تحقیق مقاله اهمیت اکتشاف سوخت جهت تامین انرژی مورد نیاز

-1-مقدمه       

        از آنجا که هیچ ابزاری تا نیازمند بشر نباشد گسترش پیدا نمی کند واز آنجا که تامین انرژی امروزه حرف اول را می زند اکتشاف سوخت وتهیه آن باعث توجه به آبهای عمیق شده است که بعضی از ابزارهای مورد نیاز برای این اکتشافات سازه های دریایی ومهارهای کششی در عمق بیشتر از 1000 متر است،که نیازمند استفاده از متد های بسیار جدید نسبت به متدهای قدیمی و سنتی است.

        سازه های دریایی به طور سنتی برای کاربریهای متنوع استخراج نفت به کار رفته  است.این سازها باید  دارای کارای موثر با ایمنی بالا واز نظراقتصادی بهینه باشند.

        از دیگر سازه ها برای تامین انرژی استفاده از توربین های بادی است امروزه استفاده از توربین بادی مستقر در دریا  OFFSHOR WIND TURBIN   به منظور تامین انرژی خصوصا برای کشورهایی که باد خیز هستند گسترش یافته است. علت این امر هم از نظر صرفه جویی در مصرف و هم از نظر آلودگی هوا کاملا قابل توجیه است.اولین نوع این توربین ها در سال 1991 در دانمارک نصب شد.

        جدا از نظر طراحی سازه ای این سازه ها طراحی پی این گونه سازها بسیر حائز اهمیت است.

استفاده از سازه های دریای در اعماق 3000 تا 6000 متر نگرش وابتکار بالایی را برای طراحی سازه های دریای نسبت به استفاده از شمع های سنتی وسازه های گیردار را می طلبد، که درنتیجه توجه به سازه های معلق مد نظر قرار گرفته است.

        این سازه ها معلق مشابه سازه های دیگر نیاز به مهار هایی برای مقاومت در برابر نیروهای بلند کننده هستند همچنین این مهارها باید در برابر بارهای سیکلیک ناشی از نیروی باد و نیروی موج وهمچنین طوفان های احتمالی مقاومت کنند.

        در ضمن در آبهای که از شمع های سنتی استفاده می شود نیازمند شمع کوب ها و تجهیزات سنگین در دریا است که اجرای آنها بسیار پر هزینه و وقت گیر هستند.همچنین رفتار این گونه شمع ها وعدم دقت آنها در برابر بارهای افقی بسیا رحائز اهمیت است . 

ازدلایل دیگر استفاده از سازه های منعطف آن است که در آبهای عمیق پریود طبیعی مورد قبول برای سازه های گیردار در حدود تغییرات فرکانس موج است که باعث پدیده تشدید خواهد شد و بر اساس نتایج بدست آمده سازه های منعطف دارای پریودی بیشتر از پریود طبیعی موج هستند.در شکل1-1 نمونه ای از سازهای دریایی و توربین های بادی آورده شده است.

(شکل ها در فایل اصلی موجود است)

فصل دوم :

2-1-تعریف شمعهای مکشی:

        یکی از متد بسبار جدید که برای پی های سطحی بکار می رود استفاده از ایده یک سطل برعکس به عنوان پی است ، این نوع پی ها با عمل مکش وبه صورت درجا مانند شمعها  به کار می رود. این  نوع پی ها سبب کاهش در هزینه به علت کاهش مواد مصرفی و همچنین کاهش زمان اجرا خواهند شد.بنا براین برای پی بردن به عملکرد این گونه پی ها شرایط بار گذاری این گونه سازه ها و نوع بارهای آنها برای طراحی حائز اهمیت است .

        شمعهای مکشی که با نامهای صندوقۀ مکشی[1]، شالودۀ سطلی[2]، مهار مکشی[3]، شالودۀ دامنی[4] نیز شناخته می شوند.  یک نمونه از پی های سطحی هستند که با اینکه پیدایش اولیۀمفهوم آنها به اواخر دهۀ 1960 میلادی(Etter&Turpin ، 1967 ) بر می گردد    برای اولین بار در حدود 20 سال پیش معرفی شدند  اما تنها پس از تحقیقات زیاد بود که در دهۀ گذشته بطور گسترده ای در لنگرگاه ها و واحدهای شناور بکار رفتند. اکنون تنها پس از کمتر از 10 سال تحقیق، جایگاه خود را در صنعت نفت پیدا کرده اند. ارجحیت آنها در داشتن ظرفیت بالا برای لنگرگاههای محکم و زنجیری ، در اکثر سایتهای سراسر جهان مانند برزیل، آفریقای غربی، دریای شمال، دریای نروژ و خلیج مکزیک بخوبی شناخته شده اند. (شکل 2-1)

(شکل ها در فایل اصلی موجود است)

شکل2-1: مناطق آبهای عمیق جهان

        استفاده از این نوع پی ها به دلیل مزایایی که نسبت به سایر انواع پی ها دارند  به سرعت در حال گسترش است وبه وفور جای شمع های معمولی را می گیرند.

2-2-مزایای شمعهای مکشی:

از جمله مزایای مهم اینگونه شمعها بطور خلاصه می توان به موارد زیر اشاره کرد :

روشهای طراحی قابل اعتماد هم برای اجرا و هم برای بهره برداری.

رفتار قابل پیش بینی در حین اجرا.

آزادی عمل؛ یعنی عملیات نصب می تواند معکوس شود و دوباره اجرا شود.

هزینۀ پایین در مقایسه با روشهای دیگر از لحاظ مصالح .

این سیستم پی سازه های دریایی را می توان در زمانهای بسیار کوتاه در بعضی موارد کمتر از یک روز نصب کرد.

استفاده از ابعاد مختلف با هر ترکیبی (تعداد و چینش دلخواه ) قابل اجرا هستند که در نتیجه می توان از سختی و ظرفیت پیچشی مورد نظر را تولید کرد.

   شمعهای مکشی چگونه نصب می شوند و چگونه کار می کنند :

         شمعهای مکشی برای دامنۀ وسیعی از انواع سازه های دریایی ثابت و شناور کاربرد دارند، و اثبات شده است که قابلیت تطبیق خوبی با شرایط مختلف خاک، نیازهای سازه ها و نوع و بزرگی نیرو دارند.

صندوقه مکشی استوانۀ فلزی ( بعضا بتنی) تو خالی با قطر زیاد که از انتها باز واز بالا بسته می باشد. صندوقه که معمولاً از شناور مخصوص نصب به آب انداخته می شود، باید به آرامی بر روی بستر دریا قرار گیرد. طریقۀ پایین بردن صندوقه در آب به این صورت است که شیرهای مخصوص موجود در بالای آن باز می شود و هوای محصور در آن به سرعت تخلیه می شود و بدین ترتیب در آب پایین می رود.   برای نصب صندوقه آنرا از نوک که باز است، بر روی بستر دریا قرار می دهند. در این حالت در حالیکه شیر تخلیه آب باز است، شمع تحت وزن خود در داخل بستر فرو می رود با اتمام نفوذ صندوقه بر اثر وزن شیرهای مذکور بسته می شوند که باعث آب بندی صندوقه در برابر خلا که ایجاد خواهد شد نیزمی گردد. سپس آب موجود در قسمت محصور بین بستر و کلاهک فوقان شمع توسط پمپ خارج می شود، این امر باعث کاهش فشار درون صندوقه می شود. اختلاف فشار موجود بین داخل و خارج آن باعث رانده شدن صندوقه به داخل خاک می شود. بعد بسته به نوع طراحی کلاهک روی آن برداشته می شود؛ یا در محل باقی می ماند و کاملاً آب بندی می شود. بدین ترتیب وقتی شمع بخاطر نیروهای آنی و ضربه ای مانند نیروی موج یا ضربه های کشتی ها تحت کشش قرار گیرد در آن مکش ایجاد می شود و از خروجش جلوگیری می شود. در این حالت وزن قطعه ای از خاک که درون شمع است نیز جزء نیروهای مقاوم محسوب می شود که این نیروها باید با نیروی اصطکاک جداره جمع شوند. در صورتیکه نیروها بلند مدت باشند حالت زهکشی شده داریم و نوع خرابی متفاوت است که بعد به تفصیل در مورد انوع خرابی بحث خواهد شد.(شکل 2-2 و2-3و2-4 )

2-3-روشهای نصب

روشهای حمل مانند بلند کردن و گذاشتن مهار  ساخته شده بر روی پاشنۀ یدک کشها، موجود بودن کشتی مناسب، تدارکات و هزینه ها؛ بیشتر از شرایط خود مهار و شرایط خاک و بارهای وارده، نوع شمع و روش نصب را به طراح تحمیل می کنند. اغلب، نوع کشتی های در دسترس دیکته می کند که باید از روش بلند کردن و نصب کردن یا کشیدن و نصب کردن استفاده کرد.

زمان لازم برای نصب هر شمع بسار متغیر بوده و بیش از آنکه به روش نصب بستگی داشته باشد، به خرابی ابزار آلات، وضع هوا، عمق، شکل لنگرکاه و مشکلات تکنیکی بستگی دارد. هر دو روش قابلیت نصب یک مهار را در عمق 350-400 متری در زمان 12 ساعت از خود نشان داده اند.

(شکل ها در فایل اصلی موجود است)

                               شکل 2-5 :مراحل نصب صندوقه

شکل2-6:نمایی از یک سکوی شناور با پایه های کششی و نیروی وارد بر آن

شکل بالا از (Clukey&Morrison,1993)و شکل پایین از(Iskander et. Al, 2002)

برای خارج کردن آب از درون شمع و نصب آن دو متد وجود دارد:

پمپاژ پیوسته[5]

پمپاژ ضربه ای[6]

با مطالعۀ سوابق اجرایی می توا ن دریافت که محدودیتهای هر پروژه تاثیری مهمی بر روش نصب و شیوۀ نظارت بر نصب دارد.

در روش نصب به صورت پیوسته عمل پمپاژ بصورت پیوسته صورت می گیرد ولی در روش ضربه ای پمپاژ به صورت نوسانی صورت می گیرد که البته اجرای آن نسبت به متد قبل نیازمند سیستو مجهز تری است وز ازنظر اجرایی کمی سخت تر و مستلزم زمان بیشتر است ولی دارای مزایای بیشتری از جمله موارد زیر است(Allersma 2001):

اختلاف فشار بیشتری  به طور مستقیم در دسترس است.

کنترل متناوب سیستم پمپ لازم نمی باشد.

از پدیده کاویتاسیون پمپ جلوگیری می کند.

روند نفوذ آن موثر تر است.

اساساً ریسک نفوذ در خاکهای درشت د انه وبستر نا هموار کاهش می دهد.

اجرای شمع را با قطر کمتر مقدور می سازد.

2-4-رفتار خاک در حین نصب شمع

در تحقیقات Andersen &Jostad (2002) مشخص شد در هنگام نفوذ شمع توسط وزن خود، خاک درون شمع نیز بهمراه خود شمع به پائین می رود.تغییرمکان خاک در اطراف شمع بیشتر در ناحیهای به ضخامت جدارۀ شمع از بر خارجی آن مشهود است. البته تغییرمکانهایی در نقاط دورتر نیز رخ می دهد.

Chicata&Tassoulas        (2000) در مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلهای عددی خود در رس به این نتیجه رسیدند که اصطکاک تولید شده در جداره داخلی شمع در هنگام نفوذ بواسطه وزن شمع، بیشتر از اصطکاک تولید شده در جداره بیرونی آن است . علت آن محدود [7]بودن خاک درون صندوقه بوسیله دیواره شمع است که باعث افزایش تنش قائم و در نهایت نیروی اصطکاک می شود. در هنگام نصب شمع با مکش نیز نیروی اصطکاک داخلی بیشتر است هر چند نیروی اصطکاک خارجی زودتر فعال می شود.

در هنگام نفوذ شمع توسط مکش،خاک محبوس درون شمع به سمت بالا حرکت می کند. در این حالت خاک درون شمع هیچگونه تمایلی برای حرکت بسمت پائین از خود نشان نمی دهد(Andersen and Jostad 2002).

همانطور که گفنه شد، بیشترین تغییرمکانها در ناحیه ای به ضخامت جداره دیده می شود، که ناحیۀ بهم خورده[8]نامیده میشود. آنالیزهای اجزا محدود نشان می دهند که ضخامت این ناحیه کمتر از ضخامت جداره است، هر چند در عمل ممکن است چنین نباشد