天然氣產(chǎn)能負荷因子計算方法

摘 要

摘要：我國天然氣工業(yè)快速發(fā)展起步較晚，因儲備設(shè)施不健全，季節(jié)性調(diào)峰和應(yīng)急均以上游氣田的提產(chǎn)為主。從氣田科學(xué)開發(fā)角度考慮，上游氣田應(yīng)建設(shè)調(diào)峰和應(yīng)急備用能力，實際產(chǎn)量安排和產(chǎn)
摘要：我國天然氣工業(yè)快速發(fā)展起步較晚，因儲備設(shè)施不健全，季節(jié)性調(diào)峰和應(yīng)急均以上游氣田的提產(chǎn)為主。從氣田科學(xué)開發(fā)角度考慮，上游氣田應(yīng)建設(shè)調(diào)峰和應(yīng)急備用能力，實際產(chǎn)量安排和產(chǎn)能的比值(即生產(chǎn)負荷因子)，是衡量生產(chǎn)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的一個關(guān)鍵參數(shù)，對于天然氣工業(yè)的有序發(fā)展、最大限度地節(jié)約資金有著非常重要的意義。調(diào)研結(jié)果表明，目前國內(nèi)尚無該方面的系統(tǒng)研究。為此，通過研究產(chǎn)能負荷因子的影響因素及其特點，建立了產(chǎn)能負荷因子的計算公式，分析了其存在的前提條件，并利用該公式進行了舉例測算。在近期的天然氣發(fā)展規(guī)劃和戰(zhàn)略研究中，已應(yīng)用該計算方法對各氣區(qū)的產(chǎn)能負荷因子進行了計算，計算結(jié)果符合歷史供氣特點和規(guī)律，能夠指導(dǎo)氣田的科學(xué)開發(fā)、保障安全平穩(wěn)供氣。
關(guān)鍵詞：天然氣；生產(chǎn)能力；負荷因子；影響；因素；前提；計算方法；應(yīng)用效果
1 研究背景
    由于天然氣的特殊屬性，存儲及運輸?shù)入y度都很大，因而上中下游的協(xié)調(diào)發(fā)展至關(guān)重要。實際運行中，由于下游用戶需求存在季節(jié)性波動，且氣井、地面設(shè)施、管道等不可避免地存在事故風(fēng)險，天然氣消費涉及千家萬戶，一旦停供，后果不堪設(shè)想[1]。因此需要有一定的儲備隨時應(yīng)對調(diào)峰和應(yīng)急。從儲備類型來看，有儲氣庫、上游氣田、管道、LNG等手段[2]，從規(guī)模和經(jīng)濟角度來看，儲氣庫是最佳選擇。在儲運設(shè)施不完善的情況下，上游氣田可建設(shè)備用能力以滿足調(diào)峰和應(yīng)急生產(chǎn)的需要，氣田實際產(chǎn)量安排和建成產(chǎn)能的比值即產(chǎn)能負荷因子[3]。
    我國天然氣工業(yè)發(fā)展起步較晚，儲備設(shè)施不健全，長期以來，用戶調(diào)峰和應(yīng)急都靠氣田放壓提產(chǎn)來解決，影響了氣田的科學(xué)開發(fā)。近年來隨著對該問題的重視和工作的不斷深入，部分氣田開始建設(shè)備用能力，天然氣產(chǎn)能負荷因子已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢。
    利用氣田調(diào)峰也存在弊端，如氣井、地面設(shè)施、長輸管道設(shè)備閑置、投資巨大、氣田距離用戶遠應(yīng)急反應(yīng)較慢等，隨著儲氣庫等設(shè)施的不斷完善，可以適當(dāng)降低上游調(diào)峰量。結(jié)合氣田實際狀況、調(diào)峰需求和儲氣庫建設(shè)進度等因素確定各時期合理的產(chǎn)能負荷因子對于天然氣工業(yè)的有序發(fā)展、最大限度的節(jié)約資金有著非常重要的意義。
2 計算方法及測算前提條件分析
2.1 計算方法及影響因素
    產(chǎn)能負荷因子可以是某一時刻或某一時間段的值，實際應(yīng)用中以年或月為單位的較多，但從研究意義來說，以月或天為單位更能反應(yīng)實際產(chǎn)能利用情況，不論以什么為計算單位，計算方法一樣。下面以年為例，分析影響因素及計算方法。
    負荷因子的計算公式為：
    Rqc=Qp/Qpc    (1)
式中Rqc為天然氣產(chǎn)能負荷因子；Qp為天然氣年產(chǎn)量；Qpc為天然氣年生產(chǎn)能力。
    天然氣年產(chǎn)量預(yù)測可利用戰(zhàn)略規(guī)劃上中下游平衡后的結(jié)果數(shù)據(jù)。天然氣產(chǎn)能建設(shè)要滿足季節(jié)性波動生產(chǎn)和應(yīng)急備用，其中供應(yīng)波動主要與需求季節(jié)性波動和儲備調(diào)節(jié)量(儲氣庫、LNG、管道調(diào)用)有關(guān)，測算公式為：
 
式中qmax,pg為氣田生產(chǎn)井最大日生產(chǎn)能力；qpcs為氣田應(yīng)急生產(chǎn)備用井日產(chǎn)能力；qmax,n為最大日需求量；qmax,si為第i種儲備設(shè)施最大日供應(yīng)量；Rcn為商品率。
    氣田生產(chǎn)井最大日生產(chǎn)能力的確定可參考供氣歷史波動規(guī)律進行預(yù)測，也可以根據(jù)需求量和儲備設(shè)施供氣能力來確定。
    應(yīng)急備用能力根據(jù)氣區(qū)實際位置、氣田個數(shù)和規(guī)模、供需關(guān)系來確定，如英國應(yīng)急備用能力基本為供氣規(guī)模的5%左右[4]，美國在2000年之前基本在5%～10%之間，2000年以后隨著氣田生產(chǎn)能力的下降，供需壓力變大，基本不再留富余能力[5]。國內(nèi)氣區(qū)主要分布在中西部，而消費市場集中在東部、東南部，重點氣區(qū)、重點氣田應(yīng)留有應(yīng)急備用能力。如塔里木氣區(qū)單氣田規(guī)模大、氣田個數(shù)少的情況，重點氣田備用能力應(yīng)在10%以上。實際運行中，有些氣區(qū)氣井多，單井產(chǎn)量低，在建設(shè)了調(diào)峰能力后，不再建設(shè)應(yīng)急備用能力。
    最大日需求量可由市場調(diào)研結(jié)果、用戶結(jié)構(gòu)及供氣合同來確定，最大日儲備供應(yīng)量根據(jù)儲氣庫等儲備手段的最大日工作氣量確定。
    上述公式針對的是對未來年負荷因子的計算方法，而對于月和天而言，式(1)中產(chǎn)量和生產(chǎn)能力分別為月產(chǎn)量、日產(chǎn)量和月產(chǎn)能力、日產(chǎn)能力，式(2)中的計算天數(shù)分別改為30和1即可。
2.2 測算的前提條件
    產(chǎn)能負荷因子的測算受天然氣資源豐富程度、管輸能力和投資規(guī)模的限制。
    首先是上游天然氣資源的富足程度，若足夠豐富，則可以根據(jù)消費需求和儲備需求來建產(chǎn)；若供不應(yīng)求，則根據(jù)氣田最大合理生產(chǎn)能力來建產(chǎn)。
    其次，管輸能力要有富余，在用氣高峰和應(yīng)急時能夠?qū)廨斔偷接脩簦艿栏挥嗄芰Χ嗌僖彩窍拗曝摵梢蜃又荡笮〉囊粋€關(guān)鍵因素。
    產(chǎn)能建設(shè)投資巨大，建設(shè)富余能力來應(yīng)急和調(diào)峰，在春秋季節(jié)用氣低谷時期關(guān)井或減產(chǎn)、設(shè)備閑置，從企業(yè)角度來講，投資回報率降低，所以在這部分產(chǎn)能建設(shè)上的投資多少也是影響建產(chǎn)的一個因素。
    以上3個都是瓶頸制約因素，只有三者都存在且富足，負荷因子的測算結(jié)果對于科學(xué)開發(fā)氣田、安全平穩(wěn)供氣才有意義。
3 舉例計算
    以某假定市場為例測算，假設(shè)：①冬季高峰用氣量為7500×104m3/d，儲氣庫日采出量為2000×104m3，應(yīng)急備用能力為最大日供氣量的5%，月度日均消費量如表1所示，商品率按O.9考慮；②氣田資源和管輸能力足夠大，投資按照需求下達，儲氣庫夏季注氣量由該氣源提供。
    根據(jù)式(3)計算，氣田最大日供氣量為5500×104m3，氣田需要建設(shè)最大日產(chǎn)能力6111×104m3。
    依次根據(jù)式(1)、(2)計算，該氣田年度產(chǎn)能負荷因子為0.91，月度負荷因子在0.85～0.96之間(如表1所示)。
目前國內(nèi)除了北京及周邊市場有儲氣庫以外，其余市場均不具備規(guī)模儲氣庫，所以部分供氣區(qū)負荷因子更低。如青海氣區(qū)，地處西北高寒地區(qū)，冬季峰值用氣是夏季的2.5倍左右[3，6]，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，若按照氣田科學(xué)建產(chǎn)來測算，其年負荷因子在0.75左右(不考慮應(yīng)急備用能力的情況下)，實際上由于氣田能力限制，年產(chǎn)能符合因子控制在0.8～0.85，供氣高峰期只能通過部分氣井放壓生產(chǎn)。各氣區(qū)產(chǎn)能負荷因子的差距較大，主要與供氣市場位置、用戶類型和儲備設(shè)施有關(guān)。
4 結(jié)論
    1) 目前國內(nèi)供氣系統(tǒng)尚不完善，缺乏足夠的儲備設(shè)施，為滿足高峰期供氣需求和突發(fā)事件，并合理開發(fā)氣田，上游氣田在產(chǎn)能建設(shè)時需要留有余量，保持合理的產(chǎn)能負荷因子。
    2) 產(chǎn)能負荷因子的直接影響因素是調(diào)峰量、應(yīng)急備用量和儲備調(diào)節(jié)量，其測算的前提條件是充足的天然氣資源、管輸能力和投資。
3) 根據(jù)以上因素和條件測算的產(chǎn)能負荷因子能夠指導(dǎo)氣田科學(xué)開發(fā)和保障安全平穩(wěn)供氣。
參考文獻
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[2] 丁國生，李曉波，姜風(fēng)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.
[3] 趙素平，陸家亮，馬惠芳，等.天然氣產(chǎn)能負荷因子研究[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：95-97.
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[6] 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.
 
(本文作者：趙素平 陸家亮 劉素民 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)