淹没水射流关键参数对天然气水合物沉积物冲蚀体积的影响规律研究

靳成才^1,2，陈晨^1,2,3，潘栋彬^1,2，朱颖^1,2，李曦桐^1,2，钟秀平^1,2，张晗^1,2，张颖^1,2

1. 吉林大学建设工程学院2. 自然资源部复杂条件钻采技术重点实验室3. 超硬材料国家重点实验室

摘 要：高压水射流技术具有工作介质来源广泛与环保等优点,能够用于海底天然气水合物储层破碎。本文运用LS-DYNA有限元程序对淹没状态下高压水射流对海洋天然气水合物沉积物破碎过程进行数值模拟,研究了射流速度、喷嘴直径、靶距、入射角度4项关键参数对含水合物沉积物冲蚀体积的影响,得出以下主要结论:含水合物沉积物破碎需要满足射流速度大于临界流速;随着射流速度的增加冲蚀体积逐渐增大;喷嘴直径的增加会导致沉积物径向冲蚀体积的增大,从而使总体冲蚀体积增大;靶距的增加会使水射流在水域运动过程中能量损失增大,导致冲蚀体积的减小;在喷嘴入射角度增大过程中冲蚀体积先增大后减小最后趋于稳定,当入射角度为10°时冲蚀体积能够达到最大值。

关键词：水射流参数;天然气水合物沉积物;流固耦合;数值模拟;冲蚀体积;