大牛地氣田天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行多級(jí)調(diào)峰體系研究

摘要：大牛地氣田自2003年啟動(dòng)開發(fā)先導(dǎo)性試驗(yàn)項(xiàng)目以來，產(chǎn)能逐年提高，銷售量日益增長(zhǎng)，客戶涉及民用、燃?xì)狻⒒实榷鄠€(gè)行業(yè)，遍布山東、河南、內(nèi)蒙、北京等區(qū)域市場(chǎng)，然而在產(chǎn)銷過程中存在冬夏峰谷差較大、生產(chǎn)不平穩(wěn)等問題。本文針對(duì)大牛地氣田天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行過程中面臨的調(diào)峰問題。在分析該氣田產(chǎn)銷運(yùn)行態(tài)勢(shì)與市場(chǎng)需求特點(diǎn)、規(guī)律基礎(chǔ)上，利用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)原理構(gòu)建了該氣田產(chǎn)銷運(yùn)行多級(jí)調(diào)峰體系，提出了相應(yīng)的對(duì)策和建議，為大牛地氣田產(chǎn)銷運(yùn)行提供了新思路，也為我國(guó)天然氣產(chǎn)銷調(diào)度管理提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：大牛地氣田；天然氣；產(chǎn)銷運(yùn)行；多級(jí)調(diào)峰體系；大系統(tǒng)分解協(xié)同原理

中圖分類號(hào)：F40722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-0544(2011)01-0170-03

一、引言

中石化華北分公司大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部毛烏素沙漠腹地，自2003年啟動(dòng)開發(fā)先導(dǎo)性試驗(yàn)項(xiàng)目以來，隨著產(chǎn)能逐年提高，銷售量日益增長(zhǎng)；現(xiàn)已有11家銷售客戶，涉及民用燃?xì)狻⒒ぁ⒒实榷鄠€(gè)行業(yè)，分布在山東、河南、內(nèi)蒙以及北京四個(gè)區(qū)域市場(chǎng)內(nèi)。產(chǎn)銷過程經(jīng)歷了急劇上升階段(2003-2006年)和穩(wěn)步增長(zhǎng)階段(2007-2009年)，年銷量保持在19×108m³左右，然而存在冬夏峰谷差較大、生產(chǎn)不平穩(wěn)等問題。具體表現(xiàn)為2008年底到2009年初的天然氣滯銷，以及2009年入冬的“氣荒”出現(xiàn)。目前該氣田調(diào)峰手段主要通過調(diào)整市場(chǎng)內(nèi)工業(yè)用戶需求以及氣田產(chǎn)量來應(yīng)對(duì)天然氣需求季節(jié)性波動(dòng)。然而，氣田放壓調(diào)產(chǎn)易造成地層能量下降過快、氣井出水、出砂、乃至停產(chǎn)等問題出現(xiàn)，…同時(shí)天然氣需求季節(jié)性波動(dòng)具有的時(shí)空不均衡性是客觀存在的。∞由此可見，該氣田調(diào)峰手段較為單一，調(diào)峰體系尚未完善，還不能有效緩解季節(jié)性調(diào)峰壓力。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者從調(diào)峰手段(氣田、管網(wǎng)、LNG、以及儲(chǔ)氣庫調(diào)峰等)以及一體化管理角度對(duì)于天然氣調(diào)峰進(jìn)行了深入研究并提出了相應(yīng)對(duì)策與建議，盡管對(duì)我國(guó)天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行具有很強(qiáng)指導(dǎo)性，但如何將其落實(shí)到調(diào)度操作層面尚未得到重視。天然氣開發(fā)利用是由“產(chǎn)-供-銷”構(gòu)成的一個(gè)完整的水力學(xué)系統(tǒng)，涉及到上游油氣企業(yè)、管輸公司、總銷售商、分銷商以及下游終端用戶等不同主體。本質(zhì)上來說，天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行是由這些主體構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜大系統(tǒng)，具有高危非線性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多層次以及多目標(biāo)等特征。分解—協(xié)調(diào)原理是研究大系統(tǒng)問題的重要方法。其基本思路是：將大系統(tǒng)分解成相對(duì)獨(dú)立的若干子系統(tǒng)，通過協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)之間的沖突達(dá)到整體最優(yōu)。產(chǎn)銷運(yùn)行過程中下游用戶對(duì)天然氣需求往往從自身利益出發(fā)做出的，不可避免出現(xiàn)沖突，這使得市場(chǎng)需求波動(dòng)向上游傳遞，從而導(dǎo)致氣田調(diào)峰壓力增大。然而各用戶不均勻需求在時(shí)、空上并非總是同步的，這為上游企業(yè)利用用戶調(diào)峰提供了可能。因而，天然氣調(diào)峰可以依據(jù)大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)原理對(duì)下游各用戶需求進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，從而盡量降低氣田調(diào)峰壓力，達(dá)到產(chǎn)銷平衡與有效運(yùn)行。有鑒于此。在分析該氣田產(chǎn)銷運(yùn)行態(tài)勢(shì)與市場(chǎng)需求特點(diǎn)、規(guī)律基礎(chǔ)上，利用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)原理構(gòu)建了天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行多級(jí)調(diào)峰體系，以期為大牛地氣田天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行提供理論支持，為我國(guó)天然氣產(chǎn)銷調(diào)度管理提供借鑒。

二、大牛地氣田天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行態(tài)勢(shì)分析

目前大牛地氣田市場(chǎng)內(nèi)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)工民比約為1.2.工業(yè)用戶需求所占比例較小，市場(chǎng)需求仍以民用天然氣為主，這使得氣田面臨較大調(diào)峰壓力，盡管氣田產(chǎn)量增長(zhǎng)提高了市場(chǎng)供給能力(如圖1.2所示)。進(jìn)一步對(duì)山東、河南、河北、北京以及內(nèi)蒙這四個(gè)市場(chǎng)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)該氣田產(chǎn)銷運(yùn)行面臨如下幾個(gè)方面的問題。

第一，民用燃?xì)庥脩羰袌?chǎng)需求空間大，季節(jié)波動(dòng)性有進(jìn)一步加劇趨勢(shì)。山東、河南市場(chǎng)雖然被視為燃?xì)庥脩簦珒?nèi)部消費(fèi)結(jié)構(gòu)以工業(yè)為主，民用為輔。例如山東市場(chǎng)工業(yè)用氣占36％，而民用占29％。

第二，價(jià)格優(yōu)勢(shì)不明顯，市場(chǎng)面臨競(jìng)爭(zhēng)，需求不確定性增大。山東市場(chǎng)面臨中石油管道天然氣以及中海油LNC競(jìng)爭(zhēng)；河南市場(chǎng)受到“西氣東輸”管道低價(jià)天然氣沖擊。例如鄭州燃?xì)饧冉邮艽笈５貧馓锕庥纸邮堋拔鳉鈻|輸”管道氣。由于前者氣價(jià)(1-9686元/m³)高于后者(氣價(jià)：1.24元/m³)，導(dǎo)致鄭州燃?xì)鈿庠催x擇傾向于后者。

第三，管輸限制加劇了產(chǎn)銷不平衡矛盾，降低了調(diào)峰能力。大牛地氣田向內(nèi)蒙市場(chǎng)供氣主要通過“大—杭管線”，然其輸氣能力(2～2.5×108m³/a)不能滿足該市場(chǎng)進(jìn)一步需求。北京市場(chǎng)需求則受制于中石油“陜京二線”代輸容量。

三、產(chǎn)銷運(yùn)行特點(diǎn)與規(guī)律分析

1 大牛地氣田供氣能力與供氣規(guī)律

2007-2009年大牛地氣田核定產(chǎn)能為23×108m³左右。實(shí)際運(yùn)行中1月、10月和11月為市場(chǎng)需求的高峰期，其需求均超過了氣田生產(chǎn)能力，導(dǎo)致氣田放壓提產(chǎn)(如圖3所示)。進(jìn)一步對(duì)不均勻性分析發(fā)現(xiàn)，11與12月不均勻系數(shù)最大，而5、6兩個(gè)月最小。其原因在于，市場(chǎng)地理位置基本屬于北方，四季分明，冬夏溫差大，目前市場(chǎng)用氣結(jié)構(gòu)基本以民用及采暖為主。冬夏需求量懸殊。同時(shí)隨著產(chǎn)量基數(shù)的增加。峰谷差有擴(kuò)大之勢(shì)。

2 山東市場(chǎng)用氣特點(diǎn)與規(guī)律分析

從該市場(chǎng)需求變化以及不均勻系數(shù)(如圖4所示)可以看出：2007年最高1.70.低谷0.72；2008年最高1.32.低谷0.87；2009年最高1.35.低谷0.87。其中：高峰值出現(xiàn)在每年的11月、12月，為1.09-1.70；低谷值出現(xiàn)在每年的4月、5月、6月，為0.72-，0.92；高峰值與低谷值之比為2.36：1。由此可見：山東市場(chǎng)用氣總量上升趨勢(shì)明顯，用氣不均勻性減小，其原因在于市場(chǎng)內(nèi)部工業(yè)和燃?xì)庥脩魯?shù)在逐步增加，工民結(jié)構(gòu)比逐步優(yōu)化；同時(shí)可以預(yù)見，隨著市場(chǎng)內(nèi)部工業(yè)用戶逐步恢復(fù)生產(chǎn)，未來市場(chǎng)的用氣需求量將猛增，其用氣波動(dòng)將對(duì)整個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)平穩(wěn)運(yùn)行帶來較大壓力。

3 河南市場(chǎng)用氣特點(diǎn)與規(guī)律分析

河南市場(chǎng)用戶包括鄭州燃?xì)狻㈤_封新奧、安陽華潤(rùn)、中原大化和綠能高科。其中，三氣源用戶是鄭州燃?xì)猓浑p氣源用戶是中原大化和綠能高科；單氣源用戶是開封新奧和安陽華潤(rùn)。從圖5可以看出：2007年最高2.68.低谷0.29；2008年最高2.24，低谷0.43；2009年最高1.11.低谷0.70。2007，2008年華北分公司初涉河南市場(chǎng)，因而其用氣規(guī)律性較差。總體來說，中原大化、安陽華潤(rùn)內(nèi)部工業(yè)用戶用氣量增加，使得豫北市場(chǎng)用氣總量也在同步增長(zhǎng)。中原大化作為豫北市場(chǎng)內(nèi)部主要調(diào)峰用戶，可以有效緩解整個(gè)市場(chǎng)用氣的波動(dòng)性；然而安陽華潤(rùn)用氣異常對(duì)市場(chǎng)平穩(wěn)運(yùn)行造成較大壓力。鄭州燃?xì)庥捎跉鈨r(jià)原因，逐步減少了對(duì)華北分公司用氣的需求。

4 北京市場(chǎng)用氣特點(diǎn)與規(guī)律分析

燕山石化是系統(tǒng)內(nèi)重點(diǎn)工業(yè)用戶，用氣較穩(wěn)定。用氣變化曲線以及不均勻系數(shù)(如圖6所示)表明：2007年最高1.64.低谷0.4；2008年最高1.18.低谷0.88；2009年(截止到11月)最高1.32.低谷0.79。2007年燕化用氣高峰在12月，低谷在4月，峰谷比為4：1；2008年用氣高峰在9月。低谷在1月，峰谷比為1.34：1；2009年用氣高峰在2月，低谷在10月，峰谷比為2：1。由此可見：燕化作為華北分公司的主要調(diào)峰用戶，其產(chǎn)品在市場(chǎng)中抗風(fēng)險(xiǎn)性較強(qiáng)，用氣需求量大且穩(wěn)定。同時(shí)，價(jià)格承受能力強(qiáng)，給華北分公司帶來較大效益。

四、大牛地氣田產(chǎn)銷運(yùn)行多級(jí)調(diào)峰體系構(gòu)建

1 基于分解協(xié)調(diào)原理的天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行三級(jí)調(diào)峰體系

大牛地氣田天然氣產(chǎn)銷運(yùn)行總體態(tài)勢(shì)以及各市場(chǎng)需求特點(diǎn)與規(guī)律表明，市場(chǎng)天然氣需求不均衡性較為突出：產(chǎn)銷運(yùn)行主要利用氣田以及內(nèi)蒙市場(chǎng)、北京市場(chǎng)內(nèi)的工業(yè)用戶對(duì)山東、河南市場(chǎng)民用天然氣高峰需求進(jìn)行季節(jié)性調(diào)峰。一般來說，上游油氣企業(yè)為保證氣田生產(chǎn)(供氣)穩(wěn)定性，依據(jù)“照付不議”合同對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)進(jìn)行供氣。嘎里想情況下，對(duì)下游燃?xì)夤?終端用戶)在供氣周期內(nèi)各時(shí)段(年內(nèi)各月)均勻供氣；然而下游用戶需求波動(dòng)性是客觀存在的，特別是在調(diào)峰設(shè)施尚未完備情況下，上游企業(yè)通常調(diào)整氣田產(chǎn)量為下游用戶提供季節(jié)性調(diào)峰。同時(shí)，下游用戶(工業(yè)或燃?xì)庥脩?為應(yīng)對(duì)氣田供氣可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定以及自身需求的波動(dòng)性與不確定性，通常采用儲(chǔ)氣球罐、高壓管束、LNG以及工業(yè)用戶等進(jìn)行調(diào)峰。對(duì)市場(chǎng)內(nèi)部各終端用戶而言，其用氣具有一定自我調(diào)蓄能力，能承受上游氣田一定范圍內(nèi)的供氣波動(dòng)。

基于此，為了盡可能緩解大牛地氣田生產(chǎn)的不平穩(wěn)性，以大系統(tǒng)分解一協(xié)調(diào)理論構(gòu)建大牛地氣田多級(jí)調(diào)峰體系(如圖7所示)。基本思路是，以四個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)為基礎(chǔ)，將調(diào)峰體系分為四個(gè)子系統(tǒng)，即山東、河南、北京以及內(nèi)蒙四個(gè)調(diào)峰子系統(tǒng)；首先在每一子系統(tǒng)內(nèi)對(duì)各用戶需求進(jìn)行協(xié)調(diào)，以緩解子系統(tǒng)供需矛盾；其次，對(duì)四個(gè)區(qū)域市場(chǎng)(子系統(tǒng))之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。以便降低整個(gè)市場(chǎng)需求波動(dòng)；最后，利用氣田產(chǎn)量調(diào)整以應(yīng)對(duì)整個(gè)市場(chǎng)需求季節(jié)性波動(dòng)。目的是通過三級(jí)調(diào)峰，逐步削弱市場(chǎng)用戶需求季節(jié)波動(dòng)性和不確定性對(duì)大牛地氣田生產(chǎn)(供氣)的影響。

2 三級(jí)調(diào)峰實(shí)施步驟

依據(jù)分解一協(xié)調(diào)原理，大牛地氣田三級(jí)調(diào)峰實(shí)施步驟如下：

步驟一：?jiǎn)?dòng)第一級(jí)調(diào)峰，也就是區(qū)域內(nèi)部用戶之間調(diào)峰。如果氣田供氣量在用戶調(diào)蓄能力之內(nèi)，則不啟動(dòng)第一級(jí)調(diào)峰；否則，啟動(dòng)，即在對(duì)區(qū)域市場(chǎng)總供氣量不變或在區(qū)域市場(chǎng)調(diào)蓄能力之內(nèi)情況下，通過工業(yè)用戶用氣量的改變，滿足燃?xì)庥脩粲脷獠▌?dòng)。例如，河南市場(chǎng)需求高峰期，在不調(diào)整總供氣量前提下，可以通過削減中原大化、綠能高科等工業(yè)用戶部分天然氣用量，從而滿足鄭州燃?xì)夂烷_封新奧等民用燃?xì)庑枨蟆?/p>

步驟二：?jiǎn)?dòng)第二級(jí)調(diào)峰，也就是區(qū)域市場(chǎng)之間調(diào)峰。在市場(chǎng)內(nèi)部供需矛盾不能協(xié)調(diào)時(shí)，才啟動(dòng)第二級(jí)調(diào)峰，即通過協(xié)調(diào)各區(qū)域市場(chǎng)之間的需求達(dá)到產(chǎn)銷平衡；例如，為了確保山東市場(chǎng)天然氣高峰需求，可以通過降低內(nèi)蒙、北京市場(chǎng)天然氣用量來應(yīng)對(duì)。

步驟三：?jiǎn)?dòng)第三級(jí)調(diào)峰，也就是氣田調(diào)峰。在上述調(diào)峰仍不能解決產(chǎn)銷矛盾的情況下。才啟動(dòng)氣田調(diào)峰，即通過增加或降低氣田嚴(yán)量以應(yīng)對(duì)整個(gè)市場(chǎng)用氣波動(dòng)。

五、對(duì)策與建議

從上述產(chǎn)銷運(yùn)行調(diào)度思路可以看出，通過三級(jí)調(diào)峰體系的建立以及運(yùn)行。有利于緩解產(chǎn)銷不平衡的矛盾，提高供氣的安全性，降低供氣風(fēng)險(xiǎn)以及盡可能保證氣田生產(chǎn)平穩(wěn)。盡管如此，然而三級(jí)調(diào)峰體系是建立在市場(chǎng)構(gòu)成、用戶用氣特點(diǎn)和規(guī)律、以及用戶、市場(chǎng)調(diào)蓄能力基礎(chǔ)之上的。為了確保三級(jí)調(diào)峰體系發(fā)揮應(yīng)有的調(diào)峰作用。本文給出如下幾點(diǎn)對(duì)策與建議。

1 完善市場(chǎng)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)，為產(chǎn)銷運(yùn)行調(diào)峰奠定市場(chǎng)基礎(chǔ)

合理確定目標(biāo)市場(chǎng)和天然氣用戶，重點(diǎn)開發(fā)民用燃?xì)夂凸I(yè)用氣，適當(dāng)控制化肥項(xiàng)目用氣，爭(zhēng)取高端用戶和穩(wěn)定大用戶，優(yōu)化供氣結(jié)構(gòu)，提高供氣效益，降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。例如，開發(fā)LNG、燃?xì)獍l(fā)電等可中斷用戶豐富“削峰填谷”手段。其作用為：一方面可將上游預(yù)留調(diào)峰量供給該用戶從而獲得較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面可以消耗階段性、季節(jié)性產(chǎn)能過剩。

2 建立地下儲(chǔ)氣庫，提高季節(jié)性調(diào)峰能力

據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，在相同調(diào)峰氣量的條件下，擴(kuò)大采氣、提高輸氣能力或建造液態(tài)儲(chǔ)庫(如LNG)等的投資，要比建造地下儲(chǔ)氣庫高5-10倍。因此，在安全供氣系統(tǒng)中，地下儲(chǔ)氣庫是基本的設(shè)施，是調(diào)峰首選的措施。對(duì)大牛地氣田天然氣市場(chǎng)而言，其季節(jié)性波動(dòng)來源于山東、河南市場(chǎng)，且這兩個(gè)市場(chǎng)需求占總體需求的70％以上。因而可依供氣管線在該市場(chǎng)附近建立地下儲(chǔ)氣庫，以應(yīng)對(duì)這兩個(gè)市場(chǎng)需求季節(jié)性波動(dòng)。例如，可以考慮以中原油田枯竭氣井為基礎(chǔ)建立儲(chǔ)氣庫。

3 對(duì)用戶實(shí)施“穿透式”管理，摸清用氣特點(diǎn)與規(guī)律

用戶和市場(chǎng)自身調(diào)蓄能力是實(shí)施三級(jí)調(diào)峰的關(guān)鍵，然而下游市場(chǎng)用戶基于自身利益考慮往往其內(nèi)部消費(fèi)結(jié)構(gòu)與自身調(diào)峰能力并不為上游企業(yè)所知。這樣導(dǎo)致下游用戶計(jì)劃需求與實(shí)際需求差異較大，使得上游企業(yè)不能及時(shí)了解調(diào)峰的信息，從而無法制定有效的調(diào)峰措施。而在目前產(chǎn)運(yùn)銷一體化管理體制中，上游企業(yè)可以對(duì)下游用戶實(shí)施“穿透式”管理，摸清市場(chǎng)用氣特點(diǎn)與規(guī)律，核定各用戶以及市場(chǎng)自身調(diào)蓄能力，從而為三級(jí)調(diào)峰體系實(shí)施創(chuàng)造條件。