Reduction of trawl impact loads on pipelines resting exposed on the seabed

Abstract

I dag finnes havbunnsinstallasjoner rundt omkring i Nordsjøen og Barentshavet med rørledninger som strekker seg totalt over 8800 kilometer på norsk sokkel. Rørledninger eksisterer rundt offshore-anlegget og er koblet til landbaserte terminaler via lange eksportrørledninger. Mellom offshore installasjoner og landbaserte terminaler blir rørledninger utsatt for støtlaster fra trålingutstyr. På grunn av en økende mengde interaksjoner mellom trålutstyr og rørledninger har DNVGL publisert en anbefalt praksis (DNVGL, 2014), som har blitt revidert flere ganger, senest i 2014. Denne praksisen dekker flere aspekter rundt interaksjonen mellom tråleutstyr og rørledninger på havbunnen og søker å opprettholde integriteten til rørledninger.

Dette prosjektet handler om å undersøke muligheter rundt korrigering av havbunnsgeometrien under rørledningen for å sikre rørledningens integritet på en kostnadseffektiv måte. En global analysemodell i SIMLA er etablert for sensitivitetsstudier relatert til havbunnsgeometri, sjøbunnsdata, rørledningsdimensjoner og trålhastighet. Kontaktkrefter i horisontal og vertikal retning er sammenlignet med tilsvarende tilfeller for en flat havbunn.

Initielle tester med oppdaterte interaksjonskurver for den foreslatte steindumpingen har blitt gjennomført. Resultat fra en hardere havbunn indikerer at kontaktkreftene er større for stivere sjøbunnsegenskaper. Ved å øke stivheten på steindumpen med opptil ti ganger så mye som den opprinnelige stivheten blir det omtrent en fordobling i størrelsen på kontaktkreftene. Observasjoner fra resultatfilene indikerer at klumpvektens adferd blir overdreven og urealistisk ettersom den treffer den oppdaterte steindumpen, og den opprinnelige interaksjonskurven beholdes derfor for videre simuleringer.

Det overliggende fokuset har vært en sensitivitetsstudie med hensyn på korrigere havbunnstopografien under rørledningsseksjoner og sammenligne kontaktkrefter mellom trål og rørledning i alle tilfellene. Simuleringer med steindumping indikerer at de største kontaktkreftene kommer fra kollisjon mellom klumpvektens rulle og rørledningen, og er verst for steindumper med store bredder. For små bredder på steindumpene er store kontaktkrefter mest fremtredende for lave høyder, mens for større bredder er de fremtredende for sjøbunns-korreksjoner med de bratteste bakkene.

Effekten av økende rørdimensjoner ble undersøkt for et utvalg av steindump-geometrier. Sammenligning av kontaktkrefter fra simuleringer med 16-tommers rør indikerer ingen positiv effekt fra steindumper med liten bredde sammenlignet med en flat havbunn. Kontaktkreftene reduseres imidlertid med ca. 50 % for tilfeller hvor bredden er stor. For en 24-tommers rørledning er det ikke observert noen tydelig endring i kontakreftene, men overtrekksvarigheten er både økt og redusert.

Kontaktkrefter har ogsa blitt undersøkt på 12.75-tommers og 16-tommers rørledninger der tråleren er simulert med redusert hastighet. Det samme trålutstyret har blitt brukt for alle simuleringer. Kontaktkreftene blir delvis redusert med steindumping. For et 16-tommers rør er oppbygningen av kontaktkraften i tverrgående retning betydelig i tilfeller med flat havbunn mens den avbrytes på et tidligere tidspunkt hvis steindumping innføres.

Today subsea installations are commonly found across the Norwegian and Barent sea with pipelines spanning approximately 8800 kilometres across the Norwegian continental shelf. Large networks of pipelines exist around the offshore installation and are connected to onshore terminals via long export pipelines. Between installations and onshore terminals the pipelines are subjected to trawl gear impact loads. Due to an increasing amount of pipeline trawl gear interactions, DNVGL has published a recommended practice (DNV-GL, 2014), which has been reworked several times, 2014 being the latest. This practice covers the aspect of trawl gear pipeline interference and seeks to maintain the integrity of pipelines resting on the seabed.

The present project deals with investigating options for correcting the seabed geometry in order to ensure pipeline integrity in a cost effective way. A global analysis model in SIMLA is established for sensitivity studies related to seabed geometries, soil data, pipeline dimensions and trawl velocity. The pull-over loads in horizontal and vertical direction are compared towards equivalent cases with a flat seabed.

Initial tests with updated interaction curves for the proposed rockdumping have been performed. Results with a stiffer seabed correction indicates that pull-over loads are larger for stiffer soil properties. By increasing the rock dump up to ten times the original stiffness, pull-over loads are approximately doubled. Observations from result files indicate that the clump weight behaviour gets excessive and unrealistic as contact is made with the updated soil property, and the original interaction curve is kept for further simulations.

The overlying focus has been made towards a sensitivity study in regards of altering a seabed correction beneath pipeline sections and investigating the associated pull-over loads in both transverse and vertical direction. Simulations with rockdumping indicates that the largest pull-over loads comes from clump weight roller pipe collision and are worst for large rock dump widths. For small rock dump widths large pull-over loads are most prominent for lower heights, whereas for larger widths they are prominent for the steepest slopes.

The effect of increasing pipe dimensions were investigated for a selection of rockdump geometries. Comparison of pull-over loads from simulations with a 16” pipe indicates no positive effect from rock dumps with a small width compared to a flat seabed. The pull-over loads are however reduced by approximately 50 % for cases where the width is large. For a 24” pipe no distinct change in pull-over loads are observed but pull-over duration is both increased and reduced.

Pull-over loads have been investigated with reduced towing velocity for both the 12.75” and 16” pipe. The same trawl gear has been used for all simulations. The pull-over loads are slightly reduced from rockdumping effects. For a 16” pipe the build-up in transverse pull-over load is considerable for a case with flat seabed whereas it is cancelled at earlier stages with active rockdumping.