季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫注采規(guī)模設(shè)計——以川渝氣區(qū)相國寺地下儲氣庫項目設(shè)計為例

摘 要

摘要：注采規(guī)模決定了地下儲氣庫井口數(shù)量、井口油套管尺寸的設(shè)計和地面集輸系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模，注采規(guī)模的計算是季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫工程設(shè)計的關(guān)鍵。為此，以川渝氣區(qū)相國寺地下儲
摘要：注采規(guī)模決定了地下儲氣庫井口數(shù)量、井口油套管尺寸的設(shè)計和地面集輸系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模，注采規(guī)模的計算是季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫工程設(shè)計的關(guān)鍵。為此，以川渝氣區(qū)相國寺地下儲氣庫工程為例，制訂了季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫注呆規(guī)模的設(shè)計流程，闡述了消費系數(shù)法在天然氣市場需求量預(yù)測中的應(yīng)用，分析了天然氣的需求結(jié)構(gòu)及月不均勻系數(shù)對注采規(guī)模設(shè)計的影響，提出了季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫調(diào)峰需求總量及注采規(guī)模的計算方法，為其他類型儲氣庫注采規(guī)模的設(shè)計提供了參考。
關(guān)鍵詞：季節(jié)調(diào)峰；川渝氣區(qū)；相國寺地下儲氣庫；注采規(guī)模；消費系數(shù)法；市場需求量預(yù)測；月不均勻系數(shù)設(shè)計流程
    注采規(guī)模的計算是季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫工程設(shè)計的關(guān)鍵[1]，注采規(guī)模決定了地下儲氣庫井口數(shù)量、井口油套管尺寸的設(shè)計以及地面集輸系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模。筆者以川渝氣區(qū)相國寺地下儲氣庫工程為例[2]，闡述了消費系數(shù)法對市場需求量預(yù)測的應(yīng)用[3]，分析了天然氣的需求結(jié)構(gòu)及月不均勻系數(shù)對儲氣庫注采規(guī)模設(shè)計的影響，提出了季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫注采規(guī)模的設(shè)計流程及計算方法。
1 儲氣庫注采規(guī)模設(shè)計流程
    對于儲氣庫注采規(guī)模的設(shè)計，首先應(yīng)明確儲氣庫的功能定位，預(yù)測出市場天然氣需求量、天然氣需求結(jié)構(gòu)以及用戶的不均勻性，再計算出市場需要的調(diào)峰量，最后根據(jù)儲氣庫氣藏特性分析擬選儲氣庫是否滿足市場需求，進而明確儲氣庫的注采規(guī)模。
    一套完整的地下儲氣庫注采規(guī)模設(shè)計流程如圖1所示。
 

2 注采規(guī)模的設(shè)計方法
2.1 儲氣庫功能定位
    在開始儲氣庫注采規(guī)模設(shè)計前，應(yīng)首先明確儲氣庫的供氣服務(wù)范圍和功能定位。
   根據(jù)儲氣庫供氣服務(wù)的特點，儲氣庫主要分為基本負荷型的季節(jié)調(diào)峰型儲氣庫和高峰負荷型的調(diào)峰型儲氣庫兩種。其中基本負荷型儲氣庫主要進行季節(jié)調(diào)峰，高峰負荷型儲氣庫主要進行日調(diào)峰或小時調(diào)峰。長輸管道配套建設(shè)的地下儲氣庫一般不參與小時調(diào)峰和日調(diào)峰，小時調(diào)峰和日調(diào)峰主要由高壓管道末端儲氣、高壓儲罐儲氣以及LNG調(diào)峰等城市調(diào)峰設(shè)施解決[4]。據(jù)此，川渝氣區(qū)相國寺地下儲氣庫功能定位為中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線(中貴線)季節(jié)調(diào)峰、事故應(yīng)急供氣、戰(zhàn)略應(yīng)急供氣和川渝天然氣市場季節(jié)調(diào)峰和事故應(yīng)急供氣[5]。
2.2 天然氣市場需求預(yù)測
   根據(jù)儲氣庫功能定位明確天然氣市場需求預(yù)測的分析范圍。川渝氣區(qū)相國寺地下儲氣庫市場需求主要為中貴線沿線用戶及川渝天然氣市場用戶。
   根據(jù)消費系數(shù)法思路，采用基于市場調(diào)研之上的項目分析法對天然氣市場需求量進行預(yù)測，該方法比較適合于中國當前的天然氣市場發(fā)展階段[6]。消費系數(shù)是指某種產(chǎn)品在各個行業(yè)(或部門、地區(qū)、人口、群體等)的單位消費量。消費系數(shù)法預(yù)測市場需求的具體程序為：①分析產(chǎn)品的所有消費部門或行業(yè)(包括現(xiàn)有的和潛在的市場)，如果產(chǎn)品涉及的消費部門過多，需要篩選出主要的消費部門；②分析確定產(chǎn)品在各部門或行業(yè)的消費系數(shù)；③確定各部門或行業(yè)的規(guī)劃產(chǎn)量，預(yù)測各部門或行業(yè)的消費需求量；④匯總各部門的消費需求量。
   因此，天然氣市場需求預(yù)測的思路為：①分析天然氣主要應(yīng)用于哪些行業(yè)，包括現(xiàn)有的和潛在的市場；②分析天然氣在城市燃氣、工業(yè)燃料、發(fā)電和天然氣化工4大行業(yè)中的消費系數(shù)；③結(jié)合各油氣田公司的生產(chǎn)、銷售規(guī)劃，預(yù)測各行業(yè)的天然氣消費需求量；④匯總各個行業(yè)的天然氣需求量，得出目標市場的天然氣總需求量。
2.3 月不均勻系數(shù)
    用氣不均勻性一般可分為3類：月不均勻性(有時也稱季節(jié)不均勻性)、日不均勻性和小時不均勻性。在所有的不均勻系數(shù)中，月不均勻系數(shù)是最為重要的不均勻系數(shù)參數(shù)，與地域分布、氣候條件等因素具有較強的相關(guān)性。
   根據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》，月不均勻系數(shù)指計算月的日平均用氣量和年的日平均用氣量之比。應(yīng)根據(jù)用戶前幾年逐月的用氣情況進行統(tǒng)計，計算用戶的月不均勻系數(shù)，同時在設(shè)計時充分預(yù)留，以便保障用氣高峰時期的供氣平穩(wěn)性和安全性。圖2為川渝地區(qū)2008年城市燃氣月不均勻系數(shù)圖，圖3為川渝地區(qū)不同用戶用氣月不均勻系數(shù)設(shè)計曲線圖。由圖2、3可知，川渝地區(qū)2008年的最大月不均勻系數(shù)為1.25，為了保障安全，設(shè)計取值為1.50[7]。
 

2.4 季節(jié)調(diào)峰量
    天然氣消耗的季節(jié)不均勻性主要體現(xiàn)為冬夏季用氣不平衡，通常冬季用氣量遠遠超過夏季用氣量。根據(jù)天然氣市場需求預(yù)測的逐年城市燃氣量以及城市燃氣的月不均勻系數(shù)可以計算出市場需求的城市燃氣季節(jié)調(diào)峰氣量，從而得出正常情況下長輸管道逐年夏季的逐月剩余氣量(即注氣調(diào)峰量)及冬季逐月需要補充氣量(即采氣調(diào)峰量)。相國寺地下儲氣庫計算的2020年逐月季節(jié)調(diào)峰需求量如圖4所示，圖中負值表示注氣調(diào)峰，正值表示采氣調(diào)峰。

2.5 不可中斷應(yīng)急供氣量和戰(zhàn)略儲備氣量
    根據(jù)應(yīng)急預(yù)案制訂原則，一般在出現(xiàn)供應(yīng)中斷等緊急事故情況下，必須優(yōu)先保證城市居民生活和公共福利設(shè)施等用氣。確定不可中斷應(yīng)急氣量的原則是：在出現(xiàn)供應(yīng)中斷等緊急事故狀況下，應(yīng)保障至少3d的90%城市燃氣用氣量和50%工業(yè)企業(yè)用氣量(主要是玻璃、建材企業(yè)等不可中斷用戶的用氣量)。
    如果管道可用氣源單一，在運行中必須充分考慮到氣源供應(yīng)的安全性，考慮一定的戰(zhàn)略儲備氣量。戰(zhàn)略儲備取45d的90%城市燃氣用氣量和50%工業(yè)企業(yè)用氣量作為戰(zhàn)略儲備氣量。
2.6 調(diào)峰需求總量
    季節(jié)調(diào)峰需求量和戰(zhàn)略儲備需求量構(gòu)成了季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫的調(diào)峰總需求量(只要滿足戰(zhàn)略儲備即可滿足應(yīng)急供氣要求)。相國寺地下儲氣庫調(diào)峰總量計算結(jié)果如圖5所示。
 

2.7 注采規(guī)模
    天然氣市場調(diào)峰需求總量確定后，需要對氣藏儲氣能力進行分析，核實所選氣藏儲氣能力是否滿足天然氣市場調(diào)峰需求總量的要求，合理設(shè)計油管尺寸及井位部署方案，以滿足天然氣市場對儲氣庫的正常季節(jié)調(diào)峰要求及應(yīng)急供氣要求。相國寺地下儲氣庫注采井的設(shè)計應(yīng)按照天然氣市場逐年(如圖4中的2020年調(diào)峰需求量)中各月的需求波動，將夏季逐月剩余氣量作為當月注氣量，將冬季逐月需要補充氣量作為當月調(diào)峰量，且原則上儲氣庫任意時刻均需滿足應(yīng)急供氣要求。
3 結(jié)束語
    結(jié)合川渝氣區(qū)相國寺地下儲氣庫項目設(shè)計，提出了季節(jié)調(diào)峰型地下儲氣庫調(diào)峰需求總量的計算方法和步驟，首次提出了儲氣庫注采規(guī)模及設(shè)計工作氣量的計算方法，為其他類型儲氣庫設(shè)計工作氣量的確定提供了參考，為地下儲氣庫油套管尺寸設(shè)計、注采井口數(shù)量設(shè)計以及地面工程集輸管網(wǎng)注采集輸工藝方案設(shè)計等提供了理論依據(jù)。
參考文獻
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(本文作者：胡連鋒1 李巧1 劉東2 吳兆光2 戚娟1 1.中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司西南分公司；2.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦)