在热处理之后使用最终减小步骤形成的绝缘导体的制作方法

本发明涉及用于加热地下地层的系统和方法。更特别地，本发明涉及用于对地下含烃地层进行加热的系统和方法。

2.

背景技术：

从地下地层获取的烃通常用作能源、原料和消费品。对可用烃资源耗尽的关心和对所生产烃的整体质量下降的关心已经导致可用烃资源的更高效的采收、处理和/或使用过程的发展。原位过程可以用于从地下地层中移除先前得不到的和/或使用现有方法太昂贵以致无法提取的烃材料。可能需要改变地下地层中的烃材料的化学和/或物理性质，以容许从地下地层更容易地移除烃材料和/或增加烃材料的值。化学和物理改变可以包括原位反应，原位反应产生地层中的烃材料的可移动流体、组成改变、溶解度改变、密度改变、相改变和/或粘度改变。

可以将加热器放置在井筒中以在原位过程中加热地层。存在可以用于加热地层的许多不同类型的加热器。利用井下加热器的原位过程的示例被在给Ljungstrom的美国专利No.2634961、No.2732195、No.2780450、No.2789805、No.2923535；给Van Meurs等人的美国专利No.4886118；以及给Wellington等人的美国专利No.6688387中例示。

用于在地下应用中使用(诸如在一些应用中加热含烃地层)的矿物绝缘(MI)线缆(绝缘导体)可以具有更大的外直径，并且可以以比在MI线缆工业中常见的更高的电压和温度操作。

例如，由于绝缘导体中使用的电绝缘体随时间的退化，而存在潜在的电学和/或机械问题。在绝缘导体加热器的组装期间，也存在对于电绝缘体待克服的潜在问题。诸如芯膨胀(core bulge)或其它机械缺陷的问题可以在绝缘导体加热器的组装期间发生。这种发生可以在加热器的使用期间导致电学问题并且可以潜在地致使加热器对其预期目的不起作用。

此外，在组装和/或安装进绝缘导体的地下期间，存在对于绝缘导体上增加应力的问题。例如，绝缘导体在用于输送的线轴上的绕组和退绕以及绝缘导体的安装可以导致对绝缘导体中的电绝缘体和/或其它部件的机械应力。因此，需要更可靠的系统和方法以减少或消除绝缘导体的制造、组装和/或安装期间的潜在问题。

技术实现要素：

本文中描述的实施例一般涉及用于处理地下地层的系统、方法和加热器。本文中描述的实施例一般还涉及其中具有新颖部件的加热器。这种加热器可以通过使用本文中所描述的系统和方法来获取。

在某些实施例中，本发明提供一个或多个系统、方法和/或加热器。在一些实施例中，系统、方法和/或加热器用于处理地下地层。

在某些实施例中，绝缘电导体(例如，MI线缆)包括：内电导体；至少部分围绕电导体的电绝缘体，该电绝缘体包括矿物绝缘；以及至少部分围绕电绝缘体的外电导体；其中该绝缘电导体具有至少约100m的基本连续长度；并且其中该绝缘电导体在所述至少约100m的基本连续长度上在约700℃和约60Hz下包括每毫米电绝缘体厚度至少约2400伏的初始击穿电压。

在其它实施例中，来自特定实施例的特征可以与来自其它实施例的特征结合。例如，来自一个实施例的特征可以与来自其它实施例中的任一的特征结合。

在其它实施例中，使用本文中描述的方法、系统、电源或加热器中的任一执行处理地下地层。

在其它实施例中，额外的特征可以添加到本文中描述的特定实施例。

附图说明

通过结合附图参照下面根据本发明的当前优选但例示性的实施例的具体实施方式，本发明的方法和装置的特征和优点将被更充分地理解。

图1示出了用于处理含烃地层的原位热处理系统的部分的实施例的示意性视图。

图2描绘了绝缘导体热源的实施例。

图3描绘了绝缘导体热源的实施例。

图4描绘了绝缘导体热源的实施例。

图5A和5B描绘了在绝缘导体加热器中使用的限温加热器部件的实施例的横截面表示。

图6-8描绘了可以用于向加热器组件中的块提供轴向力的推块(block pushing)设备的实施例。

图9描绘了活塞的实施例，该活塞具有使得活塞对块提供力而不对护套内的芯提供力的横截面形状。

图10描绘了可以用于推动偏移(交错)块的活塞的实施例。

图11描绘了可以用于推动顶部/底部布置块的活塞的实施例。

图12描绘了预冷加工、预热处理绝缘导体的实施例的横截面表示。

图13描绘了冷加工和热处理之后图12中描绘的绝缘导体的实施例的横截面表示。

图14描绘了冷加工之后图13中描绘的绝缘导体的实施例的横截面表示。

图15描绘了用于使用用于电绝缘体的粉末制造绝缘导体的过程的实施例。

图16A描绘了绝缘导体内的第一鞘材料的第一设计实施例的横截面表示。

图16B描绘了第一设计实施例的横截面表示，其中第二鞘材料成型为管状物并且焊接在第一鞘材料周围。

图16C描绘了在一些减小之后的第一设计实施例的横截面表示，其中第二鞘材料在第一鞘材料周围成型为管状物。

图16D描绘了当绝缘导体在压延辊处经过最终减小步骤时的第一设计实施例的横截面表示。

图17A描绘了绝缘导体内的第一鞘材料的第二设计实施例的横截面表示。

图17B描绘了第二设计实施例的横截面表示，其中第二鞘材料成型为管状物并且焊接在第一鞘材料周围。

图17C描绘了在一些减小之后的第二设计实施例的横截面表示，其中第二鞘材料在第一鞘材料周围成型为管状物。

图17D描绘了当绝缘导体在压延辊处经过最终减小步骤时的第二设计实施例的横截面表示。

图18描绘了针对不同绝缘导体的最大电场(例如，击穿电压)对时间。

图19描绘了针对使用矿物(MgO)粉末电绝缘形成的不同绝缘导体的最大电场(例如，击穿电压)对时间。

图20示出了具有终止绝缘导体的一个端部的油杯端部末端的测试装置。

图21示出了固定在实验室炉中以用于测试的绝缘导体252。

尽管本发明易受各种修改和可选择形式的影响，但是其具体实施例是通过附图中的示例示出的，并且将在本文中详细描述。附图可以不按比例。将理解的是，附图和其中的具体实施方式不意在将本发明限制于所公开的特定形式，但相反，本发明涵盖落在如由随附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等价物和替代物。

具体实施方式

下面的描述一般涉及用于处理地层中的烃的系统和方法。这种地层可以被处理以生产烃产物、氢和其它产物。

“交流电(AC)”指的是基本正弦地倒转方向的时变电流。AC在铁磁导体中产生趋肤效应电流。

在减少的热输出加热系统、装置和方法的背景下，术语“自动地”意指这种在不使用外部控制(例如，外部控制器，诸如具有温度传感器和反馈回路的控制器、PID控制器或预测控制器)的情况下以某种方式运行的系统、装置和方法。

“耦接”意为一个或多个对象或部件之间的直接连接或间接连接(例如，一个或多个干涉连接)。短语“直接连接”意为对象或组件之间的直接连接，使得对象或组件彼此直接连接，使得对象或组件以“使用点(point of use)”方式操作。

“居里温度”是在其上铁磁性材料失去其所有的铁磁性质的温度。除了在居里温度之上失去其所有铁磁性质之外，当增加的电流通过铁磁性材料时，铁磁性材料也开始失去其铁磁性质。

“地层”包括一个或多个含烃层、一个或多个非烃层、覆盖岩层和/或下伏岩层。“烃层”指的是地层中含烃的层。烃层可以包含非烃材料和烃材料。“覆盖岩层”和/或“下伏岩层”包括一种或多种不同类型的不可渗透材料。例如，覆盖岩层和/或下伏岩层可以包括岩石、页岩、泥岩或润湿/致密碳酸盐岩。在一些原位热处理过程的实施例中，覆盖岩层和/或下伏岩层可以包括相对不可渗透且在原位热处理过程期间不经受温度的含烃层(一个或多个)，所述原位热处理过程导致覆盖岩层和/或下伏岩层的含烃层的显著特性变化。例如，下伏岩层可以包含页岩或泥岩，但是在原位热处理过程期间不容许将下伏岩层加热至热解温度。在一些情况中，覆盖岩层和/或下伏岩层可以是稍微可渗透的。

“地层流体”指的是存在于地层中的流体并且可以包括热解流体、合成气体、流动烃和水(流)。地层流体可以包括烃流体以及非烃流体。术语“流动流体”指的是含烃地层中能够由于地层的热处理而流动的流体。“采出流体”指的是从地层中移除的流体。

“热通量”是每单位时间每单位面积的能量流动(瓦特/平方米)。

“热源”是用于基本通过传导和/或辐射热传递将热提供给地层的至少部分的任何系统。例如，热源可以包括导电材料和/或电加热器，诸如放置在导管中的绝缘导体、细长构件和/或导体。热源还可以包括通过在地层外部或在地层中燃烧燃料生成热的系统。系统可以是表面燃烧器、井下气体燃烧器、无焰分布式燃烧室以及自然分布式燃烧室。在一些实施例中，提供给一个或多个热源的热或在一个或多个热源中生成的热可以通过其它能量源供应。其它能量源可以直接加热地层，或者可以将能量应用于直接或间接对地层进行加热的传递介质。将理解的是，将热应用于地层的一个或多个热源可以使用不同的能量源。因此，例如，对于给定的地层，一些热源可以从导电材料，电阻加热器来供应热，一些热源可以从燃烧提供热，并且一些热源可以从一个或多个其它能量源(例如，化学反应、太阳能、风能、生物量或其它可再生能源)提供热。化学反应可以包括放热反应(例如，氧化反应)。热源还可以包括导电材料和/或将热提供给接近和/或围绕加热位置(诸如加热器井)的区的加热器。

“加热器”是用于在井中或井筒区域附近生成热的任何系统或热源。加热器可以是(但不限于)电加热器、燃烧器、燃烧室，其与地层中的材料或从地层采出的材料和/或它们的组合物反应。

“烃”通常定义为主要由碳原子和氢原子形成的分子。烃还可以包括其它元素，诸如(但不限于)卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。烃可以是(但不限于)干酪根、沥青、焦沥青、油、天然矿物蜡和沥青矿。烃可以位于地球中的矿物基质中或与地球中的矿物基质相邻。基质可以包括(但不限于)沉积岩、砂、沉积石英岩、碳酸盐、硅藻土以及其它多孔介质。“烃流体”是包括烃的流体。烃流体可以包括、携带(entrain)非烃流体或被携带在非烃流体中，所述非烃流体诸如氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、水和氨。

“原位转换过程”指的是从热源加热含烃地层以将地层的至少部分的温度提高至热解温度之上使得在地层中产生热解流体的过程。

“原位热处理过程”指的是利用热源加热含烃地层以将地层的至少部分的温度提高至导致含烃材料的流动流体、减粘裂化(visbreaking)和/或热解的温度之上使得在地层中产生流动流体、减粘裂化流体和/或热解流体的过程。

“绝缘导体”指的是能够导电并且整体或部分被电绝缘材料覆盖的任何细长材料。

“调制直流(DC)”指的是在铁磁性材料中产生趋肤效应电流的任何基本非正弦时变电流。

“氮化物”指的是氮和一种或多种其它周期表元素的化合物。

“穿孔”包括容许流进或流出导管、管状物、管道或其它流动通道的导管、管状物、管道或其它流动通道的壁中的开口、狭缝、孔或洞。

铁磁性材料的“相变温度”指的是在其间材料经历降低铁磁性材料的导磁率的相变(例如，从铁氧体到奥氏体)的温度或温度范围。导磁率的减小类似于由于铁磁性材料在居里温度处的磁性转变导致的导磁率的减小。

“热解”是化学键由于热的应用而断裂。例如，热解可以包括只通过热而将化合物变换成一种或多种其它物质。可以将热传递到地层的部分以引起热解。

“热解流体”或“热解产物”指的是基本在烃的热解期间产生的流体。通过热解反应产生的流体可以与地层中的其它流体混合。混合物将被认为是热解流体或热解产物。如本文所使用的，“热解区”指的是地层(例如，相对可渗透地层，诸如焦油砂地层)起反应以形成热解流体的体积。

“热叠加”指的是将热从两个或更多个热源提供给地层的选定部分，使得至少在热源之间的一个位置处的地层的温度受热源影响。

“限温加热器”通常指的是在不使用外部控制(诸如温度控制器、电力调节器、整流器或其它设备)的情况下在指定温度之上调节热输出(例如，减小热输出)的加热器。限温加热器可以是AC(交流电)或调制(例如，“截断”)DC(直流电)供电电阻加热器。

层的“厚度”指的是层的横截面的厚度，其中横截面垂直于层的面。

“时变电流”指的是在铁磁性导体中产生趋肤效应电流并且具有随时间变化的幅值的电流。时变电流包括交流电(AC)(例如，60Hz或50Hz的AC)和调制直流电(DC)两者。

用于限温加热器(其中电流被直接应用于加热器)的“极限负荷比”是对于给定电流，居里温度之下的最高AC或调制DC电阻与居里温度之上的最低电阻的比。用于感应加热器的极限负荷比是对于应用到加热器的给定电流，居里温度之下的最高热输出与居里温度之上的最低热输出的比。

“u形井筒”指的是从地层中的第一开口穿过地层的至少部分并且穿出地层中的第二开口的井筒。在这种情况下，井筒可以仅仅是大致“v”或“u”形状，其中理解的是，对于认为井筒是“u形”的，“u”的“侧边(leg)”不需要彼此平行或垂直于“u”的“底部”。

术语“井筒”指的是地层中通过将导管钻入或插入地层形成的洞。井筒可以具有基本圆形的横截面或另一横截面形状。如本文所使用的，当指地层中的开口时，术语“井”和“开口”可以与术语“井筒”可交换的使用。

可以以各种方式对地层进行处理以产生许多不同的产物。在原位热处理过程期间，不同的阶段或过程可以用于处理地层。在一些实施例中，地层的一个或多个部分是被开采以从该部分中移除可溶性矿物的溶液开采。溶液开采矿物可以在原位热处理过程之前、期间和/或之后执行。在一些实施例中，作为溶液开采的一个或多个部分的平均温度可以维持在约120℃之下。

在一些实施例中，地层的一个或多个部分被加热以从该部分移除水和/或从该部分移除甲烷和其它挥发性烃。在一些实施例中，在移除水和挥发性烃期间，可以将平均温度从环境温度提高至低于约220℃的温度。

在一些实施例中，地层的一个或多个部分被加热至容许地层中的烃移动和/或减粘裂化的温度。在一些实施例中，地层的一个或多个部分的平均温度被提高至该部分中的烃的流动温度(例如，至从100℃到250℃、从120℃到240℃或从150℃到230℃变动的温度)。

在一些实施例中，一个或多个部分被加热至容许地层中的热解反应的温度。在一些实施例中，地层的一个或多个部分的平均温度可以被提高至地层中的烃的热解温度(例如，从230℃到900℃、从240℃到400℃或从250℃至350℃变动的温度)。

利用多个热源加热含烃地层可以在热源周围创建以期望的加热速率将地层中的烃的温度提高至期望温度的热梯度。针对期望产物温度增加通过流动温度范围和/或热解温度范围的速率可以影响从含烃地层采出的地层流体的质量和数量。缓慢提高地层的温度通过流动温度范围和/或热解温度范围可以容许从地层采出高质量、高API比重的烃。缓慢提高地层的温度通过流动温度范围和/或热解温度范围可以容许移除存在于地层中的大量的烃作为烃产物。

在一些原位热处理实施例中，地层的一部分被加热至期望温度，而不是缓慢提高温度通过温度范围。在一些实施例中，期望温度是300℃、325℃或350℃。可以选择其它温度作为期望温度。

来自热源的热的重叠容许在地层中相对快速和高效地创建期望温度。可以调整从热源输入地层中的能量，以将地层中的温度基本维持在期望温度。

可以通过生产井从地层采出流动和/或热解产物。在一些实施例中，一个或多个部分的平均温度被提高至流动温度并且从生产井中采出烃。由于流动性降低至选定值之下，在采出之后，可以将一个或多个部分的平均温度提高至热解温度。在一些实施例中，在达到热解温度之前，可以在没有显著采出的情况下将一个或多个部分的平均温度提高至热解温度。可以通过生产井采出包括热解产物的地层流体。

在一些实施例中，可以将一个或多个部分的平均温度提高至足以容许在流动和/或热解之后合成气采出的温度。在一些实施例中，在达到足以容许合成气采出的温度之前，可以在没有显著采出的情况下将烃提高到足以容许合成气采出的温度。例如，合成气可以在从约400℃到约1200℃、约500℃到约1100℃或约550℃到约1000℃的温度范围中采出。可以将合成气生成流体(例如，流和/或水)引入该部分中以生成合成气。可以从生产井采出合成气。

可以在原位热处理过程期间执行溶液开采、挥发性烃和水的移除、使烃流动、使烃热解、生成合成气和/或其它过程。在一些实施例中，一些过程可以在原位热处理过程之后执行。这种过程可以包括(但不限于)从经处理的部分重新获得热、在先前经处理的部分中存储流体(例如，水和/或烃)和/或在先前经处理的部分中隔离二氧化碳。

图1描绘了用于处理含烃地层的原位热处理系统的部分的实施例的示意图。原位热处理系统可以包括屏障井200。屏障井被用于在处理区域周围形成屏障。屏障抑制流体流进或流出处理区域。屏障井包括(但不限于)降水井、真空井、捕获井、注入井、灌浆井、冻结井或它们的组合。在一些实施例中，屏障井200是降水井。降水井可以移除液态水和/或抑制液态水进入待加热地层的一部分或进入待加热的地层。在图1中描绘的实施例中，屏障井200被示出为仅沿着热源202的一边延伸，但是屏障井通常环绕所有使用或待使用的热源202，以加热地层的处理区域。

热源202被放置在地层的至少部分。热源202可以包括加热器，诸如绝缘导体、导体导管加热器、表面燃烧器、无焰分布式燃烧室和/或天然分布式燃烧室。热源202还可以包括其它类型的加热器。热源202将热提供给地层的至少部分以加热地层中的烃。可以通过供应线路204将能量供应给热源202。供应线路204可以依赖用于加热地层的热源(一个或多个)的类型而结构不同。用于热源的供应线路204可以输送用于电加热器的电力，可以输送用于燃烧室的燃料或可以输送在地层中循环的热交换流体。在一些实施例中，可以通过核电站(一个或多个)提供用于原位热处理过程的电力。使用核电可以容许减少或消除来自原位热处理过程的二氧化碳排放。

当加热地层时，输入地层的热可以引起地层的膨胀和地质力学运动。可以在降水过程之前、降水过程的同时或降水过程期间导通热源。计算机模拟可以将对加热的地层响应进行建模。计算机模拟可以用于研发用于在地层中激活热源的模式和时间序列，使得地层的地质力学运动不会不利地影响地层中的热源、生产井以及其它装备的功能。

加热地层可以引起地层渗透率和/或孔隙度增加。渗透率和/或孔隙度增加可以由地层中质量的减小造成，地层中质量的减小归因于水的汽化和移除、烃的移除和/或裂缝的产生。流体可以由于地层增加的渗透率和/或孔隙度而在地层的加热部分中更容易地流动。地层的加热部分中的流体可以由于增加的渗透率和/或孔隙度而穿过地层移动相当大的距离。该相当大的距离取决于各种因素(诸如地层的渗透率、流体的性质、地层的温度和容许流体移动的压力梯度)而超过1000m。流体在地层中行进相当大的距离的能力容许生产井206在地层中相对远地分隔。

生产井206用于从地层中移除地层流体。在一些实施例中，生产井206包括热源。生产井中的热源可以对生产井处或生产井附近的地层的一个或多个部分进行加热。在一些原位热处理过程实施例中，每米生产井从生产井供应给地层的热量少于每米热源从加热地层的热源供应给地层的热量。从生产井应用到地层的热可以通过汽化和移除与生产井相邻的液相流体和/或通过形成宏观和/或微观裂缝来增加与生产井相邻的地层的渗透率而增加与生产井相邻的地层渗透率。

不止一个热源可以定位在生产井中。当来自相邻热源的热的叠加将地层充分加热到抵消通过利用生产井加热地层提供的益处时，可以关闭生产井的下部中的热源。在一些实施例中，在生产井的上部中的热源可以在生产井的下部中的热源去激活之后保持接通。井的上部中的热源可以抑制地层流体的冷凝和回流。

在一些实施例中，生产井206中的热源容许从地层中移除地层流体的气相。在生产井处提供加热或穿过生产井提供加热可以：(1)当采出流体在相邻覆盖岩层的生产井中移动时，抑制这种采出流体的冷凝和/或回流，(2)增加输入到地层的热，(3)与没有热源的生产井相比增加来自生产井的采出率，(4)抑制生产井中高碳数化合物(C6烃及以上)的冷凝，和/或(5)增加生产井处或附近的地层渗透率。

地层中的地下压力可以对应于地层中生成的流体压力。随着地层的加热部分中的温度增加，加热部分中的压力可以由于原位流体的热膨胀、增加的流体生成和水的汽化而增加。控制流体从地层的移除速率可以容许控制地层中的压力。可以在多个不同的位置(诸如在生产井附近或在生产井处、在热源附近或在热源处或在监控井处)确定地层中的压力。

在一些含烃地层中，烃从地层的采出被抑制，直到地层中的至少一些烃已经流动和/或热解。当地层流体具有选定的品质时，地层流体可以从地层采出。在一些实施例中，选定的品质包括至少约20℃、30℃或40℃的API比重。抑制采出直到至少一些烃流动和/或热解可以增加重烃转化为轻烃。抑制初始采出可以使重烃从地层的采出最小化。大量重烃的采出可能需要昂贵的装备和/或减少生产设备的寿命。

在一些含烃地层中，在地层的加热部分中已经生成大量渗透率之前，地层中的烃可以被加热至流动和/或热解温度。初始渗透率不足可以抑制生成的流体输送至生产井206。在初始加热期间，地层中的流体压力可以接近热源202而增加。增加的流体压力可以通过一个或多个热源202释放、监控、改变和/或控制。例如，选定的热源202或分离的压力释放井可以包括容许一些流体从地层移除的压力释放阀。

在一些实施例中，尽管到生产井206或任何其它压力设备的开放路径可能还不存在于地层中，但是可以容许通过地层中生成的流动流体、热解流体或其它流体的膨胀而生成的压力增加。可以容许流体压力朝着岩石静压力增加。当流体接近岩石静压力时，含烃地层中的裂缝可以形成。例如，在地层的加热部分中，裂缝可以从热源202到生产井206形成。加热部分中裂缝的生成可以释放该部分中的一些压力。地层中的压力必须被维持在选定压力之下以抑制不需要的采出、覆盖岩层或下伏岩层的破裂和/或地层中烃的焦化。

在达到流动和/或热解温度并且容许从地层采出之后，可以变化地层中的压力以改变和/或控制所采出的地层流体的组成、控制地层流体中可冷凝流体与非可冷凝流体相比的百分比和/或控制采出的地层流体的API比重。例如，降低压力可以导致更大的可冷凝流体组分的采出。可冷凝流体组分可以包含更大百分比的烯烃。

在一些原位热处理过程实施例中，可以维持地层中的压力足够高以促进采出具有大于20℃的API比重的地层流体。维持地层中增加的压力可以抑制原位热处理期间地层下沉。维持增加的压力可以减少或消除在表面处压缩地层流体以将收集导管中的流体输送到处理设施的需求。

维持地层的加热部分中增加的压力可以出人意料地容许采出大量的品质增加且相对低分子量的烃。压力可以被维持使得所采出的地层流体具有在选定碳数之上最小的化合物量。选定的碳数可以至多25、至多20、至多12或至多8。一些高碳数化合物可以携带在地层中的蒸汽中并且可以随着蒸汽从地层移除。维持地层中增加的压力可以抑制高碳数化合物和/或多环烃化合物携带在蒸汽中。高碳数化合物和/或多环烃化合物可以在地层中保持液相达显著时间段。该显著时间段可以为化合物提供显著时间来热解以形成较低碳数化合物。

相对低分子量烃的生成被认为是部分由于含烃地层的部分中氢的自生生成和反应。例如，在地层内维持增加的压力可以迫使热解期间生成的氢进入液相。将该部分加热至热解温度范围中的温度可以使地层中的烃热解以生成液相热解流体。所生成的液相热解流体组分可以包括双键和/或基团。液相的氢(H₂)可以减少所生成的热解流体的双键，从而减少来自所生成的热解流体的长链化合物的聚合或形成的潜能。此外，H₂还可以中和所生成的热解流体中的基团。液相H₂可以抑制所生成的热解流体彼此反应和/或与地层中的其它化合物反应。

从生产井206采出的地层流体可以通过收集管道208输送到处理设施210。地层流体还可以从热源202采出。例如，流体可以从热源202采出以控制与热源相邻的地层中的压力。从热源202采出的流体可以通过管子或管道输送到收集管道208或者采出的流体可以通过管子或管道直接输送到处理设施210。处理设施210可以包括分离单元、反应单元、升级单元、燃料电池、涡轮、存储容器和/或用于处理所采出的地层流体的其它系统和单元。处理设施可以从采自地层的烃的至少部分形成输送燃料。在一些实施例中，输送燃料可以是喷气燃料，诸如JP-8。

绝缘导体可以用作加热器或热源的电加热器元件。绝缘导体可以包括由电绝缘体包围的内电导体(芯)和外电导体(保护套)。电绝缘体可以包括矿物绝缘(例如，氧化镁)或其它电绝缘。

在某些实施例中，绝缘导体被放置在含烃地层的开口中。在一些实施例中，绝缘导体被放置在含烃地层的无套管开口中。将绝缘导体放置在含烃地层中的无套管开口中可以容许热通过辐射以及传导从绝缘导体传递到地层。必要时，使用无套管开口可以促进绝缘导体从井的回收。

在一些实施例中，绝缘导体被放置在地层中的套管内；可以粘接在地层内；或者可以利用砂子、砾石或其它充填材料填充在开口中。绝缘导体可以支撑在定位在开口内的支撑构件上。支撑构件可以是线缆、棒或导管(例如，管子)。支撑构件可以由金属、陶瓷、无机材料或它们的组合制成。因为支撑构件的部分可以在使用期间暴露于地层流体和热，因此支撑构件可以是耐化学的和/或耐热的。

带、点焊和/或其它类型的连接器可以用于在沿着绝缘导体的长度的各个位置处将绝缘导体耦接到支撑构件。支撑构件可以在地层的上表面处附接到井口。在一些实施例中，绝缘导体具有足够的结构强度，使得不需要支撑构件。在许多情况下，绝缘导体可以具有至少一些柔性，以当经历温度变化时抑制热膨胀损坏。

在某些实施例中，在没有支撑构件和/或扶正器(centralizers)的情况下将绝缘导体放置在井筒中。没有支撑构件和/或扶正器的绝缘导体可以具有将抑制绝缘导体在使用期间的故障的温度和耐腐蚀性、蠕变强度、长度、厚度(直径)和冶金层的适当组合。

图2描绘了绝缘导体252的实施例的端部部分的透视图。绝缘导体252可以具有任意期望的横截面形状，诸如(但不限于)圆形(图2中所描绘)、三角形、椭圆形、矩形、六边形或不规则形。在某些实施例中，绝缘导体252包括芯218、电绝缘体214和护套216。当电流通过芯时，芯218可以电阻加热。交流电或时变电流和/或直流电可以用于将电力提供给芯218，使得芯电阻加热。

在一些实施例中，电绝缘体214抑制到护套216的漏电和电弧作用。电绝缘体214可以将芯218中生成的热热传导至护套216。护套216可以将热辐射或传导至地层。在某些实施例中，绝缘导体252长度为1000m或更多。较长或较短的绝缘导体还可以用于满足特定应用需求。可以选择绝缘导体252的芯218、电绝缘体214和护套216的尺寸，使得绝缘导体即使在温度上限也具有足够强度以自支撑。不需要支撑构件连同绝缘导体延伸进入含烃地层，这种绝缘导体也可以从井口或定位在覆盖岩层和含烃地层之间的界面附近的支撑件悬挂下来。

绝缘导体252可以被设计为以高达约1650瓦特/米或更高的功率水平操作。在某些实施例中，当对地层进行加热时，绝缘导体252以约500瓦特/米和约1150瓦特/米之间的功率水平操作。绝缘导体252可以设计为使得通常操作温度下的最大电压水平不引起电绝缘体214相当大的热和/或电击穿。绝缘导体252可以被设计为使得护套216不超过将导致鞘材料的耐腐蚀性性质显著减小的温度。在某些实施例中，绝缘导体252可以被设计为达到在约650℃与约900℃之间的范围内的温度。具有其它操作范围的绝缘导体可以形成为满足特定操作要求。

图2描绘了具有单芯218的绝缘导体252。在一些实施例中，绝缘导体252具有两个或更多个芯218。例如，单绝缘导体可以具有三个芯。芯218可以由金属或另一种导电材料制成。用于形成芯218的材料可以包括(但不限于)镍铬合金、铜、镍、金、钯、锌、银、铝、镁、碳钢、不锈钢以及合金或它们的组合。在某些实施例中，芯218被选择为具有操作温度下的直径和电阻率，使得如从欧姆定律导出的它的电阻使得其对于选定的每米功率消耗、加热器的长度和/或针对芯材料所容许的最大电压而电和结构稳定。

在一些实施例中，芯218沿着绝缘导体252的长度由不同的材料制成。例如，芯218的第一部分可以由具有比该芯的第二部分显著低的电阻的材料制成。第一部分可以被放置为与不需要加热至和与第二部分相邻的第二地层小层(layer)一样高的温度的地层小层相邻。可以通过具有可变直径和/或通过具有由不同材料制成的芯部分来调整芯218的各个部分的电阻率。

电绝缘体214可以由各种材料制成。通常使用的粉末可以包括(但不限于)MgO、Al2O3、BN、Si3N4、氧化锆、BeO、尖晶石的不同化学变体以及它们的组合。MgO可以提供良好的热导率和电绝缘性质。期望的电绝缘性质包括低泄漏电流和高介电强度。低泄漏电流降低了热击穿的可能性并且高介电强度降低了跨绝缘体的电弧作用的可能性。如果泄漏电流引起还导致跨绝缘体的电弧作用的绝缘体的温度逐渐上升，则热击穿可以发生。

护套216可以是外金属层或导电层。护套216可以与热地层流体接触。护套216可以由在升高温度下具有高耐腐蚀性的材料制成。可以用于护套216的期望操作温度范围中的合金包括(但不限于)304不锈钢、310不锈钢、316不锈钢、347不锈钢、其它300系列不锈钢、600系列不锈钢、800系列不锈钢、800以及600(Inco Alloys International,Huntington,West Virginia,USA)。护套216的厚度可能需要在热且腐蚀性环境中足以持续三至十年。护套216的厚度通常可以在约1mm和约2.5mm之间变化。例如，1.3mm厚的310不锈钢外层可以用作护套216以提供良好的抗地层的加热区中的硫化腐蚀的耐化学性达超过3年的时间段。较大或较小的护套厚度可以用于满足特定的应用要求。

一个或多个绝缘导体可以被放置在地层中的开口内以形成热源(一个或多个)。电流可以穿过开口中的每个绝缘导体以对地层进行加热。选择性地，电流可以穿过开口中的选定的绝缘导体。未使用的导体可以用作备份加热器。绝缘导体可以按任何方便的方式电耦接至电源。绝缘导体的每个端都可以耦接至穿过井口的引入线缆。这种配置通常具有位于热源的底部附近的180°弯曲(“U形(hairpin)”弯曲)或转弯。包括180°弯曲或转弯的绝缘导体可能不需要底部末端，但是180°弯曲或转弯可能是加热器中的电和/或结构劣势。绝缘导体可以按串联、并联或串联和并联的组合电耦接在一起。在一些热源的实施例中，电流可以进入绝缘导体的导体并且可以通过在热源的底部将芯218连接至护套216(图2中示出)来通过绝缘导体的护套返回。

在一些实施例中，三个绝缘导体252以3相Y字形配置耦接至电源。图3描绘了地下地层中的开口中以Y字形配置耦接的三个绝缘导体的实施例。图4描绘了从地层中的开口238中可移除的三个绝缘导体252的实施例。以Y字形配置的三个绝缘导体可能需要无底连接。选择性地，Y字形配置的所有三个绝缘导体均可以在开口的底部附近连接在一起。连接可以在绝缘导体的加热部分的端部或者在绝缘导体的底部耦接至加热部分的冷引脚(较低电阻部分)的端部直接进行。底部连接可以利用绝缘体充填和密封的罐或者利用环氧树脂充填的罐进行。绝缘体可以是与用作电绝缘的绝缘体相同的组成。

图3和4中描绘的三个绝缘导体252可以使用扶正器222耦接至支撑构件220。选择性地，绝缘导体252可以使用金属条直接捆到支撑构件220。扶正器222可以保持一个位置和/或抑制绝缘导体252在支撑构件220上移动。扶正器可以由金属、陶瓷或它们的组合制成。金属可以是不锈钢或能够耐受腐蚀和高温环境的任何其它类型的金属。在一些实施例中，扶正器222是以小于约6m的距离焊接至支撑构件的弓形金属条。用在扶正器222中的陶瓷可以是(但不限于)Al2O3、MgO或另一种电绝缘体。扶正器222可以保持绝缘导体252在支撑构件220上的位置，使得在绝缘导体的操作温度下绝缘导体的移动被抑制。绝缘导体252还可以是略微柔性的，以耐受加热期间支撑构件220的膨胀。

支撑构件220、绝缘导体252和扶正器222可以放置在烃层240中的开口238中。绝缘导体252可以使用冷引脚226耦接至底部导体连接224。底部导体连接224可以将每个绝缘导体252彼此耦接。底部导体连接224可以包括导电并且在开口238中发现的温度下不熔化的材料。冷引脚226可以是具有比绝缘导体252较低电阻的绝缘导体。

引入导体228可以耦接到井口242，以将电力提供给绝缘导体252。引入导体228可以由相对低电阻导体制成，使得从穿过引入导体的电流生成相对少的热。在一些实施例中，引入导体是橡胶或聚合物绝缘绞合铜线。在一些实施例中，引入导体是具有铜芯的矿物绝缘导体。引入导体228可以通过位于覆盖岩层246和表面250之间的密封法兰耦接至表面250处的井口242。密封法兰可以抑制流体从开口238溢出到表面250。

在某些实施例中，引入导体228使用过渡导体230耦接至绝缘导体252。过渡导体230可以是绝缘导体252的低阻部分。过渡导体230可以统称为绝缘导体252的“冷引脚”。过渡导体230可以设计为当在绝缘导体252的主加热部分的单位长度中消散时，每单位长度消散电力的约十分之一至约五分之一。过渡导体230通常可以在约1.5m和约15m之间，尽管较短或较长的长度可以用于适应特定应用需求。在实施例中，过渡导体230的导体是铜。过渡导体230的电绝缘体可以是与在主加热部分中使用的电绝缘体相同的类型。过渡导体230的护套可以由耐腐蚀材料制成。

在某些实施例中，过渡导体230通过拼接或其它耦接接头耦接至引入导体228。拼接还可以用于将过渡导体230耦接至绝缘导体252。拼接可能需要耐受等于目标区操作温度的一半的温度。拼接中的电绝缘的密度在许多情况下应该足够高以耐受所需的温度和操作电压。

在一些实施例中，如图3中示出的，包装材料248被放置在覆盖岩层套管244和开口238之间。在一些实施例中，加强材料232可以将覆盖岩层套管244固定至覆盖岩层246。包装材料248可以抑制流体从开口238流到表面250。加强材料232可以包括例如混合有用于改进高温性能的硅石粉的G类或H类波特兰水泥、渣或硅石粉、和/或它们的混合物。在一些实施例中，增强材料232径向延伸从约5cm至约25cm的宽度。

如图3和4中示出的，支撑构件220和引入导体228可以耦接至地层的表面250处的井口242。表面导体234可以封闭增强材料232并且耦接至井口242。表面导体的实施例可以延伸大约3m至大约515m的深度进入地层中的开口。选择性地，表面导体可以延伸大约9m的深度进入地层。可以将电流从电源供应到绝缘导体252以由于绝缘导体的电阻而生成热。从三个绝缘导体252生成的热可以在开口238内传递以对烃小层240的至少部分进行加热。

由绝缘导体252生成的热可以对含烃地层的至少部分进行加热。在一些实施例中，热基本通过所生成的热向地层的辐射而传递到地层。由于存在于开口中的气体，一些热可以通过热的传导或转换而传递。开口可以是无套管开口，如图3和4中示出的。无套管开口消除了与将加热器热水泥封固(cementing)至地层相关联的成本、与套管相关联的成本和/或在开口内包装加热器的成本。此外，通过辐射的热传递通常比通过传导更高效，因此可以在裸眼井筒中以较低温度操作加热器。热源的初始操作期间的传导热传递可以通过开口中气体的增加而增强。气体可以维持在高达约27巴的绝对压力。气体可以包括(但不限于)二氧化碳和/或氮。裸眼井筒中的绝缘导体加热器可以有利地自由膨胀或收缩以适应热膨胀和收缩。绝缘导体加热器可以有利地从裸眼井筒可移除或可重新布置。

在某些实施例中，使用卷绕组件安装或移除绝缘导体加热器组件。不止一个卷绕组件可以用于同时安装绝缘导体和支撑构件两者。选择性地，可以使用盘管单元安装支撑构件。当支撑件被插入井中时，加热器可以被解下和连接到支撑件。电加热器和支撑构件可以从卷绕组件解下。垫片可以沿着支撑构件的长度耦接至支撑构件和加热器。额外的卷绕组件可以用于额外的电加热器元件。

限温加热器可以在配置中和/或可以包括在某些温度下给加热器提供自动限温性质的材料。在某些实施例中，铁磁性材料被用在限温加热器中。铁磁性材料可以在材料的居里温度和/或相变温度范围处或在材料的居里温度和/或相变温度范围附近自限制温度，以当时变电流应用到材料时提供减少的热量。在某些实施例中，铁磁性材料在大约为居里温度和/或在相变温度范围中的选定温度下自限制限温加热器的温度。在某些实施例中，选定温度在居里温度和/或相变温度范围的约35℃内、约25℃内、约20℃内或者约10℃内。在某些实施例中，铁磁性材料与其它材料(例如，高传导材料、高强度材料、耐腐蚀性材料或它们的组合)耦合以提供各种电和/或机械性质。限温加热器的一些部分可以具有比该限温加热器的其它部分较低的电阻(通过不同的几何结构和/或通过使用不同的铁磁性和/或非铁磁性材料引起)。使限温加热器的部分具有各种材料和/或尺寸容许从加热器的每个部分订制(tailoring)期望的热输出。

限温加热器可以比其它加热器更可靠。限温加热器不会由于地层中的热点而易于损坏或故障。在一些实施例中，限温加热器容许地层的基本均匀加热。在一些实施例中，限温加热器能够通过沿着加热器的整个长度以较高的平均热输出来更高效地对地层进行加热。限温加热器沿着加热器的整个长度在较高的平均热输下操作，因为如果沿着加热器的任何点的温度超过或要超过加热器的最大操作温度，到加热器的电力不需要减少至整个加热器，就像利用典型的恒定功率加热器的情况一样。来自限温加热器的部分的接近加热器的居里温度和/或相变温度范围的热输出自动减少，而无需应用到加热器的时变电流的控制调节。热输出由于限温加热器的部分的电性质(例如，电阻)的变化而自动减少。因此，在加热过程的较大部分期间，更多的电力由限温加热器供应。

在某些实施例中，当限温加热器被时变电流激励时，包括限温加热器的系统最初提供第一热输出并且接着在加热器的电阻部分的居里温度和/或相变温度范围附近、居里温度和/或相变温度范围处或居里温度和/或相变温度范围之上提供减少的(第二)热输出。第一热输出是在如下温度下的热输出，在所述温度之下限温加热器开始自限制。在一些实施例中，第一热输出是在限温加热器中的铁磁性材料的居里温度和/或相变温度范围之下的约50℃、约75℃、约100℃或约125℃下的热输出。

限温加热器可以通过在井口供应的时变电流(交流电或调制直流电)激励。井口可以包括在将电力供应给限温加热器中所使用的电源和其它部件(例如，调制部件、变换器和/或电容器)。限温加热器可以是用于对地层的部分进行加热的许多加热器中的一个。

在一些实施例中，相对薄的导电层被用于提供限温加热器在高达铁磁性导体的居里温度和/或相变温度范围处或附近的温度下的电阻热输出的大部分。这种限温加热器可以用作绝缘导体加热器中的加热构件。绝缘导体加热器的加热构件可以位于鞘内，鞘在鞘与加热构件之间具有绝缘层。

图5A和5B描绘了用限温加热器作为加热构件的绝缘导体加热器的实施例的横截面表示。绝缘导体252包括芯218、铁磁性导体236、内导体212、电绝缘体214以及护套216。芯218是铜芯或铜镍合金(例如，合金90或合金180)。铁磁性导体236例如是铁或铁合金。

内导体212是具有比铁磁性导体236更高电导率的非铁磁性材料的相对薄的导电层。在某些实施例中，内导体212是铜。内导体212可以是铜合金。铜合金通常比纯铜具有更平的电阻对温度曲线。更平的电阻对温度曲线可以提供作为高达居里温度和/或相变温度范围的温度的函数的热输出中的较少变化。在一些实施例中，内导体212是具有6％重量的镍的铜(例如，CuNi6或LOHM^TM)。在一些实施例中，内导体212是CuNi10Fe1Mn合金。在铁磁性导体236的居里温度和/或相变温度范围之下，铁磁性导体的磁性性质把电流流动的大部分限制于内导体212。因此，内导体212提供绝缘导体252在居里温度和/或相变温度范围之下的电阻热输出的大部分。

在某些实施例中，内导体212连同芯218和铁磁性导体236被设计尺寸，使得内导体提供期望的热输出量和期望的极限负荷比。例如，内导体212可以具有比芯218的横截面面积小约2或3倍的横截面面积。通常，如果内导体是铜或铜合金，内导体212必须具有相对小的横截面面积以提供期望的热输出。在具有铜内导体212的实施例中，芯218具有0.66cm的直径，铁磁性导体236具有0.91cm的外直径，内导体212具有1.03cm的外直径，电绝缘体214具有1.53cm的外直径，并且护套216具有1.79cm的外直径。在具有CuNi6内导体212的实施例中，芯218具有0.66cm的直径，铁磁性导体236具有0.91cm的外直径，内导体212具有1.12cm的外直径，电绝缘体214具有1.63cm的外直径，并且护套216具有1.88cm的外直径。这种绝缘导体通常比不使用薄内导体来提供在居里温度和/或相变温度范围之下的热输出的大部分的绝缘导体更小且更便宜制造。

电绝缘体214可以是氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化铍、氮化硼、氮化硅或它们的组合。在某些实施例中，电绝缘体214是氧化镁的压制粉末。在一些实施例中，电绝缘体214包括氮化硅珠。

在某些实施例中，材料的小层被放置在电绝缘体214与内导体212之间以抑制铜在较高温度下迁移进电绝缘体。例如，镍的小层(例如，约0.5mm的镍)可以放置在绝缘导体214与内导体212之间。

护套216是由耐腐蚀性材料(诸如，但不限于，304不锈钢、316不锈钢、347不锈钢、347H不锈钢、446不锈钢或825不锈钢)制成。在一些实施例中，护套216在铁磁性导体236的居里温度和/或相变温度范围处或其上给绝缘导体252提供一些机械强度。在某些实施例中，护套216不被用于传导电流。

在制造相对长的长度(例如，10m或更长的长度)的绝缘导体中存在许多潜在的问题。例如，间隙可以存在于用于形成绝缘导体中的电绝缘体的材料的块之间和/或跨绝缘的击穿电压可能没有足够高到耐受沿着这种加热器长度提供热所需的操作电压。绝缘导体包括用作加热器的绝缘导体和/或在地层的覆盖岩层部分中使用的绝缘导体(提供较少热输出或不提供热输出的绝缘导体)。绝缘电导体可以例如是矿物绝缘导体，诸如矿物绝缘线缆。

在用以制造(形成)绝缘导体的典型过程中，绝缘导体的护套作为导电材料(例如，不锈钢)的条开始。护套条成型(纵向滚动)为部分圆柱形并且电绝缘体块(例如，氧化镁块)被插入部分圆柱形护套。所插入的块可以是部分圆柱体块，诸如半圆柱体块。接着块的插入，通常为实心圆柱体的纵向芯被放置在部分圆柱体中和半圆柱体块内。芯是由导电材料(诸如铜、镍和/或钢)制成的。

一旦电导体块和芯在适当位置，包含块和芯的护套的部分可以成型为围绕块和芯的完整圆柱体。封闭圆柱体的护套的纵向边缘可以被焊接，以形成绝缘导体组件，其中芯和电绝缘体块在护套内。插入块和封闭护套圆柱体的过程可以沿着护套的长度重复以形成以期望长度的绝缘导体组件。

随着绝缘导体组件形成，可以采取其它步骤来减少组件中的间隙和/或孔隙度。例如，绝缘导体组件可以移动穿过渐进式减少系统(冷加工系统)以减少组件中的间隙。渐进式减少系统的一个示例是轧辊系统。在轧辊系统中，绝缘导体组件可以前进穿过多个水平和垂直轧辊，其中组件在水平和垂直轧辊之间交替。轧辊可以渐进地将绝缘导体组件的大小减少成最终的期望外直径或横截面面积(例如，外电导体(诸如鞘或护套)的外直径或横截面面积)。

在某些实施例中，轴向力被施加在绝缘导体组件内的块上，以使块之间的间隙最小化。例如，当一个或多个块被插入绝缘导体组件时，可以沿着组件相对已经在组件中的块轴向推动(机械地或气动地)所插入的块。利用足够的力来相对已经在绝缘导体组件中的块推动所插入的块经由当组件通过组件减少过程移动时沿着组件的长度在块之间提供和维持力而使块之间的间隙最小化。

图6-8描绘了可以用于向绝缘导体组件中的块提供轴向力的块推动设备254的一个实施例。在某些实施例中，如图6中示出的，设备254包括绝缘导体保持件256、活塞导向件258以及气缸260。设备254可以位于用于制造绝缘导体组件的组装线中。在某些实施例中，设备254位于用于将块插入护套的组装线的部分处。例如，设备254位于将护套条纵向卷成部分圆柱形形状和将芯插入绝缘导体组件中的步骤之间。在芯插入之后，包含块和芯的护套可以成型为完整的圆柱体。在一些实施例中，芯在块之前被插入并且芯被插入在芯周围和护套内。

在某些实施例中，绝缘导体保持件256被成形为保持护套216的部分并且容许护套组件在护套的其它部分同时移动穿过组装线的其它部分时移动穿过绝缘导体保持件。绝缘导体保持件256可以耦接至活塞导向件258和气缸260。

在某些实施例中，块保持件262被耦接至绝缘导体保持件256。块保持件262可以是用于存储且将块264插入护套216的设备。在某些实施例中，块264从两个半圆柱体块264A、264B形成。块264可以由适于在绝缘导体组件中使用的电绝缘体(诸如，但不限于氧化镁)制成。在一些实施例中，块264大约6”长。然而，块264的长度可以随着绝缘导体组件所期望和所需要的变化。

分隔件可以用于在块保持件262中分离块264A、264B，使得块可以适当地插入护套216。如图8中示出的，当护套穿过绝缘导体保持件256时，块264A、264B可以从块保持件262重力馈送至护套216。块264A、264B可以按直接并排的布置插入护套216(在插入之后，块在护套中水平地直接并排搁置)。

当块264A、264B被插入护套216时，可以朝着先前所插入块移动(推动)该块以移除护套内的块之间的间隙。块264A、264B可以使用活塞266朝着先前所插入的块移动，如图8中示出的。活塞266可以位于护套216内，使得活塞将压力提供给护套内的块而不提供给护套自身。

在某些实施例中，活塞266具有容许活塞在护套216内自由移动且在不将力提供在护套内的芯上的情况下将轴向力提供在块上的横截面形状。图9描绘了具有容许活塞将力提供在块上而不提供在护套内的芯上的横截面形状的实施例。在一些实施例中，活塞266由陶瓷支撑并且用陶瓷材料所涂覆。可以使用的陶瓷材料的示例是氧化锆增韧氧化铝(ZTA)。使用陶瓷或陶瓷涂覆的活塞可以抑制当通过活塞将力应用到块时通过活塞的块的磨损。

在某些实施例中，气缸260利用一个或多个杆耦接至活塞导向件258(图6和7中示出的)。气缸260和活塞导向件258可以与护套216和活塞266处于同一直线以抑制将角动量增加至块或护套。可以使用双向阀操作气缸260，使得气缸可以延伸或收缩，基于其气缸的侧提供有正气压。当气缸260延伸(如图6中示出的)时，活塞导向件258从绝缘导体保持件256移开，使得活塞266让开并且容许块264A、264B从块保持件262插入(例如，落入)护套216。

当气缸260收缩时(如图7中示出的)，活塞导向件258朝着活塞266移动并且活塞266将选定的力的量提供在块264A、264B上。活塞266将选定的力的量提供在块264A、264B上以在先前插入护套216的块之上推动块。由活塞266提供在块264A、264B上的力的量可以选择为基于如下因素，诸如(但不限于)当护套移动穿过组装线时的速度、抑制在护套中的相邻块之间形成的间隙所需的力的量、在不损坏块的情况下可以应用到块的力的最大量、或它们的组合。例如，选定的力的量可以在约100磅的力与约500磅的力之间(例如，约400磅的力)。在某些实施例中，选定的力的量是抑制气体在护套中的相邻块之间存在所需的最小的力的量。选定的力的量可以由提供给气缸的气压的量决定。

在相对先前插入的块推动块264A、264B之后，气缸260中的气压反转并且气缸延伸，使得活塞266收缩并且额外的块从块保持件262落入护套216。该过程可以重复，直到护套216充填有多达绝缘导体组件所期望的长度的块。

在某些实施例中，活塞266使用交替提供给气缸260的气压的方向的凸轮来回移动(延伸和收缩)。凸轮可以例如耦接至用于操作气缸的双方向阀。凸轮可以具有操作阀门以延伸气缸的第一位置以及操作阀门以收缩气缸的第二位置。凸轮可以通过操作活塞在第一和第二位置之间移动，使得凸轮在延伸和收缩之间切换气缸的操作。

从活塞266的延伸和收缩将间歇力提供在块264A、264B上将选定的力的量提供在插入护套216的块的串上。将该力提供给护套中的块的串移除并且抑制间隙在相邻的块之间形成。抑制块之间的间隙减少了绝缘导体组件中机械和/或电故障的可能性。

在一些实施例中，块264A、264B被以除了上述的直接并排布置的其它方法插入护套216中。例如，块可以以交错并排布置插入，其中块沿着护套的长度偏移。在这种布置中，活塞可以具有不同的形状，以适应偏移块。例如，图10描绘了可以用于推动偏移(交错)块的活塞266的实施例。作为另一示例，块可以以顶部/底部布置(一半圆柱体块在另一半圆柱体块顶部)插入。顶部/底部布置可以使块直接在彼此顶部上或按偏移(交错)关系。图11描绘了可用于推动顶部/底部布置块的活塞266的实施例。使护套内的块偏移或交错可以抑制在插入块之前或之后块相对于块旋转。

在具有相对长的长度(例如，10m或更长的长度)的绝缘导体中的潜在问题的另一来源是电绝缘体的电性质可以随着时间降低。电性质(例如，电阻率)的任何小的变化都可以导致绝缘导体的故障。由于用在长长度的绝缘导体中的电绝缘体通常由电绝缘体的多个块(如上所述)制成，所以用于制造绝缘导体的块的过程中的改进可以增加绝缘导体的可靠性。在某些实施例中，电绝缘体被改进以具有在绝缘导体的使用期间(例如，在通过绝缘导体加热器产生热期间)随着时间保持基本恒定的电阻率。

在一些实施例中，电绝缘体块(诸如氧化镁块)被提纯，以移除可以导致块随着时间退化的杂质。例如，用于电绝缘体块的原材料可以被加热至更高的温度以将金属氧化物杂质转化成元素金属(例如，氧化铁杂质可以转化成元素铁)。元素金属可以比金属氧化物更容易地从原电绝缘体材料移除。因此，可以通过在移除杂质之前将原材料加热至更高的温度来改进原电绝缘体材料的纯度。可以通过例如使用等离子体放电将原材料加热至更高的温度。

在一些实施例中，电绝缘体块是使用热压(用于制造陶瓷的领域中已知的方法)制成的。电绝缘体块的热压可以使块中的原材料在绝缘导体加热器中的接触点处熔融。块在接触点处的熔融可以改进电绝缘体的电性质。

在一些实施例中，使用干燥的或提纯的空气在炉中对电绝缘体块进行冷却。在冷却过程期间，使用干燥的或提纯的空气可以降低杂质或水分增加到块。从块中移除水分可以增加块的电性质的可靠性。

在一些实施例中，在制造块的过程期间，电绝缘体块不被热处理。不对块进行热处理可以维持块的电阻率并且抑制块随着时间退化。在一些实施例中，电绝缘体块被以慢的加热速率加热，以帮助维持块的电阻率。

在一些实施例中，绝缘导体的芯涂覆有抑制杂质迁移进绝缘导体的电导体中的材料。例如，用镍或625涂覆合金180可以抑制材料从合金180迁移进电绝缘体。在一些实施例中，芯是由不迁移进电绝缘体的材料制成的。例如，碳钢芯可以不引起电绝缘体随着时间的退化。

在一些实施例中，电绝缘体是由粉末状原材料(诸如粉末氧化镁)制成的。粉末状氧化镁可以比其它类型的氧化镁更好地抗退化。

在某些实施例中，绝缘(矿物绝缘)导体组件被在减少步骤之间热处理(退火)。为了恢复绝缘导体组件中使用的金属(一种或多种)的机械性质，可能需要对绝缘导体组件的热处理(退火)。绝缘导体的热处理(退火)可以被描述为释放应力并且将材料(例如，金属合金材料)返回其自然状态(例如，在合金材料的任何冷加工或热处理之前的合金材料的状态)的热处理。例如，当奥氏体不锈钢被冷加工时，它们可以变得强度更大但是更脆，直到达到其中额外的冷加工可以引起材料由于脆性而破裂的状态。退火材料的强度以及在故障之前通过冷加工可以获取的强度可以基于被处理的材料而定(变化)。

在一些实施例中，热处理容许绝缘(矿物绝缘)导体组件的进一步减小(冷加工)。例如，绝缘导体组件可以被热处理以在冷加工之后减少金属的应力并且改进金属的冷加工(渐进式减小)性质。绝缘导体组件中的金属合金(例如，用作护套或外电导体的不锈钢)在进行热处理之后可能需要快速淬火。金属合金可以被快速淬火以在组分仍处于溶解状态时使合金固化，而不是容许组分形成晶体，其没有如所需地对金属合金的机械性质做贡献。

在淬火期间，护套(外电导体)首先被冷却，并且接着热更逐渐地从线缆的内部传递穿过护套。因此，护套收缩和挤压电绝缘体(例如，MgO)，其进一步压缩电绝缘体。随后，当电绝缘体和芯冷却时，它们收缩并且留下小的空隙并且从例如在绝缘导体组件内的电绝缘体块之间的缝释放压力。小的空隙或缝可以对电绝缘体中增加的孔体积和/或孔隙度做贡献。

这些空隙可以引起绝缘导体组件的热处理减小绝缘导体组件的介电击穿电压(介电强度)(例如，通过电绝缘体中增加的孔体积和/或孔隙度减小介电击穿电压)。例如，对于绝缘导体组件中使用的金属的典型热处理，热处理可以将击穿电压减小约50％或更多。当绝缘导体组件被在长长度加热器所需的中至高电压(例如，约5kV或更高的电压)下使用时，击穿电压中的这种减小可以产生短路或其它介电击穿。

在某些实施例中，绝缘导体组件在热处理之后的最终减小(冷加工)可以将击穿电压恢复至长长度加热器可接受的值。然而，最终减小可能不是与绝缘导体组件的先前减小一样大的减小，以避免使组件中的金属变形或过度变形超越可接受限制。最终减小中太多的减少可以导致将机械性质恢复至绝缘导体组件中的金属所需的额外热处理。因此，最终的减小(冷加工)步骤可以将绝缘导体组件的横截面面积减少至足以压缩电绝缘体并且减少或基本上消除电绝缘体中的空隙(例如，降低孔体积和/或孔隙度)以将电绝缘体的击穿电压性质恢复到所期望的水平。

图12描绘了预冷加工、预热处理绝缘导体252的实施例。在某些实施例中，绝缘导体包括芯218、电导体252和护套216(例如，鞘或外电导体)。在一些实施例中，电绝缘体214是由多个绝缘材料(例如，矿物绝缘，诸如MgO)块制成的。绝缘材料的块可以插在定位在待用作护套216的部分形成的圆柱体内的芯218周围(例如，护套部分形成为圆柱体并且没有完全焊接在芯周围以容许块插入护套内)。块可以沿着沿着绝缘导体252的长度的芯218定位。在块被插入部分形成的护套216内之后，护套的纵向端可以结合(例如，焊接)在一起以形成围绕芯218和电绝缘体214(绝缘材料块)的圆柱体。因此，在电绝缘体214压缩之后，绝缘导体252形成，其中沿着绝缘导体的长度芯218是连续的、电绝缘体214是连续的并且护套216是连续的。在一些实施例中，护套216沿着沿着绝缘导体252的长度的连续的缝结合(例如，焊接)。

在某些实施例中，护套216由充分可延展的材料制成，使得在热处理之后，护套可以在直径(横截面面积)上足够减小以再次压缩电绝缘体214并且维持足够的可延展性以盘绕和解绕(例如，从卷绕组件卷绕或解下)。例如，护套216可以由不锈钢合金(诸如304不锈钢、316不锈钢或347不锈钢)制成。护套216还可以由其它金属合金(诸如800和600制成)。

在某些实施例中，绝缘导体252在绝缘导体最终减小至其最终尺寸之前被按冷加工/热处理过程进行处理。例如，绝缘导体组件可以被冷加工以将组件的横截面面积减少至少约30％，接着是在如由光学高温计在感应线圈的出口测量的至少约870℃的温度下的热处理步骤。图13描绘了冷加工和热处理之后的图12中描绘的绝缘导体252的实施例。与预冷加工、预热处理绝缘导体的护套216相比，对绝缘导体252进行冷加工和热处理可以将护套216的横截面面积减小达约30％。在一些实施例中，电绝缘体214和/或芯218的横截面面积在冷加工和热处理过程期间被减小达约30％。

在一些实施例中，绝缘导体组件被冷加工以将组件的横截面面积减小至高达约35％或接近绝缘导体组件的机械故障点。在一些实施例中，绝缘导体组件被在约760℃和约925℃之间的温度下热处理和/或退火。在一些实施例中，绝缘导体组件被在高达约1050℃的温度(例如，在不熔化组件中的电绝缘的情况下将机械完整性尽可能恢复至绝缘导体组件中的金属)下热处理和/或退火。在某些实施例中，被在完全使合金退火的温度(例如，合金的实际(或完全)退火温度)下热处理和/或退火。例如，具有304不锈钢护套的绝缘导体组件可以在约1050℃的温度(304不锈钢的实际退火温度)下退火。针对绝缘导体组件的热处理/退火温度可以依赖于绝缘导体组件的护套中使用的合金(金属)而变化。在合金的实际退火温度下对绝缘导体组件中的护套进行热处理/退火可以提供更容易盘绕和操纵的更可延展的绝缘导体。在一些实施例中，热处理步骤包括将绝缘导体组件径向加热至期望的温度并且然后将组件淬火回环境温度。

在某些实施例中，冷加工/热处理步骤被重复两次或更多次，直到绝缘电导体组件的横截面面积接近所期望的组件的最终横截面面积(例如，在其约5％至约15％)。在使绝缘导体组件的横截面面积接近组件的最终横截面的热处理步骤之后，组件在最后的步骤中被冷加工以将绝缘导体组件的横截面面积减小至最终的横截面面积。因此，绝缘导体组件处于至少部分冷加工状态(例如，绝缘导体组件包括具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体)。部分冷加工状态可以是介于后热处理状态(例如，加热至约760℃与约1050℃之间的温度)与全冷加工状态(例如，冷加工以将组件的横截面面积减少达至少约30％或接近绝缘导体组件的机械故障点)之间的选定的部分冷加工状态。

图14描绘了字最终冷加工步骤之后图13中描绘的绝缘导体252的实施例。与图13中的护套216的实施例相比，图14中的护套216的实施例的横截面面积可以减小达约15％。在某些实施例中，最终冷加工步骤将绝缘导体组件的横截面面积减小达在约5％和约20％之间的量。在一些实施例中，最终冷加工步骤将绝缘导体组件的横截面面积减小达在约8％和约16％之间的量。在一些实施例中，最终冷加工步骤将绝缘导体组件的横截面面积减小达在约10％和约20％之间的量。在一些实施例中，电导体214和/或芯218的横截面面积在冷加工和热处理过程期间被减小。

将冷加工步骤期间绝缘导体组件的横截面面积的减小限制为至多约20％在维持用于在对地层进行加热中使用的绝缘导体组件的护套(外导体)的足够的机械完整性时，将绝缘导体组件的横截面面积减少至期望的值。因此，因为维持了适当的机械性质，所以消除或基本减小了对进一步热处理以恢复绝缘导体组件的机械完整性的需求。如果绝缘导体组件的横截面面积在最终冷加工步骤期间减少达超过20％，则可能需要进一步的热处理以将机械完整性返回至足以用作地下地层中的长的加热器的绝缘导体组件。然而，这种进一步的热处理可以导致绝缘导体组件的电性质的减小。

在某些实施例中，在最终(后退火)冷加工步骤之后维持绝缘导体组件的护套(外导体)的足够机械完整性包括(但不限于)绝缘导体组件能够在为具有所选屈服强度的外电导体和/或绝缘导体的直径的选定量倍数的半径周围盘绕。例如，在某些实施例中，在最终(后退火)冷加工步骤之后，绝缘导体组件能够在为绝缘导体的直径的约100倍的半径周围盘绕。在一些实施例中，在最终(后退火)冷加工步骤之后，绝缘导体组件能够在为绝缘导体的直径的约75倍或约50被的半径周围盘绕。

在某些实施例中，在最终(后退火)冷加工步骤之后，外电导体具有基于约120kpsi的0.2％偏移的所选屈服强度。在一些实施例中，在最终(后退火)冷加工步骤之后，外电导体具有基于约100kpsi或约80kpsi的0.2％偏移的所选屈服强度。对于包括(但不限于)304不锈钢、316不锈钢和347不锈钢的不锈钢，这种屈服强度可以容许外电导体(并且因此，绝缘导体组件)在为绝缘导体的直径的约100倍的半径周围盘绕。这种不锈钢在其自然状态下的屈服强度(例如，不锈钢在任何冷加工或热处理之前的状态)通常可以为基于0.2％偏移的约30kpsi。

因此，这种合金材料在最终(后退火)冷加工步骤之后的屈服强度可以比在其自然状态下的屈服强度高。在某些实施例中，外电导体(例如，诸如不锈钢的金属合金)在最终(后退火)冷加工步骤之后具有基于大于金属合金在其自然状态下的屈服强度的至少约50％的0.2％偏移的屈服强度。在某些实施例中，金属合金在最终(后退火)冷加工步骤之后的屈服强度使合金材料在其自然状态下的屈服强度的至多约400％。

此外，使冷加工而不是热处理和/或热处置为制造绝缘导体组件的过程中的最终步骤提高了绝缘导体组件的介电击穿电压。绝缘导体组件的冷加工(减小横截面面积)减小了组件的电绝缘中的孔体积和/或孔隙度。减小电绝缘中的孔体积和/或孔隙度通过为电绝缘中的电短路和/或故障消除路径而增大了击穿电压。因此，使冷加工而不是热处理(其通常减小击穿电压)为最终步骤，绝缘导体组件可以使用将横截面面积减小高达至多约20％的最终冷加工步骤来产生更高的击穿电压。

在一些实施例中，在最终冷加工步骤之后的击穿电压接近预热处理绝缘导体组件的击穿电压(介电强度)。在某些实施例中，绝缘导体组件中的电绝缘在最终冷加工步骤之后的介电强度在预热处理绝缘导体中的电绝缘的介电强度的约10％内、约5％内或约2％内。在某些实施例中，绝缘导体组件的击穿电压依赖于组件的尺寸而在约12kV与约20kV之间。在一些实施例中，绝缘导体组件的击穿电压可以依赖于组件的尺寸可以高达约25kV。在某些实施例中，绝缘导体组件的击穿电压为至少15kV。

图18描绘了用于不同绝缘导体的最大电场(例如，击穿电压)对时间。数据点300针对已经使用最终退火步骤进行处理而没有任何后续冷加工步骤的绝缘导体。数据点302和数据点304针对已经用最终(后退火)冷加工步骤处理的绝缘导体。用于数据点300和304的绝缘导体在大小上基本相似，而用于数据点302的绝缘导体在直径上较小。例如，用于数据点300和304的绝缘导体可以被调节(sized)为用作4-1/2”直径的罐中的三个绝缘导体(用于一起耦接为3相Y字形配置)，而用于数据点302的绝缘电导体可以调节为用作2-7/8”直径的罐中的三个绝缘导体。在图18中，已经使用绝缘导体中的每个中的电绝缘体厚度对最大电场进行了归一化(例如，最大电场表示为伏/mil电绝缘体厚度(V/mil))。

EQN.1可以用于计算依据电绝缘体厚度的最大电场(V/mil)。

EQN.1记述：

(1)E＝V/(a*ln(b/a))

其中，E是最大电场，V是所应用的电压，a是内导体(例如，芯)的半径，以及b是鞘(例如，护套)的内半径。EQN.1通常可应用于具有在约0.125”(约0.3175cm)和约0.5”(约1.27cm)之间的直径的芯。然而，EQN.1可以可应用于具有不同直径的芯。例如，在不修改等式的情况下，EQN.1可以可应用于具有更大直径的芯。

线301表示对于待在对地下含烃地层进行加热的绝缘导体可接受的最小击穿电压(最大介电强度)。数据点300、302和304表示绝缘导体样本在击穿之前在约1300°F(约700℃)的持续温度下可以耐受的最大电场(例如，在约1300°F(约700℃)下的击穿电压)。数据点300和302包括在随后时间(天)获取的数据点，如由X轴示出的。阴影区域306对应于数据点300并且示出了击穿电压随时间的预期下降。阴影区域308对应于数据点302并且示出了击穿电压随时间的预期退化。阴影区域310对应于数据点304并且示出了击穿电压随着时间的预期退化。

如图18中示出的，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体具有比具有最终退火步骤的绝缘导体更高的最大电场(在归一化基础上)。在一些实施例中，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体具有大于具有最终退火步骤的绝缘导体的初始击穿电压2-5倍的初始击穿电压。此外，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体可以具有好得多的长期击穿电压退化性质(例如，更高的长期击穿电压)。

利用最终(后退火)冷加工步骤制造的绝缘导体可以以基本长的、基本连续的长度形成。该基本连续的长度可以包括，例如在需要制造的绝缘导体之间没有任何接合或其它连接的连续长度(例如，绝缘导体包括基本连续的芯、基本连续的电绝缘体以及基本连续的护套(鞘))。在某些实施例中，基本连续的绝缘导体的护套包括沿着其长度焊接的连续缝。

在某些实施例中，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体具有至少约100m的基本连续长度。在一些实施例中，这种绝缘导体具有至少约50m、至少约250m或至少约500m的基本连续长度。这种绝缘导体依赖于绝缘导体的其它尺寸(例如，直径)可以具有高达约1000m、约2000m或约3000m的基本连续长度。

在某些实施例中，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体具有选定的电性质。例如，这种绝缘导体在绝缘导体的基本连续长度上在选定稳定和选定频率下具有选定(初始)的击穿电压。在某些实施例中，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体在绝缘导体的基本连续长度上在约1300°F(约700℃)和约60Hz(或约50Hz)下具有至少约60V/mil(约2400V/mm)电绝缘体厚度的初始击穿。在一些实施例中，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体在绝缘导体的基本连续长度上，在约1300°F(约700℃)和约60Hz(或约50Hz)下，具有至少约100V/mil(约4000V/mm)电绝缘体厚度或至少约120V/mil(约4750V/mm)电绝缘体厚度的初始击穿。

在某些实施例中，针对初始击穿电压的基本连续长度是至少约100m。在一些实施例中，针对初始击穿电压的基本连续长度是至少约50m、至少约75m或至少约250m。此外，这种结缘导体沿着基本连续长度可以具有带有可接受的随着时间的退化的击穿电压。

通常商购可得的绝缘体导体(MI线缆)首先用于热跟踪应用、温度感测应用(例如，热电偶)以及馈电应用，其中需要高温服务(例如，消防泵、电梯或紧急电路)。这些应用实际上通常为低电压(小于约1000VAC)。对于这些MI线缆的设计和测试性能要求可以通过两个工业标准限定，所述两个工业标准为-IEEE STD 515^TM-2011和IEC 60702-1，第三版，2002-02。

这些类型的MI线缆的接受性的确定通常可以基于环境温度条件下的介电性能测试。为了这一目的，通常存在两个测试要执行。该测试是：

1.DC绝缘电阻(IEC 60702-1，11.3节)-每个MI线缆都在(15±10)℃的温度下完全浸入水中达至少1小时。在从水中移除8小时内，线缆端被剥露以暴露导体并且在每个端暂时密封。1000V的DC电压被应用在外鞘和中心导体之间。在电压应用1分钟之后测量绝缘电阻，假设读数稳定或不降低。该绝缘电阻必须不小于10000MΩ。

2.介电测试(AC高压测试(Hipot))(IEEE Std 515^TM，4.1.1节)-每个MI线缆都经过介电耐受测试。该测试是假设真实正弦波AC输出而使用AC高压测试执行的。用于耐受测试的频率是60Hz，伴随有2.2kV的应用测试电压。MI线缆必须能够耐受该应用电压达1分钟，而没有任何介电击穿。

相反，适于地下应用的绝缘导体(诸如本文中所述的绝缘导体的实施例(例如，利用最终(后退火)冷加工步骤形成的(矿物)绝缘导体实施例))在更高的温度(例如，地下中的操作温度)下可以具有更高的击穿电压。例如，这些绝缘导体的某些实施例在60Hz(或50Hz)以及约1300°F的操作温度下可以具有至少约20kV的击穿电压。在一些实施例中，这些绝缘导体在60Hz(或50Hz)以及约1300°F的操作温度下可以具有至少约25kV的击穿电压。这些电性质可以通过利用标准中等电压线缆测试方法来展示，所述测试方法诸如：

1.绝缘电阻(IEC 60702-1，11.3节)-每个MI线缆(绝缘导体)都在(15±10)℃的温度下完全浸入水中达至少1小时。在从水中移除8小时内，线缆端被剥露以暴露导体并且在每个端暂时密封。5kV的DC电压被应用在外鞘和中心导体(芯)之间。在电压应用1分钟之后测量绝缘电阻，假设读数稳定或不降低。该测试是在环境温度条件下执行的。该绝缘电阻乘以按米的长度必须不小于1TΩ-m。

2.非常低频率(VLF)AC高压测试(IEEE 400.2^TM，5.3节)-该MI线缆测试是假设真实正弦波AC输出而使用VLF AC高压测试执行的。用于MI线缆的频率可以是0.10Hz，伴随有应用达15分钟的19kV的应用测试电压。如图20中所示的，测试装置包括油杯末端，其中一个端终止于在末端与MI线缆的护套216之间具有隔离的导体(绝缘导体252)。变压器油被用作介电介质。MI线缆必须能够耐受该应用电压达15分钟，而没有任何介电击穿。

3.介电测试(AC高压测试)(IEEE Std 400^TM，NETA-Acceptance Testing Specifications for Electrical Power Distribution Equipment and Systems,7.3.3节)-每个MI线缆都经过AC介电耐受测试。该测试是假设真实正弦波AC输出而使用AC高压测试执行的。用于耐受测试的频率是60Hz，伴随有19kV的应用测试电压。该测试可以在MI线缆卷盘的短样本(小于20ft)上进行。如图21中示出的，测试样本(绝缘导体252)可以与温度监控装备和末端312一起固定在实验室炉314中。测试样本的每个端都必须通过暴露线缆的中心导体来适当地终止，以用于利用油杯端终止设备互连到高电压测试装备，其中油杯端终止设备的一个端终止于在终止端和MI线缆外鞘之间具有隔离，使用变压器油作为介电介质(见图20)。测试样本被加热至1200°F(或更高)的平均温度并且在测试温度下保持稳定达最少30分钟。MI线缆必须能够在测试温度下耐受该应用电压达5分钟，而没有任何介电击穿。

4.雷电冲击测试(IEEE-Std 4)。该标准要求MI线缆耐受如为中等电压级装备(5kV)所规定的60kV BIL(基本冲击水平)的雷电冲击水平[参考文献：ANSI IEEE C37.20.2]。例如，利用最终(后退火)冷加工步骤形成的MI线缆可以耐受使用1.2/60μs雷电冲击波(BIL测试)的60kV冲击测试。已知的商购可得的MI线缆没有通过上述BIL测试并且一般具有小于利用最终(后退火)冷加工步骤形成的MI线缆的BIL能力一半的BIL能力。

在某些实施例中，利用最终(后退火)冷加工步骤形成的MI线缆(绝缘导体)通过了以上列出的中等电压线缆测试方法中的一个或多个。因此，利用最终(后退火)冷加工步骤形成的MI线缆(绝缘导体)在某些应用中可以分类(胜任)标准中等电压线缆。例如，利用最终(后退火)冷加工步骤形成的MI线缆(绝缘导体)的实施例可以描述为能够耐受如IEEE-Std 4中限定的60kV BIL的雷电冲击水平(如上所述)。使用如上所述的标准中等电压线缆测试方法中的任一项的类似描述可以应用于利用最终(后退火)冷加工步骤形成的MI线缆(绝缘导体)的实施例。

具有这种击穿电压性质(在约60V/mil电绝缘体厚度之上的击穿电压)的绝缘(矿物绝缘)导体组件可以在直径(横截面面积)上较小并且提供与具有用于在地下地层中加热相似长度的较低击穿电压的绝缘导体组件相同的输出。因为较高的击穿电压容许绝缘导体组件的直径更小，所以较少的绝缘块可以用于制造相同长度的加热器，因为当压缩至较小直径时绝缘块被进一步延长(占据更多长度)。因此，用于组成绝缘导体组件的块的数目可以减少，从而节省用于电绝缘的材料成本。

在某些实施例中，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘(矿物绝缘)导体被用于在地下地层(例如，含烃地层)中提供热。绝缘导体可以位于地下地层中的井筒(开口)中并且通过辐射、传导、和/或井筒中的规则将热提供给地层，如本文中所描述的。在某些实施例中，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体将至少约400W/m的热输出提供给地下地层。在一些实施例中，这种绝缘导体提供至少约100W/m、至少约300W/m或至少约500W/m的热输出。

在一些实施例中，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘(矿物绝缘)导体被用作高电力线缆。例如，绝缘导体可以在用在离岸管道中以确定流体继续在管道中流动(流动保障操作)。流动保障操作可以在约1000m或更多的长度上发生，从而需要高电力操作(约15kV、约20kV、约25kV或更多)。因此，具有高击穿电压的基本连续的绝缘导体(诸如具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体)可以适用于在如此长的距离上提供流动保障。

在一些实施例中，利用最终(后退火)冷加工步骤形成的绝缘导体在绝缘导体的护套和绝缘内包括不止一个导体(例如，芯)。例如，利用最终(后退火)冷加工步骤形成的绝缘导体可以在绝缘导体的护套和绝缘内包括三个芯(内导体)。具有三个芯的绝缘导体可以用作三相绝缘导体，其中每个芯都耦接到三相电源中的一个相。尽管在利用最终(后退火)冷加工步骤形成的绝缘导体内使用多个(例如，三个)芯可能影响电绝缘的性质中的一些(例如，初始击穿电压)，但是对绝缘导体的最终(后退火)冷加工步骤仍然可以产生与利用最终退火步骤形成的绝缘导体相比提高的电和/或介电性质的绝缘导体。

用于制造相对长长度(例如，10m或更长的长度)的绝缘导体的另一可能的解决方案是从基于粉末的材料制造电绝缘体。例如，矿物绝缘导体(诸如氧化镁(MgO)绝缘导体)可以使用矿物粉末绝缘来制造，所述矿物粉末绝缘被压实以在绝缘导体的芯上和鞘内形成电绝缘体。由于在用于外鞘或护套的焊接过程期间与粉末流动、导体(芯)集中以及与粉末(例如，MgO粉末)相互作用相关联的问题，用以使用电绝缘体粉末形成绝缘导体的先前尝试很大程度上是不成功的。粉末处理技术中的新进展可以容许用粉末制造绝缘导体中的改进。从粉末绝缘产生绝缘导体可以减少材料成本并且提供于用于制造绝缘导体的其它方法相比增加的制造可靠性。

图15描绘了用于使用用于电绝缘体的粉末制造绝缘导体的过程的实施例。在某些实施例中，过程268是在管磨机或其它(管)组件设施中执行的。在某些实施例中，过程268以线轴270和线轴272分别将第一鞘材料274和导体(芯)材料276馈送进过程流动线开始。在某些实施例中，第一鞘材料276是薄鞘材料(诸如不锈钢)并且芯材料276是铜棒或用于芯的另一导电材料。第一鞘材料274和芯材料276可以穿过集中轧辊278。集中卷形物278可以在第一鞘材料274上集中芯材料276，如图15中示出的。

集中的芯材料276和第一鞘材料274可以随后进入压缩和集中轧辊280。压缩和集中卷形物280可以在芯材料276周围将第一鞘材料形成为管状物。如图15中示出的，由于来自鞘形成卷形物281对第一鞘材料的上游部分的压力，第一鞘材料274可以在到达压缩和集中轧辊280之前开始形成为管状物。当第一鞘材料274开始形成为管状物时，电绝缘体粉末282可以从粉末分配器284添加在第一鞘材料内。在一些实施例中，粉末282在进入第一鞘材料274之前被加热器286加热。加热器286可以例如感性加热器，其对粉末282进行加热以从粉末中释放水分和/或提供更好的粉末中的流动性质以及最终组装导体的介电性质。

当粉末282进入第一鞘材料274时，组件可以子进入压缩和集中轧辊280之前穿过振荡器288。振荡器288可以振动组件以增加第一鞘材料274内的粉末282的压实。在某些实施例中，粉末282充填进第一鞘材料274以及振荡器288的其它过程步骤上游在垂直形成中发生。在垂直形成中执行这种过程步骤提供第一鞘材料274内的粉末282的更好压实。如图15中示出的，过程268的垂直形成可以子组件穿过压缩和集中轧辊280时过渡到水平形成。

当第一鞘材料274、芯材料276以及粉末282的组件离开压缩和集中轧辊280时，第二鞘材料290可以提供在组件周围。第二鞘材料290可以从线轴290提供。第二鞘材料290可以是比第一鞘材料274厚的鞘材料。在某些实施例中，第一鞘材料274具有与在第一鞘材料不破裂或随后在过程(例如，在绝缘导体的外直径减小期间)中不引起缺陷的情况下所容许的同样薄的厚度。第二鞘材料290可以具有仍容许绝缘导体的外直径的最终减小达期望尺寸的尽可能厚的厚度。第一鞘材料274和第二鞘材料290的组合厚度可以例如在绝缘导体的最终外直径的约1/3和约1/8之间(例如，约1/6)。

在一些实施例中，对于在最终减小步骤之后具有约1”的最终外直径的绝缘导体，第一鞘材料274具有在0.020”和约0.075”之间的厚度(例如，约0.035”)并且第二鞘材料290具有在约0.100”和约0.150”之间的厚度(例如，约0.125”)。在一些实施例中，第二鞘材料290是与第一鞘材料274相同的材料。在一些实施例中，第二鞘材料290是与第一鞘材料274不同的材料(例如，不同的基于不锈钢或镍的合金)。

第二鞘材料290可以通过形成轧辊294来在第一鞘材料274、芯材料276和粉末282的组件周围形成管状物。在将第二鞘材料290形成为管状物之后，第二鞘材料的纵向边缘可以使用焊机296焊接在一起。焊机296可以例如是用于焊接不锈钢的激光焊机。第二鞘材料290的焊接将组件形成为绝缘导体252，其中第一鞘材料274和第二鞘材料形成绝缘导体的鞘(护套)。

在绝缘导体252形成之后，绝缘导体穿过一个或多个压延辊298。压延辊298可以将通过对鞘(第一鞘材料274和第二鞘材料290)和芯(芯材料276)进行冷加工来将绝缘导体252的外直径减少达最多约35％。接着绝缘导体252的横截面的减小，绝缘导体可以被加热器300加热和在淬火器302中淬火。加热器300可以例如是感应加热器。淬火器302可以使用例如水淬火来快速冷却绝缘导体252。在一些实施例中，在热处理和淬火之后绝缘导体252的外直径的减小可以在绝缘带被提供给压延辊304以用于最终减小步骤之前被重复一次或多次。

在绝缘导体252在加热器300和淬火器302热处理和淬火之后，绝缘导体穿过压延辊304以用于最终减小步骤(最终冷加工步骤)。最终减小步骤可以将绝缘导体252的外直径(横截面面积)减小至横截面在最终减小步骤之前的约5％和约20％之间。然后，最终减小的绝缘导体252可以提供给线轴306。线轴306可以例如是用于将绝缘导体(加热器)输送到加热器组件位置的盘绕管钻机或其它线轴。

在某些实施例中，使用第一鞘材料274和第二鞘材料290的组合容许在过程268中使用粉末282以形成绝缘导体252。例如，第一鞘材料274可以使粉末282免于与在第二鞘材料290上的焊接相互作用。在某些实施例中，第一鞘材料274的设计抑制粉末282与第二鞘材料290上的焊接之间的相互作用。图10和11描绘了用于在绝缘导体252中使用的第一鞘材料274的设计的两种可能实施例的横截面表示。

图16A描绘了绝缘导体252内的第一鞘材料274的第一设计实施例的横截面表示。图16A描绘了当绝缘导体穿过压缩和集中轧辊280(图15中所示)的绝缘导体252。如图16A中示出的，当第一鞘材料在粉末282和芯材料276周围形成管状物时，第一鞘材料274与它自己重叠(作为重叠308示出)。重叠308是第一鞘材料274的纵向边缘之间的重叠。

图16B描绘了第一设计实施例的横截面表示，其中第二鞘材料290形成管状物并且焊接在第一鞘材料274周围。图16B描述了紧着绝缘导体穿过焊机296(图15中所示)的绝缘导体252。如图16B中所示的，第一鞘材料274搁置在由第二鞘材料290形成的管状物内(例如，在鞘材料的上部之间存在间隙)。焊接310结合第二鞘材料290以在第一鞘材料274周围形成管状物。在一些实施例中，焊接310被放置在重叠308处或其附近。在其它实施例中，焊接310处于与重叠308不同的位置。焊接310的位置可能是不重要的，因为第一鞘材料274抑制第一鞘材料内的焊接和粉末282之间的相互作用。第一鞘材料274中的重叠308可以封闭粉末282并且抑制任何粉末与第二鞘材料290和/后焊接310接触。

图16C描绘了在一些减小之后的第一设计实施例的横截面表示，其中第二鞘材料290在第一鞘材料274周围形成管状物。图16C描绘了当绝缘导体穿过压延辊298时(图15中所示)的绝缘导体252。如图16C中所示的，第二鞘材料290被压延辊298减小，使得第二鞘材料接触第一鞘材料274。在某些实施例中，在穿过压延辊298之后，第二鞘材料290与第一鞘材料274紧密接触。

图16D描绘了当绝缘导体252在压延辊304处穿过最终减小步骤时(图15中所示)的第一设计实施例的横截面表示。如图16D中所示，当绝缘导体252的横截面面积在最终减小步骤期间减小时，由于重叠308而沿着第一鞘材料274和/或第二鞘材料290的外和内表面存在一些凸出和不均匀。重叠308可以沿着第一鞘材料274的内表面引起一些不连续。然而，该不连续性可以最低程度地影响绝缘导体252中产生的任何电场。因此，在最终减小步骤之后，绝缘导体252可以具有足够的击穿电压，以用于在对地下地层进行加热中使用。第二鞘材料290可以为绝缘导体252提供密封腐蚀屏障。

图17A描绘了绝缘导体252内的第一鞘材料274的第二设计实施例的横截面表示。图17A描绘了当绝缘导体穿过压缩和集中轧辊280时(图15中所示)的绝缘导体252。如图17A中示出的，当第一鞘材料在粉末282和芯材料276周围形成管状物时，第一鞘材料274在管状物的纵向边缘之间具有间隙312。

图17B描绘了第二实际实施例的横截面表示，其中第二鞘材料290形成管状物并且焊接在第一鞘材料274周围。图17B描绘了紧接着绝缘导体穿过焊机296(图15中所示)的绝缘导体252。如图17B中示出的，第一鞘材料274搁置在由第二鞘材料290形成的管状物内(例如，在鞘材料的上部之间存在间隙)。焊接310结合第二鞘材料290以在第一鞘材料274周围形成管状物。在某些实施例中，焊接310在与间隙312不同的位置以避免第一鞘材料274内的焊接与粉末282之间的相互作用。

图17C描绘了在一些减小之后的第二实际实施例的横截面表示，其中第二鞘材料290字第一鞘材料274周围形成管状物。图17C描绘了当绝缘导体闯过压延辊298时(图15中所示)的绝缘导体252。如图17C中所示，第二鞘材料290被压延辊298减小，使得第二鞘材料接触第一鞘材料274。在某些实施例中，在穿过压延辊298之后，第二鞘材料290与第一鞘材料274紧密接触。当绝缘导体穿过压延辊298时，间隙312在绝缘导体252的减小期间被减小。在某些实施例总，间隙312被减小为使得在减小之后间隙的每侧上的第一鞘材料274的端部彼此邻接。

图17D描绘了当绝缘导体252在压延辊304处穿过最终减小步骤时(图15中所示)的第二设计实施例的横截面表示。如图17D中所示，在间隙312处沿着第一鞘材料274的内表面存在一些不连续。然而，该不连续可以最小程度地影响绝缘导体252中产生的任何电场。因此，在最终减小步骤之后，绝缘导体252可以具有足够的击穿电压以用于在对地下地层进行加热中使用。

图19描绘了针对使用矿物(MgO)粉末电绝缘形成的不同绝缘导体的最大电场(例如，击穿电压)对时间。数据针对2个不同的线缆标识示出(由在x轴上的间隔表示)。数据点316针对在没有任何后续冷加工步骤的情况下已经使用最终退火步骤进行处理的绝缘导体。数据点318针对已经使用最终(后退火)冷加工步骤进行处理的绝缘导体。已经使用绝缘导体中的每个中的电绝缘体厚度对最大电场进行归一化(例如，最大电场表示为伏/mil电绝缘体厚度(V/mil))。如图19中示出的，具有最终(后退火)冷加工步骤的绝缘导体具有比具有最终退火步骤的绝缘导体更高的最大电场(以归一化为基础)。

在某些实施例中，绝缘电导体包括：内电导体；至少部分围绕电导体的电绝缘体，该电绝缘体包括矿物绝缘；以及至少部分围绕电绝缘体的外电导体；其中绝缘电导体能够盘绕在为绝缘电导体的直径约100倍的半径周围；并且其中该绝缘电导体在至少约100m的基本连续长度上在约700℃和约60Hz下包括每毫米电绝缘体厚度至少约2400伏的初始击穿电压。

在某些实施例中，绝缘电导体包括：内电导体；至少部分围绕电导体的电绝缘体，该电绝缘体包括矿物绝缘；以及至少部分围绕电绝缘体的外电导体；其中外电导体具有基于约120kpsi的0.2％偏移的屈服强度；其中该绝缘电导体在至少约100m的基本连续长度上在约700℃和约60Hz下包括每毫米电绝缘体厚度至少约2400伏的初始击穿电压。

在某些实施例中，绝缘电导体包括：内电导体；至少部分围绕电导体的电绝缘体，该电绝缘体包括矿物绝缘；以及至少部分围绕电绝缘体的外电导体；其中外电导体包括经热处理和冷加工的合金材料，所述合金材料具有基于大于合金材料在自然状态下的屈服强度的至少50％，但合金材料在自然状态下的屈服强度的最多400％的0.2％偏移的屈服强度；其中该绝缘电导体在至少约100m的基本连续长度上在约700℃和约60Hz下包括每毫米电绝缘体厚度至少约2400伏的初始击穿电压。

在某些实施例中，连续的绝缘电导体包括：连续的内电导体；至少部分围绕连续的电导体的连续的电绝缘体，该电绝缘体包括矿物结缘；以及至少部分围绕连续的电绝缘体的连续的外电导体，其中该绝缘电导体在至少约100m的基本连续长度上在约700℃和约60Hz下包括每毫米电绝缘体厚度至少约2400伏的初始击穿电压；并且其中连续的外电导体处于介于后热处理状态与完全冷加工状态之间的选定部分冷加工状态。

在某些实施例中，用于对地下地层进行加热的系统包括：定位在地下地层中的绝缘电导体，其中该绝缘电导体包括：内电导体；至少部分围绕电导体的电绝缘体，该电绝缘体包括矿物绝缘；以及至少部分围绕电绝缘体的外电导体；其中绝缘电导体包括至少约100m的基本连续长度；并且其中该绝缘电导体在至少约100m的基本连续长度上在约700℃和约60Hz下包括每毫米电绝缘体厚度至少约2400伏的初始击穿电压。

在某些实施例中，用于进行加热的系统包括：定位在管状物中的绝缘电导体，其中该绝缘电导体包括：内电导体；至少部分围绕电导体的电绝缘体，该电绝缘体包括矿物绝缘；以及至少部分围绕电绝缘体的外电导体；其中绝缘电导体包括至少约100m的基本连续长度；并且其中该绝缘电导体在至少约100m的基本连续长度上在约700℃和约60Hz下包括每毫米电绝缘体厚度至少约2400伏的初始击穿电压。

将理解的是，本发明不限于所描述的特定系统(其当然可以变化)。还将理解的是，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意在限制。如在本说明书中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数指示，除非内容另外明确指出。因此，例如，提到“芯”包括两个或更多个芯的组合并且提到“材料”包括材料的混合物。

鉴于本说明书，本发明的各个方面的进一步修改和选择性的实施例对于本领域技术人员将是明显的。因此，该描述将被解释为仅是说明性的并且用于教导本领域技术人员实施本发明的一般方式的目的。将理解的是，本文中所示出和描述的本发明的形式将被看作是当前优选的实施例。元素和材料可以替代本文中所例示和描述的那些，构件和过程可以反转，并且本发明的某些特征可以独立利用，全部如在具有本发明的说明书的益处之后对本领域技术人员明显的。在不脱离如在下面的权利要求中所描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对本文中所描述的元素进行改变。