مقاوم سازی سکوهای حفاری دریایی

بطور کلی سکوها دریایی سازه هایی هستند که عمدتا به منظور استخراج نفت و گاز احداث می شوند. البته در برخی موارد می توان از آنها برای نصب تورین های بادی دریایی و همچنین فعالیت های نظامی بهره برد. بتن های مسلح یکی از مصالح پر مصرف برای ساخت سازه های دریایی و سکوهای حفاری محسوب می شوند که سال هاست جایگزین دیگر مصالح نامناسب در این زمینه شده اند. با توجه به شرایط استراتژیک سکوهای دریایی و مجاورت آنها با عوامل مخرب موجود در آب انتظار می رود که چنین سازه هایی در معرض مداوم تهدیدهای گوناگون قرار داشته باشند. بنابراین در صورت عدم رعایت ضوابط مربوطه، در بسیاری از سازه ها و سکوهای دریایی شاهد پدیده ی خوردگی بتن به دلیل تاثیرات نامطلوب جوی هستیم. پیامدهای منفی ناشی از آسیب دیدگی سکوهای دریایی زمینه ساز بسیاری از مطالعات و اقدامات عملی در خصوص مقاوم سازی سکوهای دریایی طی سال های اخیر شده است.

علت مقاوم سازی سکوهای دریایی

همانطور که به آن اشاره کردیم، قرارگیری این سازه ها در مجاورت دریاها و عوامل مخرب جوی سبب ضرورت اجرای عملیات مقاوم سازی سازه های دریایی و سکوهای آن شده است. در ادامه به برخی از اصلی ترین عوامل تخریب سکوهای دریایی می پردازیم:

۱-خطرات ناشی از کمبود ایمنی سکوهای دریایی
در صورتی که سکوهای دریایی فاقد مقاومت کافی برای تحمل نیروهای وارد بر آن باشند، افزایش نیروهای وارد بر سازه می تواند سبب آسیب دیدن سکوهای دریایی و ضرورت انجام اقداماتی برای افزایش ظرفیت باربری سازه شود.

۲-خطرات ناشی از حوادث غیرمترقبه
وقوع سیل، زلزله، انفجار و آتش سوزی از دسته حوادث طبیعی و ناگریزی هستند که می تواند سبب کاهش مقاومت سکوهای دریایی غیر مقاوم شوند.

۳-خطرات ناشی از خطاهای مختلف
یکی از عوامل اصلی آسیب دیدگی سازه ها مربوط به خطاهای اجرایی، طراحی و بهره برداری است. این خطاها از موارد مورد توجه در مقاوم سازی ساختمان ها نیز محسوب می شوند که معمولا تاثیرات نامطلوبی در ظرفیت باربری اجزا، رشد و خستگی آن ها خواهد داشت. در ادامه به شرح هر یک از این عوامل می پردازیم:

الف)خطاهای طراحی
۱-عدم توجه به نیروهای مهم وارد بر سازه
۲-عدم در نظر گرفتن حالت های شکست
۳-در نظر گرفتن ضخامت نامناسب
۴-فقدان مشخصات کافی از مصالح مورد استفاده

ب)خطاهای اجرایی و ساخت
۱-انحراف از مشخصات مصالح
۲-بازرسی و کنترل ناکافی
۳-فقدان تعادل در ساخت سکوها

ج)خطاهای بهره برداری
۱-نگهداری نادرست و اشتباه از سازه
۲-بازرسی ناکافی و نامناسب
۳-مشکلات عملیاتی مانند خوردگی، آتش سازه و انفجار

چه عواملی سبب کاهش مقاومت سکوهای دریایی می شوند؟

بطور کلی کاهش مقاومت سکوهای دریایی به دلیل دو عامل اصلی فقدان مقاومت کافی در سکوها و افزایش نیروهای بیش از ظرفیت سازه به آنها رخ می دهد که در ادامه به توضیح هر یک از آنها می پردازیم:

۱-کمبود مقاومت لازم در سکوها
کمبود مقاومت در سکوهای دریایی ممکن است ناشی از خطاهای رخ داده در فرآیند طراحی یا اجرای آن ها باشد. علاوه بر این استفاده از مصالحی با کیفیت پایین نیز می تواند کمبود مقاومت بتن را تشدید کند. بدلیل قرارگیری سکوهای دریایی در یک محیط استراتژیک احتمال کاهش مقاومت بتن به دلیل شرایط جوی و محیط نیز بسیار بالا است. وقوع واکنش های شیمیایی در اثر قرارگیری بتن در برابر اسید یا سایر عوامل مخرب شیمیایی می تواند سبب تخریب بتن و خوردگی میلگرد در آنها شود که در نهایت کاهش کلی مقاومت سازه را به همراه خواهد داشت.

۲-افزایش نیروهای وارد بر سکو
نیروهای وارد بر سکوها می توانند به سه شکل به سکوها وارد شوند. این نیروها یا محیطی هستند یا نیروهای عملیاتی محسوب می شوند. دسته ی سوم نیروهای وارد بر سکوها مربوط به نیروهای ناشی از وقوع حوادث طبیعی و غیر مترقبه است. در ادامه به توضیح بیشتری درباره ی هر یک از این نیروها می پدازیم.

الف)نیروهای محیطی:
نیروهای محیطی وارد بر سکوها همانطور که از نام آن ها پیداست مربوط به عوامل محیطی هستند و می توانند در اثر تغییرات اقلیمی و به شکل محیطی یا جهانی رخ دهند. افزایش ارتفاع امواج و سرعت جریانات آبی دریا، رشد گیاهان بر پایه ی سکوها دریایی، وقوع پدیده ی ورتکس یا زلزله همگی نمونه هایی از افزایش نیروهای محیطی وارد بر سکوها هستند که ممکن است سبب آسیب دیدگی و حتی تخریب کامل سکوها شوند.

ب)نیروهای عملیاتی:
در صورتی که افزایش نیروهای مصنوعی بر سکوهای دریایی به شکل غیر کنترل شده رخ دهند و سازه از نظر مقاومت توانایی تحمل آن ها را نداشته باشد، شاهد آسیب دیدگی سکوهای دریایی و پیامدهای نامطلوبی جانی و مالی خواهیم بود. افزودن تجهیزات به روی سکو ها، تغییر مرکز ثقل عرشه یا افزایش تعداد پرسنل به میزان قابل توجه همگی نمونه هایی از افزایش نیروهای عملیاتی وارد بر سکوها هستند.

هدف از مقاوم سازی سکوها دریایی

۱-فراهم شدن شرایط لازم برای افزایش نیروهای وارد بر سکوهای دریایی به دلیل انجام فعالیت های صنعتی مختلف
۲-افزایش عمر مفید سکوهای دریایی
۳-بهسازی لرزه ای سکوهای دریایی و افزایش مقاومت آن ها در برابر نیروهای هیدرودینامیکی
۴-تغییر کارکرد و کاربری سکوها
۵-اصلاح خطاهای رخ داده حین ساخت و بهره برداری سازه

روش های مقاوم سازی سکوهای دریایی

۱-افزایش مقاومت و پایداری تک تک اجزای تشکیل دهنده ی سکوهای دریایی
۲-افزایش ظرفیت برشی و تحمل سازه های وزنی
۳-افزایش ظرفیت اندرکنش خاک و سازه برای افزایش ظرفیت مقاومت سازه

نحوه ی مقاوم سازی سکوهای دریایی

به منظور دستیابی به اهداف ذکر شده می توان از روش های گوناگونی استفاده کرد. یکی از راه های مقاوم سازی سکوهای دریایی، بهره گیری از اجزای اضافی تقویتی یا تعویض اعضای ضعیف سازه است. البته این روش معایبی نیز به همراه دارد. استفاده از اجزای اضافی یا تغییر اجزای موجود در بسیاری از مواقع ممکن است سبب بوجود آمدن نوعی عدم تقارن در سازه شود و این مسئله سازندگان را وادار به تقویت سایر اجزای سازه می کند که سبب افزایش هزینه و زمان زیادی خواهد شد. علاوه بر این استفاده از این روش ممکن نیازمند تقویت پی باشد که این مسئله امری دشوار و در بسیاری از مواقع غیر ممکن است. برای مقاوم سازی سکوهای دریایی می توان از روش های دیگر مثل سیستم های اتلاف انرژی میراگر نیز استفاده کرد. بکارگیری میراگرهای ویسکوز، اصطکاکی و ویسکوالاستیک نمونه هایی از این روش های هستند که گزینه ای مناسبی برای تقویت سکوهای دریایی محسوب می شوند.

آسیب های ایجاد شده در سکوهای دریایی

هر یک از عوامل عنوان شده نتایج مخرب مختلفی را به همراه دارد که در نهایت سبب زوال سکوهای دریایی و ناپایداری سازه خواهد شد. یکی از حالت های شکست در سکوهای دریایی اعمال اضافه بار ناگهانی و غیرقابل انتظار به سکوهای دریایی است که می تواند سبب فرو ریزش سازه شود. یکی دیگر از حالت های وقوع شکست در سکوهای دریایی، وقوع خرابی های پیش رونده است که به دلیل پدیده ی خستگی رخ می دهد. لازم بذکر است که بطور کلی آئیب و شکست های ایجاد شده در سکوهای دریایی می توانند با در ابتدا تنها یک ترک بوده باشند که به مرور در طول سازه رشد و گسترش یافته اند و در نهایت سبب کاهش مقاومت سازه و ریزش آن شده اند. در شرایطی که سازه از گذشته به دلیل فوق دچار شکست شده باشد، تنها یک جریان قوی برای فروریزش سازه کافی است.

انواع شکست در سکوهای دریایی

همانطور که در بخش پیشین به آن پرداختیم، سکوهای دریایی به دلایل مختلفی در معرض شکست و آسیب پذیری قرار دارند. انواع این شکست ها با توجه به بررسی تجربیات گذشته و آیین نامه ها شامل موارد زیر است:
۱-شکست کلی سازه
۲-آتش سوزی در سیستم های الکترونیکی
۳-از دست رفتن پایداری سازه
۴-خفگی و مسمومیت گازی
۵-رویدادهای زیر سطح آب
۶-سقوط اجسم
براساس تجربیات و مشاهدات صورت گرفته مهم ترین پیماد کاهش تعادل در سکوهای نفتی، تغییر شکل آنها در اثر وقوع حوادث گوناگون است. پیامد حوادث مختلفی مثل نشت ذخایر هیدروکربنی، حریق در سیستم های الکترونیکی، خفگی، مسمومیت ناش از گاز و وقوع حوادث غیر مترقبه در زیر آب ها می توانند سبب شکست اجزای سکوهای دریایی شوند. تا کنون شکست کلی سکوها، تغییر شکل های عظیم و سقوط عرشه از پر مخاطره ترین حوادث سازه ای در صنایع دریایی بوده است.