Handbook Offshore Engineering vol 2

Table of Contents......Page 0
Front Matter......Page 1
Preface......Page 3
Table of Contents......Page 7
8.1 Introduction......Page 16
8.3.1 Catenary Lines......Page 18
8.3.2 Synthetic Lines......Page 22
8.3.3 Single Catenary Line Performance Characteristics......Page 23
8.4 Loading Mechanisms......Page 24
8.5.1 Static Design......Page 28
8.5.2 Quasi-Static Design......Page 29
8.5.3 Dynamic Design......Page 30
8.5.6 Mooring Spreads......Page 33
8.5.7 Uncertainty in Line Hydrodynamic Coefficients......Page 34
8.5.8 Uncertainty in Line Damping and Tension Prediction......Page 37
8.6.1 Chain......Page 40
8.6.2 Wire Rope......Page 41
8.6.5 Connectors......Page 42
8.6.7 Anchors......Page 46
8.6.8 Turrets......Page 47
8.7 Industry Standards and Classification Rules......Page 49
8.7.2 Environmental Conditions and Loads......Page 50
8.7.3 Mooring System Analysis......Page 52
8.7.4 Thruster-Assisted Mooring......Page 57
8.7.5 Mooring Equipment......Page 58
8.7.6 Tests......Page 59
References......Page 60
9.1 Introduction......Page 62
9.2 Drilling Risers......Page 67
9.2.3 Pipe Cross-Section......Page 68
9.2.3.3 Collapse Check......Page 70
9.2.4 Configuration (Stack-Up)......Page 71
9.2.4.2 Connection to Vessel......Page 72
9.2.4.3 Riser String......Page 74
9.2.4.3.2 Riser Stack-Up......Page 75
9.2.4.4.2 BOP Stack......Page 78
9.2.5 Vortex-Induced Vibration (VIV)......Page 79
9.2.5.1.3 Computational Fluid Dynamics......Page 80
9.2.5.3.1 Stack-Up Adjustments......Page 81
9.2.5.3.2 Operating Tension......Page 82
9.2.6.1.1 Lateral Response during Deployment/Retrieval......Page 83
9.2.6.1.2 Deployment/Retrieval Limits......Page 84
9.2.6.1.4 \"Drift Running\" Solution......Page 85
9.2.6.1.5 Case History of \"Drift Running\"......Page 88
9.2.6.2.1 Performance during Hang-off Conditions......Page 89
9.2.6.2.3 Metocean Conditions for Hang-Off Analysis......Page 90
9.2.6.2.5 Interpretation of Analysis Results......Page 91
9.2.7 Connected Riser......Page 97
9.2.7.1.3 Top Motion......Page 98
9.2.7.2.1 Time vs. Frequency-Domain Analysis......Page 99
9.2.7.3.1 Minimum and Maximum API Tensions......Page 100
9.2.7.3.2 Riser Angle Limits......Page 105
9.2.7.3.4 Riser Recoil Limits (on DP Vessels)......Page 106
9.2.7.3.6 BOP, Wellhead, and Conductor Limits......Page 107
9.2.7.4.1 Recommended Top Tension vs. Mean Vessel Offset......Page 108
9.2.7.4.2 Top Tensions for Various Mud Weights......Page 109
9.2.8 Emergency Disconnect Sequence (EDS)/Drift-Off Analysis......Page 110
9.2.8.2 Drift-Off during a State of Readiness......Page 112
9.2.8.3.2 Importance of Coupled Riser Analysis......Page 114
9.2.8.3.3 Importance of Vessel Rotation......Page 116
9.2.8.5 Operational and Analytical Options......Page 117
9.2.9.1 Definition of Process......Page 119
9.2.9.3 Allowable Limits......Page 120
9.3 Production Risers......Page 121
9.3.1.2 Materials Selection (This Section Contributed by David Rypien, Technip Offshore, Inc., Houston, TX)......Page 122
9.3.1.2.2 Hardness......Page 124
9.3.1.2.3 Toughness......Page 126
9.3.1.2.4 Manufacturing Capability......Page 128
9.3.1.3 Analysis Tools......Page 129
9.3.1.5 Coupled Analysis......Page 130
9.3.2.2 Dry Tree Production Risers......Page 132
9.3.2.3 Single vs. Dual Casing......Page 134
9.3.2.4 Codes and Standards......Page 136
9.3.2.5 Riser Components......Page 138
9.3.2.6 Riser Sizing......Page 143
9.3.2.7 TTR Analysis Procedures......Page 151
9.3.2.7.1 Effective Tension......Page 153
9.3.2.7.2 Soil Riser Modelling......Page 154
9.3.3 Steel Catenary Risers (Portions Contributed by Thanos Moros & Howard Cook, BP America, Houston, TX)......Page 155
9.3.3.1 Influence of Construction/Installation Method......Page 158
9.3.3.2.1 Soil Springs for Modelling Riser-Soil Interaction......Page 159
9.3.3.2.2 Soil Stiffness......Page 160
9.3.3.4 Line-End Attachments......Page 162
9.3.3.5 Pipe-in-Pipe (PIP) SCRs......Page 163
9.3.3.6 Analysis Procedures......Page 164
9.3.3.8 Analysis Tools......Page 165
9.3.3.9 Hydrodynamic Parameter Selection......Page 167
9.3.3.11 Installation Analysis......Page 168
9.3.3.12.1 Short-Term Extreme Responses......Page 169
9.3.4 Diameter and Wall Thickness......Page 170
9.3.4.1 Nominal Wall Thickness......Page 171
9.3.4.2 Maximum Diameter to Thickness Ratio......Page 172
9.3.4.3 Resistance to Internal Pressure (Hoop Stress Criteria)......Page 173
9.3.4.4 Resistance to External Pressure (Collapse)......Page 174
9.3.4.5 Pipe Eccentricity, out of Roundness and Initial Ovalisation......Page 175
9.3.4.6 Resistance to Propagation Buckling......Page 176
9.3.5 SCR maturity and Feasibility......Page 177
9.3.6 In-Service Load Combinations......Page 179
9.4.1 VIV Parameters......Page 181
9.4.2 Simplified VIV Analysis......Page 182
9.5 VIV Suppression Devices......Page 185
9.6.1 Clearance, Interference and Layout Considerations......Page 189
9.7 Fatigue Analysis......Page 191
9.7.1 First- and Second-Order Fatigue......Page 195
9.7.2 Fatigue Due to Riser VIV......Page 198
9.7.3 Fatigue Acceptance Criteria......Page 201
9.8 Fracture Mechanics Assessment......Page 202
9.8.1 Engineering Critical Assessment......Page 203
9.9 Reliability-Based Design......Page 204
9.10 Design Verification......Page 206
9.11 Design Codes......Page 207
References......Page 208
10.1 Introduction......Page 213
10.2 General Layout Considerations......Page 214
10.2.1 General Requirements......Page 216
10.2.2 Deepwater Facility Considerations......Page 217
10.2.3 Prevailing Wind Direction......Page 218
10.2.4 Fuel and Ignition Sources......Page 219
10.2.8 Process Flow......Page 221
10.2.11 Storage......Page 222
10.2.12 Ventilation......Page 223
10.3.2 Unfired Process Areas......Page 224
10.3.5 Machinery Areas......Page 225
10.3.8 Flares and Vents......Page 226
10.4 Deck Impact Loads......Page 227
10.5.2 Vertical Placement of Equipment......Page 228
10.5.4 Deck Installation Schemes......Page 229
10.6 Floatover Deck Installation......Page 231
10.7 Helideck......Page 233
10.10 Analysis of Two Example Layouts......Page 235
10.11 Example North Sea Britannia Topside Facility......Page 239
References......Page 241
11.1 Introduction......Page 242
11.2 Design Basis......Page 243
11.4.1 Sizing Gas Lines......Page 244
11.5 Wall Thickness and Grade......Page 246
11.5.1 Internal Pressure Containment (Burst)......Page 247
11.5.2 Collapse Due to External Pressure......Page 248
11.5.3 Local Buckling Due to Bending and External Pressure......Page 250
11.5.4 Rational Model for Collapse of Deepwater Pipelines......Page 251
11.6 Buckle Propagation......Page 256
11.7 Design Example......Page 258
11.7.1 Preliminary Wall Thickness for Internal Pressure Containment (Burst)......Page 259
11.7.2 Collapse Due to External Pressure......Page 261
11.7.4 Buckle Propagation......Page 262
11.8 On-Bottom Stability......Page 263
11.8.2 Hydrodynamic Coefficient Selection......Page 264
11.9 Bottom Roughness Analysis......Page 265
11.9.1 Allowable Span Length on Current-Dominated Oscillations......Page 267
11.10 External Corrosion Protection......Page 268
11.10.1 Current Demand Calculations......Page 269
11.10.3 Anode Mass Calculations......Page 270
11.10.5 Design Example......Page 271
11.11 Pipeline Crossing Design......Page 272
11.12 Construction Feasibility......Page 278
11.12.1 J -lay Installation Method......Page 280
11.12.2 S-lay......Page 283
11.12.4 Towed Pipelines......Page 284
References......Page 285
12.2 Recent Experiences of Designs Gone Bad......Page 289
12.2.1 Operator Malfunctions......Page 292
12.2.2 Organisational Malfunctions......Page 294
12.2.3 Structure, Hardware, Equipment Malfunctions......Page 296
12.2.4 Procedure and Software Malfunctions......Page 297
12.3.1 Quality......Page 298
12.3.2 Reliability......Page 299
12.3.3 Minimum Costs......Page 302
12.4 Approaches to Achieve Successful Designs......Page 307
12.4.1 Proactive Approaches......Page 308
12.4.2 Reactive Approaches......Page 315
12.4.3 Interactive Approaches......Page 318
12.5.1 Quality Management Assessment System......Page 323
12.5.2 System Risk Assessment System......Page 329
12.6.1 Minimum Structures......Page 334
12.6.2 Deepwater Structure Design Project......Page 340
12.7 Summary and Conclusions......Page 342
References......Page 344
13.1 Introduction......Page 350
13.1.1 History of Model Testing......Page 351
13.2 Modelling and Similarity Laws......Page 353
13.2.3 Hydrodynamic Similitude......Page 354
13.2.5 Reynolds Model......Page 356
13.2.5.1 Towing Resistance of a Ship Model in Wave Basin......Page 359
13.2.5.2 Drag Resistance of an Offshore Structure......Page 360
13.2.6 Cauchy Model......Page 363
13.3 Model Test Facilities......Page 364
13.3.1 Physical Dimensions......Page 365
13.4.1 Modelling of Waves......Page 368
13.4.3 Multi-Directional Random Waves......Page 369
13.4.4 White Noise Seas......Page 370
13.4.5 Wave Grouping......Page 371
13.4.7 Modelling of Current......Page 372
13.5 Model Calibration......Page 375
13.5.1 Measurement of Mass Properties......Page 376
13.6.2 Calibration of Instruments......Page 379
13.7.2 Inclining Test......Page 382
13.7.4 Free Oscillation Test......Page 383
13.8.1 Regular Wave Tests......Page 384
13.8.4 Second-Order Slow Drift Tests......Page 385
13.9.2 Cable Modelling......Page 386
13.9.3.1 Truncated Mooring Line Simulation......Page 387
13.10 Ultra-Deepwater Model Testing......Page 391
13.10.1 Ultra Small-Scale Testing......Page 392
13.10.2 Field Testing......Page 393
13.10.4.1 Truncated Systems with Mechanical Corrections......Page 395
13.10.4.2 Hybrid Passive Systems......Page 396
13.10.4.4 Challenges in Numerical Simulation......Page 398
13.11.2 Quality Assurance......Page 399
13.11.3 Data Analysis......Page 400
References......Page 401
14.1 Introduction......Page 404
14.2.2.1 Lift and Lower in Water......Page 405
14.2.2.2 Lift and Upend......Page 406
14.2.2.3 Launching......Page 407
14.2.3 Compliant Towers......Page 408
14.2.4 Gravity Base Structures......Page 410
14.3.1 Types of Floating Structures......Page 412
14.3.3 Installation of Semi-Submersibles......Page 414
14.3.4.2 Tendon Assembly......Page 415
14.3.4.3 Tendon Hook-up......Page 416
14.3.4.4 Temporary Buoyancy Tanks......Page 418
14.3.5.1 Wet Tow and Upending......Page 419
14.3.5.2 Mooring Line Hook-up......Page 420
14.4.1 Types......Page 421
14.4.2.1 Transportation and Installation......Page 422
14.4.3 Drilled and Grouted Piles......Page 423
14.4.4 Suction Embedded Anchors......Page 425
14.4.5 Drag Embedded Anchors......Page 427
14.5.1 Template Installation......Page 428
14.5.2 Positioning and Monitoring......Page 429
14.5.3 Rigging Requirements......Page 430
14.6.1 Loadout Methods......Page 431
14.6.1.1 Trailer Loadout......Page 432
14.6.1.3 Lifted Loadout......Page 433
14.6.2 Constraints......Page 434
14.7.1 Configuration......Page 435
14.7.2 Barges and Heavy Lift Ships......Page 436
14.7.3 Design Criteria and Meteorological Data......Page 439
14.7.5 Motions and Stability......Page 442
14.7.7 Structural Analysis......Page 444
14.7.8 Inundation/Slamming......Page 445
14.8.1 Heavy Lift......Page 446
14.8.2 Launch......Page 447
14.8.3 Mating......Page 448
14.8.5.2 Lift Capacities......Page 450
14.8.5.3 Station Keeping of Heavy Lift Vessels......Page 453
14.9.1 Environmental Criteria......Page 454
14.9.2 Heavy Lift......Page 455
14.9.4 Unpiled Stability......Page 459
14.9.5 Pile Installation......Page 460
14.9.6 Deck Mating......Page 461
14.9.7.4 Lock-Off and Ratcheting Stage......Page 462
14.9.9 FPSO......Page 463
14.10.2.1 S-Lay......Page 465
14.10.2.2 J-Lay......Page 466
14.10.2.3 Reeled Installation......Page 467
14.10.4 Methods of Riser Installation......Page 468
14.10.5 Vessel and Equipment Requirements......Page 469
14.10.6 Analyses Required......Page 470
14.10.6.1 S-Lay and J-Lay......Page 471
14.10.6.3 Acceptance Criteria......Page 473
References......Page 474
15.1.1 Factors Affecting Materials Selection......Page 476
15.2 Structural Steel......Page 477
15.3 Topside Materials......Page 479
15.3.1 Materials Applications......Page 480
15.3.3 Materials for Process Piping and Equipment......Page 481
15.4.1 Limitations of Materials for HPHT Application......Page 482
15.5 Advanced Composite Materials......Page 483
15.6 Elastomers......Page 484
15.7 Corrosion Control......Page 486
15.9 Fracture Control......Page 487
References......Page 491
16.1 Preface......Page 493
16.2 Introduction......Page 494
16.2.1 Regulations, Standards and Permits......Page 495
16.2.3 Specifications......Page 496
16.2.4 Applications......Page 497
16.3.1 General......Page 500
16.3.2 High-Resolution Reflection Systems......Page 502
16.3.3 Sounders......Page 504
16.3.4 Side-Scan Sonar......Page 506
16.3.5 Sub-Bottom Profilers......Page 508
16.3.6 Marine Magnetometer......Page 511
16.3.7 Use of Data......Page 512
16.4.2 Autonomous Underwater Vehicles (AUVs)......Page 513
16.5 Seabed Classification Systems......Page 514
16.6 Seismic Refraction Systems......Page 515
16.7 Electrical Resistivity Systems......Page 518
16.8 Underwater Cameras......Page 519
16.9.1 General......Page 520
16.9.2 Vessels and Rigs......Page 521
16.9.3 Methods of Drilling and Sampling......Page 527
16.9.4.1 Rock Coring Systems......Page 536
16.9.5 Basic Gravity Corer......Page 538
16.9.6 Kullenberg Device......Page 540
16.9.7 Piston Corer......Page 541
16.9.8 Abrams Corer......Page 543
16.9.9 Vibrocorer......Page 544
16.9.10 High Performance Corer^TM......Page 546
16.9.11 Box Corers......Page 547
16.9.12 Push-in Samplers......Page 548
16.9.13 Grab Samplers......Page 549
16.10.1 Cone Penetration Testing (CPT) Systems......Page 551
16.10.2 Minicones......Page 557
16.10.3 The ROV CPT......Page 558
16.10.4 Vane Test......Page 560
16.10.5 T-Bar Test......Page 562
16.10.6 Piezoprobe Test......Page 564
16.10.7 Other in Situ Tests......Page 565
16.11.1 Horizontal Control or Positioning......Page 566
16.11.2 Water Depth Measuring Procedures......Page 567
16.12 Industry Legislation, Regulations and Guidelines......Page 569
16.13.1 General......Page 571
16.13.2 Conventional Laboratory Testing......Page 572
16.13.3 Advanced Laboratory Testing......Page 577
16.14.1 Pile Design......Page 585
16.14.2 Axial Pile Capacity......Page 586
16.14.2.2 Axial Pile Capacity of Driven Pipe Piles......Page 587
16.14.2.3 Axial Pile Capacity of Drilled and Grouted Piles......Page 592
16.14.2.5 Axial Pile Capacity - Pile-Soil Set-up......Page 594
16.14.3 Axial Pile Response......Page 596
16.14.3.1 Side Friction versus Pile Movement Data (t-z Data)......Page 597
16.14.3.2 Tip Load versus Tip Movement Data......Page 598
16.14.4.1 Cohesive Soils......Page 599
16.14.4.2 Granular Soils (Siliceous)......Page 600
16.14.4.3 Granular Soils (Carbonate)......Page 601
16.14.6.1 Soil Resistance to Driving......Page 602
16.14.6.2 Wave Equation Analyses......Page 605
16.14.7.1 Pile Monitoring......Page 607
16.15.1 Bearing Capacity for Mudmats and Skirted Plates......Page 608
16.15.2 Horizontal Sliding Resistance......Page 609
16.15.3 Shallow Foundation Settlement Analyses......Page 610
16.16 Spudcan Penetration Predictions......Page 611
16.17 ASTM Standards......Page 612
References......Page 613
A......Page 617
B......Page 618
C......Page 619
D......Page 622
E......Page 624
F......Page 625
G......Page 627
H......Page 628
I......Page 629
K......Page 630
L......Page 631
M......Page 632
O......Page 634
P......Page 635
Q......Page 637
R......Page 638
S......Page 641
T......Page 647
U......Page 648
W......Page 649
X......Page 651
Y......Page 652