2

Offshore,Marine / صنایع بالادستی (مخازن، اکتشاف، حفاری، تولید، صنایع آفشور و دریایی)

آموزش انواع، ساختار و مبانی طراحی سکوهای آفشور نفت و گاز

تیر ۱۲, ۱۳۹۶ در ۱۲:۲۰ ب.ظ


تبلیغات-فرادرس
W3Schools

ساختارهاي فراساحلي با کاربردهاي متعددي در سرتاسر جهان در عمق هاي مختلف و محيط هاي متفاوت به کار مي روند.

پیش گفتار و تاریخچه

از اواسط قرن ۲۰ در ادامه تاریخ نفت ایران،  سکوی نفتی هم وارد تاریخ ایران شد، در این مطلب مختصری از تاریخچه سکوهای دریایی ارائه می شود.

سکوهای اولیه

سکو های چوبی ــ  احتمالا اولین تلاش جهت دستیابی به نفت بستر دریا،  در کالیفرنیا و حدود سال ۱۹۰۰ میلادی به ثمر رسید،  که چاه های نفت از روی اسکله ای متصل به ساحل و به فاصله ۵۰۰ متر از ساحل حفر گردید. در سال ۱۹۰۹ در دریاچه  فری در  کادوپاریش لا،  با استفاده از شمع های چوبی و دکل های حفاری چوبی،  سکویی چوبی ساخته شد،  و از روی آن چاه هایی حفر گردید.  بدین ترتیب اتصال سکو به ساحل از بین رفت،  و سکو با استفاده از شمع در دریا احداث گردید.  در سال ۱۹۲۰ یک سکوی چوبی در آب های کم عمق دریاچه  ماراسی بیو واقع در ونزوئلا ساخته شد،  و از روی آن عملیات حفاری انجام پذیرفت.  البته از آنجایی که شدت امواج در این دریاچه به مراتب کمتر از دریا می باشد،  نمیتوان آن را سکوی دریایی قلمداد نمود.  در سال ۱۹۳۰ در جنوب لوئیزیانا،  از روی یک سکوی چوبی،  که کانالی در کنار آن جهت استفاده از سرویس بارجها،  و قایقها جهت حمل و نقل احداث شده بود،  حفاری صورت گرفت.  ایجاد سکو های چوبی با استفاده از شمع های چوبی همچنان ادامه یافت،  به نحوی که در سال ۱۹۳۳ سکویی در اعماق ۷/۳ متری آب،  و به فاصله یک کیلومتری از ساحل احداث گردید.  در سال ۱۹۳۷ شرکت،  برون اندروت آمریکایی در فاصله ۶/۱ کیلومتری از ساحل،  یک سکوی چوبی در عمق ۳/۴ متری احداث نمود.  عملیات احداث سکو های چوبی تا سال ۱۹۴۰ ادامه یافت،  و پس از آن به علت شروع جنگ جهانی دوم  گسترش عملیات معلق گردید.

سکو های فولادی ــ  در زمان جنگ جهانی دوم،  و پس از آن به دلیل نیاز های جنگ،  صنایع فولاد پیشرفت شایان توجهی نمود،  و پس از پایان جنگ سازه های فولادی از جمله سکو های فولادی رواج یافتند.  اولین سکوی فولادی در سال ۱۹۴۶ میلادی،  در عمق ۳/۴ متری ساخته شد،  شایان ذکر است که جهت احداث این سکو ۲۳۸ شمع به کار رفت.  اولین سکوی فولادی از نوع شابلونی،  با روش ساخت کنونی (یعنی ساخت در ساحل و پس از حمل نصب در محل)،  در سال ۱۹۴۷ در آب های خلیج مکزیک ساخته شد،  که این سکو در ۲۹ کیلومتری از ساحل و در عمق ۱/۶متری نصب گردید.  سپس یک سکوی دیگر از این نوع در عمق ۲/۱۵ متری احداث شد،  و بدین ترتیب یک صنعت جدید متولد گردید.

در طول دوره پیشرفت سکو سازی به موازات پیشرفت صنایع فولاد،  به مرور قطر شمع ها بزرگتر گردیده،  و از تعداد آنها کاسته شد،  و روش های اجرایی بهبود یافت.  در سال ۱۹۴۹ ده سکو در خلیج مکزیک احداث گردید،  که در اثر نیروی امواج طوفانی این سکوها یا کاملا  از بین رفت،  و یا صدمه کلی بر آنها وارد آمد.  در سال ۱۹۵۵ برای اولین بار با ساخت سکویی به طور کامل،  در ساحل  و حمل توسط بارج و نصب به  وسیله بارج های جرثقیل دار عظیم درعمق ۵/۳۰ متری،  ساخت سکو های بلند تر رواج یافت و روز به روز بر ابعاد سکوها افزوده گردید.  سکوها در اعماق بیشتر و به فاصله دورتر از ساحل نصب شدند.

در سال ۱۹۷۶ کمپانی نفتی شل اعلام کرد،  که بلند ترین سکوی نفتی دنیا را در آب های خلیج مکزیک نصب خواهد کرد.  این سکو کامل و مجهز به تمامی تجهیزات،  منجمله دکل حفاری مخازن، گل حفاری، محل اقامت افراد، وسایل تولید و غیره… بود.  نام این سکو کونیاک گذارده شد،  و در فاصله ۱۶۰ کیلومتری جنوب شرقی ایالت لوئیزیانا و حدود ۱۵ کیلومتری دهانه می سی سی پی،  در عمق ۹/۳۱۰ متری نصب گردید،  که حدود ۹/۲۲ متر سکو نیز (علاوه بر عمق آب)،  از آب بیرون بود.  این سکو دارای ۲۴ شمع با قطر خارجی ۱۲۲ سانتیمتر،  و ضخامت جداره شمع ماکزیمم برابر ۳۵/۶ سانتیمتر بود،  که وزن کلی سکو بالغ بر ۵۳۵۰۰ تن متریک می باشد،  و برای موج به ارتفاع ۹/۲۲ متر و پریود ۱۲ ثانیه و سرعت باد معادل ۱۵۰ مایل در ساعت، و زلزله خطی  و در حالت طراحی گردیده است، مدل کامپیوتری این سکو شامل ۷۰۰ گروه و ۲۰۰۰عضو میباشد، کمپانی شل و ۱۴ کمپانی دیگر در این کار شرکت داشتند،  که هزینه آن بالغ بر ۲۵۰  میلیون دلار گردید.

در حال حاضر بلند ترین  سکوی ثابت شابلونی در عمق ۵/۳۱۵ متری در خلیج مکزیک نصب گردیده،  و سکو های عظیم از نوع ثابت وزنی  بتونی در دریای شمال احداث گردیده است،  و برای اعماق خیلی زیاد از سکو های شناور و سکو های  پایه کششی استفاده میگردد.  در سال ۱۹۸۴ میلادی در اعماق ۶/۶۰۹ متری، به وسیله شرکت  بکتل یک سکوی پایه کششی نصب گردید.  همانگونه که تشریح گردید،  در روند تکاملی ساخت سکوها از آنجایی که  مسائل نفتی، سیاسی و بعضا نظامی (از جمله سکوی رادار تکزاس)،  مطرح بوده،  شتاب زیادی به چشم میخورد و این صنعت که میتوان گفت حدود ۵۰ سال قدمت دارد،  مراحل پیشرفت زیادی را پشت سر نهاده است.  به موازات پیشرفت سکو های فوق الذکر سکوهای حفاری مانند:  سکوهای  خود بالابر و غوطه ور و نیمه غوطه ور،  نیز مراحل تکاملی خود را طی نموده اند.

سکو های ثابت

 سکو های ثابت نوع  شابلونی ــ  این نوع سکو معمولا در آب های کم عمق تر نصب میگردد،  و البته امروزه از این نوع در اعماق ۵/۳۱۵ متری نیز نصب شده است،  ولی معمولا بیشتر تا عمقی حدود ۱۰۰ متر از آنها استفاده میگردد.  نام گذاری این سکو بدین سبب میباشد،  که از پایه های سکو،  به عنوان هادی جهت نصب شمع ها استفاده میشود،  (شمع ها از داخل پایه سکو یا از خارج و متصل به پایه سکو کوبیده میشوند)،  اصطلاحا به آنها سکوی جاکت نیز گفته می شود،  این سکو شامل قسمت های زیر می باشد‪:

   ۱ ــ  جاکت یا یک قاب فضایی،  که جهت سرویس دادن در نصب شمع ها،  و به عنوان  مهاری های جانبی برای شمع ها طراحی گردیده اند‪.

   ۲ ــ  شمع ها که منتقل کننده بار افقی و عمودی دائمی به کف دریا میباشند‪.

   ۳ ــ  روسازه که شامل خرپا های فضایی و عرشه های ضروری جهت تحمل بار های بهره برداری،  و دیگر بارها می باشد‪.

Presentation1

قسمت اعظم این نوع سکوها در دنیا (حدود ۶۰% کل این سکوها)،  در خلیج مکزیک واقع می باشند،  که بلند ترین سکو از این نوع در عمق ۵/۳۱۵ متری در آب های خلیج مکزیک نصب گردیده است.  از این نوع سکو علاوه بر خلیج مکزیک،  در دریاچه ماراسی بیو، خلیج فارس، آفریقا، علی الخصوص نیجریه و سواحل کالیفرنیا استفاده می گردد.  نصب سکوی ثابت از سال ۱۹۵۵ در خلیج فارس متداول گردید،  و در سال ۱۹۶۴ اولین سکوی ثابت در آب های ایران نصب گردید.  هم اکنون حدود ۱۳۵ سکوی ثابت نوع شابلونی در آب های ایران در خلیج فارس و متعلق به ایران وجود دارد.  سکو هایی که در خلیج فارس نصب میشوند،  در مقایسه با سکو های خلیج مکزیک در مقابله با امواج و طوفان های ضعیف تری طراحی می گردند.  در سواحل کالیفرنیا عامل تعیین کننده ابعاد سکوها زلزله می باشد،  نه امواج ناشی از طوفان در دریا.

در آلاسکا فشار های ناشی از یخ به ضخامت ۲/۱ الی ۸/۱ متری وارده بر سکو،  به مراتب بحرانی تر از نیرو های ناشی از زلزله و امواج ناشی از طوفان می باشد.  این نیروها به حدی زیاد است،  که سکوی ثابت از نوع شابلونی برای این منطقه جوابگو نبوده،  و مناسب نمی باشد.  به همین دلیل از نوع سکوی تراز شونده،  و یا سکوی تک پایه مونوپاد استفاده می گردد.  سکو های ثابت دریایی اصولا از مزیت خاصی برخوردارند،  زیرا هزینه نصب آنها نسبتا پایین و سکو های پایداری می باشند،  که در خارج از سطح آب بدون ایجاد حرکت مهمی میتواند، عملیات حفاری و تولید و دیگر کارها مانند بر روی آنها انجام گیرد.  در خلیج مکزیک قابل دسترس بودن وسایل ساخت و سولت حمل و نصب بر رونق سکوهای ثابت دریایی در آن منطقه افزوده است‪.

سکوی حفاری خود بالابر ــ    jack up rig  سکو هایی هستند،  که بر روی آب شناورند و تا محلی که باید جهت حفاری یا کار های دیگر عمل کنند،  بر روی آب مانند کشتی حرکت مینمایند.  پس از استقرار در محل حفاری با جک های پنوماتیک – هیدرولیک یا الکتریک پایه های سکو تا کف دریا پایین رانده میشوند،  و بعد سطح عرشه را به سمت بالا تا ارتفاعی که لازم است،  بالا  برده تا از اثرات موج مصون بماند،  و یا ارتفاع لازم  جهت حفاری را کسب نماید.  سکوی خود بالابر در مواقع اسقرار در محل پایداری زیادی دارد،  و میتواند عملیات حفاری حتی تا اعماق ۱۴۰ متری از روی آن انجام گیرد،  ولی معمولا برای اعماق ۱۵ الی ۱۰۰ متر از آن استفاده میگردد.

بر روی این سکو محل اسکان پرسنل،  محل فرود هلیکوپتر، دکل حفاری، جرثقیل، قایق نجات،  و دیگر وسایل ضروری تعبیه میگردد.  شایان ذکر است که دولت ایران در سال ۱۳۶۳ هـ.خ،  یک دستگاه سکوی حفاری خود بالا بر از شرکت هیتاچی ژاپن خریداری کرد،  که این دستگاه با حدود ۸۳۰۰ تن وزن خالص و مساحت ۴۰۰۰ متر مربع و با پایه های قابل نصب تا عمق ۹۳ متری قابلیت حفاری تا عمق ۶۱۰۰ متری را دارا می باشد.  این دستگاه دارای امکانات لازم از قبیل خوابگاه های متعدد، نماز خانه، رستوران، سالن کنفرانس، باشگاه، بهداری، محل فرود هلیکوپتر، و دیگر امکانات فنی جهت حفاری میباشد،  و مجموعا امکانات زندگی جهت حدود یکصد نفر را دارا می باشد،  که دولت ایران علاوه بر این سکو،  یک سکوی خود بالابر دیگر به نام شهید مدرس را دارا می باشد.

در اينجا با در نظر گرفتن جنبه هاي متفاوت اين ساختارها نظير، انتخاب تجهيزات، نوع سکوها، روش هاي حفاري، برنامه ريزي صحيح، طراحي، ساخت، انتقال و نصب متناسب با سکوهاي نفتي و با در نظر گرفتن عمق آب و محيط کاري آنها به بررسي اجمالي اين ساختارهاي پيچيده و مهم مي پردازيم. قوانين حاکم بر انواع ساختارهاي فراساحلي از ثابت گرفته تا شناور را مرور کرده و در مورد سکوهاي ثابت کاربردهاي اين قوانين را بررسي مي کنيم. هدف کلي ما از ارائه اين مقاله فراهم آوردن اطلاعات پايه اي در مورد مراحل مختلف طراحي، ساخت، مونتاژ، انتقال و نصب اين سکوهاست. از مهم ترين کاربردهاي سکوهاي فراساحلي مي توان به اکتشافات و توليد نفت، کشتيراني بارگيري و تخليه ي کشتي هاي باربري، پشتيباني پل ها و راه هاي آبي اشاره کرد که عمليات هاي نفتي از مشخص ترين و حياتي ترين آنها بوده که با طراحي بسيار پيچيده ي خود مهندسين را با مسائل متعددي روبرو مي سازد.
اين ساختارهاي فراساحلي مي بايست دوام عمري در حدود ۲۵ سال کارکرد يا بيشتر داشته و بايد با شرايط بسيار سخت محيط هاي دريايي سازگار باشند. از مهم ترين عواملي که بايد در طراحي مدنظر گرفت مي توان به موارد زير اشاره کرد:

۱- حداکثر نيروي اعمالي بر سکوها از طرف عوامل محيطي نظير طوفان، باد و امواج
۲- بار خستگي توليد شده از طرف امواج
۳- حرکت کلي سکو

در بعضي مواقع ممکن است سکو بر اثر جريان هاي آبي با يک نيروي قوي بر روي سيستم لنگر خود مواجه شود که مي تواند منجر به توليد گرداب شود. سکوهاي نفتي ساختارهاي غول پيکري از جنس فولاد يا بتن بوده که وظيفه ي اصلي آنها را مي توان اکتشاف و استخراج نفت و گاز از پوسته ي زمين برشمرد.
اين سکوها را مي توان در درياهاي آزاد، درياچه ها و خليج ها نصب کرد که در بعضي مواقع کيلومترها تا خط ساحلي فاصله دارد. جنس آنها بسته به شرايط محيطي و نوع آنها فولاد، بتن يا ترکيبي از هر دو است. سکوهاي نفت و گاز به طور کلي از انواع مختلف فولاد، از فولاد معمولي گرفته تا فولادهاي بسيار مقاوم تهيه مي شوند اما در انواع قديمي آنها شاهد حضور بتن مسلح نيز، به عنوان يکي از مواد حياتي هستيم.
در محدوده ي سکوهاي فولادي، انواع مختلفي بر اساس استفاده و عمق کاري آنها وجود دارد. اين سکوها بسيار سنگين بوده و در زمره ي بلندترين ساختارهاي ساخته شده به دست بشر جاي مي گيرند. در اين سکوها نفت و گاز از هم جدا شده و به وسيله ي خطوط انتقال نفت و يا تانکر به ساحل منتقل مي شوند.


انواع سکوهاي نفتي و حفاري

انواع مختلفي از سکوهاي نفتي بسته به عمق آب و شرايط کاري آنها به کار گرفته مي شوند. از Rig ها براي حفاري در ميادين نفتي و از سکوها به منظور عمليات استخراج استفاده مي شوند. در ادامه به پر کاربردترين انواع آنها اشاره مي شود. حفاري در ميادين نفتي فراساحلي که کيلومترها با نزديک ترين ساحل فاصله دارند مشکلات بسيار زيادي را با خود به همراه دارد. ممکن است در اين حفاري ها، بستر دريا تا سطح آب هزاران فوت فاصله داشته باشد. از اين رو همانطور که در حفاري هاي روي سطح زمين به سکوهاي حفاري احتياج داريم، در دريا نيز بايد سکوهاي مصنوعي حفاري ساخته شوند.

سکوهاي حفاري متحرک

در يک دسته بندي کلي مي توان سکوها را به دو نوع ساکن که تنها در مکان خاص خود قابل استفاده بوده و نوع متحرک که قابل جابجايي است، طبقه بندي کرد.
کرجي هاي حفاري

از اين نوع براي حفاري در آبهاي کم عمق استفاده مي شود. آبهاي کم عمق معمولاً شامل درياچه ها، رودخانه ها، کانال ها و باتلاق ها هستند. اين کرجي ها معمولاً يک سکوي متحرک هستند که براي حمل و نقل به يدک کش ها نيازمندند. اين کرجي ها که توانايي کارکرد در آبهاي متحرک را ندارند در آبهاي ساکن و کم عمق کارايي خوبي از خود به نمايش گذاشته اند.
جکاپ (Jack UP)

کارايي کلي اين سکوها همانند کرجي هاي حفاري است. با اين تفاوت که وقتي آنها در محل حفاري قرار مي گيرند، سه يا چهار پايه ي طراحي شده در عمق آب فرو رفته و در کف درياچه بر روي بستر محکم مي شوند. اين پايه ها امکان جايگزيني بدون متحرک و بالاتر از سطح آب را براي اين نوع سکو فراهم مي آورد که از مزيت هاي آن نسبت به کرجي هاي حفاري به شمار مي رود.
اما عمق کاري آنها نسبت به کرجي هاي حفاري کم تر بوده و کارگذاري پايه ها در عمق زياد مشکلات زيادي به همراه دارد. در واقع عمق کاري آنها نمي تواند از ۱۹۰ m بيشتر باشد. از آنجا که سکوي کاري در اين نوع بالاتر از سطح آب قرار مي گيرد امکان عمليات حفاري مطمئن تري را نسبت به کرجي هاي حفاري فراهم مي آورند.
سکوهاي شناور در آب (Submersible)

سکوهاي شناور نيز تقريباً ساختاري مشابه Jack up ها دارند با اين تفاوت که در قسمت هاي کم عمق اقيانوس ها يا درياچه ها به کار مي روند. اين سکوها داراي دو عرشه ي مجزا بوده که بر روي يکديگر قرار مي گيرند. عرشه هاي بالايي محل جايگيري خدمه و سکوي اصلي حفاري است. عرشه ي پاييني در هنگام جابجايي از هوا پر شده و کل سکو را به حالت شناور در مي آورد. هنگامي که سکو به ميدان مورد نظر رسيد هواي موجود در عرشه ي پاييني تخليه شده و کل سکو در کف دريا يا درياچه جاي مي گيرد. با اينکه متحرک بودن اين سکو آن را بسيار مفيد کرده است اما محدوده ي کاري آن همچنان محدود به آبهاي کم عمق مي باشد.
سکوهاي نيمه شناور

اين نوع داراي يک قسمت حفاري شناور است که داراي ستون هاي موقت مي باشد. با پر شدن اين ستون ها از آب، آنها به صورت شناور در آمده و در عمق پيش بيني شده فرو مي روند. اين گونه يکي از پرکاربردترين و معمول ترين نوع سکو به شمار مي رود که علاوه بر قابليت هاي سکوهاي بحث شده، توانايي حفاري در آبهاي عميق را نيز دارا مي باشد. سکوهاي نيمه شناور همانند سکوهاي شناور براي جابجايي از دو عرشه ي متفاوت استفاده مي کنند. در واقع با اينکه قسمتي از سکو در آب فرو مي رود همچنان توانايي شناور ماندن بر روي ميدان حفاري را داراست.
با پر شدن عرشه ي پاييني از آب، پايداري لازم در هنگام حفاري براي سکو فراهم مي شود. سکوهاي نيمه شناور معمولاً با استفاده از لنگرهاي سنگيني که هر کدام بيش از ده تن وزن دارند در جاي خود مستقر مي شوند. اين لنگرها به همراه عرشه ي پاييني سکو از آب پر شده است امکان يک حفاري مطمئن را در آبهاي متلاطم ايجاد مي کند.
مي توان اين سکو ها را در يک مکان مشخص نگهداري کرده و آنها را در عمليات هاي متفاوت به صورت مقطعي به کار برد. عمق کاري آنها بسيار بيشتر از انواع پيشين بوده و به صورتي که با پيشرفت تکنولوژي مي توان تا عمق ۱۸۰۰ m را به راحتي حفاري کرد. اين نوع مي تواند سوراخي در بستر دريا ايجاد کرده و بعد از آن به سرعت به مکان ديگري انتقال يابد.

سکوهاي ثابت

در مکان هاي مشخصي همانند آبهاي کم عمق امکان اتصال فيزيکي سکو به کف دريا وجود دارد. پايه هاي آن که از جنس بتن و يا فولاد ساخته مي شوند، از سکوها تا عمق آب امتداد يافته و در پايه هاي در نظر گرفته شده در بستر دريا نصب مي شوند. با در نظر گرفتن سازه هاي بتني و يا پايه ها، وزن سکو به اندازه اي است که احتياج به اتصالات خاصي براي جلوگيري از حرکت در عمق آب نداشته و مي تواند به راحتي با توجه به جرم خود در بستر دريا آرام مي گيرد. بزرگترين مزيت اين سکوها، پايداري آنهاست. با توجه به اتصال آنها به کف دريا تأثيرات نيروي باد و آب جابجايي بسيار ناچيزي را در سکو به همراه دارد. با تمام اين احوال امکان استفاده از اين نوع در آبهاي بسيار بسيار عميق و ساخت پايه هاي بسيار بلند مقرون به صرفه نيست.

سکوهاي قالبي

اين سکوي فولادي پرکاربردترين نوع سکو در خليج فارس، خليج مکزيک، نيجريه و خطوط ساحلي کاليفرنيا به شمار مي رود. اين نوع سکو شامل بدنه ي اصلي، عرشه، موج شکن و ستون لنگرگاه مي باشد. تمامي سکوهاي نصب شده در خليج فارس از اين گونه هستند. در حال حاضر حدود ۱۴۵ سکوي قالبي متعلق به ايران و ۱۳۰ سکوي قالبي متعلق به کشورهاي عربي منطقه در خليج فارس مشغول فعاليت هستند (اطلاعات سال ۲۰۰۸)

کشتي هاي حفاري

همانطور که از اسم آن مشخص است به طور تخصصي جهت حمل وسايل و اجراي عمليات هاي حفاري طراحي شده است. وظيفه ي اصلي آن حمل سکوهاي حفاري به آبهاي عميق است. يک کشتي حفاري علاوه بر وسايل معمولي که در هر کشتي اقيانوس پيما يافت مي شود داراي يک سکوي حفاري و يک بُرجک چاه کني بر روي عرشه خود است. همچنين اين کشتي ها داراي حفره اي به نام Moonpool هستند که از روي کشتي امکان حفاري تا عمق آب را فراهم مي آورد. اين کشتي ها حفاري در اعماق بسيار زياد را امکان پذير کرده و از سيستم “جايگزيني پويا” يا (Dynamic Positioning) بهره مي برند. در زير آنها موتورهاي الکتريکي نصب شده است که امکان حرکت را در تمام جهات فراهم مي آورد. اين موتورها که به کامپيوتر مرکزي کشتي متصل بوده و از تکنولوژي مکان يابي ماهواره اي استفاده مي کند به همراه سنسورهاي موجود بر روي صفحه حفاري از قرارگيري کامل کشتي بر روي مکان حفاري اطمينان حاصل مي کند.

سکوهاي ستوني

اين سکوها شباهت زيادي به سکوهاي ثابت داشته و شامل يک ستون بلند متصل به شالوده ي موجود در کف درياست که تا سطح سکو امتداد يافته است. اين ستون بر خلاف پايه هاي نسبتاً صلب سکوهاي ثابت، قابل انعطاف بوده و انعطاف پذيري آن و در نتيجه توانايي آن در جذب نيروهاي وارده بر سکو امکان استفاده از سکوهاي ستوني در آبهاي عميق تر را فراهم آورده است. با اين انعطاف پذيري، سکوهاي ستوني مقاومت لازم در برابر شرايط طوفاني را دارا هستند.

سکوهاي Seastar

اين سکوها همانند نمونه ي کوچکي از سکوهاي با پايه هاي کشتي هستند. اين سکوها شامل يک عرشه ي شناور است که شباهت زيادي به سکوهاي نيمه شناور بحث شده دارند. در هنگام حفاري عرشه ي پاييني از آب پر شده و پايداري لازم براي سکو را فراهم مي آورد. علاوه بر اين عرشه ي نيمه شناور، اين سکوها داراي سيستم پايه ي کششي، تاندون هاي توخالي هستند که از کف دريا تا سکوي معلق امتداد يافته اند. اين پايه ها تحت کشش مشخصي قرار گرفته و اجازه ي بالا و پايين رفتن را به سکو نمي دهد. اگرچه انعطاف پذيري آنها جابجايي عرضي را امکان پذير ساخته و مقاومت سکو در برابر ديگر نيروها را بدون خطر شکستن پايه بالا مي برد. از اين سکوها مي توان تا عمق ۱۱۲۰m استفاده کرد اما ساخت سکوهاي بسيار بزرگ از اين نوع مقرون به صرفه نيست.

سکوهاي مجهز به پايه هاي کششي

اين سکوها نمونه هاي بزرگي از سکوهاي Seastar هستند. يک پايه ي بلند انعطاف پذير که به بستر دريا متصل است در اين نمونه تا خود عرشه ي سکو امتداد مي يابد. همانند سکوهاي Seastar ، سکوهاي اين نمونه نيز اجازه جابجايي عرضي تا ۶.۴ m را به عرشه مي دهد در حالي که جابجايي عمودي اندکي را ايجاد مي کند. از اين نوع مي توان تا عمق ۲۲۴۰ m استفاده کرد.

سيستم توليد نفت به صورت شناور

اين سيستم دقيقاً همانند سکوهاي نيمه شناور است که پيش از اين توضيح داده شد با اين تفاوت که علاوه بر تجهيزات حفاري در خود داراي تجهيزات ديگري جهت توليد نفت نيز هستند. از کشتي هاي همراه نيز مي توان به عنوان سيستم توليدي شناور استفاده کرد. اين سکوها در مکان خود با استفاده از لنگرهاي بزرگ و سنگين و يا با استفاده از سيستم ” جايگزيني پويا” – که در کشتي هاي حفاري مورد استفاده قرار مي گيرند- ثابت مي شوند. با استفاده از اين سيستم بعد از حفاري سر چاه نفت به جاي سکو به بستر دريا متصل مي شود. نفت خارج شده از سر چاه نفت به وسايل توليد نفت موجود بر روي سکوهاي نيمه شناور، انتقال مي يابد. اين سيستم تا عمق ۱۹۲۰m کارايي دارد.

سکوهاي دکلي (Spar)

اين سکوها در زمره ي بزرگترين سکوهاي فراساحلي قرار دارند. اين سکوهاي غول پيکر داراي يک سيلندر بزرگ هستند که سکوهاي معمولي را پشتيباني مي کنند. اگر چه اين سکو تا بستر دريا امتداد نمي يابد اما با کمک يک دسته خطوط انتقال و کابل ها به کف دريا متصل مي شود. اين سيلندر عظيم پايداري سکو را در آب فراهم کرده و در عين حال با حرکت خود توانايي جذب نيروهاي ناشي از طوفان را داراست. اولين نوع از اين سکو در سال ۱۹۹۶ در خليج مکزيک نصب و راه اندازي شد. طول سيلندر آن ۴/۱۶۹متر و قطر آن ۴/۲۲ تخمين زده مي شود. عمق محل نصب آن نيز در حدود ۶/۶۱۷ متر مي باشد.

سيستم هاي زير دريا

اين سيستم ها در واقع چاههاي نفتي هستند که در بستر دريا جاي مي گيرند. همانند سيستم هاي توليدي شناور، نفت خارج شده از کف دريا به يک سکوي توليدي از قبل تعبيه شده منتقل مي شود. چاه را مي توان به وسيله ي يک سکوي حفاري متحرک ايجاد و به جاي ساخت يک سکوي مجزا براي اين چاه، نفت و گاز را با استفاده از يک بالا آورنده منتقل کرد و يا حتي با کمک خطوط انتقال، آن را به نزديک ترين سکوي توليدي موجود در منطقه رساند. با استفاده از اين روش مي توان نفت استخراج شده از منطقه ي وسيعي شامل چندين چاه را به يک سکوي توليدي که از قبل در يک منطقه ي استراتژيک نصب شده است، انتقال داد. اين سيستم ها معمولاً در عمق ۲۲۴۰ متري و يا بيشتر کاربرد دارند اما قدرت حفاري براي آنها در نظرگرفته نشده است. به عبارت ديگر تنها در استخراج و انتقال محصولات نفتي کاربرد دارند.


خلاصه اي از مراحل ساخت پروژه هاي فراساحلي

همانند ساير پروژه هاي صنعتي، ساخت سکوهاي فراساحلي نيز بر اساس جدول زمان بندي مشخصي شامل: تجزيه و تحليل صرفه اقتصادي، طراحي اوليه و جزئيات، نصب سازه هاي فولادي و تجهيزات امکان پذير است. تمامي و يا هر قسمت از مراحل بالا مي تواند توسط يک ارگان ذيصلاح و تحت استانداردهاي مشخصي انجام پذيرد.

در حالت کلي ساخت سکوهاي فراساحلي طبق روند زير صورت مي پذيرد:

  • تجزيه و تحليل صرفه ي اقتصادي
  • تحقيقات بر روي مکان ساخت که بازرسي محل نصب را نيز در بر مي گيرد.
  • طراحي مفهومي، طراحي ابتدايي و طراحي جزئيات
  • محاسبات مربوط به مقاومت موادي که در سکو به کار گرفته مي شوند
  • تأييد طراحي توسط مراجع ذيصلاح
  • تهيه ي مواد و ساخت تجهيرات
  • ساخت سازه هاي فلزي
  • آماده سازي عمليات انتقال اجزاي سکو و روند نصب
  • بارگيري، انتقال و عمليات نصب
  • راه اندازي

معمولاً ساخت سازه هاي فولادي براي چنين ساختارهاي عظيمي در مکاني صورت مي گيرد که امکان انتقال آنها به محل نصب به راحتي امکان پذير باشد. انتقال چنان تجهيزات عظيمي محتاج به طراحي خاص و پيچيده اي به همراه محاسبات مربوط به جايجايي است.
از آنجا که عمليات هاي مربوط به طراحي مهندسي، انتخاب مواد، ساخت سازه هاي فولادي و غيره بسيار زمان بر است، در اکثر مواقع با توجه به جدول زمانبندي دقيق تعدادي از آنها به صورت همزمان انجام مي پذيرند.


طراحي سکوهاي فراساحلي ثابت

معمول ترين سکوهاي فراساحلي استفاده شده در خليج مکزيک، نيجريه، کاليفرنيا و خليج فارس سکوهاي قالبي ساخته شده از جنس فولاد هستند که به منظور اکتشاف و برداشت از ميادين نفت و گاز به کار مي روند. طراحي، تجزيه و تحليل اين تجهيزات فراساحلي بايد مطابق با توصيه هاي ارائه شده توسط استاندارد (API ) انجام پذيرد.
تجزيه و تحليل هاي گوناگون مربوط به سکوهاي قالبي با آناليزهاي مهندسي مربوط به سکوهاي قالبي از قرار زير است:

  • آناليز مکان نصب
  • آناليز زلزله
  • آناليز خستگي
  • آناليز ضربه
  • آناليز موقتي (آني)
  • آناليز بارگيري
  • آناليز حمل و نقل
  • آناليز دستگاهها
  • آناليز عمر کاري
  • آناليز نصب بر روي پايه ها
  • آناليز پايداري توده اي
  • آناليز توده ها و لوله هاي راهنما
  • آناليز حفاظت کاتدي
  • آناليز حمل و نقل
  • آناليز نصب

طراحي و آناليز سکوهاي ثابت بايد با در نظر گرفتن ” قوانين عملي جهت برنامه ريزي، طراحي و ساخت سکوهاي ثابت فراساحلي” تهيه شده توسط API صورت پذيرد که آخرين ويرايش آن (ويرايش ۲۱) در دسامبر ۲۰۰۰ به چاپ رسيده است. اين دفترچه نيازهاي کمينه را با توجه به وضعيت وقوع طوفان در ۱۰۰ سال گذشته ي محل مشخص کرده است.
به عنوان نمونه براي تحليل سکو در خليج مکزيک شرايط محيطي مطابق با امواجي با ارتفاع ۲۱ متر، سرعت باد ۱۷۰ Km/hr و جزر و مد ۴ متر در قسمت هاي کم عمق در نظر گرفته مي شود.
در خليج فارس اين مقادير برابر با امواجي با ارتفاع ۲/۱۲ متر، سرعت باد ۱۳۰ Km/hr و جزر و مد ۳ متر مي باشد. در درياي خزر ارتفاع امواج ۱۹ متر و در درياي شمال بسته به مکان دقيق آن در حدود ۳۲ متر تخمين زده مي شود. همچنين بر اساس رويه ي API RP-2A ارتفاع پايين ترين نقطه سکو مي بايست با بيشترين ارتفاع مربوط به مجموع موج و جزر حداقل ۵/۱ متر فاصله داشته باشد. همچنين سکو مي بايست در برابر نيروهاي ناشي از شرايط محيطي، حمل و نقل، نصب وسايل و ديگر نيروهاي توليد شده توسط تجهيزات موجود بر روي عرشه مقاوم باشد.
داده هاي ژئوتکنيکي

يکي ديگر از مراحل مهم در طراحي سازه هاي فراساحلي، بازرسي خاک محل قرارگيري تجهيزات است. از آنجا که در نهايت اين خاک عمق درياست که مي بايست در برابر نيروها و تحرکات مربوط به سکو در عمق آب مخصوصاً در شرايط طوفاني مقاومت کند، بازرسي خاک از اهميت ويژه اي برخوردار است. خاک بستر دريا مي تواند شامل رس، ماسه، لجن و يا ترکيبي از آنها باشد. در هر پروژه مي بايست مشخصات خاک جهت تحمل بار در کشش و فشار، مقاومت در برابر تنش برشي و مشخصات جابجايي نيروهاي محوري و توده اي بررسي شده و در گزارشي به مراجع اطلاع داده شوند. اين گزارش بر اساس نمونه برداري از خاک و انجام آزمايش هاي خاص در همان محل يا آزمايشگاه بر روي آن انجام شده که اطلاعات مفيدي را در اختيار مهندس طراح مي گذارد.
نرم افزارهاي طراحي سکوها

جهت تجزيه و تحليل هاي ساختماني

SACS, FASTRUDL, MARCS, OSCAR, STRUCAD, SESAM

جهت محاسبات هيدروليکي

MAXSURF, HYDROMAX, SCAMOOR

جهت تجزيه و تحليل ستون ها

GRL WEAP, PDA, CAPWAP

تجزيه و تحليل ساختماني
براي تجزيه و تحليل ساختماني ابتدا توسط يکي از نرم افزارهاي ارائه شده که منحصراً به همين منظور طراحي شده اند، يک مدل ابتدايي از سکو توليد مي شود. اين مدل مي بايست تمامي قطعات اصلي، اتصالات و تجهيزات اساسي را در بر داشته باشد. يک سازه ي فراساحلي معمولي که با کمک ستون پشتيباني مي شود معمولاً داراي عرشه ي اصلي، عرشه ي زيرين، عرشه ي نيمه زيرين و سکوي فرود هليکوپتر است. سازه ي عرشه توسط پايه هايي که به ستون اصلي متصل است، پشتيباني مي شود. ستون اصلي نيز که از زير عرشه آغاز شده است راه خود را تا درون خاک بستر دريا ادامه مي دهد. در زير آب اين ستون درون يک سازه ي پوششي قرار مي گيرد تا از آن در برابر نيروهاي خارجي محافظت کند. اين پوشش سازه اي همچنين مي تواند به عنوان يک راهنما براي ستون به کار رفته به گونه اي که ستون از داخل آن به درون عمق آب هدايت شود. در صورت استفاده از ستون دامنه اي، ستون اصلي مي تواند از خارج سازه ي پوششي به عمق آب هدايت شود.به علاوه هرگونه تحليلي بر روي سکوهاي فراساحلي بايد وزن تجهيزات، حداکثر نيروي وارد بر عرشه و نيروي حاصل از باد را نيز پوشش دهد. در قسمت زير آب نيز نيروهاي حاصل از امواج و جريان هاي در عمق آب از اهميت بالايي برخوردارند. اين تحليل شامل دو بخش تحليل استاتيکي خطي براي اجزاي بالاي خط گل و لاي و تحليل استاتيکي غير خطي براي خاکي که ستون در آن جاي گرفته مي باشد.

علاوه بر اين ها بايد تمامي اتصالات لوله اي آزمايش شده و از مقاومت آنها در برابر نيروهاي ضربه اي اطمينان حاصل شود. تحليل نيروي ضربه اي برشي را معمولاً با نام “تحليل توانايي اتصالات” مي شناسند.
تمامي قسمت هاي سازه با کمک نتايج به دست آمده از تحليل هاي کامپيوتري، تحليل هاي انجام پذيرفته در مکان نصب و ديگر تحليل هاي ذکر شده در بالا انتخاب مي شوند. در طراحي سکوهاي فراساحلي معمولاً از لوله ها يا تيرهاي لبه دار جهت قطعات اصلي استفاده مي شود. همزمان با تحليل هاي سازه اي، تيم طراحي نيز نقشه هاي اوليه ي ساخت به همراه اندازه ها و ابعاد بهينه شده بر طبق آناليز را آغاز کرده که حاوي جزئيات ساختي نظير طريقه نصب، انتقال و جايگذاري ساختمان ها نيز مي باشد. سکوي طراحي شده بايد توانايي تحمل نيروها در بدترين شرايط و همچنين مقاومت در برابر خستگي در طول عمر خود را دارا باشد.
تحليل خستگي با کمک فرمول Palmgeren-Miner و با بهره گيري از دياگرام پراکندگي امواج، پاسخ ديناميکي طبيعي سکو و همچنين سختي مربوط به ستون انجام مي شود. تحليل جزئي خستگي جهت ارزيابي صدمات مربوط به خستگي انجام مي پذيرد. به دليل پيچيدگي کار، API اجازه ي انجام تحليل هاي خستگي ساده شده بر روي سکوهايي که شرايط زير را داشته باشد صادر کرده است:

• عمق آب محل جايگيري سکو کمتر از ۱۲۲ متر باشد.
• از فولاد چکش خوار ساخته شده باشد
• داراي بدنه اي بزرگتر از مدل موجود در طراحي اوليه باشد
• فرکانس طبيعي نوسانات آن کمتر از ۳ ثانيه باشد
اجازه نامه ي مشتري و پروسه ي تأييد

تمامي قسمت هاي طراحي سکوهاي فراساحلي بايد به تأييد مشتري برسد. نتايج تحليل بايد گواهي بر طراحي قابل قبول سکو بر اساس روش هاي استاندارد و بر طبق داده هاي تهيه شده در مکان نصب بوده و در عين حال با تمامي پارامترها و قوانين مشخص شده در API RP-2A و موسسه فولاد ساختماني آمريکا همخواني داشته باشد.بسته ي درخواست اجاره نامه بايد شامل خلاصه اي از تحليل هاي انجام شده ( و در صورت وجود توضيحاتي درباره ي اصلاحات صورت گرفته) بوده و بيشينه نيروي وارد بر شالوده را مشخص کند. يک گزارش از بررسي خاک و طرح هاي تأييد شده ي ساخت نيز بايد به آن ضميمه گردد.
تمامي طرح ها، نتايج تحليل ها و کل بسته بايد به امضاي مهندسين مشاور و رئيس پروژه رسيده و به مشتري تحويل داده شود.
عمليات ساخت

API RP-2A ليستي از جنس مواد مورد استفاده در ساخت قطعات فولادي سکوها تهيه و منتشر کرده است. کمينه مقاومت براي فولادها برابر با فولادهاي رده ي A36 در انجمن مواد و آزمايشات آمريکا (ASTM ) و مقاومت ۲۵۰ Mpa در AISC است. براي مواردي که مقاومت بيشتري نياز دارند مثل لوله ها، رده ي X52 در API 5L پيشنهاد شده است. تمامي مواد، جوش ها و حتي جوشکارها بايد به دقت بازرسي و آزمايش شوند. براي برش ها، جوشها و مونتاژها بايد طرح هاي دقيقي تهيه شده و اين پروسه ها کاملاً بر اساس آنها انجام پذيرد. انتخاب خط توليد کار آمد نيز از اهميت بسيار زيادي برخوردار است. اين خط هاي توليد بايد کاملاً مجهز بوده و به اندازه اي بزرگ باشد که توانايي توليد قطعات غول پيکر سکوها را داشته باشد.
بارگيري و حمل و نقل

به منظور صرفه جويي در هزينه ها و راحتي عمليات کارگاههاي ساخت سکوها معمولاً در نواحي ساحلي داير مي شوند. بعد از اتمام ساخت تمامي قطعات بايد بر روي کشتي بارگيري شده و به محل نصب دائمي انتقال يابد. از همين رو در طراحي ها بايد به بارگيري و عمليات حمل و نقل نيز توجه کافي شده، تمام مراحل بارگيري مد نظر قرار گرفته و تنش ها بررسي مي شوند. قبل از شروع انتقالات بايد قطعات براي يک سفر دريايي تحليل شده، به کرجي ها محکم شده و سپس عمليات انتقال شروع مي شود. در تحليل هاي صورت گرفته براي حمل و نقل بايد اثرات چرخش کششي، ضربه، تخليه اثرات غير متقارن بودن سکو کاملاً بررسي شود. به اين منظور بايد اطلاعات دقيقي از بدترين وضعيت جوي مسير در همان بازه ي زماني مشخص از سال در اختيار مهندسين قرار گيرد.

عمليات نصب

تمامي موارد طراحي بايد به گونه اي انجام پذيرد که در آنها تنشهاي عمليات نصب مربوط به بلند کردن، به صورت قائم در آوردن، بر پايه سوار کردن و غيره در نظر گرفته شده باشد. پوشش هاي پايه بايد به گونه اي باشند که در طول مدت زمان نصب احتياج به پشتيباني خارجي نداشته باشند. از Mudmat ها در صفحه افقي زيرين مکان نصب جهت انتقال موقتي نيروها به بستر دريا و خاک آن قبل از اتمام عمليات ستون گذاري استفاده مي شود. در هنگام طراحي ستون ها توجه به مقاومت آنها در برابر تنشهاي ايجاد شده در هنگام جاي گيريشان از اهميت بسيار زيادي برخوردار است. اولين قسمت بايد به اندازه اي بلند باشد که از چند متر بالاي محل جاي گيري پايه تا بالاي خط گل و لاي امتداد يابد (در اين حالت نفوذ خود به خودي پايه ها به دليل وزنشان بايد مدنظر قرار گيرند). باقي قطعات بايد در همان مکان به قطعه ي اول جوش داده شوند. هنگامي که تمامي پايه ها به عمقي که انتظار مي رود رسيدند، آنها را بايد به آرايش از قبل طراحي شده متناسب با قسمت بالايي در آورد. سپس پوشش پايه ها تا ارتفاعي در حدود يک متر پايين تر از سر بالايي پايه ها به دور آنها جوش داده مي شود.


نتيجه گيري

انتخاب سکوها و دستگاههاي حفاري مستقيماً با عمق آب و نوع سرويس مورد نياز متناسب است. سکوهاي Jack up براي آبهاي کم عمق تا حدود ۱۵۰ متر به کار مي روند. سکوهاي ثابت قالبي در اندازه ها و عمق هاي متفاوتي کاربرد دارند اما اکثر استفاده ي آنها در عمق هايي کمتر از ۱۵۰ متر است.  سکوهاي نيمه شناور در آبهاي عميقي يعني تا حدود ۱۸۰۰ متر کارايي خود را حفظ مي کنند. سکوهاي با پايه ي کششي در عمق بيش از ۳۰۰ متر استفاده مي شوند. سکوهاي دکلي مسئوليت اکتشافات در آبهاي بسيار عميق را بر عهده دارند.


 

دریافت فایلهای آموزشی

۱- دریافت فایل مقاله فوق (مبانی سکوهای آفشور)- ۱۸ صفحه- PDF

۲- دریافت فایل آموزش تصویری ساختار سکوهای آفشور- ۱۳۵ صفحه- PDF

این فایل تصویری که بر اساس سکوی SPD-3  پارس جنوبی تهیه شده است، به شرح جزيی و کامل ساختار و بخشهای مختلف این سکوی فراساحلی می پردازد که در شناخت و آشنایی با Layout سکوها بسیار مفید می باشد.

۳- Offshore Platform Guide-43 Pages-PDF


۴- بارگیری، حمل و نصب سکوها و عملیات لوله گذاری در دریا- ۶۶ صفحه PDF- شرکت IOEC

دانلود رایگان ۱۰ صفحه نخست

فهرست مطالب:

  • مقدمه
  • پیشنیاز ها و روند حمل و نصب سکوها از دید مدیریت نصب پروژه ها
  • بارگیری
  • حمل
  • نصب سکوها
  • لوله گذاری

35,000RIAL – خرید


برچسب‌ها,


راهنمای دانلود از وبسایت:
در هر نوشته وبسایت، فایلها به صورت شماره بندی شده ارائه شده است. کافی ست روی عنوان هر شماره کلیک نمایید تا دانلود مستقیم آن شروع گردد.
در صورت بروز مشکل، از مرورگرهای دیگر استفاده نمایید. چنانچه لینک موجود نبود، شماره آن را در بخش زیر کامنت بگذارید تا بررسی گردد.

@OilAndGas


تبلیغات-فرادرس

آموزشهای مرتبط زیر را نیز حتما مطالعه نمایید:

+

2 دیدگاه

  1. علی

    on فروردین ۲۲, ۱۳۹۶ - پاسخ دادن

    با عرض سلام
    من به نوبه خودم از تمام عزیزانی که لطف کردند و این مطالب رو به اشتراک گذاشتند سپاسگذاری میکنم

  2. شایسته

    on مهر ۸, ۱۳۹۵ - پاسخ دادن

    واقعا مفید بود. یک خسته نباشید خدمت همه عزیزانی که برای گردآوری این مطالب زحمت کشیدن.

ما به نظرات پیشنهادی، انتقادی و حمایتی شما نیاز داریم، چند کلمه برایمان بنویسید: