Utfordringer med bølger i dekk på faste og flytende konstruksjoner Petroleumstilsynets Konstruksjonsdag 30.08 2016 Classification: Internal 2016-04-22
Innledning Grønn sjø på FPSO Bølge i dekk på jackets Bølgeslag mot GBS Bølge i dekk på SEMI Slamming mot søyle Foto: Marintek Foto: Marin Foto: Marintek 2 Classification: Internal 2016-04-22 Foto: Marintek Foto: Marintek
Bølge i dekk på jacket Designparametre: Dekkshøyde (stillevannsnivå inkl innsynkning, tidevann, stormflo og havnivå) Bølgetoppen med årlig sannsynlighet på 10-4. 3 Classification: Internal 2016-04-22
Estimere 10-4 bølgetoppen Eksempel på målte bølgetopper; modelltank vs feltmålinger Høyere enn andre-ordens effekter Effekt av bølgebrytning Effekt av kortkammet sjø Effekt av areal-estimat vs punkt-estimat Ref: 1. Lian, Gunnar, K. Sverre Haver, C. T. Stansberg, and O. T. Gudmestad. 2016. "Crest height distribution from model tests compared to second order simulations and full-scale measurements." ISOPE2016, Rhodes, Greece, June 26 July 1 2016.
Global last fra bølge i dekk Industripraksis for bølge-i-dekk analyse for Jackets: CFD analyse 5. ordens Stokes bølge Bølge og/eller vanndybde justert slik at design bølgetopp gir rett neddykking av plattformen. Modellforsøk viste en større variasjon i peaklast og varighet av både vertikale og horisontale krefter. Force Technology Foto: Marin 5 Classification: Internal 2015-11-22
CFD vs modellforsøk 6 Classification: Internal 2016-04-22
5. ordens Stokes vs. steil bølge Ref: 1. Scharnke, J. and Vestbøstad, T: Wave-in-Deck Impact Load Measurements on a Fixed Platform Deck OMAE2014-23180 2. Iwanowski, B, Vestbostad, T and Lefranc, M: Wave-in-Deck Load on a jacket platform.cfd Calculations compared with experiments, OMAE2014-23434
Bølger i dekk på flytende konstruksjoner Designparametre: Dekkshøyde (airgap) Flyterbevegelse Forstyrret bølgefelt - Diffraksjon Bølgehøyde og periode 8 Classification: Internal 2016-04-22
Nye Njord A airgap og slamming Levetiden på Njord A skal forlenges til 2040, og topside-vekt skal økes. Njord A skal derfor bygges om, bl.a. med ringpontong og økt søyledimensjoner Prosjektet utfører et omfattende arbeid for å kvalifisere plattformen strukturelt. Foto: Thomas Sola 9 Classification: Internal 2016-04-22
Nye Njord A modell - oversikt Skala 1:55, fullt ankerlinesystem Testet i bølger, vind og strøm ULS og ALS værtilstander Formål: Verifisere airgap og forankring, undersøke slamming på søyler Forsøk utført i 2 faser ila 2015 Første fase viste utilstrekkelig airgap Neste fase: 3 m høyere airgap slammingpaneler på boligkvarter Foto: Marintek 10 Classification: Internal 2015-06-08
Nye Njord A 11 Classification: Internal 2016-04-22
12 Classification: Internal 2016-04-22
Modellforsøk Fase 1 vs Fase 2 Relativ bevegelse for ALS sjøtilstander, 90% fraktil fra 20 frø 13 Classification: Internal 2015-06-08
Modellforsøk Fase 2 -ALS 14 Classification: Internal 2015-06-08
Laster på boligkvarteret i ALS 15 Classification: Internal 2016-04-22
Slamming på søyle og søyletopp 1-1 1-2 1-3 C1 C2 2-1 2-2 3-1 3-2 5-1 5-2 2-3 3-3 4-3 5-3 16 Classification: Internal 2016-04-22
Slamming mot søyler - historikk Tidligere tester (Midgard, Sleipner A, Hebron) indikerte designlaster på 3.5 MPa over 50 m 2, stigetid på 0.05 s & varighet 0.2 s Dedikerte modelltester på Heidrun utført høsten 2013 Modellforsøk også utført på Njord A 2015 Mer akademiske tester planlagt ved Imperial College høsten 2016. Force panels Foto: Marintek 17 Classification: Internal 2015-02-09
Slamming på søyler - utfordringer Incoming (steep) waves are they modelled correctly? Spectrum & directional spreading Ocean waves versus model waves Kinematics nonlinear effects, current Non-linear diffraction and motion Scale effects - entrained & entrapped air Instrumentation -Slamming sensors Accuracy and dynamics Load rise time and duration Temporal and spatial load propagation Structural response - Hydroelastisity/plasticity Statistical variability how to obtain reliable design loads? Ref: 1. Lian, Gunnar, and K. Sverre Haver. Estimating long term extreme slamming from breaking waves, OMAE2015-41505 2. Johannessen, T. B. and Hagen, Ø: Characteristic Levels of Strongly Nonlinear Extreme Wave Load Effects, OMAE2016-54963
DNVGL-RP-C205: u=1.2c 30 m/s p= 3.7 Mpa, 32 m 2 19 Classification: Internal 2015-02-09
Oppsummering Utfordringer med bølgeslag mot offshore konstruksjoner: 1. Estimere designvær og bølger med rett bølgeform, kinematikk og periode 2. Estimere globale bølge-i-dekk laster med rett sannsynlighetsnivå 3. Estimere lokale slamminglaster med rett sannsynlighetsnivå Bølge i dekk bør helst ivaretas ved robust design; tilstrekkelig dekkshøyde, airgap og fribord Endelig design bør verifiseres med modellforsøk, gjerne i kombinasjon med passende numeriske metoder. Det trengs forbedrede metoder innen: Stokastisk analyse av lokale slamminglaster Avansert numerisk analyse av globale og lokale bølgeslag 20 Classification: Internal 2016-04-22
Noen referanser... 1. OMAE2012-83303: Seed variations of extreme sea states and repeatability of extreme crest events in a model test basin 2. OMAE2014-23180: Wave-in-deck impact load measurements on a fixed platform deck 3. OMAE2014-23434: Wave-in-deck load on a jacket platform. CFD calculations compared with experiments 4. OTC-25423-MS: CFD-FE Simulation of Wave Slamming on an Offshore Platform in Extreme Sea States 5. OMAE2015-41195: Wave slamming model tests data and analysis for a SPAR hull design 6. OMAE2015-41227: Long term analysis for estimation of wave slamming pressures for SPAR design 7. OMAE2015-41491: Impact loads from drop test of a circular section with 42 force tranducers. 8. ISOPE2015 TPC1240: CFD Simulation and Validation of Breaking Wave Impact Events in Irregular Sea States 21 Classification: Internal 2015-11-22
Tone M. Vestbøstad Spesialist, Marin Hydrodynamikk tmg@statoil.com Tel: +47 48071969 www.statoil.com 22 Classification: Internal 2016-04-22