專利名稱：電加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于井眼(Borehole)的電加熱方法和裝置。
美國(guó)專利No.4640352和No.4886118公開(kāi)了對(duì)含油的低透氣性地下構(gòu)造進(jìn)行導(dǎo)電加熱以便從中回收油。低透氣性構(gòu)造包括硅藻土，類脂體煤和油頁(yè)巖。低透氣性構(gòu)造對(duì)于二次油回收法，例如用蒸汽、二氧化碳或火溢流(Flooding)并不好。溢流材料優(yōu)先地從具有低透氣性構(gòu)造的斷裂處透入。注入的材料繞過(guò)絕大多數(shù)碳?xì)浠衔?。與此相反，導(dǎo)電加熱不需要將流體輸入構(gòu)造。構(gòu)造中的油因此在溢流過(guò)程中不必繞過(guò)。熱注入井則用于在此過(guò)程中提供熱能。
熱注入井也可用于凈化土壤。例如美國(guó)專利No.5318116和No.5244310公開(kāi)了凈化土壤的一些方法，其中，將熱能注入土壤表面之下以便使污染物質(zhì)蒸發(fā)。專利’310的加熱器使用電阻棒，電流通過(guò)電阻棒傳入土壤。專利’116公開(kāi)了將加熱元件經(jīng)過(guò)井眼送到被加熱構(gòu)造的底部。環(huán)繞加熱器的井眼包括一個(gè)觸媒床(Catalyst bed)，該觸媒床被加熱元件加熱。熱傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)觸媒床到達(dá)環(huán)繞觸媒床的套(Casing)，再由套輻射到周?chē)耐寥馈５湫偷匿X土基觸媒床具有很低的熱傳導(dǎo)性，并在觸媒床中存在極大的溫度梯度。這種巨大的溫度梯度將導(dǎo)致在有限的加熱元件溫度，減少對(duì)被加熱土壤的熱傳遞。
美國(guó)專利No.5065818公開(kāi)了一種加熱器井，該加熱器井具有護(hù)套和礦石絕緣(“MI”)加熱電纜，該電纜直接粘接在井眼內(nèi)。MI電纜包括加熱元件，該加熱元件由絕緣層例如氧化鎂包圍，并有一層較薄的護(hù)套套在絕緣層外。加熱電纜的外徑典型情況下小于半英寸(1.25cm)。加熱器井可選地設(shè)置一個(gè)通道，用于經(jīng)過(guò)涂水泥的井眼放下一個(gè)熱電偶，以記錄加熱井的溫度分布。由于是直接在井眼涂水泥，不再需要加套(不是指電纜外面的護(hù)套)，不過(guò)電纜的外徑較小。加熱電纜的較小外徑限制了可由電纜傳到構(gòu)造中的熱量，因?yàn)楸仨毥?jīng)其傳遞熱量的電纜面積受到限制。水泥井具有較低的熱傳導(dǎo)性，因此，在電纜表面較大的熱通量，會(huì)使得加熱器電纜的溫度過(guò)高而不能接受?？蓪⒍鄠€(gè)加熱器電纜粘接在井眼內(nèi)以增加對(duì)上述只能用一條電纜的構(gòu)造的熱傳遞，不過(guò)，這對(duì)于進(jìn)一步增加可傳遞到加熱器周?chē)寥乐械臒崃繉⑹撬Ｍ摹?br> 美國(guó)專利No.2732195公開(kāi)了一種電加熱器井，其中，將一種“電阻粉末”物質(zhì)，最好是石英砂或粉碎的石英石，放置在井眼加熱器套外和兩側(cè)，并環(huán)繞在套內(nèi)的電加熱元件。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種井眼加熱器，其中，加熱器具有在使用溫度下較現(xiàn)有技術(shù)更大的表面積，而且，本質(zhì)上不再需要套。這種加熱器，作為一種用于諸如碳?xì)浠衔餆峄厥栈蛲寥栏脑斓木訜崞魇怯杏玫摹?br> 這些目的和其他目的是通過(guò)一種電加熱器實(shí)現(xiàn)的，該電加熱器包括一種電氣絕緣材料環(huán)繞一種環(huán)形加熱元件的結(jié)構(gòu)，其中沒(méi)有由套環(huán)繞加熱元件的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的無(wú)套加熱器設(shè)計(jì)，大大降低了熱注入井的成本，這對(duì)于應(yīng)用熱注入法，從諸如油頁(yè)巖、焦油砂或硅藻土中回收碳?xì)浠衔锏膽?yīng)用，具有重要意義。熱注入也可以用于去除許多污染物。
最好環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu)是從一種組件中選擇，該組件包括一個(gè)環(huán)形多孔金屬板，一個(gè)或多個(gè)延展的金屬板，一個(gè)或多個(gè)線網(wǎng)，和由隔離板相連的帶、棒或細(xì)絲。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于加熱一部分土壤的方法，該方法包括如下步驟在準(zhǔn)備加熱的土壤處設(shè)置一個(gè)井眼；在井眼中放置一環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu)；和用電氣絕緣元件在井眼中支撐加熱元件結(jié)構(gòu)，其中，在加熱元件結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)備加熱的土壤之間不放置金屬套。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在井眼中的加熱器。
圖2A,2B和2C示出了根據(jù)本發(fā)明安裝在加熱器項(xiàng)部的電纜的細(xì)節(jié)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在井眼中的加熱器。
圖4示出了圖3所示在井眼中的加熱器的橫剖面圖。
圖5示出了用于安裝根據(jù)本發(fā)明的加熱器的裝置。
本發(fā)明可選擇之環(huán)形加熱器具有一種網(wǎng)格加熱元件，可制成使其適合于井眼壁的形狀，使得所提供的加熱元件的表面盡量大，和從井眼離開(kāi)的熱通量盡量大。一種電氣絕緣填料在加熱元件內(nèi)環(huán)繞放置，本質(zhì)上消除了加熱元件與被加熱構(gòu)造之間的電氣短路。這種電氣絕緣材料可以在其初始狀態(tài)是溫的，因此在其干燥之前是導(dǎo)電的。干燥階段可通過(guò)經(jīng)加熱元件向濕材料通電來(lái)完成，電能所產(chǎn)生的熱會(huì)逐漸加熱土壤并最終使原來(lái)存在的液態(tài)水蒸發(fā)。所剩下的干燥砂子是一種可以接受的電氣絕緣物。水泥的吸水減少了自由狀態(tài)的液態(tài)水，養(yǎng)護(hù)后的水泥可以是一種可接受的電氣絕緣體。其他一些材料可以用作絕緣體。最好是容易放置和不昂貴的材料。理想的材料既可以是或容易變成非導(dǎo)電材料。一種材料，例如砂子，可以靠壓縮空氣噴放或者作為一種泥漿放置。
最好將多個(gè)電加熱元件放置在井眼內(nèi)以形成加熱器，該元件連接在井眼的底部，交流電源的不同相與每一元件連接。最好是二至三個(gè)元件。
加熱元件可以是延展的金屬，或者別的多孔金屬元件例如線屏(Wirescreen)或線網(wǎng)?？紫堵?Porosity)最好在百分之四十至百分之八十；這里，孔隙率定義為，在金屬板上所看見(jiàn)的空面積所占百分比。通過(guò)提供這種空面積，大大增加與加熱元件接觸的總面積。更厚的元件提供更大的腐蝕余量。加熱元件的厚度的選擇以熱通量不致提出過(guò)高或過(guò)低的電壓需求為目標(biāo)。例如，在井眼內(nèi)，兩加熱元件上端與其所連接的下端之間的交流電壓差大約120伏至大約960伏。一般，對(duì)于較長(zhǎng)的距離(100至700米)，電壓差推薦為480至960伏，而對(duì)于較短距離(2至200米)，電壓差推薦外120至480伏。為適應(yīng)較大厚度的加熱元件，可以將多個(gè)加熱器串聯(lián)，但其孔隙范圍受到連接到加熱元件的電纜費(fèi)用的限制。最好將電源接到對(duì)稱的加熱元件上使其間的凈電壓差為零。這樣，在某一時(shí)刻施加到一個(gè)電極上的電壓，相對(duì)于施加到其他加熱器元件電壓的地線為負(fù)。
加熱元件最好制成曲線形狀，或者在表面或者在井眼內(nèi)以適應(yīng)井眼的壁。曲線形狀可以靠模具在表面獲得，當(dāng)制造加熱元件的金屬放入井眼時(shí)通過(guò)此模具。曲線形狀也可以在井眼內(nèi)，使用一心軸通過(guò)該元件而獲得。這種心軸，例如可以作為一種裝置的一部分，該裝置將各元件分開(kāi)，并將電氣絕緣物質(zhì)環(huán)繞各元件，且間于各元件之間。當(dāng)加熱元件在其表面制成曲線形狀時(shí)，可在加熱元件加上定中心器和隔離板，以便將各元件在井眼內(nèi)分隔開(kāi)。使用上述心軸是最好的，因?yàn)椴辉傩枰綦x板和定中心元件，減少了材料費(fèi)用。平網(wǎng)格元件也可能采用。采用曲線形元件的優(yōu)點(diǎn)在于，熱量可從井眼的幾乎整個(gè)圓周傳遞，而使用兩個(gè)平板形元件，可從其傳熱的面積只有井眼直徑的大約兩倍，不過(guò)，安裝平板形元件比安裝半圓形元件可能簡(jiǎn)單。
一般，用不銹鋼，例如304或316，制成的加熱器元件最好。INCLOY600也可以使用(INCLOY是一種商標(biāo))。當(dāng)加熱元件要暴露在鹽水中時(shí)，最好使用316不銹鋼，因?yàn)?16不銹鋼具有較好的抗氯化物腐蝕的能力。不銹鋼并不很昂貴，并可經(jīng)受那種從啟動(dòng)到使元件達(dá)到高溫的長(zhǎng)時(shí)間暴露，以及在絕大多數(shù)井眼環(huán)境下，長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)時(shí)具有足夠低的腐蝕率。一般是不用不銹鋼作加熱器元件的，因?yàn)樗目垢邷馗g能力有限，但是，由于本發(fā)明的加熱器傳熱的表面積較大，加熱器表面的溫度可以適合于不銹鋼。碳鋼也可用于不要求長(zhǎng)時(shí)間提供高水平加熱的加熱器元件。
雖然，本發(fā)明的一個(gè)推薦實(shí)施例包括使用不銹鋼作為加熱器元件材料，高合金材料可能在本發(fā)明的某些應(yīng)用中使用。例如，當(dāng)加熱器用于較深的井眼，提供深井的成本大大高于加熱器元件材料的成本，而高合金材料由于允許在較高溫度工作，從而對(duì)于同樣的熱負(fù)荷所需要的井?dāng)?shù)減少，這就有可能降低總成本。
此外，加熱元件可覆蓋一層更抗腐蝕的金屬表面，或一層折射表面以提供額外的電氣絕緣和保護(hù)。
控制加熱器的熱偶可設(shè)置在井眼中，或在曲線形加熱器元件之內(nèi)，或在加熱器元件之外，或附著在加熱器上(通過(guò)一種電氣絕緣連接)。熱電偶可以監(jiān)視運(yùn)行，或控制加熱器元件的電源。當(dāng)熱電偶用于控制電源時(shí)，可使用多個(gè)熱電偶，控制溫度從熱電偶選擇。溫度的選擇可基于最高溫度，平均溫度或一種綜合溫度例如最高的二至三種溫度的平均。
本發(fā)明的加熱元件可制成具有寬的長(zhǎng)度范圍，這是由于選擇不同的電壓和加熱器元件多孔性的組合的多樣性的緣故。短到兩至六米的加熱器可能使用，長(zhǎng)達(dá)二百至七百米的加熱器也可以提供。
在井眼中，其中放置了本發(fā)明的加熱器，在加熱器之上方，至少在井眼的一部分可能裝套管和涂水泥，以保證被加熱構(gòu)造的絕緣。在淺井中，井眼可能充填以砂子直至表面。
現(xiàn)在參看圖1，該圖示出了本發(fā)明環(huán)形加熱器的原理圖。一種網(wǎng)格式加熱器元件1，如圖所示為半圓形延伸的金屬板，在井眼2內(nèi)，電氣絕緣填料3，例如砂子，如圖所示環(huán)繞且間于加熱元件之間。井眼位于被加熱土壤4之中，該土壤可能是硅藻土含油構(gòu)造，焦油砂或油頁(yè)巖。此外，該將要加熱的土壤4可能是在熱解析改造過(guò)程中的已經(jīng)被污染的土壤。電線5延伸至各加熱元件，加熱器元件之間用連接線6在加熱器下部電氣連接。此外各加熱元件均可在井眼底部接地。電線穿過(guò)不受加熱的表土覆蓋層7延伸，是通過(guò)護(hù)皮電纜8，護(hù)皮電纜被隔離板9分開(kāi)。井眼的過(guò)渡部將被加熱器元件所加熱，不過(guò)不會(huì)達(dá)到井眼中包容加熱器元件的那部分的溫度。此井眼的過(guò)渡部如圖所示用套管10給加上套管，該套管可用金屬例如不銹鋼制成，它將在高溫狀態(tài)下具有可接受的長(zhǎng)期有用壽命。在此過(guò)渡部?jī)?nèi)的環(huán)境腐蝕可能比接近加熱器處的環(huán)境腐蝕更嚴(yán)重，因?yàn)槁饵c(diǎn)溫度在這一區(qū)域。在過(guò)渡區(qū)之上，套管可能是用碳鋼套管11。在過(guò)渡區(qū)和表土覆蓋層7，套管內(nèi)可填充以填充劑12例如砂子、水泥，或仍空著。
現(xiàn)在參看圖2A,2B和2C，三個(gè)帶局部剖的視圖表示了本發(fā)明的電纜之裝配部件和與加熱器元件的連接。加熱器元件的頂部21通過(guò)焊接點(diǎn)33與高溫電纜22連接。在電纜與加熱器A間的防水界面處于過(guò)渡區(qū)內(nèi)。過(guò)渡區(qū)之上可使用一種不昂貴的電纜例如聚乙烯覆蓋的銅電線。電氣絕緣的高溫部B從防水界面延伸至加熱器元件。加強(qiáng)桿24提供電氣連接點(diǎn)與加熱器元件間的支撐。加強(qiáng)桿是通過(guò)套環(huán)25安裝在電纜上。套環(huán)是一種電氣絕緣套環(huán)。防水界面包括連接器26，環(huán)繞在一軟焊連接點(diǎn)27外面，此軟焊連接點(diǎn)提供了高溫電纜22與低溫電纜28之間的連續(xù)性。連接器是用螺旋擰入管接頭裝配體30，該裝配體可以是黃銅裝配體，并對(duì)高溫電纜護(hù)套31和低溫電纜護(hù)套23提供一種摩擦配合。電纜23從表面直到加熱器頂部，可用銅芯-銅套礦用絕緣電纜。這類電纜最好，因?yàn)樗捎脗鲗?dǎo)很大的電流，并且是防水的。雖然電纜可以經(jīng)受高溫，但由于考慮腐蝕率，應(yīng)在水的沸點(diǎn)以下的溫度使用。防水連接(A)接在礦用絕緣電纜23的端頭，并形成與一鎳或鎳鉻合金的鎳包覆電極22過(guò)渡，該電極是與加熱器21的上部在焊接點(diǎn)33處焊接。鎳熱電極22可用TEFLON護(hù)套31絕緣，以避免鎳熱電極腐蝕，并在電纜過(guò)渡部30下端提供一種防水密封(TEFLON是一種商標(biāo))。增強(qiáng)臂24在將加熱器安裝進(jìn)井眼中時(shí)對(duì)TEFLON所套的鎳電極提供支撐。防水連接A可以在加熱器元件之上大約二至二十英尺。防水連接離加熱器足夠遠(yuǎn)，于是防水連接仍維持低于水的沸點(diǎn)的低溫。TEFLON覆蓋的高溫電線在此暴露在水的沸點(diǎn)，能容易地處理這里的環(huán)境。高溫電線護(hù)套31的下部(更熱的部分)最終將熔化，剩下暴露的高溫電線。在這一部分提供TEFLON覆蓋，保證TEFLON經(jīng)過(guò)處于水沸點(diǎn)溫度的部位延伸。
高溫電線護(hù)套可以是任何在水的沸點(diǎn)溫度或低于此溫度能避免高溫電線腐蝕的覆蓋層，且既能經(jīng)受更高的溫度又能熔化，卻在高溫不引起任何腐蝕。熱阻樹(shù)脂最好，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁┍槐Ｗo(hù)的高溫電線以更大的長(zhǎng)度，這對(duì)于如果處于水沸點(diǎn)溫度的部位移動(dòng)的情況是有幫助的?？梢越邮艿母邷貥?shù)脂包括聚亞胺，聚酰胺亞胺和聚醚乙醚酮。
高溫電線護(hù)套借助礦用絕緣，例如氧化鎂使其與高溫電線分開(kāi)。銅電線作為低溫電線是可以接受和有效的，不過(guò)對(duì)于高溫電線，最好使用鎳或鎳鉻合金鍍鎳。
另一種方法是，將多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的電加熱元件放置在井眼內(nèi)以構(gòu)成加熱器，加熱器的元件連接在井眼的下部，交流電源的各相分別與各元件連接。最好至少六個(gè)元件以便在井眼的整個(gè)圓周供給熱量。
加熱元件可以是，例如，不銹鋼絲、鎳鉻合金絲或碳纖維元件。絲的直徑最好從大約0.2mm至0.8mm，更推薦用直徑大約0.3mm的。更厚的元件提供更大的腐蝕余量，但需要耗費(fèi)更大的電流和更多的材料費(fèi)用。加熱元件的厚度的選擇以熱通量不致提出過(guò)高或過(guò)低的電壓需求為目標(biāo)。例如，在井眼內(nèi)兩加熱元件上端與其所連接的下端之間的交流電壓差大約60伏至大約960伏。對(duì)于較短的距離(2至200米)交流電壓差推薦為60至480伏，而對(duì)于較長(zhǎng)距離(100至700米)交流電壓差推薦為480至960伏。為適應(yīng)較大厚度的加熱元件，可以將多個(gè)加熱器串聯(lián)，但其可行范圍受到通往加熱器元件電纜費(fèi)用的限制。
一般，用不銹鋼制造加熱器元件，最好使用304,316或310等牌號(hào)的不銹鋼。不銹鋼并不很昂貴，并可經(jīng)受那種從啟動(dòng)到使元件達(dá)到高溫的長(zhǎng)時(shí)間暴露，以及在絕大多數(shù)井眼環(huán)境下，長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)時(shí)具有足夠低的腐蝕率。碳鋼可用作不需要長(zhǎng)時(shí)間提供熱量的應(yīng)用場(chǎng)合的加熱器元件。對(duì)于薄層的應(yīng)用例如土壤改造，最好用鎳鉻合金80。
控制加熱器的熱偶可設(shè)置在井眼中，或在加熱器環(huán)形元件之內(nèi)，或在加熱器元件之外，或附著在加熱器上。熱電偶，例如，可以固定在電氣絕緣隔離板之一上。熱電偶可用以監(jiān)視運(yùn)行，或控制加熱器元件的電源。當(dāng)熱電偶用于控制電源時(shí)，可使用多個(gè)熱電偶，控制溫度從熱電偶選擇。溫度的選擇可基于最高溫度，平均溫度或一種綜合溫度例如最高的二至三種溫度的平均。
本發(fā)明的加熱元件可制成具有寬的長(zhǎng)度范圍，這是由于選擇不同的電壓和加熱器元件多孔性的組合的多樣性的緣故。短到兩米的加熱器可能使用，長(zhǎng)達(dá)七百米的加熱器也可以提供。
在井眼中，其中放置了本發(fā)明的加熱器，在加熱器之上方，至少在井眼的一部分可能裝套管和涂水泥，以保證被加熱構(gòu)造的絕緣。在淺井中，井眼可能充填以砂子，或一種膨潤(rùn)土泥漿直至表面。膨潤(rùn)土泥漿防止水從上面侵入。
現(xiàn)在參看圖3，該圖示出了本發(fā)明加熱器的原理圖。加熱器元件101(示出了兩件)設(shè)有導(dǎo)線連接至元件102，該元件的直徑大于加熱器元件的直徑，但均為同一種材料。加熱器元件的數(shù)量最好在二至六范圍內(nèi)。導(dǎo)線均分別與加熱器元件連接如圖所示，但可設(shè)置一隔離板，其中電源的每一相只設(shè)置一根導(dǎo)線，電源是并聯(lián)或串聯(lián)到不同的加熱器元件。放置加熱器的井眼的直徑最好大約5至20cm，而加熱器元件最好距井眼壁大約0.5至1cm放置。各加熱器元件最好以大約4至8cm的距離彼此分開(kāi)。較少的加熱器元件一般會(huì)降低加熱器成本，而較多數(shù)量的加熱器元件，允許從有限的加熱器元件溫度向構(gòu)造提供更大的熱通量。加熱器元件不是單個(gè)絕緣的，而是依賴環(huán)繞于加熱器元件周?chē)碾姎饨^緣填料的電氣絕緣特性。套管103設(shè)置在外表面用作絕緣，但最好不要延伸到被加熱的土壤，而只經(jīng)過(guò)表土覆蓋層106。砂子，或一種水硬水泥或陶瓷水泥105環(huán)繞在加熱器元件周?chē)鐖D所示。當(dāng)準(zhǔn)備將土壤加熱至表面時(shí)，可以設(shè)置一根短管，以便安裝法蘭，用于固定加熱器元件的頂部。
法蘭107如圖所示，設(shè)有絕緣套108環(huán)繞在連接加熱器元件的電氣導(dǎo)線上。電源線109向?qū)Ь€提供電源，并用螺母110緊固。
電氣絕緣隔離板111將井眼內(nèi)的電氣元件分隔開(kāi)。圖中示出了一個(gè)電氣絕緣元件，但可設(shè)置多個(gè)，而且最好在井眼內(nèi)每隔三至十米設(shè)置一個(gè)。此外，如圖所示電氣絕緣隔離板是設(shè)置在加熱器處，但也可在加熱器電氣導(dǎo)線引入部設(shè)置一個(gè)或多個(gè)。電氣絕緣隔離板可用價(jià)格不貴的塑料制成，沒(méi)有必要必須經(jīng)受高的操作溫度。隔離板僅僅是在將填料充填在加熱器元件周?chē)鷷r(shí)，使加熱器元件保持正確位置。此外隔離板可用陶瓷例如氧化鋁，或可加工陶瓷例如MACOR(MACOR是一種商標(biāo))。
加熱器元件的下端可用導(dǎo)電連接器112連接。導(dǎo)電連接器可連接全部加熱器元件或一組元件，從而，每個(gè)加熱器元件具有電流通過(guò)所需要的電氣連續(xù)性。導(dǎo)電連接器可選擇設(shè)置一個(gè)杯113，用于將連接器固定在一根管上，該管用于將加熱器元件、連接器和隔離板下放到井下。一種管道敷設(shè)裝置，例如一種盤(pán)繞的管道敷設(shè)裝置，可以放在杯113中，杯在盤(pán)繞的管道敷設(shè)裝置上的結(jié)合，既可以是摩擦配合，這種配合可以借助盤(pán)繞的管道敷設(shè)裝置的壓力而脫開(kāi)，也可以借助連接器下放到井眼中時(shí)，由加熱器元件形成的拉力使管道敷設(shè)裝置與杯結(jié)合。
電氣連接器如圖所示是位于井眼的底部，其每一個(gè)加熱器元件在被加熱部位均勻延伸。不過(guò)，加熱器元件的數(shù)量和/或熱負(fù)荷可以沿加熱器的長(zhǎng)度方向變化。加熱器元件的直徑可沿加熱器的長(zhǎng)度方向變化以便將熱離解(Heat deposition)修正成希望的輪廓形狀。
選擇參看圖4，電氣絕緣隔離板的俯視圖如圖所示。加熱器元件101(圖示為六個(gè)元件)被絕緣隔離板111分隔，在絕緣隔離板和加熱器元件的周?chē)请姎饨^緣填料105例如砂子或水泥。被加熱的土壤環(huán)繞著加熱器。電氣絕緣隔離板111如圖所示是兩部分，利用榫舌或槽使隔離板在加熱器元件內(nèi)部松開(kāi)，當(dāng)使用管將加熱器元件下放到井眼中時(shí)，可以環(huán)繞在管上。系繩201可用以將加熱器元件固定在隔離板的凹槽內(nèi)。隔離板可借助摩擦沿垂直方向固定在加熱器元件上，或可以使用夾緊裝置(圖中未示出)沿垂直方向放置在其上方，或放在一個(gè)或多個(gè)加熱器元件的隔離板之上或之下。
現(xiàn)在參看圖5，一種可用于放置本系統(tǒng)的加熱器到井眼內(nèi)的裝置如圖所示。加熱器元件101(圖中只示出兩件)繞滑輪301敷設(shè)，滑輪安裝在支架302上，滑輪安裝在法蘭303上，法蘭303安裝在設(shè)有一安裝法蘭的套管103上。加熱器元件101是輾軋成卷盤(pán)(圖中未示出)，并可維持輕微的拉伸以避免加熱器元件在井眼內(nèi)纏繞。一種盤(pán)繞的管道敷設(shè)裝置304(Coiled tubing)延伸到井眼中如圖所示。盤(pán)繞的管道敷設(shè)裝置可用于將加熱器元件和電氣導(dǎo)線放入井眼，然后，當(dāng)其撤離時(shí)用其向井眼內(nèi)充填電氣絕緣填料。
加熱器元件可以具有多種長(zhǎng)度從而可以下達(dá)至多種井眼深度。例如，對(duì)于加熱油頁(yè)巖構(gòu)造，加熱器可能400米長(zhǎng)。對(duì)于被污染土壤的改造，加熱器的長(zhǎng)度可能只有二至三米長(zhǎng)，盡管本發(fā)明提供的更長(zhǎng)的加熱器元件更為有利。加熱器可以設(shè)置在井眼下一段延伸距離。例如，可以加熱的油頁(yè)巖位于表土覆蓋層之下400米。由于加熱器和電氣導(dǎo)線變得很長(zhǎng)，加熱器元件和/或電氣導(dǎo)線可能需要較大的直徑，或者使用強(qiáng)度更高的材料，因?yàn)檫@些元件必須自己支持自己，直至電氣絕緣填料被充填到加熱器元件周?chē)鸀橹?。在運(yùn)行溫度下，加熱器元件不再需要自支持，因?yàn)榕c電氣絕緣填料間的摩擦對(duì)元件提供了垂直支撐。
權(quán)利要求
1．一種井眼加熱器，包括一環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu)；和一電氣絕緣材料，環(huán)繞著環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu)；其中，沒(méi)有環(huán)繞環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu)的套管。
2．如權(quán)利要求1所述的加熱器，其中，環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu)從組件中選擇，該組件包括環(huán)形多孔金屬板、一個(gè)或多個(gè)延展的金屬板、一個(gè)線網(wǎng)、和由隔離板相連的帶、棒或細(xì)絲。
3．如權(quán)利要求2所述的加熱器，其中，環(huán)形加熱器元件結(jié)構(gòu)至少包括延展的板，該板本質(zhì)上根據(jù)井眼壁的一部分彎成圓弧形。
4．如權(quán)利要求3所述的加熱器，其中，設(shè)置數(shù)個(gè)延展的開(kāi)槽金屬片加熱元件，每個(gè)延展的開(kāi)槽金屬片與其他延展的開(kāi)槽金屬片分開(kāi)。
5．如權(quán)利要求4所述的加熱器，其中，數(shù)個(gè)延展的金屬片在下端彼此電氣連接。
6．如權(quán)利要求5所述的加熱器，還包括在每個(gè)延展的金屬片的上端連接一電源線，其每一電源線是電源的一個(gè)不同的相。
7．如權(quán)利要求1所述的加熱器，其中，電氣絕緣材料包括砂子。
8．如權(quán)利要求1所述的加熱器，其中，電氣絕緣材料包括水泥。
9．如權(quán)利要求1所述的加熱器，其中，設(shè)置數(shù)個(gè)延展的金屬加熱元件，該數(shù)個(gè)加熱元件均與交流電源的不同相的電源端電氣連接，而在其接地端與一公共地線電氣連接。
10．如權(quán)利要求2所述的加熱器，其中，加熱器包括金屬帶或棒，該金屬帶或棒被至少一個(gè)電氣絕緣隔離板分隔，使在元件之間和元件與井眼壁之間保持分離。
11．如權(quán)利要求10所述的加熱器，還包括在金屬帶或金屬棒的下端電氣連接器，該電氣連接器在帶或棒之間提供電氣連續(xù)性。
12．一種對(duì)土地的一部分加熱的方法，該方法包括下列步驟在準(zhǔn)備加熱的那部分土地內(nèi)設(shè)置一個(gè)井眼；將一個(gè)環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu)放入該井眼；和用電氣絕緣材料在該井眼內(nèi)支撐加熱元件結(jié)構(gòu)，其中，在加熱元件結(jié)構(gòu)與被加熱土地之間不設(shè)置套管。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，還包括初始電流通過(guò)加熱元件結(jié)構(gòu)的步驟，該步驟借助于在電流有效范圍，將電流從加熱元件通向準(zhǔn)備加熱的那部分土地，其電流可從電氣絕緣材料中去除水分；和隨著通過(guò)的加熱元件結(jié)構(gòu)的電阻增加，增大施加給加熱元件結(jié)構(gòu)的電壓。
14．如權(quán)利要求12所述的方法，其中，設(shè)有數(shù)個(gè)加熱元件，該加熱元件全部在其下端電氣連接；電源的各相在加熱元件的上端連接到加熱元件上。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其中，加熱元件選自包括不銹鋼絲，鎳-鉻合金絲和碳纖維絲的組合。
全文摘要
一種加熱器,該加熱器包括一種電氣絕緣材料環(huán)繞一種環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu);其中,沒(méi)有套環(huán)繞于該環(huán)形加熱元件結(jié)構(gòu)的周?chē)?br> 文檔編號(hào)E21B36/04GK1236858SQ99102078
公開(kāi)日1999年12月1日 申請(qǐng)日期1999年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月6日
發(fā)明者勞倫斯·詹姆斯·比拉莫維茨, 埃里克·德·魯費(fèi)格納克, 哈羅爾德·J·維訥格, 斯格特·李·韋林頓 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司