TW202307357A - 用於管中管系統的絕緣焊接接頭 - Google Patents

Abstract

管中管系統中的絕緣接頭包括連接兩個內管的焊接，而多個外管周向地分別包圍該些內管並終止於遠離焊接的位置。多個環在遠端位置分別耦合於該些內管，並且多個外管焊接於該些環。接頭絕緣材料覆蓋焊接，而套管段覆蓋焊接和接頭絕緣材料。優選地，套筒段由兩個半管套筒部分形成並焊接於該些環上，從而將套筒段固定至接合的多個管中管段。所設想的管中管系統可顯著降低熱損失並提供足以用於包括管道彎曲和管道矯直的管道鋪設過程的強度。

Description

用於管中管系統的絕緣焊接接頭

本申請要求於2021年8月2日提交的序列號為63/228,301的美國共同未決臨時專利申請的優先權，該申請透過引用併入本文。

本發明領域為用於連接絕緣的管中管系統的裝置與方法。

背景技術的描述包括對理解本發明可能有用的資訊。這樣並不會承認由本文提供的任何資訊為現有技術或與當前要求保護的相關發明，或任何具體或隱含所引用的出版物均為先前技術。

本文中的所有出版物和專利申請均以引用的方式併入本文，其程度與每一單獨的出版物或專利申請被具體並單獨地指示透過引用的方式併入的程度相同。如果併入的參考文獻中術語的定義或使用與本文提供的該術語的定義不一致或相反時，則適用本文提供的該術語的定義，並且參考文獻中的術語的定義將不適用。

在本領域中已知有多種連接管道的方式，例如使用螺紋、凸緣或焊接。然而，在許多情況下，傳統的管道連接不適用於管道為絕緣的管中管系統，其中內管設置於外管內，並且其中管道之間的空間必須絕緣以避免熱或冷損失。為允許連接這種管中管系統，每一隔熱的管中管段可在隔熱空間的端部加蓋，從而封閉環形隔熱空間，並可透過焊接或套管分別將加蓋端連接在一起。雖然這種連接在現場實施起來相對簡單，但仍然存在許多缺點。最重要的是，環形絕熱空間處的端蓋將形成傳導傳熱路徑，這將導致顯著的熱損失或冷損失。當管中管系統具有相當長的長度並且因此需要相對大量的連接時，特別不希望有這樣的損失。

為了減少熱損失和熱應力，可以在兩個管中管段之間採用隔板，如專利US8,998,267中所述。於此，低溫管中管系統中的隔板具有內部過渡元件，以及不同的第一外部過渡元件和第二外部過渡元件，其連接並至少部分地圍繞內部過渡元件。接著可將隔板分別焊接於相鄰的管中管段的內管的端部和外管的端部。這樣的系統可有利地減少熱傳遞路徑並且因此降低熱損失或冷損失。此外，熱應力（例如，由於容納低溫液體時產生的收縮）可以從內管傳遞到外管。然而，由於相對複雜的構造，需要相對大量的焊接和焊接步驟，因此將會耗費許多組裝時間和費用。

此外，具有封閉的絕緣環形空間或隔板的管中管系統也容易出現機械故障，其中管中管系統受到顯著的機械應力，尤其是在鋪設管道時會遇到需要管道彎曲和管道矯直步驟的力。

因此，即使絕緣套管系統的各種系統和方法在本領域中是已知的，但其全部或幾乎全部都存在若干缺點。因此，仍然需要改進的絕緣套管系統，特別是允許簡單組裝的系統的組合物和方法，其可承受顯著的彎曲力和矯直力，並可最大限度地減少管中管段之間接頭的熱損失。

本發明的主題涉及各種絕緣的管中管系統和方法，其中管中管段的內管和外管透過耦合於內管外表面的環相互耦合。最典型地為，外管可從內管凹入並終止於環處，並且一旦兩個管中管段的內管各自的端部焊接在一起，在將接頭絕緣材料耦合於焊接接頭之後，套筒段將會形成並耦合於該些環處，從而提高接頭的機械強度，同時將熱導率降至最低。

在本發明所請的一個方面，發明人設想了一種管中管系統中的絕熱接頭，該管中管系統包括第一管中管段和第二管中管段，每一管中管段具有包圍內管的外管，每一管中管段在外管和內管之間的環形空間中具有絕緣材料。此外，每一管中管段在外管和內管之間具有環，外管終止於該環處並且耦合於該環，而內管耦合於該環並且延伸超過該環。焊接接頭分別連接於第一管中管段的內管的端部和第二管中管段的內管的端部，並且第一半管套管和第二半管套管透過多個縱向焊接相互連接以形成套管段。套管段焊接於第一管中管段的環和第二管中管段的環，使得（a）位於該些環處的該些焊接透過套管連接第一管中管段的外管和第二管中管段的外管，並使得（b）位於該些環處的該些焊接透過該些環將第一管中管段的外管和第二管中管段的外管分別連接到第一管中管段的內管和管中管段的內管。最後，在第一管中管段的環和第二管中管段的環之間以及焊接接頭和套管之間設置接頭絕緣材料。

在一些實施例中，每一管中管段將具有約10至20m的長度，第一管中管段的內管和第二管中管段的內管可具有約10至20cm的直徑，第一管中管段的外管和第二管中管段的外管可具有約15至25cm的直徑，和/或套筒段可具有約20至50cm的長度。

關於環，可預期該環可具有約3至10cm的徑向寬度和約2至5cm的厚度。因此，可預期內管和外管之間的距離可與環的徑向寬度相同。最典型地，環可焊接於第一管中管段和第二管中管段中的每一個中的內管。

進一步的實施例中，第一半管套管和/或第二半管套管可包括沿縱向焊接的支撐桿（於半管的內側）。此外，可預期套管段和第一管中管段的外管和第二管中管段的外管可具有相同的外徑。優選地，接頭絕緣材料可包覆於焊接接頭周圍，並且特別優選的是，接合的管中管段的焊接、環和套管段將具有足以用於包括管道彎曲和管道矯直在內的管道鋪設過程的強度。

因此，發明人還設想了一種將第一管中管段連接至第二管中管段的方法，其中每一管中管段具有包圍延伸超出外管的內管的外管，並且其中每一管中管段在外管和內管之間的環形空間中具有絕緣材料。這種方法通常包括在第一管中管段的內管的端部和第二管中管段的內管的端部之間形成焊接接頭的步驟，以及用接頭絕緣材料覆蓋焊接接頭的進一步步驟。在另一步驟中，第一半管套管和第二半管套管透過縱向焊接而焊接在一起以在焊接接頭上方形成套管段，然後將套管段分別焊接於第一管中管段上的環和第二管中管段上的環，使得（a）位於該些環處的該些焊接透過套管連接第一管中管段的外管和第二管中管段的外管，並使得（b）位於該些環處的該些焊接透過該些環將第一管中管段的外管和第二管中管段的外管分別連接到第一管中管段的內管和第二管中管段的內管。

優選但非必須地，焊接接頭透過將接頭絕緣材料包覆於焊接接頭周圍而被包覆。此外，通常優選地，第一半管套管和第二半管套管包括沿著多個縱向焊接的支撐桿，和/或第一管中管段上的環和第二管中管段上的環分別焊接於第一管中管段的內管和第二管中管段的內管。此外，優選地，套管段和第一管中管段的外管和第二管中管段的外管具有相同的外徑，和/或套管段和第一管中管段的外管和第二管中管段的外管在各自的環處共享共同的焊接。

在一些示例中，至少20個管中管段串聯連接，每一管中管段可具有約10至20m的長度，並且每一套筒段的長度可為約20至50cm。在進一步的示例中，第一中管段的內管和第二管中管段的內管可以具有約10至20cm的直徑，並且第一管中管段的外管和第二管中管段的外管可以具有約15至25cm的直徑。最優選地，接合的該些管中管段的該些焊接、環和套管段將具有足以用於包括管道彎曲和管道矯直的管道鋪設過程的強度。

因此，在預期方法的一種示例性使用中，發明人設想了一種在地熱回收廠中安裝絕緣回流管的方法，該方法包括提供多個管中管段的步驟，每一管中管段都具有包圍內管的外管，並在外管和內管之間的環形空間中具有絕緣材料。在另一步驟中，將該些管中管段焊接在一起的同時彼此間以水平相對設置，使得（1）該些內管的多個端部相互焊接；（2）該些外管的多個端部分別焊接於該些管段的該些內管的多個環；及（3）將套管段置於該些管段的多個環之間並焊接於該些管段的多個環，並進一步分別焊接到該些外管的多個端部，從而形成將連接該些內管的焊接包圍的連續外管。在又一步驟中，使用彎曲裝置和矯直裝置，將連接的該些管中管段從水平設置方向往垂直設置方向向井下推進到地質構造中。

在這樣的方法中，每一管中管段可以具有約10至20m的長度，第一管中管段的內管和第二管中管段的內管可以具有約10至20cm的直徑，第一管中管段的外管和第二管中管段的外管可以具有約15至25cm的直徑，和/或套筒段可具有約20至50cm的長度。最典型地，此類示例中的環將具有約3至10cm的徑向寬度和約2至5cm的厚度。在一些實施例中，接合的該些管中管段會被推進到地層中的管殼中，和/或地質地層中於至少500m的深度處。

最優選地，彎曲和矯直期間的彎曲力會透過環從外管傳遞到內管。進一步地設想，多個環可間隔開一定距離，以防止由於環形空間的縮小而壓縮環形空間中的絕緣材料。此外，通常優選的是，每一管中管段中的內管將具有足以在至少2,000psi的壓力和至少200℃的溫度下輸送流體的強度。

因此，發明人還設想了一種地熱回收廠，其包括地質構造中的管殼，其中所述管殼包圍包括多個串聯連接的管中管段的管中管系統，每一管中管段都具有包圍內管的外管，並且每一管中管段在外管和內管之間的環形空間中具有絕緣材料。最優選地，多個管中管段將彼此耦合，使得（1）該些內管的多個端部相互焊接；（2）該些外管的多個端部分別焊接於該些管段的該些內管的多個環；及（3）將套管段置於該些管段的多個環之間並焊接於該些管段的多個環，並進一步分別焊接到該些外管的多個端部，從而形成將連接該些內管的焊接包圍的連續外管。最典型地，管殼和管中管系統彼此流體耦合並且與熱交換器流體連接，從而形成用於熱回收和發電的閉環工作流體迴路。

在其他合適的選擇中，地質地層可位於至少500m的深度和/或可以具有至少200°C的地層溫度。在一些實施例中，串聯連接的多個管中管段將具有至少1,000m的長度。優選地，閉環工作流體迴路熱耦合於發電機。

本發明主題的各種目的、特徵、方面和優點將從以下對優選實施例的詳細描述以及圖式中變得更加明顯，圖式中相同的數字代表相同的元件。

發明人發現了連接多個管中管段的各種管中管系統和方法，使得藉此產生的管中管系統減少了連接多個管中管段的多個接頭的熱損失，並使得管中管系統具有足夠的機械強度/彈性以允許彎曲和矯直操作，以在大致上水平的方向上進行現場製造和在大致上垂直的方向上將管中管系統部署於地熱井中。

在一個示例性實施例中，管中管系統由多個管中管段構成，每一管中管段具有包圍內管的外管，並且每一管中管段在外管和內管之間的環形空間中包含絕緣材料。一環設置在內管和外管之間，通常會將環焊接到內管的外表面。優選地但非必須地，環具有一寬度，該寬度可允許將外管焊接到環的一部分而環的另一部分可用於將套筒焊接到環和/或外管。在施工製造期間，通常會在現場以大致水平的方向進行（即，在新的管中管系統所推進的垂直井附近），一個管中管段的內管焊接於另一管中管段的內管。一旦第一管中管段的內管的端部和第二管中管段的內管的端部之間的焊接接頭完成，在第一管中管段的環和第二管中管段的環之間施加接頭絕緣材料（例如，作為板材的包裹物）以覆蓋焊接接頭，並且優選地，覆蓋第一管中管段的環和第二管中管段的環之間的大部分或全部空間。在這樣的實施例中，在相應環處終止的凹陷外管之間的間隙被優選地由兩個半管套管形成的套管所覆蓋。容易理解地，兩個半管套管將被焊接在一起並焊接到環上，從而完成管中管系統中的絕緣接頭。

圖1示例性地描繪了具有內管110和外管120的管中管段100的縱向截面的末端部分。環130焊接到內管110的外表面上，而外管120設置於環的一部分上。若有需要，外管120的末端部分可焊接於環上。外管和內管之間的環形空間115包含絕緣材料（未示出）。在管中管系統的組裝過程中，各別的管中管段的兩個內管的端部彼此相鄰設置並於焊接接頭112處焊接在一起，如圖2所示（未顯示第二管中管段的外管和環）。如圖3所示，接著可將接頭絕緣材料140應用於多個環之間的空間中的焊接，焊接接頭和接頭絕緣材料被套管150覆蓋，套管150由兩個半管套管形成。在圖4的示例中，套筒的多個端部分別焊接到多個環上。於此，多個焊接152將套管連接到多個環並且進一步將套管的多個端部分別連接到多個管中管段中的多個外管的多個端部。多個焊接154連接兩個半管套管。這種連接是特別有利的，這是因為負載可透過環在多個外管和多個內管之間以及透過環和套筒在多個外管之間傳遞。

圖5是管中管系統中的絕緣接頭的另一示例性視圖。可以看出，接頭焊接112與多個內管連接，而多個外管120終止於多個環130，多個環130透過多個環形焊接132焊接到內管的外表面。多個環形焊接132還可將套管150的多個端部連接至多個外管。本說明書並未顯示環形空間中的絕緣材料和覆蓋接頭焊接的接頭絕緣材料。圖6示例性地描繪了第一半管套管和第二半管套管，其可以進一步包括多個支撐桿156。一旦將該些半管套管設置於焊接接頭周圍，該些半管套管可沿多個支撐桿156縱向地焊接在一起（請見圖4中的焊接154）以形成套管，然後可將套管焊接於多個外管的多個環和多個端部（參見圖4中的多個焊接152）。因此，應注意的是，套管和外管的外表面將處於同一水平並且是連續的，因此可極大地有利於透過張緊器、彎曲和矯直裝置來推進管中管系統。

然而，在如圖7所示的替代實施例中，一個或多個套管也可配置為套管750，其周向地定位於焊接接頭712上，其連接多個內管710、接頭絕緣材料（未示出）和多個環730，使得套管的內表面與外管720的外表面相鄰。在這種情況下，多個環只連接（通常為焊接）到內管和外管，而不會焊接到套管。容易理解地，這種套管可由如上所述的多個半管製成，或可部署為與多個外管滑動接合的封閉管段。使用這種“外部”套筒將有利地簡化並加速組裝。此外，這種組裝也將允許一些伸縮/鉸接的進行，如此將增強彎曲和矯直操作所需的靈活性。在需要的情況下，套管焊接到外管，或可以透過使用套管和外管之間的摩擦、摩擦材料或摩擦結構連接到外管。

因此，應理解的是，本文提出的系統和方法將提供各種益處和優點。除其他事項外，應了解，多個環將支持顯著的拉伸及壓縮負荷，並且尤其是在彎曲和安裝絕緣管中管系統期間產生負荷的情況下，這是因為多個環和套管能夠在內外管之間分擔負荷。在這種情況下，應該注意彎曲和矯直力（其可導致塑性變形）主要施加於外管，接著透過多個支撐環傳遞至內管。與傳統設計相比，這種穩定性/彈性的改進還將允許更薄的內管壁和外管壁，如此可有利地降低整體重量。當管中管系統具有相當長的長度和較輕的重量時，如此輕的重量乃是特別理想的。此外，本文提出的系統和方法還將顯著減少並且更典型地消除外管的彎曲，這將導致穩定性和結構完整性的損失，以及環形空間和/或焊接接頭上方空間中的絕緣材料的壓縮。

關於本文提出的多個管中管段，可預期地，多個管中管段的具體配置和尺寸可能有很大的差異，具體的配置和尺寸通常由特定的用途和環境參數決定。然而，特別優選的多個管中管段將包括那些在地熱回收/收集操作中用作返回管的多個管段，其中大量的管中管段在部署於井中的位置連接（焊接）在一起。因此，預期的多個管中管段的長度通常在5至20m或20至40m之間，或甚至更長，例如，在7至15m之間或10至20m之間、或20至30m之間、或30至40m之間、或甚至更長。

關於內管和外管的外徑，預期地，由於內管被封閉在外管內，內管的外徑將小於外管。此外，由於管中管組件還將包含絕緣材料，因此直徑的差異也應說明環形空間中存在絕緣材料。例如，內管的合適外徑包括至少7cm、或至少9cm、或至少11cm、或至少13cm、或至少15cm、或至少20cm、或甚至更大尺寸的內管，而外管的合適外徑包括至少10cm、或至少12cm、或至少14cm、或至少16cm、或至少18cm、或至少20cm、或至少25cm、或甚至更大尺寸的外管。因此，環形空間內的內管壁和外管壁之間的距離可能在1至5cm之間，例如，1.0至2.0cm、或2.0至3.0cm、或3.0至4.0cm、或4.0至5.0cm、或甚至更大的距離。

最典型地，內管和外管中的壁面材料的厚度是恆定的。例如，內管的壁厚可以在0.2至2.0cm之間，更典型地在約0.2至0.5cm之間、或在0.5至0.75cm之間、0.75至1.0cm之間，更典型地在1.0至1.5cm之間、或在1.5至2.0cm之間、或甚至更厚。由於外管將受到較少的加熱工作流體的壓力，因此其壁厚通常會小於內管的壁厚。因此，外管的典型壁厚將在約0.1至1.5cm之間，更典型地在約0.1至0.25cm之間、或在0.25至0.40cm之間、或在0.40至0.65cm之間，並且更典型地在0.5至0.8cm之間、或在0.65至1.0cm之間、或甚至更厚。

如應容易理解的，可優選地選擇內管和外管的材料以承受地熱收集中通常存在的顯著溫度和壓力。因此，內管和外管的材料可以有很大的不同，考慮到預期的目的，材料的適當選擇對於本領域技術人員將是顯而易見的。例如，合適的材料包括各種金屬和金屬合金、聚合物以及其所有合理組合。然而，尤其是當內管在高壓溫度下輸送液態和/或氣態的工作流體時，優選地，用於內管和外管的材料包括鐵，尤其是鋼（例如，低碳鋼或其合金）。在其他多種參數中，可選擇材料以使內管和外管中的工作流體可具有至少500psig的壓力，或至少1,000psig、或至少1,500psig、或至少2,000psig、或至少2,500psig、或至少3,000psig、或至少4,000psig、或至少5,000psig、或甚至更高。類似地，可選擇材料使得管狀管道中的工作流體可具有至少30°C、或至少50°C、或至少80°C、或至少100°C、或至少150°C、或至少200°C、或至少250°C、或至少300°C、或至少350°C、或至少400°C、甚至更高的溫度。

在這種情況下，特別是在管中管系統用於地熱應用的情況下，製造完成和部署的管中管系統的長度可能至少為500米、或至少1,000米，或至少2,000米、或至少3,000米、或至少4,000米、或至少5,000米、或至少6,000米、或甚至更長。因此，特別優選地使用鋼管，尤其是具有較高抗拉強度和屈服強度的高級鋼。例如，合適的鋼材包括P110級鋼材和具有相似物理特性的鋼材。容易理解地，焊接工作將依循所使用材料的一般已知協定來進行。

關於在本文提出的系統和方法中使用的多個環，應當理解的是，這些環可執行數個重要的功能。除其他事項外，應當理解，這些環顯著降低了內管和外管之間的熱傳導（及熱損失），並且這些環提供了一種機制，甚至可以按照該機制來傳遞相當大的彎曲力。為此，可預期地，多個環的材料將優選地是具有顯著強度、韌性且具有優異的可焊性和耐腐蝕性的中碳低合金鋼。例如，合適的環材料包括4130和4140鋼。

在進一步的實施例中，設想一旦焊接到外管和內管，該些環可用作連接套筒的主要支撐件，並且一旦焊接到內管、外管和套管上，該些環可允許彎曲力的傳遞。因此，該些環必須具有最小尺寸以適應這些功能。然而，由於其與內管耦合，當熱量透過環從內管傳遞到外管時，這些環還將提供一些有限的對流熱傳遞。因此，環的確定厚度有助於整體的熱傳遞，這是因為從熱的內部流體到冷的外部流體存在直接的熱傳導路徑，並且通常優選地最小化與內管的接觸表面，並同時保持其機械功能。因此，根據內管和外管的具體尺寸，環的尺寸可至少在一定程度上變化。

例如，合適的環將具有在1.0至1.5cm之間、或在1.5至2.0cm之間、或在2.5至3.0cm之間、或在3.0至3.5cm之間、或在3.5至4.0cm之間、或在4.0至4.5cm之間、或在4.5至5.0cm之間、甚至更厚的厚度。類似地，並且取決於內管和外管的尺寸，環可以具有在2至4cm之間、或4至6cm之間、或6至8cm之間、或8至10cm之間、或10至12cm之間、或12至15cm之間、或甚至更大的徑向寬度（即，在徑向方向上測量的從內邊緣到外邊緣的寬度）。最典型地，應理解，單一管中管段中的多個環將具有相同的尺寸，但不同的尺寸於本文中也可適用。更進一步地，優選地，每一管中管段將具有至少兩個環，其中每個環定位於外管的相應端部，例如，如圖1所示的那樣。其中，在預期的管中管段中實施多於兩個環的情況下，優選地多個環等距間隔開。同樣地，通常優選地，內管和外管之間的距離與環的徑向寬度相同。在進一步優選的方面，多個環的間距將足夠地小以允許彎曲力從外管傳遞到內管，並可最小化或完全避免內管和外管之間的環形空間的局部縮減。因此，這些環也將作為內管和外管之間絕緣材料的保護措施，這是由於即使外管和內管之間的絕緣材料受到適度壓縮也可能導致絕緣能力（以及熱效率）損失之故。在更進一步考慮的方面，多個環可具有垂直延伸穿過環的穿孔以保持穩定性但同時可減少熱傳導的路徑。此外，也可考慮修改管道的形狀/輪廓，例如，透過增加外管壁的厚度來提高其抗壓縮性能。

預期的套管的大小和尺寸通常會使得一旦將該套管安裝，會覆蓋焊接接頭和接頭絕緣材料，從而完成內、外管之間的絕緣層。當然，如上所述的，套筒還可將外管相互地以機械方式連接，並且套筒可進一步機械地連接至環上。為了便於安裝，套管通常可由半管（或多個較小的部分）組成，其沿著多個縱向焊接具有多個支撐桿。因此，一旦安裝，套筒的外表面將與外管的外表面形成連續的表面。從不同的角度來看，套管可密封內管、多個環和多個外管之間的環形空間，從而形成連續的管中管系統，減少熱損失並提高機械強度。

關於用於焊接接頭和環形空間的合適絕緣材料，預期所有絕緣材料都被認為適用於本文，包括絕緣發泡材料、氣態凝膠、礦物/玻璃纖維墊等。容易理解的，管中管段的環形空間的絕緣材料和焊接接頭上方空間的絕緣材料不必相同。例如，雖然環形空間中的絕緣材料可以預成型並設定尺寸為半管發泡嵌件，接頭絕緣材料可用膠帶或毯子包裹在焊接接頭周圍。

容易理解的，在這種設置用於地熱廠中的情況下，管狀管殼將經受從地質地層到工作流體的熱傳遞。在上下文中，應注意本文所用的術語“地熱”是指在高溫岩石中發現的熱資源，其通常位於地表深處，該熱資源可提取用於工業發電和熱能生產。最典型的是，該熱資源是一種“乾”資源，可在其中提取熱量而無需同時從地質地層中提取流體（例如來自地層的鹹水或經過處理的注入水資源）。例如，管狀管道和管殼可以是工作流體在其中循環的閉環系統的一部分。最典型地，這種閉環系統將進一步包括熱交換器、渦輪機和發電機，從而產生電能，如在專利 US8020382中示例性地描述的，並且該專利透過引用整體併入本文。

在這種情況下，應理解，閉環地熱技術可將來自地熱岩層的熱量收集（採集）至工作流體中，該工作流體在完全封閉的環境中循環。最典型的是，閉環井包括一較大的管殼，該管殼透過導熱灌漿與岩石熱連接，以及一內部絕緣管，其用於將加熱的流體返回到地面。工作流體透過管殼與絕緣回流管之間的環形空間向下流動，並透過管殼壁從岩石中吸收熱量，然後沿隔熱回流管向上流動，以為包括發電在內的多種用途提供能量。最優選地，地質地層具有足以將液態工作流體（例如水）轉化為氣態流體（例如蒸汽）的溫度，該氣態流體可被輸送到頂部並在膨脹渦輪機中膨脹與冷卻，或被送入可加熱發電機的二次工作流體的熱交換器。閉環地熱系統的示例在專利US 8201409和US 2018/0274524中有所描述，透過引用將其全部併入本文。

因此，發明人還考慮了一種在地熱回收設備中安裝絕緣回流管的方法，其中提供多個管中管段並且可選地儲存以供日後使用。每一管段將具有包圍內管的外管，並且每一管中管段在外管和內管之間的環形空間中具有絕緣材料。在部署到地熱井時，多個管中管段可以端對端的方式連續地彼此焊接，同時處於水平方向，使得（1）多個內管的多個端部分別相互焊接；（2）多個外管的多個端部分別焊接（或預先焊接）於多個管段的多個內管上的多個環；（3）套管段設置於多個管段的多個環之間並焊接於多個管段的多個環上，並進一步分別焊接於多個外管的多個端部，從而形成封閉連接多個內管的焊接的一連續外管。接著將如此連接的多個管中管段從水平設置方向往垂直設置方向向井下推進（通常使用張緊器）到地質構造中。容易理解的，如此連接的多個管中管段將穿過彎曲裝置以將連接的多個管中管段和矯直裝置重新導向以將彎曲反轉，使得連接的多個管中管段處於垂直方向。當然，應理解，接合的多個管中管段無需以水平方向設置，而是可在組件中以某個角度實現。類似地，在地熱井並非完全垂直的情況下，其他設置角度也可以納入考量。此外，地熱井還可在某個深度之處進行彎曲，並且可預期地，該彎曲可透過連接的多個管中管段來加以容置，而不會產生機械缺陷。在更進一步考慮的方面，可透過添加一個或多個滑動件進一步促進將絕緣的管中管系統安裝於管殼中，並且該特別考量的滑動件在專利 PCT/US2022/025717中進行了描述，該文獻透過引用併入本文。

因此，還設想地熱回收發電廠包括地質構造中的管殼，其中該管殼包圍包括多個串聯連接的管中管段的管中管系統，每一管中管段具有包圍內管的外管，並且每個管中管段在外管和內管之間的環形空間中具有絕緣材料。最典型地，多個管中管段可如上所述地接合，並且接著管殼和管中管系統可相互流體連接，並透過熱交換器形成閉環工作流體迴路，用於熱回收和發電。

在一些實施例中，數字表示所含成分的量，用於描述和要求保護本發明的某些實施例中的諸如濃度、反應條件等性質應理解為在某些情況下由術語「大約」所修飾。因此，在一些實施例中，書面描述和所附請求項中闡述的多種數值參數是可以根據特定實施例尋求而獲得的期望特性而變化的近似值。本文中多個數值範圍的敘述僅意在用作單獨引用落入該範圍內的每個單獨值的速記方法。除非在本文中另有說明，否則每個單獨的值都包含於說明書中，如同在本文中被單獨引用一樣。

除非本文另有說明或與上下文明顯矛盾，本文描述的所有方法可以任何合適的順序執行。關於本文中的某些實施例提供的任何和所有示例或示例性語言（例如，「諸如」）的使用僅可更好地闡述本發明，而非對另外要求保護的發明範圍構成限制。說明書中的任何語言都不應被解釋為指示對本發明的實踐必不可少的任何未要求保護的元素。

如在本文的描述和隨後的請求項中使用的，「一」和「該」的含義包括複數引用，除非上下文另有明確規定。此外，如在本文的描述中使用的，「於」的含義包括「在其中」和「在其上」，除非上下文另有明確規定。如本文中所使用的，除非上下文另有說明，否則術語「耦合到」可包括直接耦合（其中彼此耦合的兩個元件彼此接觸）和間接耦合（其中至少一個附加元件位於兩個元件之間）。因此，術語「耦合到」和「與…耦合」可同義使用。

本領域技術人員應當清楚，在不背離本文的發明構思的情況下，除了已經描述的那些之外，還可能進行更多的修改。因此，本發明的標的不受限制，除非在所附請求項的範圍內。此外，在解釋說明書和請求項時，應以與上下文一致的最廣泛方式解釋所有術語。特別地，術語「包括」應解釋為以非排他的方式所指的元素、組件或步驟，表示所指的多種元件、組件或步驟可能存在、或被利用或與未明確引用的其他多種元件、組件或步驟組合。當說明書或請求項涉及從由A、B、C…和N組成的組合中選擇的至少一項時，該文本應解釋為僅需要該組合中的一個元素，而非A加N或B加N等。

100:管中管段 110:內管 112:接頭焊接 115:環形空間 120:外管 130:環 132:環形焊接 140:接頭絕緣材料 150:套管 150A:半管套管 150B:半管套管 152:焊接 154:焊接 156:支撐桿 710:內管 712:焊接接頭 720:外管 730:環 750:套管

圖1是根據本發明所請的管中管段的示例性示意縱向橫截面。

圖2是根據本發明所請的第一管中管段的示例性示意縱向橫截面，該第一管中管段在內管處焊接到第二管中管段（第二段未顯示環和外管）。

圖3是具有接合絕緣材料的圖2的接合段的示例性示意縱向橫截面。

圖4是根據本發明所請的兩個接合的管中管段的示例性示意縱向橫截面，其中接合絕緣材料和套管段焊接於多個環。

圖5是根據本發明所請的焊接於多個環的兩個接合的管中管段和套管段的示例性示意縱向橫截面（接頭絕緣材料未顯示）。

圖6是兩個半管套管的示例性示意橫截面，其中一個套管具有支撐桿。

圖7是根據本發明所請的具有套管段的兩個接合的管中管段的替代組件的示例性示意縱向橫截面。

110:內管

112:接頭焊接

120:外管

130:環

132:環形焊接

150:套管

Claims (15)

1. 一種設於一管中管系統中的一絕緣接頭，包括： 一第一管中管段和一第二管中管段，每一該管中管段具有包圍一內管的一外管，並且每一該管中管段在該外管和該內管之間的一環形空間中具有絕緣材料； 其中，每一該管中管段在該外管和該內管之間具有一環，該外管終止於該環並且該外管與該環耦接，而該內管與該環耦接並且該內管延伸超過該環； 一焊接接頭，位於該第一管中管段的該內管和該第二管中管段的該內管各自的端部之間； 一第一半管套管和一第二半管套管，其透過多個縱向焊接來相互連以接形成一套管段； 其中，該套筒段焊接於該第一管中管段的該環和該第二管中管段的該環，使得（a）位於多個該環處的多個該焊接透過該套管連接該第一管中管段的該外管和該第二管中管段的該外管，並使得（b）位於多個該環處的多個該焊接透過該環將該第一管中管段的該外管和該第二管中管段的該外管分別連接到該第一管中管段的該內管和該第二管中管段的該內管；及 一接頭絕緣材料，位於該第一管中管段的該環和該第二管中管段的該環之間以及該焊接接頭和該套管之間。
2. 如請求項1所述之絕緣接頭，其中，每個該管中管段的長度約為10至20m。
3. 如請求項1所述之絕緣接頭，其中，該第一管中管段的該內管和該第二管中管段的該內管具有約10至20cm的直徑，並且其中該第一管中管段的該外管和該第二管中管段的該外管具有約15至25cm的直徑，並且其中該套管段的長度約為20至50cm。
4. 如請求項4所述之絕緣接頭，其中，該環具有約3至10cm的徑向寬度和約2至5cm的厚度。
5. 如請求項1所述之絕緣接頭，其中，該環焊接到位於該第一管中管段和該第二管中管段中的每一個的該內管。
6. 如請求項1所述之絕緣接頭，其中，該第一半管套管和/或該第二半管套管包括沿多個該縱向焊接的一支撐桿。
7. 如請求項1所述之絕緣接頭，其中，該套管段與該第一管中管段的該外管和該第二管中管段的該外管具有相同的外徑。
8. 如請求項1所述之絕緣接頭，其中，該接頭絕緣材料包覆於該焊接接頭周圍。
9. 如請求項1所述之絕緣接頭，其中，連接的多個該管中管段的多個該焊接、該環和該套管段具有足以用於一管道鋪設過程的一強度，該管道鋪設過程包括管道彎曲和管道矯直。
10. 一種將一第一管中管段連接於一第二管中管段的方法，每一該管中管段具有一外管，該外管包圍延伸超出該外管的一內管，並且每一該管中管段在該外管和該內管之間的一環形空間中具有絕緣材料，該方法包括： 分別在該第一管中管段的該內管和該第二管中管段的該內管的端部之間形成一焊接接頭； 以接頭絕緣材料覆蓋該焊接接頭； 透過多個該縱向焊接將第一半管套管和第二半管套管焊接在一起以在該焊接接頭上方形成套管段；及 將該套管段分別焊接到該第一管中管段上的一環和該第二管中管段上的一環，使得（a）位於多個該環處的多個該焊接透過該套管連接該第一管中管段的該外管和該第二管中管段的該外管，並使得（b）位於多個該環處的多個該焊接透過多個該環將該第一管中管段的該外管和該第二管中管段的該外管分別連接到該第一管中管段的該內管和該第二管中管段的該內管。
11. 如請求項10所述之方法，其中，該第一管中管段的該環和該第二管中管段的該環分別焊接於該第一管中管段的和該第二管中管段的該內管。
12. 如請求項10所述之方法，其中，該套管段及該第一管中管段的該外管和該第二管中管段的該外管於各自的該環處共享一共同焊接。
13. 如請求項10所述之方法，其中，每一該管中管段的長度約為10至20m，其中該套筒段具有約20至50cm的長度，其中該第一管中管段的該內管和該第二管中管段的該內管具有約10至20cm的直徑，和/或其中該第一管中管段的該外管和該第二管中管段的該外管具有約15至25cm的直徑。
14. 如請求項11所述之方法，其中，連接的多個該管中管段的多個該焊接、該環和該套管段具有足以用於一管道鋪設過程的一強度，該管道鋪設過程包括管道彎曲和管道矯直。
15. 一種在地熱回收廠中安裝絕緣回流管的方法，包括： 提供多個管中管段，每一該管中管段具有包圍一內管的一外管，並且每一該管中管段在該外管和該內管之間的一環形空間中具有絕緣材料； 在一水平方向上焊接多個該管中管段，使得： （1）多個該內管的多個端部分別相互焊接； （2）多個該外管的多個端部分別焊接於該多個管段的該多個內管上的多個環； （3）一套管段設置於多個該管段的多個該環之間並焊接於多個該管段的多個該環，並進一步分別焊接於多個該外管的多個端部，從而形成封閉連接多個該內管的該焊接的一連續外管；及 使用一彎曲裝置和一矯直裝置，將連接的多個該管中管段從一水平設置方向往一垂直設置方向向井下推進到一地質構造中。

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