جهان، مساله استخراج آن یکی از موضوعات مهم تکنولوژی روز دنیا می باشد.همچنین پایان پذیری منابع فسیلی و محدود بودن ذخایر آن، باعث توجه به ذخایری شده است که تاکنون بهره برداری از آنها صرفه اقتصادی نداشته است. یکی از مهم‏ترین این ذخایر، ذخایر انرژی مدفون در کف دریاهاست. لذا دانشمندان در طول قرن گذشته روش‏هایی را جهت استخراج از کف دریاها ارائه داده‏اند. حرکت علمی که در این راستا در غرب آغاز شده است اکنون دارای تاریخچه‏ای بیش از یک قرن است و با توجه به موقعیت حساس کشور ما در این برهه زمانی و برخورداری از منابع غنی انرژی های فسیلی در دریاهای شمال و جنوب کشور، کسب این تکنولوژی به یکی از رئوس برنامه علمی کشور تبدیل شده است. نکته قابل توجه در این باره، لزوم استفاده از روشهای اقتصادی و سیستم های بهینه استخراج می باشد که در دنیای رقابتی امروز امری اجتناب ناپذیر می‏نماید.
جهت استخراج نفت و گاز از کف دریاها، کاربردی ترین روش شناخته شده، استفاده از سکو است. این نوع سازه طی عمر هفت دهه‏ای خود تحولات بسیاری را در سیستم سازه‏ای و قابلیت بهره برداری از سر گذرانده است.در ابتدا این نوع سازه در آب‏های کم عمق و به صورت خرپایی ساده مورد استفاده قرار گرفت و طی زمان، تکامل سازه در راستای استفاده در آب‏های عمیق و کاهش هزینه‏های ساخت مورد توجه قرار گرفت. به علت افزایش بسیار زیاد هزینه احداث سکو‏های ثابت با افزایش عمق، نوع جدیدی از سکو‏های دریایی با نام سکوی نیمه شناور مطرح شد که دارای مزایای اقتصادی و کاربردی قابل توجه‏ای می باشد. سیر تکامل کلی سکو‏ها و به خصوص نوع خاصی از آنها را (سکوی نیمه شناور خرپایی) به صورت کامل در فصل یک شرح خواهیم داد.
سکوی نیمه شناور خرپایی نوع خاصی از سکوهای نیمه شناور است که دارای شش درجه آزادی میباشد: حرکت افقی طولی (surge)، حرکت افقی عرضی (sway)، حرکت قائم (heave)، که به ترتیب جابجایی در امتداد محورهای x و y و z بوده و چرخش طول این محورها به ترتیب، غلتش عرضی (roll)، غلتش طولی(pitch) و چرخش در صفحه افقی (yaw) نامیده می شود.
شکل 1-1: درجات آزادی
با توجه به مقدمات بالا، در این پروژه سعی شده است اصول آنالیز یک سکوی نیمه شناور خرپایی مورد بررسی قرار گیرد و با شناسایی و مقایسه تئوری های موجود جهت محاسبه ی بارهای وارد بر سازه، برداشت جامعی از چگونگی آنالیز یک سکوی نیمه شناور خرپایی ارائه شود. در این راستا از تئوری های موریسون و دیفرکشن خطی جهت محاسبه‏ی نیروی موج و از تئوری موج ایری برای توضیح طبیعت دریا استفاده شده است که در فصل های ابتدایی توضیح کلی آنها خواهد آمد. نتایج محاسباتی پروژه با یک مدل تست نیز معتبر سازی شده است و در پایان شاهد بحث در نتایج و مقایسه آنها خواهیم بود.
2-1 روش تحقیق
در این تحقیق ابتدا نیرو‏های وارد بر سکوی نیمه شناور خرپایی ناشی از موج، توسط تئوری های موریسون و دیفرکشن خطی برای درجات آزادی غیر وابسته‏ی surge ، heave و pitch به دست می‏آید. سپس با استفاده از حل معادله حرکت دینامیکی سکوی نیمه شناور خرپایی در درجات آزادی heave و pitch ، پاسخ سازه به موج با دامنه واحد1(RAO) به نیرو‏ها در این درجات به دست می‏آید.این نتایج با نتایج به دست آمده از مدل تست و با یکدیگر مقایسه خواهند شد. هم‏چنین طیف پاسخ سازه مورد نظر با استفاده از طیف های انرژی P-M و JONSWAP در درجات آزادی ذکر شده به دست می‏آید و مقایسه می‏شود.
3-1پیشینه‏ی تحقیق
افراد زیادی رفتار هیدرو‏دینامیکی یک سیلندر شناور عمودی را مطالعه کرده‏اند. هاوس (1990) یک سیلندر را در بازه kc کوچکتر از 0.01 بررسی کرد. بررسی های او نشان می‏داد که نیروی درگ به صورت خطی با سرعت نسبت دارد و ضریب درگ نیز فوق‏العاده کوچک بود. چاکرابارتی و هانا (1990) در بررسی‏هایی که بر روی سیلندری با KC کمی بیستر از 0.01 انجام دادند، به نتایج مشابهی رسیدند. در آزمایشات آنها حرکت نوسانی آزاد سیلندر در جهت عمودی در خلال یک آزمایش (Decay test) مورد بررسی قرار گرفت.
هاوس و یوتس (1994) یک سیلندر عمودی را درون یک جریان قرار دادند و نشان دادند که جریان میرایی سیلندر را در kc های مشابه افزایش می‏دهد.
درگ هیدرودینامیک یک سیلندر از دو مولفه تشکیل شده است: درگ ناشی از اصطکاک و درگ ناشی از شکل. (تیاگاراجان و تروش 1994)
درگ ناشی از اصطکاک به علت نیروی ویسکوزیته سیال روی سیلندر می باشد در حالیکه درگ ناشی از شکل بر اثر جدا شدن جریان در لبه پایینی سیلندر بر اثر حرکت heave ایجاد می‏شود. در kc های بسیار پایین، درگ در وحله اول از نوع اصطکاکی است که به صورت خطی با سرعت تغییر می‏کند. همچنین درگ ناشی از شکل یک نسبت درجه دوم با سرعت دارد. آزمایشات هاوس و چاکرابارتی و هانا نشان داد که درگ اصطکاکی قسمت کوچکی از درگ هیدرودینامیک بر روی سیلندر را تشکیل می‏دهد.
تیاگاراجان و راج آزمایش‏هایی با رنج kc بزرگتر از 1 انجام دادند که در آنها درگ ناچیز و همینطور غیر خطی بود.در تمام این حالات دمپینگ ناشی از درگ که در اثر حرکت سیلندر ایجاد می‏شد بسیار کوچک می باشد.
توا و تیاگاراجان (2003) یک دیسک با kc بالای 0.75 را تست کردند و دمپینگ درگ بیشتری را یافتند.
هی(2003) نتایج عددی و آزمایشگاهی ارائه داده است که به بررسی حرکت heave صفحه‏های نازک استوانه‏ای پرداخته و مقادیر دمپینگ را نشان داده است. این مطالعات به حرکت‏های کوچک اصلی محدود شده‏اند و برای سکوی پایه کششی به صورت موردی انجام شده است.
اطلاعات جرم اضافی بر اثر نوسان صفحات افقی در راستای عمود بر صفحه در این متون در دسترس نیست.آزمایش‏هایی روی سکوی نیمه شناور خرپایی با صفحات افقی انجام شده و بعضی گزارش‏ها تهیه شده‏اند که در مورد کارآیی صفحات افقی در سکوی نیمه شناور خرپایی بحث می‏کنند.(مگی و همکاران 2003)
سکوی نیمه شناور خرپایی (TPS) یک سازه جدید شناور است که از ادغام مزایای سکوهای نیمه شناور پانتونی و خرپا و پرهیز از بعضی اشکالات سکو‏های پانتونی ایجاد شده است. سکوی پانتونی نیمه شناور از چهار ستون شناور تشکیل شده است که در قسمت پایین خود به پانتون های کف که پایداری سازه را کنترل می‏کنند متصل می‏شوند. عرشه نیز در بالای ستون‏ها قرار می‏گیرد. این سازه در مکان‏های دور از ساحل جهت حفاری و تولید به کار می‏رود. مزایای آن شامل فضای عرشه زیاد و همینطور بار قابل تحمل بالا می‏باشد. در یک طراحی روتین، ستون‏ها عمیق و پانتون‏ها نیز دارای حجم زیاد می‏باشند. مرکز جرم اعضا پایین تر از مرکز شناوری آنها قرار می‏گیرد (حدود 4 تا 12 فوت). این طراحی باعث کنترل دوره تناوب حرکات roll و pitch سازه می‏شود.
برای یک سکوی نیمه شناور پانتونی، تغییر مکان کلی بزرگ است و دور کردن پریود طبیعی سازه از پریود موج غالب کار مشکلی می‏باشد. در واقع چون دمپینگ کوچک است و به صورت شدیدی تناوبی، بنابراین برای سکوی نیمه شناور پانتونی نوسان در جهت heave زیاد است و توسط میرایی نیز کنترل نمی‏شود. به عبارت دیگر، میرایی ناشی از جریان منتشر شونده، به صورت موثری در طراحی سکوی نمیه شناور پانتونی برای حرکت heave استفاده نشده است.
TPS (سرینیواسان 2004) جرم اضافی ناشی از صفحات افقی که در پایین ستون‏های خرپایی استفاده شده‏اند را به کار می‏گیرد و بنا بر این از جریان منتشر شونده حول این صفحات استفاده می‏کند.
4-1 خلاصه کار انجام شده
هنگام طراحی یک سازه دور از ساحل، یکی از اولین و مهم‏ترین مراحل، انتخاب روش محاسبه نیرو‏های موثر بر سازه می‏باشد.یکی از روش‏های محاسبه نیرو استفاده از تئوری دیفرکشن موج است. استفاده از فرمول تجربی موریسون (موریسون و همکاران 1950) اغلب یک روش معمول برای به دست آوردن نیروهای وارد بر سازه‏های دور از ساحل است.فرمول موریسون اثرات ناشی از برگشت امواج از سطح مغروق سازه را در نظر نمی‏گیرد و ضرائب نیرو برای اعمال این آثار به کار می‏روند. نیروی موریسون می‏تواند یک روش بسیار موثر برای آنالیز سازه‏های کوچک باشد.زیرا اثرات ناشی از برگشت موج ناچیز است، اما تئوری دیفرکشن برای سازه‏های بزرگ قابل استفاده تر است. یک جدول کمی برای تشخیص سازه های کوچک و بزرگ توسط چاکرابارتی ارائه شده است(1987).
در این تحقیق از هر دو این روش‏ها برای محاسبه‏ی نیرو‏ها استفاده شده است.تصویر کلی سازه TPS در شکل نمایش داده شده است.حرکات این سازه در جهات Heave و Pitch به دو روش موج خطی و موج تصادفی آنالیز شده است(با استفاده از فرمول موریسون و تئوری دیفرکشن خطی). سپس این نتایج با نتایج به دست آمده از مدل تست مقایسه شده‏اند. مدل تست طی مقاله‏ای توسط آقای سرینیواسان در سال 2005 تشریح شده است.
سازه حاضر برای امواج خطی در بازه تناوب 7-22 ثانیه آنالیز شده است.در مرحله محاسباتی پاسخ یکه سازه (RAO) برای نیروهای surge ، heave و pitch به دست آمده است و هم چنین پاسخ یکه حرکت سازه‏ها در جهات heave و pitch نیز به دست آمده است. طیف JONSWAP برای موج‏های تصادفی نیز برای تحلیل سازه تحت اثر امواج تصادفی استفاده شده است.
فصل دوم
آشنایی کلی با انواع سکوهاو نیروهای وارد بر سکو
سکوهای دریایی به سه دسته سکوهای ثابت و سکوهای شناور و سکوهای تطبیقی تقسیمبندی میشوند که هرکدام بر حسب شرایط آب وهوایی و عمق آب دارای انواع گوناگونی میباشند. به علت جلوگیری از تکرار، در اینجا فقط به توضیح انواع خاصی از سکوهای دریایی می پردازیم که نقش مستقیم در بروز ایده سکوی نیمه شناور خرپایی داشته اند.
1-2 سکوهای ستونی (اسپار):
سکوی ستونی نوعی از سکوهای تطبیقی است که مشخصه آنها بدین گونه است که رفتاری شبیه سکوهای ثابت در برابر نیروهای عمودی دارند و در برابر نیروهای جانبی رفتاری شبیه سکوهای شناور دارند.
این سکو از یک سازه بلند و باریک با مقطع یکنواخت تشکیل شده است و برای مهار جانبی آن از کابل های مهاری استفاده می شود که در کف دریا توسط وزنه هایی مهار شده اند. سپس وزنه های نگهدارنده با لنگرهای متداول در کارهای دریایی به کف دریا محکم شده اند. در هنگام طوفان شدید این وزنه ها از کف دریا بلند شده و در نتیجه سکو می تواند بارهای محیطی را با حرکت جانبی خود تحمل کند بدون این که به کابل ها صدمه ای وارد شود.
شکل (1-2) نشان دهنده یک نوع از این سکو است که در کاربردهای استخراج نفت مورد استفاده قرار می گیرد.
شکل (1-2) – سکوی ستونی ساده
2-2 سکوهای ستونی خرپایی (تراس اسپار)
این سکو شامل یک برج عمودی به شکل شبکه خرپایی یا ستون لوله ای است که با اتصال مفصلی به کف دریامتصل میباشد. همچنین به منظور حفظ تعادل چندین مخزن شناوری در نزدیکی سطح دریا به سازه متصل میشود. سکوی اسپار دارای قابلیت تحمل بار زیاد عرشه می‏باشد اما دارای یک سری مشکلات در طراحی می‏باشد. ساخت, حمل و نصب این نوع سکو در آب های عمیق بسیار هزینه بر است و کنترل و مدیریت هزینه‏ها با افزایش عمق مشکل تر به نظر می‏رسد. همچنین اعضا با ابعاد بسیار بزرگ مورد نیاز این نوع سکو‏ها, فقط در نقاط معدودی از جهان ساخته می‏شوند. همچنین حمل این اعضا بزرگ در فواصل زیاد برای رسیدن به محل نصب ریسک پذیری زیادی را به این نوع سازه تحمیل می‏کند.عملکرد این سازه در برابر نیروهای جانبی شبیه یک جسم صلب با یک یا دو درجه آزادی است. در انواع تکامل یافته این سکو ها از یک قسمت خرپایی در پایین سکو برای تعبیه صفحات افقی استفاده می شود که نقش به سزایی در کنترل حرکت سازه در جهت heave و pitch دارد.شکل(2-2) نشان دهنده هر دو نوع این سکوها

مطلب مرتبط :   دانلود پایان نامه دربارهارزش افزوده، قرن نوزدهم، صنعت مواد
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید