本發(fā)明是關(guān)于組成和安裝電加熱器的方法，這個加熱器能加熱地下一長段的地層，要求的話，可安排一根從地面延伸到加熱地段的熱電偶套管以便于記錄溫度。

把一段地層加熱到較高的溫度，并經(jīng)過一個較長的時間后所得到的效益是眾所共知的。這些效益包括油頁巖層的熱分解，固化未凝固儲層結(jié)構(gòu)，在儲層結(jié)構(gòu)中大量可用來作電極的導(dǎo)電碳化層的形成，從油或焦油到生產(chǎn)場所所得到的碳氫化合物熱量的移動等。過去完成這些結(jié)果的方法包含在以下幾個美國的專利中，美國專利2，732，195描述了使用一個鐵或再生的鉻合金電阻器的加熱器，將20到30米厚的油頁巖層加熱到500-1000℃。G.A.史密斯的美國專利2，781，851描述了使用一種礦物絕緣和具有外皮的低電阻的有三根銅導(dǎo)線的加熱器電纜加熱到250℃，當產(chǎn)生氣體時，以防止水合物的形成;這個加熱器用機械的方法用鋼帶架住，并用油浴圍住以防腐蝕。美國專利3，104，705描述了將殘余的碳氫化合物在儲層中加熱，來強化砂儲層直到碳氫化合物固化。它使用的是能產(chǎn)生足夠熱量的任何加熱器”，并指出使用未特別指定型式的電氣加熱器，在1570°F的溫度下工作了25小時。美國專利3，131，763描述了使用一個電加熱器在一個儲層中引燃一個地下燃燒反應(yīng)，并描述了使用一個螺旋形電阻絲的電加熱器，穿過絕緣體用來加熱被注射到儲層中的流體，例如空氣。美國專利4，415，034描述了在一個未加壁的井孔中，加熱流體至1500°F長達12個月，使含有油的儲層中形成一個焦化層電極的一種方法。

本發(fā)明的目的是提供一種在井中安裝一個電加熱器的方便方法。根據(jù)本發(fā)明一個電纜卷筒裝置把電纜卷繞在至少一個滾筒上，這樣的安排使得至少有一根電源電纜的最里面的一個端頭，適合于隨后連接到供電電源上;而最外面的一個端頭接到至少有一根金屬鎧裝的具有熱穩(wěn)定性的電力傳輸電纜上。這一傳輸電纜是連接到至少一根有金屬鑲裝的電阻加熱電纜最外面的一個端頭上。這一端頭適合于電氣相互連接到至少另一根有金屬鎧裝的具有穩(wěn)定性的加熱電纜上，或另一個完整的導(dǎo)電電路。一個比較有柔性的絞股繩，安裝在單獨的一個卷筒裝置上。它具有熱和張力的穩(wěn)定性，它在井中，在加熱電纜所提供的溫度下，能夠支撐住加熱器和電力傳輸電纜的重量。它的最里的一個端頭適用于懸掛在井口中，它的最外面的一個端頭適合于連結(jié)在加重裝置上。這一加重裝置在井中能夠把絞股繩向下拉緊，將卷筒裝置的滾筒所造成的彎曲部分基本上整直。所述電纜、絞股繩和卷筒裝置的滾筒的尺寸和特性，是與井，被加熱地段以及所要求達到的溫度相互有關(guān)。所以電源電纜，有金屬鎧裝的電力傳輸電纜，加熱電纜以及柔性的絞股繩，分別選擇，使其能從所在地面延伸到地下，使電力傳輸電纜和加熱電纜的每一個最上面的端頭到達所選定的位置，使加熱電纜底部以下到達所選定的距離。電纜的電阻是這樣安排的，使要求傳輸?shù)碾娏髂墚a(chǎn)生所要使用的溫度，但不會使電源電纜或電力傳輸電纜產(chǎn)生明顯的熱量。這些電纜和柔性絞股繩由于重物縛在柔性絞股繩上，而同時松卷進入井中，而加熱器電纜的最外面的端頭是相互連接的，所有的電纜在放入井中之前則是系在柔性絞股繩上。

在最佳的實施方案中，柔性絞股繩可以是一根可繞卷的，具有熱穩(wěn)定性的，能夠作為一根熱電偶的套管的導(dǎo)管，通過它使一個記錄溫度儀器能夠在所在地面操作，沿著被加熱區(qū)段的距離處來測定溫度。

本發(fā)明現(xiàn)參考附圖進行詳細解釋，其中：

圖1是一個加熱器的圖解，它能根據(jù)本發(fā)明安裝在井中。

圖2是一對電源電纜的最佳安排圖解。它們均連接到電力傳輸電纜和加熱電纜上，并繞卷在一個單獨的滾筒上。

圖3和圖4是具有銅和鋼鎧裝金屬電纜的接頭圖解，它適用于本發(fā)明中的電纜連接。

圖5是安排一對加熱電纜底端相互連接的三維圖解，適用于本發(fā)明中。

圖6是安排一個供電電路的圖解說明，適合用于按照本發(fā)明安裝的一個加熱器上。

申請人已發(fā)現(xiàn)一個電加熱器根據(jù)本發(fā)明的方法可便于制造和安裝。電源、傳輸和加熱等電纜，以及支持它們重量用的一根柔性絞股繩的尺寸和特性，應(yīng)與井、被加熱地層段以及加熱器所傳導(dǎo)的溫度的特性相互關(guān)聯(lián)。當部分或全部所有電纜安裝在一個卷筒裝置的滾筒上后，所有電纜需要的完整的安裝和連接能夠?qū)崿F(xiàn)。這就提供一個卷筒裝置，它能夠運到現(xiàn)場并在那里操作安裝長的加熱器至井中，其速度基本上可與捆扎或夾緊在一起的股繩一樣連續(xù)運行。在最佳實施方案中，支持重量的絞股繩是一根連續(xù)的不銹鋼管，結(jié)果使加熱器能與記錄系統(tǒng)同時使用，來提供一個自動監(jiān)測加熱系統(tǒng)。

圖1表示一個井1，它有一個井筒2，延伸經(jīng)過一層“表土層”以及需要加熱的地段3、4、5。井筒2裝有一個如焊接封閉的流體密封底蓋6，例如它可以使用一種水泥漿（未在圖中示出），或諸如一種具有熱穩(wěn)定性但又能傳熱的水泥。

這樣防止井中流體流動的完善安排很好的使用在本發(fā)明中。它可以提供一個裝置來保證井鉆孔中的熱量能傳導(dǎo)到周圍的地層中，并可防止流體在周圍地層和被不可滲透的墻（例如一個井筒包圍著的加熱器）之間有任何流動。這樣使加熱元件與從鄰近地層流入或流出來的流體接觸隔絕起來，并將它們置于一個基本上沒有由于被加熱流體的流動而產(chǎn)生熱傳導(dǎo)的環(huán)境中。因此，從井鉆孔中移走的加熱元件產(chǎn)生的熱的速率，基本上限制為經(jīng)過鄰近井的加熱部分的地層的熱傳導(dǎo)速率。

從圖的頂部往下可看到，加熱器組件包括一對可卷繞的供電電纜7，它已從卷筒8進入到井中。特別合適的可卷繞的電纜是由高度壓縮的一堆氧化鎂礦物微粒絕緣的銅導(dǎo)線組成，而這些絕緣體又被銅外皮包住。BICCPyrotenax公司生產(chǎn)的MI電源電纜就是這種電纜。

電纜接頭9是用來將電源電纜7和具有熱穩(wěn)定性的在“冷斷面”C的電力傳輸電纜13連接。電纜13在加熱器裝置熱斷面H之上具有一個冷斷面。（接頭9的詳細情況見圖3所示）。冷斷面電纜13以及電源電纜，它們連接在一起的接頭是一個能很好地卷繞的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。每一根冷斷面電纜13各有一層金屬外皮，它們的直徑與電源電纜相近，但它們是用鋼，最好或者基本上相當于不銹鋼構(gòu)成。與電源電纜7有關(guān)，冷斷面電纜13的導(dǎo)線或芯子截面是較小的，但是足夠大，以便冷斷面電纜能傳輸?shù)紿加熱地段中所需要的全部電流，而不會發(fā)生或傳導(dǎo)足夠的熱量來損壞電源電纜上的銅或其他外皮，或連接它與冷斷面電纜接頭。

在接頭14，冷斷面電纜13連接到中等速率加熱元件電纜15上。（接頭14的詳細描述如圖4所示）。在中等加熱速率電纜15中，它的芯子如銅心的截面積是小于冷斷面電纜13的芯子。電纜15中，載流芯子的截面積與電纜13中載流芯子的電阻間的相互關(guān)系，最好是這樣，即電纜15所產(chǎn)生的選定的溫度約在600-1000℃之間，響應(yīng)于在芯子和外皮之間所選定的電動勢大約不超過1200伏。自然，在給定情況下，所用的電纜可以包括多個較高或較低速率的分級電纜。

接頭16是用來連接中等速率加熱電纜15與最高速率加熱電纜17。電纜15和17以及接頭16和18的結(jié)構(gòu)是相同的。所不同的是在給定的電動勢情況下，電纜17所包含的導(dǎo)線芯子有較小的截面積。以便使發(fā)出的熱量的速率稍大于中等速率加熱電纜15所發(fā)出的熱量。

接頭18是連接最高速率加熱電纜17與中等速率加熱電纜19。接頭18可以與接頭16相同，電纜19可以與電纜15相同。

在端部接頭20上，電纜19的導(dǎo)電芯子在一個容器內(nèi)被焊接在一起，但在容器中相互絕緣。（端部接頭20的詳細情況見圖5所示）。如果要求的話，可安裝一個單獨組件的電氣電纜，來作為一個單獨加熱引線來供給加熱電纜19，并至一個不同于其他加熱電纜的導(dǎo)線（例如地線或回線）。

端部接頭20以機械方法連接到一個支撐構(gòu)件21上，這個構(gòu)件被加上一個重錘桿22。支撐構(gòu)件21的安置通過周期性地施加上一個機械連結(jié)托架或箍帶23，以便將所有電源和加熱電纜在垂向撐住。箍帶如23是加裝到電纜19和支撐構(gòu)件21周圍，并加以緊固。這樣，電纜與重量支持構(gòu)件的摩擦，是足夠來架住每個箍帶間電纜的重量。機械加箍或夾緊裝置是經(jīng)一個卡圈施加緊固力，然后捲折卡圈，將一根柔性箍帶如鋼帶牽拉住保持在一定的位置。這是商業(yè)上常用的方法，也可以適合用于本發(fā)明中。例如一個合適的夾緊系統(tǒng)包括Signode空氣扎結(jié)器型號PNSC34和其他由Reda或CentriliftPump公司生產(chǎn)的合適系統(tǒng)也可以利用。

如圖1所示，被加熱的地層區(qū)段包括一個比較高的熱傳導(dǎo)層如層4，這一層的趨勢是使沿著加熱器的一個較低溫度層能夠被補償，例如用拼接上一個比較高速率的加熱電纜段，如電纜17。

圖2表示一種排列，將一根或二根電纜組件如圖1所示，卷繞到一個卷筒裝置8的滾筒上。如圖所示，電源電纜7的最里面端頭（相對于卷筒裝置）裝有一個端片7a，它是一個導(dǎo)線或連接一個導(dǎo)線以便連接到電源。電纜是繞卷在卷筒裝置8的滾筒表面8a上。電纜7的最外端用接頭9與電纜13連接，而電纜13通過接頭14與電纜15連接等等。這樣的連結(jié)最好是在繞卷到卷筒裝置上之前或當時完成。如果用一對電纜組成一個有二個引線的加熱器，而這二根電纜組件是卷繞在同一個滾筒上，當它們安裝到井中時，用來互相連結(jié)加熱器電纜一個端接頭20a，在電纜松繞和支撐構(gòu)件21接觸之前是能容易的連結(jié)加熱器。

圖3詳細圖解了接頭9。如圖所示，電源電纜7有一個金屬外皮（比如一個銅皮），它的直徑大于冷斷面電纜13的鋼外皮。兩個電纜的中央導(dǎo)線最好是焊接在一起。再配裝上一個較短的套管30，然后將它與電纜7的金屬外皮焊接或釬接。套管30的內(nèi)徑最好有足夠大，使它與電纜13鋼外皮之間形成一個環(huán)形空間，以便容納一個短的鋼套管31，裝配在電纜13外皮的周圍。在短套管31裝入之前，基本上在中央導(dǎo)線10和10a與套管30之間的全部環(huán)形空間，充以粉末狀礦物絕緣材料如氧化鎂。這樣，絕緣材料在兩個環(huán)形空間，中央導(dǎo)線和套管30，及套管30之間很好的淤積。電纜13的外皮最好振動一下使內(nèi)部礦物質(zhì)更堅實些。然后將套管31打入套管30和電纜13外皮之間空間內(nèi)，使得內(nèi)部的礦物質(zhì)更進一步堅實。套管30和31與電纜13的外皮相互焊接在一起。

圖4詳細說明電纜接頭14，它也是其他具有鋼外皮的加熱電纜接頭如16、18的典型詳圖。接頭的結(jié)構(gòu)基本上是與接頭9相同。但安裝的鋼套管32是用機械加工或焊接而成，使它的一個截面32a的內(nèi)徑減小以便配裝電纜13的外皮。并使另一端有較大的直徑，以便套管32與電纜15外皮之間留有一個環(huán)形的空間。在中央導(dǎo)線部分焊接在一起之后，將套管部分32a焊到電纜13的外皮上。套管32和中央導(dǎo)線之間的環(huán)形空間中，充以粉末狀絕緣材料。把一個短套管33打入，使絕緣材料堅實，然后將套管33焊在電纜15的外皮上。

圖5是說明端部接頭20的詳圖。如圖所示，電纜19是經(jīng)過孔伸入到一個鋼塊20中，使短段19a伸到鋼塊中央部分圓柱形開口中。電纜的導(dǎo)電芯子在焊點34焊接在一起，電纜外皮在焊點35處與鋼塊20焊在一起。最好，電纜的中央導(dǎo)線由具有熱穩(wěn)定性的絕緣體圍住，例如堅實的粉末狀礦物質(zhì)點和/或陶瓷材料小片（未圖示），然后中央開口用鋼片焊上密封（未圖示）。如圖1所示，加熱器支撐住是利用將它系于一個延長了的圓柱形構(gòu)件21上而支撐住，沿著端部接頭20的外部，最好開一個槽36，以便能緊密配合構(gòu)件和易于在構(gòu)件上附加端片。

當一個井加熱器放到井孔中，并在溫度大于600℃下操作時，如何使加熱器能夠定位并保持在這一位置上（經(jīng)過一段任意長的時間），載荷（也就是重量/重量支撐元件的截面積），熱膨脹、蠕變這三個因數(shù)是起著很重要的作用。例如，加熱器的構(gòu)造和安裝如圖1所示，中央構(gòu)件21是一根不銹鋼管，它的直徑為1.25厘米，管壁厚為1.8厘米。由于鋼和銅的熱膨脹系數(shù)約為13×10-6/cm2，℃，一根長300米的加熱段，當溫度達800℃時將膨脹到304米。

當使用如圖1所示安排時，空間是允許有這樣的膨脹，加熱器最好先定位，這樣在膨脹以后，下面部分在壓縮負荷下承受其重量（因為它是放在井孔的底部或周圍的井筒上），而上面部分懸掛著而處在拉伸狀態(tài)下，中性點的位置是近于它們的中間。

加熱器的不銹鋼構(gòu)件由于不銹鋼的蠕變速率，在典型負載因數(shù)下約為490巴。那末在溫度700℃下，如果它們在未破損之前，300米長的加熱段，每小時將增長0.026厘米，或每年266厘米，或每十年27米。