An analytical parametric study of uplifting resistance in buried pipelines

William Allen, Sam Leawood, Hodjat Shiri

In the proceedings of GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Posters

ABSTRACT: Offshore pipelines are frequently used to transport hydrocarbons and gases to various areas in the world. Often, they are buried in trenches for a variety of reasons. Reasons include safety for the pipe from obstructions or to provide stability and to protect against accidental loads etc. The material in the pipes is often transported at high temperatures and pressures to facilitate the flow of the oil or gas. These conditions cause an increased amount of force on the interior of the pipeline, causing movement of the pipeline upward, which is called upheaval buckling. With buried pipelines, the predominant direction of motion will be in the path of least resistance, which would be a longitudinal profile imperfection triggering upheaval movement in a vertical direction. This movement of the pipeline could lead to the failures in the line, halting production, requiring repairs to the system, and dire environmental effects. The design of pipelines against upheaval buckling is a challenging aspect of their design. Accurate assessment of upheaval buckling needs advanced numerical simulations and/or experimental studies, which would be costly and time-consuming. The analytical solutions are fast and acceptably accurate, particularly for early stages of design. In this study, the effect of the key parameters contributing to the upheaval buckling of buried pipelines was analytically investigated. Key geomechanical soil parameters and rate effects were examined, and their effect on vertical pipeline-soil interaction during the upheaval buckling were investigated. Several invaluable trends were observed providing a good insight into the sufficiency of the analytical solutions.

RÉSUMÉ: Les pipelines en mer sont fréquemment utilisés pour transporter des hydrocarbures et des gaz dans diverses régions du monde. Souvent, ils sont enterrés dans des tranchées pour diverses raisons. Les raisons incluent la sécurité des tuyaux contre les obstructions ou pour assurer la stabilité et la protection contre les charges accidentelles, etc. Le matériau dans les tuyaux est souvent transporté à des températures et pressions élevées pour faciliter l'écoulement de l'huile ou du gaz. Ces conditions entraînent une augmentation de la force exercée sur l'intérieur du pipeline, entraînant son mouvement ascendant, appelé flambage de bouleversement. Avec les canalisations enterrées, la direction du mouvement prédominante sera la voie de la moindre résistance, qui serait une imperfection du profil longitudinal provoquant un mouvement de soulèvement dans la direction verticale. Ce mouvement du pipeline pourrait entraîner des défaillances dans la ligne, interrompre la production, nécessiter des réparations du système et avoir des effets environnementaux désastreux. La conception des pipelines contre le flambage par bouleversement est un aspect difficile de leur conception. Une évaluation précise du flambement de bouleversement nécessite des simulations numériques avancées et / ou des études expérimentales, qui seraient coûteuses et prennent du temps. Les solutions analytiques sont rapides et d'une précisioparamètres géomécaniques du sol et les effets de taux ont été examinés, ainsi que leurs effets sur l'interaction verticale pipeline-sol pendant le flambement. Plusieurs tendances précieuses ont été observées, donnant une bonne idée de la suffisance des solutions analytiques.

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Cite this article:
William Allen; Sam Leawood; Hodjat Shiri (2019) An analytical parametric study of uplifting resistance in buried pipelines in GEO2019. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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