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趙素平1 陸家亮1 黃 誠(chéng)2 劉麗芳1
1. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院
2. 西南石油大學(xué)
摘要:為了構(gòu)建適合我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)實(shí)際的天然氣供應(yīng)能力測(cè)算方法和相關(guān)軟件，分析了影響天然氣供應(yīng)能力的外部因素和天然氣產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部因素，分別考慮國(guó)產(chǎn)氣、進(jìn)口氣（管道氣＋ LNG）兩種氣源類型，構(gòu)建了供應(yīng)能力分析流程，統(tǒng)籌考慮國(guó)內(nèi)外資源情況建立了基于項(xiàng)目可靠性、經(jīng)濟(jì)性、戰(zhàn)略安全性的項(xiàng)目?jī)?yōu)化方法，并利用情景規(guī)劃思路編制了供應(yīng)能力分析軟件。研究結(jié)果表明：①天然氣供應(yīng)能力受資源基礎(chǔ)、投資規(guī)模、勘探開發(fā)節(jié)奏、開發(fā)技術(shù)、成本、氣價(jià)、政策法規(guī)、多氣源優(yōu)化等多方面因素的影響；②所構(gòu)建的測(cè)算方法模型符合我國(guó)天然氣供應(yīng)能力評(píng)價(jià)實(shí)際和現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)資料的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)不同類型氣田、不同進(jìn)口氣源單獨(dú)計(jì)算并匯總到公司、國(guó)家層面，可以大幅度提高預(yù)測(cè)的精度；③供應(yīng)能力分析軟件設(shè)置了多種計(jì)算方法，可以針對(duì)研究需要靈活選擇，對(duì)于新增儲(chǔ)量模塊，可以選擇生命模型法進(jìn)行預(yù)測(cè)或者直接錄入規(guī)劃數(shù)值，對(duì)于國(guó)產(chǎn)氣產(chǎn)量潛力分析模塊，有開發(fā)方案的氣田采用穩(wěn)產(chǎn)年限、穩(wěn)產(chǎn)期規(guī)模等開發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)氣田產(chǎn)量，而無(wú)開發(fā)方案的氣田和未來(lái)新增儲(chǔ)量則通過(guò)類比同類型氣田采氣速度、穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度等參數(shù)來(lái)測(cè)算氣田產(chǎn)氣量。結(jié)論認(rèn)為，該研究成果可以有效地提高天然氣供應(yīng)能力預(yù)測(cè)的精度和效率。
關(guān)鍵詞:天然氣；供應(yīng)能力；測(cè)算方法；軟件開發(fā)；國(guó)產(chǎn)氣；進(jìn)口氣；新增儲(chǔ)量預(yù)測(cè)；產(chǎn)氣量預(yù)測(cè)
0 引言
1.1 供應(yīng)能力內(nèi)涵及影響因素
1.2 供應(yīng)能力分析流程
根據(jù)供應(yīng)能力內(nèi)涵，分國(guó)產(chǎn)氣、進(jìn)口氣（管道氣＋ LNG）兩種氣源類型構(gòu)建分析流程圖（圖1）。
國(guó)產(chǎn)氣供應(yīng)能力按照探明儲(chǔ)量和未來(lái)新增儲(chǔ)量進(jìn)行分析。探明儲(chǔ)量供應(yīng)能力：如果已經(jīng)編制氣田開發(fā)方案或調(diào)整方案，氣田開發(fā)指標(biāo)采用方案指標(biāo)， 沒(méi)有方案的氣田開發(fā)指標(biāo)采用類比法確定。新增儲(chǔ)量供應(yīng)能力：首先需要對(duì)未來(lái)年度新增儲(chǔ)量規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)，以資源量、資源類型、勘探規(guī)律和勘探指標(biāo)為基礎(chǔ)，測(cè)算未來(lái)增儲(chǔ)潛力。評(píng)價(jià)已探明儲(chǔ)量和未來(lái)新增儲(chǔ)量開發(fā)技術(shù)的可行性，如果技術(shù)上能夠開發(fā)，則通過(guò)開發(fā)指標(biāo)測(cè)算產(chǎn)氣量潛力和商品量潛力，并進(jìn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，通過(guò)設(shè)定優(yōu)化原則優(yōu)化建產(chǎn)項(xiàng)目，最后累積各開發(fā)項(xiàng)目商品量之和， 扣除部分損耗即為國(guó)產(chǎn)氣供應(yīng)能力。
進(jìn)口氣按照已簽合同和未簽合同項(xiàng)目進(jìn)行分析。對(duì)于有合同的項(xiàng)目按照合同約定給出供應(yīng)潛力，無(wú)合同的通過(guò)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、戰(zhàn)略性評(píng)價(jià)優(yōu)選進(jìn)口氣新增項(xiàng)目，最終得出進(jìn)口氣供應(yīng)能力。
2 天然氣供應(yīng)能力分析方法
根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有供氣特點(diǎn)，天然氣供應(yīng)能力分析方法主要包括進(jìn)口氣、國(guó)產(chǎn)氣供應(yīng)能力分析方法，以及在供大于求或開發(fā)投資不足時(shí)必須進(jìn)行的天然氣供應(yīng)項(xiàng)目?jī)?yōu)化方法。
進(jìn)口氣供應(yīng)能力分析的主要依據(jù)是已簽合同和有供氣意向氣源。我國(guó)簽訂的大多為照付不議合同， 所以進(jìn)口氣供應(yīng)能力主要是將已有合同和供氣意向的項(xiàng)目，根據(jù)合同協(xié)定供氣量按照時(shí)間序列進(jìn)行疊加，再考慮一部分現(xiàn)貨交易量。進(jìn)口氣供氣參數(shù)包括起始年份、合同年限、年供氣量、氣價(jià)等，進(jìn)口氣參數(shù)多采用合同約定數(shù)值，不涉及方法模型的構(gòu)建，此不贅述。
以下重點(diǎn)介紹國(guó)產(chǎn)氣項(xiàng)目供應(yīng)能力測(cè)算方法和供氣項(xiàng)目?jī)?yōu)化方法。
2.1 國(guó)產(chǎn)氣供應(yīng)能力測(cè)算方法
從分析流程圖來(lái)看，國(guó)產(chǎn)氣供應(yīng)測(cè)算的兩個(gè)核心是未來(lái)新增儲(chǔ)量潛力預(yù)測(cè)和產(chǎn)氣量潛力預(yù)測(cè)。
新增儲(chǔ)量預(yù)測(cè)方法主要有生命模型法、油田規(guī)模序列法、重點(diǎn)領(lǐng)域剖析法等[11-14]。國(guó)家、公司層面一般采用生命模型法較多，但具體到盆地用得較多的則是重點(diǎn)領(lǐng)域剖析法。筆者采用生命模型法（包括HCZ模型、Compertz模型、Hubbert模型、翁氏模型）進(jìn)行儲(chǔ)量預(yù)測(cè)，需要的數(shù)據(jù)包括資源量、資源探明率和歷史新增儲(chǔ)量等。生命模型法預(yù)測(cè)新增儲(chǔ)量已有成熟的數(shù)學(xué)模型可以借用[11-12]，本文不再詳細(xì)論證。
國(guó)產(chǎn)氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法主要包括資源采氣速度法、生命模型法、儲(chǔ)采比控制法、項(xiàng)目構(gòu)成法等[12-14]。其中項(xiàng)目構(gòu)成法最精確，需要龐大的勘探開發(fā)數(shù)據(jù)支撐，適合專業(yè)預(yù)測(cè)，本文采用項(xiàng)目構(gòu)成法研究思路，重點(diǎn)對(duì)具體評(píng)價(jià)參數(shù)和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行構(gòu)建[15-16]，以下對(duì)此方法論證過(guò)程進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
項(xiàng)目構(gòu)成法是以投入開發(fā)的項(xiàng)目或氣田為基本單位，以可采儲(chǔ)量為基礎(chǔ)，按開發(fā)規(guī)律和開發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)氣田不同開發(fā)階段的產(chǎn)氣量，然后根據(jù)氣田穩(wěn)產(chǎn)方式計(jì)算產(chǎn)能建設(shè)和投資需求，通常中高滲透整裝氣藏采用單井穩(wěn)產(chǎn)模式，頁(yè)巖氣、致密氣等低滲透復(fù)雜氣藏采用井間接替模式[17-19]，產(chǎn)能建設(shè)投資測(cè)算結(jié)果用于經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和項(xiàng)目?jī)?yōu)化，其關(guān)鍵在于單氣田/項(xiàng)目產(chǎn)氣量預(yù)測(cè)。項(xiàng)目構(gòu)成法需要準(zhǔn)備的開發(fā)參數(shù)為：可采儲(chǔ)量、采氣速度或開發(fā)方案設(shè)計(jì)產(chǎn)能、建產(chǎn)期、穩(wěn)產(chǎn)期或穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度、廢棄產(chǎn)量、單井遞減率等。
氣田的開發(fā)周期通?？煞譃槿齻€(gè)階段：①上產(chǎn)期，新井不斷投產(chǎn)，產(chǎn)氣量逐漸上升；②穩(wěn)產(chǎn)期，產(chǎn)氣量達(dá)到最高值并保持較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)產(chǎn)；③遞減期，由于地層有效驅(qū)動(dòng)能量衰竭，導(dǎo)致產(chǎn)氣量逐年下降，直到現(xiàn)有的技術(shù)條件已無(wú)法從氣藏中采出天然氣為止（圖2）。
2.1.2 氣田不同開發(fā)階段產(chǎn)氣量計(jì)算方法
一般情況下，氣田的上產(chǎn)期時(shí)間較短，通過(guò)不斷地投產(chǎn)新井，以達(dá)到設(shè)計(jì)的最大產(chǎn)氣量。
上產(chǎn)期內(nèi)，年產(chǎn)氣能力等于當(dāng)年新建產(chǎn)能與前期建成產(chǎn)能在當(dāng)年的總產(chǎn)氣量之和（扣除遞減后）， 計(jì)算公式為：
穩(wěn)產(chǎn)期是氣田開發(fā)的黃金時(shí)期，這時(shí)的產(chǎn)氣量達(dá)到最大值。隨著地層有效驅(qū)動(dòng)能量的逐步衰減，最大產(chǎn)氣量將逐漸失去維持的條件，產(chǎn)氣量也將開始遞減。
判定氣田進(jìn)入遞減期的方法有以下兩種：
1）利用穩(wěn)產(chǎn)期進(jìn)行判定：若對(duì)氣田的穩(wěn)產(chǎn)持續(xù)時(shí)間有較大把握時(shí)，可利用穩(wěn)產(chǎn)期指標(biāo)，確定進(jìn)入遞減期的時(shí)間。即當(dāng)生產(chǎn)年數(shù)（i）滿足如下條件時(shí)， 認(rèn)為氣田已進(jìn)入遞減期：
2）利用穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度進(jìn)行判定：當(dāng)年累計(jì)采出程度滿足如下條件時(shí)，認(rèn)為氣田已進(jìn)入遞減期。
遞減期產(chǎn)氣量確定的關(guān)鍵參數(shù)是遞減率，在油氣田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析中，常將油氣田產(chǎn)氣量遞減率（Dc） 定義為：
若令氣田在遞減期內(nèi)的總采出氣量為GD，而穩(wěn)產(chǎn)期末的產(chǎn)氣量為Q0（即遞減期產(chǎn)氣量的初值），氣田廢棄產(chǎn)氣量為QT，氣田遞減期的年數(shù)為T，則上述變量的含義和關(guān)系如圖3 所示。
由圖3 可得出，遞減期內(nèi)第i 年的產(chǎn)氣量為：
將公式（14）代入公式（6），即可求出產(chǎn)氣項(xiàng)目在遞減期內(nèi)的產(chǎn)氣量。
國(guó)產(chǎn)氣第i 年的供應(yīng)潛力即為第i 年各開發(fā)項(xiàng)目的商品氣量（產(chǎn)氣量與商品率乘積）之和扣除部分損耗，即
在供大于求或開發(fā)投資不足時(shí)，需要優(yōu)選供氣項(xiàng)目以形成效益最優(yōu)、可靠程度最高、最有利于可持續(xù)發(fā)展的供應(yīng)方案。項(xiàng)目?jī)?yōu)化是指以經(jīng)濟(jì)效益、開發(fā)階段、項(xiàng)目可靠性、能源戰(zhàn)略安全為優(yōu)化原則，對(duì)供氣項(xiàng)目進(jìn)行排序優(yōu)化。
2.2.1 供氣項(xiàng)目評(píng)分原則
供氣項(xiàng)目的優(yōu)選評(píng)分指標(biāo)包括：固定選擇權(quán)（是否為必選項(xiàng)目）、項(xiàng)目可靠程度、開發(fā)階段、財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)、收益優(yōu)先級(jí)等。
進(jìn)口氣項(xiàng)目通過(guò)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后，有經(jīng)濟(jì)效益的項(xiàng)目被篩選出來(lái)，可以成為供氣來(lái)源。根據(jù)天然氣進(jìn)口合同的簽訂與否，賦予不同的評(píng)分指標(biāo)值：①未簽訂合同的項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益要達(dá)標(biāo)才能納入優(yōu)化序列；②固定選擇權(quán)，已簽合同項(xiàng)目?jī)?yōu)先，預(yù)測(cè)期項(xiàng)目其次；③可靠程度高者優(yōu)先；④經(jīng)濟(jì)收益好者優(yōu)先。
國(guó)產(chǎn)氣項(xiàng)目通過(guò)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后，有經(jīng)濟(jì)效益的項(xiàng)目被篩選出來(lái)，可以成為供氣來(lái)源。根據(jù)項(xiàng)目投產(chǎn)與否，賦予不同的評(píng)分指標(biāo)值：①開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益要達(dá)標(biāo)才能納入優(yōu)化序列；②固定選擇權(quán)，已開發(fā)優(yōu)先，未開發(fā)、未來(lái)新增其次；③可靠程度高者優(yōu)先；④經(jīng)濟(jì)收益好者優(yōu)先。
2.2.2 供氣項(xiàng)目?jī)?yōu)選
在開發(fā)投資規(guī)模小于氣田/項(xiàng)目建產(chǎn)投資需求規(guī)模時(shí)，或者供需趨勢(shì)供大于求時(shí)，將所有供氣項(xiàng)目按上述評(píng)分排隊(duì)，從高到低選取供氣項(xiàng)目。其中，已簽進(jìn)口氣項(xiàng)目、已開發(fā)氣田的優(yōu)先級(jí)高于未簽進(jìn)口氣項(xiàng)目、未開發(fā)氣田和未來(lái)新增儲(chǔ)量。固定選擇權(quán)同一級(jí)別的，可靠程度高的優(yōu)先。可靠程度同一級(jí)別的，經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)先。考慮進(jìn)口氣照付不議供氣特點(diǎn)和能源戰(zhàn)略安全[20]，同等條件下優(yōu)先選擇已簽合同進(jìn)口氣。參與優(yōu)選的項(xiàng)目按此順序進(jìn)行排序。
3 天然氣供應(yīng)能力分析軟件研發(fā)及應(yīng)用
3.1 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)分析需要，軟件設(shè)計(jì)新增儲(chǔ)量預(yù)測(cè)、供應(yīng)潛力預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、情景分析（含投資約束功能）4個(gè)功能模塊（圖4）。
3.2 軟件功能
該軟件可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)測(cè)算不同情景下儲(chǔ)量潛力、供應(yīng)潛力，以及基于供應(yīng)潛力分析和投資約束條件下的項(xiàng)目?jī)?yōu)化和供應(yīng)方案計(jì)算。圖5為某盆地6個(gè)氣田在無(wú)約束情景、效益約束情景（內(nèi)部收益率大于10%）、效益＋投資約束情景（內(nèi)部收益率大于10%，投資240億元）下的供應(yīng)潛力，分別為792×108 m3/a、349×108 m3/a、92×108 m3/a，軟件根據(jù)約束條件和氣田效益情況進(jìn)行項(xiàng)目?jī)?yōu)化，再計(jì)算出供應(yīng)潛力。
可以根據(jù)需要建立供氣項(xiàng)目樹形結(jié)構(gòu)，并匯總、評(píng)價(jià)、分析各節(jié)點(diǎn)的供應(yīng)能力，能夠科學(xué)、快速評(píng)價(jià)國(guó)家、公司、氣田不同層面的新增儲(chǔ)量潛力、產(chǎn)氣量潛力和供應(yīng)能力（圖6）?？梢詫?duì)產(chǎn)氣量潛力、供應(yīng)能力評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)（圖7）。根據(jù)研究目的，可以實(shí)現(xiàn)不同氣藏類型、儲(chǔ)量類型、開發(fā)類型、供氣來(lái)源、產(chǎn)氣區(qū)域、效益分段等供應(yīng)構(gòu)成分類統(tǒng)計(jì)。
3.3 軟件優(yōu)點(diǎn)
1）多種方法靈活選擇。新增儲(chǔ)量預(yù)測(cè)、國(guó)產(chǎn)氣項(xiàng)目穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)氣量、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參數(shù)都設(shè)置了多種方法供選擇，多種方法靈活選擇功能提高了軟件的可操作性。
2）計(jì)算速度快、準(zhǔn)確。軟件計(jì)算速度快，可大幅提高工作效率，降低人為誤差和計(jì)算失誤。完成同樣的評(píng)價(jià)工作量，此前需要數(shù)周時(shí)間，在具備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的條件下，應(yīng)用該軟件幾分鐘就能完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入、評(píng)價(jià)計(jì)算、圖形展示等工作。
3.4 實(shí)例測(cè)算
2016—2017 年課題組利用該軟件測(cè)算了中國(guó)國(guó)產(chǎn)氣產(chǎn)量趨勢(shì)[21]，預(yù)測(cè)的“十三五”末國(guó)內(nèi)天然氣年產(chǎn)量介于1 750×108 ～ 1 850×108 m3， 與實(shí)際吻合程度高，預(yù)測(cè)“十四五”末年產(chǎn)氣量介于 2 100×108 ～ 24 50×108 m3，符合目前開發(fā)趨勢(shì)；預(yù)測(cè)2035年產(chǎn)氣量介于2 800×108～3 300×108 m3 （表 2）。這些預(yù)測(cè)結(jié)果被行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可采納。
表2 中國(guó)天然氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果表[19]
4 結(jié)論
1）天然氣供應(yīng)能力受資源基礎(chǔ)、投資規(guī)模、勘探開發(fā)節(jié)奏、開發(fā)技術(shù)、成本氣價(jià)、政策法規(guī)、多氣源優(yōu)化等多方面因素的影響。通過(guò)構(gòu)建供應(yīng)能力分析流程，優(yōu)選生命模型法預(yù)測(cè)新增儲(chǔ)量規(guī)模；優(yōu)選項(xiàng)目構(gòu)成法并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)產(chǎn)氣量規(guī)模；選擇凈現(xiàn)值和內(nèi)部收益率作為經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)；統(tǒng)籌考慮國(guó)內(nèi)外資源建立基于項(xiàng)目可靠性、經(jīng)濟(jì)性、戰(zhàn)略安全性的項(xiàng)目?jī)?yōu)化方法，并利用情景規(guī)劃思路編制了供應(yīng)能力分析軟件。
2）供應(yīng)能力分析軟件設(shè)置了多種計(jì)算方法，可針對(duì)研究需要靈活選擇。對(duì)于新增儲(chǔ)量模塊，可選擇生命模型法進(jìn)行預(yù)測(cè)或者直接錄入規(guī)劃數(shù)值；對(duì)于國(guó)產(chǎn)氣產(chǎn)量潛力分析模塊，有開發(fā)方案的氣田采用穩(wěn)產(chǎn)年限、穩(wěn)產(chǎn)期規(guī)模等開發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)氣田產(chǎn)量，而若無(wú)開發(fā)方案的氣田和未來(lái)新增儲(chǔ)量則通過(guò)類比同類型氣田采氣速度、穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度等參數(shù)測(cè)算氣田產(chǎn)氣量。供氣項(xiàng)目排序時(shí)可選擇內(nèi)部收益率或凈現(xiàn)值作為經(jīng)濟(jì)優(yōu)化指標(biāo)。
3）應(yīng)用該方法和軟件的關(guān)鍵是勘探開發(fā)參數(shù)的科學(xué)取值及對(duì)未來(lái)氣價(jià)、成本走勢(shì)的正確判斷，需多角度咨詢相關(guān)專業(yè)人士的觀點(diǎn)，并可以對(duì)不確定性參數(shù)設(shè)定情景，形成多情景天然氣供應(yīng)方案。
4）本文構(gòu)建的方法和軟件基于中國(guó)天然氣評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)不同類型氣田、不同進(jìn)口氣源單獨(dú)計(jì)算并匯總，可以有效提高預(yù)測(cè)精度；軟件可以對(duì)多節(jié)點(diǎn)進(jìn)行靈活計(jì)算，可大幅提高計(jì)算速度，降低人為誤差；供氣目標(biāo)多功能分類統(tǒng)計(jì)，能夠充分展示供應(yīng)方案的構(gòu)成特點(diǎn)。
