CN114033643B - 一种海底温差能发电与海底钻机一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海底温差能发电与海底钻机一体化装置。所述一体化装置包括深水海底钻机、海底钻井液处理系统和海底温差能发电装置；深水海底钻机与井筒配合，井筒内设有钻杆，钻杆与井筒的环形空间与海底钻井液处理系统连接；海底钻井液处理系统的钻井液出口与钻杆连接，海底钻井液处理系统的高温水出口与海底温差能发电装置连接；海底温差能发电装置利用海底钻井液处理系统产生的高温水和海底冷水进行温差能发电，为深水海底钻机提供电能。本发明利用井筒环形空间返排的高温钻井液，反排至海底钻井液处理系统分离得到的高温水，与海底海水泵抽取的海底冷海水作为温差能发电的能量来源，通过海底温差能发电与海底钻机一体化装置进行海洋温差能发电。

Description

一种海底温差能发电与海底钻机一体化装置
技术领域
本发明涉及一种海底温差能发电与海底钻机一体化装置，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温度会变高，此高温钻井液与海底冷水存在较大温度差，可利用此温度差进行温差能发电。如何将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，使用温差能发电为深水钻井提供额外电能，成为深水钻井的一个能源和动力供给的可选来源。
在此背景下，有必要提供一种海底温差能发电与海底钻机一体化装置，以将海底钻机与温差能发电有机结合起来，为海底钻机提供额外电能，助力海洋油气行业积极探索新能源利用的路径和方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种海底温差能发电与海底钻机一体化装置，能够实现充分利用深水钻井时的高温钻井液与海底冷海水的温差能，并将温差能发电与海底钻机相结合。
本发明所提供的海底温差能发电与海底钻机一体化装置，包括深水海底钻机、海底钻井液处理系统和海底温差能发电装置；
所述深水海底钻机与井筒配合，所述井筒内设有钻杆，所述钻杆与所述井筒的环形空间与所述海底钻井液处理系统连接；
所述海底钻井液处理系统的钻井液出口与所述钻杆连接，所述海底钻井液处理系统的高温水出口与所述海底温差能发电装置连接；
所述海底温差能发电装置利用所述海底钻井液处理系统产生的高温水和海底冷水进行温差能发电，为所述深水海底钻机提供电能。
上述的一体化装置中，所述海底温差能发电装置包括蒸发器和冷凝器；
所述蒸发器与所述冷凝器通过工质循环管路连接，所述工质循环管路上设有一透平，所述透平连接发电机；所述透平设于所述蒸发器的工质出口处；
所述海底钻井液处理系统的所述高温水出口与所述蒸发器连接，来自所述海底钻井液处理系统的高温水流经所述蒸发器后排入海水中；
所述冷凝器与海底冷水输入管路连接，海底冷水流经所述冷凝器后排入海水中。
上述的一体化装置中，所述冷凝器的工质出口与所述蒸发器的工质入口之间设有工质泵。
上述的一体化装置中，所述海底冷水输入管路上设有海底冷海水泵。
上述的一体化装置中，所述海底钻井液处理系统与所述蒸发器之间设有高温水泵。
上述的一体化装置中，所述钻杆的入口处设有海底钻井液循环系统。
本发明一体化装置中，所述海底钻井液处理系统将经所述井筒环形空间返排到海底的高温钻井液分离处理后得到处理后的钻井液和高温水，利用此高温水与海底冷水的温度差能量进行温差能发电。
基于所述一体化装置，本发明提供了一种海底温差能发电方法，包括如下步骤：
启动所述海底温差能发电与海底钻机一体化装置的所述深水海底钻机进行海底钻井作业，钻井液经过所述钻杆内部输送至底部并经钻头射孔射出破岩，然后在所述井筒的环形空间进行返排；所述钻井液经所述海底钻井液处理系统得到高温水；所述高温水和海底冷水输入至所述海底温差能发电装置中，实现温差能发电。
利用本发明一体化装置时，工质优选低沸点物质如氨、氟利昂等，在一封闭回路中完成热力循环。
本发明一体化装置实现温差能发电的工作过程为：工质在蒸发器内吸收温海水放出的热量蒸发变为工质蒸汽，蒸汽进入透平内膨胀做功进而带动发电机发电，做功后的工质乏气在冷凝器内被冷海水冷凝为液体，然后由工质泵泵入蒸发器内继续循环。
本发明一体化装置利用井筒环形空间返排的高温钻井液，反排至海底钻井液处理系统分离得到的高温水，与海底海水泵抽取的海底冷海水作为温差能发电的能量来源，通过海底温差能发电与海底钻机一体化装置进行海洋温差能发电。
本发明海底温差能发电与海底钻机一体化装置，实现了海底钻井与温差能发电的有机结合，为海底钻机提供额外电能，助力海洋油气行业积极探索新能源利用的路径和方案。
附图说明
图1为本发明海底温差能发电与海底钻机一体化装置的结构示意图。
图中各标记如下：
1-深水海底钻机，2-海床，3-钻井液，4-钻杆，5-钻头，6-井筒，7-返排的高温钻井液，8-海底钻井液处理系统，9-处理后的钻井液，10-高温水，11-海底钻井液循环系统，12-高温水泵，13-蒸发器，14-工质蒸汽，15-透平，16-发电机，17-工质乏气，18-冷凝器，19-海底冷水，20-海底冷海水泵，21-液体工质，22-工质泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，为本发明提供的海底温差能发电与海底钻机一体化装置的结构示意图，包括深水海底钻机1、海底钻井液处理系统8和海底温差能发电装置。
如图1所示，深水海底钻机1与井筒6配合，井筒6内设有钻杆4，钻杆4与井筒6的环形空间与海底钻井液处理系统8连接。海底钻井液处理系统8的钻井液出口与钻杆4连接，且钻杆4的入口处设有海底钻井液循环系统11。海底钻井液处理系统8的高温水出口与海底温差能发电装置连接，海底温差能发电装置利用述海底钻井液处理系统8产生的高温水和海底冷水进行温差能发电，为深水海底钻机1提供电能。
如图1所示，海底温差能发电装置包括蒸发器13和冷凝器18，蒸发器13与冷凝器18通过工质循环管路连接，工质循环管路上设有透平15，透平15连接发电机16，透平15设于蒸发器13的工质出口处。海底钻井液处理系统8的高温水出口与蒸发器13连接，连接的管路上设有高温水泵12，高温水流经蒸发器13后排入海水中，冷凝器18与海底冷水输入管路连接，用于输入海底冷水，海底冷水流经冷凝器18后排入海水中，海底冷水输入管路上设有海底冷海水泵20。另外，在冷凝器18的工质出口与蒸发器13的工质入口之间设有工质泵22。
本发明一体化装置的工作过程如下：
深水海底钻机1坐落在海床2上，在进行海底钻井作业时，钻井液3经过钻杆4内部输送到钻杆底部经钻头5射孔射出破岩，并在井筒6的环形空间返排至海底钻机1上。钻井液在高温高压井筒内温度上升，返排的高温钻井液7经过海底钻井液处理系统8得到处理后的钻井液9和高温水10。处理后的钻井液9经过海底钻井液循环系统11再次进入钻杆4，形成钻井液循环进而持续钻井作业。高温水10由温差能发电装置中的高温水泵12泵送进蒸发器13中，蒸发器13内工质(如氨、氟利昂等低沸点物质)吸收高温水10放出的热量而蒸发成工质蒸汽14(降温后的高温水排入至海水中)，工质蒸汽14进入透平15内后膨胀做功，进而带动发电机16发电，输出电能供深水海底钻机1作为动力使用。经过透平15膨胀做功后的工质乏气17进入冷凝器18中。海底冷水19由海底冷海水泵20泵送到温差能发电装置的冷凝器18中。工质乏气17在冷凝器18中被海底冷水19吸收热量而冷凝成液体工质21(升温后的海底冷水排入至海水中)，再由工质泵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，为深水钻井平台提供额外动力。
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，基于此，本发明提供了一种海底温差能发电与海底钻机一体化装置，实现了浮式钻井利用高温钻井液进行温差能发电。
本发明可为深水钻井提供电能，减少深水钻井CO2排放，为深水钻井提供新能源利用的一种路径和方案。

Claims (2)

1.一种海底温差能发电与海底钻机一体化装置，包括深水海底钻机、海底钻井液处理系统和海底温差能发电装置；
所述深水海底钻机与井筒配合，所述井筒内设有钻杆，所述钻杆与所述井筒的环形空间与所述海底钻井液处理系统连接；
所述海底钻井液处理系统的钻井液出口与所述钻杆连接，所述海底钻井液处理系统的高温水出口与所述海底温差能发电装置连接；
所述海底温差能发电装置利用所述海底钻井液处理系统产生的高温水和海底冷水进行温差能发电，为所述深水海底钻机提供电能；
所述海底温差能发电装置包括蒸发器和冷凝器；
所述蒸发器与所述冷凝器通过工质循环管路连接，所述工质循环管路上设有一透平，所述透平连接发电机；所述透平设于所述蒸发器的工质出口处；
所述海底钻井液处理系统的所述高温水出口与所述蒸发器连接，来自所述海底钻井液处理系统的高温水流经所述蒸发器后排入海水中；
所述冷凝器与海底冷水输入管路连接，海底冷水流经所述冷凝器后排入海水中；
所述冷凝器的工质出口与所述蒸发器的工质入口之间设有工质泵；
所述海底冷水输入管路上设有海底冷海水泵；
所述海底钻井液处理系统与所述蒸发器之间设有高温水泵；
所述钻杆的入口处设有海底钻井液循环系统。
2.一种海底温差能发电方法，包括如下步骤：
启动权利要求1所述海底温差能发电与海底钻机一体化装置的所述深水海底钻机进行海底钻井作业，钻井液经过所述钻杆内部输送至底部并经钻头射孔射出破岩，然后在所述井筒的环形空间进行返排；所述钻井液经所述海底钻井液处理系统得到高温水；所述高温水和海底冷水输入至所述海底温差能发电装置中，实现温差能发电；
所述海底温差能发电装置采用的循环工质为低沸点物质。
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