JPS6311518B2 - - Google Patents

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JPS6311518B2
JPS6311518B2 JP12431583A JP12431583A JPS6311518B2 JP S6311518 B2 JPS6311518 B2 JP S6311518B2 JP 12431583 A JP12431583 A JP 12431583A JP 12431583 A JP12431583 A JP 12431583A JP S6311518 B2 JPS6311518 B2 JP S6311518B2
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JP
Japan
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insulating
fitting
electrode device
pipe joint
insulator
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JP12431583A
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Japanese (ja)
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JPS6016697A (en
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So Shirasawa
Takeo Inoe
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、炭化水素系地下資源の電気加熱用
電極装置に関するものであり、さらに詳しくいう
と、地中に存在する高粘度、低流動性の炭化水素
を井戸から採取するに際して、炭化水素の流動性
を高めるために、地下に存在する炭化水素含有層
に通電し、加熱するために使用する電気加熱用電
極装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to an electrode device for electrically heating hydrocarbon-based underground resources, and more specifically, it relates to an electrode device for electrically heating hydrocarbon-based underground resources. The present invention relates to an electric heating electrode device used to supply electricity to and heat a hydrocarbon-containing layer located underground in order to improve the fluidity of hydrocarbons.

地中に存在する高粘度低流動性の炭化水素の代
表的なものに、一般にオイルサンドあるいはター
ルサンドと呼ばれるものに含まれるビチユーメ
ン、ならびにオイルシエールと呼ばれるものに含
まれるケロゲン等がある。これらのうち、現在、
経済性の点から専ら研究対象になつているのはオ
イルサンドである。地下に存在する油層の加熱方
法として現実的に研究が進められているのは、地
下の油層に達する鋼製のケーシングを埋設し、熱
水あるいは高温高圧の水蒸気を注入する方法と、
油層部に適当な間隔を保持して2個の電極を埋設
し、電極間に通電してジユール熱により加熱する
方法である。前者の方法は装置的には容易である
という長所がある反面、効率が悪いという短所が
ある。後者の方法は、効率的にはきわめて良好で
あるということが理論的あるいは実験的に認めら
れているが、装置の点できわめて難かしい問題が
あるという短所がある。
Typical hydrocarbons with high viscosity and low fluidity that exist underground include bitiumen contained in what is generally called oil sand or tar sand, and kerogen contained in what is called oil shale. Of these, currently
Oil sands are the focus of research from an economic standpoint. The methods currently being researched to actually heat underground oil reservoirs include burying a steel casing that reaches the underground oil reservoir and injecting hot water or high-temperature, high-pressure steam.
This is a method in which two electrodes are buried in the oil layer with an appropriate distance between them, and electricity is applied between the electrodes to heat the oil layer using Joule heat. The former method has the advantage of being easy in terms of equipment, but has the disadvantage of being inefficient. Although the latter method has been theoretically and experimentally recognized to be very efficient, it has the disadvantage of being extremely difficult to use in terms of equipment.

この発明は、後者の所謂電気加熱方法に使用す
る電極装置に関するものである。電気加熱方法は
単独では地中のオイルサンドを採取することは不
可能である。電気加熱方法の場合、ケーシングの
下部に管状の電極装置を設け、通電によりオイル
の粘性を低下させた後、一方のケーシングを通じ
て高温高圧の水蒸気を注入し、他方のケーシング
を通じてオイルを採取する方法がとられる。
The present invention relates to an electrode device used in the latter so-called electric heating method. It is impossible to extract underground oil sands using electric heating methods alone. In the case of the electric heating method, a tubular electrode device is installed at the bottom of the casing, and after electricity is applied to reduce the viscosity of the oil, high-temperature, high-pressure steam is injected through one casing, and oil is collected through the other casing. Be taken.

以下、理解を容易にするために、オイルサンド
の存在状態、採取方法を含め、電極装置に要求さ
れる特性について説明する。オイルサンドは、カ
ナダ、アメリカ合衆国、ベネゼラ等に埋蔵が確認
されている。オイルサンド中のオイルは、砂の表
面および砂と砂との間隙に塩水とともに存在して
いるが、きわめて粘度が高く、自然に存在する状
態では流動性を有しない。オイルサンドの層は峡
谷、川岸などで一部露出している他は、大部分地
下200〜500mの深さに数10mの厚さの層をなして
存在している。オイルサンドを掘り出し地上でオ
イルを分離するのは、経済性および環境保護の面
から制約を受けるため、地中よりオイルのみを取
り出す必要がある。また地中の浅い層からのオイ
ルの採取は地層が陥没する危険があるため、地下
300m以下の層から採取するのが望ましいとされ
ている。
In order to facilitate understanding, characteristics required of the electrode device will be described below, including the state of existence of oil sands and the method of collection. Oil sand reserves have been confirmed in Canada, the United States, Venezuela, etc. Oil in oil sands exists along with salt water on the surface of the sand and in the gaps between the sands, but it has extremely high viscosity and has no fluidity in its natural state. The oil sand layer is partially exposed in canyons and riverbanks, but most of the oil sand layer exists at a depth of 200 to 500 meters underground, forming a layer several tens of meters thick. Excavating oil sands and separating the oil above ground is limited by economics and environmental protection, so it is necessary to extract only the oil from underground. In addition, extracting oil from shallow underground layers may cause the layers to cave in, so
It is said that it is desirable to collect from a layer below 300m.

この通電によりオイルサンド層を加熱する電極
装置として最も大きな問題は、オイルサンド層の
電気抵抗がオイルサンド層上部の地層、すなわ
ち、オイルサンド上層より高いということであ
る。場所その他の条件によりそれぞれ異なるため
一律に表示し難いが、因にその平均値を示すと、
オイルサンド層が100Ωmであり、上部の地層は
10Ωmである。そのため鋼管で造られたケーシン
グの下端に電極を支持し、この電極の1対をオイ
ルサンド層に埋設して通電すると、電流の殆どが
上部の地層部で消費されることになる。この現象
を避けるためには、地層部にあるケーシング表面
に絶縁被覆層を設けるか、あるいは、電極をケー
シングから絶縁した状態にする必要がある。
The biggest problem with an electrode device that heats an oil sand layer by energization is that the electrical resistance of the oil sand layer is higher than that of the stratum above the oil sand layer, that is, the upper layer of the oil sand layer. Although it is difficult to express it uniformly because it differs depending on the location and other conditions, if we show the average value,
The oil sand layer is 100Ωm, and the upper stratum is
It is 10Ωm. Therefore, if electrodes are supported at the lower end of a casing made of steel pipes and a pair of electrodes is buried in the oil sand layer and energized, most of the current will be consumed in the upper stratum. In order to avoid this phenomenon, it is necessary to provide an insulating coating layer on the surface of the casing in the strata, or to insulate the electrode from the casing.

この発明は、後者の装置に関するもので、以
下、この装置について説明する。
The present invention relates to the latter device, and this device will be explained below.

この装置を模型的に示せば、第1図に示すよう
に電極装置が配置されている。すなわち、鋼管で
作られたケーシング1,11に絶縁部2,12を
介して電極3,13が支持され、電極3,13に
は電流を送るケーブル4,14が接続されて電極
装置を構成している。5は電源装置、6はオイル
サンド層、7は電極3,13の間の電流、8は地
表、9はオイルサンド上層、10はオイルサンド
下層を示している。かかる装置により、オイルサ
ンド層6に埋設した電極3,13に地上の電源装
置5よりケーブル4,14を通じて電圧が印加さ
れると、オイルサンド層6中の電気抵抗に応じて
電流7が流れてジユール熱が発生し、オイルサン
ド層6が加熱される。このとき電流7の1部はオ
イルサンド上層9およびオイルサンド下層10へ
も流れるが、ケーシング1,11と電極3,13
間に絶縁部2,12が介在するために、電流7の
洩れは小さく抑えられる。オイルサンド層6が温
まれば通電を止め、電極装置の一方のケーシング
1の上部から熱水あるいは高温高圧の水蒸気を圧
入すれば、熱水または水蒸気はオイルサンド層6
中を通り、他方のケーシング11よりオイルと共
に流出する。熱水あるいは高温高圧水蒸気の流出
をよくするために、電極3,13には多数の細孔
が設けられているのが普通である。
If this device is shown schematically, the electrode devices are arranged as shown in FIG. That is, electrodes 3 and 13 are supported by casings 1 and 11 made of steel pipes via insulating parts 2 and 12, and cables 4 and 14 for transmitting current are connected to the electrodes 3 and 13 to constitute an electrode device. ing. 5 is a power supply device, 6 is an oil sand layer, 7 is a current between electrodes 3 and 13, 8 is a ground surface, 9 is an upper oil sand layer, and 10 is a lower oil sand layer. With this device, when a voltage is applied to the electrodes 3 and 13 buried in the oil sand layer 6 from the ground power supply 5 through the cables 4 and 14, a current 7 flows according to the electrical resistance in the oil sand layer 6. Joule heat is generated and the oil sand layer 6 is heated. At this time, part of the current 7 also flows to the upper oil sand layer 9 and the lower oil sand layer 10, but the casings 1 and 11 and the electrodes 3 and 13
Since the insulating parts 2 and 12 are interposed between them, the leakage of the current 7 can be suppressed to a small level. When the oil sand layer 6 warms up, the electricity is turned off, and hot water or high-temperature, high-pressure steam is injected from the upper part of the casing 1 on one side of the electrode device.
It passes through the inside and flows out from the other casing 11 together with the oil. In order to improve the outflow of hot water or high-temperature, high-pressure steam, the electrodes 3 and 13 are usually provided with a large number of pores.

電極装置には通常、電極3,13にオイルサン
ド層6との接触抵抗を低くするために食塩水がパ
イプ(図示せず)を通じて送り込まれ、食塩水と
ケーシング1,11とを分離するため、電極3,
13上方に仕切板(図示せず)が設けられて、さ
らに仕切板の上部には絶縁性液体が充満される。
Salt water is normally fed into the electrode device through a pipe (not shown) in order to lower the contact resistance between the electrodes 3 and 13 and the oil sand layer 6, and to separate the salt water and the casings 1 and 11. electrode 3,
A partition plate (not shown) is provided above 13, and the upper part of the partition plate is filled with an insulating liquid.

このような電極装置は埋設時に破壊せず、埋設
当初は土圧に耐える充分な強度を有し、通電時は
温度上昇があり、特に、電極近傍は電流密度が高
いために特に温度上昇が著しいが、それでもなお
変形や破壊を生ぜず、内部に充満される液体の静
圧に耐え、かつ、熱水あるいは高温高圧水蒸気注
入時に破壊せず漏洩しないことが要求される。ち
なみに、地下500mの個所に埋設された場合、内
部に充満される液体の比重を1とすれば50Kg/cm2
の圧力がかかり、50Kg/cm2の圧力を有する水蒸気
の温度は265℃に達する。
Such electrode devices do not break when buried, and have sufficient strength to withstand earth pressure when buried, but when energized, the temperature rises, and the temperature rise is especially significant near the electrodes due to the high current density. However, it is still required to not deform or break, to withstand the static pressure of the liquid filled inside, and to not break or leak when hot water or high-temperature, high-pressure steam is injected. By the way, if it is buried 500m underground, the specific gravity of the liquid filled inside is 1, then it is 50Kg/cm 2
The temperature of steam with a pressure of 50 Kg/cm 2 reaches 265°C.

なお、この絶縁部2,12の上部はケーシング
1,11に、下部は電極3,13に接続されるの
で絶縁部2,12には常に懸垂荷重が加わること
になり、しかも、その条件は250〜300℃の高温下
であるために、これを満たす特性が要求される。
次にこの絶縁部2,12は、下端に電極3,13
を懸垂し、上端はケーシング2,12に接続され
た状態で地下数100mの地底に設置されるもので
あるから、設置工程で地層の孔壁と接触したり、
衝突することは現実的には避け難い条件になる。
従つて、全体の重量が重いために僅かな接触も絶
縁部2,12には大きな機械的衝撃になり、この
衝撃に耐え破損しない特性も要求される。
Since the upper parts of the insulating parts 2 and 12 are connected to the casings 1 and 11 and the lower parts to the electrodes 3 and 13, a suspended load is always applied to the insulating parts 2 and 12, and the conditions are 250 Since the temperature is high at ~300°C, characteristics that meet this requirement are required.
Next, the insulating parts 2, 12 have electrodes 3, 13 at their lower ends.
is suspended, and the upper end is connected to the casings 2 and 12, and is installed several hundred meters underground, so it may come into contact with the hole wall of the stratum during the installation process.
In reality, collision becomes an unavoidable condition.
Therefore, since the overall weight is heavy, even a slight contact causes a large mechanical impact on the insulating parts 2 and 12, and the insulation parts 2 and 12 are required to have characteristics that can withstand this impact and not be damaged.

この発明は、以上の事情に鑑みてなされたもの
で、上記の諸特性を充足する炭化水素系地下資源
の電気加熱用電極装置を提供することを目的とす
るものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electrode device for electrically heating hydrocarbon-based underground resources that satisfies the above-mentioned characteristics.

まず、本発明者らは、有用な電気加熱用電極装
置に用いる絶縁管継手の研究を行つた。特性目標
として次の項目を挙げた。すなわち、電極を懸垂
保持するので機械的強度が大きいこと、両電極間
に4000〜5000Vの電圧が印加されるのでこの電圧
に耐える高い耐電圧特性を保持すること、電極間
の通電により温度が上昇し約300℃の温度になる
が、この温度条件下においても前記機械および電
気的特性を保持すること、耐冷熱衝撃特性に富む
こと、埋設時に穴壁との接触が必然的に発生する
ので機械的衝撃強度が大きいこと、中央貫通孔の
直径の上部のケーシング1,11および電極3,
13の内径と等しく流通抵抗が低いこと。なお、
上記条件下において高度の水(油)密特性を有し
経年変化がなく長期信頼性を有すること、ならび
に上下のケーシング1,11、及び電極部3,1
3と容易に接続できること等である。
First, the present inventors conducted research on an insulated pipe joint used in a useful electric heating electrode device. The following items were listed as characteristic goals. In other words, the electrodes are held suspended, so the mechanical strength is high; a voltage of 4,000 to 5,000 V is applied between the two electrodes, so the device must have high withstand voltage characteristics that can withstand this voltage; and the temperature rises due to the current flowing between the electrodes. The temperature is approximately 300°C, but even under this temperature condition, the mechanical and electrical properties must be maintained, the material must have excellent cold and thermal shock resistance, and since contact with the hole wall will inevitably occur during burying, the mechanical casings 1, 11 and electrodes 3 above the diameter of the central through hole;
The flow resistance should be low, as is the inner diameter of No. 13. In addition,
Under the above conditions, the upper and lower casings 1 and 11 and the electrode parts 3 and 1 have a high degree of water (oil) tightness and no deterioration over time and have long-term reliability.
3 and can be easily connected.

この絶縁管継手100の一例を第2図により説
明する。同図aは製品構造を示し、それぞれ鋼材
でなり中央に貫通孔を有する内部金具21、外部
金具22と、それらの間隙部に介在する絶縁物2
4により構成されている。内部金具21は下端部
に外周環21−1が形成されている。外部金具2
2は上部金具22−1と下部金具22−2により
構成され、上部金具22−1は上端部に内部金具
21の外周環21−1と対面する内周環22−3
が形成されている。この内周環22−3を内部金
具21の壁部21−2の外周を貫入させた後、そ
の下端部を下部金具22−2の壁部22−4の外
周部に螺合もしくは溶接により接合25する。な
お、壁部22−4の内周径は内部金具21の貫通
孔径より大きくなつている。絶縁物24は内部金
具21と外部金具22の間隙部を充填するととも
に、これに連続して内部金具21の壁部21−2
の外周面および外部金具22の壁部22−4の内
周面に延設されている。
An example of this insulated pipe joint 100 will be explained with reference to FIG. Figure a shows the product structure, which includes an internal fitting 21 and an external fitting 22, each made of steel and having a through hole in the center, and an insulator 2 interposed in the gap between them.
4. The inner metal fitting 21 has an outer circumferential ring 21-1 formed at its lower end. External metal fittings 2
2 is composed of an upper metal fitting 22-1 and a lower metal fitting 22-2, and the upper metal fitting 22-1 has an inner ring 22-3 at its upper end that faces the outer ring 21-1 of the inner metal fitting 21.
is formed. After this inner ring 22-3 penetrates the outer periphery of the wall 21-2 of the internal fitting 21, its lower end is connected to the outer periphery of the wall 22-4 of the lower fitting 22-2 by screwing or welding. 25. Note that the inner diameter of the wall portion 22-4 is larger than the diameter of the through hole of the internal fitting 21. The insulator 24 fills the gap between the internal fitting 21 and the external fitting 22, and continues from the wall 21-2 of the internal fitting 21.
and the inner circumferential surface of the wall portion 22-4 of the external fitting 22.

次に絶縁物24であるが、ガラス・マイカ塑造
体が使用されている。このガラス・マイカ塑造体
とは、ガラス質の粉末とマイカの粉末との混合物
を原料とし、この原料粉末をガラス質が軟化して
加圧により流動可能な温度に加熱し、加熱状態で
加圧成形して造られる絶縁物のことである。
Next, as for the insulator 24, a glass/mica plastic body is used. This glass/mica plastic body is made from a mixture of glassy powder and mica powder.This raw material powder is heated to a temperature where the glassy material softens and can flow under pressure. It is an insulator made by molding.

この絶縁管継手は第2図bに示す形状の内金3
1、外金32,33を用意し、専用の成形型(図
示せず)を使用して上記のガラス・マイカ塑造体
からなる絶縁物24を成形した後、機械加工によ
り第2図aに示す製品に仕上げて造られる。この
ガラス・マイカ塑造体には、ガラス質の転位温度
以下における熱膨張率が各金具を構成する鋼材の
それより小さいものを使用する。成形時の温度は
金具およびガラス・マイカ塑造体いずれもガラス
質の転位温度より高いので、成形後の冷却過程に
おいてガラス・マイカ塑造体の外周面は外周に存
在する外金32,33により強力に締付けられて
いる。次に温度が上昇するとこの面の締付力は減
少するが、逆にガラス・マイカ塑造体の内周面は
内側に存在する内金31の外周面により強力に締
付けられるようになる。
This insulated pipe joint has an inner metal 3 having the shape shown in Fig. 2b.
1. Prepare the outer metals 32 and 33, use a special mold (not shown) to mold the insulator 24 made of the above-mentioned glass-mica plastic body, and then perform machining to form the insulator 24 shown in FIG. 2a. It is finished and manufactured into a product. The glass-mica plastic body used has a coefficient of thermal expansion below the glass transition temperature that is smaller than that of the steel material constituting each metal fitting. The temperature during molding is higher than the transition temperature of glass for both the metal fittings and the glass/mica plastic body, so during the cooling process after molding, the outer peripheral surface of the glass/mica plastic body is strengthened by the outer metals 32 and 33 present on the outer periphery. It is tightened. Next, when the temperature rises, the clamping force on this surface decreases, but conversely, the inner circumferential surface of the glass-mica plastic body becomes more strongly tightened by the outer circumferential surface of the inner metal 31 located inside.

この絶縁管継手100は、内部金具21には外
周環21−1が、外部金具22には内周環22−
3が設けられており、両者とも絶縁物24の内外
周面に金具部が存在しているので、温度の上昇下
降によつて緩みを生ずることは全くない。そのた
め、常温乃至300℃の温度領域において水(油)
密特性は勿論のこと機械的強度が低下するという
ことがない。また、内部金具21の外周環21−
1と外部金具22の内周環22−3が対向してい
るので懸垂荷重強度もきわめて大きい。最後に、
ケーシング1,11および電極部3,13との接
続は、内部金具21、外部金具22の内面にそれ
ぞれ螺子23−1,23−2が螺設されているの
できわめて容易である。
In this insulated pipe joint 100, the inner fitting 21 has an outer circumferential ring 21-1, and the outer fitting 22 has an inner circumferential ring 22-1.
3, and both have metal fittings on the inner and outer circumferential surfaces of the insulator 24, so there is no possibility of loosening due to rises and falls in temperature. Therefore, in the temperature range from room temperature to 300℃, water (oil)
Not only the density properties but also the mechanical strength do not deteriorate. Moreover, the outer circumferential ring 21- of the internal fitting 21
1 and the inner circumferential ring 22-3 of the external metal fitting 22 face each other, so the suspension load strength is also extremely high. lastly,
The connection between the casings 1 and 11 and the electrode parts 3 and 13 is extremely easy since screws 23-1 and 23-2 are provided on the inner surfaces of the inner metal fitting 21 and the outer metal fitting 22, respectively.

上記説明で明らかなように、この絶縁管継手1
00は電極装置用の絶縁管継手として必要な特性
を殆んど具備するものであるが沿面絶縁特性に不
可避の欠陥がある。
As is clear from the above explanation, this insulation pipe joint 1
00 has most of the characteristics necessary as an insulated pipe joint for an electrode device, but it has an unavoidable defect in creeping insulation characteristics.

そもそも、この電極装置は前記のように電極と
オイルサンド層の接触抵抗が低くするために食塩
水がパイプを通じて送り込まれる。そのため絶縁
管継手の外周部にも食塩水が介在するようになる
ため、外周部に長い沿面絶縁部を構成して高い沿
面絶縁特性を確保する必要がある。内周面につい
ては、食塩水とケーシング1,11とを分離する
ために、電極3,13の上部に第5図に示す仕切
板30が設けられ、さらに仕切板30の上部には
絶縁性液体が充満されるので、内周面の沿面絶縁
抵抗については問題になる欠陥は存在しない。
In the first place, in this electrode device, saline water is fed through a pipe in order to lower the contact resistance between the electrode and the oil sand layer as described above. For this reason, the saline solution also exists on the outer periphery of the insulated pipe joint, so it is necessary to form a long creeping insulation part on the outer periphery to ensure high creeping insulation properties. Regarding the inner circumferential surface, a partition plate 30 shown in FIG. Therefore, there are no defects that would pose a problem regarding the creeping insulation resistance of the inner circumferential surface.

さて、この絶縁管継手100の外周沿面絶縁特
性は、内部金具21の壁部21−2の外周面に形
成される絶縁物24−1の長さにより決まるが、
その構成し得る長さには自ずと限界があり、その
内径の約1/2が限度である。理由は、主として成
形性の問題で、この壁を突破するには膨大な成形
設備を必要とするので価格面を併せ考慮すると上
記の限界におさえられる。
Now, the creeping insulation characteristics of the outer circumference of this insulated pipe joint 100 are determined by the length of the insulator 24-1 formed on the outer circumferential surface of the wall portion 21-2 of the internal fitting 21.
There is naturally a limit to the length that can be constructed, and the limit is approximately 1/2 of its inner diameter. The reason is mainly due to the problem of moldability, and since a huge amount of molding equipment is required to break through this barrier, when considering the cost as well, the above-mentioned limit is suppressed.

この発明の電気加熱用電極装置は、きわめて優
れた各種特性を具備する上記の絶縁管継手100
を活用し、外面の沿面絶縁特性を他の手段で確保
することにより、全要求特性を具備する構成にな
るものである。具体的には、2個の絶縁管継手1
00の内部金具21を互いに対向させ、その間に
金属管の外周面に絶縁層を形成した絶縁管を接合
して介在させ、上記絶縁層と絶縁管継手100の
内部金具21の外周面にある絶縁層24−1の間
に、両者を連結する別な絶縁層を形成し、外周面
の沿面絶縁特性を確保しようとするものである。
The electrical heating electrode device of the present invention provides the above-mentioned insulated pipe joint 100 having various extremely excellent characteristics.
By taking advantage of this and securing the creeping insulation characteristics of the outer surface by other means, it is possible to achieve a structure that has all the required characteristics. Specifically, two insulated pipe joints 1
The internal fittings 21 of the insulated pipe fittings 100 are made to face each other, and an insulating tube with an insulating layer formed on the outer peripheral surface of the metal tube is joined and interposed between them, so that the insulation layer and the insulation on the outer peripheral surface of the internal fitting 21 of the insulated pipe fitting 100 are interposed. Another insulating layer is formed between the layers 24-1 to connect the two to ensure creeping insulation properties on the outer peripheral surface.

上記の考え方を実現する際に、まず問題になる
のは、外周面に強固に接着された絶縁層を有する
絶縁管を得ることである。使用条件が常温乃至
100℃程度の温度領域の場合には、耐食特性等を
含め有機質の絶縁層を構成することにより容易に
目的品を得ることができるのであるが、この電極
装置のように使用状件が300℃程度になると、事
態は大きく変化する。まず、300℃の耐熱特性を
保持する材料を選択する必要がある。有機材料中
に上記特性を保持する材料を求めると、ポリ弗化
エチレン(テフロン)あるいはポリエーテルエー
テルケトン(ピーク)等がある。これらの材料は
基体である鋼管材料と熱膨脹率が一桁異なりきわ
めて大きく、温度が上昇するとポリ弗化エチレン
のように柔軟性を有する材料は大きく変形し、柔
軟性を有しないポリエーテルエーテルケトン等は
破壊現象に発展する。この傾向は形状が小型で膨
脹、収縮の差の絶対量が僅少の場合には上記現象
を避ける手段が考えられるが、直径、長さ等、形
状が大きくなると、膨脹、収縮の差の絶対量が大
きくなる。これは必然的な物理的現象であり、こ
れを避けることは本質的に不可能である。この電
極装置の場合、直径が200〜250mm、長さが1〜2
m程度のものが必要であるため、以上の有機材料
による絶縁層の構成は全く考えられない。
In realizing the above idea, the first problem is to obtain an insulating tube having an insulating layer firmly adhered to the outer circumferential surface. Usage conditions are room temperature to
In the case of a temperature range of about 100℃, it is possible to easily obtain the desired product by constructing an organic insulating layer that has corrosion resistance, etc., but if the usage conditions are 300℃ like this electrode device, As the situation progresses, things change dramatically. First, it is necessary to select a material that maintains heat resistance properties of 300°C. Among organic materials, materials that maintain the above characteristics are found, such as polyfluorinated ethylene (Teflon) and polyetheretherketone (Peak). The coefficient of thermal expansion of these materials is an order of magnitude different from that of the base steel pipe material, and when the temperature rises, flexible materials such as polyfluoroethylene deform significantly, and non-flexible materials such as polyether ether ketone develops into a destructive phenomenon. If the shape is small and the absolute amount of the difference between expansion and contraction is small, there may be a way to avoid this phenomenon, but as the shape becomes larger in terms of diameter, length, etc., the absolute amount of the difference between expansion and contraction becomes smaller. becomes larger. This is an inevitable physical phenomenon, and it is essentially impossible to avoid it. In the case of this electrode device, the diameter is 200~250mm and the length is 1~2mm.
Since a material of the order of m is required, the structure of the insulating layer made of the above organic material is completely unthinkable.

常温〜300℃の温度領域において、外周面に剥
離、破損などを生じない絶縁層を有する鋼管の絶
縁管の場合、常温〜300℃の温度領域における絶
縁物の熱膨脹率が鋼管のそれと近似であることが
必須条件になる。この熱膨脹率についての必須条
件を満すとともに、常温〜300℃の温度領域にお
いて電気的および機械的特性を保持し、耐冷熱衝
撃特性に富み、優れた耐食特性を具備して長期信
頼性を有する絶縁物材料ということになると、そ
の選択範囲は極端に限定されることになる。
In the case of an insulated steel pipe that has an insulating layer on its outer circumferential surface that does not cause peeling or damage in the temperature range of room temperature to 300°C, the coefficient of thermal expansion of the insulation in the temperature range of room temperature to 300°C is similar to that of the steel pipe. That becomes a necessary condition. It satisfies this essential condition regarding the coefficient of thermal expansion, maintains electrical and mechanical properties in the temperature range from room temperature to 300°C, has excellent cold and thermal shock resistance, and has excellent corrosion resistance and long-term reliability. When it comes to insulating materials, the range of choices is extremely limited.

この発明の電極装置は、上記絶縁管継手100
の絶縁物に使用したガラス・マイカ塑造体を鋼管
の外層面に絶縁物層として形成した絶縁管を使用
する。第3図は絶縁管101の一例を示し、金属
管26の外周面に被覆絶縁物27を形成し、絶縁
管継手100の内部金具21の螺子23−1に螺
合接続するための螺子23−3を金属管26の両
端に設ける。この絶縁管101は、金属管26に
熱膨脹率が11.8×10-6の鋼材を使用し、被覆絶縁
物27には常温〜400℃の熱膨脹率が11.5×10-6
のガラス・マイカ塑造体を使用する。このよう
に、金属管26と被覆絶縁物27の熱膨脹率が互
いにきわめて近似しているので、常温〜300℃の
温度上昇あるいは下降によつて被覆絶縁物27が
剥離、破損する現象は全く発生しない。この被覆
絶縁物27を構成するガラス・マイカ塑造体の熱
膨脹率は、絶縁管継手100の絶縁物24より熱
膨脹率が大きい。これは原料ガラスに熱膨脹率が
大きいものを使用することにより得ることができ
る。なお、金属管26の外周面に被覆絶縁物27
に埋設されるように環状の鍔部26−1を複数箇
設けることにより被覆絶縁物27をより安定に固
定することができる。
The electrode device of the present invention includes the above-mentioned insulated pipe joint 100.
An insulating tube is used in which the glass/mica plastic material used for the insulator is formed as an insulating layer on the outer surface of the steel tube. FIG. 3 shows an example of an insulating tube 101, in which a covering insulator 27 is formed on the outer circumferential surface of a metal tube 26, and a screw 23-1 for threading connection to a screw 23-1 of an internal fitting 21 of an insulating tube joint 100 is provided. 3 are provided at both ends of the metal tube 26. In this insulating tube 101, a steel material with a coefficient of thermal expansion of 11.8×10 -6 is used for the metal tube 26, and a steel material with a coefficient of thermal expansion of 11.5×10 -6 from room temperature to 400° C. is used for the covering insulator 27.
A glass/mica plastic body is used. As described above, since the coefficients of thermal expansion of the metal tube 26 and the insulator 27 are very similar to each other, the insulator 27 does not peel off or break when the temperature rises or falls from room temperature to 300°C. . The coefficient of thermal expansion of the glass-mica plastic body constituting the covering insulator 27 is higher than that of the insulator 24 of the insulating pipe joint 100. This can be obtained by using a material glass with a large coefficient of thermal expansion. Note that a coating insulator 27 is provided on the outer peripheral surface of the metal tube 26.
By providing a plurality of annular collar portions 26-1 so as to be embedded in the insulating material 27, the covering insulator 27 can be fixed more stably.

次に、第2図に示した絶縁管継手100の絶縁
物24−1と第3図に示した絶縁管101の被覆
絶縁物27とを接続する絶縁物の構成が問題にな
る。以下、その構成の一例を第4図により説明す
る。絶縁管101は鋼管26の表面にガラス・マ
イカ塑造体からなる被覆絶縁物27が形成されて
おり、端部には絶縁管継手100の内部金具21
に螺合する螺子23−3が螺設されており、螺子
23−3の基底部には内部金具21の壁部21−
2および絶縁物24−1の端面に相対す平面段部
26−2が形成されている。絶縁物24−1と被
覆絶縁物27との連結部102は、螺子23−1
に螺合して絶縁管継手100の壁部21−2およ
び絶縁物24−1の端面と絶縁管101の鋼管2
6および被覆絶縁物27の端面26−2の平面部
の間に間隙部を形成し、この間隙部に有機質より
なる絶縁材28を充填する。この絶縁材としてポ
リ弗化エチレン等は好適に使用される。この絶縁
材28の一部は外周面に溢出され、その外周部を
金属製の締付環29により締付ける。
Next, the structure of the insulator that connects the insulator 24-1 of the insulating pipe joint 100 shown in FIG. 2 and the covering insulator 27 of the insulating tube 101 shown in FIG. 3 becomes a problem. An example of the configuration will be described below with reference to FIG. 4. The insulating tube 101 has a covering insulator 27 made of glass/mica plastic formed on the surface of the steel tube 26, and the inner fitting 21 of the insulating pipe joint 100 is attached to the end of the insulating tube 101.
A screw 23-3 is screwed into the wall portion 21-3 of the internal fitting 21 at the base of the screw 23-3.
A planar step portion 26-2 is formed opposite to the end faces of the insulator 24-1. The connecting portion 102 between the insulator 24-1 and the covering insulator 27 is formed by a screw 23-1.
The wall portion 21-2 of the insulated pipe joint 100 and the end face of the insulator 24-1 and the steel pipe 2 of the insulated pipe 101 are screwed together.
A gap is formed between the end face 26-2 of the insulator 6 and the covering insulator 27, and the gap is filled with an organic insulating material 28. Polyfluorinated ethylene or the like is preferably used as this insulating material. A portion of this insulating material 28 overflows to the outer circumferential surface, and the outer circumferential portion thereof is tightened by a metal tightening ring 29.

以上によつて構成された電気加熱用電極装置の
一実施例を第5図により説明する。図において1
〜4は第1図のそれと同じである。30は電極3
の上部に設けられた仕切板である。この電極装置
では絶縁管継手1002個を使用し、各外部金具
22にケーシング1および電極3が螺子23−2
により結合されており、相対する絶縁管継手10
0の内部金具21には絶縁管101が螺子23−
1により介挿結合された構造になつている。この
構造によりケーシング1と電極3は完全な絶縁が
確保されている。次にこの電極装置に要求される
外周面における沿面絶縁特性は、2個の絶縁管継
手100の間に介在させた絶縁管101に、外周
面にガラス・マイカ塑造体でなる被覆絶縁物27
が形成されており、この被覆絶縁物27の端面と
絶縁部100の外周絶縁物24−1の端面との間
隙に有機材料よりなる絶縁材28を充填し、溢出
した絶縁材28の外周を金属の締付環29により
締付けているので、絶縁管継手100の外周絶縁
物24と絶縁管101の外周にある被覆絶縁物2
7は絶縁材28で完全な絶縁を保持して連結され
ているので、外周面の沿面絶縁特性が完全に確保
される。
An embodiment of the electrical heating electrode device constructed as described above will be described with reference to FIG. In the figure 1
-4 are the same as those in FIG. 30 is electrode 3
It is a partition plate installed on the top of the. This electrode device uses 1002 insulated pipe joints, and the casing 1 and electrode 3 are connected to each external fitting 22 by screws 23-2.
and facing insulated pipe joints 10
The insulating tube 101 is attached to the internal fitting 21 of 0 with the screw 23-
The structure is such that they are interposed and connected by 1. This structure ensures complete insulation between the casing 1 and the electrode 3. Next, the creeping insulation properties on the outer circumferential surface required for this electrode device are as follows: The insulating tube 101 interposed between the two insulating pipe joints 100 has a covering insulator 27 made of glass-mica plastic on the outer circumferential surface.
The gap between the end face of the covering insulator 27 and the end face of the outer peripheral insulator 24-1 of the insulating section 100 is filled with an insulating material 28 made of an organic material, and the outer periphery of the overflowing insulating material 28 is covered with metal. Since it is tightened by the tightening ring 29 of
7 are connected to each other with complete insulation maintained by the insulating material 28, so that the creeping insulation properties of the outer circumferential surface are completely ensured.

上記のように、この発明は、絶縁管継手100
と絶縁管101の外周部の絶縁層24,27を接
続して沿面絶縁特性を確保するのに熱膨脹率の大
きい有機材料を使用しているが、間隙部が狭く充
填量が僅少であり、膨脹、収縮の絶対量が少ない
こと、および外周を締付環29で締付けており、
緩衝効果が得られることにより、完全な水(油)
密性が保持され、目的とする沿面絶縁特性が確保
される。
As described above, the present invention provides an insulated pipe joint 100
An organic material with a large coefficient of thermal expansion is used to connect the insulating layers 24 and 27 on the outer periphery of the insulating tube 101 to ensure creeping insulation properties, but the gap is narrow and the amount of filling is small, causing expansion. , the absolute amount of shrinkage is small, and the outer periphery is tightened with a tightening ring 29,
By providing a buffering effect, complete water (oil)
The tightness is maintained and the desired creeping insulation properties are ensured.

また、外周面の沿面絶縁特性以外の必要特性で
ある電気絶縁特性、機械的衝撃強度、懸垂荷重強
度および耐食特性等は絶縁管継手100により確
保される。
In addition, necessary properties other than the creeping insulation properties of the outer peripheral surface, such as electrical insulation properties, mechanical impact strength, suspension load strength, and corrosion resistance properties, are ensured by the insulated pipe joint 100.

第5図に示した実施例では、絶縁管継手2個と
絶縁管1個の構成になつているが、必要に応じ、
その接続数を多くして沿面絶縁抵抗を一層高くす
ることができる。また、ケーシング、絶縁管継
手、絶縁管および電極の接続は総べて螺子接合に
なつているが、溶接等により接合することが可能
であり、性能的には何らの支障がなく、組立の難
易、経済性を考え選択すればよい。
The embodiment shown in Fig. 5 has a configuration of two insulated pipe joints and one insulated pipe, but if necessary,
The creeping insulation resistance can be further increased by increasing the number of connections. In addition, although the casing, insulated pipe joints, insulated tubes, and electrodes are all connected by screws, they can be joined by welding, etc., and there is no problem in terms of performance and the assembly is less difficult. , the choice should be made considering economic efficiency.

以上のように、この発明は、沿面絶縁特性をは
じめ諸特性が安定に保持され、地下資源回収用の
装置としてきわめて有用で、その経済的および技
術的効果はきわめて大きい。
As described above, the present invention stably maintains various properties including creeping insulation properties, is extremely useful as a device for underground resource recovery, and has extremely large economic and technical effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来装置の使用態様を示す概略断面
図、第2図はこの発明に使用する絶縁管継手の一
実施例を示し、同図aは製品の、同図bは成形時
のそれぞれ一部縦断面図、第3図はこの発明に使
用する絶縁管の一実施例を示す縦断面図、第4図
はこの発明による絶縁管継手と絶縁管の結合態様
の一実施例を示す一部縦断面図、第5図はこの発
明の一実施例を示す縦断面図である。 図中、1,11はケーシング、2,12は絶縁
部、3,13は電極、4,14はケーブル、5は
電源装置、6はオイルサンド層、21は内部金
具、21−1は外周環、21−2は壁部、22は
外部金具、22−1は上部金具、22−2は下部
金具、22−3は内周環、22−4は壁部、23
−1は23−2,23−3は螺子、24,24−
1は絶縁物、25は接合部、26は金属管、27
は被覆絶縁物、28は絶縁材、29は締付環、3
0は仕切板、100は絶縁管継手、101は絶縁
管、102は連結部である。なお、各図中、同一
符号は同一あるいは相当部分を示す。
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing how a conventional device is used, and Fig. 2 shows an embodiment of the insulated pipe joint used in the present invention. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing one embodiment of an insulating tube used in the present invention, and FIG. FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 and 11 are casings, 2 and 12 are insulating parts, 3 and 13 are electrodes, 4 and 14 are cables, 5 is a power supply, 6 is an oil sand layer, 21 is an internal metal fitting, and 21-1 is an outer ring , 21-2 is a wall part, 22 is an external metal fitting, 22-1 is an upper metal fitting, 22-2 is a lower metal fitting, 22-3 is an inner peripheral ring, 22-4 is a wall part, 23
-1 is 23-2, 23-3 is screw, 24, 24-
1 is an insulator, 25 is a joint, 26 is a metal tube, 27
is a covering insulator, 28 is an insulating material, 29 is a tightening ring, 3
0 is a partition plate, 100 is an insulated pipe joint, 101 is an insulated pipe, and 102 is a connecting portion. In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 鋼管でなるケーシングの下端に絶縁部を介し
て電極を結合支持してなる電気加熱用電極装置に
おいて、 中空円筒でなり一端に外周環が形成された内部
金具と、中空円筒でなり一端に前記外周環に対向
する内周環が形成された外部金具と、この外部金
具と前記内部金具の間隙部から前記内部金具の外
周面および前記外部金具の内周面にわたつて形成
されガラス・マイカ塑造体の絶縁物とでなる絶縁
管継手と、 ガラス・マイカ塑造体でなる被覆絶縁物が外周
面に形成された金属管でなる絶縁管と、 前記金属管の両端に前記絶縁管継手の前記内部
金具を結合し、その結合部の間隙に外部に溢出し
て充填され有機質でなる絶縁材と、 溢出した前記絶縁材の外周部を締付ける金属の
締付環と、 により前記絶縁部を構成してなることを特徴とす
る炭化水素系地下資源の電気加熱用電極装置。 2 絶縁部を複数備えた特許請求の範囲第1項記
載の炭化水素系地下資源の電気加熱用電極装置。 3 有機質でなる絶縁材がポリ弗化エチレンでな
る特許請求の範囲第1項記載の炭化水素系地下資
源の電気加熱用電極装置。
[Scope of Claims] 1. An electric heating electrode device in which an electrode is coupled and supported at the lower end of a casing made of a steel pipe via an insulating part, comprising: an inner metal fitting that is a hollow cylinder and has an outer peripheral ring formed at one end; an external fitting that is cylindrical and has an inner circumferential ring opposite to the outer circumferential ring formed at one end; and a gap between the external fitting and the internal fitting to the outer circumferential surface of the internal fitting and the inner circumferential surface of the external fitting. an insulated pipe joint comprising a glass-mica plastic molded insulator; an insulating pipe joint comprising a metal tube having an outer circumferential surface covered with a glass-mica molded insulator; The internal fittings of the insulated pipe joint are joined together, and an insulating material made of an organic substance is filled and overflows to the outside into the gap between the joints, and a metal tightening ring tightens the outer circumference of the overflowing insulating material. An electrode device for electrically heating hydrocarbon-based underground resources, characterized by comprising an insulating part. 2. An electrode device for electrically heating hydrocarbon-based underground resources according to claim 1, which includes a plurality of insulating parts. 3. The electrode device for electrically heating hydrocarbon-based underground resources according to claim 1, wherein the organic insulating material is polyfluoroethylene.
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