Nonlinear hysteretic seabed response to vibrations of slugging steel catenary risers

Xiaoyu Dong, Hodjat Shiri

In the proceedings of: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Soil Mechanics and Foundations (Offshore Geotechnics)

ABSTRACT: Fatigue analysis of steel catenary risers (SCR) in the touchdown zone (TDZ) is extremely challenging because of complex mechanisms between the riser, seabed soil, seawater, and internal fluid. In this paper, an advanced numerical model was developed with complex modules including a) a DISP subroutine to simulate the vessel motions under realistic environmental loads, b) a user defined element (UEL) subroutine to model the nonlinear hysteretic riser-seabed interaction in the TDZ, c) a structural model of SCR and riser hydrodynamics, and d) MPC/DLOAD subroutines to simulate the slug regime and transportation inside the SCR. Two groups of comprehensive parametric studies were conducted to explore the impacts of seabed soil and slug models on the responses of slugging SCR. The results showed that the nonlinear seabed model might significantly affect the slug-induced stress variation distribution and consequently the fatigue of SCR.

RÉSUMÉ: L'analyse de la fatigue des risers caténaires en acier (SCR) dans la zone de toucher des roues (TDZ) est extrêmement difficile en raison des mécanismes complexes entre la colonne montante, le sol du fond marin, l'eau de mer et le fluide interne. Dans cet article, un modèle numérique avancé a été développé avec des modules complexes comprenant a) un sous-programme DISP pour simuler les mouvements du vaisseau sous des charges environnementales réalistes, b) un sous-programme UEL pour modéliser l'interaction hystérétique non montante TDZ, c) un modèle structurel de l'hydrodynamique SCR et de la colonne montante, et d) des sous-programmes MPC / DLOAD pour simuler le régime des limaces et le transport à l'intérieur du SCR. Deux groupes d'études paramétriques exhaustives ont été menés pour explorer les impacts des modèles de sols et de limaces du fond marin sur les réponses de SCR. Les résultats ont montré que le modèle de fond marin non linéaire pourrait affecter de manière significative la distribution de la variation de contrainte induite par les limaces et, par conséquent, la fatigue du SCR.

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