هنگامی که حفاری برای جستجوی میادین نفتی در دریا آغاز شد، از آنجایی که عملیات جستجو به آب های کم عمق محدود بود استفاده از ریگ های حفاری ثابت و شناور مرسوم گشت. بعد از این مرحله و با توسعه فعالیت های فراساحلی در آب های عمیق تر، جک آپ های حفاری بعنوان نسل جدیدی از سکوهای حفاری که می توانستند در آب های به عمق 30 متر حفاری نمایند، ساخته و بکار گرفته شدند. اما با افزایش عمق آب و عدم امکان استفاده از جک آپ ها، استفاده از "سکوهای نیمه شناور" مورد توجه شرکت های فعال در صنعت فراساحل قرار گرفت؛ سکوهایی که با موفقیت در حفاری آب های عمیق تر و خشن تر، دریچه ای جدید را به روی توسعه صنایع فراساحل گشودند.

 

نگاهی به تاریخچه و روند تکامل

با تجاربی که چهار شرکت کنتیننتال، یونیون، شل و سوپریور در جریان ساخت کشتی cuss -1 بعنوان اولین Drillship دنیا کسب نمودند، هر چند راه برای استفاده از کشتی های حفاری بعنوان نسل سوم سازه های دریایی که می توانستند بر خلاف جک آپ ها، بدون داشتن هیچ گونه تکیه گاهی در بستر دریا اقدام به حفاری نمایند، هموار گردید. اما استفاده از این شناورها علی رغم تمامی مزایای جدیدشان نشان داد که این کشتی ها به دلیل آسیب پذیری در برابر تاثیر حرکات عمودی و افقی امواج دریا، مناسب فعالیت در آب های خشن و متلاطم دریای شمال نمی باشند. همین موضوع محققان و شرکت ها را بر آن داشت تا با ارائه راهکارهای عملیاتی جدید، نسل جدیدی از سکوهای حفاری را طراحی نمایند که ثبات بیشتری در هنگام حفاری در آب های عمیق تر و مواج داشته باشد.این تلاش ها در نهایت منجر به طراحی نسل جدیدی از سکو های دریایی به نام سکوهای نیمه شناور (semi - submersible) توسط "بوریس کولیپ" که فارغ التحصیل رشته معماری دریایی بود گردید. قبل از کولیپ طرح های مشابهی دیگری از سوی افرادی نظیر لوئیس جیلیاسو، رابرت آرمسترانگ و اچ .ای. گراس مطرح شده بودند ولی چنین ایده هایی در آن زمان جدی گرفته نشدند. با این حال ایده کولیپ شامل استفاده از ستون هایی بر روی مخازن شناور زیر سطحی و حفظ موقعیت سکو با اتصال آن از طریق لنگرهای بزرگ به بستر دریا بود که نهایت منجر به ساخت و به آب اندازی سکوی blue water NO.1 در سال 1961، به عنوان اولین سکوی نیمه شناور دنیا گردید. جالب است بدانید از آنجایی که سکوهای نیمه شناور، بسیار بهتر از کشتی های حفاری پاسخگوی نیازهای شرکت های فراساحلی برای فعالیت در آب های خروشان بودند، نمونه های مشابه بسیاری از طرح اولیه کولیپ کپی برداری گردید و اصل این ایده به یک ابزار مفید جهت حفاری در آب های طوفانی و نا آرام بدل گشت. در همین راستا استفاده از سکوهای نیمه شناور، به دلیل شرایط عملیاتی منحصر به فردشان، بشدت در سراسر جهان توسعه یافت؛ به گونه ای که از سال 1961 تا سال 1968 تعداد نیمه شناورها به 32 واحد رسید. این روند همچنین در دهه 70 میلادی نیز تداوم یافت، به گونه ای که از 29 واحد در سال 1972 به 117 واحد در 1977 رسید. موج دوم ساخت سکوهای نیمه شناور همچنان در اوایل دهه 80 تداوم یافت بطوریکه جمع کل تعداد آنها به 187 واحد در سال 1987 رسید. با این حال جالب است بدانید که سکوی بلو واتر نامبر وان که اولین سکوی نیمه شناور دنیا محسوب می شود به اندازه ای دوام نیاورد تا شاهد این موفقیت باشد چرا که در خلال طوفان هیلدا در سال 1964 در خلیج مکزیک واژگون و غرق گردید.

سکوهای نیمه شناور چگونه فعالیت می کند؟

سکوهای نیمه شناور که به دو گروه Bottle - Type Sem - subs و column- Stabilized Semisub تقسیم بندی می شوند به نحوی طراحی شده اند که در هنگام استفاده از آنها به عنوان سکوهای شناور، قسمت اعظم شناوری آن به حد کافی در زیرسطح آب باشد تا اثرات مختلف امواج سطحی بر روی آن نسبتا بی اثر گردد. به همین سبب نیمه شناور ها در مقایسه با کشتی ها خیلی پایدارتر می باشند و این پایداری امکان انجام عملیات حفاری را مهیا می سازد. نحوه کار این سکو نیز به این صورت است که به هنگام حرکت آب داخل مخازن تخلیه شده و سکو مانند کشتی حرکت می نمایند و به هنگام شروع عملیات حفاری نیز مجددا مخازن پر از آب می شوند تا سکو در محل تثبیت گردد. این سکوها توسط سازه های بزرگ پانتون شکلی حمایت می شوند که در زیر سطح دریا شناور شده اند. از آنجایی که عرشه سکو 100 پا یا بیشتر (30متر) در بالای پانتون ها بر روی ستون های فولادی بزرگ قرار دارد، بنابراین اثرات باد، امواج و آب و هوا به حداقل رسیده است. در خصوص نحوه تثبیت موقعیت و مهار سکوهای نیمه شناور نیز باید گفت که این سکوها به دو روش استفاده از لنگرهای 6 تا 12 رشته ای یا با استفاده از سیستم تثبیت موقعیت (dynamic positioning) و در مواردی با استفاده از هر دو روش، در موقعیت عملیاتی خود در دریا مهار می شوند. این سکوها به طور معمول در عمق هایی از 300 تا 1500 پا (91 تا 457 متر) فعالیت می کنند. در این نوع از سکوها، حفاری از طریق مجرایی که روی عرشه تعبیه شده و تحت نام Moon pool شناخته می شود صورت می گیرد. اکثر نیمه شناورها دارای فضای مسکونی نیز هستند تا کارکنان سکو بتوانند برای مدت زمانی نسبتا طولانی بر روی سکو باقی بمانند. همچنین پد هلیکوپتر، جرثقیل ها و بسیاری دیگر از تجهیزات جزء ملزومات چنین سکوهایی است.

جالب است بدانید که حرکت عمودی (heave motion) نسبتا کم ولی مهم سکو که ناشی از امواج دریا می باشد به وسیله یک اتصال لغزشی (slip joint) نصب شده در انتهای برج حفاری (drilling derrick) دفع می شود. یک تنشنر (tensioner) هم نیروی رو به بالای لازم بر روی رایزر را ایجاد میکند تا این سازه بلند همیشه در کشش باقی بماند و از کمانش آن جلوگیری گردد. همچنین سیستم مهاربندی باید دقت لازم جهت نگه داری سکو در موقعیتی با خطای حداکثر 7% عمق آب نسبت به موقعیت تعیین شده را دارا باشد تا حفاری امکان پذیر باشد. حداکثر عمق آب و شرایط آب و هوایی که حفاری به وسیله سکو و قابلیت تحمل حرکت عمودی به وسیله کابل های فولادی به بستر دریا مهار می شدند، از سیستم تثبیت موقعیت خودکار (DP) برای حفظ موقعیت خود استفاده مي کنند. مزیت سیستم DP این است که عملیات تثبیت موقعیت به دلیل انجام محاسبات توسط رایانه های پیشرفته و سیستم GPS با دقت و ایمنی بیشتری انجام می گیرد. این در حالی است که استفاده از لنگر برای ایجاد ثبات هزینه عملیات را افزایش می دهد زیرا همواره نیاز به وجود یک یا چند فروند شناور لنگر انداز بزرگ در اطراف سکو می باشدکه باعث می شود هزینه های عملیاتی سکو بیشتر شود.

 

آتلانتیس؛ بزرگترین سکوی حفاری نیمه شناور دنیا

در حال حاضر سکوی آتلانتیس، با وزن 58700 تن و ظرفیت تولید روزانه 200 هزار بشکه نفت و 180 میلیون فوت مکعب گاز، بزرگترین سکوی نیمه شناور تولید نفت و گاز جهان محسوب می شود که با استفاده از سیستم مورنینگ در بیشترین عمقی که یک سکوی نیمه شناور در آن فعالیت نموده (2150 متر) به بستر دریا متصل شده  و در حال تولید می باشد.

در شکل زیر نمایی از سکوی نیمه شناور ایران امیرکبیر را می بینید که در دریای خزر و برای حفاری در آب های تا عمق یک هزار متر ساخته شده است.

 

عملیات آزمایش چاه شماره 2 میدان نفتی سردار جنگل