RU2570508C2

RU2570508C2 - Insulating blocks and methods of their installation in heaters with insulated conductor

Info

Publication number: RU2570508C2
Application number: RU2012147630/07A
Authority: RU
Inventors: Роналд Маршалл Басс; Роберт Гай ХАРЛИ; Юстин Майкл НОЭЛЬ; Роберт Энтони ШЭФЕР
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2015-12-10
Also published as: JP2013524056A; WO2011127257A1; CN102844520A; WO2011127275A1; CA2793627C; CN102844520B; EP2556210A1; CA2794689A1; EP2556208A1; EP2556721A4; AU2011237479B2; AU2011237617A1; AU2011237479A1; AU2011237476B2; EP2556721A1; AU2011237476A1; CN102884279A; JP2013524465A; CA2794569A1; RU2012147630A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to the heater with the isolated conductor containing the electric conductor which generates heat being supplied by electric current. The electric insulator, at least, partially surrounds the electric conductor. The resistivity of the electric insulator remains, in essence, constant or increases in time with the generation of heat by the electric conductor. The external electric insulator, at least, partially surrounds the electric conductor.

EFFECT: improved reliability.

17 cl, 12 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к системам и способам, применяемым для нагрева подземного пласта. Конкретнее, изобретение относится к системам и способам, применяемым для нагрева подземного углеводородосодержащего пласта.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to systems and methods used to heat an underground formation. More specifically, the invention relates to systems and methods used to heat an underground hydrocarbon containing formation.

Уровень техникиState of the art

Углеводороды, добытые из подземных пластов, обычно используются в качестве энергетических ресурсов, в качестве сырья для промышленности и в производстве потребительских товаров. Озабоченность по поводу истощения доступных углеводородных ресурсов и снижения общего качества добываемых углеводородов привела к разработке способов более эффективной добычи, обработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. В настоящее время могут применяться способы добычи in situ углеводородных материалов из подземных пластов, недоступных прежде, и/или из которых извлечение углеводородных материалов было слишком дорогим при использовании имеющихся способов. Чтобы облегчить извлечение углеводородного материала из подземных пластов и/или повысить качество углеводородного материала может потребоваться изменение химических и/или физических свойств углеводородных материалов внутри подземного пласта. Изменения химических и физических свойств углеводородных материалов могут происходить в результате реакций in situ, которые вызывают образование извлекаемых флюидов, изменение состава, изменение растворимости, изменение плотности, фазовые изменения и/или изменение вязкости углеводородных материалов в пласте.Hydrocarbons mined from underground formations are commonly used as energy resources, as raw materials for industry and in the production of consumer goods. Concern over the depletion of available hydrocarbon resources and a decrease in the overall quality of produced hydrocarbons has led to the development of methods for more efficient production, processing and / or use of available hydrocarbon resources. Currently, methods for in situ production of hydrocarbon materials from subterranean formations not previously available and / or from which the extraction of hydrocarbon materials were too expensive using existing methods can be applied. To facilitate the extraction of hydrocarbon material from the subterranean formations and / or to improve the quality of the hydrocarbon material, a change in the chemical and / or physical properties of the hydrocarbon materials within the subterranean formation may be required. Changes in the chemical and physical properties of hydrocarbon materials can occur as a result of in situ reactions that cause the formation of recoverable fluids, changes in composition, changes in solubility, changes in density, phase changes and / or changes in the viscosity of hydrocarbon materials in the formation.

Для осуществления способа нагрева in situ подземного пласта в стволах скважин устанавливают нагреватели. Имеется множество различных типов нагревателей, которые могут использоваться для нагрева пласта. Примеры способов нагрева in situ, при осуществлении которых используются скважинные нагреватели, представлены в документах US 2,634,961 (Ljungstrom); US 2,732,195 (Ljungstrom); US 2,780,450 (Ljungstrom); US 2,789,805 (Ljungstrom); US 2,923,535 (Ljungstrom); US 4,886,118 (Van Meurs и др.); и US 6,688,387 (Wellington и др.).To implement the method of in situ heating of an underground formation, heaters are installed in the wellbores. There are many different types of heaters that can be used to heat the formation. Examples of in situ heating methods using borehole heaters are provided in US Pat. No. 2,634,961 (Ljungstrom); US 2,732,195 (Ljungstrom); US 2,780,450 (Ljungstrom); US 2,789,805 (Ljungstrom); US 2,923,535 (Ljungstrom); US 4,886,118 (Van Meurs et al.); and US 6,688,387 (Wellington et al.).

Кабели с неорганической изоляцией (Ml) (изолированные проводники), используемые при нагреве подземного пласта, например, углеводородосодержащего пласта, являются более длинными, могут иметь увеличенный наружный диаметр и могут работать при более высоких напряжениях и температурах, нетипичных для промышленных кабелей с неорганической изоляцией (Ml). При изготовлении и/или сборке длинномерных изолированных проводников существует множество потенциальных проблем.Inorganic insulation (Ml) cables (insulated conductors) used to heat an underground formation, such as a hydrocarbon containing formation, are longer, may have an increased outer diameter, and may operate at higher voltages and temperatures that are not typical for industrial cables with inorganic insulation ( Ml). In the manufacture and / or assembly of long insulated conductors, there are many potential problems.

Например, существуют потенциальные электрические и/или механические проблемы, связанные с ухудшением с течением времени характеристик электрического изолятора, используемого в изолированном проводнике. Также при сборке нагревателя с изолированным проводником существуют связанные с электрическими изоляторами потенциальные проблемы, которые необходимо преодолеть. При сборке нагревателя с изолированным проводником могут возникнуть проблемы, например, выгибание сердечника или другие механические дефекты. Подобные явления' могут вызвать электрические неисправности при эксплуатации нагревателя и могут представлять потенциальную угрозу функциональности нагревателя.For example, there are potential electrical and / or mechanical problems associated with the degradation of the performance of an electrical insulator used in an insulated conductor over time. Also, when assembling a heater with an insulated conductor, there are potential problems associated with electrical insulators that must be overcome. When assembling a heater with an insulated conductor, problems can occur, for example, core bending or other mechanical defects. Such phenomena can cause electrical malfunctions during operation of the heater and may pose a potential threat to the functionality of the heater.

Кроме того, могут создаваться проблемы, связанные с увеличенным механическим напряжением на изолированных проводниках во время сборки и/или установки изолированных проводников в подземный пласт. Например, при намотке изолированных проводников на катушки и размотке изолированных проводников с катушек, используемых для транспортировки и установки изолированных проводников, на электрических изоляторах и/или других компонентах изолированных проводников могут возникнуть механические напряжения. Таким образом, существует необходимость в более надежных системах и способах, позволяющих минимизировать или устранить потенциальные проблемы во время изготовления, сборки и/или установки изолированных проводников.In addition, problems associated with increased mechanical stress on insulated conductors during the assembly and / or installation of insulated conductors in an underground formation may be created. For example, when winding insulated conductors on coils and unwinding insulated conductors from coils used to transport and install insulated conductors, mechanical stresses can occur on electrical insulators and / or other components of insulated conductors. Thus, there is a need for more reliable systems and methods to minimize or eliminate potential problems during the manufacture, assembly and / or installation of insulated conductors.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Представленные в описании варианты осуществления изобретения, в общем, относятся к системам, способам и нагревателям для обработки подземного пласта. Описанные здесь варианты осуществления изобретения, в основном, относятся к нагревателям с усовершенствованными компонентами. Для изготовления указанных нагревателей могут быть использованы представленные в описании системы и способы.The embodiments of the invention described herein generally relate to systems, methods, and heaters for treating an underground formation. Embodiments of the invention described herein generally relate to heaters with advanced components. For the manufacture of these heaters can be used presented in the description of the system and methods.

В определенных вариантах осуществления изобретения предлагается одна или несколько систем, способов и/или нагревателей. В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагаются системы, способы и/или нагреватели, предназначенные для обработки подземного пласта.In certain embodiments of the invention, one or more systems, methods, and / or heaters are provided. In some embodiments, systems, methods, and / or heaters are provided for treating a subterranean formation.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения нагреватель с изолированным проводником содержит: электрический проводник, предназначенный для выработки тепла при подаче к нему электрического тока; электрический изолятор, окружающий электрический проводник, по меньшей мере, частично, при этом удельное сопротивление электрического изолятора остается, по существу, постоянным или увеличивается со временем в процессе выработки электрическим проводником тепла; а также содержит наружный электрический проводник, окружающий электрический изолятор, по меньшей мере, частично.According to certain embodiments of the invention, an insulated conductor heater comprises: an electrical conductor for generating heat by supplying electric current thereto; an electrical insulator surrounding the electrical conductor, at least in part, wherein the resistivity of the electrical insulator remains substantially constant or increases over time as the electrical conductor generates heat; and also contains an external electrical conductor surrounding the electrical insulator, at least in part.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения нагреватель с изолированным проводником содержит: электрический проводник, предназначенный для выработки тепла при подаче к нему электрического тока; электрический изолятор, окружающий электрический проводник, по меньшей мере, частично, причем электрический изолятор содержит один или несколько изоляционных блоков, при этом удельное сопротивление электрического изолятора остается, по существу, постоянным или увеличивается со временем в процессе выработки электрическим проводником тепла; а также содержит наружный электрический проводник, окружающий электрический изолятор, по меньшей мере, частично.According to certain embodiments of the invention, the insulated conductor heater comprises: an electrical conductor for generating heat by supplying electric current thereto; an electrical insulator surrounding the electrical conductor, at least in part, wherein the electrical insulator comprises one or more insulating blocks, wherein the resistivity of the electrical insulator remains substantially constant or increases over time as the electrical conductor generates heat; and also contains an external electrical conductor surrounding the electrical insulator, at least in part.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения способ формирования, по меньшей мере, одной части изолированного проводника включает: размещение первого частично цилиндрического участка изолированного проводника между, по меньшей мере, одной частью удлиненного цилиндрического внутреннего электрического проводника и, по меньшей мере, одной частью частично цилиндрического удлиненного наружного электрического проводника; размещение, по меньшей мере, одного дополнительного частично цилиндрического участка изолированного проводника между, по меньшей мере, одной частью внутреннего электрического проводника и, по меньшей мере, одной частью частично сформированного наружного электрического проводника, причем дополнительный участок изолированного проводника горизонтально перемещают от первого участка изолированного проводника вдоль части удлиненного наружного электрического проводника; и перемещение дополнительного участка изолированного проводника к первому участку изолированного проводника при приложении выбранного усилия, чтобы дополнительный участок изолированного проводника и первый участок изолированного проводника, по существу, прижимались вплотную друг к другу.According to certain embodiments of the invention, a method of forming at least one part of an insulated conductor comprises: placing a first partially cylindrical portion of an insulated conductor between at least one part of an elongated cylindrical inner electrical conductor and at least one part of a partially cylindrical elongated outer electrical conductor; placing at least one additional partially cylindrical portion of the insulated conductor between at least one part of the inner electrical conductor and at least one part of the partially formed outer electrical conductor, wherein the additional portion of the insulated conductor is horizontally moved from the first portion of the insulated conductor along part of an elongated outer electrical conductor; and moving the additional portion of the insulated conductor to the first portion of the insulated conductor by applying a selected force so that the additional portion of the insulated conductor and the first portion of the insulated conductor are substantially pressed against each other.

В дополнительных вариантах осуществления изобретения признаки конкретных вариантов осуществления изобретения могут сочетаться с признаками других вариантов осуществления изобретения. Например, признаки одного варианта осуществления изобретения могут сочетаться с признаками любого другого варианта осуществления изобретения.In further embodiments, features of specific embodiments of the invention may be combined with features of other embodiments of the invention. For example, features of one embodiment of the invention may be combined with features of any other embodiment of the invention.

В дополнительных вариантах осуществления изобретения обработка подземного пласта выполняется с применением любого из способов, систем, блоков электропитания или нагревателей, представленных в описании.In additional embodiments, the subterranean formation is treated using any of the methods, systems, power supplies, or heaters described herein.

Дополнительные варианты осуществления изобретения могут содержать дополнительные признаки, наряду с признаками, раскрытыми в описании конкретных вариантов осуществления изобретения.Additional embodiments of the invention may contain additional features, along with the features disclosed in the description of specific embodiments of the invention.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Признаки и преимущества способов и системы согласно настоящему изобретению будут более понятны из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, сопровождаемых чертежами.The features and advantages of the methods and systems according to the present invention will be better understood from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, accompanied by drawings.

На фиг.1 показана схема одного из вариантов участка системы тепловой обработки in situ, предназначенной для обработки углеводородосодержащего пласта;Figure 1 shows a diagram of one embodiment of a portion of an in situ heat treatment system for treating a hydrocarbon containing formation;

на фиг.2 - вид в перспективе концевого участка теплового источника с изолированным проводником согласно одному из вариантов осуществления изобретения;figure 2 is a perspective view of an end portion of a heat source with an insulated conductor according to one embodiment of the invention;

на фиг.3 - один из вариантов теплового источника с изолированным проводником;figure 3 is one of the options for a heat source with an insulated conductor;

на фиг.4 - один из вариантов теплового источника с изолированным проводником;figure 4 is one of the options for a heat source with an insulated conductor;

на фиг.5А и 5В - виды в поперечных разрезах нагревателя с ограничением температуры, используемого в качестве компонента в нагревателе с изолированным проводником, согласно одному из вариантов осуществления изобретения;5A and 5B are cross-sectional views of a temperature limited heater used as a component in an insulated conductor heater, according to one embodiment of the invention;

на фиг.6-8 - один из вариантов толкателя изоляционных блоков, который при сборке нагревателя может быть использован для приложения осевого усилия к блокам;Fig.6-8 - one of the options for the pusher of insulating blocks, which when assembling the heater can be used to apply axial force to the blocks;

на фиг.9 - один из вариантов плунжера, который в поперечном сечении имеет форму, позволяющую ему прикладывать усилие внутри кожуха к изоляционным блокам, а не к сердечнику;in Fig.9 - one of the options for the plunger, which in cross section has a shape that allows it to apply force inside the casing to the insulation blocks, and not to the core;

на фиг.10 - один из вариантов плунжера, который может быть использован для проталкивания смещенных (расположенных со сдвигом) изоляционных блоков;figure 10 is one of the options for the plunger, which can be used to push the offset (located with a shift) of the insulation blocks;

на фиг.11 - один из вариантов плунжера, который может быть использован для проталкивания расположенных в конфигурации вершина/основание изоляционных блоков.figure 11 is one of the options of the plunger, which can be used to push located in the configuration of the top / base of the insulation blocks.

Наряду с тем, что допускаются различные модификации и альтернативные формы осуществления настоящего изобретения, в описании в качестве примера подробно приведены конкретные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Чертежи могут быть выполнены не в масштабе. Следует понимать, что чертежи и подробное описание не предназначены ограничивать изобретение конкретной формой его раскрытия, а в противоположность этому, предполагается, что изобретение покрывает все модификации, эквиваленты и альтернативы в пределах существа и объема настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.Along with the fact that various modifications and alternative forms of implementation of the present invention are allowed, the description, by way of example, details specific embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Drawings may not be drawn to scale. It should be understood that the drawings and detailed description are not intended to limit the invention to a specific form of its disclosure, but rather, it is intended that the invention covers all modifications, equivalents, and alternatives within the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Нижеследующее описание относится в целом к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Указанные пласты могут быть обработаны с целью добычи углеводородных продуктов, водорода и иных продуктов.The following description generally relates to systems and methods for treating hydrocarbons in formations. These formations can be processed in order to produce hydrocarbon products, hydrogen and other products.

Термин «переменный ток» (АС) обозначает изменяющийся во времени ток, направление которого изменяется на обратное, по существу, синусоидально. При протекании переменного тока в ферромагнитном проводнике возникает скин-эффект.The term "alternating current" (AC) means a time-varying current, the direction of which is reversed, essentially sinusoidal. When alternating current flows in a ferromagnetic conductor, a skin effect occurs.

Касательно нагревательных систем с уменьшенной тепловой мощностью, устройств и применяемых способов термин «автоматически» относится к системам, устройствам и способам, в которых не используется внешнее регулирование (к примеру, не применяются внешние регуляторы, такие как регулятор с датчиком температуры и контуром обратной связи, ПИД-регулятор или упреждающий регулятор).Regarding heating systems with reduced heat output, devices and methods used, the term “automatically” refers to systems, devices and methods that do not use external control (for example, external controllers, such as a controller with a temperature sensor and a feedback loop, are not used, PID controller or anticipatory controller).

Термин «спаренный» обозначает как прямую связь, так и косвенную связь (например, одну или несколько имеющих место связей) с одним или несколькими объектами или компонентами. Термин «непосредственно соединенный» обозначает прямую связь между объектами или компонентами, т.е. непосредственную связь объектов или компонентов друг с другом, обеспечивающую работу объектов или компонентов «по месту использования».The term “paired” means both a direct connection and an indirect connection (for example, one or more existing connections) with one or more objects or components. The term "directly connected" means a direct connection between objects or components, i.e. direct connection of objects or components with each other, ensuring the operation of objects or components "at the place of use".

Термин «температура Кюри» обозначает температуру, выше которой ферромагнитный материал теряет все свои ферромагнитные свойства. Наряду с тем, что ферромагнитный материал теряет все свои ферромагнитные свойства при температуре, превышающей температуру Кюри, ферромагнитный материал начинает терять свои ферромагнитные свойства, когда через него пропускается возрастающий электрический ток.The term "Curie temperature" refers to the temperature above which a ferromagnetic material loses all of its ferromagnetic properties. Along with the fact that the ferromagnetic material loses all its ferromagnetic properties at a temperature exceeding the Curie temperature, the ferromagnetic material begins to lose its ferromagnetic properties when an increasing electric current is passed through it.

«Пласт» включает один или несколько углеводородных слоев, один или несколько неуглеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. Термин «углеводородные слои» обозначает слои в пласте, которые содержат углеводороды.A “formation” includes one or more hydrocarbon layers, one or more non-hydrocarbon layers, a cover layer and / or an underburden. The term "hydrocarbon layers" refers to layers in the formation that contain hydrocarbons.

Углеводородные слои могут содержать неуглеводородный материал и углеводородный материал. «Покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» может содержать один или несколько непроницаемых материалов различных типов. К примеру, покрывающий слой и/или подстилающий слой может содержать скальную породу, сланец, агриллит или влажный/плотный карбонат. В некоторых случаях при проведении процесса тепловой обработки in situ подземных пластов покрывающие и/или подстилающие слои могут содержать слой, содержащий углеводороды, или слои, содержащие углеводороды, которые относительно непроницаемы и не подвергаются воздействию температуры во время проведения тепловой обработки in situ, что приводит к значительным изменениям свойств слоев, содержащих углеводороды, в покрывающем слое и/или подстилающем слое. Например, подстилающий слой может содержать сланец или агриллит, но не допускается нагрев подстилающего слоя до температур пиролиза во время проведения процесса тепловой обработки in situ. В ряде случаев покрывающий слой и/или подстилающий слой могут быть, в некоторой степени, проницаемыми.The hydrocarbon layers may contain non-hydrocarbon material and hydrocarbon material. The “overburden” and / or “underburden” may comprise one or more impervious materials of various types. For example, the overburden and / or underburden may comprise rock, shale, agrillite, or wet / dense carbonate. In some cases, during the in situ heat treatment process of subterranean formations, overburden and / or underlying layers may comprise a hydrocarbon containing layer or hydrocarbon containing layers that are relatively impermeable and not exposed to temperature during in situ heat treatment, which leads to significant changes in the properties of the hydrocarbon containing layers in the overburden and / or underburden. For example, the underlying layer may contain shale or agrillite, but it is not allowed to heat the underlying layer to pyrolysis temperatures during the in situ heat treatment process. In some cases, the overburden and / or the underburden may be to some extent permeable.

Термин «пластовые флюиды» обозначает флюиды, присутствующие в пласте, и может обозначать пиролизный флюид, синтез-газ, мобилизованные углеводороды и воду (водяной пар). Пластовый флюид может содержать углеводородные флюиды, а также неуглеводородные флюиды. Термин «мобилизованный флюид» обозначает флюиды в углеводородосодержащем пласте, которые в результате тепловой обработки пласта способны приобретать текучесть. Термин «добываемые флюиды» обозначает флюиды, извлекаемые из пласта.The term “formation fluids” refers to fluids present in the formation and may mean pyrolysis fluid, synthesis gas, mobilized hydrocarbons and water (water vapor). Formation fluid may contain hydrocarbon fluids, as well as non-hydrocarbon fluids. The term "mobilized fluid" refers to fluids in a hydrocarbon containing formation that, as a result of heat treatment of the formation, are capable of acquiring fluidity. The term “produced fluids” refers to fluids recovered from the formation.

Термин «тепловой поток» обозначает поток энергии, проходящий через единицу поверхности за единицу времени (например, Вт/м²).The term "heat flux" refers to the flow of energy passing through a unit of surface per unit of time (for example, W / m ² ).

Термин «тепловой источник» обозначает любую систему, подводящую тепло, по меньшей мере, к одному участку пласта, главным образом, путем теплопроводности и/или теплопередачи излучением. Например, тепловой источник может содержать электропроводные материалы и/или электронагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, расположенный в трубопроводе. Тепловой источник также может содержать системы, которые вырабатывают тепло за счет сгорания топлива снаружи или внутри пласта. Системы могут представлять собой поверхностные горелки, забойные газовые горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и природные распределенные камеры сгорания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения тепло, обеспеченное или генерированное одним или несколькими тепловыми источниками, может передаваться посредством других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать пласт, или энергия может подводиться к теплоносителю, который прямо или косвенно нагревает пласт. Следует отметить, что в одном или нескольких тепловых источниках, которые подводят тепло к пласту, можно использовать разные источники энергии. Таким образом, например, к данному пласту некоторые тепловые источники могут поставлять тепло от электропроводных материалов, электрических нагревателей сопротивления, некоторые тепловые источники могут вырабатывать тепло за счет сгорания топлива, а некоторые тепловые источники могут снабжать пласт теплом, полученным от одного или нескольких других источников энергии (например, за счет химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы или других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может представлять собой экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). К тому же, тепловой источник может содержать электропроводный материал и/или нагреватель, который снабжает теплом зону, приближенную и/или окружающую место нагрева, например, нагреватель скважины.The term "heat source" means any system that delivers heat to at least one portion of the formation, mainly by heat conduction and / or heat transfer by radiation. For example, a heat source may comprise electrically conductive materials and / or electric heaters, such as an insulated conductor, an elongated element, and / or a conductor located in a conduit. The heat source may also include systems that generate heat by burning fuel from outside or inside the formation. Systems can be surface burners, downhole gas burners, flameless distributed combustion chambers, and natural distributed combustion chambers. According to some embodiments of the invention, heat provided or generated by one or more heat sources can be transmitted through other energy sources. Other energy sources can directly heat the formation, or energy can be supplied to a heat carrier that directly or indirectly heats the formation. It should be noted that in one or more heat sources that supply heat to the formation, different energy sources can be used. Thus, for example, to a given formation, some heat sources can supply heat from electrically conductive materials, electric resistance heaters, some heat sources can generate heat from fuel combustion, and some heat sources can supply the heat with heat received from one or several other energy sources. (e.g. due to chemical reactions, solar energy, wind power, biomass, or other sources of renewable energy). A chemical reaction may be an exothermic reaction (e.g., an oxidation reaction). In addition, the heat source may comprise an electrically conductive material and / or a heater that provides heat to an area close to and / or surrounding a heating location, for example, a well heater.

Термин «нагреватель» обозначает любую систему или тепловой источник для выработки тепла в скважине или в области, приближенной к стволу скважины. Нагреватели могут представлять собой, но не ограничиваясь этим, электронагреватели, горелки, камеры сгорания, в которых в реакцию вступает материал пласта или материал, добытый из пласта, и/или указанные материалы в сочетании.The term “heater” means any system or heat source for generating heat in a well or in an area close to the wellbore. Heaters can be, but are not limited to, electric heaters, burners, combustion chambers, in which the formation material or material extracted from the formation and / or these materials are combined to react.

Термин «углеводороды» традиционно обозначает вещество, молекулы которого, сформированы, главным образом, из атомов углерода и водорода. Также углеводороды могут содержать другие элементы, например, но, не ограничиваясь этим, галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или серу. Углеводороды могут представлять собой, но не ограничиваясь этим, кероген, битум, пиробитум, нефть, естественные минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут располагаться в минеральных матрицах или рядом с минеральными матрицами в грунте. Минеральные матрицы могут содержать, но не ограничиваясь этим, осадочную породу, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. Термин «углеводородные флюиды» обозначает флюиды, которые содержат углеводороды. Углеводородные флюиды могут содержать, захватывать или могут быть захвачены неуглеводородными флюидами, такими как водород, азот, оксид углерода, диоксид углерода, сероводород, вода, и аммиак.The term "hydrocarbons" traditionally refers to a substance whose molecules are formed mainly from carbon and hydrogen atoms. Hydrocarbons may also contain other elements, for example, but not limited to halogens, metal elements, nitrogen, oxygen and / or sulfur. Hydrocarbons may include, but are not limited to, kerogen, bitumen, pyrobitumen, oil, natural mineral waxes, and asphaltites. Hydrocarbons may be located in mineral matrices or adjacent to mineral matrices in the soil. Mineral matrices may contain, but are not limited to, sedimentary rock, sands, silicites, carbonates, diatomites and other porous media. The term "hydrocarbon fluids" refers to fluids that contain hydrocarbons. Hydrocarbon fluids may contain, trap, or may be trapped by non-hydrocarbon fluids such as hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen sulfide, water, and ammonia.

Термин «конверсионный процесс in situ» обозначает процесс нагрева углеводородосодержащего пласта с помощью тепловых источников для подъема температуры, по меньшей мере, одного участка пласта выше температуры пиролиза, чтобы в результате пиролиза в пласте образовался флюид.The term “in situ conversion process” refers to the process of heating a hydrocarbon containing formation using heat sources to raise the temperature of at least one portion of the formation above the pyrolysis temperature so that a fluid is formed as a result of pyrolysis in the formation.

Термин «процесс тепловой обработки in situ» обозначает процесс нагрева углеводородосодержащего пласта с помощью источников тепла для повышения температуры, по меньшей мере, одного участка пласта выше температуры, которая приводит к образованию мобилизованных флюидов, висбрекингу и/или пиролизу материала, содержащего углеводороды, чтобы в пласте образовались мобилизованные флюиды, флюиды висбрекинга и/или пиролизные флюиды.The term “in situ heat treatment process” means a process of heating a hydrocarbon containing formation using heat sources to raise the temperature of at least one portion of the formation above a temperature that leads to the formation of mobilized fluids, visbreaking and / or pyrolysis of the hydrocarbon containing material so that mobilized fluids, visbreaking fluids and / or pyrolysis fluids are formed in the formation.

Термин «изолированный проводник» обозначает любой удлиненный материал, который способен проводить электрический ток, и покрыт полностью или частично электроизоляционным материалом.The term "insulated conductor" means any elongated material that is capable of conducting electric current, and is covered in whole or in part by an insulating material.

Термин «модулированный постоянный ток (DC)» обозначает любой, по существу, несинусоидальный изменяющийся во времени ток, который создает в ферромагнитном проводнике скин-эффект.The term "modulated direct current (DC)" means any essentially non-sinusoidal time-varying current that creates a skin effect in a ferromagnetic conductor.

Термин «нитрид» обозначает соединение азота с одним или несколькими другими элементами периодической системы элементов. Нитриды включают, но, не ограничиваясь этим, нитрид кремния, нитрид бора или нитрид алюминия.The term "nitride" means a compound of nitrogen with one or more other elements of the periodic system of elements. Nitrides include, but are not limited to, silicon nitride, boron nitride, or aluminum nitride.

Термин «перфорация» обозначает отверстия, пазы, щели или каналы в стенке трубопровода, трубчатого элемента, трубы или другой магистрали, предназначенной для потока, по которым поток направляется в или из трубопровода, трубчатого элемента, трубы или другой магистрали, предназначенной для потока.The term “perforation” refers to openings, grooves, slots or channels in a wall of a pipeline, tubular member, pipe or other line intended for flow, through which the flow is directed to or from a pipe, tubular element, pipe or other line intended for flow.

Термин «температура фазового превращения» ферромагнитного материала обозначает температуру или диапазон температур, в котором происходит фазовое превращение материала (например, от феррита к аустениту), при этом снижается магнитная проницаемость ферромагнитного материала. Указанное снижение магнитной проницаемости ферромагнитного материала аналогично снижению магнитной проницаемости ферромагнитного материала в результате магнитного превращения указанного материала при температуре Кюри.The term "phase transformation temperature" of a ferromagnetic material refers to the temperature or temperature range in which the phase transformation of the material occurs (for example, from ferrite to austenite), while the magnetic permeability of the ferromagnetic material is reduced. The specified decrease in the magnetic permeability of the ferromagnetic material is similar to the decrease in the magnetic permeability of the ferromagnetic material as a result of the magnetic transformation of the specified material at the Curie temperature.

Термин «пиролиз» обозначает разрушение химических связей под воздействием тепла. Например, пиролиз может заключаться в преобразовании соединения в одно или несколько других веществ только в результате нагрева. Тепло может подаваться в толщу пласта, чтобы вызвать процесс пиролиза.The term "pyrolysis" means the destruction of chemical bonds under the influence of heat. For example, pyrolysis can consist in converting a compound into one or more other substances only as a result of heating. Heat may be supplied into the formation to cause a pyrolysis process.

Термин «пиролизные флюиды» или «продукты пиролиза» обозначает флюиды, образовавшиеся, по существу, в процессе пиролиза углеводородов. Флюид, образовавшийся в результате реакции пиролитического расщепления, может смешиваться с другими флюидами в пласте. Смесь будет рассматриваться как пиролизный флюид, или продукт пиролиза. В данном описании термин «зона пиролиза» обозначает объем пласта (например, обозначает проницаемый пласт, такой как пласт нефтеносных песков), который подвергся реакции, или вступает в реакцию с образованием пиролизного флюида.The term “pyrolysis fluids” or “pyrolysis products” refers to fluids formed essentially during the pyrolysis of hydrocarbons. The fluid resulting from the pyrolytic cleavage reaction can mix with other fluids in the formation. The mixture will be considered as a pyrolysis fluid, or a pyrolysis product. As used herein, the term “pyrolysis zone” refers to a volume of a formation (for example, a permeable formation, such as an oil sands formation) that has undergone a reaction or reacts to form a pyrolysis fluid.

Термин «суперпозиция тепла» обозначает подвод тепла от двух или более тепловых источников к выбранному участку пласта таким образом, чтобы температура пласта, по меньшей мере, в одном месте между тепловыми источниками зависела от действия указанных тепловых источников.The term "superposition of heat" means the supply of heat from two or more heat sources to a selected area of the formation so that the temperature of the formation, at least in one place between the heat sources, depends on the action of these heat sources.

Термин «нагреватель с ограничением температуры» обычно обозначает нагреватель, который при температурах нагрева, превышающих заданную, самостоятельно регулирует тепловую мощность (например, уменьшает тепловую мощность) без использования внешних средств регулирования, таких как регуляторы температуры, регуляторы мощности, выпрямители или другие устройства. Нагреватели с ограничением температуры могут представлять собой электронагреватели, питаемые переменным током (АС) или модулированным (например, «прерывистым) постоянным током (DC).The term "temperature limited heater" usually refers to a heater that, at heating temperatures exceeding a predetermined temperature, independently regulates heat output (for example, reduces heat output) without the use of external controls, such as temperature controllers, power controllers, rectifiers or other devices. Temperature limited heaters can be electric heaters powered by alternating current (AC) or modulated (for example, “intermittent”) direct current (DC).

Термин «толщина» слоя обозначает толщину слоя в поперечном сечении, причем в поперечном сечении, нормальном к поверхности слоя.The term “thickness” of a layer refers to the thickness of the layer in a cross section, moreover, in a cross section normal to the surface of the layer.

Термин «изменяющийся во времени ток» обозначает электрический ток, который создает в ферромагнитном проводнике скин-эффект и имеет величину, изменяющуюся во времени. Изменяющийся во времени ток может включать как переменный ток (АС), так и модулированный постоянный ток (DC).The term "time-varying current" means an electric current that creates a skin effect in a ferromagnetic conductor and has a value that varies in time. A time-varying current can include both alternating current (AC) and modulated direct current (DC).

Термин «динамический диапазон регулирования» для нагревателя с ограничением температуры, к которому ток подается непосредственно, обозначает отношение наибольшего сопротивления переменному току (АС) или модулированному постоянному току (DC) при температуре ниже температуры Кюри к наименьшему сопротивлению переменному току (АС) или модулированному постоянному току (DC) при температуре выше температуры Кюри для заданного тока. Динамическим диапазоном регулирования для индуктивного нагревателя является отношение наибольшей тепловой мощности при температуре ниже температуры Кюри к наименьшей тепловой мощности при температуре выше температуры Кюри для заданного тока, подаваемого к нагревателю.The term “dynamic control range” for a temperature-limited heater to which current is supplied directly refers to the ratio of the highest resistance to alternating current (AC) or modulated direct current (DC) at a temperature below the Curie temperature to the lowest resistance to alternating current (AC) or modulated direct current current (DC) at temperatures above the Curie temperature for a given current. The dynamic control range for an inductive heater is the ratio of the highest thermal power at a temperature below the Curie temperature to the lowest thermal power at a temperature above the Curie temperature for a given current supplied to the heater.

Термин «ствол скважины u-образной формы» обозначает ствол скважины, который проходит в пласте от первого отверстия, по меньшей мере, через один участок пласта и выходит через второе отверстие в пласте. В данном случае ствол скважины может только приближенно походить на букву «v» или «и», при этом подразумевается, что «ножки» образующие букву «и», не обязательно должны быть параллельны друг другу, или перпендикулярны «основанию» буквы «и», чтобы ствол скважины считался «и образным».The term “u-shaped wellbore” means a wellbore that extends in the formation from a first hole through at least one portion of the formation and exits through a second hole in the formation. In this case, the wellbore can only approximately resemble the letter “v” or “and”, it being understood that the “legs” forming the letter “and” do not have to be parallel to each other, or perpendicular to the “base” of the letter “and” so that the wellbore is considered "and figurative."

Термин «ствол скважины» обозначает канал в пласте, выполненный бурением или введением трубопровода в пласт. Ствол скважины может иметь поперечное сечение, по существу, круглой формы или поперечное сечение другой формы. Используемые здесь термины «скважина» и «отверстие», когда они относятся к каналу в пласте, могут быть взаимозаменяемы с термином «ствол скважины».The term “wellbore” means a channel in a formation made by drilling or introducing a pipeline into the formation. The wellbore may have a cross section of a substantially circular shape or a cross section of another shape. As used herein, the terms “well” and “hole” when referring to a channel in a formation may be used interchangeably with the term “well bore”.

Для добычи множества разнообразных продуктов пласт может быть обработан различными способами. При проведении тепловой обработки in situ пласта могут быть использованы различные этапы или процессы. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения при добыче ископаемых на одном или нескольких участках пласта для извлечения ископаемых применяется растворение. Растворение ископаемых может быть выполнено до, во время и/или после проведения процесса тепловой обработки in situ. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта, из которых производится добыча растворением, может поддерживаться ниже примерно 120°С.To produce a wide variety of products, the formation can be processed in various ways. When conducting in situ heat treatment of a formation, various steps or processes may be used. In some embodiments, dissolution is used in mining in one or more portions of a formation to extract minerals. The dissolution of minerals can be performed before, during and / or after the in situ heat treatment process. According to some embodiments of the invention, the average temperature of one or more portions of the formation from which mining is carried out by dissolution can be maintained below about 120 ° C.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения производят нагрев одного или нескольких участков пласта для удаления воды из указанных участков и/или для удаления метана и других летучих углеводородов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения в процессе удаления воды и летучих углеводородов средняя температура участков пласта может быть повышена от температуры окружающей среды до температуры ниже примерно 220°С.In some embodiments, one or more portions of the formation are heated to remove water from said portions and / or to remove methane and other volatile hydrocarbons. According to some embodiments of the invention, in the process of removing water and volatile hydrocarbons, the average temperature of the formation sections can be raised from ambient temperature to a temperature below about 220 ° C.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, при которых происходит перемещение и/или висбрекинг углеводородов в пласте. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения среднюю температуру одного или нескольких участков пласта повышают до температур мобилизации углеводородов в указанных участках пласта (например, температур в диапазоне от 100°С до 250°С, от 120°С до 240°С или от 150°С до 230°С).In some embodiments, one or more portions of the formation is heated to temperatures at which hydrocarbon movement and / or visbreaking occurs in the formation. According to some embodiments of the invention, the average temperature of one or more sections of the formation is increased to the temperatures of mobilization of hydrocarbons in these sections of the formation (for example, temperatures in the range from 100 ° C to 250 ° C, from 120 ° C to 240 ° C, or from 150 ° C to 230 ° C).

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, при которых происходит реакция пиролиза в указанных участках пласта. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть повышена до температур пиролиза углеводородов в указанных участках пласта (например, температур в диапазоне от 230°С до 900°С, от 240°С до 400°С или от 250°С до 350°С).According to some variants of the invention, one or more sections of the reservoir is heated to temperatures at which a pyrolysis reaction occurs in these sections of the reservoir. According to some variants of the invention, the average temperature of one or more sections of the reservoir can be increased to the pyrolysis temperatures of hydrocarbons in these sections of the reservoir (for example, temperatures in the range from 230 ° C to 900 ° C, from 240 ° C to 400 ° C, or from 250 ° C to 350 ° C).

При нагреве углеводородосодержащего пласта с помощью множества тепловых источников может быть создан градиент температур вокруг тепловых источников, которые при требуемых скоростях нагрева повышают температуру углеводородов в пласте до требуемых температур. От скорости повышения температуры в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза, необходимых для получения требуемых продуктов, зависит качество и объем пластовых флюидов, выработанных из углеводородосодержащего пласта. Медленный подъем температуры пласта в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить выработку из пласта высококачественных углеводородов с высокой плотностью в градусах API. Медленный подъем температуры пласта в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить увеличение объема извлеченных из пласта углеводородов в виде углеводородного продукта.When heating a hydrocarbon-containing formation using a variety of heat sources, a temperature gradient can be created around the heat sources, which, at the required heating rates, increase the temperature of hydrocarbons in the formation to the required temperatures. The quality and volume of reservoir fluids generated from a hydrocarbon containing formation depend on the rate of temperature increase in the range of mobilization temperatures and / or in the range of pyrolysis temperatures necessary to obtain the desired products. A slow rise in the temperature of the formation in the range of mobilization temperatures and / or in the range of pyrolysis temperatures can ensure the production of high-quality hydrocarbons with high density in degrees API. A slow rise in the temperature of the formation in the range of mobilization temperatures and / or in the range of pyrolysis temperatures can provide an increase in the volume of hydrocarbons extracted from the formation in the form of a hydrocarbon product.

Согласно некоторым вариантам тепловой обработки in situ участок пласта нагревают непосредственно до требуемой температуры, вместо медленного повышения температуры в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения требуемая температура составляет 300°С, 325°С или 350°С. В качестве требуемой температуры могут быть выбраны другие температуры.In some in situ heat treatment options, a portion of the formation is heated directly to the desired temperature, instead of slowly increasing the temperature in the mobilization temperature range and / or in the pyrolysis 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.

Благодаря суперпозиции тепла, поступающего от тепловых источников, можно относительно быстро достичь требуемой температуры пласта и эффективно ее поддерживать. Для поддержания в пласте, по существу, требуемой температуры можно корректировать энергию, подводимую от тепловых источников к пласту.Due to the superposition of heat from heat sources, it is possible to relatively quickly reach the required temperature of the formation and maintain it efficiently. To maintain a substantially desired temperature in the formation, the energy supplied from the heat sources to the formation can be adjusted.

Мобилизованные флюиды и/или продукты пиролиза могут быть добыты из пласта через промысловые скважины. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения среднюю температуру одного или нескольких участков пласта повышают до температур мобилизации углеводородов, после чего добывают углеводороды из промысловых скважин. Средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть повышена до температур пиролиза после того, как выработка мобилизованных углеводородов упала ниже установленной нормы. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть повышена до температур пиролиза без проведения существенной выработки прежде, чем будет достигнута температур пиролиза. Пластовые флюиды, включающие продукты пиролиза, могут быть добыты через промысловые скважины.Mobilized fluids and / or pyrolysis products may be produced from the formation through production wells. In some embodiments, the average temperature of one or more sections of the formation is raised to hydrocarbon mobilization temperatures, after which hydrocarbons are produced from production wells. The average temperature of one or more sections of the formation can be raised to pyrolysis temperatures after the production of mobilized hydrocarbons has fallen below the established norm. In some embodiments, the average temperature of one or more portions of the formation can be raised to pyrolysis temperatures without significant generation before pyrolysis temperatures are reached. Formation fluids including pyrolysis products can be produced through production wells.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта после мобилизации флюидов и/или процесса пиролиза может быть повышена до температур, требуемых для выработки синтез-газа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения температура углеводородов может быть повышена до температур, требуемых для выработки синтез-газа, без проведения существенной выработки прежде, чем будет достигнуты температуры, требуемые для выработки синтез-газа. Например, синтез-газ может быть выработан в диапазоне температур от около 400°С до около 1200°С, от около 500°С до около 1100°С или от около 550°С до около 1000°С. Для добычи синтез-газа в участки пласта может быть введен флюид (например, пар и/или вода), обеспечивающий выработку синтез-газа. Синтез-газ может быть добыт из промысловых скважин.According to some embodiments of the invention, the average temperature of one or more sections of the formation after mobilization of the fluids and / or the pyrolysis process can be raised to the temperatures required to produce synthesis gas. According to some embodiments of the invention, the temperature of the hydrocarbons can be raised to the temperatures required to produce the synthesis gas, without carrying out substantial production before the temperatures required to produce the synthesis gas are reached. For example, synthesis gas can be generated in the temperature range from about 400 ° C to about 1200 ° C, from about 500 ° C to about 1100 ° C, or from about 550 ° C to about 1000 ° C. To produce synthesis gas, a fluid (e.g., steam and / or water) can be injected into the reservoir areas to produce synthesis gas. Syngas can be produced from production wells.

Добыча растворением, извлечение летучих углеводородов и воды, мобилизация углеводородов, пиролизация углеводородов, выработка синтез-газа и/или другие процессы могут быть выполнены во время процесса тепловой обработки in situ. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения некоторые процессы могут быть выполнены после процесса тепловой обработки in situ. Такие процессы могут включать, но, не ограничиваясь этим, рекуперацию тепла из обработанных участков, аккумулирование флюидов (например, воды и/или углеводородов) в ранее обработанных участках и/или изолирование диоксида углерода в ранее обработанных участках пласта.Dissolution mining, volatile hydrocarbon and water recovery, hydrocarbon mobilization, hydrocarbon pyrolysis, synthesis gas production and / or other processes can be performed during the in situ heat treatment process. According to some embodiments of the invention, some processes may be performed after the in situ heat treatment process. Such processes may include, but are not limited to, recovering heat from treated areas, accumulating fluids (e.g., water and / or hydrocarbons) in previously treated areas, and / or isolating carbon dioxide in previously treated areas of the formation.

На фиг.1 представлена схема варианта участка системы тепловой обработки in situ, предназначенной для обработки углеводородосодержащего пласта. Система тепловой обработки in situ может включать барьерные скважины 200. Барьерные скважины используются для формирования барьера вокруг области обработки пласта. Барьер препятствует входу потока флюидов в область обработки и/или выходу потока флюидов из указанной области. Барьерные скважины включают, но, не ограничиваясь этим, водооткачивающие скважины, вакуумные скважины, улавливающие скважины, нагнетательные скважины, заливные скважины, замораживающие скважины или сочетание перечисленных скважин. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения барьерные скважины 200 являются водооткачивающими скважинами. Водооткачивающие скважины могут обеспечить удаление воды и/или препятствовать поступлению жидкой воды в участок пласта, который должен быть нагрет, или в нагреваемый пласт. В варианте, представленном на фиг.1, барьерные скважины 200 продолжаются только с одной стороны от тепловых источников 202, однако барьерные скважины, как правило, окружают все используемые тепловые источники 202, или которые должны быть использованы для нагрева области обработки пласта.Figure 1 presents a diagram of a variant of the plot of the heat treatment system in situ, intended for processing a hydrocarbon-containing formation. An in situ heat treatment system may include barrier wells 200. Barrier wells are used to form a barrier around a formation treatment area. The barrier prevents the flow of fluids into the treatment area and / or the flow of fluids from the specified area. Barrier wells include, but are not limited to, bilge wells, vacuum wells, trap wells, injection wells, water wells, freeze wells, or a combination of these wells. In some embodiments, barrier wells 200 are bilge wells. Water pumping wells may allow water to be removed and / or prevent liquid water from flowing into the area of the formation to be heated or into the heated formation. In the embodiment of FIG. 1, barrier wells 200 extend only on one side of heat sources 202, however, barrier wells typically surround all used heat sources 202, or which should be used to heat the formation treatment area.

Тепловые источники 202 расположены, по меньшей мере, в одном участке пласта. Тепловые источники 202 могут включать нагреватели, такие как изолированные проводники, нагреватели типа «проводник в трубопроводе», поверхностные горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или природные распределенные камеры сгорания. Также тепловые источники 202 могут включать нагреватели других типов. Для нагрева углеводородов в пласте тепловые источники 202 обеспечивают теплом, по меньшей мере, один участок пласта. Энергия к тепловым источникам 202 может подаваться посредством питающих магистралей 204. Питающие магистрали 204 могут конструктивно отличаться друг от друга в зависимости от типа теплового источника или тепловых источников, используемых для нагрева пласта. Питающие магистрали 204, предназначенные для тепловых источников, могут обеспечивать подачу электроэнергии к электронагревателям, транспортировку топлива к камерам сгорания или транспортировку флюидного теплоносителя, циркулирующего в пласте. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения выработку электроэнергии, используемой в процессе тепловой обработки in situ пласта, может обеспечивать одна или несколько атомных электростанций. За счет использования атомной энергии для проведения процесса тепловой обработки in situ можно сократить или устранить выделение диоксида углерода.Heat sources 202 are located in at least one portion of the formation. Heat sources 202 may include heaters such as insulated conductors, conductor-in-pipe heaters, surface burners, flameless distributed combustion chambers, and / or natural distributed combustion chambers. Also, heat sources 202 may include other types of heaters. To heat hydrocarbons in the formation, heat sources 202 provide heat to at least one portion of the formation. Energy to the heat sources 202 can be supplied through the supply lines 204. The supply lines 204 can be structurally different from each other depending on the type of heat source or heat sources used to heat the formation. Supply lines 204, designed for heat sources, can provide power to electric heaters, transport fuel to combustion chambers, or transport fluid coolant circulating in the formation. According to some embodiments of the invention, the generation of electricity used in the in situ heat treatment process of the formation may be provided by one or more nuclear power plants. By using atomic energy to conduct the in situ heat treatment process, the emission of carbon dioxide can be reduced or eliminated.

В процессе нагрева пласта за счет подводимого в пласт тепла может произойти расширение пласта и возникнуть геомеханическое движение. Тепловые источники могут быть включены до процесса откачки воды или во время процесса откачки воды. Компьютерное моделирование позволяет смоделировать реакцию пласта на нагрев. Компьютерное моделирование может применяться для разработки схемы и временной последовательности приведения в действие тепловых источников в пласте с целью исключения негативного влияния геомеханического движения пласта на функциональность тепловых источников, промысловых скважин и другого оборудования, используемого в пласте.In the process of heating the formation due to the heat supplied to the formation, expansion of the formation can occur and geomechanical movement can occur. Heat sources may be included prior to the pumping process or during the pumping process. Computer simulation allows you to simulate the reaction of the formation to heat. Computer simulation can be used to develop the scheme and time sequence for activating heat sources in the formation in order to eliminate the negative impact of the geomechanical movement of the formation on the functionality of heat sources, production wells and other equipment used in the formation.

В процессе нагрева пласта может произойти увеличение проницаемости и/или пористости пласта. Увеличение проницаемости и/или пористости пласта может происходить в результате снижения массы пласта из-за испарения и удаления воды, удаления углеводородов и/или образования трещин. Флюид может протекать легче в нагретом участке пласта, благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости пласта. Флюид в нагретом участке пласта может перемещаться на значительное расстояние через пласт, благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости пласта. Указанное значительное расстояние может составить более 1000 м в зависимости от различных факторов, таких как проницаемость пласта, свойства флюида, температура пласта и градиент давления, обеспечивающий перемещение флюида. Способность флюида перемещаться на значительное расстояние в пласте позволяет располагать промысловые скважины 206 в пласте относительно далеко друг от друга.During formation heating, an increase in permeability and / or porosity of the formation may occur. An increase in the permeability and / or porosity of the formation may occur as a result of a decrease in the mass of the formation due to evaporation and removal of water, removal of hydrocarbons and / or formation of cracks. Fluid can flow more easily in a heated portion of the formation due to increased permeability and / or porosity of the formation. Fluid in a heated portion of the formation can travel a considerable distance through the formation due to increased permeability and / or porosity of the formation. The indicated significant distance can be more than 1000 m, depending on various factors, such as formation permeability, fluid properties, formation temperature and pressure gradient that allows fluid to move. The ability of the fluid to travel a considerable distance in the formation allows location of production wells 206 in the formation relatively far apart.

Промысловые скважины 206 используются для извлечения пластового флюида. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения промысловые скважины 206 могут содержать тепловой источник. Тепловой источник, установленный в промысловой скважине, может нагреть один или несколько участков пласта в промысловой скважине или около нее. В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки in situ количество тепла, подаваемое к пласту от промысловой скважины на метр промысловой скважины, меньше, чем количество тепла, подаваемое к пласту от теплового источника, который нагревает пласт, на метр теплового источника. Тепло, подаваемое к пласту от промысловой скважины, может увеличить проницаемость пласта вблизи промысловой скважины за счет испарения и удаления жидкой флюидной фазы вблизи промысловой скважины и/или за счет увеличения проницаемости пласта вблизи промысловой скважины при образовании в пласте макротрещин и/или микротрещин.Production wells 206 are used to extract formation fluid. In some embodiments, production wells 206 may include a heat source. A heat source installed in a production well may heat one or more portions of the formation in or near the production well. In some embodiments of the in situ heat treatment process, the amount of heat supplied to the formation from the production well per meter of the production well is less than the amount of heat supplied to the formation from the heat source that heats the formation per meter of heat source. The heat supplied to the formation from the production well can increase the permeability of the formation near the production well by evaporation and removal of the liquid fluid phase near the production well and / or by increasing the permeability of the formation near the production well when macrocracks and / or microcracks form in the formation.

В промысловой скважине может быть установлено более одного теплового источника. Тепловой источник, установленный в нижнем участке промысловой скважины, может быть выключен, когда смежные тепловые источники обеспечивают достаточный нагрев пласта за счет суперпозиции тепла и компенсируют эффект нагрева пласта от промысловой скважины. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения тепловой источник, установленный в верхнем участке промысловой скважины, может остаться включенным после отключения теплового источника, установленного в нижнем участке промысловой скважины. Тепловой источник, установленный в верхнем участке скважины, может предотвратить конденсацию и обратный поток пластового флюида.More than one heat source may be installed in a production well. The heat source installed in the lower section of the production well can be turned off when adjacent heat sources provide sufficient heating of the formation due to the superposition of heat and compensate for the effect of heating the formation from the production well. According to some embodiments of the invention, the heat source installed in the upper portion of the production well may remain on after shutting down the heat source installed in the lower portion of the production well. A heat source installed in the upper portion of the well can prevent condensation and back flow of formation fluid.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения тепловой источник, установленный в промысловой скважине 206, позволяет удалять паровую фазу пластового флюида из пласта. В результате нагрева пласта от промысловой скважины или через промысловую скважину можно: (1) предотвратить конденсацию и/или обратный поток выработанного флюида, когда указанный добытый флюид перемещается в промысловой скважине, приближаясь к покрывающему слою, (2) увеличить подвод тепла в пласт, (3) повысить производительность промысловой скважины по сравнению с промысловой скважиной без теплового источника, (4) предотвратить в промысловых скважинах конденсацию соединений с высоким углеродным числом (углеводороды С6 и выше), и/или (5) увеличить проницаемость пласта в промысловой скважине или вблизи нее.According to some embodiments of the invention, the heat source installed in the production well 206 allows the vapor phase of the formation fluid to be removed from the formation. As a result of heating the formation from a production well or through a production well, it is possible: (1) to prevent condensation and / or backflow of produced fluid when the specified produced fluid moves in the production well, approaching the overburden, (2) increase the heat supply to the formation, ( 3) increase the productivity of a production well compared to a production well without a heat source, (4) prevent the condensation of compounds with a high carbon number (hydrocarbons C6 and above) in the production wells, and / or (5) increased chit permeability in commercial or near the wellbore.

Подземное давление в пласте может соответствовать давлению флюида, выработанного в пласте. При повышении температуры в нагретом участке пласта давление в указанном нагретом участке может возрастать за счет теплового расширения флюидов in situ, увеличенной выработки флюидов и испарения воды. Регулированием скорости извлечения флюидов из пласта можно регулировать давление в пласте. Давление в пласте может быть ограничено в целом ряде различных областей, а именно, рядом с промысловыми скважинами или в промысловых скважинах, рядом с источником тепла или на нем, либо в контрольных скважинах.The subsurface pressure in the formation may correspond to the pressure of the fluid generated in the formation. As the temperature in the heated portion of the formation increases, the pressure in the specified heated portion may increase due to thermal expansion of the fluids in situ, increased fluid production and evaporation of water. By controlling the rate of fluid recovery from the formation, the pressure in the formation can be adjusted. The pressure in the formation can be limited in a number of different areas, namely, close to or in production wells, next to or on a heat source, or in control wells.

Добыча углеводородов из некоторых углеводородосодержащих пластов предотвращается до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторая часть углеводородов в пласте не будет мобилизована и/или подвергнута пиролизу. Пластовый флюид может быть добыт из пласта после того, как достигнуто требуемое качество пластового флюида. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения требуемое качество флюида включает плотность в градусах API, по меньшей мере, около 20°, 30° или 40°. Благодаря предотвращению добычи до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторая часть углеводородов не мобилизована и/или не подвергнута пиролизу, можно увеличить превращение тяжелых углеводородов в легкие углеводороды. Благодаря предотвращению начальной добычи можно минимизировать добычу тяжелых углеводородов из пласта. Добыча значительного количества тяжелых углеводородов может потребовать дорогого оборудования и/или уменьшить срок службы производственного оборудования.Hydrocarbon production from some hydrocarbon containing formations is prevented until at least some of the hydrocarbons in the formation are mobilized and / or pyrolyzed. Formation fluid may be produced from the formation after the desired quality of the formation fluid has been achieved. In some embodiments, the desired fluid quality includes a density in degrees of API of at least about 20 °, 30 °, or 40 °. By preventing production until at least some of the hydrocarbons are mobilized and / or pyrolyzed, the conversion of heavy hydrocarbons to light hydrocarbons can be increased. By preventing initial production, the production of heavy hydrocarbons from the formation can be minimized. Extraction of significant amounts of heavy hydrocarbons may require expensive equipment and / or reduce the life of the production equipment.

В некоторых углеводородосодержащих пластах углеводороды могут быть нагреты до температур мобилизации и/или температур пиролиза прежде, чем будет достигнута существенная проницаемость нагретого участка пласта. В связи с недостаточной проницаемостью участка пласта может предотвращаться перемещение выработанных флюидов к промысловым скважинам 206. В процессе начального нагрева давление флюида в пласте может быть повышено вблизи тепловых источников 202. Повышенное давление флюида можно сбрасывать, отслеживать, изменять и/или регулировать посредством одного или нескольких тепловых источников 202. Например, выбранные тепловые источники 202 или отдельные разгрузочные скважины могут содержать регуляторы давления, которые предусмотрены для удаления небольшого количества флюидов из пласта.In some hydrocarbon containing formations, hydrocarbons may be heated to mobilization temperatures and / or pyrolysis temperatures before significant permeability of the heated portion of the formation is achieved. Due to the insufficient permeability of the formation section, the movement of produced fluids to production wells 206 can be prevented. During the initial heating, the fluid pressure in the formation can be increased near heat sources 202. The increased fluid pressure can be relieved, monitored, changed and / or adjusted by one or more heat sources 202. For example, selected heat sources 202 or individual discharge wells may include pressure regulators that are designed to remove a small amount of fluid from the reservoir.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения допускается повышение давления, вызванное расширением мобилизованных флюидов, пиролизных флюидов или других флюидов, выработанных в пласте, несмотря на то, что в пласте еще может отсутствовать открытый канал к промысловым скважинам 206 или любая другая депрессионная воронка. Можно допустить увеличение давления флюида до литостатического давления. Когда давление флюида приближается к литостатическому давлению, в углеводородосодержащем пласте могут сформироваться трещины. Например, в нагретом участке пласта могут сформироваться трещины от тепловых источников 202 к промысловым скважинам 206. Образование трещин в нагретом участке может привести к частичному сбросу давления в указанном нагретом участке. Для предотвращения выработки нежелательных продуктов, образования трещин в покрывающих слоях или подстилающих слоях и/или коксования углеводородов в пласте может потребоваться поддержание давления в пласте ниже выбранного давления.In some embodiments of the invention, an increase in pressure is allowed due to expansion of mobilized fluids, pyrolysis fluids, or other fluids generated in the formation, although there may still be no open channel to the production wells 206 or any other depression funnel in the formation. An increase in fluid pressure to lithostatic pressure may be allowed. When fluid pressure approaches lithostatic pressure, cracks may form in the hydrocarbon containing formation. For example, cracks from heat sources 202 to production wells 206 may form in a heated portion of the formation. Cracks in the heated portion may lead to a partial release of pressure in the specified heated portion. In order to prevent the generation of unwanted products, the formation of cracks in the overburden or underburden, and / or the coking of hydrocarbons in the formation, it may be necessary to maintain the pressure in the formation below a selected pressure.

После того, как достигнута температура мобилизации и/или температура пиролиза и допускается добыча из пласта, давление в пласте может быть изменено с целью изменения и/или регулирования композиции выработанного пластового флюида, регулирования относительного содержания конденсируемого флюида по сравнению с неконденсируемым флюидом в пластовом флюиде и/или с целью регулирования плотности в градусах API вырабатываемого пластового флюида. Например, снижение давления может привести к выработке большего объема конденсируемого флюидного компонента. Относительное содержание олефинов в конденсируемом флюидном компоненте может быть значительным.After the mobilization temperature and / or pyrolysis temperature is reached and production from the formation is allowed, the pressure in the formation can be changed to change and / or control the composition of the produced formation fluid, to regulate the relative content of the condensed fluid compared to the non-condensable fluid in the formation fluid and / or for the purpose of adjusting the density in degrees API of the produced formation fluid. For example, a decrease in pressure can lead to the production of a larger volume of condensed fluid component. The relative olefin content of the condensed fluid component may be significant.

В некоторых вариантах процесса тепловой обработки in situ может поддерживаться достаточно высокое давление в пласте, что способствует выработке пластового флюида с плотностью в градусах API, превышающей 20°. Благодаря поддержанию повышенного давления в пласте можно предотвратить осадку пласта в процессе тепловой обработки in situ. При поддержании повышенного давления в пласте можно минимизировать или исключить необходимость сжатия пластового флюида на поверхности для транспортировки флюида в коллекторных трубопроводах к обрабатывающим установкам.In some embodiments of the in situ heat treatment process, a sufficiently high pressure in the formation can be maintained, which contributes to the production of formation fluid with a density in degrees of API greater than 20 °. By maintaining elevated pressure in the formation, formation sediment can be prevented during in situ heat treatment. By maintaining increased pressure in the formation, it is possible to minimize or eliminate the need to compress the formation fluid on the surface to transport the fluid in the manifold pipelines to processing plants.

Поддержание повышенного давления в нагретом участке пласта, на удивление, позволяет выработать углеводороды в большем объеме, улучшенного качества и с относительно низкой молекулярной массой. Можно поддерживать такое давление, при которой в выработанном пластовом флюиде будет минимальное количество соединений, имеющих углеродное число выше выбранного. Выбранное углеродное число может составлять не более 25, не более 20, не более 12 или не более 8. В пласте некоторые соединения с высоким углеродным числом могут захватываться паром и могут удаляться из пласта вместе с паром. Поддержание повышенного давления в пласте может предотвратить захват паром соединений с высоким углеродным числом и/или полициклических углеводородных соединений. Соединения с высоким углеродным числом и/или полициклические углеводородные соединения могут оставаться в жидкой фазе в пласте в течение продолжительного периода времени. Продолжительность указанного периода времени является достаточной, чтобы соединения были подвергнуты пиролизу для формирования соединений с более низким углеродным числом.The maintenance of increased pressure in the heated section of the reservoir, surprisingly, allows the production of hydrocarbons in a larger volume, of improved quality and with a relatively low molecular weight. You can maintain a pressure at which in the produced reservoir fluid there will be a minimum number of compounds having a carbon number higher than the selected one. The selected carbon number may be no more than 25, no more than 20, no more than 12 or no more than 8. In the formation, some compounds with a high carbon number can be captured by steam and can be removed from the formation together with steam. Maintaining increased pressure in the formation can prevent steam from trapping high carbon number compounds and / or polycyclic hydrocarbon compounds. High carbon number compounds and / or polycyclic hydrocarbon compounds may remain in the liquid phase in the formation for an extended period of time. The length of the indicated time period is sufficient so that the compounds are subjected to pyrolysis to form compounds with a lower carbon number.

Как предполагается, выработка углеводородов с относительно низкой молекулярной массой, частично, происходит благодаря автогенной выработке и в результате взаимодействия флюидов с водородом на участке углеводородосодержащего пласта. Например, за счет поддержания повышенного давления водород, выработанный во время пиролиза, может принудительно направляться в жидкую фазу в пласте. Нагрев участка пласта до температуры, находящейся в диапазоне температур пиролиза, может вызвать пиролиз углеводородов в пласте с последующей выработкой жидкой фазы пиролизных флюидов. Выработанная жидкая фаза пиролизных флюидов может содержать двойные связи и/или радикалы. Водород (Н₂) в жидкой фазе может ослабить двойные связи пиролизных флюидов, снижая, таким образом, потенциальную возможность полимеризации или образования длинноцепочечных соединений из выработанных пиролизных флюидов. Кроме того, Н₂ может также нейтрализовать радикалы в пиролизных флюидах. Н₂ в жидкой фазе может предотвращать взаимодействие пиролизных флюидов друг с другом и/или с другими соединениями в пласте.It is assumed that the production of hydrocarbons with a relatively low molecular weight, in part, occurs due to autogenous production and as a result of the interaction of fluids with hydrogen in the area of the hydrocarbon-containing formation. For example, by maintaining elevated pressure, the hydrogen generated during pyrolysis can be forced into the liquid phase in the formation. Heating a section of the formation to a temperature in the range of pyrolysis temperatures can cause pyrolysis of hydrocarbons in the formation, followed by the generation of the liquid phase of the pyrolysis fluids. The generated liquid phase of the pyrolysis fluids may contain double bonds and / or radicals. Hydrogen (H ₂ ) in the liquid phase can weaken the double bonds of the pyrolysis fluids, thereby reducing the potential for polymerization or the formation of long chain compounds from the generated pyrolysis fluids. In addition, H ₂ can also neutralize radicals in pyrolysis fluids. H ₂ in the liquid phase can prevent the interaction of pyrolysis fluids with each other and / or with other compounds in the formation.

Пластовый флюид, добытый из промысловых скважин 206, может транспортироваться по коллекторному трубопроводу 208 к обрабатывающим установкам 210. Пластовый флюид также может быть добыт из тепловых источников 202. Например, добыча флюида из тепловых источников 202 позволяет регулировать давление в пласте вблизи тепловых источников. Флюид, выработанный из тепловых источников 202, может транспортироваться по трубопроводам или системе трубопроводов к коллекторному трубопроводу 208, либо выработанный флюид может транспортироваться по трубопроводам или системе трубопроводов непосредственно к обрабатывающим установкам 210. Обрабатывающие установки 210 могут содержать сепарационные блоки, реакционные блоки, обогатительные блоки, топливные ячейки, турбины, резервуары для хранения и/или другие системы и блоки для обработки добытых пластовых флюидов. В обрабатывающих установках, по меньшей мере, из части углеводородов, добытых из пласта, можно получать транспортное топливо. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения транспортное топливо может представлять собой реактивное топливо, например, JP-8.Formation fluid produced from production wells 206 can be transported through manifold 208 to processing units 210. Formation fluid can also be produced from heat sources 202. For example, production of fluid from heat sources 202 allows you to control the pressure in the formation near heat sources. Fluid generated from heat sources 202 can be transported through pipelines or a piping system to a manifold piping 208, or fluid generated can be transported via pipelines or piping directly to a processing unit 210. Processing units 210 may include separation units, reaction units, concentration units, fuel cells, turbines, storage tanks and / or other systems and units for processing produced reservoir fluids. In processing plants, at least part of the hydrocarbons produced from the formation can produce transport fuel. According to some embodiments of the invention, the transport fuel may be a jet fuel, for example, JP-8.

Изолированный проводник может использоваться как элемент электронагревателя или теплового источника. Изолированный проводник может содержать внутренний электрический проводник (сердечник), окруженный электрическим изолятором, и наружный электрический проводник (кожух). Электрический изолятор может содержать минеральную изоляцию (например, оксид магния) или другую электроизоляцию.An insulated conductor can be used as an element of an electric heater or heat source. The insulated conductor may comprise an internal electrical conductor (core) surrounded by an electrical insulator and an external electrical conductor (casing). An electrical insulator may contain mineral insulation (e.g., magnesium oxide) or other electrical insulation.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения изолированный проводник установлен в канале, выполненном в углеводородосодержащем пласте. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения изолированный проводник установлен в необсаженном канале, выполненном в углеводородосодержащем пласте. При размещении изолированного проводника в необсаженном канале, выполненном в углеводородосодержащем пласте, может быть обеспечена как излучательная, так и кондуктивная теплопередача от изолированного проводника к пласту. Если изолированный проводник установлен в необсаженном канале, то, в случае необходимости, его значительно легче извлечь из скважины.According to certain embodiments of the invention, an insulated conductor is mounted in a channel formed in a hydrocarbon containing formation. According to some embodiments of the invention, an insulated conductor is installed in an open casing made in a hydrocarbon containing formation. When an insulated conductor is placed in an open casing made in a hydrocarbon containing formation, both radiative and conductive heat transfer from the insulated conductor to the formation can be provided. If the insulated conductor is installed in an open casing, then, if necessary, it is much easier to remove from the well.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения изолированный проводник может быть снабжен кожухом и установлен в пласте; может быть зацементирован в пласте; или может быть уплотнен в канале песком, гравием, или другим заполняющим материалом. Изолированный проводник может поддерживаться в канале посредством несущего элемента. Несущий элемент может представлять собой кабель, штангу или трубопровод (например, трубу). Несущий элемент может быть изготовлен из металлического, керамического, неорганического материала, или из указанных материалов в сочетании. Поскольку участки несущего элемента при эксплуатации могут подвергаться воздействию пластовых флюидов и высокой температуры, несущий элемент должен быть химически стойким и/или термостойким.According to some embodiments of the invention, the insulated conductor may be provided with a jacket and installed in the formation; can be cemented in the reservoir; or can be compacted in a channel with sand, gravel, or other filling material. An insulated conductor may be supported in the channel by a carrier element. The support element may be a cable, rod, or conduit (e.g., pipe). The supporting element may be made of metallic, ceramic, inorganic material, or of these materials in combination. Since the sections of the supporting element during operation can be exposed to formation fluids and high temperature, the supporting element must be chemically resistant and / or heat resistant.

По длине изолированного проводника в разных местах могут использоваться хомуты, точечная сварка и/или другие типы соединителей для соединения изолированного проводника с несущим элементом. Несущий элемент может быть закреплен на верхней поверхности пласта в устьевом оборудовании. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения изолированный проводник имеет достаточную конструктивную прочность, в таком случае нет необходимости в несущем элементе. Изолированный проводник, в большинстве случаев, может обладать, по меньшей мере, некоторой гибкостью, благодаря чему, предотвращается повреждение в результате теплового расширения при изменении температуры.Clamps, spot welding and / or other types of connectors can be used along the length of the insulated conductor in different places to connect the insulated conductor to the supporting element. The supporting element can be fixed on the upper surface of the reservoir in the wellhead equipment. According to some embodiments of the invention, the insulated conductor has sufficient structural strength, in which case there is no need for a support element. An insulated conductor, in most cases, can have at least some flexibility, which prevents damage due to thermal expansion when the temperature changes.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения изолированные проводники установлены в стволах скважин без несущих элементов и/или центраторов. Изолированный проводник без несущих элементов и/или центраторов может обладать термостойкостью и коррозионной стойкостью, сопротивлением ползучести, иметь длину, толщину (диаметр) и металлургические свойства в соответствующем сочетании, благодаря чему, предотвращается выход из строя изолированного проводника в процессе эксплуатации.In certain embodiments, insulated conductors are installed in wellbores without supporting elements and / or centralizers. An insulated conductor without supporting elements and / or centralizers can have heat and corrosion resistance, creep resistance, length, thickness (diameter) and metallurgical properties in the appropriate combination, which prevents the failure of the insulated conductor during operation.

На фиг.2 представлен вид в перспективе концевого участка изолированного проводника 252 согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Изолированный проводник 252 может иметь в поперечном сечении любую требуемую форму, например, но, не ограничиваясь этим, круглую (как показано на фиг.2), треугольную, эллипсоидальную, прямоугольную, шестиугольную или нерегулярную. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения изолированный проводник 252 имеет сердечник 218, электрический изолятор 214 и кожух 216. При прохождении электрического тока через сердечник 218 может происходить резистивный нагрев сердечника 218. Для питания сердечника 218 может использоваться переменный ток, изменяющийся во времени ток и/или постоянный ток, при этом происходит резистивный нагрев сердечника.FIG. 2 is a perspective view of an end portion of an insulated conductor 252 according to one embodiment of the invention. The insulated conductor 252 may have any desired shape in cross section, for example, but not limited to round (as shown in FIG. 2), triangular, ellipsoidal, rectangular, hexagonal or irregular. According to certain embodiments of the invention, the insulated conductor 252 has a core 218, an electrical insulator 214, and a casing 216. When electric current passes through the core 218, resistive heating of the core 218 can occur. Alternating current, time-varying current and / or direct current can be used to power the core 218. current, while the core is resistively heated.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения электрический изолятор 214 предотвращает утечку тока и образование дугового разряда между сердечником и кожухом 216. Электрический изолятор 214, обладая теплопроводностью, может передавать тепло, выработанное в сердечнике 218, к кожуху 216. Кожух 216 может подводить тепло к пласту посредством излучения или проводимости. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения изолированный проводник 252 имеет длину 1000 м или более. Для удовлетворения определенных эксплуатационных требований также могут использоваться более длинные или более короткие изолированные проводники. Размеры сердечника 218, электрического изолятора 214 и кожуха 216 изолированного проводника 252 выбирают так, чтобы изолированный проводник обладал достаточной прочностью и был самоподдерживающимся даже при верхних пределах рабочих температур. Такие изолированные проводники могут подвешиваться в устьевом оборудовании или на креплениях, размещенных вблизи поверхности раздела между покрывающим слоем и углеводородосодержащим пластом, при этом отсутствует необходимость в несущих элементах, которые продолжаются наряду с изолированными проводниками в углеводородосодержащем пласте.According to some embodiments of the invention, electrical insulator 214 prevents current leakage and the formation of an arc discharge between the core and the casing 216. The electrical insulator 214, having thermal conductivity, can transfer the heat generated in the core 218 to the casing 216. The casing 216 can supply heat to the formation by radiation or conductivity. According to certain embodiments of the invention, insulated conductor 252 has a length of 1000 m or more. Longer or shorter insulated conductors can also be used to meet specific operational requirements. The dimensions of the core 218, the electrical insulator 214 and the casing 216 of the insulated conductor 252 are selected so that the insulated conductor has sufficient strength and is self-supporting even at upper operating temperature limits. Such insulated conductors can be suspended in wellhead equipment or on fixtures located near the interface between the overburden and the hydrocarbon containing formation, without the need for supporting elements that extend along with the insulated conductors in the hydrocarbon containing formation.

Изолированный проводник 252 может быть рассчитан на рабочую мощность вплоть до 1650 Вт/м или выше. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения рабочая мощность изолированного проводника 252 при нагреве пласта составляет от около 300 Вт/м до около 1150 Вт/м. Изолированный проводник 252 может быть конструктивно выполнен так, чтобы при максимальном уровне напряжения и обычной рабочей температуре не могло произойти существенное тепловое и/или электрическое повреждение электрического изолятора 214. Изолированный проводник 252 может быть конструктивно выполнен так, чтобы при его эксплуатации температура кожуха 216, не превышала температуры, приводящей к значительному снижению коррозионной стойкости материала кожуха. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения изолированный проводник 252 может быть конструктивно выполнен так, чтобы он мог обеспечивать температуру нагрева в пределах диапазона от около 650°С до около 900°С. Для удовлетворения определенных эксплуатационных требований могут быть сформированы изолированные проводники с другими диапазонами рабочих температур.Insulated conductor 252 can be designed for operating power up to 1650 W / m or higher. According to certain embodiments of the invention, the operating power of the insulated conductor 252 when heating the formation is from about 300 W / m to about 1150 W / m. The insulated conductor 252 can be structurally designed so that, at the maximum voltage level and normal operating temperature, significant thermal and / or electrical damage to the electrical insulator 214 cannot occur. The insulated conductor 252 can be structurally designed so that during operation the temperature of the casing 216 does not exceeded the temperature, leading to a significant decrease in the corrosion resistance of the casing material. According to certain embodiments of the invention, the insulated conductor 252 can be structurally designed so that it can provide a heating temperature within the range of from about 650 ° C to about 900 ° C. To meet specific operational requirements, insulated conductors with different operating temperature ranges can be formed.

На фиг.2 представлен изолированный проводник 252 с единственным сердечником 218. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения изолированный проводник 252 имеет два или более сердечников 218. К примеру, изолированный проводник может иметь три сердечника. Сердечник 218 может быть изготовлен из металла или другого электропроводного материала. Материал, использованный для формирования сердечника 218, может включать, но, не ограничиваясь этим, нихром, медь, никель, углеродистую сталь, нержавеющую сталь и их сочетания. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения выбран такой диаметр и удельное сопротивление при рабочих температурах сердечника 218, чтобы его сопротивление, согласно закону Ома, обеспечивало электрическую и конструктивную стабильность при выбранном рассеянии мощности на метр, выбранной длине нагревателя и/или максимальном напряжении, допустимом для материала сердечника.Figure 2 shows an insulated conductor 252 with a single core 218. According to some embodiments of the invention, the insulated conductor 252 has two or more cores 218. For example, an insulated conductor may have three cores. The core 218 may be made of metal or other electrically conductive material. The material used to form the core 218 may include, but is not limited to, nichrome, copper, nickel, carbon steel, stainless steel, and combinations thereof. According to certain embodiments of the invention, the diameter and resistivity are chosen at the operating temperatures of the core 218 so that its resistance, according to Ohm's law, provides electrical and structural stability at the selected power dissipation per meter, the selected heater length and / or the maximum voltage acceptable for the core material .

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения сердечник 218 по длине изолированного проводника 252 изготавливают из разных материалов. Например, первая секция сердечника 218 может быть изготовлена из материала, имеющего значительно более низкое сопротивление, по сравнению с материалом второй секции сердечника. Первая секция может быть расположена рядом со слоем пласта, который не подлежит нагреву до столь же высокой температуры, как второй слой пласта, который расположен вблизи второй секции. Удельное сопротивление разных секций сердечника 218 может быть скорректировано посредством изменения диаметра и/или за счет изготовления секций сердечника из разных материалов.According to some embodiments of the invention, the core 218 along the length of the insulated conductor 252 is made of different materials. For example, the first section of the core 218 may be made of a material having a significantly lower resistance compared to the material of the second section of the core. The first section may be located next to the layer of the formation, which cannot be heated to the same high temperature as the second layer of the formation, which is located near the second section. The resistivity of different sections of the core 218 can be adjusted by changing the diameter and / or by manufacturing sections of the core from different materials.

Электрический изолятор 214 может быть изготовлен из многих материалов. Обычно используются порошковые материалы, которые могут включать, но, не ограничиваясь этим, MgO, Аl₂O₃, двуокись циркония, ВеО, различные химически преобразованные шпинели и их сочетания. MgO может обеспечить хорошую теплопроводность и хорошие электроизоляционные свойства. Требуемые электроизоляционные свойства включают низкий ток утечки и высокую диэлектрическую прочность. Низкий ток утечки минимизирует возможность теплового пробоя, а высокая диэлектрическая прочность минимизирует возможность возникновения дугового разряда через изолятор. Тепловой пробой может произойти, если ток утечки вызывает прогрессирующее повышение температуры изолятора, приводящее также к возникновению дугового разряда через изолятор.Electrical insulator 214 may be made of many materials. Usually used powder materials, which may include, but are not limited to, MgO, Al ₂ O ₃ , zirconia, BeO, various chemically converted spinels and combinations thereof. MgO can provide good thermal conductivity and good electrical insulating properties. The required electrical insulation properties include low leakage current and high dielectric strength. A low leakage current minimizes the possibility of thermal breakdown, and a high dielectric strength minimizes the possibility of an arc discharge through the insulator. Thermal breakdown can occur if the leakage current causes a progressive increase in the temperature of the insulator, which also leads to the appearance of an arc discharge through the insulator.

Кожухом 216 может служить наружный металлический слой или электропроводный слой. Кожух 216 может контактировать с горячими пластовыми флюидами. Кожух 216 может быть изготовлен из материала, обладающего высокой коррозионной стойкостью при повышенных температурах. Сплавы, которые могут выдерживать требуемый диапазон рабочих температур кожуха 216, включают, но, не ограничиваясь этим, нержавеющую сталь 304, нержавеющую сталь 310, Incoloy® 800 и Inconel® 600 (фирмы Inco Alloys International, Хантингтон, Западная Вирджиния, США). Толщина кожуха 216 должна быть достаточной, чтобы кожух мог эксплуатироваться в горячей и коррозийной среде на протяжении от трех до десяти лет. Толщина кожуха 216 может, в общем, изменяться от около 1 мм до около 3,5 мм. Например, наружный слой из нержавеющей стали 310 толщиной 1,3 мм может использоваться в качестве кожуха 216, обеспечивая хорошую химическую стойкость к сероводородной коррозии в горячей зоне пласта на протяжении периода времени более 3 лет. Для удовлетворения определенных эксплуатационных требований может использоваться кожух, имеющий большую или меньшую толщину.The casing 216 may be an outer metal layer or an electrically conductive layer. The casing 216 may be in contact with hot formation fluids. The casing 216 may be made of a material having high corrosion resistance at elevated temperatures. Alloys that can withstand the required operating temperature range of casing 216 include, but are not limited to, stainless steel 304, stainless steel 310, Incoloy® 800, and Inconel® 600 (Inco Alloys International, Huntington, West Virginia, USA). The thickness of the casing 216 must be sufficient so that the casing can be operated in a hot and corrosive environment for three to ten years. The thickness of the casing 216 may generally vary from about 1 mm to about 3.5 mm. For example, an outer layer of stainless steel 310 with a thickness of 1.3 mm can be used as a casing 216, providing good chemical resistance to hydrogen sulfide corrosion in the hot zone of the formation over a period of time of more than 3 years. To meet certain operational requirements, a casing having a greater or lesser thickness may be used.

Для формирования теплового источника или тепловых источников один или несколько изолированных проводников могут быть введены в канал, выполненный в пласте. Электрический ток можно пропускать через каждый изолированный проводник в канале для нагрева пласта. Альтернативно, электрический ток можно пропускать через выбранные изолированные проводники в канале. Незадействованные проводники могут использоваться как резервные нагреватели. Электрическое соединение изолированных проводников с источником питания может быть выполнено любым удобным способом. Каждый из концов изолированных проводников может быть соединен с подводящими кабелями, которые проходят через устьевое оборудование. При такой конструкции, как правило, имеется изгиб на 180° (в виде «шпильки») или поворот вблизи основания теплового источника. Для изолированного проводника с изгибом или поворотом на 180°, не требуется концевая заделка, однако место изгиба или поворота на 180° может являться слабым местом электрической цепи и/или слабым местом конструкции нагревателя. Изолированные проводники можно электрически соединять друг с другом последовательно, параллельно или можно сочетать последовательное и параллельное соединение. В некоторых вариантах тепловых источников согласно изобретению электрический ток может проходить в проводник нагревателя с изолированным проводником и может возвращаться через кожух изолированного проводника посредством соединения сердечника 218 с кожухом 216 (показано на фиг.2) в основании теплового источника.To form a heat source or heat sources, one or more insulated conductors can be introduced into the channel made in the reservoir. Electric current can be passed through each insulated conductor in the channel to heat the formation. Alternatively, electric current may be passed through selected insulated conductors in the channel. Unused conductors can be used as backup heaters. The electrical connection of insulated conductors with a power source can be made in any convenient way. Each of the ends of insulated conductors can be connected to supply cables that pass through wellhead equipment. With this design, as a rule, there is a 180 ° bend (in the form of a “hairpin”) or a turn near the base of the heat source. For an insulated conductor with a bend or rotation of 180 °, end termination is not required, however, the place of bending or rotation of 180 ° may be a weak point in the electrical circuit and / or a weak point in the design of the heater. Insulated conductors can be electrically connected to each other in series, in parallel, or series and parallel connections can be combined. In some embodiments of the heat sources according to the invention, electric current can flow into the heater conductor with an insulated conductor and can be returned through the casing of the insulated conductor by connecting the core 218 to the casing 216 (shown in FIG. 2) at the base of the heat source.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения три изолированных проводника 252 электрически соединены звездой в 3-фазной конфигурации с электропитанием. На фиг.3 представлен вариант нагревателя с тремя изолированными проводниками, соединенными звездой, в канале, выполненном в подземном пласте. На фиг.4 представлен вариант нагревателя с тремя изолированными проводниками 252, которые можно удалять из канала 238, выполненного в пласте. При соединении трех изолированных проводников звездой нет необходимости в концевой заделке. Напротив, все три изолированных проводника в конфигурации звезды могут быть соединены вместе вблизи основания канала. Соединение может быть выполнено непосредственно на концах нагревающих секций изолированных проводников или на концах холодных штырей (секций, имеющих меньшее сопротивление), соединенных с нагревательными секциями в основании нагревателей с изолированными проводниками. Нижнее соединение может быть выполнено в герметизированном корпусе, заполненном изолятором или в корпусе, заполненном эпоксидной смолой. Изолятор может быть того же состава, что и изолятор, обеспечивающий электрическую изоляцию.In some embodiments, three insulated conductors 252 are electrically connected by a star in a 3-phase power configuration. Figure 3 presents a variant of the heater with three insulated conductors connected by a star in a channel made in an underground formation. Figure 4 presents a variant of the heater with three insulated conductors 252, which can be removed from the channel 238, made in the reservoir. When connecting three insulated conductors with a star, there is no need for terminal termination. On the contrary, all three insulated conductors in the star configuration can be connected together near the base of the channel. The connection can be made directly at the ends of the heating sections of insulated conductors or at the ends of cold pins (sections having lower resistance) connected to the heating sections at the base of heaters with insulated conductors. The lower connection can be made in a sealed enclosure filled with an insulator or in a enclosure filled with epoxy resin. The insulator may be of the same composition as the insulator providing electrical insulation.

Три изолированных проводника 252 показанных на фиг.3 и 4, могут быть соединены с несущим элементом 220 при использовании центраторов 222. Альтернативно, изолированные проводники 252 могут быть скреплены непосредственно с несущим элементом 220 при использовании металлических хомутов. Центраторы 222 могут фиксировать положение изолированных проводников 252 и/или препятствовать их перемещению относительно несущего элемента 220. Центраторы 222 могут быть изготовлены из металла, керамики или из указанных материалов в сочетании. Металл может представлять собой нержавеющую сталь или металл любого другого типа, который способен противостоять воздействию коррозийной среды и высокой температуры. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения центраторы 222 выполнены в виде согнутых металлических полос, приваренных к несущему элементу с шагом менее примерно 6 м. Керамика, используемая в центраторах 222, может представлять собой, но, не ограничиваясь этим, Аl₂O₃, MgO или другой электроизоляционный материал. Центраторы 222 могут поддерживать положение изолированных проводников 252 на несущем элементе 220, благодаря чему, при рабочих температурах предотвращается перемещение изолированных проводников. Кроме того, изолированные проводники 252 могут обладать некоторой гибкостью, чтобы они могли противостоять расширению несущего элемента 220 при нагреве.The three insulated conductors 252 shown in FIGS. 3 and 4 can be connected to the carrier 220 using centralizers 222. Alternatively, the insulated conductors 252 can be bonded directly to the carrier 220 using metal clamps. Centralizers 222 can fix the position of insulated conductors 252 and / or prevent them from moving relative to the carrier 220. Centralizers 222 can be made of metal, ceramic, or of these materials in combination. The metal may be stainless steel or any other type of metal that is able to withstand corrosive environments and high temperatures. According to some embodiments of the invention, the centralizers 222 are made in the form of bent metal strips welded to the carrier with a pitch of less than about 6 m. The ceramics used in the centralizers 222 may include, but are not limited to, Al ₂ O ₃ , MgO, or another electrical insulating material. Centralizers 222 can maintain the position of the insulated conductors 252 on the carrier 220, so that, at operating temperatures, the movement of insulated conductors is prevented. In addition, insulated conductors 252 may have some flexibility so that they can withstand the expansion of the carrier 220 when heated.

Несущий элемент 220, изолированный проводник 252 и центраторы 222 могут быть установлены в канале 238, выполненном в углеводородном слое 240. Изолированные проводники 252 могут быть подсоединены к нижнему соединению 224 проводников при использовании холодных штырей 226. Нижнее соединение 224 проводников может электрически соединять изолированные проводники 252 друг с другом. Нижнее соединение 224 проводников может включать материалы, которые являются электропроводными и не плавятся при температурах, достигаемых в канале 238. Холодный штырь 226 может быть изолированным проводником, имеющим более низкое электрическое сопротивление, чем изолированный проводник 252.The carrier 220, the insulated conductor 252, and the centralizers 222 can be installed in a channel 238 formed in the hydrocarbon layer 240. The insulated conductors 252 can be connected to the lower conductor connection 224 using cold pins 226. The lower conductor connection 224 can electrically connect the insulated conductors 252 together. The bottom conductor connection 224 may include materials that are electrically conductive and do not melt at temperatures reached in channel 238. The cold pin 226 may be an insulated conductor having lower electrical resistance than insulated conductor 252.

Подводящий проводник 228 может быть соединен с устьевым оборудованием 242 для снабжения электрической энергией изолированного проводника 252. Подводящий проводник 228 может представлять собой проводник с относительно низким электрическим сопротивлением, благодаря чему, при прохождении электрического тока через подводящий проводник выделяется относительно небольшое количество тепла. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения подводящий проводник представляет собой многожильный медный кабель с резиновой или полимерной изоляцией. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения подводящий проводник представляет собой проводник с минеральной изоляцией и медным сердечником. Подводящий проводник 228 может быть соединен с устьевым оборудованием 242 на поверхности 250 через уплотнительный фланец, расположенный между покрывающим слоем 246 и поверхностью 250. Уплотнительный фланец может предотвращать выход флюида из канала 238 на поверхность 250.The lead conductor 228 can be connected to the wellhead equipment 242 to supply electrical power to the insulated conductor 252. The lead conductor 228 can be a conductor with a relatively low electrical resistance, whereby relatively little heat is generated when electric current passes through the lead. In some embodiments, the lead-in conductor is a multi-core copper cable with rubber or polymer insulation. According to some embodiments of the invention, the lead-in conductor is a mineral insulated conductor with a copper core. Lead conductor 228 can be connected to wellhead equipment 242 on surface 250 through a sealing flange located between cover layer 246 and surface 250. The sealing flange can prevent fluid from escaping from channel 238 to surface 250.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения подводящий проводник 228 соединен с изолированным проводником 252 с использованием переходного проводника 230. Переходной проводник 230 может представлять собой участок изолированного проводника 252, имеющий меньшее сопротивление. Переходной проводник 230 может называться «холодным штырем» изолированного проводника 252. Переходной проводник 230 может быть разработан так, что способен рассеивать от около одной десятой до около одной пятой мощности на единицу длины, относительно мощности, которую рассеивает на единицу длины основная нагревательная секция изолированного проводника 252. Как правило, переходной проводник 230 может иметь длину от около 1,5 м до около 15 м, хотя для удовлетворения определенных эксплуатационных требований могут использоваться более короткие или более длинные переходные проводники. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения переходный проводник 230 представляет собой медный проводник. Электрический изолятор переходного проводника 230 может быть изолятором того же типа, что и электрический изолятор, используемый в основной нагревательной секции. Кожух переходного проводника 230 может быть изготовлен из коррозионностойкого материала.According to certain embodiments of the invention, the lead conductor 228 is connected to the insulated conductor 252 using an adapter conductor 230. The adapter conductor 230 may be a portion of the insulated conductor 252 having less resistance. The transition conductor 230 may be called the “cold pin” of the insulated conductor 252. The transition conductor 230 may be designed to dissipate from about one tenth to about one fifth of the power per unit length, relative to the power that the main heating section of the insulated conductor dissipates per unit length 252. Typically, adapter conductor 230 may have a length of from about 1.5 m to about 15 m, although shorter or longer adapter wires. According to one embodiment of the invention, the adapter conductor 230 is a copper conductor. The electrical insulator of the transition conductor 230 may be the same type of insulator as the electrical insulator used in the main heating section. The adapter conductor 230 casing may be made of a corrosion resistant material.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения переходной проводник 230 соединен с подводящим проводником 228 посредством соединителя или иным образом. Также соединители могут использоваться для соединения переходного проводника 230 с изолированным проводником 252. Соединители должны противостоять температурам, приближенным к рабочей температуре целевой зоны (например, температуре, равной рабочей температуре целевой зоны или составляющей половину указанной температуры), в зависимости от количества проводников в канале и наличия огнеупорной облицовки соединителей. Плотность электрической изоляции в соединителях должна в большинстве случаев быть достаточно высокой, чтобы противостоять требуемой температуре и рабочему напряжению.According to certain embodiments of the invention, the adapter conductor 230 is connected to the supply conductor 228 by means of a connector or otherwise. The connectors can also be used to connect the adapter conductor 230 to the insulated conductor 252. The connectors must withstand temperatures close to the working temperature of the target zone (for example, a temperature equal to the working temperature of the target zone or half that temperature), depending on the number of conductors in the channel and the presence of refractory lining of the connectors. The electrical insulation density in the connectors should in most cases be high enough to withstand the required temperature and operating voltage.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, как показано на фиг.3, между обсадной трубой 244 в покрывающем слое и каналом 238 размещен набивочный материал 248. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения армирующий материал 232 может способствовать закреплению обсадной трубы 244 в покрывающем слое 246. Набивочный материал 248 может предотвратить выход флюида из канала 238 на поверхность 250. Армирующий материал 232 может включать, например, портландцемент сорта G или сорта Н, смешанный с кварцевой мукой для улучшения высокотемпературных характеристик, шлаком или кварцевой мукой и/или их смесью. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения армирующий материал 232 продолжается в радиальном направлении на ширину от около 5 см до около 25 см.According to some embodiments of the invention, as shown in FIG. 3, stuffing material 248 is placed between the casing 244 in the overburden and channel 238. In some embodiments, reinforcing material 232 can help secure the casing 244 in the overburden 246. Packing material 248 can prevent fluid from leaving channel 238 to surface 250. Reinforcing material 232 may include, for example, Portland cement grade G or grade H mixed with quartz flour to improve high temperature -temperature performance, slag or silica flour and / or mixtures thereof. According to some embodiments of the invention, the reinforcing material 232 extends in a radial direction over a width of from about 5 cm to about 25 cm.

Как показано на фиг.3 и 4, несущий элемент 220 и подводящий проводник 228 могут быть соединены с устьевым оборудованием 242 на поверхности 250 пласта. Поверхностная направляющая колонна 234 может охватывать армирующий материал 232 и может быть соединена с устьевым оборудованием 242. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения поверхностные направляющие колонны могут продолжаться на глубину от около 3 м до около 515 м в канале, выполненном в пласте. Альтернативно, поверхностная направляющая колонна может продолжаться в пласт на глубину приблизительно 9 м. Электрический ток может подаваться от источника питания к изолированному проводнику 252 для выработки тепла за счет электрического сопротивления изолированного проводника. Тепло, выработанное тремя изолированными проводниками 252, может передаваться внутри канала 238 для нагрева, по меньшей мере, одного участка углеводородного слоя 240.As shown in FIGS. 3 and 4, the carrier 220 and the lead conductor 228 can be connected to wellhead equipment 242 on the formation surface 250. The surface guide column 234 may span reinforcing material 232 and may be connected to wellhead equipment 242. According to some embodiments of the invention, the surface guide columns may extend to a depth of about 3 m to about 515 m in a channel formed in the formation. Alternatively, the surface guide column may extend into the formation to a depth of approximately 9 m. Electric current may be supplied from the power source to the insulated conductor 252 to generate heat due to the electrical resistance of the insulated conductor. The heat generated by the three insulated conductors 252 may be transferred within the channel 238 to heat at least one portion of the hydrocarbon layer 240.

Тепло, выработанное изолированными проводниками 252, может нагревать, по меньшей мере, один участок углеводородосодержащего пласта. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения выработанное проводниками тепло передается к пласту, по существу, посредством излучения. Некоторое количество тепла может передаваться посредством проводимости или конвекции за счет газов, присутствующих в канале. Канал может представлять собой необсаженный канал, как показано на фиг.3 и 4. При использовании необсаженного канала можно исключить расходы, связанные с тепловым соединением нагревателя с пластом, расходы, связанные с обсадной трубой, и/или расходы, связанные с уплотнением нагревателя в канале. Кроме того, теплопередача за счет излучения, как правило, является более эффективной, чем за счет проводимости, что позволяет эксплуатировать нагреватели в открытом стволе скважины при более низких температурах. Теплопередача за счет проводимости на начальном этапе функционирования теплового источника может быть увеличена благодаря введению газа в канал. Давление газа можно поддерживать на уровне до около 27 бар абсолютного давления. Газ может представлять собой, но, не ограничиваясь этим, углекислый газ и/или гелий. Нагреватель с изолированным проводником в открытом стволе скважины, предпочтительно, может свободно расширяться или сжиматься, согласуясь с тепловым расширением и сжатием. Нагреватель с изолированным проводником, предпочтительно, может быть удаляемым из открытого ствола скважины или повторно устанавливаемым.Heat generated by insulated conductors 252 can heat at least one portion of a hydrocarbon containing formation. In some embodiments, the heat generated by the conductors is transferred to the formation substantially by radiation. Some heat can be transferred through conduction or convection due to the gases present in the channel. The channel may be an open-hole channel, as shown in FIGS. 3 and 4. By using an open-hole channel, the costs associated with the thermal connection of the heater to the formation, the costs associated with the casing, and / or the costs associated with sealing the heater in the channel can be eliminated. . In addition, heat transfer due to radiation, as a rule, is more efficient than due to conductivity, which allows heaters to be operated in an open wellbore at lower temperatures. Heat transfer due to conductivity at the initial stage of operation of a heat source can be increased due to the introduction of gas into the channel. The gas pressure can be maintained at up to about 27 bar absolute pressure. The gas may be, but is not limited to, carbon dioxide and / or helium. An insulated conductor heater in an open wellbore may preferably expand or contract freely, consistent with thermal expansion and contraction. The insulated conductor heater may preferably be removable from an open wellbore or reinstallable.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения сборку нагревателя с изолированным проводником устанавливают или удаляют с использованием намоточного узла. Можно использовать более одного намоточного узла для одновременной установки изолированного проводника и несущего элемента. Альтернативно, несущий элемент может быть установлен с использованием колтюбинговой установки. Нагреватели можно размотать и соединить с несущим элементом после установки несущего элемента в скважине. Электронагреватель и несущий элемент можно сматывать с намоточных узлов. По длине несущего элемента могут быть установлены распорные детали между несущим элементом и нагревателем. Дополнительные намоточные узлы можно использовать для дополнительных электрических нагревательных элементов.In certain embodiments, an insulated conductor heater assembly is installed or removed using a winding assembly. You can use more than one winding unit for the simultaneous installation of an insulated conductor and a supporting element. Alternatively, the carrier may be installed using a coiled tubing installation. The heaters can be unwound and connected to the carrier after installing the carrier in the well. The electric heater and the supporting element can be wound from the winding units. Spacers may be installed along the length of the carrier between the carrier and the heater. Additional winding units can be used for additional electric heating elements.

Нагреватели с ограничением температуры могут быть конфигурированы соответствующим образом и/или могут содержать материалы, которые придают нагревателю свойства, обеспечивающие автоматическое ограничение температуры при достижении определенных температур нагрева. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения в нагревателях с ограничением температуры используются ферромагнитные материалы. Ферромагнитный материал при подведении к нему изменяющего во времени тока способен самостоятельно ограничивать температуру при достижении температуры Кюри материала или вблизи нее и/или в диапазоне температур фазового превращения, чтобы уменьшить количество тепла. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения ферромагнитный материал способен самостоятельно ограничивать температуру нагревателя с ограничением температуры при выбранной температуре, которая приближена к температуре Кюри и/или находится в диапазоне температур фазового превращения. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения выбранная температура отличается от температуры Кюри и/или от диапазона температур фазового превращения в пределах 35°С, в пределах 25°С, в пределах 20°С или в пределах 10°С. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения ферромагнитные материалы соединяют с другими материалами (например, с материалами, имеющими высокую электропроводность, высокопрочными материалами, коррозионно-стойкими материалами или с указанными материалами в сочетании), чтобы обеспечить различные электрические и/или механические свойства. Некоторые участки нагревателя с ограничением температуры могут обладать более низким сопротивлением (обусловленным различной геометрией и/или за счет использования различных ферромагнитных и/или неферромагнитных материалов), по сравнению с другими участками нагревателя с ограничением температуры. Поскольку нагреватель с ограничением температуры имеет участки, изготовленные из различных материалов и/или имеющие различные размеры, можно получить требуемую тепловую мощность от каждого из участков нагревателя.Temperature limited heaters can be configured appropriately and / or may contain materials that give the heater properties that automatically limit the temperature when certain heating temperatures are reached. According to certain embodiments of the invention, temperature limited heaters utilize ferromagnetic materials. When a ferromagnetic material is supplied to it, a time-varying current is able to independently limit the temperature when the Curie temperature of the material reaches or near it and / or in the temperature range of the phase transformation in order to reduce the amount of heat. According to certain embodiments of the invention, the ferromagnetic material is capable of independently limiting the temperature of the heater with a temperature limitation at a selected temperature that is close to the Curie temperature and / or is in the phase transformation temperature range. According to certain embodiments of the invention, the selected temperature differs from the Curie temperature and / or from the temperature range of the phase transformation within 35 ° C, within 25 ° C, within 20 ° C or within 10 ° C. According to certain embodiments of the invention, ferromagnetic materials are combined with other materials (for example, materials having high electrical conductivity, high strength materials, corrosion-resistant materials, or with said materials in combination) to provide various electrical and / or mechanical properties. Some sections of the temperature limited heater may have lower resistance (due to different geometries and / or due to the use of different ferromagnetic and / or non-ferromagnetic materials), compared to other parts of the temperature limited heater. Since the temperature limited heater has sections made of different materials and / or having different sizes, it is possible to obtain the required heat output from each of the sections of the heater.

Нагреватели с ограничением температуры могут быть более надежными, по сравнению с другими нагревателями. Нагреватели с ограничением температуры меньше подвержены разрушению или повреждению, вызываемому перегретыми участками в пласте. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения нагреватели с ограничением температуры обеспечивают, по существу, равномерный нагрев пласта. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения нагреватели с ограничением температуры способны нагревать пласт более эффективно за счет работы при более высокой средней тепловой мощности по всей длине нагревателя. Нагреватель с ограничением температуры работает при более высокой средней тепловой мощности по всей длине нагревателя, поскольку мощность, подводимая к нагревателю, не должна быть уменьшена для всего нагревателя, как это происходит в типичных нагревателях постоянной мощности, если температура в какой-либо точке нагревателя превышает, или близка к превышению максимальной рабочей температуры нагревателя. Когда температура нагрева приближается к температуре Кюри и/или диапазону температур фазового превращения материала, тепловая мощность, отводимая от участков нагревателя с ограничением температуры, автоматически уменьшается без управляемой корректировки изменяющегося во времени тока, подводимого к нагревателю. Тепловая мощность автоматически уменьшается, благодаря изменению электрических свойств (например, электрического сопротивления) участков нагревателя с ограничением температуры. Таким образом, нагреватель с ограничением температуры подает увеличенную мощность в течение большей части процесса нагрева пласта.Temperature limited heaters can be more reliable than other heaters. Temperature limited heaters are less susceptible to destruction or damage caused by overheated areas in the formation. According to some embodiments of the invention, temperature limited heaters provide substantially uniform heating of the formation. According to some embodiments of the invention, temperature limited heaters are capable of heating the formation more efficiently by operating at a higher average heat output along the entire length of the heater. A temperature limited heater operates at a higher average heat output along the entire length of the heater, since the power supplied to the heater should not be reduced for the entire heater, as is the case with typical constant heaters, if the temperature at any point in the heater exceeds or close to exceeding the maximum operating temperature of the heater. When the heating temperature approaches the Curie temperature and / or the temperature range of the phase transformation of the material, the heat output from the temperature limited sections of the heater automatically decreases without controlled adjustment of the time-varying current supplied to the heater. Thermal power is automatically reduced due to a change in the electrical properties (e.g., electrical resistance) of the temperature limited sections of the heater. In this way, a temperature limited heater supplies increased power during most of the formation heating process.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения система, содержащая нагреватели с ограничением температуры, при подаче к нагревателям с ограничением температуры изменяющегося во времени тока, первоначально обеспечивает первую тепловую мощность и затем обеспечивает уменьшенную тепловую мощность (вторую тепловую мощность) электрически резистивного участка нагревателя при приближении температуры нагрева к температуре Кюри и/или к диапазону температур фазового превращения материала, при достижении указанной температуры и/или указанного диапазона температур, либо при превышении указанной температуры и/или указанного диапазона температур. Первая тепловая мощность представляет собой тепловую мощность, соответствующую температурам нагрева, ниже которых нагреватель с ограничением температуры начинается функционировать с самоограничением. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения первая тепловая мощность является тепловой мощностью, которая соответствует температуре, примерно на 50°С, примерно на 75°С, примерно на 100°С или примерно на 125°С ниже температуры Кюри и/или диапазона температур фазового превращения ферромагнитного материала в нагревателе с ограничением температуры.According to certain embodiments of the invention, a system comprising temperature-limited heaters, when supplied with time-varying current-limiting heaters, initially provides a first heat output and then provides a reduced heat output (second heat output) of the electrically resistive portion of the heater as the heating temperature approaches Curie temperature and / or to the temperature range of the phase transformation of the material, when the specified temperature is reached and / or a specified temperature range, or when exceeding a specified temperature and / or a specified temperature range. The first heat power is the heat power corresponding to the heating temperatures, below which the temperature-limited heater starts to operate with self-limitation. According to some embodiments of the invention, the first thermal power is a thermal power that corresponds to a temperature of about 50 ° C, about 75 ° C, about 100 ° C, or about 125 ° C below the Curie temperature and / or the ferromagnetic phase transformation temperature range material in a temperature limited heater.

К нагревателю с ограничением температуры может подводиться изменяющийся во времени ток (переменный ток или модулированный постоянный ток) от устьевого оборудования. Устьевое оборудование может содержать источник энергии и другие компоненты (например, компоненты модуляции, трансформаторы и/или конденсаторы), используемые для подачи питания к нагревателю с ограничением температуры. Нагреватель с ограничением температуры может представлять собой один из множества нагревателей, используемых для нагрева участка пласта.A temperature-limited current (alternating current or modulated direct current) from a wellhead equipment may be supplied to a temperature-limited heater. Wellhead equipment may include an energy source and other components (eg, modulation components, transformers and / or capacitors) used to supply temperature limited heater power. A temperature limited heater may be one of many heaters used to heat a portion of a formation.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения в нагревателях с ограничением температуры используется относительно тонкий проводящий слой, обеспечивающий большую часть тепловой мощности в результате резистивного нагрева при приближении температуры нагрева к температуре Кюри и/или к диапазону температур фазового превращения ферромагнитного проводника, при достижении указанной температуры и/или указанного диапазона температур, либо при превышении указанной температуры и/или указанного диапазона температур. Такой нагреватель с ограничением температуры может использоваться в качестве нагревательного элемента в нагревателе с изолированным проводником. Нагревательный элемент нагревателя с изолированным проводником может быть размещен внутри кожуха, при этом между кожухом и нагревательным элементом имеется изоляционный слой.According to some embodiments of the invention, temperature limited heaters use a relatively thin conductive layer that provides most of the thermal power as a result of resistive heating when the heating temperature approaches the Curie temperature and / or the temperature range of the phase transformation of the ferromagnetic conductor, when the specified temperature and / or the specified temperature range, or when exceeding the specified temperature and / or the specified temperature range. Such a temperature limited heater can be used as a heating element in an insulated conductor heater. The heating element of the heater with an insulated conductor can be placed inside the casing, while between the casing and the heating element there is an insulating layer.

На фиг.5А и 5В показаны виды в поперечном и продольном разрезах нагревателя с ограничением температуры, используемого в качестве компонента в нагревателе с изолированным проводником, согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Изолированный проводник 252 содержит сердечник 218, ферромагнитный проводник 236, внутренний проводник 212, электрический изолятор 214 и кожух 216. Сердечником 218 является медный сердечник. Ферромагнитный проводник 236 изготовлен, например, из железа или сплава железа.5A and 5B are cross-sectional and longitudinal sectional views of a temperature-limited heater used as a component in an insulated conductor heater, according to one embodiment of the invention. The insulated conductor 252 comprises a core 218, a ferromagnetic conductor 236, an inner conductor 212, an electrical insulator 214, and a casing 216. The core 218 is a copper core. The ferromagnetic conductor 236 is made, for example, of iron or an alloy of iron.

Внутренний проводник 212 представляет собой относительно тонкий проводящий слой неферромагнитного материала с более высокой электропроводностью, по сравнению с ферромагнитным проводником 236. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения внутренний проводник 212 изготовлен из меди. Внутренний проводник 212 может быть изготовлен из медного сплава. Медные сплавы, как правило, имеют более гладкую зависимость сопротивления от температуры, чем чистая медь. Более гладкая зависимость сопротивления от температуры может обеспечить меньшие колебания тепловой мощности в зависимости температуры вплоть до температуры Кюри и/или диапазона температуры фазового превращения материала. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения внутренний проводник 212 является медным сплавом с содержанием никеля 6 мас.% (например, CuNi₆ или LOHM^TM). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения внутренний проводник 212 является сплавом CuNi₁₀Fe₁Mn. При температуре ниже температуры Кюри и/или диапазона температур фазового превращения ферромагнитного проводника 236, магнитные свойства ферромагнитного проводника в большей степени ограничивают протекание электрического тока к внутреннему проводнику 212. Таким образом, внутренний проводник 212 обеспечивает в большей степени тепловую мощность изолированного проводника 252 в результате резистивного нагрева до температуры нагрева ниже температуры Кюри и/или диапазона температур фазового превращения.Inner conductor 212 is a relatively thin conductive layer of non-ferromagnetic material with higher electrical conductivity compared to ferromagnetic conductor 236. In certain embodiments, inner conductor 212 is made of copper. The inner conductor 212 may be made of a copper alloy. Copper alloys, as a rule, have a smoother temperature dependence of resistance than pure copper. A smoother dependence of the resistance on temperature can provide smaller fluctuations in thermal power depending on the temperature up to the Curie temperature and / or the temperature range of the phase transformation of the material. In some embodiments, the inner conductor 212 is a copper alloy with a nickel content of 6% by weight (e.g., CuNi ₆ or LOHM ^™ ). In some embodiments, inner conductor 212 is a CuNi ₁₀ Fe ₁ Mn alloy. At temperatures below the Curie temperature and / or phase transformation temperature range of the ferromagnetic conductor 236, the magnetic properties of the ferromagnetic conductor more restrict the flow of electric current to the inner conductor 212. Thus, the inner conductor 212 provides more thermal power to the insulated conductor 252 as a result of the resistive heating to a heating temperature below the Curie temperature and / or the temperature range of the phase transformation.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения размеры внутреннего проводника 212, сердечника 218 и ферромагнитного проводника 236 приведены в соответствие, чтобы внутренний проводник обеспечивал требуемую величину тепловой мощности и требуемый динамический диапазон регулирования. Например, площадь поперечного сечения внутреннего проводника 212 примерно в 2 или 3 раза меньше площади поперечного сечения сердечника 218. Если внутренний проводник 212 изготовлен из меди или медного сплава, как правило, он должен иметь относительно небольшую площадь поперечного сечения, чтобы обеспечить требуемую тепловую мощность. Если внутренний проводник 212 изготовлен из меди, то сердечник 218 имеет диаметр 0,66 см, ферромагнитный проводник 236 имеет наружный диаметр 0,91 см, внутренний проводник 212 имеет наружный диаметр 1,03 см, электрический изолятор 214 имеет наружный диаметр 1,53 см и кожух 216 имеет наружный диаметр 1,79 см. Если внутренний проводник 212 изготовлен из сплава CuNi₆, то сердечник 218 имеет диаметр 0,66 см, ферромагнитный проводник 236 имеет наружный диаметр 0,91 см, внутренний проводник 212 имеет наружный диаметр 1,12 см, электрический изолятор 214 имеет наружный диаметр 1,63 см и кожух 216 имеет наружный диаметр 1,88 см. Такие изолированные проводники, как правило, имеют размер меньше и являются более дешевыми в изготовлении, по сравнению с изолированными проводники, в которых не используется тонкий внутренний проводник, обеспечивающий большую часть тепловой мощности для нагрева до температур ниже температуры Кюри и/или диапазона температур фазового превращения.According to certain embodiments of the invention, the dimensions of the inner conductor 212, the core 218 and the ferromagnetic conductor 236 are aligned so that the inner conductor provides the required amount of thermal power and the required dynamic range of regulation. For example, the cross-sectional area of the inner conductor 212 is about 2 or 3 times smaller than the cross-sectional area of the core 218. If the inner conductor 212 is made of copper or a copper alloy, as a rule, it should have a relatively small cross-sectional area to provide the required heat output. If the inner conductor 212 is made of copper, then the core 218 has a diameter of 0.66 cm, the ferromagnetic conductor 236 has an outer diameter of 0.91 cm, the inner conductor 212 has an outer diameter of 1.03 cm, the electrical insulator 214 has an outer diameter of 1.53 cm and the casing 216 has an outer diameter of 1.79 cm. If the inner conductor 212 is made of CuNi ₆ alloy, the core 218 has a diameter of 0.66 cm, the ferromagnetic conductor 236 has an outer diameter of 0.91 cm, the inner conductor 212 has an outer diameter of 1, 12 cm, electrical insulator 214 has an outer diameter of 1.63 s and the casing 216 has an outer diameter of 1.88 cm. Such insulated conductors are generally smaller and less expensive to manufacture than insulated conductors that do not use a thin inner conductor, which provides most of the heat output for heating up to temperatures below the Curie temperature and / or phase transformation temperature range.

Электрический изолятор 214 может являться оксидом магния, оксидом алюминия, диоксидом кремния, оксидом бериллия, нитридом бора, нитридом кремния или сочетанием указанных соединений. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения электрический изолятор 214 является уплотненным порошком оксида магния. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения электрический изолятор 214 представляет собой бусинки нитрида кремния.Electrical insulator 214 may be magnesium oxide, alumina, silicon dioxide, beryllium oxide, boron nitride, silicon nitride, or a combination of these compounds. In certain embodiments, electrical insulator 214 is a compacted magnesium oxide powder. In some embodiments, electrical insulator 214 is a silicon nitride bead.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения между электрическим изолятором 214 и внутренним проводником 212 помещен небольшой слой материала для предотвращения переноса меди в электрический изолятор при высоких температурах. Например, между электрическим изолятором 214 и наружным проводником 212 может быть помещен небольшой слой никеля (например, слой никеля около 0,5 мм).In certain embodiments, a small layer of material is placed between the electrical insulator 214 and the inner conductor 212 to prevent copper from being transferred to the electrical insulator at high temperatures. For example, a small layer of nickel (for example, a nickel layer of about 0.5 mm) can be placed between the electrical insulator 214 and the outer conductor 212.

Кожух 216 изготовлен из коррозионно-стойкого материала, например, но, не ограничиваясь этим, из нержавеющей стали 347, нержавеющей стали 347Н, нержавеющей стали 446 или нержавеющей стали 825. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения кожух 216 обеспечивает изолированному проводнику 252 определенную механическую прочность при температуре Кюри и/или диапазоне температур фазового превращения ферромагнитного проводника 236 или выше указанной температуры и/или указанного диапазона температур. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения кожух 216 не используется для проведения электрического тока.The housing 216 is made of a corrosion-resistant material, for example, but not limited to, stainless steel 347, stainless steel 347H, stainless steel 446, or stainless steel 825. According to some embodiments of the invention, the housing 216 provides the insulated conductor 252 with a certain mechanical strength at temperature Curie and / or the temperature range of the phase transformation of the ferromagnetic conductor 236 or above the specified temperature and / or the specified temperature range. According to certain embodiments of the invention, the casing 216 is not used to conduct electric current.

При изготовлении изолированных проводников относительно большой длины (например, длиной 10 м или более) существует множество потенциальных проблем. Например, могут присутствовать зазоры между блоками материала, используемого для формирования электрического изолятора в изолированном проводнике. Эти зазоры могут привести к вздутиям или механическим дефектам в сердечнике или в других компонентах изолированного проводника. Изолированный проводник включает используемый в качестве нагревателя изолированный проводник и/или изолированные проводники, расположенные в покрывающем слое пласта (изолированные проводники, которые генерируют малую тепловую мощность или вообще не генерируют тепловую мощность). Изолированные проводники могут быть, например, проводниками с неорганической изоляцией, к примеру, могут представлять собой кабели с неорганической изоляцией.In the manufacture of insulated conductors of relatively large lengths (for example, 10 meters or more), there are many potential problems. For example, there may be gaps between the blocks of material used to form the electrical insulator in the insulated conductor. These clearances can lead to swelling or mechanical defects in the core or in other components of the insulated conductor. An insulated conductor includes an insulated conductor used as a heater and / or insulated conductors located in the overburden of the formation (insulated conductors that generate low thermal power or do not generate thermal power at all). Insulated conductors may be, for example, inorganic insulated conductors, for example, may be inorganic insulated cables.

Традиционно изготовление (формирование) изолированного проводника начинается с изготовления кожуха из полосы электропроводного материала (например, нержавеющей стали). Полосе для изготовления кожуха придают частично цилиндрическую форму (прокаткой в продольном направлении), и в частично цилиндрический кожух вставляют блоки электрического изолятора (например, блоки оксида магния). Вставленные блоки могут быть частично цилиндрическими блоками, например, полуцилиндрическими блоками. После установки блоков, продольный сердечник, который, как правило, является сплошным цилиндром, вставляют в частично цилиндрический кожух, вмещающий полуцилиндрические блоки. Сердечник изготавливают из электропроводного материала, такого как медь, никель и/или сталь.Traditionally, the manufacture (formation) of an insulated conductor begins with the manufacture of a casing from a strip of electrically conductive material (for example, stainless steel). The strip for the manufacture of the casing is given a partially cylindrical shape (rolling in the longitudinal direction), and blocks of an electrical insulator (for example, magnesium oxide blocks) are inserted into the partially cylindrical casing. The inserted blocks may be partially cylindrical blocks, for example, semi-cylindrical blocks. After installing the blocks, the longitudinal core, which, as a rule, is a continuous cylinder, is inserted into a partially cylindrical casing containing half-cylindrical blocks. The core is made of an electrically conductive material such as copper, nickel and / or steel.

Как только блоки электрического изолятора и сердечник установлены на месте, участку кожуха, содержащему блоки и сердечник, может быть придана форма завершенного цилиндра, охватывающего блоки и сердечник. Чтобы сформировать цилиндр продольные края кожуха могут быть сварены с формированием изолированной сборки проводника с сердечником и с блоками электрического изолятора в кожухе. Процесс введения блоков и закрытия цилиндра кожуха может быть повторен вдоль длины кожуха, чтобы сформировать сборку изолированного проводника требуемой длины.Once the electrical insulator blocks and the core are installed in place, a portion of the casing containing the blocks and the core can be shaped into a complete cylinder spanning the blocks and the core. To form a cylinder, the longitudinal edges of the casing can be welded to form an insulated conductor assembly with a core and with electrical insulator blocks in the casing. The process of inserting the blocks and closing the cylinder of the casing can be repeated along the length of the casing to form an assembly of an insulated conductor of the desired length.

После формирования сборки изолированного проводника могут быть предприняты дальнейшие шаги для уменьшения зазоров, присутствующих в сборке. Например, сборку изолированного проводника пропускают через устройство постепенного сжатия, чтобы уменьшить зазоры в сборке. Одним из примеров устройства постепенного сжатия является роликовое устройство. В роликовом устройстве сборка изолированного проводника может постепенно проходить через множество горизонтальных и вертикальных роликов, причем сборка поочередно проходит между горизонтальными и вертикальными роликами. Ролики могут постепенно уменьшать размер сборки изолированного проводника до конечного требуемого наружного диаметра.After forming the insulated conductor assembly, further steps can be taken to reduce the gaps present in the assembly. For example, an insulated conductor assembly is passed through a gradual compression device to reduce gaps in the assembly. One example of a gradual compression device is a roller device. In a roller device, an insulated conductor assembly may gradually pass through a plurality of horizontal and vertical rollers, wherein the assembly alternately passes between horizontal and vertical rollers. The rollers can gradually reduce the assembly size of the insulated conductor to the final required outer diameter.

Если блоки электрического изолятора свободно расположены в кожухе во время процесса сжатия сборки изолированного проводника, то между некоторыми блоками могут остаться зазоры, которые вызовут проблемы, например, вздутие сердечника или другие механические дефекты в обжатой сборке изолированного проводника. Указанные дефекты могут стать причиной электрических проблем при эксплуатации сборки изолированного проводника и могут создавать потенциальную угрозу работоспособности сборки изолированного проводника. Таким образом, необходим надежный способ, позволяющий уменьшить или устранить зазоры между блоками электрического изолятора во время процесса обжатия сборки изолированного проводника.If the blocks of the electrical insulator are freely located in the casing during the compression process of the insulated conductor assembly, there may be gaps between some of the blocks that will cause problems, such as core bloating or other mechanical defects in the crimped insulated conductor assembly. These defects can cause electrical problems during operation of the insulated conductor assembly and may pose a potential threat to the performance of the insulated conductor assembly. Thus, a reliable method is needed to reduce or eliminate the gaps between the blocks of the electrical insulator during the crimping process of the insulated conductor assembly.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения, чтобы минимизировать зазоры между блоками в сборке изолированного проводника, к блокам прикладывается осевое усилие. Например, когда один или несколько блоков вставляют в сборку изолированного проводника, вставляемые блоки проталкивают (механически или пневматически) в осевом направлении вдоль сборки вплотную к блокам, уже находящимся в сборке. Благодаря проталкиванию с достаточным усилием вставляемых блоков вплотную к блокам, уже находящимся в сборке изолированного проводника, минимизируются зазоры между блоками, обеспечивается и поддерживается сила сцепления между блоками во всей сборке, поскольку сборка последовательно обжимается в роликовом устройстве.According to certain embodiments of the invention, in order to minimize gaps between the blocks in the insulated conductor assembly, axial force is applied to the blocks. For example, when one or more blocks are inserted into an insulated conductor assembly, the inserted blocks are pushed (mechanically or pneumatically) in the axial direction along the assembly close to the blocks already in the assembly. By pushing the inserted blocks with sufficient force close to the blocks already in the insulated conductor assembly, the gaps between the blocks are minimized, the adhesion force between the blocks in the entire assembly is provided and maintained, since the assembly is successively crimped in a roller device.

На фиг.6-8 представлен один из вариантов толкателя 254 блоков, который может использоваться, чтобы обеспечить осевое усилие, прикладываемое к блокам в сборке изолированного проводника. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения, как показано на фиг.6, толкатель 254 включает держатель 256 изолированного проводника, направляющую 258 плунжера, и пневмоцилиндры 260. Толкатель 254 может быть расположен на сборочной линии, используемой для изготовления сборки изолированного проводника. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения толкатель 254 размещен на участке сборочной линии, предназначенном для введения блоков в кожух. Например, толкатель 254 может быть расположен между участком прокатки полосы кожуха в продольном направлении с приданием частично цилиндрической формы и участком введения сердечника в сборку изолированного проводника. После введения сердечника в сборку изолированного проводника можно придать форму завершенного цилиндра кожуху, вмещающему блоки и сердечник. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения сердечник вводят в кожух до установки блоков, и затем блоки вставляют в кожух вокруг сердечника.Figures 6-8 show one embodiment of a block pusher 254 that can be used to provide axial force to the blocks in an insulated conductor assembly. According to certain embodiments of the invention, as shown in FIG. 6, the pusher 254 includes an insulated conductor holder 256, a ram guide 258, and pneumatic cylinders 260. The pusher 254 may be located on an assembly line used to make an insulated conductor assembly. According to certain embodiments of the invention, the pusher 254 is located on a portion of the assembly line for introducing blocks into the casing. For example, the pusher 254 may be located between the portion of the rolling strip of the casing in the longitudinal direction, giving a partially cylindrical shape and the portion of the introduction of the core into the assembly of the insulated conductor. After the core is introduced into the insulated conductor assembly, it is possible to shape the completed cylinder into a housing containing the blocks and the core. According to some embodiments of the invention, the core is inserted into the casing prior to installing the blocks, and then the blocks are inserted into the casing around the core.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения держатель 256 изолированного проводника сформирован таким образом, что, поддерживая часть кожуха 216, позволяет сборке кожуха перемещаться, в то время как другие части кожуха одновременно перемещаются через другие участки сборочной линии. Держатель 256 изолированного проводника может быть соединен с направляющей 258 плунжера и пневмоцилиндрами 260.According to certain embodiments of the invention, the insulated conductor holder 256 is formed in such a way that by supporting part of the casing 216, the assembly of the casing can be moved while other parts of the casing are simultaneously moved through other parts of the assembly line. The holder 256 of the insulated conductor can be connected to the guide 258 of the plunger and pneumatic cylinders 260.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения имеется держатель 262 блоков, который соединен с держателем 256 изолированного проводника. Держатель 262 блоков может представлять собой устройство, которое предназначено для накапливания блоков 264 и введения их в кожух 216. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения блоки 264 формируют из двух полуцилиндрических блоков 264А, 264 В. Блоки 264 могут быть изготовлены из электроизоляционного материала, подходящего для использования в сборке изолированного проводника, например, но, не ограничиваясь этим, из оксида магния. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения блоки 264 имеют длину около 6 дюймов. Однако длина блоков 264 может быть изменена, если в этом есть необходимость или потребность при изготовлении сборки изолированного проводника.According to certain embodiments of the invention, there is a block holder 262 that is connected to an insulated conductor holder 256. The block holder 262 may be a device that is designed to accumulate blocks 264 and insert them into the casing 216. According to certain embodiments of the invention, the blocks 264 are formed from two semi-cylindrical blocks 264A, 264 B. The blocks 264 can be made of electrical insulating material suitable for use in an insulated conductor assembly, for example, but not limited to, of magnesium oxide. In some embodiments, blocks 264 are about 6 inches long. However, the length of blocks 264 can be changed if there is a need or a need for the manufacture of an insulated conductor assembly.

Может использоваться разделительное устройство для отделения блоков 264А, 264В друг от друга в держателе 262, чтобы блоки могли устанавливаться в кожухе 216 надлежащим образом. Как показано на фиг.8, блоки 264А, 264В из держателя 262 могут под действием силы тяжести подаваться в кожух 216, когда кожух перемещается через держатель 256 изолированного проводника. Блоки 264А, 264В могут быть вставлены в кожух 216 в конфигурации непосредственно бок о бок (после введения блоки размещаются непосредственно бок о бок и горизонтально в кожухе).A separation device may be used to separate the blocks 264A, 264B from each other in the holder 262 so that the blocks can be properly installed in the casing 216. As shown in FIG. 8, the blocks 264A, 264B from the holder 262 can be fed into the casing 216 by gravity when the casing moves through the insulated conductor holder 256. Blocks 264A, 264B can be inserted directly into the casing 216 in the configuration 216 (after insertion, the blocks are placed directly side by side and horizontally in the casing).

После введения блоков 264А, 264В в кожух 216, блоки могут быть перемещены (проталкиваются) к ранее вставленным блокам для удаления зазоров между блоками в кожухе. Блоки 264А, 264В могут быть перемещены к ранее вставленным блокам с использованием плунжера 266, показанного на фиг.8. Плунжер 266 может быть расположен внутри кожуха 216 таким образом, что обеспечивает давление на блоки, установленные в кожухе, а не непосредственно на кожух.After inserting blocks 264A, 264B into the casing 216, the blocks can be moved (pushed) to previously inserted blocks to remove gaps between the blocks in the casing. Blocks 264A, 264B may be moved to previously inserted blocks using the plunger 266 shown in FIG. The plunger 266 can be located inside the casing 216 in such a way that provides pressure on the blocks installed in the casing, and not directly on the casing.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения плунжер 266 в поперечном сечении имеет такую форму, которая позволяет ему свободно перемещаться внутри кожуха 216 и прикладывать осевое усилие к блокам, без приложения усилия к сердечнику внутри кожуха. На фиг.9 представлен вариант плунжера 266, имеющего в поперечном сечении форму, позволяющую плунжеру прикладывать усилие к блокам, но не к сердечнику внутри кожуха. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения плунжер 266 изготавливают из керамики или покрывают керамическим материалом. Примером керамического материала, который может использоваться, является оксид алюминия, легированный оксидом циркония (ZTA). Благодаря использованию керамического или покрытого керамикой плунжера можно избежать истирания плунжером блоков, когда плунжер прикладывает усилие к блокам.According to certain embodiments of the invention, the plunger 266 in cross section is shaped so that it can move freely inside the casing 216 and apply axial force to the blocks without applying force to the core inside the casing. Figure 9 shows a variant of the plunger 266, having a cross-sectional shape that allows the plunger to exert force on the blocks, but not on the core inside the casing. In some embodiments, the plunger 266 is made of ceramic or coated with ceramic material. An example of a ceramic material that can be used is zirconia doped alumina (ZTA). By using a ceramic or ceramic-coated plunger, plunger abrasion of the blocks can be avoided when the plunger exerts force on the blocks.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения пневмоцилиндры 260 соединены с направляющей 258 плунжера с помощью одного или нескольких стержней (показанных на фиг.6 и 7). Пневмоцилиндры 260 и направляющая 258 плунжера могут быть расположены вдоль одной линии с кожухом 216 и плунжером 266, чтобы предотвращалось приложение углового момента к блокам или кожуху. Пневмоцилиндрами 260 можно управлять посредством двунаправленных клапанов, чтобы поршни пневмоцилиндров могли выдвигаться или задвигаться в зависимости от того, на какой стороне пневмоцилиндров создается положительное давление воздуха. Когда поршни пневмоцилиндров 260 выдвинуты (как показано на фиг.6), направляющая 258 плунжера перемещается от держателя 256 изолированного проводника, чтобы плунжер 266 освободил путь и блоки 264А, 264В из 262 держателя блоков могли быть вставлены (например, опущены) в кожух 216.In certain embodiments, pneumatic cylinders 260 are connected to the ram guide 258 using one or more rods (shown in FIGS. 6 and 7). The pneumatic cylinders 260 and the ram guide 258 can be positioned along a line with the housing 216 and the ram 266 to prevent the application of angular momentum to the blocks or housing. The pneumatic cylinders 260 can be controlled by bi-directional valves so that the pistons of the pneumatic cylinders can extend or retract depending on which side of the pneumatic cylinders creates positive air pressure. When the pistons of the pneumatic cylinders 260 are extended (as shown in FIG. 6), the plunger guide 258 moves from the insulated conductor holder 256 so that the plunger 266 clears the path and blocks 264A, 264B of 262 of the block holder can be inserted (e.g., lowered) into the casing 216.

Когда поршни пневмоцилиндров 260 задвигаются (как показано на фиг.7), направляющая 258 плунжера перемещается к плунжеру 266 и плунжер 266 обеспечивает усилие выбранной величины, прикладываемое к блокам 264А, 264В. Плунжер 266 обеспечивает усилие выбранной величины, прикладываемое к блокам 264А, 264В, чтобы проталкивать введенные блоки к блокам, ранее вставленным в кожух 216. Величина усилия, обеспеченного плунжером 266 и прикладываемого к блокам 264А, 264 В может быть выбрана исходя из нижеперечисленных факторов, но, не ограничиваясь этим, скорость перемещения кожуха по сборочной линии, величина усилия, необходимого для предотвращения образования зазоров между смежными блоками в кожухе, максимальная величина усилия, которое может быть приложено к блокам без повреждения блоков, или любое сочетание указанных факторов. Например, выбранная величина усилия может составлять от около 100 фунт-силы до около 500 фунт-силы (например, около 400 фунт-силы). Согласно определенным вариантам осуществления изобретения выбранная величина усилия представляет собой минимальную величину усилия, необходимого для предотвращения образования зазоров между смежными блоками в кожухе. Выбранная величина усилия может зависеть от величины давления воздуха, обеспечиваемого пневмоцил индрами.When the pistons of the pneumatic cylinders 260 are retracted (as shown in FIG. 7), the plunger guide 258 moves to the plunger 266 and the plunger 266 provides a force of the selected magnitude applied to blocks 264A, 264B. Plunger 266 provides a force of a selected amount applied to blocks 264A, 264B to push the inserted blocks to blocks previously inserted into casing 216. The amount of force provided by plunger 266 and applied to blocks 264A, 264B can be selected based on the factors listed below, but , but not limited to, the speed of movement of the casing along the assembly line, the amount of force required to prevent the formation of gaps between adjacent blocks in the casing, the maximum amount of force that can be applied to the blocks without damage to the blocks, or any combination of these factors. For example, the selected amount of force may be from about 100 lbf to about 500 lbf (for example, about 400 lbf). According to certain embodiments of the invention, the selected amount of force is the minimum amount of force necessary to prevent the formation of gaps between adjacent blocks in the casing. The selected magnitude of the force may depend on the magnitude of the air pressure provided by the pneumocycle indra.

После того, как введенные блоки 264А, 264В прижаты к ранее вставленным блокам, давление воздуха в пневмоцилиндрах 260 реверсируется, и поршни пневмоцилиндров выдвигаются так, чтобы плунжер 266 задвигался, и дополнительные блоки из держателя 262 блоков могли падать в кожух 216. Этот процесс может повторяться до тех пор, пока кожух 216 не заполнится блоками вплоть до требуемой длины сборки изолированного проводника.After the inserted blocks 264A, 264B are pressed against the previously inserted blocks, the air pressure in the pneumatic cylinders 260 is reversed, and the pistons of the pneumatic cylinders extend so that the plunger 266 retracts, and additional blocks from the block holder 262 could fall into the casing 216. This process can be repeated until the casing 216 is filled with blocks up to the required assembly length of the insulated conductor.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения плунжер 266 перемещается вперед-назад (выдвигается и втягивается) при использовании кулачка, который меняет направление давления воздуха, обеспечиваемого пневмоцилиндрами 260. Кулачок, например, может быть соединен с двунаправленным клапаном, используемым для управления пневмоцилиндрами. Кулачок может занимать первое положение, в котором управляет клапаном, чтобы выдвигались поршни пневмоцилиндров, и может занимать второе положение, в котором управляет клапаном, чтобы задвигались поршни пневмоцилиндров. Кулачок может перемещаться между первым и вторым положениями при работе плунжера таким образом, что кулачок переключает работу пневмоцилиндров на выдвижение и втягивание поршней.According to certain embodiments of the invention, the plunger 266 moves back and forth (extends and retracts) by using a cam that changes the direction of the air pressure provided by the pneumatic cylinders 260. The cam, for example, can be connected to a bi-directional valve used to control the pneumatic cylinders. The cam may occupy a first position in which it controls the valve to extend the pistons of the pneumatic cylinders, and may occupy a second position in which it controls the valve to move the pistons of the pneumatic cylinders. The cam can move between the first and second positions during the operation of the plunger in such a way that the cam switches the operation of the pneumatic cylinders to the extension and retraction of the pistons.

Обеспечение прерывистого усилия, прикладываемого к блокам 264А, 264В при выдвижении и втягивании плунжера 266 обеспечивает выбранную величину усилия, прикладываемого к ряду блоков, введенных в кожух 216. Приложение указанного усилия к ряду блоков в кожухе устраняет существующие зазоры и предотвращает образование зазоров между смежными блоками. Предотвращение образования зазоров между блоками уменьшает вероятность механического и/или электрического повреждения сборки изолированного проводника.Providing an intermittent force applied to the blocks 264A, 264B when extending and retracting the plunger 266 provides a selected amount of force applied to a number of blocks inserted into the casing 216. Applying this force to a number of blocks in the casing eliminates existing gaps and prevents the formation of gaps between adjacent blocks. Preventing gaps between the blocks reduces the likelihood of mechanical and / or electrical damage to the insulated conductor assembly.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения блоки 264А, 264В вставляют в кожух 216 другими способами и, не обязательно в конфигурации непосредственного бок о бок, как описано выше. Например, блоки можно вставлять в конфигурации бок о бок со сдвигом, при этом блоки будут смещены относительно друг друга по длине кожуха. При такой конфигурации блоков плунжер должен иметь другую форму, соответственно смещению блоков. Например, на фиг.10 представлен вариант плунжера 266, который может использоваться, чтобы проталкивать смещенные (расположенные ступенчато) блоки. В качестве другого примера блоки могут быть вставлены в конфигурации вершина/основание (один полуцилиндрический блок расположен поверх другого полуцилиндрического блока). В конфигурации вершина/основание блоки могут быть расположены либо непосредственно один поверх другого, либо могут быть смещены относительно друг друга (расположены со сдвигом). На фиг.11 представлен вариант плунжера 266, который может использоваться, чтобы проталкивать блоки в конфигурации вершина/основание. Введение в кожух блоков в конфигурации со смещением или со сдвигом может предотвратить в кожухе угловое смещение вставляемых блоков относительно блоков, которые вставлены прежде или которые будут вставляться позже.According to some embodiments of the invention, the blocks 264A, 264B are inserted into the housing 216 in other ways and, optionally, in a direct side-by-side configuration, as described above. For example, the blocks can be inserted side by side with a shift in the configuration, while the blocks will be offset relative to each other along the length of the casing. With this configuration of blocks, the plunger must have a different shape, corresponding to the displacement of the blocks. For example, FIG. 10 shows an embodiment of a plunger 266 that can be used to push displaced (staggered) blocks. As another example, blocks can be inserted in a vertex / base configuration (one half cylinder block is located on top of another half cylinder block). In the vertex / base configuration, the blocks can either be located directly on top of each other, or they can be offset relative to each other (located with a shift). FIG. 11 shows an embodiment of a plunger 266 that can be used to push blocks in a top / base configuration. Introducing blocks into the casing in an offset or offset configuration can prevent angular displacement of the inserted blocks in the casing relative to the blocks that are inserted before or which will be inserted later.

Другая причина потенциальных проблем изолированных проводников, имеющих относительно большую длину (например, длину 10 м или более), состоит в том, что электрические свойства электрического изолятора со временем могут ухудшаться. Любое незначительное изменение электрических свойств (например, удельного сопротивления) может привести к повреждению изолированного проводника. Так как электрический изолятор, используемый в изолированном проводнике большой длины, обычно изготавливают из нескольких электроизоляционных блоков, как описано выше, усовершенствование способов изготовления электроизоляционных блоков может повысить надежность изолированного проводника. Согласно определенным вариантам осуществления изобретения электрический изолятор усовершенствован настолько, что его удельное сопротивление остается, по существу, постоянным с течением времени в процессе эксплуатации изолированного проводника (например, во время выработки тепла нагревателем с изолированным проводником).Another reason for the potential problems of insulated conductors having a relatively large length (for example, 10 m or more) is that the electrical properties of the electrical insulator may deteriorate over time. Any slight change in electrical properties (such as resistivity) can damage the insulated conductor. Since the electrical insulator used in a long insulated conductor is usually made of several electrical insulating blocks, as described above, an improvement in the manufacturing methods of electrical insulating blocks can increase the reliability of the insulated conductor. According to certain embodiments of the invention, the electrical insulator is so improved that its resistivity remains substantially constant over time during operation of the insulated conductor (for example, during heat generation by an insulated conductor heater).

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения электроизоляционные блоки (например, блоки из оксида магния) могут быть подвергнуты очистке, чтобы удалить примеси, которые со временем могут вызвать ухудшение характеристик блоков. Например, сырье, используемое для изготовления электроизоляционных блоков, может быть нагрето до повышенных температур, чтобы преобразовать примеси оксидов металлов в элементарные металлы (например, примеси оксида железа могут быть преобразованы в элементарное железо). Элементарный металл можно удалить из сырьевого материала электрического изолятора легче, чем оксид металла. Таким образом, нагрев сырья до повышенных температур перед удалением примесей способствует лучшей очистке сырьевого материала электрического изолятора. Нагрев сырья до повышенных температур может быть произведен, например, при использовании плазменного разряда.According to some embodiments of the invention, the electrical insulating blocks (for example, magnesium oxide blocks) can be cleaned to remove impurities that may eventually degrade the performance of the blocks. For example, the raw materials used to make electrical insulating blocks can be heated to elevated temperatures to convert metal oxide impurities into elemental metals (for example, iron oxide impurities can be converted to elemental iron). Elemental metal can be removed more easily from the raw material of the electrical insulator than metal oxide. Thus, heating the raw material to elevated temperatures before removing impurities contributes to better cleaning of the raw material of the electrical insulator. Heating of raw materials to elevated temperatures can be produced, for example, using a plasma discharge.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения электроизоляционные блоки изготавливают с применением горячего прессования, известного в области изготовления керамики. В процессе горячего прессования электроизоляционные блоков нагревателя с изолированным проводником сырьевой материал блоков может сплавляться в точках контакта блоков. Сплавление блоков в точках контакта может улучшить электрические свойства электрического изолятора.According to some variants of the invention, the insulating blocks are made using hot pressing, known in the field of ceramics. In the process of hot pressing, the insulating blocks of the heater with an insulated conductor, the raw material of the blocks can be fused at the contact points of the blocks. Fusion of blocks at contact points can improve the electrical properties of an electrical insulator.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения электроизоляционные блоки охлаждают в термокамере с использованием осушенного или очищенного воздуха. Использование осушенного или очищенного воздуха может снизить внедрение примесей или влаги в блоки в процессе охлаждения. Удаление влаги из блоков может повысить стабильность электрических свойств блоков.According to some embodiments of the invention, the electrical insulating blocks are cooled in a heat chamber using dried or purified air. Using dried or purified air can reduce the introduction of impurities or moisture into the blocks during the cooling process. Removing moisture from the blocks can increase the stability of the electrical properties of the blocks.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения электроизоляционные блоки в процессе изготовления подвергают нетепловой обработке. Нетепловая обработка блоков может обеспечить поддержание удельного сопротивления блоков и предотвратить ухудшение со временем качества блоков. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения производят медленный нагрев электроизоляционных блоков, обеспечивающий поддержание удельного сопротивления блоков.According to some embodiments of the invention, the insulating blocks are subjected to non-thermal processing during the manufacturing process. Non-thermal processing of blocks can maintain the resistivity of the blocks and prevent the deterioration of the quality of the blocks over time. According to some embodiments of the invention, slow heating of the electrical insulating blocks is performed to maintain the resistivity of the blocks.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения сердечник изолированного проводника покрывают материалом, который препятствует миграции примесей в электрический изолятор изолированного проводника. Например, сердечник, изготовленный из материала Alloy180, покрывают никелем или сплавом Inconel®625, чтобы предотвратить миграцию компонентов материала Alloy180 в электрический изолятор. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения для изготовления сердечника используют материал, компоненты которого не способны мигрировать в электрический изолятор. Например, сердечник, изготовленный из углеродистой стали, не может вызвать ухудшения со временем качества электрического изолятора.According to some embodiments of the invention, the core of the insulated conductor is coated with a material that prevents the migration of impurities into the electrical insulator of the insulated conductor. For example, a core made of Alloy180 material is coated with nickel or Inconel®625 alloy to prevent Alloy180 components from migrating to the electrical insulator. According to some embodiments of the invention, a material is used for the manufacture of the core whose components are not able to migrate to the electrical insulator. For example, a core made of carbon steel cannot cause deterioration in the quality of an electrical insulator over time.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения электрический изолятор изготавливают из порошкообразного сырья, например, из порошкообразного оксида магния. При использовании для изготовления сердечника оксида магния в порошкообразном состоянии лучше предотвращается ухудшение качества изолятора, чем при использовании оксида магния в другом состоянии.According to some embodiments of the invention, the electrical insulator is made from powdered raw materials, for example, from powdered magnesium oxide. When used in the manufacture of a core of magnesium oxide in a powdered state, deterioration of the quality of the insulator is better prevented than when using magnesium oxide in a different state.

Следует отметить, что изобретение не ограничивается конкретными описанными системами, которые, несомненно, могут быть изменены. Также следует отметить, что использованная в описании терминология относится только к конкретным вариантам осуществления изобретения и не является ограничительной. Когда в данном описании используется форма единственного числа, подразумевается, что может использоваться форма множественного числа, если явно не указано иначе. Таким образом, например, ссылка на «один сердечник» относится к сочетанию двух или более сердечников, и ссылка на «один материал» относится к смеси материалов.It should be noted that the invention is not limited to the specific systems described, which undoubtedly are subject to change. It should also be noted that the terminology used in the description refers only to specific embodiments of the invention and is not restrictive. When the singular form is used in this description, it is understood that the plural form may be used, unless expressly indicated otherwise. Thus, for example, a reference to “one core” refers to a combination of two or more cores, and a reference to “one core” refers to a mixture of materials.

На основании указанного описания для специалистов в данной области техники будут очевидны дополнительные модификации и альтернативные варианты осуществления различных аспектов изобретения. Само собой разумеется, что указанное описание должно рассматриваться только как иллюстративное и для специалистов в данной области техники может служить источником общих идей осуществления изобретения. Следует понимать, что представленные в описании варианты осуществления изобретения должны рассматриваться как предпочтительные для настоящего времени. Для специалистов в данной области техники после ознакомления с преимуществами настоящего изобретения будет очевидным, что вместо проиллюстрированных и описанных здесь элементов и материалов могут использоваться другие элементы и материалы, а также описанные детали и способы могут быть полностью изменены, и определенные признаки изобретения могут быть использованы независимо. В описанные здесь элементы могут быть внесены изменения, не выходя за рамки существа и объема изобретения, определенных в нижеследующей формуле изобретения.Based on this description, additional modifications and alternative embodiments of various aspects of the invention will be apparent to those skilled in the art. It goes without saying that this description should be considered only as illustrative and for specialists in this field of technology can serve as a source of general ideas for carrying out the invention. It should be understood that the embodiments of the invention presented in the description should be considered as preferred for the present. It will be apparent to those skilled in the art, after familiarizing themselves with the advantages of the present invention, that instead of the elements and materials illustrated and described herein, other elements and materials may be used, as well as the described details and methods, may be completely changed, and certain features of the invention may be used independently. . Changes may be made to the elements described herein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims.

Подразумевается, что каждый из признаков, определенных в пунктах прилагаемой формулы изобретения, может быть использован в сочетании или отдельно от признаков, определенных в других пунктах формула изобретения. Например, признаки двух или более зависимых пунктов формулы изобретения можно сочетать вместе для формирования пункта, который зависит от нескольких других зависимых пунктов.It is understood that each of the features defined in the appended claims may be used in combination or separately from the features defined in the other claims. For example, the features of two or more dependent claims may be combined together to form a claim that depends on several other dependent claims.

Claims

1. Нагреватель с изолированным проводником, содержащий:
электрический проводник, выполненный с возможностью выработки тепла при подаче к нему электрического тока;
электрический изолятор, по меньшей мере, частично окружающий электрический проводник, причем удельное сопротивление электрического изолятора остается, по существу, постоянным или увеличивается во времени в процессе выработки тепла электрическим проводником; и
наружный электрический проводник, по меньшей мере, частично окружающий электрический изолятор.1. An insulated conductor heater comprising:
an electrical conductor configured to generate heat when an electric current is supplied to it;
an electrical insulator at least partially surrounding the electrical conductor, wherein the resistivity of the electrical insulator remains substantially constant or increases in time during heat generation by the electrical conductor; and
an external electrical conductor at least partially surrounding the electrical insulator.

2. Нагреватель по п. 1, в котором электрический изолятор содержит очищенный оксид магния.2. The heater according to claim 1, in which the electrical insulator contains purified magnesium oxide.

3. Нагреватель по п. 1, в котором электрический изолятор содержит порошкообразный оксид магния.3. The heater of claim 1, wherein the electrical insulator comprises powdered magnesium oxide.

4. Нагреватель по п. 1, в котором нагреватель выполнен с возможностью размещения в канале, выполненном в подземном пласте.4. The heater according to claim 1, in which the heater is arranged to be placed in a channel made in an underground formation.

5. Нагреватель по п. 1, в котором нагреватель выполнен с возможностью размещения в канале, выполненном в подземном пласте, и с возможностью обеспечения теплом, по меньшей мере, одного участка подземного пласта.5. The heater according to claim 1, in which the heater is arranged to be placed in a channel made in an underground formation, and with the possibility of providing heat to at least one section of the underground formation.

6. Нагреватель с изолированным проводником, содержащий:
электрический проводник, выполненный с возможностью выработки тепла при подаче к нему электрического тока;
электрический изолятор, по меньшей мере, частично окружающий электрический проводник, при этом электрический изолятор содержит один или несколько изоляционных блоков, причем удельное сопротивление изоляционных блоков остается, по существу, постоянным или увеличивается во времени в процессе выработки тепла электрическим проводником; и
наружный электрический проводник, по меньшей мере, частично окружающий электрический изолятор.6. An insulated conductor heater comprising:
an electrical conductor configured to generate heat when an electric current is supplied to it;
an electrical insulator at least partially surrounding the electrical conductor, wherein the electrical insulator comprises one or more insulation blocks, wherein the resistivity of the insulation blocks remains substantially constant or increases in time during heat generation by the electrical conductor; and
an external electrical conductor at least partially surrounding the electrical insulator.

7. Нагреватель по п. 6, в котором изоляционные блоки содержат очищенный оксид магния.7. The heater according to claim 6, in which the insulating blocks contain purified magnesium oxide.

8. Нагреватель по п. 6, в котором изоляционные блоки сформированы из порошкообразного оксида магния.8. The heater of claim 6, wherein the insulating blocks are formed of powdered magnesium oxide.

9. Нагреватель по п. 6, в котором нагреватель выполнен с возможностью размещения в канале, выполненном в подземном пласте.9. The heater according to claim 6, in which the heater is arranged to be placed in a channel made in an underground formation.

10. Нагреватель по п. 6, в котором нагреватель выполнен с возможностью размещения в канале, выполненном в подземном пласте, и с возможностью обеспечения теплом, по меньшей мере, одного участка подземного пласта.10. The heater according to claim 6, in which the heater is arranged to be placed in a channel made in the underground formation, and with the possibility of providing heat to at least one section of the underground formation.

11. Способ формирования, по меньшей мере, одной части изолированного проводника, включающий:
размещение первого частично цилиндрического участка электрического изолятора между, по меньшей мере, одной частью удлиненного цилиндрического внутреннего электрического проводника и, по меньшей мере, одной частью частично цилиндрического удлиненного наружного электрического проводника;
размещение, по меньшей мере, одного дополнительного частично цилиндрического участка электрического изолятора между, по меньшей мере, одной частью внутреннего электрического проводника и, по меньшей мере, одной частью частично сформированного наружного электрического проводника, причем дополнительный участок электрического изолятора горизонтально перемещают от первого участка электрического изолятора вдоль части удлиненного наружного электрического проводника; и
перемещение дополнительного участка электрического изолятора к первому участку электрического изолятора при приложении выбранного усилия, чтобы дополнительный участок электрического изолятора и первый участок электрического изолятора, по существу, прижимались вплотную друг к другу.11. A method of forming at least one part of an insulated conductor, comprising:
placing the first partially cylindrical portion of the electrical insulator between at least one part of the elongated cylindrical inner electrical conductor and at least one part of the partially cylindrical elongated outer electrical conductor;
placing at least one additional partially cylindrical portion of the electrical insulator between at least one part of the inner electrical conductor and at least one part of the partially formed outer electrical conductor, wherein the additional portion of the electrical insulator is horizontally moved from the first portion of the electrical insulator along part of an elongated outer electrical conductor; and
moving the additional portion of the electrical insulator to the first portion of the electrical insulator upon application of a selected force so that the additional portion of the electrical insulator and the first portion of the electrical insulator are substantially pressed against each other.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий механическое или пневматическое перемещение дополнительного участка электрического изолятора к первому участку электрического изолятора при приложении выбранного усилия.12. The method according to claim 11, further comprising mechanically or pneumatically moving an additional portion of the electrical insulator to the first portion of the electrical insulator when a selected force is applied.

13. Способ по п. 11, дополнительно включающий формирование, по существу, цилиндрического удлиненного наружного электрического проводника из части наружного электрического проводника, содержащей участки электрического изолятора, после перемещения дополнительного участка электрического изолятора к первому участку электрического изолятора.13. The method according to p. 11, further comprising forming a substantially cylindrical elongated outer electrical conductor from a portion of the outer electrical conductor containing portions of the electrical insulator, after moving the additional portion of the electrical insulator to the first portion of the electrical insulator.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий формирование, по меньшей мере, одной части электрического изолятора после формирования, по существу, цилиндрического удлиненного наружного электрического проводника.14. The method of claim 13, further comprising forming at least one portion of the electrical insulator after forming the substantially cylindrical elongated outer electrical conductor.

15. Способ по п. 11, дополнительно включающий формирование, по меньшей мере, одной части частично цилиндрического удлиненного наружного электрического проводника из удлиненной полосы электропроводного материала.15. The method according to p. 11, further comprising forming at least one part of a partially cylindrical elongated outer electrical conductor from an elongated strip of electrically conductive material.

16. Способ по п. 11, дополнительно включающий размещение части удлиненного цилиндрического внутреннего электрического проводника внутри части частично цилиндрического удлиненного наружного электрического проводника.16. The method of claim 11, further comprising placing a portion of the elongated cylindrical inner electrical conductor within the portion of the partially cylindrical elongated outer electrical conductor.

17. Нагреватель с изолированным проводником, содержащий:
электрический проводник;
электрический изолятор, причем удельное сопротивление электрического изолятора остается, по существу, постоянным или увеличивается во времени в процессе выработки тепла электрическим проводником; и
наружный электрический проводник. 17. An insulated conductor heater comprising:
electrical conductor;
an electrical insulator, wherein the resistivity of the electrical insulator remains substantially constant or increases in time during heat generation by the electrical conductor; and
external electrical conductor.