آفتاب ایرونی

این وب لاگ با هدف ایجاد مرکزیتی برای اطلاع رسانی و ایجاد ارتباط در محیط مجازی برای مدیران،مشاوران، متخصصین و پژوهشگران جهت هم افزایی و اثر گزاری در این حوزه مدیریت ایجاد شده است.و شامل یادداشت های از مدیریت فناوری اطلاعات، بانکداری، مدیریت اجرایی،مدیریت استراتژی، مدیریت برند، مدیریت روابط عمومی،مدیریت دانش، تعالی سازمانی، بهره وری، کارآفرینی، روانشانسی، اجتماعی و خانواده می باشد. و آفتاب ایرونی اشاره به اندیشه و قدرت مدیران و متخصصین ایرانی دارد.

نگاهی اجمالی به طراحی، ساخت و نصب سکوهای نفتی

ساختارهای فراساحلی نفت و گاز  با کاربردهای متعددی در سرتاسر جهان در عمق های مختلف و محیط های متفاوت به کار می روند. در اینجا با در نظر گرفتن جنبه های متفاوت این ساختارها نظیر، انتخاب تجهیزات، نوع سکوها، روش های حفاری، برنامه ریزی صحیح، طراحی، ساخت، انتقال و نصب متناسب با سکوهای نفتی و با در نظر گرفتن عمق آب و محیط کاری آنها به بررسی اجمالی این ساختارهای پیچیده و مهم می پردازیم. قوانین حاکم بر انواع ساختارهای فراساحلی از ثابت گرفته تا شناور را مرور کرده و در مورد سکوهای ثابت کاربردهای این قوانین را بررسی می کنیم. هدف کلی ما از ارائه این مقاله فراهم آوردن اطلاعات پایه ای در مورد مراحل مختلف طراحی، ساخت، مونتاژ، انتقال و نصب این سکوهاست. از مهم ترین کاربردهای سکوهای فراساحلی می توان به اکتشافات و تولید نفت، کشتیرانی بارگیری و تخلیه ی کشتی های باربری، پشتیبانی پل ها و راه های آبی اشاره کرد که عملیات های نفتی از مشخص ترین و حیاتی ترین آنها بوده که با طراحی بسیار پیچیده ی خود مهندسین را با مسائل متعددی روبرو می سازد.

این ساختارهای فراساحلی می بایست دوام عمری در حدود ۲۵ سال کارکرد یا بیشتر داشته و باید با شرایط بسیار سخت محیط های دریایی سازگار باشند. از مهم ترین عواملی که باید در طراحی مدنظر گرفت می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- حداکثر نیروی اعمالی بر سکوها از طرف عوامل محیطی نظیر طوفان، باد و امواج
۲- بار خستگی تولید شده از طرف امواج
۳- حرکت کلی سکو

در بعضی مواقع ممکن است سکو بر اثر جریان های آبی با یک نیروی قوی بر روی سیستم لنگر خود مواجه شود که می تواند منجر به تولید گرداب شود. سکوهای نفتی ساختارهای غول پیکری از جنس فولاد یا بتن بوده که وظیفه ی اصلی آنها را می توان اکتشاف و استخراج نفت و گاز از پوسته ی زمین برشمرد.
این سکوها را می توان در دریاهای آزاد، دریاچه ها و خلیج ها نصب کرد که در بعضی مواقع کیلومترها تا خط ساحلی فاصله دارد. جنس آنها بسته به شرایط محیطی و نوع آنها فولاد، بتن یا ترکیبی از هر دو است. سکوهای نفت و گاز به طور کلی از انواع مختلف فولاد، از فولاد معمولی گرفته تا فولادهای بسیار مقاوم تهیه می شوند اما در انواع قدیمی آنها شاهد حضور بتن مسلح نیز، به عنوان یکی از مواد حیاتی هستیم.
در محدوده ی سکوهای فولادی، انواع مختلفی بر اساس استفاده و عمق کاری آنها وجود دارد. این سکوها بسیار سنگین بوده و در زمره ی بلندترین ساختارهای ساخته شده به دست بشر جای می گیرند. در این سکوها نفت و گاز از هم جدا شده و به وسیله ی خطوط انتقال نفت و یا تانکر به ساحل منتقل می شوند.


 انواع سکوهای نفتی و حفاری

انواع مختلفی از سکوهای نفتی بسته به عمق آب و شرایط کاری آنها به کار گرفته      می شوند. از Rig ها برای حفاری در میادین نفتی و از سکوها به منظور عملیات استخراج استفاده می شوند. در ادامه به پر کاربردترین انواع آنها اشاره می شود. حفاری در میادین نفتی فراساحلی که کیلومترها با نزدیک ترین ساحل فاصله دارند مشکلات بسیار زیادی را با خود به همراه دارد. ممکن است در این حفاری ها، بستر دریا تا سطح آب هزاران فوت فاصله داشته باشد. از این رو همانطور که در حفاری های روی سطح زمین به سکوهای حفاری احتیاج داریم، در دریا نیز باید سکوهای مصنوعی حفاری ساخته شوند.


سکوهای حفاری متحرک

در یک دسته بندی کلی می توان سکوها را به دو نوع ساکن که تنها در مکان خاص خود قابل استفاده بوده و نوع متحرک که قابل جابجایی است، طبقه بندی کرد.
کرجی های حفاری

از این نوع برای حفاری در آبهای کم عمق استفاده می شود. آبهای کم عمق معمولاً شامل دریاچه ها، رودخانه ها، کانال ها و باتلاق ها هستند. این کرجی ها معمولاً یک سکوی متحرک هستند که برای حمل و نقل به یدک کش ها نیازمندند. این کرجی ها که توانایی کارکرد در آبهای متحرک را ندارند در آبهای ساکن و کم عمق کارایی خوبی از خود به نمایش گذاشته اند.
جکاپ (Jack up)

کارایی کلی این سکوها همانند کرجی های حفاری است. با این تفاوت که وقتی آنها در محل حفاری قرار می گیرند، سه یا چهار پایه ی طراحی شده در عمق آب فرو رفته و در کف دریاچه بر روی بستر محکم می شوند. این پایه ها امکان جایگزینی بدون متحرک و بالاتر از سطح آب را برای این نوع سکو فراهم می آورد که از مزیت های آن نسبت به کرجی های حفاری به شمار می رود.
اما عمق کاری آنها نسبت به کرجی های حفاری کم تر بوده و کارگذاری پایه ها در عمق زیاد مشکلات زیادی به همراه دارد. در واقع عمق کاری آنها نمی تواند از ۱۹۰ m بیشتر باشد. از آنجا که سکوی کاری در این نوع بالاتر از سطح آب قرار می گیرد امکان عملیات حفاری مطمئن تری را نسبت به کرجی های حفاری فراهم می آورند.
سکوهای شناور در آب (Submersible)

سکوهای شناور نیز تقریباً ساختاری مشابه Jack up ها دارند با این تفاوت که در قسمت های کم عمق اقیانوس ها یا دریاچه ها به کار می روند. این سکوها دارای دو عرشه ی مجزا بوده که بر روی یکدیگر قرار می گیرند. عرشه های بالایی محل جایگیری خدمه و سکوی اصلی حفاری است. عرشه ی پایینی در هنگام جابجایی از هوا پر شده و کل سکو را به حالت شناور در می آورد. هنگامی که سکو به میدان مورد نظر رسید هوای موجود در عرشه ی پایینی تخلیه شده و کل سکو در کف دریا یا دریاچه جای می گیرد. با اینکه متحرک بودن این سکو آن را بسیار مفید کرده است اما محدوده ی کاری آن همچنان محدود به آبهای کم عمق می باشد.
سکوهای نیمه شناور

این نوع دارای یک قسمت حفاری شناور است که دارای ستون های موقت می باشد. با پر شدن این ستون ها از آب، آنها به صورت شناور در آمده و در عمق پیش بینی شده فرو می روند. این گونه یکی از پرکاربردترین و معمول ترین نوع سکو به شمار می رود که علاوه بر قابلیت های سکوهای بحث شده، توانایی حفاری در آبهای عمیق را نیز دارا می باشد. سکوهای نیمه شناور همانند سکوهای شناور برای جابجایی از دو عرشه ی متفاوت استفاده می کنند. در واقع با اینکه قسمتی از سکو در آب فرو می رود همچنان توانایی شناور ماندن بر روی میدان حفاری را داراست.
با پر شدن عرشه ی پایینی از آب، پایداری لازم در هنگام حفاری برای سکو فراهم می شود. سکوهای نیمه شناور معمولاً با استفاده از لنگرهای سنگینی که هر کدام بیش از ده تن وزن دارند در جای خود مستقر می شوند. این لنگرها به همراه عرشه ی پایینی سکو از آب پر شده است امکان یک حفاری مطمئن را در آبهای متلاطم ایجاد می کند.
می توان این سکو ها را در یک مکان مشخص نگهداری کرده و آنها را در عملیات های متفاوت به صورت مقطعی به کار برد. عمق کاری آنها بسیار بیشتر از انواع پیشین بوده و به صورتی که با پیشرفت تکنولوژی می توان تا عمق ۱۸۰۰ m را به راحتی حفاری کرد. این نوع می تواند سوراخی در بستر دریا ایجاد کرده و بعد از آن به سرعت به مکان دیگری انتقال یابد.

سکوهای ثابت

در مکان های مشخصی همانند آبهای کم عمق امکان اتصال فیزیکی سکو به کف دریا وجود دارد. پایه های آن که از جنس بتن و یا فولاد ساخته می شوند، از سکوها تا عمق آب امتداد یافته و در پایه های در نظر گرفته شده در بستر دریا نصب می شوند. با در نظر گرفتن سازه های بتنی و یا پایه ها، وزن سکو به اندازه ای است که احتیاج به اتصالات خاصی برای جلوگیری از حرکت در عمق آب نداشته و می تواند به راحتی با توجه به جرم خود در بستر دریا آرام می گیرد. بزرگترین مزیت این سکوها، پایداری آنهاست. با توجه به اتصال آنها به کف دریا تأثیرات نیروی باد و آب جابجایی بسیار ناچیزی را در سکو به همراه دارد. با تمام این احوال امکان استفاده از این نوع در آبهای بسیار بسیار عمیق و ساخت پایه های بسیار بلند مقرون به صرفه نیست.

سکوهای قالبی

این سکوی فولادی پرکاربردترین نوع سکو در خلیج فارس، خلیج مکزیک، نیجریه و خطوط ساحلی کالیفرنیا به شمار می رود. این نوع سکو شامل بدنه ی اصلی، عرشه، موج شکن و ستون لنگرگاه می باشد. تمامی سکوهای نصب شده در خلیج فارس از این گونه هستند. در حال حاضر حدود ۱۴۵ سکوی قالبی متعلق به ایران و ۱۳۰ سکوی قالبی متعلق به کشورهای عربی منطقه در خلیج فارس مشغول فعالیت هستند (اطلاعات سال ۲۰۰۸)

کشتی های حفاری

همانطور که از اسم آن مشخص است به طور تخصصی جهت حمل وسایل و اجرای عملیات های حفاری طراحی شده است. وظیفه ی اصلی آن حمل سکوهای حفاری به آبهای عمیق است. یک کشتی حفاری علاوه بر وسایل معمولی که در هر کشتی اقیانوس پیما یافت می شود دارای یک سکوی حفاری و یک بُرجک چاه کنی بر روی عرشه خود است. همچنین این کشتی ها دارای حفره ای به نام Moonpool هستند که از روی کشتی امکان حفاری تا عمق آب را فراهم می آورد. این کشتی ها حفاری در اعماق بسیار زیاد را امکان پذیر کرده و از سیستم “جایگزینی پویا” یا (Dynamic Positioning) بهره می برند. در زیر آنها موتورهای الکتریکی نصب شده است که امکان حرکت را در تمام جهات فراهم می آورد. این موتورها که به کامپیوتر مرکزی کشتی متصل بوده و از تکنولوژی مکان یابی ماهواره ای استفاده می کند به همراه سنسورهای موجود بر روی صفحه حفاری از قرارگیری کامل کشتی بر روی مکان حفاری اطمینان حاصل می کند.

سکوهای ستونی

این سکوها شباهت زیادی به سکوهای ثابت داشته و شامل یک ستون بلند متصل به شالوده ی موجود در کف دریاست که تا سطح سکو امتداد یافته است. این ستون بر خلاف پایه های نسبتاً صلب سکوهای ثابت، قابل انعطاف بوده و انعطاف پذیری آن و در نتیجه توانایی آن در جذب نیروهای وارده بر سکو امکان استفاده از سکوهای ستونی در آبهای عمیق تر را فراهم آورده است. با این انعطاف پذیری، سکوهای ستونی مقاومت لازم در برابر شرایط طوفانی را دارا هستند.

سکوهای Seastar

این سکوها همانند نمونه ی کوچکی از سکوهای با پایه های کشتی هستند. این سکوها شامل یک عرشه ی شناور است که شباهت زیادی به سکوهای نیمه شناور بحث شده دارند. در هنگام حفاری عرشه ی پایینی از آب پر شده و پایداری لازم برای سکو را فراهم می آورد. علاوه بر این عرشه ی نیمه شناور، این سکوها دارای سیستم پایه ی کششی، تاندون های توخالی هستند که از کف دریا تا سکوی معلق امتداد یافته اند. این پایه ها تحت کشش مشخصی قرار گرفته و اجازه ی بالا و پایین رفتن را به سکو نمی دهد. اگرچه انعطاف پذیری آنها جابجایی عرضی را امکان پذیر ساخته و مقاومت سکو در برابر دیگر نیروها را بدون خطر شکستن پایه بالا می برد. از این سکوها می توان تا عمق ۱۱۲۰m استفاده کرد اما ساخت سکوهای بسیار بزرگ از این نوع مقرون به صرفه نیست.

سکوهای مجهز به پایه های کششی

این سکوها نمونه های بزرگی از سکوهای Seastar هستند. یک پایه ی بلند انعطاف پذیر که به بستر دریا متصل است در این نمونه تا خود عرشه ی سکو امتداد می یابد. همانند سکوهای Seastar ، سکوهای این نمونه نیز اجازه جابجایی عرضی تا ۶٫۴ m را به عرشه می دهد در حالی که جابجایی عمودی اندکی را ایجاد می کند. از این نوع می توان تا عمق ۲۲۴۰ m استفاده کرد.

سیستم تولید نفت به صورت شناور

این سیستم دقیقاً همانند سکوهای نیمه شناور است که پیش از این توضیح داده شد با این تفاوت که علاوه بر تجهیزات حفاری در خود دارای تجهیزات دیگری جهت تولید نفت نیز هستند. از کشتی های همراه نیز می توان به عنوان سیستم تولیدی شناور استفاده کرد. این سکوها در مکان خود با استفاده از لنگرهای بزرگ و سنگین و یا با استفاده از سیستم ” جایگزینی پویا” – که در کشتی های حفاری مورد استفاده قرار می گیرند- ثابت می شوند. با استفاده از این سیستم بعد از حفاری سر چاه نفت به جای سکو به بستر دریا متصل می شود. نفت خارج شده از سر چاه نفت به وسایل تولید نفت موجود بر روی سکوهای نیمه شناور، انتقال می یابد. این سیستم تا عمق ۱۹۲۰m کارایی دارد.

سکوهای دکلی (Spar)

این سکوها در زمره ی بزرگترین سکوهای فراساحلی قرار دارند. این سکوهای غول پیکر دارای یک سیلندر بزرگ هستند که سکوهای معمولی را پشتیبانی می کنند. اگر چه این سکو تا بستر دریا امتداد نمی یابد اما با کمک یک دسته خطوط انتقال و کابل ها به کف دریا متصل می شود. این سیلندر عظیم پایداری سکو را در آب فراهم کرده و در عین حال با حرکت خود توانایی جذب نیروهای ناشی از طوفان را داراست. اولین نوع از این سکو در سال ۱۹۹۶ در خلیج مکزیک نصب و راه اندازی شد. طول سیلندر آن ۴/۱۶۹متر و قطر آن ۴/۲۲ تخمین زده می شود. عمق محل نصب آن نیز در حدود ۶/۶۱۷ متر می باشد.

سیستم های زیر دریا

این سیستم ها در واقع چاههای نفتی هستند که در بستر دریا جای می گیرند. همانند سیستم های تولیدی شناور، نفت خارج شده از کف دریا به یک سکوی تولیدی از قبل تعبیه شده منتقل می شود. چاه را می توان به وسیله ی یک سکوی حفاری متحرک ایجاد و به جای ساخت یک سکوی مجزا برای این چاه، نفت و گاز را با استفاده از یک بالا آورنده منتقل کرد و یا حتی با کمک خطوط انتقال، آن را به نزدیک ترین سکوی تولیدی موجود در منطقه رساند. با استفاده از این روش می توان نفت استخراج شده از منطقه ی وسیعی شامل چندین چاه را به یک سکوی تولیدی که از قبل در یک منطقه ی استراتژیک نصب شده است، انتقال داد. این سیستم ها معمولاً در عمق ۲۲۴۰ متری و یا بیشتر کاربرد دارند اما قدرت حفاری برای آنها در نظرگرفته نشده است. به عبارت دیگر تنها در استخراج و انتقال محصولات نفتی کاربرد دارند.

:: خلاصه ای از مراحل ساخت پروژه های فراساحلی

همانند سایر پروژه های صنعتی، ساخت سکوهای فراساحلی نیز بر اساس جدول زمان بندی مشخصی شامل: تجزیه و تحلیل صرفه اقتصادی، طراحی اولیه و جزئیات، نصب سازه های فولادی و تجهیزات امکان پذیر است. تمامی و یا هر قسمت از مراحل بالا می تواند توسط یک ارگان ذیصلاح و تحت استانداردهای مشخصی انجام پذیرد.

در حالت کلی ساخت سکوهای فراساحلی طبق روند زیر صورت می پذیرد:

• تجزیه و تحلیل صرفه ی اقتصادی
• تحقیقات بر روی مکان ساخت که بازرسی محل نصب را نیز در بر می گیرد.
• طراحی مفهومی، طراحی ابتدایی و طراحی جزئیات
• محاسبات مربوط به مقاومت موادی که در سکو به کار گرفته می شوند
• تأیید طراحی توسط مراجع ذیصلاح
• تهیه ی مواد و ساخت تجهیرات
• ساخت سازه های فلزی
• آماده سازی عملیات انتقال اجزای سکو و روند نصب
• بارگیری، انتقال و عملیات نصب
• راه اندازی

معمولاً ساخت سازه های فولادی برای چنین ساختارهای عظیمی در مکانی صورت می گیرد که امکان انتقال آنها به محل نصب به راحتی امکان پذیر باشد. انتقال چنان تجهیزات عظیمی محتاج به طراحی خاص و پیچیده ای به همراه محاسبات مربوط به جایجایی است.
از آنجا که عملیات های مربوط به طراحی مهندسی، انتخاب مواد، ساخت سازه های فولادی و غیره بسیار زمان بر است، در اکثر مواقع با توجه به جدول زمانبندی دقیق تعدادی از آنها به صورت همزمان انجام می پذیرند.

 

طراحی سکوهای فراساحلی ثابت

معمول ترین سکوهای فراساحلی استفاده شده در خلیج مکزیک، نیجریه، کالیفرنیا و خلیج فارس سکوهای قالبی ساخته شده از جنس فولاد هستند که به منظور اکتشاف و برداشت از میادین نفت و گاز به کار می روند. طراحی، تجزیه و تحلیل این تجهیزات فراساحلی باید مطابق با توصیه های ارائه شده توسط استاندارد (API ) انجام پذیرد.
تجزیه و تحلیل های گوناگون مربوط به سکوهای قالبی با آنالیزهای مهندسی مربوط به سکوهای قالبی از قرار زیر است:

• آنالیز مکان نصب
• آنالیز زلزله
• آنالیز خستگی
• آنالیز ضربه
• آنالیز موقتی (آنی)
• آنالیز بارگیری
• آنالیز حمل و نقل
• آنالیز دستگاهها
• آنالیز عمر کاری
• آنالیز نصب بر روی پایه ها
• آنالیز پایداری توده ای
• آنالیز توده ها و لوله های راهنما
• آنالیز حفاظت کاتدی
• آنالیز حمل و نقل
• آنالیز نصب

طراحی و آنالیز سکوهای ثابت باید با در نظر گرفتن ” قوانین عملی جهت برنامه ریزی، طراحی و ساخت سکوهای ثابت فراساحلی” تهیه شده توسط API صورت پذیرد که آخرین ویرایش آن (ویرایش ۲۱) در دسامبر ۲۰۰۰ به چاپ رسیده است. این دفترچه نیازهای کمینه را با توجه به وضعیت وقوع طوفان در ۱۰۰ سال گذشته ی محل مشخص کرده است.
به عنوان نمونه برای تحلیل سکو در خلیج مکزیک شرایط محیطی مطابق با امواجی با ارتفاع ۲۱ متر، سرعت باد ۱۷۰ Km/hr و جزر و مد ۴ متر در قسمت های کم عمق در نظر گرفته می شود.
در خلیج فارس این مقادیر برابر با امواجی با ارتفاع ۲/۱۲ متر، سرعت باد ۱۳۰ Km/hr و جزر و مد ۳ متر می باشد. در دریای خزر ارتفاع امواج ۱۹ متر و در دریای شمال بسته به مکان دقیق آن در حدود ۳۲ متر تخمین زده می شود. همچنین بر اساس رویه یAPIRP-۲A ارتفاع پایین ترین نقطه سکو می بایست با بیشترین ارتفاع مربوط به مجموع موج و جزر حداقل ۵/۱ متر فاصله داشته باشد. همچنین سکو می بایست در برابر نیروهای ناشی از شرایط محیطی، حمل و نقل، نصب وسایل و دیگر نیروهای تولید شده توسط تجهیزات موجود بر روی عرشه مقاوم باشد.
داده های ژئوتکنیکی

یکی دیگر از مراحل مهم در طراحی سازه های فراساحلی، بازرسی خاک محل قرارگیری تجهیزات است. از آنجا که در نهایت این خاک عمق دریاست که می بایست در برابر نیروها و تحرکات مربوط به سکو در عمق آب مخصوصاً در شرایط طوفانی مقاومت کند، بازرسی خاک از اهمیت ویژه ای برخوردار است. خاک بستر دریا می تواند شامل رس، ماسه، لجن و یا ترکیبی از آنها باشد. در هر پروژه می بایست مشخصات خاک جهت تحمل بار در کشش و فشار، مقاومت در برابر تنش برشی و مشخصات جابجایی نیروهای محوری و توده ای بررسی شده و در گزارشی به مراجع اطلاع داده شوند. این گزارش بر اساس نمونه برداری از خاک و انجام آزمایش های خاص در همان محل یا آزمایشگاه بر روی آن انجام شده که اطلاعات مفیدی را در اختیار مهندس طراح می گذارد.
نرم افزارهای طراحی سکوها

  • جهت تجزیه و تحلیل های ساختمانی
  • SACS, FASTRUDL, MARCS, OSCAR, STRUCAD, SESAM
  • جهت محاسبات هیدرولیکی
  • MAXSURF, HYDROMAX, SCAMOOR
  • جهت تجزیه و تحلیل ستون ها
  • GRL WEAP, PDA, CAPWAP

منبع: http://www.iranpetrotech.com/media/نصب -topside


آفتاب ایرونی را از اینجا دنبال کنید:
 

FEED

+   سید محمد طباطبایی ; ۸:۳۳ ‎ق.ظ ; ۱۳٩۱/۱۱/۱٤

design by macromediax ; Powered by PersianBlog.ir