بخشی از مقاله
بررسی انواع دکل های حفاری دریـایی ،کـارکرد آن در صنعت نفت و موسسات مربوط در ایران
چکیده متن :
با توجه به مرز گسترده آبی در کشور وحضور فراوان منابع نفت و گاز در اعماق این آبها ، ارائه تکنولوﮊی برتر جهت اکتشاف ، حفاری وبهره برداری از این میادین از اهمیت خاصی برخورداراست . همچنین با اشراف براین مسأله که چندی دیگر عمر این منابع فسیلی رو به پایان می رسد ، تلاش در جهت تولید این منابع توسط تکنولوﮊی به روز و موثر را بیش از پیش حائز اهمیت می کند .
دکل های حفاری دریایی از جمله اولین تجهیزات لازم جهت رسیدن به این هدف می باشند .این در حالی است که این دکل ها و اصول اولیه کاربرد آنها به صورت پایه ای در صنعت نفت شناخته شده نمی باشند . دکل های حفاری دریائی بسته به عمق آب، شرایط آب وهوایی و نوع حفاری ( اکتشافی یا توسعه ای ) در دو گروه تقسیم می شوند :
١‐ دکل هایی که به نحوی روی کف دریا قرار داده می شوند ( bottom support Rigs) که خود به سه دسته Fixed plat form, submersible , Jack up تقسیم می شوند.
٢‐ دکل هایی که روی آب شناورند ( Floating rigs) که در ٢ نوع Semisubmersible , Drill ship یافت می شوند .
هم اکنون با توجه به عمیق ومواج بودن دریای خزر نیاز به دکل های Floating و بیشتر از نوع semisubmersible دیده می شود. این در حالی است که در خلیج فارس و دریای عمان به علت کم عمق و آرام بودن آب ، دکل های support bottom کافی است . افزایش روبه رشد فعالیت شرکتهای ساخت تجهیزات دریایی داخلی وکمبو دکل های حفاری دریایی زمینه را برای رشد این صنعت به صورت پویاتر وتوسط نیروی داخلی بیش از پیش نشان می دهد .
JACKصدرا ،
کلمات UP، کلیدی: FLOATING RIGS، BOTTO RT RIGS M SUPPO، عمق آب
مقدمه :
نفت وگاز به عنوان حامل های مهم انرﮊی ، ضمن اینکه از عوامل تولید به شمار می روند به عنوان سرمایه ، نقدینگی ، ثروت ، فرصت وفراهم آورنده زمینه های انتقال وشناخت فناوری برتر نیز تلقی می شوند . صنعت نفت ایران با سابقه ای در حدود یک قرن ، به عنوان یکی از دیرپاترین صنایع نوین در کشور و منطقه خاورمیانه ، طی سالهای اخیر، بر سرعت خود برای دستیابی به جایگاه شایسته منطقه ای و بین المللی افزوده است.
در این میان با توجه به حضور حوزه های آبی وسیع درکشور ، لزوم اکتشاف ، حفاری وبهره برداری صحیح از مناطق نفتی وگازی موجود درآن، به عنوان مهمترین منابع فسیلی دیده می شود. هنگامی ارزش افزوده انجام این پروﮊه ها بیشتر درک می شود که کارآمدترین و با ارزش ترین روشها در انجام آن مورد استفاده قرار گیرد .
دراین مقاله که در ٢ بخش انجام گرفته ، سعی برآن شده است تا :
١‐ انواع دکل های حفاری دریایی را شناسائی کرده ومعرفی کنیم .
٢‐ کارکرد دکل های حفاری دریایی رادر صنعت نفت مورد بررسی قرار دهیم ٣‐ فعالیت مؤسسات مربوط داخلی جهت ساخت این دکل ها را ارزیابی کنیم .
اهدافی که باعث نگاشت این مقاله شد عبارتند از :
١‐ نا شناخته بودن کارکرد انواع دکل های حفاری دریایی در صنعت نفت ٢‐ عدم به کارگیری مناسب این دکل ها در موقعیت خود
٣‐ افزایش روبه رشد مؤسسات داخلی در جهت ساخت دکل های دریایی همزمان با کمبود این دکل ها.
امید است تا این کنکاش راهی کوچک برای شناسایی موقعیت، جهت حفاری مناطق دریایی باشد .
١‐١) تاریخچه دکل های حفاری
حفره چاه نفت در خشکی از اواسط قرن نوزدهم میلادی آغاز شد وتا نیم قرن بعد،عملیات اکتشاف واستخراج نفت تنها به میادین موجود در خشکی محدود می شد . در سال ١٨٩٧ یک میدان نفتی در ساحل با حفر یک چاه زیر دریایی تا زیر دریا گسترش داده شد ، اما اولین دکل حفاری در دریا در سال ١٩٢٠ ساخته شد . دراین زمان یک اسکله فلزی که ربع مایل در دریا پیش می رفت عملیات اکتشاف نفت را در دریا آغاز نمود . تا سال ١٩٣٢ چاه های نفت در نزدیکی ساحل و از روی اسکله هایی که محل حفاری را به ساحل مرتبط می ساخت ، حفر می شدند .(١)
در سال ١٩٣٢ یک کمپانی کوچک به نام Indian Petroleum Corp. یک میدان نفتی دردریا و در فاصله نیم مایلی از ساحل شناسایی نمود .آنها تصمیم گرفتند به جای ساخت یک سکوی طولانی که چاه را به ساحل متصل می کرد یک جزیره کوچک فولادی دردریا بسازند . در سپتامبر ١٩٣٢ آنها جزیره ای فولادی با ابعاد ٩٠ × ٦٠ فوت برای
حفاری در عمق ٣٨ فوتی آب ساختند . آنها جزیره خود را با ساخت دکل وعرشه ای که ٢٥ متر با سطح آب فاصله داشت ، کامل کردند وبه این ترتیب اولین سکوی حفاری در دریای آزاد که به ساحل متصل نمی شد ، ساخته شد . این دکل در سال ١٩٤٠١ دراثر یک توفان دریایی از بین رفت .(٢) درسال ١٩٣٨ ، یک میدان نفتی دردریا و در خلیج مکزیک شناسایی شد و در سال ١٩٤١ اولین چاه نفت دردریا در فاصله ٩٠٠٠ فوقی ساحل تگزاس حفر گردید، اما تا پایان جنگ جهانی دوم ، فعالیت چشمگیری در زمینه حفاری در آب های دور از ساحل صورت نگرفت . با پایان جنگ جهانی دوم کشتی های به جا مانده از جنگ در صنعت حفاری به خدمت گرفته شدند . اولین کشتی جنگی مورد
استفاده در صنعت نفت ، یک لندینگ کرافت (Landing Craft) بود که به عنوان یک کشتی پشتیبان (Tender) به کار گرفته شد ، بدین صورت که با نصب سیستم گل و سیستمهای تولید برق روی آن و ذخیره سازی برخی از موارد مورد نیاز دکل حفاری ، میزان بار روی دکل به یک دهم مقدار قبلی کاهش یافت .گسترش این روش ، منجر به پدید آمدن دکل های متحرکی گشت که برای حفر چاه های اکتشافی (Exploratory wells) مورد استفاده قرار
می گرفت . از آنجا که پس از اتمام حفاری نیاز به باقی ماندن تجهیزات وسازه در محل نبود استفاده از این دکل های متحرک به شدت هزینه های حفاری را کاهش داد . استفاده از این دکل های متحرک در دهه های ١٩٤٠ و ١٩٥٠ به شدت رو به افزایش گذاشت .(٣)
با گذشت زمان نوع دیگری از دکل های متحرک برای آب های کم عمق مورد استفاده قرار گرفت .این سیستم متشکل از یک Barge متحرک بود که دکل حفاری و تجهیزات آن روی ستون های فولادی متصل به Barge نصب می شد. Barge در محل مورد نظر به ته آب می رفت و دکل حفاری و تجهیزات آن بیرون آب باقی می ماند . پس از آن ، از سکوهایی استفاده شد که دارای پایه های عمودی بزرگی بود که نیروی شناوری لازم را به هنگام حرکت دادن مجموعه فراهم می نمود .
این مجموعه هم در محل مورد نظر درآب فرو می رفت و عرشه و دکل حفاری بیرون از آب قرار می گرفت . این
دکل ها که شبیه دکل های Submersible امروزی است مقدمه ای برای ساخت Jack Up ها به شمار می آید .دکل های بعدی یا همان Jack Up ها از یک بدنه Barge مانند تشکیل شده بود که این بدنه به پایه های عمودی متصل می شد. پس از استقرار در محل مورد نظر ، پایه ها به کف دریا فرو می رفت و پس از رسیدن به کف دریا ، بدنه روی پایه ها به سمت بالا حرکت می نمود وخارج از آب قرار می گرفت . این دکل ها امکان حفاری رادر آب هایی تا عمق ft ٤٠٠ پدید آورد . (٤) باز هم استفاده از کشتی های جنگی باعث پیشرفت صنعت حفاری گردید .این بار تجهیزات حفاری روی عرشه ای به کناره بدنه کشتی که بعد ها به Drill Ship معروف شد به عنوان یک واحد حفاری متحرک مورد استفاده قرار گرفت . این کشتی از سال ١٩٥٣ مورد استفاده قرار گرفت و حفاری را تا اعماق ٣٠٠٠ فوقی امکان پذیر ساخت .با گذشت زمان و به منظور تسهیل فرایند حفاری و پایدارتر شدن کشتی ، کشتی هایی ساخته شد که درآن یک سوراخ (Moon pool) جهت انجام حفاری در وسط کشتی تعبیه شده بود و تجهیزات حفاری روی آن نصب می شد. امروزه این کشتی ها مجهز به سیستم های پیشرفته ای برای مقابله با حرکات ناشی از امواج آب((Motion Compensntor سیستم های تنظیم موقعیت ( Dynamic (Positioning و سیستم های ناوبری ( Navigation ) و... شده اند . حساسیت این کشتی ها شرایط آب وهوایی ، باعث رواج دکل های Semisubmersible گردید .این دکل ها نیز منتج از دکل های submersible بود ، بدین صورت که استفاده از یک بدنه شناور (Buoyant) ، این امکان را محقق ساخت که شناور بماند . این دکل ها امروزه برای حفاری درآب های عمیق بسیار مورد استفاده قرار می گیرد .(٥)
به موازات گسترش دکل های متحرک ، دکل های ثابت نیز برای شرایط آب وهوایی سخت مثل دریای شمال که امکان استفاده از دکل های متحرک وجود نداشت به کار گرفته شد.این دکل ها متشکل از سازه های بتونی یا فلزی بود که روی کف دریا می نشست وتجهیزات حفاری روی آن نصب می شد . به علت هزینه زیاد دکل های ثابت و عدم امکان جابجایی سازه پر هزینه آن پس از اتمام حفاری ، امروزه استفاده از این دکل ها تنها به شرایط آب وهوایی دشوار محدود می شود. در خلال سالیان گذشته انواع دکل های حفاری بسته به شرایط محیطی محل حفاری ساخته شده ومورد استفاده قرار گرفته اند ، اما دکل های گفته شده رایج ترین و متداول ترین دکل های مورد استفاده می باشد . از طرفی انواع دیگر دکل را می توان جزئی از خانواده هر یک از دکل های مزبور قلمداد نمود .
١
‐٢)تقسیم بندی دکل های حفاری :
دکل های حفاری به خاطر تنوع مناطق نفت خیز درانواع گوناگونی یافت می شوندودریک تقسیم بندی کلی به دو گروه تقسیم می شوند :
١‐ دکل هایی که برای حفاری در خشکی مورد استفاده قرار می گیرند ، با نام دکل های زمینی (Land Rigs) شناخته می شوند .
٢‐ دکل هایی که برای حفاری درآب مورد استفاده قرار می گیرند ، دکل های دریایی ( Offshore Rigs ) نامیده می شوند .
دکل های دریایی بسته به عمق آب و شرایط حفاری در دو گروه طبقه بندی می شوند :
١‐ دکل هایی که به نحوی روی کف دریا قرار داده می شوند (Bottom Support Rig) که خود به سه دسته تقسیم می شوند : Fixed Platform , Jack Up , Submersible
٢‐ دکل هایی که روی آب شناور می باشند (Floating Rigs) که در دو نوع semisubmersible و Drill ship یافت می شوند .
شکل (١‐١) به خوبی بیانگر نحوه تقسیم بندی دکلها می باشد .
١‐٢‐١ ) دکل هایی که در کف دریا قرار می گیرند (Bottom supported Rig)
١‐٢‐١‐١ submersible Rigs (
این دکل ها معمولاﹰ در آب های کم عمق مورد استفاده قرار می گیرند . در ساختمان آنها مخازن بزرگی تعبیه شده است که به هنگام انتقال دکل ، خالی هستند و پس از استقرار در محل مورد نظر با آب پر می شوند . با پر شدن مخازن ، دکل سنگین شده به داخل آب فرو می رود ودر کف دریا قرار می گیرد .از آنجا که سازه دکل روی کف دریا قرار دارد، بستر دریا در منطقه مورد نظرباید به دقت مورد بررسی قرار گیرد . این دکل ها معمولاﹰ درآب های تاعمق ft٣٠ و در مناطقی که امواج وجریان های دریایی شدید نیست به کار می روند(٦) ( شکل ١‐٢)
١‐٢‐١‐٢ Jack Up Rigs (
این دکل از یک بدنه Barge شکل که دارای سه یا چهار پایه است ، تشکیل شده است ( گاه تعداد پایه ها بیشتر می شود. ) Jack Up ها توسط کشتی یا یدک کش (Tug Boat) به محل مورد نظر حمل می شوند . نحوه اتصال پایه ها به بدنه به گونه ای است که می توان آنها رادر جهت عمود بر سطح بدنه به سمت بالا یا پایین حرکت داد ( شکل ١‐٣)
این کاردر سیستم های قدیمی تر توسط جک های هیدرولیکی و در سیستم های جدید توسط سیستم دنده وشانه ( Rack & (pinion انجام می شود که این سیستم ها تحت عنوان Jacking System شناخته می شوند .
پس از انتقال دکل به محل مورد نظر ، پایه ها به داخل آب فرو برده می شوند تا به کف دریا برسند.عملیات Jacking با رسیدن پایه ها به کف دریا متوقف نمی شود ، بلکه ادامه می یابد تا بدنه (Hull) از سطح آب فاصله بگیرد .این فاصله Air Gap نامیده می شود .پس از اتمام حفاری نیز سیستم Jacking بدنه را تا روی آب پایین می کشد وبا استفاده از
نیروی شناوری بدنه پایه ها را به سمت بالا می فرستد . استقرار و برچیدن دکل هنگامی صورت می گیرد که دریا متلاطم نباشد . علاوه بر این به دلیل قرار گرفتن پایه ها در کف دریا ، خاک بستر دریا از نظر تحمل بارهای ناشی از وزن دکل باید به دقت مورد بررسی قرا رگیرد . همچنین اثرات جریان های زیر دریایی در شسته شدن خاک ومسائلی از این دست نیز نباید از نظر دور بماند . Jack Up ها معمولاﹰ برای عملیات درآب های تا عمق ft٤٠٠ مناسب می باشند . واز لحاظ نحوه اتصال پایه ها به دوگروه عمده پایه مستقل وپایه وابسته تقسیم می شوند.در Jack Up از نوع پایه مستقل حرکت پایه ها (Legs)
مستقل از یکدیگر می باشد ، به عبارت دیگر هر پایه می تواند مستقل از پایه های دیگر دکل به سمت پایین حرکت نماید که این امر نصب دکل در مناطقی که کف دریا شیب دار ویا ناهموار باشد را امکان پذیر می سازد .ولی درJack Up از نوع پایه وابسته کلیه پایه ها روی یک یا دو صفحه متصل به هم قرار می گیرند که این صفحه اصطلاحات Mat نامیده می شود . Mat
ها صفحات فلزی هستند که به تمام پایه ها متصل می شوند و برای کاهش فشار روی بستر دریا به کارمی روند.(٧)
١‐٢‐١‐٣Fixed Jacketed structure ( Platform Rigs) (
این دکل ها تنها برای حفر چاه های توسعه ای ( ( Development Wells مورد استفاده قرار می گیرند . سازه این دکل ها با استفاده از Pile به کف دریا کوبیده می شود. پس از اتمام فرایند حفاری این سازه برای استخراج نیز مورد استفاده قرار می گیرد . (Production Structure )
تکنولوﮊی تجهیزات حفاری مورد استفاده دراین دکل ها مشابه دکل های زمینی می باشد. این سازه ها تا عمق آب ٣٠٠٠ فوت مورد استفاده قرار می گیرند و به علت ثابت شدن آنها در کف دریا برای شرایط آب وهوایی سخت نظیر دریای شمال ، بسیار مناسب می باشند . شاید بتوان عمده ترین اشکالات این دکل ها را هزینه ساخت سنگین و عدم امکان استفاده از آنها در حفاری های متعدد بر شمرد ( به خاطر ساکن بودن و عدم قابلیت انتقال) بطور کلی دو نوع از این دکل ها یافت می شود .(٨)
compact Rig (self Contained Platform )
دراین دکل ها کلیه تجهیزات حفاری روی یک Platform نصب می شود ومواد مورد نیاز توسط کشتی وقایق به محل دکل حمل می شود .این دکل ها دارای کاربرد زیادی در دریاها ی متلاطم نظیر دریای شمال هستند.(٩) ( شکل ١‐٤)
Driling Tender
در نواحی که شرایط آب وهوایی چندان سخت نیست ،یک سازه ثابت (Platform) تعبیه می شود که تنها تجهیزاتی نظیر Derrick و Drawworks روی آن نصب می شوند . سایر تجهیزات مانند تجهیزات گل ،
ﮊنراتور ها ، محل سکونت واستراحت کارکنان و ... روی یک Barge توسط لنگرها ثابت شده و به وسیله یک Catwalk به Platform متصل می گردد . در شرایط آب و هوایی سخت وتلاطم دریا ، به علت حرکت Barge عملیات حفاری
متوقف می شود .به همین دلیل از این سیستم تنها در نواحی که دارای آب و هوایی آرام است نظیر خلیج گینه و خلیج فارس می توان استفاده کرد. (١٠) (شکل ١‐٥)
