碳中和目標(biāo)下，超臨界態(tài)CO²管道輸送已成為碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。該輸送模式下管道裂紋易發(fā)生快速長程擴展，因此，開展止裂控制研究迫在眉睫。DNV GL-RP-F104明確指出，需進(jìn)一步開發(fā)經(jīng)驗證且穩(wěn)健的數(shù)值方法用于超臨界CO²管道韌性裂紋擴展的預(yù)測。為解決現(xiàn)有流固耦合模型建模難度高、計算效率低而無法廣泛用于CO²管道裂紋擴展預(yù)測的問題，中國石油大學(xué)（華東）特任副教授甄瑩提出了一種基于減壓模型的管土耦合作用下CO²管道裂紋動態(tài)擴展模擬方法。在該方法中，管道斷裂與流體減壓間復(fù)雜的流固耦合作用由基于爆破實驗及模擬所得壓力數(shù)據(jù)首次提出的CO²三維減壓模型結(jié)合加載子程序代替實現(xiàn)，大變形下管土耦合關(guān)系采用光滑粒子流（SPH）方法描述。所構(gòu)建的減壓模型可有效描述裂紋擴展過程中管內(nèi)壓力時空演化規(guī)律，同時可避免對復(fù)雜流固耦合問題的求解，為后續(xù)超臨界CO²管道斷裂行為參數(shù)化研究及止裂預(yù)測模型的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究認(rèn)識刊登在《石油學(xué)報》第45卷第7期。

（1）根據(jù)CO²管道裂紋擴展過程中壓力沿軸向分布特征創(chuàng)新性將管道劃分為3個區(qū)域：裂尖前壓力整體緩慢衰減區(qū)、裂尖附近恒定飽和壓力區(qū)及裂尖后壓力迅速衰減區(qū)；在此基礎(chǔ)上，首次提出了CO²三維減壓模型，可有效描述管道裂紋擴展過程中CO²時空分布規(guī)律。

（2）首次基于減壓模型與SPH方法構(gòu)建的管土耦合作用下CO²管道裂紋動態(tài)擴展模擬方法模擬所得管道變形、裂紋擴展速度等數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果吻合良好，模擬精度較現(xiàn)有模型有所提升，且避免了對流固耦合問題的求解，有效提高了計算效率。

（3）分析了土壤回填效應(yīng)對管道裂紋擴展長度、速度、管道整體變形等斷裂行為的影響，明確了不同完全回填方式對管道裂紋擴展速度的定量影響，展望了后續(xù)埋地CO²管道止裂控制研究的方向。

論文鏈接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202407008

附件：甄瑩等：管土耦合作用下超臨界CO₂管道裂紋動態(tài)擴展模擬方法.pdf