[發明專利]軸式換熱閉式循環井下熱電發電系統及方法

有效

• 申請號: 201810525008.8
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108869207B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 劉均榮;史開源;杜鵬;王哲
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: F03G4/00
• 分類號: F03G4/00;E21B17/00
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 呂利敏

本發明涉及一種軸式換熱閉式循環井下熱電發電系統及方法。系統包括井筒、流體循環模塊和電能外輸模塊。井筒包括套管、油管、熱電發電模塊、冷流體注入管和集液管。油管通過穿越封隔器坐封在套管內壁上，油管底部設有貫穿式油管堵頭。套管內壁與熱電發電模塊外壁之間的空間形成油套環空流動通道。油管內部空間形成油管流動通道。冷流體注入管設置在油套環空流動通道內或油管流動通道內。流體循環模塊包括冷流體注入管線、冷流體注入泵、冷流體流出管線、冷流體儲存容器、冷流體流入管線、熱流體利用模塊、油套環空返出流體流動管線和油管返出流體流動管線。本發明能實現取熱發電不取水、提供穩定的電能供給，且不會影響換熱流體的后續利用。

技術領域

本發明屬于地熱發電技術領域，具體涉及一種軸式換熱閉式循環井下熱電發電系統及方法。

背景技術

地熱能是一種來自地球深處的可再生能源，具有儲量大、清潔、可持續等特點，在當前極端氣候事件頻發和能源日趨緊缺的情況下，對地熱資源的合理開發利用已愈來愈受到人們的青睞。地熱利用分為直接利用和地熱發電兩大類型，其中直接利用包括洗浴、養殖、供暖、制冷、種植、養殖等，地熱發電按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同可劃分為蒸汽型地熱發電和熱水型地熱發電兩種類型。這些地熱利用方法都需要將熱儲層流體提取到地面后再進行發電或直接利用，熱儲層流體大量開采會帶來潛在的地層下沉、井筒結垢等問題，在一定程度上制約了地熱能開發與利用的發展。

隨著近年來半導體材料制造技術和工藝的進步，熱電發電技術逐漸興起。該技術利用半導體材料的塞貝克效應原理進行發電，整個發電系統中無運動部件，利用溫度差將熱能直接轉換為電能。一些研究表明，即使熱電發電單元兩側之間僅有10攝氏度的溫差，在熱電發電單元規模達到數百米長度的情況下，能產生足夠多的電能。

發明內容

針對中低溫熱儲的生產特點和現有發電方法的技術限制，本發明結合熱電發電技術，提出一種軸式換熱閉式循環井下熱電發電系統及方法，該系統及方法不但能實現取熱發電不取水、提供穩定的電能供給，而且還不會影響換熱流體的后續利用。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

本發明涉及一種軸式換熱閉式循環井下熱電發電系統，該系統包括：井筒、流體循環模塊和電能外輸模塊。

具體地說，所述井筒包括自上向下依次鉆穿生產層上覆地層和生產層的套管、嵌入設置在套管內的油管、設置在油管外壁上的熱電發電模塊、冷流體注入管和集液管；所述油管的頂部與套管的頂部平齊，底部位于生產層上覆地層與生產層的交界處；所述油管的下端外側通過穿越封隔器坐封在套管內壁上，油管的底部內側設有貫穿式油管堵頭；所述熱電發電模塊設置在位于穿越封隔器上方的油管上，且熱電發電模塊通過駁接線纜與電能外輸模塊相連；所述套管內壁與熱電發電模塊外壁之間的空間形成油套環空流動通道；所述油管內部空間形成油管流動通道。

所述冷流體注入管設置在油套環空流動通道內或油管流動通道內；所述冷流體注入管內設有位于生產層上覆地層范圍內的井下分流器；當冷流體注入管位于油套環空流動通道中時，冷流體注入管的下端穿過穿越封隔器后伸入至位于生產層范圍內的套管中，所述集液管的上端嵌入安裝在貫穿式油管堵頭中，下端伸入至位于生產層范圍內的套管中，底部與井筒井底之間設有空隙，且所述集液管內腔與油管流動通道相連通；當冷流體注入管位于油管流動通道中時，冷流體注入管的下端穿過貫穿式油管堵頭后伸入至位于生產層范圍內的套管中，所述集液管的上端貫穿安裝在穿越封隔器上，下端位于處在生產層范圍內的套管中，底部與井筒井底之間設有空隙，且所述集液管內腔與油套環空流動通道相連通。