لوله گذاري در دريا (بخش اول)

بدضعیفمتوسطخوبعالی (4٫31 از 5)
Loading...

1) مقدمه
1-1) پيشگفتار
انسان همواره نيازمند انتقال سيالات از مکاني به مکان ديگر بوده است. برخي سيالات بايد در احجام بزرگ و در مسيرهاي طولاني جا به جا شوند: آب، نفت، گاز طبيعي، اتيلن و دياکسيد کربن از اين قبيل سيالات هستند. سيالات ديگر بايد در کميتهاي کوچکتر يا در مسيرهاي کوتاهتري انتقال بيابند که از جمله آنها ميتوان بخار، نيتروژن، هواي فشرده، خون، شير، نوشيدنيهاي مختلف، هليم، جيوه، نيتروگليسيرين و مواد شيميايي را نام برد.
براي انتقال سيالات اصولاً سه راه وجود دارد. اولين راه شامل ريختن سيال در يک مخزن، انتقال مخزن پر شده به محل مورد نياز و خالي کردن آن است. مخزن متحرک و روش پر و خالي کردن آن اجزاي اصلي اين روش هستند. دومي عبارت است از ساخت يک لوله (يا کانال) از جايي که سيال وجود دارد به جايي که ميخواهم برود و سپس سيال بوسيله پمپ انتقال مييابد. قناتها نيز که براي انتقال آب زيرزميني در مسافتهاي کوتاه و بلند در مناطق مختلفي از کشورمان ساخته شدهاند از اين دست ميباشند. سومين گزينه، که گاه در ترکيب با دو روش قبلي استفاده ميشود، عبارت است از انتقال سيال درون يک جامد يا درون يک سيال ديگر که راحتتر انتقال مييابد.
روش انتقال با مخزن، انعطاف پذير بوده و اغلب هزينههاي اساسي کمتري دارد. اين روش بطور تغييرناپذيري براي احجام کوچکتر از سيالات با ارزشي همچون جيوه، نوشيدنيها، خون و هليم استفاده ميشود. مخزن، سيال را در مقابل آلودگيها محافظت ميکند. ميزان خطر نشت سيال از مخزن و آسيب رسيدن به محيط به سلامت مخزن و ايمني آن بستگي دارد. به عنوان مثال در خشکي در مسيرهاي طولاني مواقعي که خط لوله وجود ندارد، نفت بوسيله راه آهن منتقل ميشود. براي مثال، طي قراردادي ميان روسيه و چين، در سال 2005 ده ميلييون تن نفت خام از طريق ريل به چين صادر خواهد شد. نفت از روسيه مرکزي نيز به همين شيوه به شرق دور روسيه منتقل ميشود. اين روش به دليل انعطاف پذيرياش بطور گستردهاي براي انتقال نفت و گاز طبيعي مايع در دريا استفاده ميشود. به عنوان مثال، نفت خليج فارس توسط نفتکشها به اروپا و چين و … صادر ميشود. يک نفتکش ميتواند نفت را در يک سفر از خاور ميانه به ژاپن و در سفر ديگر از آلاسکا به کاليفرنيا حمل کند؛ در حين سفرها محموله ميتواند فروخته شود و دوباره فروخته شود، به مقصد ديگري برگردانده شود و يا بخشي از محموله در مقصد ديگري تخليه شود.
نوع انتقال بوسيله خط لوله در مقام مقايسه نسبتاً غير قابل انعطاف است. خط لوله يک سرمايه ثابت با هزينههاي اساسي نسبتاً بالا است. اگرچه، همين که خط لوله در مکان خود واقع شد، هزينههاي عملياتي و تعمير و نگهداري نسبتاً کم هستند و خط لوله عمر عملياتي حدود 40 سال يا بيشتر دارد. يک خط لوله ممکن است نسبت به جنگ يا حملات تروريستي آسيب پذير باشد يا نسبت به توقف سرويس توسط مناسبات سياسي يک يا چند کشور که خط لوله از خاک آنها ميگذرد. همين فاکتور است که اجراي خط لوله براي حمل نفت از خاور ميانه به اروپا را محدود کرده است و همچنين مانع ساخت خط لوله گاز از ايران به هند شده است. انتقال بوسيله خط لوله انرژي کمي را به هدر ميدهد. مناسبترين مثال در اين زمينه مقايسه بين انتقال گاز طبيعي بوسيله خط لوله از يک طرف و ميعان و سپس انتقال از دريا بوسيله نفتکش و مجددا تبديل آن به گاز از طرف ديگر است. حتي در يک مسافت بلند، عمليات اداره يک خط لوله کمتر از 10 درصد انرژي گاز حمل شده را مصرف ميکند، در حالي که گزينه ميعان گاز بيش از 30 درصد انرژي گاز را مصرف ميکند. همين مزيت بزرگ باعث توسعه اين روش به بستر درياها شده است[1]. از طرفي زماني که مقدار قابل توجه از يک مايع قرار است در يک مسير ثابت و کوتاه(همچون فاصله ميان چاههاي نفت در دريا و تاسيسات ساحل) بطور پيوسته در طولاني مدت انتقال يابد، روش مخزن انعطاف پذيري خود را از دست خواهد داد.

2-1) تاريخچه لوله گذاري زير دريايي
سابقه احداث خط لوله زيردريايي به بعد از جنگ جهاني دوم برميگردد. در 14 نوامبر سال 1947، شرکت کِرمکگي به کمک شرکت براون و روت احداث اولين پلاتفرم فراساحلي توليد کننده نفت را کامل کردند و اين روز را به عنوان تولد صنعت فراساحلي مدرن نامگذاري کردند. اين پلاتفرم در 20 مايلي ساحل لوئيزيانا و در عمق 20 فوتي خليج مکزيک احداث شد. بعد از اين واقعه شرکتهاي مختلفي کار طراحي و ساخت پلاتفرمهاي فراساحلي را به جهت استخراج نفت از بستر دريا ادامه دادند.
با توسعه جهاني فعاليتهاي اکتشاف نفت در درياها و اقيانوسها در دهههاي 50 و 60 ميلادي در آبهاي هميشه عميقتر اين سئوال پرسيده ميشد که «چگونه توليدات اين ثروتهاي عظيم تازه کشف شده به تجهزات ساحلي منتقل خواهد شد؟». يکي از راههاي انتقال هدروکربنها به ساحل خطوط لوله خوابيده شده در بستر دريا (يا مدفون زير بستر دريا) است. علاوه بر اين خطوط اصلي (انتقال از سر چاه به ساحل)، ميداني با پيچيدگي زياد معمولاً به تعدادي خط جريان درون ميداني که امکانات زيردريايي را به پلاتفرم اصلي متصل ميکند نيازمند است.
تا سال 1969، ابزار استفاده شده براي خواباندن اين خطوط لوله بطور انحصاري شامل بارجهاي ته پهن که بوسيله لنگرها کنترل ميشدند بود. بعلاوه، تا آن زمان اکثر خط لولهها در آبهاي نسبتاً سطحي و درياهاي آرام خوابانده ميشدند. در اوايل دهه 70 نياز براي خطوط لولهاي که بايد در آبهاي عميق و شرايط محيطي شاق خوابانده شوند ديده شد.
براي برآوردن اين احتياجات صنعت، ابزار لوله گذاري پيشرفته جديدي طراحي و ساخته شد. دو مورد از مهمترين پيشرفتها عبارت بودند از:
• کِشندههاي طولي با ظرفيت بالا که مستقيماً بر لوله عمل ميکرد و منجر به کاهش طول استينگر ميشد.
• انتقال اصل نيمه زير آبي از عمليات حفاري دريايي به تکنولوژي بارج لولهگذار.
شرکت وسترن گر براي توسعه سيستمهاي کشش خواباندن کابل به اولين سازنده ابزار کشش لوله مبدل شد. سيستم کشش بر پايه شنيهاي هدروليکي کاترپيلار بود که يک فشار چند جانبه مستقيم به سطح خارجي خط لوله اعمال ميکرد.
شرکت سانتا في با اتمام بارج چوکتاو در سال 1969 اصل نيمه- زيرآبي را اتخاذ کرد. چوکتاو و همتاي آن چوکتاو2، بارجهاي لولهگذار نيمه زيرآبي با جرثقيل گردان بر روي يک جفت تنه کشتي بودند.
اين شناورها و شناور ETPM’s 1601 به بارجهاي لولهگذار نسل دوم شهرت يافتند تا از بارجهاي ته پهن (نسل اول) که در خليج مکزيک کار ميکردند، تمييز داده شوند.
اگرچه چوکتاو و چوکتاو2 صدها کيلومتر خط لوله را خواباندند و اين کار را بطور قابل ملاحظهاي بهتر از بارجهاي لولهگذار متعارف انجام دادند، آنها هنوز به آبهاي نسبتاً سطحي و درياهاي آرام محدود بودند. اين بوسيله زمان تعطيلي قابل ملاحظه تجربه شده در حين نصب خطوط شاخه اصلي در درياي شمال در طول نيمه اول دهه 1970 ثابت شد. به هر حال، اين شناورهاي نسل دوم تواناييهاي بهبود يافته نگهداري ايستگاه نيمه زير آبيها را نسبت به نسل قبلي به اثبات رساندند.
در اواسط دهه 1970 اولين شناورهاي لولهگذار نسل سوم وارد بازار شدند. اين بارجها با موفقيت خطوط اصلي با قطر بزرگ را تا عمق 600 متر خواباندند. با ادامه کار در اوايل دهه 90 روش J-lay (در مقابل روش S-lay) ابداع شد که قابليت نصب خطوط لوله در آبهاي عميق و فوق عميق را به ارمغان آورد(تعريف آبهاي عميق در ميان شرکتها و کشورهاي گوناگون متفاوت است، اما مشهورترين معيار قابل قبول عبارت است از 1500 فوت و بيشتر براي آبهاي عميق و 5000 فوت و بيشتر براي آبهاي فوق عميق).
براي درک بهتر از روند توسعه صنعت لوله گذاري دريايي مهمترين وقايع و تحولات آن در زير ارائه ميشود[4]:

  • 1954: اولين خط لوله فراساحلي توسط شرکت براون و روت در خليج مکزيک خوابانده شد.
  • 1958: اولين بارج لولهگذار مخصوص با هدف لوله گذاري (BAR 207) توسط شرکت براون و روت طراحي و ساخته شد.
  • 1959: خط لوله انعطاف پذير توسط شرکت شل در خليج آمريکا نصب شد.
  • 1961: روش تثبيت موقعيت ديناميکي براي اولين بار استفاده شد.Eureka – H. Shatto
  • 1961: روش لوله گذاري با قرقره ايجاد شد Aquatic Contractors.
  • 1961: اولين ايجاد کننده شيار براي خط لوله زير آبي ساخته شد Orinoco/Phillips.
  • 1962: اولين شناور لولهگذار قرقرهاي تجارتي به آب انداخته شدU-303.
  • 1963: عمق لوله گذاري به 264 فوت رسيدCalifornia – shell.
  • 1966: نسل دوم بارج لولهگذار به کار گرفته شد(North sea-Brown& Root).
  • 1966: خط لوله دوقلو در شرايط جريان آب عرضي با سرعت 8 نات خوابانده شدMcDermott – Cook Inlet.
  • 1967: استينگر و کشنده در عمليات لوله گذاري استفاده شد.
  • 1967: خط لوله hot-tap بوجود آمدOcean systems – Union Carbide.
  • 1969: اولين شناور لوله گذار با رمپ مرکزي به آب انداخته شد.LB 22-McDermott.
  • 1969: اولين شناور لولهگذار نيمه زيرآبي ساخته شدChoctaw I- Sante Fe.
  • 1974: عمق لوله گذاري از 1000 فوت گذشت Castoro V – Saipem.
  • 1975: عمق لوله گذاري به روش قرقرهاي از 1000 فوت گذشت. Chickasaw.
  • 1977: نصب خط لوله به روش يدک کشيدن از زير دريا امتحان شد.
  • 1978: اولين خط لوله به روش يدک کشيدن نصب شد Statfjord.
  • 1979: عمق لوله گذاري از 2000 فوت گذشت Castoro VI – Sicily.
  • 1993: اولين عمليات لوله گذاري به روشJ-lay انجام شدMcDermott-Shell.
  • 1993: اولين خط جريان (درون ميداني) threaded نصب شد BP.
  • 2000: عمق لوله گذاري به روش S-lay از 3000 فوت گذشت.(McDermott-Shell Brutus).

شايان ذکر است که سهم توليد نفت از منابع دريايي از مقدار ناچيزي در سال 1947 شروع شد و به طور مداومي افزايش يافت تا در سال 1974 به حدود 14 درصد و در سال 2000 به 31 درصد کل توليد نفت در جهان رسيد. در همين مدت، توليد گاز طبيعي به حدود 246 ميليارد فوت مکعب در روز رسيد که 27 درصد آن از منابع دريايي تامين ميشد. در اين ميان، خليج مکزيک بزرگترين محل فراساحلي اکتشاف، حفاري و توسعه نفت در دنيا بوده است. هم اکنون در آبهاي فلات قاره لوييزيانا و تگزاس قريب به 4000 پلاتفرم فعال، 35000 حلقه چاه و 29000 مايل خط لوله وجود دارد. بر پايه نفت معادل، خروجي توليد شده از خليج مکزيک نزديک به 25 درصد از توليد نفت و گاز ايالات متحده را تامين ميکند و پيش بيني ميشود اين مقدار به 33 درصد در سال 2010 ميلادي برسد. در دهههاي اخير درآمد حاصل از اجاره منابع دريايي دومين درامد مالياتي فدرال در خزانه ايالات متحده بوده است. طي 30 سال گذشته جستجو براي نفت و گاز به طور مستمر به آبهاي عميقتر (بطور عادي اکتشاف در عمق 10000 فوت و توليد در عمق 5000 فوت) و به محيطهاي دريايي جديد (از خليج مکزيک و درياي شمال به برزيل، آفريقاي غربي، خليج فارس و … ) منتقل شده است. اما خليج مکزيک هنوز آزمايشگاه اصلي نوآوريهاي تکنولوژيکي در اين زمينه است[5].
در اين ميان ميتوان خليج فارس را از بزرگترين رقباي خليج مکزيک در توليد نفت و گاز از منابع دريايي دانست. وجود منابع بزرگ نفت و گاز در اين خليج کم عمق به يکي از بزرگترين منابع مالي کشورهاي سهم در آن مبدل شده است. بنابراين بايد انتظار داشت که با توسعه ميادين نفت و گاز خليج فارس در آيندهاي نزديک شاهد وضعيتي همچون خليج مکزيک باشيم. نکته اين که ايران بزرگترين مالک آبهاي خليج فارس و در نتيجه نفت و گاز موجود در آن است. بنابراين شايسته است که براي روشنتر شدن اهميت موضوع به بيان خلاصهاي از وضعيت نفت وگاز در ايران بپردازيم.
بر اساس تحليل مؤسسه اطلاع‌رساني انرژي (EIA) امريکا در ماه آگوست سال 2004، اقتصاد ايران بيشتر به درآمد حاصل از صادرات نفت وابسته است. اين در آمد حدود 80 درصد کل درآمد صادرات، 40 الي 50 درصد بودجه دولت و 10 الي 20 درصد توليد ناخالص داخلي را شامل مي‌شود. بودجه 127 ميليارد دلاري سال 2004- 2005 (1384) ايران بر اساس پيش‌بيني قيمت نفت بشکه‌اي 90/19 دلار تنظيم شده است. اين در حالي است که قيمت نفت خام ايران در سال 2003 در حدود بشکه‌اي 26 دلار بود و پيش بيني قيمت نفت در سال 2004 معادل بشکه اي 30 دلار است. کسري بودجه ايران سابقه طولاني دارد که بخش بزرگي از آن مربوط به 7/4 ميليارد دلار يارانه اي است که دولت براي مواد غذايي و بنزين پرداخت مي‌کند. در چند سال گذشته افزايش در آمد حاصل از صادرات نفت کمي ‌اين مشکل را متعادل کرده و باعث بهبود وضعيت اقتصادي شده است. ايران از افزايش يک دلار براي هر بشکه نفت در آمدي معادل 900 ميليون دلار به دست مي‌آورد. درآمد بيش از 15 ميليارد دلار حاصل از فروش نفت بايد به صندوق ذخيره ارزي واريز شود.
ايران در تلاش است با سرمايه گذاري در آمد حاصل از نفت در زمينه‌هاي متفاوت تنوع اقتصادي ايجاد کند. اين کشور سعي دارد با ايجاد موقعيت‌هاي مطلوب سرمايه‌گذاري ميليارد‌ها دلار سرمايه خارجي جذب کند.
بر اساس گزارش مجله گاز و نفت مورخ 1/1/2004 منابع نفتي ايران به 8/125 ميليارد بشکه مي‌رسد که معادل 10 درصد کل منابع نفتي دنيا است (در حالي که مساحت ايران تنها حدود 5 درصد مساحت خشکيهاي کره زمين است). بخش عظيم منابع نفتي ايران در جنوب غربي خوزستان نزديک به مرز عراق و خليج فارس قرار دارد. تعداد حوزه‌هاي نفتي بزرگ ايران به 32 حوزه مي‌رسد که 25 حوزه آن در خشکي و 7 حوزه در دريا واقع شده است. در شش ماه اول سال 2004 ، ايران 1/4 ميليون بشکه در روز نفت توليد کرد که 9/3 ميليون بشکه آن نفت خام بود.
ظرفيت حوزه‌هاي فعلي نفت هر سال با کاهش طبيعي 200 هزار تا 250 هزار بشکه در روز روبروست و اين امر نشان دهنده نياز مبرم اين حوزه‌ها به مدرن شدن و بهنه شدن است.
ايران روزانه 6/2 ميليون بشکه نفت صادرمي‌کند که بازارهاي اصلي آن ژاپن، چين، کره جنوبي، تايوان و کشورهاي اروپايي هستند. اين کشور بزرگترين صادرکننده نفت خام سنگين در خاورميانه نيز به شمار مي‌آيد.
مصرف نفت داخلي ايران در سال 2003 به 4/1 ميليون بشکه در روز رسيد. اين رقم با افزايش جمعيت و بزرگ شدن اقتصاد ايران رو به افزايش است. ايران سالانه 3 ميليارد دلار يارانه براي محصولات نفتي پرداخت مي‌کند. اين کشور همچنين سالانه حدود 2 ميليارد دلار براي واردات محصولات نفتي هزينه مي‌کند. در حال حاضر قيمت بنزين در ايران يکي از ارزان‌ترين قيمت‌هاي دنيا است.
در اکتبر سال 1999 ايران بزرگترين اکتشاف نفت خود در طول 30 سال گذشته را اعلام کرد. در اين اکتشاف يک حوزه نفتي بزرگ به نام آزادگان در جنوب غربي خوزستان کشف شد. ظرفيت حوزه نفتي آزادگان حدود 26 ميليارد بشکه تخمين زده شده است. همچنين در فوريه سال 2001 شرکت ملي نفت ايران خبر از کشف يک منبع نفتي بسيار بزرگ به نام دشت آبادان در آبهاي کم عمق بندر آبادان داد. بر اساس خبر اعلام شده احتمال مي‌رود دشت آبادان ذخيره نفتي به اندازه آزادگان داشته باشد.
ايران همچنين داراي 940 تريليون فوت مکعب ذخاير گاز طبيعي است. با چنين رقمي‌ايران پس از روسيه دومين توليد کننده بزرگ گاز طبيعي در دنيا محسوب مي‌شود. حوزه‌هاي بزرگ گاز ايران عبارتند از: پارس جنوبي (280 الي500 تريليون فوت مکعب)، پارس شمالي(50 تريليون فوت مکعب)، کنگان (29 تريليون فوت مکعب)، نار( 13 تريليون فوت مکعب)، خانگيران (11 تريليون فوت مکعب) و بسياري ديگر.
بر خلاف افزايش روزافزون مصرف داخلي گاز طبيعي، ايران کشور مستعدي براي صادرات گاز محسوب مي‌شود. در حال حاضر گاز طبيعي تقريبا نيمي ‌از مصرف کل انرژي ايران را شامل شده و دولت در تلاش است سهم گاز طبيعي را در مصرف انرژي در اين کشور افزايش دهد.
بزرگترين حوزه گاز طبيعي ايران در پارس جنوبي واقع شده است. بررسي‌هاي اخير نشان داده است که اين حوزه 280 تريليون فوت مکعب گاز طبيعي دارد. اين در حالي است که برخي آمارها حاکي از ذخيره 500 تريليون فوت مکعبي گاز در اين منطقه است. توسعه و بهره برداري از پارس جنوبي در حال حاضر بزرگترين پروژه انرژي در ايران است. اين پروژه تا کنون موفق به جذب 15 ميليارد دلار سرمايه‌گذاري شده است.
پيش بيني مي‌شود توليد گاز طبيعي در فازهاي 1 تا 14 پارس جنوبي تا سال 2005 به 218 هزار و تا سال 2015 به 628 هزار بشکه در روز برسد (آمار شرکت فکتز).
به گزارش وزارت نفت ايران فروش گاز پارس جنوبي به مدت 30 سال درآمدي معادل 11 ميليارد دلار در سال براي اين کشور ايجاد خواهد کرد.
در ژانويه سال 2002 خط لوله گاز بين ايران و ترکيه راه اندازي شد. صدورگاز ايران به ترکيه تا سال 2007 به 350 ميليارد فوت مکعب مي‌رسد. در اکتبر سال 2002 آژانس بين‌المللي انرژي اتمي‌ پيش‌بيني کرد ايران بزرگ‌ترين تأمين‌کننده گاز دنيا در آينده خواهد بود. ايران تصميم دارد صادرات گاز طبيعي خود به اروپا را تا سال 2007 به 300 ميليارد فوت مکعب در سال برساند. در ماه مارس 2002 نيز ايران توافقنامه‌اي را با يونان امضا کرد که بر اساس آن لوله‌هاي صدور گاز طبيعي به ترکيه به شمال يونان نيز کشيده شوند. پيش بيني مي‌شود از طريق همين لوله‌ها گاز طبيعي به کشورهاي روماني و بلغارستان نيز منتقل شود. اتريش نيز در ژانويه سال 2004 تفاهم نامهاي را با ايران در خصوص همکاري جهت ايجاد خط لوله گاز 4 ميليارد دلاري «نابوکو» از ايران به ترکيه و سپس به اتريش امضا کرد. چنانچه تصميم ايجاد چنين خط لولهاي در پايان امسال قطعي شود، صادرات گاز ايران به اتريش در سال 2009 آغاز خواهد شد. ايران و هندوستان نيز تفاهم نامه مشابه را در سال 1993 براي ايجاد خط لوله گاز طبيعي امضا کردند که ايجاد اين خط لوله به دليل شرايط سياسي و امنيتي منطقه تاکنون عملي نشده است. هندوستان يکي از مشتريان گاز طبيعي فازهاي 7 و 8 پارس جنوبي به شمار خواهد آمد. پيش بيني مي‌شود گاز طبيعي صادر شده به هندوستان به 5 ميليون تن در سال برسد و به مدت 20 سال ادامه داشته باشد. تاريخ احتمالي شروع صادرات گاز پارس جنوبي به هندوستان سال 2010 پيش بيني شده است. چين نيز از جمله کشورهاي علاقمند به خريداري گاز طبيعي ايران است. در ماه مارس 2004 خبرگزاري‌ها اعلام کردند که شرکت چنين «زوهاي زنرونگ» موافقت پارلمان چين را براي خريد 20 ميليارد دلار گاز طبيعي از ايران در طول 25 سال جلب کرده است. واردات چين از سال 2008 آغاز خواهد شد. در حال حاضر همين شرکت قرارداد خريد روزانه 240 هزار بشکه نفت از ايران را نيز در اختيار دارد.
با توجه به مطالب فوق و اين نکته که اغلب منابع بزرگ دريايي کشورمان با کشورهاي همسايه مشترک است، ميتوان به اهميت صنايع فراساحلي در ايران پي برد.
سابقه صنعت فراساحلي در ايران به پيش از انقلاب اسلامي بر ميگردد. در آن زمان شرکتهاي غير بومي(عموماً امريکايي) کار نصب سکوها و خطوط لوله زيردريايي را انجام ميدادند. پس از انقلاب و با شروع جنگ هشت ساله با عراق، صنعت فراساحلي متوقف شد و مجدداً پس از جنگ در دهه 90 شروع شد. از جمله اين فعاليتها ميتوان ترميم سکوهاي حوزه نفتي ابوذر، توسعه ميدان نفتي سلمان و ميدان گازي پارس جنوبي را نام برد. با شروع مجدد فعاليتهاي فراساحلي و با هدف داخلي سازي اين صنعت، نصب خطوط لوله زيردريايي نيز در حوزه فعاليت شرکتهاي داخلي قرار گرفت به طوري که شرکت تاسيسات دريايي ايران اولين کارخانه پوشش ده لولههاي دريايي را در سال 1997 و اولين بارج لولهگذار خود (ابوذر 1200) را در سال 2000 به بهره برداري رسانيد. اولين خط لوله نصب شده توسط اين بارج فاز يک پارس جنوبي به طول حدود 105 کيلومتر بود که اخيراً به بهره برداري رسيده است. با بهره برداري از اين پروژه روزانه دو ميليون و پانصد هزار متر مکعب گاز طبيعي و چهل هزار بشکه ميعانات گازي توليد خواهد شد. سهم شرکتهاي ايراني در ساخت و بهره برداري از اين پروژه 70 درصد بوده است که ساخت و نصب خط لوله زير دريايي نيز از آن جمله بوده است. اين پروژه در نوع خو بينظير بوده و يکي از افتخارات ملي محسوب ميشود. بارج ابوذر 1200 هم اکنون در حال نصب خط لوله پروژه سلمان (توسعه ميدان نفتي سلمان) است. اما اين بارج به تنهايي جوابگوي پروژه هاي عظيم کشور نميباشد. بنابراين شرکتهاي خارجي هنوز سهم زيادي در نصب خطوط لوله زيردريايي در خليج فارس دارند. همزمان با نصب خط لوله فاز 1 پارس جنوبي، شرکت هوندايي کره کار نصب خطوط لوله فازهاي 2 و 3 را انجام داد. سال گذشته نيز خط لوله فازهاي 4 و 5 همين پروژه به طول حدود 200 کيلومتر توسط شرکت سايپم ايتاليايي به اتمام رسيد. هم اکنون شرکت آلسيس از کشور هلند در حال نصب خط لوله فازهاي 6 و 7 به طول 200 کيلومتر توسط بارج Solitaire ميباشد. بارج لولهگذار مذکور بزرگترين بارج لولهگذار جهان است که قابليت خواباندن 6 کيلومتر خط لوله را در روز دارد (شکل 1).
شرکتهاي صنايع دريايي ايران (صدرا) و صنايع دريافن قشم (صدف) در تلاشاند با اتمام ساخت بارج لولهگذار صدفـصدرا 132 به جمع فعالان لوله گذاري در خليج فارس بپيوندد. اين بارج قرار است عمليات نصب خط لوله فاز 8 پارس جنوبي را انجام دهد.
نکته اين که هر کدام از پروژه هاي فوق ميليونها دلار براي کشور هزينه در برخواهد داشت و انجام هر کدام از آنها توسط شرکتهاي داخلي به صرفه جويي ارزي قابل توجه مي انجامد.

شکل 1) بارج لوله گذار Solitaire، بزرگترين بارج لوله گذار در جهان به طول 368 متر و قابليت 6 کيلومتر لوله گذاري در روز

با توجه به اين که دانشگاهها و مجامع علمي هر جامعهاي نقش بزرگ و غير قابل انکاري در توسعه و پيشرفت صنعت و تکنولوژي در آن جامعه دارند، جاي سئوال است که آيا جامعه علمي کشور ما تاکنون فعاليتي در جهت رشد و توسعه اين فن آوري(لولهگذاري دريايي) داشته است؟ تا آنجا که نگارنده مطلع است در ميان اسناد و مدارک علمي کشور فقط يک پايان نامه کارشناسي ارشد موجود است که مرتبط با صنعت لولهگذاري زيردريايي ميهباشد[6]. اين تحقيق نيز به تحليل ديناميکي لولههاي زيردريايي پس از نصب ميهپردازد. بنابراين تاکنون هچ نوشتهاي به زبان فارسي در مورد نصب خطوط لوله در بستر دريا وجود نداشته است. اين در حالي است که اين موضوع براي کشور در حال توسعهاي چون ايران که مالک نفت خيزترين آبهاي جهان (آن هم مشترک با همسايگان مرزي) است، بيهنهايت استراتژيک و مهم است.
بنابراين واضح است که هدف از اين تحقيق بعد از آشنايي خود نگارنده با اين موضوع، عبارت است از باز کردن فصلي مقدماتي به اميد اينکه در آينده نزديک شاهد انجام کارهاي پيشرفتهاي در دانشگاهها باشيم. از اين رو مطالبي در اين نوشته آورده شده است که شايد از نظر متخصصان و آشنايان به اين فن نامربوط به عنوان اصلي و يا توضيح واضحات به نظر آيد. اين مطالب صرفاً براي آشنايي دانشجويان و به جهت ترغيب ايشان به تحقيق پيرامون مسائل مختلف اين موضوع گنجانده شده است.
در انتها بايد يادآور شويم که اگرچه خطوط لوله زيردريايي بيشتر براي انتقال نفت و گاز استفاده ميهشوند؛ اما موارد ديگري نيز همچون انتقال آب شرب وجود دارد. خط لوله قشم- بندر عباس براي انتقال آب شرب که هم اکنون در حال ساخت ميهباشد نمونهاي از اين دست ميباشد.

3-1) نکات مهم در طراحي خطوط لوله زير دريايي
بعد از آنکه استفاده از خط لوله زير دريايي براي انتقال در يک پروژه خاص از نظر اقتصادي و استراتژيکي و غيره، توجيه پذير ارزيابي شد، خط لوله بايد توسط گروهي از متخصصين طراحي شود که يکي از مهمترين مراحل پروژه خواهد بود. مراحل مختلف طراحي يک خط لوله زيردريايي به اختصار عبارتند از:
اولين وظيفه طراح سيستم خط لوله انتخاب مسير آن است. گاهي اين وظيفه ساده و روشن است. اگر بستر دريا هموار باشد، يک خط مستقيم بين نقاط انتهايي کوتاهترين و اقتصاديترين مسير است. اما بيشتر اوقات موانع و تقاطع هايي وجود دارند که طراح را مجبور به انتخاب يک مسير پيچيده تر مينمايند. فاکتورهاي درگير ممکن است فيزيکي يا محيطي يا سياسي و يا مربوط به استفاده هاي ديگر انسان از بستر دريا باشد.
وظيفه بعدي تصميم گيري در مورد قطر خط لوله است. اين تصميم عمدتاً به عهده هيدروليک است. اگر قطر خيلي کوچک باشد، افت فشار بين دو انتها بسيار زياد خواهد بود. اما اگر قطر خيلي زياد باشد، هزينه بطور غير ضروري زياد خواهد شد و مدهاي جريان نامطلوب ممکن است رخ دهد. سپس طراح بايد مشخص کند که خط لوله فولادي، مختلط و يا انعطاف پذير است و سپس تصميمات جزئي در مورد ترکيبات و مشخصات مواد بگيرد. اين انتخاب با فاکتورهاي اندرکنشي زيادي همچون مقاومت در برابر خوردگي، قابليت جوش پذيري، مقاومت، استحکام در برابر شکست و هزينه درگير است.
انتخاب بعدي ضخامت ديواره خط لوله است. اين اصولاً يک مسئله مهندسي سازه است، بطوري که طرا ح مجبور است اطمينان حاصل کند که لوله براي مقاومت در برابر انواع بارگذاري ها از جمله فشار داخلي، فشار خارجي، خمش و خستگي در حين ساخت، نيروهاي متمرکز و ضربه به اندازه کافي قوي است.
تقريباً همه خطوط لوله زير دريايي يک پوشش خارجي براي حفاظت از خوردگي دارند که با يک سيستم حفاظت کاتديک تکميل ميشود. حفاظت کاتديک در صورت آسيب ديدن پوشش ضدخوردگي از خوردگي خارجي حفاظت ميکند. بسياري از خط لوله ها پوشش وزني اضافي بتني دارند تا پايداري آن ها را در برابر موج ها و جريانات آب تامين کند و پوشش ضدخوردگي را در برابر آسيب هاي مکانيکي حفاظت کند. برخي خط لوله ها يک يا چند لايه اضافي از عايق حرارتي دارند که براي نگهداري سيال درون خط لوله در دماي بالا لازم است. برخي از خط لوله ها براي حفاظت در برابر خوردگي يا براي تامين سطح داخلي صاف و صيقل براي کاهش مقاومت در برابر جريان پوشش هاي داخلي دارند.
يک خط لوله بايد قابل ساخت باشد. طراح بايد محدوديت هاي سيستم هاي ساخت موجود و چگونگي طراحي خط لوله که بتواند بطور اقتصادي و ايمن ساخته بشود را بداند. انتخاب تكنولوژي اجرا، به فاكتورهاي ذيل بستگي دارد: تجهيزات و تكنولوژي لوله گذار، شرايط محيطي، هزينه ها و مهمتر از همه، قطر لوله و عمق گذاري.
بسياري از خط لوله ها در شيارهاي طولاني قرار ميگيرند و يا در خاک مدفون ميشوند که اين کار به جهت تهيه پناهگاه در مقابل نيروهاي هيدروديناميکي براي حفاظت آن ها در مقابل آسيب هاي مکانيکي يا براي تهيه عايق حرارتي و مقاومت در برابر کمانش قائم انجام ميگيرد.
خط لوله ها هميشه بطور پيوسته در تماس با بستر دريا نيستند، و گاهي ممکن است دهانه هايي که خط لوله از روي نقاط پست پروفيل بستر دريا پل ميزند وجود داشته باشند. دهانه ها ممکن است مسائل سازه اي مختلفي را بوجود بياورند و ممکن است نياز به اصلاح داشته باشند. بستر درياي ناهموار همچنين ميتواند باعث ايجاد کمانش قائم شود که در آن خط لوله روي کف دريا قوس ميزند که بايد در اين مورد خيلي احتياط کرد و اگر نياز بود پروفيل بستر اصلاح شود. خطوط لوله ميتوانند بطور جانبي نيز کمانش کنند.

2) روش هاي مختلف لوله گذاري
از ابتداي شروع لوله گذاري در دهه 50 تاکنون روش هاي مختلفي براي نصب خطوط لوله در بستر دريا بکار گرفته شده است. در يک دسته بندي کلي ميتوان اين روش ها را به دودسته زير تقسيم کرد:

1-2) لوله گذاري با روش کشيدن
در اين روش خط لوله در کارگاهي در ساحل ساخته ميشود و سپس بوسيله يک يا جند شناور يدک کش به محل مورد نياز در دريا کشيده ميشود. اگر خط لوله خيلي بلند باشد آن را در قطعات متعددي ساخته و به محل حمل ميکنند و در آنجا به يکديگر متصل ميکنند. روش مذکور عموماً براي خطوط لوله کوتاه از نظر طول و براي هر عمقي به کار ميرود. ويژگي اين روش اين است که کليه عمليات ساخت خط لوله زيردريايي در ساحل انجام ميشود در حالي که در روش هاي ديگر (بجز روش قرقره ايـ بخش 3-2-2 را ببينيد.) حداقل عمليات اتصال لوله ها براي تشکيل خط لوله در خود دريا صورت ميگيرد. اما روش کشيدن لوله مزيت بزرگي نسبت به روش قرقره اي دارد و آن اين است که براي لوله هاي با قطر بزرگ روش قرقره اي کاربرد ندارد. از ديگر مزيت هاي اين روش سرعت آن است. همچنين در اين روش ديگر نياز به تجهيزات بسيار گران بارج لوله گذار (بخش 2-2 را ببينيد) نميباشد.
پارامترهاي اقتصادي اصلي براي فاز نصب در يک عمليات کشيدن لوله عبارت است از (1) اندازه و تعداد يدک کش هاي مورد نياز، (2) تعداد و طول قطعات لوله، (3) سرعت و حساسيت نسبت به آب و هوا در عمليات کشيدن لوله، (4) روش نصب بشکه هاي شناوري و جداسازي آن ها از خط لوله، (5) روش اتصال قطعات خط لوله به يکديگر و (6) روش هاي قرار دادن رشته هاي لوله بر کف دريا است.
اين روش به نوبه خود به سه روش کشيدن لوله در سطح دريا ، کشيدن لوله در مجاورت نزديک بستر دريا ، کشيدن روي بستر دريا تقسيم ميشود[16]. از پروژه هايي که تاکنون به اين روش انجام شده ميتوان به موارد زير اشاره کرد:
• کشيدن يک رشته لوله 19 مايلي در خليج فارس ـ 1960 بلندترين خط لوله نصب شده در يک بار کشيدن.
• خواباندن و تعمير چندين رشته آزمايشي در اعماق 2600 تا 6600 فوت در سال 1960 تا 1963 ـ عميق ترين خط لوله به روش کشيدن
• کشيدن سطحي يک رشته آزمايشي به طول 1 کيلومتر در امتداد 560 مايل ساحل در سال 1975ـ طولانيترين مسافت کشيدن لوله.
• اولين کشيدن ميان عمقي (نزديک بستر دريا) ـ يک دسته روکش شده متشکل از سه خط جريان 264 مايل کشيده شد و به سر چاه ها متصل شدـ سال 1980

2-2) لوله گذاري به روش بارج
در اين روش همانطور که از نامش پيداست لوله توسط يک بارج (شناوري شبيه به کشتي که معمولاً توسط شناورهاي ديگر همچون يدک کش ها کشيده ميشود) به بستر دريا خوابانده ميشود. روش کار به اين شکل است که بارج لوله گذار بوسيله يک سيستم نگهداري ايستگاهي در سطح آب مستقر ميشود بطوريکه راستاي آن مطابق با راستاي مسير خط لوله است. اين در حالي است که يک سر خط لوله در بارج نگهداري شده و قسمتي از آن بطور معلق در آب شناور است تا به بستر دريا برسد. سپس با حرکت آهسته بارج به سمت جلو، لوله ها يک شاخه يک شاخه به انتهاي خط لوله جوش داده ميشوند و بارج به اندازه طول همان شاخه لوله به جلو حرکت ميکند(به غير از روش قرقره اي). اين رويه را رويه لوله گذاري معمولي مينامند(شکل 2). اين روش خود در طول زمان به سه روش عمده زير توسعه يافته است:

1-2-2) لوله گذاري به روش S-lay
روش S-lay در واقع اولين روش بکار گرفته شده در صنعت لوله گذاري دريايي نوين است که ابتدا در خليج مکزيک استفاده شد. از آنجا که در اين روش شکل تقريبي دهانه خط لوله از بارج تا بستر دريا شبيه حرف S ميباشد، آن را S-lay ناميدند. اين روش يك تكنولوژي مشهور و مقرون به صرفه براي استفاده در لوله گذاري آبهاي سطحي تا عميق ميباشد. بطوري که خطوط لوله زير دريايي غالباً با اين روش نصب ميشوند و اكثر بارجهاي لوله گذار بر اساس روش S-lay ساخته ميشوند(شکل2). در اين بخش ابتدا اجزاي مختلف يک بارج S-lay را توضيح داده(1-1-2-2 تا 3-1-2-2) و سپس نحوه انجام عمليات لوله گذاري را بيان ميکنيم(4-1-2-2 و 5-1-2-2). تقريباً تمام بارج هاي لوله گذار که مطابق با روش s-lay ساخته شده اند، در ساختمان خود داراي اعضاي کليدي زير براي انجام عمليات لوله گذاري ميباشند:

1-1-2-2) سيستم ايستايي بارج
شناورهاي لوله گذار براي انجام عمليات لوله گذاري بايد قادر به ايستادن در سطح آب به معني جلوگيري از حركت هاي صفحه اي در سطح دريا (Sway Surge ,Yaw,) باشند. از اين سيستم همچنين جهت حرکت بارج به اطراف در هنگام عمليات نصب استفاده ميشود. کشش افقي که لوله به کشنده ها و بنابراين به بارج وارد ميکند نيز توسط همين سيستم تحمل ميشود و به بستر دريا منتقل ميشود. براي اين منظور نيز دو سيستم متفاوت وجود دارد:
• سيستم سنتيـ ايستايي با لنگر: در اين سيستم بارج مجهز به چندين (حدود 10 و بيشتر) وينچ قدرتمند است که کنترل لنگرهاي بزرگ اطراف بارج را به عهده دارند. لنگرها در مواقع لزوم توسط يدک کش هاي کمکي مخصوصي جابجا ميشوند و در بستر دريا قرار ميگيرند. هر کدام از کابل هاي ارتباطي لنگر بيش از 1000 متر طول دارند و تنش زيادي را براي کنترل ايستايي بارج و حرکت دادن آن تحمل ميکنند. اين سيستم براي آب هاي عميق و فوق عميق کاربردي ندارد.

شکل 2) شناور لوله گذار به روش S-lay

شکل 3) سيستم ايستايي بارج توسط لنگر(سيستم سنتي)

• سيستم ايستايي ديناميكي : وقتي لوله گذاري در آب هاي عميق انجام مي گيرد، به عنوان مثال عمق هاي 500 متر وبالاتر؛ استفاده از سيستم ايستايي سنتي خيلي سخت و تقريباً ناممکن مي شود. طول کابل ها خيلي زياد شده و تاثير آن ها در کنترل بارج به شدت افت مي کند. در اين شرايط استفاده از روش ايستايي ديناميکي يک ضرورت است. در اين روش موتورهاي کوچک قوي در ته بارج مستقر هستند که آب را در جهت لازم با فشار پمپ مي کنند تا بارج ايستايي خود را در صفحه افقي بدست آورد. اين موتورها مي توانند در صفحه افقي هر جهتي قرار بگيرند. معمولاً چند موتر در عقب و چند موتور در جلوي بارج مستقر هستند(شکل 4). اين سيستم حتي در آب هاي سطحي (زير 300 متر) مزاياي جانبي قابل توجهي را خواهد داشت. به عنوان مثال عمليات هدايت و مديريت يدک کش هاي جابجا کننده لنگرها و همچنين عمليات جابجايي لنگرها توسط شناورهاي مذکور در حين نصب که يک عمليات بسيار حساس به شرايط آب و هوايي است در اين روش حذف مي شود. همچنين بارج لوله گذار خيلي سريع مي تواند براي انجام عمليات نصب آماده شود (ديگر نيازي به استقرار چندين لنگر در اطراف بارج وجود ندارد.). بخصوص در نواحي متراکم از تاسيسات دريايي مثل مجاورت سکوهاي نفتي عمليات با سيستم ايستايي ديناميکي بسيار راحتتر است. ديگر نيازي نيست توجه خود را به تاسيسات موجود که ممکن است توسط لنگرها آسيب ببينند متمرکز کنيم. با اين حال استفاده از اين سيستم گرانتر است و در آب هاي سطحي هنوز از سيستم سنتي استفاده زيادي ميشود[15].

شکل 4) سيستم ايستايي ديناميکي

2-1-2-2) رمپ لوله گذاري
يک رمپ بلند و تقريباً افقي است که نقش خط توليد خط لوله را دارد. اين رمپ معمولاً از ابتداي بارج شروع شده و در انتهاي بارج ختم مي شود(شکل2 و 5).
در تمام طول رمپ لوله گذاري خط لوله بر روي تکيه گاه هايي متشکل از غلطک هاي فولادي نگهداري مي شود. اين جعبه غلطک ها قابليت تنظيم ارتفاع و دوران مختصري دارند(شکل5). ضمناً تمام ايستگاه هاي توليد خط لوله که در ذيل آمده است، تا انتهاي بارج در همين رمپ واقع شده است. نکته اينکه سرعت انجام لوله گذاري ارتباط مستقيم با قابليت هاي تجهيزات موجود در همين رمپ دارد.

شکل 5) رمپ لوله گذاري

شکل 6) جعبه غلطک، تکيه گاه لوله در رمپ لوله گذاري

• ايستگاه سرهم بندي لوله ها: اين ايستگاه معمولاً اولين ايستگاه رمپ فوق الذکر مي باشد. در اين ايستگاه يک شاخه لوله به انتهاي خط لوله اضافه شده و براي عمليات جوشکاري تنظيم مي شود. لوله اضافه شده بايد کاملاً در راستاي خط لوله قرار بگيرد بطوري که محور خط لوله يک خط راست باشد(شکل 6 و 2).
• ايستگاه هاي جوش: براي جوش دادن لوله¬ها به انتهاي خط لوله معمولاً از چند ايستگاه جوش نيمه اتوماتيک يا اتوماتيک استفاده مي شود. تعدد ايستگاه هاي جوش سرعت نصب را بالا مي برد(شکل7).

شکل 7) ايستگاه سرهم بندي لوله

شکل 8) ايستگاه هاي جوش

• ايستگاه تست غير مخرب و تعمير جوش: بعد از اتمام جو شکاري و به جهت بررسي سلامت جوش از يک تست غير مخرب( معمولاً تست ماوراي صوت ) استفاده مي شود و در صورتي که جوش معيوب باشد آن را برش داده و مجدد جوش مي دهند. زماني که جوش يک لوله معيوب باشد سرعت لوله گذاري به شدت کاهش مي يابد(شکل 8).

شکل 9) ايستگاه تست غير مخرب

• کشنده ها : كشنده ها ماشينهاي هيدروليك مختلط هستند كه لوله را در حين لوله گذاري نگه ميدارند. اينكار به وسيله اعمال يک فشار كنترل شده به سطح تماس لوله/كشنده انجام ميشود. کشنده ها به لوله براي بدست آوردن انحناي S شکل در دهانه معلق بين بارج و بستر دريا کمک مي کنند. کشنده در واقع تکيه گاه گيردار لوله در بارج را فراهم ميکند و پايداري خط لوله در حال نصب را تامين مي کند. دهانه لوله گذاري به دليل كشش ناشي از كابل هاي مهارِ متصل به لنگر و/ يا سيستم ايستايي ديناميكي، كه به وسيله كشنده ها به خط لوله منتقل ميشود، شكل S به خود ميگيرد[11]. براي كنترل انحناي دهانه آزاد لوله در بارج به آن كشش اعمال ميشود. به همين منظور گوي هاي شناور كمكي نيز مي توانند در طول خط لوله توزيع شوند. كشش مورد نياز به عمق آب، وزن لوله، شعاع قابل قبول انحنا در ناحيه خمش منفي و تنش قابل قبول در ناحيه خمش مثبت بستگي دارد[8]. معمولاً يک يا دو دستگاه کشنده در بارج وجود دارد(شکل 2 و 9). تقريباً تمامي مدل هاي تحليلي و عددي لوله گذاري، اين نقطه را نقطه شروع مدل خط لوله در بارج ميدانند.


شکل 10) کشنده لوله

• ايستگاه پوشش محل جوش : در اين ايستگاه که معمولاً قبل و يا بعد از کشنده قرار دارد، محل جوش لوله ها توسط عايق هاي ضد خوردگي پوشش داده مي شوند. اگر به جهت سنگين کردن لوله ها و حفاظت از پوشش ضد خوردگي، پوشش بتني بر روي لوله ها اعمال شده باشد، در اين ايستگاه در محل جوش نيز توسط بتن پليمري پوشيده ميشود(شکل10).


شکل 11) پوشش محل جوش

3-1-2-2) استينگر
وقتي عمليات جوش و پوشش محل اتصال به پايان رسيد، خط لوله رمپ را براي ورود به استينگر ترك مي كند، جايي كه لوله به وسيله غلطك هايي نگهداري مي شود که به جهت فراهم آوردن يك منحني مناسب در لوله به طور منظم براي يك طول معيني چيده شده اند. استينگر، يک سازه ي خرپا شكل داراي انحنا (و يا مستقيم) است که لوله را براي ده ها متر و يا چند صد متر بيرون از شناور همراهي مي كند(شکل 2). در اکثر موارد رمپ استينگر بر روي تکيه گاه هاي معلق در آب (پونتون يا مخازن هوا) نگهداري مي شود و بنابراين در مقايسه با رمپ واقع در بارج بسيار انعطاف پذير است. بنابراين لوله مي تواند استينگر را با شيبي ترک کند كه يك انتقال تدريجي بين رمپ صلب و دهانه ي لوله گذاري انعطاف پذير را تضمين مي كند(بخش را ببينيد).
امروزه بيشتر خطوط لوله بوسيله يک شناور و به روشs-lay نصب مي شوند. يكي از دلايل آن اين است كه رمپ تقريباً افقي و طول كامل شناور مي تواند جهت جوشكاري در چند ايستگاه، تست و آناليز جوش، وارد نمودن نيروي کشش و کنترل مداوم بکار گرفته شود و دليل ديگر اين است كه بسياري از پيمانکاران درباره ابزارهاي اين روش تجربيات بسياري دارند و در طول مدت زمان طولاني مهارت زيادي بدست آورده اند[10].

4-1-2-2) عمليات نرمال لوله گذاري
نحوه لوله گذاري به اين صورت است که لوله ها يکي يکي به ابتداي خط توليد منتقل مي شوند. پس از اتمام عمليات در تمام ايستگاه هاي ذکر شده در خط توليد، بارج لوله گذار به اندازه ي طول يک لوله به جلو حرکت مي کند در حالي که کشنده نيروي کششي مداومي را به خط لوله وارد مي کند.
مقدار اين نيرو و پيکربندي استينگر بستگي به عوامل مختلف مثل عمق آب دريا دارد که قبلا براي تمام خط لوله توسط گروه مهندسي محاسبه شده و نتايج آن درقالب جداولي درآمده است. پس از آنکه بارج به اندازه يک لوله حرکت کرد(اين حرکت توسط وينچ هاي مربوط به لنگر تامين مي شود.) جا براي ورود لوله ديگر فراهم مي شود و اين کار به همين شکل ادامه پيدا مي کند. همين که بارج به تدريج به سمت جلو حرکت مي کند، لنگرهاي سيستم ايستايي (در سيستم سنتي) نياز به جابجايي دارند. براي جابجايي و حمل لنگرها در حين انجام عمليات لوله گذاري از دو يدك كش با عرشه باز و داراي وينچ هاي قوي استفاده مي شود.

5-1-2-2) رها سازي لوله به بستردريا و بازيافت آن
بارج هاي لوله گذار در حين نصب معمولاً با يک محدوديت بزرگ مواجه هستند. اين محدوديت عبارت است از قابليت لوله گذاري در شرايط آب و هوايي مختلف. تمامي بارج هاي لوله گذار ظرفيت معيني در لوله گذاري نسبت به شرايط جوي دارند. اين شرايط عبارتند از ارتفاع و جهت موج ها، سرعت و جهت جريان دائمي آب، سرعت و جهت وزش باد در سطح دريا و در شرايط نادر و استثنايي جريان گردابي و شدت آن. بطور مثال بارج صدف ـ صدرا 132 قابليت لوله گذاري تا ارتفاع 2.5 متر موج دريا و سرعت جريان آب برابر 1.5 نات و سرعت باد 15 متر بر ثانيه را دارد. اگر شرايط جوي از اين حد مخصوص تجاوز کند، ادامه عمليات ممکن است به بارج و خط لوله آسيب جدي وارد کند. از اين جمله مي توان بارج لوله گذار Boss355 متعلق به شرکت سايپم را در جريان لوله گذاري فازهاي 4 و 5 پارس جنوبي در سال 2003 نام برد. در حين عمليات، شرايط جوي طوفاني باعث تجاوز کشش لوله از حد مجاز ظرفيت کشنده شد و باعث گسيختگي کشنده و رهايي اتفاقي لوله از بارج شد. در جريان اين اتفاق، لوله ي رها شده به بستر دريا اثابت کرد و 300 متر از خط لوله کاملاً تخريب شد. همچنين زمان زيادي جهت بازيابي لوله از بستر دريا و جدا سازي خط لوله ي تخريب شده صرف شد. براي جلوگيري از چنين اتفاقاتي بايد ادامه ي عمليات متوقف شده و لوله با رويه ي مخصوصي به بستر دريا رها شود تا آسيبي به خط لوله و بارج نرسد. پس از برطرف شدن شرايط بحراني مجدداً بايد لوله را با رويه ي معکوس بازيابي کرد تا عمليات نصب ادامه يابد. عمليات ذکر شده را عمليات رهاسازي و بازيابي لوله مي نامند. براي اين منظور يک سيستم وينچ و کابل قوي همانند آن ها که براي سيستم ايستايي استفاده مي شوند در بارج تعبيه شده است که به وينچ و کابل A/R معروف است(شکل 11). کابل فوق به انتهاي لوله ي سربسته اي به نام هد کششي متصل مي شود(شکل 12). هد کششي خود به آخرين شاخه ي لوله جوشش داده مي شود.


شکل 12) کابل و قرقره A/R در ابتداي رمپ لوله گذاري وينچ A/R در طبقه پايين واقع شده است.

سپس بارج به آرامي به سمت جلو حرکت ميکند و لوله توسط کشش مداوم کابل A/R انحناي S شکل خود را بدست مي آورد. کشش کابل A/R در واقع شرايطي شبيه کشنده را بوجود مي آورد. به تدريج که بارج به جلو حرکت مي کند؛ لوله به بستر دريا رها ميشود. عمليات بازيابي نيز عکس عمل رها سازي ميباشد. مادامي که لوله در بستر دريا رها شده است، کابل A/R به آن متصل است، اما نيرويي به آن وارد نمي كند. در اين حالت بارج موقعيت خود را حفظ کرده و سيستم ايستايي فعال مي باشد. نکته اين که اگر شرايط جوي از حد معيني بگذرد، سيستم ايستايي نيز بايد متوقف شده، کابل A/R رها ميشود و بارج به محل امني پناه مي برد.

شکل 13) عمليات رهاسازي لوله

موضوع رهاسازي لوله به دليل شرايط آب وهوايي بسيار پرهزينه بوده و بنابراين پيمانکاران همواره در تلاش براي افزايش قابليت آب و هوايي بارج هاي خود هستند.
لازم به ذکر است که در شرايط اورژانسي مثل خرابي يکي از اعضاي اصلي نيز اين رويه اعمال ميشود.

2-2-2) لوله گذاري به روش J-lay
از زمان آغاز فعاليت هاي نفت و گاز در دريا روند اکتشاف و حفاري و سپس توليد در آب هاي عميق تر همواره بطور پيوسته ادامه داشته است. بطوري که روش هاي سنتي ديگر جوابگوي نيازهاي چنين عمقي نبود. روش S-lay نيز از اين قائده مستثني نبود. طرحهاي توسعه يافته هم اكنون پروژه هايي در آبهاي عميق تا 3500 متر و بيشتر دارند. با نگاه به اين رقابت در آب هاي بسيار عميق، صنعت فراساحلي براي کسب اطلاعات مورد نياز و توسعه ي تكنولوژي خط لوله فراخوانده شد تا يک تكنولوژي نصب جديد و قابل اطمينان در آب هاي بسيار عميق و بسترهاي ناهموار دريا براي بهبود بخشيدن به قدرت پيشگويي مهندسي رفتار تحت سرويس در تمام طول عمر طراحي و يافتن معيارهاي فني مناسب براي فائق آمدن بر خطرات محيطي، در آبهاي بسيار عميق ايجاد کند[11].
با اين هدف روش J-lay به عنوان يك روش ديگر جهت نصب خط لوله در آب هاي بسيار عميق در ابتداي دهه ي 1990 توسعه يافت(شکل 14).
در اين روش همانطور كه از اسمش پيداست، در حين نصب خط لوله شكل حرف J را به خود مي گيرد. اين شكل بوسيله پايين بردن لوله در آب توسط يك شيب تقريباً عمودي به دست مي آيد. بنابراين انحناي موجود بر روي ناحيه خمش منفي که در روش S-lay براي رسيدن به شيب مورد نياز لوله در ابتداي دهانه ي معلق بوسيله ي استينگر تامين مي شد در اين روش به كلي حذف مي شود. شيب مذکور محدوديت عمده ي گسترش روش S-lay در آبهاي عميق را بيان مي كند (شکل 15).


شکل 14) بارج لوله گذار به روش J-lay – به رمپ عمودي لوله گذاري در ميان دو جرثقيل توجه کنيد.

شکل 15) مقايسه روشهاي S-lay و J-lay در آبهاي عميق

روش J-lay لوله گذاري را در كشش هاي افقي بسيار پايين تر براي كنترل موقعيت تنش در ناحيه خمش مثبت ممکن مي سازد. نتيجتاً كشش موثر باقيمانده در خط لوله در نقطه تماس با زمين در مقايسه با روش S-lay مي تواند ناچيز و قابل صرفه نظر به شمار آيد. اين تنش مي تواند پيامدهاي قابل ملاحظه اي براي خطوط لوله گذارده شده بر بستر درياي ناهموار و بنابراين بر طول واقعي دهانه ي آزاد و اثرات موجود مربوطه ميان آن ها داشته باشد. سيستم ايستايي ديناميكي موثرترين و عملي ترين روش براي نگهداري شناور J-layدر مسير و بنابراين رهايي از مسائل كنترل کابل هاي مهار بسيار بلند و در ضمن كم تاثيرتر در آبهاي عميق است. روش J-lay استينگر بلند آسيب پذير را حذف مي كند. عيب آشكار روش J-lay اين است كه رمپ پرشيب عمليات جوشكاري را بغرنج مي سازد. براي حفظ سرعت لوله گذاري به شکل رقابتي، عمده ي عمليات جوشكاري به طور مثال سرهم بندي دو يا چند شاخه لوله، پيش از اتصال عمودي به خط لوله بر روي عرشه يا در كارگاهي در خشكي انجام مي شود. اتصال و تنظيم عمودي مقطع بلندي از چند شاخه لوله و جوشكاري آن به قسمت معلق خط لوله نياز به ابزار مخصوص دارد[11].

3-2-2) لوله گذاري به روش قرقره اي
همانطور که در بخش 2-1 بيان شد، معمولاً در طراحي ميادين نفتي پيچيده در دريا علاوه بر خطوط اصلي که محصولات را به تاسيسات ساحل مي رساند، خطوط درون ميداني نيز وجود دارند. قطر خارجي خطوط لوله ي اصلي معمولاً بيش از 16 اينچ است در حالي که در خطوط جريان درون ميداني کمتر از 16 اينچ است. بنابراين با توجه به قطر خارجي کم خطوط لوله ي درون ميداني مي توانند انعطاف پذير باشند[2]. اين روش که تاريخچه ي آن در فصل اول ارائه شد، براي خواباندن خطوط لوله با قطر کم و انعطاف پذير در اعماق کم و زياد بوجود آمد.
مراحل اصلي اين روش عبارتند از :
• کارگاه ساخت ساحلي : اين کارگاه يکي از اجزاي مهم و لاينفک روش قرقره اي است. در اين کارگاه که طول خيلي زيادي دارد، لوله ها که از قبل پوشش شده اند، به طول معيني تقريباً برابر طول کارگاه، به يکديگر متصل مي شوند و بازرسي مي گردند و تشکيل يک خط لوله ي ممتد مي دهند. براي يک پروژه به تعداد لازم از اين لوله ها توليد شده و آماده ي بارگيري به بارج مي شوند(شکل 17).
• حمل و ذخيره ي لوله روي قرقره: در اين مرحله ي لوله هاي ساخته شده به دور قرقره ي بزرگي روي بارج پيچيده مي شوند. در اين حين کرنش پلاستيک کنترل شده اي به لوله وارد مي شود. پس از بارگيري، بارج مي تواند به ميدان لوله گذاري حمل شود.

شکل 16) کارگاه ساحلي روش قرقره اي

• لوله گذاري: وقتي بارج به محل رسيد، لوله را با حرکت به جلوي خود از روي قرقره باز کرده و در محل خود ميخواباند(شکل ). اين عمل رويه خاصي دارد که خارج از مبحث اين نوشته ميباشد[2].


شکل 17) لوله گذاري به روش قرقره اي

روش قرقره اي در حال حاضر بطور گسترده اي براي خطوط با قطر کم استفاده مي شود. اين روش سرعت توليد خيلي خوبي را به ارمغان مي آورد. اما صرفه ي اقتصادي آن وابسته به ظرفيت بارگيري قرقره ها و نزديکي ميدان لوله گذاري به کارگاه توليدي لوله هاي آن در ساحل است[15].

3) لوله گذاري به روش S-lay ــ تعاريف و قراردادها
1-3) سيستم مختصات لوله گذاري
براي حل مسائل مهندسي مربوط به لوله گذاري از جمله آناليز نصب خط لوله اتخاذ يک سيستم مختصات الزامي است. جزئيات اين سيستم مي تواند در مسائل مختلف يا در نرم افزارهاي متفاوت تغيير کند و قراردادي است. مهم اين است که سيستم انتخاب شده سازگاري مناسبي با مسئله ي مورد نظر داشته باشد و بنابراين تعريف صورت مسئله و حل آن را با کمترين محاسبات و به راحتي ممکن سازد. در اين جا سيستم مختصات اتخاذ شده توسط نرم افزار Offpipe را که يکي از نرم افزارهاي پيشرفته و مشهور اجزاي محدود براي آناليز لوله گذاري است، به اختصار شرح مي دهيم (بخش 7 را ببينيد) [14]. شرح اين سيستم هم به فهم بهتر مسئله کمک مي کند و هم خواننده را قادر مي سازد که خروجي آناليز نرم افزار فوق را که در اين پايان نامه از آن استفاده شده است، درک کند.

1-1-3) سيستم‌ مختصات سراسري
مختصات لوله، كابل، تكيه‌گاه لوله، گره‌هاي استينگر و هندسه مدل اجزاي محدود بوسيله يك سيستم مختصات عمومي سراسري تعريف مي‌شوند. براي آناليز لوله‌گذاري، اين سيستم مختصات سراسري همانطور كه در اشكال 18 الي 20 نشان داده شده است، مي باشد.


شکل 18) محورهاي مختصات سراسري


شکل 19) موقعيت مبدا مختصات سراسري هنگامي که هدينگ ، زاويه تريم و افست بارج برابر صفر باشد.

خط سير خط لوله همانطور که از نامش پيداست راستايي است که خط لوله در بستر دريا دارد. اگر خط لوله خوابيده شده بر بستر دريا منحني شکل باشد، راستاي مماس بر خط لوله در نقطه تماس بخش معلق با بستر دريا ملاک عمل خواهد بود. زاويه هدينگ بارج، زاويه تريم و آفست بارج در شکل 20 تعريف ميشوند.


شکل 20) موقعيت مبدا سيستم سراسري هنگامي که هدينگ، زاويه تريم و افست بارج برابر صفر نباشد.

زاويه ي تريم برابر صفر است هنگامي که عرشه ي بارج لوله گذار موازي سطح آب باشد، و مثبت است هنگامي که نوک شناور بالاتر از انتهاي شناور باشد.
زاويه ي هدينگ برابر صفر است هنگامي که لوله گذار موازي خط سير خط لوله باشد و مثبت است اگر دوران آن حول محور Y در جهت عقربه هاي ساعت باشد، هنگامي که از بالا به آن نگاه مي کنيم.
زاويه ي تريم و هدينگ نسبت به مرکز حرکت بارج تعريف مي شوند. مرکز ثقل بارج يا هر نقطه ي مرجع مناسب ديگري ممکن است به عنوان مرکز حرکت بارج انتخاب شوند.
آفست بارج در جهت Z برابر تصوير تغيير مکان مرکز حرکت بارج از حالت اوليه ي خود در جهت Z است. آفست بارج با محور Z هم علامت است.
در سيستم مختصات سراسري محور X، محور افقي است و طوري قرار گرفته است كه بر روي سطح آب (سطح صاف و آرام) منطبق است. محور X موازي خط سيرخط لوله است. نقاط مثبت محور X به سمتي است كه لوله خوابانده مي‌شود(جهت حرکت شناور).
محور سراسري Y عمود بر سطح آب است. محور Y به سمت بالا جهت گرفته است، بصورتي كه مختصات سراسري Y در نقاط سطح آب برابر صفر است و در بالاي سطح مثبت است. نكته اينكه محورهاي سراسري X و Y بشكلي تعريف مي‌شوند كه خطي كه لوله در امتداد آن در بستر دريا خوابانده مي‌شود (مركز فرضي خط سير خط لوله) در صفحه XY واقع مي‌شود.
محور سراسري Z افقي و عمود بر صفحه ي سراسري X-Y است. جهت‌گيري محور Z به شكلي است كه محورهاي Z, Y, X تشكيل يك سيستم مختصات راست گرد را مي‌دهند . توجه كنيد كه محورهاي X و Z بشكلي تعريف مي‌شوند كه صفحه X-Z دقيقاََ منطبق بر سطح آب مي‌باشد.
موقعيت مبدأ مختصات سيستم سراسري تا حدي بوسيله هندسه فيزيكي مسئله ي لوله‌گذاري و تا حدي بوسيله استفاده كننده تعيين مي‌شود. قرارگيري صفحات X-Y و X-Z سراسري بطور اتوماتيك بوسيله ي موقعيت ثابت خط مركزي مسير عبور خط لوله در سطح آب معين مي‌شوند.
قرارگيري صفحه Y-Z سراسري (صفحه‌اي كه X=0) بوسيله موقعيت داده شده توسط كاربر براي مبدأ سيستم مختصات لوله‌گذار تعيين مي‌شود . موقعيت صفحـه Y-Z سراسري طوري انتـخاب مي‌شود كه بر موقعيت صفحه Y-Z در سيستم مختصات لوله‌گذار منطبق شود، هنگامي كه هدينگ، زاويه تريم و افست شناور در راستاي سراسري X برابر صفر باشد.
شكل 19 موقعيت مبدأ سيستم مختصات سراسري را هنگامي كه هدينگ، زاويه تريم و افست برابر صفر هستند، نشان مي‌دهد. نكته اينكه سيستم‌هاي مختصات شناور لوله‌گذار و سراسري در اين مورد موازي هستند و مبدأ دو سيستم تقريباً منطبق هستند همانطور كه به وسيله مقايسه دو تصوير 18 و 23 قابل مشاهده است. تنها اختلاف بين اين دو سيستم مختصات كه در دو شكل مذكور نشان داده شده است، موقعيت صفحه X-Z مي‌باشد. در سيستم مختصات سراسري، صفحه X-Z بوسيله سطح آب تعيين مي‌شود. در سيستم مختصات لوله‌گذار، صفحه X-Z منطبق بر سطح عرشه ي شناور است.
شكل20 موقعيت مبدأ سراسري را هنگامي كه اعداد غير صفر براي هدينگ، زاويه تريم و افست شناور داده مي‌شوند نشان مي‌دهد. نكته اينكه در اين مورد دو سيستم مختصات ديگر موازي نخواهند بود و مبدأ مختصات دو سيستم بوضوح بر هم منطبق نيستند .
موقعيت نقطه X=0 در سيستم مختصات شناور اختياري است و بوسيله كاربر انتخاب مي‌شود. جهت سازگاري، مبدأ سيستم مختصات بارج لوله‌گذار در تمامي توضيحات و مثال‌هاي داده شده در اين نوشته در تير انتهاي بارج لوله‌گذار قرار خواهد گرفت.
موقعيت و جهت‌ دهي انتخاب شده براي سيستم مختصات سراسري مزاياي متعددي دارد. مختصات سراسري Y در يك نقطه تراز يا عمق آن نقطه را نسبت به سطح آب تعيين مي‌كند. مختصات Z سراسري مسافت افقي از يك نقطه تا مركز خط سير خط لوله را تعريف مي‌كند. موقعيت سيستم‌ مختصات سراسري نسبت به خط سير لوله ثابت است و هنگامي كه لوله‌گذار حركت كند تغيير نمي‌كند. بنابراين، مقايسه حل بدست آمده ناشي از موقعيت‌هاي مختلف بارج لوله‌گذار ساده است. موقعيت انتخابي براي مبدأ سيستم مختصات سراسري تفاوت بين سيستم‌هاي مختصات سراسري و لوله‌گذار را به حداقل مي رساند كه تفسير نتايج آناليز لوله‌گذاري را آسان مي‌كند.

1-1-1-3) مختصات زاويه‌اي
به دليل اينكه دوران‌هاي بزرگ سه بعدي همانند دوران‌هاي ساده حول محورهاي X,Y,Z سراسري نمي‌تواند بيان شود، مختصات زاويه‌اي يك نقطه در سيستم مختصات سراسري به عنوان زواياي اولر تعريف مي‌شوند. زواياي اولر دوران‌هايي هستند كه در يك دسته ي ثابت از قبل تعيين شده حول محورهاي غير عمود از دوران اعمال مي‌شوند. مختصات زاويه‌اي استفاده شده در offpipe در شكل 18 نشان داده شده است.
• زاويه ي افقيα : زاويه افقي، زاويه تصوير شده در صفحه X-Z ، بين محور X′ خط لوله، كابل يا استينگر و محور سراسري X است. نكته اينكه زاويه افقي، دوران حول محور Y را بيان مي‌كند. زاويه افقي مثبت است، اگر اين زاويه در جهت عقربه‌هاي ساعت باشد، هنگامي كه شناور از بالا مشاهده مي‌شود. در واقع اگر زاويه يك دوران دست چپ حول محور Y را بيان كند، مثبت است.
• زاويه ي عموديβ : زاويه عمودي، زاويه بين محور طولي X′ خط لوله، كابل يا استينگر و صفحة افقي X-Z است. توجه كنيد كه زاويه عمودي يك دوران حول محور Z′ را بيان مي‌كند كه افقي و عمود بر محور طولي خط لوله يا استينگر است. زاويه عمودي هنگامي كه يك دوران دست راست حول محور Z′ را بيان مي‌كند مثبت است.
• زاويه ي پيچشψ : زاويه بين محور″Z خط لوله، كابل يا استينگر و صفحة X′-Z′ شيبدار نشان داده شده در شکل 18 است. نكته اينكه زاويه پيچش، دوران حول محور X′ خط لوله، كابل يا استينگر است. زاويه پيچش هنگامي كه دوران دست راست حول محور X′ را نشان مي‌دهد مثبت است.
بايد ذكر شود كه مجموعه مختصات زاويه‌اي بالا، تنها مجموعه ي مشابهي نيست كه مي‌تواند استفاده بشود. تركيبات ممكن ديگري از زواياي اولر وجو دارند كه مي‌توانند بطور برابر معتبر باشند. مجموعه مختصات زاويه‌اي فوق به اين دليل انتخاب شده است که طبيعي‌ترين سيستم مرجع مطرح شده براي يك مشاهده‌گر ايستاده بر روي عرشه ي بارج لوله‌گذار يا ديگر شناورها است.
تعريف فوق از زاويه افقي α با قرارداد استفاده شده براي هدينگ بارج سازگار است و زاويه عمودي شيب يا كجي لوله يا كابل نسبت به سطح زمين را تعريف مي‌كند. نكته اينكه زاويه عمودي از هدينگ مستقل است و بنابراين معني يا تفسير فيزيكي يكساني در هر دو آناليز دو بعدي و سه بعدي دارد[14].

2-1-3) صفحات و محورهاي اصلي
براي راحتي کار بهتر است نيروهاي داخلي در خط لوله و استينگر، تنش ها يا كرنش‌هاي لوله و خصوصيات فيزيكي المان‌هاي استينگر در غالب محور‌هاي اصلي و صفحات اصلي مقاطع عرضي خط لوله و استينگر تعيين شوند.

1-2-1-3) محورهاي اصلي
دو محور اصلي مقاطع عرضي خط لوله و استينگر بوسيله ي محورهاي Y″ و Z″ در شكل‌هاي 21 و 22 نشان داده شده‌اند. محورهاي اصلي Y″ و Z″ بخاطر جهت‌گيري ‌شان در اينجا بترتيب بعنوان محورهاي عمودي و افقي مقاطع عرضي خط لوله و استينگر منتسب مي‌شوند.
براي خط لوله، محور اصلي افقيZ″، محور موازي با صفحه X-Z سراسري (به عبارتي صفحه ي افقي) و عمود بر محور طولي خط لوله، X″ است كه در شكل 21 نشان داده شده است. محور اصلي عمودي Y″، محور عمود بر دو محور اصلي افقي Z″ و طولي X″ خط لوله است. نكته اين كه محورهاي X″و Y″و Z″طوري تعريف مي‌شوند كه تشكيل يك سيستم مختصات قائم راست گرد مي‌دهند. همچنين توجه كنيد كه جهت محورهاي اصلي براي خط لوله مستقل از زاويه پيچش است. محور اصلي Z″هميشه افقي است و محور اصليY″ هميشه در صفحه عمودي اي كه بوسيله محور طولي X″خط لوله تعريف مي‌شود، واقع مي‌شود.
براي استينگر، محورهاي اصلي افقي Z″و عموديY″، محورهاي افقي و عمودي محلي تعريف شده بوسيله تقارن مقطع عرضي استينگر هستند، همانطور كه در شكل 22 نشان داده شده است. نکته اينکه محورهاي اصلي سطح مقطع عرضي استينگر چنان تعريف مي‌شوند كه تشكيل يك سيستم قائم راست گرد مي‌دهند. همچنين توجه كنيد كه جهت‌ محورهاي اصلي استينگر به زاويه ي پيچش وابسته است. محورهاي اصلي سطح مقطع استينگر با استينگر مي‌چرخد[14].


شکل 21) جهات محورهاي اصلي براي المانهاي لوله و کابل

شکل 22) جهات محورهاي اصلي براي المانهاي استينگر بوسيله تقارن مقطع عرضي استينگر تعريف ميشوند.

2-2-1-3) صفحات اصلي
دو صفحه اصلي مقاطع عرضي خط لوله و استينگر، صفحاتي هستند كه بوسيله محور طولي X″و محورهاي اصلي Y″و Z″سطح مقطع عرضي خط لوله و استينگر تعريف مي‌شوند(Y″- X″ ، Z″ – X″ در شكل‌هاي 21 و 22). دو صفحه اصلي سطح مقطع عرضي خط لوله و استينگر، بدليل جهت‌گيري‌شان در اينجا صفحات اصلي عمودي و افقي مقطع عرضي خط لوله و استينگر ناميده مي‌شوند. صفحه اصلي افقي صفحه‌اي است كه بوسيله محورهاي اصلي X″و Z″تعريف مي‌شود و صفحه اصلي عمودي صفحه‌اي است كه بوسيله محورهاي اصلي X″و Y″تعريف مي‌شود.
ممان‌ها و همچنين تنش‌ها يا كرنش‌هاي خمشي كه از خمش خط لوله و استينگر حول دو محور اصلي سطح مقطع عرضي مربوطه‌شان ناشي مي‌شوند، در اينجا ممان‌ها و همچنين تنش‌ها يا كرنش‌هاي خمشي افقي و عمودي ناميده مي‌شوند. ممان‌ها و تنش‌هاي خمشي كه ناشي از خمش حول محور اصلي افقي سطح مقطع عرضي خط لوله و استينگر هستند، بترتيب ممانها و تنشهاي خمشي عمودي ناميده مي‌شوند، زيرا آنها نتايج بارها و تغيير شكل‌هايي هستند كه در صفحه اصلي عمودي خط لوله و استينگر قرار دارند.
ممان‌ها و تنش‌هاي خمشي كه ناشي از خمش حول محور اصلي عمودي سطح مقطع عرضي خط لوله و استينگر هستند، بترتيب ممانها و تنشهاي خمشي افقي ناميده مي‌شوند، زيرا آنها نتايج بارها و تغيير شكل‌هايي هستند كه در صفحات اصلي افقي خط لوله و استينگر قرار دارند.
تنش‌ها و نيروهاي داخلي لوله در استينگر و خط لوله در غالب صفحات اصلي عمودي و افقي بيان مي‌شوند، زيرا اين شاخص به جداسازي اثرات دو بعدي و سه بعدي كمك مي‌كند. در يك آناليز سه بعدي، ممان‌ها و تنش‌هاي خمشي در صفحه عمودي بطور عمده نتايج وزن و كشش لوله، شناوري استينگر و نيروهاي ديگر عمل كننده در صفحه عمودي هستند. بنابراين ممان‌ها و تنش‌هاي خمشي در صفحه عمودي شبيه به نتايج بدست آمده در يك آناليز دو بعدي خالص هستند.
ممان‌ها و تنش‌هاي خمشي افقي به عبارت ديگر بطور اصلي نتايج نيروها و تغيير مكان‌هاي عمل كننده در راستايي كه عمود بر صفحه عمودي است، هستند. بنابراين ممان‌ها و تنش‌هاي خمشي در صفحه افقي بطور عمده اثرات خارج صفحه‌اي يا سه بعدي را بيان مي‌نمايند[14].

3-1-3) سيستم مختصات لوله‌گذار
مختصات و زواياي نقاط بر روي لوله‌گذار در غالب سيستم مختصات موقت جهت‌دار لوله‌گذار كه در شكل 23 نشان داده شده است بيان مي‌شوند. در اين سيستم مختصات، تراز (مختصات Y) و زواياي تكيه‌گاه‌ها و تمام نقاط ديگر بر روي لوله‌گذار نسبت به عرشه لوله‌گذار تعريف مي‌شوند. براي مشخص كردن اين ترازها و زوايا، ابتدا فرض مي‌شود كه عرشه افقي باشد (در زاويه تريم صفر).


شکل 23) مختصات محلي بارج لوله گذار که براي تعريف هندسه بارج استفاده ميشود.

موقعيت صفحه Y-Z در سيستم مختصات لوله‌گذار (نقطه X=0) بوسيله كاربر انتخاب مي‌شود و بطور ضمني بوسيله مقاديري که براي مختصات X تكيه‌گاه‌ها و ديگر نقاط روي لوله‌گذار داده مي‌شوند، تعريف مي‌شود.
آنچه مورد نياز است فقط اين است كه مختصات تمام نقاط روي لوله‌گذار در ترم‌هايي از يك سيستم منفرد سازگار تعريف شوند و اينكه مقادير مختصات با حركت از انتهاي كشتي به سمت جلوي آن افزايش ‌يابد. اگر چه، قرار دادن مبدأ سيستم‌ مختصات لوله‌گذار در تير انتهاي بارج لوله‌گذار همانطور كه درشكل 23 نشان داده شده است، يک استاندارد عملي است و توصيه مي شود.
سيستم مختصات بارج لوله‌گذار براي ساده‌سازي مسئله ي تعريف هندسه ي بارج و استينگر استفاده مي‌شود. چون موقعيت نقاط روي بارج نسبت به عرشه ي بارج لوله‌گذار تعريف مي‌شوند، عمق آبخور، زاويه تريم و هدينگ و افست بارج مي‌تواند تغيير يابد، بدون نياز به اينكه كاربر مختصات هر نقطه روي بارج را دوباره محاسبه كند. حتي اگر لازم باشد كه تراز نقاط روي بارج را به سطح آب نسبت دهيم، اين مي‌تواند بوسيله تنظيم ارتفاع عرشه و زاويه ي تريم برابر با صفر صورت پذيرد.
توجه كنيد كه سيستم مختصات لوله‌گذار فقط براي مشخص كردن مختصات نقاط روي لوله‌گذار و استينگر در داده‌هاي ورودي استفاده مي‌شود. در خروجي چاپ شده ي بسته ي نرم افزاري offpipe، مختصات گره‌هاي لوله و كابل بر روي بارج لوله‌گذار و استينگر هميشه در سيستم مختصات سراسري بيان مي‌شوند [14].

2-3) پروفيل لوله در حين نصب
براي تكنولوژي لوله گذاري S-lay، خط لوله در حين لوله گذاري به نواحي مختلفي تقسيم مي شود. اکثر مراجع خط لوله از بارج تا نقطه ي اتصال با بستر دريا را به دو ناحيه تقسيم مي کنند. مرجع 7 اين بخش از خط لوله را براي در نظر گرفتن برخي اثرات ديناميکي به سه ناحيه زير تقسيم مي کند:
• ناحيه ي خمش منفي : بخشي از خط لوله روي رمپ لوله گذاري و استينگر، از كشنده تا نوك استينگر (كه تقريباً بر نقطه عطف منحني خط لوله منطبق است). در ناحيه ي خمش منفي همانطور که از نامش پيداست، لوله داراي انحناي منفي است به اين معني که تار بالايي لوله در کشش و تار پاييني آن در فشار است.
• ناحيه ي نوك استينگر : بخش کوچکي از خط لوله بين سومين غلطك از انتهاي استينگر و نقطه عطف منحني خط لوله. بنابراين اين ناحيه را مي توان زيرمجموعه اي از ناحيه ي خمش منفي دانست که در انتهاي آن واقع شده و در آن اثرات ديناميکي قابل توجهي وجود دارد.
• ناحيه ي خمش مثبت : قسمتي از خط لوله که از نوک استينگر شروع مي شود و تا نقطه ي اتصال با بستر دريا -TDP- ادامه مي يابد[7]. در اين ناحيه بر خلاف ناحيه ي خمش منفي لوله داراي انحناي مثبت است (شکل 18).


شکل 24) نامگذاري نواحي خط لوله در روش S-lay

همچنين در امتداد نواحي مختلف مذکور در بالا نقاط مهمي وجود دارند که عبارتند از:
• پاشنه ي انتهاي بارج : عبارت است از نزديکترين تکيه گاه لوله (تکيه گاه نقطه اي و يا وسط تکيه گاه با طول محدود) به انتهاي بارج
• قلاب استينگر : قلابي است در انتهاي بارج که انتهاي خرپاي استينگر توسط لولاهايي به آن متصل مي شود.
• نقطه ي برخيزش : آخرين تکيه گاه لوله بر روي استينگر که لوله با آن در تماس است و بعد از آن لوله در آب معلق خواهد بود.
• نقطه ي تماس پاييني : اولين نقطه اي از خط لوله که بستر دريا را لمس مي کند و پس از آن لوله بطور پيوسته يا منقطع در تماس با بستر دريا است.
لازم به ذکر است که در تقسيم بندي ديگري خط لوله از بارج لوله گذار تا نقطه ي پاييني را به دو قسمت زير تقسيم مي کنند:
• دهانه ي نگهداري شده : بخشي از خط لوله از ابتداي خط توليد در لوله گذار تا نقطه ي برخيزش.
• دهانه ي معلق : بخشي از خط لوله از نقطه ي برخيزش تا نقطه ي تماس پاييني.
همچنين از آنجايي که بستر دريا معمولاً داراي پستي و بلندي هاي زيادي است، در پروفيل خط لوله پس از نقطه ي تماس پاييني دهانه هاي غير متّکي اي شکل مي گيرد که در دو طرف بر شانه هاي بلند بستر دريا خوابيده است. اين دهانه ها را دهانه هاي آزاد مي نامند.
در رويه ي نرمال لوله گذاري که در بخش 2-2-1-2 تشريح شد لوله معمولاً در يک مسافت تقريباً طولاني در کف دريا خوابيده است و لوله گذاري از طريق بارج ادامه دارد. در اين حالت در بستر دريا و پس از نقطه ي تماس پاييني نقطه اي را مي توان يافت که عمليات لوله گذاري بر شرايط آن (از لحاظ نيرو، تنش و تغيير مکان) تاثيري ندارد. در شروع اوليه ي عمليات لوله گذاري نيز در وسط دريا يا در ساحل يک نقطه ي مفصلي وجود دارد که عمليات خواباندن لوله از آن نقطه شروع مي شود. در هر دو حالت نقطه ي مذکور را نقطه ي ثبات مي نامند. اين نقطه از اين جهت مهم است که در تحليل عمليات لوله گذاري خط لوله را مي توان تا اين نقطه مدل کرد.

3-3) حرکات بارج لوله گذار
حتي زماني که بارج لوله گذار بوسيله ي سيستم هاي ايستايي پيشرفته و قدرتمندي بر روي دريا مهار مي شود وجود حرکات موضعي بارج ناشي از امواج و نيروي باد اجتناب ناپذير است. اين خاصيت اجسام شناور در آب است که حتي با نيرو هاي کم از تعادل ساکن خارج شوند. اين نيروها به دليل تغيير مداوم در اندازه و جهت ماهيت ديناميکي دارند. اگر بارج لوله گذار را يک جسم صلب در دريا فرض کنيم، مي توان تمام حرکات موجود در آن را به يک نقطه نسبت داد. با اين فرض بارج لوله گذار داراي 6 حرکت ممکن در دريا است، همانطور که هر نقطه اي در فضا داراي 6 درجه ي آزادي است. در بخش 1-1-3 اشاره شد که در بارج لوله گذار نقطه اي به نام مرکز حرکت وجود دارد که زواياي تريم و هدينگ را به آن نسبت داده مي شوند. اکنون حرکات بارج را نيز به آن نقطه نسبت مي دهيم. اين شش حرکت عبارتند از(شکل 25):
• سرج : حرکت بارج در راستاي محور محلي X″ بطوري که با آن محور هم جهت است.
• هيو : حرکت بارج در راستاي محور محلي Y″ بطوري که با آن محور هم جهت است.
• سواِي : حرکت بارج در راستاي محور محلي Z″ بطوري که با محور مذکور هم جهت است.
• رُل : دوران بارج حول محور محلي X″ بطوري که يک دوران راست‌گرد حول محور متناظرش را بيان مي‌كند.


شکل 25) مرکز حرکت بارج لوله گذار و قرارداد علامت براي شش حرکت بارج لوله گذار در دريا

• پيچ : دوران بارج حول محور محلي Y″ بطوري که يک دوران راست‌گرد حول محور متناظرش را بيان مي‌كند.
• ياو : دوران بارج حول محور محلي Z″ بطوري که يک دوران چپ ‌گرد حول محور متناظرش را بيان مي‌كند.
4-3) شرايط محيطي ـ آب و هوايي
شرايط آب و هوايي عمدتاً شامل سه بخش زير مي شود:
1-4-3) جريان آب دريا
منظور از جريان آب دريا، جريان مداومي است که سرعت و جهت آن داراي تغييرات پي در پي و در زمان کوتاه نمي باشد. اگر چه سرعت و جهت آن در طي زمان تغيير مي يابد. بنابراين مي توان آن را جريان دائمي دانست. جريان مذکور مثل موج ها سطحي نبوده و گاهي تا بستر دريا ادامه دارد. جريان آب مي تواند داراي مولفه هاي افقي و عمودي باشد. در دريا معمولاً مولفه ي عمودي کوچک بوده و قابل صرفه نظر کردن است. بنابراين بردار سرعت براي يک جريان ثابت، افقي(موازي با سطح آب) فرض مي‌شود و مولفه عمودي سرعت جريان ثابت آب در نظر گرفته نمي‌شود. پروفيل سرعت براي يک جريان ثابت به وسيله وارد کردن مقادير سرعت جريان افقي و جهت جريان مشخص مي‌شود. اين مقادير در يک سري از اعماق گسسته آب‌، که از سطح آب شروع مي شود و تا بستر دريا ادامه دارد، وارد مي‌شود. از درون‌يابي خطي براي تعيين سرعت و جهت جريان در نقاط مياني استفاده مي شود. نمونه يک پروفيل سرعت جريان در شکل 26 نشان داده مي‌شود.
سرعت جريان ثابت همچنين در بستر دريا برابر صفر قرار داده مي‌شود. اين براي اطمينان از پايداري هيدرو ديناميکي خط لوله خوابيده بر بستر دريا (فرض مي‌شود خط لوله در لايه مرزي خوابيده است.) انجام مي‌شود.


شکل 26) نمونه پروفيل سرعت جريان آب

کلمات جستجو شده: لوله زير دريا

نوشته های مرتبط

9 نظر برای لوله گذاري در دريا (بخش اول)

  1. عاتكه
    شهریور ۲, ۱۳۹۴

    با سلام
    ممنون خیلی عالی بود
    من دانشجوی دکترا هستم و برای تز خودم نیاز به اطلاعاتی در مورد ارزیابی ریسک خط لوله دریایی دارم ممنون میشم اگه بتونید کمکم کنید
    عاتکه پهلوان

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  2. بهمن طاهرپور
    خرداد ۳۰, ۱۳۹۲

    سلام
    مطلب جامع و کاملی بود در صورت قرار دادن فایل pdf آن بسیار عالی میشد.

    رتبه دهید: Thumb up 3 Thumb down 0

  3. heshmat
    دی ۲۰, ۱۳۹۰

    ba arz salam va khaste nabashid khedmat azizani ke in matlabo jam avari kardan
    agha joon har ki dos darin age az in mataleb darin chandtashon ro ham vase man befrestin
    vase karamozim mikhastam
    vaghean azataom mamnon misham
    ghorban u

    رتبه دهید: Thumb up 3 Thumb down 0

  4. ستاره
    دی ۱۷, ۱۳۹۰

    من یک متن 10 صفحه ای راجب لوله گذاری کف دریا به زبان انگلیسی میخواستم امکانش هست منو راهنمایی کنید؟

    رتبه دهید: Thumb up 2 Thumb down 0

  5. amir
    شهریور ۴, ۱۳۹۰

    alie.dastetun dard nakone.
    ama pas baghie bakhshash koo?
    in faghat bakhshe avale.
    man hamasho mikham.lotf konid baghiash ham bezarid.
    ba tashakor

    Well-loved. Like or Dislike: Thumb up 5 Thumb down 0

    • negin_sedat
      مهر ۱۹, ۱۳۹۰

      salam,merc az information hayi ke gharar dadin
      chejuri mishe in information haro dashte bashim?

      رتبه دهید: Thumb up 1 Thumb down 0

  6. علی قاسمی پرو
    شهریور ۳, ۱۳۹۰

    مطالب عالیه اما چرا نمیشه برداشت کرد؟

    Well-loved. Like or Dislike: Thumb up 6 Thumb down 2

  7. gholamreza
    مرداد ۳۱, ۱۳۹۰

    hi

    رتبه دهید: Thumb up 2 Thumb down 0

  8. PIPELAY
    آذر ۱۹, ۱۳۸۹

    درباره لوله گذاری در دریا

    رتبه دهید: Thumb up 3 Thumb down 1

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *