用于发电环境的流体制造技术

公开了用于电力生产的井和地热环境中的能量回收的流体类别。流体属于能够提高闭环地热系统的电力和/或热量生产的热力学效率的流体类别。公开了许多方法，其利用流体的热力学来获得最佳的能量回收。

Fluids for power generation environments

A fluid class for energy recovery in wells and geothermal environments for power production is disclosed. Fluids belong to the category of fluids that can improve the thermodynamic efficiency of power and / or heat production in closed-loop geothermal systems. A number of methods are disclosed that utilize the thermodynamics of the fluid to obtain optimal energy recovery.

【技术实现步骤摘要】
用于发电环境的流体
本专利技术涉及用于在各种地热和井环境中发电的流体，更具体地，本专利技术涉及在用于发电的方法中使用的流体种类的用途。
技术介绍
地热能的好处是众所周知的，并且已成为许多出版物和专利的主题。一般概念是钻入地层以从中提取热量并将产生的蒸汽和水返回到蒸汽驱动例如发电装置的表面。传统的工业地热技术需要罕见的地质条件，导致该技术在全球范围内保持利基。在现有技术的范围内，已经发布了提议以缓解该问题。其中没有从岩石中提取盐水的闭环地热系统已经被考虑，并且被系统测试以评估利用地热梯度的可行性。已经讨论过使用一系列管插入地下以便管内的水吸收热量并将其再循环到表面并随后进入回收装置以利用热量。地热梯度通常定义为相对于地球内部增加深度的温度增加速率。从数量上看，这表示每公里约25℃。因此，这种能量太大而不能使用。Roussy在2012年3月13日授权的美国专利No.8,132,631中教导了一种地热回路装置，其中提供了一种声波钻，用于将钻柱旋转和振动到地面中。在钻柱的内部容积内提供流体。地热传递回路定位在钻柱的内部容积内，并且钻柱从地面移除。尽管在某些情况下有用，但是这种布置的限制只是环的一小部分区域暴露于地热区。这固有地限制了有效的热传递。Henderson在1976年3月2日公布的美国专利No.3,941,422中认识到井的互连。在该教导中，在盐床中钻出两个井，其中一个井基本上垂直布置并且从第一井向远侧钻出并朝向第一井偏转，使得偏转井的底部接近第一井底部的选定距离。随后，通过在两个井中的一个或另一个或两个井中使用液体压裂技术使盐破裂，以使得两个井之间的流体能够流动。通过淡水注入开采盐，从另一个井中回收饱和盐溶液。显然，Henderson教导通常连接的成对井，但是该教导没有考虑由地热能驱动的能量回收或热交换系统。WellStarEnergy在2016年12月1日的新闻稿中简要介绍了将未使用的井与地热回路结合用于能量回收的可能性，但是没有提到这方面的具体细节或用于热管理的井的互连。Chevron在未注明日期的视频披露中，教导了刚果河峡谷穿越管道项目(CongoRiverCanyonCrossingPipelineProject)中的气井互连。从河的一侧到另一侧运行互连管道以供应气体。同样，这是井互连的特定用途。没有讨论地热回路中的良好循环和互连。GreenFireEnergy在2017年的一篇文章中讨论了一个环状地热能回收系统。不使用预先存在的气/油井进行再利用，而是钻新井。这对控制未正确维护的未使用井没有任何作用，实际上可能导致新问题。该公开没有提及用于实现循环的技术，并且进一步没有考虑最大效率所必需的聚类和合并。此外，预期的工作流体由CO2和其他制冷剂组成，在与地热梯度的能量产生相关的压力和温度下，它们都没有表现出基本上非线性的温度-焓关系。Halff在2001年10月16日授权的美国专利No.6,301,894中教导了一种通用闪蒸地热设备。该专利专注于与发电机位置，水资源保护以及多回路的纯度和效率相关的益处。专利权人指出：“本专利技术克服了这些困难，并且其目的之一是提供一种改进的地热发电系统，其中从热岩层获得热量的水不会被污染，从而可以再循环，不需要超过标准锅炉水处理中使用的化学处理，并且使用的水量是经济的。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的地热发电系统，其中涡轮机转动发电机或由蒸汽提供电力的其他机构不需要位于用于将水接收到地下的输入井附近，并且可以位于远离该井的位置。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的地热发电系统，其中该系统更有效。本专利技术的另一个目的是提供一种改进的地热发电系统，其中该系统易于安装，因为井可以通过石油工业中常用的水平井钻井技术钻井。改进的地热发电系统使用简单。本专利技术的另一个目的是在不从地层中抽水来保持地层中的压力的情况下保持该系统。Halff，大概讨论系统中的多个支路(leg)，但是在这个复杂的区域中没有提供任何细节。文中指出：“图中示出了上述系统的变形。存在图1中所示的系统的所有元件。使用单个垂直井和一个或多个水平井完成相同的结果。水通过管子向井的水平范围返回，管子沿着外壳向下延伸并在外壳的末端排出。当水从单井流回到涡轮机时，水被转换成蒸汽。在任一实施例中，处理过的水可以位于热水支路的任一端或沿着热水支路的全部或部分分布。在附图中，将理解存在一个或多个热支路。热支路可以全部同时操作，或者它们可以按顺序使用，其中一个热支路在操作，而其他支路加热直到其他支路准备就绪并且顺序投入使用。这种过度简化没有解决这样的事实，即需要几个新井，这增加了成本并且没有提供关于多个馈送流的连接或热管理的指令。进一步Halff仅引用水作为工作流体并且引用水转变为蒸汽，这需要比本专利技术中目标高得多的温度。2001年3月3日公布的美国专利公开20110048005，McHargue，提供了生产流体选择的变化以解决地层内的温度波动。文中指出：“该实施例的新颖方面是它有机会使用各种各样的潜在流体作为生产流体，以及随着地下温度变化或发电设备条件变化而快速和容易地改变生产流体的能力。用户可以选择使用除水之外的流体或气体作为生产流体，以优化生产流体的热性质，使其适应地球地下的局部热条件，以及发电设备的热需求。例如，可以选择使用超临界流体(D.W.Brown于2003的美国专利No.6,668,554)或任何烃或制冷剂作为供给发电设备的生产流体。除了水作为生产流体之外，使用流体或气体作为生产流体的潜力将通过提供在较浅的深度钻较冷的地下岩石的潜力(这些地下岩石的孔隙度和渗透率较高)，并且通过减少人为地破坏地下岩层的需要来节省资金。虽然该公开提到了石油工业中使用的技术，但没有关于重新利用现有油田或使用现有油井的讨论。该参考文献以广泛的方式讨论了用于地热环境的简单非反应流体。通过从根本上增加来自岩石的热传递来提高效率的教导不存在，因为是关于在井的横向部分内产生基本上非线性的温度分布的先进细节。Mickelson在2007年10月25日公布的美国专利公开20070245729中教导了一种多支路地热回收系统。该公开表达了对地质流体损失和因此温度损失的关注，并且没有提供任何教导来减轻与定向钻井相关的问题，即尤其是地层中的磁干扰，鱼，重铁浓度。在Goswami等人于2013年8月22日公布的美国专利公开号2013021304中，提供了一种用于从低温和中温热源产生电力的方法和系统。作者教导了一种非共沸混合物作为通过从显热源交换热量而加热到超临界状态的工作流体。该教导结合了超临界朗肯循环和非共沸混合物。工作流体直接从液体加热到超临界状态，这改善了合理的热源和工作流体之间的热匹配。使用非共沸混合物作为工作流体，在工作流体和冷却剂之间产生更好的热匹配。本专利技术采用相反的方法，其中热源和流体之间的温度差最大化而不是匹配。GreenFireEnergy公司在2015年9月11日公开的WO2015/134974中教导了用于产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流体，用于在封闭井系统中的能量回收，封闭井系统具有入口井、出口井和在所述入口井与所述出口井之间的横向互连，所述流体具有选自以下的至少一种性质：/na)在大于10MPa的压力和小于180℃的温度下在所述横向互连内的基本非线性温度焓关系，以最大化流体与周围井下热源之间的温差和热传递；/nb)能够进行压敏可逆反应，该反应在高压下吸热，在低于高压的压力下放热；/nc)含有化学吸收反应的流体混合物，该反应在所述横向互连中是吸热的；/nd)具有温度和压力依赖性溶解度的电解质水溶液，导致横向互连内的吸热效应。/n

【技术特征摘要】
20180510 US 62/669,6861.一种流体，用于在封闭井系统中的能量回收，封闭井系统具有入口井、出口井和在所述入口井与所述出口井之间的横向互连，所述流体具有选自以下的至少一种性质：
a)在大于10MPa的压力和小于180℃的温度下在所述横向互连内的基本非线性温度焓关系，以最大化流体与周围井下热源之间的温差和热传递；
b)能够进行压敏可逆反应，该反应在高压下吸热，在低于高压的压力下放热；
c)含有化学吸收反应的流体混合物，该反应在所述横向互连中是吸热的；
d)具有温度和压力依赖性溶解度的电解质水溶液，导致横向互连内的吸热效应。


2.根据权利要求1所述的流体，其中，所述化学吸收反应涉及所述横向互连内的CO2的解吸附。


3.根据权利要求1所述的流体，其中，所述电解质水溶液包括硫酸镁。


4.一种发电方法，包括：
提供封闭的井回路环路，其具有与地质构造内的横向管道连接的入口和出口；
提供与所述井回路可操作连通的发电设备；
使在所述横向管道内具有基本非线性温度焓关系的工作流体在大于10MPa的压力和低于180℃的温度下循环通过所述回路，以从所述地层回收热能，以最大化所述流体和周围井下热源之间的温差和热传递；
在所述入口处在所述回路中再循环之前冷却所述工作流体；和
将来自所述流体的能量转换成电能。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述工作流体被冷却到零摄氏度以下的温度。


6.根据权利要求4所述的方法，其中，循环由热虹吸作用驱动。


7.根据权利要求4所述的方法，还包括提供间隔开的多个横向管道，每个横向管道连接到所述入口和所述出口。


8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述工作流体被调节成在所述入口内保持液态或超临界液态并且在超临界状态下离开所述出口。


9.一种重新利用在地层中具有间隔开的预先存在的生产井和注入井的油田以捕获热能的方法，包括：
提供第一节点，其具有与发电设备流体连通的第一注入井和生产井；
提供与所述第一节点间隔开的第二节点，其具有与发电设备流体连通的第二注入井和生产井；
在地下水平连接中连接所述第一节点和所述第二节点；
利用地下连接将来自所述第一节点的所述发电设备的加热的输出流体循环到所述第二节点的所述发电设备的输入，所述流体在所述地下水平连接内在大于10MPa的压力和低于180℃的温度下具有基本非线性的温度焓关系，以从所述地层回收热能，以最大化所述流体和周围井下热源之间的温差和热传递；和
将来自所述流体的能量转换成电能。


10.一种能量产生方法，包括：
提供具有注入和生产井对的悬浮油田；
在一个井对的生产井和地下回路中的相邻井对的注入井之间连接发电设备，所述回路在所述生产井和所述注入井之间具有至少一个横向互连；
使流体循环通过所述回路以回收地下热能，所述流体具有选自以下的至少一种性质，包括：
a)在大于10MPa的压力和小于180℃的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：M托夫斯，G普赖斯，P凯恩斯，J雷德芬，J史密斯，
申请(专利权)人：埃沃尔技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA