E-mail: zhaosp69@petrochina.com.cn
趙素平1 陸家亮1 黃 誠2 劉麗芳1
1. 中國石油勘探開發(fā)研究院
2. 西南石油大學
摘要:為了構建適合我國天然氣產業(yè)實際的天然氣供應能力測算方法和相關軟件，分析了影響天然氣供應能力的外部因素和天然氣產業(yè)鏈內部因素，分別考慮國產氣、進口氣（管道氣＋ LNG）兩種氣源類型，構建了供應能力分析流程，統(tǒng)籌考慮國內外資源情況建立了基于項目可靠性、經濟性、戰(zhàn)略安全性的項目優(yōu)化方法，并利用情景規(guī)劃思路編制了供應能力分析軟件。研究結果表明：①天然氣供應能力受資源基礎、投資規(guī)模、勘探開發(fā)節(jié)奏、開發(fā)技術、成本、氣價、政策法規(guī)、多氣源優(yōu)化等多方面因素的影響；②所構建的測算方法模型符合我國天然氣供應能力評價實際和現(xiàn)有數(shù)據庫資料的特點，通過對不同類型氣田、不同進口氣源單獨計算并匯總到公司、國家層面，可以大幅度提高預測的精度；③供應能力分析軟件設置了多種計算方法，可以針對研究需要靈活選擇，對于新增儲量模塊，可以選擇生命模型法進行預測或者直接錄入規(guī)劃數(shù)值，對于國產氣產量潛力分析模塊，有開發(fā)方案的氣田采用穩(wěn)產年限、穩(wěn)產期規(guī)模等開發(fā)指標預測氣田產量，而無開發(fā)方案的氣田和未來新增儲量則通過類比同類型氣田采氣速度、穩(wěn)產期末采出程度等參數(shù)來測算氣田產氣量。結論認為，該研究成果可以有效地提高天然氣供應能力預測的精度和效率。
關鍵詞:天然氣；供應能力；測算方法；軟件開發(fā)；國產氣；進口氣；新增儲量預測；產氣量預測
0 引言
1.1 供應能力內涵及影響因素
1.2 供應能力分析流程
根據供應能力內涵，分國產氣、進口氣（管道氣＋ LNG）兩種氣源類型構建分析流程圖（圖1）。
國產氣供應能力按照探明儲量和未來新增儲量進行分析。探明儲量供應能力：如果已經編制氣田開發(fā)方案或調整方案，氣田開發(fā)指標采用方案指標， 沒有方案的氣田開發(fā)指標采用類比法確定。新增儲量供應能力：首先需要對未來年度新增儲量規(guī)模進行預測，以資源量、資源類型、勘探規(guī)律和勘探指標為基礎，測算未來增儲潛力。評價已探明儲量和未來新增儲量開發(fā)技術的可行性，如果技術上能夠開發(fā)，則通過開發(fā)指標測算產氣量潛力和商品量潛力，并進行可靠性、經濟性評價，通過設定優(yōu)化原則優(yōu)化建產項目，最后累積各開發(fā)項目商品量之和， 扣除部分損耗即為國產氣供應能力。
進口氣按照已簽合同和未簽合同項目進行分析。對于有合同的項目按照合同約定給出供應潛力，無合同的通過可靠性、經濟性、戰(zhàn)略性評價優(yōu)選進口氣新增項目，最終得出進口氣供應能力。
2 天然氣供應能力分析方法
根據我國現(xiàn)有供氣特點，天然氣供應能力分析方法主要包括進口氣、國產氣供應能力分析方法，以及在供大于求或開發(fā)投資不足時必須進行的天然氣供應項目優(yōu)化方法。
進口氣供應能力分析的主要依據是已簽合同和有供氣意向氣源。我國簽訂的大多為照付不議合同， 所以進口氣供應能力主要是將已有合同和供氣意向的項目，根據合同協(xié)定供氣量按照時間序列進行疊加，再考慮一部分現(xiàn)貨交易量。進口氣供氣參數(shù)包括起始年份、合同年限、年供氣量、氣價等，進口氣參數(shù)多采用合同約定數(shù)值，不涉及方法模型的構建，此不贅述。
以下重點介紹國產氣項目供應能力測算方法和供氣項目優(yōu)化方法。
2.1 國產氣供應能力測算方法
從分析流程圖來看，國產氣供應測算的兩個核心是未來新增儲量潛力預測和產氣量潛力預測。
新增儲量預測方法主要有生命模型法、油田規(guī)模序列法、重點領域剖析法等[11-14]。國家、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領域剖析法。筆者采用生命模型法（包括HCZ模型、Compertz模型、Hubbert模型、翁氏模型）進行儲量預測，需要的數(shù)據包括資源量、資源探明率和歷史新增儲量等。生命模型法預測新增儲量已有成熟的數(shù)學模型可以借用[11-12]，本文不再詳細論證。
國產氣產量預測方法主要包括資源采氣速度法、生命模型法、儲采比控制法、項目構成法等[12-14]。其中項目構成法最精確，需要龐大的勘探開發(fā)數(shù)據支撐，適合專業(yè)預測，本文采用項目構成法研究思路，重點對具體評價參數(shù)和數(shù)學模型進行構建[15-16]，以下對此方法論證過程進行重點介紹。
項目構成法是以投入開發(fā)的項目或氣田為基本單位，以可采儲量為基礎，按開發(fā)規(guī)律和開發(fā)指標預測氣田不同開發(fā)階段的產氣量，然后根據氣田穩(wěn)產方式計算產能建設和投資需求，通常中高滲透整裝氣藏采用單井穩(wěn)產模式，頁巖氣、致密氣等低滲透復雜氣藏采用井間接替模式[17-19]，產能建設投資測算結果用于經濟評價和項目優(yōu)化，其關鍵在于單氣田/項目產氣量預測。項目構成法需要準備的開發(fā)參數(shù)為：可采儲量、采氣速度或開發(fā)方案設計產能、建產期、穩(wěn)產期或穩(wěn)產期末采出程度、廢棄產量、單井遞減率等。
氣田的開發(fā)周期通?？煞譃槿齻€階段：①上產期，新井不斷投產，產氣量逐漸上升；②穩(wěn)產期，產氣量達到最高值并保持較長時間穩(wěn)產；③遞減期，由于地層有效驅動能量衰竭，導致產氣量逐年下降，直到現(xiàn)有的技術條件已無法從氣藏中采出天然氣為止（圖2）。
2.1.2 氣田不同開發(fā)階段產氣量計算方法
一般情況下，氣田的上產期時間較短，通過不斷地投產新井，以達到設計的最大產氣量。
上產期內，年產氣能力等于當年新建產能與前期建成產能在當年的總產氣量之和（扣除遞減后）， 計算公式為：
穩(wěn)產期是氣田開發(fā)的黃金時期，這時的產氣量達到最大值。隨著地層有效驅動能量的逐步衰減，最大產氣量將逐漸失去維持的條件，產氣量也將開始遞減。
判定氣田進入遞減期的方法有以下兩種：
1）利用穩(wěn)產期進行判定：若對氣田的穩(wěn)產持續(xù)時間有較大把握時，可利用穩(wěn)產期指標，確定進入遞減期的時間。即當生產年數(shù)（i）滿足如下條件時， 認為氣田已進入遞減期：
2）利用穩(wěn)產期末采出程度進行判定：當年累計采出程度滿足如下條件時，認為氣田已進入遞減期。
遞減期產氣量確定的關鍵參數(shù)是遞減率，在油氣田生產動態(tài)分析中，常將油氣田產氣量遞減率（Dc） 定義為：
若令氣田在遞減期內的總采出氣量為GD，而穩(wěn)產期末的產氣量為Q0（即遞減期產氣量的初值），氣田廢棄產氣量為QT，氣田遞減期的年數(shù)為T，則上述變量的含義和關系如圖3 所示。
由圖3 可得出，遞減期內第i 年的產氣量為：
將公式（14）代入公式（6），即可求出產氣項目在遞減期內的產氣量。
國產氣第i 年的供應潛力即為第i 年各開發(fā)項目的商品氣量（產氣量與商品率乘積）之和扣除部分損耗，即
在供大于求或開發(fā)投資不足時，需要優(yōu)選供氣項目以形成效益最優(yōu)、可靠程度最高、最有利于可持續(xù)發(fā)展的供應方案。項目優(yōu)化是指以經濟效益、開發(fā)階段、項目可靠性、能源戰(zhàn)略安全為優(yōu)化原則，對供氣項目進行排序優(yōu)化。
2.2.1 供氣項目評分原則
供氣項目的優(yōu)選評分指標包括：固定選擇權（是否為必選項目）、項目可靠程度、開發(fā)階段、財務評價指標、收益優(yōu)先級等。
進口氣項目通過經濟評價后，有經濟效益的項目被篩選出來，可以成為供氣來源。根據天然氣進口合同的簽訂與否，賦予不同的評分指標值：①未簽訂合同的項目經濟效益要達標才能納入優(yōu)化序列；②固定選擇權，已簽合同項目優(yōu)先，預測期項目其次；③可靠程度高者優(yōu)先；④經濟收益好者優(yōu)先。
國產氣項目通過經濟評價后，有經濟效益的項目被篩選出來，可以成為供氣來源。根據項目投產與否，賦予不同的評分指標值：①開發(fā)項目經濟效益要達標才能納入優(yōu)化序列；②固定選擇權，已開發(fā)優(yōu)先，未開發(fā)、未來新增其次；③可靠程度高者優(yōu)先；④經濟收益好者優(yōu)先。
2.2.2 供氣項目優(yōu)選
在開發(fā)投資規(guī)模小于氣田/項目建產投資需求規(guī)模時，或者供需趨勢供大于求時，將所有供氣項目按上述評分排隊，從高到低選取供氣項目。其中，已簽進口氣項目、已開發(fā)氣田的優(yōu)先級高于未簽進口氣項目、未開發(fā)氣田和未來新增儲量。固定選擇權同一級別的，可靠程度高的優(yōu)先?？煽砍潭韧患墑e的，經濟效益好的優(yōu)先?？紤]進口氣照付不議供氣特點和能源戰(zhàn)略安全[20]，同等條件下優(yōu)先選擇已簽合同進口氣。參與優(yōu)選的項目按此順序進行排序。
3 天然氣供應能力分析軟件研發(fā)及應用
3.1 軟件設計
根據分析需要，軟件設計新增儲量預測、供應潛力預測、經濟評價、情景分析（含投資約束功能）4個功能模塊（圖4）。
3.2 軟件功能
該軟件可以實現(xiàn)單獨測算不同情景下儲量潛力、供應潛力，以及基于供應潛力分析和投資約束條件下的項目優(yōu)化和供應方案計算。圖5為某盆地6個氣田在無約束情景、效益約束情景（內部收益率大于10%）、效益＋投資約束情景（內部收益率大于10%，投資240億元）下的供應潛力，分別為792×108 m3/a、349×108 m3/a、92×108 m3/a，軟件根據約束條件和氣田效益情況進行項目優(yōu)化，再計算出供應潛力。
可以根據需要建立供氣項目樹形結構，并匯總、評價、分析各節(jié)點的供應能力，能夠科學、快速評價國家、公司、氣田不同層面的新增儲量潛力、產氣量潛力和供應能力（圖6）?？梢詫Ξa氣量潛力、供應能力評價結果進行分類統(tǒng)計（圖7）。根據研究目的，可以實現(xiàn)不同氣藏類型、儲量類型、開發(fā)類型、供氣來源、產氣區(qū)域、效益分段等供應構成分類統(tǒng)計。
3.3 軟件優(yōu)點
1）多種方法靈活選擇。新增儲量預測、國產氣項目穩(wěn)產期產氣量、經濟評價參數(shù)都設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）計算速度快、準確。軟件計算速度快，可大幅提高工作效率，降低人為誤差和計算失誤。完成同樣的評價工作量，此前需要數(shù)周時間，在具備基礎數(shù)據庫的條件下，應用該軟件幾分鐘就能完成數(shù)據導入、評價計算、圖形展示等工作。
3.4 實例測算
2016—2017 年課題組利用該軟件測算了中國國產氣產量趨勢[21]，預測的“十三五”末國內天然氣年產量介于1 750×108 ～ 1 850×108 m3， 與實際吻合程度高，預測“十四五”末年產氣量介于 2 100×108 ～ 24 50×108 m3，符合目前開發(fā)趨勢；預測2035年產氣量介于2 800×108～3 300×108 m3 （表 2）。這些預測結果被行業(yè)內普遍認可采納。
表2 中國天然氣產量預測結果表[19]
4 結論
1）天然氣供應能力受資源基礎、投資規(guī)模、勘探開發(fā)節(jié)奏、開發(fā)技術、成本氣價、政策法規(guī)、多氣源優(yōu)化等多方面因素的影響。通過構建供應能力分析流程，優(yōu)選生命模型法預測新增儲量規(guī)模；優(yōu)選項目構成法并構建數(shù)學模型預測產氣量規(guī)模；選擇凈現(xiàn)值和內部收益率作為經濟評價指標；統(tǒng)籌考慮國內外資源建立基于項目可靠性、經濟性、戰(zhàn)略安全性的項目優(yōu)化方法，并利用情景規(guī)劃思路編制了供應能力分析軟件。
2）供應能力分析軟件設置了多種計算方法，可針對研究需要靈活選擇。對于新增儲量模塊，可選擇生命模型法進行預測或者直接錄入規(guī)劃數(shù)值；對于國產氣產量潛力分析模塊，有開發(fā)方案的氣田采用穩(wěn)產年限、穩(wěn)產期規(guī)模等開發(fā)指標預測氣田產量，而若無開發(fā)方案的氣田和未來新增儲量則通過類比同類型氣田采氣速度、穩(wěn)產期末采出程度等參數(shù)測算氣田產氣量。供氣項目排序時可選擇內部收益率或凈現(xiàn)值作為經濟優(yōu)化指標。
3）應用該方法和軟件的關鍵是勘探開發(fā)參數(shù)的科學取值及對未來氣價、成本走勢的正確判斷，需多角度咨詢相關專業(yè)人士的觀點，并可以對不確定性參數(shù)設定情景，形成多情景天然氣供應方案。
4）本文構建的方法和軟件基于中國天然氣評價經驗和數(shù)據庫特點，通過對不同類型氣田、不同進口氣源單獨計算并匯總，可以有效提高預測精度；軟件可以對多節(jié)點進行靈活計算，可大幅提高計算速度，降低人為誤差；供氣目標多功能分類統(tǒng)計，能夠充分展示供應方案的構成特點。
