用于输送和安装绝缘导线的线轴上的缠绕和展开可能导致绝缘导线的电绝缘体和/或其它部件上产生机械应力。因而，需要更可靠的系统和方法来减少或消除制造、组装和/或安装绝缘导线的过程中的潜在问题。

发明内容

[0011] 在此所述的实施例总体上涉及用于处理地下地层的系统、方法和加热器。在此所述的实施例总体上还涉及其中具有新颖性部件的加热器。利用在此所述的系统和方法可以获得这种加热器。

[0012] 在某些实施例中，本发明提供了一种或多种系统、方法和/或加热器。在有些实施例中，所述系统、方法和/或加热器用于处理地下地层。

[0013] 在某些实施例中，一种用于耦合绝缘导线加热器的加热部分和上覆层部分的方法，包括：将加热部分的芯部耦合于上覆层部分的芯部，其中，加热部分的芯部的直径小于上覆层部分的芯部的直径；在加热部分的芯部上放置第一绝缘层，使得加热部分的芯部的端部的至少一部分暴露出来；在上覆层部分的芯部上放置第二绝缘层，使得第二绝缘层在加热部分的芯部的暴露部分上延伸，其中，第二绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度，上覆层部分的外径与加热部分的外径大体上相同；以及，在加热部分和上覆层部分周围放置外导电体。

[0014] 在某些实施例中，一种用于耦合绝缘导线加热器的加热部分和上覆层部分的方法，包括：将加热部分的芯部耦合于一第一过渡部分的芯部，其中，第一过渡部分的芯部的直径与加热部分芯部的直径大体相同；将第一过渡部分的芯部耦合于一第二过渡部分的芯部，其中，第二过渡部分的芯部的直径从与在第一过渡部分的芯部与第二过渡部分的芯部之间的耦合处的第一过渡部分的芯部大体相同的直径渐变至沿着第二过渡部分的芯部的长度的较大直径；将第二过渡部分的芯部耦合于上覆层部分的芯部，其中，上覆层部分的芯部的直径与第二过渡部分的芯部的较大直径大体相同；在加热部分的芯部上以及在第一过渡部分的芯部的至少一部分上放置第一绝缘层；在上覆层部分的芯部上以及在第二过渡部分的芯部的至少一部分上放置第二绝缘层，其中，第二绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度；以及在第一绝缘层和第二绝缘层周围放置外导电体，其中，加热部分、第一过渡部分、第二过渡部分和上覆层部分的外径在沿着绝缘导线加热器的长度上大体相同。

[0015] 在某些实施例中，一种位于绝缘导线加热器的加热部分和上覆层部分之间的耦合节，包括：第一过渡部分，其包括直径与加热部分的芯部的直径大体相同的芯部；第二过渡部分，其包括耦合于第一过渡部分芯部的芯部，其中，第二过渡部分的芯部的直径从与在第一过渡部分的芯部与第二过渡部分的芯部之间的耦合处的第一过渡部分的芯部大体相同的直径渐变至沿着第二过渡部分的芯部的长度的较大直径，以及其中，上覆层部分的芯部的直径与第二过渡部分的芯部的较大直径大体相同；在加热部分的芯部上以及在第一过渡部分的芯部的至少一部分上放置的第一绝缘层；在上覆层部分的芯部上以及在第二过渡部分的芯部的至少一部分上放置的第二绝缘层，其中，第二绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度；以及在第一绝缘层和第二绝缘层周围放置的外导电体，其中，加热部分、第一过渡部分、第二过渡部分和上覆层部分的外径在沿着绝缘导线加热器的长度上大体相同。

[0016] 在更进一步的实施例中，来自特定实施例的特征可以与来自其它实施例的特征组合。例如，来自一个实施例的特征可以与来自任一其它实施例的特征组合。

[0017] 在更进一步的实施例中，利用在此所述的方法、系统、电源或加热器之一执行对地下地层的处理。

[0018] 在更进一步的实施例中，附加特征可以添加到在此所述的特定实施例中。

附图说明

[0019] 结合附带的视图，参照依照本发明优选、但仍然是示例性的实施例的下列详细说明，可以更全面地理解本发明的方法和设备的特征和优点。

[0020] 图1显示了用于处理含烃地层的原地热处理系统的一部分的实施例的示意图。

[0021] 图2描绘了绝缘导线热源的实施例。

[0022] 图3描绘了绝缘导线热源的实施例。

[0023] 图4描绘了绝缘导线热源的实施例。

[0024] 图5描绘了用于联接绝缘导线的上覆层部分和加热部分的耦合节的实施例的侧视图，上覆层部分的芯部和加热部分的芯部具有大体相同的直径。

[0025] 图6描绘了用于联接绝缘导线的上覆层部分和绝缘导线的加热部分的耦合节的实施例的侧视图，上覆层部分带有较大直径芯部，加热部分带有较小直径芯部。

[0026] 图7描绘了用于联接绝缘导线的上覆层部分和绝缘导线的加热部分的耦合节的另一实施例的侧视图，上覆层部分带有较大直径芯部，加热部分带有较小直径芯部。

[0027] 虽然本发明适合于各种变形和替代方式，但是，在附图中通过举例的方式给出了特定实施例，并且这些实施例在此进行了详细描述。附图并不是按比例绘制的。应当明白，附图和详细描述并不是要把本发明局限于所公开的具体形式，相反地，本发明应当覆盖落入由附带的权利要求书所限定的本发明精神和范围之内的所有改进、等同物或替代方案。

具体实施方式

[0028] 下面的描述总体上涉及用于处理地层中的烃的系统和方法。这些地层可以被处理以便生产烃类产品、氢气和其它产品。

[0029] ″交流电(AC)″是指随时间大体上以正弦的方式变向的电流。交流电在铁磁导体中生成集肤效应电荷流。

[0030] ″耦合″是指一个或更多个物体或部件之间的直接连接或间接连接(例如，一个或更多个插入连接)。词语″直接连接″是指物体或部件之间的直接连接，物体或部件彼此直接连接，使得物体或部件以″使用点″方式运行。

[0031] ″地层″包括一个或更多个含烃层、一个或更多个非烃层、上覆层和/或下伏层。″烃层″指地层中含有烃的层。烃层可以包含非烃材料和烃材料。″上覆层″和/或″下伏层″包括一个或更多个不同类型的不可渗透材料。例如，上覆层和/或下伏层可以包括岩石、页岩、泥岩或湿/致密碳酸盐岩。在原地热处理工艺的有些实施例中，上覆层和/或下伏层可以包括一个含烃层或多个含烃层，这些含烃层是相对不渗透的，并且在原地热处理过程期间，这些含烃层不能受到会导致上覆层和/或下伏层的含烃层特性发生明显变化的温度的影响。例如，下伏层可以包含页岩或泥岩，但是在原地热处理过程期间，下伏层不允许被加热到热解温度。在有些情况下，上覆层和/或下伏层可以是稍微渗透的。

[0032] ″地层流体″指的是存在于地层中的流体，其可以包括热解流体、合成气体、流动烃和水(蒸汽)。地层流体可以包括烃流体和非烃流体。术语″流动流体″是指含烃地层中的流体，其由于热处理地层而能够流动。″产出流体″是指从地层中移出的地层流体。

[0033] ″热源″是用于基本上通过热传导传递和/或热辐射传递向地层的至少一部分提供热量的任何系统。例如，热源可包括导电材料和/或电加热器，例如绝缘导线、细长部件、和/或设置在导管中的导体。热源还可以包括通过在地层外或在地层内燃烧燃料而产生热量的系统。该系统可以是地表燃烧器、井下气体燃烧器、无焰分布燃烧室和自然分布燃烧室。在有些实施例中，提供给一个或更多个热源或在一个或更多个热源中产生的热量可以由其它能源来供给。其它能源也可以直接加热地层，或者将能量供给至传递介质，由传递介质直接或间接加热地层。应当明白，向地层施加热量的一个或更多个热源可以使用不同的能源。因而，例如，对于给定的地层，有些热源可以从导电材料、电阻加热器供给热量，有些热源可以从燃烧提供热量，而有些热源可以从一个或更多个其他能源提供热量(例如化学反应、太阳能、风能、生物能量或其它再生能源)。化学反应可以包括放热反应(例如氧化反应)。热源还可以包括向紧邻和/或围绕加热位置、例如加热器井的区域提供热量的导电材料和/或加热器。

[0034] ″加热器″是用于在井中或井眼附近区域产生热量的任何系统或热源。加热器可以是电加热器、燃烧器、与地层中的或从地层产生的材料反应的燃烧室和/或它们的组合，但并不局限于这些。

[0035] ″烃″通常定义为主要由碳和氢原子形成的分子。烃还可以包括其它元素，例如卤素、金属元素、氮、氧和/或硫，但不局限于这些。烃可以是油母、沥青、焦性沥青、油、天然矿物蜡和沥青岩，但不局限于这些。烃可以位于地层的矿石中或其附近。母岩可以包括沉积岩、砂岩、沉积石英岩、碳酸盐岩、硅藻岩及其它多孔介质，但并不局限于这些。″烃流体″是包括烃的流体。烃流体可以包括、夹带或者被夹带在非烃流体中，非烃流体例如为氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、水和氨。

[0036] ″原地转化工艺″指的是从热源加热含烃地层以将至少一部分地层的温度升高到热解温度以上以便在地层中产生热解流体的工艺。

[0037] ″原地热处理工艺″指的是利用热源加热含烃地层以将至少一部分地层的温度升高到导致含烃材料的流体流动、减粘裂化、和/或热解的温度以上以便在地层中产生流动流体、减粘裂化流体、和/或热解流体的工艺。

[0038] ″绝缘导体″是指任何细长材料，该细长材料能够导电，并且它全部或部分地被电绝缘材料覆盖。

[0039] ″氮化物″是指氮与元素周期表中的一个或更多个其它元素的合成物。氮化物包括氮化硅、氮化硼或矾土氮化物，但并局限于这些。

[0040] ″钻孔″包括在导管、管、管道或其它流动路径的壁上的开口、狭缝、孔口或孔，其允许流体流入或流出所述导管、管、管道或其它流动路径。

[0041] ″热解″是指由于施加热量而使化学键断裂。例如，热解可以包括仅仅通过热量将合成物转换成一个或更多个其它物质。热量可以传递至一部分地层以引起热解。

[0042] ″热解流体″或″热解产品″是指基本上在烃热解期间所产生的流体。由热解反应所产生的流体可以与地层中的其它流体进行混合。混合物被认为是热解流体或热解产品。正如在此所使用的，″热解区域″是指起反应或进行反应以形成热解流体的地层体积(例如相对可渗透的层，如沥青砂地层)。

[0043] 层″厚度″是指层的横截面的厚度，其中横截面垂直于层的面。

[0044] 术语″井眼″是指通过钻进或把导管插入地层内所形成在地层中的孔。井眼可以具有基本上圆形横截面形状或其它横截面形状。正如在此所使用的，术语″井″和″开口″当关于地层中的开口时，它们可以与术语″井眼″互换地使用。

[0045] 可以以各种方式处理地层，以生产出许多不同的产品。

[0046] 在原地热处理工艺期间，可以使用不同的阶段或工序处理地层。在有些实施例中，用溶浸法开采地层的一个或更多个部分，以从该部分移除可溶性矿物。可以在原地热处理工艺之前、期间和/或之后，进行溶浸法开采矿物质。在有些实施例中，溶浸法开采的一个或更多个部分的平均温度可以保持在大约120℃以下。

[0047] 在有些实施例中，加热地层的一个或更多个部分，以从所述部分移除水和/或从所述部分移除甲烷及其它挥发性烃。在有些实施例中，在移除水和挥发性烃期间的平均温度可以从环境温度升高到大约220℃以下的温度。

[0048] 在有些实施例中，地层的一个或更多个部分被加热到允许地层中烃流动和/或减粘裂化的温度。在有些实施例中，地层的一个或更多个部分的平均温度升高到该部分中的烃的流动温度(例如，温度范围从100℃到250℃，从120℃到240℃，或者从150℃到230℃)。

[0049] 在有些实施例中，一个或更多个部分被加热到允许地层中热解反应的温度。在有些实施例中，地层的一个或更多个部分的平均温度升高到该部分中烃的热解温度(例如，温度范围从230℃到900℃，从240℃到400℃，或者从250℃到350℃)。

[0050] 通过使用多个热源加热含烃地层可以在热源周围建立热梯度，这些热源以所希望的加热速率使地层中烃的温度升高至所希望的温度。温度升高经过所希望的产品的流动温度范围和/或热解温度范围的速率可能会影响从含烃地层中产生的地层流体的质量和数量。将地层温度缓慢升高经过流动温度范围和/或热解温度范围，可允许从地层中产生高质量、依美国石油学会(API)标准的高重度的烃。将地层温度缓慢升高经过流动温度范围和/或热解温度范围，可允许移出存在于地层中的大量烃作为烃产品。

[0051] 在有些原地热处理实施例中，将地层的一部分加热到所希望的温度，而不是缓慢加热温度经过温度范围。在有些实施例中，所希望的温度为300℃、325℃或350℃。也可以选择其它温度作为所希望的温度。

[0052] 来自热源的热叠加，使得在地层中可以比较快速和有效地建立所希望的温度。从热源输入到地层中的能量可被调节，以使地层中的温度基本上保持在所希望的温度。

[0053] 流动产物和/或热解产物可以从地层经由生产井产生。在有些实施例中，一个或更多个部分的平均温度升高到流动温度，烃从生产井产生。在生产由于流动而减少到一选定值以下之后，可将一个或更多个部分的平均温度升高到热解温度。在有些实施例中，一个或更多个部分的平均温度可被升高至热解温度，在达到热解温度之前生产不明显。包括热解产物的地层流体可以通过生产井产出。

[0054] 在有些实施例中，在流动和/或热解之后，一个或更多个部分的平均温度可能升高至足以允许产生合成气体的温度。在有些实施例中，烃可能升高至足以允许合成气体生产的温度，在达到足以允许合成气体生产的温度之前，产量不明显。例如，在从大约400℃到大约1200℃、从大约500℃到大约1100℃或从大约550℃到大约1000℃的温度范围内可以产生合成气体。可以将合成气体生成流体(例如，蒸汽和/或水)引入到所述部分中以生成合成气体。合成气体可以由生产井产生。

[0055] 在原地热处理过程期间，可以进行溶浸开采、移除挥发性烃和水、使烃流动、使烃热分解、生成合成气体、和/或其它工序。在有些实施例中，有些工序可以在原地热处理工艺之后进行。这样的工序包括、但不限于：从处理部分回收热量、在之前处理的部分中储存流体(例如，水和/或烃)、和/或在之前处理的部分中隔离(sequestering)二氧化碳。

[0056] 图1描绘了用于处理含烃地层的原地热处理系统的一部分的实施例的示意图。原地热处理系统可包括隔离井200。隔离井用来在处理区域周围形成隔离。该隔离阻止流体流入和/或流出处理区域。隔离井包括脱水井、真空井、捕获井、注入井、灌浆井、凝固井或它们的组合，但并不局限于这些。在有些实施例中，隔离井200是脱水井。脱水井可以去除液态水和/或阻止液态水进入要被加热的一部分地层或正在被加热的一部分地层中。在图1所示的实施例中，所示的隔离井200只是沿着热源202的一侧延伸，但是，隔离井通常环绕在被用于或将被用于加热地层的处理区域的所有热源202周围。

[0057] 热源202放置在至少一部分地层中。热源202可以包括诸如绝缘导线、导管内置导体加热器、表面燃烧器、无焰分布燃烧室和/或自然分布燃烧室这样的加热器。热源202也可以包括其它类型的加热器。热源202向至少一部分地层提供热量，以加热地层中的烃。能量可以通过供给管线204供给至热源202。供给管线204的结构可以根据用于加热地层的热源类型的不同而不同。热源的供给管线204可以为电加热器传输电，可以为燃烧室输送燃料，或者可以输送在地层中循环的热交换流体。在有些实施例中，用于原地热处理工序的电能可由一个或更多个核电站提供。使用核电，允许减少或消除从原地热处理工序中排放的二氧化碳。

[0058] 当加热地层时，输入地层中的热量导致地层膨胀和地质力学运动。可以在脱水工序之前、同时或期间开启热源。计算机模拟可以建立地层对加热的响应的模型。可利用计算机模拟形成在地层中激活热源的模式和时序，以便使地层的地质力学运动不会不利地影响热源、生产井及地层中的其它设备的功能。

[0059] 加热地层可导致地层渗透率和/或孔隙度的增加。渗透率和/或孔隙度的增加可能是由地层中由于汽化以及水的移除、烃的移除和/或裂缝的形成导致质量减少而引起的。由于地层中渗透率和/或孔隙度的增加，流体在地层的受热部分中更容易流动。由于渗透率和/或孔隙度的增加，地层受热部分中的流体可以在地层中移动相当大的距离。该相当大的距离可能超过1000m，该距离取决于各种因素，例如地层的渗透率、流体的性质、地层的温度、和使流体运动的压力梯度。流体在地层中行进相当大的距离的能力允许生产井206在地层中较远地相间隔开来。

[0060] 生产井206用于从地层中开采地层流体。在有些实施例中，生产井206包括热源。生产井中的热源可以加热在生产井处或靠近生产井的地层的一个或更多个部分。在原地热处理工艺的有些实施例中，从生产井向地层供给的每米生产井热量值小于从加热地层的热源施加于地层的每米热源热量值。从生产井施加于地层的热量通过汽化并移除邻近于生产井的液相流体，和/或通过形成大裂纹和/或小裂纹而增加邻近于生产井的地层的渗透率，可以增加邻近于生产井的地层渗透率。

[0061] 也可以在生产井中设置多于一个的热源。当来自相邻热源的热叠加加热地层足以抵消通过利用生产井加热地层所提供的好处时，可以关掉生产井下部分中的热源。在有些实施例中，生产井上部分中的热源在生产井下部分中的热源停用之后可以继续开启。井上部分中的热源可以防止地层流体凝固和回流。

[0062] 在有些实施例中，生产井206中的热源允许从地层移除地层流体的汽相。在生产井处或通过生产井提供热量可用于：(1)在产出流体在紧邻上覆层的生产井中移动时阻止该开采流体凝固和/或回流，(2)增加输入到地层中的热量，(3)与没有热源的生产井相比，提高生产井的生产率，(4)阻止生产井中的高碳数合成物(C6及以上的烃)的凝固，和/或(5)增加生产井处或紧邻生产井的地层渗透率。

[0063] 地层中的地下压力可与地层中产生的流体压力相对应。随着地层受热部分中的温度的升高，受热部分中的压力由于原地流体的热膨胀、生成流体的增加以及水的汽化而升高。控制从地层移除的流体的流量可允许控制地层中的压力。地层中的压力可以在很多不同场所确定，例如生产井附近或生产井处、热源附近或热源处、或监测井处。

[0064] 在有些含烃地层中，从地层中生产烃受到限制，直到地层中的至少一部分烃已经流动和/或热解。当地层流体具有一选定性质时，地层流体可从地层中产出。在有些实施例中，选定量包括至少大约20°、30°或40°的API比重。直到至少一部分烃变得流动起来或被热解，抑制生产才可以加快重质烃向轻质烃的转化。抑制初期产量可使从地层产出的重质烃的量最小。生产大量重质烃可能需要昂贵的设备和/或缩短生产设备的寿命。

[0065] 在有些含烃地层中，在地层的受热部分中产生大的渗透率之前，地层中的烃可被加热到流动和/或热解温度。渗透率最初小，可以阻止将所生成的流体输送到生产井206。在最初加热期间，紧邻热源202的地层中的流体压力可以升高。升高的流体压力可以通过一个或更多个热源202释放、监测、改变、和/或控制。例如，选定的热源202或分开的减压井可以包括允许从地层移除一部分流体的卸压阀。

[0066] 在有些实施例中，虽然地层中可能不存在通向生产井206或任何其它压力降(pressure sink)的开口路径，但是可以允许通过地层中生成的流动流体、热解流体或其它流体的膨胀产生的压力升高。可以允许流体压力朝着岩石静压力升高。可以在流体接近岩石静压力时形成含烃地层中的裂缝。例如，可以从热源202到地层受热部分中的生产井206形成裂缝。受热部分中裂缝的生成可以释放该部分中的一部分压力。地层中的压力必须维持在一选定压力以下以防止不希望的生产，防止上覆层或下伏层产生裂缝，和/或防止地层中烃焦化。

[0067] 在达到流动和/或热解温度并允许从地层生产之后，可以改变地层中的压力，以改变和/或控制所产生的地层流体的组分，控制可凝固流体相对于地层流体中非凝固流体的百分比，和/或控制正在生成的地层流体的API比重。例如，降低压力可导致产生较大的可凝固流体组分。可凝固流体组分可包含较大百分比的烯烃。

[0068] 在原地热处理工艺的有些实施例中，地层中的压力可维持足够高，以加速API比重(API gravity)大于20°的地层流体的生产。在地层中维持升高的压力可以防止原地热处理期间的地层下沉。维持升高的压力可以减少或消除在地面压缩地层流体以将收集导管中的流体输送至处理设施的需要。

[0069] 令人惊讶的是，维持地层受热部分中升高的压力，可允许产出质量提高并具有较低分子量的大量烃。压力可以维持成使得产出的地层流体具有最小量的选定碳数以上的复合物。选定碳数可以是至多25、至多20、至多12或至多8。一些高碳数复合物可夹带在地层中的蒸汽中并且可随蒸汽一起从地层移出。维持地层中升高的压力可抑制高碳数复合物和/或多环碳氢复合物在蒸汽中的夹带。高碳数复合物和/或多环碳氢复合物可在地层中在相当长的时间保持为液相。所述相当长的时间可为复合物提供足够长的时间进行热解以形成低碳数复合物。

[0070] 较低分子量烃的生成被认为是部分由于一部分含烃地层中氢的自生和反应。例如，维持升高的压力可以迫使热解期间生成的氢进入地层中的液相。将该部分加热到热解温度范围内的一温度，可以热解地层中的烃，以生成液相热解流体。所生成的液相热解流体组分可以包括双链和/或基(radicals)。液相中的氢(H2)可以减少所生成的热解流体的双链，从而降低由所生成的热解流体聚合或形成长链复合物的潜在性。另外，H2也可以中和所生成的热解流体中的基。液相中的H2可以阻止所生成的热解流体彼此发生反应和/或与地层中的其它复合物发生反应。

[0071] 从生产井206产生的地层流体可通过收集管路208输送至处理设施210。地层流体也可以从热源202产生。例如，流体可以从热源202产生，以控制邻近热源的地层中的压力。从热源202产生的流体可通过管或管路输送至收集管路208，或者采出流体可通过管或管路直接输送至处理设施210。处理设施210可包括分离单元、反应单元、浓缩单元、燃料电池、涡轮机、储存容器和/或用于加工产出的地层流体的其它系统和单元。处理设施可以从由地层开采出来的至少一部分烃形成运输燃料。在有些实施例中，运输燃料可以是喷气燃料，诸如JP-8。

[0072] 可以使用绝缘导线作为加热器或热源的电加热器元件。绝缘导线可以包括由电绝缘体和外导电体(护套)围绕的内部导电体(芯部)。电绝缘体可以包括矿物绝缘(例如，氧化镁)或其它电绝缘。

[0073] 在某些实施例中，绝缘导线放置在含烃地层的开口中。在有些实施例中，绝缘导线放置在含烃地层的无套管开口中。将绝缘导线放置在含烃地层中的无套管开口中，可以允许通过辐射以及传导将热量从绝缘导线传递给地层。如果必要，利用无套管开口可有利于从井中取回绝缘导线。

[0074] 在有些实施例中，绝缘导线放置在地层中的套管内；可以粘结在地层内；或者可以用砂、碎石或其它填充材料封装在开口中。绝缘导线可以支撑在位于开口内的支撑部件上。支撑部件可以是缆绳、杆、或导管(例如管道)。支撑部件可以由金属、陶瓷、无机材料或者它们的组合制成。因为支撑部件的部分在使用期间可能暴露于地层流体和热量，所以支撑部件可以具有耐化学性和/或耐热性。

[0075] 系结、点焊、和/或其它类型的连接件可以用来在沿着绝缘导线长度的不同位置上将绝缘导线接合到支撑部件上。支撑部件可以在地层的上表面附着于井头。在有些实施例中，绝缘导线具有足够的结构强度，这样，不再需要支撑部件。在许多情况下，绝缘导线可以具有至少一定柔性，以防止遭受温度变化时引起的热膨胀损坏。

[0076] 在某些实施例中，绝缘导线被放置在井眼中，不使用支撑部件和/或定心器。不使用支撑部件和/或定心器的绝缘导线可以具有能够防止绝缘导线在使用期间发生故障的温度、耐腐蚀性、蠕变强度、长度、厚度(直径)和冶金学上的特性(metallurgy)的适当组合。

[0077] 图2描绘了绝缘导线212的实施例的端部分的透视图。绝缘导线212可以具有任何希望的横截面形状，例如、但不限于，圆形(如图2所示)、三角形、椭圆形、矩形、六边形或不规则形状。在某些实施例中，绝缘导线212包括芯部214、电绝缘体216和护套218。当电流流过芯部214时，芯部214通过电阻发热。交流电或时变电流和/或直流电可用来向芯部214提供电力，以使芯部通过电阻发热。

[0078] 在有些实施例中，电绝缘体216防止电流泄漏到护套218以及与护套产生电弧。电绝缘体216可以将芯部214中产生的热量热传导给护套218。护套218可以将热量辐射或传导给地层。在某些实施例中，绝缘导线212长度为1000m或更长。也可以使用更长或更短的绝缘导线以满足特定应用需要。可选择绝缘导线212的芯部214、电绝缘体216和护套218的尺寸，使得绝缘导线即使在工作温度上限下也具有足够自支撑的强度。这种绝缘导线可以悬挂于井头或者悬挂于位于上覆层与含烃地层之间的交接面附近的支撑件，不需要将支撑部件以及绝缘导线延伸到含烃地层中。

[0079] 绝缘导线212可设计成在高达大约1650瓦特/米或更高的电力水平下工作。在某些实施例中，绝缘导线212加热地层时在大约500瓦特/米到大约1150瓦特/米之间的电力水平下工作。绝缘导线212可设计成使得典型工作温度下的最高电压水平不会导致电绝缘体216的明显热击穿和/或电击穿。绝缘导线212可设计成使得护套218不会超过将导致护套材料的耐腐蚀性明显降低的温度。在某些实施例中，绝缘导线212可设计成达到范围在大约650℃到大约900℃之间的温度。也可以形成具有其它工作范围的绝缘导线以满足特定工作要求。

[0080] 图2描绘了具有单个芯部214的绝缘导线212。在有些实施例中，绝缘导线212具有两个或更多个芯部214。例如，单个绝缘导线可以具有三个芯部。芯部214可以由金属或另一种导电材料制成。用于形成芯部214的材料可以包括、但不局限于镍铬合金、铜、镍、碳钢、不锈钢以及它们的组合。在某些实施例中，选择芯部214的直径和在工作温度下的电阻，使得对于选定的每米功率损耗、加热器的长度、和/或芯部材料允许的最高电压，从欧姆定律导出的电阻使之电稳定且结构稳定。

[0081] 在有些实施例中，芯部214沿着绝缘导线212的长度由不同的材料制成。例如，芯部214的第一段可由电阻比芯部的第二段低得多的材料制成。第一段可以放置在一地层附件，该地层不需要加热到与邻近第二段的第二地层一样高的温度。芯部214的各段的电阻可以通过具有可变直径和/或通过具有由不同材料制成的芯部段来调节。

[0082] 电绝缘体216可以由各种材料制成，通常使用的粉末可以包括、但不限于MgO、Al2O3、BN、Si3N4、氧化锆、BeO、尖晶石的不同化学变形、以及它们的组合。MgO可以提供良好的导热性和电绝缘性。所希望的电绝缘性包括低漏电和高介电强度。低漏电减少了热击穿的可能性，高介电强度减少了在绝缘体上发生电弧的可能性。如果漏电导致绝缘体温度持续上升，可能发生热击穿，并且也可能导致绝缘体上发生电弧。

[0083] 护套218可以为外金属层或导电层。护套218可以与热的地层流体接触。护套218可以由在高温下具有高耐腐蚀性的材料制成。可用于护套216的所希望的工作温度范围的合金包括、但不限于304不锈钢、310不锈钢、 800、和 600(美国西弗吉尼亚州Huntington，Inco Alloys International)。护套216的厚度足够能够在热腐蚀环境中持续三年到十年。护套216的厚度一般可在大约1mm到大约2.5mm之间变化。例如，可以使用1.3mm的310不锈钢外层作为护套218，以在3年以上的时间内提供良好的对地层的受热区域中的硫蚀的耐化学性。为满足特定应用要求，也可以使用更厚或更薄的护套。

[0084] 一个或更多个绝缘导线可以放置在地层的开口内，以形成一个或更多个热源。可以使电流流过开口中的每个绝缘导线以加热地层。作为选择，也可以使电流流过开口中的选定绝缘导线。未使用的导线可用作备用加热器。绝缘导线可以以任何适当的方式电耦合于电源。绝缘导线的每个端部可以耦合于穿过井头的引入电缆(lead-in cables)。这种构造通常在热源底部附近具有180°弯弯折部(″发夹式″弯折部)或转向部。包括180°弯折部或转向部的绝缘导线不需要底部端子，但180°弯折部或转向部(turn)可能是加热器中的电和/或结构虚弱处。绝缘导线可以串联、并联、或串联和并联组合地电耦合在一起。在热源的一些实施例中，电流可以流入绝缘导线的导体，并通过使芯部214在热源底部连接于护套218(如图2所示)而流过绝缘导线的护套返回。

[0085] 在有些实施例中，三个绝缘导线212以三相Y形构造电耦合于电源。图3描绘了在地下地层的开口中以Y形构造耦合的三个绝缘导线的实施例。图4描绘了可从地层的开口220中移除的三个绝缘导线212的实施例。对Y形构造的三个绝缘导线来说，不需要底部连接。作为选择，Y形构造的全部三个绝缘导线也可以在开口底部附近连接在一起。可以在绝缘导线的加热部分的端部或者在绝缘导线的底部耦合于加热部分的冷插脚(低电阻部分)的端部直接进行连接。可以用绝缘体填充密封筒或环氧树脂填充筒进行底部连接。绝缘体可以具有与用作电绝缘的绝缘体相同的组分。

[0086] 图3和4中描绘的三个绝缘导线212可以利用定心器224耦合于支撑部件222。作为选择，绝缘导线212也可以利用金属条带直接捆扎到支撑部件222上。定心器224可以保持绝缘导线212在支撑部件222上的定位和/或防止绝缘导线212在支撑部件222上运动。定心器224可以由金属、陶瓷、或者它们的组合制成。金属可以是不锈钢或任何其它能够承受腐蚀高温环境的金属。在有些实施例中，定心器224为在小于大约6m的距离上焊接于支撑部件的弓形金属条带。用于定心器224的陶瓷可以是、但不局限于Al2O3、MgO、或另一种电绝缘体。定心器224可以保持绝缘导线212在支撑部件222上的定位，由此防止绝缘导线在其工作温度下运动。绝缘导线212也可以稍微有点柔性，以承受支撑部件222在加热期间的膨胀。

[0087] 支撑部件220、绝缘导线212和定心器224可以放置在烃层226中的开口220中。绝缘导线212而可利用冷插脚230耦合于底部导线接合处228。底部导线接合处228可将每个绝缘导线212彼此电耦合在一起。底部导线接合处228可以包括导电并且在开口220中出现的温度下不会熔化的材料。冷插脚230可以是其电阻比绝缘导线212低的绝缘导线。

[0088] 引入导线232可以耦合于井头234，以向绝缘导线212提供电力。引入导线232可以由电阻较低的导体制成，使得电流流过引入导线时产生较少的热量。在有些实施例中，引入导线为橡胶或聚合物隔离的铜绞线。在有些实施例中，引入导线为带有铜芯的矿物绝缘导线。引入导线232在地面236可通过位于上覆层238与地面236之间的密封法兰耦合于井头234。密封法兰可以阻止流体从开口220逸出到地面236。

[0089] 在某些实施例中，引入导线232利用过渡导线240耦合于绝缘导线212。过渡导线240可以是绝缘导线212的低电阻部分。过渡导线240可以被称为绝缘导线212的″冷插脚″。
过渡导线240可以设计成每单位长度损耗的电力为绝缘导线212的主要加热部分的单位长度中损耗的电力的大约十分之一到大约五分之一。过渡导线240通常可以为大约1.5m到大约15m之间，不过为满足特定应用需要，也可以使用更短或更长的长度。在一实施例中，过渡导线240的导体为铜。过渡导线240的电绝缘体可以是与主要加热部分中使用的相同类型的电绝缘体。过渡导线240的护套可以由耐腐蚀材料制成。

[0090] 在某些实施例中，过渡导线240通过接合头或其它耦合节耦合于引入导线232。接合头也可用来将过渡导线240耦合到绝缘导线212上。接合头承受等于目标区域工作温度的一半的温度。在许多情况下，接合头的电绝缘的密度应该足够高以承受所需的温度和工作电压。

[0091] 在有些实施例中，如图3所示，封装材料242放置在上覆层套管244和开口220之间。在有些实施例中，增强材料232可以将上覆层套管244固定于上覆层238。封装材料242可以阻止流体从开口220流到地面236。增强材料246可以包括，例如，混合有用于改善高温性能的石英粉、矿渣或硅粉、和/或及它们的混合物的G级或H级波特兰(Portland)水泥。在有些实施例中，增强材料246径向延伸从大约5cm到大约25cm的宽度。

[0092] 如图3和4所示，支撑部件222和引入导线232可以在地层的地面236处耦合于井头234。地面导线248可以围起增强材料246并耦合于井头234。在实施例中，地面导线可以在地层的开口内延伸至大约3m到大约515m的深度。作为选择，地面导线也可以在地层中延伸大约9m的深度。可以由电源向绝缘导线212供给电流，以在绝缘导线的电阻的作用下发热。三个绝缘导线212所产生的热量可以在开口220内传递，以加热至少一部分烃层226。

[0093] 绝缘导线212所产生的热量可以加热至少一部分含烃地层。在有些实施例中，热量基本上通过所产生的热量的辐射传递给地层。由于开口中存在气体，一些热量可以通过热传导或热对流传递。开口可以是无套管开口，如图3和4所示。无套管开口消除了与在地层上热粘结加热器有关的成本、与套管有关的成本、和/或在开口内封装加热器的成本。另外，辐射传热通常比热传导更有效，所以加热器可以在较低温度下在裸孔井眼中操作。热源运行初期的热传导可以通过在开口中添加气体来加强。气体可以维持在高达大约27巴的绝对压力下。该气体可以包括、但不限于二氧化碳和/或氦。有利的是，裸孔井眼中的绝缘导线加热器可以自由地膨胀或收缩，以适应热膨胀及热收缩。有利的是，绝缘导线加热器可以从裸孔井眼中移除或重新部署。

[0094] 在某些实施例中，绝缘导线加热组件利用一线轴组件安装或移除。多于一个的线轴组件可用来同时安装绝缘导线和支撑部件。作为选择，支撑部件也可以利用盘管式单元安装。在支撑件插入到井中时，加热器可以开卷并连接于支撑件。电加热器和支撑部件可以从线轴组件上开卷。隔离件可以沿着支撑部件的一定长度耦合于支撑部件和加热器。对于附加的电加热器元件，可以使用附加的线轴组件。

[0095] 限温加热器可以具有多种构造，和/或可以包括在某些温度下为加热器提供自动温度限制特性的材料。限温加热器的例子可以在下列专利中找到：Wellington等的美国专利号6,688,387；Sumnu-Dindoruk等的美国专利号6,991,036；Karanikas等的美国专利号6,698,515；Wellington等的美国专利号6,880,633；Rouffignac等的美国专利号6,782,947；
Vinegar等的美国专利号6,991,045；Vinegar等的美国专利号7,073,578；Vinegar等的美国专利号7,121,342；Fairbanks的美国专利号7,320,364；McKinzie等的美国专利号7,527,
094；Mo等的美国专利号7,584,789；Hinson等的美国专利号7,533,719；Miller的美国专利号7,562,707；Vinegar等的美国专利申请公开号2009-0071652；Burns等的美国专利申请公开号2009-0189617；Prince-Wright等的美国专利申请公开号2010-0071903；以及Nguyen等的美国专利申请公开号2010-0096137。限温加热器的尺寸设计成能利用交流频率(例如
60Hz AC)或利用调制直流电流工作。

[0096] 在某些实施例中，铁磁材料被用于限温加热器中。铁磁材料可以将温度自我限制在材料的居里温度下或附近和/或相变温度范围，以在对材料施加时变电流时提供减少的热量。在某些实施例中，铁磁材料将限温加热器的温度自我限制在一选定温度，所述选定温度大致为居里温度和/或在相变温度范围内。在某些实施例中，选定温度在居里温度和/或相变温度范围的大约35℃之内、大约25℃之内、大约20℃之内或大约10℃之内。在某些实施例中，铁磁材料与其它材料(例如高导材料、高强度材料、耐腐蚀材料或它们的组合)相结合，以提供各种电气性能和/或机械性能。限温加热器的某些部分所具有的电阻可比限温加热器的其它部分要低(这是由不同几何形状和/或利用不同的铁磁材料和/或非铁磁材料造成的)。使限温加热器的某些部分具有各种材料和/或尺寸，允许定制由加热器的每个部分输出所希望的热量。

[0097] 限温加热器可能比其它加热器更可靠。限温加热器不易于因地层中的热点而损坏或发生故障。在有些实施例中，限温加热器可以基本上均匀地加热地层。在有些实施例中，限温加热器通过沿加热器的整个长度以较高的平均热量输出进行操作，从而能够更有效地加热地层。限温加热器沿加热器的整个长度以较高的平均热量输出进行操作，这是因为如果沿着加热器任意点的温度超过或即将超过加热器的最高工作温度，那么针对整个加热器而言，供给至加热器的功率无需减少，而对于典型的恒定瓦数的加热器却必须减少供给至加热器的功率。从接近加热器的居里温度和/或相变温度范围的限温加热器的部分输出的热量自动减少，无需对施加给加热器的时变电流进行受控调节。由于限温加热器各部分的电气性能(例如电阻)方面的变化，热量输出会自动减少。因而，在加热工艺的大部分过程中，限温加热器能提供更大的功率。

[0098] 在某些实施例中，包括限温加热器的系统最初提供第一热量输出，然后当限温加热器由时变电流激励时，在加热器的电阻部分的居里温度和/或相变温度范围附近、之处或之上提供减少的(第二)热量输出。第一热量输出是一定温度时的热量输出，限温加热器在低于所述一定温度时开始自我限制。在有些实施例中，第一热量输出是在温度低于限温加热器中铁磁材料的居里温度和/或相变温度范围大约50℃、大约75℃、大约100℃或大约125℃下的热量输出。

[0099] 限温加热器可以由在井头供给的时变电流(交流电或调制直流电)激励。井头可以包括电源和其它用于向限温加热器供电的部件(例如调制部件、转换器和/或电容器)。限温加热器可以是用于加热一部分地层的许多加热器之一。

[0100] 在某些实施例中，温度限制加热器包括导体，当向该导体施加随时间变化的电流时，该导体就作为一种集肤效应加热器或邻近效应加热器操作。集肤效应限制电流渗透到该导体内的深度。对于铁磁材料而言，集肤效应受导体的导磁率支配。铁磁材料的相对导磁率典型在10到1000之间(例如，铁磁材料的相对导磁率典型至少为10，可以至少为50、100、500、1000或更多)。随着铁磁材料的温度升高到居里温度或相变温度范围之上和/或随着所施加的电流的增大，铁磁材料的导磁率显著减小，集肤深度快速增大(例如，集肤深度以导磁率的负二次方根增大)。导磁率的减小导致在居里温度或相变温度范围附近、之处或以上，和/或随着所施加的电流的增大，导体的交流电阻或调制直流电阻减小。当温度限制加热器由基本上恒流的电源供电时，加热器的接近、达到或高于居里温度和/或相变温度范围的部分可以减少散热。不在居里温度和/或相变温度范围之处或附近的限温加热器的部分可以由集肤效应加热支配，这允许加热器由于较高电阻负荷而具有高散热。

[0101] 利用限温加热器加热地层中的烃的优点在于，导线被选择成具有在所希望的工作温度范围内的居里温度和/或相变温度范围。在所希望的工作温度范围内运行允许大量的热被喷射到地层中，同时把限温加热器和其它设备的温度保持在设计极限温度以下。设计极限温度是指在这些温度时诸如腐蚀、蠕变和/或变形的性能会受到不利的影响的温度。限温加热器的温度限制性能阻止邻近地层中低导热率″热点″的加热器过热或烧坏。在有些实施例中，温度限制加热器能降低或控制热量输出和/或承受温度高于25℃、37℃、100℃、250℃、500℃、700℃、800℃、900℃或高达1131℃的热量，这取决于加热器中所使用的材料。

[0102] 与恒定瓦特数的加热器相比，限温加热器允许更多的热量喷射到地层内，这是因为输入到限温加热器中的能量无需被限制成适应邻近加热器的低导热率区域。例如，在Green River油页岩中，最低富油页岩层和最高富油页岩层的导热率存在至少三分之一的差别。当加热这种地层时，与在低导热率层中由温度限制的传统加热器相比，用限温加热器可以将更多的热量传递给地层。沿着传统加热器整个长度的热量输出需要适应低导热率层，以便使加热器在低导热率层不会过热和烧坏。对于限温加热器而言，邻近高温下的低导热率层的热量输出将减少，但不处于高温的限温加热器的其余部分仍然会提供高的热量输出。因为用于加热含烃地层的加热器通常具有长的长度(例如至少10m、100m、300m、500m、1km或以上直至大约10km)，所以，限温加热器的大部分长度可在居里温度和/或相变温度范围以下工作，而只有一少部分在限温加热器的居里温度和/或相变温度范围处或其附近工作。

[0103] 限温加热器的使用使得能够高效地向地层传递热量。通过高效地传递热量，可以减少把地层加热至所希望的温度所需要的时间。例如，在Green River油页岩中，当利用采用传统恒定瓦特数加热器隔开的12m加热器井时，热解通常需要加热9.5年到10年的时间。对于相同的加热器间隔，限温加热器可具有较大的平均热量输出，同时把加热器设备的温度保持在设备设计极限温度以下。由于限温加热器所提供的平均热量输出要比恒定瓦特数加热器所提供的平均热量输出大，地层中的热解可以在更早的时间发生。例如，在Green River油页岩中，利用带有12m加热器井间隔的限温加热器，可以在5年内出现热解。由于井间距不精确，或者钻井时加热井靠得太近，限温加热器抵消热点。在某些实施例中，对于间隔太远的加热井而言，限温加热器允许长时间地增大功率输出，或者对于间隔太近的加热井而言，允许限制功率输出。限温加热器还在邻近上覆层和下伏层的区域提供更大的功率，以补偿这些区域中的温度损失。

[0104] 有利的是，限温加热器可以用于许多类型的地层中。例如，在沥青砂地层或相对渗透的含重质烃地层中，限温加热器可用来提供可控制的低温输出，以便减小流体粘度，使流体流动，和/或增强井眼处或其附近或者地层中流体的径向流动。限温加热器可以用来阻止由于地层的井眼附近区域过热而引起过多的焦炭形成。

[0105] 在有些实施例中，使用限温加热器可以消除或减少对昂贵温度控制回路的需要。例如，使用限温加热器，可以消除或减少对执行温度测量的需要和/或在加热器上利用固定热电偶以监测热点处的潜在过热的需要。

[0106] 限温加热器可用于导管内置导体加热器(conductor-in-conduit)中。在导管内置导体加热器的有些实施例中，大部分电阻热在导体中产生，热量通过辐射、传导和/或对流传递给导管。在导管内置导体加热器的有些实施例中，大部分电阻热在导管中产生。

[0107] 在有些实施例中，在高达铁磁导体的居里温度处或附近和/或相变温度范围的温度下，使用较薄导电层提供限温加热器的大部分电阻热量输出。这种限温加热器可用作绝缘导线加热器中的加热部件。绝缘导线加热器的加热部件可以位于鞘内部，鞘与加热部件之间设有绝缘层。

[0108] 在某些实施例中使用矿物质绝缘(MI)电缆(绝缘导线)向带有上覆层的地下地层提供热量。为避免在上覆层中加热(以及为避免在上覆层中浪费热能成本)，通常在上覆层中使用带有导电芯(例如铜芯)的绝缘导线。由于采用铜芯，上覆层中的铜芯绝缘导线几乎不向上覆层提供任何热量。因为当将加热绝缘导线的芯部与上覆层绝缘导线的芯部焊接在一起时，所述芯部通常不能很好地匹配，所以将铜芯绝缘导线耦合到加热绝缘导线上(含烃层中使用的绝缘导线的加热部分)可能很困难。通常，在上覆层绝缘导线与加热绝缘导线之间耦合一过渡绝缘导线。过渡绝缘导线的芯部通常桥接上覆层中的其它芯部和加热部分之间的材料空隙。

[0109] 通常，在上覆层绝缘导线和加热绝缘导线之间耦合过渡绝缘导线需要将绝缘导线的各个部分焊接在一起，包括将不同绝缘导线部分的鞘(护套)联接在一起的外部焊接。但是，这种外部焊接不适于缠绕或其它加热器安装或运输技术。

[0110] 另外，绝缘导线芯部之间的某些联接(焊接)技术在轧制加工(例如，绝缘导线外径的冷加工或缩减)过程中会在接头(joints)处产生颈缩或隆起。颈缩或隆起导致接头的外径发生变化，联接的绝缘导线没有平滑的外表面。隆起可能是由于相联的绝缘导线芯部之间的强度不同引起的，有时候，也可能是焊接填料引起的。例如，用铜镍焊接填料将碳钢芯部焊接到铜芯部上，就会导致在轧制加工期间产生隆起。隆起的绝缘导线不适于缠绕，而且在地下地层使用期间可能引起机械或电气问题。

[0111] 为防止隆起产生，焊接填料可以是桥接材料之间不同强度的材料(焊接填料处于相联芯部的材料强度之间)。在某些实施例中，焊接填料与相联的任一材料的强度失配小于约20％。例如，10％镍/90％铜(按重量计)的焊接填料可以在纯铜芯材料强度的20％以内以及在Allov180芯材料(28％镍/72％铜，按重量计)强度的20％以内。通常，焊接填料尽可能地接近纯铜(用于上覆层中的纯铜)，同时仍然可焊接到用于所述加热绝缘导线的芯部的材料上。使用这种焊接填料，能够防止绝缘导线的接头产生隆起或扭结，并允许卷绕整个绝缘导线组件(该组件包括上覆层部分、加热部分和所需的任何过渡部分)。

[0112] 在有些实施例中，上覆层绝缘导线和加热绝缘导线具有不同直径的芯部。这些芯部的直径取决于加热绝缘导线中所需的加热量以及施加于绝缘导线组件的电压。所希望的是，上覆层芯部直径尽可能地大，以防止在上覆层中任何形式的加热(能量损失或消耗电流)。因而，上覆层绝缘导线的芯部可以比所述加热绝缘导线的芯部大。芯部尺寸不同的绝缘导线可能很难联接，有时候，可能需要联接不同外径的绝缘导线以补偿不同尺寸的芯部。但是，联接不同外径的绝缘导线对卷绕绝缘导线组件是不希望的。

[0113] 在某些实施例中，芯部尺寸不同的绝缘导线与单独的接合部件相联在一起(接合)。单独的接合部件可以具有比任一绝缘导线大的外径。因为单独的接合部件具有大的外径，所以，由于单独的接合部件的拉紧极限的原因，单独的接合部件可以限制整个加热器的弯曲半径。所以，由于直径大，单独的接合部件的拉紧极限通常比绝缘导线的拉紧极限低。因而，带有单独的接合部件的加热器必须卷绕在较大直径的卷轴上，以防止接合部件过度拉紧。因而，需要这种允许联接(耦合)不同芯部直径的绝缘导线、同时保持连续的外径(鞘直径)的接合部(耦合节)。

[0114] 图5描绘了用于联接绝缘导线212的上覆层部分212A和加热部分212B的耦合节258的实施例的侧视图，所述上覆层部分和加热部分的芯部214A、214B具有大体上相同的直径。Coles等的美国专利公开号2011-0124228和2012-0090174中提供了耦合/接合技术的其它例子。如图5所示，芯部214A和芯部214B具有大体上相同的直径，但由不同的材料制成。例如，芯部214A可以由诸如铜的高导电金属制成，芯部214B由诸如Alloy 180的电阻发热材料或另外的铁磁材料制成。芯部214A、214B可以通过例如熔焊或钎焊联接。在有些实施例中，这里所述的焊接填料用来参加芯部214A、214B的联接。

[0115] 通过利用大体上相同直径的芯部214A、214B，允许电绝缘体216A、216B和护套218的尺寸大体上相同。在某些实施例中，护套218为沿着绝缘导线212的长度的连续的护套。绝缘导线212可以为连续的、大体上恒定直径的绝缘导线，上覆层部分212A和加热部分212B具有大体上相同的外径。但是，与较大直径的芯部相比，使用与芯部214B直径相同的芯部214A，会增大上覆层部分212A中的能量损失。较大直径的芯部，由于在上覆层部分212A提供了较小的电阻(传导性更大)，会减少能量损失(减小电流消耗)。较小能量损失的较大直径芯部尤其对于较长的上覆层部分(例如大约50m或更长的长度)更重要。因而，所希望的是，提供一种在护套内带有不同尺寸芯部的具有连续外径的绝缘导线212(护套218具有连续外径)。

[0116] 图6描绘了用于联接绝缘导线212的上覆层部分212A和绝缘导线的加热部分212B的耦合节的实施例的侧视图，上覆层部分带有较大直径芯部，加热部分带有较小直径芯部。耦合节258′可以在连续护套218内部联接芯部214A和芯部214B。芯部214A可以是用于绝缘导线212的上覆层部分212A的芯部。例如，芯部214A可以为铜芯。芯部214B可以是用于绝缘导线212的加热部分212B的芯部。芯部214B可以是例如Alloy 180或另一铁磁材料。在有些实施例中，芯部214B可以是用于绝缘导线212的过渡部分的芯部(该过渡部分位于绝缘导线的上覆层部分和加热部分之间)。护套218可以是不锈钢(例如304不锈钢)或另一适合的护套材料。

[0117] 在某些实施例中，芯部214A利用例如使用在此所述的焊接填料的焊接工序联接到芯部214B上。在有些实施例中，芯部214A压配合到芯部214B上。芯部214B可以具有比芯部214A更小的直径，如图6所示。例如，芯部214B可以比芯部214A的直径小大约1/2、1/3、1/4或更小。

[0118] 由于芯部214A和芯部214B之间直径不同，芯部214A周围的电绝缘体216A的厚度与芯部214B周围的电绝缘体216B的厚度不同，以维持护套218的连续直径。电绝缘体216A和/或电绝缘体216B可以由电绝缘材料块制成。在某些实施例中，如图6所示，电绝缘体216A延伸到芯部214A的端部之外，并与芯部214B的端部搭叠。电绝缘体216A的搭叠在电绝缘体216B与芯部214A之间形成空隙260。在某些实施例中，空隙260的长度为大约1″(大约
2.5cm)。在有些实施例中，空隙260的长度在大约0.25″(大约0.6cm)到大约2″(大约5cm)之间，或者在大约0.5″(大约1.2cm)到大约1.5″(大约3.8cm)之间。

[0119] 在某些实施例中，在压实和/或加热绝缘导线组件期间，空隙260至少部分地填充电绝缘体材料。在有些实施例中，在压实和/或加热绝缘导线组件期间，空隙260大体上完全地填充电绝缘体材料。例如，当绝缘导线组件的外径在冷加工工序和/或退火工序期间减小时，电绝缘体216A和/或电绝缘体216B将流动并填充空隙260。电绝缘体材料填充空隙260的量取决于绝缘导线组件的压实量和/或退火工序的时间和温度。

[0120] 在有些实施例中，填充空隙260的电绝缘体不与绝缘导线组件的其它部分中的电绝缘体一样压实。因而，空隙260可具有略大的孔隙容积，并且具有不希望的电绝缘性能。但是，耦合节258′适合用于绝缘导线组件，这是因为耦合节长度比绝缘导线组件的其余部分短，耦合节处的低电绝缘性不会不利地影响绝缘导线组件的总体工作。

[0121] 图7描绘了用于联接绝缘导线212的上覆层部分212A和绝缘导线的加热部分212B的耦合节的另一实施例的侧视图，上覆层部分212A带有较大直径芯部，加热部分212B带有较小直径芯部。在某些实施例中，耦合节258″利用过渡部分212C、212D将上覆层部分212A联接到加热部分212B上，以形成绝缘导线212。上覆层部分212A的芯部214A具有所希望的直径，以使在上覆层部分中的能量损失最小。加热部分212B的芯部214B具有所希望的直径，用于向地下地层(例如含烃地层)提供热量。在某些实施例中，芯部214A为铜，芯部214B为Alloy 180或另一铁磁材料。

[0122] 在某些实施例中，过渡部分212C的芯部214C和/或过渡部分212D的芯部214D采用与上覆层部分212A的芯部214A相同的材料。例如，芯部214A、214C、214D可以为铜芯。因而，可以利用联接相同材料的传统技术(例如铜铜焊接技术)联接芯部214A、214C、214D。可以利用在此所述的用于联接不同材料的技术(例如利用在此所述的焊接填料)将芯部214D联接到芯部214B上。

[0123] 在某些实施例中，芯部214C沿着其长度的一部分，从较大直径渐缩至较小直径。例如，芯部214C可以从芯部214A的直径渐缩至芯部214D的直径，所述芯部214D具有与芯部214B大体相同的直径。因而，芯部214C从上覆层部分212A中的芯部214A的直径过渡到加热部分212B中的芯部214B。芯部214C的渐缩可以通过例如机加工、通过模具拉延、或用于渐缩铜或类似材料的其它已知技术形成。芯部214C的渐缩部的长度可以根据需要选择成芯部的总长度的一部分。在一个实施例中，芯部214C的长度大约为5英尺(大约1.5m)。在这样的实施例中，芯部214C的渐缩部的长度可以为例如，大约3″(大约7.6cm)、大约6″(大约15.2cm)、或大约12″(大约30.5cm)。但是，芯部214C的长度和减缩部的长度可以根据例如绝缘导线
212的总长度和/或绝缘导线的上覆层部分、加热部分、和/或过渡部分的所希望的性能而变化。

[0124] 芯部214C的较小直径端联接(例如，焊接)到芯部214D上。在两个芯部的接合处，这两个芯部具有大体上相同的直径。电绝缘体216A和电绝缘体216B可以放置在护套218内部的芯部周围。因为电绝缘体216A放置在较大直径芯部周围，而电绝缘体216B放置在较小直径芯部周围，所以电绝缘体216A的直径可以比电绝缘体216B小。在有些实施例中，电绝缘体216A放置成直至芯部214C和芯部214D之间的接合处或接合处附近。同样，电绝缘体216B放置成直至芯部214C和芯部214D之间的接合处或接合处附近。在某些实施例中，如图7所示，电绝缘体216A延伸到芯部214C的端部之外，并与芯部214D的端部搭叠。由于214C的渐缩，在芯部214C和芯部214D之间的接合处或接合处附近形成空隙260。正如上面有关图6所示的实施例所述的，在压实和/或加热绝缘导线组件期间，空隙260可以至少部分地填充电绝缘体材料。

[0125] 因为过渡部分212C的尺寸变化(例如芯部直径)，在过渡部分212C中可能存在电场密集处。所希望的是，这样的电场密集处出现在绝缘导线212的″温的″部分中，而不是出现在像加热部分212B一样的″热的″部分中。过渡部分212D可以在加热部分212B与过渡部分212C(芯部尺寸(直径)改变的部位)之间提供一过渡。由于在过渡部分212D的芯部中使用了铜(或类似的导电材料)，过渡部分212D在热的加热部分212B和过渡部分212C之间提供了温的过渡。因而，在过渡部分212C出现尺寸改变之前，来自加热部分212B的热量就沿着过渡部分212D消散了。

[0126] 在有些实施例中，过渡部分212D的长度大约为40英尺(大约12m)。但是，过渡部分212D的长度可以根据例如绝缘导线212的总长度、加热部分212B中的热量输出、和/或绝缘导线的任意部分212A、212B、212C、212D中的组分的其它机械或电气性能而变化。

[0127] 在绝缘导线组件中，使用耦合节258′或耦合节258″将上覆层部分联接到过渡部分或加热部分，允许提供连续外径的绝缘导线组件，绝缘导线的上覆层部分中带有较大的导线。上覆层部分中较大的导线使上覆层中的能量损失和/或消耗电流最小。通过消除单独的外部耦合部件的需要，耦合节258′和耦合节258″改善了绝缘导线的可靠性。通过消除单独的耦合部件的成本和/或缩短用于绝缘导线的组装时间，耦合节258′和耦合节258″还可以降低用于绝缘导线的总体成本。用于绝缘导线的组装时间的缩短是因为消除了单独的耦合部件的需要，和/或是因为耦合节258′和/或耦合节258″的使用允许利用当前的制造工序只需进行较小的调整就可以制成绝缘导线。连续外径绝缘导线组件可以卷绕到较小直径线轴上，线轴的尺寸是基于绝缘导线的拉紧极限，而不是耦合节(接合头)的拉紧极限。绝缘导线可以从较小直径的线轴容易地安装在地下地层的开口内。

[0128] 应当明白，本发明不局限于所述的特定系统，所述系统当然是可以变化的。还应当明白，在此使用的术语仅是为了描述特定实施例，不应认为是限制。本说明书中所使用的单数形式″一″、″一个″和″该″包括多个对象，除非另有上下文清楚地指明。因而，例如，″一芯部″的引用包括两个或更多个芯部的组合，″一材料″的引用包括材料的混合物。

[0129] 鉴于该说明书，本发明各个方面的进一步改进和替换实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，该说明书只是解释性的，其目的是用来教导本领域技术人员执行本发明的一般方式。应当明白，这里所示的和所描述的本发明的这些形式作为目前优选的实施例。元件和材料可以用这里所示的以及所描述的这些来替换，零件和流程可以颠倒，本发明的某些特征可以独立使用，在阅读了本发明的说明书之后，所有这些对本领域技术人员来说都是显而易见的。在没有脱离下列权利要求书中所述的本发明的精神和范围的情况下，可以对在此所述的元件进行改变。