| dc.description.abstract | Offshore rørlegging er ganske vanlig i offshoreindustrien. Disse operasjonene blir mer og mer komplekse på grunn av nye utfordringer som krever komplekse løsninger. Rørleggingsmetoden studert i denne oppgaven kalles J-lay. Denne metoden bruker et stort leggfartøy for å legge rørledningen på havbunnen. Rørledningen har en J-form når den henger fra fartøyet under installasjon. For rørledninger som blir liggende eksponert på havbunnen, kan global knekking oppstå på grunn av den aksiale trykkraft som er utviklet som et resultat av det høye trykket og temperaturen som oppleves under driftsforholdene. For å utforme en rørledning mot slik oppførsel blir Residual Krummings Metoden introdusert. RKM betyr at en del av røret med en spesiell krumning plasseres langs rørledningen; denne buede delen produseres på fartøyet ved å deformere røret til en spesifikk krummingsradius. Hovedmålet med denne avhandlingen er å bevise at det er mulig å kontrollere den globale knekkingen ved å installere rørledningen med en krummet-seksjon og anbefale en konfigurasjon av et leggescenario. Rørledningen forlater fartøyet med en viss avgangsvinkel. Denne avgangsvinkelen avhenger av horisontal spenning, vanndybde og nedsenket vekt. Rørledningen produseres på fartøyet når røret blir senket fra fartøyet og lagt på havbunnen.
SIMLA brukes til å analysere installasjons- og driftseansen. SIMLA er et rørleggingsprogram laget for dette formålet. Programmet kjøres ved å bruke tre tekstfiler. Den første filen lager en statisk likevekts konfigurasjon av rørledning og båt. Den andre filen simulerer installasjonsseansen mens den siste simulerer driftseansen. Ved å kjøre disse filene i rekkefølge, er det mulig å finne aksialkreftene og momentene langs rørledningen. Disse brukes for å sjekke om analysene er innenfor belastningskriteriene. Analysene må bestå ett installasjonsbelastningskriterium og ett driftsbelastningskriterium for å være gyldig. Offshore-standard OS-F101 definerer disse to kriteriene. Et MATLAB-skript som tar hensyn til disse belastningskriteriene brukes til å sjekke om begge kriterier er oppfylt. Resultatet av en analyse med en spesifikk konfigurasjon av parametere kalles ett tilfelle. For å finne det best mulige tilfellet kjøres en parameterundersøkelse med en serie forskjellige konfigurasjoner ved å bruke programmet GITBASH.
Lengder på krumming på 2m, 4m, 10m, 30m og 40m analyseres med en avgangsvinkel på 70, 75 og 80 grader. Etter 205 forskjellige analyser er det vist seg at en krummingslengde på 40m er den mest robuste lengden. Robust betyr at denne lengden ofte fører til gyldige resultater. Det er viktig at den krummende delen roterer og at aksialkreftene utvikler seg på en kontrollert måte. Krumingslengde på 40m er bevist å rotere og ligger på havbunnen når installasjonssekvensen avsluttes. Det er også bevist at aksialkreftene ved den krummede-seksjonen utvikler seg kontrollert under driftsseansen. Den kontrollerte knekkingen og rotasjonen skjer hver gang analysene konvergerer. Utviklingen i aksialkreftene er stabil under hele analysen. Knekkesekvensen skjer på en kontrollert måte uten noen form for ustabilitet når driftstemperaturen og trykket økes. Knekkingen skjer aldri under installasjonssekvensen, bare rotasjonen av krummingen.
Bevegelsen av fartøyet under installasjonssekvensen viser seg å være urealistisk. Styringsalgoritmen til installasjonssekvensen har strenge toleranser for den teoretiske leggeruten som er definert av havbunnen. Noen av tilfellene konvergerer ikke på grunn av denne algoritmen. Dette er fordi røret prøver å treffe midten av leggingsruten da den krummede delen kommer i kontakt med havbunnen. Det er bevist at torsjonsfjæren til havbunnen må være ganske slakk for at noen av tilfellene skal konvergere. Inkludering av bølgelast, selv når det ikke er noen bølge, har en dempende effekt på utviklingen av aksialkraften. Krummingslengder på 4 og 2m har en høy og ustabil utvikling i aksialkraften, noe som er uønsket.
Oppsummert viser disse funnene at det er trygt å legge en rørledning på 380m vanndyp med en krummingslengde på 40m med avgangsvinkel på 70, 75 eller 80 grader. Hovedmålet med å kontrollere global knekking ved å installere en krummet-seksjon er oppnådd. | |
| dc.description.abstract | Offshore pipe laying operations are quite common in the offshore industry. These operations are getting more and more complex due to new challenges that demand advanced solutions. The pipe-laying method studied in this Thesis is J-lay. This method uses a large laying vessel to lay the pipeline at the seabed. The pipeline has a J- shape when it hangs from the vessel during installation. For pipelines that are left exposed on the seabed, global buckling may occur due to the axial compressive force developed as a result of the elevated pressure and temperature experienced during the operating condition. In order to design against such behavior, the residual curvature method is introduced. Residual curvature means that a turning point with a particular curvature is placed along the pipeline; this curved section is produced at the vessel by deforming the pipe. This section is called imperfection. The goals of this Thesis is to prove that it is possible controlling the global buckling by installing the pipeline with residual curvature and recommend a configuration of the laying scenario. The pipeline leaves the vessel with a certain departure angle. This departure angle depends on the horizontal tension, water depth, and submerged weight. The pipeline is produced at the vessel as the pipe is deployed from the vessel and laid at the seabed.
SIMLA is used to analyze the installation and operation sequence. SIMLA is a program created just for this purpose. The program is run by using three input files. The first file creates a static equilibrium configuration between the vessel, seabed, and pipeline. The second file simulates the installation sequence when laying the pipe, and the last file simulates the operational sequence. By running these files in order, it is possible to find the axial forces and moments that are used to check if the analyzes are within the load criteria. The analyzes need to pass one installation load criteria and one operational load criterion to be valid. The offshore standard OS-F101 defines these two criteria. A MATLAB script that takes these load criteria into account is used to check if both are fulfilled. The result of one analyzes with a specific configuration of parameters is called one case. In order to find the optimal case, a parameter study with a series of different configurations is run by using a program called GITBASH.
Imperfection lengths of 2m, 4m, 10m, 30m, and 40m are analyzed with a departure angle of 70, 75, and 80 degrees. After 205 different analyzes, an imperfection length of 40m is proven to be the most robust length. Robust means that this length often leads to valid results. It is essential that the imperfection rotate and buckle in a controlled manner.
The imperfection of 40m is proven to be rotating and lies on the seabed when the installation sequence ends. It is also proven that the imperfection buckles in a controlled manner during the operational sequence. The controlled buckling and the rotation happens every time the analyses converge, and the development in axial force is stable. The buckling sequence happens in a controlled manner without any instability when the operating temperature and pressure are applied. The buckling never happens during the installation sequence, only the rotation of the imperfection. The movement of the vessel during the installation sequence is proven to be unrealistic. The steering algorithm of the installation sequence happens to have strict tolerances concerning the theoretical laying route at the seabed. Some of the cases do not converge because of this algorithm. This because the pipe tries to hit the center of the laying route as the curved section makes contact with the seabed. It is proven that the torsion spring needs to be quite slack for some of the cases to converge. Including wave load, even when there is no wave, has a dampening effect on the axial force due to contribution from drag. Imperfection lengths of 2 and 4m have a high and unstable development in the axial force, which is undesirable.
In summary, these findings prove that it is safe to lay a pipeline at 380m water depth with an imperfection length of 40m with departure 70, 75, or 80 degrees. The main goal of controlling global buckling by installing prebent sections is achieved. | |
