سکوی حفاری شناور

ذخیره سازی و تخلیه تولید شناور

نمودار واحد ذخیره سازی و تخلیه تولید شناور

FPSO OSX #1 در ریودوژانیرو ساحل

FPSO Mystras در حال کار در سواحل نیجریه

FPSO Crystal Ocean در بندر ملبورن

FPSO دایره ای Sevan Voyageur در حیاط Nymo در Eydehavn ، نروژ

FPSO Firenze در کشتی سازی هلنیک، 2007 لنگر انداخت

FPSO (شناور، تولید، ذخیره سازی، بارگیری)، Welplaathaven، بندر روتردام

Hæwene Brim FPSO

سازی و تخلیه تولید شناور ( FPSO ) یک کشتی شناور است که توسط صنعت نفت و گاز دریایی برای تولید و پردازش هیدروکربن ها و برای ذخیره سازی نفت استفاده می شود. یک کشتی FPSO برای دریافت هیدروکربن های تولید شده توسط خود یا از سکوهای یا زیر دریا ، پردازش آنها و ذخیره نفت تا زمانی که بتوان آن را بر روی یک تانکر یا در موارد کمتر از طریق یک خط لوله شده است. FPSO ها در مناطق مرزی فراساحل ترجیح داده می شوند زیرا نصب آنها آسان است و برای صادرات نفت به زیرساخت خط لوله محلی نیاز ندارند. FPSO ها می توانند تبدیل یک تانکر نفت (مانند Seawise Giant ) باشند یا می توانند کشتی ای باشند که مخصوص این کاربرد ساخته شده است. کشتی‌هایی که فقط برای ذخیره‌سازی نفت (بدون پردازش آن) استفاده می‌شوند، کشتی ذخیره‌سازی و تخلیه شناور (FSO) نامیده می‌شوند.

اولین کشتی از نوع مرتبط، شناور شناور گاز طبیعی مایع ، در سال 2016 به بهره برداری رسید.

انواع

FPSO ها به انواع زیر طبقه بندی می شوند.

ذخیره سازی و تخلیه شناور (FSO)
ذخیره سازی و تخلیه تولید شناور (FPSO)
ذخیره سازی و تخلیه تولید حفاری شناور (FDPSO)
واحد ذخیره سازی مجدد گاز (FSRU)

یک واحد ذخیره سازی و تخلیه شناور ( FSO ) اساساً یک FPSO بدون قابلیت پردازش نفت یا گاز است. اکثر FSO ها به ابر نفتکش های تک بدنه تبدیل می شوند . به عنوان مثال می توان به Knock Nevis ، سابق Seawise Giant اشاره کرد که برای سال ها بزرگترین کشتی جهان بود. قبل از اسقاط به FSO برای استفاده در دریا تبدیل شد.

در انتهای دیگر زنجیره لجستیک LNG، جایی که گاز طبیعی به دما و فشار محیط بازگردانده می‌شود، یک کشتی اصلاح‌شده خاص نیز ممکن است به عنوان واحد ذخیره‌سازی شناور و تبدیل مجدد به گاز ( FSRU ) استفاده شود. یک واحد ذخیره سازی و تبدیل مجدد به گاز LNG شناور، گاز طبیعی مایع (LNG) را از تخلیه حامل های LNG کند و سیستم گازرسانی مجدد گاز طبیعی صادر شده به ساحل را از طریق بالابرها و خطوط لوله فراهم می کند. از سال 2022 ، 33 FSRU در جهان وجود دارد که برخی از آنها به مناطق با قیمت بالاتر منتقل می شوند.

تاریخچه سکوی حفاری شناور

نفت از اواخر دهه 1940 از مناطق فراساحلی تولید شده است. در ابتدا، همه سکوهای نفتی در بستر دریا قرار داشتند، اما با انتقال اکتشاف به آب‌های عمیق‌تر و مکان‌های دورتر در دهه 1970، سیستم‌های تولید شناور مورد استفاده قرار گرفتند.

اولین FPSO نفتی در سال 1977 در میدان شل کاستلون واقع در دریای مدیترانه اسپانیا ساخته شد. [6] امروزه بیش از 270 کشتی در سراسر جهان به عنوان FPSO نفت مستقر هستند.

در 29 ژوئیه 2009، شل و سامسونگ توافقنامه ای را برای ساخت 10 FPSO LNG در همان Samsung Yard اعلام کردند. به نظر می رسد که Flex LNG واحدهای کوچکتری را می سازد.

) به طول 488 متر و عرض 74 متر را اعلام کرد FLNG که قرار است در 200 کیلومتری سواحل استرالیای غربی واقع شود و قرار است. برای تکمیل در حدود سال 2016. این بزرگترین کشتی ساخته شده تا کنون خواهد بود. رویال داچ شل (2013)، LNG FPSO (ذخیره سازی و تخلیه تولید شناور گاز طبیعی مایع)، صنایع سنگین سامسونگ با هزینه 12 میلیارد دلار.

در ژوئن 2012، پتروناس قراردادی برای مهندسی تدارکات، ساخت، نصب و راه اندازی با کنسرسیوم Technip و DSME منعقد کرد، [12] که انتظار می رود اولین واحد مایع سازی شناور جهان پس از تکمیل در سال 2015 باشد. این واحد برای میدان گازی Kanowit در نزدیکی ساراواک، مالزی.

در نقطه مقابل (تخلیه و تبدیل مجدد به گاز) انتهای زنجیره LNG، اولین تبدیل یک LNG ، حامل Golar LNG به یک واحد ذخیره سازی شناور LNG و تبدیل مجدد به گاز در سال 2007 توسط Keppel در سنگاپور انجام شد.

مکانیسم ها

نفت تولید شده از سکوهای تولید می توان سرزمین اصلی با خط لوله یا تانکر هنگامی که یک تانکر برای انتقال نفت انتخاب می شود، لازم است نفت در نوعی از مخزن ذخیره سازی انباشته شود، به طوری که تانکر نفت به طور مداوم در طول تولید نفت اشغال نشود و تنها زمانی مورد نیاز باشد که نفت کافی برای پر کردن تانکر تولید شود.

مزایا

کشتی های تولید، ذخیره و تخلیه شناور به ویژه در مکان های دورافتاده یا عمیق آب موثر هستند، جایی که خطوط لوله بستر دریا مقرون به صرفه نیستند. FPSO ها نیاز به گذاشتن خطوط لوله گران قیمت در مسافت های طولانی را از تاسیسات پردازش تا پایانه های خشکی حذف می کنند. این می تواند یک راه حل اقتصادی جذاب برای میادین نفتی کوچکتر ارائه دهد، که می تواند در چند سال تمام شود و هزینه نصب خط لوله را توجیه نمی کند. پس از اتمام فیلد، FPSO را می توان به مکان جدیدی منتقل کرد.

FPSOهای ساخت جدید هزینه اولیه بالایی دارند (تا 1 میلیارد دلار)، اما نیاز به نگهداری محدودی دارند. بعلاوه، توانایی تغییر مکان/تغییر منظور کردن آنها به این معنی است که آنها می توانند عمر تاسیسات تولید را تا چندین دهه بیشتر کنند. یک جایگزین ارزان‌تر برای سکوهای کوچک‌تر، تبدیل یک نفتکش یا کشتی مشابه با هزینه کمتر از 100 میلیون دلار است.

ضبط کشتی ها

FPSO که در عمیق ترین آب ها کار می کند FPSO BW Pioneer است که توسط BW Offshore از شرکت Petrobras Americas INC ساخته و اداره می شود. FPSO در عمق 2600 متری در بلوک 249 Walker Ridge در خلیج مکزیک است برای 80000 بشکه در روز (13000 متر مکعب در روز). قرارداد EPCI در اکتبر 2007 منعقد شد و تولید در اوایل سال 2012 آغاز شد. تبدیل FPSO در کشتی سازی MMHE Pasir Gudang در مالزی ، در حالی که قسمت های بالایی در ماژول ها در مکان های مختلف فروشنده بین المللی ساخته شدند. FPSO دارای یک برجک قابل اتصال ( APL ) است. [19] قرارداد FPSO برای عملیات در آبهای عمیق تر (2900 متر) برای میدان سنگ در خلیج مکزیک ایالات متحده SBM Offshore در جولای 2013

یکی از بزرگترین FPSOهای جهان کیزومبا A است که ظرفیت ذخیره سازی 2.2 میلیون بشکه (350000 مترمکعب ) دارد. با هزینه بیش از صنایع 800 میلیون دلار توسط سنگین هیوندای در اولسان ، کره شده است و توسط Esso Exploration Angola ( ExxonMobil ) اداره می شود. واقع در ۱۲۰۰ متر (۳۹۴۰ فوت) آب در بلوک دیپ واتر در ۲۰۰ مایل قانونی (۳۲۰ کیلومتر) از آنگولا ، آفریقای مرکزی در اقیانوس اطلس ، وزن آن ۸۱۰۰۰ تن و ۲۸۵ متر طول، ۶۳ متر عرض و ۳۲ متر ارتفاع است. (935 فوت در 207 فوت در 105 فوت).

اولین FSO

در خلیج مکزیک، The FSO ، از اوت 1998 شروع به کار کرده است Ta’Kuntah . این کشتی به عنوان بخشی از توسعه میدان Cantarell نصب شد. این میدان در خلیج کامپچه در شبه جزیره یوکاتان مکزیک واقع شده است. این یک تانکر ULCC تبدیل شده با سیستم پهلوگیری برجک خارجی SOFEC، دو رایزر انعطاف پذیر است که در یک پیکربندی lazy-S بین برجک و یک منیفولد انتهایی خط لوله (PLEM) در بستر دریا متصل شده اند، و یک سیستم تخلیه که به حداکثر دو نفتکش اجازه می دهد در زمانی برای پهلوگیری و بارگیری، پشت سر هم یا کنار هم. FSO به گونه ای طراحی شده است که 800000 بشکه در روز (130000 متر مکعب در روز) را بدون هیچ گونه محدودیتی برای از کار افتادگی اداره کند .

Skarv FPSO توسعه یافته و مهندسی شده Aker Solutions برای BP Norge است، یکی از پیشرفته ترین و بزرگترین FPSO است که در دریای نروژ، دور از ساحل مید نروژ است. اسکارو توسعه میدان نفتی و میعانات گازی است. پیوندهای توسعه در پنج قالب زیردریایی، و FPSO ظرفیت گنجاندن چندین چاه کوچکتر در نزدیکی خود را در آینده دارد. کارخانه فرآیند روی کشتی می تواند حدود 19000000 متر مکعب در روز (670000000 فوت مکعب در روز) گاز و 13500 متر مکعب در روز (480000 فوت مکعب در روز) نفت را جابه جا کند. یک لوله صادرات گاز 80 کیلومتری به Åsgard متصل می شود. Aker Solutions (که قبلاً Aker Kvaerner نام داشت) طراحی جلویی برای تأسیسات تولید شناور و همچنین طراحی سیستم کلی برای میدان و آماده سازی برای تدارکات و مدیریت پروژه توسعه کل میدان را توسعه داد. [24] بدنه یک طرح اختصاصی Aker Solutions “Tentech975” است. [25] BP همچنین Aker Solutions را برای انجام مهندسی جزئیات، تدارکات و کمک مدیریت ساخت (EPcma) برای توسعه میدان Skarv انتخاب کرد. را EPcma شامل جزئیات مهندسی و کارهای تدارکاتی برای قسمت های بالای FPSO و همچنین کمک های مدیریت ساخت و ساز به BP از جمله تاسیسات بدنه و قسمت بالایی است. تولید در آگوست 2011 در میدان آغاز شد. BP قرارداد ساخت Skarv FPSO را به صنایع سنگین سامسونگ در کره جنوبی و قرارداد Turret را به SBM اعطا کرد. FPSO دارای طول 292 متر، پرتو 50.6 متر و عمق 29 متر است و حدود 100 نفر را در کابین های یک نفره در خود جای می دهد. بدنه در ژانویه 2010 تحویل داده شد.

طرح‌های دکل هیدرولیک در مقابل الکتریکی: مزایا و معایب در سیستم‌های جبران ارتفاع شناور

امروزه اکتشاف نفت به محیط‌های شدیدتر منتقل شده است و باعث پیشرفت تکنولوژی در تجهیزات حفاری شده است. افزایش سختگیری ها در مورد حفاظت از محیط زیست چالش دیگری را ایجاد می کند.

یکی از بزرگترین تغییرات در تکنولوژی دکل با انتقال از دکل های تمام هیدرولیک به تجهیزات برقی رخ داد. سپس انتخاب بین دکل‌های برق متناوب و دکل‌های با انرژی DC مطرح شد. این مقاله مزایا و معایب راه‌حل‌های هیدرولیک در مقابل دکل الکتریکی را مورد بحث قرار می‌دهد، با تمرکز بر سه سیستم جبران افزایشی مورد استفاده در شناورها.

شناورها برای اطمینان از ثابت بودن رشته حفاری در رابطه با کف دریا و کف چاه نیاز به استفاده از تکنیک جبران خیز دارند. برای ثابت نگه داشتن وزن بر روی بیت یا فرود بی خطر BOP بر روی بستر دریا، رشته مته باید با محدود کردن برد در حرکت عمودی جبران شود. این کار از حرکت “بالا و پایین” مته جلوگیری می کند و از کنده شدن و کوبیدن آن به پایین سوراخ جلوگیری می کند و در نتیجه عمر بیت را طولانی می کند.

یک نوع اولیه از روش جبران افزایش با استفاده از یک سطل استاندارد با یک سیستم جبران هیدرولیکی نصب شده در بالای دریک آغاز شد. این سیستم، جبران کننده روی تاج (CMC)، از یک کشش استاندارد نصب شده روی کف مته برای بالا و پایین بردن رشته مته استفاده می کند.

یکی دیگر از سیستم‌های جبران‌کننده ارتفاع، محلول دکل سیلندر است. در اینجا، کل دکل با یک دکل جایگزین می‌شود و سیلندرهای هیدرولیکی که برای بالا و پایین بردن رشته مته استفاده می‌شوند، جایگزین می‌شوند. سومین سیستم جبران کننده، کشوهای کششی فعال است که در آن از یک سطل استاندارد استفاده می شود و جبران ارتفاع با کنترل الکتریکی کشش ها انجام می شود. این سیستم ها در اینجا به تفصیل مورد بحث قرار خواهند گرفت.

هیدرولیک در مقابل الکتریک

تجهیزات حفاری به طور سنتی با استفاده از راه حل های جبران کننده مکانیکی یا هیدرولیکی طراحی می شدند، اما استفاده از تجهیزات کاملاً برقی بیشتر و بیشتر رایج شده است. اکثر دکل های مدرن امروزی دارای ترکیبی از تجهیزات الکتریکی و هیدرولیک هستند زیرا جایگزینی همه ماشین آلات و عملکردها با یک راه حل الکتریکی دشوار است.

هیدرولیک سکوی حفاری شناور

یکی از مزیت های اصلی یک سیستم هیدرولیک، نسبت قدرت به اندازه محرک ها است. یک سیلندر هیدرولیک یا یک موتور هیدرولیک در مقایسه با یک محلول الکتریکی معادل کوچک و فشرده است. این خود تجهیزات را کوچک‌تر و سبک‌تر می‌کند و بنابراین در اکثر تجهیزات حمل و نقل لوله که امروزه در دسترس هستند ترجیح داده می‌شود.

سیلندر هیدرولیک، که یک محرک خطی ساده اما بسیار فشرده و موثر است، به ویژه برای جایگزینی با یک راه حل الکتریکی دشوار است. بازار راه حل فنی خوبی برای محرک خطی الکتریکی ارائه نمی دهد.

مزیت دیگر راه حل هیدرولیک قابلیت ذخیره انرژی آن است. آکومولاتورهای گاز روشی فشرده و مقرون به صرفه برای ذخیره نوسانات موقت انرژی هستند که در صورت قطع برق در دکل نیز کار می کند.

یک نقطه ضعف راه حل های هیدرولیک نیاز به یک واحد توان هیدرولیک نسبتاً بزرگ و سنگین (HPU) برای تغذیه تجهیزات است. اگرچه HPU را می توان نسبتاً دور از شلوغ ترین مناطق روی دکل قرار داد، اما همچنان فضا و وزن را اضافه می کند که به ویژه در شناورها مضر است. قرار دادن HPU در منطقه ای متفاوت از خود تجهیزات نیز نیاز به لوله کشی زیادی دارد. این باعث افزایش زمان نصب و راه اندازی می شود. لوله های پرفشار نیاز به نصب، تمیز کردن (شست و شوی) و آزمایش فشار دارند که این کار زمان بر است. نصب کابل های برق (انعطاف پذیر) و تست اتصالات قبل از راه اندازی آنقدرها وقت گیر نیست.

سیستم های هیدرولیک بسیار وابسته به دما هستند. دما ویژگی های فیزیکی سیال هیدرولیک و در نتیجه عملکرد سیستم را تغییر می دهد. این امر دقت و سرعت تجهیزات را کاهش می دهد و هنگامی که دکل ها به محیط های سردتر مانند مناطق قطب شمال منتقل می شوند، چالش بزرگی را ایجاد می کند.

تجربه نشان داده است که یکی از دلایل اصلی خرابی سیستم های هیدرولیک، آلودگی روغن هیدرولیک به صورت آب، ذرات زباله و یا هر دو است. این می‌تواند از عملکرد سوپاپ‌ها، پمپ‌ها و غیره به‌عنوان مورد نظر جلوگیری کند که می‌تواند باعث از کار افتادن کل سیستم شود.

سکوی حفاری شناور برقی

راندمان کلی یک سیستم الکتریکی در مقایسه با یک سیستم هیدرولیک بهتر است. متوسط راندمان یک سیستم هیدرولیک تقریباً 70٪ است در مقایسه با راندمان کلی 85٪ تا 90٪ برای یک سیستم الکتریکی. این یکی از دلایل اصلی ترجیح سیستم های الکتریکی بر راه حل های هیدرولیک است، به ویژه برای تجهیزات پرقدرت مانند پمپ های گل، کشوها و درایوهای بالا.

یکی دیگر از محرک های اصلی سیستم های الکتریکی، توانایی آن در کنترل دقیق گشتاور و سرعت است. علاوه بر این پیشرفت‌های عملکردی، سیستم‌های الکتریکی با حذف خطر نشت مایعات هیدرولیک راه‌حلی سازگار با محیط زیست را نیز ارائه می‌دهند.

با این حال، سیستم های الکتریکی محدودیت هایی را در مورد ذخیره سازی انرژی مشاهده می کنند. به منظور ذخیره انرژی اضافی، می توان از باتری های الکتریکی استفاده کرد، اما این باتری ها بسیار بزرگ و سنگین هستند – مشکلی قابل توجه زمانی که فضا و وزن محدود است. در طول ذخیره سازی انرژی کوتاه مدت – به عنوان مثال، برای جبران افزایش قدرت – انرژی می تواند به سیستم توزیع برق روی دکل بازگردانده شود.

Discoverer Luanda نمونه‌ای از دکلی است که از سیستم کشش فعال استفاده می‌کند، جایی که کشش‌ها هم برای عملیات معمولی بالا بردن و هم برای جبران ارتفاع استفاده می‌شوند. کشتی حفاری Stena Forth که روی جلد این شماره نشان داده شده است، نمونه‌ای از دکل با سیستم جبران‌کننده هیدرولیک است.

دریک با CMC

جبران کننده روی تاج (CMC) یک سیستم هیدرولیکی است که از سیلندرهایی تشکیل شده است که به یک قاب سفت و سخت که در بالای دریک نصب شده است، متصل شده اند. CMC از طریق سیم به بلوک تراش متصل می شود و با گسترش و کاهش حرکت سیلندرها، بلوک (و درایو بالایی) در دریک مربوط به ارتفاع دکل به بالا و پایین حرکت می کند. استفاده از سیلندرها کمترین بار را به سازه دریک وارد می کند، اما توانایی جبران خیز کردن به حداکثر ضربه سیلندرها در CMC محدود می شود.

یکی دیگر از اشکالات یک سیستم CMC توزیع وزن سنگین آن در بالای تخته است. بنابراین بر پایداری کشتی تأثیر می گذارد و ظرفیت بار عرشه را کاهش می دهد.

سیلندر سکوی حفاری شناور

طراحی دکل سیلندر، با نیروی هیدرولیکی، ترکیبی از تکنیک های جبران غیرفعال و فعال است. این راه حل برای تحمل بار رشته مته نیازی به یک ستون ندارد، بلکه از یک دکل برای هدایت حرکت به بالا و پایین استفاده می کند. تمام بارهای عمودی مستقیماً از طریق سیلندرهای بالابر به کف مته منتقل می شوند.

این به طور قابل توجهی وزن برج را کاهش می دهد و مرکز ثقل را پایین می آورد. با این حال، طول جبران ارتفاع به طراحی سیلندر جبران محدود می شود. یکی دیگر از معایب این است که این سیستم به یک HPU بزرگ نیاز دارد و وزن قابل توجهی را اضافه می کند.

با این حال، از آنجایی که این HPU در زیر کف دکل نصب شده است، جهت گیری معمولاً مرکز ثقل کلی دکل را کاهش می دهد و در نتیجه پایداری دکل را بهبود می بخشد. استفاده از دکل به جای دریل، کف مته را باز می کند و جابجایی تجهیزات به کف مته را آسان تر می کند.

دکل سیلندر همچنین در صورت خرابی افزونگی را فراهم می کند. اگر یکی از سیلندرهای بالابر کار نکند، می توان آن را جدا کرد و در حالی که کار با ظرفیت کاهش یافته ادامه دارد، تعویض کرد. استفاده از چند سیم نیز باعث ایجاد افزونگی در صورت خرابی سیم می شود. علاوه بر این، از آنجایی که در این محلول از کشش استفاده نمی شود، بسیاری از نویزهای موجود در کف مته از بین می رود.

دریک با AHD

کشش های اکتیو (AHD) یک راه حل کاملاً الکتریکی است که در آن کشش ها هم برای عملیات بلند کردن معمولی و هم برای جبران ارتفاع استفاده می شود. موتورهای نوع AC کنترل دقیق خطوط کششی را در هر چهار ربع فراهم می کنند. دقت جبران معمولی کمتر از 2٪ است. هنگام ترمزگیری، توان احیا کننده می تواند به دکل بازگردانده شود و توسط سایر مصرف کنندگان برق استفاده شود.

یکی دیگر از مزایای استفاده از موتورهای AC در مقایسه با موتورهای DC این است که آنها بار الکتریکی راکتیو به ژنراتورها تحمیل نمی کنند. از آنجایی که هیچ تجهیزات اضافی بر روی اسکله نصب نشده است، طراحی AHD وزن کمتر و مرکز ثقل کمتری در مقایسه با سیستم سنتی CMC دارد. علاوه بر این، AHD از نظر طول جبران محدودیتی ندارد. با این حال، استفاده از کشوهای AC باعث ایجاد یک محیط کاری پر سر و صدا می شود و مانند CMC، ساختار derrick فضای کاری محدودتری ایجاد می کند.

نتیجه

محیط حفاری امروزی محدودیت‌های طراحی دکل سنتی را جابجا می‌کند و نیاز به پیشرفت فناوری در زمینه‌هایی مانند سیستم‌های توزیع نیرو و جبران خسارت دارد. دکل‌های هیدرولیک مرسوم در گذشته اکنون با تجهیزات برقی ترکیب می‌شوند تا توان تامین شده در سراسر دکل را بهینه کنند.

سکوهای هیدرولیک

مزیت ذخیره انرژی را دارند و از بطری های گاز سبک وزن و باتری ها به جای باتری های الکتریکی بزرگ استفاده می کنند. با این حال، محیط‌های دمای شدید که اکثر برنامه‌های حفاری در معرض آن هستند، اکنون به پایداری سیستم‌های الکتریکی نیاز دارند. یک تقاضای اضافی در صنعت امروز تمرکز بر “انتشار صفر” به محیط زیست است. سیستم های الکتریکی برای تامین برق تجهیزات به سیالات هیدرولیک نیاز ندارند. بنابراین هیچ خطری برای نشت وجود ندارد.

این مقاله بر اساس ارائه ای در کنفرانس و نمایشگاه فناوری دکل پیشرفته IADC، 18 اوت 2010، هیوستون است.