天然氣產(chǎn)能負荷因子研究

摘 要

摘要：中國石油天然氣供應(yīng)體系目前正處于形成和發(fā)展初期，儲氣庫等配套設(shè)施不完善，季節(jié)性調(diào)峰以上游氣田增產(chǎn)為主、供氣不均勻性突出，用氣高峰期天然氣產(chǎn)量高于產(chǎn)能運行，不利于氣田
摘要：中國石油天然氣供應(yīng)體系目前正處于形成和發(fā)展初期，儲氣庫等配套設(shè)施不完善，季節(jié)性調(diào)峰以上游氣田增產(chǎn)為主、供氣不均勻性突出，用氣高峰期天然氣產(chǎn)量高于產(chǎn)能運行，不利于氣田的科學開發(fā)。產(chǎn)能建設(shè)安排既要滿足調(diào)峰生產(chǎn)和突發(fā)事件應(yīng)急需要，又要考慮投資經(jīng)濟回報，因此科學合理產(chǎn)能負荷因子的研究尤為重要。通過分析國外開發(fā)歷史數(shù)據(jù)及中國石油典型氣區(qū)的供氣特點，確定了中國石油天然氣近期產(chǎn)能負荷因子應(yīng)控制在0.8～0.9，各氣區(qū)因不同的供氣市場特點而有所差異。產(chǎn)能負荷因子作為確保生產(chǎn)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的一個關(guān)鍵指標，其研究成.果在中國石油各氣區(qū)的生產(chǎn)管理過程中已經(jīng)得以推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：天然氣；生產(chǎn)能力；負荷因子；供氣；調(diào)整
0 引言
目前中國石油天然氣供應(yīng)體系正處于形成和發(fā)展期間，安全供氣體系還不完善，由于供氣量的迅速增長和用氣結(jié)構(gòu)的變化，季節(jié)性不均勻問題突出，而調(diào)峰手段配套建設(shè)滯后，目前季節(jié)性調(diào)峰手段主要利用上游提高氣田采氣速度增加產(chǎn)量來滿足用氣高峰期的需要，調(diào)峰期產(chǎn)量高于產(chǎn)能運行。利用上游放壓調(diào)峰對氣田開發(fā)生產(chǎn)危害大，天然氣生產(chǎn)壓力過重，氣井長期放大壓差生產(chǎn)，造成地層能量下降過快，邊底水侵入，氣井出水、出砂、甚至水淹停產(chǎn)，從而使氣田生產(chǎn)能力下降，穩(wěn)產(chǎn)期縮短，氣田最終采出程度低。
為了安全穩(wěn)定供氣，又不至于放壓提產(chǎn)傷害氣田，在以上游調(diào)峰為主的發(fā)展階段，增建一定的調(diào)峰產(chǎn)能是必要的。隨著近幾年勘探新發(fā)現(xiàn)，儲量大幅地增加，具有增建產(chǎn)能的基礎(chǔ)，另外，輸氣管線建設(shè)也在積極進行，近幾年內(nèi)未能滿負荷輸氣，這也具有上游調(diào)峰的條件。
產(chǎn)能建設(shè)投資巨大，若投產(chǎn)后長時間不能滿負荷運行，就會造成資金設(shè)備的閑置等，從經(jīng)濟角度來說也是不利的。
從上述的氣田合理開發(fā)、安全平穩(wěn)供氣和經(jīng)濟效益來考慮，探索合理產(chǎn)能負荷因子勢在必行。
1 國外天然氣產(chǎn)供特點
1.1 美國供氣特點
從美國的產(chǎn)能和產(chǎn)量的歷史關(guān)系可以看出(圖1)[1]，1995年之前，當產(chǎn)能負荷因子(產(chǎn)量與產(chǎn)能的比值)在65%～90%時，存在上游調(diào)峰，產(chǎn)量出現(xiàn)季節(jié)性的波動；1995年以后，產(chǎn)能負荷因子迅速提升，當大于90%以后，產(chǎn)量不再隨季節(jié)波動，2000年以后產(chǎn)量和產(chǎn)能曲線基本吻合，產(chǎn)能不再留有富余。調(diào)峰用氣量主要靠儲氣庫和進口的天然氣[2]。
 

美國的產(chǎn)能負荷因子直接受氣價的影響，高氣價直接刺激新鉆井和完井工藝的增加，產(chǎn)能也隨之增加，產(chǎn)能負荷因子降低。而產(chǎn)能負荷因子反過來又影響價格和鉆井，如果產(chǎn)能負荷因子超過90%，就會引起儲氣量減少、價格上漲等。當天然氣產(chǎn)能負荷因子低于90%時，天然氣井口平均價格都在0.1美元/m3以下。天然氣價格的低迷導致鉆井和完井數(shù)量的減少，產(chǎn)能隨之降低，產(chǎn)能負荷因子上升。如1998～1999年低油氣價格導致天然氣產(chǎn)能負荷因子增加到90%～92%。
1.2 英國供氣特點
從英國的供氣歷史來看，每年的1、2、3、11、12月份為高峰用氣月(圖2)[3]，上游調(diào)峰量為年產(chǎn)量的6.5%～12.1%，月度不均勻系數(shù)1995年最大為1.47，逐年降低，2004年為1.23，說明英國上游調(diào)峰壓力有所緩和。目前英國的產(chǎn)能負荷因子在0.88以上，冬季高峰期滿負荷運行。據(jù)IHS咨詢公司資深專家稱，除考慮調(diào)峰外，還應(yīng)有5%～10%左右的備用能力，以備發(fā)生意外事故時，保證正常供氣。
 

2 中國石油供氣特點及合理負荷因子
由于中國石油供應(yīng)市場分布的自然地理位置等原因，調(diào)峰等矛盾表現(xiàn)程度也不盡相同。根據(jù)對中國石油目前供用氣系統(tǒng)的調(diào)查和分析，除陜京線具有調(diào)峰儲氣庫外，其他調(diào)峰問題主要靠氣源區(qū)產(chǎn)量調(diào)節(jié)來解決，供氣波動性明顯。
近幾年由于受國家經(jīng)濟宏觀調(diào)控政策和城市環(huán)保要求提高等因素的影響，民用、發(fā)電等用氣增長較快，但民用和采暖用氣的季節(jié)性不均勻問題突出，冬季高月和夏季低月值相差很大。中國石油每年的1、2、3、10、11、12等6個月的不均勻系數(shù)偏大(不均勻系數(shù)為月產(chǎn)量與年均月產(chǎn)量的比值)，最高為12月份，連續(xù)6a的12月不均勻系數(shù)都在1.2以上，2005年不均勻系數(shù)達到了1.54的高峰，峰谷差為1.3～1.5倍(圖3)[4～5]。
 

中國石油天然氣負荷因子近幾年都在0.97以上(表1)，冬季用氣高峰期更高，供氣壓力較大，影響了氣田科學開發(fā)。
從單一氣區(qū)看，也存在產(chǎn)量波動，尤其是在下游儲氣設(shè)施不完善和管道未達到滿負荷時，波動更大。長慶、青海氣區(qū)最為典型。
表1 中國石油歷年氣層氣負荷因子表
氣區(qū)
2000年
2001年
2002年
2003年
2004年
2005年
2006年
青海
0.6
0.74
0.98
1.07
0.87
0.93
0.7
塔里木
 
0.97
0.84
0.88
0.84
0.81
0.89
西南
0.96
1.11
1.03
1.02
0.93
0.95
0.96
長慶
0.91
0.95
1.03
1.05
0.97
1.02
0.97
中國石油
0.97
1.01
1.03
1.03
1
0.97
0.92
注：數(shù)據(jù)來自中國石油天然氣開發(fā)公報。
長慶氣區(qū)的供應(yīng)市場用氣結(jié)構(gòu)基本以民用及采暖為主，冬夏需求量懸殊。生產(chǎn)的不均勻情況十分明顯，冬季4個月不均勻系數(shù)均大于1。產(chǎn)量的波動幅度及不均勻系數(shù)變化很大，不均勻系數(shù)0.55～1.83(圖4)，每年的峰谷差在1.22～3.05之間。隨著供氣量基數(shù)的增加，峰谷差有擴大之勢，調(diào)峰產(chǎn)量最高達到19.2%(調(diào)峰期為1、2、11、12月)。隨著大港儲氣庫系統(tǒng)逐漸完善，儲氣庫調(diào)峰作用逐步增強，2004年陜京線全年滿負荷輸氣，產(chǎn)量波動減小，調(diào)峰期氣田生產(chǎn)的調(diào)峰量所占比例總體呈下降之勢，由2000年的19.2%下降到2006年的5.4%(表2)。
 

表2 長慶氣區(qū)2000～2006年天然氣調(diào)峰產(chǎn)量情況表
年度
高月產(chǎn)量(104m3)
低月產(chǎn)量(104m3)
年調(diào)峰產(chǎn)量(10 4m3)
調(diào)峰氣量占年產(chǎn)量比例(%)
2000
30872
10115
38711
19.2
2001
43247
15418
39688
11.8
2002
49949
19726
55560
14.4
2003
68631
31392
46364
9.2
2004
66372
54477
17984
2.5
2005
75147
50913
21317
2.9
2006
86407
53715
42464
5.4
青海氣區(qū)地處西北高寒地區(qū)，冬季是天然氣產(chǎn)銷兩旺的黃金季節(jié)，冬季峰值用氣是夏季的2.5倍，目前外輸管道下游沒有條件建設(shè)用于調(diào)峰的地下儲氣庫，因此運用上游氣田儲備氣井產(chǎn)能，自身調(diào)節(jié)峰值供氣使得季節(jié)不均勻性生產(chǎn)十分嚴重。冬季約4個月，不均勻系數(shù)大于1.0，高月超過1.60，在2000年最大達到2.33，其他月份均小于1.0，最低月只有0.6左右(圖5)，近幾年的峰谷差最高達3.9倍，最低為1.76倍。由于青海氣區(qū)供氣系統(tǒng)尚無配套儲氣庫和其他調(diào)峰設(shè)施，2002年以后隨著對外供氣量增加，調(diào)峰產(chǎn)量所占比例較大，每年的1、2、11、12月用氣高峰期，用氣量超過全年的10%(表3)。高峰期澀北氣田超負荷生產(chǎn)，導致出砂出水嚴重，動搖了穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。
 

目前，中國石油儲氣庫有效工作氣量僅占產(chǎn)量的3%左右，而世界平均天然氣消費量的15%都由儲氣庫調(diào)節(jié)[6]。在儲氣設(shè)施調(diào)峰還不完善的情況下，中國石油上游需儲備12%的產(chǎn)能進行調(diào)峰以保障安全平穩(wěn)供氣。
表3 青海氣區(qū)2000～2006年天然氣調(diào)峰產(chǎn)量表
年度
高月產(chǎn)量(104m3)
低月產(chǎn)量(104m3)
年調(diào)峰產(chǎn)量(10 4m3)
調(diào)峰氣量占年產(chǎn)量比例(%)
2000
4605
1650
1717
6.7
2001
8702
2808
6120
13.6
2002
14942
5174
125311
11.9
2003
16158
9356
12976
9.0
2004
20906
8064
24573
14.5
2005
27661
11201
29245
14.6
2006
27881
12293
28327
12.0
如前所述，由于供氣不均勻性的客觀存在，在進行產(chǎn)能建設(shè)計劃和產(chǎn)量安排時應(yīng)適當留有余量，即合理的產(chǎn)能負荷因子。
根據(jù)典型氣區(qū)近幾年冬季調(diào)峰產(chǎn)量狀況，以及國外天然氣工業(yè)發(fā)展比較成熟的國家產(chǎn)供關(guān)系歷史分析，并結(jié)合近幾年供氣不均勻系數(shù)分析，近幾年中國石油負荷因子應(yīng)保持在0.8～0.9，這是實現(xiàn)安全平穩(wěn)供氣和科學開發(fā)氣田的關(guān)鍵措施之一。
3 結(jié)論
1) 天然氣需求存在季節(jié)性波動，而目前中國石油供氣系統(tǒng)尚不完善，季節(jié)調(diào)峰主要靠上游生產(chǎn)滿足，導致天然氣產(chǎn)量隨著季節(jié)波動。
2) 為滿足高峰期需求和突發(fā)事件，并合理開發(fā)氣田，在產(chǎn)能建設(shè)時需要留有余量。
3) 分析國外天然氣供氣歷史，結(jié)合中國石油目前天然氣供應(yīng)特點，認為天然氣產(chǎn)能負荷因子應(yīng)保持在0.8～0.9之間。
參考文獻
[1] Natural gas productive capacity for the lower-48 states[EB/OL].Energy Information Administration，1997.
[2] Annual energy review 2007[EB/OL].Energy Information Administration，2008.
[3] NATURAL U K. Gas：Prices & volatility increasing [EB/OL].Oil Service Industry Research，2004.
[4] 陸家亮.中石油供氣能力及調(diào)峰問題研究[D].北京：中國石油勘探開發(fā)研究院，2005.
[5] 陸家亮，趙素平.天然氣開發(fā)規(guī)律調(diào)研及氣田開發(fā)關(guān)鍵問題跟蹤分析與對策研究[R].河北廊坊：中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，2007.
[6] 丁國生，李曉波，姜風光，等.“西氣東輸”二線調(diào)峰應(yīng)急問題探討[J].天然氣工業(yè)，2008，28(12)：92-94.
　
(本文作者：趙素平 陸家亮 馬惠芳 唐紅君 劉素民 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)