(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁導体の端部を第２の絶縁導体の端部へと接続するための取付具であって、
第１の絶縁導体の端部を覆って配置され、第１の絶縁導体へと接続される第１のスプライスハウジングであって、第１の絶縁導体の端部に向かって第１のスプライスハウジングの端部における大きい方の直径から、第１の絶縁導体へと接続される第１のスプライスハウジングの端部または端部付近における小さい方の直径へと、テーパ状をなす内部空間を有している第１のスプライスハウジングと、
第２の絶縁導体の端部を覆って配置され、第２の絶縁導体へと接続される第２のスプライスハウジングであって、第２の絶縁導体の端部に向かって第２のスプライスハウジングの端部における大きい方の直径から、第２の絶縁導体へと接続される第２のスプライスハウジングの端部または端部付近における小さい方の直径へと、テーパ状をなす内部空間を有している第２のスプライスハウジングと、
第２の絶縁導体の端部を覆うとともに第２のスプライスハウジングに隣接して位置しており、スプライスハウジングのうちの少なくとも一方へと接続されるスリーブとを備えており、
絶縁導体の少なくとも一方が、取付具の内部において絶縁導体のジャケットから絶縁導体のコアへとある角度でテーパ状である電気絶縁体を備えており、
取付具の内部空間が、電気絶縁材料で実質的に満たされており、該取付具の内部空間は、内部空間を実質的に満たしている電気絶縁材料が圧縮されるように減少させられている、前記取付具。
【請求項２】
電気絶縁材料が、圧縮後に、２つの絶縁導体のうちの少なくとも一方の電気絶縁体と実質的に同様の誘電特性を有する、請求項１に記載の取付具。
【請求項３】
絶縁導体のコアが、当該取付具の内部空間においてつなぎ合わせられている、請求項１に記載の取付具。
【請求項４】
当該取付具の内部空間が、第１のスプライスハウジングと第２のスプライスハウジングとを押し合わせることによって減少させられている、請求項１に記載の取付具。
【請求項５】
絶縁導体の端部の間の真ん中に位置合わせされる、請求項１に記載の取付具。
【請求項６】
第１の絶縁導体へと接続される端部または端部付近における第１のスプライスハウジングの内部空間の直径が、第１の絶縁導体の外径よりも小さい、請求項１に記載の取付具。
【請求項７】
第１の絶縁導体へと接続される端部または端部付近における第１のスプライスハウジングの内部空間の直径が、第１の絶縁導体の外径と実質的に同じである、請求項１に記載の取付具。
【請求項８】
電気絶縁材料が、２つの絶縁導体のうちの少なくとも一方における電気絶縁と実質的に同様の材料を含んでいる、請求項１に記載の取付具。
【請求項９】
スリーブおよびスプライスハウジングが、当該取付具が絶縁導体へと接続されたときに当該取付具と絶縁導体との界面における電界強度を下げる形状を有している、請求項１に記載の取付具。
【請求項１０】
絶縁導体の少なくとも一方が、地下の地層を加熱するために使用されるように構成されている、請求項１に記載の取付具。
【請求項１１】
第１のスプライスハウジングが、第１の絶縁導体の端部の外側へと滑らされる、請求項１に記載の取付具。
【請求項１２】
第２のスプライスハウジングが、第２の絶縁導体の端部の外側へと滑らされる、請求項１に記載の取付具。
【請求項１３】
第１の絶縁導体の端部を第２の絶縁導体の端部へと接続するための方法であって、
第１のスプライスハウジングを第１の絶縁導体の端部を覆って配置するステップと、
第２のスプライスハウジングを第２の絶縁導体の端部を覆って配置するステップとを含んでおり、
第１および第２のスプライスハウジングが、互いに面するスプライスハウジングの端部または端部付近における大きい方の直径から、絶縁導体へと接続されるスプライスハウジングの端部または端部付近における小さい方の直径へと、テーパ状をなす内部空間を有しており、前記方法がさらに、
スリーブを、該スリーブが第２のスプライスハウジングに実質的に隣接するとともに第２の絶縁導体の端部を覆って位置するように、第２の絶縁導体および第２のスプライスハウジングを覆って配置するステップと、
第１のスプライスハウジングを第１の絶縁導体へと接続するステップと、
第１および第２のスプライスハウジングおよびスリーブによって内部空間を有する前記取付具が形成されるように、第２のスプライスハウジングおよびスリーブを第１のスプライスハウジングと組み合わせるステップと、
第２のスプライスハウジングおよびスリーブを第１のスプライスハウジングに組み合わせた後、取付具の内部空間の少なくとも大部分を電気絶縁材料で実質的に満たすステップと、
取付具の内部空間を減少させ、内部空間を実質的に満たしている電気絶縁材料を圧縮するステップと、
スリーブを第２のスプライスハウジングに接続するステップと、
第２のスプライスハウジングを第２の絶縁導体に接続するステップとを含んでおり、
絶縁導体の少なくとも一方が、取付具の内部において絶縁導体のジャケットから絶縁導体のコアへとある角度でテーパ状である電気絶縁体を備えている、前記方法。
【請求項１４】
第１の絶縁導体のコアを第２の絶縁導体のコアへと接続するステップをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１のスプライスハウジングと第２のスプライスハウジングとを押し合わせることによって取付具の内部空間を減少させるステップをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
第２のスプライスハウジングを第２の絶縁導体に接続した後で取付具の内部空間を減少させるステップをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
圧縮された電気絶縁材料が、２つの絶縁導体のうちの少なくとも一方における電気絶縁と実質的に同様の誘電特性を有している、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
絶縁導体および取付具を地下の地層に設置するステップをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
絶縁導体に電流を加え、絶縁導体のうちの少なくとも一方からの熱を地下の地層の少なくとも一部分へともたらすステップをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
電気絶縁材料を少なくとも２５，０００ポンド／平方インチ（１７２．３７ＭＰａ）の圧力で圧縮するステップをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
第１のスプライスハウジングを第１の絶縁導体の端部の外側へと滑らすステップと、第２のスプライスハウジングを第２の絶縁導体の端部の外側へと滑らすステップと、スリーブを第２の絶縁導体および第２のスプライスハウジングの外側へと滑らすステップと、をさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
取付具の内部空間を減少させながら取付具を振動させるステップをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
取付具の内部空間を減少させるステップが、水圧／油圧を印加するステップからなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
取付具の内部空間を減少させるステップが、取付具に対してスエージ法を使用するステップからなる、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータ要素において使用される絶縁導体のためのシステムに関する。より詳しくは、本発明は、絶縁導体ケーブルをつなぎ合わせるための取付具に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下の地層から得られる炭化水素は、エネルギ資源、原材料、および消費者製品として広く使用されている。利用可能な炭化水素資源の枯渇に関する懸念ならびに生産される炭化水素の全体的な品質の低下に関する懸念が、利用可能な炭化水素資源のより効率的な回収、処理、および／または使用のためのプロセスの開発をもたらしている。これまではアクセスが不可能であり、さらには／あるいは利用可能な方法を用いて取り出すには高価につきすぎていた地下の地層から炭化水素物質を取り出すために、現場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）プロセスを使用することができる。地下の地層内の炭化水素物質の化学的および／または物理的性質を、炭化水素物質をより容易に地下の地層から取り出すことができるようにし、さらには／あるいは炭化水素物質の価値を高めるために、変化させる必要があるかもしれない。化学的および物理的変化は、地層内の炭化水素物質について、取り出すことができる流体を生成し、組成の変化、可溶性の変化、密度の変化、相変化、および／または粘性の変化を引き起こす現場での反応を含むことができる。
【０００３】
ヒータを、現場プロセスにおいて地層を加熱するために、坑井穴に配置することができる。地層を加熱するために使用することができる多数のさまざまな種類のヒータが存在する。下げ孔内のヒータを使用する現場プロセスの例が、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍの米国特許第２，６３４，９６１号明細書、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍの米国特許第２，７３２，１９５号明細書、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍの米国特許第２，７８０，４５０号明細書、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍの米国特許第２，７８９，８０５号明細書、Ｌｊｕｎｇｓｔｒｏｍの米国特許第２，９２３，５３５号明細書、Ｖａｎ  Ｍｅｕｒｓらの米国特許第４，８８６，１１８号明細書、およびＷｅｌｌｉｎｇｔｏｎらの米国特許第６，６８８，３８７号明細書に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２，６３４，９６１号明細書
【特許文献２】米国特許第２，７３２，１９５号明細書
【特許文献３】米国特許第２，７８０，４５０号明細書
【特許文献４】米国特許第２，７８９，８０５号明細書
【特許文献５】米国特許第２，９２３，５３５号明細書
【特許文献６】米国特許第４，８８６，１１８号明細書
【特許文献７】米国特許第６，６８８，３８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
いくつかの用途において炭化水素を含有している地層を加熱するなど、地下の用途に使用される無機絶縁（ＭＩ）ケーブル（絶縁導体）は、ＭＩケーブル業界における典型と比べて、より長く、より大きな外径を有する可能性があり、より高い電圧および温度で動作する可能性がある。長さの長い絶縁導体の製造および／または組み立てにおいては、多数の問題が考えられる。
【０００６】
例えば、絶縁導体に使用される電気絶縁体の経時劣化に起因する電気的および／または機械的な問題が存在しうる。また、絶縁導体ヒータの組み立ての際に克服すべき電気絶縁体における問題が存在しうる。コアの膨らみまたは他の機械的欠陥などの問題が、絶縁導体ヒータの組み立ての際に生じる可能性がある。そのような出来事が、ヒータの使用時に電気的な問題につながる可能性があり、ヒータが意図される目的を果たすことができないという結果につながる可能性がある。
【０００７】
さらには、地下の用途においては、地下を効率的に加熱するために必要な深さおよび距離に達する充分な長さのＭＩケーブルを作成するため、および異なる機能を有する部位をつなぎ合わせる（例えば、引き込みケーブルをヒータ部分へと接続する）ために、複数のＭＩケーブルをつなぎ合わせることが必要になる可能性がある。そのような長いヒータは、ヒータの最も遠い端部まで充分な電力をもたらすために、より高い電圧も必要とする。
【０００８】
従来のＭＩケーブルのスプライスの設計は、典型的には、１０００Ｖを超え、１５００ボルトを超え、あるいは２０００ボルトを超える電圧には適しておらず、６５０℃（約１２００°Ｆ）を超え、７００℃（約１２９０°Ｆ）を超え、あるいは８００℃（約１４７０°Ｆ）を超えるような高い温度において不具合を生じることなく長期にわたって動作することができない。そのような高電圧かつ高温の用途は、典型的に、スプライスにおける無機絶縁体の圧縮が、絶縁導体（ＭＩケーブル）そのものにおける圧縮のレベルに出来るだけ近いかそれ以上であることを必要とする。
【０００９】
いくつかの用途においては、ＭＩケーブルの比較的大きな外径および長い長さゆえに、ケーブルを水平に向いた状態でつなぎ合わせることが必要である。水平に作られるＭＩケーブルの他の用途のためのスプライスが存在する。これらの技術は、典型的には、小さな穴を使用して無機絶縁体（酸化マグネシウム粉末など）をスプライスへと充てんし、振動および突き固めによってわずかに圧縮する。このような方法は、無機絶縁体の充分な圧縮をもたらさず、場合によっては無機絶縁体の圧縮がまったく不可能であり、したがって上述の地下の用途に必要な高い電圧において使用されるスプライスの製作には適さない。
【００１０】
したがって、単純でありながら不具合を生じることなく長い期間にわたって地下の環境において高い電圧および温度で機能することができる絶縁導体のスプライスについて、ニーズが存在している。さらに、スプライスは、地下においてケーブルに加わる可能性がある重量の負荷および温度のもとで不具合を生じることがないよう、より高い曲げおよび引張強度を必要とする可能性がある。さらに、スプライスにおける漏れ電流が少なくなるようにスプライスにおける電界強度を下げ、動作電圧と電気的破壊との間の余裕を増やすための技術および方法も、利用することができる。電荷強度を下げることは、スプライスの電圧および温度の動作範囲を広げるうえでも役に立つ可能性がある。
【００１１】
さらに、絶縁導体の組み立ておよび／または地下への設置の際に、絶縁導体への大きな応力による問題が存在しうる。例えば、絶縁導体を絶縁導体の輸送および設置に使用されるスプールに巻き付け、さらにはスプールから引き出すことが、絶縁導体の電気絶縁体および／または他の構成要素への機械的な応力につながる可能性がある。したがって、絶縁導体の製造、組み立て、および／または設置の際に生じうる問題を軽減または解消するためのより信頼できるシステムおよび方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書に記載される実施形態は、広くには、地下の地層を処理するためのシステム、方法、およびヒータに関する。さらに、本明細書に記載される実施形態は、広くには、新規な構成要素を有するヒータに関する。そのようなヒータを、本明細書に記載のシステムおよび方法を使用することによって得ることができる。
【００１３】
特定の実施形態において、本発明は、１つ以上のシステム、方法、および／またはヒータを提供する。いくつかの実施形態においては、それらのシステム、方法、および／またはヒータが、地下の地層の処理に使用される。
【００１４】
特定の実施形態においては、第１の絶縁導体の端部を第２の絶縁導体の端部へと接続するための取付具が、第１の絶縁導体の端部の外側に配置されて第１の絶縁導体へと接続されるように構成された第１のスプライスハウジングであって、第１の絶縁導体の端部に向かう第１のスプライスハウジングの端部における大きい方の直径から、第１の絶縁導体へと接続されるように構成された第１のスプライスハウジングの端部または端部付近における小さい方の直径へと、テーパ状である内部空間を有している第１のスプライスハウジングと、第２の絶縁導体の端部の外側に配置されて第２の絶縁導体へと接続されるように構成された第２のスプライスハウジングえあって、第２の絶縁導体の端部に向かう第２のスプライスハウジングの端部における大きい方の直径から、第２の絶縁導体へと接続されるように構成された第２のスプライスハウジングの端部または端部付近における小さい方の直径へと、テーパ状である内部空間を有している第２のスプライスハウジングと、第２の絶縁導体の端部の外側において第２のスプライスハウジングに隣接して位置するように構成され、スプライスハウジングのうちの少なくとも一方へと接続されるように構成されているスリーブとを備えており、当該取付具の内部空間が、電気絶縁材料で実質的に満たされるように構成されており、当該取付具の内部空間が減少させられ、内部空間を実質的に満たしている電気絶縁材料が圧縮されるように構成されている。
【００１５】
特定の実施形態においては、第１の絶縁導体の端部を第２の絶縁導体の端部へと接続するための方法が、第１のスプライスハウジングを第１の絶縁導体の端部の外側に配置するステップと、第２のスプライスハウジングを第２の絶縁導体の端部の外側に配置するステップと、スリーブを、第２のスプライスハウジングに実質的に隣接して第２の絶縁導体の端部の外側に位置するように、第２の絶縁導体および第２のスプライスハウジングの外側に配置するステップと、第１のスプライスハウジングを第１の絶縁導体へと接続するステップと、スプライスハウジングおよびスリーブによって内部空間を有する取付具が形成されるように、第２のスプライスハウジングおよびスリーブを第１のスプライスハウジングに接合するステップと、取付具の内部空間の少なくとも大部分を電気絶縁材料で実質的に満たすステップと、取付具の内部空間を減少させ、内部空間を実質的に満たしている電気絶縁材料を圧縮するステップと、スリーブを第２のスプライスハウジングに接続するステップと、第２のスプライスハウジングを第２の絶縁導体に接続するステップとを含んでいる。
【００１６】
さらなる実施形態においては、特定の実施形態からの特徴を、他の実施形態からの特徴と組み合わせることができる。例えば、或る実施形態からの特徴を、残りのいずれかの実施形態からの特徴と組み合わせることができる。
【００１７】
さらなる実施形態においては、地下の地層の処理が、本明細書に記載の方法、システム、電源、またはヒータのいずれかを使用して実行される。
【００１８】
さらなる実施形態においては、さらなる特徴を、本明細書に記載の個々の実施形態に追加することができる。
【００１９】
本発明の方法および装置の特徴および利点が、本発明による現時点における好ましい実施形態（ただし、例示にすぎない）の以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて参照することによって、さらに充分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】炭化水素を含有している地層を処理するための現場熱処理システムの一部分の実施形態の概略図を示している。
【図２】絶縁導体熱源の実施形態を示している。
【図３】絶縁導体熱源の実施形態を示している。
【図４】絶縁導体熱源の実施形態を示している。
【図５】絶縁導体をつなぎ合わせるための取付具の一実施形態の側面断面図を示している。
【図６】切除ツールの実施形態を示している。
【図７】絶縁導体をつなぎ合わせるための取付具の別の実施形態の側面断面図を示している。
【図８Ａ】３つの絶縁導体を接続するためのねじ込み式の取付具の実施形態の側面断面図を示している。
【図８Ｂ】３つの絶縁導体を接続するための溶接式の取付具の実施形態の側面断面図を示している。
【図９】トルクツールの実施形態を示している。
【図１０】絶縁導体をつなぎ合わせるための取付具を機械的に圧縮するために使用することができるクランプアセンブリの実施形態を示している。
【図１１】水圧／油圧式の圧縮装置の実施形態の分解図を示している。
【図１２】組み立て後の水圧／油圧式の圧縮装置の実施形態の図を示している。
【図１３】クランプアセンブリに固定された取付具および絶縁導体の実施形態を示しており、取付具および絶縁導体の圧縮前である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明について、種々の変更および代案の形態が可能であるが、本発明の特定のいくつかの実施形態が、あくまでも例として図面に示され、本明細書において詳しく説明される。図面は、必ずしも比例尺ではない。図面および詳細な説明が、本発明を開示される特定の形態に限定しようとするものではなく、むしろ反対に、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想および技術的範囲に包含されるすべての変更、同等物、および代案を含むものであることを、理解すべきである。
【００２２】
以下の説明は、大まかには、地層内の炭化水素を処理するためのシステムおよび方法に関する。そのような地層を、炭化水素生成物、水素、および他の生成物をもたらすために処理することができる。
【００２３】
「交流（ＡＣ）」は、実質的に正弦曲線の方式で方向を逆転させる時間変化する電流を指す。ＡＣは、強磁性の導体において電流の表皮効果を生じさせる。
【００２４】
「接続」は、１つ以上の物体または構成部品の間の直接的な接続または間接的な接続（例えば、１つ以上の介在する接続）を意味する。「直接的に接続され」という表現は、物体または構成部品が「ポイントオブユース」の方式で働くように互いに直接的に接続されるような物体または構成部品の間の直接的な接続を意味する。
【００２５】
「地層」は、１つ以上の炭化水素含有層、１つ以上の非炭化水素層、上層土（ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ）、および／または下層土（ｕｎｄｅｒｂｕｒｄｅｎ）を含む。「炭化水素層」は、地層内の炭化水素を含んでいる層を指す。炭化水素層は、非炭化水素物質および炭化水素物質を含むことができる。「上層土」および／または「下層土」は、１つ以上の異なる種類の不浸透性物質を含む。例えば、上層土および／または下層土は、岩盤、シェール、泥岩、または湿った／締まった炭酸塩を含むことができる。現場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）熱処理プロセスのいくつかの実施形態においては、上層土および／または下層土が、比較的不浸透性である１つ以上の炭化水素含有層であって、上層土および／または下層土の炭化水素含有層の大きな特性変化につながる現場熱処理プロセスの際の温度に曝されることがない１つ以上の炭化水素含有層を含むことができる。例えば、下層土が、シェールまたは泥岩を含むことができるが、現場熱処理プロセスの際に熱分解温度にまで加熱されることはない。場合によっては、上層土および／または下層土が、或る程度は浸透性であってよい。
【００２６】
「地層流体」は、地層内に存在する流体を指し、熱分解流体、合成ガス、易動化炭化水素、および水（蒸気）を含むことができる。地層流体は、炭化水素流体および非炭化水素流体を含むことができる。用語「易動化流体」は、炭化水素を含有する地層において、地層の熱処理の結果として流動可能となった流体を指す。「産出流体」は、地層から取り出された流体を指す。
【００２７】
「熱源」は、実質的に伝導および／または放射による熱伝達によって地層の少なくとも一部へと熱を供給するための任意のシステムである。例えば、熱源は、導電性の材料を含むことができ、さらには／あるいは絶縁された導体、細長い部材、および／または導管内に配置された導体などの電気ヒータを備えることができる。熱源が、地層の外部または内部で燃料を燃焼させることによって熱を発生させるシステムを備えてもよい。システムは、表面バーナ、ダウンホールガスバーナ、無炎分散燃焼器、および自然分散燃焼器であってもよい。いくつかの実施形態においては、１つ以上の熱源へと供給され、あるいは１つ以上の熱源において生成される熱を、他のエネルギ源によってもたらすことができる。他のエネルギ源が、地層を直接加熱することができ、あるいはエネルギを、地層を直接的または間接的に加熱する伝達媒体に加えることができる。地層へと熱を加える１つ以上の熱源が、異なるエネルギ源を使用してもよいことを、理解すべきである。すなわち、例えば所与の地層について、いくつかの熱源が、導電性材料または電気抵抗ヒータからの熱を供給することができ、いくつかの熱源が、燃焼からの熱をもたらすことができ、いくつかの熱源が、１つ以上の他のエネルギ源（例えば、化学反応、太陽エネルギ、風力エネルギ、バイオマス、または他の再生可能なエネルギ源）からの熱を供給することができる。化学反応は、発熱反応（例えば、酸化反応）を含むことができる。また、熱源は、ヒータ抗井などの加熱位置の付近および／または周囲の領域へと熱をもたらす導電性材料および／またはヒータを備えてもよい。
【００２８】
「ヒータ」は、坑井または坑井穴の領域の付近で熱を生じさせるための任意のシステムまたは熱源である。ヒータは、これらに限られるわけではないが電気ヒータ、バーナ、地層内の物質または地層から生成される物質と反応する燃焼器、ならびに／あるいはこれらの組み合わせであってもよい。
【００２９】
「炭化水素」は、一般に、主として炭素原子および水素原子によって形成される分子と定義される。炭化水素は、これらに限られるわけではないがハロゲン、金属元素、チッ素、酸素、および／または硫黄など、他の元素を含んでもよい。炭化水素は、これらに限られるわけではないがケロゲン、ビチューメン、ピロビチューメン、油、天然鉱ろう、およびアスファルタイトであってもよい。炭化水素は、地球の鉱物基質内に位置でき、あるいは地球の鉱物基質に隣接して位置することができる。基質として、これらに限られるわけではないが堆積岩、砂、シリシライト、炭酸塩、珪藻岩、および他の多孔質媒体を挙げることができる。「炭化水素流体」は、炭化水素を含む流体である。炭化水素流体は、水素、チッ素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、水、およびアンモニアなどの非炭化水素流体を含むことができ、取り込むことができ、あるいはそのような非炭化水素流体に取り込まれていてもよい。
【００３０】
「現場変換プロセス」は、熱源から炭化水素を含有している地層を加熱し、地層内で熱分解流体が生成されるように熱分解温度よりも高い温度へと地層の少なくとも一部分の温度を上昇させるプロセスを指す。
【００３１】
「現場熱処理プロセス」は、易動化流体、粘性低下流体、および／または熱分解流体が地層内に生成されるように、熱源で炭化水素を含有している地層を加熱し、易動化流体、粘性低下、および／または炭化水素含有物質の熱分解をもたらす温度よりも高い温度まで地層の少なくとも一部分の温度を上昇させるプロセスを指す。
【００３２】
「絶縁導体」は、電気を通すことができ、電気絶縁材料によって全体または一部が覆われている任意の細長い材料を指す。
【００３３】
「チッ化物」は、チッ素と周期表の１つ以上の他の元素との化合物を指す。チッ化物として、これらに限られるわけではないがチッ化ケイ素、チッ化ホウ素、またはチッ化アルミナが挙げられる。
【００３４】
「穿孔」は、導管、管、パイプ、または他の流路の壁に位置し、導管、管、パイプ、または他の流路への流入あるいは導管、管、パイプ、または他の流路からの流出を可能にする開口、スリット、孔、または穴を含む。
【００３５】
「熱分解」は、熱の印加に起因する化学結合の破壊である。例えば、熱分解として、熱のみによって化合物を１つまたは複数の他の物質に変換することが挙げられる。熱を、熱分解を生じさせるために地層の一部分へと伝えることができる。
【００３６】
「熱分解流体」または「熱分解生成物」は、実質的に炭化水素の熱分解の際に生成される流体を指す。熱分解反応によって生成される流体が、地層内で他の流体と混ざってもよい。混合物は、熱分解流体または熱分解生成物と考えられる。本明細書において使用されるとき、「熱分解ゾーン」は、反応させられ、あるいは反応することによって熱分解流体を形成する地層（例えば、タールサンド地層などの比較的浸透性の地層）の一部分を指す。
【００３７】
層の「厚さ」は、層の断面の厚さを指し、断面は、層の面に対して垂直である。
【００３８】
用語「坑井穴」は、掘削または地層への導管の挿入によって形成された地層の穴を指す。坑井穴は、実質的に円形の断面または他の断面形状を有することができる。本明細書において使用されるとき、用語「坑井」および「開口」は、地層の開口を指すとき、用語「坑井穴」と入れ換え可能に使用することができる。
【００３９】
地層を、多数のさまざまな生成物を生み出すためにさまざまなやり方で処理することができる。現場熱処理プロセスの際に地層を処理するために、さまざまな段階またはプロセスを使用することができる。いくつかの実施形態においては、地層の１つ以上の部位が、当該部位から可溶性の鉱物を取り出すために溶解採鉱される。鉱物の溶解採鉱を、現場熱処理プロセスの前、最中、および／または後に実行することができる。いくつかの実施形態においては、溶解採鉱される１つ以上の部位の平均温度を、約１２０℃よりも低く維持することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態においては、地層の１つ以上の部位が、当該部位から水を除去し、さらには／あるいは当該部位からメタンおよび他の揮発性の炭化水素を取り出すために加熱される。いくつかの実施形態においては、水および揮発性の炭化水素を取り出す際に、平均温度を周囲の温度から約２２０℃よりも低い温度まで上昇させることができる。
【００４１】
いくつかの実施形態においては、地層の１つ以上の部位が、地層内の炭化水素の移動および／または粘性低下を可能にする温度へと加熱される。いくつかの実施形態においては、地層の１つ以上の部位の平均温度が、当該部位の炭化水素の易動化温度（例えば、１００℃〜２５０℃の範囲、１２０℃〜２４０℃の範囲、または１５０℃〜２３０℃の範囲の温度）まで上昇させられる。
【００４２】
いくつかの実施形態においては、１つ以上の部位が、地層内での熱分解反応を可能にする温度へと加熱される。いくつかの実施形態においては、地層の１つ以上の部位の平均温度を、当該部位の炭化水素の熱分解温度（例えば、２３０℃〜９００℃の範囲、２４０℃〜４００℃の範囲、または２５０℃〜３５０℃の範囲の温度）へと上昇させることができる。
【００４３】
炭化水素を含有している地層を複数の熱源で加熱することで、地層内の炭化水素の温度を所望の加熱速度で所望の温度へと上昇させる熱源の周囲の温度勾配を確立させることが可能である。所望の生成物について、易動化温度の範囲および／または熱分解温度の範囲を通過する温度上昇の速度によって、炭化水素を含有している地層から生成される地層流体の質および量を操作することが可能である。易動化温度の範囲および／または熱分解温度の範囲を通って地層の温度をゆっくりと上昇させることで、地層からの高品質、高ＡＰＩ重力の炭化水素の産出を可能にすることができる。易動化温度の範囲および／または熱分解温度の範囲を通って地層の温度をゆっくりと上昇させることで、炭化水素生成物として地層内に存在する大量の炭化水素の取り出しを可能にすることができる。
【００４４】
いくつかの現場熱処理の実施形態においては、地層の一部が、温度を温度範囲を通ってゆっくりと加熱する代わりに、所望の温度へと加熱される。いくつかの実施形態においては、所望の温度が３００℃、３２５℃、または３５０℃である。所望の温度として他の温度を選択してもよい。
【００４５】
熱源からの熱の重ね合わせが、地層において所望の温度を比較的迅速かつ効率的に確立させることを可能にする。熱源からの地層へのエネルギの入力を、地層の温度を実質的に所望の温度に維持するように調節することが可能である。
【００４６】
易動化および／または熱分解の生成物を、生産坑井によって地層から産出することができる。いくつかの実施形態においては、１つ以上の部位の平均温度が易動化温度へと上昇させられ、炭化水素が生産坑井から産出される。１つ以上の部位の平均温度を、易動化による生産が所定の値を下回って低下した後に、熱分解温度へと上昇させることができる。いくつかの実施形態においては、１つ以上の部位の平均温度を、熱分解温度に達する前の生産がほとんどなくても、熱分解温度へと上昇させることができる。熱分解生成物を含む地層流体を、生産坑井を介して生成してもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態においては、１つ以上の部位の平均温度を、易動化および／または熱分解後に、合成ガスの生成を可能にするために充分な温度へと上昇させることができる。いくつかの実施形態においては、炭化水素を、合成ガスの生成を可能とするために充分な温度へと、合成ガスの生成を可能にするために充分な温度に達する前の生成がほとんどないままに上昇させることができる。例えば、合成ガスを、約４００℃〜約１２００℃、約５００℃〜約１１００℃、または約５５０℃〜約１０００℃の温度範囲で生成することができる。合成ガス発生流体（例えば、蒸気および／または水）を、合成ガスを生成するための部位へと導入することができる。合成ガスを、生産坑井から産出することができる。
【００４８】
溶解採鉱、揮発性炭化水素および水の取り出し、炭化水素の易動化、炭化水素の熱分解、合成ガスの生成、ならびに／あるいは他のプロセスを、現場熱処理プロセスにおいて実行することができる。いくつかの実施形態においては、いくつかのプロセスを、現場熱処理プロセスの後に行うことができる。そのようなプロセスとして、これらに限られるわけではないが、処理後の部位から熱を回収すること、予め処理された部位に流体（例えば、水および／または炭化水素）を保存すること、および／または予め処理された部分に二酸化炭素を隔離することを挙げることができる。
【００４９】
図１が、炭化水素を含有している地層を処理するための現場熱処理システムの一部分の実施形態の概略図を示している。現場熱処理システムは、障壁坑井２００を含むことができる。障壁坑井２００は、処理領域の周囲に障壁を形成するために使用される。障壁は、処理領域への流体の流入および／または処理領域からの流体の流出を抑制する。障壁坑井として、これらに限られるわけではないが、脱水坑井、真空坑井、捕獲坑井、注入坑井、グラウト坑井、凍結坑井、またはこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態においては、障壁坑井２００が、脱水坑井である。脱水坑井は、液体の水を取り除くことができ、さらには／あるいは液体の水が地層の加熱対象の部位または加熱中の地層に進入することを抑制することができる。図１に示した実施形態においては、障壁坑井２００が、熱源２０２の一方の側に沿ってのみ延在して示されているが、障壁坑井は、典型的には、地層の処理領域を加熱するために使用され、あるいは使用されるべきすべての熱源２０２を取り囲む。
【００５０】
熱源２０２は、地層の少なくとも一部分に配置される。熱源２０２は、絶縁導体、導管内導体ヒータ、地表バーナ、無炎分散燃焼器、および／または自然分散燃焼器などのヒータを備えることができる。熱源２０２が、他の種類のヒータを備えてもよい。熱源２０２は、地層の少なくとも一部分に熱をもたらして、地層内で炭化水素を加熱する。供給ライン２０４を介して熱源２０２にエネルギを供給することができる。供給ライン２０４は、地層を加熱するために使用される１つ以上の熱源の種類に応じて構造的に異なっていてもよい。熱源用の供給ライン２０４は、電気ヒータのための電気を送ることができ、燃焼器のための燃料を運ぶことができ、あるいは地層を循環する熱交換流体を運ぶことができる。いくつかの実施形態においては、現場熱処理プロセスのための電気が、１つ以上の原子力発電所によってもたらされてもよい。原子力の使用は、現場熱処理プロセスからの二酸化炭素の排出を削減し、あるいは皆無にすることができる。
【００５１】
地層が加熱される場合、地層への熱の入力が、地層の膨張および地質工学的運動を引き起こすことが可能である。熱源を、脱水プロセスの前、脱水プロセスと同時、または脱水プロセスの最中に作動させることができる。コンピューターシミュレーションにより、加熱に対する地層の反応をモデル化することが可能である。コンピューターシミュレーションを、地層の地質工学的運動が熱源、生産坑井、および地層内の他の設備の機能に悪影響を及ぼすことがないように、地層内の熱源を動作させるためのパターンおよび時間系列を開発するために使用することができる。
【００５２】
地層を加熱することで、地層の浸透性および／または気孔率の増大を生じさせることができる。浸透性および／または気孔率の増大を、水の蒸発および除去、炭化水素の除去、および／または破砕の生成に起因する地層のマスの減少からもたらすことができる。流体は、地層の浸透性および／または気孔率の増大ゆえに、地層の加熱された部位をより容易に流れることが可能である。地層の加熱された部位の流体は、浸透性および／または気孔率の増大ゆえに、地層を通って相当な距離を移動することが可能である。相当な距離は、地層の浸透性、流体の特性、地層の温度、および流体の移動を可能とする圧力勾配などのさまざまな要因に応じて、１０００ｍを超えることが可能である。流体が地層内で相当な距離を移動する能力は、生産坑井２０６を地層において比較的間隔を空けて配置することを可能にする。
【００５３】
生産坑井２０６は、地層から地層流体を取り出すために使用される。いくつかの実施形態においては、生産坑井１０６が熱源を備える。生産坑井の熱源は、生産坑井または生産坑井の付近において地層の１つ以上の部位を加熱することができる。いくつかの現場熱処理プロセスの実施形態においては、生産坑井から地層へと供給される生産坑井１メートル当たりの熱量は、地層を加熱する熱源から地層へと加えられる熱源１メートル当たりの熱量よりも小さい。生産坑井から地層に加えられた熱は、生産坑井に隣接する液相流体を蒸発および除去し、さらには／あるいはマクロ破砕および／またはミクロ破砕の形成によって生産坑井に隣接する地層の浸透性を増大させることによって、生産坑井に隣接する地層の浸透性を増大させることが可能である。
【００５４】
２つ以上の熱源を、生産坑井に配置してもよい。隣接した熱源からの熱の重ね合わせが、生産坑井で地層を加熱することによってもたらされる利点を無効にするほどに充分に地層を加熱する場合、生産坑井の下方の部位の熱源をオフにすることができる。いくつかの実施形態においては、生産坑井の下方の部位の熱源を停止させた後に、生産坑井の上方の部位の熱源はオンのままでもよい。生産坑井の上方の部位の熱源が、地層流体の凝縮および還流を抑制することが可能である。
【００５５】
いくつかの実施形態においては、生産坑井２０６の熱源は、地層からの地層流体の気相除去を可能にする。生産坑井において加熱をもたらし、あるいは生産坑井を介して加熱をもたらすことで、以下が可能になる。すなわち、（１）そのような生成流体が上層土に隣接した生産坑井内を移動するときに、生成流体の凝縮および／または還流を抑制でき、（２）地層への熱の入力を増すことができ、（３）熱源を持たない生産坑井と比較し、生産坑井からの生成速度を増すことができ、（４）生産坑井での高炭素数化合物（Ｃ６以上の炭化水素）の凝縮を抑制でき、さらには／あるいは（５）生産坑井または生産坑井の付近における地層の浸透性を増大させることができる。
【００５６】
地層内の地下の圧力は、地層内で生成される流体の圧力に相当することができる。地層の加熱対象の部位の温度が上昇するにつれ、加熱対象の部位の圧力が、現場の流体の熱膨張、流体の発生の増大、および水の蒸発の結果として、増大する可能性がある。地層からの流体除去の速度を制御することで、地層内の圧力を制御することができる。地層内の圧力を、生産坑井の付近または生産坑井、熱源の付近または熱源、あるいは監視坑井など、いくつかの異なる位置において割り出すことができる。
【００５７】
炭化水素を含有しているいくつかの地層においては、地層内の少なくともいくつかの炭化水素が易動化され、さらには／あるいは熱分解されるまで、地層からの炭化水素の生産が抑制される。地層流体が選択された品質を有する場合、地層流体を地層から産出することが可能である。いくつかの実施形態においては、選択された品質として、少なくとも約２０°、３０°、または４０°のＡＰＩ重力が挙げられる。少なくともいくつかの炭化水素が易動化され、さらには／あるいは熱分解されるまで生産を抑制することは、重炭化水素の軽質炭化水素への変換を増大させることが可能である。初期の生産の抑制は、地層からの重炭化水素の産出を最小限にすることが可能である。相当量の重炭化水素の産出は、高価な設備を必要とし、さらには／あるいは生産設備の寿命を短くする可能性がある。
【００５８】
炭化水素を含有しているいくつかの地層においては、地層内の炭化水素を、実質的な浸透性が地層の加熱された部位において生じる前に、易動化温度および／または熱分解温度に加熱することが可能である。初期には浸透性がないことで、生成された流体の生産坑井２０６への移動を抑制することができる。初期の加熱の際に、地層内の流体の圧力を、熱源２０２の付近において増大させることが可能である。増大した流体の圧力を、１つ以上の熱源２０２によって解放、監視、変更、および／または制御することができる。例えば、選択された熱源２０２または別途の圧力逃し坑井が、地層からの一部の流体の除去を可能にする圧力逃しバルブを備えることができる。
【００５９】
いくつかの実施形態においては、生産坑井２０６への開いた経路または任意の他の圧力シンクが地層内に未だ存在しなくてもよいが、地層内で発生した易動化流体、熱分解流体、または他の流体の膨張によって生じる圧力が、増加することが可能であってもよい。流体の圧力は、地盤圧力に向かって増加することが可能であってもよい。流体が地盤圧力に達すると、炭化水素を含有している地層の破砕が生じることがある。例えば、破砕は、地層の加熱された部位において、熱源２０２から生産坑井２０６へと生じる可能性がある。加熱された部位における破砕の発生は、当該部位の圧力の一部を逃がすことができる。地層内の圧力は、望ましくない産出を抑制し、上層土または下層土の破砕を抑制し、さらには／あるいは地層内の炭化水素のコーキングを抑制するため、所定の圧力未満に維持されなければならないかもしれない。
【００６０】
易動化温度および／または熱分解温度に達し、地層からの産出が可能とされた後で、生成される地層流体の組成を変更および／または制御し、地層流体内の非凝縮性流体と比べたときの凝縮性流体の割合を制御し、さらには／あるいは生成される地層流体のＡＰＩ重力を制御するために、地層内の圧力を変化させることが可能である。例えば、圧力を低下させることによって、凝縮性の流体成分をより多く生成することができる。凝縮性の流体成分は、オレフィンをより大きな割合で含むことができる。
【００６１】
現場熱処理プロセスのいくつかの実施形態においては、地層内の圧力を、２０°よりも大きいＡＰＩ重力を有する地層流体の生成を促進するために充分に高く維持することができる。地層内の圧力を高く維持することで、現場熱処理の際の地層の沈下を抑制することができる。高い圧力を維持することで、地層流体を回収導管にて処理施設へと運ぶために地表において圧縮する必要を低減でき、あるいは皆無にすることができる。
【００６２】
地層の加熱された部位の高い圧力を維持することで、驚くべきことに、向上した品質および比較的低い分子量の炭化水素を大量に生成することができる。生成された地層流体において所定の炭素数を超える化合物の量が最小限となるように、圧力を維持することが可能である。所定の炭素数は、最大で２５、最大で２０、最大で１２、または最大で８であってもよい。一部の高炭素数の化合物が、地層内の蒸気に取り込まれる可能性があり、蒸気とともに地層から取り出される可能性がある。地層内で高い圧力を維持することで、高炭素数の化合物および／または多環の炭化水素化合物の蒸気への取り込みを抑制することができる。高炭素数の化合物および／または多環の炭化水素化合物を、かなりの時間にわたって地層内で液相のままにしておくことができる。このかなりの時間が、化合物が熱分解して低炭素数の化合物を形成するための充分な時間を提供することができる。
【００６３】
比較的低分子量の炭化水素の生成は、一部には、炭化水素を含有している地層の一部分における水素の自己生成および反応に起因すると考えられる。例えば、高い圧力を維持することで、熱分解において生成される水素を地層内の液相へと強制することができる。一部分を熱分解温度範囲内の温度へと加熱することで、地層内の炭化水素を熱分解して、液相熱分解流体を生成することが可能である。生成された液相熱分解流体成分は、二重結合および／またはラジカルを含むことができる。液相内の水素（Ｈ２）が、生成された熱分解流体の二重結合を還元することで、生成された熱分解流体からの長鎖化合物の重合または形成の可能性を低減することが可能である。さらに、Ｈ２は、生成された熱分解流体内のラジカルを中和することも可能である。液相内のＨ２は、生成された熱分解流体が互いに反応および／または地層内の他の化合物と反応することを、抑制することが可能である。
【００６４】
生産坑井２０６から産出された地層流体を、収集管２０８を介して処理施設２１０へと運ぶことが可能である。地層流体を、熱源２０２から産出することも可能である。例えば、流体を、熱源に隣接する地層内の圧力を制御するために熱源２０２から産出することが可能である。熱源２０２から産出された流体を、管または配管によって収集管２０８へと運ぶことができ、あるいは産出された流体を、管または配管によって処理施設２１０へと直接運ぶことができる。処理施設２１０は、分離ユニット、反応ユニット、品質向上ユニット、燃料電池、タービン、貯蔵容器、ならびに／あるいは産出された地層流体を処理するための他のシステムおよびユニットを備えることができる。処理施設は、地層から産出された炭化水素の少なくとも一部から輸送燃料を形成することが可能である。いくつかの実施形態においては、輸送燃料が、ＪＰ−８などのジェット燃料であってもよい。
【００６５】
絶縁導体を、ヒータの電気ヒータ素子または熱源として使用することができる。絶縁導体は、電気絶縁体によって囲まれた内側の導電体（コア）と、外側の導電体（ジャケット）とを備えることができる。電気絶縁体は、無機絶縁体（例えば、酸化マグネシウム）または他の電気絶縁体を含むことができる。
【００６６】
特定の実施形態においては、絶縁導体が、炭化水素を含有している地層の開口に配置される。いくつかの実施形態においては、絶縁導体が、炭化水素を含有している地層のケーシングを持たない開口に配置される。絶縁導体を炭化水素を含有している地層のケーシングを持たない開口に配置することで、絶縁導体から放射および伝導によって地層へと熱を伝えることができる。ケーシングを持たない開口を使用することで、必要であれば坑井からの絶縁導体の回収を容易にすることができる。
【００６７】
いくつかの実施形態においては、絶縁導体が、地層内のケーシングに配置され、地層内にセメントで固定され、あるいは砂、砂利、または他の充てん材料によって開口に埋めることができる。絶縁導体を、開口に配置される支持部材上に支持することができる。支持部材は、ケーブル、棒、または導管（例えば、パイプ）であってもよい。支持部材を、金属、セラミック、無機材料、またはこれらの組み合わせで製作することができる。支持部材の一部分が、使用時に地層流体および熱に曝される可能性があるため、支持部材は、化学的な耐性および／または熱的な耐性を有することができる。
【００６８】
タイ、スポット溶接、および／または他の種類のコネクタを、絶縁導体を絶縁導体の長さに沿った種々の位置において支持部材へと接続するために使用することができる。支持部材を、地層の上面において坑井の上部の構造物へと取り付けることができる。いくつかの実施形態においては、絶縁導体が、支持部材が不要であるような充分な構造強度を有する。絶縁導体は、多くの場合に、温度変化を被る場合の熱膨張による損傷を防ぐために、少なくとも或る程度の柔軟性を有することができる。
【００６９】
特定の実施形態においては、絶縁導体が、支持部材および／またはセントラライザ（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｒ）を備えずに坑井穴に配置される。支持部材および／またはセントラライザを持たない絶縁導体は、使用時の絶縁導体の故障を防止する温度、ならびに耐食性、クリープ強度、長さ、太さ（直径）、および冶金技術の適切な組み合わせを有することができる。
【００７０】
図２が、絶縁導体２１２の実施形態の端部の斜視図を示している。絶縁導体２１２は、これらに限られるわけではないが円形（図２に示されている）、三角形、楕円形、矩形、六角形、または不規則な形など、任意の所望の断面形状を有することができる。特定の実施形態においては、絶縁導体２１２が、コア２１４、電気絶縁体２１６、およびジャケット２１８を備えている。コア２１４は、電流がコアを通過するときに抵抗によって発熱することができる。交流または時間変化する電流ならびに／あるいは直流を、コアが抵抗によって発熱するようにコア２１４へと電力をもたらすために使用することができる。
【００７１】
いくつかの実施形態においては、電気絶縁体２１６が、ジャケット２１８への電流の漏れおよびアーク放電を防止する。電気絶縁体２１６は、コア２１４において生じた熱をジャケット２１８へと伝えることができる。ジャケット２１８が、熱を地層へと放射または伝導することができる。特定の実施形態においては、絶縁導体２１２の長さが、１０００ｍまたはそれ以上である。より長い絶縁導体またはより短い絶縁導体も、個々の用途の必要に合わせて使用することができる。絶縁導体２１２のコア２１４、電気絶縁体２１６、およびジャケット２１８の寸法を、絶縁導体が上限の使用温度においても自らを支持することができる充分な強度を有するように選択することができる。そのような絶縁導体を、支持部材を絶縁導体と一緒に炭化水素を含有している地層へと延ばすまでもなく、坑井の上部の構造物あるいは上層土と炭化水素を含有している地層との間の境界付近に配置された支持体から吊り下げることができる。
【００７２】
絶縁導体２１２を、最大約１６５０ワット／メートルまたはそれ以上の電力レベルで動作するように設計することができる。特定の実施形態においては、絶縁導体２１２が、地層を加熱するときに約５００ワット／メートル〜約１１５０ワット／メートルの間の電力レベルで動作する。絶縁導体２１２を、典型的な動作温度における最大の電圧レベルでも、電気絶縁体２１６に実質的な熱的および／または電気的破壊が生じないように設計することができる。絶縁導体２１２を、ジャケット２１８がジャケット材料の耐食性の大きな低下につながりかねない温度を超えることがないように設計することができる。特定の実施形態においては、絶縁導体２１２を、約６５０℃〜約９００℃の間の範囲の温度に達するように設計することができる。個々の動作の要件に合致するよう、他の動作範囲を有する絶縁導体を形成することができる。
【００７３】
図２は、単一のコア２１４を有する絶縁導体２１２を示している。いくつかの実施形態においては、絶縁導体２１２が、２つ以上のコア２１４を有する。例えば、１つの絶縁導体が、３つのコアを有することができる。コア２１４を、金属または他の導電性材料で製作することができる。コア２１４を形成するために使用される材料として、これらに限られるわけではないがニクロム、銅、ニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。特定の実施形態においては、コア２１４が、オームの法則から導出されるコアの抵抗により、コアが選択された１メートル当たりのワット損、ヒータの長さ、および／またはコア材料に許される最大電圧において電気的および構造的に安定であるような動作温度における直径および抵抗率を有するように選択される。
【００７４】
いくつかの実施形態においては、コア２１４が、絶縁導体２１２の長さにおいて異なる材料で製作される。例えば、コア２１４の第１の部位を、コアの第２の部位よりも大幅に抵抗の少ない材料で製作することができる。第１の部位を、第２の部位に隣接する第２の地層ほど高い温度に加熱する必要がない地層に隣接して位置させることができる。コア２１４の種々の部位の抵抗率を、直径を変えることによって調節でき、さらには／あるいはコアの部位を異なる材料で製作することによって調節することができる。
【００７５】
電気絶縁体２１６は、さまざまな材料で製作することが可能である。一般的に使用される粉末として、これらに限られるわけではないがＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ジルコニア、ＢｅＯ、尖晶石の種々の化学的変種、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。ＭｇＯが、良好な熱伝導率および電気絶縁特性を提供することができる。所望の電気絶縁特性として、少ない漏れ電流および高い絶縁耐力が挙げられる。少ない漏れ電流は、熱的破壊の可能性を少なくし、高い絶縁耐力は、絶縁体をまたいでのアーク放電の可能性を少なくする。熱的破壊は、漏れ電流によって絶縁体の温度が次第に上昇し、絶縁体をまたぐアーク放電にもつながる場合に生じうる。
【００７６】
ジャケット２１８は、外側の金属層または導電層であってもよい。ジャケット２１８は、高温の地層流体に接する可能性がある。ジャケット２１８を、高い温度において高い耐食性を有する材料で製作することができる。ジャケットの所望の動作温度範囲において使用することができる合金として、これらに限られるわけではないが３０４ステンレス鋼、３１０  ステンレス鋼、Ｉｎｃｏｌｏｙ（Ｒ）８００、およびＩｎｃｏｎｅｌ（Ｒ）６００が挙げられる（Ｉｎｃｏ  Ａｌｌｏｙｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ，Ｗｅｓｔ  Ｖｉｒｇｉｎｉａ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）。ジャケット２１８の厚さは、高温および腐食性の環境において３〜１０年間にわたって存続するために充分でなければならないと考えられる。ジャケット２１８の厚さは、一般に、約１ｍｍ〜約２．５ｍｍの間でさまざまであってもよい。例えば、厚さ１．３ｍｍの３１０ステンレス鋼の外側層をジャケット２１８として使用して、３年を超える期間にわたって地層の加熱ゾーンにおける硫化腐食に対して良好な耐化学性をもたらすことができる。ジャケットのより大きな厚さまたはより小さな厚さを、個々の用途の要件に合致するように使用することができる。
【００７７】
１つ以上の絶縁導体を、１つ以上の熱源を形成すべく地層の開口に配置することができる。電流を、地層を加熱すべく開口内の各々の絶縁導体に通すことができる。あるいは、開口内の選択された絶縁導体に電流を通すことができる。使用されない導体を、予備のヒータとして使用することができる。絶縁導体を、任意の好都合なやり方で電源へと電気的に接続することができる。絶縁導体の各々の端部を、坑井の上部の構造物を通過する引き込みケーブルへと接続することができる。そのような構成は、典型的には、熱源の底部の付近に位置する１８０°の曲げ（「ヘアピン」カーブ）またはターンを有する。１８０°の曲げまたはターンを備える絶縁導体は、底部における終端処理を不要にできるが、１８０°の曲げまたはターンが、ヒータにおける電気的および／または構造的弱点となりうる。絶縁導体を、直列、並列、あるいは直列と並列との組み合わせにて、互いに電気的につなぎ合わせることが可能である。熱源のいくつかの実施形態においては、熱源の底部においてコア２１４をジャケット２１８（図２に示されている）へと接続することによって、電流が絶縁導体の導体へと通過でき、絶縁導体のジャケットを通って戻ることができる。
【００７８】
いくつかの実施形態においては、３つの絶縁導体２１２が、電源へと三相Ｙ字の構成で電気的に接続される。図３が、表面下の地層の開口においてＹ字の構成に接続された３つの絶縁導体の実施形態を示している。図４が、地層の開口２２０から取り出すことができる３つの絶縁導体２１２の実施形態を示している。Ｙ字構成の３つの絶縁導体においては、底部の接続を不要にすることができる。あるいは、Ｙ字構成の３つの絶縁導体のすべてを、開口の底の付近で互いに接続してもよい。接続を、絶縁導体の加熱部分の端部において直接行うことができ、あるいは絶縁導体の底部において加熱部分へと接続された低温ピン（より低抵抗の部位）の端部において行うことができる。底部の接続を、絶縁体で満たされて封じられたキャニスタまたはエポキシで満たされたキャニスタによって行ってもよい。絶縁体は、電気絶縁として使用される絶縁体と同じ組成であってもよい。
【００７９】
図３および４に示した３つの絶縁導体２１２を、セントラライザ２２４を使用して支持部材２２２へと接続することができる。あるいは、絶縁導体２１２を、金属ストラップを使用して支持部材２２２へと直接固定してもよい。セントラライザ２２４は、支持部材２２２上で絶縁導体２１２の位置を保ち、さらには／あるいは移動を防止することができる。セントラライザ２２４を、金属、セラミック、またはこれらの組み合わせで製作することができる。金属は、ステンレス鋼または腐食性および高温の環境に耐えることができる任意の他の種類の金属であってもよい。いくつかの実施形態においては、セントラライザ２２４が、およそ６ｍ未満の間隔で支持部材へと溶接された弓形の金属片である。セントラライザ２２４に使用されるセラミックは、これらに限られるわけではないがＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、または他の電気絶縁体であってもよい。セントラライザ２２４は、絶縁導体の動作温度において絶縁導体の移動が防止されるよう、支持部材２２２上の絶縁導体２１２の位置を維持することができる。さらに、絶縁導体２１２は、加熱時の支持部材２２２の膨張に耐えるために或る程度柔軟であってもよい。
【００８０】
支持部材２２２、絶縁導体２１２、およびセントラライザ２２４を、炭化水素層２２６の開口２２０に配置することができる。絶縁導体２１２を、低温ピン２３０を使用して底部導体接合部２２８へと接続することができる。底部導体接合部２２８は、各々の絶縁導体２１２を互いに電気的に接続することができる。底部導体接合部２２８は、開口２２０において見られる温度で溶けることがない導電性の材料を含むことができる。低温ピン２３０は、絶縁導体２１２よりも低い電気抵抗を有する絶縁導体であってもよい。
【００８１】
引き込み導体２３２を、絶縁導体２１２へと電力を供給するために坑井の上部の構造物２３４へと接続することができる。引き込み導体２３２を、引き込み導体を通過する電流に起因して生じる熱が比較的少ないよう、比較的低い電気抵抗の導体で製作することができる。いくつかの実施形態においては、引き込み導体が、ゴムまたはポリマーで絶縁された銅の縒り線である。いくつかの実施形態においては、引き込み導体が、銅芯を有する無機絶縁導体である。引き込み導体２３２を、地表２３６に位置する坑井の上部の構造体２３４へと、上層土２３８と地表２３６との間に位置するシール用フランジを介して接続することができる。シール用フランジは、流体が開口２２０から地表２３６へと逃げ出すことを防止することができる。
【００８２】
特定の実施形態においては、引き込み導体２３２が、つなぎ導体２４０を使用して絶縁導体２１２へと接続される。つなぎ導体２４０は、絶縁導体２１２の低抵抗部分であってもよい。つなぎ導体２４０を、絶縁導体２１２の「低温ピン」と称することもできる。つなぎ導体２４０を、単位長さ当たりの消失電力が、絶縁導体２１２の主たる加熱部分と比べて約１０分の１〜約５分の１であるように設計することができる。つなぎ導体２４０は、典型的には、約１．５ｍ〜約１５ｍの間であってもよいが、より短い長さまたはより長い長さも、個々の用途の必要性に対応すべく使用することができる。一実施形態においては、つなぎ導体２４０の導体が、銅である。つなぎ導体２４０の電気絶縁体は、主たる加熱部分に使用される電気絶縁体と同じ種類であってもよい。つなぎ導体２４０のジャケットを、耐食性の材料で製作することができる。
【００８３】
特定の実施形態においては、つなぎ導体２４０が、スプライスまたは他の接続ジョイントによって引き込み導体２３２へと接続される。スプライスは、つなぎ導体２４０を絶縁導体２１２へと接続するためにも使用可能である。スプライスは、対象ゾーンの動作温度の半分に等しい温度に耐えなければならない可能性がある。スプライスにおける電気絶縁の密度は、多くの場合に、必要とされる温度および動作電圧に耐えるために充分に高くなければならない。
【００８４】
いくつかの実施形態においては、図３に示されるように、パッキン材料２４２が上層土のケーシング２４４と開口２２０との間に配置される。いくつかの実施形態においては、補強材料２４６によって上層土のケーシング２４４を上層土２３８へと固定することができる。パッキン材料２４２は、流体が開口２２０から地表２３６へと流れることを防止することができる。補強材料２４６は、例えば高温性能改善用のシリカ粉、スラグ、またはシリカ粉、ならびに／あるいはこれらの混合物と混ぜ合わせられたクラスＧまたはクラスＨのポルトランドセメントを含むことができる。いくつかの実施形態においては、補強材料２４６が、約５ｃｍ〜約２５ｃｍの幅にて半径方向に広がる。
【００８５】
図３および図４に示されるとおり、支持部材２２２および引き込み導体２３２を、地層の表面２３６に位置する坑井の上部の構造体２３４へと接続することができる。表面導体２４８が、補強材料２４６を囲んで坑井の上部の構造体２３４へとつながることができる。表面導体のいくつかの実施形態は、地層の開口へと約３ｍ〜約５１５ｍの深さまで延びることができる。あるいは、表面導体は、地層へと約９ｍの深さまで延びることができる。電流を電源から絶縁導体２１２へと供給し、絶縁導体の電気抵抗によって熱を生じさせることができる。３つの絶縁導体２１２から生じた熱を開口２２０内で伝達し、炭化水素層２２６の少なくとも一部分を加熱することができる。
【００８６】
絶縁導体２１２が生じさせる熱で、炭化水素を含有している地層の少なくとも一部分を加熱することができる。いくつかの実施形態においては、実質的に、生じた熱の地層への放射によって熱が地層へと伝えられる。一部の熱は、開口に存在する気体による熱の伝導または対流によって伝えられる。開口は、図３および図４に示されるように、ケーシングを持たない開口であってもよい。ケーシングを持たない開口は、ヒータの地層への熱的固定に関するコスト、ケーシングに関するコスト、および／またはヒータを開口に詰め込むコストを不要にする。さらに、放射による熱の伝達は、伝導による熱の伝達よりも効率的であるため、開放の坑井穴においてはヒータをより低い温度で運転することができる。熱源の初期の動作時の伝導による熱の伝達を、開口に気体を追加することによって向上させることができる。気体を、最大約２７ｂａｒ（絶対圧）の圧力に保つことができる。気体は、これらに限られるわけではないが、二酸化炭素および／またはヘリウムを含むことができる。開放の坑井穴における絶縁導体ヒータは、好都合なことに、熱膨張および熱収縮に対応するように自由に膨張または収縮することができる。絶縁導体ヒータを、好都合なことに、開放の坑井穴から取り出し、あるいは再び配置することができる。
【００８７】
特定の実施形態においては、絶縁導体ヒータアセンブリが、スプールアセンブリを使用して設置され、あるいは取り除かれる。絶縁導体および支持部材の両方を同時に設置するために、２つ以上のスプールアセンブリを使用することができる。あるいは、支持部材を、巻かれた管ユニットを使用して設置することができる。ヒータをスプールから引き出し、支持体が坑井へと挿入されるときに支持体へと接続することができる。電気ヒータおよび支持部材を、スプールアセンブリから引き出すことができる。スペーサを、支持部材の長さにおいて支持部材およびヒータに接続することができる。さらなる電気ヒータ素子のために、さらなるスプールアセンブリを使用することができる。
【００８８】
いくつかの用途において炭化水素を含有している地層を加熱するなど、地下の用途に使用される無機絶縁（ＭＩ）ケーブル（絶縁導体）は、ＭＩケーブル業界における典型と比べて、より長く、より大きな外径を有する可能性があり、より高い電圧および温度で動作する可能性がある。これらの地下の用途においては、地下を効率的に加熱するために必要な深さおよび距離に達する充分な長さのＭＩケーブルを作成するため、および異なる機能を有する部位をつなぎ合わせる（例えば、引き込みケーブルをヒータ部分へと接続する）ために、複数のＭＩケーブルをつなぎ合わせることが必要である。そのような長いヒータは、ヒータの最も遠い端部まで充分な電力をもたらすために、より高い電圧も必要とする。
【００８９】
従来のＭＩケーブルのスプライスの設計は、典型的には、１０００Ｖを超え、１５００ボルトを超え、あるいは２０００ボルトを超える電圧には適しておらず、６５０℃（約１２００°Ｆ）を超え、７００℃（約１２９０°Ｆ）を超え、あるいは８００℃（約１４７０°Ｆ）を超えるような高い温度において不具合を生じることなく長期にわたって動作することができない。そのような高電圧かつ高温の用途は、典型的に、スプライスにおける無機絶縁体の圧縮が、絶縁導体（ＭＩケーブル）そのものにおける圧縮のレベルに出来るだけ近いかそれ以上であることを必要とする。
【００９０】
いくつかの用途においては、ＭＩケーブルの比較的大きな外径および長い長さゆえに、ケーブルを水平に向いた状態でつなぎ合わせることが必要である。水平に作られるＭＩケーブルの他の用途のためのスプライスが存在する。これらの技術は、典型的には、小さな穴を使用して無機絶縁体（酸化マグネシウム粉末など）をスプライスへと充てんし、振動および突き固めによってわずかに圧縮する。このような方法は、無機絶縁体の充分な圧縮をもたらさず、場合によっては無機絶縁体の圧縮がまったく不可能であり、したがって上述の地下の用途に必要な高い電圧において使用されるスプライスの製作には適することができない。
【００９１】
したがって、単純でありながら不具合を生じることなく長い期間にわたって地下の環境において高い電圧および温度で機能することができる絶縁導体のスプライスについて、ニーズが存在している。さらに、スプライスは、地下においてケーブルに加わる可能性がある重量の負荷および温度のもとで不具合を生じることがないよう、より高い曲げおよび引張強度を必要とする可能性がある。さらに、スプライスにおける漏れ電流を少なくし、動作電圧と電気的破壊との間の余裕を増やすために、電界強度を下げるための技術および方法も利用することができる。電荷強度を下げることは、スプライスの電圧および温度の動作範囲を広げるうえでも役に立つ可能性がある。
【００９２】
図５が、絶縁導体をつなぎ合わせるための取付具の一実施形態の側面断面図を示している。取付具２５０は、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂをつなぎ合わせるためのスプライスまたは接続ジョイントである。特定の実施形態においては、取付具２５０が、スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂを備えている。ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂは、スプライスハウジング、接続ジョイントハウジング、またはカプラハウジングであってもよい。スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂを、これに限られるわけではないがステンレス鋼など、機械的に丈夫な導電性材料で製作することができる。スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂは、円筒形であってもよく、あるいは多角形であってもよい。スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂは、取付具２５０における電界強度を下げる丸みを帯びたエッジ、テーパ状の直径変化、他の特徴、またはこれらの組み合わせを有することができる。
【００９３】
取付具２５０を、絶縁導体２１２Ａを絶縁導体２１２Ｂへと、絶縁導体のジャケット（鞘）、絶縁体、およびコア（導体）の機械的および電気的な完全性を維持しながら接続する（つなぐ）ために使用することができる。取付具２５０を、熱を生じる絶縁導体を熱を生じない絶縁導体と接続するために使用することができ、熱を生じる絶縁導体を別の熱を生じる絶縁導体と接続するために使用することができ、あるいは熱を生じない絶縁導体を別の熱を生じない絶縁導体と接続するために使用することができる。いくつかの実施形態においては、２つ以上の取付具２５０が、多数の熱を生じる絶縁導体および熱を生じない絶縁導体を接続して長い絶縁導体をもたらすために使用される。
【００９４】
取付具２５０を、図５に示されるように異なる直径の絶縁導体を接続するために使用することができる。例えば、絶縁導体が、異なるコア（導体）の直径、異なるジャケット（鞘）の直径、または異なる直径の組み合わせを有することができる。また、取付具２５０を、異なる冶金技術、異なる種類の絶縁、またはこれらの組み合わせを有する絶縁導体を接続するために使用することができる。
【００９５】
図５に示されるとおり、ハウジング２５４Ａが、絶縁導体２１２Ａのジャケット（鞘）２１８Ａへと接続され、ハウジング２５４Ｂが、絶縁導体２１２Ｂのジャケット２１８Ｂへと接続される。特定の実施形態においては、ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂが、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂへと溶接、ろう付け、または他の方法で恒久的に取り付けられる。いくつかの実施形態においては、ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂが、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂのジャケット２１８Ａ、２１８Ｂへと一時的または半恒久的に取り付けられる（例えば、ねじ山または接着剤を使用して接続される）。取付具２５０を、絶縁導体２１２Ａ、２１Ｂの端部の間の中央に位置させることができる。
【００９６】
特定の実施形態においては、スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂの内側の空間が、電気絶縁材料２５６で実質的に満たされる。特定の実施形態において、「実質的に満たされる」は、空間（複数可）を電気絶縁材料で空間（複数可）内に巨視的な空隙が実質的に存在しないように完全またはほぼ完全に満たすことを指す。例えば、「実質的に満たされる」は、微視的な空隙ゆえの或る程度の空隙率（例えば、最大約４０％の空隙率）を有する電気絶縁材料でほぼ空間全体を満たすことを指す。電気絶縁材料２５６として、酸化マグネシウム、滑石、セラミック粉末（例えば、窒化ホウ素）、酸化マグネシウムと他の電気絶縁体（例えば、最大約５０重量％の窒化ホウ素）との混合物、セラミックセメント、セラミック粉末の特定の非セラミック材料（硫化タングステン（ＷＳ２）など）との混合物、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。例えば、電気絶縁材料の流動性を改善し、電気絶縁材料の誘電特性を改善し、あるいは取付具の柔軟性を改善するために、酸化マグネシウムを窒化ホウ素または他の電気絶縁体と混合することができる。いくつかの実施形態においては、電気絶縁材料２５６が、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂの少なくとも一方の内部に使用される電気絶縁体と同様の材料である。電気絶縁材料２５６は、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂの少なくとも一方の内部に使用される電気絶縁体と実質的に同様の誘電特性を有することができる。
【００９７】
特定の実施形態においては、第１のスリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂが、電気絶縁材料２５６に埋められ、あるいは沈められた状態に構成（例えば、統合または製造）される。スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂを電気絶縁材料２５６に埋められた状態に構成することは、これらの部位の内部空間に空隙が形成されることを防止する。スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂは、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂを通すことができる開いた端部を有する。これらの開いた端部を、絶縁導体のジャケットの外径よりもわずかに大きい直径を有するように寸法付けることができる。
【００９８】
特定の実施形態においては、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂのコア２１４Ａ、２１４Ｂが、継手２５８において接合される。絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂのジャケットおよび絶縁体を、コアの接合に先立って所望の長さのコア２１４Ａ、２１４Ｂを露出させるために切除し、あるいは剥ぎ取ることができる。継手２５８は、スリーブ２５２の内部の電気絶縁材料２５６内に位置することができる。
【００９９】
継手２５８は、例えば圧縮、かしめ、ろう付け、溶接、または技術的に公知の他の技法によって、コア２１４Ａ、２１４Ｂを接合することができる。いくつかの実施形態においては、コア２１４Ａが、コア２１４Ｂとは異なる材料で製作される。例えば、コア２１４Ａが銅であってもよく、コア２１４Ｂがステンレス鋼、炭素鋼、または合金１８０であってもよい。そのような実施形態においては、コアを一体に溶接するために特殊な方法を使用しなければならないかもしれない。例えば、コアの引っ張り強さの特性および／または降伏強さの特性を、コア間の接続が時間または使用につれて劣化することがないよう、ぴったりと一致させなければならないかもしれない。
【０１００】
いくつかの実施形態においては、銅製のコアを、炭素鋼または合金１８０への接続に先立って加工硬化させることができる。いくつかの実施形態においては、コアが、異なる材料からなるコアの間にフィラー材料（例えば、フィラー金属）を使用するインライン溶接によって接続される。例えば、Ｍｏｎｅｌ（Ｒ）（Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎｅｗ  Ｈａｒｔｆｏｒｄ，ＮＹ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）というニッケル合金を、フィラー材料として使用することができる。いくつかの実施形態においては、溶接プロセスに先立って、銅製のコアにフィラー材料が塗布される（コアが融解させられ、フィラー材料と混合される）。
【０１０１】
一実施形態においては、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂが、最初にハウジング２５４Ａを絶縁導体２１２Ａのジャケット２１８Ａの外側へと滑らせ、第２にハウジング２５４Ｂを絶縁導体２１２Ｂのジャケット２１８Ｂの外側へと滑らせることによって、取付具２５０を使用して接続される。ハウジングは、ハウジングの大径端が絶縁導体の端部を向くようにしてジャケットの外側へと滑らされる。スリーブ２５２を、ハウジング２５４Ｂに隣接するように絶縁導体２１２Ｂの外側へと滑らせることができる。コア２１４Ａ、２１４Ｂが、コア間に丈夫な電気的および機械的接続が生み出されるように継手２５８において接合される。ハウジング２５４Ａの小径端が、絶縁導体２１２Ａのジャケット２１８Ａへと接合（例えば、溶接）される。スリーブ２５２およびハウジング２５４Ｂが、ハウジング２５４Ａに合わせられ（ハウジング２５４Ａへと動かされ、あるいは押され）、取付具２５０が形成される。取付具２５０の内部空間を、スリーブおよびハウジングが一体に合わせられるときに電気絶縁材料で実質的に満たすことができる。組み合わせられたスリーブおよびハウジングの内部空間が、内部空間全体を実質的に満たしている電気絶縁材料が圧縮されるように減少させられる。スリーブ２５２がハウジング２５４Ｂへと接合され、ハウジング２５４Ｂが絶縁導体２１２Ｂのジャケット２１８Ｂへと接合される。さらなる圧縮が望まれる場合には、スリーブ２５２の容積をさらに減らすことができる。
【０１０２】
特定の実施形態においては、電気絶縁材料２５６で満たされたハウジング２５４Ａ、２５４Ｂの内部空間が、テーパ状の形状を有する。ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂの内部空間の直径が、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂへと接続されたハウジングの端部または端部付近の小さい方の直径から、スリーブ２５２の内側に位置するハウジングの端部（互いに面するハウジングの端部、または絶縁導体の端部に面するハウジングの端部）または端部付近の大きい方の直径へと、テーパ状であってもよい。内部空間のテーパ状の形状は、取付具２５０における電界強度を下げることができる。取付具２５０における電界強度を下げることで、高い動作電圧および温度においても取付具における漏れ電流を少なくすることができ、電気的破壊に対する余裕を増すことができる。このようにして、取付具２５０における電界強度を下げることで、取付具について動作電圧および温度の範囲を広げることができる。
【０１０３】
いくつかの実施形態においては、電気絶縁材料２５６が絶縁導体の絶縁体よりも弱い誘電体である場合に、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂからの絶縁体が、取付具２５０の真ん中へと向かう方向にジャケット２１８Ａ、２１８Ｂからコア２１４Ａ、２１４Ｂへとテーパ状である。いくつかの実施形態においては、電気絶縁材料２５６が絶縁導体の絶縁体よりも強い誘電体である場合に、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂからの絶縁体が、絶縁導体へと向かう方向にジャケット２１８Ａ、２１８Ｂからコア２１４Ａ、２１４Ｂへとテーパ状である。絶縁導体からの絶縁体をテーパ状にすることで、絶縁導体の絶縁体と取付具の内部の電気絶縁材料との間の界面における電界強度が低くなる。
【０１０４】
図６が、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂの内部（例えば、絶縁導体のジャケットの内側の電気絶縁体）の一部を切除するために使用することができるツールを示している。切除ツール２６０は、切り刃２６２および駆動管２６４を備えることができる。駆動管２６４を、例えば溶接またはろう付けを使用して切除ツール２６０の本体へと接続することができる。いくつかの実施形態においては、ジャケットの内側から電気絶縁体を切除するために切除ツールが必要でない。
【０１０５】
スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂを、ろう付け、溶接、またはかしめなど、技術的に公知の任意の手段を使用してつなぎ合わせることができる。いくつかの実施形態においては、図７に示されるように、スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａ、２５４Ｂが、これらの部品を一体に接続すべく係合するねじ山を有している。
【０１０６】
図５および図７に示されるとおり、特定の実施形態においては、電気絶縁材料２５６が、組み立てプロセスの最中に圧縮される。ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂをお互いに向かって押し付ける力で、絶縁材料の容認できる圧縮をもたらすために、例えば少なくとも２５，０００ポンド／平方インチ〜最大５５，０００ポンド／平方インチの圧力を電気絶縁材料２５６に加えることができる。ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂの内部空間のテーパ状の形状および電気絶縁材料２５６の構成が、組み立てプロセスの最中の電気絶縁材料の圧縮を、電気絶縁材料の誘電特性が現実的な範囲において絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂの内部の電気絶縁材料の誘電特性に比肩する程度まで強めることができる。圧縮を促進するための方法および装置として、これらに限られるわけではないが、機械的な方法（図１０に示されているような）、空気圧、水圧／油圧（図１１および図１２に示されているような）、スエージ、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
【０１０７】
部品を押し合わせる動きと、ハウジングのテーパ状の内部空間との組み合わせが、軸方向および半径方向の両方の圧縮を使用して電気絶縁材料２５６を圧縮する。電気絶縁材料２５６を軸方向および半径方向の両方に圧縮することで、電気絶縁材料のより一様な圧縮がもたらされる。いくつかの実施形態においては、電気絶縁材料２５６の振動および／または突き固めを、電気絶縁材料を固めるために使用することもできる。振動（および／または、突き固め）を、ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂを押し合わせるための力の印加と同時に加えることができ、あるいは振動（および／または、突き固め）を、そのような力の印加と交互にすることができる。振動および／または突き固めは、電気絶縁材料２５６における粒子の橋絡を少なくすることができる。
【０１０８】
図７に示されている実施形態においては、ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂの内側の電気絶縁材料２５６が、ナット２６６をジャケット２１８Ａ、２１８Ｂに接続されたフェルール２６８へと締め付けることによって機械的に圧縮される。この機械的な方法は、内部空間のテーパ状の形状ゆえにハウジング２５４Ａ、２５４Ｂの内部空間を圧縮する。フェルール２６８は、銅または他の軟質金属のフェルールであってもよい。ナット２６６は、ジャケット２１８Ａ、２１８Ｂ上で可動であるステンレス鋼または他の硬質金属のナットであってもよい。ナット２６６は、ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂへの結合のために、ハウジングのねじ山と係合することができる。ナット２６６がハウジング２５４Ａ、２５４Ｂへとねじ込まれるにつれて、ナット２６６およびフェルール２６８が、ハウジングの内部空間を圧縮するように機能する。いくつかの実施形態においては、ナット２６６およびフェルール２６８が、ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂをさらにスリーブ２５２へと移動（部品間の螺合を使用）させ、スリーブの内部空間を圧縮するように機能することができる。いくつかの実施形態においては、ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂおよびスリーブ２５２が、ナットおよびフェルールが第２の部分へとスエージされる前に螺合を使用して一体に接続される。ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂの内部空間が圧縮されるにつれて、スリーブ２５２の内部空間も圧縮することができる。いくつかの実施形態においては、ナット２６６およびフェルール２６８が、ハウジング２５４Ａ、２５４Ｂを絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂへと接続するように機能することができる。
【０１０９】
特定の実施形態においては、複数の絶縁導体が、端部取付具においてつなぎ合わせられる。例えば、３つの絶縁導体を、電気的に三相Ｙ字の構成に接続するために、端部取付具においてつなぎ合わせることができる。図８Ａが、３つの絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃを接続するためのねじ式の取付具２７０の実施形態の側面断面図を示している。図８Ｂは、３つの絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃを接続するための溶接式の取付具２７０の実施形態の側面断面図を示している。図８Ａおよび図８Ｂに示されているとおり、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃを、端部キャップ２７２を介して取付具２７０へと接続することができる。端部キャップ２７２は、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃを通す３つのひずみ緩和取付具２７４を備えることができる。
【０１１０】
絶縁導体のコア２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃを、継手２５８において一体に接続することができる。継手２５８は、例えばろう付け（銀ろう付けまたは銅ろう付けなど）、溶接ジョイント、またはかしめによるジョイントであってもよい。コア２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃを継手２５８において接続することは、３つの絶縁導体を三相Ｙ字の構成で使用されるように電気的に接合する。
【０１１１】
図８Ａに示されるとおり、端部キャップ２７２を、ねじ山を使用して取付具２７０の本体２７６へと接続することができる。端部キャップ２７２と本体２７６との螺合が、本体内の電気絶縁材料２５６を端部キャップによって圧縮することを可能にできる。本体２７６の端部キャップ２７２とは反対側の端部には、カバー２７８が位置する。カバー２７８も、ねじ山によって本体２７６へと取り付けることが可能である。特定の実施形態においては、取付具２７０内の電気絶縁材料２５６の圧縮が、カバー２７８を本体２７６へと締め込むことによって強められ、カバーの取り付け後に本体をかしめることによって強められ、あるいはこれらの方法の組み合わせによって強められる。
【０１１２】
図８Ｂに示されるとおり、端部キャップ２７２を、溶接、ろう付け、またはかしめを使用して取付具２７０の本体２７６へと接続することができる。端部キャップ２７２を本体２７６へと押し込み、あるいは圧入して、本体の内側の電気絶縁材料２５６を圧縮することができる。カバー２７８も、溶接、ろう付け、またはかしめによって本体２７６へと取り付けることができる。カバー２７８を本体２７６へと押し込み、あるいは圧入して、本体の内側の電気絶縁材料２５６を圧縮することができる。カバーの取り付け後に本体をかしめることによって、取付具２７０内の電気絶縁材料２５６の圧縮をさらに強めることができる。
【０１１３】
いくつかの実施形態においては、図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、栓２８０がカバーの開口または穴を閉鎖する。例えば、栓を、カバー２７８の開口へと螺合させ、溶接し、あるいはろう付けすることができる。カバー２７８の開口は、カバー２７８および端部キャップ２７２が本体２７６へと接続されたときに取付具２７０の内側に電気絶縁材料２５６を供給することを可能にできる。カバー２７８の開口を、電気絶縁材料２５６を取付具２７０の内側へと供給した後で塞ぐことができ、あるいは覆うことができる。いくつかの実施形態においては、開口が取付具２７０の本体２７６に位置する。本体２７６の開口を、栓２８０または他の栓によって塞ぐことができる。
【０１１４】
いくつかの実施形態においては、カバー２７８が、１つ以上のピンを備えている。いくつかの実施形態においては、ピンが栓２８０であり、あるいは栓２８０の一部である。ピンは、カバー２７８を回転させて本体２７６へと締め付けるトルクツールに係合することができる。ピンに係合できるトルクツール２８２の例が、図９に示されている。トルクツール２８２は、カバー２７８（図８Ａに示されている）の外径に実質的に一致する内径を有することができる。図９に示されるとおり、トルクツール２８２は、カバー２７８上のピンに係合するように形作られたスロットまたは他の凹部を有することができる。トルクツール２８２は、凹所２８４を備えることができる。凹所２８４は、駆動用の矩形の凹所またはトルクツールの動作（回転）を可能にする他の形状の凹所であってもよい。
【０１１５】
図１０が、取付具２５０を機械的に圧縮するために使用することができるクランプアセンブリ２８６Ａ、Ｂの実施形態を示している。クランプアセンブリ２８６Ａ、Ｂを、取付具２５０をハウジング２５４Ａ、２５４Ｂの段部の所定位置に動かぬように固定するように形作ることができる。ねじ棒２８８を、クランプアセンブリ２８６Ａ、Ｂの開口２９０に通すことができる。各々のねじ棒２８８に位置するナット２９２およびワッシャを、各々のクランプアセンブリの外面へと力を加えて、クランプアセンブリを互いに近付け、取付具２５０のハウジング２５４Ａ、２５４Ｂへと圧縮力を加えるために使用することができる。これらの圧縮力が、取付具２５０の内部の電気絶縁材料を圧縮する。
【０１１６】
いくつかの実施形態においては、クランプアセンブリ２８６が、水圧／油圧、空気圧、または他の圧縮方法にて使用される。図１１が、水圧／油圧による圧縮装置２９４の実施形態の分解図を示している。図１２が、組み立てられた状態の水圧／油圧による圧縮装置２９４の実施形態の図を示している。図１１および図１２に示されるとおり、クランプアセンブリ２８６を、絶縁導体が接続された状態の取付具２５０（例えば、図５に示されている）を所定位置に動かぬように固定するために使用することができる。少なくとも１つのクランプアセンブリ（例えば、クランプアセンブリ２８６Ａ）が、取付具を軸方向に圧縮するために一緒に可動であってもよい。図１１に示されている動力ユニット２９６を、圧縮装置２９４を動かすために使用することができる。
【０１１７】
図１３が、クランプアセンブリ２８６Ａおよびクランプアセンブリ２８６Ｂに固定された取付具２５０および絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂの実施形態を示しており、取付具および絶縁導体の圧縮前の状態を示している。図１３に示されるとおり、絶縁導体２１２Ａ、２１２Ｂのコアは、スリーブ２５２の中央または中央付近の継手２５８を使用して接続される。スリーブ２５２は、絶縁導体２１２Ａへと接続されたハウジング２５４Ａの外側に滑り込まされている。スリーブ２５２およびハウジング２５４Ａは、固定の（可動でない）クランプアセンブリ２８６Ｂに固定されている。絶縁導体２１２Ｂが、ハウジング２５４Ｂおよび可動のクランプアセンブリ２８６Ａを通過している。絶縁導体２１２Ｂを、クランプアセンブリ２８６Ｂに対して固定された別のクランプアセンブリ（図示されていない）によって固定してもよい。クランプアセンブリ２８６Ａを、ハウジング２５４Ｂをスリーブ２５２へと接続し、ハウジングおよびスリーブの内側の電気絶縁材料を圧縮するために、クランプアセンブリ２８６Ｂに向かって移動させることができる。次いで、絶縁導体２１２Ａとハウジング２５４Ａとの間の境界、ハウジング２５４Ａとスリーブ２５２との間の境界、スリーブ２５２とハウジング２５４Ｂとの間の境界、およびハウジング２５４Ｂと絶縁導体２１２Ｂとの間の境界を、溶接、ろう付け、または技術的に公知の他の技法によって接続することができる。
【０１１８】
本明細書に示される取付具（図５および図７に示した取付具２５０ならびに図８に示した取付具２７０など）は、絶縁導体間の丈夫な電気的および機械的接続を形成することができる。例えば、本明細書に示される取付具は、１０００ボルトを超え、１５００ボルトを超え、あるいは２０００ボルトを超える電圧、ならびに少なくとも約６５０℃、少なくとも約７００℃、あるいは少なくとも約８００℃の温度において長期にわたって機能するために適することができる。
【０１１９】
特定の実施形態においては、本明細書に示される取付具が、加熱に使用される絶縁導体（例えば、炭化水素含有層に配置される絶縁導体）を加熱には使用されない絶縁導体（例えば、地層の上層土の部分に使用される絶縁導体）へと接続する。加熱用の絶縁導体は、加熱用でない絶縁導体よりも小さなコアおよび加熱用でない絶縁導体とは異なる材料のコアを有することができる。例えば、加熱用の絶縁導体のコアが、銅−ニッケル合金、ステンレス鋼、または炭素鋼であってもよい一方で、加熱用でない絶縁導体のコアは、銅であってもよい。しかしながら、コアのサイズおよび材料の電気的特性の相違ゆえに、それぞれの部位の電気絶縁体が、ただ１つの取付具で絶縁導体を接合するのでは補償できない充分に異なる厚さを有する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態においては、加熱用の絶縁導体と加熱用でない絶縁導体との間に、短い中間の加熱用の絶縁導体を使用することができる。
【０１２０】
中間の加熱用の絶縁導体は、加熱用でない絶縁導体のコアの直径から加熱用の絶縁導体のコアの直径へとテーパ状になるコアの直径を有することができる一方で、加熱用でない絶縁導体と同様のコア材料を使用することができる。例えば、中間の加熱用の絶縁導体は、加熱用の絶縁導体と同じ直径へとテーパ状になるコアの直径を持つ銅であってもよい。このようにして、中間の絶縁導体と加熱用の絶縁導体とを接続する取付具における電気絶縁体の厚さが、加熱用の絶縁導体における電気絶縁体の厚さと同様になる。同じ厚さとすることで、絶縁導体を取付具において容易に接合することが可能になる。中間の加熱用の絶縁導体は、小さなコアの直径ゆえに或る程度の電圧低下および或る程度の加熱損失をもたらす可能性があるが、中間の加熱用の絶縁導体は、これらの損失が最小限であるように比較的短い長さであってもよい。
【０１２１】
実施例
いくつかの実施例（ただし、これらに限られるわけではない）を後述する。
【０１２２】
図５に示した取付具の実施形態を使用するサンプル
図５に示した実施形態と同様の取付具２５０の実施形態を使用するサンプルを、地下ヒータとしての使用に適する中程度の電圧の絶縁導体を取付具の片側に、上層土のケーブルとしての使用に適する中程度の電圧の絶縁導体を取付具の反対側に使用し、水圧／油圧による圧縮装置を使用して製造した。酸化マグネシウムを、取付具における電気絶縁材料として使用した。サンプルの長さは、一方の無機絶縁導体の端部から他方まで６フィートとした。電気試験に先立ち、サンプルを長さ６．５フィートのオーブンに配置し、８５０°Ｆで３０時間にわたって乾燥させた。１５０°Ｆへの冷却後に、無機絶縁導体の端部をエポキシを使用して封じた。次いで、サンプルを加熱すべく長さ３フィートのオーブンに配置し、漏れ電流の全体および実成分の両方を測定することができる５ｋＶ（最大）のハイポットテスタを使用してサンプルに電圧を印加した。３つの熱電対をサンプルに配置し、平均を温度測定値とした。サンプルは、取付具をオーブンの中心に位置させてオーブンに配置した。周囲のＤＣ（直流）応答およびＡＣ（交流）漏れ電流を、ハイポットテスタを使用して測定した。
【０１２３】
合計８つのサンプルを、約１０００°Ｆおよび最大５ｋＶの電圧で試験した。５ｋＶで試験した１つのサンプルの漏れ電流は、２．２８ｍＡであり、もう１つのサンプルの漏れ電流は、６．１６ｍＡであった。コアを並列につなぎ合わせた３つのさらなるサンプルを５ｋＶまで試験したところ、合計の漏れ電流が１１．７ｍＡであり、すなわちケーブルごとの合計の漏れ電流が３．９ｍＡであり、３つのサンプルは安定であった。コアを並列につなぎ合わせたさらに３つのサンプルを４．４ｋＶまで試験し、合計の漏れ電流は４．３９ｍＡであったが、これら３つのサンプルは、ハイポットテスタがトリップ（漏れ電流が４０ｍＡを超えると生じる）してしまい、より高い電圧に耐えることができなかった。５ｋＶまで試験したサンプルのうちの１つを、室温で絶縁破壊までさらに試験した。絶縁破壊は、１１ｋＶで生じた。
【０１２４】
合計１１個のさらなるサンプルを、室温でのさらなる絶縁破壊試験のために製作した。サンプルのうちの３つが、無機絶縁体をジャケットに対して垂直に切断して作成された絶縁導体を有する一方で、残りの８つのサンプルは、無機絶縁体をジャケットに対して３０°の角度で切断して作成された絶縁導体を有していた。垂直な切断を有する最初の３つのサンプルのうち、最初のサンプルは絶縁破壊までに１０．５ｋＶに耐え、２つ目のサンプルは絶縁破壊までに８ｋＶに耐えたが、３つ目のサンプルはわずか５００Ｖで絶縁破壊を生じ、これは３つ目のサンプルの製造における欠陥を示唆している。３０°の切断を有する８つのサンプルのうち、２つのサンプルは絶縁破壊までに１０ｋＶに耐え、３つのサンプルは８ｋＶ〜９．５ｋＶの間で絶縁破壊を生じ、３つのサンプルはいかなる電圧にも耐えられず、あるいは７５０ｋＶ未満で絶縁破壊を生じ、これはこれら３つのサンプルの製造における欠陥を示唆している。
【０１２５】
図８Ｂに示した取付具の実施形態を使用するサンプル
図８Ｂに示した実施形態と同様の取付具２７０の実施形態を使用する３つのサンプルを製作した。サンプルを、３つではなくて２つの絶縁導体で製作し、室温で絶縁破壊まで試験した。１つのサンプルは、５ｋＶに耐えて絶縁破壊し、２つ目のサンプルは４．５ｋＶに耐えて絶縁破壊し、３つ目のサンプルは５００Ｖにしか耐えることができず、これは製造における欠陥を示唆している。
【０１２６】
本発明が、当然ながらさまざまであってもよい上述の特定のシステムに限られないことを、理解すべきである。また、本明細書において使用される用語が、あくまでも特定の実施形態を説明する目的のためのものにすぎず、本発明を限定しようとするものではないことを、理解すべきである。本明細書において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈からそのようでないことが明らかでない限り、言及の対象が複数存在する場合も包含する。すなわち、例えば「コア（ａ  ｃｏｒｅ）」は、２つ以上のコアからなる組み合わせを包含し、「材料（ａ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」は、材料の混合物を包含する。
【０１２７】
本発明の種々の態様について、さらなる変更および代案の実施形態が、本明細書に照らして、当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書は、あくまでも例示として解釈されるべきであり、本発明を実施する一般的なやり方を当業者に教示する目的のためのものである。本明細書において図示および説明した本発明の形態を、現時点における好ましい実施形態として受け取るべきであることを、理解すべきである。いずれも本発明の上述の説明の恩恵を手にした当業者にとって明らかであると考えられるが、本明細書において例示および説明した構成要素および材料について、代替の構成要素および材料が可能であり、部品およびプロセスを逆にすることが可能であり、本発明の特定の特徴を独立して利用することが可能である。本明細書に記載の要素について、以下の特許請求の範囲に記載される本発明の技術的思想および技術的範囲から離れることなく、変更を行うことが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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