CN102317568B - 铰接的导管联动系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于保持流体源和掩埋在下沉可渗透体(30)内的可位移导管之间的流体连接的铰接的导管联动系统(80)。流体源可以通过源出口(72)供应工作流体并且位于可渗透体(30)边界的外部。可位移导管可以通过导管进口(74)接收工作流体并且被掩埋在下沉可渗透体(30)内一深度处，该下沉可渗透体包含在可渗透性控制设施(12)内。多个铰接的导管段(82，84，86)可以包括：外部导管段(82)，其通过第一单轴旋转接头可操作地耦合到源出口(72)；内部导管段(84)，其通过第二单轴旋转接头可操作地耦合到导管进口(74)；和至少一个中部导管段(86)，其通过至少一个单轴旋转接头分别可操作地连接外部段(82)和内部段(84)，从而建立流体源和可位移导管(70)之间的工作流体连接。在可渗透体的下沉引起源出口(72)和导管进口(74)之间的、垂直于出口和进口的纵轴的相对位移时，多个铰接的导管段(82，84，86)经配置使得外部导管段(82)和内部导管段(84)以相反方向旋转，从而延伸导管联动系统，同时保持源出口(72)和导管进口(74)之间的工作流体连接。

Description

铰接的导管联动系统
相关申请
本申请要求2009年2月12日提交的美国临时申请No.61/152180的权益，其标题为“Articulated Conduit Linkage System”，该申请全文包括在此以供参考。
技术领域
本发明一般涉及联动系统，并且更具体地，涉及用于保持流体源和掩埋在下沉可渗透体内的可位移导管之间的流体连接的铰接的导管联动系统和耦合流体源和掩埋在下沉可渗透体的可位移导管的方法。
背景技术
尽管价格增加以及其他经济和地理政治因素，全球和国内对化石燃料的需求仍持续增加。随着这种需求持续增加，发现额外经济可行的化石燃料源的研究和调查也相应增加。历史上，人们认识到大量能量存储在例如油页岩、煤和沥青砂沉积物中。然而，这些源在经济竞争性恢复方面仍存在困难的挑战。加拿大沥青砂表明，虽然许多挑战仍然存在，包括环境影响、产品质量、生产成本和工艺时间以及其他方面，但是这样的努力是富有成果的。
根据估计源，世界范围的油页岩储藏估量在二到几乎七万亿桶油之间。无论如何，这些储藏表示巨大的储量并还剩余相当的未开发资源。许多公司和研究人员持续研究并测试从这类储藏回收油的方法。在油页岩工业中，提取方法包括爆炸形成的地下碎石竖筒(rubblechimney)、原位方法(如原位转换工艺(ICP)方法(Shell Oil))以及钢制蒸馏器内加热。其他方法包括原位射频方法(微波)和“修改的”原位工艺，其中地下开采、爆破和干馏(retorting)被结合来使碎石离开岩层(formation)，从而允许更好的热传递和产品移除(productremoval)。
典型的油页岩处理中，所有方面均由于经济和环境因素而折衷。当前的处理不能独自满足经济、环境和技术挑战。而且，全球变暖的问题引起额外措施解决二氧化碳(CO2)排放，这与这样的处理关联。需要实现环境管理工作(environmental stewardship)且提供高容量成本有效的油生产的方法。
出现了地下原位概念，其基于其生产高容量同时避免开采成本的能力。虽然可以实现由于避免开采而带来的成本节省，但原位方法要求长时间加热底层，这是由于固体油页岩极低的热导率和高比热导致的。对于任意原位处理，可能最主要的挑战是不确定性和长期潜在的可能发生在地下淡水含水层的水污染。在Shell的ICP方法中，“冻壁(freeze wall)”用作保持含水层和地下处理区之间分离的屏障。虽然这是可能的，但没有长期分析证明该方法在延长的期限上保证防止污染。在没有保证并且如果修复较少冻壁将失效的情况下，期望其他方法来解决这样的环境风险。
因为该原因和其他原因，需要一种方法和系统，其可以提供改进的从合适的含烃物质回收烃，其具有可接受的经济性并避免上述缺点。
发明内容
本发明公开和描述的是铰接的导管联动系统，其用于维持流体源和掩埋在含烃物质的下沉可渗透体中的可位移导管之间的流体连接。该系统包括流体源，其通过源出口供应工作流体且位于结构化可渗透性控制设施边界外部。该系统还包括可位移导管，其通过导管进口接收工作流体且被掩埋在含烃物质的下沉可渗透体内一深度，该下沉可渗透体包含在控制设施内。联动系统进一步包括多个铰接导管段，该导管段包括：外部导管段，其通过第一单轴旋转接头(swivel joint)可操作地耦合到源出口；内部导管段，其通过第二单轴旋转接头可操作地耦合到导管进口；和至少一个中部导管段，其通过至少一个单轴旋转接头分别可操作连接外部段和内部段，从而建立在流体源和可位移导管之间的工作流体连接。在可渗透体下沉引起源出口导管进口之间的、垂直于出口和进口的纵轴的相对位移时，多个铰接的导管段经配置使得外部导管段和内部导管段以相反方向旋转，从而延伸导管联动系统同时保持源出口和导管进口之间的工作流体连接。
一种可操作地耦合流体源和掩埋在含烃物质的下沉可渗透体内的可位移导管的方法，该下沉可渗透体包含在结构化渗透性控制设施内，该方法可以包括提供流体源，其用于通过源出口供应工作流体的。源出口可以位于结构化渗透性控制设施边界外部。该方法还包括提供可位移导管，其用于通过导管进口接收工作流体且被掩埋在包含在控制设施内的含烃物质的下沉可渗透体内一深度。该方法进一步包括通过多个铰接的导管段建立热源和加热导管之间的流体连接，该导管段包括：外部导管段，其通过第一单轴旋转接头可操作地耦合到源出口；内部导管段，其通过第二单轴旋转接头可操作地耦合到导管进口；和至少一个中部导管段，其通过至少一个单轴旋转接头分别可操作地连接外部和内部段，从而建立流体源和可位移导管之间的工作流体连接。在可渗透体下沉引起源出口和导管进口之间的、垂直于出口和进口的纵轴的相对位移时，多个铰接的导管段经配置使得外部导管段和内部导管段以相反方向旋转，从而延伸导管联动系统同时保持源出口和导管进口之间的工作流体连接。
附图说明
从下面的详细说明中并且结合附图，本发明的特征和优点将变得明显，说明和附图一起阐述本发明的特征。应该理解，这些附图仅描绘示例性实施例，并且因此不能当作对其范围的限制。而且，易于理解，本发明的元件(在此附图中一般性描述和例示的)可以以多种不同配置布置和设计。然而，将通过使用附图，以额外的特征和细节描述和解释本发明，在其中：
图1示出根据一个实施例结构化渗透性控制设施的部分剖开的侧示意图，所述结构化渗透性控制设施包括含烃物质的可渗透体、热源和互连管线；
图2示出根据一个实施例包含在结构化渗透性控制设施内的含烃物质的下沉的可渗透体的侧截面图；
图3示出根据一个实施例的图2中下沉的可渗透体的侧截面图，其具有掩埋在其中的可位移加热导管；
图4a-4c一起示出根据示例性实施例的铰接导管联动系统和盒外壳(box enclosure)的透视侧视图、剖面图和前视图；
图5a到5c示出根据一个实施例用于联动系统的几个旋转接头的侧截面图；以及
图6示出根据示例性实施例安装到盒外壳的滑动节气阀(vane)面板装置的透视侧视图。
具体实施方式
下面参考示例性实施例并使用特定语言描述这些实施例。然而，应该理解，无意限制本发明的范畴。本领域技术人员和拥有本公开的人会想到的、在此所描述的发明性特征的改变和进一步修改以及在此所描述的本发明原理的其他应用视为在本发明的范畴内。进一步，在本发明特定实施例公开和描述之前，应该理解，本发明不限于这里公开的特定过程和物质，这些可以在一定程度上改变。还应该理解，这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非为了限制，因为本发明的范畴仅由随附的权利要求及其等价物限定。
定义
在描述和要求本发明时，会使用下面的术语。
单数形式“一种”、“一个”、和“该”包括多个引用物，除非上下文明确指出。因此，例如，引用“壁体”包括引用一个或更多这样的结构，“可渗透体”包括引用一个或更多这类物质，且“加热步骤”指一个或更多这样的步骤。
如这里所用，“导管”指沿规定距离的任何通道，其可以用来从一点到另一点输送物质和/或热。虽然导管通常是圆形管件，其他非圆形导管也可以使用。导管有利地用于将流体引入到可渗透体中或从其中抽取流体、实现热传递和/或输送射频装置、燃料电池机构、电阻加热器或其他装置。
如这里所用，“纵轴”指导管或通道的长轴或中心线。
如这里所用，“横跨”指以与引用的平面或轴垂直到成约45度角的角度径直穿过引用的平面或轴的方向。
如这里所用，“保形弯曲(conformably bend)”指在加热过程中至少部分跟随可渗透体下沉运动的弯曲。这样的弯曲允许导管的横向偏转(deflection)，同时减少导管壁体破裂的危险。
如这里所用，“纵轴热膨胀”指沿波状导管(corrugated conduit)长度的类手风琴效果。当波纹是环绕的，如螺旋的或圆形的时，随着导管材料膨胀，如果导管一端或两端自由运动，则波纹允许导管整个长度增加。然而，如果导管沿其长度固定，则波纹允许纵向膨胀在各波状处被吸收。因此，波状导管可以被设计为通过允许波纹从而允许挠曲(flex)而不损失导管壁体的完整性(integrity)，来消除线性膨胀或至少减少与受约束的线性膨胀关联的应力。
如这里所用，“孔径”指导管壁体或接头中的洞孔、狭缝、细孔或开口等，这允许流体在导管内部和紧密相邻的环境之间流动，无论气体或液体。如果导管内压力大于外部压力，则流动可以是向外朝邻近环境。如果导管内压力小于外部压力，则流动也可以是向内朝导管内部。
如这里所用，“结构化设施”指基本完全人造的结构，这与冻壁、硫磺壁(sulfur wall)、或其他屏障不同，这些都是有现有地质层的修改或填充孔而形成的。
结构化可渗透性控制设施通常基本在未扰动的地层外，虽然设施可以形成为邻近未扰动的地层或直接与未扰动的地层接触。这样的控制设施可以不连接到或通过机械装置、化学装置或这些装置的组合附加到未扰动的地层上，如用锚件(anchor)、系杆(tie)或其他合适硬件栓锁到地层。
如这里所用，“粉碎的”指地层或较大质块破裂为碎片。粉碎的质块可以被粉碎(rubblized)或破裂为片段。
如这里所用，“含烃物质”指任何含烃的物质，可以从其中提取或获得烃产品。例如，烃可以是直接提取为液体的，经溶剂萃取去除的，直接蒸发的或从物质中去除的。然而，许多含烃物质含通过加热和热解转化为烃的油母质(kerogen)或沥青。含烃物质可以包括但不限于油页岩、沥青砂、煤、褐煤、沥青、泥煤和其他有机物质。
如这里所用，“蓄积区(impoundment)”指设计来保持或保留液体和/或固体可移动物质积累的结构。蓄积区通常从土地物质获得至少相当部分的地基和结构支撑部。因此，控制壁不总是具有独立强度或结构完整性，除了它们倚其形成的土地物质和/或地层。
如这里所用，“可渗透体”指粉碎的含烃物质的任何质块，其具有相当高的可渗透性，该可渗透性超过相同组成的固体未扰动地层的可渗透性。合适的可渗透体可以具有高于约10％的空隙空间(voidspace)，且通常具有约30％到45％的空隙空间，但其他范围也是合适的。通过例如引入大的不规则形状颗粒，允许高可渗透性促进通过作为主要热传递的对流加热可渗透体，同时显著减少与压碎为非常小尺寸关联的成本，如在约1到约0.5英寸以下。
如这里所用，“壁体”指任何结构化特征，该特征具有对将物质限制在至少部分由控制壁限定的包封体积内的可渗透性控制贡献。虽然定义包封体积的顶、底和其他边界也可以是如这里使用的“壁体”，但是壁体可以以任何方式取向，如垂直。
如这里所用，“开采的”指物质已经从原始地层分离(stratographic)或地质位置去除或扰动到第二不同位置或返回到同一位置。通常，开采的物质可以是通过粉碎、压碎(crushing)、爆炸性爆破或从地层去除物质的其他方式产生的。
如这里所用，“体对流方式(bulk convective flow pattern)”指跨大部分可渗透体的对流性热流。通常，对流是通过将一个或更多导管或热源定向在所定义的体积的下部或底部而产生的。通过以该方式定向导管，加热的流体可以向上流动且冷却的流体以再循环方式沿由含烃物质的可渗透体占据的体积的相当大部分向下回流。
如这里所用，“基本静止的”指物质近乎静止的定位，并随着烃从包围的体积内含烃物质中移出留下贫矿，以一定程度允许下沉、膨胀和/或沉降。相反，含烃物质的任何循环和/或流动，如在流化床或旋转蒸馏器中发现的循环和/或流动，高度涉及含烃物质的相当运动和处理。
如这里所用，“相当的”用来指示物质的多少或量，或其具体特性时，指足以提供该物质或特征要提供的效果的量。在某些情形中，可允许的偏差精确度取决于具体背景。类似地，“基本没有”等指组成中缺少指明的元素或因子。特别地，指明为“基本没有”的元素要么是组成中完全没有，要么是所包括的量足够小以致对组成没有可度量的效果。
如这里所用，“约”指基于实验误差的偏离程度，尤其是对于指明的特定特性。提供术语“约”的范围取决于具体背景和特定性质，并可以易于被本领域技术人员辨别。术语“约”不是为了扩大或限制等值(equivalent)的程度，否则该等值被赋予特定值。进一步，除非另外指出，术语“约”应明确包括“精确地”，与下面关于范围和数值的讨论一致。
浓度、尺寸、量和其他数值数据在这里可以范围格式表示。应该理解，使用这样的范围格式仅为了方便和简洁性，且应灵活地解释为不仅包括明确表述为范围界限的数值数据，而且包括包含在该范围内的所有各个数值数据或子范围，如同每个数值数据和子范围被明确地表述。例如，约1到约200的范围应解释为不仅包括明确表述的界限1和200，而且包括各个尺度，如2、3、4，和子范围，如10到50、20到100等。
如这里所用，为了方便，多个项、结构元素、组成元素和/或物质可以在公共列表中给出。然而，这些列表应视为如同列表的每个成员被单独标识为分开且唯一的成员。因此，基于其在公共群中的呈现而无相反指示，这类列表中单个成员不应视为同一列表任何其他成员的事实等效物。
铰接的导管联动系统
图1-6中示出铰接的导管联动系统的几个代表性实施例，该铰接的导管联动系统可以用于维持热传递流体源和掩埋在下沉可渗透体内的可位移加热导管之间的流体连接。可渗透体可以是含烃物质，但也可以使用其他下沉物质。含烃物质可以包括开采的物质，如油页岩、沥青砂、煤、等，这些物质设置在合适结构内(如，结构化可渗透性控制设施、蓄积区或其他结构)，其意图是从其中提取或释放烃产品。可以通过将热传递流体(如热空气、热废气、蒸汽、烃蒸气和/或热液体)传送到或传送通过掩埋的加热导管，从而加热含烃物质到足够从其中移去烃的温度水平，以此来释放烃。
一个替换的结构化可渗透性控制设施和在其基本包封体积内包含的含烃物质的可渗透体的示例性实施例在2008年2月8日提交的共同拥有且共同未决的美国专利申请No.12/028,569中更详细地描述，其标题为“Methods Of Recovering Hydrocarbons From HydrocarbonaceousMaterial Using A Constructed Infrastructure And Associated Systems”，该申请全文包括在此以供参考。然而，也可以使用其他结构，其至少提供对结构内物质的某些控制或抑制(containment)。例如，只要导管嵌在随时间下沉的物质中，铰接的导管联动系统也适用。下沉可以是移去烃、可渗透体的变质(deterioration)或其他过程的结果。
为了提取过程有效，可能期望提升可渗透体的温度到华氏200度到华氏900度之间从而起动热解。已经发现，在加热过程中，含烃物质的可渗透体可以在横向上基本保持静止，但是随着时间流逝，可以经历显著的垂直下沉和沉降，这是由于烃被释放从而以液体向下流动或以气体向上流动。可渗透体的下沉也会引起嵌入的加热导管向下移位。可以通过为加热导管提供能够吸收局部弯曲的柔性接头(flexiblejoint)、接缝(seam)或波纹来容纳都下沉的邻近导管段之间的少量相对位移。然而，邻近导管段之间的大位移(其中一段下沉而另一段固定)，会产生不能通过提供柔性接头、接缝或波纹来容纳或吸收的剪切应力。
这样的情形可以存在于提供热传递流体到可渗透体(其出口固定在空间中)的热源的出口管线和加热导管(其进口会随可位移加热导管的剩余部分向下位移)的进口之间。如果源出口和导管进口之间的相对运动足够大，则最终横向剪切应力可以超过导管壁和接头的材料极限，并导致允许加热流体逸出的破裂。因此，期望保持结构完整性及源出口与导管进口之间的工作流体连接，无论下沉引起的垂直位移量，使得导管系统可以保持其结构完整性并继续在整个过程中发挥功能。
图1提供结构化可渗透性控制设施或蓄积区10、含烃物质32的可渗透体30、热源40、互连管线62、64、66和68的部分剖开的侧示意图。在所示实施例中，现有整片地面(grade)4主要用作不可渗透底层16的支撑。外部密闭蓄积区侧壁12可以提供限制并可以但不必是被内壁14细分。细分可以在蓄积区10的较大密闭限制区20内生成分开的限制密闭区22，该限制密闭区可以是任何几何形状、尺寸或细分区。
侧壁12和14，以及不可渗透帽盖(cap)18和不可渗透底16层可以包括可渗透性控制蓄积区10，其定义包封的体积20，并可以由任何合适材料形成。例如，蓄积区10的侧壁12和14也可以是自支撑的，其中尾坎(tailings berm)、壁体和底可以为结构和相当的不可渗透性(例如足够防止流体从蓄积区不受控制的逸出)而紧密化和加工。而且，不可渗透帽盖(cap)层18可以用来防止挥发物质和气体不受控制的逸出，并引导气体和蒸汽到适当的气体收集出口66。类似地，不可渗透底层16可用来限制和引导收集的液体到合适的出口，例如排出系统(drain system)26，以便从蓄积区的下部区域移去液体产品。虽然不可渗透侧壁在某些实施例中是期望的，但不总是要求这样。具有可渗透侧壁可以允许气体和/或液体从蓄积区少量排出。
一旦侧壁结构12和14已经构造在构造的和不可渗透底层16(其从地表6开始)上面，则开采的含烃物质32(其可以被粉碎或根据大小或烃富集度分类)可以被放置在所放置的管状加热管件或导管62、流体排出管件64和/或气体收集或注入管件66之后(或接着)的层中。这些管件可以以任意最优流动方式、角度、长度、尺寸、体积、交叉、网格、壁体尺寸、合金构造、穿孔设计、注入速率、和提取速率定向和设计。在某些情形中，管件(如用于热传递的管件)可以连接到热源40、循环通过热源40或从热源40中汲取热。可替换地，或相结合，回收的气体可以通过冷凝器42冷凝。通过冷凝器回收的热可以选用于补充可渗透体的加热或用于气体过程需要。
热源40可以导出热或从任何合适热源生成热，包括但不限于燃料电池(如，固体氧化物燃料电池、熔融碳酸酯燃料电池等)、太阳能源、风能源、烃液体或气体燃烧加热器、地热源、核电站、烧煤电站、射频产生的热、波能、无火焰燃烧器、天然分布的燃烧器、或其任何组合。在某些情形中，虽然燃料电池和燃烧基的加热器是非常有效的，但是也可以使用电阻加热器或气体加热器。在某些地点，地热水可以循环到表面并以合适量引导到设施中以加热可渗透体。
在一个实施例中，可渗透体30的加热可以通过来自烃燃烧的对流加热实现。特别有意义的是烃燃烧以燃料对氧气按化学计量比条件进行。化学计量比条件可以允许热气温度显著增加。可以采用化学计量比燃烧，但通常不要求纯氧气源，纯氧气源可以由已知的技术提供，包括但不限于氧气浓缩器、膜、电解等。在某些实施例中，氧气可以从空气提供，其中氧气和氢气的量符合化学计量比。燃烧废气(combustion off gas)可以引导到超高温热交换器，例如工作温度超过约2500°F的陶瓷或其他合适材料。从环境获得或从其他过程回收的空气可以经超高温度热交换器加热，然后送到蓄积区以便加热可渗透体。接着，可以隔绝燃烧废气而无需进一步分离，即因为废气主要是二氧化碳和水。
液体或气体热传递流体可以通过加热导管62从热源40传递热到含烃物质32的可渗透体30。为了增加可渗透体的温度到200华氏度和900华氏度之间，从而起动热解，如上所述，加热导管内热传递流体的温度可以提升到更高温度，如1000华氏度或以上，从而保持热从热传递流体恒定流入可渗透体。
从密闭蓄积处理区20或22提取的液体或气体可以存储在附近的保存罐(holding tank)44中或密闭限制区(capsule containment)20或22中。例如，不可渗透底层16可以包括将液体向排出系统26引导的斜坡区24，液体通过排出管道64从该排出系统被引导到保存罐44。
随着放置的烃碎石物质32填充密闭处理区20或22，可渗透体30成为用于加工的不可渗透帽盖层18的顶支撑，该帽盖层可以包括加工的流体和气体屏障。在帽盖层18上面，可以加入填充物质28形成顶层，该顶层可以在密闭处理区20或22上生成岩石静压力(lithostaticpressure)。以足以在可渗透体30内生成增加的岩石静压力的紧密化的填充层28覆盖可渗透体30在进一步增加烃产品质量方面是有用的。紧密化的填充层28可以基本覆盖可渗透体30，同时可渗透体30反过来可以基本支撑紧密化的填充层28。
图2是包含在结构化可渗透性控制设施或蓄积区10内的可渗透体30的示图。可渗透体可以基本填充由侧壁12、不可渗透底层16和不可渗透帽盖层(未示出)限定的限制密闭区或体积20。例如，在填充阶段和在加热过程开始之前，包封的体积20可以基本填充有含烃物质32，以便可渗透体30的顶表面t0基本与侧壁12的顶部齐平，从而最大化包括在批处理中的含烃物质的量。
如上所述，已经发现在加热过程中，随着烃释放，含烃物质的可渗透体可以经历显著的垂直下沉运动和沉降。该过程是温度梯度的结果，该温度梯度可以在引入热到可渗透体时开始形成，其中中心区域和上部区域变得比邻近限制密闭区20的未加热边界的侧面边缘和底部边缘更热。自然，烃会开始更易于从较热的区域流动，导致初始下沉在顶表面的中心区域具有最大的到t1位置的运动。
根据含烃物质32的组成和配置、可渗透体30的大小、加热导管系统提供的加热方法和加热速率、周边环境和绝缘边界条件等，达到t1位置所需的时间周期会显著波动，且范围可以从几天到几个月。已经观察到，当含烃物质32达到约600华氏度的温度时，烃会开始移去。
随着较高的温度向限制密闭区20的边缘蔓延，可渗透体30的顶表面会继续下沉通过t2和t3位置，遵从中心区域比边缘经历更垂直的运动的方式。然而，连续的加热会最终增加整个可渗透体30的温度到临界提取点，引起甚至邻近临界蓄积区10边界的物质释放其烃。在该点，外部区域也会经历显著的垂直下沉直到顶表面达到t4点。
可渗透体30经历的垂直下沉量可以根据含烃物质32的组成及其初始配置显著改变。虽然图2中为了例示目的夸大示出，但顶表面的垂直运动量范围可以在渗透体的初始垂直高度的5％和25％之间，12％-16％的下沉是常见的。可以通过为加热导管提供能够吸收局部弯曲的柔性接头、接缝或波纹76来容纳均嵌入下沉渗透体的邻近导管段之间小的相对位移(参看图13)。然而，维持结构完整性和连接可位移加热导管与位于结构化可渗透性控制结构外部的静止热源的导管接头的热传递流体连接是具有挑战性的。
一种保持源出口72和导管进口74之间流体连接的系统是铰接导管联动系统，在图3所示的一个具体实施例中80处示出。源出口72可以是静止的导管或管件，其从位于结构化可渗透性控制设施10外部的流体源(未示出)延伸通过蓄积区的侧壁12并进入限制密闭区20，这里其耦合到导管联动系统80。流体源可以供应工作流体到嵌入或掩埋在含烃物质32的可渗透体30的可位移导管70。如果可渗透体30从位置t0下沉到t4，位移的导管70’的进口74’可位移到显著低于其初始位置的位置。如上所述，导管联动系统80可以在下沉过程中和在其完成后继续操作，从而维持静止导管段和可位移导管段之间流体连接。
在一个实施例中，工作流体可以是热传递流体，流体源可以是供应热传递流体的热源，且可位移导管70可以是接收热传递流体并将其输送到整个限制密闭区20以便加热可渗透体的加热导管。然而，导管联动系统80不限于结构化可渗透性控制设施10的加热系统，并可以用于耦合流体源(或收集系统)和操作热传递流体之外的工作流体的可位移导管。
例如，气体收集或注入管(图1中示为66)可以配置有导管联动系统80，因为收集或注入管也可以嵌入下沉的可渗透体30中。其他应用包括液体收集或注入管(未示出)。对于注入系统，工作流体的流动方向可以如上所述，其中工作流体从蓄积区10外的流体源流经导管联动系统80并进入掩埋在下沉可渗透体内一深度的可位移导管70。然而，对于收集系统，工作流体的流动方向是相反的，且掩埋在下沉的可渗透体内一深度的可位移导管70的出口74可以供应工作流体，通过导管联动系统80，到达收集系统进口72，其在控制设施的外部延伸。
导管联动系统80的示例性实施例在图4a-4c中示出，并可以包括与导管接头88耦合到一起的多个铰接的导管段82，84，86。例如，联动系统可以包括可以将源出口72耦合到第一单轴旋转接头的外部导管段82，和可以将导管进口74，74’耦合到第二旋转接头的内导管段84。联动系统也可以包括至少一个中部或中间导管段86，其可操作地分别将外部段和内部段与至少一个单轴旋转接头连接，从而建立流体源(未示出)和可位移导管70，70’之间的工作流体连接。
多个铰接导管段82，84，86和导管接头88可以由保护性的、无运动盒外壳90包围，该盒外壳可以防止含烃物质侵入到铰接联动操作空间中。静止的源出口72可以通过外壳的外表面中单个圆形开口进入盒外壳90，该圆形开口可以邻近蓄积区10的邻近侧壁12。相比之下，可移动导管进口74，74’可以通过伸长的狭缝92或窗口进入盒外壳，该狭缝或窗口可以延伸盒外壳内壁的垂直长度从而允许导管进口在其向下位移时不受限制的运动。如下面更详细的讨论，滑动节气阀面板装置或类似结构可以安装到伸长的狭缝92中从而覆盖和保护开口的暴露部分并允许可位移导管70’向下移动。
在初始、未延伸位置，铰接导管段82，84，86可以设置在基本水平的位置，且源出口72和导管进口74的纵轴基本彼此对准(参看图4c)。本领域技术人员可以理解，可渗透体随后的下沉会引起源出口72和导管进口74’之间的相对位移，其垂直于纵轴(在该情形中向下)。为了容纳该运动，多个铰接的导管段可以以转换取向(toggle orientation)配置，使得引起可位移导管进口74’向下运动的可渗透体内任何下沉可以进而引起外部导管段82和内部导管段84以相反方向旋转，从而延伸导管联动系统80，从而保持结构完整性和静止导管段与可位移导管段之间的工作流体连接(参看图4b)。
虽然连接三个导管段82，84，86和源出口72以及导管进口74，74’的四个导管接头88中的任意三个允许旋转运动时，导管联动系统80可以操作，但是假定源出口和导管进口旋转固定在它们各自的支撑结构内(如，蓄积区10的侧壁12和下沉可渗透体30)。因此，连接外部旋转导管82以及内部旋转导管84和不旋转出口72和进口74，74’的导管接头88可以是单轴旋转接头。连接中间导管86和外部旋转导管82和内部旋转导管84的导管接头88的一个或两个也可以是单轴旋转接头。
由于包含在结构化可渗透性控制设施内的含烃物质的量可以非常大，因此实现可渗透体质量特性所需的工作流体的体积以及相关管件或导管系统的直径也会非常大。例如，热源出口和加热导管进口的直径可以在几个英寸到36英寸或更高，以允许足够体积的热传递流体进入并加热可渗透体。此外，关联的管件或导管系统可以经历极端操作条件，例如覆盖物质重量生成的沉重侧负荷和高达900华氏度到1000华氏度的工作温度。提供足够大尺寸且可以在严苛操作条件中操作的回转或旋转导管接头是困难的。特别适于这类大直径管件和极端操作条件的一种类型的旋转接头是螺纹管接头。螺纹管接头可以有效地密封导管接头防止流体泄露，同时仍然允许管件通过有限范围的运动旋转，如高达90°。
然而，其他类型的高温旋转接头也是合适的。例如，如图5a示意所示，以锚件系统106锚定或固定的静止导管段102可以通过高温碳对碳面密封件110可操作地耦合并密封到导管段104。碳对碳面密封件可以包括两个安装到导管法兰112的邻近内表面的环形碳盘114，然后其可通过外部保持环或装置116保持到一起。碳盘的极限硬度和耐热性可以提供高温摩擦接触界面，该界面不易随导管段104旋转而磨损或降级，并因此可以在导管旋转接头的寿命期间保持可靠的机械密封。
可替换类型的高温密封件可以包括具有金属环122的曲径机械密封件120，该金属环122交替地从内旋转表面和外部定子表面延伸，并用作“齿牙”从而形成用于气体和液体的扭曲的密封通道(图5b)。另一种合适的接头可以包括具有互锁的环形凸起或环132，134的滑配接头130，该凸起或环分别从静止导管段102和旋转导管段104的法兰轴向延伸，且其可以互连从而形成另一类型的通道，该通道密封防止高温流体流动(图5C)。而且，也可以使用用于促进一个导管段相对另一个导管段的相对旋转同时防止高温气体或液体通过静止/旋转接口逸出的其他类型的机械密封件和/或旋转接头连接件等。
图4a-4c中所示的实施例可以包括两个旋转导管段82，84以及一个中间导管段86，所述两个旋转导管段各自绕垂直于那个导管段纵轴的轴旋转(在该情形中与源出口72或导管进口74，74’的纵轴一致)，所述一个中间导管段86平移和绕其自身纵轴旋转。而且应该理解，可以加入额外的中间导管段(一个旋转导管段和一个自转导管段成对)从而增加导管联动系统80的运动范围。
图6中示出第二旋转接头88，其连接导管进口74和内部导管段84，图6还示出滑动节气阀面板装置94的一个例子，其可以密封盒外壳90伸长的狭缝开口从而防止含烃物质侵入铰接联动操作空间。滑动节气阀面板装置94可以包括一系列上滑动节气阀面板96，其各自在上边缘或下边缘耦合到的邻近节气阀面板，但是可以相对彼此滑动，使得在铰接联动系统设置在初始位置时所有节气阀面板可以分组在一起。可渗透体下沉引起的导管进口74的向下运动可以允许上面组的滑动节气阀面板96向下掉落，依次使面板在后从而覆盖暴露的开口。面板装置94还可以包括一系列下滑动节气阀面板98，其以非常相似的方式操作，例外的是下节气阀面板在初始位置延伸并随导管进口74下降依次分组。其他类似滑动面板可以用来防止固体碎片进入盒外壳。
上面的详细说明参考具体示例性实施例描述了本发明。然而，应该理解，在不偏离随附权利要求限定的本发明范围的情况下可以做出各种修改和变化。详细说明和附图应仅被视为例示性的，而非限制性的，且所有这些修改或变化(如果有)都落入在此描述和阐明的本发明的范围内。
更具体地，虽然已经描述了本发明示例性实施例，但本发明不限于这些实施例，而是包括具有本领域技术人员基于上面详细描述而理解的修改、省略、组合(如不同实施例的方面)、适应性改动和/或变化的任意和所有实施例。权利要求中的限制应基于权利要求中采用的语言宽泛理解，而不局限于前面详细说明或申请过程中描述的例子，这些例子应视为为非限制性的。任何方法或工艺权利要求中所述的步骤可以任意顺序执行，而不限于权利要求中给出的顺序。装置加功能或步骤加功能限制仅在这样的情形中采用，对于特定权利要求限制，所有下面的条件出现在该限制中：a)明确表述了“用于...的装置”或“用于...的步骤”；和b)明确表述了相应功能。支持装置加功能的结构、材料或动作明确表述在本文的说明中。因此，本发明的范围应仅通过权利要求及其法定等价物确定，而非上面给出的说明和例子。

Claims (18)

1.一种用于保持流体源和掩埋在下沉可渗透体内的可位移导管之间的流体连接的铰接的导管联动系统，其包括：
流体源，其用于通过源出口供应工作流体并且位于所述可渗透体外部；
可位移导管，其用于通过导管进口接收所述工作流体并且被掩埋在所述下沉可渗透体内一深度处；以及
多个铰接导管段，其包括：
外部导管段，其通过第一单轴旋转接头可操作地耦合到所述源出口；
内部导管段，其通过第二单轴旋转接头可操作地耦合到所述导管进口；以及
至少一个中部导管段，其通过至少一个单轴旋转接头分别可操作地连接所述外部导管段和所述内部导管段，从而建立所述流体源和所述可位移导管之间的工作流体连接，
其中所述可渗透体的下沉引起所述源出口和所述导管进口之间的相对位移，该相对位移垂直于所述源出口和所述导管进口的纵轴线，引起所述外部导管段和所述内部导管段以相反方向旋转从而延伸所述导管联动系统，同时保持所述源出口和所述导管进口之间的所述工作流体连接。
2.根据权利要求1所述的导管联动系统，其中所述单轴旋转接头进一步包括螺纹管接头。
3.根据权利要求1所述的导管联动系统，进一步包括盒外壳，所述盒外壳包围所述多个铰接的导管段并且具有邻近所述导管进口的滑动节气阀面板以便防止所述可渗透体侵入到所述盒外壳。
4.根据权利要求1所述的导管联动系统，其中所述工作流体是热传递流体，所述流体源是供应所述热传递流体的热源，且所述可位移导管是接收所述热传递流体的加热导管。
5.根据权利要求4所述的导管联动系统，其中所述热传递流体是选自于由加热的废气、加热的空气、蒸汽、烃蒸气和加热的液体组成的群组。
6.根据权利要求4所述的导管联动系统，其中所述热传递流体被加热到200华氏度到1000华氏度之间的温度。
7.根据权利要求1所述的导管联动系统，其中所述工作流体的流动方向被反向，且掩埋在所述下沉可渗透体内一深度的可位移导管出口通过所述多个铰接的导管段将所述工作流体供应到位于结构化可渗透性控制设施外部的收集系统进口。
8.根据权利要求7所述的导管联动系统，其中所述可渗透体是含烃物质，且所述工作流体是从含烃物质的可渗透体回收产生的烃气体。
9.根据权利要求7所述的导管联动系统，其中所述可渗透体是含烃物质，且所述工作流体是从含烃物质的可渗透体回收产生的烃液体。
10.一种可操作耦合流体源和掩埋在下沉可渗透体的可位移导管的方法，所述下沉可渗透体包含在结构化可渗透性控制设施内，所述方法包括：
提供流体源，所述流体源用于通过源出口供应工作流体并且位于所述结构化可渗透性控制设施外部；
提供可位移导管，其用于通过导管进口接收所述工作流体并且被掩埋在所述下沉可渗透体内一深度处，所述下沉可渗透体包含在所述控制设施内；
通过多个铰接的导管段建立热源和加热导管之间的流体连接，所述多个铰接的导管段包括：
外部导管段，其通过第一单轴旋转接头可操作地耦合到所述源出口；
内部导管段，其通过第二单轴旋转接头可操作地耦合到所述导管进口；以及
至少一个中部导管段，其通过至少一个单轴旋转接头可操作地连接所述外部导管段和所述内部导管段，从而建立所述流体源和所述可位移导管之间的工作流体连接，
其中所述可渗透体的下沉引起所述源出口和所述导管进口之间的相对位移，该相对位移与所述源出口和所述导管进口的纵轴线垂直，引起所述外部导管段和所述内部导管段以相反方向旋转，从而延伸所述导管联动系统，同时维持所述源出口和所述导管进口之间的工作流体连接。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述单轴旋转接头进一步包括螺纹管接头。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括提供盒外壳，所述盒外壳包围所述多个铰接的导管段并且具有邻近所述导管进口的滑动节气阀面板以便防止所述可渗透体侵入所述盒外壳。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述工作流体是热传递流体，所述流体源是供应所述热传递流体的热源，且所述可位移导管是接收所述热传递流体的加热导管。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述热传递流体是选自于由加热的废气、加热的空气、蒸汽、烃蒸气和加热的液体组成的群组。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述热传递流体被加热到200华氏度到1000华氏度之间的温度。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述工作流体的流动方向被反向，且掩埋在所述下沉可渗透体内一深度的可位移导管出口通过所述多个铰接的导管段将所述工作流体供应到位于所述结构化可渗透性控制设施外部的收集系统进口。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述可渗透体包括含烃物质，且所述工作流体是从所述含烃物质的可渗透体回收产生的烃气体。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述可渗透体包括含烃物质，且所述工作流体是从所述含烃物质的可渗透体回收产生的烃液体。
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