一种废弃油井内地热能发电系统及方法与流程

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1.本发明属于地热能开发技术领域，更具体地，涉及一种废弃油井内地热能发电系统及方法。

背景技术：

2.地热能是一种较为理想的清洁能源，地热能是蕴藏在地球内部的巨大的天然热能，其储量丰富并且在使用过程中不会对地球环境造成破坏。随着石油、煤炭等传统资源的逐渐枯竭，地热能将成为未来新能源的一个重要组成部分。传统地热发电是利用工质从地层中获取热能再通过汽轮机将地热能转化成电能，然而钻井所需的巨大成本限制了地热发电的广泛应用。与此同时，随着石油的开采，存在着许多废弃的油井，其内部储存了大量的热能。因此对现有的废弃油井进行改造，使之成为地热井，既可节约钻井花费，减少地热发成本，又能解决废弃油井对环境的污染及安全隐患等问题；利用废弃油井地热能发电将成为一种废弃油井综合治理和有效利用地热资源的新途径。
3.现有技术中，专利公开号为cn208763826u的专利文件中公开了一种利用废弃油井低温地热能的磁悬浮涡轮发电机组，地热水泵的入口通过管道与废弃油井的出口相通，地热水泵的出口通过管道与第一换热器的地热水入口相通，第一换热器的地热水出口通过管道与注水泵的入口相通，注水泵的出口通过管道与废弃油井的入口相通；第二换热器的工质出口通过管道与磁悬浮涡轮机的入口相通，磁悬浮涡轮机的出口通过管道与第三换热器的工质入口相通，第三换热器的工质出口通过管道与有机工质泵的入口相通，有机工质泵的出口通过管道与第二换热器的工质入口相通；磁悬浮涡轮机与发电机相连接。该公开提出的地热能发电装置复杂，需放置于废弃油井之外，热损失严重，发电效率较低。

技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种废弃油井内地热能发电系统及方法，该系统利用原有油管改造成热管，利用热管原理和斯特林发电装置实现废弃油井内的地热能发电，充分利用现有废弃油井结构，降低成本和占地面积，发电效率高。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种废弃油井内地热能发电系统，所述废弃油井内设置有油管，其特征在于，该系统包括：
6.斯特林发电装置，所述斯特林发电装置的吸热端设置于所述油管下方并与所述废弃油井底部的井底积液接触；
7.第一工质，填充在所述油管内，使部分所述油管形成热管，所述斯特林发电装置的放热端处于所述热管的高温端内；
8.电力传输线缆，一端与所述斯特林发电装置的电输出端连接，另一端延伸至所述废弃油井的井口外。
9.可选地，所述斯特林发电装置包括：
10.外壳，内部设置有空腔，所述外壳的上端外周与所述油管相配合，所述外壳的下端
由底板封堵；
11.第一隔板和第二隔板，间隔设置在所述外壳的内部，将所述空腔分隔成三个腔室，所述第一隔板与所述底板之间形成下气缸，所述下气缸为所述吸热端，所述第二隔板与所述第一隔板之间形成发电腔，所述第二隔板上方设置有上气缸，所述上气缸为所述放热端；
12.定子线圈，设置于所述发电腔的内壁上；
13.转子，转动设置于所述定子线圈内，所述转子内部活动穿设有活塞连杆，所述活塞连杆的两端分别贯穿所述第一隔板和所述第二隔板并分别延伸至所述下气缸和所述上气缸内，所述活塞连杆的中部通过传动转换机构与所述转子连接，所述传动转换机构能够将所述活塞连杆的直线运动转换成所述转子的转动；
14.下活塞和上活塞，与所述活塞连杆连接，分别与所述下气缸和所述上气缸相配合；
15.第二工质，填充在所述下气缸和所述上气缸内；
16.工质连接管，一端与所述下气缸连通，另一端与所述上气缸连通。
17.可选地，所述上气缸设置在所述热管内，所述上气缸的外周与所述热管的下端之间通过密封结构密封连接。
18.可选地，所述外壳的上端设置在所述油管内，所述外壳的下端设置在所述油管外，所述外壳的下端外周上设置有第一换热翅板。
19.可选地，所述热管的外壁上设置有保温层，所述热管的上端露出于地面，所述热管的所述上端露出于地面的部分的外周上设置有第二换热翅板。
20.可选地，还包括地面控制仪表柜和地面输配电柜，所述地面控制仪表柜通过控制线路与所述斯特林发电装置连接，所述地面输配电柜一端与所述电力传输线缆的所述另一端连接。
21.可选地，所述地面输配电柜的另一端连接有输电线，多个所述废弃油井内地热能发电系统通过多个电力线杆和所述输电线与供配电站连接形成输电网络。
22.本发明还提供一种废弃油井内地热能发电方法，利用上述的废弃油井地热能发电系统，该方法包括：
23.将废弃油井的部分油管改造成热管；
24.在废弃油井的油管的下端设置斯特林发电装置，并使所述斯特林发电装置的吸热端与所述废弃油井底部的井底积液接触；
25.将部分所述油管改造成热管，并使所述斯特林发电装置的放热端处于所述热管的高温端内；
26.利用所述斯特林发电装置发电。
27.可选地，所述将废弃油井的部分油管改造成热管包括：
28.在所述油管的外周包裹保温层；
29.将所述斯特林发电装置的放热端的外周与所述油管的内壁密封；
30.将所述油管抽真空；
31.向所述油管内注入第一工质形成所述热管。
32.可选地，还包括在所述斯特林发电装置的吸热端的外周上设置第一换热翅板；在所述热管的上端外露于地面的部分外周上设置第二换热翅板。
33.本发明提供一种废弃油井内地热能发电系统及方法，其有益效果在于：
34.1、该系统利用原有油管改造成热管，利用热管原理和斯特林发电装置实现废弃油井内的地热能发电，充分利用现有废弃油井结构，降低成本和占地面积，发电效率高；
35.2、该系统的斯特林发电装置基于斯特林发电机原理设计，结构简单，成本低廉，施工方便；
36.3、该系统的热管利用原有油管改造，通过热管原理提高斯特林发电装置的吸热端和放热端之间的温差，提高发电效率。
37.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
38.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
39.图1示出了根据本发明的一个实施例的一种废弃油井内地热能发电系统的结构示意图。
40.图2示出了根据本发明的一个实施例的一种废弃油井内地热能发电系统的输电网络的结构示意图。
41.图3示出了根据本发明的一个实施例的一种废弃油井内地热能发电系统的斯特林发电装置的结构示意图。
42.图4示出了根据本发明的一个实施例的一种废弃油井内地热能发电方法的流程图。
43.附图标记说明：
44.1、斯特林发电装置；2、废弃油井；3、井底积液；4、热管；5、电力传输线缆；6、外壳；7、第一隔板；8、第二隔板；9、下气缸；10、上气缸；11、定子线圈；12、转子；13、活塞连杆；14、传动转换机构；15、下活塞；16、上活塞；17、工质连接管；18、密封结构；19、第一换热翅板；20、第二换热翅板；21、地面输配电柜；22、输电线；23、供配电站；24、电力线杆。
具体实施方式
45.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
46.本发明提供一种废弃油井内地热能发电系统，废弃油井内设置有油管，其特征在于，该系统包括：
47.斯特林发电装置，斯特林发电装置的吸热端设置于油管下方并与废弃油井底部的井底积液接触；
48.第一工质，填充在油管内，使部分油管形成热管，斯特林发电装置的放热端处于热管的高温端内；
49.电力传输线缆，一端与斯特林发电装置的电输出端连接，另一端延伸至废弃油井的井口外。
50.具体的，本发明基于废弃油井现有的油管进行改造，在现有的井内油管下端安装斯特林发电装置，并将油管外表面进行保温处理，在油管井口外露的部分安装翅式散热器，并将油管内抽真空，在油管内充填一定量的传热工质，将油管改造成热管；斯特林发电装置的吸热端置于废弃油井底的高温井底积液中，放热端与热管的高温端进行接触换热，斯特林发电装置利用吸热端与放热端的温度差，利用斯特林发电机原理实现地热能向机械能再向电能的转化，最后电能通过电力传输线缆传输至地面以上，实现废弃油井内地热能发电。
51.可选地，斯特林发电装置包括：
52.外壳，内部设置有空腔，外壳的上端外周与油管相配合，外壳的下端由底板封堵；
53.第一隔板和第二隔板，间隔设置在外壳的内部，将空腔分隔成三个腔室，第一隔板与底板之间形成下气缸，下气缸为吸热端，第二隔板与第一隔板之间形成发电腔，第二隔板上方设置有上气缸，上气缸为放热端；
54.定子线圈，设置于发电腔的内壁上；
55.转子，转动设置于定子线圈内，转子内部活动穿设有活塞连杆，活塞连杆的两端分别贯穿第一隔板和第二隔板并分别延伸至下气缸和上气缸内，活塞连杆的中部通过传动转换机构与转子连接，传动转换机构能够将活塞连杆的直线运动转换成转子的转动；
56.下活塞和上活塞，与活塞连杆连接，分别与下气缸和上气缸相配合；
57.第二工质，填充在下气缸和上气缸内；
58.工质连接管，一端与下气缸连通，另一端与上气缸连通。
59.具体的，该斯特林发电装置基于斯特林发电机原理设计，适配于废弃油井的原有油管，由于下气缸处于井底积液中，上气缸处于热管的高温端内，在热管的换热作用下，下气缸与上气缸之间形成较大的温差，利用上、下气缸内第二工质的加热膨胀和冷却收缩的状态变化，推动上、下活塞和活塞连杆进行上下运动，实现地热能向机械能的转化，活塞连杆的上下运动通过传动转换机构带动转子转动，实现了机械能向电能的转化。
60.在一个示例中，传动转换机构为螺旋式传动机构，转子内部开设有与活塞连杆转动配合的活塞连杆过孔，活塞连杆过孔的内壁上开设有螺旋状槽，活塞连杆的外壁上设置有滑动柱，滑动柱处于螺旋状槽内并与螺旋状槽滑动配合。
61.具体的，当活塞连杆做直线运动时，滑动柱相对于螺旋状槽运动，带动转子转动。
62.可选地，上气缸设置在热管内，上气缸的外周与热管的下端之间通过密封结构密封连接。
63.具体的，密封结构在上气缸的下端的外周上，密封结构的外周与热管的下端之间密封连接。
64.在一个示例中，密封结构包括环形板，环形板的内周与上气缸下端的外周连接，环形板的外周通过密封圈和密封胶与热管内壁密封连接。
65.可选地，外壳的上端设置在油管内，外壳的下端设置在油管外，外壳的下端外周上设置有第一换热翅板。
66.具体的，外壳的下端即为下气缸，下气缸的外壁上设置第一换热翅板，可以增加换热面积，提高换热效果，使得下气缸受热更多。
67.可选地，热管的外壁上设置有保温层，热管的上端露出于地面，热管的上端露出于地面的部分的外周上设置有第二换热翅板。
68.具体的，保温层的设置减少了热管的热损失，提高热管的换热效果，第二换热翅板同样提高热换的换热效率，使得热管对上气缸的冷却效率更高。
69.可选地，还包括地面控制仪表柜和地面输配电柜，地面控制仪表柜通过控制线路与斯特林发电装置连接，地面输配电柜一端与电力传输线缆的另一端连接。
70.具体的，地面控制仪表柜可以包括检测屏，通过控制线路连接检测头，在一个示例中，检查头为摄像头，对斯特林发电装置进行检测和控制。
71.可选地，地面输配电柜的另一端连接有输电线，多个废弃油井内地热能发电系统通过多个电力线杆和输电线与供配电站连接形成输电网络。
72.具体的，多个废弃油井内地热能发电系统设置在多个废弃油井内，形成多个发电端，通过输电线连接供配电站形成供电体系。
73.本发明还提供一种废弃油井内地热能发电方法，利用上述的废弃油井地热能发电系统，该方法包括：
74.将废弃油井的部分油管改造成热管；
75.在废弃油井的油管的下端设置斯特林发电装置，并使斯特林发电装置的吸热端与废弃油井底部的井底积液接触；
76.将部分油管改造成热管，并使斯特林发电装置的放热端处于热管的高温端内；
77.利用斯特林发电装置发电。
78.具体的，将废弃油井的现有油管改造成热管，为斯特林发电装置提供发电条件，利用了现有油管，节省成本，施工方便，斯特林发电装置利用斯特林发电机原理发电，将废弃油井内的地热能转换成电能利用。
79.可选地，将废弃油井的部分油管改造成热管包括：
80.在油管的外周包裹保温层；
81.将斯特林发电装置的放热端的外周与油管的内壁密封；
82.将油管抽真空；
83.向油管内注入第一工质形成热管。
84.具体的，保温层与第一工质的填充使得油管具备热管的必要结构，形成热管。
85.可选地，还包括在斯特林发电装置的吸热端的外周上设置第一换热翅板；在热管的上端外露于地面的部分外周上设置第二换热翅板。
86.具体的，第一换热翅板和第二换热翅板的设置提高了斯特林发电装置的吸热端和放热端之间的温差，提高了发电效率。
87.实施例
88.如图1至图4所示，本发明提供一种废弃油井内地热能发电系统，废弃油井内设置有油管，其特征在于，该系统包括：
89.斯特林发电装置1，斯特林发电装置1的吸热端设置于油管下方并与废弃油井2底部的井底积液3接触；
90.第一工质，填充在油管内，使部分油管形成热管4，斯特林发电装置1的放热端处于热管4的高温端内；
91.电力传输线缆5，一端与斯特林发电装置1的电输出端连接，另一端延伸至废弃油井2的井口外。
92.在本实施例中，斯特林发电装置1包括：
93.外壳6，内部设置有空腔，外壳6的上端外周与油管相配合，外壳6的下端由底板封堵；
94.第一隔板7和第二隔板8，间隔设置在外壳6的内部，将空腔分隔成三个腔室，第一隔板7与底板之间形成下气缸9，下气缸9为吸热端，第二隔板8与第一隔板7之间形成发电腔，第二隔板8上方设置有上气缸10，上气缸10为放热端；
95.定子线圈11，设置于发电腔的内壁上；
96.转子12，转动设置于定子线圈11内，转子12内部活动穿设有活塞连杆13，活塞连杆13的两端分别贯穿第一隔板7和第二隔板8并分别延伸至下气缸9和上气缸10内，活塞连杆13的中部通过传动转换机构14与转子12连接，传动转换机构14能够将活塞连杆13的直线运动转换成转子12的转动；
97.下活塞15和上活塞16，与活塞连杆13连接，分别与下气缸9和上气缸10相配合；
98.第二工质，填充在下气缸9和上气缸10内；
99.工质连接管17，一端与下气缸9连通，另一端与上气缸10连通。
100.在本实施例中，上气缸10设置在热管4内，上气缸10的外周与热管4的下端之间通过密封结构18密封连接。
101.在本实施例中，外壳6的上端设置在油管内，外壳6的下端设置在油管外，外壳6的下端外周上设置有第一换热翅板19。
102.在本实施例中，热管4的外壁上设置有保温层，热管4的上端露出于地面，热管4的上端露出于地面的部分的外周上设置有第二换热翅板20。
103.在本实施例中，还包括地面控制仪表柜和地面输配电柜21，地面控制仪表柜通过控制线路与斯特林发电装置1连接，地面输配电柜21一端与电力传输线缆5的另一端连接。
104.在本实施例中，地面输配电柜21的另一端连接有输电线22，多个废弃油井内地热能发电系统通过多个电力线杆24和输电线22与供配电站23连接形成输电网络。
105.本发明还提供一种废弃油井内地热能发电方法，利用上述的废弃油井地热能发电系统，该方法包括：
106.将废弃油井的部分油管改造成热管；
107.在废弃油井的油管的下端设置斯特林发电装置，并使斯特林发电装置的吸热端与废弃油井底部的井底积液接触；
108.将部分油管改造成热管，并使斯特林发电装置的放热端处于热管的高温端内；
109.利用斯特林发电装置发电。
110.在本实施例中，将废弃油井的部分油管改造成热管包括：
111.在油管的外周包裹保温层；
112.将斯特林发电装置的放热端的外周与油管的内壁密封；
113.将油管抽真空；
114.向油管内注入第一工质形成热管。
115.在本实施例中，还包括在斯特林发电装置的吸热端的外周上设置第一换热翅板；在热管的上端外露于地面的部分外周上设置第二换热翅板。
116.综上，本发明提供的废弃油井内地热能发电系统使用时，利用上述的废弃油井内
地热能发电方法进行施工，以一次施工为例：首先，将斯特林发电装置1放入废弃油井2的油管内，使其吸热端处于废弃油井2底部的井底积液3内，并且利用密封结构18将上气缸10的外周与油管的内壁密封连接，在密封结构18的上部形成一个密封的底座结构；然后，将油管抽真空，向油管内注入传热工质，使得该部分油管形成热管4，而上气缸10处于热管4的高温端内；此时斯特林发电装置1的下气缸9受热，并且上气缸10在热管4的换热作用下与下气缸9形成较大的温差，利用斯特林发电机原理第二工质在下气缸9和上气缸10之间来回传输，使得活塞连杆13上下往复运动，通过传动转换机构14将活塞连杆13的直线运动转换为转子12的转动，进而发电，并电力传输线缆5输电至地面；多个该废弃油井内地热能发电系统利用电力线杆24、输电线22等连接供配电站23，形成输电网络，实现了废弃油井内的地热能的发电利用。
117.该系统利用原有油管改造成热管4，利用热管原理和斯特林发电装置1实现废弃油井内的地热能发电，充分利用现有废弃油井2结构，降低成本和占地面积，发电效率高。
118.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：

1.一种废弃油井内地热能发电系统，所述废弃油井内设置有油管，其特征在于，该系统包括：斯特林发电装置，所述斯特林发电装置的吸热端设置于所述油管下方并与所述废弃油井底部的井底积液接触；第一工质，填充在所述油管内，使部分所述油管形成热管，所述斯特林发电装置的放热端处于所述热管的高温端内；电力传输线缆，一端与所述斯特林发电装置的电输出端连接，另一端延伸至所述废弃油井的井口外。2.根据权利要求1所述的废弃油井内地热能发电系统，其特征在于，所述斯特林发电装置包括：外壳，内部设置有空腔，所述外壳的上端外周与所述油管相配合，所述外壳的下端由底板封堵；第一隔板和第二隔板，间隔设置在所述外壳的内部，将所述空腔分隔成三个腔室，所述第一隔板与所述底板之间形成下气缸，所述下气缸为所述吸热端，所述第二隔板与所述第一隔板之间形成发电腔，所述第二隔板上方设置有上气缸，所述上气缸为所述放热端；定子线圈，设置于所述发电腔的内壁上；转子，转动设置于所述定子线圈内，所述转子内部活动穿设有活塞连杆，所述活塞连杆的两端分别贯穿所述第一隔板和所述第二隔板并分别延伸至所述下气缸和所述上气缸内，所述活塞连杆的中部通过传动转换机构与所述转子连接，所述传动转换机构能够将所述活塞连杆的直线运动转换成所述转子的转动；下活塞和上活塞，与所述活塞连杆连接，分别与所述下气缸和所述上气缸相配合；第二工质，填充在所述下气缸和所述上气缸内；工质连接管，一端与所述下气缸连通，另一端与所述上气缸连通。3.根据权利要求2所述的废弃油井内地热能发电系统，其特征在于，所述上气缸设置在所述热管内，所述上气缸的外周与所述热管的下端之间通过密封结构密封连接。4.根据权利要求2所述的废弃油井内地热能发电系统，其特征在于，所述外壳的上端设置在所述油管内，所述外壳的下端设置在所述油管外，所述外壳的下端外周上设置有第一换热翅板。5.根据权利要求1所述的废弃油井内地热能发电系统，其特征在于，所述热管的外壁上设置有保温层，所述热管的上端露出于地面，所述热管的所述上端露出于地面的部分的外周上设置有第二换热翅板。6.根据权利要求1所述的废弃油井内地热能发电系统，其特征在于，还包括地面控制仪表柜和地面输配电柜，所述地面控制仪表柜通过控制线路与所述斯特林发电装置连接，所述地面输配电柜一端与所述电力传输线缆的所述另一端连接。7.根据权利要求6所述的废弃油井内地热能发电系统，其特征在于，所述地面输配电柜的另一端连接有输电线，多个所述废弃油井内地热能发电系统通过多个电力线杆和所述输电线与供配电站连接形成输电网络。8.一种废弃油井内地热能发电方法，利用根据权利要求1-7任一项所述的废弃油井地热能发电系统，其特征在于，该方法包括：
将废弃油井的部分油管改造成热管；在废弃油井的油管的下端设置斯特林发电装置，并使所述斯特林发电装置的吸热端与所述废弃油井底部的井底积液接触；将部分所述油管改造成热管，并使所述斯特林发电装置的放热端处于所述热管的高温端内；利用所述斯特林发电装置发电。9.根据权利要求8所述的废弃油井内地热能发电方法，其特征在于，所述将废弃油井的部分油管改造成热管包括：在所述油管的外周包裹保温层；将所述斯特林发电装置的放热端的外周与所述油管的内壁密封；将所述油管抽真空；向所述油管内注入第一工质形成所述热管。10.根据权利要求9所述的废弃油井内地热能发电方法，其特征在于，还包括在所述斯特林发电装置的吸热端的外周上设置第一换热翅板；在所述热管的上端外露于地面的部分外周上设置第二换热翅板。

技术总结

本发明公开了一种废弃油井地热能发电系统及方法，涉及地热能开发技术领域，包括：斯特林发电装置，斯特林发电装置的吸热端设置于油管下方并与废弃油井底部的井底积液接触；第一工质，填充在油管内，使部分油管形成热管，斯特林发电装置的放热端处于热管的高温端内；电力传输线缆，一端与斯特林发电装置的电输出端连接，另一端延伸至废弃油井的井口外；该系统利用原有油管改造成热管，利用热管原理和斯特林发电装置实现废弃油井内的地热能发电，充分利用现有废弃油井结构，降低成本和占地面积，发电效率高。电效率高。电效率高。