水下穿越管道附近河床演变特性试验

作     者：杨乾 孙明楠 何沫 杨庆华 Yang Qian;Sun Mingnan;He Mo;Yang Qinghua

作者机构：西南交通大学土木工程学院 中国石油西南油气田公司安全环保与技术监督研究院 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2019年第39卷第10期

页      面：110-117页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目“土—管—水耦合作用效应及埋地供水管道地震伤损机理”(编号:51478403) 中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“西南油气田天然气上产300亿立方米关键技术研究与应用”(编号:2016E-0610) 

主　　题：水下穿越管道 水槽试验 恒定流 河床演变 冲刷机理 冲刷深度 冲刷历时 水动力条件 

摘      要：研究水下穿越管道附近河床演变规律对于保障输油气管道安全运行、降低管道水毁灾害风险具有重要的意义。为了明确水下穿越管道附近河床演变规律及其对水下穿越管道的影响,开展了水下穿越管道水槽模型试验,观测管道附近河床演变的物理过程,研究水动力条件对管道局部冲刷的影响,并揭示了水下穿越管道形成局部冲刷的机理。试验结果表明:①当水流为缓流时,水下穿越管道附近河床演变过程可分为:河床下切、管道暴露、微孔形成、冲坑扩展、管道悬空和冲刷平衡6个阶段;②导致水下穿越管道产生局部冲刷的原因有涡流和渗流两个方面,管道暴露前涡流使管周沙粒减少,管道暴露后涡流和渗流共同作用使管底出现微孔,从而形成局部冲刷;③流速和水深共同影响着河床各阶段冲刷历时和管底最大冲刷深度,当弗劳德数介于0.306~0.808时,弗劳德数越大,水流越急,管底最大冲刷深度越大,达到冲刷平衡历时越少,河床整体下切深度越大,河床地形平坦且管底最大冲刷深度介于管径的0.9~1.6倍,达到冲刷平衡历时介于1650~2620 min。结论认为,该试验研究结果为预测水下穿越管道未来埋深及其安全运营提供了重要的参考数据。