基于油氣能量計(jì)量的多個(gè)氣田產(chǎn)品分配方法——以崖城13－1和崖城13－4氣田為例

鄧傳忠 沈 宏 涂少勇 李勁松 謝艷娥

1．中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司 2．中海石油（中國(guó)）有限公司崖城作業(yè)公司

目前，我國(guó)在天然氣上游領(lǐng)域開(kāi)展的貿(mào)易計(jì)量還不多，涉及需要分配計(jì)量產(chǎn)品的情況就更少。然而隨著我國(guó)天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，特別是外資公司等與三大石油公司合作開(kāi)發(fā)海內(nèi)外氣田的情況日益增多以及不同進(jìn)口氣源的接入，迫切需要通過(guò)實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)和形成分配計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)方法。

單純的天然氣能量計(jì)量與計(jì)價(jià)已成為目前國(guó)際上最流行的天然氣貿(mào)易和消費(fèi)計(jì)量與結(jié)算方式［1－3］，中海油崖城13－1氣田與香港中華電力簽署的是國(guó)內(nèi)首個(gè)以能量計(jì)量和能量結(jié)算的貿(mào)易合同［4］，但涉及不同權(quán)益方共用處理和集輸設(shè)施，且油、氣同時(shí)采用能量計(jì)量和分配的例子國(guó)內(nèi)還沒(méi)有［5］。筆者以崖城13－4氣田接入崖城13－1氣田生產(chǎn)和集輸系統(tǒng)聯(lián)合開(kāi)發(fā)為例，論述了國(guó)內(nèi)首個(gè)上游領(lǐng)域油、氣產(chǎn)品分配計(jì)量模式的應(yīng)用實(shí)踐。

崖城13－1氣田由中海油與BP和科威特國(guó)家石油公司合作開(kāi)發(fā)，產(chǎn)能已開(kāi)始遞減，設(shè)施處理能力有較大富余，而下游用戶迫切希望找到接替氣源。而崖城13－4氣田是中海油自營(yíng)小氣田，單獨(dú)開(kāi)發(fā)沒(méi)有效益，因此考慮依托附近的崖城13－1氣田進(jìn)行開(kāi)發(fā)，所產(chǎn)天然氣全部供給香港中華電力。兩個(gè)氣田聯(lián)合生產(chǎn)的主要工藝流程見(jiàn)圖1。相當(dāng)于崖城13－1氣田總產(chǎn)量約22%的天然氣與兩個(gè)氣田的凝析油經(jīng)內(nèi)徑355．6mm、91km長(zhǎng)的海管混輸至海南南山終端。其余的干氣經(jīng)內(nèi)徑711．2mm、778km海管輸往香港終端。南山終端油氣處理后有干氣、凝析油和LPG等3種產(chǎn)品。

由于涉及多方權(quán)益（中海油、崖城13－1氣田合作外方、香港中華電力），氣田生產(chǎn)管理［6］和商務(wù)方面都需要將集輸管線內(nèi)儲(chǔ)存以及兩個(gè)終端生產(chǎn)的油氣產(chǎn)品公平、準(zhǔn)確地分配到兩個(gè)氣田。這就需要確定生產(chǎn)、集輸和處理過(guò)程中油、氣產(chǎn)品的計(jì)量方法和分配方法。

Philip A Lawrence介紹了國(guó)外涉及天然氣和凝析油分配計(jì)量的基本方法和實(shí)例［7］，文中指出，由于不同項(xiàng)目的復(fù)雜性，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的油氣分配計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，但分配計(jì)量系統(tǒng)中，有條件的計(jì)量裝置應(yīng)盡量按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和執(zhí)行。既要確保分配計(jì)量系統(tǒng)達(dá)到一定的準(zhǔn)確度，又要使項(xiàng)目的資金投入經(jīng)濟(jì)可行。

兩個(gè)氣田部分參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。兩個(gè)氣田的天然氣經(jīng)過(guò)水露點(diǎn)、烴露點(diǎn)、壓力和溫度控制，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足天然氣銷售合同對(duì)供氣規(guī)格的要求。從表1可以看出，兩個(gè)氣田雖然凝析油氣比接近，但天然氣組分含量和單位熱值存在差異。另外，整個(gè)系統(tǒng)中油氣存在多個(gè)混合節(jié)點(diǎn)，不同節(jié)點(diǎn)的油氣組分有差異。因此，油氣產(chǎn)品若簡(jiǎn)單采用體積單位進(jìn)行計(jì)量和分配是不公平的。雖然整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中油氣體積量是不守恒的，但整個(gè)系統(tǒng)油氣總組分守恒，即油氣總能量守恒。因此油氣均采用統(tǒng)一的能量單位進(jìn)行計(jì)量和結(jié)算是科學(xué)和公平的。

為明確整個(gè)接入分配計(jì)量系統(tǒng)的商務(wù)條款、生產(chǎn)操作（包括計(jì)量）手冊(cè)、油氣產(chǎn)品計(jì)量和分配方法、責(zé)任和義務(wù)等相關(guān)內(nèi)容，各方通過(guò)研究、談判，形成并簽署了5份商務(wù)和技術(shù)協(xié)議?；谶@些協(xié)議，以氣田生產(chǎn)管理信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，編寫(xiě)了崖城13－1和崖城13－4氣田油氣計(jì)量分配軟件系統(tǒng)［8］。實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)量、燃料和放空氣量、凝析油和LPG以及銷售氣量的準(zhǔn)確分配，對(duì)管存量的管理，對(duì)各氣田的生產(chǎn)指導(dǎo)，并形成相應(yīng)的商務(wù)結(jié)算報(bào)表。

圖1 崖城13－1和崖城13－4氣田聯(lián)合生產(chǎn)、處理、輸送及銷售流程示意圖

表1 崖城13－1和崖城13－4氣田天然氣產(chǎn)量及組分特性對(duì)比表

1 油、氣能量計(jì)量方法

南山終端和香港終端的商品天然氣分別采用標(biāo)準(zhǔn)孔板和多聲道超聲波流量計(jì)進(jìn)行貿(mào)易計(jì)量，采用標(biāo)準(zhǔn)分別為ISO 5167—2003和GB／T 18604—2001。南山終端凝析油采用科里奧利流量計(jì)計(jì)量，LPG采用磅秤計(jì)量。

崖城13－4氣田產(chǎn)出流體在接入崖城13－1氣田生產(chǎn)系統(tǒng)之前，計(jì)量點(diǎn)在海上平臺(tái)，空間有限，天然氣和凝析油難以達(dá)到常規(guī)貿(mào)易交接計(jì)量的流體規(guī)格指標(biāo)［9］。因此，油氣計(jì)量設(shè)備力求以合理的資金投入達(dá)到各方可接受的計(jì)量精度。經(jīng)專門設(shè)計(jì)的旋流分離器和捕霧器處理，氣相中的液滴粒徑小于5μm，可以認(rèn)為達(dá)到了沒(méi)有自由液體的平衡氣（氣相中自由液體體積比大于10%的流體為濕氣）狀態(tài)。本文參考文獻(xiàn)［7］認(rèn)為，適用于干氣的計(jì)量方式也可以用于平衡氣的流量計(jì)量。為保證氣相流態(tài)穩(wěn)定，對(duì)崖城13－4氣田氣相計(jì)量裝置采取了保溫、整流的措施。氣相流量采用多聲道超聲波流量計(jì)計(jì)量［10］，液相采用含水率儀和渦輪流量計(jì)計(jì)量，得到水產(chǎn)量和（帶壓）凝析油產(chǎn)量。經(jīng)美國(guó) MSI（Multiphase Systems Integration）實(shí)驗(yàn)室理論分析，崖城13－4氣田氣相計(jì)量不確定度小于2．1%，油氣能量計(jì)量的系統(tǒng)不確定度［11－12］小于2．5%（凝析油產(chǎn)量低，不確定度對(duì)系統(tǒng)總不確定度影響不大）。

各天然氣計(jì)量橇均配備天然氣累積取樣器和在線色譜組分分析儀（供監(jiān)測(cè)比對(duì)之用），每月由各方同意的有資質(zhì)的第三方實(shí)驗(yàn)室分析單位熱值；LPG的單位熱值定期采用色譜組分分析結(jié)果計(jì)算得到；終端商品凝析油單位熱值采用燃燒法分析；經(jīng)各方協(xié)商，崖城13－4氣田的帶壓凝析油單位熱值是在參考溶解氣油比的基礎(chǔ)上，取終端商品凝析油熱值和LPG熱值之間的值。

2 油氣能量分配方法

2．1 崖城13－1氣田生產(chǎn)量確定

由于系統(tǒng)中沒(méi)有達(dá)到貿(mào)易計(jì)量精度的流量計(jì)計(jì)量崖城13－1氣田單獨(dú)生產(chǎn)的油氣產(chǎn)量，故采用差值法確定該氣田當(dāng)日生產(chǎn)的油氣總能量值。計(jì)算公式為：

式中E13－1和E13－4分別為崖城13－1氣田和崖城13－4氣田當(dāng)日生產(chǎn)的油氣總能量；GHK和GHN分別為香港終端和南山終端當(dāng)日天然氣總銷售能量；CC和LPGC分別為當(dāng)日南山終端凝析油和LPG總罐存變化量（能量），若有銷售則該數(shù)為負(fù)；CS和LPGS分別為當(dāng)日南山終端凝析油和LPG總銷售量（能量）；F為當(dāng)日崖城整個(gè)生產(chǎn)、處理、輸送系統(tǒng)的燃料氣和放空氣總能量；LPC為當(dāng)日香港管線中天然氣總管存變化量（能量），即日末管存量減去日初管存量。

2．2 凝析油、LPG和燃放氣量分配

鑒于兩個(gè)氣田生產(chǎn)凝析油氣比、凝析油密度都基本一致，且凝析油和LPG能量占總能量的比例較?。s3%），南山終端當(dāng)日生產(chǎn)的凝析油和LPG量按兩個(gè)氣田當(dāng)日生產(chǎn)的油氣總能量比例分配到兩個(gè)氣田。

通過(guò)商務(wù)談判，崖城13－4氣田權(quán)益方除了按天然氣產(chǎn)量向崖城13－1氣田權(quán)益方支付處理和輸送費(fèi)外，還需分?jǐn)傄欢ū壤娜剂蠚饬俊?/p>

2．3 庫(kù)存賬戶管理模式

2．3．1 庫(kù)存賬戶

為了對(duì)各氣田已經(jīng)“接入”崖城處理和輸送系統(tǒng)的油、氣能量以及在各貿(mào)易交點(diǎn)銷售的油、氣能量進(jìn)行科學(xué)管理和公正、合理分配，引入了類似銀行賬戶的“庫(kù)存賬戶”概念，即“崖城處理和輸送系統(tǒng)”相當(dāng)于銀行，接入該系統(tǒng)的兩個(gè)氣田按比例建立“庫(kù)存賬戶”，各氣田可通過(guò)自己的“庫(kù)存賬戶”存入、取出一定量的天然氣。

至香港的管線外輸壓力有較大的調(diào)節(jié)空間，天然氣管存量大，管存量為（0．25～0．5）×108m3，相當(dāng)于（0．9～1．8）×109MJ，管存量計(jì)算較容易。而海南管線為油氣混輸管線，管存量難以準(zhǔn)確計(jì)算，且管存量相對(duì)?。s0．04×109MJ），因而將海南管線管存量考慮為常數(shù)，且全部歸崖城13－1氣田。

因此，“庫(kù)存賬戶”實(shí)際是指兩個(gè)氣田按合同供氣量比例分配的香港管線存量額度，“庫(kù)存賬戶值”則是各氣田某時(shí)刻在香港管線中擁有的天然氣能量值。

2．3．2 管存量指標(biāo)

通過(guò)香港用戶天然氣指定量與香港管線存量之間的關(guān)系，建立管存量指標(biāo)的圖版（圖2）。天然氣指定量是指用戶根據(jù)天然氣購(gòu)銷合同向賣方提出的日計(jì)劃用氣量（能量）。該數(shù)據(jù)除用于協(xié)助賣方制訂生產(chǎn)計(jì)劃外，還可用于買方向賣方追溯供氣短缺量，在該接入項(xiàng)目中，用戶指定量數(shù)據(jù)還是將當(dāng)天香港終端天然氣總銷售量分配到兩個(gè)氣田的重要依據(jù)之一。

圖2 崖城13－1氣田和崖城13－4氣田管存量圖版

圖2中4條曲線的含義分別如下：

1）“靜態(tài)能量水平（Static Energy Level，簡(jiǎn)稱STEL）”曲線：該曲線對(duì)應(yīng)香港管線最低操作壓力下的管存量，若管存量低于該值，也意味著香港終端供氣壓力將可能低于合同規(guī)定值。該曲線是一條水平線，與用戶指定量無(wú)關(guān)。

2）“最小允許能量水平（Minimum Allowable Energy Level，簡(jiǎn)稱 MAEL）”曲線：即在“STEL”以上，且剛好能滿足買方當(dāng)日指定量的管存量。按照分配協(xié)議，管存量數(shù)據(jù)需要達(dá)到“MAEL”才有資格按當(dāng)日用戶指定量比例分配香港終端當(dāng)日天然氣銷售量。

3）“目標(biāo)管存能量水平（Target Energy Level，簡(jiǎn)稱TAEL）”曲線：在滿足買方指定量的前提下，還具備一定調(diào)峰能力的管存量（一般要求在48h以上）。管存量位于該曲線上對(duì)生產(chǎn)管理最為有利。

4）“最大允許能量水平（Maximum Allowable En－ergy Level，簡(jiǎn)稱XAEL）”曲線：綜合反映當(dāng)前氣田最大產(chǎn)氣能力、壓縮機(jī)最大外輸壓力以及管線最大操作壓力的極限管存量值。

根據(jù)這兩個(gè)氣田的香港用戶合同供氣量比例以及當(dāng)日買方提出的指定量比例分配給兩個(gè)氣田，得到兩個(gè)氣田各自用戶指定量對(duì)應(yīng)庫(kù)存賬戶有關(guān)的4個(gè)管存量指標(biāo)?！癟AEL”和“XAEL”兩個(gè)指標(biāo)用于指導(dǎo)氣田的生產(chǎn)安排；“MAEL”和“STEL”則直接關(guān)系到兩個(gè)氣田香港終端天然氣銷售量的具體分配模式。

2．4 天然氣銷售量分配

各氣田當(dāng)日生產(chǎn)的油氣總能量加上當(dāng)日初始“庫(kù)存賬戶值”，扣除當(dāng)日分配的凝析油、LPG、燃料與放空氣以及南山天然氣銷售量（能量），即得到各氣田當(dāng)日香港天然氣銷售量分配前的“庫(kù)存賬戶值”。

利用香港用戶提交的當(dāng)日指定量（兩個(gè)氣田分別提供）查庫(kù)存賬戶圖版，可計(jì)算得到兩個(gè)氣田與庫(kù)存賬戶相關(guān)的4個(gè)指標(biāo)。

將香港天然氣銷售量分配前的“庫(kù)存賬戶值”分別減去“MAEL”和“STEL”指標(biāo)，得到“MAEL”以上的管存量值（簡(jiǎn)稱Above MAEL）和“STEL”以上的管存量值（簡(jiǎn)稱Above STEL）。香港天然氣銷售量將基于這兩個(gè)差值及用戶當(dāng)日天然氣指定量逐步分配到各氣田。具體步驟如下：

1）若各氣田“Above MAEL”值均高于當(dāng)日各氣田指定量，則優(yōu)先按照日指定量數(shù)據(jù)分配當(dāng)日天然氣銷售量。

2）若有一個(gè)氣田“Above MAEL”值低于當(dāng)日該氣田指定量數(shù)據(jù)，則以該氣田“Above MAEL”值和另一個(gè)氣田的當(dāng)日指定量為相對(duì)比例分配銷售量。

3）若香港終端當(dāng)日銷售量大于步驟2）中述及的該氣田“Above MAEL”與另一個(gè)氣田的當(dāng)日指定量之和，則先分別按該氣田“Above MAEL”值和另一個(gè)氣田的當(dāng)日指定量分配銷售量。剩余未分完的銷售量由另一個(gè)氣田剩余的“Above MAEL”值分擔(dān)。

4）若另一個(gè)氣田剩余的“Above MAEL”值仍小于未分配完的銷售量，則按照兩個(gè)氣田剩余的“Above STEL”值比例分配未分配完的銷售量。

5）若分配至第4）項(xiàng)仍未將天然氣銷售量分配完，則按照兩個(gè)氣田剩余的“庫(kù)存賬戶值”比例分配未分配完的銷售量。

各氣田在上述1）～5）項(xiàng)中的分配量之和即為該氣田當(dāng)日在香港終端的天然氣銷售量，用各氣田當(dāng)日香港天然氣銷售量分配前的“庫(kù)存賬戶值”減去該氣田當(dāng)日香港天然氣銷售量即為各氣田當(dāng)日日末的“庫(kù)存賬戶值”，也是該氣田下一天的日初“庫(kù)存賬戶值”。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，某個(gè)氣田可能會(huì)因?yàn)闅獠禺a(chǎn)能問(wèn)題或者生產(chǎn)設(shè)施故障，導(dǎo)致該氣田產(chǎn)量短期降低、“庫(kù)存賬戶值”低于“MAEL”，而面臨上述2）～5）項(xiàng)目的分配情況，使得兩個(gè)氣田的天然氣銷售量比例與合同供氣量比例出現(xiàn)差異，即相當(dāng)于短期內(nèi)兩個(gè)“庫(kù)存賬戶”之間的短期拆借。根據(jù)相關(guān)協(xié)議條款，各方應(yīng)盡最大努力使該累積差異值在全年接近于零，以確保各方利益不受影響。

3 計(jì)量分配方法應(yīng)用情況分析

圖3為崖城13－4氣田接入前后崖城13－1氣田生產(chǎn)分離器出口流量計(jì)計(jì)量產(chǎn)量與核實(shí)產(chǎn)量之間的對(duì)比圖。圖中“外輸計(jì)量產(chǎn)量”也即是崖城13－1氣田每天的井口天然氣產(chǎn)量數(shù)據(jù)，在崖城13－4氣田接入前，指生產(chǎn)分離器出口流量計(jì)計(jì)量的數(shù)據(jù)，崖城13－4氣田接入后則需要扣除崖城13－4氣田的濕氣流量；圖中“商務(wù)核算產(chǎn)量”是指崖城13－1氣田當(dāng)日天然氣銷售量、燃料放空氣量以及香港管線管存變化量之和。外輸計(jì)量產(chǎn)量和商務(wù)核算產(chǎn)量之間的差異主要由平臺(tái)生產(chǎn)分離器出口流量計(jì)誤差造成，顯然商務(wù)核算產(chǎn)量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。崖城13－4氣田接入之前，平均偏差約2．95%；接入之后平均偏差約3．02%，基本保持穩(wěn)定。表明計(jì)量分配項(xiàng)目實(shí)施后并沒(méi)有影響崖城13－1氣田原有產(chǎn)、銷量計(jì)量和核算的精度等級(jí)。

圖3 崖城13－4氣田接入前后崖城13－1氣田外輸計(jì)量產(chǎn)量與核實(shí)產(chǎn)量對(duì)比圖

兩個(gè)氣田能量計(jì)量分配系統(tǒng)已投用約7個(gè)月，計(jì)量分配設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，計(jì)量結(jié)果未出現(xiàn)明顯異常，系統(tǒng)報(bào)表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率達(dá)到99．7%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各氣田庫(kù)存賬戶的準(zhǔn)確管理和對(duì)氣田生產(chǎn)的合理指導(dǎo)。表明計(jì)量分配方法是適用的，達(dá)到了相關(guān)協(xié)議規(guī)定的指標(biāo)和精度。微量誤差主要因不同系統(tǒng)之間時(shí)鐘同步差異以及網(wǎng)絡(luò)帶寬限制造成。

由于是按照能量單位分配，崖城13－4氣田天然氣的單位熱值高于崖城13－1氣田，也高于銷售給用戶的天然氣熱值，因此，崖城13－4氣田的商品氣體積量比實(shí)際計(jì)量的天然氣產(chǎn)量高約5．8%（圖4）。

圖4 崖城13－4氣田天然氣濕氣產(chǎn)量與核算產(chǎn)量對(duì)比圖

在崖城13－4氣田接入前，崖城13－1氣田銷售天然氣CO2含量已接近供氣合同規(guī)定的上限值。崖城13－4氣田優(yōu)質(zhì)天然氣接入后，銷售天然氣CO2含量下降了約1%，熱值指標(biāo)也相應(yīng)提高。

油氣計(jì)量分配系統(tǒng)涉及專業(yè)面較廣，不同項(xiàng)目可能會(huì)有不同需求，在立項(xiàng)之初，代表各權(quán)益方的生產(chǎn)、商務(wù)、法律、工程設(shè)計(jì)、計(jì)量和IT方面的技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)行充分的溝通和論證，確定適合項(xiàng)目的最佳商務(wù)和技術(shù)解決方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于油、氣能量計(jì)量和能量分配模式在中海油崖城13－1和崖城13－4兩個(gè)氣田的成功應(yīng)用，是能量計(jì)量在油氣生產(chǎn)、集輸和貿(mào)易計(jì)量領(lǐng)域一體化應(yīng)用的新實(shí)踐，為國(guó)內(nèi)不同權(quán)益方氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目相互依托生產(chǎn)、處理、輸送設(shè)施開(kāi)創(chuàng)了新的生產(chǎn)管理模式和商務(wù)模式，可避免重復(fù)建設(shè)，進(jìn)而大幅度降低邊際氣田的開(kāi)發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)各合作方多贏的局面。對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)中類似情況下的天然氣開(kāi)發(fā)具有非常重要的參考和利用價(jià)值。

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