CN103460518A - 用于连接绝缘导体的系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于在处理地下地层时使用的加热器的系统和方法。某些实施例涉及用于在加热器元件中使用的绝缘导体的系统。更特别而言，描述了用于将绝缘导体接合在一起和/或将绝缘导体接合至其它导体的适配接头。

Description

用于连接绝缘导体的系统

技术领域

本发明涉及用于加热器元件中使用的绝缘导体的系统。更特别地，本发明涉及用于将绝缘导体电缆接合在一起的适配接头。

背景技术

从地下地层获得的烃通常用于能源、原料和消费品。由于对可用烃源用尽的关注和对生产的烃的整体质量下降的关注，已经引起对更高效地开采、处理和/或利用可用烃源的工艺进行开发。就地工艺可用于从之前不可进入和/或使用可用方法提取太昂贵的地下地层分离出烃材料。可能需要改变地下地层中烃材料的化学和/或物理性能来使烃材料更易于从地下地层分离出，和/或提高烃材料的价值。化学和物理变化可包括地层中烃材料的产生可分离出的流体的就地反应、组分变化、溶解度变化、密度变化、相变和/或粘度变化。

加热器可放置在井筒中，用于在就地工艺中加热地层。存在很多不同类型的可用于加热地层的加热器。利用井下加热器的就地工艺的示例示出在授予Ljungstorm的美国专利No.2,634,961；授予Ljungstorm的美国专利No.2,732,195；授予Ljungstorm的美国专利No.2,780,450；授予Ljungstorm的美国专利No.2,789,805；授予Ljungstorm的美国专利No.2,923,535；授予Van Merus等人的No.4,886,118；和授予Wellington等的美国专利No.6,688,387中。

用于地下应用中例如在一些应用中加热含烃地层的矿物绝缘（MI）电缆（绝缘导体）较长，可具有更大的外径，并且可在比MI电缆行业中通常的电压和温度更高的电压和温度下操作。在长度长的绝缘导体的制造和/或装配过程中存在很多潜在的问题。

例如，存在潜在的由于用于绝缘导体中的电绝缘体随时间劣化而造成的电和/或机械问题。还存在在绝缘导体加热器的装配过程中需要克服的与电绝缘体相关的潜在问题。例如芯鼓起或其他机械缺陷等问题可能在绝缘导体加热器装配过程中发生。发生这样的情况可能在加热器使用过程中导致电问题，并且可能使得加热器不能用于其预期目的。

另外，对于地下应用，可能需要将多个MI电缆连接来使MI电缆具有足够的长度，以到达高效加热地下需要的深度和距离，并且连接具有不同功能的节段，例如连接到加热器部分的引入电缆。这样的长加热器还需要较高的电压来将足够的功率提供到加热器的最远端。

传统的MI电缆接合接头设计通常不适用于高于1000伏，高于1500伏或高于2000伏的电压，并且在高温下，例如高于650℃（约1200℉）、高于700℃（约1290℉）或高于800℃（约1470℉）的高温下，不可能长时间操作而没有故障。这样的高压、高温应用通常需要接合接头中的矿物绝缘材料的密实度尽可能接近或高于绝缘导体（MI电缆）自身中的密实度水平。

用于一些应用的MI电缆的相对大的外径和长的长度需要电缆在水平取向时接合。存在用于MI电缆的其它应用的接合接头，它们水平地制备。这些技术通常使用小孔，矿物绝缘材料（例如氧化镁粉）通过所述小孔填充到接合接头中，并且通过振动和捣紧来稍微压实。这样的方法没有提供矿物绝缘材料的充分压实，或甚至不允许矿物绝缘材料的任何压实，并且不适用于制造在这些地下应用所需的高压下使用的接合接头。

因而，需要绝缘导体的接合接头，其非常简单，但是可在地下环境中长时间在高压和高温下操作而没有故障。另外，接合接头可能需要更高的抗弯曲和抗拉强度，以抑制接合接头在电缆在地下可能经受的重力载荷和温度的作用下发生故障。也可利用减小接合接头中的电场强度的技术和方法，以使接合接头中的漏电流减小，以及增大运行电压和击穿电压之间的差值。减小电场强度可有助于提高接合接头的电压和温度运行范围。

另外，在绝缘导体装配和/或安装到地下的过程中，可能存在绝缘导体上的增大应力的问题。例如，在用于运输和安装绝缘导体的卷轴上卷绕和展开绝缘导体可在绝缘导体上或绝缘导体中的其他部件上产生机械应力。因而，需要更可靠的系统和方法来在绝缘导体的制造、装配和/或安装过程中降低或消除潜在的问题。

发明内容

本文所述的实施例总体涉及用于处理地下地层的系统、方法和加热器。本文所述的实施例还总体涉及其中具有新颖部件的加热器。这样的加热器可通过使用本文所述的系统和方法获得。

在一些实施例中，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，所述系统、方法和/或加热器用于处理地下地层。

在一些实施例中，一种用于将第一绝缘导体的一个端部联接至第二绝缘导体的一个端部的适配接头包括：套筒，所述套筒构造成置于所述第一绝缘导体的端部和所述第二绝缘导体的端部之上；和芯联接部，所述芯联接部位于套筒内，所述芯联接部构造成安装在第一绝缘导体的芯的一个端部和第二绝缘导体的芯的一个端部周围，其中，所述绝缘导体的芯构造成当所述绝缘导体的端部移至适配接头中时一起在所述芯联接部中运动，并且其中，所述芯的端部在它们之间具有选定间隙；其中所述套筒的内部体积构造成至少部分地填充有电绝缘材料，并且所述电绝缘材料构造成在所述适配接头联接至所述绝缘导体时，利用第一绝缘导体中的电绝缘体的一个端部部分和第二绝缘导体中的电绝缘体的一个端部部分对所述电绝缘材料进行压缩。

在另外的实施例中，来自特定实施例的特征可与来自其他实施例的特征结合。例如，来自特定实施例的特征可与来自其他实施例的任何一个实施例的特征结合。

在另外的实施例中，处理地下地层使用本文所述的方法、系统、电源或加热器中的任何一个进行。

在另外的实施例中，其他特征可添加到本文所述的特定实施例。

附图说明

通过参照下面结合附图进行的对根据本发明目前优选的但是示例性的实施例的详细描述，将更全面地理解本发明的方法和设备的特征和优点。

图1显示了用于处理含烃地层的就地热处理系统的一部分的实施例的示意性视图。

图2示出了绝缘导体热源的一个端部的一个实施例。

图3示出了以Y形结构联接的在地下地层中的一个开口中的三个绝缘导体的一个实施例。

图4示出了可从地层中的开口移除的三个绝缘导体的一个实施例。

图5示出了用于连接绝缘导体的适配接头的一个实施例的侧视剖视图。

图6示出了切割工具的一个实施例。

图7示出了用于连接绝缘导体的适配接头的另一个实施例的侧视剖视图。

图8A示出了用于联接三个绝缘导体的螺纹适配接头的一个实施例的侧视剖视图。

图8B示出了用于联接三个绝缘导体的焊接适配接头的一个实施例的侧视剖视图。

图9示出了扭矩工具的一个实施例。

图10示出了可用于机械地压实用来连接绝缘导体的适配接头的夹紧组件的一个实施例。

图11示出了液压压实机的一个实施例的部件分解图。

图12示出了装配的液压压实机的一个实施例的示意图。

图13示出了在适配接头和绝缘导体压实之前，固定在夹紧组件中的适配接头和绝缘导体的一个实施例。

图14示出了用于连接绝缘导体的适配接头的又一个实施例的侧视图。

图15示出了适配接头的一个实施例的侧视图，其具有利用插入件覆盖的开口。

图16示出了适配接头的一个实施例，在套筒与绝缘导体的护套之间以及在绝缘导体的端部处具有电场减小特征。

图17示出了电场应力减小装置的一个实施例。

图18示出了一种适配接头的剖视图，这时绝缘导体正被移至该适配接头中。

图19示出了一种适配接头的剖视图，其中绝缘导体在所述适配接头内部连接。

图20示出了适配接头的又一个实施例的剖视图，这时绝缘导体正被移至该适配接头中。

图21示出了适配接头的又一个实施例的剖视图，其中绝缘导体在该适配接头内部连接。

图22示出了围绕所连接绝缘导体的芯就位的电绝缘材料块的一个实施例。

图23示出了围绕所连接绝缘导体的芯就位的四个电绝缘材料块的一个实施例。

图24示出了置于所连接绝缘导体之上的内套筒的一个实施例。

图25示出了置于内套筒和所连接绝缘导体之上的外套筒的一个实施例。

图26示出了压缩之后绝缘导体的一个倒角端部的一个实施例。

图27示出了用于在绝缘导体的联接部处压实电绝缘材料的压实装置的第一半部的一个实施例。

图28示出了围绕绝缘导体联接在一起的装置的一个实施例。

图29示出了位于具有第一柱塞的装置内部的绝缘导体的侧视图，所述第一柱塞在具有露出芯的绝缘导体上方就位。

图30示出了位于具有第二柱塞的装置内部的绝缘导体的侧视图，所述第二柱塞在具有露出芯的绝缘导体上方就位。

图31A-D示出了第二柱塞的其它实施例。

图32示出了一个实施例，其中装置的第二半部被移除以便留下第一半部和围绕绝缘导体之间的联接部压实的电绝缘材料。

图33示出了围绕绝缘导体之间的联接部成形的电绝缘材料的一个实施例。

图34示出了置于电绝缘材料之上的套筒的一个实施例。

图35示出了液压压机的一个实施例，该液压压机可用来向柱塞施加力以便液压地压实装置内部的电绝缘材料。

图36示出了用于圆周机械压缩的套筒的一个实施例。

图37示出了在套筒和肋已经沿圆周压缩之后绝缘导体上的套筒的一个实施例。

图38示出了所连接绝缘导体上的加强套筒的一个实施例。

图39示出了用于联接三个绝缘导体的适配接头的另一个实施例的部件分解图。

图40-47示出了用于将适配接头安装于绝缘导体的端部上的方法的一个实施例。

图48示出了可用于压实电绝缘材料的压实工具的一个实施例。

图49示出了可用于压实电绝缘材料的另一种压实工具的实施例。

图50示出了可用于最后压实电绝缘材料的压实工具的一个实施例。

虽然本发明容许有各种修改形式和替代形式，但是在附图中以示例方式显示了其特定实施例，并且这里将对它们进行详细描述。附图可不按比例绘制。应可理解，附图和关于其的详细描述不旨在将本发明限制到所公开的特定形式，而是相反，本发明将覆盖全部落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的修改形式、等同形式和替代形式。

具体实施方式

下面的描述总体涉及用于处理地层中的烃的系统和方法。这样的地层可进行处理来产生烃产物、氢和其他产物。

“交流电（AC）”指随时间变化的电流，其基本上以正弦方式改变方向。AC在铁磁性导体中产生集肤效应电流。

“联接”意思是一个或多个物体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）。术语“直接连接的”意思是物体和部件之间的直接连接，以使物体或部件彼此直接连接，从而使物体或部件以单点（“point of use”）方式操作。

“地层”包括一个或多个含烃层、一个或多个非烃层、上覆岩层和/或下伏岩层。“烃层”指地层中的含烃的层。烃层可包含非烃材料和烃材料。“上覆岩层”和/或“下伏岩层”包含一种或多种不同类型的不可渗透材料。例如，上覆岩层和/或下伏岩层可包括岩石、页岩、泥岩或湿/致密碳酸盐。在就地热处理工艺的一些实施例中，上覆岩层和/或下伏岩层可包括在就地热处理工艺过程中相对不可渗透并且不受温度影响的一个含烃层或多个含烃层，所述就地热处理工艺导致上覆岩层和/或下伏岩层的多个含烃层的显著的特性变化。例如，下伏岩层可包含页岩或泥岩，但是下伏岩层在就地热处理工艺过程中不允许被加热到热解温度。在一些情况下，上覆岩层和/或下伏岩层可具有一定的渗透性。

“地层流体”指存在于地层中的流体，并且可包括热解流体、合成气、活动化烃和水（蒸汽）。地层流体可包括烃流体以及非烃流体。术语“活动化流体”指含烃地层中的由于对地层的热处理而能够流动的流体。“生产的流体”指从地层分离出的流体。

“热源”为用于基本上通过传导和/或辐射热传递向地层的至少一部分提供热的任何系统。例如，热源可包括导电材料和/或电加热器，例如布置在电路中的导体和/或细长构件、绝缘导体等。热源可还包括通过在地层外部或地层中燃烧燃料产生热的系统。所述系统可以是表面燃烧器、井下气体燃烧器、无焰分布型燃烧室和自然分布型燃烧室。在一些实施例中，提供到一个或多个热源的热或在一个或多个热源中产生的热可由其他能量源提供。其他能量源可直接加热地层，或所述能量可施加到直接或间接加热地层的传递介质。应可理解，将热施加到地层的一个或多个热源可使用不同的能源。因而，例如，对于指定的地层，一些热源可从导电材料、电阻加热器供热，一些热源可通过燃烧提供热，一些热源可从一种或多种其他能源（例如，化学反应、太阳能、风能、生物质或其他可再生能源）提供热。化学反应可包括放热反应（例如氧化反应）。热源也可包括导电材料和/或加热器，其向靠近和/或围绕加热位置例如加热器井的区域提供热。

“加热器”为用于在井中或井筒区域附近产生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、与地层中的材料或从地层生产的材料反应的燃烧室，和/或其组合。

“烃”通常限定为主要由碳和氢原子形成的分子。烃也可包含其他元素，例如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。烃可以是，但不限于油母岩、沥青、焦沥青、石油、天然矿物蜡和石沥青。烃可位于地球中的矿物岩石中或与矿物基质相邻。基质可包括但不限于沉积岩、砂、沉积石英岩、碳酸盐、硅藻土和其他多孔介质。“烃流体”为包括烃的流体。烃流体可包括、夹带非烃流体，或被夹带在非烃流体中，所述非烃流体例如为氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、水和氨水。

“就地转化工艺”指从热源加热含烃地层，来将地层的至少一部分的温度升高至高于热解温度，以在地层中生成热解流体的工艺。

“就地热处理工艺”指使用热源加热含烃地层，来将地层的至少一部分的温度升高至高于形成活动化流体、导致含烃材料减粘裂化和/或热解，从而在地层中产生活动化流体、减粘裂化流体和/或热解流体的温度。

“绝缘导体”指能够导电并且整体或部分由电绝缘材料覆盖的任何细长材料。

“氮化物”指氮和周期表中的一种或多种其他元素的化合物。氮化物包括但不限于氮化硅、氮化硼或氮化铝。

“穿孔”包括管道、管、导管或其他流动通道的壁中的允许流入或流出管道、管、导管或其他流动通道的开口、槽、孔或洞。

“热解”是化学键由于热的施加而断开。例如，热解可包括只通过加热将化合物转变为一种或多种其他物质。热可传递到地层的一部分来造成热解。

“热解流体”或“热解产物”指基本上在烃热解过程中生成的流体。通过热解反应生成的流体可与地层中的其他流体混合。混合物将被认为是热解流体或热解产物。如本文所用，“热解区”指地层的发生反应来形成热解流体的体积（例如，相对可渗透的地层，如沥青砂地层）。

层的“厚度”指层的截面的厚度，其中，所述截面垂直于所述层的表面。

术语“井筒”指地层中通过钻井或将管道插入地层中形成的洞。井筒可具有基本上圆形的横截面，或其他横截面形状。如本文所用，术语“井”和“开口”，当涉及地层中的开口时，可与术语“井筒”互换使用。

地层可以多种方式处理来产生很多不同的产品。在就地热处理工艺过程中，不同的步骤或工艺可用于处理地层。在一些实施例中，地层的一个或多个部分通过溶液采矿来从所述部分分离出可溶矿物。溶液开采矿物可在就地热处理工艺之前、过程中和/或之后进行。在一些实施例中，正在进行溶液采矿的一个或多个部分的平均温度可保持低于约120℃。

在一些实施例中，地层的一个或多个部分被加热来从所述部分分离出水，和/或从所述部分分离出甲烷和其他挥发性烃。在一些实施例中，在水和挥发性烃分离出过程中，平均温度可从环境温度升高到低于约220℃的温度。

在一些实施例中，地层的一个或多个部分被加热到允许地层中的烃运动和/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升高到所述部分中的烃的活动化温度（例如，升高到在从100℃到250℃，从120℃到240℃，或从150℃到230℃的温度范围）。

在一些实施例中，一个或多个部分被加热到允许地层中进行热解反应的温度。在一些实施例中，地层的一个或多个部分的平均温度可升高到所述部分中的烃热解的温度（例如从230℃到900℃，从240℃到400℃或从250℃到350℃的温度范围）。

使用多个热源加热含烃地层可能围绕热源形成热梯度，所述热源在期望加热速率下将地层中的烃升高到期望温度。通过为得到期望产物的活动化温度范围和/或热解温度范围的温度升高速率可影响从含烃地层生产的地层流体的质量和数量。将地层温度缓慢升高通过活动化温度范围和/或热解温度范围，可允许从地层生产高质量高API比重的烃。缓慢升高地层温度通过活动化温度范围和/或热解温度范围可允许分离出存在于地层中的大量烃作为烃产物。

在一些就地热处理实施例中，将地层的一部分加热到期望温度，而不是缓慢加热通过一个温度范围。在一些实施例中，期望温度为300℃，325℃或350℃。可选择其他温度作为期望温度。

来自热源的热的叠加允许期望温度在地层中相对快速并且高效地建立。可调节从热源到地层的能量输入，以将地层中的温度基本上保持在期望温度。

可通过生产井从地层产生活动化和/或热解产物。在一些实施例中，将一个或多个部分的平均温度升高到活动化温度，并且将烃从生产井生产。由于活动化降低到低于选定值，因此可将一个或多个部分的平均温度在生产之后升高到热解温度。在一些实施例中，可将一个或多个部分的平均温度升高到热解温度而在达到热解温度之前没有进行太多生产。可通过生产井生产包括热解产物的地层流体。

在一些实施例中，在活动化和/或热解之后，可将一个或多个部分的平均温度升高到足够允许进行合成气生产的温度。在一些实施例中，可将烃升高到足够允许进行合成气生产的温度，但是在达到足够允许进行合成气生产的温度之前没有进行太多生产。例如，合成气可在约400℃到约1200℃，约500℃到约1100℃，或约550℃到约1000℃的温度范围内生成。产生合成气的流体（例如蒸汽和/或水）可引入到所述部分中来产生合成气。合成气可从生产井生产。

溶液采矿、分离出挥发性烃和水、使烃活动化、热解烃、产生合成气和/或其他工艺可在就地热处理工艺过程中进行。在一些实施例中，一些工艺可在就地热处理工艺之后进行。这样的步骤可包括但不限于，从处理过的部分回收热、在之前处理过的部分中存储流体（例如水和/或烃）和/或在之前处理过的部分中隔离二氧化碳。

图1示出了用于处理含烃地层的就地热处理系统的一部分的实施例的示意图。该就地热处理系统可包括阻隔井200。阻隔井用于围绕处理区域形成阻隔屏障。阻隔屏障抑制流体流入和/或流出处理区。阻隔井包括但不限于脱水井、真空井、捕集井、喷射井、灌浆井、冷冻井或其组合。在一些实施例中，阻隔井200为脱水井。脱水井可去除液体水和/或抑制液体水进入待加热的地层部分或到达正在加热的地层。在图1中所示的实施例中，阻隔井200显示为仅沿热源202的一侧延伸，但是阻隔井通常环绕用于或待用于加热地层热处理区的全部热源202。

热源202放置在地层的至少一部分中。热源202可包括加热器，例如绝缘导体、管内导体加热器、表面燃烧器、无焰分布型燃烧室和/或自然分布型燃烧室。热源202可还包括其他类型的加热器。热源202向地层的至少一部分提供热，以加热地层中的烃。能量可通过供给线路204提供到热源202。供给线路204可根据用于加热地层的一个热源或多个热源的类型以不同方式构造。用于热源的供给线路204可传送用于电加热器的电力，可输送用于燃烧器的燃料，或输送在地层中循环的换热流体。在一些实施例中，用于就地热处理工艺的电力可由一个核电站或多个核电站提供。核电的使用可使得减少或消除从就地热处理工艺排放二氧化碳。

当加热地层时，到地层中的热输入可造成地层膨胀和岩土力学移动。热源可在脱水步骤之前、与脱水步骤同时或在脱水过程中打开。计算机模拟可为地层对加热的响应建模。计算机模拟可用来开发用于启动地层中热源的方式和时序，以使地层的岩土力学移动不会不利地影响热源、生产井和地层中的其他设备的功能。

加热地层可造成地层的渗透性和/或空隙率的提高。渗透性和/或空隙率的提高可能由于地层中的物质因蒸发和分离出水、分离出烃和/或形成裂纹而减少造成。由于地层的提高的渗透性和空隙率，流体可更容易地在地层的被加热部分中流动。由于提高的渗透性和空隙率，地层的被加热部分中的流体可穿过地层移动相当大的距离。所述相当大的距离可超过1000m，取决于多种因素，例如地层的渗透性、流体的性能、地层的温度、使流体移动的压力梯度。流体在地层中移动相当大距离的能力使生产井206能够在地层中相对远地间隔开。

生产井206用于从地层分离出地层流体。在一些实施例中，生产井206包括热源。生产井中的热源可在生产井处或附近加热地层的一个或多个部分。在一些就地热处理工艺实施例中，每米生产井的从生产井提供到地层的热量小于每米热源的从加热地层的热源施加到地层的热量。从生产井施加到地层的热可通过蒸发和分离出与生产井相邻的液相流体，和/或通过形成宏观和/或微观裂纹来提高与生产井相邻的地层渗透性，来提高与生产井相邻的地层渗透性。

不止一个热源可设置在生产井中。当来自相邻多个热源的热叠加将地层充分加热，从而抵消通过使用生产井加热地层提供的益处时，生产井下部中的热源可关闭。在一些实施例中，在生产井下部中的热源停止之后，生产井的上部中的热源可保持打开。生产井上部中的热源可抑制地层流体的冷凝和回流。

在一些实施例中，生产井206中的热源允许地层流体以蒸汽相从地层分离出。在生产井处或穿过生产井提供加热可：（1）当生产流体靠近上覆岩层在生产井中移动时，抑制这样的生产流体的冷凝和/或回流，（2）提高到地层中的热输入，（3）与没有热源的生产井相比较，提高生产井的生产率，（4）抑制生产井中高碳数化合物（C6烃和更高碳数的烃）的冷凝，和/或（5）提高生产井处或附近的地层渗透性。

地层中的地下压力可对应于地层中产生的流体压力。当地层的被加热部分中的温度升高时，被加热部分中的压力可由于就地流体的热膨胀、增多的流体产生和水的蒸发而增大。控制流体从地层分离出的速率可容许控制地层中的压力。地层中的压力可在多个不同位置处确定，例如生产井附近或生产井处、热源附近或热源处或监测井处。

在一些含烃地层中，从地层生产烃受到抑制，直到地层中的烃的至少一些已经被活动化和/或热解。当地层流体具有选定质量时，地层流体可从地层生产。在一些实施例中，选定质量包括至少约20°，30°或40°的API比重。抑制生产直到至少一些烃被活动化和/或热解，可提高重烃到轻烃的转化。抑制初始生产可尽量减少从地层生产重烃。大量重烃的生产可能需要昂贵的设备，和/或缩短生产设备的使用寿命。

在一些含烃地层中，地层中的烃可在已经在地层的被加热部分中产生大的渗透性之前，被加热到活动化和/或热解温度。最初缺乏渗透性可抑制产生的流体输送到生产井206。

在初始加热过程中，在靠近热源处，地层中的流体压力可增大。增大的流体压力可通过一个或多个热源202释放、监测、改变和/或控制。例如，选定的热源202或单独的减压井可包括减压阀，其允许将一些流体从地层分离出。

在一些实施例中，可允许由于活动化流体、热解流体或地层中产生的其他流体的膨胀产生的压力提高，但是地层中不能存在通到生产井206的通路或任何其他压力降。流体压力可允许向静岩压力增大。当流体接近静岩压力时，可在含烃地层中形成裂纹。例如，裂纹可在地层的被加热部分中从热源202向生产井形成。被加热部分中裂纹的产生可释放所述部分中的一些压力。地层中的压力可能必须保持在选定压力以下，以抑制不期望的产物、上覆岩层或下伏岩层的断裂和/或地层中烃的结焦。

在到达活动化和/或热解温度并且能够从地层生产之后，地层中的压力可改变，从而改变和/或控制生产的地层流体的组分，控制地层中可冷凝流体与不可冷凝流体相比的百分比，和/或控制正在生产的地层流体的API比重。例如，减小压力可导致更大的可冷凝流体组分的生产。可冷凝流体组分可包含更大百分比的烯烃。

在一些就地热处理工艺实施例中，地层中的压力可保持足够高，以促进具有大于20°的API比重的地层流体生产。在地层中保持增大的压力可抑制就地热处理过程中地层沉降。保持增大的压力可减少或消除在表面处压缩地层流体来在收集管中将流体输送到处理设备的需要。

在地层的被加热部分中保持增大的压力可令人惊奇地允许生产大量具有提高的质量和相对低分子量的烃。压力可保持为使得生产的地层流体具有最小量的高于选定碳数的化合物。选定碳数可最大为25，最大为20，最大为12，或最大为8。一些高碳数化合物可夹带在地层中的蒸气中，并且可随蒸气从地层分离出。在地层中保持增大的压力可抑制高碳数化合物和/或多环烃化合物夹带在蒸气中。高碳数化合物和/或多环烃化合物可以液相保留在地层中非常长时间。该非常长时间可为化合物热解提供充足时间，以形成较低碳数化合物。

相对低分子量的烃的产生被认为部分由于含烃地层的一部分中的氢的自动产生和反应。例如，保持增大的压力可迫使热解过程中产生的氢进入地层中的液相。将所述部分加热到热解温度范围内的温度可将地层中的烃热解来产生液相热解流体。产生的液相热解流体组分可包括双键和/或基。液相中的氢（H₂）可减少产生的热解流体中的双键，由此降低来自产生的热解流体的长链化合物的聚合或形成的可能性。另外，H₂还可中和产生的热解流体中的基。液相中的H₂可抑制产生的热解流体彼此反应和/或与地层中的其他化合物反应。

从生产井206生产的地层流体可通过收集管208传输到处理设备210。地层流体也可从热源202生产。例如，流体可从热源202生产来控制与所述热源相邻的地层中的压力。从热源202生产的流体可通过导管或管路输送到收集管208，或生产流体可通过导管或管路直接输送到处理设备210。处理设备210可包括分离装置、反应装置、提升装置、燃料电池、涡轮机、存储容器和/或用于处理生产地层流体的其他系统和装置。所述处理设备可形成来自从地层生产的烃的至少一部分的输送燃料。在一些实施例中，输送燃料可以是喷射燃料，例如JP-8。

绝缘导体可用作加热器或热源的电加热器元件。绝缘导体可包括由电绝缘体围绕的内部电导体（芯），和外部电导体（护套）。电绝缘体可包括矿物绝缘材料（例如氧化镁）或其他电绝缘材料。

在一些实施例中，绝缘导体放置在含烃地层中的开口中。一些实施例中，绝缘导体放置在含烃地层中的裸眼开口中。将绝缘导体放置在含烃地层中的裸眼开口内可使热通过辐射以及传导从绝缘导体传递到地层。使用裸眼开口可便于绝缘导体从井取回，如果需要的话。

在一些实施例中，绝缘导体放置在地层中的套管中，可固牢在地层中，或可使用砂、碎石或其他填料装填入开口中。绝缘导体可支撑在设置在开口中的支撑构件上。支撑构件可以是电缆、杆或管道（例如导管）。支撑构件可由金属、陶瓷、无机材料或其组合制成。由于在使用过程中支撑构件的部分可暴露于地层流体和加热，因此支撑构件可耐化学物质和/或耐热。

系绳、点焊和/或其他类型的连接器可用于将绝缘导体在沿绝缘导体长度的不同位置处联接到支撑构件。支撑构件可在地层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，从而不需要支撑构件。绝缘导体可在很多情况下具有至少一些柔性，以在经受温度变化时防止热膨胀损坏。

在一些实施例中，绝缘导体在没有支撑构件和/或扶正器的情况下放置在井筒中。没有支撑构件和/或扶正器的绝缘导体可具有抑制绝缘导体在使用过程中故障的耐热和耐蚀、蠕变强度、长度、厚度（直径）和冶金性能的适当组合。

图2示出了绝缘导体212的一个实施例的端部的立体视图。绝缘导体212可具有任何期望的横截面形状，例如但是不限于圆形（图2中所示）、三角形、椭圆形、矩形、六边形或不规则形状。在一些实施例中，绝缘导体212包括芯214、电绝缘体216和护套218。芯214可在电流通过所述芯时电阻加热。交变或随时间变化的电流和/或直流可用于向芯214提供功率，以使芯电阻加热。

在一些实施例中，电绝缘体216抑制向护套218的电流泄漏和电弧放电。电绝缘体216可将芯214中产生的热量热传导到护套218。护套218可向地层辐射或传导热。在一些实施例中，绝缘导体212长度为1000米或更长。较长或较短的绝缘导体也可用于满足特定应用的需要。绝缘导体212的芯214、电绝缘体216和护套218的尺寸可选择成使绝缘导体具有足够的强度来甚至在上限工作温度下仍能够自支撑。这样的绝缘导体可从井口或设置在上覆岩层和含烃地层之间的界面附近的支架悬挂，而无需与绝缘导体一起延伸到含烃地层中的支撑构件。

绝缘导体212可设计用于在高可达约1650瓦/米或更高的功率水平下操作。在一些实施例中，当加热地层时，绝缘导体212在约500瓦/米和约1150瓦/米之间的功率水平下操作。绝缘导体212可设计成使通常操作温度下的最大电压水平不使电绝缘体216产生显著的热和/或电击穿。绝缘导体212可设计成使护套218不超过将导致护套材料耐蚀性能显著降低的温度。在一些实施例中，绝缘导体212可设计成达到在约650℃和约900℃之间的范围内的温度。可形成具有其他操作范围的绝缘导体来满足特定操作要求。

如所示，图2示出了具有单个芯214的绝缘导体212。在一些实施例中，绝缘导体212具有两个或更多个芯214。例如，单个绝缘导体可具有三个芯。芯214可由金属或其他导电材料制成。用于形成芯214的金属可包括但不限于镍铬合金、铜、镍、碳钢、不锈钢及其组合。在一些实施例中，芯214选择成具有一定直径和在操作温度下的电阻率以使得其由欧姆定律得到的电阻使其在电学方面和结构方面稳定，从而实现选择的每米功耗、加热器长度和/或芯材料允许的最大电压。

在一些实施例中，芯214沿绝缘导体212由不同的材料制成。例如，芯214的第一部分可由电阻比所述芯的第二部分低得多的材料制成。第一部分可与不需要加热到与第二地层一样高温度的地层相邻放置，所述第二地层与第二部分相邻。芯214的各个部分的电阻率可通过具有可变直径和/或通过具有由不同材料制成的多个芯部分来调节。

电绝缘体216可由多种材料制成。通常使用的粉末可包括但不限于，MgO，Al₂O₃，氧化锆，BeO，尖晶石的不同的化学变体，及其组合。MgO可提供良好的热传导性和电绝缘性能。期望的电绝缘性能包括低漏电流和高介电强度。低漏电流降低热击穿的可能性，高介电强度降低跨过绝缘体电弧放电的可能性。如果漏电流造成绝缘体的温度渐进升高，则可能发生热击穿，还导致跨过绝缘体电弧放电。

护套218可以是外金属层或导电层。护套218可与热地层流体处于接触。护套218可由在高温度下具有高耐腐蚀性的材料制成。可用于护套218的期望操作温度范围的合金包括但不限于304不锈钢、310不锈钢、

800和

600（Inco Alloys International，Huntington，West Virginia，U.S.A.）。护套218的厚度可能必须在热和腐蚀性环境中足够持续三到十年。护套218的厚度可通常在约1mm和约2.5mm之间变化。例如，1.3mm厚的310不锈钢外层可用作护套218，以提供持续超过3年的对地层被加热区中的硫蚀的良好的化学耐性。较大或较小的护套厚度可用于满足特定的应用要求。

一个或多个绝缘导体可放置在地层中的开口中，以形成一个热源或多个热源。电流可传送到开口中每一个导体来加热地层。或者，电流可传送通过开口中的选定绝缘导体。不使用的导体可用作备用加热器。绝缘导体可以任何便利方式电联接到电源。绝缘导体的每一端可联接到穿过井口的引入电缆。这样的结构通常具有设置在热源底部附近的180°弯折（“急转弯”弯折）或拐弯部分。包括180°弯折或拐弯部分的绝缘导体可不需要底部端子，但是180°弯折或拐弯部分可能是加热器中的电和/或结构弱点。绝缘导体可串联、并联或以串并联混合方式电联接在一起。在热源的一些实施例中，电流可传送到绝缘导体的导体中，并且可通过在热源底部处将芯214连接到护套218（图2中所示）而通过绝缘导体的护套返回。

在一些实施例中，三个绝缘导体212以3相Y形结构电联接到电源。图3示出了地下地层中的开口内以Y形结构连接的三个绝缘导体的实施例。图4示出了可从地层中的开口220取出的三个绝缘导体212的实施例。Y形结构中的三个绝缘导体不需要底部连接。或者，Y形结构的全部三个绝缘导体可在开口的底部附近连接在一起。所述连接可直接在绝缘导体的加热部分的端部处或在冷引线（较小电阻部分）的端部处形成，其中所述冷引线在绝缘导体的底部处联接到加热部分。底部连接可使用绝缘体填充或密封的罐或使用环氧树脂填充的罐制得。该绝缘体可以是与用作电绝缘材料的绝缘体相同的组分。

图3和4中示出的三个绝缘导体212可使用扶正器224连接到支撑构件222。或者，绝缘导体212可使用金属带直接捆绑到支撑构件222。扶正器224可使绝缘导体212在支撑构件222上保持在位和/或抑制绝缘导体212在支撑构件222上的移动。扶正器224可由金属、陶瓷或其组合制成。金属可以是不锈钢或能够耐腐蚀和高温环境的任何其他类型的金属。在一些实施例中，扶正器224为以小于约6m的距离焊接到支撑构件的弯曲金属条带。用于扶正器224中的陶瓷可以是，但不限于Al₂O₃，MgO或其他电绝缘体。扶正器224可在支撑构件222上保持绝缘导体212的位置，以使绝缘导体的移动在绝缘导体的操作温度下受到抑制。绝缘导体212也可有些柔性，以经受加热过程中支撑构件222的膨胀。

支撑构件222、绝缘导体212和扶正器224可放置在烃层226的开口220中。绝缘导体212可使用冷引线230联接到底部导体接合部228。底部导体接合部228可将每一个绝缘导体212彼此电联接。底部导体接合部228可包括导电但是在开口220中的温度下不熔化的材料。冷引线230可以是具有比绝缘导体212更低电阻的绝缘导体。

引入导体232可联接到井口234，以向绝缘导体212提供电力。引入导体232可由相对低电阻的导体制成，以使相对很少的热由于电流通过引入导体而产生。在一些实施例中，引入导体为橡胶或聚合物绝缘的多股铜线。在一些实施例中，引入导体为具有铜芯的矿物绝缘导体。引入导体232可在表面236处通过设置在上覆岩层238和表面236之间的密封凸缘联接到井口234。密封凸缘可抑制流体从开口220漏出到表面236。

在一些实施例中，引入导体232使用过渡导体240联接到绝缘导体212。过渡导体240可为绝缘导体212的较小电阻部分。过渡导体240可称为绝缘导体212的“冷引线”。过渡导体240可设计成每单位长度消耗绝缘导体212的主加热部分每单位长度中消耗功率的约十分之一到约五分之一的功率。过渡导体240可通常在约1.5m和约15m之间，但是可使用更短或更长的长度来适应特定应用要求。在一个实施例中，过渡导体240的导体为铜。过渡导体240的电绝缘体可以是与主加热部分中所用的相同类型的电绝缘体。过渡导体240的护套可由耐蚀材料制成。

在一些实施例中，过渡导体240通过接合接头或其他联接接头而联接到引入导体232。接合接头也可用于将过渡导体240联接到绝缘导体212。接合接头可必须耐受等于目标区操作温度的一半的温度。接合接头中的电绝缘材料的密度应在很多情况下足够高以耐受所需温度和操作电压。

在一些实施例中，如图3中所示，填料242设置在上覆岩层套管244和开口220之间。在一些实施例中，增强材料246可将上覆岩层套管244固定到上覆岩层238。填料242可抑制流体从开口220流动到表面236。增强材料246可包括例如与用于提高高温性能的硅砂粉混合的G级或H级波特兰水泥、炉渣或硅砂粉和/或其混合物。在一些实施例中，增强材料246径向延伸约5cm到约25cm的宽度。

如图3和4中所示，支撑构件222和引入导体232可在地层的表面236处联接到井口234。表面导体248可围绕增强材料246并连接至井口234。表面导体的实施例可延伸到地层中的开口内约3m到约515m的深度。或者，表面导体可延伸到地层中约9m的深度。电流可从电源提供到绝缘导体212，从而由于绝缘导体的电阻而产生热。从三个绝缘导体212产生的热可在开口220中传递来加热烃层226的至少一部分。

由绝缘导体212产生的热可加热含烃地层的至少一部分。在一些实施例中，基本上通过产生的热向地层的辐射来将热传递到地层。由于开口中存在气体，因此一些热可通过热的传导或对流传递。开口可以是裸眼开口，如图3和4中所示。裸眼开口消除了与将加热器热固牢到地层相关的成本，与装套管相关的成本，和/或将加热器封装在孔中的成本。另外，通过辐射进行的热传递通常比通过传导更高效，因此加热器可在裸眼井筒中在较低的温度下操作。热源初始操作过程中的传导热传递可通过在开口中添加气体增强。气体可保持在高可达约27巴绝对压力的压力下。气体可包括但不限于二氧化碳和/或氦。裸眼井筒中的绝缘导体加热器可有利地自由膨胀或收缩，以适应热膨胀和收缩。绝缘导体加热器可有利地可从裸眼井筒取出或再布署。

在一些实施例中，绝缘导体加热器组件使用卷绕组件安装或取出。不止一个卷绕组件可用于同时安装绝缘导体和支撑构件。或者，支撑构件可使用盘管装置安装。加热器可被展开，并且在支架插入井中时连接到支架。电加热器和支撑构件可从卷绕组件展开。衬垫可沿支撑构件的长度联接到支撑构件和加热器。其他卷绕组件可用于其他电加热器元件。

限温加热器可呈在某些温度下为加热器提供自动限温性能的构造和/或可包括在某些温度下为加热器提供自动限温性能的材料。限温加热器的实例可见于以下美国专利：授予Wellington等人的美国专利No.6,688,387、授予Sumnu-Dindoruk等人的美国专利No.6,991,036、授予Karanikas等人的美国专利No.6,698,515、授予Wellington等人的美国专利No.6,880,633、授予Rouffignac等人的美国专利No.6,782,947、授予Vinegar等人的美国专利No.6,991,045、授予Vinegar等人的美国专利No.7,073,578、授予Vinegar等人的美国专利No.7,121,342、授予Fairbanks的美国专利No.7,320,364、授予McKinzie等人的美国专利No.7,527,094、授予Mo等人的美国专利No.7,584,789、授予Hinson等人的美国专利No.7,533,719和授予Miller等人的美国专利No.7,562,707，以及Vinegar等人的美国专利申请公开号2009-0071652、Burns等人的美国专利申请公开号2009-0189617、Prince-Wright等人的美国专利申请公开号2010-0071903和Nguyen等人的美国专利申请公开号2010-009613。限温加热器的尺寸适于利用AC频率（例如60Hz AC）或利用调制DC电流操作。

在一些实施例中，铁磁性材料用于限温加热器中。铁磁性材料在材料的居里温度和/或相变温度范围或附近可自我限制温度，以便当时变电流施加于材料时提供减少的热量。在一些实施例中，铁磁性材料在选定温度下自我限制限温加热器的温度，该选定温度近似为居里温度和/或在相变温度范围中。在一些实施例中，选定温度在相变温度范围和/或居里温度的大约35℃内，大约25℃内，大约20℃内，或者大约10℃内。在一些实施例中，铁磁性材料与其它材料（例如高传导性材料、高强度材料、耐腐蚀材料或其组合）联接以便提供各种电和/或机械性能。限温加热器的一些部件可具有比限温加热器的其它部件低的电阻（通过不同几何形状和/或通过使用不同铁磁性和/或非铁磁性材料所引起）。使得限温加热器的部件具有各种材料和/或尺寸，就容许得到来自加热器的每个部件的期望热输出。

限温加热器可比其它加热器更可靠。限温加热器可较不易于由于地层中的热点而损坏或失效。在一些实施例中，限温加热器容许基本上均匀加热地层。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在更高的平均热输出下操作而更有效地加热地层。限温加热器沿着加热器的整个长度在更高的平均热输出下操作，这是因为如果沿着加热器的任一点的温度超过或即将超过加热器的最高操作温度，送往加热器的功率不必被降低到整个加热器的程度，而典型的恒定瓦特数加热器就是这样。来自限温加热器的接近加热器的居里温度和/或相变温度范围的部分的热输出自动地降低，而不需要对施加至加热器的时变电流进行受控制的调节。由于限温加热器的部分的电性能（例如电阻）的变化，热输出自动地降低。因此，在加热过程的更大部分期间，通过限温加热器供应更多功率。

在一些实施例中，当限温加热器通过时变电流供能时，包括限温加热器的系统首先提供第一热输出，然后在接近加热器的电阻部分的相变温度范围和/或居里温度时，在加热器的电阻部分的相变温度范围和/或居里温度，或者在加热器的电阻部分的相变温度范围和/或居里温度以上，提供降低的（第二热输出）热输出。第一热输出为在一定温度下的热输出，在该温度以下，限温加热器开始自我限制。在一些实施例中，第一热输出为在限温加热器中的铁磁性材料的居里温度和/或相变温度范围以下大约50℃的温度，以下大约75℃的温度，以下大约100℃的温度或以下大约125℃的温度的热输出。

限温加热器可通过在井口供应的时变电流（交流电流或调制直流电流）供能。井口可包括电源及用于向限温加热器供给功率的其它部件（例如调制部件、变压器和/或电容器）。限温加热器可为用于加热地层的一部分的许多加热器之一。

在一些实施例中，限温加热器包括当时变电流施加于导体时用作趋肤效应或邻近效应加热器的导体。趋肤效应限制进入导体内部的电流透入深度。对于铁磁性材料，趋肤效应由导体的磁导率控制。铁磁性材料的相对磁导率通常介于10至1000之间（例如，铁磁性材料的相对磁导率通常为至少10，并且可为至少50、100、500、1000或更大）。随着铁磁性材料的温度升高到居里温度或者相变温度范围以上，和/或随着施加的电流增加，铁磁性材料的磁导率显著地减小并且趋肤深度快速地扩大（例如，趋肤深度作为磁导率的平方根倒数扩大）。在居里温度相变温度范围或其附近或以上，和/或随着施加的电流增加，磁导率的减小导致导体的交流电流或调制直流电阻减小。当限温加热器由基本上恒流电源驱动时，加热器的接近、达到或在居里温度和/或相变温度范围以上的部分可具有减小的散热。限温加热器的并未在居里温度和/或该相变温度范围或附近的部分可通过趋肤效应加热来控制，所述趋肤效应加热容许加热器由于更高的电阻负载而具有高散热。

使用限温加热器加热地层中的烃的一个优点为导体在期望的温度操作范围中被选择成具有居里温度和/或相变温度范围。在期望操作温度范围内操作容许相当大的热注入地层同时保持限温加热器及其它设备的温度低于设计极限温度。设计极限温度为例如腐蚀、蠕变和/或变形之类的性能受到不利影响的温度。限温加热器的限温性能防止在邻近地层中的低导热性“热点”处发生加热器过热或烧毁。在一些实施例中，限温加热器能够降低或控制热输出和/或承受在高于25℃、37℃、100℃、250℃、500℃、700℃、800℃、900℃、或更高高达1131℃的温度的热，取决于用于加热器的材料。

与恒定瓦特数加热器相比，限温加热器容许更多的热注入地层中，这是因为限温加热器的能量输入不必一定被限制于适应邻近加热器的低热传导性区域。例如，在绿河（Green River）油页岩中，最低含量油页岩层和最高含量油页岩层的热导率相差至少3倍。当加热这种地层时，利用限温加热器比利用常规型加热器将显著更多的热传递至地层，该常规型加热器受到低热传导性层处的温度限制。沿着常规型加热器的整个长度的热输出需要适应低热传导性层，以便使得加热器不会在低热传导性层处过热和烧毁。对于限温加热器，邻近在高温下的低热传导性层处的热输出将减小，但是并未在高温下的限温加热器的其余部分仍将提供高热输出。因为用于加热烃地层的加热器通常具有长的长度（例如至少10m、100m、300m、500m、1km或更多高达大约10km），限温加热器的长度的大部分可在居里温度和/或相变温度范围以下操作，同时只有少数部分在限温加热器的居里温度和/或相变温度范围或附近。

使用限温加热器容许有效传热至地层。有效传热容许减少加热地层至要求的温度需要的时间。例如，当利用常规型恒定瓦特数加热器使用12m加热器井距时，在绿河油页岩中，热解通常需要加热9.5年至10年。对于相同的加热器间距，限温加热器可容许更大平均热输出同时保持加热器设备温度低于设备设计限制温度。利用由限温加热器提供的比由恒定瓦特数加热器提供的较低平均热输出更大的平均热输出，在地层中的热解可在更早的时间发生。例如，在绿河油页岩中，利用12m加热器井间距，使用限温加热器时热解可在5年后发生。限温加热器抑制在加热器井太密集的情况下由于不准确的井间距设定或钻井而造成的热点。在一些实施例中，限温加热器容许对于间距太远的加热器井随着时间的过去增加功率输出，或者对于间隔太密集的加热器井限制功率输出。限温加热器还在邻近上覆岩层和下伏岩层的区域中提供更多的功率以便补偿在该区域中的温度损失。

限温加热器可有利地用于许多类型的地层中。例如，在焦油砂矿地层或者含重质烃类的相对可渗透性岩层中，可以使用限温加热器来提供可控制的低温输出，以便减小流体粘度、使流体活动化、和/或在井眼或其附近或在地层中增强流体的径向流动。可以使用限温加热器来防止由于地层的附近井眼区域的过热引起的过多焦炭形成。

在一些实施例中，使用限温加热器消除或减少了对于价格昂贵的温度控制电路的需要。例如，使用限温加热器消除或减少了对进行温度测井的需要和/或对使用加热器上的固定热电偶来监控热点处的可能过热的需要。

限温加热器可用于导管内装导体型加热器。在导管内装导体型加热器的一些实施例中，电阻热的大部分在导体中产生，并且热量辐射、传导和/或对流地传递至管道。在导管内装导体型加热器的一些实施例中，大部分电阻热在管道中产生。

在一些实施例中，较薄的导电层用来在高达铁磁性导体的居里温度和/或相变温度范围或其附近的温度的温度下提供限温加热器的电阻热输出的大部分。此类限温加热器可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位于外鞘内部，在该外鞘与加热构件之间具有绝缘层。

用于地下应用中例如在一些应用中加热含烃地层的矿物绝缘（MI）电缆（绝缘导体）较长，可具有较大的外径，并且可在比MI电缆行业中通常的电压和温度更高的电压和温度下操作。对于这些地下应用，需要邻近多个MI电缆以制造具有足够长度的MI电缆，从而到达高效加热地下所需的深度和距离，并且将具有不同功能的节段连接，例如连接到加热器部分的引入电缆。这样的长加热器还需要更高的电压，以将足够的功率提供给加热器的最远端。

传统的MI电缆接合接头设计通常不适用于高于1000伏，高于1500伏或高于2000伏的电压，并且在高温下，例如高于650℃（约1200℉）、高于700℃（约1290℉）或高于800℃（约1470℉）的高温下，不可能长时间操作而没有故障。这样的高压、高温应用通常需要接合接头中的矿物绝缘材料的密实度尽可能接近或高于绝缘导体（MI电缆）自身中的密实度水平。

用于一些应用的MI电缆的相对大的外径和长的长度需要电缆在水平取向时接合。存在用于MI电缆的其它应用的接合接头，它们水平地制备。这些技术通常使用小孔，矿物绝缘材料（例如氧化镁粉）通过所述小孔填充到接合接头中，并且通过振动和捣紧来稍微压实。这样的方法没有提供矿物绝缘材料的充分压实，或甚至在一些情况下，不允许矿物绝缘材料的任何压实，并且因而可能不适用于制造在这些地下应用所需的高压下使用的接合接头。

因而，需要绝缘导体的接合接头，其非常简单，但是可在地下环境中长时间在高压和高温下操作而没有故障。另外，接合接头可能需要更高的抗弯曲和抗拉强度，以抑制接合接头在电缆在地下可能经受的重力载荷和温度的作用下发生故障。也可利用减小接合接头中的电场强度的技术和方法，以使接头中的漏电流减小，以及增大运行电压和击穿电压之间的差值。减小电场强度可有助于提高接合接头的电压和温度运行范围。

图5示出了用于连接绝缘导体的适配接头的一个实施例的侧视剖视图。适配接头250为用于连接绝缘导体212A，212B的接合接头或联接接头。在一些实施例中，适配接头250包括套筒252和壳体254A，254B。壳体254A，254B可以是接头壳体、联接接头壳体或联接器壳体。套筒252和壳体254A，254B可由机械强度强的导电材料制成，例如但是不限于不锈钢。套筒252和壳体254A，254B可以是圆柱状或多边形状。套筒252和壳体254A，254B可具有圆形边缘、成锥形变化的直径变化、其他特征或其组合，它们降低适配接头250中的电场强度。

适配接头250可用于将绝缘导体212A联接（接合）到绝缘导体212B，同时保持绝缘导体的护套（外鞘）、绝缘材料和芯（导体）的机械和电完整性。适配接头250可用于将生热的绝缘导体和不生热的绝缘导体联接，将生热的绝缘导体和其他生热的绝缘导体联接，或将不生热的绝缘导体和其他不生热的绝缘导体联接。在一些实施例中，不止一个适配接头250用于联接多个生热和不生热的绝缘导体，以提供长绝缘导体。

适配接头250可用于联接具有不同直径的绝缘导体，如图5中所示。例如，绝缘导体可具有不同的芯（导体）直径，不同的护套（外鞘）直径，或不同直径的组合。适配接头250也可用于联接具有不同冶金性能、不同类型绝缘材料或其组合的绝缘导体。

如图5中所示，壳体254A联接到绝缘导体212A的护套（外鞘）218A和壳体254B。在一些实施例中，壳体254A，254B熔焊、钎焊或以其他方式永久固定到绝缘导体212A，212B。在一些实施例中，壳体254A，254B暂时或半永久地固定到绝缘导体212A，212B的护套218A，218B（例如使用螺纹或粘接剂来联接）。适配接头250可在绝缘导体212A，212B的端部之间居中放置。

在一些实施例中，套筒252和壳体254A，254B的内部体积基本上使用电绝缘材料256填充。在一些实施例中，“基本上填充”指使用电绝缘材料完全或几乎完全填充所述一个或多个体积，在所述一个或多个体积中基本上不具有宏观空隙。例如，基本上填充可指使用由于微观空隙具有一定孔隙率（例如，高可达约40%的孔隙率）的电绝缘材料填充几乎全部体积。电绝缘材料256可包括氧化镁、滑石、陶瓷粉（例如氮化硼）、氧化镁和另一电绝缘体（例如，高可达约50%重量百分比的氮化硼）的混合物、陶瓷水泥、陶瓷粉末与一些非陶瓷材料（例如二硫化钨（WS2））的混合物、或其混合物。例如，氧化镁可与氮化硼或另一电绝缘体混合，以提高电绝缘材料的流动性能，从而提高电绝缘材料的介电性能，或提高适配接头的柔性。在一些实施例中，电绝缘材料256为类似于至少一个绝缘导体212A，212B内部使用的电绝缘材料的材料。电绝缘材料256可具有基本上与至少一个绝缘导体212A，212B内部使用的电绝缘材料相似的介电特性。

在一些实施例中，第一套筒252和壳体254A，254B构造成（例如，放在一起或制造成）埋入或嵌入在电绝缘材料256中。构造埋入电绝缘材料256中的套筒252和壳体254A抑制开放空间在所述部分的内部体积中形成。套筒252和壳体254A，254B具有开放端，用于允许绝缘导体212A，212B穿过。这些开放端的尺寸可制成具有比绝缘导体护套的外径略大的直径。

在一些实施例中，绝缘导体212A，212B的芯214A，214B在联接部258处连接在一起。绝缘导体212A，212B的护套和绝缘材料可在连接芯之前回切或剥开来露出芯214A，214B的期望长度。联接部258可设置在套筒252内电绝缘材料256中。

联接部258可例如通过压缩、压接、钎焊、熔焊或本领域中已知的其他技术将芯214A，214B连接在一起。在一些实施例中，芯214A由与芯214B不同的材料制成。例如，芯214A可以是铜，而芯214B为不锈钢、碳钢或Alloy180（合金180）。在这样的实施例中，可能必须使用特定的方法来将芯焊接在一起。例如，所述芯的抗拉强度性能和/或屈服强度性能可能必须非常接近地匹配，以使芯之间的联接部不会随时间或由于使用而劣化。

在一些实施例中，铜芯可能在将芯连接到碳钢或Alloy180（合金180）之前加工硬化。在一些实施例中，通过在不同材料的芯之间使用填料（例如填充金属）进行同轴焊接（in-line welding）来联接芯。例如，

（Special Metals Corporation，New Hartford，NY，U.S.A）镍合金可用作填料。在一些实施例中，铜芯在焊接工艺之前使用填料涂抹（熔化和混合）。

在一个实施例中，通过首先使壳体254A在绝缘导体212A的护套218A上滑动，然后其次，使壳体254B在绝缘导体212B的护套218B上滑动，来使用适配接头250联接绝缘导体212A，212B。在壳体大直径端面向绝缘导体的端部的情况下，使壳体在护套上滑动。套筒252可在绝缘导体212B上滑动，以使其与壳体254B相邻。芯214A，214B在联接部258处连接，以在芯之间形成结实的电和机械连接。壳体254A的小直径端部连接（例如焊接）到绝缘导体212A的护套218A。使套筒252和壳体254B与壳体254A移到合（移动或推动）一起来形成适配接头250。在使套筒和壳体移到一起的同时，适配接头250的内部体积可基本上由电绝缘材料填充。缩小组合的套筒和壳体的内部体积，以使基本上填充整个内部体积的电绝缘材料被压实。套筒252连接到壳体254B，而壳体254B连接到绝缘导体212B的护套218B。如果期望额外压实，则套筒252的体积可进一步缩小。

在一些实施例中，壳体254A，254B的使用电绝缘材料256填充的内部体积具有锥形形状。壳体254A，254B的内部体积的直径可从壳体的联接到绝缘导体212A，212B的端部处或附近的较小直径成锥形变化到壳体的位于套筒252内部的端部（壳体的彼此面对的端部或壳体的面向绝缘导体端部的端部）处或附近处的较大直径。内部体积的锥形形状可减小适配接头250中的电场强度。减小适配接头250中的电场强度可减小高操作电压和温度下适配接头250中的漏电流，并且可提高与击穿电压的差值。因而，减小适配接头250中的电场强度可增大适配接头的操作电压和温度的范围。

在一些实施例中，在电绝缘材料256为比绝缘导体中的绝缘材料更弱的电介质的情况下，来自绝缘导体212A，212B的绝缘材料沿朝向适配接头250中心的方向从护套218A，218B向芯214A，214B成锥形变化。在一些实施例中，在电绝缘材料256为比绝缘导体中的绝缘材料更强的电介质的情况下，来自绝缘导体212A，212B的绝缘材料沿朝向绝缘导体的方向从护套218A，218B向芯214A，214B成锥形变化。使来自绝缘导体的绝缘材料成锥形变化降低了绝缘导体中的绝缘材料和接头内的电绝缘材料之间界面处的电场强度。

图6示出了可用于切除绝缘导体212A，212B的内部的部分（例如，绝缘导体护套内部的电绝缘材料）的工具。切割工具260可包括切割齿262和驱动管264。驱动管264可使用例如熔焊或钎焊而联接到切割工具260的主体。在一些实施例中，不需要切割工具来从护套内部切除电绝缘材料。

套筒252和壳体254A，254B可使用本领域中已知的任何方式联接在一起，例如钎焊、熔焊或压接。在一些实施例中，如图7中所示，套筒252和壳体254A，254B具有接合来将所述件联接在一起的螺纹。

如图5和7中所示，在一些实施例中，电绝缘材料256在装配过程中被压实。用于将壳体254A，254B朝向彼此加压的力可在电绝缘材料256上施加例如至少25000磅每平方英寸到55000磅每平方英寸的压力，以提供可接受的绝缘材料密实度。壳体254A，254B的内部体积的锥形形状和电绝缘材料256的构造可在装配过程中将电绝缘材料的密实度提高到使电绝缘材料的介电特性在可行的范围内与绝缘导体212A，212B内的介电特性相当的水平。便于实现压实的方法和装置包括但不限于机械方法（例如图10中所示）、气动、液压（例如图11和12中所示）、锻压或其组合。

将各件使用力移动在一起和壳体具有锥形内部体积这两者的组合利用轴向和径向压缩来使将电绝缘材料256压实。轴向和径向压缩电绝缘材料256提供了对电绝缘材料更均匀的压实。在一些实施例中，电绝缘材料256的振动和/或捣紧也可用于使电绝缘材料变实。振动（和/或捣紧）可在施加力来将壳体254A，254B推倒一起时同时施加，或振动（和/或捣紧）可与这样的力的施加交替进行。振动和/或捣紧可减少电绝缘材料256中的颗粒的交联。

在图7中所示的实施例中，壳体254A，254B内部的电绝缘材料256通过抵靠联接到护套218A，218B的箍268拧紧螺母266来机械压缩。由于壳体254A，254B的内部体积的锥形形状，该机械方法将内部体积压实。箍268可以是铜或其他柔软金属的箍。螺母266可为能在护套218A，218B上运动的不锈钢或硬金属螺母。螺母266可接合壳体254A，254B上的螺纹来联接到所述壳体。随着螺母266通过螺纹接合在壳体254A，254B上，螺母266和箍268工作来压缩壳体的内部体积。在一些实施例中，螺母266和箍268可工作来将壳体254A，254B进一步移动到套筒252上（利用各件之间的螺纹联接），并且压实套筒的内部体积。在一些实施例中，壳体254A，254B和套筒252在螺母和箍向下锻压到第二部分上之前，使用螺纹联接而联接在一起。当壳体254A，254B内的内部体积被压缩时，套筒252内的内部体积也可被压缩。在一些实施例中，螺母266和箍268可用于将壳体254A，254B联接到绝缘导体212A，212B。

在一些实施例中，多个绝缘导体在端部适配接头中接合在一起。例如，三个绝缘导体可在端部适配接头中接合在一起，以按3相Y形结构将绝缘导体电联接。图8A示出了用于联接三个绝缘导体212A，212B，212C的螺纹适配接头270的一个实施例的侧视剖视图。图8B示出了用于联接三个绝缘导体212A，212B，212C的焊接适配接头270的一个实施例的侧视剖视图。如图8A和8B中所示，绝缘导体212A，212B，212C可通过端帽272联接到适配接头270。端帽270可包括三个应变消除适配接头274，绝缘导体212A，212B，212C穿过所述应变消除接头274。

绝缘导体的芯214A，214B，214C可在联接部258处联接在一起。联接部258可以是例如钎料（如银钎料或铜钎料）、熔焊接头或压接接头。在联接部258处，联接芯214A，214B，214C将用于3相Y形结构的三个绝缘导体电连接。

如图8A中所示，端帽272可使用螺纹联接到适配接头270的主体276。端帽272和主体276的螺纹连接可允许端帽压实主体内的电绝缘材料256。盖278位于主体276的与端帽272相反的端部处。盖278也可通过螺纹附接到主体276。在一些实施例中，电绝缘导体256在适配接头270中的密实度通过将盖278拧紧到主体276中，通过在所述盖附接之后压接所述主体，或这些方法的组合来提高。

如图8B中所示，端帽272可使用熔焊、钎焊或压接而联接到适配接头270的主体276。端帽272可被推到或压到主体276中，以压实主体内部的电绝缘材料256。盖278也可通过熔焊、钎焊或压接而附接到主体276。盖278可被推到或压到主体276中，以压实主体内部的电绝缘材料256。将所述盖附接之后进行的主体的压接可进一步提高适配接头270中的电绝缘材料256的密实度。

在一些实施例中，如图8A和8B中所示，塞280封闭盖278中的开口或洞。例如，塞可螺纹连接、熔焊或钎焊到盖278中的开口中。盖278中的开口可允许在盖278和端帽272联接到主体276时将电绝缘材料256提供到适配接头270内部。盖278中的开口可在电绝缘材料被提供在适配接头270内部之后塞住或覆盖。在一些实施例中，开口设置在适配接头270的主体276上。主体276上的开口可使用塞280或其他塞而塞住。

在一些实施例中，盖278包括一个或多个销。在一些实施例中，所述销为塞280或为塞280的一部分。所述销可接合用来旋转盖278并且将盖拧紧在主体276上的扭矩工具。可接合销的扭矩工具282的一个示例示出在图9中。扭矩工具282可具有基本上与盖278的外径（示出在8A中）匹配的内径。如图9中所示，扭矩工具282可具有形状适于接合盖278上的销的槽或其他凹部。扭矩工具282可包括凹槽284。凹槽284可以是方形驱动凹槽或允许扭矩工具操作（旋转）的其他形状的凹槽。

图10示出了夹紧组件286A，B的一个实施例，所述夹紧组件可用于机械地压实适配接头250。夹紧组件286A，B的形状可适于在壳体254A，254B的肩部处将适配接头250固定在位。螺纹杆288可穿过夹紧组件286A，B的孔290。每一个螺纹杆288上的螺母292以及垫圈可用于在每一个夹紧组件的外表面上施加力，并且将所述夹紧组件移到一起，以使压缩力施加到适配接头250的壳体254A，254B。这些压缩力压实适配接头250内部的电绝缘材料。

在一些实施例中，夹紧组件286用于液压、气动或其他压实方法。图11示出了液压压实机294的一个实施例的部件分解图。图12示出了组装液压压实机294的一个实施例的示意图。如图11和12中所示，夹紧组件286可用于在绝缘导体联接到适配接头的情况下将所述适配接头250（例如示出在图5中）固定在位。至少一个夹紧组件（例如夹紧组件286A）可移动在一起，以将适配接头沿轴向压实。电源装置296，如图11中所示，可用于向压实机294供电。

图13示出了将适配接头和绝缘导体压实之前固定在夹紧组件286A和夹紧组件286B中的绝缘导体212A，212B和适配接头250的一个实施例。如图13中所示，在套筒252的中心处或附近，使用联接部258联接绝缘导体212A，212B的芯。套筒252在壳体254A上滑动，壳体254A联接到绝缘导体212A。套筒252和壳体254A固定在固定的（不动的）夹紧组件286B中。绝缘导体212B可通过相对于夹紧组件286B固定的另一个夹紧组件（未示出）固定。夹紧组件286A可朝向夹紧组件286B移动，以将壳体254B联接到套筒252，并且压实壳体和套筒内的电绝缘材料。绝缘导体212A和壳体254A之间的界面、壳体254A和套筒252之间的界面、套筒252和壳体254B之间的界面以及壳体254B和绝缘导体212B之间的界面可然后通过熔焊、钎焊或本领域中已知的其他技术联接。

图14示出了用于连接绝缘导体的适配接头298的一个实施例的侧视图。适配接头298可为圆筒或套筒，该圆筒或套筒在套筒的内径与绝缘导体212A，212B的外径之间具有足够的间隙以便使得套筒适配在绝缘导体的端部之上。绝缘导体212A，212B的芯可在适配接头298内连接。在连接芯之前，绝缘导体212A，212B的护套与绝缘材料可回切或剥开以便露出芯的期望长度。适配接头298可在绝缘导体212A，212B的端部部分之间居中。

适配接头298可用来将绝缘导体212A联接至绝缘导体212B同时保持绝缘导体的护套、绝缘材料和芯的机械与电完整性。适配接头298可用来联接生热绝缘导体与不生热绝缘导体，用来联接生热绝缘导体与其它生热绝缘导体，或用来联接不生热绝缘导体与其它不生热绝缘导体。在一些实施例中，多于一个适配接头298用于联接多个生热和不生热绝缘导体以便制造长绝缘导体。

适配接头298可用来联接具有不同直径的绝缘导体。例如，绝缘导体可具有不同的芯直径、不同的护套直径或不同直径的组合。适配接头298还可用来联接具有不同冶金学、不同类型或其组合的绝缘导体。

在一些实施例中，适配接头298具有至少一个成角度的端部。例如，适配接头298的端部可相对于适配接头的纵向轴线成角度。所述角度可为例如大致45°或在30°至60°之间。因此，适配接头298的端部可具有大体上椭圆形截面。适配接头298的端部的大体上椭圆形截面提供了更大面积来用于将适配接头熔焊或钎焊至绝缘导体212A，212B。更大的联接面积增加了接合的绝缘导体的强度。在图14所示实施例中，适配接头298的成角度的端部使适配接头具有大体上平行四边形形状。

通过沿着适配接头分布负载，适配接头298的成角度的端部为适配接头提供了比适配接头具有直端部的情况下更高的拉伸强度和更高的抗弯强度。适配接头298可定向成使得当绝缘导体212A，212B和适配接头卷绕（例如卷绕在盘管设备上）时，成角度的端部用作从适配接头主体到绝缘导体的刚性过渡区。这种过渡区减少了在适配接头主体的端部处发生绝缘导体扭结或皱缩的可能性。

如图14中所示，适配接头298包括开口300。开口300容许在适配接头298内提供（填充）电绝缘材料（例如电绝缘材料256，图5中所示）。开口300可为沿着适配接头298的部分长度延伸的狭槽或其它纵向开口。在一些实施例中，开口300大体上在适配接头298内延伸过绝缘导体212A，212B的端部之间的整个间隙。开口300容许在绝缘导体212A，212B之间和在绝缘导体之间的任何熔焊或接合接头周围的全部体积（面积）被填充电绝缘材料，而不需要绝缘材料必须朝向绝缘导体之间的体积的端部轴向地运动。开口300的宽度容许电绝缘材料被推入开口中并且在适配接头298内更紧密地填塞，因此减少了适配接头内的空隙空间的量。电绝缘材料可被推动穿过狭槽进入绝缘导体212A，212B之间的体积，例如利用具有狭槽尺寸的工具进行。所述工具可被推入狭槽中以便压实绝缘材料。然后，可增加附加的绝缘材料并且重复进行压实。在一些实施例中，电绝缘材料可使用振动、夯实或其它方法被进一步在适配接头298压实。进一步压实电绝缘材料可更均一地在适配接头298内分布电绝缘材料。

当在适配接头298内填充电绝缘材料之后，并且在一些实施例中，压实电绝缘材料之后，可封闭开口300。例如，插入件或其它覆盖物可置于开口之上并且固定就位。图15示出了适配接头298的一个实施例，其中开口300用插入件302覆盖。插入件302可熔焊或钎焊至适配接头298以便封闭开口300。在一些实施例中，插入件302被研磨或抛光以便使得插入件在适配接头298的表面上齐平。图15中还示出了可以使用熔焊部或钎焊部304来将适配接头298固定至绝缘导体212A，212B。

在开口300被封闭之后，可以机械地、液压地、气动地或使用锻压方法压实适配接头298，以便进一步压实适配接头内的电绝缘材料。进一步压实电绝缘材料减少了在适配接头298内的空隙体积且减少了穿过适配接头的漏失电流，并且增加了适配接头的工作范围（例如适配接头的最高工作电压或温度）。

在一些实施例中，适配接头298包括可进一步减小适配接头内的电场强度的某些特征。例如，适配接头298或适配接头内的绝缘导体的芯的联接部258可包括带锥度的边缘、圆形边缘或其它平滑特征以便减小电场强度。图16示出了具有在绝缘导体212A，212B之间的联接部258处的电场减小特征的适配接头298。如图16中所示，联接部258为熔焊接头，具有平滑或圆形轮廓以便减小在适配接头298内的电场强度。另外，适配接头298具有锥形的内部体积以便增加适配接头内的电绝缘材料的体积。具有锥形的且更大的体积可减小在适配接头298内的电场强度。

在一些实施例中，电场应力减小装置可以定位在适配接头298内以便减少电场强度。图17示出了电场应力减小装置306的一个实施例。减小装置306可以位于适配接头298的内部体积中（如图16中所示）。减小装置306可为开口环或其它可分离的件以便使得减小装置能在绝缘导体212A，212B相连之后适配在绝缘导体212A，212B的芯214A，214B周围（如图16中所示）。

图18和19示出了用于连接绝缘导体的适配接头250的另一个实施例。图18示出了适配接头250的剖视图，这时绝缘导体212A，212B正被移至该适配接头中。图19示出了适配接头250的剖视图，其中绝缘导体212A，212B在该适配接头内连接。在一些实施例中，适配接头250包括套筒252和联接部258。

适配接头250可用来将绝缘导体212A联接（接合）至绝缘导体212B同时保持绝缘导体的护套（外鞘）、绝缘材料和芯（导体）的机械与电完整性。适配接头250可用来联接生热绝缘导体与不生热绝缘导体，用来联接生热绝缘导体与其它生热绝缘导体，或用来联接不生热绝缘导体与其它不生热绝缘导体。在一些实施例中，多于一个适配接头250用于联接多个生热和不生热绝缘导体以便提供长绝缘导体。

适配接头250可用来联接具有不同直径的绝缘导体。例如，绝缘导体可具有不同的芯（导体）直径、不同的护套（外鞘）直径或不同直径的组合。适配接头250还可用来联接具有不同冶金学、不同类型或其组合的绝缘导体。

联接部258用来在适配接头250内连接和电联接绝缘导体212A，212B的芯214A，214B。联接部258可由铜或另一种适当的电导体制成。在一些实施例中，芯214A，214B被压配合或推入联接部258中。在一些实施例中，联接部258被加热以便使得芯214A，214B能够滑入联接部中。在一些实施例中，芯214A由与芯214B不同的材料制成。例如，芯214A可为铜而芯214B为不锈钢、碳钢或Alloy180。在此类实施例中，可能必须使用特殊方法来将芯焊接在一起。例如芯的拉伸强度性能和/或屈服强度性能可能必须严密地相配以便使得芯之间的联接部不会随着时间的过去或随着使用而退化。

在一些实施例中，联接部258包括在联接部内侧上的一个或多个凹槽。凹槽可当芯在联接部中相连之后防止颗粒进出联接部。在一些实施例中，联接部258具有锥形的内径（例如朝向联接部的中心内径更小）。锥形的内径可在联接部258与芯214A，214B之间提供更好的压配合。

在一些实施例中，电绝缘材料256位于套筒252内。在一些实施例中，电绝缘材料256为氧化镁或氧化镁和氮化硼的混合物（按重量计算80%氧化镁和20%氮化硼）。电绝缘材料256可包括氧化镁、滑石、陶瓷粉末（例如氮化硼）、氧化镁和另一电绝缘体（例如，高可达约50%重量百分比的氮化硼）的混合物、陶瓷水泥、陶瓷粉末与一些非陶瓷材料（例如二硫化钨（WS2））的混合物、或其混合物。例如，氧化镁可与氮化硼或另一电绝缘体混合，以提高电绝缘材料的流动性能，提高电绝缘材料的介电性能，或提高适配接头的柔性。在一些实施例中，电绝缘材料256为类似于至少一个绝缘导体212A，212B内部使用的电绝缘材料的材料。电绝缘材料256可具有基本上与至少一个绝缘导体212A，212B内部使用的电绝缘材料相似的介电特性。

在一些实施例中，套筒252的内部体积基本上使用电绝缘材料256填充。在一些实施例中，“基本上填充”指使用电绝缘材料完全或几乎完全填充所述一个或多个体积，在所述一个或多个体积中基本上不具有宏观空隙。例如，基本上填充可指使用由于微观空隙而具有一定孔隙率（例如，高可达约40%的孔隙率）的电绝缘材料填充几乎全部体积。

在一些实施例中，套筒252具有一个或多个凹槽308。凹槽308可防止电绝缘材料256移出套筒252（例如凹槽截留套筒中的电绝缘材料）。

在一些实施例中，电绝缘材料256在联接部258的边缘处或附近具有凹形形状的端部部分，如图18中所示。电绝缘材料256的凹形形状可增强与绝缘导体212A，212B的电绝缘体216A，216B的联接。在一些实施例中，电绝缘体216A，216B具有凸形形状（或锥形）的端部部分以便增强与电绝缘材料256的联接。，电绝缘材料256和电绝缘体216A，216B的端部部分可在连接绝缘导体期间所施加的压力作用下相互混合或混和。绝缘材料的混合或混和可增强绝缘导体之间的联接。

在一些实施例中，通过将绝缘导体朝向适配接头的中心移动（推动）在一起而利用适配接头250连接绝缘导体212A，212B。芯214A，214B随着绝缘导体212A，212B的运动而在联接部258内放在一起。在绝缘导体212A，212B被一起移动至适配接头250中之后，适配接头和适配接头内的绝缘导体的端部部分可被压实或加压以便将绝缘导体固定于适配接头中并且压缩电绝缘材料256。可以使用夹具组件或其它类似装置来将绝缘导体212A，212B和适配接头250放在一起。在一些实施例中，用来压缩电绝缘材料256的力为例如至少25,000磅/平方英寸直至高达55,000磅/平方英寸，以便提供对绝缘材料的可接受的压实。在装配工艺期间对电绝缘材料256的压实可为电绝缘材料提供实际上可与绝缘导体212A，212B内的电绝缘材料相比较的介电特性。用于便于压实的方法和设备包括但不限于机械方法、气压、液压、锻压或其组合。

在一些实施例中，套筒252的端部部分被联接（熔焊或钎焊）至绝缘导体212A，212B的护套218A，218B。在一些实施例中，支承套筒和/或应变消除部置于适配接头250之上以便为适配接头提供附加强度。

图20和21示出了用于连接绝缘导体的适配接头250的又一个实施例的剖视图。图20示出了适配接头250的剖视图，这时绝缘导体212A，212B正被移至该适配接头中。图21示出了适配接头250的剖视图，其中绝缘导体212A，212B在最终位置中在适配接头内连接。图20和21所示的适配接头250的实施例可类似于图18和19中所示的适配接头250的实施例。

在一些实施例中，如图20和21中所示，适配接头250包括套筒252和联接部258。联接部258用来在适配接头250内连接和电联接绝缘导体212A，212B的芯214A，214B。联接部258可由铜或另一种适当的软金属导体制成。在一些实施例中，使用联接部258来联接不同直径的芯。因此，联接部258可具有两个半部，所述两个半部具有不同的内径以便与芯的直径相配。

在一些实施例中，随着绝缘导体212A，212B被推入套筒252中，芯214A，214B被压配合或推入联接部258中。在一些实施例中，联接部258具有锥形的内径（例如朝向联接部的中心内径更小），如图20中所示。锥形的内径可在联接部258与芯214A，214B之间提供更好的压配合并且增加芯与联接部之间的界面长度。增加联接部258与芯214A，214B之间的界面长度，就减小了芯与联接部之间的阻抗并且防止当电能施加于绝缘导体212A，212B时产生电弧。

在一些实施例中，芯214A，214B被一起推动至图21中所示的最终位置，其中间隙309位于芯的端部之间。间隙309为芯214A，214B的端部之间的空隙或空间。在一些实施例中，间隙309介于大致1密耳至大致15密耳之间或大致2密耳至大致5密耳之间。

利用芯214A，214B的端部之间的间隙309，通过抵靠电绝缘材料256而非芯的端部之间的界面来压缩电绝缘体216A，216B，而限制绝缘导体212A，212B在绝缘导体被推入套筒252中时的运动。因此，在图21中所示的最终位置中，在芯214A，214B的端部之间保持间隙309提供了对套筒252内的电绝缘体216A，216B和电绝缘材料256的更好（更多）压缩。对电绝缘材料256和电绝缘体216A，216B的更好压缩提供了具有更好电特性的更可靠的适配接头250。

另外，保持芯214A，214B的之间的间隙309防止了芯彼此推撞并且引起芯的翘曲或其它变形。在联接部258内将芯214A，214B推到一起容许联接芯而不需要焊接芯、加热芯或者以其它方式升高芯的温度。通过在连接芯期间保持芯214A，214B的温度降低，防止芯材料（铜）软化或流动。保持芯214A，214B的硬度可提供适配接头250的更好电性能。

在一些实施例中，电绝缘材料256在联接部258的边缘处或附近具有凹形形状的端部部分，如图20中所示。凹形形状的端部部分可具有成角度的边缘以便形成凹型角度形状，如图20中所示。电绝缘材料256的凹形形状的端部部分可增强与绝缘导体212A，212B的电绝缘体216A，216B的联接。在一些实施例中，电绝缘体216A，216B具有凸形形状（或凸斜角边缘）的端部部分以便增强与电绝缘材料256的联接。抵靠彼此压缩成形的端部部分可扩展端部部分的边缘并且去除端部部分之间的不连续部。通过使电绝缘材料256和电绝缘体216A，216B具有成形的端部部分，提高了在连接绝缘导体212A，212B期间施加的压力作用下电绝缘材料与电绝缘体之间的压缩和/或桥接。对绝缘材料的压缩增强了适配接头250的电绝缘性能。

在一些实施例中，绝缘导体212A，212B移动选定距离进入适配接头250中以便提供对适配接头中的绝缘材料的期望压缩和芯214A，214B与联接部258之间的期望联接。在一些实施例中，绝缘导体212A，212B在具有选定值的压力的情况下移动选定距离以提供期望压缩和期望联接。可以使用液压压力来提供力以便将绝缘导体212A，212B推入适配接头250中。举例来说，绝缘导体212A，212B每个可在大致2800磅/平方英寸（19,300kPa）至大致3000磅/平方英寸（大致20,680kPa）之间的液压压力的情况下移动大致7/8"（大致2.2cm）至大致1"（大致2.5cm）进入适配接头250中。

图22示出了围绕所连接绝缘导体的芯就位的电绝缘材料块的一个实施例。绝缘导体212A的芯214A在联接部258处被联接至绝缘导体212B的芯214B。通过去除在绝缘导体212A，212B端部处的电绝缘体216A，216B和围绕芯的护套218A，218B的部分，使芯214A，214B露出。

在一些实施例中，芯214A，214B具有不同的直径。在此类实施例中，联接部258可从芯214A的直径渐变至芯214B的直径。在一些实施例中，芯214A，214B包括不同的材料。联接部258可补偿芯的材料的不同。例如，联接部258可包括芯的材料的混合物或混合料。

在一些实施例中，一个或多个电绝缘材料块256被置于芯214A，214B的露出部分周围，如图22中所示。电绝缘材料块256可由例如氧化镁或氧化镁与另一种电绝缘体的混合物制成。电绝缘材料块256可为硬或软材料块，取决于期望的压实类型。期望数量的电绝缘材料块256可置于芯214A，214B的露出部分周围以便使得所述块基本上完全地包围露出芯部分。电绝缘材料块256的数量可根据例如露出芯部分的长度和/或直径和/或电绝缘材料块的尺寸而变化。在一些实施例中，使用四个电绝缘材料块256来包围芯的露出部分。

图22示出了包围芯214A，214B的露出部分的一个半部（半圆）的两个电绝缘材料块256A，256B。所示的电绝缘材料块256为半圆形块，其贴合地适配在露出芯部分的外径周围。在图22中所示的实施例中，两个另外的电绝缘材料块256将置于露出芯部分上以便利用电绝缘材料包围露出芯部分。图23示出了包围所连接绝缘导体212A，212B的芯就位的四个电绝缘材料块256A，256B，256C，256D的一个实施例。

在一些实施例中，电绝缘材料块256具有内径，其尺寸和/或形状适于与芯214A，214B的露出部分的外径相配。通过使块的内径与露出芯部分的外径相配，可提供块与露出芯部分之间的贴合适配并且防止或降低在块压实期间形成空隙。

在一些实施例中，一个或多个电绝缘材料块256具有锥形的内径以便与联接部258和/或芯214A，214B的露出部分的锥形的外径相配，如图22中所示。电绝缘材料块256的内径可通过砂磨或研磨块的内径至期望锥形形状而形成。

在电绝缘材料块256已经置于芯的露出部分周围（如图23中所示）之后，将套筒或其它圆柱形覆盖物置于所连接绝缘导体之上以便基本上覆盖块和每一个绝缘导体的至少一部分。图24示出了置于所连接绝缘导体212A，212B之上的内套筒252A的一个实施例。内套筒252A可为与用于绝缘导体212A，212B的护套218A，218B的材料相同或类似的材料。例如，内套筒252A和护套218A，218B可为304不锈钢。内套筒252A和护套218A，218B通常由能焊接在一起的材料制成。

内套筒252A在绝缘导体212A，212B的护套218A，218B之上紧密或贴合适配。在一些实施例中，内套筒252A包括在套筒的外表面中的轴向和/或径向凹槽。在一些实施例中，内套筒252A包括对准脊部310。对准脊部310位于绝缘导体212A，212B之间的联接部的中心处或附近。

在内套筒已经置于电绝缘材料块周围之后（如图24中所示），外套筒或其它圆柱形覆盖物置于内套筒之上。图25示出了置于内套筒252A和所连接绝缘导体212A，212B之上的外套筒252B的一个实施例。在一些实施例中，外套筒252B具有比内套筒252A更短的长度。在一些实施例中，外套筒252B具有开口312。开口312可位于外套筒252B的中心处或附近。开口312可与内套筒252A上的对准脊部310对准（通过开口观察对准脊部）。在一些实施例中，外套筒252B由两个或更多个件制成。例如，外套筒可为组装成蛤壳构造的两个件。这些件可焊接或以其它方式联接以便形成外套筒。在一些实施例中，外套筒252B包括在套筒的内表面中的轴向和/或径向凹槽。

外套筒252B可为与用于内套筒252A和护套218A，218B的材料相同或类似的材料（例如304不锈钢）。外套筒252B可在内套筒252A之上紧密或贴合适配。在外套筒252B和内套筒252A置于绝缘导体212A，212B的护套218A，218B之上以后，套筒可永久地联接（例如焊接）至护套218A，218B。套筒252A，252B可永久地联接至护套218A，218B以便使得套筒的端部被基本上密封（在套筒的端部没有容许空气或其它流体进出套筒端部的泄漏）。在套筒252A，252B联接至护套218A，218B以后，开口312为流体进出外套筒252B的唯一端口并且在那里内套筒252A的内部基本上被密封。

在一些实施例中，通过开口312将流体（例如液压流体）提供至外套筒252B的内部体积中。在一些实施例中，流体为液压油。在一些实施例中，流体包括其它流体例如熔盐或气体。在一些实施例中，流体在加压期间被加热。

提供至外套筒252B的内部体积中的流体可被加压以便压实或压缩内套筒252A和电绝缘材料256。例如，流体可使用手泵或另一种适当的液压加压泵而被液压地加压。通过加压外套筒252B内的流体，可提供等静压力以便压缩内套筒252A。

外套筒252B可能难以或不易在压力下压实而内套筒252A容易在压力下压实。例如，内套筒252A可以比外套筒252B更薄和/或内套筒可经过热处理（退火）以便比外套筒更软。

外套筒252B内的流体被加压到选定压力或选定压力范围以便压实内套筒252A和电绝缘材料256至期望压实水平。在一些实施例中，外套筒252B内的流体被加压到介于大致15,000磅/平方英寸（大致100,000kPa）至大致20,000磅/平方英寸（大致140,000kPa）的压力。在一些实施例中，流体可被加压至更高压力（例如加压至高达大致35,000磅/平方英寸（大致240,000kPa））。

将流体加压至此类压力，而通过压缩内套筒来使内套筒252A变形，并且压实内套筒内的电绝缘材料256。内套筒252A可通过外套筒252B内的流体压力均一地发生变形。在一些实施例中，电绝缘材料256被压实以便使得电绝缘材料具有类似于或优于所连接绝缘导体中的至少一个中的电绝缘体的介电性能的介电性能。使用加压流体来压缩和压实内套筒252A和电绝缘材料256可容许绝缘导体在水平构造中在套筒中相连。在水平构造中连接绝缘导体容许将更长长度的绝缘导体连接在一起而不需要复杂或价格昂贵的缆线悬挂系统。

在一些实施例中，绝缘导体的端部可具有倒角或其它锥形以容许压缩内套筒。图26示出了压缩之后绝缘导体的一个倒角端部的一个实施例。绝缘导体212包括在内套筒252A内部的倒角314。倒角314可防止在压缩期间内套筒252A发生扭结或翘曲。

在一些实施例中，电绝缘材料粉末在密封和压实内套筒之前被加入内套筒252A的内部。电绝缘材料粉末可穿过并填充内套筒内部的空隙（例如在形成于绝缘导体上的倒角与内套筒之间的槽中）。使用电绝缘材料粉末还可降低被压实的电绝缘材料中的界面的数量。在一些实施例中，使用电绝缘材料粉末代替电绝缘材料块。

在一些实施例中，添加剂例如掺杂剂或另一种另外的材料可被加到电绝缘材料。添加剂可改善电绝缘材料的介电性能。例如，添加剂可增加电绝缘材料的介电强度。

在一些实施例中，使用机械和/或液压压实作用来在所连接绝缘导体的联接部处径向地压实电绝缘材料（例如粉末形式的电绝缘材料）。图27示出了用于在绝缘导体的联接部处压实电绝缘材料的压实装置316的第一半部316A的一个实施例。装置316的第二半部具有与图27中所示的第一半部316A类似的形状和尺寸。装置316的第一半部和第二半部被联接在一起以便形成围绕要连接在一起的绝缘导体的部分的装置。

图28示出了围绕绝缘导体212A，212B联接在一起的装置316的一个实施例。包围绝缘导体212A，212B的芯的电绝缘体和护套已经被去除以便露出位于装置316内部的芯的部分。

如图27中所示，第一半部316A包括开口318的第一半部318A，当装置的两个半部联接在一起时开口318形成于装置316的顶部中。开口318容许电绝缘材料和/或其它材料被提供至围绕绝缘导体的露出芯的空间中。在一些实施例中，电绝缘材料粉末被提供至装置316中。

如图28中所示，在至少部分电绝缘材料被通过开口318提供至围绕露出芯的装置316中以后，第一柱塞320A被插入开口中。第一柱塞320A用来（例如通过施加机械的和/或液压的力至柱塞的顶部）压实装置316内的电绝缘材料。例如，力可使用锤（机械压实）或液压驱动活塞（液压压实）被施加到第一柱塞320A。

图29示出了位于具有第一柱塞320A的装置316内部的绝缘导体212的侧视图，所述第一柱塞在具有露出芯214的绝缘导体上方就位。在一些实施例中，第一柱塞320A具有带有槽322A的底部。槽322A可具有基本上与芯的露出部分的形状类似的形状。第一柱塞320A可包括止动器324，如图28中所示，其抑制第一柱塞能进入装置316的深度。例如，止动器324可抑制第一柱塞320A进入装置316内太深的深度以致将会使绝缘导体的芯弯曲或变形。在一些实施例中，第一柱塞320A设计成在不使用止动器（例如，柱塞的顶板用作止动器）的情况下进入选定深度，该选定深度不会使绝缘导体的芯弯曲或变形。

第一柱塞320A可用来在装置316内将电绝缘材料256压实至第一水平。例如，如图29中所示，电绝缘材料256被压实至包围露出芯214的下部部分（例如下半部）的水平。加入电绝缘材料和利用第一柱塞压实材料的过程可重复进行直到围绕芯的下部部分获得期望的压实水平为止。

图30示出了位于具有第二柱塞320B的装置316内部的绝缘导体212的侧视图，所述第二柱塞在具有露出芯214的绝缘导体上方就位。在一些实施例中，第二柱塞320B具有带有槽322B的底部。槽322B可具有基本上与绝缘导体的外部形状类似的形状。

在一些实施例中，第二柱塞320B中的槽322B具有其它形状或者没有槽。图31A-D示出了第二柱塞320B的其它实施例。在图31A中，第二柱塞320B没有槽。在图31B中，槽322B具有30°斜角边缘。在图31C中，槽322B具有15°斜角直边缘。在图31D中，槽322B比图30中所示的槽略微更浅（更矮侧）。

第二柱塞320B可用来在装置316内将电绝缘材料256压实至第二水平。例如，如图30中所示，电绝缘材料256被压实至包围露出芯214的水平。加入电绝缘材料和利用第二柱塞压实材料的过程可重复进行直到围绕芯获得期望的压实水平为止。例如，该过程可重复进行直到按照与绝缘导体的形状和外径类似的形状和外径获得电绝缘材料的期望压实水平。

在将电绝缘材料压实期望量以后，装置316可从绝缘导体的联接部周围移除。图32示出了一个实施例，其中装置316的第二半部被移除以便留下第一半部316A和围绕绝缘导体212A，212B之间的联接部压实的电绝缘材料256。

在移除装置316以后，被压实的电绝缘材料256可成形为基本上圆柱形形状，具有比较类似于绝缘导体212A，212B的外径的外径，如图33中所示。被压实的电绝缘材料256可通过去除被压实的材料的过多部分而形成其最终形状。例如，被压实的电绝缘材料256的过多部分可使用锯条、在被压实的材料之上滑动的具有剃削边缘的套筒和/或本领域中已知的其它方法被轴向地去除。

在电绝缘材料256形成最终形状以后，套筒252被置于电绝缘材料之上，如图34中所示。套筒252可包括置于电绝缘材料之上并且联接（焊接）在一起以形成套筒的两个或更多个部分。在一些实施例中，套筒252的两个或更多个部分被使用外套筒内的加压流体压缩（例如在图24和25中所示的内套筒252A和外套筒252B的实施例中所述）和/或通过将套筒部分机械地压接在一起（例如图36和37中所示的套筒252的实施例中所述）。使用加压流体压缩和/或机械地压接套管252可封闭套筒的部分之间的间隙，以便使得不需要焊接来将这些部分连接在一起。另外，使用加压流体压缩和/或机械地压接可减少套筒252与电绝缘材料256之间的界面（形成紧密过盈配合）。套筒252可联接（焊接）至绝缘导体212A，212B的护套。套筒252可由与绝缘导体212A，212B的护套类似的材料制成。例如，套筒252可为304不锈钢。

在一些实施例中，在装置316中被压实的电绝缘材料256包括氧化镁与氮化硼粉末的混合物。在一个实施例中，在装置316中被压实的电绝缘材料256包括按重量计算80%的氧化镁、按重量计算20%的氮化硼粉末混合物。也可使用其它电绝缘材料和/或电绝缘材料的其它混合物。在一些实施例中，使用电绝缘材料粉末与电绝缘材料块的组合。

图35示出了液压压机426的一个实施例，该液压压机可用来向柱塞施加力以便液压地压实装置（例如图27－32中所示的装置316）内部的电绝缘材料。液压压机426可包括活塞428和装置支座430。在一些实施例中，可通过液压压机426的夹具432送进绝缘导体以便使得绝缘导体的端部部分置于活塞428下方和装置支座430上方。夹具432可用来将绝缘导体的端部固定在机器426上。定位装置434可用来对绝缘导体的位置进行细调。

例如图27-32中所示装置316的装置可在装置支座430处放置在绝缘导体的端部周围（例如，装置的两个半部围绕绝缘导体的端部组装）。在压实装置中的材料期间，装置支座430可支承装置。在压实期间，活塞428可施加力至柱塞（例如图28－29中所示的第一柱塞320A和/或图30中所示的第二柱塞320B），以便压实绝缘导体端部周围的电绝缘材料。在一些实施例中，活塞428提供高达大致50吨的力（大致100,000磅力）。

在图27－32所示装置316中液压地压实电绝缘材料，可在电绝缘材料中提供与绝缘导体中的压实水平类似的压实水平（例如高达大致85%的压实）。这样的压实水平将产生适合于高达至少大致1300℉（大致700℃）的工作温度的接合接头。在装置316中液压地压实电绝缘材料，可提供更加受控的压实和/或更加可再现的压实（不同接合之间可再现）。与机械压实相比，液压压实可利用较少运动或变动实现，以便提供更均匀和一致的压力。

在一些实施例中，液压压实与机械压实结合使用（例如，电绝缘材料首先被机械地压实然后使用液压压实进一步压实）。在一些实施例中，电绝缘材料在处于高温的同时被压实。例如，电绝缘材料可在大致90℃或更高的温度下被压实。在一些实施例中，第一柱塞320A和/或第二柱塞320B涂有不粘材料。例如，柱塞可涂有非金属材料例如陶瓷或DLC（金刚石状碳）涂层，所述DLC涂层可以从MorganTechnical Ceramics（英格兰的Berkshire）获得。为柱塞涂上涂层可抑制金属迁移至电绝缘材料中和/或电绝缘材料粘至柱塞。

在一些实施例中，套筒被围绕套筒沿圆周机械地压缩以便压缩套筒。图36示出了用于圆周机械压缩的套筒252的一个实施例。套筒252可放置在电绝缘材料块和/或粉末周围。例如，套筒252可放置在图23中所示的电绝缘材料块周围、图33中所示的被压实的电绝缘材料粉末周围、或所示的块和粉末的组合周围。

在一些实施例中，套筒252包括肋326。肋326可为套筒252的升高部分（例如套筒的外径上的高点)。肋326的形状和尺寸可适于与用于机械地压实套筒252的压机的压接部分相配。例如，套筒252可使用液压地致动的机械压缩系统进行压缩，该压缩系统沿圆周压缩套筒。例如，套筒252可使用锻压工具压缩，所述Pyplok（R）锻压工具可以从Industries（加拿大安大略省的StoneyCreek）获得。

压机的压接部分压缩肋326直到肋被压缩至大致套筒252的其余部分的外径（这些肋具有的直径基本上类似于套筒的其余部分的直径）。图37示出了在套筒和肋326已经沿圆周压缩之后绝缘导体212A，212B上的套筒252的一个实施例。沿圆周（径向地）压缩肋326，而压缩套筒252内的电绝缘材料并将套筒联接至绝缘导体212A，212B。套筒252可进一步联接至绝缘导体212A，212B。例如，套筒252的端部可焊接至绝缘导体212A，212B的护套。

在此示出的适配接头（例如但并不限于适配接头250（图5、7、18、19、20和21中所示）、适配接头270（图8中所示）、适配接头298（图14、15和16中所示）、由内套筒252A和外套筒252B形成的适配接头的实施例（图22－25中所示）和套筒252的实施例（图34、36和37中所示）可在绝缘导体之间形成结实可靠的电和机械连接。例如，本文示出的适配接头可适用于在高于1000伏，高于1500伏，或高于2000伏的电压和至少约650℃，至少约700℃，至少约800℃的温度下长时间工作。

在一些实施例中，本文中所示的适配接头将加热用绝缘导体（例如设置在含烃地层中的绝缘导体）联接到非加热用绝缘导体（例如用于地层的上覆岩层部分中的绝缘导体）。加热用绝缘导体可具有较小的芯和与非加热用绝缘导体不同材料的芯。例如，加热用绝缘导体的芯可以是铜-镍合金、不锈钢或碳钢，而非加热用绝缘导体的芯可以是铜。但是由于芯的尺寸和材料电学性能的差异，所述部分中的电绝缘材料具有的厚度可能差异太大以致不能由连接绝缘导体的单个接头补偿。因而，在一些实施例中，可能在加热用绝缘导体和非加热用绝缘导体之间使用短段的中间加热用绝缘导体。

中间加热用绝缘导体可具有从不加热用绝缘导体的芯直径成锥形变化到加热用绝缘导体的芯直径的芯直径，同时使用与不加热用绝缘导体类似的芯材料。例如，中间加热用绝缘导体可以是铜，其芯直径成锥形变化到与加热用绝缘导体相同的直径。因而，联接中间绝缘导体和加热用绝缘导体的适配接头处的电绝缘材料的厚度与加热用绝缘导体中的电绝缘材料的厚度相似。具有相同的厚度使得绝缘导体可容易地在适配接头中连接。由于较小的芯直径，中间加热用绝缘导体可提供一些压降或一些热损耗，但是中间加热用绝缘导体可在长度方面相对短，以使这些损耗最小化。

在一些实施例中，用于连接绝缘导体的适配接头被压实或压缩以便提高适配接头内的电绝缘材料的电绝缘性能（介电特性）。例如，将适配接头内的电绝缘材料压实可增加电绝缘材料的均一性和/或去除电绝缘材料中的空隙或其它界面。

在一些实施例中，电绝缘材料块（例如氧化镁）在适配接头中被压实。在一些实施例中，电绝缘材料粉末在适配接头中被压实。在一些实施例中，电绝缘材料粉末和/或块的组合用于适配接头中。另外，可使用不同类型电绝缘材料的组合（例如氧化镁和氮化硼的组合）。

在此处所述的使用电绝缘材料粉末的实施例中，粉末具有提供更好压实的选定性能（当被压实时具有高密度）。在一些实施例中，粉末具有选定粒度分布（例如，对于氧化镁粉末，粒度分布可平均为大致100μm至大致200μm）。可选择期望范围以便使得粉末被压实至期望密度。粉末的可选择用来在压实作用下提供期望密度的其它性能包括但不限于颗粒形状、杂质性能（例如杂质如硅或钙的比率）、壁摩擦性能（壁摩擦角度）、在标准化力作用下的压实性（在相同的力作用下在标准尺寸圆筒体中压实）、和用于在料斗中实现质量流量的料斗角度。这些性能中的一个或多个的组合可为指示粉末的压实性和/或粉末在压缩或压实期间的流动能力的指标。

用于连接绝缘导体的适配接头可被机械地、气动地和/或液压地压实。适配接头的压实可改进电绝缘材料的介电特性以便使得电绝缘材料具有与绝缘导体中的电绝缘材料的介电特性类似的介电特性。在一些实施例中，适配接头中被压实的电绝缘材料可具有优于绝缘导体中的电绝缘材料的介电特性的介电特性。

举例来说，绝缘导体中的电绝缘材料（氧化镁）通常具有介于大致78%至大致82%之间的密度。未压实的氧化镁粉末可具有介于大致50%至大致55%之间的密度。氧化镁块可具有大致70%的密度。在此处所述的适配接头的一些实施例中，适配接头内的电绝缘材料在压实或压缩之后具有的密度至少在联接至适配接头的绝缘导体的密度的大致15%内、大致10%内、或大致5%内。在此处所述的一些实施例中，在压实或压缩之后适配接头内的电绝缘材料具有比联接至适配接头的绝缘导体的密度更高的密度。例如，适配接头内的电绝缘材料可具有高达大致85%的密度。

在此处所述的一些实施例中，加强套筒或其它应变消除装置放置在绝缘导体的联接部处或附近。图38示出了所连接绝缘导体212A，212B上的加强套筒328的一个实施例。加强套筒328提供应变消除以便加强绝缘导体之间的联接部。加强套筒328容许所连接绝缘导体在张力下被牵拉、卷绕和退绕，以便安装在井眼和/或安装管道（例如盘管设备）中/从井眼和/或安装管道（例如盘管设备）移除。

图39示出了用于联接三个绝缘导体212A，212B，212C的适配接头270的另一个实施例的部件分解图。在一些实施例中，适配接头270包括应变消除适配接头274、电气总线330、圆筒体332、和端盖272。图40-47示出了用于将适配接头270安装于绝缘导体212A，212B，212C的端部上的方法的一个实施例。

在图40中，绝缘导体212A，212B，212C穿过适配接头274中的纵向开口。应变消除适配接头274可为用于绝缘导体212A，212B，212C的一个端部终端部件。在将绝缘导体212A，212B，212C安装于应变消除适配接头274中以后，绝缘导体212A，212B，212C在应变消除适配接头中被对准并且从适配接头伸出的芯214A，214B，214C的一部分被露出。通过去除延伸穿过应变消除适配接头274的绝缘导体212A，212B，212C的电绝缘体和护套的端部部分，而使芯214A，214B，214C露出。

在一些实施例中，延伸穿过应变消除适配接头274的芯214A，214B，214C的端部部分被钎焊至应变消除适配接头。用于钎焊的材料的实例包括但不限于镍钎焊料，如用于低硫环境的AWS5.8BNi-2和用于高硫环境的AWS5.8BNi-5A。钎焊材料可在钎焊期间流动并且填充和密封芯214A，214B，214C与应变消除适配接头274之间的任何间隙。密封间隙而防止流体流入适配接头270内部。将芯214A，214B，214C的端部部分钎焊至应变消除适配接头274可容许芯一起更靠近地分布并且减小应变消除适配接头的尺寸。具有较小的应变消除适配接头274可容许适配接头270和用于加热器的井眼直径较小，因为通常端部终端部件（适配接头270）为井眼尺寸的决定因素。在一些实施例中，绝缘导体212A，212B，212C的护套联接至应变消除适配接头274。例如，护套可焊接（接缝焊接）至应变消除适配接头274。

在图41中，第一圆筒体332A联接至具有伸出的芯214A，214B，214C的应变消除适配接头274的端部。第一圆筒体332A可在应变消除适配接头274的端部上焊接就位。第一圆筒体332A可具有小于伸出的芯214A，214B，214C的长度的纵向长度。因此，芯的至少某些部分可延伸超过第一圆筒体332A的长度。

在将第一圆筒体332A联接至应变消除适配接头274之后，将电绝缘材料256加入圆筒体中以便至少部分地覆盖芯214A，214B，214C，如图42中所示。因此，芯的至少一部分保持在电绝缘材料256上方露出。电绝缘材料256可包括粉末和/或电绝缘材料块（例如氧化镁）。在一些实施例中，电绝缘材料256在第一圆筒体332A内被压实。电绝缘材料256可使用压实工具被机械地和/或液压地压实。例如，可使用液压压实机的活塞将力施加到压实工具。图48示出了可用于压实电绝缘材料256的压实工具334A的一个实施例。压实工具334A可具有开口，该开口容许工具在压实电绝缘材料的同时安装在芯214A，214B，214C之上。在上述步骤中的压实和后述步骤以后，电绝缘材料256的表面可结疤。使电绝缘材料256的表面结疤促进在电绝缘材料的各层的压实期间各层之间的结合。

在一些实施例中，在压实圆筒体332A中的电绝缘材料256以后，芯214A，214B，214C的保持露出的部分被联接至电气总线330，如图43中所示。电气总线330可为例如铜或适合于将芯214A，214B，214C电联接在一起的另一种材料。在一些实施例中，电气总线330被焊接至芯214A，214B，214C。

在将电气总线330联接至芯214A，214B，214C以后，第二圆筒体332B可联接至第一圆筒体332A以便形成围绕芯的露出部分的圆筒体332，如图44中所示。在一些实施例中，圆筒体332为在单个步骤中联接至应变消除适配接头274的单个圆筒体。在一些实施例中，圆筒体332包括在多个步骤中联接至应变消除适配接头274的两个或更多个圆筒体。

第二圆筒体332B可在第一圆筒体332A的端部上焊接就位。如图44中所示，完整的圆筒体332可具有延伸超出伸出的芯214A，214B，214C的长度的纵向长度。因此，这些芯可被包含在圆筒体332的边界之内。

在形成圆筒体332之后，将电绝缘材料256加入圆筒体中至大致与电气总线330和芯214A，214B，214C的顶部齐平的水平，如图45中所示。在一些实施例中，处于图45中所示水平的电绝缘材料256被压实（例如机械地压实）。图49示出了可用于压实电绝缘材料256的压实工具334B的一个实施例。压实工具334B可具有环状空间，该环状空间容许工具在压实电绝缘材料的同时安装在电气总线330和芯214A，214B，214C之上。

在将处于芯214A，214B，214C和电气总线330的顶部的水平的材料压实之后，将另加的电绝缘材料256加入圆筒体中以便完全地覆盖电气总线和芯，如图46中所示。因此，芯和电气总线基本上被封装于电绝缘材料256中。在一些实施例中，加入圆筒体332中以便封装芯的电绝缘材料256被压实（例如机械地压实）。图50示出了可用于最后压实电绝缘材料256的压实工具334C的一个实施例。

在最后压实电绝缘材料256之后，将端盖272联接（焊接）至圆筒体332以便形成适配接头270。在一些实施例中，端盖272的形状适于用作用于引导绝缘导体212A，212B，212C安装于井眼或部署装置（例如盘管设备）中的导向装置。在一些实施例中，适配接头270与用作单相加热器的绝缘导体一起使用。例如，适配接头270可与以发夹构造联接的两个绝缘导体一起使用，其中绝缘导体在适配接头内联接以便使得一个绝缘导体作为供电导体而一个绝缘导体作为回路导体。适配接头270也可和一个绝缘导体一起使用，该绝缘导体使用绝缘导体的护套来将电流返回至地层的表面。

机械压实适配接头270内的电绝缘材料产生的适配接头可具有比填充电绝缘材料并振动以压实电绝缘材料的适配接头更高的机械击穿电压和/或工作温度。例如，适配接头270可在大致6kV以上的电压和大致1300℉（大致700℃）以上的温度工作。因为适配接头270（加热器端部终端部件）可在大致700℃以上的温度工作，适配接头可在地下地层的被加热层（例如经受热解的层）中使用。因此，加热器的端部不必一定被放置于地层的冷却器部分中并且加热器井眼可能不需要被钻得深至地层中或不同类型的地层中。

在一些实施例中，失效的三相加热器被转变成使用相同电源进行单相运行。例如，如果三相加热器的一条腿失效（接地故障），则加热器的剩余的两条腿可用作单相加热器，其中一条腿为供电导体，而另一条腿为回路导体。为了将加热器转变成单相运行，可将高阻抗电阻器放置在三相电源（变压器）的中性线与加热器的接地故障腿之间。电阻器与加热器的接地故障腿串联连接。由于电阻器的高电阻，电压从接地故障腿转走并且加到电阻器上。因此，使用电阻器来断开通向接地故障腿的功率，而几乎没有或没有电流经过接地故障腿。在电阻器放置在变压器的中性线与接地故障腿之间之后，加热器的剩余两条腿以单相模式运行，其中电流顺着一条腿向下流动，经过端部终端部件并顺着另一条腿向上返回。

在加热器三相运行期间，端部终端部件处的电压接近零，因为三条腿异相120°运行以便在三条腿之间平衡电压（如果在电路中三条腿之间存在任何失衡，电压可能不精确地为零）。端部终端部件通常与三相加热器的地隔离。当加热器转变成单相时，端部终端部件上的电压由接近零电压增加至电源输出电压的大致一半。在单相运行期间，端部终端部件上的电压增加，因为现在电流线性地经过两种运行中的腿，而端部终端部件处于电路的中途点。举例来说，在利用480V电源三相运行期间，每条腿可处于大致277V，而在加热器的底部处的端部终端部件处大致为0V。在利用与接地故障腿串联的电阻器转变成单相运行之后，以单相运行的腿在加热器的底部的端部终端部件处产生大致240V的电压。

因为用于加热地下或含烃地层至活动化和/或热解温度的电压通常由于加热器的长度很长而很高（例如大致1kV或更高），端部终端部件需要能够在更高的电压运行以用于单相运行。用于地下加热的电流端部终端部件通常不会在这样的高压运行。然而，因为适配接头270在6kV以上的电压下运行，适配接头270容许失效的高压三相地下加热器转变成单相运行。

示例

下面描述非限制性示例。

使用图5中所示的适配接头实施例的样本

使用液压压实机和适用于用作适配接头一侧的地下加热器的中压绝缘导体及适用于用作接头另一侧的上覆岩层电缆的中压绝缘导体来制造类似于图5中所示的实施例的适配接头250的实施例的样本。氧化镁用作适配接头中的电绝缘材料。样本从一个矿物绝缘导体的端部到另一个矿物绝缘导体的端部为6英尺长。在电学测试之前，将样本放置在6-1/2英尺长的炉中，并且在850℉下烘干30小时。当冷却到150℉时，使用环氧树脂将矿物绝缘导体的端部密封。然后将样本放置在3英尺长的炉中加热所述样本，并且使用5kV（最大）高压绝缘试验（hipot）测试仪向样本施加电压，所述测试仪既能够测量总和漏电流，又能够测漏电流的实际分量。三个热电偶放置在所述样本上，并且计算温度测量值的平均值。样本以所述适配接头位于炉中心的方式放置在电炉中。使用高压绝缘试验测试仪测量周围环境的DC（直流）响应和AC（交流）漏电流。

在约1000℉下和高可达5kV的电压下测试总共八个样本。在5kV下测试的一个样本的漏电流为2.28mA，另一个漏电流为6.16mA。芯并联连接在一起的三个另外的样本在一直到5kV下进行测试，总漏电流为11.7mA，或每根电缆的平均漏电流为3.9mA，三个样本稳定。芯并联连接在一起的三个其他样本在一直到4.4kV下进行测试，总漏电流为4.39mA，但是其不能经受更高的电压而不使高压绝缘试验测试仪跳闸（这在漏电流超过40mA时发生）。在一直到5kV下进行测试过的样本之一经受在环境温度下的进一步测试直到击穿。击穿发生在11kV。

制造总共十一个另外的样本用于在环境温度下进行另外的击穿测试。这些样本中的三个具有的绝缘导体制备有垂直于护套切割的矿物绝缘材料，而另外八个样本具有的绝缘导体制备有相对于护套成30°切割的矿物绝缘材料。在垂直切割的头三个样本中，第一样本在击穿之前能承受高可达10.5kV的电压，第二样本在击穿之前能承受高可达8kV的电压，而第三样本在击穿之前能承受仅500V的电压，这意味着第三样本的制造中存在缺陷。在30°切割的八个样本中，两个样本在击穿之前能承受高可达10kV的电压，三个样本在击穿之前能承受在8kV和9.5kV之间的电压，三个样本不能承受电压或能承受小于750V的电压，这意味着这三个样本的制造中存在缺陷。

使用图8B中所示的适配接头实施例的样本

制造使用类似于图8B中所示的实施例的适配接头270的实施例的三个样本。所述样本制造有两个绝缘导体，而不是三个，并且在环境温度下进行击穿测试。一个样本在击穿之前能承受5kV的电压，第二样本在击穿之前能承受4.5kV的电压，第三样本能承受仅500V的电压，这意味着制造中的缺陷。

使用图14和15中所示的适配接头实施例的样本

使用利用类似于图14和15中所示实施例的适配接头298的实施例的样本来连接具有1.2"外径和0.7"直径芯的两个绝缘导体。使用MgO粉末（Muscle Shoals Minerals，Greenville，Tennessee，U.S.A)作为电绝缘材料。由347H不锈钢管制造适配接头并且适配接头具有1.5"的外径，壁厚为0.125"而长度为7.0"。将样品放置于炉中并加热到1050℉且循环通过直到高达3.4kV的电压。发现样品在所有电压下可行，但是在不切断高压绝缘试验测试仪的情况下不能承受更高电压。

在第二次试验中，与如上所述样品类似的样品经受低循环疲劳-弯曲试验然后在炉中进行电测试。这些样品放置于炉中并且被加热到1050℉且循环通过350V、600V、800V、1000V、1200V、1400V、1600V、1900V、2200V、和2500V的电压。直到高达1900V的电压，样品的漏失电流值和稳定性为可接受的。利用进一步的电场强度减小方法如适配接头中的锥形、平滑或圆形边缘，或者在适配接头内增加电场应力减小装置，可以增加适配接头的工作范围。

应可理解，本发明不限于所述的特定系统，所述系统当然可改变。还应理解，本文所用的术语仅出于描述特定实施例的目的，不旨在进行限制。如本说明书中所用，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数个指示物，除非所述内容另外明确指出。因而，例如，提到“一个芯”包括两个或更多个芯的组合，提到“一种材料”包括材料的混合物。

借助于本说明，本发明的各个方面的其他修改形式和替代实施例对于本领域中技术人员将显而易见。因此，本说明将仅视为是示例性的，并且用于教导本领域技术人员实现本发明的一般方式。应可理解，本文所示和所述的本发明的形式应视为目前优选的实施例。本文示出和描述的元件和材料可替换，部件和工艺可颠倒，本发明的一些特征可独立使用，这对于已获益于对本发明的说明后的本领域技术人员是显而易见的。可对所述元件进行改变而不偏离下面权利要求中所述的本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种用于将第一绝缘导体的一个端部联接至第二绝缘导体的一个端部的适配接头，包括：

套筒，所述套筒构造成置于所述第一绝缘导体的端部和所述第二绝缘导体的端部之上；和

芯联接部，所述芯联接部位于套筒内，所述芯联接部构造成安装在第一绝缘导体的芯的一个端部和第二绝缘导体的芯的一个端部周围，所述绝缘导体的芯构造成当所述绝缘导体的端部移至适配接头中时一起在所述芯联接部中运动，并且其中，所述芯的端部在它们之间具有选定间隙；

其中所述套筒的内部体积构造成至少部分地填充有电绝缘材料，所述电绝缘材料构造成在所述适配接头联接至所述绝缘导体时，利用第一绝缘导体中的电绝缘体的一个端部部分和第二绝缘导体中的电绝缘体的一个端部部分而对所述电绝缘材料进行压缩。

2.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述绝缘导体构造成被压入适配接头中并且将电绝缘材料压实到所述绝缘导体的电绝缘体中。

3.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述选定间隙介于大致1密耳至大致10密耳之间。

4.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述选定间隙介于大致2密耳至大致5密耳之间。

5.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述绝缘导体中的至少一个包括在适配接头内从绝缘导体的护套向绝缘导体的芯以一定角度成锥形的电绝缘物。

6.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述绝缘导体中的至少一个包括具有凸形形状的端部部分的电绝缘物。

7.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述电绝缘材料包括在芯联接部的边缘处或附近的至少一个凹形形状的端部部分。

8.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述芯联接部包括锥形的内径，其中在联接部的中心处具有较小直径，以便增强与绝缘导体的芯的接触。

9.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述电绝缘材料构造成被介于大致2800psi（19,300kPa）至大致3000psi（大致20,680kPa）之间的压力压实。

10.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述适配接头构造成在所述绝缘导体的端部之间居中设置。

11.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述适配接头的内部体积构造成通过施加液压压力而减小。

12.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述电绝缘材料包括与所述两个绝缘导体中的至少一个中的电绝缘物基本上同样的材料。

13.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述绝缘导体中的至少一个构造成用来加热地下地层。

14.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述套筒构造成置于第一绝缘导体的端部和第二绝缘导体的端部之上。

15.根据权利要求1所述的适配接头，其中所述芯联接部构造成紧密地安装在第一绝缘导体的芯的端部和所述第二绝缘导体的芯的端部周围。

16.根据权利要求1所述的适配接头，其中套筒内的电绝缘材料被压缩以便使得电绝缘材料具有至少在所述绝缘导体中的至少一个的密度的大致15%内的密度。

17.一种用于将第一绝缘导体的一个端部联接至第二绝缘导体的一个端部的适配接头，包括电绝缘材料，所述电绝缘材料构造成在所述适配接头联接至所述绝缘导体时，利用第一绝缘导体中的电绝缘体的一个端部部分和第二绝缘导体中的电绝缘体的一个端部部分而对所述电绝缘材料进行压缩。

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