废弃油气井地热发电方法

1.本发明涉及地热发电技术领域，具体是一种通过双层连续油管，利用废弃油气井的地热进行发电的方法及装置。


背景技术：

2.每一口不再生产的废弃油气井都是一口地热井，在地热资源比较好的地区，废弃油气井蕴含的热能大，是一种绿色能源。
3.废弃油气井所蕴含的地热可用于发电。目前，废弃油气井的地热发电一般是将地下热水泵送到地面，使地下热水与工质进行热交换，通过工质的循环，驱动发电设备进行发电。地下热水泵送到地面后温度较低，地下热水与工质热交换的热损大，因此地热能的利用效率很低。


技术实现要素：

4.本发明首先提供一种废弃油气井地热发电方法，目的是提高废弃油气井地热发电对地热的利用效率。
5.本发明采用的技术方案是：废弃油气井地热发电方法，换热装置连接双层连续油管，再下放至废弃油气井；液态工质经双层连续油管的下行通道进入换热装置，液态工质吸热转变为高温高压的气态工质，气态工质经双层连续油管的上行通道上行到地面；气态工质进入透平机带动发电装置发电，再冷凝为液态工质；液态工质经双层连续油管的一个通道，由工质泵压入换热装置，实现工质的循环。
6.进一步的是：双层连续油管包括横截面呈圆形的内管和横截面呈圆环形的外管，内管为下行通道，外管为上行通道。
7.为了液态工质通过换热装置充分吸热并蒸发，进一步的是：换热装置包括蒸发器和加热盘管，加热盘管的一端与双层连续油管的下行通道连通，加热盘管的另一端与蒸发器的内腔连通，蒸发器的内腔还与双层连续油管的上行通道连通。
8.进一步的是：废弃油气井的井口设置采气树，双层连续油管分为两段，一段位于废弃油气井的井内并连接采气树和换热装置，另一段位于废弃油气井的井外且一端连接采气树。
9.具体的：位于废弃油气井的井外的双层连续油管与采气树之间密封盒。
10.具体的：液态工质的主要成分是二甲醚、丙烷和纳米颗粒。为了防止液态工质结垢，液态工质添加阻垢剂，即液态工质的成分还包括阻垢剂。
11.具体的：气态工质经过透平机后，进入冷凝器冷凝为液态工质，再流入冷凝器下部的储液罐，工质泵的进液端与储液罐相连。
12.具体的：工质泵为柱塞泵。
13.具体的：换热装置下放至废弃油气井的底部。
14.本发明还提供一种废弃油气井地热发电装置，用于实施上述的废弃油气井地热发
电方法，目的同样是目的是提高废弃油气井地热发电对地热的利用效率，采用的技术方案是：废弃油气井地热发电装置，包括位于废弃油气井内的换热装置，以及位于废弃油气井外的透平机、发电装置、冷凝器和工质泵，双层连续油管包括上行通道和下行通道，双层连续油管的一端连接换热装置，双层连续油管的另一端通过转接头分别与透平机的气体入口和工质泵的出液端相连，透平机与发电装置相互配合，透平机的气体出口连接冷凝器，冷凝器的下部设置储液罐，工质泵的进液端与储液罐相连。
15.进一步的是：双层连续油管包括横截面呈圆形的内管和横截面呈圆环形的外管，内管为下行通道，外管为上行通道。
16.为了液态工质通过换热装置充分吸热并蒸发，进一步的是：换热装置包括蒸发器和加热盘管，加热盘管的一端与双层连续油管的下行通道连通，加热盘管的另一端与蒸发器的内腔连通，蒸发器的内腔还与双层连续油管的上行通道连通。
17.进一步的是：废弃油气井的井口设置采气树，双层连续油管分为两段，一段位于废弃油气井的井内并连接采气树和换热装置，另一段位于废弃油气井的井外并连接采气树和转接头。
18.具体的：位于废弃油气井的井外的双层连续油管与采气树之间密封盒。
19.具体的：工质泵为柱塞泵。
20.具体的：换热装置位于废弃油气井的底部。
21.本发明的有益效果是：液态工质泵入废弃油气井内的换热装置后，在换热装置内蒸发形成高温高压的气态工质，气态工质经上行通道到地面后直接进入透平机做功，并带动发电装置发电，经过透平机的气态工质冷凝后变为液态工质，再泵入换热装置，实现工质的循环。液态工质吸收地热发生相态变化，再直接进入透平机带动发电装置发电，使高温高压的气态工质直接做功发电，避免了多种介质之间进行热传递导致的热损，提高了地热利用效率。此外，废弃油气井地热发电方法及装置不开采、不回灌地下水，不影响地下水系统的平衡。
22.液态工质和气态工质经双层连续油管的内管和外管进入和排出换热装置，保证双层连续油管的受压和升温后的稳定性。换热装置包括蒸发器和加热盘管，加热盘管为单根盘管，根据废弃油气井的井底温度和换热量计算结果，加热盘管的长度可以做到足够长，实现液态工质的充分蒸发。
附图说明
23.图1是本发明的示意图。
24.附图标记：双层连续油管1、透平机2、发电装置3、工质泵4、蒸发器5、加热盘管6、采气树7、冷凝器8、储液罐9、转接头10、密封盒11。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明作进一步说明。
26.参见图1，本发明提供的第一个主题是：废弃油气井地热发电方法，首先将换热装置连接双层连续油管1，再下放至废弃油气井。换热装置下放至废弃油气井内部地热含量高的地层，一般下放至废弃油气井的底部。双层连续油管1设置相互独立的下行通道和上行通
道，液态工质经双层连续油管1的下行通道进入换热装置，液态工质在地热的作用下转变为高温高压的气态工质，气态工质经双层连续油管1的上行通道上行到地面。气态工质进入透平机2带动发电装置3发电，再冷凝为液态工质。液态工质经双层连续油管1的一个通道，由工质泵4压入换热装置，实现工质的循环。工质的循环路径为：工质泵4
→
双层连续油管1的下行通道
→
换热装置
→
双层连续油管1的上行通道
→
透平机2
→
工质泵4。
27.为了适应工质在相态变化出现的压力、温度变化，双层连续油管1包括横截面呈圆形的内管和横截面呈圆环形的外管，内管为下行通道，外管为上行通道。内管的管壁由液态介质和外管的管壁进行保护，确保双层连续油管1的稳定和安全。
28.为了液态工质通过换热装置充分洗手地热并蒸发，换热装置包括蒸发器5和加热盘管6，蒸发器5的外轮廓呈圆柱形，以更好地适应废弃油气井的形状，并形成较大的空腔。加热盘管6的一端与双层连续油管1的下行通道连通，加热盘管6的另一端与蒸发器5的内腔连通，蒸发器5的内腔还与双层连续油管1的上行通道连通。液态工质进入加热盘管6受热升温，在蒸发器5内蒸发成高温高压的气态工质，气态工质经过双层连续油管1的上行通道上行到地面。加热盘管6中的液态工质单向流动，加热盘管6的长度根据井底温度和换热量计算确定。
29.工质的相态变化实现能量的转移，因此工质可选用现有的。例如，工质的主要成分是二甲醚、丙烷和纳米颗粒。为了防止液态工质结垢，造成工质的循环路径堵塞，液态工质中可以添加阻垢剂，即液态工质的成分还包括阻垢剂；或者，在工质的循环路径设置净化装置。
30.由于废弃油气井的井口一般均设有采气树7，因此可将采气树7串联于双层连续油管1。双层连续油管1分为两段，一段位于废弃油气井的井内并连接采气树7和换热装置，另一段位于废弃油气井的井外且一端连接采气树7。为了使位于废弃油气井的井外的双层连续油管1与采气树7之间密封连接，双层连续油管1与采气树7之间设置密封盒11。
31.气态工质经过透平机2做功后，气态工质的压力和温度降低，气态工质冷凝为液态工质再由工质泵4压入换热装置。为了使气态工质充分冷凝，气态工质经过透平机2之后，进入冷凝器8冷凝为液态工质，再流入冷凝器8下部的储液罐9，工质泵4的进液端与储液罐9相连。工质泵4优选为柱塞泵，工质泵4不仅为冷凝后的液态工质的流动提供动力，还保证液态工质以设定流速进入换热装置。
32.本发明提供的第二个主题是废弃油气井地热发电装置，用于实施上述第一个主题。参见图1，废弃油气井地热发电装置，包括位于废弃油气井内的换热装置，以及位于废弃油气井外的透平机2、发电装置3、冷凝器8和工质泵4。双层连续油管1包括上行通道和下行通道，例如双层连续油管1包括横截面呈圆形的内管和横截面呈圆环形的外管，内管为下行通道，外管为上行通道。双层连续油管1的一端连接换热装置，双层连续油管1的另一端通过转接头10分别与透平机2的气体入口和工质泵4的出液端相连。转接头10用于将双层连续油管1的两个通道分开，并分别与透平机2的气体入口和工质泵4的出液端相连。透平机2与发电装置3相互配合，实现透平机2驱动发电装置3发电。透平机2的气体出口连接冷凝器8，冷凝器8用于将气态介质进行冷凝。冷凝器8的下部设置储液罐9，储液罐9用于存储冷凝后的液态介质。工质泵4的进液端与储液罐9相连，工质泵4用于稳定、持续地将冷凝后的液态介质压入的换热装置。
33.为了液态工质通过换热装置充分洗手地热并蒸发，换热装置包括蒸发器5和加热盘管6，具体参见上述第一个主题对换热装置的描述。由于废弃油气井的井口一般均设有采气树7，因此可将采气树7串联于双层连续油管1，具体参见上述第一个主题关于双层连续油管1与采气树7的描述。在此基础上，废弃油气井地热发电装置形成的工质的循环路径为：工质泵4
→
转接头10
→
双层连续油管1的下行通道
→
采气树7
→
双层连续油管1的下行通道
→
加热盘管6
→
蒸发器5
→
双层连续油管1的上行通道
→
采气树7
→
密封盒11
→
双层连续油管1的上行通道
→
转接头10
→
透平机2
→
冷凝器8
→
储液罐9
→
工质泵4。
34.本发明对废弃油气井的地热进行绿色高效地利用，实现了连续循环不间断地发电，发电装置3发出的电力可用于电解制氢，或其他用途，经济效益更好。距测算，每一口废弃油气井每小时的发电量为100kw～500kw。