石油学报

作者：甄莹, 曹宇光, 张振永, 白芳, 钮瑞艳

单位：1. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院 山东青岛 266580;2. 中国石油大学(华东)山东省油气储运安全重点实验 室 山东青岛 266580;3. 中国石油管道局工程有限公司 河北廊坊 065000

关键词：超临界CO₂管道,管土耦合,止裂预测,减压模型,光滑粒子流体方法

基金：甄莹,女,1991年9月生,2021年获中国石油大学(华东)博士学位,现为中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院特任副教授,主要从事管道断裂控制、管材断裂韧性表征等研究。Email:1271297573@qq.com

摘要： 为解决现有流固耦合模型建模难度高、计算效率低而无法广泛用于CO2管道裂纹扩展预测的问题,提出了一种基于减压模型的管土耦合作用下CO2管道裂纹动态扩展模拟方法。在该方法中管道断裂与流体减压间复杂的流固耦合作用由基于爆破实验及模拟所得压力数据提出的CO2三维减压模型结合加载子程序代替实现,大变形下管土耦合关系采用光滑粒子流方法描述。为验证所构建数值模拟方法的可靠性,将其用于再现管道爆破实验,同时基于该方法对半回填、无回填及完全回填状态下CO2管道韧性断裂行为进行了对比研究。结果表明,所提出的模拟方法较为可靠,两种工况下裂纹扩展速度模拟值与实验值误差分别为21.6 % 与7.6 % ,证明所构建的减压模型可有效描述裂纹扩展过程中管内压力时空演化规律,同时可避免对复杂流固耦合问题的求解,为后续超临界CO2管道断裂行为参数化研究及止裂预测模型的构建奠定了基础。研究结果表明,土壤回填效应对管道裂纹扩展长度、速度、管道整体变形等断裂行为影响显著,相较于无回填管道,完全回填管道裂纹扩展速度下降了19 m/s,且管道变形受到明显限制,有利于裂纹止裂。

来源：2024年第7期

《石油学报》期刊编辑部

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