Tilbake til søkeresultatene

PETROMAKS2-Stort program petroleum

Improved lifetime estimation of mooring chains

Alternativ tittel: Forbedrede metoder for levetidsforlengelse av forankringskjetting

Tildelt: kr 15,0 mill.

Forankring av flytende installasjoner til havs - som for eksempel strukturer brukt av olje og gass, flytende havvind og oppdrett, innebærer bruk av kjetting i store deler av forankringssystemet. Både på grunn av de alvorlige konsekvensene som kan oppstå dersom disse systemene skulle feile og de store kostnadene forbundet med installasjon, så er verktøyene og kunnskapen som ligger til grunn for design, operasjon og estimering av levetid svært viktig. En forankringskjetting er designet for å kunne tåle lastsykler med langt større amplituder enn det den realistisk vil oppleve gjennom sin levetid. Denne levetiden blir estimert ved å kombinere laster beregnet fra globale numeriske analyser av den flytende strukturen og forankringssystem med SN-kurver fra nye kjettinger. Dette prosjektet tar sikte på å forbedre disse metoden slik at forankringssystem kan designes og brukes med mindre usikkerhet knyttet til levetid, og gjennom nye metoder for monitorering, kunne gi et kontinuerlig estimat av gjenværende levetid. Det har blitt utviklet en metodologi basert på: 1) Beregning av eksisterende kjettingers operasjonelle last historie for gitte flytende strukturer 2) nytt inspeksjonsverktøy for objektiv evaluering av kjetting degradering 3) karakterisering og prediksjon av kjettingers degraderingsforløp 4) database skreddersydd for effektiv dataflyt mellom forsøk og modelleringsaktivitet Det ble tidlig i prosjektet etablert en tabell for korrosjonskarakteriserings via visuell inspeksjon. Formålet med dette var å kunne korrelere graden av korrosjon med utmattingskapasitet. Den største svakheten med denne tilnærmingen er subjektiviteten i korrosjonskarakteriseringen som følger når personvurderinger er involvert. For å løse dette problemet har en algoritme som detekterere og måler imperfeksjonene som følger av korrosjonsangrep blitt implementert. Denne algoritmen bruker 3D scann av kjettinglenker som input. Dataen blir så transformert til et spesielt koordinatsystem som gir muligheten for å post-prosessere og lagre dataen ekstremt effektivt. Dette har tillat at morfologien for alle individuelle korrosjonsgroper har blitt målt for alle kjettinglenker som har blitt scannet. Totalt har scann fra 189 kjettinglenker fra flere ulike plattformer blitt prosessert, noe som har gitt ny og verdifull kunnskap om sammenhengen mellom tid i havet og korrosjon. Fullskala utmattingstester har blitt utført (på kjettinger som har vært i bruk mellom 10-20 år) for å undersøke hvordan et bredt spekter av gjennomsnittslaster og korrosjonsgrader påvirker resterende levetid. 22 fullskalatester har blitt utført ved NTNU. Dette datasettet er blitt supplert med eksperimentell data fra industripartnere, litteratur og prosjekter som har gått parallelt. Småskala utmattingstester har blitt utført for å undersøke effekten av forskjellige eksterne miljø (luft, sjøvann og katodisk beskyttelse) på degraderingsprosessen. Småskalatestene har gitt ny data (SN og Paris lov) relevant for forbedring av designkurver og også nødvendig validering av mer komplekse mekaniske modeller for skadeinitiering (multiaksiell skade) og sprekkpropagering (semi-elliptisk). Studiet ble utvidet for å se på effekten av stokastisk last med variabel amplitude (VA), ie. effekten av overbelastning på materialresponsen. Resultatene av VA utmattingsanalysene viser at antagelsen om linear skadeakkumulering (Miners regel brukt i den globale kjettinganalysen) virker rimelig. Et databasesystem har blitt skreddersydd til prosjektet for å lagre og håndtere data (per i dag 258 utmattingstester og 189 3d-scan av kjettingløkker). Ved hjelp av databasen har et probabilistisk rammeverk for levetidsprediksjon blitt etablert. Rammeverket benytter en hierarkisk modell hvor homogene undergrupper ble identifisert. Dette har ført til SN-kurver med mindre usikkerhet. Det fulle potensiale til denne metoden er enda ikke realisert Belastningshistoriene til forankringslinene for en semi-submersible offshoreinstallasjon har blitt beregnet for en periode på 62 år ved bruk av data fra metocean. En formulering for SN-kurver som avhenger av snittlast er blitt utviklet for å undersøke effekten variasjonen av statisk strekk har på levetiden til kjettinger. Resultatene viser hvordan en positive effekten av lav middellast kan inkluderes i beregningen av resterende levetid for et kjettingsystem (som varierer med vindretning, bølger, orientering av de individuelle forankringslinene, etc). En pålitelighetsanalyse har blitt utført med hjelp av kunnskapen generert i dette prosjektet. Denne inkluderer informasjon om både middellast og grad av korrosjon for å bedre kunne estimere sjansen for at et forankringssystem skal svikte. Synergier ble funnet mellom LifeMoor og JIP NorMoor ledet av DNV, spesielt rundt effektene korrosjon og middellast har på utmattingslevetid.

LifeMoor provided test data, models and fundamental knowledge to better capture the relationship among the loading, the material & structure response, and the environmental conditions on the crack initiations and crack growth in mooring chain. A probabilistic framework for improved lifetime estimation of mooring chains was thus introduced to better account for the influence of mean load and corrosion on the fatigue during service. The benefit of this framework for O&G life extension application, was already been used by the partner Equinor. This generic framework is expected to be extended to allow real time mooring chain health monitoring and to be adapted to further support broader industrial sectors (e.g. offshore wind turbine, offshore fish farms). The research and innovation perspectives will be addressed when considering new initiatives for H2020, KSP and IPN projects (1 KSP proposal was submitted in 2022).

A failure of one or several mooring lines on a floating production unit (FPU) can have devastating environmental and economic consequences. Mooring chain failures have been a recurring problem for FPUs on the Norwegian Continental Shelf (NCS). This is primarily due to a lack of knowledge on how to assess the state of mooring chains and accurately predict the remaining life, and involves assessment of complex phenomena, such as corrosion, wear and fatigue, and it is currently unknown how these interact and develop with time. The aim of LIFEMOOR is to close this gap in knowledge and develop the tools needed for reducing the probability of chain failures and enable safe and cost-effective lifetime extension of existing mooring lines. LIFEMOOR will develop the fundamental knowledge on how the main degradation mechanisms in a chain (corrosion and wear) affect fatigue crack initiation and propagation in chains. This knowledge will be applied in development of inspection methods and monitoring systems that can be used as input to degradation and fatigue life predictions in a quantitative way. Finally, this fundamental knowledge and inspection methods will be built into a framework of probabilistic methods, where global loads and metocean data can be used in design, operation and lifetime extension. Offshore oil and gas is the primary focus in LIFEMOOR, although the developed framework will be relevant for operation, design and lifetime extension of all offshore floating installations, such as offshore- floating wind turbines and fish farms.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

PETROMAKS2-Stort program petroleum