effect of coupling of mooring lines and risers on the design pdf
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8/10/2019 Effect of Coupling of Mooring Lines and Risers on the Design PDF
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Proceedings of the Eleventh 2001) International O ffshor e and Polar Engineering C onference
Stavanger, Norway, June 17-22, 2001
Copyright © 2001 by The International Society of Offsh ore and Polar Engineers
I S N
1-880653-51-6 Set); 1SB N 1-880653-54-0 Vol . I l l ) ; ISS N 1098-6189 SeO
E f f e c t o f C o u p l i n g o f M o o r i n g L i n e s a n d R i s e rs o n t h e D e s i g n V a l u e s f o r a T u r r e t M o o r e d
F P S O i n D e e p W a t e r o f t h e G u l f o f M e x i c o
J .E . W . W i c h e r s
M A R I N U S A I nc ., H o u s to n , T X , U S A
P. V. Dev l i n
T e x a c o I n c ., H o u s t o n , T X , U S A
A B S T R A C T
I n t h e f r a m e w o r k o f t h e D e e p S t a r C T R 4 4 0 1 A T h e m e s tr u c t u re s
c o u p l e d c o m p u t a t i o n s w e r e c a r d e d o u t o n a t u r r et m o o r e d t a n k e r b a s e d
F P S O i n 3 , 0 0 0 f t , 6 0 0 0 f t a n d 1 0 , 0 0 0 f i w a t e r d e p t h f o r t h e G u l f o f
M e x i c o . T h e F P S O w a s e x p o s e d t o b o t h H u r r i c a n e a n d L o o p - c u r r e n t
c o n d i ti o n s . T h e s i z e o f t h e F P S O c o r r e s p o n d s t o a 2 0 0 k D W T t a n k e r
m o o r e d b y m e a n s o f 1 2 l i n e s . F o r t h e p r o d u c t i o n , w a t e r i n j e c t i o n , o i l
a n d g a s t r a n s p o r t , t h e t u r r e t w a s p r o v i d e d o f a 1 3 S C R s y s t e m . T h e
m o o r i n g s y s t e m i n 3 , 0 0 0 f t e x i s t s o f a c h a i n - j a c k e t e d s p i r a l s t r a n d -
g r o u n d c h a i n , w h i l e t h e m o o r i n g s y s t e m i n 6 0 0 0 f t w a s b o t h c h a i n -
p o l y e s t e r - g r o u n d c h a i n a n d c h a i n - s p r i n g b u o y s - j a c k e t e d s p i r a l s t r a n d -
g r o u n d c h a i n a n d f o r 1 0 , 0 0 0 f t w a t e r d e p t h i t c o n s i s t s o f a c h a i n -
p o l y e s t e r -g r o u n d c h a i n c o m b i n e d l in e .
C o n s i d e r i n g t h e d e s i g n v a l u e s t h e q u e s ti o n m a y a r i s e o n t h e v a l u e
o f t h e c o u p l e d a n a l y s i s a n d t h e e f f e c t s o f t h e C d - v a l u e s o n t h e
d y n a m i c s o n t h e m o o r i n g l e g s a n d r i s e r s a t l a r g e w a t e r d e p t h . T o
u n d e r s t a n d t h e q u e s ti o n s a f u l l y c o u p le d m a t h e m a t i c a l m o d e l w a s
d e v e l o p e d .
U s i n g t h e D e e p S t a r F P S O s y s t e m a n e w s e t o f c o m p u t a t i o n s i n t h e
t i m e - d o m a i n h a s b e e n c a r r i e d o u t . B y c h a n g i n g s y s t e m a t i c a l l y t h e C d -
r e s i s t a n c e c o e f f i c i e n t s o n t h e r i s e r s a n d t h e m o o r i n g l i n e s t h e e f f e c t o f
t h e c o u p l i n g o n t h e g l o b a l m o t i o n s a n d t h e m o o r i n g f o r c e s c a n b e
d i s t i n g u i s h e d . T h e c o m p u t a t i o n s w e r e a p p l i e d f o r t h e s y s t e m i n 3 , 0 0 0 f t
w a t e r d e p t h e x p o s e d t o t h e H u r r i c a n e a n d L o o p - c u r r e n t c o n d i t i o n a n d
i n 1 0 , 0 0 0 f t w a t e r d e p t h d u r i n g H u r r i c a n e c o n d i t i o n . T h e r e s u l t s s h o w
t h a t t h e c o m p l e t e c o u p l i n g h a s t o b e t a k e n i n t o a c c o u n t t o o b t a i n
r e a l i s ti c d e s i g n v a l u e s .
K E Y W O R D S : C o u p l e d , F P S O , m o o r i n g fo r c e s, r i se r t e n s io n , g lo b a l
m o t i o n s , d e e p w a t e r
N O M E N C L A T U R E
C an : d r a g c o e f f i c i e n t n o r m a l
C d t : d r a g c o e f f i c i e n t t a n g e n t i a l
C ~n : a d d e d i n e r t i a c o e f f i c i e n t n o rm a l
C it : a d d e d i n e r t i a c o e f f i c i e n t t a n g e n t i a l
C ~ : c o u l o m b f r i c ti o n s e a b e d n o r m a l
C p r : c o u l o m b f r i c t i o n s e a b e d t a n g e n t i a l
I N T R O D U C T I O N
A t u r r e t m o o r e d F P S O s y s t e m g e n e r a l l y c o n s i s t s o f a t a n k e
p r o c e s s e q u i p m e n t a n d a s u p e r s t r u c t u r e ) , a m o o r i n g s y s t e m a n d
s y s t e m . F o r t h e d e s i g n o f t h e s y s t e m n o n e o f t h e p a r t s c a n b e n e
T h e c u r r e n t l o a d s a n d t h e a s s o c i a t e d d a m p i n g f o r c e s o n t h e
l i n e s a n d t h e r i s e r s w i l l i n f l u e n c e n o t o n l y t h e w a t c h c i r c l e o f t h
b u t a l s o t h e l o a d s o n t h e r i s e r s a n d t h e m o o r i n g f o r c e s . T o d
F P S O t h e c o m p l e t e s y s t e m h a s t o b e t a k e n i n t o a c c o u n t. T h i s i s
f u l l y c o u p l e d d y n a m i c s y s t e m . T o f o r m u l a t e c o u p l i n g e f f e c t s
s t u d i e s h a s b e e n p e r f o r m e d i n t h e p a s t ( e . g . W i c h e r s a n d H u i
1 9 9 0 , v a n d e n B o o m , 1 9 8 5 , W i c h e r s a n d D e r c k s e n , 1 9 9 4 ) .
T h e f o r c e s a c t i n g o n t h e s y s t e m a r e :
f i r s t o r d e r w a v e f o r c e s a n d h y d r o d y n a m i c r e a c t i o n f o r c
o r w / o c u r r e n t o n t h e h u l l
s e c o n d o r d e r w a v e d r i f t f o r c e s w i t h o r w / o c u r r e n t o n t h
w a v e d r i f t d a m p i n g w i t h o r w / o c u r r e n t o n th e h u l l
c u r r e n t l o a d s o n t h e h u l l
l o w f r e q u e n c y h y d r o d y n a m i c r e a c t io n f o r c e s o n t h e h u
f i r s t o r d e r w a v e f o r c e s , c u r r e n t l o a d s a n d h y d r o d
r e a c t i o n f o r c e s o n t h e m o o r i n g l i n e s a n d r i s e r s
s o i l f r i c ti o n r e a c t i o n f o r c e s o n t h e m o o r i n g l i n e s a n d r i
a e r o d y n a m i c e x c i t i n g a n d r e a c t i o n f o r c e s ; f o r t h e e x
e . g . a c o n s t a n t 1 - h o u r m e a n w i n d f o r c e a n d w i n d s
f o r c e s a c t i n g o n t h e a b o v e w a t e r p a r t o f t h e F P S O .
T h e s o u r c e s o f t h e s e f o r c e s w i l l b e d e s c r i b e d i n m o r e d e t a
a s s o c i a t e d s e c t i o n s .
I n o r d e r t o d e m o n s t r a t e t h e c o u p l i n g e f f e c t s o n t h e D
s y s t e m c o m p u t a t i o n s h a v e b e e n c a r r i e d o u t w i t h a f u l l y
d y n a m i c m a t h e m a t i c a l m o d e l . T h e c o m p u t a t i o n s c o n c e r n t h e c
F P S O s y s t e m i n 3 , 0 0 0 a n d 1 0 , 0 0 0 f t w a t e r d e p t h e x p o s e d
H u r r i c a n e w e a t h e r c o n d i t i o n a n d i n 3 , 0 0 0 f t e x p o s e d t o t h e
c u r r e n t w e a t h e r c o n d i t i o n . F o r t h i s p u r p o s e t h e r e s i s t a n c e c o e
C d o f t h e r i s e r s a n d t h e s t e e l s p i r a l s t r a n d ( 3 , 0 0 0 f t ) a n d p o l y e s t
( 1 0 , 0 0 0 f t) w e r e v a r i e d . T h e v a r i a t i o n c o n c e r n s t h e C d = 0 , C d
C d = 2 o f t h e m o o r i n g l i n e s a n d r i s e r s . F i n a l l y , t o d e m o n s t r a t e
t h e c o u p l i n g e f f e c t s , c o m p u t a t i o n s w e r e c a r r i e d o u t w i t h t h
v a r i e d C d - v a l u e s i n L o o p - c u r r e n t o n l y .
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