Comparison of Subsea Pipeline Global Buckling Mitigation Methods

Abstract

A century ago, ocean floor was first drilled and the possibility of offshore market surfaced to people’s attention with end of World War II. From utilized war vessel to LNG-FPSO, market and technology have improved. Today, the market focuses its attention to deepwater as shallow water filed are now becoming saturated and there is growth in demands of petroleum. However, greater technological challenges were faced as deeper water wells with high pressure and high temperature was developed.Pipeline has severed offshore industry as means of the safest method to transfer product from ocean floor to platforms and to onshore. When one designs pipeline, design is divided into number of components to ensure safety and productivity during design life of pipeline. Global buckling is one of governing factor in design of pipeline.Global buckling is bending of structure and it occurs when stability of pipeline is disturbed by excessive axial force. Subsea pipelines are subjected to axial force induced by temperature and pressure from well and resulting phenomena should be contained in appropriate manner. Global buckling of subsea pipeline is still ongoing subject matter and is studied various organization. In this work, various mitigation methods are discussed and particularly mitigation methods such as snake lay, sleeper and buoyancy module are numerically simulated for various design parameter. At the end, sleeper method is chosen for global buckling design of pipeline on real seabed profile to see successfully managed global buckling.

한세기 이전부터 기름을 생산하기 위해 해저 탐사를 시작하였으며 2차대전 종전과 함께 해양 시장에 대한 가능성은 점점 커졌다. 전쟁에 사용된 선박을 해양에 활용하는 것부터 LNG-FPSO까지 해양시장과 기술은 나날이 발전해 왔다. 현재 해양 시장은 석유에 대한 요구는 늘어나고 천해에 심해 유전들이 점점 포화 상태가 되며 점점 깊은 심해유전으로 들어갈 수밖에 없는 상태에 이르렀다. 하지만 심해로 갈수록 높은 온도와 높은 압력의 유전들로 더욱 어려운 기술적 문제를 격을 수밖에 없다.해저 배관은 유전으로부터의 생산물을 해양 선박이나, 내륙으로 운반하는 방법으로 사용되어왔다. 이러한 해저 배관에 대한 설계는 안전과, 생산성을 향상시키기 위해 여러 부분으로 나뉘어 진행되며 해저배관의 전체 좌굴은 이중 한 부분으로 심해에서 자주 발생되는 높은 온도 높은 압력은 배관 전체 설계를 지배하는 요소이다.전체 좌굴은 어떠한 구조가 축 방향으로 많은 힘을 받을 때 구조의 안정성을 잃으며 변형 현상으로 해저 배관은 유전으로부터 오는 열과 압력으로 인해 이러한 힘을 받게 된다. 따라서 이러한 현상은 미리 설계되어 제어되어야 한다. 전체 좌굴에 대한 연구는 여러 기관에서 이루어지고 있으며 현재까지도 중요한 문제로 다루어 지고 있다. 본 논문에서는 이를 완화하는 여러 가지 방법 중 ‘스네이크 레이’ (snake-lay), 슬리퍼 (sleeper), ‘부유식 모듈’ (buoyancy module)에 대해 집중적으로 논의하고 각 방법의 설계변수 민감도 해석 결과를 비교하였다. 비교 이후 위 방법 중 하나를 선정해 실제 해저바닥에 놓인 해저배관의 전체 좌굴을 설계하였다.