季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模設(shè)計(jì)——以川渝氣區(qū)相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例

摘 要

摘要：注采規(guī)模決定了地下儲(chǔ)氣庫(kù)井口數(shù)量、井口油套管尺寸的設(shè)計(jì)和地面集輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模，注采規(guī)模的計(jì)算是季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為此，以川渝氣區(qū)相國(guó)寺地下儲(chǔ)
摘要：注采規(guī)模決定了地下儲(chǔ)氣庫(kù)井口數(shù)量、井口油套管尺寸的設(shè)計(jì)和地面集輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模，注采規(guī)模的計(jì)算是季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為此，以川渝氣區(qū)相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)工程為例，制訂了季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)注呆規(guī)模的設(shè)計(jì)流程，闡述了消費(fèi)系數(shù)法在天然氣市場(chǎng)需求量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，分析了天然氣的需求結(jié)構(gòu)及月不均勻系數(shù)對(duì)注采規(guī)模設(shè)計(jì)的影響，提出了季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰需求總量及注采規(guī)模的計(jì)算方法，為其他類型儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模的設(shè)計(jì)提供了參考。
關(guān)鍵詞：季節(jié)調(diào)峰；川渝氣區(qū)；相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)；注采規(guī)模；消費(fèi)系數(shù)法；市場(chǎng)需求量預(yù)測(cè)；月不均勻系數(shù)設(shè)計(jì)流程
    注采規(guī)模的計(jì)算是季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[1]，注采規(guī)模決定了地下儲(chǔ)氣庫(kù)井口數(shù)量、井口油套管尺寸的設(shè)計(jì)以及地面集輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模。筆者以川渝氣區(qū)相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)工程為例[2]，闡述了消費(fèi)系數(shù)法對(duì)市場(chǎng)需求量預(yù)測(cè)的應(yīng)用[3]，分析了天然氣的需求結(jié)構(gòu)及月不均勻系數(shù)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模設(shè)計(jì)的影響，提出了季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模的設(shè)計(jì)流程及計(jì)算方法。
1 儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模設(shè)計(jì)流程
    對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)明確儲(chǔ)氣庫(kù)的功能定位，預(yù)測(cè)出市場(chǎng)天然氣需求量、天然氣需求結(jié)構(gòu)以及用戶的不均勻性，再計(jì)算出市場(chǎng)需要的調(diào)峰量，最后根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)氣藏特性分析擬選儲(chǔ)氣庫(kù)是否滿足市場(chǎng)需求，進(jìn)而明確儲(chǔ)氣庫(kù)的注采規(guī)模。
    一套完整的地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模設(shè)計(jì)流程如圖1所示。
 

2 注采規(guī)模的設(shè)計(jì)方法
2.1 儲(chǔ)氣庫(kù)功能定位
    在開(kāi)始儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模設(shè)計(jì)前，應(yīng)首先明確儲(chǔ)氣庫(kù)的供氣服務(wù)范圍和功能定位。
   根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)供氣服務(wù)的特點(diǎn)，儲(chǔ)氣庫(kù)主要分為基本負(fù)荷型的季節(jié)調(diào)峰型儲(chǔ)氣庫(kù)和高峰負(fù)荷型的調(diào)峰型儲(chǔ)氣庫(kù)兩種。其中基本負(fù)荷型儲(chǔ)氣庫(kù)主要進(jìn)行季節(jié)調(diào)峰，高峰負(fù)荷型儲(chǔ)氣庫(kù)主要進(jìn)行日調(diào)峰或小時(shí)調(diào)峰。長(zhǎng)輸管道配套建設(shè)的地下儲(chǔ)氣庫(kù)一般不參與小時(shí)調(diào)峰和日調(diào)峰，小時(shí)調(diào)峰和日調(diào)峰主要由高壓管道末端儲(chǔ)氣、高壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)氣以及LNG調(diào)峰等城市調(diào)峰設(shè)施解決[4]。據(jù)此，川渝氣區(qū)相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)功能定位為中衛(wèi)-貴陽(yáng)聯(lián)絡(luò)線(中貴線)季節(jié)調(diào)峰、事故應(yīng)急供氣、戰(zhàn)略應(yīng)急供氣和川渝天然氣市場(chǎng)季節(jié)調(diào)峰和事故應(yīng)急供氣[5]。
2.2 天然氣市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)
   根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)功能定位明確天然氣市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)的分析范圍。川渝氣區(qū)相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)市場(chǎng)需求主要為中貴線沿線用戶及川渝天然氣市場(chǎng)用戶。
   根據(jù)消費(fèi)系數(shù)法思路，采用基于市場(chǎng)調(diào)研之上的項(xiàng)目分析法對(duì)天然氣市場(chǎng)需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)，該方法比較適合于中國(guó)當(dāng)前的天然氣市場(chǎng)發(fā)展階段[6]。消費(fèi)系數(shù)是指某種產(chǎn)品在各個(gè)行業(yè)(或部門(mén)、地區(qū)、人口、群體等)的單位消費(fèi)量。消費(fèi)系數(shù)法預(yù)測(cè)市場(chǎng)需求的具體程序?yàn)椋孩俜治霎a(chǎn)品的所有消費(fèi)部門(mén)或行業(yè)(包括現(xiàn)有的和潛在的市場(chǎng))，如果產(chǎn)品涉及的消費(fèi)部門(mén)過(guò)多，需要篩選出主要的消費(fèi)部門(mén)；②分析確定產(chǎn)品在各部門(mén)或行業(yè)的消費(fèi)系數(shù)；③確定各部門(mén)或行業(yè)的規(guī)劃產(chǎn)量，預(yù)測(cè)各部門(mén)或行業(yè)的消費(fèi)需求量；④匯總各部門(mén)的消費(fèi)需求量。
   因此，天然氣市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)的思路為：①分析天然氣主要應(yīng)用于哪些行業(yè)，包括現(xiàn)有的和潛在的市場(chǎng)；②分析天然氣在城市燃?xì)?、工業(yè)燃料、發(fā)電和天然氣化工4大行業(yè)中的消費(fèi)系數(shù)；③結(jié)合各油氣田公司的生產(chǎn)、銷售規(guī)劃，預(yù)測(cè)各行業(yè)的天然氣消費(fèi)需求量；④匯總各個(gè)行業(yè)的天然氣需求量，得出目標(biāo)市場(chǎng)的天然氣總需求量。
2.3 月不均勻系數(shù)
    用氣不均勻性一般可分為3類：月不均勻性(有時(shí)也稱季節(jié)不均勻性)、日不均勻性和小時(shí)不均勻性。在所有的不均勻系數(shù)中，月不均勻系數(shù)是最為重要的不均勻系數(shù)參數(shù)，與地域分布、氣候條件等因素具有較強(qiáng)的相關(guān)性。
   根據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》，月不均勻系數(shù)指計(jì)算月的日平均用氣量和年的日平均用氣量之比。應(yīng)根據(jù)用戶前幾年逐月的用氣情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算用戶的月不均勻系數(shù)，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)充分預(yù)留，以便保障用氣高峰時(shí)期的供氣平穩(wěn)性和安全性。圖2為川渝地區(qū)2008年城市燃?xì)庠虏痪鶆蛳禂?shù)圖，圖3為川渝地區(qū)不同用戶用氣月不均勻系數(shù)設(shè)計(jì)曲線圖。由圖2、3可知，川渝地區(qū)2008年的最大月不均勻系數(shù)為1.25，為了保障安全，設(shè)計(jì)取值為1.50[7]。
 

2.4 季節(jié)調(diào)峰量
    天然氣消耗的季節(jié)不均勻性主要體現(xiàn)為冬夏季用氣不平衡，通常冬季用氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)夏季用氣量。根據(jù)天然氣市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)的逐年城市燃?xì)饬恳约俺鞘腥細(xì)獾脑虏痪鶆蛳禂?shù)可以計(jì)算出市場(chǎng)需求的城市燃?xì)饧竟?jié)調(diào)峰氣量，從而得出正常情況下長(zhǎng)輸管道逐年夏季的逐月剩余氣量(即注氣調(diào)峰量)及冬季逐月需要補(bǔ)充氣量(即采氣調(diào)峰量)。相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)計(jì)算的2020年逐月季節(jié)調(diào)峰需求量如圖4所示，圖中負(fù)值表示注氣調(diào)峰，正值表示采氣調(diào)峰。

2.5 不可中斷應(yīng)急供氣量和戰(zhàn)略儲(chǔ)備氣量
    根據(jù)應(yīng)急預(yù)案制訂原則，一般在出現(xiàn)供應(yīng)中斷等緊急事故情況下，必須優(yōu)先保證城市居民生活和公共福利設(shè)施等用氣。確定不可中斷應(yīng)急氣量的原則是：在出現(xiàn)供應(yīng)中斷等緊急事故狀況下，應(yīng)保障至少3d的90%城市燃?xì)庥脷饬亢?0%工業(yè)企業(yè)用氣量(主要是玻璃、建材企業(yè)等不可中斷用戶的用氣量)。
    如果管道可用氣源單一，在運(yùn)行中必須充分考慮到氣源供應(yīng)的安全性，考慮一定的戰(zhàn)略儲(chǔ)備氣量。戰(zhàn)略儲(chǔ)備取45d的90%城市燃?xì)庥脷饬亢?0%工業(yè)企業(yè)用氣量作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備氣量。
2.6 調(diào)峰需求總量
    季節(jié)調(diào)峰需求量和戰(zhàn)略儲(chǔ)備需求量構(gòu)成了季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的調(diào)峰總需求量(只要滿足戰(zhàn)略儲(chǔ)備即可滿足應(yīng)急供氣要求)。相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰總量計(jì)算結(jié)果如圖5所示。
 

2.7 注采規(guī)模
    天然氣市場(chǎng)調(diào)峰需求總量確定后，需要對(duì)氣藏儲(chǔ)氣能力進(jìn)行分析，核實(shí)所選氣藏儲(chǔ)氣能力是否滿足天然氣市場(chǎng)調(diào)峰需求總量的要求，合理設(shè)計(jì)油管尺寸及井位部署方案，以滿足天然氣市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的正常季節(jié)調(diào)峰要求及應(yīng)急供氣要求。相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采井的設(shè)計(jì)應(yīng)按照天然氣市場(chǎng)逐年(如圖4中的2020年調(diào)峰需求量)中各月的需求波動(dòng)，將夏季逐月剩余氣量作為當(dāng)月注氣量，將冬季逐月需要補(bǔ)充氣量作為當(dāng)月調(diào)峰量，且原則上儲(chǔ)氣庫(kù)任意時(shí)刻均需滿足應(yīng)急供氣要求。
3 結(jié)束語(yǔ)
    結(jié)合川渝氣區(qū)相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，提出了季節(jié)調(diào)峰型地下儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰需求總量的計(jì)算方法和步驟，首次提出了儲(chǔ)氣庫(kù)注采規(guī)模及設(shè)計(jì)工作氣量的計(jì)算方法，為其他類型儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)工作氣量的確定提供了參考，為地下儲(chǔ)氣庫(kù)油套管尺寸設(shè)計(jì)、注采井口數(shù)量設(shè)計(jì)以及地面工程集輸管網(wǎng)注采集輸工藝方案設(shè)計(jì)等提供了理論依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
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(本文作者：胡連鋒1 李巧1 劉東2 吳兆光2 戚娟1 1.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司；2.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦)