بخشی از مقاله
خلاصه
سکوهای نفتی یکی از انواع مهم سازهها میباشند. بارهای محیطی بر سکوهای دریایی شامل بارهای باد، جریان آب دریا، زلزله، برف یا یخ و غیره میباشند. باید آگاه بود که در خلیجفارس بار موج، بار غالب در طراحی اینگونه سازهها به شمار میرود. از طرف دیگر، سکوی دریایی شریان حیاتی برای اقتصاد کشورهای نفتخیز به شمار میرود؛ بنابراین ضروری است که عملکرد آنها با وقوع زلزله و برخورد امواج دچار خدشه نشود. در این تحقیق، بارگذاری ناشی از امواج بر روی سکوهای ثابت شابلونی موردبررسی قرارگرفته است. نخست الگوی سکوی دریایی فاز 13 پارس جنوبی در نرمافزار SAP2000 مدلسازی میشود.
سپس بهمنظور آمادهسازی مدل برای تحلیل دینامیکی از مشخصههای موج طراحی صدساله بهرهجویی میشود و تحلیل دینامیکی سازه تحت اثر موج اعمالی انجام می گیرد. در ادامه با بهکارگیری میراگر جرمی تنظیم شونده در سیستم سکو، با انجام تحلیل مجدد پاسخهای تغییر مکانی بهدستآمده با نتایج تحلیل پیشین مورد مقایسه قرار میگیرد. مشاهده میگردد در بهترین حالت تغییر مکان عرشه بیش از 22 درصد و برش پایه حداکثر بیش از 16 درصدکاهش مییابد.
کلمات کلیدی: سکوی شابلونی، بار امواج، تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی، موج طراحی صدساله، میراگر جرمی تنظیم شونده
1.مقدمه
با وابستگی روزافزون صنایع دنیای مدرن به نفت و محصولات پتروشیمی حوزه عملیات اکتشاف و استخراج این ماده ارزشمند به پهنه دریاها و اقیانوسها نیز کشیده شده است. در این میان حتی اعماق دور از دسترس دریاها نیز مصون از این فعالیتها نبوده و امروز حفاری و استخراج نفت تا ورای اعماق 1000 متر با رشد چشمگیری رو به افزایش است. در اوایل شناخت و استخراج منابع نفتی، در مناطق کمعمق صورت میگرفت، اما امروزه بهمرور با کاهش ذخایر نفتی و بعلاوه اثبات وجود نفت در مناطق عمیقتر، در نقاط مختلفی از دنیا به صنایع استخراج نفت از آبهای عمیق اهمیت فراوانی داده میشود؛ اما اعماق بیشتر عملیاتی به معنی نیروهای بزرگتر، ممانهای بیشتر و درنتیجه استفاده بیشتر از مواد و سنگینی سازهها و درنهایت افزایش هزینه تولید است.
ازاینرو امروزه تمایل زیادی به استفاده از انواع جدید از سازههای دریایی تحت عنوان سازههای تطبیقی ایجاد شده است.جکت ها سازههایی ساختهشده از لولههای فولادی میباشند که بهوسیله شمعهایی به کف دریا متصل میشوند. تجهیزات حفاری، استخراج، اسکان، جرثقیلها و دیگر قسمتها مانند باند هلیکوپتر و وسایل نجات در قسمت بالای سکو نصب میشوندمعمولاً. در این سکوها، نفت خام و گاز ابتدا به بالای سکو انتقال یافته و پس از عملیات اولیه تصفیه از طریق لوله به نفتکشها و یا واحدهای تصفیه و توزیع ساحلی، انتقال پیدا میکند.
سازه جکت بهصورت قاب طراحیشده و المانهای اصلی با اندازههای متفاوت میتوانند بهصورت x و یا k به هم متصل گردند. نمونهای از سازه چنین سکوهایی در شکل 1 نمونهای از یک سکوی ثابت شابلونی نمایش داده شده است. [1] طراحی جزئیات چنین سکوهایی بستگی به نیازهای لازم ازنقطهنظر مقاومت، خستگی و طریقه بهآباندازی سکو داشته و در طراحی باید محدودیتهای بسیاری را که در طول عمر سکو وجود دارند، مدنظر قرار داد. طول عمر یک سکو شامل مراحل مختلف طراحی، ساخت، بهآباندازی، نصب تجهیزات، شمع کوبی و نهایتاً مرحله استخراج و بهرهبرداری است. مجموعه مراحل فوقمعمولاً بین 10 تا 25 سال طول میکشد. [2]
پس از اتمام مرحله بهرهبرداری، از نقطه نظر اکولوژی دریایی، بهتر است که سکو برداشته شود تا لطمهای به محیطزیست وارد نشود. جکت ها از متداولترین سکوهای حفاری بوده و تابهحال از آنها تا حفاری در اعماقی در حدود 350 متر استفاده شده است.شکل -1 نمونهای از یک سکوی ثابت شابلونی - a شابلون، - b اتاقک تکیهگاهی، - c شمعها، - d جرثقیل حفاری، - e پد بالگرد، - f تجهیزات حفاری و تولید، - g مشعل، - h قایق نجات، - i جرثقیل گردان، - j نگهدارنده شمع، - k پایهی شمع، - lرایزرهای حفاری و تولید، - m خط لوله استخراج، - n اقامتگاه [1]سکوهای ثابت نوع شابلونی مناسبترین نوع جهت استقرار در خلیجفارس میباشند. فناوری ساخت، حمل و نصب این سکو در منطقه وجود دارد.
احداث آنها در آب کمتر از 100 متر مقرونبهصرفه است و هزینه نصب آنها پایین است. این سکوها پایداری بالایی دارند و دارای تغییر مکان و نوسانات کمی هستند. سکوهای ثابت شابلونی با توجه به شرایط جوی و شرایط آب خلیجفارس، ازنظر بهرهبرداری، قابلیت نگهداری و تعمیر شرایط مناسبی دارند. همچنین موجود بودن چند یارد مخصوص سکو سازی از این نوع در خلیجفارس - ازجمله سکو سازی بوشهر در ایران و موجود بودن یاردهای سکو سازی شرکتهای غربی در بعضی کشورهای عربی خلیجفارس - استفاده از این سکوها را ممکن میسازد. قابلذکر است که تمامی سکوهای نصبشده در خلیج فارس، از نوع ثابت شابلونی بوده و سکوهای در دست احداث نیز از این نوع میباشند.[2]
در سال 1972 پنزین و همکاران با استفاده از روش تحلیل تصادفی به تحلیل سازههای دور از ساحل پرداختند و پاسخها را در برابر نیروهای زلزله و امواج دریا به دست آوردند. آنها به این نتیجه رسیدند که برای به دست آوردن بارهای طراحی ارتعاشی زلزله انجام یک تحلیل پاسخ دینامیکی واجب است. همچنین برای به دست آوردن بارهای طراحی امواج باید از تحلیل پاسخ دینامیکی از نوع تصادفی استفاده شود و حداقل دو مد نرمال از ارتعاش باید در تمام تحلیلها منظور گردد.[3] در سال 2009 الشافی و همکاران نمونه جکتی را در آزمایشگاه مدلسازی و پاسخهای مدل را با استفاده از شتاب سنج و کرنشسنج اندازهگیری کردهاند.
آنها پس از مدلسازی عددی، انطباق خوبی بین نتایج آزمایشگاهی و عددی مشاهده کرد و به این نتیجه رسیدند که توزیع جرم و شرایط تکیهگاهی در پاسخ سازه مؤثر بوده و نتایج با پاسخ اجباری سیستم یک درجه آزادی هماهنگی و سازگاری دارد .[4] در سال 2010 ما و همکاران با استفاده از مدل آزمایشگاهی سکوی شابلونی و به کاربردن روش تحلیل اجزای محدود، نشان دادند که در صورت استفاده از مقادیر بهینه میرایی، جرم و فرکانس میتوان ارتعاشات وارده به سازه را کنترل نمود .[5]هدف از این مقاله بررسی کاهش ارتعاشات وارد بر سکوی فاز 13 پارس جنوبی تحت اثر موج 100 ساله با بهکارگیری میراگرجرمی تنظیم شونده بهینه است.
2.مدلسازی سکوی شابلونی
شکل 2 عملیات نصب سکوی شابلونی فاز 13 پارس جنوبی را نشان می دهد. سکوی SPD 13D یکی از چهار سکوی فاز 13 پارس جنوبی، با ارتفاع 70 متر در فاصله 100 کیلومتری جنوب غربی روستای اختر واقع در استان بوشهر به مختصات جغرافیایی 621245 شرقی و 2977488 شمالی قرار گرفته است. عمق آب در این منطقه 61 متر میباشد. سکوی موردمطالعه فاز 13 پارس جنوبی در عمق 61 متری واقع شده است و دارای دو پایهی عمودی و دو پایه مایل با شیب1H : 7 V میباشد. جکت فوق دارای بادبندهای ضربدری عمودی در تمام وجوه بوده و این بادبندها بین بادبندهای افقی که در سه ارتفاع سکو قرار دارند، به کار گرفته شده اند .[6]
ارتفاع پایینترین عرشه از سطح آب 11 متر میباشد. این سکوی فلزی متقارن شامل بخشهای زیر میباشد :
·عرشه: شامل 5 طبقه ساختمان و هر کدام به ارتفاع تقریبی 4 متر میباشد. طبقه آخر دارای فرودگاهی برای استفادهی هلی کوپتر میباشد. ابعاد طبقات عرشه 31×29 متر است. عرشه سکو دارای وزنی در حدود 4600 تن میباشد.
·جکت: شامل چهار پایه و چهار وجه خرپایی است که این چهار وجه دو به دو متقارناند. تمام اعضای جکت دارای مقاطع فولادی لوله ایو به قطر φ=1655 mm و طول آنها در حدود 71 متر میباشد. وجههای جکت دارای بادبند و بهصورت ضربدری میباشد و پایههای جکت نیز با شیب 1:7 طراحی شده اند. جکت سکو دارای جرم و وزنی در حدود 1250 تن میباشد.ازلحاظ هندسی، جکت دارای چهار سطح بادبندی افقی میباشد که این سطوح عبارتاند از:
- سطح :1 ارتفاع +5940 میلیمتر، از LAT1 - سطح :2 ارتفاع -14810 میلیمتر، از LAT
-سطح :3 ارتفاع -37810 میلیمتر، از LAT -سطح :4 ارتفاع -61010 میلیمتر، از LAT
·شمعها: شامل 4 شمع پیرامونی یکسان بوده و فونداسیون سکو را تشکیل میدهند. هر شمع دارای مقطع لولهای به قطر φ=1524 mm میباشد. طول هر شمع 171 متر، وزن هر یک 387 تن و عمق نفوذشان در خاک بستر، 96 متر میباشد.در این سکوها، نفت خام و گاز ابتدا به بالای سکو انتقال یافته و پس از عملیات اولیه تصفیه از طریق لوله به نفتکشها و یا واحدهای تصفیه و توزیع ساحلی، انتقال مییابد .[6] سازه جکت بهصورت قاب طراحیشده و المانهای اصلی با اندازههای متفاوت میتوانند بهصورت x و یا k به هم متصل گردند. طراحی جزئیات چنین سکوهایی بستگی به نیازهای لازم ازنقطهنظر مقاومت، خستگی و طریقه بهآباندازی سکو داشته و در طراحی باید محدودیتهای بسیاری را که در طول عمر سکو وجود دارند، مدنظر قرار داد. طول عمر یک سکو شامل مراحل مختلف طراحی، ساخت، بهآباندازی، نصب تجهیزات، شمع کوبی و نهایتاً مرحله استخراج و بهرهبرداری است. مجموعه مراحل فوقمعمولاً بین 10 تا 25 سال طول میکشد. پس از اتمام
