机构监视裂谷

中国地下储气库打造世界级方案作者DanMuellerHanlingYangAdamPeltzTomAlexander美国环保协会美国环保协会致力于保护所有人的环境权利,包括获得清洁空气、清洁水源、健康食品和多样性生态系统的权利.
在科学的指导下,我们着力创造切实可行的解决方案,确保我们的解决方案不带有任何党派偏见、成本效益高并兼顾公平,进而赢得持久性的政治、经济和社会支持.
封面照片:OlegFedorenko2019年美国环保协会UndergroundGasStorageinChina2摘要中国正在规划地下储气库(UGS)发展路径,计划在未来20年内大幅提高其UGS能力.
UGS能够给供气系统带来诸多益处,包括提高作业灵活性和效率;不过,一旦出现故障,它有可能会对人体健康、安全和环境造成重大不利影响.
在这一方面,美国(该国拥有一些服役年龄最长、规模最大的UGS设施)加利福尼亚州阿利索峡谷最近发生的灾难性事件就为我们提供了第一手印证.
在中国借鉴其他国家完善的UGS设施技术、监管指南的同时,制定一套自己的贯穿UGS运营所有环节(规划、建造、运营乃至最终关闭)的管理框架,并最终使其制度化,就显得尤为重要.
本报告简述了一套能够与现有领先的技术实践相配套的管理框架,分析了技术卓越、管理性监督、内部程序和企业文化之间是如何有效联动,降低与UGS相关的健康、安全和环境等方面的风险.
本报告所概述的框架如能得到正确的设置和部署,将有助于防范与UGS有关的一系列脆弱性.
本报告认为,一个优异的UGS管理框架应由以下四大基石构成:1.
恰当的风险管理;2.
完备的健康、安全和环境(HSE)管理体系;3.
技术胜任力作业;以及4.
充分知情和可执行的规章制度.
鉴于中国天然气消费增长迅猛,市场对UGS库容能力的需求也日益猛增,利益相关者在项目伊始必须依靠完善的科学技术、有效的过程管理和准确的信息防患于未然,避免在出现问题时再仓促应对.
该框架旨在预防那些可预见、可预测性的问题,同时,中国的运营机构和政策制定者也可以在UGS扩容规划期将本框架作为制定相关指南和管理方案的指导性文件.
中国UGS发展计划随着中国大举推出煤改气政策以应对迫在眉睫的空气污染问题,中国对天然气的需求出现了迅猛增长.
目前,中国的天然气供应主要来源于进口(通过液化天然气或管道天然气等方式)和国内生产.
为了平衡天然气供应,解决供应瓶颈(包括地域性和季节性瓶颈),中国启动了新一轮的UGS建设项目.
相对于拥有世界上运营时间最长(某些设施的服役年限已超过100年)、储气规模最大的UGS设施的美国来讲,中国在UGS领域仍然属于一位新来者,仅拥有20多年的相关经验.
在全球范围内,UGS的建设和运营技术日臻成熟,现有的技术和监管制度可以帮助行业和监管机构设计和运营UGS设施(参见美国石油学会(API)的推荐实践1170和1171;美国国家标准协会(ANSI)标准EN1918;美国州际油气协定委员会和地下水保护委员会的《地下储气库监管考量》;以及加拿大标准协会(CSA)《地下地质构造中碳氢化合物的储存》).
但仅仅坚持领先的技术实践可能并不足以预防严重的健康、安全和环境威胁.
最近发生的阿利索峡谷的灾难性事件就证明了这一点.
这场灾难促使加州修订了其UGS法规,并促使美国管道和危险材料安全管理局(PHMSA)制定统一的最低联邦安全标准,以强化各州的管理力度.
要打造世界级的UGS方案,中国的运营和监管机构必须通力合作,建立一个无缝整合的管理框架,良好对接适任管理和知情监管体系,涵盖现有资源中的技术专长,及能系统、持续降低危害人体健康、安全和环境风险的体系和流程.
2017年,中国的天然气需求增长占到了全球的30%1,预计到2040年,中国将推动四分之一2的全球天然气需求增长.
如今,中国近40%的天然气依赖进口,其供应点主要集中在边境和港口地区.
与此同时,中国天然气消费用户及其地理分布日益呈现多样化的特征,这对满足消费高峰时期的需求构成了挑战3.
2000如能得到正确的设置和部署,本框架将有助于防范与地下储气库有关的一系列安全脆弱性.
EnvironmentalDefenseFund/edf.
org3UndergroundGasStorageinChina4图1-中国天然气网络Source:Cedigaz年以前,化工和工业部门占天然气使用量的80%以上.
如今,超过50%的天然气消费来自于电力和居民/商业部门,而且这一趋势仍在不断持续4.
这一转变造成了不断加剧的季节性供需失衡,突显了建立更大规模的天然气储运网络的紧迫性.
另外,天然气资源(包括进口和国产)与消费端的距离,及日益增长且多元化的用户,都对UGS的选址和配套管道设施提出了挑战.
中国的地下储气库发展还处于相对早期的阶段.
虽然中国第一个地下储气库建于1969年,但直到1999年陕京一线天然气长输管道建成后,才出现了大规模的储气工程5.
地下储气库的发展在解决首都地区天然气季节性需求波动问题上发挥了重要作用.
目前,中国有25座UGS设施(而美国大约有400座).
中国石油天然气集团公司(中石油)拥有23座,中国石油化工集团公司(中石化)有2座.
截至2017年底,中国的储气量仅能满足全国年消费量的3%多一点,远低于10-12%的国际平均水平6.
为了填补这一空缺,中国政府制定了多项储气扩容目标.
到2020年,国有石油公司的储存能力必须达到其年度合同销售额的10%,城市经销商的储存能力必须达到其供应量的5%,地方政府必须确保其管辖范围内的储存能力可以满足3天的需求7.
另外,中国还敦促国有石油公司向第三方开放其储气设施.
目标是到2020年,全国工作储气能力从20178年的117亿立方米提高到148亿立方米,到20309年提高到350亿立方米,分别占全年预期消费总量的4.
1%和5.
8%左右10.
资料来源:法国国际天然气信息中心EnvironmentalDefenseFund/edf.
org5作为对这些政策信号的响应,中石油和中石化都在加快UGS的规划和建设,着力建设大型地下设施,准备用10年的时间实现储存能力翻番.
中石油计划在2030年前增建23座设施.
中石化计划在中部地区建设中国最大的地下储气库集群11.
然而,中国在加强UGS基础设施建设,满足经济各领域日益增长的天然气需求的同时,还面临着一系列物流和工程方面的挑战,包括:天然气来源(包括国产和进口)与人口中心和其他用户间的地理距离;强制性储气量目标的设立要求快速增加存储量,进而要求在选址、各设施的存储量、以及其设计、施工和运营方面必须做出快速的决策;地质条件带来的挑战.
大部分可改造为天然气储库的枯竭油气田都位于东北、中部和西部地区.
但市场需求最大的东部沿海地区其地下构造多为盐穴和含水层12,13,对UGS建造构成挑战.
目前,中国大多数UGS(当前25座储存设施中有23座)都建造在枯竭油气田上.
这些油气田大多为低渗透油田,深度一般在2500米以下,有些超过4500米.
相比之下,世界上95%的UGS深度都小于2500米14.
此外,中国潜在盐穴设施的地层深度通常比国际典型盐穴UGS深500米15.
一般来说,地质构造较深的盐穴地下储气库要比浅层岩穴储气库的造价更高,技术风险更大.
尽管存在上述技术和运营方面的挑战,但鉴于中国正在着力调整能源结构,使用更多的天然气取代煤炭,UGS的应用将给天然气价值链带来诸多益处.
UGS的主要目的是保证供应和价格稳定.
天然气供需平衡受到天气、事故、自然灾害和地缘政治波动多种因素的干扰.
一个规划良好、执行有效的地下储气网络可以提供一个理想的缓冲,确保气源供应充足和价格稳定.
UndergroundGasStorageinChina6加利福尼亚州地下储气库发生泄漏(如红外摄像机拍摄图片所示),在2015年向大气中排放了超过10万吨的甲烷.
世界级储气库方案的四大基石即使采用了良好的技术资源来设计和建造UGS,系统管理失当也会给环境、人体健康和安全带来相当大的风险.
美国近期发生的三起事故充分说明了建立、实施完善的UGS管理框架的重要性.
2001年,堪萨斯州哈钦森附近一个枯竭储气库的天然气通过地下渠道游离到了几公里外的市中心,引发的爆炸事故造成两人死亡,两座建筑物被毁;当局还未来得及封堵气井泄漏并排空城市下积聚的天然气,城市周围就出现了气体和水柱喷发16.
2004年,得克萨斯州莫斯布拉夫的一个盐穴储气库在短短六天内释放了1.
7亿立方米的天然气,导致方圆五公里内的所有居民不得不疏散.
气体燃烧的火焰超过300米,能见度高达30公里17.
2015年底,美国西部最大的阿利索峡谷(AlisoCanyon)枯竭油气田UGS发生泄漏并持续了四个月之久,导致邻近地区的11000人撤离18.
该事故造成的泄漏量(1.
42亿立方米)几乎与莫斯布拉夫事故相当,但由于天然气直接被排放到大气中没有发生燃烧,其排放的10万吨甲烷所产生的温室效应相当于美国近60万辆汽车的年度碳排放量19.
由于这三起事故都有可能通过改善建造、检查和维护规程得到预防,因此,事故发生的三个州都对其UGS监管方案进行了大面积修订.
下文论述了主要UGS管理框架的四大基石,它们有助于防范各种脆弱性.
前三个基石主要针对储气行业,并酌情提供监管建议.
第四个基石则兼顾行业和监管机构两个方面.
1.
恰当的风险管理;2.
完善的HSE管理体系;3.
可胜任的技术作业;以及4.
充分知情和可执行的规章制度.
切实执行基于这四个基石的管理框架将能减少事故,改善公共健康和安全,提高成本-运营效益,显著减少不确定性,保护环境(通过减少甲烷和其他空气污染物排放、防止地表和水系统污染),防止浪费,节约自然资源,实现综合能源政策目标.
这些基石必须匹配相应的政策、流程和程序,并贯穿从最高领导层和到第一线员工的各方承诺.
各基石虽迥然不同,但都同等重要.
政策可以推动某个机构从事某项工作,而政策则是由规则和意图驱动的.
流程则是机构为支持其政策所做的工作.
程序是机构实际执行其任务的方式.
本质上讲,程序是非常具体的,主要用来确保任务执行的一致性和正确性.
除了政策、流程和程序之外,四个基石之间还必须无缝结合.
拿钻井、完井和生产之间的内在联系举例,虽然钻井队可以在施工时间和成本方面创造纪录,但该井的物理状态有可能使其无法满足完井的要求.
因此,为了有机整合四个基石,该机构必须坚持团队合作,保持开放态度,适时对工作进行调整和更改,以实现优势互补,最终使交付产品满足所有利益相关者的需求.
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org7基石1——完善的风险管理方案完善的风险管理方案是一切运营的基础,包含保证机构持续有效地实现其目标的基本原则.
一个设计优良的程序可以为机构创造价值,是机构流程不可分割的组成部分,能应对各种不确定性,系统性强且结构清晰.
还能以最新获得的信息为基础,对风险管理方案进行定制使其契合特定的机构和任务,使方案涵盖所有利益相关者,融合人文因素(包括内部和外部),具有迭代性和动态性,并得到持续性改进.
一个设计优良的方案将:为机构创造价值;成为机构流程中不可或缺的一部分;能应对各种不确定性;系统性强且结构清晰;基于当前可用的最新信息;可针对具体机构和任务进行定制;涵盖所有利益相关者;融合人文因素(内部和外部);具有迭代性和动态性——持续改进的过程.
用于开发风险管理方案的框架必须由机构主管和工作人员共同制定,其强制性必须得到机构的各个层级的理解和接受.
制定强有力、易于理解和执行的政策是起点.
在最低限度上,政策应涉及运营责任的分配和追究、关键绩效指标(KPI),并能够确定和分配充足的资源,提供实现绩效目标所需的培训和技能,并涵盖社会和企业责任及问责机制等方面.
下面对这个框架分四个部分做详细说明.
1.
规范记录机构的文化(例如风险偏好).
根据需要制定各种流程和程序,将风险管理纳入运营的各个方面(如财务、法律、行政等),确保各方面都有的充足资源分配(时间、培训、技能、财务资源、信息技术支持),建立文件管理系统,并制定涵盖文件存档要求的文件管理体制.
另外,还要建立完备的内外部沟通和汇报网络,确保方案得到持续的监督和审核.
最后,还要建立相应的流程,确保高效、持续性的改进.
2.
正确执行方案.
针对特定的运营和业务目的,必须将一系列的流程环节嵌入到机构文化中.
首先,机构必须在风险识别阶段对所有风险来源、事件、原因和后果进行识别,全面了解这些风险的可能性和后果.
有了这些信息,机构就可以对风险评估(结果比较)和风险处理(风险管理选择,如防范、环境调整以减轻风险)做出充分知情的决策.
3.
后续跟进.
这包括对项目生命周期的持续监测、复查和记录,并在积累经验和知识的基础上对项目进行持续改进.
4.
第四部分也是风险管理的一个关键方面,即为机构的各项活动确定可接受的风险水平及希望达到的风险控制水平.
尽管并非所有的风险都可以被降到零,然而通过与监管机构的合作,机构应采用"最低限度上的合理实践"之类的标准来降低风险,这就需要对风险控制程序进行成本效益分析20.
UndergroundGasStorageinChina8基石2——全面的健康、安全和环境(HSE)管理体系HSE管理体系是一种系统性较强的方法和原则体系,可以让机构有效管理工业卫生和职业健康,员工、承包商、公众安全,以及其运行环境的完整性方面的风险.
不同的机构可以按照其需要选择其中一些具体的要素,但有效的HSE管理体系必须具备以下基本功能.
首先,必须有最高管理层制定的政策声明和/或承诺书,明确说明该机构为什么承诺将保护工人和公共安全、福祉以及环境作为工作要务.
同时,要认识到只有机构内外各相关方——员工、公众、承包商和其他利益相关者——通力协作,才能实现这一承诺.
与其他业务活动类似,保证充足的资源(时间、培训、熟练的专业人员、资金等)、公开透明的沟通网络和员工的参与,对建立一个备受尊敬且行之有效的HSE管理体系至关重要.
许多效率高和成果显著的机构都制定了清晰的机构结构图来界定责任分工以及相关的关键绩效指标.
这些指标不仅衡量预定目标实现的绩效,还可以为管理层和员工提供有意义的积极措施.
这些目标通常以平衡记分卡格的形式进行设置;且经常被转换为"SMART"的目标格式:具体(S)、可度量(M)、可实施(A)、相关性(R)和时限性(T).
有效的HSE体系至少包括七个重要部分.
1.
危害分析——包括危害识别、风险评估(涵盖风险可能性及严重程度)、纠正(消除、替换、工程和行政管控以及个人防护装置)和违规(法规、政策和其他要求)识别.
2.
事件调查——尽管这一部分并不总是涉及详尽的风险根源分析,但它必须涵盖用以对所有事件(不仅仅是事故)进行调查并得出纠正措施、总结经验教训的流程.
该流程的目的是降低未来发生事故的风险.
另外,还要及时向各相关业务单位通报调查情况.
3.
应急准备和响应——机构应建立完善的程序,以识别、预防、准备及应对紧急情况.
应急响应方案应对职责分配、职权结构、资源要求、通讯(外部和内部)训练和演练进行界定,并涵盖所有利益相关者,尤其是必须第一时间做出响应的人员和临近社区的领导人员.
方案应定期审查,并及时更新信息.
4.
培训——培训可以针对不同人群分别进行,纳入到新员工培训、专业能力认证、特殊工种培训等环节中来.
要强调的是,培训的目的是使被培训者达到相应的能力水平,而不是为了满足阶段性要求而进行培训.
培训项目还必须有明确的培训内容及目标,并进行准确记录.
5.
承包商管理——与专业能力强且满足本机构HSE承诺需求的承包商合作是非常重要的.
虽然节约成本很重要,在追求降低成本的同时不牺牲安全、健康和环境保护更加重要.
6.
管理审核和/或变革管理——该过程对于机构提升总结经验、改变环境的能力至关重要.
同时,要对该过程进行详尽的记录,保证整个机构内部都对其抱有足够的重视.
及各级领导、管理者及工作人员都应当参与其中.
7.
文件和数据的控制、管理及保存——识别须保存文件,确定审查和更新规范,防止损坏,确定文件保存时间及批准协议,并确保整个机构中文件保存的及时性和相关性.
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org9基石3——良好的技术实践结合前面讨论的管理实践,UGS设施在实际选址和操作中主要涉及以下四个方面:1.
规划和设计;2.
施工;3.
运营;4.
关闭.
在规划和设计阶段,相关的战略和策略考量由多种因素决定.
例如,供需关系在很多方面,特别在供应需求、价格稳定性、设施规模和位置等问题上,都起到了关键性作用.
许多决策的制定背后都有特定的司法、决策目标及重要的能源政策等方面的考量.
显然,机构还必须着重考虑地理和地质条件限制、所需的基础设施建设等因素,以对设施和产品配送提供支持.
设施建设阶段涵盖物理设施建设的各方面,总体来讲,包括:地面选择;场地准备,包括与临近土地使用者的合作;注入井和监测井的建造(或老井的改造);完井;地面处理、运营和监控设备的安装;和运输设施连接.
与此同步进行的是与供应链端的协作,要选择合格的供应商和承包商,获得最优质的材料和服务,开展执行相关程序,并与监管人员和机构专业人员合作进行若干次储层和机械完整性测试.
以上每一步都必须通过风险管理方案(基石1)的审查,且执行时必须符合机构的HSE(基石2)各方面要求.
多年来,油气行业已经形成了许多公认的先进实践,可以因地制宜地加以广泛应用.
事实上,世界各地有很多范例和拥有丰富经验和技能的专业人士可供咨询.
设施建设完成并整合到现有基础设施之后即进入运营阶段,主要事宜包括:定期检测设施机械完整性;监测储层完整性、日常操作、注入和生产量;遵守质量平衡相关的法规和内部指南;定期报告关键运营指标;修井和其他设施维护;定期演练,检测应急准备和响应能力;培训;以及记录的保存.
第四阶段也是最后一阶段,是暂时或永久关闭单个气井或整个设施.
这一阶段往往不像其他操作阶段那样备受重视.
然而,如果处理不当,老化井或废弃设施可能会在未来几十年中对地下和地表环境产生重大影响.
关井阶段可以细分为四个阶段.
1.
临时关井.
有时,为进行设施维护或应对供需的临时变化,需要临时关闭单个或多个气井(关井).
这种情况下,通常只需关井并监测该井是否与地下储气库设施和地下地层正确隔离即可.
2.
临时弃井.
所有辖区都应当针对临时弃井制定相应的安全规范,以保证该井与地下储气库和地下地层隔离.
通常情况下,要对此类临时弃井设定时间限制,同时,还应要求相关人员定期向管理层和监管机构提交报告说明情况.
3.
永久弃井.
当不再需要气井或设施,或无法确保它们的机械完整性时,则需要对其永久废弃.
在这种情况下,必须遵循特定的程序,从地下地层永久密封弃井,并避免气井对地下流体的暴露.
一般通过在井眼中放置一定间距的机械塞和水泥实现隔离.
4.
场地恢复.
涉及场地恢复流程的规范有很多.
理想情况下,所有地面设施都会被恰当地拆除、处置或重新利用,地表会恢复到原有状态或预先商定的状态.
虽然场地恢复的路径可能各有差别,但不同的路径对于长期保护健康、安全和环境来说都至关重要.
UndergroundGasStorageinChina10基石4——充分知情、可执行的监管框架最后的基石则来自于专业的技术和管理知识,同时,它融合了这样一条实际经验,即,当有相应的途径对设立的标准进行检查和验证时,人们(无论是个人还是团体)执行标准的水平也会更高.
建立一个充分知情且可执行的监管框架,很大程度上取决于各机构是否熟悉风险管理、健康、安全和环境及技术标准方面的最新技术和先进实践经验.
因此,机构的管理层须建立和培养积极的文化氛围,让个人和团队"积极主动地"而不是"被迫地"遵守各种规章制度,这两者之间存在着本质区别.
同时,如果外部监管机构及其工作人员能本着以促进合规最大化的态度与公司合作,并且牢记及时发现和处置违规行为的重要性,那么他们也能取得最佳业绩.
一个机构的内部监管团队在实现重要绩效指标、提供必要支持方面发挥着非常独特的作用.
这些团队应配备称职的且接受过最新培训和了解最新信息的专业人员.
为了实现成效最大化,还需要对内部法务团队规定清晰明确的任务,包括:协助编制所需的许可证和合规报告,协助与外部监管机构的合作,协助运营单位解释并遵守规章制度,以及协助对规则进行更新,使其与最新的最佳实践和技术相协调.
外部监管机构应制定一份任务声明,涵盖保护自然资源、保护相关权利、防止浪费、保护公共健康、安全和环境等内容.
国家、省和地方各级应尽一切努力,分配所需资源,协助这些机构成功完成任务.
主要的监管实施原则包括:与其他机构和监管机构、行业、政府和公共利益相关者开展合作;及通过高效和透明的流程保证监管响应的一致性,从而公平对待所有个人和机构,并及时取得有效成果.
外部监管者的一个重要的职能是建立UGS设施和运营相关的可接受风险水平.
根据基石1中所述的风险管理规划流程,监管机构应与行业参与者合作,将风险降低到本地环境可接受的水平.
正如前文所述,一种常见的方法是"最低限度的合理实践".
但是,无论监管者采用这一标准还是其他标准,监管者都必须对标准进行充分阐述,让运营者能够依据标准制定规划.
监管者必须尽可能了解最新技术和先进实践,并利用这些信息制定最佳、最新的法规;要以成果为导向,使其符合其监管目标/任务;根据风险评估和行业反应做出相应的决策.
监管机构在其活动、决策和流程中保持透明非常重要.
为了建立有效的监管执行机制,需要实施一些先进的实践.
监管的执行和检查应以证据和测量为基础.
执行应当以风险为基础,与机构的响应相匹配.
对于遵守和不遵守规则的机构应有所区别.
要对检查职能进行协调和设计优化,以在合理的范围内尽量减少被检查机构的负担.
执行职能必须在透明、专业的环境中执行,重点关注那些对监管机构的使命起到支撑性作用的结果.
规章制度应清晰易懂,使机构有信心对规章进行解释并在随后的合规工作中投入精力.
规章制度在本质上不能随意武断,必须有既定的实践和经验作为支撑.
监管者应考虑可能影响合规和执法的市场因素.
为了应对商品价格波动和不断涌现的新技术,行业实践也经常会发生大幅变动.
监管者应该在其计划和执行中考虑到这一点.
该框架旨在预防可预见和可预测的问题发生.
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org11一个充分知情且可执行的监管框架对机构和行业至关重要,无论对于一个机构的内部还是外部来说,都没有一个放之四海皆准的模式.
这要求我们对那些重要的地方和地区差异加以考虑和重视.
制定有效的法规需要监管者、行业、公众、专业团体和环保机构之间的合作.
如处理得当,就可以保证合作的顺畅无缝,因为每个参与方在合作中都力求展现最佳表现,实现最佳协作.
打造世界级UGS方案的现实机遇这四个基石可以为中国的UGS运营者和监管者打造和管理世界级UGS方案提供有益的参考,以满足中国的能源需求,保护健康、安全和环境.
完善的技术信息和工程是必要条件,但不是充要条件,还需要一个健全的管理和监管体系.
鉴于中国天然气消费增长迅猛,市场对UGS库容能力的需求也日益猛增,利益相关者在项目伊始必须依靠完善的科学技术、有效的过程管理和准确的信息做好预防,避免在出现问题时再仓促应对.
本文所提出的框架旨在预防那些可预见、可预测性的问题,同时,中国的运营机构和政策制定者也可以在UGS扩容规划期将本框架作为制定相关指南和管理方案的指导性文件.
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