[发明专利]U型管换热闭式循环井下热电发电系统及方法

权利要求书

1.U型管换热闭式循环井下热电发电系统，其特征在于，包括：井筒、流体循环模块和电能外输模块；

所述井筒包括自上向下依次钻穿生产层上覆地层和生产层的套管、嵌入设置在套管内的油管、设置在油管外壁上的热电发电模块、冷流体注入管和嵌入设置在位于生产层范围内的套管中的U型管换热器；所述套管位于生产层的部分上设有射孔段；所述油管的顶部与套管的顶部平齐，底部位于生产层上覆地层与生产层的交界处；所述油管的下端外侧通过穿越封隔器坐封在套管内壁上，油管的底部内侧设有贯穿式油管堵头；所述热电发电模块设置在位于穿越封隔器上方的油管上，且热电发电模块通过驳接线缆与电能外输模块相连；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；

所述冷流体注入管设置在油套环空流动通道内或油管流动通道内；所述冷流体注入管内设有位于生产层上覆地层范围内的井下分流器；当冷流体注入管位于油套环空流动通道内时，冷流体注入管的下端贯穿安装在穿越封隔器中后与U型管换热器的一端相连，U型管换热器的另一端安装在贯穿式油管堵头中，且U型管换热器的内腔分别与冷流体注入管和油管流动通道相连通；当冷流体注入管位于油管流动通道内时，冷流体注入管的下端与U型管换热器的一端相连，U型管换热器的另一端贯穿安装在穿越封隔器中，且U型管换热器的内腔分别与冷流体注入管和油套环空流动通道相连通；

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、热流体利用模块、油套环空返出流体流动管线和油管返出流体流动管线；所述冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与冷流体注入管的上端开口相连，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热流体利用模块的出口相连；所述热流体利用模块的入口通过油管返出流体流动管线与油管流动通道相连，热流体利用模块的入口还通过油套环空返出流体流动管线与油套环空流动通道相连；

所述处于生产层上覆地层范围内的套管内壁上涂敷有绝热材料。

2.根据权利要求1所述的U型管换热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；所述套管与生产层及生产层上覆盖层均紧密胶结。

3.根据权利要求1所述的U型管换热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U型管换热闭式循环井下热电发电系统，其特征在于：所述套管、油管、冷流体注入管、穿越封隔器和贯穿式油管堵头的横截面均为圆形；所述U型管换热器端部的横截面为圆形；所述油管与套管同轴设置；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U型管换热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。