بخشی از مقاله
چکیده
سکوی امیرکبیر به عنوان اولین واحد حفاری آبهای عمیق ایران از سال 1389 در عمق 700 متری دریای خزر - در میدان گازی کاسپین - مستقر و مشغول به فعالیت گردیده است. در این مقاله با استفاده از نرمافزار المان مرزی موسس به تحلیل هیدرودینامیکی حوزه فرکانس این سکو با 8 خط مهار کاتنری پرداخته شده است، و در این راستا تاثیر برخورد موج در زوایای 60∘, 45∘, 30∘, 0∘ و90∘، بر نمودارهای اپراتور دامنه پاسخ1 درجات آزادی مختلف سکوی نیمهشناور امیرکبیر، به منظور شناخت رفتار دینامیکی سکو در مواجهه با امواج برخوردی در زوایای مختلف، مورد بررسی قرار گرفته است.
.1 مقدمه
پس از گذشت دهها سال از کشف و استفاده از سوختهای فسیلی، کماکان نفت، گاز و زغالسنگ مهمترین منابع تامین انرژی و مواد اولیه صنایع مختلف انسانی را تشکیل میدهند. از این رو جستجو برای دستیابی به این منابع با سرعتی روزافزون در زمینه پراکندگی جغرافیایی و توسعه تکنولوژی اکتشاف، حفاری، استخراج و تولید در نقاط مختلف دنیا در جریان بوده و همواره دولتهای مختلف به کمک کمپانیهای بزرگ نفتی بهدنبال کشف نقاط مستعد وجود منابع هیدروکربنی در خاک کشورشان بودهاند.
اما در سالهای اخیر به دلیل عواملی چون مسائل سیاسی امنیتی - پدافند غیرعامل - و حاکمیتی، عدم کشف منابع جدید کافی در خشکی، کاهش ذخیره مخازن موجود، رقابت بر سر برداشت از میادین مشترک انرژی، .... ، و نیاز روزافزون بشر به انرژی و مواد اولیه، حرکتی فزاینده در گذار از اکتشاف و حفاری در خشکی و سواحل آرام کمعمق به سمت دریاها و اقیانوسهای عمیق خشن به راه افتاده، و با همین انگیزه انقلابهای علمی و مهندسی عظیمی در زمینه تکنولوژی های مربوط به آبهای عمیق به وقوع پیوسته است. از این دست پیشرفتها میتوان به سیر تکاملی سکوهای دریایی، از سکوهای کوچک بنا شده در سواحل کم عمق تا ساخت سکوهای عظیم متحرک خاص آبهای بسیار عمیق، که امکان دسترسی بشر به ذخائر موجود در بستر آبهای عمیق، خیلی عمیق1 و حتی آبهای فوقالعاده عمیق2 را فراهم نمودهاند، اشاره نمود .
در شکل - - 1 انواع سکوهای فراساحلی بر اساس نوع تعامل سکو با دریا دسته بندی شدهاند.
شکل :1 انواع سکوهای فراساحلی - Gerwick, 1999 -
.1.1 سکوی نیمهشناور3 امیرکبیر
ایده ساخت اولین سکوی نیمهشناور حین مشاهده و مطالعه سکوهای متحرکی مانند جکآپها به ذهن مهندسان و طراحان متبادر گردید، آنها طی تحقیقات خود دریافتند، هنگامی که سازه شناور است ستونهای پایدارکننده پاسخ حرکتی بسیار کوچکی نسبت به تحریکات ناشی از امواج دارند. با بکارگیری همین ویژگی اولین سکوی حفاری نیمه شناور در سال 1962 تولید و وارد عرصه حفاری آبهای عمیق گردید. در این نوع سکو، بدنه پایینی یا همان پانتونها، که در اشکال، تعداد و ابعاد مختلفی ساخته میشوند، عامل اصلی تأمین بویانسی و پایداری میباشند و عرشه به واسطه ستونها بر پانتونها استوار میشوند. عموما برای بالا بردن استحکام و یکپارچگی سکو ستونها را به وسیله بادبندهای افقی و مورب به یکدیگر متصل می نمایند. پس از ساخت و انتقال سکو به محل مورد نظر، سازه با استفاده از مخازن بالاست موجود در پانتونها در آبخور مناسب قرار گرفته و بعد از تکمیل سیستم مهاربندی، فعالیت خود را آغاز میکند.
در دهه 70 شمسی، پس از انجام آزمایشات لرزهنگاری در دریای خزر مشخص شد که بیشتر ساختارهایی که میتوانند دارای ذخایر هیدروکربوری باشند، در اعماق فراتر از 400 متر قرار گرفتهاند. بنابراین، نیاز به یک شناور حفاری قطعیت پیدا نمود، و در نهایت با کارفرمایی شرکت ملی نفت ایران اولین واحد نیمهشناور خاص حفاری آبهای عمیق با وزنی بالغ بر 14700 تن، به عنوان سنگینترین سازه دریایی ایران، و با نام " امیر کبیر" به منظور انجام عملیات حفاری اکتشافی نفت و گاز، جهت برداشت اولین سهم نفتی ایران از دریای خزر در دهه 80 طراحی و ایجاد گردید شکل - . - 2
سکوهای شناور در مقایسه با سکوهای ثابت تاثیرپذیری بیشتری از نیروهای محیطی دریا دارند، به گونهای که انجام کلیهی عملیات اکتشاف، حفاری و استخراج توسط این سکوها متاثر از حرکتهای سازه در درجات آزادی مختلف آنهاست. لذا شناخت رفتار این سکوها در شرایط مختلف میتواند به اتخاذ تدابیر مناسب جهت کمتر شدن پاسخهای دینامیکی به تحریکات هیدرودینامیکی محیطی کمک کند و بازده سکو را در تمامی مراحل افزایش دهد.
که این امر در صنت نفت و گاز، که بهدلیل حجم بالای سرمایهگذاری و درآمدهای کلان آن به صنعت ثانیههای معروف است، میتواند زمینهساز افزایش درآمدهای نفتی کشور گردد. از این رو در ادامه پس از بیان معادلات حاکم بر تئوری تفرق، به مدلسازی سکوی امیرکبیر در عمق 700 متری در نرم افزار موسس پرداخته و در نهایت با تابانیدن امواجی در زوایای 60 ∘, 45∘, 30∘, 0∘ و90∘، تاثیر زوایای مختلف برخورد موج بر نمودارهای اپراتور دامنه پاسخ درجات آزادی مختلف سکو، را بررسی خواهیم نمود.
شکل :2 سکوی نیمه شناور امیرکبیر - Gerwick, 1999 -
.2 معادلات حاکم
تئوری تفرق سه بعدی - مبنای تحلیل المان مرزی -
در تئوری تفرق نیروی موج با محاسبه انتگرال فشار روی سطح خیس شدهی جسم بهدست میآید. این روش زمانی قابل استفاده است که اولا، ابعاد جسم درمقایسه با دامنه حرکت موج بزرگ باشد و بتوان از نیروهای ناشی از ویسکوزیته سیال صرف نظر کرد، ثانیا جسم آنقدر بزرگ باشد که ابعاد آن در برابر طول موج دریا قابل توجه بوده و میدان موج را در اثر تف رق و انتشار موج تحت تاثیر قرار دهد.
در تئوری تفرق میدان جریان سیال توسط تابع پتانسیل جریان بیان میشود. بنابر این تابع پتانسیل باید در معادله لاپلاس صدق کند و همچنین شرایط مرزی اعم از شرط مرزی سطح جسم، شرط مرزی سطح آزاد و بستر دریا و شرط مرزی بینهایت، ارضا شود
