FR3091895A1 - System and method for recovering energy from a production well using a closed circuit according to a Rankine cycle - Google Patents
System and method for recovering energy from a production well using a closed circuit according to a Rankine cycle Download PDFInfo
- Publication number
- FR3091895A1 FR3091895A1 FR1900506A FR1900506A FR3091895A1 FR 3091895 A1 FR3091895 A1 FR 3091895A1 FR 1900506 A FR1900506 A FR 1900506A FR 1900506 A FR1900506 A FR 1900506A FR 3091895 A1 FR3091895 A1 FR 3091895A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- working fluid
- heat exchanger
- circulation
- production well
- energy recovery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 24
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 151
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 38
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 15
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 claims description 5
- 239000001273 butane Substances 0.000 claims description 3
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 3
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract description 7
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 241000861223 Issus Species 0.000 description 1
- 241001080024 Telles Species 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000002470 thermal conductor Substances 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
- F22B1/16—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
- F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
- F01K27/02—Plants modified to use their waste heat, other than that of exhaust, e.g. engine-friction heat
Abstract
La présente invention concerne un système et un procédé de récupération d’énergie au moyen d’un circuit fermé (1) fonctionnant selon un cycle de Rankine, pour lequel l’échangeur de chaleur (3) est intégré dans un puits de production d’hydrocarbures, et pour lequel la source chaude de l’échangeur de chaleur du cycle de Rankine est l’effluent pétrolier produit (10). Figure 2 à publierThe present invention relates to a system and method for recovering energy by means of a closed circuit (1) operating according to a Rankine cycle, in which the heat exchanger (3) is integrated in a production well. hydrocarbons, and for which the hot source of the Rankine cycle heat exchanger is the produced petroleum effluent (10). Figure 2 to publish
Description
La présente invention concerne le domaine de la récupération d’énergie d’un puits de production d’hydrocarbures.The present invention relates to the field of energy recovery from a hydrocarbon production well.
L’invention concerne des puits en production, notamment des puits en fin de vie produisant beaucoup d’eau. Il s’appuie sur le concept connu de la récupération de chaleur dans les puits.The invention relates to wells in production, in particular wells at the end of their life producing a lot of water. It is based on the known concept of heat recovery in wells.
Afin d’apprécier l’intérêt économique et environnemental de la récupération de la chaleur dans un puits de production d’hydrocarbures, il convient de donner quelques chiffres relatifs au contenu calorifique des effluents de puits pétroliers, et d’évaluer la part exploitable à des fins de production électrique.In order to appreciate the economic and environmental interest of recovering the heat in a hydrocarbon production well, it is necessary to give some figures relating to the calorific content of the effluents of oil wells, and to evaluate the part that can be exploited at power generation purposes.
La production pétrolière mondiale s’élevait à 92.15 millions de barils par jour en 2016 (source : BP Statistical Review of World Energy 2017).World oil production stood at 92.15 million barrels per day in 2016 (source: BP Statistical Review of World Energy 2017).
L’importance de l’eau qui accompagne la production de cette huile doit également être soulignée. Il est estimé que 210 millions de barils d’eau accompagnent chaque jour la production de 75 millions de barils d’huile (cette production provenant notamment des champs les plus matures).The importance of water that accompanies the production of this oil should also be highlighted. It is estimated that 210 million barrels of water accompany the production of 75 million barrels of oil every day (this production coming in particular from the most mature fields).
Environ le quart ou le tiers des effluents de puits pétroliers (eau et huile) serait issu de réservoirs à une température égale ou supérieure à 100°C (estimation à partir des distributions consultables dans l’ouvrage “Global Resource Estimates from Total Petroleum Systems” de T.S. Ahlbrandt et al. 2005) .A défaut de chiffre précis et sous réserve de confirmation, on peut retenir le chiffre de 25%. La température moyenne des effluents tous puits confondus serait quant à elle de l’ordre de 70°C, chiffre là encore estimé de manière approximative d’après les distributions consultables.About a quarter or a third of oil well effluents (water and oil) come from reservoirs at a temperature equal to or greater than 100°C (estimate based on the distributions available in the book “Global Resource Estimates from Total Petroleum Systems” from TS Ahlbrandt et al., 2005). The average temperature of the effluents for all wells combined would be around 70°C, a figure here again estimated approximately according to the distributions that can be consulted.
Sur la base des chiffres précédents, la puissance calorifique totale des effluents de tous les puits pétroliers (70°C) serait de l’ordre de 96 GW.Based on the previous figures, the total heat output of the effluents from all the oil wells (70°C) would be around 96 GW.
En vue d’une conversion en électricité de cette chaleur, on s’intéresse maintenant aux effluents pétroliers de température au moins égale à 100°C. Comme indiqué précédemment, on estime que ces derniers représentent le quart de la production totale d’huile et on considère que le WOR (de l’anglais "Water-Oil Ratio" pouvant être traduit par ratio eau/huile) moyen de ces champs, souvent plus récents car souvent plus profonds, est moindre (1.5 au lieu de 3). La puissance calorifique libérée par ces effluents refroidis de 100°C à 20°C pourrait alors être de l’ordre de 27.2 GW. Ces chiffres, peut-être minimisés par le choix d’une température n’excédant pas 100°C montrent que le potentiel d’énergie électrique, sans être exceptionnel, peut être intéressant, notamment pour satisfaire les besoins de puissance sur site isolé. D’autre part, la puissance calorifique associée (perdue en l’absence de toute récupération directe) est considérable, de l’ordre de 10 fois supérieure.With a view to converting this heat into electricity, we are now interested in petroleum effluents with a temperature at least equal to 100°C. As indicated above, it is estimated that the latter represent a quarter of the total oil production and it is considered that the average WOR (Water-Oil Ratio) of these fields, often more recent because often deeper, is less (1.5 instead of 3). The calorific power released by these effluents cooled from 100°C to 20°C could then be of the order of 27.2 GW. These figures, perhaps minimized by the choice of a temperature not exceeding 100°C, show that the electrical energy potential, without being exceptional, can be interesting, in particular to meet the power needs on an isolated site. On the other hand, the associated calorific power (lost in the absence of any direct recovery) is considerable, around 10 times greater.
Il existe donc bien un fort potentiel d’énergie à récupérer au sein des puits de production d’hydrocarbures.There is therefore a strong potential for energy to be recovered within hydrocarbon production wells.
En outre, il est connu de convertir des puits pétroliers abandonnés en échangeur de chaleur pour récupérer de l’énergie géothermique. Toutefois, de telles solutions permettent la récupération de la seule chaleur des abords de puits en mode statique (c'est-à-dire sans production d’aucun fluide). De plus, le flux thermique extrait de puits abandonnés résulte de la seule conduction thermique des terrains, laquelle ne permet pas une recharge thermique rapide à partir des zones éloignées du puits.Also, it is known to convert abandoned oil wells into a heat exchanger to recover geothermal energy. However, such solutions allow the recovery of only heat from the surroundings of wells in static mode (i.e. without production of any fluid). In addition, the heat flux extracted from abandoned wells results from the sole thermal conduction of the ground, which does not allow rapid thermal recharge from areas far from the well.
La valorisation de la chaleur de puits pétroliers en production n’a pas été envisagée, bien que la chaleur récupérable dans ces puits en production provienne non seulement des abords de ces puits mais également et surtout de fluides en provenance de zones de plus en plus éloignées du puits au fur et à mesure de l’exploitation.The recovery of heat from oil wells in production has not been considered, although the recoverable heat in these wells in production comes not only from the surroundings of these wells but also and above all from fluids coming from increasingly distant zones. of the well as the operation progresses.
Par exemple, il a été développé un dispositif d’échangeur fermé de puits pour récupérer et valoriser la chaleur des abords de puits abandonnés. Un tel dispositif est décrit notamment dans les documents suivants :For example, a closed well exchanger device has been developed to recover and recover heat from the surroundings of abandoned wells. Such a device is described in particular in the following documents:
- Davis, A. P., Michaelides, E. E. (2009) Geothermal power production from abandoned oil wells, Energy 34, 866-872.- Davis, A. P., Michaelides, E. E. (2009) Geothermal power production from abandoned oil wells, Energy 34, 866-872.
- Bu, X., Ma, W., Li, H. (2012) Geothermal energy production utilizing abandoned oil and gas wells, Renewable Energy 41, 80-85- Bu, X., Ma, W., Li, H. (2012) Geothermal energy production utilizing abandoned oil and gas wells, Renewable Energy 41, 80-85
- Alimonti et al. (2016) Coupling of energy conversion systems and wellbore heat exchanger in a depleted oil well, Geothermal Energy (2016) 4:11. DOI 10.1186/s40517-016-0053-9.- Alimonti et al. (2016) Coupling of energy conversion systems and wellbore heat exchanger in a depleted oil well, Geothermal Energy (2016) 4:11. DOI 10.1186/s40517-016-0053-9.
- Alimonti, C., Soldo, E., Bocchetti, D. and Berardi, D. (2018) The wellbore heat exchangers: A technical review, Renewable Energy 123, 353-381.- Alimonti, C., Soldo, E., Bocchetti, D. and Berardi, D. (2018) The wellbore heat exchangers: A technical review, Renewable Energy 123, 353-381.
- Alimonti, C. and Soldo, E. (2016) Study of geothermal power generation from a very deep oil well with a wellbore heat exchanger, Renewable Energy 86, 292-301.).- Alimonti, C. and Soldo, E. (2016) Study of geothermal power generation from a very deep oil well with a wellbore heat exchanger, Renewable Energy 86, 292-301.).
Toutefois, la mise en œuvre de cette technologie n’a pas été envisagée pour valoriser la chaleur des effluents de puits en production. Or cette dernière est issue du volume de réservoir drainé dont le contenu calorifique est considérable (bien supérieur à celui des abords de puits) et maintenu au cours du temps par extension des aires de drainage des puits.However, the implementation of this technology has not been considered to recover the heat from the effluents of wells in production. However, the latter comes from the drained reservoir volume, the calorific content of which is considerable (much higher than that of the surroundings of wells) and maintained over time by extending the drainage areas of the wells.
Afin d’étendre le potentiel de récupération d’énergie thermique issue de puits pétroliers, la présente invention concerne un système et un procédé de récupération d’énergie au moyen d’un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine, pour lequel l’échangeur de chaleur est intégré dans un puits de production d’hydrocarbures, et pour lequel (par conséquent) la source chaude de l’échangeur de chaleur du cycle de Rankine est l’effluent pétrolier produit. Ainsi, le procédé et le système de l’invention permettent de récupérer la chaleur de l’effluent produit lors de la production d’hydrocarbures et de convertir cette chaleur en une autre énergie. De plus, le procédé et le système selon l’invention permettent de récupérer un flux de chaleur plus important que celui issu des abords de puits, notamment car les effluents produits sont issus du réservoir souterrain dans sa globalité. De plus, le système de conversion de chaleur en électricité est optimisé pour maximiser la récupération de chaleur et le rendement de conversion. En outre, le fonctionnement en boucle (circulation en boucle du fluide de travail) au sein du puits évite les problèmes de corrosion ou de dépôts rencontrés dans les systèmes géothermiques ouverts, où la saumure issue du réservoir constitue le fluide vecteur de chaleur.In order to extend the potential for recovering thermal energy from oil wells, the present invention relates to a system and a process for recovering energy by means of a closed circuit operating according to a Rankine cycle, for which the exchanger heat is integrated into a hydrocarbon production well, and for which (therefore) the hot source of the heat exchanger of the Rankine cycle is the produced petroleum effluent. Thus, the process and the system of the invention make it possible to recover the heat from the effluent produced during the production of hydrocarbons and to convert this heat into another energy. In addition, the method and the system according to the invention make it possible to recover a greater heat flow than that coming from the surroundings of wells, in particular because the effluents produced come from the underground reservoir as a whole. In addition, the heat-to-electricity conversion system is optimized to maximize heat recovery and conversion efficiency. In addition, the loop operation (circulation of the working fluid in a loop) within the well avoids the problems of corrosion or deposits encountered in open geothermal systems, where the brine from the reservoir constitutes the heat vector fluid.
L’invention concerne un système de récupération d’énergie au moyen d’un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine, un fluide de travail circulant dans ledit circuit fermé, ledit circuit fermé comprenant au moins une pompe de circulation et de compression dudit fluide de travail, un échangeur de chaleur entre le fluide de travail et une source chaude, des moyens de détente du fluide de travail pour générer une énergie, un condenseur dudit fluide de travail balayé par une source froide, et des conduites de circulation dudit fluide de travail pour faire circuler ledit fluide de travail entre ladite pompe, ledit échangeur de chaleur, lesdits moyens de détente, et ledit condenseur. Au moins une partie dudit échangeur de chaleur est disposé dans un puits de production d’hydrocarbures, ladite source chaude étant l’effluent produit au sein dudit puits de production.The invention relates to an energy recovery system by means of a closed circuit operating according to a Rankine cycle, a working fluid circulating in said closed circuit, said closed circuit comprising at least one pump for circulation and compression of said fluid working fluid, a heat exchanger between the working fluid and a hot source, working fluid expansion means to generate energy, a condenser of said working fluid swept by a cold source, and circulation pipes of said working fluid work to circulate said working fluid between said pump, said heat exchanger, said expansion means, and said condenser. At least part of said heat exchanger is placed in a hydrocarbon production well, said hot source being the effluent produced within said production well.
Selon un mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur est formé par des tubes concentriques au sein dudit puits de production, lesdits tubes concentriques délimitant trois espaces de circulation dudit fluide de travail et dudit effluent produit.According to one embodiment, said heat exchanger is formed by concentric tubes within said production well, said concentric tubes delimiting three circulation spaces for said working fluid and said produced effluent.
Avantageusement, ledit échangeur de chaleur comprend un tube conducteur thermique pour échanger de la chaleur entre ledit fluide de travail et ledit effluent produit.Advantageously, said heat exchanger comprises a heat conducting tube for exchanging heat between said working fluid and said produced effluent.
De préférence, ledit échangeur de chaleur comprend un tube isolant thermique pour conserver la température dudit fluide de travail.Preferably, said heat exchanger comprises a thermal insulating tube to maintain the temperature of said working fluid.
Selon un premier mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur comporte de l’extérieur vers l’intérieur un espace de circulation dudit effluent produit, un espace de circulation dudit fluide de travail descendant dans ledit puits de production, et un espace de circulation dudit fluide de travail ascendant dans ledit puits de production.According to a first embodiment, said heat exchanger comprises, from the outside inwards, a space for circulation of said effluent produced, a space for circulation of said working fluid descending into said production well, and a space for circulation of said fluid upward working in said production well.
Selon un deuxième mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur comporte de l’extérieur vers l’intérieur un espace de circulation dudit fluide de travail ascendant dans ledit puits de production, un espace de circulation dudit fluide de travail descendant dans ledit puits de production, et un espace de circulation dudit effluent produit.According to a second embodiment, said heat exchanger comprises, from the outside inwards, a space for circulation of said working fluid rising in said production well, a space for circulation of said working fluid descending in said production well, and a circulation space for said produced effluent.
Selon un troisième mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur comporte de l’extérieur vers l’intérieur un espace de circulation dudit fluide de travail descendant dans ledit puits de production, un espace de circulation dudit effluent produit, et un espace de circulation dudit fluide de travail ascendant dans ledit puits de production.According to a third embodiment, said heat exchanger comprises, from the outside inwards, a space for circulation of said working fluid descending into said production well, a space for circulation of said effluent produced, and a space for circulation of said fluid upward working in said production well.
Selon un quatrième mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur comporte de l’extérieur vers l’intérieur un espace de circulation du fluide de travail ascendant dans le puits de production, un espace de circulation dudit effluent produit, et un espace de circulation dudit fluide de travail descendant dans ledit puits de production.According to a fourth embodiment, said heat exchanger comprises, from the outside inwards, a space for circulation of the working fluid rising in the production well, a space for the circulation of the said effluent produced, and a space for the circulation of the said fluid work descending into said production well.
Selon un aspect, ledit échangeur de chaleur comporte en outre, à son extrémité la plus profonde au moins un orifice et au moins un bouchon pour diriger la circulation dudit fluide de travail et dudit effluent produit dans lesdits espaces de circulation.According to one aspect, said heat exchanger further comprises, at its deepest end, at least one orifice and at least one plug to direct the circulation of said working fluid and of said effluent produced in said circulation spaces.
Conformément à une mise en œuvre, ledit fluide de travail est un fluide organique, tel que du propane, du butane, ou de l’isobutane.According to one implementation, said working fluid is an organic fluid, such as propane, butane, or isobutane.
En outre, l’invention concerne un procédé de récupération d’énergie au moyen d’un circuit fermé selon un cycle de Rankine, dans lequel on fait circuler un fluide de travail dans ledit circuit fermé, ledit circuit fermé comprenant au moins une pompe de circulation et de compression dudit fluide de travail, un échangeur de chaleur du fluide de travail avec une source chaude, des moyens de détente du fluide de travail pour générer une énergie, un condenseur dudit fluide de travail balayé par une source froide, et des conduites de circulation dudit fluide de travail pour faire circuler ledit fluide de travail entre ladite pompe, ledit échangeur de chaleur, lesdits moyens de détente, et ledit condenseur. Pour ce procédé, on échange de la chaleur entre ledit fluide de travail et un effluent produit en tant que source chaude au sein d’un puits de production d’hydrocarbures.Furthermore, the invention relates to a method for recovering energy by means of a closed circuit according to a Rankine cycle, in which a working fluid is circulated in said closed circuit, said closed circuit comprising at least one circulation and compression of said working fluid, a heat exchanger of the working fluid with a hot source, means for expanding the working fluid to generate energy, a condenser of said working fluid swept by a cold source, and pipes circulating said working fluid to circulate said working fluid between said pump, said heat exchanger, said expansion means, and said condenser. For this process, heat is exchanged between said working fluid and an effluent produced as a hot source within a hydrocarbon production well.
Selon un aspect, le procédé met en œuvre le système de récupération d’énergie selon l’une des caractéristiques précédentes.According to one aspect, the method implements the energy recovery system according to one of the preceding characteristics.
D'autres caractéristiques et avantages du système et du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.Other characteristics and advantages of the system and of the method according to the invention will appear on reading the following description of non-limiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below.
Liste des figuresList of Figures
La figure 1 illustre un circuit fermé selon un cycle de Rankine.Figure 1 illustrates a closed circuit according to a Rankine cycle.
La figure 2 illustre un système de récupération d’énergie selon un premier mode de réalisation de l’invention.Figure 2 illustrates an energy recovery system according to a first embodiment of the invention.
La figure 3 illustre une vue en coupe de l’échangeur de chaleur du système de récupération d’énergie selon une mise en œuvre de l’invention.Figure 3 illustrates a sectional view of the heat exchanger of the energy recovery system according to an implementation of the invention.
La figure 4 illustre une première variante de réalisation de l’échangeur de chaleur du système de récupération d’énergie.Figure 4 illustrates a first alternative embodiment of the heat exchanger of the energy recovery system.
La figure 5 illustre une deuxième variante de réalisation de l’échangeur de chaleur du système de récupération d’énergie.Figure 5 illustrates a second alternative embodiment of the heat exchanger of the energy recovery system.
La figure 6 illustre une troisième variante de réalisation de l’échangeur de chaleur du système de récupération d’énergie.Figure 6 illustrates a third alternative embodiment of the heat exchanger of the energy recovery system.
La figure 7 illustre un système de récupération d’énergie selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.Figure 7 illustrates an energy recovery system according to a second embodiment of the invention.
La figure 8 illustre un système de récupération d’énergie selon un troisième mode de réalisation de l’invention.Figure 8 illustrates an energy recovery system according to a third embodiment of the invention.
La présente invention concerne un système et un procédé de récupération d’énergie d’un puits de production d’hydrocarbures au moyen d’un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine. On appelle puits de production d’hydrocarbures, un puits d’exploitation d’une formation souterraine qui possède des hydrocarbures gazeux ou liquides. Un tel puits de production d’hydrocarbures comprend généralement un conduit (de l’anglais « tubing » pouvant être appelé aussi cuvelage), pouvant être sensiblement cylindrique. Par hydrocarbures, on entend au sens de la présente invention des produits pétrolifères tels que du pétrole ou de l’huile brute, du pétrole ou de l’huile extra lourde, des sables asphalténiques, des schistes bitumineux, et des gaz hydrocarbonés présents dans la formation souterraine.The present invention relates to a system and a method for recovering energy from a hydrocarbon production well by means of a closed circuit operating according to a Rankine cycle. A hydrocarbon production well is an exploitation well of an underground formation that contains gaseous or liquid hydrocarbons. Such a hydrocarbon production well generally comprises a conduit (from the English “tubing” which can also be called casing), which can be substantially cylindrical. By hydrocarbons is meant within the meaning of the present invention petroleum products such as petroleum or crude oil, petroleum or extra heavy oil, tar sands, bituminous shale, and hydrocarbon gases present in the underground formation.
Le cycle de Rankine est un cycle thermodynamique qui permet notamment de convertir de la chaleur en une autre énergie, par exemple une énergie électrique ou une énergie mécanique. Un cycle de Rankine (cf. figure 1) est un cycle dans lequel un fluide de travail circulant dans un circuit fermé 1 est soumis successivement aux étapes suivantes :The Rankine cycle is a thermodynamic cycle which notably makes it possible to convert heat into another energy, for example electrical energy or mechanical energy. A Rankine cycle (see figure 1) is a cycle in which a working fluid circulating in a closed circuit 1 is successively subjected to the following stages:
- vaporisation, par exemple au moyen d'un échangeur de chaleur 3 avec une source chaude C,- vaporization, for example by means of a heat exchanger 3 with a hot source C,
- détente, par un moyen de détente du fluide de travail, par exemple une turbine 4, qui convertit l'énergie thermique en énergie mécanique, voire en énergie électrique,- expansion, by means of expansion of the working fluid, for example a turbine 4, which converts thermal energy into mechanical energy, or even into electrical energy,
- condensation, par exemple au moyen d'un condenseur 5, qui échange des frigories avec une source froide F, et- condensation, for example by means of a condenser 5, which exchanges cold temperatures with a cold source F, and
- compression et mise en circulation, par exemple au moyen d'une pompe 2.- compression and circulation, for example by means of a pump 2.
Le circuit fermé fonctionnant selon le cycle de Rankine comprend en outre des conduits pour relier les différents composants du circuit fermé.The closed circuit operating according to the Rankine cycle further comprises conduits for connecting the various components of the closed circuit.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le circuit fermé peut également comprendre un réservoir de stockage du fluide de travail. Le réservoir de stockage du fluide de travail peut être avantageusement situé entre le condenseur et la pompe.According to one embodiment of the invention, the closed circuit can also comprise a storage tank for the working fluid. The working fluid storage tank can advantageously be located between the condenser and the pump.
Selon l’invention, l’échangeur de chaleur est disposé (en d’autres termes intégré) au moins partiellement dans un puits de production d’hydrocarbures, et la source chaude est l’effluent produit au sein du puits de production. De préférence, l’échangeur de chaleur peut être totalement disposé dans le puits de production d’hydrocarbures. L’effluent produit est constitué d’un ou plusieurs fluides issu du réservoir souterrain, par exemple l’effluent produit peut comprendre essentiellement des hydrocarbures, et éventuellement de l’eau. Ainsi, le procédé selon l’invention réalise un échange de chaleur entre le fluide de travail du circuit fermé selon le cycle de Rankine et l’effluent produit dans le puits de production en tant que source chaude. Par conséquent, le système et le procédé selon l’invention permettent de récupérer de la chaleur directement dans le puits de production lors de la production d’hydrocarbures. De plus, l’utilisation d’un circuit fermé permet d’éviter les pertes de fluide et de chaleur qui se produisent dans les systèmes géothermiques dits ouverts, où le fluide vecteur circule dans la formation souterraine. L’invention met directement en œuvre le fluide de travail qui passe dans le puits de production et non un fluide secondaire, ce qui permet de s’affranchir d’équipements supplémentaires tels qu’un échangeur de chaleur supplémentaire et une pompe de circulation supplémentaire, et d’éviter les pertes thermiques associées.According to the invention, the heat exchanger is arranged (in other words integrated) at least partially in a hydrocarbon production well, and the hot source is the effluent produced within the production well. Preferably, the heat exchanger can be completely disposed in the hydrocarbon production well. The effluent produced consists of one or more fluids from the underground reservoir, for example the effluent produced may essentially comprise hydrocarbons, and possibly water. Thus, the method according to the invention carries out a heat exchange between the working fluid of the closed circuit according to the Rankine cycle and the effluent produced in the production well as a hot source. Consequently, the system and the method according to the invention make it possible to recover heat directly in the production well during the production of hydrocarbons. In addition, the use of a closed circuit avoids the fluid and heat losses that occur in so-called open geothermal systems, where the carrier fluid circulates in the underground formation. The invention directly implements the working fluid which passes through the production well and not a secondary fluid, which makes it possible to dispense with additional equipment such as an additional heat exchanger and an additional circulation pump, and to avoid the associated thermal losses.
Le fluide de travail du circuit fermé fonctionnant selon le cycle de Rankine peut être de l’eau, un fluide organique, par exemple du propane, du butane, de l’isobutane, ou tout fluide apte à se vaporiser au contact avec l’effluent produit dans le puits pétrolier. De préférence, le fluide de travail peut être choisi en fonction du puits de production de telle sorte qu’il réponde au critère suivant : état liquide en surface à l’injection dans le puits de production, et état vapeur pressurisée en retour à la surface à l’entrée du moyen de détente du circuit fermé selon le cycle de Rankine.The working fluid of the closed circuit operating according to the Rankine cycle can be water, an organic fluid, for example propane, butane, isobutane, or any fluid capable of vaporizing on contact with the effluent. produced in the oil well. Preferably, the working fluid can be chosen according to the production well so that it meets the following criterion: liquid state at the surface on injection into the production well, and pressurized vapor state on return to the surface at the entrance of the closed circuit expansion means according to the Rankine cycle.
L’échangeur de chaleur disposé au sein du puits de production peut être de tout type, par exemple sous la forme d’un serpentin de circulation du fluide de travail au sein du puits de production, ou tout moyen analogue.The heat exchanger placed within the production well can be of any type, for example in the form of a coil for circulating the working fluid within the production well, or any similar means.
Selon une mise en œuvre de l’invention, l’échangeur de chaleur peut être formé par des tubes concentriques au sein du puits de production d’hydrocarbures. Des espaces concentriques sont alors délimités entre les tubes : un espace cylindrique au centre, et des espaces annulaires autour, au sein de ces espaces circulent, le fluide de travail et l’effluent produit. L’effluent pétrolier a un mouvement vertical ascendant dans un des espaces, le fluide de travail a un mouvement vertical descendant dans un des espaces, et a un mouvement vertical ascendant dans le troisième espace. Ce mode de réalisation permet des bons échanges de chaleur avec une grande surface d’échange de chaleur entre le fluide de travail et l’effluent produit, de manière simple (seuls des tubes sont utilisés). L’échange de chaleur entre le fluide de travail et l’effluent produit peut avoir lieu sur tout ou partie du trajet séparant le fond du puits et la surface. L’effluent produit peut être issu d’un réservoir situé à une profondeur variable, de l’ordre de 3000 mètres par exemple. La température du réservoir est déterminée par la valeur du gradient géothermique à la localisation du réservoir. A titre d’exemple, pour un réservoir situé à 3 km de profondeur, un gradient géothermique moyen, de l’ordre de 30°C par km, conduit à une température de réservoir de 100°C. Le système et le procédé de récupération d’énergie selon l’invention peuvent donc être plus avantageux pour des réservoirs situés à profondeur élevée (de l’ordre de 3 km ou plus) et/ou dans des régions à fort gradient géothermique (supérieur à 30°C par km).According to one implementation of the invention, the heat exchanger can be formed by concentric tubes within the hydrocarbon production well. Concentric spaces are then delimited between the tubes: a cylindrical space in the center, and annular spaces around, within these spaces circulate, the working fluid and the effluent produced. The petroleum effluent has an upward vertical motion in one of the spaces, the working fluid has a downward vertical motion in one of the spaces, and has an upward vertical motion in the third space. This embodiment allows good heat exchanges with a large heat exchange surface between the working fluid and the effluent produced, in a simple way (only tubes are used). The heat exchange between the working fluid and the effluent produced can take place on all or part of the path separating the bottom of the well and the surface. The effluent produced can come from a reservoir located at a variable depth, of the order of 3000 meters for example. The reservoir temperature is determined by the value of the geothermal gradient at the location of the reservoir. For example, for a reservoir located at a depth of 3 km, an average geothermal gradient, of the order of 30°C per km, leads to a reservoir temperature of 100°C. The energy recovery system and method according to the invention can therefore be more advantageous for reservoirs located at great depth (of the order of 3 km or more) and/or in regions with a strong geothermal gradient (greater than 30°C per km).
De préférence, l’échangeur de chaleur comprend trois tubes concentriques parmi lesquels le tube formant le puits de production, un tube intermédiaire et un tube central. Dans ce cas, le tube formant le puits de production est le tube de plus grand diamètre.Preferably, the heat exchanger comprises three concentric tubes including the tube forming the production well, an intermediate tube and a central tube. In this case, the tube forming the production well is the tube with the largest diameter.
Les tubes peuvent être rigides ou flexibles.Tubes can be rigid or flexible.
Pour cette mise en œuvre de l’invention, au moins un des tubes peut être un tube conducteur thermique, par exemple en métal, pour échanger de la chaleur entre l’effluent produit et le fluide de travail. En d’autres termes, l’échangeur de chaleur comprend au moins un tube conducteur thermique entre un espace dans lequel circule l’effluent et un espace dans lequel circule le fluide de travail. De préférence, le tube conducteur thermique peut être prévu entre l’espace dans lequel circule l’effluent produit et un espace dans lequel circule le fluide de travail sur son trajet descendant dans le puits de production.For this implementation of the invention, at least one of the tubes can be a heat conducting tube, for example made of metal, to exchange heat between the effluent produced and the working fluid. In other words, the heat exchanger comprises at least one heat-conducting tube between a space in which the effluent circulates and a space in which the working fluid circulates. Preferably, the thermal conductor tube can be provided between the space in which the produced effluent circulates and a space in which the working fluid circulates on its downward path in the production well.
Selon un aspect de cette mise en œuvre de l’invention, au moins un des tubes peut être un tube isolant thermique, par exemple en ciment (ou autre matériau isolant), pour conserver la température du fluide de travail. De préférence, le tube isolant thermique peut isoler thermiquement l’espace dans lequel le fluide de travail remonte vers la surface (trajet ascendant) après avoir été chauffé sur son trajet descendant par l’effluent produit.According to one aspect of this implementation of the invention, at least one of the tubes may be a thermally insulating tube, for example made of cement (or other insulating material), to maintain the temperature of the working fluid. Preferably, the thermal insulating tube can thermally insulate the space in which the working fluid rises to the surface (upward path) after having been heated on its downward path by the effluent produced.
Selon une caractéristique de cette mise en œuvre de l’invention, l’échangeur de chaleur peut comprendre au moins un bouchon disposé à l’extrémité la plus profonde des tubes, pour éviter que les fluides (fluide de travail et effluent produit) ne se mélangent, et pour diriger les deux fluides dans les espaces de circulation respectifs.According to a characteristic of this implementation of the invention, the heat exchanger can comprise at least one plug placed at the deepest end of the tubes, to prevent the fluids (working fluid and effluent produced) from mix, and to direct the two fluids into the respective circulation spaces.
Selon une autre caractéristique de cette mise en œuvre, au moins un orifice peut être prévu à proximité d’une extrémité la plus profonde d’au moins un tube pour diriger le fluide de travail d’un espace à un autre.According to another characteristic of this implementation, at least one orifice can be provided near a deepest end of at least one tube to direct the working fluid from one space to another.
Alternativement, au moins un canal, par exemple un canal radial peut être prévu à proximité d’une extrémité la plus profonde d’au moins un tube pour diriger le fluide de travail d’un espace à un autre.Alternatively, at least one channel, for example a radial channel may be provided near a deepest end of at least one tube to direct the working fluid from one space to another.
Conformément à un premier mode de réalisation de cette mise en œuvre de l’invention, l’échangeur de chaleur peut comporter de l’extérieur vers l’intérieur, un espace de circulation de l’effluent produit, un espace de circulation du fluide de travail descendant dans le puits de production, et un espace central de circulation du fluide de travail ascendant dans le puits de production. Pour ce premier mode de réalisation, le fluide de travail et l’effluent produit échangent de la chaleur au niveau du tube intermédiaire lors de la descente du fluide de travail, et le fluide de travail remonte ensuite chaud dans l’espace central. Pour ce premier mode de réalisation, le tube intermédiaire peut être un tube conducteur thermique et le tube central peut être un tube isolant thermique.According to a first embodiment of this implementation of the invention, the heat exchanger may comprise, from the outside inwards, a space for the circulation of the effluent produced, a space for the circulation of the working fluid descending into the production well, and a central space for circulation of the working fluid ascending into the production well. For this first embodiment, the working fluid and the effluent produced exchange heat at the level of the intermediate tube during the descent of the working fluid, and the working fluid then rises hot in the central space. For this first embodiment, the intermediate tube may be a heat conducting tube and the central tube may be a heat insulating tube.
Conformément à un deuxième mode de réalisation de cette mise en œuvre de l’invention, l’échangeur de chaleur peut comporter de l’extérieur vers l’intérieur, un espace de circulation du fluide de travail ascendant dans le puits de production, un espace de circulation du fluide de travail descendant dans le puits de production, et un espace central de circulation de l’effluent produit. Pour ce deuxième mode de réalisation, le fluide de travail et l’effluent produit échangent de la chaleur au niveau du tube central lors de la descente du fluide de travail, et le fluide de travail remonte ensuite chaud. Pour ce deuxième mode de réalisation, le tube intermédiaire peut être un tube isolant thermique et le tube central peut être un tube conducteur thermique. De plus, le tubing du puits de production peut être également un tube isolant thermique.According to a second embodiment of this implementation of the invention, the heat exchanger may comprise, from the outside inwards, a space for circulation of the working fluid rising in the production well, a space circulation of the working fluid descending into the production well, and a central space for the circulation of the effluent produced. For this second embodiment, the working fluid and the effluent produced exchange heat at the level of the central tube during the descent of the working fluid, and the working fluid then rises hot. For this second embodiment, the intermediate tube may be a heat insulating tube and the central tube may be a heat conducting tube. In addition, the tubing of the production well can also be a thermal insulating tube.
Conformément à un troisième mode de réalisation de cette mise en œuvre de l’invention, l’échangeur de chaleur peut comporter de l’extérieur vers l’intérieur, un espace de circulation du fluide de travail descendant dans le puits de production, un espace de circulation de l’effluent produit, et un espace central de circulation du fluide de travail ascendant dans le puits de production. Pour ce troisième mode de réalisation, le fluide de travail et l’effluent produit échangent de la chaleur au niveau du tube intermédiaire lors de la descente du fluide de travail, et le fluide de travail remonte ensuite chaud. Pour ce troisième mode de réalisation, le tube intermédiaire peut être un tube conducteur thermique et le tubing du puits de production peut être conducteur thermique ou isolant thermique. De plus, le tube central peut être un tube isolant thermique.According to a third embodiment of this implementation of the invention, the heat exchanger may comprise, from the outside inwards, a space for circulation of the working fluid descending into the production well, a space circulation of the effluent produced, and a central space for the circulation of the ascending working fluid in the production well. For this third embodiment, the working fluid and the effluent produced exchange heat at the level of the intermediate tube during the descent of the working fluid, and the working fluid then rises hot. For this third embodiment, the intermediate tube may be a thermally conductive tube and the tubing of the production well may be thermally conductive or thermally insulating. Moreover, the central tube can be a heat insulating tube.
Ces trois modes de réalisation ne sont pas exhaustifs et d’autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, on peut inverser la direction de circulation (ascendant/descendant) du fluide de travail dans les espaces de circulation du fluide de travail.These three embodiments are not exhaustive and other embodiments can be considered without departing from the scope of the invention. For example, it is possible to reverse the direction of circulation (ascending/descending) of the working fluid in the circulation spaces of the working fluid.
De manière avantageuse, le procédé selon l’invention peut mettre en œuvre le système selon l’une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes du système selon l’invention décrite ci-dessus et ci-dessous.Advantageously, the method according to the invention can implement the system according to any one of the variants or combinations of variants of the system according to the invention described above and below.
La figure 2 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un système de récupération d’énergie selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le système de récupération d’énergie 1 comprend un circuit fermé 1 fonctionnant selon un cycle de Rankine, dans lequel circule un fluide de travail. Le circuit fermé 1 comporte consécutivement un échangeur de chaleur 3, une turbine 4, un condenseur 5 balayé par une source froide F, et une pompe 2. L’échangeur de chaleur 3 est intégré dans un puits de production 6 d’hydrocarbures, la source chaude de l’échangeur de chaleur 3 est l’effluent produit. L’échangeur de chaleur 3 est par conséquent essentiellement sous le niveau du sol 17. L’échangeur de chaleur 3 est formé de trois tubes concentriques comprenant de l’extérieur vers l’intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing (ou casing ou cuvelage) du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Les tubes intermédiaire 7 et central 8 sont fermés à leurs extrémités les plus profondes par un bouchon 13 pour éviter que le fluide de travail ne se mélange avec l’effluent produit. De plus, le tube central 8 comprend un orifice 9 à proximité de son extrémité la plus profonde, permettant la communication entre l’espace intérieur du tube central 8, et l’espace annulaire intermédiaire délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8. De plus, le tube extérieur 6 comprend un bouchon 11 et un orifice 12 pour diriger l’effluent produit 10 dans l’espace externe délimité par le tube extérieur 6 et le tube intermédiaire 7. Pour ce mode de réalisation, le tube intermédiaire 7 est un tube conducteur thermique pour favoriser les échanges de chaleur entre le fluide de travail et l’effluent produit 10, et le tube central 8 est un tube isolant thermique pour maintenir la température du fluide de travail. Pour le mode de réalisation illustré, le fluide de travail descend dans le puits dans l’espace intermédiaire (délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8), et remonte dans le puits par l’espace central (à l’intérieur du tube central 8), alors que l’effluent produit 10 remonte dans l’espace externe (délimité par les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7).Figure 2 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, an energy recovery system according to a first embodiment of the invention. The energy recovery system 1 comprises a closed circuit 1 operating according to a Rankine cycle, in which a working fluid circulates. The closed circuit 1 consecutively comprises a heat exchanger 3, a turbine 4, a condenser 5 swept by a cold source F, and a pump 2. The heat exchanger 3 is integrated into a production well 6 of hydrocarbons, the hot source of the heat exchanger 3 is the effluent produced. The heat exchanger 3 is therefore essentially below ground level 17. The heat exchanger 3 is formed of three concentric tubes comprising from the outside inwards: an outer tube 6 corresponding to the tubing (or casing or casing) of the production well, an intermediate tube 7, and a central tube 8. The intermediate 7 and central tubes 8 are closed at their deepest ends by a plug 13 to prevent the working fluid from mixing with the effluent produced. In addition, the central tube 8 comprises an orifice 9 close to its deepest end, allowing communication between the interior space of the central tube 8, and the intermediate annular space delimited by the intermediate 7 and central 8 tubes. Furthermore, the outer tube 6 includes a plug 11 and an orifice 12 to direct the produced effluent 10 into the outer space delimited by the outer tube 6 and the intermediate tube 7. For this embodiment, the intermediate tube 7 is a heat-conducting tube to promote heat exchange between the working fluid and the effluent produced 10, and the central tube 8 is a heat-insulating tube to maintain the temperature of the working fluid. For the illustrated embodiment, the working fluid descends into the well in the intermediate space (delimited by the intermediate 7 and central 8 tubes), and rises in the well through the central space (inside the central tube 8), while the produced effluent 10 rises in the outer space (delimited by the outer 6 and intermediate 7 tubes).
La figure 3 représente une vue en coupe (ou vue de dessus) d’un échangeur de chaleur 3 selon une mise en œuvre de l’invention. L’échangeur de chaleur 3 est formé par trois tubes concentriques comprenant de l’extérieur vers l’intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Un espace externe 14 annulaire est formé entre les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. Un espace intermédiaire 15 annulaire est formé entre les tubes intermédiaire 7 et central 8. Un espace interne 16 tubulaire est formé au sein du tube central 8. Ces trois espaces 14, 15 et 16 servent au passage respectif des deux fluides (fluide de travail et effluent produit).Figure 3 shows a sectional view (or top view) of a heat exchanger 3 according to an implementation of the invention. The heat exchanger 3 is formed by three concentric tubes comprising, from the outside inwards: an outer tube 6 corresponding to the tubing of the production well, an intermediate tube 7, and a central tube 8. An annular outer space 14 is formed between the outer 6 and intermediate 7 tubes. An annular intermediate space 15 is formed between the intermediate 7 and central 8 tubes. to the respective passage of the two fluids (working fluid and product effluent).
Les figures 4 à 6 illustrent, schématiquement et de manière non limitative, trois variantes de réalisation de la mise en œuvre de la figure 3 de l’échangeur de chaleur pour le système de récupération d’énergie selon . Les figures 4 à 6 sont des vues de dessus de l’échangeur de chaleur.Figures 4 to 6 illustrate, schematically and in a non-limiting manner, three variant embodiments of the implementation of Figure 3 of the heat exchanger for the energy recovery system according to . Figures 4 through 6 are top views of the heat exchanger.
La première variante de réalisation illustrée par la figure 4 représente un échangeur de chaleur 3 formé par trois tubes concentriques comprenant de l’extérieur vers l’intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Pour cette deuxième variante de réalisation, le tube intermédiaire 7 est un tube conducteur thermique, et le tube central 8 est un tube isolant thermique. Un espace externe 14 annulaire est formé entre les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. Un espace intermédiaire 15 annulaire est formé entre les tubes intermédiaire 7 et central 8. Un espace interne 16 tubulaire est formé au sein du tube central 8. Ces trois espaces, 14 d’une part, 15 et 16 d’autre part, servent au passage respectif de l’effluent produit et du fluide de travail. Cette variante de réalisation est particulièrement adaptée au premier mode de réalisation de la figure 2.The first embodiment variant illustrated by FIG. 4 represents a heat exchanger 3 formed by three concentric tubes comprising, from the outside inwards: an outer tube 6 corresponding to the tubing of the production well, an intermediate tube 7, and an central tube 8. For this second embodiment, the intermediate tube 7 is a heat conducting tube, and the central tube 8 is a heat insulating tube. An external annular space 14 is formed between the outer 6 and intermediate 7 tubes. An annular intermediate space 15 is formed between the intermediate 7 and central 8 tubes. A tubular internal space 16 is formed within the central tube 8. These three spaces, 14 on the one hand, 15 and 16 on the other hand, are used for the respective passage of the effluent produced and the working fluid. This embodiment variant is particularly suited to the first embodiment of Figure 2.
La deuxième variante de réalisation illustrée par la figure 5 représente un échangeur de chaleur 3 formé par trois tubes concentriques comprenant de l’extérieur vers l’intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Pour cette troisième variante de réalisation, le tube central 8 est un tube conducteur thermique, et les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7 sont des tubes isolant thermique. Un espace externe 14 annulaire est formé entre les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. Un espace intermédiaire 15 annulaire est formé entre les tubes intermédiaire 7 et central 8. Un espace interne 16 tubulaire est formé au sein du tube central 8. Ces trois espaces 14 et 15 d’une part et 16 d’autre part, servent au passage respectif du fluide de travail et de l’effluent produit. Cette deuxième variante de réalisation est particulièrement adaptée au deuxième mode de réalisation de l’invention de la figure 7, qui sera décrit en détail ci-après.The second embodiment variant illustrated by FIG. 5 represents a heat exchanger 3 formed by three concentric tubes comprising, from the outside inwards: an outer tube 6 corresponding to the tubing of the production well, an intermediate tube 7, and an central tube 8. For this third variant embodiment, the central tube 8 is a heat-conducting tube, and the outer 6 and intermediate 7 tubes are heat-insulating tubes. An external annular space 14 is formed between the outer 6 and intermediate 7 tubes. An annular intermediate space 15 is formed between the intermediate 7 and central 8 tubes. A tubular internal space 16 is formed within the central tube 8. These three spaces 14 and 15 on the one hand and 16 on the other hand, are used for the respective passage of the working fluid and the effluent produced. This second embodiment variant is particularly suited to the second embodiment of the invention of FIG. 7, which will be described in detail below.
La troisième variante de réalisation illustrée par la figure 6 représente un échangeur de chaleur 3 formé par trois tubes concentriques comprenant de l’extérieur vers l’intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Pour cette troisième variante de réalisation, le tube intermédiaire 7 est un tube conducteur thermique, et le tube central 8 est un tube isolant thermique. Pour cette variante de réalisation, le tube extérieur 6 peut également être un tube isolant thermique. Un espace externe 14 annulaire est formé entre les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. Un espace intermédiaire 15 annulaire est formé entre les tubes intermédiaire 7 et central 8. Un espace interne 16 tubulaire est formé au sein du tube central 8. Ces trois espaces 14 et 16 d’une part, 15 d’autre part, servent au passage respectif du fluide de travail et de l’effluent produit. La troisième variante de réalisation est particulièrement adaptée au troisième mode de réalisation de l’invention de la figure 8 qui sera décrit ci-après.The third embodiment variant illustrated by FIG. 6 represents a heat exchanger 3 formed by three concentric tubes comprising, from the outside inwards: an outer tube 6 corresponding to the tubing of the production well, an intermediate tube 7, and an central tube 8. For this third variant embodiment, the intermediate tube 7 is a thermally conductive tube, and the central tube 8 is a thermally insulating tube. For this variant embodiment, the outer tube 6 can also be a heat insulating tube. An external annular space 14 is formed between the outer 6 and intermediate 7 tubes. An annular intermediate space 15 is formed between the intermediate 7 and central 8 tubes. A tubular internal space 16 is formed within the central tube 8. These three spaces 14 and 16 on the one hand, 15 on the other hand, are used for the respective passage of the working fluid and the effluent produced. The third embodiment variant is particularly suited to the third embodiment of the invention of FIG. 8 which will be described below.
D’autres variantes de réalisation de l’échangeur peuvent être envisagées : avec quatre tubes concentriques, et/ou avec deux tubes conducteurs thermiques, et/ou avec d’autres répartitions des tubes isolants et des tubes conducteurs, etc.Other variants of the exchanger can be envisaged: with four concentric tubes, and/or with two thermally conductive tubes, and/or with other distributions of the insulating tubes and the conductive tubes, etc.
La figure 7 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un système de récupération d’énergie selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Le système de récupération d’énergie 1 comprend un circuit fermé 1 fonctionnant selon un cycle de Rankine, dans lequel circule un fluide de travail. Le circuit fermé 1 comporte consécutivement un échangeur de chaleur 3, une turbine 4, un condenseur 5 balayé par une source froide F, et une pompe 2. L’échangeur de chaleur 3 est intégré dans un puits de production 6 d’hydrocarbures, la source chaude de l’échangeur de chaleur 3 est l’effluent produit. L’échangeur de chaleur 3 est par conséquent essentiellement sous le niveau du sol 17. L’échangeur de chaleur 3 est formé de trois tubes concentriques comprenant de l’extérieur vers l’intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Les tubes intermédiaire 7 et extérieur 6 sont fermés à leurs extrémités les plus profondes par un bouchon 13 pour éviter que le fluide de travail ne se mélange avec l’effluent produit par le tube central 8. De plus, le tube intermédiaire 7 comprend un orifice 9 à proximité de son extrémité la plus profonde, permettant la communication entre l’espace externe du tube extérieur 6 et l’espace annulaire intermédiaire délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8. Pour ce mode de réalisation, le tube central 8 est un tube conducteur thermique pour favoriser les échanges de chaleur entre le fluide de travail et l’effluent produit 10, et les tubes intermédiaire 7 et extérieur 6 sont des tubes isolants thermiquement pour maintenir la température du fluide de travail. Pour le mode de réalisation illustré, le fluide de travail descend dans le puits dans l’espace intermédiaire (délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8), et remonte dans le puits par l’espace externe délimité par les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7.Figure 7 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, an energy recovery system according to a second embodiment of the invention. The energy recovery system 1 comprises a closed circuit 1 operating according to a Rankine cycle, in which a working fluid circulates. The closed circuit 1 consecutively comprises a heat exchanger 3, a turbine 4, a condenser 5 swept by a cold source F, and a pump 2. The heat exchanger 3 is integrated into a production well 6 of hydrocarbons, the hot source of the heat exchanger 3 is the effluent produced. The heat exchanger 3 is therefore essentially below the level of the ground 17. The heat exchanger 3 is formed of three concentric tubes comprising from the outside inwards: an outer tube 6 corresponding to the tubing of the production well , an intermediate tube 7, and a central tube 8. The intermediate 7 and outer 6 tubes are closed at their deepest ends by a plug 13 to prevent the working fluid from mixing with the effluent produced by the central tube. 8. In addition, the intermediate tube 7 comprises an orifice 9 near its deepest end, allowing communication between the outer space of the outer tube 6 and the intermediate annular space delimited by the intermediate 7 and central 8 tubes. For this embodiment, the central tube 8 is a thermally conductive tube to promote heat exchange between the working fluid and the effluent produced 10, and the intermediate 7 and outer 6 tubes are thermally insulating tubes to maintain the temperature of the working fluid. For the illustrated embodiment, the working fluid descends into the well in the intermediate space (delimited by the intermediate 7 and central 8 tubes), and rises in the well by the external space delimited by the outer 6 and intermediate tubes 7.
La figure 8 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un système de récupération d’énergie selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Le système de récupération d’énergie 1 comprend un circuit fermé 1 fonctionnant selon un cycle de Rankine, dans lequel circule un fluide de travail. Le circuit fermé 1 comporte consécutivement un échangeur de chaleur 3, une turbine 4, un condenseur 5 balayé par une source froide F, et une pompe 2. L’échangeur de chaleur 3 est intégré dans un puits de production 6 d’hydrocarbures, la source chaude de l’échangeur de chaleur 3 est l’effluent produit. L’échangeur de chaleur 3 est par conséquent sous le niveau du sol 17. L’échangeur de chaleur 3 est formé de trois tubes concentriques comprenant de l’extérieur vers l’intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Les tubes central 8 et extérieur 6 sont fermés à leurs extrémités les plus profondes par des bouchons respectivement 11 et 13 pour éviter que le fluide de travail ne se mélange avec l’effluent produit. De plus, l’échangeur de chaleur permet la circulation du fluide de travail 18 entre deux espaces de circulation grâce à des moyens de passage, permettant la communication entre l’espace externe délimité par le tube extérieur 6 et le tube intermédiaire 7 d’une part, et l’espace interne 16 délimité par le tube central 8 d’autre part. Les moyens de passage 18 peuvent être des canaux radiaux (non représentés). Pour ce mode de réalisation, le tube intermédiaire 7 est un tube conducteur thermique pour favoriser les échanges de chaleur entre le fluide de travail et l’effluent produit 10, et le tube central 8 est un tube isolant thermique pour maintenir la température du fluide de travail au cours de sa remontée vers la surface. Pour le mode de réalisation illustré, le fluide de travail descend dans le puits dans l’espace externe (délimité par les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7), et remonte dans le puits par l’espace central (à l’intérieur du tube central 8), alors que l’effluent produit remonte dans le puits par l’espace intermédiaire (délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8).Figure 8 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, an energy recovery system according to a third embodiment of the invention. The energy recovery system 1 comprises a closed circuit 1 operating according to a Rankine cycle, in which a working fluid circulates. The closed circuit 1 consecutively comprises a heat exchanger 3, a turbine 4, a condenser 5 swept by a cold source F, and a pump 2. The heat exchanger 3 is integrated into a production well 6 of hydrocarbons, the hot source of the heat exchanger 3 is the effluent produced. The heat exchanger 3 is therefore below the level of the ground 17. The heat exchanger 3 is formed of three concentric tubes comprising from the outside inwards: an outer tube 6 corresponding to the tubing of the production well, an intermediate tube 7, and a central tube 8. The central 8 and outer 6 tubes are closed at their deepest ends by plugs 11 and 13 respectively to prevent the working fluid from mixing with the effluent produced. In addition, the heat exchanger allows the circulation of the working fluid 18 between two circulation spaces thanks to passage means, allowing communication between the external space delimited by the outer tube 6 and the intermediate tube 7 of a hand, and the internal space 16 delimited by the central tube 8 on the other hand. Passage means 18 may be radial channels (not shown). For this embodiment, the intermediate tube 7 is a thermally conductive tube to promote heat exchange between the working fluid and the effluent produced 10, and the central tube 8 is a thermally insulating tube to maintain the temperature of the working fluid. work during its ascent to the surface. For the illustrated embodiment, the working fluid descends into the well in the outer space (delimited by the outer 6 and intermediate 7 tubes), and rises into the well through the central space (inside the central tube 8), while the effluent produced rises in the well via the intermediate space (delimited by the intermediate 7 and central 8 tubes).
L’invention présente les avantages suivants :
- Récupération d’une quantité de chaleur beaucoup plus grande que celle des abords du puits car les fluides produits sont issus du réservoir dans son ensemble ;
- La récupération de chaleur accompagne la production classique des fluides et constitue une valeur ajoutée à cette production ;
- La chaleur est valorisée sous forme d’électricité au moyen d’un dispositif optimisé du point de vue du conditionnement de la chaleur en vue de sa conversion en électricité, en particulier pour les modes de réalisation des figures 2 à 8 :
- Usage d’un fluide de travail organique circulant en boucle dans deux tubes concentriques inclus dans la colonne de production,
- Récupération de la chaleur par transfert dans la colonne de puits selon le principe de l’échangeur,
- Le cas échéant, conservation de la chaleur du fluide de travail une fois réchauffé à l’issue de son trajet descendant, grâce à l’isolation thermique d’un des tubes de l’échangeur de chaleur ramenant ce même fluide du fond de puits vers l’installation de production d’électricité en surface.
- Les conditions thermodynamiques (pression, température) et les propriétés du fluide organique sont telles que sa circulation en boucle requiert très peu d’énergie de pompage (effet de thermosiphon lié à une plus faible masse volumique du fluide de travail sur son trajet remontant que sur son trajet descendant où il est plus froid donc plus dense) ;
- Le fluide de travail circule dans un système fermé de volume limité, donc ne subit pas de pertes comme dans les systèmes géothermiques dits ouverts, où le fluide vecteur circule dans la formation souterraine. Le dispositif n’en permet pas moins de récupérer la chaleur de la formation souterraine.
- Recovery of a quantity of heat much greater than that of the surroundings of the well because the fluids produced come from the reservoir as a whole;
- Heat recovery accompanies the classic production of fluids and constitutes an added value to this production;
- The heat is recovered in the form of electricity by means of a device optimized from the point of view of the conditioning of the heat with a view to its conversion into electricity, in particular for the embodiments of FIGS. 2 to 8:
- Use of an organic working fluid circulating in a loop in two concentric tubes included in the production column,
- Heat recovery by transfer in the well column according to the principle of the exchanger,
- If necessary, conservation of the heat of the working fluid once heated at the end of its downward path, thanks to the thermal insulation of one of the tubes of the heat exchanger bringing this same fluid from the bottom of the well to the surface power generation facility.
- The thermodynamic conditions (pressure, temperature) and the properties of the organic fluid are such that its circulation in a loop requires very little pumping energy (thermosyphon effect linked to a lower density of the working fluid on its upward path than on its downward path where it is colder and therefore denser);
- The working fluid circulates in a closed system of limited volume, therefore does not suffer losses as in so-called open geothermal systems, where the vector fluid circulates in the underground formation. The device nevertheless makes it possible to recover heat from the underground formation.
Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de l’exemple d’application ci-après.The characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the application example below.
Des échangeurs thermiques de puits analogues (en boucle) ont déjà été proposés et évalués en termes de puissance et rendement pour extraire et valoriser sous forme d’électricité la chaleur de puits pétroliers abandonnés, notamment par Cheng, W.-L., Li, T.-T., Nian Y.-L., Wang, C.-L. (2013) (Studies on geothermal power generation using abandoned oil wells, Energy 59, 248-254) qui ont envisagé l’isobutane comme fluide de travail.Similar (loop) well heat exchangers have already been proposed and assessed in terms of power and efficiency for extracting and recovering heat from abandoned oil wells in the form of electricity, in particular by Cheng, W.-L., Li, T.-T., Nian Y.-L., Wang, C.-L. (2013) (Studies on geothermal power generation using abandoned oil wells, Energy 59, 248-254) who considered isobutane as the working fluid.
Pour illustrer le bénéfice potentiel de l’invention, on détermine des évaluations des puissances thermique et électrique exploitables à partir d’un puits en production par injection d’eau (procédé le plus communément utilisé pour produire les champs pétroliers) d’une part, et d’un puits pétrolier abandonné d’autre part. On suppose que les effluents du puits en production sont essentiellement constitués d’eau (90% d’eau et 10% d’huile par exemple) en phase avancée de production du champ par injection d’eau. On considère un débit de production d’eau de 20 m3/h et on néglige le contenu calorifique de l’huile co-produite (environ un vingtième de celui de l’eau produite). On considère un gradient géothermique modéré, de l’ordre de 30 °C /km et une profondeur de réservoir souterrain également modérée, de 3000 m, ce qui conduit à une température de réservoir de l’ordre de 100-110°C. Il s’agit là de chiffres de température et débit volontairement fixés à des valeurs modérées, destinés à montrer l’intérêt potentiel du procédé pour de nombreux champs.To illustrate the potential benefit of the invention, evaluations of the thermal and electrical powers that can be exploited from a well in production by water injection (the most commonly used method for producing oil fields) are determined on the one hand, and an abandoned oil well on the other. It is assumed that the effluents of the well in production consist essentially of water (90% water and 10% oil for example) in the advanced phase of production of the field by injection of water. A water production rate of 20 m 3 /h is considered and the calorific content of the co-produced oil is neglected (approximately one twentieth of that of the water produced). We consider a moderate geothermal gradient, of the order of 30°C/km and an equally moderate underground reservoir depth of 3000 m, which leads to a reservoir temperature of the order of 100-110°C. These are temperature and flow figures voluntarily set at moderate values, intended to show the potential interest of the process for many fields.
Au moyen de l’invention (selon le mode de réalisation de la figure 2), le fluide de travail en circulation dans le puits en production peut parvenir à un équilibre thermique avec les effluents du réservoir en fond de puits, par optimisation du débit de circulation du fluide de travail. On peut alors récupérer un fluide de travail à une température proche de celle du réservoir par échange thermique entre les effluents issus du réservoir et le fluide de travail circulant à contre-courant le long du puits (en effet, l’échange de chaleur s’effectue par conduction au travers de l’épaisseur réduite (centimétrique) du tube intermédiaire 7 conducteur (métallique). Les effluents transférés par écoulement du réservoir au puits demeurent à la température du réservoir souterrain au cours du temps car ils sont issus de zones de plus en plus éloignées du puits. Par contre, la température des abords d’un puits abandonné où circule un fluide décroît rapidement en raison du caractère limité du transfert thermique qui dans ce cas, s’opère par conduction depuis les zones éloignées du puits demeurées chaudes et non par écoulement de fluides : l’apport limité de chaleur au puits par le mécanisme de conduction est bien mis en évidence dans les deux publications d’Alimonti et al. (2016) et Cheng et al. (2013) précédemment cités.By means of the invention (according to the embodiment of FIG. 2), the working fluid circulating in the producing well can achieve thermal equilibrium with the effluents from the reservoir downhole, by optimizing the flow rate of circulation of the working fluid. It is then possible to recover a working fluid at a temperature close to that of the reservoir by heat exchange between the effluents from the reservoir and the working fluid circulating against the current along the well (in fact, the heat exchange is carried out by conduction through the reduced thickness (centimeter) of the intermediate conductive (metallic) tube 7. The effluents transferred by flow from the reservoir to the well remain at the temperature of the underground reservoir over time because they come from zones of greater On the other hand, the temperature of the surroundings of an abandoned well where a fluid circulates decreases rapidly due to the limited nature of the heat transfer which, in this case, takes place by conduction from the zones far from the well which have remained hot. and not by fluid flow: the limited supply of heat to the well by the conduction mechanism is clearly demonstrated in the two publications by Alimonti et al (2016) and Cheng et al. (2013) previously cited.
En retenant une valeur élevée de 40°C pour la température de réinjection du fluide de travail, la puissance thermique récupérée et exploitable est de l’ordre de 1300 KW (puissance calorifique associée au débit de 20 m3/h d’eau refroidi de 100°C à 40°C du fond à la surface). Compte tenu du rendement de l’ordre de 9% d’un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine pour un fluide de travail à 100°C (comme indiqué dans la publication d’Alimonti et al. 2016), la puissance électrique qui peut être obtenue est donc de l’ordre de 120 KW.By retaining a high value of 40°C for the reinjection temperature of the working fluid, the recovered and exploitable thermal power is of the order of 1300 KW (heating power associated with the flow rate of 20 m 3 /h of water cooled by 100°C to 40°C from bottom to surface). Given the efficiency of the order of 9% of a closed circuit operating according to a Rankine cycle for a working fluid at 100°C (as indicated in the publication by Alimonti et al. 2016), the electrical power which can be obtained is therefore of the order of 120 KW.
Cette puissance est du même ordre que la puissance obtenue (par simulation) par Alimonti et al. (2016) après un an sur un puits abandonné du champ de Villafortuna-Trecate à une profondeur de 6000 m dans un réservoir dont la température est bien supérieure (160-170°C) à notre exemple. La nécessité d’opérer sur un champ bien plus profond et chaud dans le cas du cas du puits abandonné d’Alimonti et al. réside dans le mécanisme de conduction thermique qui ne permet pas de maintenir à la température du réservoir le fluide circulant en boucle dans le puits : celle-ci décroît rapidement au cours de la première année, plus lentement ensuite pour ce cas d’étude. Cheng et al. (2013) déjà cité rencontrent la même limitation en considérant un champ très chaud (255°C à 6000 m de profondeur, avec un gradient géothermique de 40°C/km) : la température du fluide de travail (isobutane) issu de la circulation dans leur puits est évaluée par simulation à environ 130°C, avec un rendement global de conversion de l’énergie thermique en électricité de l’ordre de 13.3%. Ces auteurs obtiennent une puissance électrique limitée à 150-160 KW, et concluent à la nécessité de mutualiser de nombreux puits abandonnés.This power is of the same order as the power obtained (by simulation) by Alimonti et al. (2016) after one year on an abandoned well in the Villafortuna-Trecate field at a depth of 6000 m in a reservoir whose temperature is much higher (160-170°C) than our example. The need to operate on a much deeper and hotter field in the case of the abandoned well of Alimonti et al. lies in the thermal conduction mechanism which does not allow the fluid circulating in a loop in the well to be maintained at the temperature of the reservoir: this decreases rapidly during the first year, then more slowly for this case study. Cheng et al. (2013) already cited encounter the same limitation when considering a very hot field (255°C at 6000 m depth, with a geothermal gradient of 40°C/km): the temperature of the working fluid (isobutane) resulting from the circulation in their well is evaluated by simulation at approximately 130°C, with an overall yield of conversion of thermal energy into electricity of the order of 13.3%. These authors obtain an electrical power limited to 150-160 KW, and conclude that it is necessary to pool numerous abandoned wells.
L’application de l’invention sur le champ de VillaFortuna-Trecate permettrait de doubler la puissance calorifique récupérée (2700 W, compte tenu d’un différentiel de température doublé, de (100°C-40°C) à (160°C-40°C), et de plus que tripler la puissance électrique (430 KW) compte tenu du rendement de conversion accru (de l’ordre de 15%) avec une température du fluide de travail plus élevée.The application of the invention on the VillaFortuna-Trecate field would make it possible to double the heat output recovered (2700 W, taking into account a doubled temperature differential, from (100°C-40°C) to (160°C -40°C), and more than triple the electrical power (430 KW) given the increased conversion efficiency (of the order of 15%) with a higher working fluid temperature.
Par conséquent, le système et le procédé selon l’invention permettent de récupérer un maximum d’énergie de manière simple. Ils permettent de mobiliser une ressource de chaleur actuellement perdue car la chaleur des effluents de production de puits pétroliers n’est pratiquement jamais récupérée à ce jour.Consequently, the system and the method according to the invention make it possible to recover a maximum of energy in a simple manner. They make it possible to mobilize a heat resource that is currently lost because the heat from the production effluents of oil wells is practically never recovered to date.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1900506A FR3091895B1 (en) | 2019-01-21 | 2019-01-21 | System and method for recovering energy from a production well using a closed circuit according to a Rankine cycle |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1900506 | 2019-01-21 | ||
| FR1900506A FR3091895B1 (en) | 2019-01-21 | 2019-01-21 | System and method for recovering energy from a production well using a closed circuit according to a Rankine cycle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3091895A1 true FR3091895A1 (en) | 2020-07-24 |
| FR3091895B1 FR3091895B1 (en) | 2021-12-10 |
Family
ID=66690662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1900506A Active FR3091895B1 (en) | 2019-01-21 | 2019-01-21 | System and method for recovering energy from a production well using a closed circuit according to a Rankine cycle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3091895B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230114197A1 (en) * | 2021-10-13 | 2023-04-13 | William James Hughes | Optimized CO2 Sequestration and Enhanced Geothermal System |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3857244A (en) * | 1973-11-02 | 1974-12-31 | R Faucette | Energy recovery and conversion system |
| WO2003081038A1 (en) * | 2002-03-21 | 2003-10-02 | Hunt Robert D | Electric power and/or liquefied gas production from kinetic and/or thermal energy of pressurized fluids |
| US20090260358A1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-22 | Lockheed Martin Corporation | Thermoelectric Energy Conversion System |
| US20110138809A1 (en) * | 2007-12-21 | 2011-06-16 | United Technologies Corporation | Operating a sub-sea organic rankine cycle (orc) system using individual pressure vessels |
-
2019
- 2019-01-21 FR FR1900506A patent/FR3091895B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3857244A (en) * | 1973-11-02 | 1974-12-31 | R Faucette | Energy recovery and conversion system |
| WO2003081038A1 (en) * | 2002-03-21 | 2003-10-02 | Hunt Robert D | Electric power and/or liquefied gas production from kinetic and/or thermal energy of pressurized fluids |
| US20110138809A1 (en) * | 2007-12-21 | 2011-06-16 | United Technologies Corporation | Operating a sub-sea organic rankine cycle (orc) system using individual pressure vessels |
| US20090260358A1 (en) * | 2008-04-03 | 2009-10-22 | Lockheed Martin Corporation | Thermoelectric Energy Conversion System |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| ALIMONTI ET AL.: "Coupling of energy conversion systems and wellbore heat exchanger in a depleted oil well", GEOTHERMAL ENERGY, vol. 4, 2016, pages 11 |
| ALIMONTI, C.SOLDO, E.: "Study of geothermal power génération from a very deep oil well with a wellbore heat exchanger", RENEWABLE ENERGY, vol. 86, 2016, pages 292 - 301 |
| ALIMONTI, C.SOLDO, E.BOCCHETTI, D.BERARDI, D.: "he wellbore heat ex-changers: A technical review", RENEWABLE ENERGY, vol. 123, 2018, pages 353 - 381 |
| BU, X.MA, W.LI, H.: "Geothermal energy production utilizing abandoned oil and gas wells", RENEWABLE ENERGY, vol. 41, 2012, pages 80 - 85, XP028344243, DOI: doi:10.1016/j.renene.2011.10.009 |
| CHENG, W.-L.LI, T.-T.NIAN Y.-L.WANG, C.-L.: "Studies on geothermal power génération using abandoned oil wells", ENERGY, vol. 59, 2013, pages 248 - 254, XP028708889, DOI: doi:10.1016/j.energy.2013.07.008 |
| DAVIS, A. P.MICHAELIDES, E. E.: "Geothermal power production from abandoned oil wells", ENERGY, vol. 34, 2009, pages 866 - 872, XP026157336, DOI: doi:10.1016/j.energy.2009.03.017 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230114197A1 (en) * | 2021-10-13 | 2023-04-13 | William James Hughes | Optimized CO2 Sequestration and Enhanced Geothermal System |
| US11732929B2 (en) * | 2021-10-13 | 2023-08-22 | William James Hughes | Optimized CO2 sequestration and enhanced geothermal system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3091895B1 (en) | 2021-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11788516B2 (en) | Systems and methods of generating electricity using heat from within the earth | |
| CN101832673B (en) | Method and device for conducting and recycling subterranean heat with production casings | |
| US9394771B2 (en) | Single well, self-flowing, geothermal system for energy extraction | |
| US8708046B2 (en) | Closed loop energy production from geothermal reservoirs | |
| US5515679A (en) | Geothermal heat mining and utilization | |
| EP1792078A1 (en) | Production of hydrogen using low-energy solar energy | |
| US8117843B2 (en) | Ocean thermal energy conversion system | |
| EP3635250B1 (en) | Geothermal system and method for producing and storing power in thermal form | |
| EP3175196B1 (en) | Energy storage device with phase change material and method for storage | |
| US20130300127A1 (en) | Geothermal energy recovery from abandoned oil wells | |
| FR3009613A1 (en) | SYSTEM FOR GENERATING ELECTRIC ENERGY USING GEOTHERMIC DOUBLET | |
| FR3091895A1 (en) | System and method for recovering energy from a production well using a closed circuit according to a Rankine cycle | |
| WO2015006606A1 (en) | Method and apparatus for enhancing recovery and storage of energy from renewable energy sources using a cryogenic pump | |
| NL2015780B1 (en) | Device for converting thermal energy in hydrocarbons flowing from a well into electric energy. | |
| CN112984847B (en) | Hydrothermal geothermal comprehensive utilization system and energy distribution pipe control method | |
| CN108799024A (en) | U-tube heat exchange closed cycle underground thermoelectric heat generation system and method | |
| CN201858096U (en) | Myriameter single deep well gravity vacuum auxiliary heat pipe circulation dry heat rock electric generator | |
| CN105508160A (en) | Temperature differential power generation method and temperature differential power generation equipment | |
| CN109184646B (en) | Device and method for realizing supercritical thermal compound powerful oil displacement through electromagnetic wave heating | |
| EP3356755B1 (en) | System for producing and storing electrical energy by means of a thermal doublet | |
| RU2779229C1 (en) | Autonomous device for direct conversion of low-potential thermal energy of various natural environments into electrical energy | |
| WO2013115656A1 (en) | Energy stave | |
| WO2024096891A1 (en) | Direct downhole electricity generation in a geothermal well | |
| FR3066256B1 (en) | STATION OF RECOVERY OF GEOTHERMAL ENERGY AND ELECTRICITY PRODUCTION | |
| BE1016897A3 (en) | Geothermal energy collection installation for terrestrial crust, has tubular system with descending perimetric coil whose turns are connected to ascending rectilinear axial column, where installation forms boiler well |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20200724 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |