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

天然氣產(chǎn)能負荷因子計算方法

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

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。

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:

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?管道富余能力多少也是限制負荷因子值大小的一個關(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7 500×104m3/d,儲氣庫日采出量為2 000×104m3,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0.9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5 500×104m3,氣田需要建設(shè)最大日產(chǎn)能力6 111×104m3。

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)。

表1 天然氣產(chǎn)能負荷因子測算數(shù)據(jù)表

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。

[1]石興春.關(guān)于天然氣產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的幾點思考[J].天然氣工業(yè),2009,29(1):13-16.

[2]丁國生,李曉波,姜鳳光,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.

[4]Ruairidh(Rory)Stewart.英國天然氣價格揮發(fā)式增長[EB/ OL].石油服務(wù)工業(yè)研究,2004.http:∥3gcl.co.uk/3GCL/ Datasheets/A lt%20Energy/U K%20Natural%20gas.pdf.

[5]美國本土48州天然氣生產(chǎn)能力[EB/OL].美國能源資料協(xié)會,2002.http:∥www.eia.doe.gov/pub/oil_gas/natural _gas/analysis_publications/ngcap2003/ngcap2003.pdf.

[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.

A calculation method of natural gas productivity load factor

Zhao Suping,Lu Jialiang,Liu Sumin
(L angfang B ranch,Petroleum Ex p loration and Development Research Institute,PetroChina,Langfang, Hebei 065007,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 11,pp.51-52,11/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Natural gas industry is developing fast although started late in China.However,due to the imperfect gas sto rage facilities, seasonal peaking and emergency need have to depend desperately on the surge of upstream gas p roduction in fields.From the perspective of scientific development of gas reservoirs,the upstream gasoperato rs should make their fields adequate to meet the peaking need and instant requirements and obtain the ratio between actual p roduction and p roductive capacity,i.e.,the p roductivity load facto r.This indicator is a key parameter inmeasuring w hether the p roduction system isoperated safely and stably.Moreover,it is very important for gasoperato rs to help p romote the orderly development of Chinese gas industry and save their cost to themaximum degree.A survey show s that no systematic research on the p roductivity load factor has ever been conducted by now in China.Therefo re,through studying the influencing elementson the p roductivity load facto r and their characteristics,we developed a calculation

fo rmula of the p roductivity load factor,the p rerequisites of w hich was also discussed and the verification of w hich was thusmade by many cases.In the recent natural gas development p lan and strategic research,this calculationmethod was used to calculate the p roductivity load facto r atmany gas fields,and the calculation resultsagreed wellw ith the features and regular patternsof gas supp ly in history.In summary,this calculationmethod can be used to direct the scientific development of gas fields and guarantee the safe and stable gas supp ly.

natural gas,p roductive capacity,load facto r,influencing facto rs,p rerequisites,calculation method,app lication effect DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.11.013

趙素平,女,1979年生,工程師,碩士;現(xiàn)從事天然氣開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃研究工作。地址:(065007)河北省廊坊市萬莊44號信箱。電話:(010)69213421。E-mail:zhaosp69@petrochina.com.cn

趙素平等.天然氣產(chǎn)能負荷因子計算方法.天然氣工業(yè),2010,30(11):51-52.

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.11.013

(修改回稿日期 2010-08-25 編輯 韓曉渝)

Zhao Suping,engineer,born in 1979,holdsan M.Sc.degree,beingmainly engaged in research of natural gas development strategy planning.

Add:Mail Box 44,Wangzhuang,Langfang,Hebei 065007,P.R.China

Tel:+86-10-6921 3421 E-mail:zhaosp69@petrochina.com.cn