天然气商品率的影响因素与提高措施探讨

张利华 邵天翔 冉 莉 范劲松 程 伟

（中国石油西南油气田公司重庆气矿，重庆 400021）

0 引言

天然气是一种洁净燃料和优质化工原料，2007-2017 年我国天然气消费量的复合增长率为12.96%，2018 年天然气消费量全球增长率为5.3%，中国增长率为17.5%，消费增长强劲［1-2］。在有限的天然气能源中，提高商品利用率具有重要的战略意义。商品气和井口气两者在数量上存在有较大的差别，天然气商品率反映了天然气商品量和产量之间的关系［3］。世界上重视天然气利用的国家，商品率达90%以上；而不重视天然气利用，天然气损耗大的国家，商品率不到50%［4-7］。目前，国内外学者研究天然气采收率很多，研究天然气商品率却甚少，开源重要，节流也很重要。笔者结合所在单位某气田多年生产、集输和处理的实际运行情况，统计分析了影响天然气商品率的主要因素，探讨提高天然气商品率的主要措施，对我国天然气产业高质量发展具有重要的意义。

1 天然气商品率分析

1.1 天然气商品量生产流程分析

天然气商品量指天然气经过集输管网、车船等各种运输途径以气态或液态形式到达天然气用户手中被消费的气量，是真正实现商业价值部分的天然气。天然气由地下开采到地面后，经过集输、处理和输送，才能变成商品量，天然气在这一系列复杂的处理和集输过程中，存在相当大的消耗（图1），天然气商品量与产量存在着不容忽视的差别。因此，天然气的商品量也可定义为天然气产量中扣除自用和损耗量后可供销售的部分［8］，它是评价天然气产销企业经济效益的重要指标。

1.2 天然气商品率计算公式分析

图1 天然气生产流程过程中的消耗示意图

天然气商品率是天然气商品量与工业产量之比［2］，其理论计算公式为：式中，Rcn为天然气商品率，无量纲；Qvgo为天然气商品量，m3；Qgo为天然气工业产量，m3；Qapu为生产自用气量，m3；Qgi为集输损耗的全部气量，m3。

从式（1）可以看出，天然气商品率受制于生产自用量和损耗量，因此降低自用和损耗可以增加商品气量，从而提高商品率。

2 影响天然气商品率的主要因素

天然气产量从井口产出后分成了商品量、天然气损耗、生产自耗3个量消耗。减少损耗量和自用量可以增加商品量，从而提高商品率，损耗量是最重要的影响因素。

2.1 天然气损耗

天然气损耗是天然气管道输入量和管存变化量之和与输出量的差值，包括计量输差、放空、处理加工天然气缩减损耗量。在天然气商品量生产过程中，输差损耗是损耗中占比最大的部分，是关键因素，确定控制措施，最终达到减少损耗，提高天然气商品率的目的。以某气田为例，输差损耗比例高达45.84%（表1）。

2.1.1 输差损耗

由于天然气产量、商品量、净化处理量、自耗量、放空量、管存量以及管线事故爆管和泄放的天然气都可以直接仪表计量或间接的方式计算出来。输差就是未被计量的天然气，或者说是非计量漏失。一个供气量很小的站（如平均流量为50 m3／h）出现输差，常年累月的供气漏失量也会高达几十万立方米，造成企业的巨大经济损失。

表1 某气田2011-2018年天然气损耗构成表

输差损耗的影响因素很多，有设备和技术原因造成的，也有人为影响造成的。通常是由于管网系统内外泄漏、计量错误、计算与记录不正确、盗气或其他原因造成的。比如：管道使用年限较长，老化和腐蚀比较严重，造成天然气的跑、冒、漏。由于盗气或其他人为因素的非计量漏失造成的损耗。

2.1.2 其他损耗

其他损耗包括管道放空量、净化处理天然气缩减造成的损耗量。

天然气在生产集输过程中，由于管道破裂检修或施工作业需要正常放空一定量的管道天然气。

天然气必须进行处理才能作为商品给用户消费，天然气处理的目的就是分离出水、酸气（H2S、CO2混合气）、天然气凝液（NGL）等。脱除的酸气进行硫回收和天然气凝液回收都会造成商品气的减量［9］。

2.2 天然气生产自耗

天然气集输处理输送到用户，通常需要消耗一定的天然气，包括为处理输送设备提供动力的生产能耗、满足生产人员的生活所需的辅助能耗。某气田近3年的天然气自用能耗构成情况见表2。

2.2.1 生产能耗

天然气压缩机和净化处理设备是天然气管道集输能耗最主要的部分，分别占总能耗的40%～55%。而管输量和开机方式对压缩机能耗的影响最为直接和明显。天然气闪蒸净化处理会损耗大量天然气，当气量较大时，为了保持闪蒸罐内压力稳定，通过火炬系统放空，放空损失量约50%，每年损耗大量天然气［10-11］。用醇胺法脱硫脱碳时，其富液在再生时需要加热，能耗也较高［12］。在天然气集输过程中，脱水设备、保温水套炉、发电机等生产设备都会消耗天然气，这些设备消耗天然气的量不可忽视。

表2 某气田2016-2018年天然气自耗构成表

2.2.2 辅助能耗

集输气站、办公场所等用于做饭、生活热水使用的锅炉、加热器等生活保障类设备也需要消耗一部分天然气，虽然这些设备单体能耗相比动力耗能小得多，基数大，如果不注重节俭，长期累积也是巨大的浪费。

3 提高天然气商品率的主要措施

影响天然气商品率的因素有损耗和自耗，而输送损耗和压缩机动力耗能是最主要的因素。提高天然气商品利用率的主要途径就是要减少天然气的输送损耗和降低压缩机能耗。

3.1 减少天然气输送损耗

3.1.1 从技术和管理上降低输差损耗

2011 年某气田就成立了“输差受控系统”试点工程项目组之后全面启用输差日受控平台。绘制每个输差受控点网络流程图，编制输差受控进出点报表，并运用成熟的生产调度信息系统，实现了输差数据和趋势曲线的每日实时更新、自动预警。确保输差处于全过程受控状态，及时发现并杜绝生产过程中的跑冒漏发生。通过输差受控平台，成功及时的发现了用户管线穿孔的安全运行事故；管线设备泄漏堵塞的问题；计量旁通开启忘记关闭的问题；及时发现数据录入错误计算错误等人为因素。

结合季节性用气特点，及时调整孔板、仪表量程等计量参数，确保计量仪表在最佳范围内运行。适时跟踪、监控计量点的计量状况，特别是在用气高峰期，应避免因用户用气状况的改变引起的仪表超限、削峰等计量漏失问题的发生，以实现计量基础精细化管理，有效维护企业合法效益。

建立输差量化考核机制。每年底对输差监控点进行全年的输差量波动分析，确定合理的指标，对指标进行分解和量化考核，降低天然气的损耗，保证天然气商品量的最大化。以完善的计量监督机制促进商品率完成。定期和不定期对所属点（站）进行监督检查和进行技术现场指导。杜绝非正常放空和管线跑冒漏的发生。

3.1.2 加强天然气集输优化运行降低输送损耗

优化集输管网运行，提高生产效率，降低输送损耗：①减少管道摩擦阻力损耗，提高天然气的输送能力。优先利用大管径高压力等级管道输送高压天然气，通过提高输送天然气密度增压天然气压缩性、降低天然气流速，进而减少天然气与管道的摩擦。②运用管网管理系统如SCADA 系统。SCADA系统配以适用的软件，实现对管道运行全过程进行计划、调度、控制、模拟、分析、预测和优化，对管线及设备状态进行诊断并提出维修建议，执行事故报警并采取保护措施［13-15］，预防和减少管道事故的发生，减少跑冒漏的现象发生。③进行天然气管道和站场的完整性管理。启动油气田管道和站场完整性管理工作，让生产管理者根据最新信息，对管道和站场运营中进行识别和评价［16］，使管道和站场始终处于可控状态，预防和减少事故发生，减少输送损耗。④天然气放空是管道进行抢修作业必不可少的环节。但放空不仅造成资源的浪费，也对环境造成污染。加强管道的合理设计，科学有效管理，预防和减少管道破裂放空、内外泄漏等事故的发生，减少放空量。应用较广的阀室便是对天然气管道进行分节管控，减少放空量。还可以采用国外的先进经验，对放空气进行回收，在事故抢修或计划维修时，采取移动压缩机将放空管段中的天然气送至相邻管段中，保持抢修或检修时系统的密闭。不仅可提高输气效率，而且避免对环境的影响。

3.2 节能降耗，降低自用天然气

降低自用能耗需要从整体到局部进行规划，抓主要矛盾。从上到下对管网、站场和单台设备运行进行优化，把压缩机和净化设备耗能列为前列。①合理确定压缩机配置和机组负荷。②优化开机方案，比如同等集输气量的条件下，可通过减少压缩机组的开启数目或调整开机组合，来实现降低管道能耗的目的。③优化运行调整，调整运行工况，优化管网关键节点的运行压力来降低天然气管网能耗。④优化软件来控制各个增压站的运行情况。⑤优化单台设备的自用能耗，对于较大规模的燃气轮机驱动机组，目前有两种节能技术：一是采用燃气轮机空气进气冷却技术提高燃机效率，二是加装余热锅炉，利用燃气轮机排出的高温烟气热量对水进行加热，对站内生产和生活设施进行伴热，减少站场能量消耗。

对于其他耗能较多的脱水设备、加热炉、锅炉等，也可以通过优化运行参数、优化控制措施和选用节能型设备来减少能耗消耗。

4 结束语

提高天然气商品率对国家及油气田企业都具有重要的意义。影响天然气商品率的因素有天然气的损耗、生产自耗。减少天然气的损耗，特别是损耗中占比大的输送损耗，有助于提高天然气商品率［17］。从管理考核机制、监督机制和技术措施等多角度管理，从数据读取的准确性与及时性受控、计算方法的科学性和仪表的合理选型安装上等多维度精细化管理来降低输差损耗都是切实可行的。加强节能降耗，减少自用量，特别是提高高耗能设备增压机组的效率，对提高天然气商品率也有一定的帮助。另外加强天然气集输优化运行管理，运用先进的管道管理系统，建立科学性和完整性管道管理技术体系，预防和减少管道事故的发生，减少管输的跑冒漏，减少放空损耗，实现开源和节流并举，环境保护和资源节约并举的措施。当然由于天然气的集输处理过程非常复杂，提高天然气商品率是一项复杂的系统工程，需要从多角度多方位进行管控，也需要相关研究人员继续深入研究探讨。