[发明专利]油井井下热电发电系统及方法

说明书

本发明涉及一种油井井下热电发电系统及方法。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、热电发电模块和冷流体注入管。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内流动通道。冷流体注入管嵌入设置在油套环空流动通道中。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、油套环空循环流出热流体利用模块、油套环空循环流出流体流动管线、地层产出热流体流出管线、地层产出热流体利用模块和热利用后的地层产出液流动管线。本发明能节省大量建造成本和运行成本、保证稳定的电能供给，且不会影响油井产出水的后续利用。

技术领域

本发明属于地热发电技术领域，具体涉及一种油井井下热电发电系统及方法。

背景技术

目前，大量油田进入高含水阶段，一些油井因含水过高而不得不关停。在这类油井中，其生产层不但能提供大量流体，而且还能提供大量热能。如何充分利用油井现有资源、延长油井生产寿命已成为业界关注的重点。目前所提出的方法主要集中于通过联产方式来生产油井的地热能，为油田管线集输、厂区供暖等领域提供热源。我国的华北油田利用油井产出水进行了地面中低温地热发电，取得了一定成果。

随着近年来半导体材料的进步，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。这种热电发电技术在汽车尾气废热发电、工业余热发电、太阳能发电、智能穿戴等领域得到广泛应用。

发明内容

针对高含水油井具有产水量大、携带热量多的生产特点，本发明结合热电发电技术，提出一种油井井下热电发电系统及方法，该系统及方法不但能节省大量建造成本和运行成本、保证稳定的电能供给，而且还不会影响油井产出水的后续利用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明涉及一种油井井下热电发电系统，包括：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和冷流体注入管；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封隔器坐封在套管内壁上；所述热电发电模块设置在位于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内流动通道；所述冷流体注入管嵌入设置在油套环空流动通道中，且冷流体注入管的底部与封隔器的顶部之间有空隙。

进一步的，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、油套环空循环流出热流体利用模块、油套环空循环流出流体流动管线、地层产出热流体流出管线、地层产出热流体利用模块和热利用后的地层产出液流动管线；所述冷流体注入管线的出口与冷流体注入管或油套环空流动通道相连，冷流体注入管线的入口与冷流体注入泵的出口相连，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，冷流体储存容器的入口通过冷流体流入管线与油套环空循环流出热流体利用模块的出口相连；当冷流体注入管线的出口与冷流体注入管相连时，油套环空循环流出热流体利用模块的入口通过油套环空循环流出流体流动管线与油套环空流动通道相连；当冷流体注入管线的出口与油套环空流动通道相连时，油套环空循环流出热流体利用模块的入口通过油套环空循环流出流体流动管线与冷流体注入管相连。

进一步的，所述油管内安装有井下举升泵系统。

进一步的，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。

进一步的，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。