碳中和目标下，超临界态CO2管道输送已成为碳捕集、利用与封存（CCUS）技术发展的必然趋势。该输送模式下管道裂纹易发生快速长程扩展，因此，开展止裂控制研究迫在眉睫。DNV GL-RP-F104明确指出，需进一步开发经验证且稳健的数值方法用于超临界CO2管道韧性裂纹扩展的预测。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，中国石油大学（华东）特任副教授甄莹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首次提出的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（SPH）方法描述。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。相关研究认识刊登在《石油学报》第45卷第7期。
（1）根据CO2管道裂纹扩展过程中压力沿轴向分布特征创新性将管道划分为3个区域：裂尖前压力整体缓慢衰减区、裂尖附近恒定饱和压力区及裂尖后压力迅速衰减区；在此基础上，首次提出了CO2三维减压模型，可有效描述管道裂纹扩展过程中CO2时空分布规律。
（2）首次基于减压模型与SPH方法构建的管土耦合作用下CO2管道裂纹动态扩展模拟方法模拟所得管道变形、裂纹扩展速度等数据与实验结果吻合良好，模拟精度较现有模型有所提升，且避免了对流固耦合问题的求解，有效提高了计算效率。
（3）分析了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的影响，明确了不同完全回填方式对管道裂纹扩展速度的定量影响，展望了后续埋地CO2管道止裂控制研究的方向。
论文链接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202407008
附件：甄莹等：管土耦合作用下超临界CO2管道裂纹动态扩展模拟方法.pdf