季節調峰型地下儲氣庫注采規模設計——以川渝氣區相國寺地下儲氣庫項目設計為例

摘 要

摘要：注采規模決定了地下儲氣庫井口數量、井口油套管尺寸的設計和地面集輸系統的設計規模，注采規模的計算是季節調峰型地下儲氣庫工程設計的關鍵。為此，以川渝氣區相國寺地下儲
摘要：注采規模決定了地下儲氣庫井口數量、井口油套管尺寸的設計和地面集輸系統的設計規模，注采規模的計算是季節調峰型地下儲氣庫工程設計的關鍵。為此，以川渝氣區相國寺地下儲氣庫工程為例，制訂了季節調峰型地下儲氣庫注呆規模的設計流程，闡述了消費系數法在天然氣市場需求量預測中的應用，分析了天然氣的需求結構及月不均勻系數對注采規模設計的影響，提出了季節調峰型地下儲氣庫調峰需求總量及注采規模的計算方法，為其他類型儲氣庫注采規模的設計提供了參考。
關鍵詞：季節調峰；川渝氣區；相國寺地下儲氣庫；注采規模；消費系數法；市場需求量預測；月不均勻系數設計流程
    注采規模的計算是季節調峰型地下儲氣庫工程設計的關鍵[1]，注采規模決定了地下儲氣庫井口數量、井口油套管尺寸的設計以及地面集輸系統的設計規模。筆者以川渝氣區相國寺地下儲氣庫工程為例[2]，闡述了消費系數法對市場需求量預測的應用[3]，分析了天然氣的需求結構及月不均勻系數對儲氣庫注采規模設計的影響，提出了季節調峰型地下儲氣庫注采規模的設計流程及計算方法。
1 儲氣庫注采規模設計流程
    對于儲氣庫注采規模的設計，首先應明確儲氣庫的功能定位，預測出市場天然氣需求量、天然氣需求結構以及用戶的不均勻性，再計算出市場需要的調峰量，最后根據儲氣庫氣藏特性分析擬選儲氣庫是否滿足市場需求，進而明確儲氣庫的注采規模。
    一套完整的地下儲氣庫注采規模設計流程如圖1所示。
 

2 注采規模的設計方法
2.1 儲氣庫功能定位
    在開始儲氣庫注采規模設計前，應首先明確儲氣庫的供氣服務范圍和功能定位。
   根據儲氣庫供氣服務的特點，儲氣庫主要分為基本負荷型的季節調峰型儲氣庫和高峰負荷型的調峰型儲氣庫兩種。其中基本負荷型儲氣庫主要進行季節調峰，高峰負荷型儲氣庫主要進行日調峰或小時調峰。長輸管道配套建設的地下儲氣庫一般不參與小時調峰和日調峰，小時調峰和日調峰主要由高壓管道末端儲氣、高壓儲罐儲氣以及LNG調峰等城市調峰設施解決[4]。據此，川渝氣區相國寺地下儲氣庫功能定位為中衛-貴陽聯絡線(中貴線)季節調峰、事故應急供氣、戰略應急供氣和川渝天然氣市場季節調峰和事故應急供氣[5]。
2.2 天然氣市場需求預測
   根據儲氣庫功能定位明確天然氣市場需求預測的分析范圍。川渝氣區相國寺地下儲氣庫市場需求主要為中貴線沿線用戶及川渝天然氣市場用戶。
   根據消費系數法思路，采用基于市場調研之上的項目分析法對天然氣市場需求量進行預測，該方法比較適合于中國當前的天然氣市場發展階段[6]。消費系數是指某種產品在各個行業(或部門、地區、人口、群體等)的單位消費量。消費系數法預測市場需求的具體程序為：①分析產品的所有消費部門或行業(包括現有的和潛在的市場)，如果產品涉及的消費部門過多，需要篩選出主要的消費部門；②分析確定產品在各部門或行業的消費系數；③確定各部門或行業的規劃產量，預測各部門或行業的消費需求量；④匯總各部門的消費需求量。
   因此，天然氣市場需求預測的思路為：①分析天然氣主要應用于哪些行業，包括現有的和潛在的市場；②分析天然氣在城市燃氣、工業燃料、發電和天然氣化工4大行業中的消費系數；③結合各油氣田公司的生產、銷售規劃，預測各行業的天然氣消費需求量；④匯總各個行業的天然氣需求量，得出目標市場的天然氣總需求量。
2.3 月不均勻系數
    用氣不均勻性一般可分為3類：月不均勻性(有時也稱季節不均勻性)、日不均勻性和小時不均勻性。在所有的不均勻系數中，月不均勻系數是最為重要的不均勻系數參數，與地域分布、氣候條件等因素具有較強的相關性。
   根據GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》，月不均勻系數指計算月的日平均用氣量和年的日平均用氣量之比。應根據用戶前幾年逐月的用氣情況進行統計，計算用戶的月不均勻系數，同時在設計時充分預留，以便保障用氣高峰時期的供氣平穩性和安全性。圖2為川渝地區2008年城市燃氣月不均勻系數圖，圖3為川渝地區不同用戶用氣月不均勻系數設計曲線圖。由圖2、3可知，川渝地區2008年的最大月不均勻系數為1.25，為了保障安全，設計取值為1.50[7]。
 

2.4 季節調峰量
    天然氣消耗的季節不均勻性主要體現為冬夏季用氣不平衡，通常冬季用氣量遠遠超過夏季用氣量。根據天然氣市場需求預測的逐年城市燃氣量以及城市燃氣的月不均勻系數可以計算出市場需求的城市燃氣季節調峰氣量，從而得出正常情況下長輸管道逐年夏季的逐月剩余氣量(即注氣調峰量)及冬季逐月需要補充氣量(即采氣調峰量)。相國寺地下儲氣庫計算的2020年逐月季節調峰需求量如圖4所示，圖中負值表示注氣調峰，正值表示采氣調峰。

2.5 不可中斷應急供氣量和戰略儲備氣量
    根據應急預案制訂原則，一般在出現供應中斷等緊急事故情況下，必須優先保證城市居民生活和公共福利設施等用氣。確定不可中斷應急氣量的原則是：在出現供應中斷等緊急事故狀況下，應保障至少3d的90%城市燃氣用氣量和50%工業企業用氣量(主要是玻璃、建材企業等不可中斷用戶的用氣量)。
    如果管道可用氣源單一，在運行中必須充分考慮到氣源供應的安全性，考慮一定的戰略儲備氣量。戰略儲備取45d的90%城市燃氣用氣量和50%工業企業用氣量作為戰略儲備氣量。
2.6 調峰需求總量
    季節調峰需求量和戰略儲備需求量構成了季節調峰型地下儲氣庫的調峰總需求量(只要滿足戰略儲備即可滿足應急供氣要求)。相國寺地下儲氣庫調峰總量計算結果如圖5所示。
 

2.7 注采規模
    天然氣市場調峰需求總量確定后，需要對氣藏儲氣能力進行分析，核實所選氣藏儲氣能力是否滿足天然氣市場調峰需求總量的要求，合理設計油管尺寸及井位部署方案，以滿足天然氣市場對儲氣庫的正常季節調峰要求及應急供氣要求。相國寺地下儲氣庫注采井的設計應按照天然氣市場逐年(如圖4中的2020年調峰需求量)中各月的需求波動，將夏季逐月剩余氣量作為當月注氣量，將冬季逐月需要補充氣量作為當月調峰量，且原則上儲氣庫任意時刻均需滿足應急供氣要求。
3 結束語
    結合川渝氣區相國寺地下儲氣庫項目設計，提出了季節調峰型地下儲氣庫調峰需求總量的計算方法和步驟，首次提出了儲氣庫注采規模及設計工作氣量的計算方法，為其他類型儲氣庫設計工作氣量的確定提供了參考，為地下儲氣庫油套管尺寸設計、注采井口數量設計以及地面工程集輸管網注采集輸工藝方案設計等提供了理論依據。
參考文獻
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[2] 毛川勤，鄭州宇.川渝地區相國寺地下儲氣庫庫址選擇[J].天然氣工業，2010，30(8)：72-75.
[3] 牛建娣.我國天然氣市場供需狀況及發展對策分析[D].北京：對外經濟貿易大學，2007.
[4] 李建中.地下儲氣庫在京津地區均衡天然氣供需中的作用[J].國際石油經濟，2005，13(6)：37-38.
[5] 中國石油規劃總院，中國石油天然氣管道工程有限公司，中國石油工程設計有限公司西南分公司，等.中衛-貴陽聯絡線工程可行性研究報告[R].北京：中國石油規劃總院，2010.
[6] 周軍，盧春明，楊鳳玲，等.城鎮燃氣用氣不均勻性探討[J].上海煤氣，2003，47(1)：15-17，34.
[7] 中國石油工程設計有限責任公司西南分公司.相國寺地下儲氣庫工程(地面工程)[R].成都：中國石油工程設計有限責任公司西南分公司，2010.
 
(本文作者：胡連鋒1 李巧1 劉東2 吳兆光2 戚娟1 1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司；2.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦)