بخشی از مقاله
روش ساخت و به آب اندازی یک سکوی حفاری (Jack up)
چکیده :
کشور ایران با توجه به منابع خدادادی و طبیعی آن از جایگاه ویژه استراتژیک برخورداراست و از آن مهمتـر در بیضی استراتژیک جهانی قراردارد . یعنی دارای رتبه دوم جهانی دارنده گاز و رتبه چهارم جهانی نفت اسـت .
در ین راستا صنایع نفت ، گاز و پتروشیمی و سایر صنایع وابسته به حامل های انرﮊی زا ، از اولویت اسـتراتژیک بر خوردارند و سرمایه گذاری در آنها در اولویت اول است و ساخت و تولید تجهیزات و قطعـات اصـلی و یـدکی آنها دارای ارزش افزوده مضاعف و ضـامن تـداوم تولیـد ثـروت اسـت . سـاخت و راه انـدازی سـکوهای حفـاری
( Jack Up ) یکی از طرحهای بزرگ صنعتی در حوزه های نفت و گاز است که با توجـه بـه سـرمایه گـذاری کلان ، اجرای پروﮊه ساخت و بهره برداری به موقع از آن ، نقش بسزایی در توسعه صنعتی ، رونـق اقتـصادی و رفاه اجتماعی ایفا می نماید .
در این مقاله با توجه به روشهای مختلف ساخت و به آب اندازی سکوهای حفـاری ( ( Jack Up سـعی شـده است گزینه مناسب برای ساخت بدنه، ساخت پایه ها، مونتاﮊ بدنه، مونتاﮊ پایه ها و سیستم به آب انـدازی مـورد بررسی قرار گیرد . این بررسی بر پایه مشخصات فنی یکی از انواع سکوی حفـاری شـناور مـورد تأییـد مجمـوع وزارت نفت صورت گرفته است
کلمات کلیدی : جک آﭖ - Jack Up بدنه - Hull پانل - Panel بخش Section
مقدمه :
Jack up یکی از سازه های Offshore می باشد که شامل بدنه، پایه ها و سیستم بالابری آن و سیستم حفاری می باشد که به آن اجازه می دهد به محل مورد نظر Tow شده و پایه های خود را به کف دریا رسانده و بدنه شناور خود را از سطح آب بالا آورده و سطح ثابتی بدور از اثرات شرایط محیطی جهت کار حفاری ایجاد نماید. Jack up
های مدرن دارای این قابلیت می باشند که در شرایط بسیار بد آب و هوایی به کار حفاری ادامه می دهند. (ارتفاع موجها تا 80 ft حدوداﹰ 24 متر، سرعت باد بالای 100 knots و عمق آب 500 فوت). با توجه به اینکه کل بار Jack up به کف دریا منتقل میشود، وقتی Jack up به موقعیت حفاری منتقل شد قبل از Jack up کامل، باید عمل Preload صورت گیرد تا حداکثر بار ممکن بر کف دریا وارد شده و پایه ها در موقعیت مطمئنی برای حفاری قرار گیرند.
زمینه های استفاده از Jack up
Jack up ها واحدهای پیچیده ای هستند که در حالتهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این واحدها از دهه
1950 جزو ناوگان صنعت فراساحل بوده و جهت حفاری اکتشافی، حفاری، تولید، اسکان و کارهای تعمیراتی سکوها مورد استفاده قرار می گیرند. به مانند هر تکنولوﮊی مدرن و جدید این واحدها نیز در عملیات دارای محدودیتهایی می باشند که عمده ترین این محدودیتها شامل میزان باری که می تواند در موقع شناوری حمل کند، قابلیت تحمل بار در حالت Jack شده، محدودیتهای محیطی، محدودیتهای حفاری و محدودیت باربری خاک کف دریا می باشند.
در زمینه قانونمند کردن و نظارت بر زمینه های قابل قبول فعالیت Jack up ، صنایع فراساحل، موسسات رده بندی و کشورهای صاحب نام در حال تعامل بوده و مقررات مربوطه را تدوین نموده اند. بدون در نظر گرفتن این مقررات در طراحی و ساخت و عملیات Jack up ، امکان استفاده مطمئنی از آنها میسر نمی باشد.
معرفی اجزاء Jack up و عملکرد آنها
سه بخش اصلی در رابطه با واحدهای Jack up قابل بررسی می باشد، بدنه، پایه ها و تکیه گاه پایه ها و تجهیزات.
هدف این بخش معرفی هر یک از قسمتها و عملکرد آنها می باشد.
- 1 بدنه (Hull)
بدنه Jack up سازه ای آببند می باشد که دربر گیرنده اماکن زیست، تجهیزات و نفرات می باشد به نحوی که Jack up بتواند ماموریت خود را انجام دهد. در حالتی که Jack up شناور می باشد، این بدنه نیروی شناوری لازم را برای تحمل وزن پایه ها و تکیه گاههای آن، تجهیزات و بارهای متغیر را فراهم میکند.
آبخور بدنه (خط مابین سطح آب تا (Baseline ارتباط مستقیم با بار متغیر قابل حمل و پایداری Jack up
در حالت شناوری دارد. ضمناﹰ Free board در تناسب با آبخور به صورت معکوس کم یا زیاد میشود که در شناورهای یکسان، با دارا بودن Free board بیشتر ، قابلیت شناوری و پایداری بیشتر خواهد شد.
- 2 پایه ها و تکیه گاه آنها
پایه ها و تکیه گاههای آنها (Footing) سازه های فولادی می باشند که وظیفه نگهداری و تحمل بار Jack up
را در حالت بالا آورده شده و ایجاد تعادل و خنثی نمودن بارهای جانبی را دارا می باشند. تکیه گاهها باعث افزایش سطح اتکا و کاهش تنش وارده بر خاک کف دریا می شوند . طول پایه های Jack up ممکن است در حالت حمل تا 500 فوت 152) متر) بالا تر از سطح دریا قرار داشته باشند . بستگی به ابعاد و طول پایه ها این اجزاﺀ بیشترین اثر را بر پایداری شناوری Jack up دارند. وزن زیاد، مرکز ثقل بالا و سطح بادخور نسبتاﹰ بزرگ باعث اثرات منفی
آنها بر پایداری شناوری می شوند . برای واحدهای کوچک با آبخور کم پایه های با طول بیشتر باعث کم شدن پایداری شناوری آن خواهد شد.
Jack up ها باید با پیش بارگذاری (Preload) در محل حفاری اطمینان لازم از بستر دریا و نفوذ پایه ها در داخل آن بدست آورند که برای کلیه بارهای پیش بینی شده در هنگام عملیات حفاری جوابگو بوده و نفوذ بیشتری از طرف پایه ها در داخل خاک بستر دریا صورت نخواهد گرفت . مقدار نفوذ پایه ها و تکیه گاه آنها براساس مشخصات خاک و بارهای عمودی وارد بر آن و سطح تکیه گاهها قابل محاسبه می باشد.
- 3 تجهیزات
تجهیزاتی که مورد نیاز Jack up جهت انجام وظیفه و عملیات آن می باشد تاثیر مستقیمی بر ابعاد بدنه و وزن Jack up دارد . سه گروه اصلی تجهیزات در دستگاه Jack up قابل شناسایی و بررسی است:
- A تجهیزات Marine (دریایی) : تجهیزات Marine مربوط به تجهیزاتی است که بر روی هر شناور دریا رو و فارغ از نوع عملکرد و شکل آن وجود دارد و ارتباطی به ماموریت شناور ندارد که شامل دستگاههای نظیر دیزل ﮊنراتورهای اصلی، سیستم لوله کشی سوخت، سیستم تقسیم برق و تابلوهای برق، قایقهای نجات، رادار، تجهیزات مخابراتی و ارتباطی، تجهیزات زیستی و آشپزخانه، تجهیزات آتش نشانی و بالاست و ... می باشد.
- B تجهیزات مربوط به عملیات حفاری : (Mission ) این تجهیزات حسب انجام وظیفه اصلی Jack up
(حفاری) مورد نیاز می باشد. این تجهیزات بستگی به ماموریت Jack up ، متفاوت خواهند بود . بعنوان مثال تجهیزات Mission شامل Derricks، Mud pumps، Mud piping، سیستمهای کنترل حفاری، تجهیزات تولید، جرثقیلها، سیستمهای کشف گازهای قابل احتراق و سیستمهای اعلام خطر می باشند.
- C تجهیزات مربوط به سیستم بالابری : (Elevating) این تجهیزات برای بالا و پایین بردن یا قفل نمودن پایه ها و بدنه استفاده می شوند .
ساخت Hull
ساخت بدنه با توجه به روشهای مختلف، به صورت تلفیقی از ساخت پانل و Section انتخاب می گردد . در این حالت بدنه به پانلهای مسطح و پنج Section تقسیم می گردد.
سه عدد Section مربوط به قسمت قرار گرفتن پایه ها (Leg well) و دو عدد Section مربوط به تانکهای پیش بارگذاری جلو (Preload Tank) با مشخصات تقریبی زیر به صورت مجموعه جدا ساخته می شوند.
با توجه به وزن فولاد بدنه که حدود 2000 تن می باشد و وزن جمع Section ها که حدود 760 تن میباشد،
حدود 38% از بدنه به صورت Section و 62% به صورت پانل ساخته خواهد شد.
یکی از مزایای مهم این روش تقسیم نمودن کار در محلهای مختلف می باشد. بدین ترتیب، در حالی که ٦ عدد Section در داخل کارگاهها در حال ساخت می باشد، بقیه بدنه، بعد از ساخت پانلها در روی Skid way ها در حال مونتاﮊ نهایی بوده و دو جبهه کاری جهت مونتاﮊ نهایی فعال می گردند.
با توجه به ابعاد و اشکال هندسی و وزن هر یک از قسمتهای بدنه و با توجه به کاربری نسبی هر یک از آنها، جهت انتخاب Section ها، Leg well های جلو و عقب در اولویت اول می باشند. (کاربری نسبتاﹰ زیاد، قرار داشتن در قسمتهای کناری بدنه، کامل شدن با ورقهای کف و دک با توجه به عدم وجود تجهیزات جانبی در داخل این Section ها و وزن نسبتاﹰ پایین با توجه به ابعاد آنها از عمده دلایل انتخاب آنها بعنوان Section می باشند.)
در مرحله بعد جهت انتخاب Section مناسب، مخازن Preload جلویی در اولویت می باشند. این مخازن بعلت ابعاد کوچک و وزن کم آنها و امکان کامل کردن آن و گذاشتن ورق عرشه بعنوان ساخت، به صورت Section
انتخاب می گردد. یکی دیگر از دلایل انتخاب این مخازن به صورت Section ، این موضوع میباشد که با توجه به قرار گرفتن امکان زیست بر روی این منطقه بعد از تکمیل و مونتاﮊ نهایی این Section ها و Leg well section جلویی، امکان مونتاﮊ نهایی امکان زیست بر روی آنها فراهم می گردد.
عمده ترین دلایل عدم انتخاب سایر قطعات بعنوان Section به شرح ذیل می باشند:
الف- ابعاد بسیار بزرگ آنها
ب- عدم امکان تکمیل نمودن آنها (با توجه به اینکه در داخل بسیاری از این Section ها تجهیزات نصب می گردد و امکان نصب و جابجایی آنها در مرحله ساخت Section میسر نبوده و بالاجبار باید ورقهای عرشه اصلی بعد از مونتاﮊ نهایی نصب گردد.)
ج- وزن نسبتاﹰ بالای Section ها (حداقل 200 تن)
همانطوریکه اشاره شد بقیه قطعات Hull به صورت پانلهای مسطح ساخته شده و در قسمت مونتاﮊ نهایی به هم مونتاﮊ می گردند.
ساخت اماکن زیست (Accommodation)
برای ساخت اماکن زیست گزینه ساخت به صورت طبقه به طبقه با توجه به مزایای زیر انتخاب می گردد:
الف- فضای نسبتاﹰ کمتر جهت ساخت در داخل کارگاه Section سازی ب- امکان جابجایی و نصب آنها با جرثقیل های با ظرفیت پایین ج- امکان گذاشتن قسمتی از تجهیزات داخل به هنگام ساخت
د- امکان نصب تجهیزات داخلی سنگین (مانند Cell های سرویسهای بهداشتی و حمام) بر روی هر عرشه بعد از نصب آن طبقه ه- ساخت هر طبقه و تجهیز کلیه طبقات در زیر سقف
از دلایل عدم ساخت امکان زیست به صورت کامل یک (Section) این می باشد که در صورت تجهیز کامل آن امکانات لازم جهت نصب آن از قبیل جرثقیل و بوﮊی جهت حمل باید دارای ظرفیتهای بسیار بالایی باشند و در صورت عدم تجهیز کامل آن نصب تجهیزات داخل آن بعد از گذاشتن سقف اماکن زیست بسیار مشکل می گردد.
ضمناﹰ با توجه به ابعاد کوچک پانلهای Accommodation و تعداد زیاد آنها ساخت و مونتاﮊ Accommodation به صورت پانلی مناسب نمی باشد.
ساخت Cantilever
ساخت Cantilever با توجه به وزن بالا و متحرک بودن آن به صورت زیر انتخاب می شود:
الف- Skid beam های طولی به همراه عرشه کف آن به صورت یک Section ساخته می شود. (به ابعاد تقریبی 42*10*1 متر)، وزن تقریبی این Section حدود 140 تن می باشد که 86 تن از آن مربوط به Skid beam های طولی و 54 تن از آن مربوط به پانل عرشه کف آن می باشد.
ب- ساخت عرشه میانی به همراه تقسیم بندی داخل آن به صورت یک Section (به ابعاد تقریبی 42*10*3
متر)، وزن این Section نیز در حدود 90 تن خواهد بود.
ج- ساخت عرشه نهایی به همراه تقسیم بندی داخل آن به صورت یک Section (به ابعاد تقریبی 42*10*3
متر)، وزن این Section نیز در حدود 90 تن خواهد بود.
د- ساخت Drill floor به صورت یک Section به ابعاد تقریبی 16.8*12.6*2) متر) و وزن تقریبی 100 تن ه- ساخت یا سفارش ساخت دکل حفاری به صورت دو تکه به طولهای تقریبی 36 و 15 متر
Fig No.6. Derrick
دلایل زیر جهت انتخاب روش ساخت فوق الذکر در نظر گرفته شده است.
الف- با توجه به نصب به صورت همزمان Skid beam های طولی این دو Skid beam باید به صورت یک مجموعه ساخته شود. بهترین روش جهت انجام این کار اتصال آنها توسط پانل عرشه کف Cantilever می باشد که همزمان با اتصال دو Skid beam به هم وزن Section نیز از حد معمول بالاتر نمی رود. (حدود 140 تن)
ب- با توجه به وزن بسیار زیاد کل Cantilever (حدود 320 تن بدون افت وزن (Drill floor امکان ساخت و نصب آن به صورت یک Section بسیار مشکل بوده و امکانات جرثقیلی زیادی نیاز دارد.
ج- در صورت ساخت هر عرشه به صورت یک Section ، وزن آن در حد معمول بوده (حدود 90 تن) و امکان جاگذاری تجهیزات مربوط به حفاری در عرشه بعد از نصب آنها وجود دارد.
د- امکان نصب Section های مربوط به عرشه در داخل آب (بعد از به آب اندازی بدنه (Jack up وجود دارد.
ساخت Helideck
ساخت این قسمت از سازه همانطوریکه قبلاﹰ نیز توضیح داده شده تنها به صورت یک Section ساخته و سپس نصب می گردد . (وزن تقریبی آن 70 تن می باشد.)
١- ساخت پایه ها و Spud can ها
١-١- ساخت پایه ها (Leg)
جهت ساخت پایه ها با توجه به روشهای مختلف ساخت آن ساخت به صورت قطعات در طولهای محدود 15 و 10
متر در نظر گرفته می شود.
اهم دلایل مورد استناد جهت این انتخاب به شرح زیر می باشد:
