Vortex-induced vibrations of risers: theoretical, numerical and experimental investigation

Vibrations due to vortex shedding in the wake of a cylinder exposed to a current can create fatigue damage in risers used by the offshore industry to bring oil and gas from the sea floor to the platform or off-loading vessel. Extensive research is conducted in this domain and at the Institut francais du petrole, several models are proposed to predict the fatigue life of such pipes. The methods range from simple modal calculations to fully coupled analysis of the fluid-structure interaction and resolution of the Navier-Stokes equations. Through the Hydlines Project, experiments are conducted to validate the various approaches.

Résumé

Les vibrations engendrées par le relâcher tourbillonnaire dans le sillage d'un cylindre soumis à un courant peuvent créer une fatigue importante dans les tubes utilisés par l'industrie offshore pour amener le pétrole ou le gaz du fond de la mer jusqu'à la plate-forme ou le navire de stockage. Ce sujet fait l'objet de très nombreuses études et, à l'Institut français du pétrole, plusieurs modèles sont développés pour prédire la durée de vie de ces tubes. Les méthodes vont d'une simple analyse modale de la réponse de la structure jusqu'à un calcul couplé fluide-structure avec résolution des équations de Navier-Stokes. Au travers du projet Hydlines, des campagnes d'essais sont menées pour valider les différentes approches.