天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子研究

摘 要

中國(guó)石油天然氣供應(yīng)體系目前正處于形成和發(fā)展初期，儲(chǔ)氣庫(kù)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
摘要：中國(guó)石油天然氣供應(yīng)體系目前正處于形成和發(fā)展初期，儲(chǔ)氣庫(kù)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(yùn)行，不利于氣田的科學(xué)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(jì)回報(bào)，因此科學(xué)合理產(chǎn)能負(fù)荷因子的研究尤為重要。通過(guò)分析國(guó)外開發(fā)歷史數(shù)據(jù)及中國(guó)石油典型氣區(qū)的供氣特點(diǎn)，確定了中國(guó)石油天然氣近期產(chǎn)能負(fù)荷因子應(yīng)控制在0.8～0.9，各氣區(qū)因不同的供氣市場(chǎng)特點(diǎn)而有所差異。產(chǎn)能負(fù)荷因子作為確保生產(chǎn)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，其研究成.果在中國(guó)石油各氣區(qū)的生產(chǎn)管理過(guò)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(fù)荷因子；供氣；調(diào)整
0 引言
目前中國(guó)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(zhǎng)和用氣結(jié)構(gòu)的變化，季節(jié)性不均勻問(wèn)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(lái)滿足用氣高峰期的需要，調(diào)峰期產(chǎn)量高于產(chǎn)能運(yùn)行。利用上游放壓調(diào)峰對(duì)氣田開發(fā)生產(chǎn)危害大，天然氣生產(chǎn)壓力過(guò)重，氣井長(zhǎng)期放大壓差生產(chǎn)，造成地層能量下降過(guò)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(chǔ)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(jìn)行，近幾年內(nèi)未能滿負(fù)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(zhǎng)時(shí)間不能滿負(fù)荷運(yùn)行，就會(huì)造成資金設(shè)備的閑置等，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)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(jì)效益來(lái)考慮，探索合理產(chǎn)能負(fù)荷因子勢(shì)在必行。
1 國(guó)外天然氣產(chǎn)供特點(diǎn)
1.1 美國(guó)供氣特點(diǎn)
從美國(guó)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(dāng)產(chǎn)能負(fù)荷因子(產(chǎn)量與產(chǎn)能的比值)在65%～90%時(shí)，存在上游調(diào)峰，產(chǎn)量出現(xiàn)季節(jié)性的波動(dòng)；1995年以后，產(chǎn)能負(fù)荷因子迅速提升，當(dāng)大于90%以后，產(chǎn)量不再隨季節(jié)波動(dòng)，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?jī)?chǔ)氣庫(kù)和進(jìn)口的天然氣[2]。
 

美國(guó)的產(chǎn)能負(fù)荷因子直接受氣價(jià)的影響，高氣價(jià)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(fù)荷因子降低。而產(chǎn)能負(fù)荷因子反過(guò)來(lái)又影響價(jià)格和鉆井，如果產(chǎn)能負(fù)荷因子超過(guò)90%，就會(huì)引起儲(chǔ)氣量減少、價(jià)格上漲等。當(dāng)天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子低于90%時(shí)，天然氣井口平均價(jià)格都在0.1美元/m3以下。天然氣價(jià)格的低迷導(dǎo)致鉆井和完井?dāng)?shù)量的減少，產(chǎn)能隨之降低，產(chǎn)能負(fù)荷因子上升。如1998～1999年低油氣價(jià)格導(dǎo)致天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子增加到90%～92%。
1.2 英國(guó)供氣特點(diǎn)
從英國(guó)的供氣歷史來(lái)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(shuō)明英國(guó)上游調(diào)峰壓力有所緩和。目前英國(guó)的產(chǎn)能負(fù)荷因子在0.88以上，冬季高峰期滿負(fù)荷運(yùn)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(shí)，保證正常供氣。
 

2 中國(guó)石油供氣特點(diǎn)及合理負(fù)荷因子
由于中國(guó)石油供應(yīng)市場(chǎng)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(duì)中國(guó)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(chǔ)氣庫(kù)外，其他調(diào)峰問(wèn)題主要靠氣源區(qū)產(chǎn)量調(diào)節(jié)來(lái)解決，供氣波動(dòng)性明顯。
近幾年由于受國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)較快，但民用和采暖用氣的季節(jié)性不均勻問(wèn)題突出，冬季高月和夏季低月值相差很大。中國(guó)石油每年的1、2、3、10、11、12等6個(gè)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(dá)到了1.54的高峰，峰谷差為1.3～1.5倍(圖3)[4～5]。
 

中國(guó)石油天然氣負(fù)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(xué)開發(fā)。
從單一氣區(qū)看，也存在產(chǎn)量波動(dòng)，尤其是在下游儲(chǔ)氣設(shè)施不完善和管道未達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)，波動(dòng)更大。長(zhǎng)慶、青海氣區(qū)最為典型。
表1 中國(guó)石油歷年氣層氣負(fù)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(zhǎng)慶
0.91
0.95
1.03
1.05
0.97
1.02
0.97
中國(guó)石油
0.97
1.01
1.03
1.03
1
0.97
0.92
注：數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)石油天然氣開發(fā)公報(bào)。
長(zhǎng)慶氣區(qū)的供應(yīng)市場(chǎng)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(gè)月不均勻系數(shù)均大于1。產(chǎn)量的波動(dòng)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(kuò)大之勢(shì)，調(diào)峰產(chǎn)量最高達(dá)到19.2%(調(diào)峰期為1、2、11、12月)。隨著大港儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)逐漸完善，儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰作用逐步增強(qiáng)，2004年陜京線全年滿負(fù)荷輸氣，產(chǎn)量波動(dòng)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(shì)，由2000年的19.2%下降到2006年的5.4%(表2)。
 

表2 長(zhǎng)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(méi)有條件建設(shè)用于調(diào)峰的地下儲(chǔ)氣庫(kù)，因此運(yùn)用上游氣田儲(chǔ)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(yán)重。冬季約4個(gè)月，不均勻系數(shù)大于1.0，高月超過(guò)1.60，在2000年最大達(dá)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(dá)3.9倍，最低為1.76倍。由于青海氣區(qū)供氣系統(tǒng)尚無(wú)配套儲(chǔ)氣庫(kù)和其他調(diào)峰設(shè)施，2002年以后隨著對(duì)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(guò)全年的10%(表3)。高峰期澀北氣田超負(fù)荷生產(chǎn)，導(dǎo)致出砂出水嚴(yán)重，動(dòng)搖了穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。
 

目前，中國(guó)石油儲(chǔ)氣庫(kù)有效工作氣量?jī)H占產(chǎn)量的3%左右，而世界平均天然氣消費(fèi)量的15%都由儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)節(jié)[6]。在儲(chǔ)氣設(shè)施調(diào)峰還不完善的情況下，中國(guó)石油上游需儲(chǔ)備12%的產(chǎn)能進(jìn)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(jìn)行產(chǎn)能建設(shè)計(jì)劃和產(chǎn)量安排時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量，即合理的產(chǎn)能負(fù)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(guó)外天然氣工業(yè)發(fā)展比較成熟的國(guó)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(guó)石油負(fù)荷因子應(yīng)保持在0.8～0.9，這是實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)供氣和科學(xué)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(dòng)，而目前中國(guó)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(dǎo)致天然氣產(chǎn)量隨著季節(jié)波動(dòng)。
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(shí)需要留有余量。
3) 分析國(guó)外天然氣供氣歷史，結(jié)合中國(guó)石油目前天然氣供應(yīng)特點(diǎn)，認(rèn)為天然氣產(chǎn)能負(fù)荷因子應(yīng)保持在0.8～0.9之間。
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(本文作者：趙素平 陸家亮 馬惠芳 唐紅君 劉素民 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)