A basic design on a flexible riser in a floating type development system for upwelling deep ocean water is presented. In the numerical study, an implicit finite difference algorithm is employed for three-dimensional riser equations. Fluid and geometric non-linearity and bending stiffness are considered and solved by Newton-Raphson iteration. To keep the depth of end point of a flexible and light riser is very important for upwelling deep ocean water in a floating type development system. Weight attached at the end point of the riser in order to keep its intake depth is designed under the strong surface current and the configuration of the riser is predicted. The results of this study can be contributed to the design of the development system in floating type for upwelling deep ocean water.
Static and dynamic analyses of a very flexible and light riser, for upwelling the deep ocean water, is performed. In this numerical study, an implicit finite difference algorithm is employed for three-dimensional riser equations. Fluid non-linearity and bending stiffness are considered and solved, using the Newton-Raphson iteration. Maintaining the depth of end point of a flexible and light riser is very important for upwelling deep ocean water in a floating type development system. Weight is attached at the end point of the riser in order to maintain its intake depth. It is designed under the strong surface current and the configuration of the rise is predicted. In the dynamic analysis, the tension variation at the top point of the riser is presented. T e results of this study can contribute to the design of the development system in floating type for upwelling deep ocean water.
Meeting the touchdown point (TDP) target box is one of the challenges during catenary riser installation, especially for deep water or ultra-deep water riser systems. TDP location mismatch compared to the design can result in variation of riser configuration, additional hang-off misalignment, and extra bending loads going into the hang-off porch. A good understanding of the key installation parameters can help to minimize this mismatch, and ensure that the riser global response meets the design criteria. This paper focuses on investigating the potential factors that may affect the touchdown point location, and addressing the challenges both in the design stage and during installation campaign. Conventionally, the vessel offset and current are the most critical factors which may affect the TDP movement during installation. With the offshore exploration going deeper and deeper in the sea (up to 10,000ft), other sources such as the seabed slope and seabed soil stiffness are playing an important role as well. The impacts of potential sources are quantified through case studies for steel catenary riser (SCR) and lazy wave steel catenary riser (LWSCR) in deep water application. Investigations through both theoretical study and numerical validation are carried out. Furthermore, design recommendations are provided during execution phase for the TDP mismatch condition to ensure the integrity of the riser system.
Due to the escalation in hydrocarbon consumption, the offshore industry is now looking for advanced technology to be employed for deep sea exploration. Riser system is an integral part of floating structure used for such oil and gas extraction from deep water offering a system of drill twines and production tubing to spread the exploration well towards the ocean bed. Thus, the marine risers need to be precisely employed. The incorporation of the strengthening material, fiber reinforced polymer (FRP) for deep and ultra-deep water riser has drawn extensive curiosity in offshore engineering as it might offer potential weight savings and improved durability. The design for FRP strengthening involves the local design for critical loads along with the global analysis under all possible nonlinearities and imposed loadings such as platform motion, gravity, buoyancy, wave force, hydrostatic pressure, current etc. for computing and evaluating critical situations. Finite element package, ABAQUS/AQUA is the competent tool to analyze the static and dynamic responses under the offshore hydrodynamic loads. The necessities in design and operating conditions are studied. The study includes describing the methodology, procedure of analysis and the local design of composite riser. The responses and fatigue damage characteristics of the risers are explored for the effects of FRP strengthening. A detail assessment on the technical expansion of strengthening riser has been outlined comprising the inquiry on its behavior. The enquiry exemplifies the strengthening of riser as very potential idea and suitable in marine structures to explore oil and gas in deep sea.
It is generally acknowledged that the Steel Catenary Riser (SCR) is the most cost-effective riser type for deep-water offshore fields among various risers, including the SCR, flexible riser, and hybrid riser. However, in West Africa, the SCR type may not be suitable for FPSO systems because the large vertical motion of the floater brings about a considerable riser dynamic response. In this paper, an SCR system is designed for the FPSO in the West African field, where the use of a hybrid riser has been preferred. The proposed SCR configuration fulfills the design criteria of the API, such as the strength check and fatigue life. Moreover, a sensitivity analysis is also carried out to improve the certainty in the SCR design of a deep-water FPSO. The parameters affecting the strength and fatigue performance of the SCR are considered.
An analysis for the computation of Fatigue Damage Index (FDI) under the effects of the various combination of the ocean loads like random waves, current, platform motion and VIV (Vortex Induced Vibration) for a certain design water depth is a critically important part of the analysis and design of the marine riser platform integrated system. Herein, a 'Computer Simulation Model (CSM)' is developed to combine the advantages of the frequency domain and time domain. A case study considering a steel catenary riser operating in 1000 m water depth has been conducted with semi-submersible. The riser is subjected to extreme environmental conditions and static and dynamic response analyses are performed and the Response Amplitude Operators (RAOs) of the offshore platform are computed with the frequency domain solution. Later the frequency domain results are integrated with time domain analysis system for the dynamic analysis in time domain. After that an extensive post processing is done to compute the FDI of the marine riser. In the present paper importance is given to the nature of the current profile and the VIV. At the end we have reported the detail results of the FDI comparison with VIV and without VIV under the linear current velocity and the FDI comparison with linear and power law current velocity with and without VIV. We have also reported the design recommendations for the marine riser in the regions where the higher fatigue damage is observed and the proposed CSM is implemented in industrially used standard soft solution systems (i.e., OrcaFlex*TM and Ansys AQWA**TM), Ms-Excel***TM, and C++ programming language using its object oriented features.
This paper presents 3D numerical simulations of a Free Standing Hybrid Riser under Vortex Induced Vibration, with prescribed motion on the top to replace the motion of the buoyancy can. The model is calculated using a fully implicit discretization scheme. The flow field around the riser is computed by solving the Navier-Stokes equations numerically. The fluid domain is discretized using the overset grid approach. Grid points in near-wall regions of riser are of high resolution, while far field flow is in relatively coarse grid. Fluid-structure interaction is accomplished by communication between fluid solver and riser motion solver. Simulation is based on previous experimental data. Two cases are studied with different current speeds, where the motion of the buoyancy can is approximated to a 'banana' shape. A fully three-dimensional CFD approach for VIV simulation for a top side moving Riser has been presented. This paper also presents a simulation of a riser connected to a platform under harmonic regular waves.
Steel catenary riser (SCR) is a popular/economical solution for the oil/gas production in deep and ultra-deep water. The behavioral characteristics of SCR have a high correlation with the motion of floating production facility at its survival and operational environments. When large motions of surface floaters occur, such as FPSO in 100-yr storm case, they can cause unacceptable negative tension on SCR near TDZ (touch down zone) and the corresponding elastic deflection can be large due to local dynamic buckling. The generation, propagation, and decay of the elastic wave are also affected by SCR and seabed soil interaction effects. The temporary local dynamic buckling vanishes with the recovery of tension on SCR with the upheaval motion of surface floater. Unlike larger-scale, an-order-of-magnitude longer period global buckling driven by heat and pressure variations in subsea pipelines, the sub-critical local dynamic buckling of SCR is motion-driven and short cycled, which, however, can lead to permanent structural damage when the resulting stress is greatly amplified beyond the elastic limit. The phenomenon is extensively investigated in this paper by using the vessel-mooring-riser coupled dynamic analysis program. It is found that the moment of large downward heave motion at the farthest-horizontal-offset position is the most dangerous for the local dynamic buckling.
본 연구에서는 연결재(커플러)로 결합된 라이저의 외부흐름에 따른 3차원 유동-구조 연동해석을 수행하였다. 두 가지 연결재(평면 커플러, 곡면 커플러)를 고려하였으며 ANSYS CFX를 사용하여 수치해석을 수행하였다. 유동해석에서 유동공간은 유입구, 유출구와 대칭 경계조건으로 구성되었으며 연결재의 형상에 따른 항력계수와 유속 분포 결과를 비교하였다. 구조해석에서는 라이저의 응답(최대 변위 및 최대 등가응력)을 통해 연결재의 유용성을 확인하였다.
A main goal of this study is to propose a damage detection technique to detect and localize damages of a top-tensioned riser. In this paper, the top-tensioned finite element (FE) model is considered as an analytical model of the riser, and a vibration-based damage detection method is proposed. The present method consists of a FE model updating and damage index method. In order to accomplish the goal of this study, first, a sensitivity-based FE model updating method using natural frequencies and zero frequencies is introduced. Second, natural frequencies and zero frequencies of the axial mode on the top-tensioned riser are estimated by eigenvalue analysis. Finally, the locations and severities of the damages are estimated from the damage index method. Three numerical examples are considered to verify the performance of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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