Yu, Su Young;Choi, Han Suk;Lee, Seung Keon;Do, Chang Ho;Kim, Do Kyun
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.4
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pp.598-613
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2013
This paper deals with the dynamic effect of pipeline installation and embedment for the on-bottom stability design of offshore pipelines on soft clay. On-bottom stability analysis of offshore pipelines on soft clay by DNV-RP-F109 (DNV, 2010) results in very unreasonable pipe embedment and concrete coating thickness. Thus, a new procedure of the on-bottom stability analysis was established considering dynamic effects of pipeline installation and pipe-soil interaction at touchdown point (TDP). This analysis procedure is composed of three steps: global pipeline installation analysis, local analysis at TDP, modified on-bottom stability analysis using DNV-RP-F109. Data obtained from the dynamic pipeline installation analysis were utilized for the finite element analysis (FEA) of the pipeline embedment using the non-linear soil property. From the analysis results of the proposed procedure, an optimum design of on-bottom stability of offshore pipeline on soft clay can be achieved. This procedure and result will be useful to assess the on-bottom stability analysis of offshore pipelines on soft clay. The analysis results were justified by an offshore field inspection.
Lee, Seungbae;Jang, Sung-Wook;Chul H. Jo;Hong, Sung-Guen
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.15
no.4
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pp.500-509
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2001
Offshore subsea pipelines must be stable against external loadings, which are mostly due to waves and currents. To determine the stability of a subsea pipeline on the seabed, the Morrison equation has been applied with prediction of inertia and drag forces. When the pipeline is placed in a trench, the force acting on it is reduced considerably. Therefore, to consider the stability of a pipeline in a trench, one must employ reduction factors. To investigate the stability of various trenches, we numerically simulated flows over various trenches and compared them with experimental data from PIV (Particle Image Velocimetry) measurements. The present results were produced ar Reynolds numbers ranging from 6$\times$10$^3$to 3$\times$10(sub)5 based on the diameter of the cylinder. Quasi-periodic flow patterns computed by large-eddy simulation were compared with experimental data in terms of mean flow characteristics fro typical trench configurations (W/H=1 and H/D=3, 4). The stability for various trench conditions was addressed in terms of mean amplitudes of oscillating lift and drag, and the reduction factor for each case was suggested for pipeline design.
Under large storm loads sections of a long pipeline on the seabed can be uplifted. Numerically this loss of contact is extremely difficult to simulate, but accounting for uplift and any subsequent recontact behaviour is a critical component in pipeline on-bottom stability analysis. A simple method numerically accounting for this uplift and reattachment, while utilising efficient force-resultant models, is provided in this paper. While force-resultant models use a plasticity framework to directly relate the resultant forces on a segment of pipe to the corresponding displacement, their historical development has concentrated on precisely modelling increasing capacity with penetration. In this paper, the emphasis is placed on the description of loss of penetration during uplifting, modelled by 'strain-softening' of the force-resultant yield surface. The proposed method employs uplift and reattachment criteria to determine the pipe uplift and recontact. The pipe node is allowed to become free, and therefore, the resistance to the applied hydrodynamic loads to be redistributed along the pipeline. Without these criteria, a localised failure will be produced and the numerical program will terminate due to singular stiffness matrix. The proposed approach is verified with geotechnical centrifuge results. To further demonstrate the practicability of the proposed method, a computational example of a 1245 m long pipeline subjected to a large storm in conditions typical of offshore North-West Australia is discussed.
Yu, Su Young;Choi, Han Suk;Lee, Seung Keon;Park, Kyu-Sik;Kim, Do Kyun
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.2
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pp.227-243
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2015
In this paper, the effects of nonlinear soft clay on dynamic embedment of offshore pipeline were investigated. Seabed embedment by pipe-soil interactions has impacts on the structural boundary conditions for various subsea structures such as pipeline, riser, pile, and many other systems. A number of studies have been performed to estimate real soil behavior, but their estimation of seabed embedment has not been fully identified and there are still many uncertainties. In this regards, comparison of embedment between field survey and existing empirical models has been performed to identify uncertainties and investigate the effect of nonlinear soil parameter on dynamic embedment. From the comparison, it is found that the dynamic embedment with installation effects based on nonlinear soil model have an influence on seabed embedment. Therefore, the pipe embedment under dynamic condition by nonlinear parameters of soil models was investigated by Dynamic Embedment Factor (DEF) concept, which is defined as the ratio of the dynamic and static embedment of pipeline, in order to overcome the gap between field embedment and currently used empirical and numerical formula. Although DEF through various researches is suggested, its range is too wide and it does not consider dynamic laying effect. It is difficult to find critical parameters that are affecting to the embedment result. Therefore, the study on dynamic embedment factor by soft clay parameters of nonlinear soil model was conducted and the sensitivity analyses about parameters of nonlinear soil model were performed as well. The tendency on dynamic embedment factor was found by conducting numerical analyses using OrcaFlex software. It is found that DEF was influenced by shear strength gradient than other factors. The obtained results will be useful to understand the pipe embedment on soft clay seabed for applying offshore pipeline designs such as on-bottom stability and free span analyses.
Chul H. Jo;Young S. Shin;Sung G. Hong;Kyoung H. Min;Chung, Kwang-Sic
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2001.05a
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pp.254-259
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2001
There are advantages in the installation of dual subsea pipelines over two separate single lines. In many case it can reduce the cost for trench, back-filling and installation. However the installation of dual pipelines often requires technical challenges. Dual Pipelines should be placed to be stable to external loading not only during the installation but also in the design life. Dual pipelines in trench can reduce the influence of external forces. To investigate applied forces as slope changes, number of experiments are conducted with PIV (Particle Image Velocimetry) in a circulating water channel. Numerical approaches are also made to compare with experimental results. The velocity fields around dual pipelines in trench are investigated and analysed. Comparison of both results show similar pattern of flow around dual pipelines. it is proved that the trench slope affects the pipeline stability significantly. The results can be applied in the stability design of dual pipelines in trench section. The complex flow patterns can be referenced effectively linked in the understanding of fluid around circular bodies in trench.
Offshore pipelines play an important role in the transportation of gas, oil, water and oil products. It is common to have a group of pipelines in the oil and gas field. To reduce the installation cost and time, dual pipelines are designed. There are great advantages in the installation of dual pipelines over two separate single lines. It can greatly reduce the cost for trench, back-filling and installation. However the installation of dual pipelines often requires technical challenges. Pipelines should be placed to be stable against external loadings during installation and design life period. Dual pipelines in trench can reduce the influence of external forces. To investigate the flow patterns and forces as trench depth and slope changes, number of experiments are conducted with PIV(Particle Image Velocimetry) equipment in a Circulating Water Channel. Numerical approaches to simulate experimental conditions are also made to compare with experimental results. The velocity fields around dual pipelines in trench are investigated and analysed. Comparison of both results show similar patterns of flow around pipelines. It is proved that the trench depth contributes significantly on hydrodynamic stability. The trench slope also affects the pipeline stability. The results can be applied in the stability design of dual pipelines in trench section. The complex flow patterns can be effectively linked in the understanding of fluid motions around multi-circular bodies in trench.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2001.10a
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pp.122-127
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2001
As pipelines are often used to transport gas, oil, water and oil products, there are more than one pipeline installed in the offshore field. The size and space of pipelines are various depending on the design specifications. The pipelines are to be designed and installed to secure the stability to external loads during the installation and operation period. The flow patterns are very complex around the pipelines being dependent on incoming flow velocity, pipelines size and space. To investigate the flow patterns, number of experiment are conducted with visualization equipment in a circulating water channel. The flow motion and trajectory were recorded from the laser reflected particles by camera. From the experiment the flow patterns around spaced pipelines were obtained. Also pressure gradient was measured by mano-meter to estimate the hydrodynamic forces on the behind pipeline. The results show that the various sizes and spaces can be affected in the estimation of external load. The complex flow patterns and pressure gradients can be effectively used in the understanding of flow motion and pressure gradient.
Jo, Chul Hee;Lee, Jun-Ho;Jang, Choon-Man;Heang, Su-Jin
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.3
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pp.201-205
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2015
This paper describes thermal flow characteristic in various pipelines: straight pipeline and curved pipeline. In the Arctic and ocean area, pipelines are exposed to a extremely low temperature ($0{\sim}-40^{\circ}C$). In this situation, three-dimensional flow analysis should be analyzed to investigate thermal effects such as pressure drop, temperature change, velocity deficit and distribution change of liquid droplet of internal fluid. Also, due to freezing of water droplet, impingement erosion is expected in the curved pipeline. The stability of the pipelines can be influenced by impingement erosion. In this paper, multi-phase and multi-species analysis was introduced to analyze the flow characteristics and impingement erosion of Arctic and ocean pipelines.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.2
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pp.414-421
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2022
Subsea oil and gas exploration is increasingly moving into deeper water depths, and typically, subsea pipelines operate under high pressure and temperature conditions. Owing to the difference in these components, the axial force in the pipe is accumulated. When a pipeline is operated at a high internal pressure and temperature, it will attempt to expand and contract for differential temperature changes. Typically, the line is not free to move because of the plane strain constraints in the longitudinal direction and soil friction effects. For a positive differential temperature, it will be subjected to an axial compressive load, and when this load reaches a certain critical value, the pipe may experience vertical (upheaval buckling) or lateral (snaking buckling) movements that can jeopardize the structural integrity of the pipeline. In these circumstances, the pipeline behavior should be evaluated to ensure the pipeline structural integrity during operation in those demanding loading conditions. Performing this analysis, the correct mitigation measures for thermal buckling can be considered either by accepting bar buckling but preventing the development of excessive bending moment or by preventing any occurrence of bending.
This study introduces the case of pipelines installed in subsea conditions and buried offshore. Such installations generate pore water pressure under the seabed because of cyclic wave excitation, which is an environmental load, and consistent cyclic wave loading that reduce the soil shear strength of the seabed, possibly leading to liquefaction. Therefore, in view of the liquefaction of the seabed, stability of the subsea pipelines should be examined via calculations using a simple method for buried subsea pipelines and floating structures. Particularly, for studying the possible liquefaction of the seabed in regard to subsea pipelines, high waves of a 10- and 100-year period and the number of occurrences that are affected by the environment within a division cycle of 90 s should be applied. However, when applying significant wave heights (HS), the number of occurrences within a division cycle of 3 h are required to be considered. Furthermore, to research whether dynamic vertical load affect the seabed, mostly a linear wave is used; this is particularly necessary to apply for considering the liquefaction of the seabed in the case of pile structure or subsea pipeline installation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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