天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子計(jì)算方法

趙素平 陸家亮 劉素民

中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院

天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子計(jì)算方法

趙素平 陸家亮 劉素民

中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院

我國(guó)天然氣工業(yè)快速發(fā)展起步較晚,因儲(chǔ)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(kāi)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(shí)際產(chǎn)量安排和產(chǎn)能的比值(即生產(chǎn)負(fù)荷因子),是衡量生產(chǎn)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),對(duì)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(guó)內(nèi)尚無(wú)該方面的系統(tǒng)研究。為此,通過(guò)研究產(chǎn)能負(fù)荷因子的影響因素及其特點(diǎn),建立了產(chǎn)能負(fù)荷因子的計(jì)算公式,分析了其存在的前提條件,并利用該公式進(jìn)行了舉例測(cè)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(jì)算方法對(duì)各氣區(qū)的產(chǎn)能負(fù)荷因子進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果符合歷史供氣特點(diǎn)和規(guī)律,能夠指導(dǎo)氣田的科學(xué)開(kāi)發(fā)、保障安全平穩(wěn)供氣。

天然氣 生產(chǎn)能力 負(fù)荷因子 影響 因素 前提 計(jì)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(chǔ)及運(yùn)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(shí)際運(yùn)行中,由于下游用戶(hù)需求存在季節(jié)性波動(dòng),且氣井、地面設(shè)施、管道等不可避免地存在事故風(fēng)險(xiǎn),天然氣消費(fèi)涉及千家萬(wàn)戶(hù),一旦停供,后果不堪設(shè)想[1]。因此需要有一定的儲(chǔ)備隨時(shí)應(yīng)對(duì)調(diào)峰和應(yīng)急。從儲(chǔ)備類(lèi)型來(lái)看,有儲(chǔ)氣庫(kù)、上游氣田、管道、LNG等手段[2],從規(guī)模和經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看,儲(chǔ)氣庫(kù)是最佳選擇。在儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施不完善的情況下,上游氣田可建設(shè)備用能力以滿(mǎn)足調(diào)峰和應(yīng)急生產(chǎn)的需要,氣田實(shí)際產(chǎn)量安排和建成產(chǎn)能的比值即產(chǎn)能負(fù)荷因子[3]。

我國(guó)天然氣工業(yè)發(fā)展起步較晚,儲(chǔ)備設(shè)施不健全,長(zhǎng)期以來(lái),用戶(hù)調(diào)峰和應(yīng)急都靠氣田放壓提產(chǎn)來(lái)解決,影響了氣田的科學(xué)開(kāi)發(fā)。近年來(lái)隨著對(duì)該問(wèn)題的重視和工作的不斷深入,部分氣田開(kāi)始建設(shè)備用能力,天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

利用氣田調(diào)峰也存在弊端,如氣井、地面設(shè)施、長(zhǎng)輸管道設(shè)備閑置、投資巨大、氣田距離用戶(hù)遠(yuǎn)應(yīng)急反應(yīng)較慢等,隨著儲(chǔ)氣庫(kù)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(shí)際狀況、調(diào)峰需求和儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)進(jìn)度等因素確定各時(shí)期合理的產(chǎn)能負(fù)荷因子對(duì)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(jì)算方法及測(cè)算前提條件分析

2.1 計(jì)算方法及影響因素

產(chǎn)能負(fù)荷因子可以是某一時(shí)刻或某一時(shí)間段的值,實(shí)際應(yīng)用中以年或月為單位的較多,但從研究意義來(lái)說(shuō),以月或天為單位更能反應(yīng)實(shí)際產(chǎn)能利用情況,不論以什么為計(jì)算單位,計(jì)算方法一樣。下面以年為例,分析影響因素及計(jì)算方法。

負(fù)荷因子的計(jì)算公式為:

式中 Rqc為天然氣產(chǎn)能負(fù)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(cè)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(mǎn)足季節(jié)性波動(dòng)生產(chǎn)和應(yīng)急備用,其中供應(yīng)波動(dòng)主要與需求季節(jié)性波動(dòng)和儲(chǔ)備調(diào)節(jié)量(儲(chǔ)氣庫(kù)、LNG、管道調(diào)用)有關(guān),測(cè)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(chǔ)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(dòng)規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè),也可以根據(jù)需求量和儲(chǔ)備設(shè)施供氣能力來(lái)確定。

應(yīng)急備用能力根據(jù)氣區(qū)實(shí)際位置、氣田個(gè)數(shù)和規(guī)模、供需關(guān)系來(lái)確定,如英國(guó)應(yīng)急備用能力基本為供氣規(guī)模的5%左右[4],美國(guó)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(guó)內(nèi)氣區(qū)主要分布在中西部,而消費(fèi)市場(chǎng)集中在東部、東南部,重點(diǎn)氣區(qū)、重點(diǎn)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(gè)數(shù)少的情況,重點(diǎn)氣田備用能力應(yīng)在10%以上。實(shí)際運(yùn)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(chǎng)調(diào)研結(jié)果、用戶(hù)結(jié)構(gòu)及供氣合同來(lái)確定,最大日儲(chǔ)備供應(yīng)量根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)等儲(chǔ)備手段的最大日工作氣量確定。

上述公式針對(duì)的是對(duì)未來(lái)年負(fù)荷因子的計(jì)算方法,而對(duì)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(jì)算天數(shù)分別改為30和1即可。

2.2 測(cè)算的前提條件

產(chǎn)能負(fù)荷因子的測(cè)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(fèi)需求和儲(chǔ)備需求來(lái)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(lái)建產(chǎn)。

其次,管輸能力要有富余,在用氣高峰和應(yīng)急時(shí)能夠?qū)廨斔偷接脩?hù),管道富余能力多少也是限制負(fù)荷因子值大小的一個(gè)關(guān)鍵因素。

產(chǎn)能建設(shè)投資巨大,建設(shè)富余能力來(lái)應(yīng)急和調(diào)峰,在春秋季節(jié)用氣低谷時(shí)期關(guān)井或減產(chǎn)、設(shè)備閑置,從企業(yè)角度來(lái)講,投資回報(bào)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(gè)因素。

以上3個(gè)都是瓶頸制約因素,只有三者都存在且富足,負(fù)荷因子的測(cè)算結(jié)果對(duì)于科學(xué)開(kāi)發(fā)氣田、安全平穩(wěn)供氣才有意義。

3 舉例計(jì)算

以某假定市場(chǎng)為例測(cè)算,假設(shè):①冬季高峰用氣量為7 500×104m3/d,儲(chǔ)氣庫(kù)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(fèi)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(dá),儲(chǔ)氣庫(kù)夏季注氣量由該氣源提供。

根據(jù)式(3)計(jì)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(jì)算,該氣田年度產(chǎn)能負(fù)荷因子為0.91,月度負(fù)荷因子在0.85～0.96之間(如表1所示)。

表1 天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子測(cè)算數(shù)據(jù)表

目前國(guó)內(nèi)除了北京及周邊市場(chǎng)有儲(chǔ)氣庫(kù)以外,其余市場(chǎng)均不具備規(guī)模儲(chǔ)氣庫(kù),所以部分供氣區(qū)負(fù)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(méi)有條件建設(shè)用于調(diào)峰的地下儲(chǔ)氣庫(kù),若按照氣田科學(xué)建產(chǎn)來(lái)測(cè)算,其年負(fù)荷因子在0.75左右(不考慮應(yīng)急備用能力的情況下),實(shí)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(guò)部分氣井放壓生產(chǎn)。各氣區(qū)產(chǎn)能負(fù)荷因子的差距較大,主要與供氣市場(chǎng)位置、用戶(hù)類(lèi)型和儲(chǔ)備設(shè)施有關(guān)。

4 結(jié)論

1)目前國(guó)內(nèi)供氣系統(tǒng)尚不完善,缺乏足夠的儲(chǔ)備設(shè)施,為滿(mǎn)足高峰期供氣需求和突發(fā)事件,并合理開(kāi)發(fā)氣田,上游氣田在產(chǎn)能建設(shè)時(shí)需要留有余量,保持合理的產(chǎn)能負(fù)荷因子。

2)產(chǎn)能負(fù)荷因子的直接影響因素是調(diào)峰量、應(yīng)急備用量和儲(chǔ)備調(diào)節(jié)量,其測(cè)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(cè)算的產(chǎn)能負(fù)荷因子能夠指導(dǎo)氣田科學(xué)開(kāi)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(diǎn)思考[J].天然氣工業(yè),2009,29(1):13-16.

[2]丁國(guó)生,李曉波,姜鳳光,等.“西氣東輸”二線調(diào)峰應(yīng)急問(wèn)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(fù)荷因子研究[J].天然氣工業(yè),2009,29(5):95-97.

[4]Ruairidh(Rory)Stewart.英國(guó)天然氣價(jià)格揮發(fā)式增長(zhǎng)[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(guó)本土48州天然氣生產(chǎn)能力[EB/OL].美國(guó)能源資料協(xié)會(huì),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(wèn)題研究[D].北京:中國(guó)石油勘探開(kāi)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(kāi)發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃研究工作。地址:(065007)河北省廊坊市萬(wàn)莊44號(hào)信箱。電話:(010)69213421。E-mail:zhaosp69@petrochina.com.cn

趙素平等.天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子計(jì)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