[发明专利]单井闭式循环井下热电发电系统及方法

权利要求书

1.单井闭式循环井下热电发电系统的发电方法，其特征在于，该热电发电系统包括：钻穿地热井地层的井筒、流体循环模块和电能外输模块；

所述井筒包括套管、嵌入设置在套管内的油管以及设置在油管外壁上的热电发电模块；所述套管与地热井地层紧密胶结；所述油管的顶部与套管的顶部平齐，底部位于井筒井底的上方且与井筒井底之间有空隙；所述热电发电模块通过驳接线缆与所述电能外输模块相连；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、闭式循环流出热流体利用模块和闭式循环流出流体流动管线；所述冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道或者油管流动通道相连；所述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闭式循环流出热流体利用模块的出口相连；当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道相连时，所述闭式循环流出热流体利用模块的入口通过闭式循环流出流体流动管线与油管流动通道相连；当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油管流动通道相连时，所述闭式循环流出热流体利用模块的入口通过闭式循环流出流体流动管线与油套环空流动通道相连；

当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道相连时，该热电发电系统的发电方法包括以下步骤：

S11、存储在冷流体储存容器中的冷流体，经冷流体流出管线进入冷流体注入泵增压后，通过冷流体注入管线进入油套环空流动通道；

S12、冷流体沿油套环空流动通道向下流动过程中，不断从周围地层吸收热量，温度逐渐升高，在井底处温度达到最高，变为高温流体；

S13、由于井底被水泥封堵，高温流体从井底和油管底部之间的空隙进入油管流动通道中，并沿着油管流动通道向上流动到地面，进入闭式循环流出流体流动管线，然后进入闭式循环流出热流体利用模块，经过热交换和利用后通过冷流体流入管线返回冷流体储存容器中；

S14、热电发电模块在油管流动通道中的高温流体和油套环空流动通道中的低温流体之间的温度差的作用下产生电能，并通过驳接线缆将电能输入电能外输模块；

S2、当冷流体注入泵的出口通过冷流体注入管线与油套环空流动通道相连时，该热电发电系统的发电方法包括以下步骤：

S21、存储在冷流体储存容器中的冷流体，经冷流体流出管线进入冷流体注入泵增压后，通过冷流体注入管线进入油管流动通道；

S22、冷流体沿油管流动通道向下流动过程中，从油套环空流动通道中的热流体中吸收部分热量，温度保持在较低水平；

S23、流体达到井底后，由于井底被水泥封堵，从油管流动通道流出的流体从井底和油管底部之间的空隙进入油套环空流动通道中，并沿着油套环空流动通道向上流动到地面，进入闭式循环流出流体流动管线，然后进入闭式循环流出热流体利用模块，经过热交换和利用后通过冷流体流入管线返回冷流体储存容器中；

S24、流体在油套环空流动通道向上流动过程中，不断与周围地层进行热交换，在相同深度处，油套环空流动通道中的流体温度高于油管流动通道中的流体温度，热电发电模块在油套环空流动通道中的高温流体和油管流动通道中的低温流体之间的温度差的作用下产生电能，并通过驳接线缆将电能输入电能外输模块。

2.根据权利要求1所述的单井闭式循环井下热电发电系统的发电方法，其特征在于，所述井筒为钻穿地热井地层的孔眼结构，采用下套管至井底注水泥固井方式实现；所述套管与地热井地层紧密胶结。

3.根据权利要求1所述的单井闭式循环井下热电发电系统的发电方法，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所述的单井闭式循环井下热电发电系统的发电方法，其特征在于：所述套管和油管的横截面均为圆形；所述套管和油管同轴设置；所述热电发电模块的横截面为圆环形。