CN113982872A - 基于井筒钻井液循环的钻井平台温差能发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于井筒钻井液循环的钻井平台温差能发电系统，包括：蒸发器，蒸发器内存储有工质；透平机和发电机，透平机的输入端与蒸发器的第一出口连接，透平机的蒸汽做功输出端与发电机连接，用于带动发电机发电；冷凝器，冷凝器的第一入口与透平机的乏气输出端连接，冷凝器的第二入口与海面海水连通，冷凝器的第一出口与蒸发器的第二入口连接；钻井隔水管，钻井隔水管内装配有钻杆，钻杆被配置为将钻井液喷射出去破岩，随后钻井液返排过程中受地层温度影响至深水浮式钻井平台形成热钻井液，热钻井液经钻井液处理系统处理后得到热水。该装置能够实现充分利用深水钻井时的高温钻井液与温海水的温差能，并将温差能发电与海洋钻井平台相结合。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于井筒钻井液循环的钻井平台温差能发电系统及方法，属于海洋石油工程钻采技术和新能源领域。
背景技术
随着经济的发展，能源的消耗与日俱增，常规化石能源消耗带来了大量的碳排放，新能源利用成为解决能源短缺和降低碳排放的途径之一。深水钻井时，井筒内的循环钻井液受地层温度影响返排到钻井平台温度仍然较高，此高温钻井液与海面海水温度存在温度差，可利用此温度差进行温差能发电。如何利用深水钻井井筒中的高温钻井液与温差能发电有机结合起来，使用温差能发电为钻井平台提供额外电能，成为深水浮式钻井平台的一个能源和动力供给的可选来源。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于井筒钻井液循环的钻井平台温差能发电系统及方法，该装置能够实现充分利用深水钻井时的高温钻井液与温海水的温差能，并将温差能发电与海洋钻井平台相结合，为深水钻井平台提供额外电能，助力海洋油气行业积极探索新能源利用的路径和方案。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于井筒钻井液循环的钻井平台温差能发电系统，所述钻井平台温差能发电系统设置于深水浮式钻井平台上，包括：
蒸发器，所述蒸发器内存储有工质，用于吸收热水所释放出的热量而蒸发成工质蒸汽；
透平机和发电机，所述透平机的输入端与所述蒸发器的第一出口连接，所述透平机的蒸汽做功输出端与所述发电机连接，用于带动所述发电机发电；
冷凝器，所述冷凝器的第一入口与所述透平机的乏气输出端连接，所述冷凝器的第二入口与海面海水连通，所述海面海水用于将工质乏气冷凝成液体工质，所述冷凝器的第一出口与所述蒸发器的第二入口连接，用于将所述液体工质输送至所述蒸发器；
钻井隔水管，所述钻井隔水管的顶端悬挂在所述深水浮式钻井平台上，底端与设置于海底上的水下钻井设备连接，所述钻井隔水管内装配有钻杆，所述钻杆被配置为将钻井液喷射出去破岩，随后所述钻井液通过井筒与所述钻杆之间的环形空腔返排至所述深水浮式钻井平台形成热钻井液，所述热钻井液经钻井液处理系统处理后得到所述热水。
所述的钻井平台温差能发电系统，优选地，所述井筒的顶端固定在所述水下钻井设备上，所述钻杆的中下部位于所述井筒中，二者之间形成环形空腔。
所述的钻井平台温差能发电系统，优选地，所述钻杆的底端装配有钻头，用于将所述钻井液喷射出去以破岩。
所述的钻井平台温差能发电系统，优选地，还包括海水泵，所述海水泵的输入端与所述海面海水连通，所述海水泵的输出端与所述冷凝器的第二入口连接，用于将所述海面海水泵送至所述冷凝器。
所述的钻井平台温差能发电系统，其特征在于，还包括工质泵，所述工质泵的输入端与所述冷凝器的第一出口连接，所述工质泵的输出端与所述蒸发器的第二入口连接，用于将所述冷凝器中的所述液体工质输送至所述蒸发器。
所述的钻井平台温差能发电系统，优选地，所述工质包括氨和/或氟利昂。
基于上述钻井平台温差能发电系统，本发明还提供该系统的发电方法，包括如下步骤：
所述钻杆将钻井液喷射出去破岩，随后所述钻井液通过所述井筒与所述钻杆之间的环形空腔返排至所述深水浮式钻井平台，在返排过程中受地层温度影响形成所述热钻井液，所述热钻井液经所述钻井液处理系统处理后得到所述热水；
工质在所述蒸发器内吸收所述热水放出的热量蒸发变为所述工质蒸汽，所述工质蒸汽进入所述透平机内膨胀做功进而带动所述发电机发电，做功后的工质乏气在所述冷凝器内被所述海面海水冷凝为所述液体工质，然后由所述工质泵泵入所述蒸发器内继续循环。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
深水浮式钻井平台上在钻进高温高压地层时产生的高温钻井液温度较高，与海面海水存在温差。本发明的一种基于井筒钻井液循环的深水钻井平台温差能发电方法及装置，实现了浮式钻井平台利用高温钻井液进行温差能发电。本方法及装置可为深水钻井平台提供电能，减少深水平台CO2排放，为深水钻井提供新能源利用的一种路径和方案。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于井筒钻井液循环的深水钻井平台温差能发电系统的示意图；
图中各标记如下：
1-深水浮式钻井平台；2-钻井隔水管；3-海底；4-水下钻井设备；5-钻井液；6-钻杆；7-钻头；8-井筒；9-热钻井液；10-钻井液处理系统；11-热水；12-热水泵；13-蒸发器；14-工质蒸汽；15-透平机；16-发电机；17-工质乏气；18-冷凝器；19-海面海水；20-海水泵；21-液体工质；22-工质泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“上”、“下”、“左右”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
如图1所示，本发明提供的基于井筒钻井液循环的钻井平台温差能发电系统，钻井平台温差能发电系统设置于深水浮式钻井平台1上，包括：蒸发器13，蒸发器13内存储有工质，用于吸收热水11所释放出的热量而蒸发成工质蒸汽14；透平机15和发电机16，透平机15的输入端与蒸发器13的第一出口连接，透平机15的蒸汽做功输出端与发电机16连接，用于带动发电机16发电；冷凝器18，冷凝器18的第一入口与透平机15的乏气输出端连接，冷凝器18的第二入口与海面海水19连通，海面海水19用于将工质乏气17冷凝成液体工质21，冷凝器18的第一出口与蒸发器13的第二入口连接，用于将液体工质21输送至蒸发器13；钻井隔水管2，钻井隔水管2的顶端悬挂在深水浮式钻井平台1上，底端与设置于海底3上的水下钻井设备4连接，钻井隔水管2内装配有钻杆6，钻杆6被配置为将钻井液5喷射出去破岩，随后钻井液5通过井筒8与钻杆6之间的环形空腔返排至深水浮式钻井平台1形成热钻井液9，热钻井液9经钻井液处理系统10处理后得到热水11。
进一步地，井筒8的顶端固定在水下钻井设备4上，钻杆6的中下部位于井筒8中，二者之间形成环形空腔。
进一步地，钻杆6的底端装配有钻头7，用于将钻井液5喷射出去以破岩。
进一步地，还包括海水泵20，海水泵20的输入端与海面海水19连通，海水泵20的输出端与冷凝器18的第二入口连接，用于将海面海水19泵送至冷凝器18。
进一步地，还包括工质泵22，工质泵22的输入端与冷凝器18的第一出口连接，工质泵22的输出端与蒸发器13的第二入口连接，用于将冷凝器18中的液体工质21输送至蒸发器13。
进一步地，工质包括氨和/或氟利昂。
基于上述钻井平台温差能发电系统，本发明还提供该系统的发电方法，包括如下步骤：
钻杆6将钻井液5喷射出去破岩，随后钻井液5通过井筒8与钻杆6之间的环形空腔返排至深水浮式钻井平台1形成热钻井液9，热钻井液9经钻井液处理系统10处理后得到热水11；
工质在蒸发器8内吸收热水11放出的热量蒸发变为工质蒸汽14，工质蒸汽14进入透平机15内膨胀做功进而带动发电机16发电，做功后的工质乏气17在冷凝器18内被海面海水19冷凝为液体工质17，然后由工质泵22泵入蒸发器13内继续循环。
进一步地，深水浮式钻井平台1上在钻井作业时，钻井隔水管2的顶端悬挂在深水浮式钻井平台1上，底端连接着海底3的水下钻井设备4。钻井液5经过钻杆6内部输送到钻杆底部经钻头7的射孔射出后破岩，然后通过井筒8与钻杆6之间的环形空腔返排至深水浮式钻井平台1上。钻井液5在高温高压的井筒8内温度上升形成高温钻井液9，返排的高温钻井液9经过钻井液处理系统10处理后得到热水11。热水11由温差能发电装置中的热水泵12泵送至蒸发器13中，蒸发器13内的工质(如氨、氟利昂等低沸点物质)吸收热水11放出的热量而蒸发成工质蒸汽14，工质蒸汽14进入透平机15内后膨胀做功，进而带动发电机16发电，输出电能供深水浮式钻井平台1作为动力使用。做功后的工质乏气17进入冷凝器18中。海面海水19由海水泵20泵送到深水浮式钻井平台1上的温差能发电系统的冷凝器18中。工质乏气17在冷凝器18中被海面海水19冷凝成液体工质21，再次由工质泵22泵入蒸发器13中继续循环，从而循环进行发电向外输出电能，为深水浮式钻井平台1提供额外动力。
深水浮式钻井平台1上在钻进高温高压地层时产生的高温钻井液9温度较高，与海面海水19存在温差。本发明所提供的基于井筒钻井液循环的深水钻井平台温差能发电系统及方法，实现了深水浮式钻井平台1利用高温钻井液9进行温差能发电。本系统及方法可为深水浮式钻井平台1提供电能，减少深水平台CO2排放，为深水钻井提供新能源利用的一种路径和方案。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种基于井筒钻井液循环的钻井平台温差能发电系统，所述钻井平台温差能发电系统设置于深水浮式钻井平台(1)上，其特征在于，包括：
蒸发器(13)，所述蒸发器(13)内存储有工质，用于吸收热水(11)所释放出的热量而蒸发成工质蒸汽(14)；
透平机(15)和发电机(16)，所述透平机(15)的输入端与所述蒸发器(13)的第一出口连接，所述透平机(15)的蒸汽做功输出端与所述发电机(16)连接，用于带动所述发电机(16)发电；
冷凝器(18)，所述冷凝器(18)的第一入口与所述透平机(15)的乏气输出端连接，所述冷凝器(18)的第二入口与海面海水(19)连通，所述海面海水(19)用于将工质乏气(17)冷凝成液体工质(21)，所述冷凝器(18)的第一出口与所述蒸发器(13)的第二入口连接，用于将所述液体工质(21)输送至所述蒸发器(13)；
钻井隔水管(2)，所述钻井隔水管(2)的顶端悬挂在所述深水浮式钻井平台(1)上，底端与设置于海底(3)上的水下钻井设备(4)连接，所述钻井隔水管(2)内装配有钻杆(6)，所述钻杆(6)被配置为将钻井液(5)喷射出去破岩，随后所述钻井液(5)通过井筒(8)与所述钻杆(6)之间的环形空腔返排至所述深水浮式钻井平台(1)形成热钻井液(9)，所述热钻井液(9)经钻井液处理系统(10)处理后得到所述热水(11)。
2.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电系统，其特征在于，所述井筒(8)的顶端固定在所述水下钻井设备(4)上，所述钻杆(6)的中下部位于所述井筒(8)中，二者之间形成环形空腔。
3.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电系统，其特征在于，所述钻杆(6)的底端装配有钻头(7)，用于将所述钻井液(5)喷射出去以破岩。
4.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电系统，其特征在于，还包括海水泵(20)，所述海水泵(20)的输入端与所述海面海水(19)连通，所述海水泵(20)的输出端与所述冷凝器(18)的第二入口连接，用于将所述海面海水(19)泵送至所述冷凝器(18)。
5.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电系统，其特征在于，还包括工质泵(22)，所述工质泵(22)的输入端与所述冷凝器(18)的第一出口连接，所述工质泵(22)的输出端与所述蒸发器(13)的第二入口连接，用于将所述冷凝器(18)中的所述液体工质(21)输送至所述蒸发器(13)。
6.根据权利要求1所述的钻井平台温差能发电系统，其特征在于，所述工质包括氨和/或氟利昂。
7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的钻井平台温差能发电系统的发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
所述钻杆(6)将钻井液(5)喷射出去破岩，随后所述钻井液(5)通过所述井筒(8)与所述钻杆(6)之间的环形空腔返排至所述深水浮式钻井平台(1)形成所述热钻井液(9)，所述热钻井液(9)经所述钻井液处理系统(10)处理后得到所述热水(11)；
工质在所述蒸发器(8)内吸收所述热水(11)放出的热量蒸发变为所述工质蒸汽(14)，所述工质蒸汽(14)进入所述透平机(15)内膨胀做功进而带动所述发电机(16)发电，做功后的工质乏气(17)在所述冷凝器(18)内被所述海面海水(19)冷凝为所述液体工质(17)，然后由所述工质泵(22)泵入所述蒸发器(13)内继续循环。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 钱显毅 等: "海洋工程产业发展现状与前景研究" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113982872B (zh) | 2023-10-13 |
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