摘要：微泄漏降压法定位技术利用故障液压系统自然降压过程，通过分析压力数据及图形，进行水下液压系统微泄漏点的定位。通过实例介绍具体步骤，并且进行故障支路最小长度敏感性分析。在此实例中微泄漏降压法定位技术得到检验，研究判断的泄漏点位置与实际故障泄漏点位置一致。研究认为：该方法实用性好，相比较传统查漏方法，既降低了工程船暴露于现场的作业时间，又大量节省施工作业费，同时因为现场工作时间短，海上作业受天气海况的影响较小。参考敏感性分析可进行其他油气田液压系统微泄漏故障的定位。
关键词：放射状液压系统;微泄漏;液压飞线;逻辑帽
0引言
当前中国深水回接油气田越来越多，深水油气田的液压系统组成一般包括海平面上的液压源和接线终端等，以及海平面下1个分配中心和几个分布于不同地点的水下结构，它们之间通过脐带缆和液压飞线实现系统连接，液压系统经常因为有多个分支而称为放射状液压系统[1-3]。深水液压系统管路长，通常脐带缆长几十公里或上百公里。由于深水液压系统只能采用快速接头形式进行连接，存在快速接头静密封失效的潜在风险。当液压系统发生泄漏/微泄漏时，传统方法是派遣工程船出海检查，所携带遥控无人潜水器(Re-moteOperatedVehicle，ROV)贴近液压管路(即脐带缆/液压飞线)沿途进行视觉扫视检查，通过发现液压系统染色剂以定位微泄漏点，尤以微泄漏定位检查最为困难[4-5]。传统方法下，在ROV视觉扫视检查期间，液压系统一直需为系统加液/加压维持故障状态，以便ROV发现微泄漏点。如果微泄漏量低于30L/d，ROV几乎难以发现染色剂，传统方法将无法完成泄漏点定位。再比如泄漏如果属于内泄漏而不是外泄漏，ROV视觉检查则徒劳无益。本文介绍液压系统微泄漏降压法定位技术以应对上述不利工况。
1故障分析
南海某深水油气田的液压控制系统干路如图1所示，粗实线为脐带缆，B、C、D端点的短细线则代表液压飞线，几段脐带缆呈放射状连接，管路的内径皆为12.70mm，ABCDO范围内无阀门，液压源在A点区域。A、B、C、D等4点有高精度压力计(0.5‰)，O点区域无压力计。2015年系统发生微泄漏故障，每天泄漏量约为50L/d(液压液年损失价值约人民币98万元)。由于B、C、D各点都有多条液压飞线连接水下设备，相应地，每条液压飞线应考虑其两端的两处接口，采用液压快速接头进行连接，密封失效/泄漏故障发生率相对较高;O点发生多个分支，同时考虑逻辑帽因素，每条分支至少有3处分段接口，同样发生故障概率较高。在不排除其他位置泄漏的情况下，较大概率可能性是整个系统中只有1处泄漏，并且泄漏点在B、C、D、O各点其中的某一小范围区域内。将泄漏分为3种情况进行考虑，即：(1)B或C点泄漏(OB和OC是类似长度的短支线);(2)D点图2压力对比曲线泄漏(长支线);(3)O点泄漏(分支公共点)。
泄漏点定位分析步骤如下：第一步，对该故障液压系统增压至其运行压力(注意，不能超过运行压力，以免故障扩大)，将ABCDO管路与液压源有效隔离，同时在每个液压飞线的末端将系统与水下设备进行隔离，系统在此条件下通过泄漏点自然泄压，可获得1组系统自然泄压数据(在A点压力从运行压力降至0压力的泄压过程中B、C、D各点的压力)。第二步，对比相同时间B、C、D各点压力数据，发现数据之间相关性趋势/差异(见图2)，C和D点差异曲线基本水平，而C?B两点间以及D?B两点间差异曲线在前半部分上翘趋势明显，且差异的绝对值逐渐缩小，并且差异曲线的趋势基本一致。差异曲线波动振幅<0.1bar;曲线的后半程近似水平，波动振幅≤0.2bar。这可被认为找到了泄漏故障定位的突破口，根据相关性原则推断B点泄漏。第三步，进行计算和确认。根据液压系统设计压力和压力仪表误差范围等基本信息，认定在对比差异趋势线中0.2bar和0.1bar波动按误差考虑。同时，前半程差异变化部分约为1bar，明显大于误差范围，认定为泄漏的表征，充分说明该组曲线意味着系统发生了泄漏。由流体力学原理可知：在液压系统未泄漏时，系统中任意两点的压力之差是常数;在泄漏发生时，如果任意两点压力变化过程中出现对比差异，应是泄漏流量造成的。(由于ABCDO管路范围内无管径改变情况，也没有装置计量表和阀门等配件，局部水头损失可忽略，本例只考虑沿程阻力损失。)液压管路AO段浅水区海床温度为16℃，深水区海床温度约为4℃。OA段流体黏度采用平均值;其余各段皆采用海床温度4℃进行黏度选取，见表1。
2B点泄漏计算及验证
如图2压力对比曲线所示，现假设故障处于B点区域小范围内，B点泄漏的流量是AO、OB、CO、DO等4段脐带缆按其管路体积成比例贡献的，4段脐带缆总长为113.2km。以B点泄漏总流量为1个单位进行讨论，则AO段贡献80/113.2，OB段贡献3.5/113.2，CO段贡献3.7/113.2，DO段贡献26/113.2。AO管段内每个横截面的流量也不同，在A点微单元贡献流量近似为0，而由于AO段所有微单元的贡献流量均参与了O点流量，因此在O点流量近似为80/113.2。同理，CO、DO段的流量也符合这样的关系。由于管径一致，流速与流量成比例关系。当B点泄漏量为50L/d时，流速情况见表2。
在本例中液压管路是脐带缆内圆形钢管，根据雷诺数公式Re=ρVD/μ=VD/ν(ρ为液压液密度;V为截面平均流速;D为脐带缆内液压管路直径;μ为动力黏度;ν为运动黏度)，求得各点位雷诺数，判断液压管路内流型皆为层流[6]。
3D点和O点微泄漏特征
从服务于未来泄漏故障处理及方法推广角度考虑，仍以本例液压系统为模型，进一步研究D点(代表长支线末端泄漏)和O点(代表系统公共点泄漏)泄漏故障特征。当液压系统微泄漏发生在D点时，各段液压管路根据其体积比例贡献泄漏流量，系统各管路流速见表3。
经计算D点在泄漏瞬间的压力突降约为42bar。如图4所示，压力突降的数值较大，可非常明显地在D点压力计的曲线上观察到，不同于B点同等程度微泄漏。
综上所述，判断D点微泄漏(长支路末端发生微泄漏)依据以下特点：(1)在泄漏发生时，泄漏支路有较明显压力突降，而其他支路没有压力突降。(2)在液压系统自动增压工作的情况下，实线表示其压力曲线[7];在自动增压不工作的情况下，压力将沿虚线逐渐降低。(3)关闭自动增压设备，让系统从运行压力自然降压(降压法思路)，压力对比曲线的特征与图2类似。同时得出判断O点发生微泄漏的特征：(1)由于本系统在O点无压力仪表，无法确切了解任一时刻O点压力，但是可推断出B、C、D等3点的压力无明显压力突降;(2)关闭自动增压设备，让系统从运行压力自然降压，3条压力对比曲线应都呈水平线趋势。
4敏感性分析[8]
敏感性分析的目的在于找出适用降压法的液压支路最小长度与泄漏流量、液压管路总长度之间的关系。
(1)液压支路最小长度与泄漏流量的关系。使用图2液压系统进行计算，得到泄漏流量Q与泄漏支路长度L的关系为Q·L2=常数。液压系统发生泄漏30L/d时，计算得出的支线最小长度约为1173m;液压系统发生泄漏40L/d时，其最小管路长度约为1120m;液压系统发生泄漏50L/d时，最小管路长度约为1000m;液压系统发生泄漏60L/d时，最小管路长度约为920m。
(2)液压支路最小长度与液压管路总长度的关系。管路总长度约为Skm的放射状液压系统，使用最小泄漏量30L/d，泄漏点流速为0.0027m/s，最小支线长度为L，泄漏支线的平均流速则为V=0.0027m/s(S-L/2)/S。仍以0.5bar差异作为判断泄漏的依据(约为压力计误差0.225bar的2.2倍)，代入沿程阻力损失计算公式可得1167m=L-L2/2S。据此可求出一组数据：
S100km90km80km70km60km50km40km30km
L1174m1175m1176m1176m1179m1180m1184m1190m
由此看出，管路最小长度对泄漏流量更敏感，而对液压系统管路总长度不敏感。
5结语
根据在某深水油气田液压泄漏故障处理的经验，可依据以下几点特征判断泄漏点位置：(1)在短支路液压微泄漏时，泄漏点无明显压力突降，无故障支路间的压力对比曲线呈现为水平线，与泄漏支路间的压力对比曲线有明显不同趋势特征。(2)在长支路液压微泄漏时，泄漏点有明显压力突降，无故障支路间的压力对比呈现为水平线，与泄漏支路之间的压力曲线有明显不同趋势特征。(3)在线路公共点发生微泄漏时，各支线末端无压力突降，任意支线末端压力对比曲线应呈现水平线。同时建议，在微泄漏现场检查时，应关闭ROV探照灯，仅使用查漏灯进行探查，否则，受背景光源影响，在微泄漏的染色剂很难被发现。
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