An analytical parametric study of lateral pipeline-soil interaction in partially embedded pipelines

Heidi Coish, Nicole Chan, Hodjat Shiri

In the proceedings of: GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Posters

ABSTRACT: Pipelines can transport either liquid hydrocarbon or natural gas products and are a key component in offshore oil and gas development. Offshore pipelines are often laid on the seabed. However, factors such as the hydrodynamic force, the weight of the pipe and its contents, and laying effects, can cause a portion of the diameter of the pipeline to penetrate the seabed. A pipeline which was designed to lay on the seabed or be buried can become a partially embedded pipeline due to seabed mobility. Accounting for lateral pipeline soil interaction in partially embedded pipelines is therefore an important consideration for offshore pipeline design. Closed form solutions such as an analytical parametric study are an effective way of understanding engineering problems such as lateral pipeline-spill interaction in partially embedded pipelines. Although advanced experimental studies or finite element analysis would be able to more accurately predict the effects lateral pipeline-soil interaction in partially embedded pipelines, these approaches can be quite costly and impractical. An analytical parametric study was conducted to investigate the order of magnitude of various key parameters influencing soil interaction in partially embedded pipelines. Both drained and undrained conditions were studied and plots relating lateral breakout resistance to penetration were produced. For the undrained condition, the undrained shear strength was manipulated and three different models were plotted. For the drained condition, the angle of internal friction was varied to show the change in drained lateral breakout resistance with penetration for each of the roughness parameters. Two different models were plotted. Environmental and seabed soil properties were selected from Canadian offshore regions. The study revealed interesting trends, which can be useful for engineers designing pipelines in an offshore environment.

RÉSUMÉ: Les pipelines peuvent transporter des produits d'hydrocarbures liquides ou du gaz naturel et sont un élément clé du développement pétrolier et gazier en mer. Les pipelines en mer sont souvent posés sur le fond marin. Cependant, des facteurs tels que la force hydrodynamique, le poids du tuyau et son contenu, ainsi que les effets de pose, peuvent faire pénétrer une partie du diamètre du pipeline dans le fond marin. Un pipeline conçu pour reposer sur le fond de la mer ou être enterré peut devenir un pipeline partiellement intégré en raison de la mobilité du fond de la mer. La prise en compte de l'interaction sol-pipeline latérale dans les pipelines partiellement intégrés est donc une considération importante pour la conception d'un pipeline offshore. Les solutions sous forme fermée, telles que les études paramétriques analytiques, -déversement -sol dans des pipelines partiellement encastrés, ces approches peuvent être assez coûteuses et peu pratiques. Une étude paramétrique analytique a été menée pour étudier l'ordre de grandeur de divers paramètres clés influençant l'interaction des sols dans des pipelines partiellement encastrés. Les conditions drainées et non drainées ont été étudiées et des parcelles présentant une résistance à la pénétration latérale à la pénétration ont été produites. Pour la condition non drainée, la résistance au cisaillement non drainée a été manipulée et trois modèles différents ont été tracés. Pour la condition drainée, l'angle de frottement interne a été modifié pour montrer le changement de la résistance à l'évasion latérale drainée avec pénétration pour chacun des paramètres de rugosité. Deux modèles différents ont été tracés. Les propriétés environnementales des sols et des fonds marins ont été sélectionnées dans les régions extracôtières du Canada. L'étude a révélé des tendances intéressantes pouvant être utiles aux ingénieurs qui conçoivent des pipelines dans un environnement offshore. 1 INTRODUCTION Pipeline geotechnics is an important aspect to consider in the design of subsea pipelines. This entails the way in which a pipeline interacts with the surrounding soil. Within this field of study, some important components include lateral pipeline-soil interaction and axial pipeline-soil interaction. Both are applicable to buried and partially embedded pipelines. The condition of the seabed is generally classified as either drained or undrained. The drained condition is typically coarse-grained soils such as sand and gravel and the undrained condition refers to fine-grained soil such as clay.

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