单井闭式循环井下热电发电系统及方法技术方案

技术编号:19385898 阅读:23 留言:0更新日期:2018-11-10 00:57
本发明专利技术涉及一种单井闭式循环井下热电发电系统及方法。该系统包括:井筒、流体循环模块和电能外输模块。井筒包括套管、油管和热电发电模块。油管的顶部与套管的顶部平齐,底部位于井筒井底的上方且与井筒井底之间有空隙。热电发电模块通过驳接线缆与电能外输模块相连。套管内壁与热电发电模块外壁之间的空间形成油套环空流动通道。油管内部空间形成油管流动通道。流体循环模块包括冷流体注入管线、冷流体注入泵、冷流体流出管线、冷流体储存容器、冷流体流入管线、闭式循环流出热流体利用模块和闭式循环流出流体流动管线。本发明专利技术能实现取热发电不取水、提供稳定的电能供给,且不会影响换热流体的后续利用。

Single well closed cycle downhole thermoelectric power generation system and method

The invention relates to a single well closed cycle downhole thermoelectric power generation system and method. The system includes wellbore, fluid circulation module and electric energy transmission module. The wellbore includes casing, tubing and thermoelectric generating module. The top of the tubing is level with the top of the casing, the bottom is above the bottom of the wellbore and there is a gap between the bottom of the wellbore and the top of the casing. The thermoelectric module is connected to the power transmission module through a barge wire. The space between the inner wall of the casing and the outer wall of the thermoelectric generating module forms an annular flow channel of the oil sleeve. The inner space of the tubing forms an oil pipe flow passage. The fluid circulation module includes the cold fluid injection pipeline, the cold fluid injection pump, the cold fluid outflow pipeline, the cold fluid storage container, the cold fluid inflow pipeline, the closed circulation outflow hot fluid utilization module and the closed circulation outflow fluid flow pipeline. The invention can realize heating and power generation without water intake, provide stable power supply, and will not affect the subsequent utilization of heat exchange fluids.

【技术实现步骤摘要】
单井闭式循环井下热电发电系统及方法
本专利技术属于地热发电
,具体涉及一种单井闭式循环井下热电发电系统及方法。
技术介绍
地热能是一种清洁的绿色能源,因其资源量大、生产不受气候条件影响、污染小、可持续等优点。地热发电技术主要有干蒸汽发电技术、地下热水发电技术、联合循环发电技术、干热岩地热发电技术等。目前的地热发电技术中,27%采用干蒸汽地热发电,41%采用单工质闪蒸方式,20%采用双工质闪蒸方式,1%采用背压式汽轮机,11%采用ORC/联合循环/混合方式。随着近年来半导体材料制造技术和工艺的进步,热电发电技术逐渐兴起。当在半导体两侧分别施加不同的温度时,由于塞贝克效应,在高温侧和低温侧之间就会产生电动势。利用这种现象,使用热电发电元件就能将热能直接转换为电能。一些研究表明,即使高温侧和低温侧之间仅有10摄氏度的温差,也能产生足够多的电能。
技术实现思路
针对中低温热储的生产特点,本专利技术结合热电发电技术,提出一种单井闭式循环井下热电发电系统及方法,该系统及方法不但能实现取热发电不取水、提供稳定的电能供给,而且还不会影响换热流体的后续利用。为实现上述目的,本专利技术采用了以下技术方案:本专利技术涉及一种单井闭式循环井下热电发电系统,包括:钻穿地热井地层的井筒、流体循环模块和电能外输模块。具体地说,所述井筒包括套管、嵌入设置在套管内的油管以及设置在油管外壁上的热电发电模块;所述油管的顶部与套管的顶部平齐,底部位于井筒井底的上方且与井筒井底之间有空隙;所述热电发电模块通过驳接线缆与所述电能外输模块相连;所述套管内壁与热电发电模块外壁之间的空间形成油套环空流动通道;所述油管内部空间形成油管流动通道。所述流体循环模块包括冷流体注入管线、冷流体注入泵、冷流体流出管线、冷流体储存容器、冷流体流入管线、闭式循环流出热流体利用模块和闭式循环流出流体流动管线;所述冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道或者油管流动通道相连;所述冷流体注入泵的入口通过冷流体流出管线与冷流体储存容器的出口相连;所述冷流体储存容器的入口通过冷流体流入管线与闭式循环流出热流体利用模块的出口相连;当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道相连时,所述闭式循环流出热流体利用模块的入口通过闭式循环流出流体流动管线与油管流动通道相连;当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油管流动通道相连时,所述闭式循环流出热流体利用模块的入口通过闭式循环流出流体流动管线与油套环空流动通道相连。进一步的,所述井筒为钻穿地热井地层的孔眼结构,采用下套管至井底注水泥固井方式实现;所述套管与地热井地层紧密胶结;所述井底采用水泥封堵。进一步的,所述热电发电模块包括若干组相互串联的热电发电机;所述热电发电机包括若干组热电发电单元;所述热电发电单元包括一个N型半导体和一个P型半导体,相邻的热电发电单元之间N型半导体和P型半导体交替排列。进一步的,所述套管和油管的横截面均为圆形;所述套管和油管同轴设置;所述热电发电模块的横截面为圆环形。进一步的,所述冷流体注入泵和冷流体储存容器均位于地面上。本专利技术还涉及一种采用上述单井闭式循环井下热电发电系统的热电发电方法:S1、当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道相连时,该方法包括以下步骤:S11、存储在冷流体储存容器中的冷流体,经冷流体流出管线进入冷流体注入泵增压后,通过冷流体注入管线进入油套环空流动通道。S12、冷流体沿油套环空流动通道向下流动过程中,不断从周围地层吸收热量,温度逐渐升高,在井底处温度达到最高,变为高温流体。S13、由于井底被水泥封堵,高温流体从井底和油管底部之间的空隙进入油管流动通道中,并沿着油管流动通道向上流动到地面,进入闭式循环流出流体流动管线,然后进入闭式循环流出热流体利用模块,经过热交换和利用后通过冷流体流入管线返回冷流体储存容器中。S14、热电发电模块在油管流动通道中的高温流体和油套环空流动通道中的低温流体之间的温度差的作用下产生电能,并通过驳接线缆将电能输入电能外输模块。S2、当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道相连时,该方法包括以下步骤:S21、存储在冷流体储存容器中的冷流体经冷流体流出管线进入冷流体注入泵增压后,通过冷流体注入管线进入油管流动通道。S22、冷流体沿油管流动通道向下流动过程中,从油套环空流动通道中的热流体中吸收部分热量,温度保持在较低水平。S23、流体达到井底后,由于井底被水泥封堵,从油管流动通道流出的流体从井底和油管底部之间的空隙进入油套环空流动通道中,并沿着油套环空流动通道向上流动到地面,进入闭式循环流出流体流动管线,然后进入闭式循环流出热流体利用模块,经过热交换和利用后通过冷流体流入管线返回冷流体储存容器中。S24、流体在油套环空流动通道向上流动过程中,不断与周围地层进行热交换,在相同深度处,油套环空流动通道中的流体温度高于油管流动通道中的流体温度,热电发电模块在油套环空流动通道中的高温流体和油管流动通道中的低温流体之间的温度差的作用下产生电能,并通过驳接线缆将电能输入电能外输模块。进一步的,所述冷流体为水、液态二氧化碳、液态氮气中的任意一种。和现有技术相比,本专利技术的有益效果为:(1)本专利技术采用流体闭式循环方式实现了井下取热发电不取水,避免了传统地热生产过程中潜在的地层沉降、井筒结垢等问题。(2)本专利技术利用布置在井下的热电模块实现了井下发电。(3)在本专利技术中,经井下发电后循环出的流体通过地面换热后可用于地面供暖、养殖、洗浴等应用。综上所述,本专利技术不但能实现取热发电不取水、提供稳定的电能供给,而且还不会影响换热流体的后续利用。附图说明图1是实施例一中单井闭式循环井下热电发电系统的结构示意图;图2是图1的I-I’剖面结构示意图;图3是实施例二中单井闭式循环井下热点发电系统的结构示意图。其中:101、地热井地层,102、套管,103、热电发电模块,104、油管,105、井底,106、井筒,200、流体循环模块,201、冷流体注入管线,202、冷流体注入泵,203、冷流体流出管线,204、冷流体储存容器,205、冷流体流入管线,206、闭式循环流出热流体利用模块,207、闭式循环流出流体流动管线,301、驳接线缆,302、电能外输模块,401、油套环空流动通道,402、油管流动通道。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明:实施例一如图1所示的一种单井闭式循环井下热电发电系统,包括:钻穿地热井地层的井筒106、流体循环模块200和电能外输模块302。具体地说,所述地热井地层101延深数千米,其地层温度从下至上呈逐渐降低趋势。所述井筒106是钻穿地热井地层101的孔眼结构,采用下套管102至井底105注水泥固井方式完成。所述套管102与地热井地层101紧密胶结,与地层流体隔绝。井底105采用水泥封堵,防止地层流体进入井筒106。油管104下入井底105正上方,油管104外壁与套管102部分形成油套环空流动通道401。油管104内部空间形成油管流动通道402。热电发电模块103紧密固结在油管104外壁上,随油管104下入套管102内。进一步的,所述流体循环模块200包括冷流体注入管线201、冷流体注入泵202、冷流体流出管线20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单井闭式循环井下热电发电系统,其特征在于,包括:钻穿地热井地层的井筒、流体循环模块和电能外输模块;所述井筒包括套管、嵌入设置在套管内的油管以及设置在油管外壁上的热电发电模块;所述油管的顶部与套管的顶部平齐,底部位于井筒井底的上方且与井筒井底之间有空隙;所述热电发电模块通过驳接线缆与所述电能外输模块相连;所述套管内壁与热电发电模块外壁之间的空间形成油套环空流动通道;所述油管内部空间形成油管流动通道;所述流体循环模块包括冷流体注入管线、冷流体注入泵、冷流体流出管线、冷流体储存容器、冷流体流入管线、闭式循环流出热流体利用模块和闭式循环流出流体流动管线;所述冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道或者油管流动通道相连;所述冷流体注入泵的入口通过冷流体流出管线与冷流体储存容器的出口相连;所述冷流体储存容器的入口通过冷流体流入管线与闭式循环流出热流体利用模块的出口相连;当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道相连时,所述闭式循环流出热流体利用模块的入口通过闭式循环流出流体流动管线与油管流动通道相连;当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油管流动通道相连时,所述闭式循环流出热流体利用模块的入口通过闭式循环流出流体流动管线与油套环空流动通道相连。...

【技术特征摘要】
1.单井闭式循环井下热电发电系统,其特征在于,包括:钻穿地热井地层的井筒、流体循环模块和电能外输模块;所述井筒包括套管、嵌入设置在套管内的油管以及设置在油管外壁上的热电发电模块;所述油管的顶部与套管的顶部平齐,底部位于井筒井底的上方且与井筒井底之间有空隙;所述热电发电模块通过驳接线缆与所述电能外输模块相连;所述套管内壁与热电发电模块外壁之间的空间形成油套环空流动通道;所述油管内部空间形成油管流动通道;所述流体循环模块包括冷流体注入管线、冷流体注入泵、冷流体流出管线、冷流体储存容器、冷流体流入管线、闭式循环流出热流体利用模块和闭式循环流出流体流动管线;所述冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道或者油管流动通道相连;所述冷流体注入泵的入口通过冷流体流出管线与冷流体储存容器的出口相连;所述冷流体储存容器的入口通过冷流体流入管线与闭式循环流出热流体利用模块的出口相连;当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道相连时,所述闭式循环流出热流体利用模块的入口通过闭式循环流出流体流动管线与油管流动通道相连;当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油管流动通道相连时,所述闭式循环流出热流体利用模块的入口通过闭式循环流出流体流动管线与油套环空流动通道相连。2.根据权利要求1所述的单井闭式循环井下热电发电系统,其特征在于,所述井筒为钻穿地热井地层的孔眼结构,采用下套管至井底注水泥固井方式实现;所述套管与地热井地层紧密胶结。3.根据权利要求1所述的单井闭式循环井下热电发电系统,其特征在于,所述热电发电模块包括若干组相互串联的热电发电机;所述热电发电机包括若干组热电发电单元;所述热电发电单元包括一个N型半导体和一个P型半导体,相邻的热电发电单元之间N型半导体和P型半导体交替排列。4.根据权利要求1所述的单井闭式循环井下热电发电系统,其特征在于:所述套管和油管的横截面均为圆形;所述套管和油管同轴设置;所述热电发电模块的横截面为圆环形。5.根据权利要求1所述的单井闭式循环井下热电发电系统,其特征在于,所述冷流体注入泵和冷流体储存容器均位于地面上。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘均荣史开源杜鹏王哲
申请(专利权)人:中国石油大学华东
类型:发明
国别省市:山东,37

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