کشف، استخراج و تولید نفت در آب به وسیله سکوهای دریایی صورت می گیرد. سکوی پایه کششی یکی از انواع سکوهای نفتی است که اساساً برای آب های عمیق طراحی شده است ولی اخیراٌ استفاده از نوعی از آن در آب های کم عمق به عنوان سکوی تخلیه مورد توجه محققین واقع شده است. در این پروژه به تحلیل دینامیکی یک سکوی تخلیه بار با پایه های کششی (tlp) در آب های دریای مارمارا و خلیج فارس پرداخته شده است. در ابتدا خصوصیات رفتاری سکوی tlp و تفاوت آن با سایر سکوها و نیز کاربرد آن در آب های کم عمق شرح داده شده و سپس به محاسبه ضرائب دینامیکی معادله حرکت سکو شامل ماتریس جرم و جرم اضافه، ماتریس میرایی و ماتریس سختی پرداخته شده است. نیروهای وارد بر سکو ناشی از امواج با استفاده از معادله موریسون محاسبه گردیده است. در انتها پاسخ های یک سکوی نمونه در درجات آزادیsurge, heave و pitch به روش های موج تکی و آنالیز طیفی، با استفاده از طیف jonswap برای آب های خلیج فارس و دریای مارمارا بدست آمده اند.

با اکتشاف اکثر حوزه‏های نفتی در خشکی‏ها امروزه کمتر شاهد کشف مخازن جدید نفت و گاز در این مناطق هستیم. از طرف دیگر رشد جمعیت و همزمان باآن رشد اقتصادی جهان در دهه‏های اخیر و در نتیجه افزایش تقاضا برای نفت، قیمت این ماده را افزایش داده است بطوریکه استخراج نفت در اعماق دریا روز‏به‏روز اقتصادی‏تر می‏شود. کشورهای پیشرو در این زمینه برای کشف مخازن جدید بطور مداوم به سمت آب‏های عمیق‏تر پیش می‏روند. از جمله سکوهای مناسب برای آب‏های عمیق می‏توان به سکوهای fpso، tlp و spar اشاره کرد. وقتی عمق آب از یک حد افزایش می‏یابد سکوی ستونی یا spar بدلیل سادگی هندسه و ساخت آن یکی از مقرون به صرفه‏ترین انتخاب‏هاست. از انواع سکوهای ستونی دو نوع از رایج‏ترین طرح‏ها سکوی ستونی کلاسیک (classic spar) و سکوی ستونی خرپایی (truss spar) هستند. محاسبات و اندازه‏گیری‏ها نشان داده است سکوی ستونی خرپایی نسبت به سکوی ستونی کلاسیک با ابعاد مشابه از خصوصیات دینامیکی بهتری برخوردار است. از میان موج، باد و جریان، امواج مهمترین عامل در ایجاد نیروهای خارجی وارد بر سکوهای ستونی می‏باشند. هدف از این تحقیق، تخمین نیروهای وارد از طرف امواج به یک سکوی ستونی خرپایی مشخص و تعیین پاسخ دینامیکی آن به امواج تصادفی دریا است. برای تعیین اینکه یک طرح مطلوب است یا نه انجام این تحلیل ضروری است. تحلیل دینامیکی برای یک سکوی ستونی خرپایی مشخص انجام شده است و نتایج آن با نتایج موجود در دبیره فنی مقایسه گردیده است. در این تحقیق ضرایب جرم اضافی سکو توسط روش مولفه عمودی شتاب و ضرایب میرایی توسط روش مولفه عمودی سرعت محاسبه شده است. همچنین در محاسبه ضرایب بازگرداننده فرض شده است که جابجایی سکو از موضع تعادل کوچک می‏باشد. ماتریس نیروها نیز از طریق تئوری تفرق و معادله نیمه‏تجربی موریسون محاسبه شده است و معادله دیفرانسیل غیرخطی حرکت از طریق خطی‏سازی حل گردیده است. سپس پاسخ‏های سکو در مدهای مختلف حرکتی محاسبه و با نتایج دیگر محققان مقایسه شده است. در این تحقیق مشخص گردید که حرکت heave سکو مستقل از حرکت‏هایsurge و pitch می‏باشد و حرکت‏های surge وpitch به یکدیگر وابسته هستند. پاسخ heave سکو با ورق صلب بزرگ بدست آمده در این تحقیق نسبت به نتایج آزمایشگاهی دارای اختلاف زیادی است ولی پاسخ heave سکو با ورق صلب کوچک نسبت به نتایج آزمایشگاهی دارای اختلاف کمی می‏باشد و از نتایج تئوری برخی محققان دقیق‏تر است. پاسخ surge سکو نسبت به نتایج آزمایشگاهی دارای کمی اختلاف است ولی به نتایج دیگر محققان بسیار نزدیک می‏باشد همچنین پاسخ pitch سکو بدست آمده نسبت به نتایج آزمایشگاهی دارای کمی اختلاف است ولی از نتایج تئوری دیگر محققان به نتایج آزمایشگاهی نزدیک‏تر می‏باشد.

در این مطالعه، انتقال رسوب در ناحیه عمق کاستگی یا در خارج از ناحیه شکست مورد بررسی قرار گرفته است. این مطالعه با هدف پی بردن به این مسئله صورت پذیرفته که آیا می توان میزان انتقال رسوب در این ناحیه را با استفاده از یک کانال با ابعاد هندسی و مشخصات هیدرولیکی خاص مدل نمود. این مشخصات و ابعاد به گونه ای در نظر گرفته شده اند که بیشترین شباهت به مشخصات متناظر در ناحیه عمق کاستگی را داشته باشند. برای این مدل سازی از معادلات هیدرولیکی حاکم بر رفتار رسوب – سیال در یک کانال که به معادلات de saint venant معروف هستند، استفاده شده است. این معادلات با استفاده از روش عددی و صریح lax-ftcs و با بهره گیری از شرائط مرزی متناسب کدنویسی شده اند. بعد از معرفی مقادیری مناسب از پارامترهای تاثیر گذار بر روی رفتار رسوب، نتایج حاصل از این مدل عددی بدست آمده و با نتایج مربوط به روش تحلیلی استفاده از پروفیل ترکیبی موج –جریان، مورد مقایسه قرارگرفته است. در روش تحلیلی مذکور انتقال رسوب با استفاده از معادلات هیدرولیکی پایه حاکم در ناحیه لایه مرزی موج و جریان و تعیین سرعت ها و تنش های برشی موج و جریان و نیروهای آستانه لازم برای حرکت رسوب، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از مقایسه دو روش نشان دهنده توافقی نسبتا خوب بین نتایج بدست آمده از مدل کانال و روش استفاده از مدل ترکیبی موج –جریان می باشد. در این حالت، نشان داده شد که نتایج بدست آمده از این تز در دامنه ای خاص از پارامترهای تاثیرگذار توافق خوبی با نتایج تحلیلی دارد و در نتیجه می توان از این نتایج در برخی از سواحل استفاده نمود.

سکوی خودبالابر یا جک آپ نوعی از سکوهای ثابت محسوب می گردد که معمولا جهت انجام عملیات مشترک با سکوهای ثابت یا انجام عملیات حفاری تا عمق های 120 متر مورد استفاده قرار می گیرد. این سکو دارای عرشه مثلثی می باشد که شناوری لازم را جهت عملیات حمل ونقل فراهم می آورد. پایه های فولادی این سکو در گوشه های عرشه مستقر می باشد. حمل آنها به محل مورد نظر معمولاً به کمک بارج های یدک کش صورت می گیرد. پس از اینکه سکو به موقعیت مورد نظر رسید بوسیله جک های هیدرولیکی یا پنوماتیکی پایه های آن پایین برده می شود و پی مخروطی گسترده (اسپادکن)، که در انتهای پایه ها قرار دارد، روی بستر دریا قرار می گیرد. بنابراین رفتار دینامیکی آنها تا حد زیادی به وضعیت ژیوتکنیکی لایه های خاک بستر دریا وابسته خواهد بود. در این تحقیق جهت بررسی اثر تغییرات فونداسیون در رفتار دینامیکی سکو، سازه سکو به صورت یک قاب ساده و به روش المان محدود و فونداسیون آن به صورت محیط الاستیک بینهایت و به کمک روش المان مرزی مدل گردیده است. تحلیل مدل در حوزه زمان و فرکانس صورت پذیرفته. برای تهیه مدل عددی از نرم افزار matlab بهره گرفته شده است. در پایان نیز نتایج حوزه فرکانس به صورت تغییرات چهار فرکانس طبیعی اول در اثر تغییر سختی پی به صورت نمودارهایی ارایه گردیده است. در حوزه زمان نیز به ازای ضرایب پوآسون بین صفر تا نیم و ضرایب برشی مختلف پاسخ دینامیکی سازه محاسبه شده و نتایج آن در حوزه زمان ارایه شده است. نتایج تحقیق نشان دهنده کاهش فرکانسهای طبیعی با کاهش سختی پی، هم در حوزه زمان و هم در حوزه فرکانس می باشد.

نیروهای دینامیکی ناشی از امواج یکی از مهمترین تحریکاتی است که باید در هنگام طراحی سازه های فراساحلی مورد توجه قرار گیرد. در سالهای اخیر به منظور طراحی مناسب این نوع سازه ها علاوه بر ارزیابی دقیق پاسخ دینامیکی سازه در برابر نیروی امواج، تعیین روشهایی جهت کاهش این پاسخ از اهمیت زیادی برخوردار شده است. در سه دهه اخیر ابزار کنترل ارتعاشات، به منظور کاهش ارتعاشات سازه تحت اثر نیروهای محیطی توسعه پیدا کرده است. در این مقاله پاسخ دینامیکی سکوی ثابت جاکت مجهز به وسایل اتلاف انرژی از نوع میراگر ویسکوالاستیک و ویسکوز در برابر نیروی امواج ارایه می شود و با تعیین پاسخ سکو در برابر نیروی دینامیکی موج، کارآیی این سیستم در روی سازه های دریایی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. هدف این تحقیق توسعه سیستمهای غیر فعال برای کنترل ارتعاشات یک سکوی ثابت جاکت در برابر نیروی امواج می باشد.

نتایجی که در پایان این مطالعه بدان رسیدیم دستورالعملها، جداول و نمودارهای اجرایی جهت انجام حفاری بر بستر دریا از یک سکوی دریایی نیمه شناور با توجه به محدودیتهای اعمالی در اثر فعالیتهای توام سیستم مهار و رایزر است. این نتایج در شرایط سالم بودن تمامی تجهیزات مربوط به رایزر و مهار انجام شد. در شرایط احتمال آسیب دیدگی یک جفت از کشنده های رایزر همچنین گسیختگی یکی از خطوط مهار آنالیزهای تکمیلی به منظور به دست آوردن محدودیتهای عملیاتی انجام شد. همچنین شرایطی محیطی که عملیات را ملزم به انقطاع رایزر می نماید شناسایی شد. پایان نامه شامل فصل اول: مقدمه و فصل دوم: آشنایی با سیستم های مهارهای دریایی فصل سوم: آشنایی با سیستم های رایزرهای دریایی فصل چهارم: آنالیز مهار در سکوهای دریایی فصل پنجم: آنالیز رایزر در سکوهای دریایی فصل هفتم: مطالعه موردی فصل هشتم معتبرسازی نتایج و فصل نهم: پیوست و درنهایت مراجع

هر چند فعالیت های صنعت سکوسازی در جنوب کشور تاریخچه ای دیرینه داشته و پژوهشگران و صنعتگران، تجربه های فراوانی در طراحی و اجرا در این منطقه دارند، ولی با توجه به گسترش روزافزون صنعت و به دنبال آن افزایش تقاضای انرژی های فسیلی و نیز محدودیت منابع نفت و گاز در ساحل و مناطق کم عمق جنوب کشور، توجه هر چه بیشتر به منطقه ی دریایی مازندران از دیدگاه ملی ضروری و اجتناب ناپذیر است. عوامل گوناگونی چون نیاز روزافزون به مواد هیدروکربنی در تولید و توسعه ی ملی، رقابت شدید منطقه ای در سرمایه گذاری و بهره برداری از حوزه های نفت و گاز در شمال و اهمیت سیاسی، استراتژیک و بین المللی منطقه ضرورت و لزوم دخالت هر چه بیشتر و گسترده تر در این عرصه را دو چندان می کند. سکوهای نیمه شناور یکی از بهترین و مناسب ترین گزینه ها برای این منطقه در فعالیتهای مختلف اکتشاف، حفاری، استخراج و تولید است که یک نمونه آن درحال بکارگیری در دریای مازندران است. در این تحقیق روش جدیدی برای بهینه سازی و اتوماسیون تحلیل حرکت های سکوهای نیمه شناور ارایه می شود. در مورد جبنه های مختلف بهینه سازی این سکوها موارد ذیل مورد توجه قرار گرفته اند : بهینه سای الگوی خطوط مهار، جستجوی طول خط یا کشش خط بهینه برای هر خط مهاری با هدف کاهش پاسخ های سکو و کسب بهترین و بیشترین سازگاری در برابر شرایط محیطی اعمال شده. در این پژوهش برای دومین بار در مدل سازی و تحلیل سکو از بسته ی نرم افزاری sesam محصول dnv استفاده شده است. موج و باد بصورت طیفی تعریف شده اند و تحلیل در دامنه ی فرکانس انجام شده است. هدف از بهینه سازی عبارت است از کمینه کردن تابع هدفی که ترکیبی جبری از جابجایی های شناور متناظر با هر دسته از شرایط محیطی است. روش بهینه سازی بکار رفته در این تحقیق الگوریتم شبکه های عصبی مصنوعی است و یا به بیان صحیح تر از این الگوریتم برای تخمین تابع رفتار سکو و سیستم مهاربندی مدل شده استفاده شده است، سپس با استفاده از این توابع به یافتن کمینه ها اقدام شده است.

اثر متقابل بین جریان آب و بستر فرسایش پذیر که همواره با پدیده انتقال رسوب همراه است باعث ایجاد انواع شکل-های بستر می شود .شکل های بستر باعث ایجاد مقاومت اضافه (مقاومت شکل بستر) در برابر جریان آب می شوند. تخمین مقاومت در برابر جریان در برنامه یزی، طراحی و بهره برداری پروژه های منابع آب شامل انتقال آب و بطور خاص سیستم های رودخانه ای نقش مهمی ایفا می کند. در این پژوهش، بررسی آزمایشگاهی اثر دو نوع شکل بستر ریپل (یکی شکل موازی و دیگری پولکی) بر خصوصیات هیدرولیکی جریان در فلومی با مقطع مستطیلی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهرکرد انجام گرفت. فلوم دارای عرض و ارتفاع 4/0 متر و طول 12 متر بود. در مجموع 48 آزمایش در 4 شیب 0005/0، 001/0، 002/0 و 003/0 و در4 دبی 10، 20 ، 30 و 40 لیتر در ثانیه انجام شد. جهت اندازه گیری سرعت جریان و تنش برشی از دستگاه سرعت سنج سه بعدی advاستفاده شد. نتایج نشان داد در تمام شیب ها و در ریپل های موازی، میزان تنش برشی بستر در روی تاج ریپل های موازی دارای حداقل مقدار و در روی نقطه میانی وجه بالادست، ماکزیمم مقدار خود را دارد بطوریکه با حرکت از تاج ریپل به سمت وجه بالادست آن روند افزایشی دارد. همچنین نتایج نشان داد شکل بستر ریپل تأثیر قابل توجهی بر روی تنش برشی بستر دارد، بطوریکه در ریپل های موازی و پولکی به ترتیب 26 و 23 درصد از میزان کل تنش برشی بستر ناشی از وجود شکل بستر است. همچنین نتایج نشان داد میزان تنش برشی بستر بر روی ریپل های موازی 27 درصد بیشتر از مقادیر تنش برشی بستر بر روی ریپل های پولکی است. نتایج مقایسه ضریب زبری مانینگ نیز نشان داد زبری فرم بستر ریپل در حالت موازی قریب 47% و در حالت پولکی43 % از زبری کل را تشکیل می دهد و ضریب زبری مانینگ در شکل موازی نسبت به پولکی 3/12 درصد بیشتر است. در نهایت ارزیابی روش های توسعه منحنی دبی- اشل براساس یافته های این تحقیق نشان داد روش شن نسبت به سایر روش های ارزیابی منحنی دبی- اشل کمترین میزان خطا را دارد. دقت این روش در حالت فرم بستر موازی، نسبت به حالت پولکی بیشتر بود.

در این پایان نامه با توجه به اهمیت پدیده خستگی در طراحی سازه ها به معرفی روش های مختلف آنالیز خستگی، خصوصاً روش های آنالیز خستگی در شناور ها پرداخته شده است. جهت مطالعه موردی و مقایسه روش های توصیف شده، طول عمر خستگی یک شناور کروبوت آلومینیومی به دو روش بر اساس طیف امواج خلیج فارس و آیین نامه abs محاسبه گردیده است. روند کار به این صورت بوده که ابتدا مدل کل شناور را تحت اثر بارهای وارد بر آن به کمک نرم افزار مسترو آنالیز عمومی نموده و سپس به وسیله روش های بهبود مش بندی و برون یابی خطی تنش، تنش های نقاط تمرکز تنش را محاسبه می نماییم. در کل 336 حالت بارگذاری مختلف آنالیز گردیده و نتایج تمرکز تنش در یک محل که آمادگی بیشتری برای شکست داشته است بوسیله منحنی s-n آلیاژ 116-5086 آلومینیوم به دو روش مورد بررسی قرار گرفته و عمر خستگی آن محاسبه گردیده و در انتها مقایسه ای بین روش های آنالیز متعین و روش طیفی کاهش یافته صورت گرفته است. یکی از نتایج بدست آمده این بود که عامل عمده ایجاد خستگی، موج های با ارتفاع متوسط هستند. زیرا امواج کم ارتفاع علی رغم تعداد زیاد چرخه، تغییرات تنش اندک ایجاد می کنند و از طرفی موج های مرتفع که می توانند تغییرات تنش بالاتری در اتصالات سازه ایجاد نمایند دارای تعداد چرخه محدودی هستند.

در این پژوهش با ساخت مدل آزمایشگاهی، دبی منحرف شده در شرایط مختلف شیب طولی کانال، دانه بندی محیط متخلخل درون آبگیر، شیب سطح فوقانی، طول و ارتفاع آبگیر، مقادیر دبی کل جریان، دبی منحرف شده توسط آبگیر و سایر پارامترهای مؤثر اندازه¬گیری گردید. همچنین روابط ارائه شده در تحقیقات گذشته با نتایج حاصل از آزمایشات جدید مقایسه و علت عدم تطابق این روابط مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به عدم جوابگویی مدلهای گذشته، در ابتدا با استفاده از مبانی تحلیلی رابطه جدیدی برای تخمین دبی منحرف شده توسط آبگیرهای کف متخلخل پیشنهاد گردید. سپس ضمن شناسایی کلیه پارامترهای مؤثر بر عملکرد این نوع از آبگیرها، پارامترهای بدون بعد مربوطه با استفاده از فن تجزیه و تحلیل ابعادی استخراج گردید. با توجه به مبانی ذکر شده، 700 ترکیب مختلف به منظور سنجش تاثیر پارامترهای مختلف مورد آزمایش قرار گرفته و نهایتاً با استفاده از رگرسیون چند متغیره بین مشاهدات آزمایشگاهی، معادلات جدیدی برای تخمین ضریب آبگذری آبگیر در شرایط مختلف پیشنهاد گردید. علاوه بر این آزمایشهایی به منظور بررسی امکان آبگیری از جریان زیرسطحی انجام گرفت که بر اساس این آزمایشها، استفاده از جریان زیرسطحی در آبگیرهای کف متخلخل فاقد توجیه می باشد. همچنین تاثیر مخرب رسوبات ریزدانه بر عملکرد آبگیر مورد بررسی قرار گرفت. برخلاف مدلهای پیشین، مدل ریاضی ارائه شده کاملاً با مبانی هیدرولیکی رفتار آبگیرهای کف متخلخل و نتایج آزمایشگاهی تطابق داشته و در محدوده پارامترهای مورد سنجش، قابل تعمیم می باشد.

در دهه های اخیر استقبال صنعت فراساحل از سکوهای خودبالابر به دلیل قابلیت های مختلف آن ها ازجمله امکان جابه جایی، امکان تغییر تراز عرشه و قرارگیری در موقعیت های نامتقارن بستر بیشتر شده است. استفاده از این سکوها به عنوان واحدهای تولیدی و به دنبال آن افزایش عمر موردنیاز سازه موجب لزوم بررسی آن ها تحت تحلیل های خستگی شده است. یک تحلیل خستگی می تواند در حوزه زمان یا فرکانسی انجام گیرد؛ اما برای یک تحلیل حوزه زمان باید تاریخچه زمانی حداقل سه ساعته مدنظر قرار گیرد که مستلزم صرف ساعت ها پردازش نرم افزاری است. ازاین رو در ارزیابی های خستگی به کارگیری تحلیل حوزه فرکانسی بسیار بیشتر موردنظر است. عوامل غیرخطی موثر در رفتار سازه شامل رفتار غیرخطی سازه ای پایه ها، رفتار غیرخطی اندرکنش خاک و سازه و رفتار غیرخطی بار وارد بر سکو است. عامل غیرخطی نیروی موج، نیروی پسای اعمال شده بر روی سازه بوده که شامل نیروی پسای توزیع شده در عمق آب و نیروی متغیر سطح آب است که به آن نیروی طغیان گفته می شود. در این مطالعه بحث خستگی خودبالابر و پاسخ سازه با توجه به حضور جریان و نیروی طغیان و اندرکنش میان آن دو به وسیله تقریبات درجه سه و چهار مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از توابع چندجمله ای برای تقریب نیروهای غیرخطی یکی از روش های مناسب در تحلیل حوزه فرکانسی است. در غیاب جریان طیف مجموع نیروی پسای توزیع شده و طغیان برابر مجموع طیف هرکدام از آن ها است؛ اما در حضور جریان به دلیل اندرکنش نیروی پسای توزیع شده و طغیان طیف های مشترک بین این دو نیرو در معادلات وارد می شوند. تحلیل سکو تحت نیروی موج در غیاب و حضور جریان محاسبه شده و روابط طیفی مشترک ناشی از حضور جریان به دست آمده اند. تحلیل فرکانسی و حصول تغییر شکل های مودال با نرم افزار اجزای محدود آباکوس و حصول توابع همبستگی، طیف های نیرو، پاسخ مودال سازه و تحلیل خستگی در موقعیت خلیج فارس و وضعیت های مختلف دریا تحت زبان برنامه نویسی متلب انجام گرفته است. تمامی تحلیل ها برای سه حالت تکیه گاهی گیردار، مفصلی و فنرهای خطی انجام شده اند. نتایج نشان داد که حضور جریان با درنظرگیری طغیان باعث افزایش مقدار طیف پاسخ و کاهش طول عمر سازه می شود. همچنین ملاحظه شد حضور جریان موجب تغییر نامتقارن قله های طیف پاسخ شده و عدم لحاظ اندرکنش نیروهای پسای توزیع شده و طغیان می تواند با توجه به مقدار نسبت فرکانس طبیعی سازه به فرکانس قله طیف موج پاسخ های بسیار متقاوتی را ارائه کند. همچنین نتایج به دست آمده حاکی از تأثیر زیاد شرایط تکیه گاهی سازه و نوع ساده سازی آن روی نحوه پاسخ سازه بود.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.