(offshore structures) - wordpress site of pulpong · 2012-01-03 · บทที่ 3...
TRANSCRIPT
บทท่ี 3โครงสร้างนอกฝ่ัง
(Offshore Structures)
3.1 การพัฒนาโครงสรางนอกฝง(Historical Development of Offshore Structures)
สิ่งสำคัญประการหนึ่งในอุตสาหกรรมการผลิตปโตรเลียม คือ การพัฒนาทางดานวิศวกรรมนอกฝงใหมี
เทคโนโลยีที่ทันสมัยอยางตอเนื่องอยูเสมอ เพื่อใหสามารถเปนสวนในการสนับสนุนอุตสาหกรรมการผลิตปโตรเลียมใหไดทันกับความตองการสำหรับการพัฒนาประเทศบนโลกและอุตสาหกรรมอื่น ๆที่เกี่ยวของ
รวมทั้งใหสามารถปฏิบัติงานในทองทะเลที่มีความลึกที่มากขึ้นได เนื ่องจากการสำรวจและผลิต
ปโตรเลียมบนฝงและใกลฝง (Onshore and nearshore) ไดเริ่มที่จะถูกคนพบและผลิตไดนอยลงเรื่อย
ๆ ประกอบกับมนุษยสามารถคนพบแหลงกักเก็บน้ำมันในทองทะเลลึกถึงลึกมาก (Ultra-deep water)
ไดเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งในปจจุบันเทคโนโลยีการสำรวจและการผลิตปโตรเลียมในทองทะเลลึก (Deep water) ไดถูกพัฒนาขึ้นอยางรวดเร็วและไดมีการติดตั้งโครงสรางนอกฝงในทองทะเลลึกกันอยางแพรหลายเพิ่ม
มากขึ้นทั่วโลกตามลำดับ โดยวิศวกรในแขนงวิชาวิศวกรรมดานตาง ๆ ไดคิดริเริ่มพัฒนาโครงสรางและ
แนวความคิดใหม ๆ ของโครงสรางนอกฝงมาอยางตอเนื่องโดยตลอดเพื่อใหการออกแบบ การประกอบ
การติดตั้งของโครงสรางนอกฝงนั้นมีประสิทธิภาพและมีคากอสรางที่ต่ำลงซึ่งจะเปนผลใหตนทุนในการ
ผลิตน้ำมันต่ำลงดวยนั่นเอง ดังนั้นเพื่อใหสามารถตอบสนองความตองการของการพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตน้ำมันและกาซธรรมชาติในปจจุบัน การออกแบบโครงสรางนอกฝงสมัยใหมแบบฐานยึดกับพื้น
ทะเล (Bottom-supported structures) และโครงสรางแบบลอยตัว (Floating structures) จึงตองมี
การพัฒนาอยูตลอดเวลา
นิยามความหมายของโครงสรางนอกฝงที่เขาใจกันโดยทั่วไป คือ โครงสรางที่ไมมีสวนที่ยึดติดหรือสวนฐานรากที่รองรับอยูบนฝงและตองสามารถทนกับสภาวะอากาศที่เลวรายที่สุดไดอยางปลอดภัยตลอดชวง
อายุการปฏิบัติงานในทะเล โครงสรางนอกฝงอาจจะตั้งอยูบนหรือถูกยึดติดอยูกับพื้นทะเลหรืออาจเปน
โครงสรางลอยน้ำที ่ม ีระบบยึดโยง (Mooring) ใตทะเลดวยการระบุตำแหนงแบบพลศาสตร
(Dynamically positioned) หรือแบบเคลื่อนที่ไดอิสระ ซึ่งหนาที่ที่สำคัญของโครงสรางนอกฝงก็เพื่อใช
สำหรับการสำรวจและการผลิตปโตรเลียมในทองทะเล รวมถึงเปนโครงสรางสำหรับใชเปนที่อยูอาศัยและ
การปฏิบัติงานของวิศวกรและเจาหนาที่ดวยเชนกัน
ประวัติศาสตรในอดีตของการสำรวจและ
ผลิตปโตรเลียมนอกฝงนั้นตองยอนกลับไป
ตั้งแตประมาณป ค.ศ. 1900 ซึ่งหลุม
ปโตรเล ียมหลุมแรกไดถ ูกเจาะขึ ้นนอก
สะพานทาเทียบเรือในทะเลแปซิฟกในเมือง Summerlands รัฐ California ประเทศ
สหรัฐอเมริกา ในป ค.ศ. 1890 (รูปที่ 3.1)
แตอยางไรก็ตามอุตสาหกรรมปโตรเลียม
นอกฝงไดเกิดขึ้นอยางเปนทางการครั้งแรก
ในเชิงพาณิชน ในป ค.ศ. 1947 โดยบริษัท Kerr-McGee ไดเปนผูสำเร็จรายแรกในการ
ขุดเจาะหลุมผลิตปโตรเลียมนอกชายฝงในอาวเม็กซิโก (Gulf of Mexico) หางออกไปจากชายฝงของรัฐ
Louisiana ประมาณ 17 กิโลเมตร โดยมีความลึกของน้ำทะเลเพียงประมาณ 5 เมตร แทนขุดเจาะ
(Drilling derrick) และอุปกรณสำหรับการขุดเจาะถูกรองรับดวยแทนพื้นไม (Wooden decked
platform) ขนาดประมาณ 11.6 x 21.6 เมตร ตั้งอยูบนฐานรากเสาเข็มตอก (Driven piles) ขนาดเสนผานศูนยกลางประมาณ 61 เซนติเมตร โดยมีปลาย
เสาเข็มอยูลึกไปประมาณ 31.7 เมตรใตพื้นทะเล
กอสรางโดยบริษัท Brown & Root เงินลงทุน
กอสรางประมาณ 450,000 ดอลลารสหรัฐ โดยแทน
ขุดเจาะนี้สามารถแสดงไดดังรูปที ่ 3.2 ตอมาไดถูกตั้งชื่อวา Kerr McGee Rig 16 (Kermac 16) ซึ่ง
Kermac 16 สามารถผลิตน้ำมันดิบไดประมาณ 40
บารเรลตอชั่วโมงและสามารถรับแรงลมไดสูงถึง 125
ไมลตอชั่วโมง โดยหลังจาก Kermac 16 ไดเริ่ม
ทำการขุดเจาะหลุมผลิตปโตรเลียมไดประมาณ 1 สัปดาห ไดเกิดพายุเฮอริเคนระดับ 5 (ซึ่งเปนระดับที่
แรงที่สุดมีความเร็วลมมากกวา 155 ไมลตอชั่วโมง)
พัดผานบริเวณแทนขุดเจาะ ซึ่งแทนขุดเจาะ Kermac
16 ก็สามารถทนตอพายุเฮอริเคนดังกลาวไดอยาง
ปลอดภัย
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
98
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
รูปที่ 3.1 การขุดเจาะหลุมปโตรเลียมนอกชายฝงครั้งแรกในโลกที่รัฐ California
[ที่มา: http://aoghs.org]
รูปที่ 3.2 แทนขุดเจาะนอกชายฝง Kerr McGee Rig 16 [ที่มา: http://www.geoexpro.com]
ในระยะกวา 60 ปที่ผานมา หลังจากแทนขุดเจาะแทนแรกไดเริ่มดำเนินการในอาวเม็กซิโก อุตสาหกรรม
การผลิตปโตรเลียมไดพัฒนาเทคโนโลยีและแนวคิดใหม ๆ ในการใชงานและกอสรางโครงสรางนอกฝง
เพื่อการสำรวจและผลิตปโตรเลียมมาโดยตลอด ทั้งแบบยึดติดกับพื้นทะเล แบบลอยน้ำ การกอสรางในทะเลลึก รวมถึงใหสามารถทนตอสภาวะแวดลอมและสภาวะอากาศอันรุนแรงได ในป ค.ศ. 1970 จาก
การขุดพบแหลงกักเก็บปโตรเลียม Forties field ในทะเลเหนือ หางจากฝงเมือง Aberdeen ประเทศ
Scotland ไปทางตะวันออกเฉียงเหนือราว 110 ไมล โดยวิศวกรไดประเมินวา แหลงกักเก็บปโตรเลียมนี้
มีจำนวนน้ำมันดิบอยูทั้งหมดประมาณหนึ่งพันแปดรอยลาน (1,800,000,000) บารเรลของน้ำมันดิบ จึง
ไดมีการออกแบบแทนแบบ Jacket จำนวน 4 แทนเพื่อใชปฏิบัติงานในชวงแรก โดยในป ค.ศ. 1974 ไดมีการกอสรางและติดตั้งที่ระดับความลึกประมาณ 106 - 128 เมตร ซึ่งแทนโครงสรางนอกฝงแบบ Jacket
ที่สรางขึ้นนี้สามารถใชสำหรับการขุดเจาะและการผลิตปโตรเลียม โดยถูกตั้งชื่อวา FA, FB, FC และ FD
และในป ค.ศ. 1975 การกอสรางโครงสรางนอกฝงไดถูกพัฒนาใหสามารถกอสรางในน้ำทะเลลึก
ประมาณ 144 เมตร และอีก 3 ปตอมา หรือ ในป ค.ศ. 1978 แทนผลิต COGNAC ไดถูกติดตั้งในทะเล
ลึก 312 เมตร โดยแทนผลิต COGNAC ไดถูกบันทึกไววาเปนแทนผลิตที่สูงที่สุด (จากระดับพื้นทองทะเล) สำหรับแทนผลิตแบบยึดแนน (Fixed structure) จนกระทั่งถึงป ค.ศ. 1991 และตอมาในชวงทศวรรษ
ที่ 1990s โครงสรางนอกฝงอีก 5 แทนไดถูกสรางและติดตั้งนอกชายฝงที่ความลึกของพื้นทะเลมากกวา
328 เมตร โดยในป ค.ศ. 1991 แทนผลิต Shell Bullwinkle ไดกลายเปนโครงสรางนอกฝงที่สูงที่สุดใน
โลก มีความสูงทั้งหมดประมาณ 492 เมตร ถูกติดตั้งที่ระดับพื้นทะเลที่ 412 เมตร โดยตัวโครงสรางแบบ
โครงถัก (Jacket-type) มีน้ำหนักทั้งสิ้นประมาณ 45,000 ตัน รองรับดวยขา 12 ขา บนฐานรากเสาเข็มแบบ Skirted pile ที่มีปลายเสาเข็มอยูลึกลงไป 120 เมตรจากพื้นทะเล รูปที ่ 3.3 แสดงความสูงของ
แทนผลิต Forties COGNAC และ Bullwinkle เทียบกับอาคารสูงขนาดใหญ เชน หอไอเฟลในประเทศ
ฝรั่งเศส สูง 300 เมตร ตึกเอมไพรสเตท (Empire state building) และหอคอย CN Tower ในประเทศ
แคนาดา สูง 553 เมตร
รูปที่ 3.3 แสดงความสูงของแทนผลิต COGNAC และ Bullwinkle เทียบกับอาคารขนาดใหญบนฝง[ที่มา: http://synclaire.net]
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
99
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
จากสถิติที่ผานมาพบวา ตั้งแตป ค.ศ. 1947 มีโครงสรางนอกฝงมากกวา 10,000 แทนในหลากหลาย
ขนาดและรูปแบบถูกติดตั้งและกอสรางทั่วโลก โดยในป ค.ศ. 1995 กวา 30% ของการผลิตน้ำมันดิบทั่ว
โลกมาจากการผลิตนอกฝง และมีแนวโนมวาการคนพบแหลงปโตรเลียมจะถูกพบมากในพื้นทะเลที่ลึกมากขึ้น โดยในป ค.ศ. 2003 มีการบันทึกไววากวา 3% ของน้ำมันดิบและกาซธรรมชาติที่ผลิตไดทั่วโลก
นั้นไดมาจากการผลิตจากทองทะเลลึก (Deepwater) ที่มีความลึกมากกวา 305 เมตร และมีการคาด
การณกันวาจะมีอัตราที่เพิ่มขึ้นจนถึงประมาณ 10% ในอีก 15 ปขางหนา (ป ค.ศ. 2018) การผลิต
ปโตรเลียมในบริเวณพื ้นที ่ที ่มีการผลิตน้ำมันและกาซธรรมชาติจากทะเลลึกถึงลึกมาก (Ultra-
deepwater, > 1,524 เมตร) ที่มากที่สุดของโลกจะอยูในบริเวณที่ถูกเรียกวา สามเหลี่ยมทองคำ (Golden Triangle) ไดแก บริเวณอาวเม็กซิโก ทางตะวันตกของแอฟริกา และประเทศบราซิล รูปที ่3.4
แสดงจำนวนของหลุมผลิตปโตรเลียมในอาวเม็กซิโกในระดับความลึกของทองทะเลในระดับที่ลึกมาก
รูปที่ 3.4 จำนวนของหลุมผลิตปโตรเลียมในอาวเม็กซิโกในระดับความลึกของทองทะเลในระดับที่ลึกมาก (Ultra-deepwater)
[Chakrabarti, 2005]
เปนที่ทราบกันดีวาในทองทะเลที่ลึกมากขึ้น โครงสรางนอกฝงแบบยึดแนนกับทองทะเล (Fixed
structured) จะมีราคาคากอสรางที่แพงขึ้นและมีการติดตั้งที่ยากขึ้น ดังนั้นจึงมีการพัฒนาใหโครงสราง
นอกฝงแบบยึดแนนมีราคาที่ถูกลงเพื่อใหคุมทุนกับการขุดเจาะและผลิตในทองทะเลที่ลึกมากขึ้น โดยในป ค.ศ. 1983 โครงสรางหอสูงนอกฝงแบบยึดโยง (Guyed tower) ชื่อเรียกวา “LENA” ซึ่งเปนโครงสราง
นอกฝงโดยโครงถักสวนขา (Truss frame) มีขนาด 36 x 36 ตารางเมตร สามารถเคลื่อนตัวไดตามแรง
กระทำจากคลื่นและแรงลม โดยเสาเข็มขนาดเสนผานศูนยกลางเทากับ 17 เมตร จำนวน 8 ตน ที่ถูกฝง
ลงบนพื้นทะเลสามารถโคงงอไดในระดับหนึ่ง นอกจากนี้โครงสรางยังมีสายยึดโยงขนาดใหญในแนวราบ
จำนวน 20 เสนยึดบริเวณสวนกลางของโครงสรางหอสูงนี้เพื่อชวยรับแรงกระทำจากพายุเฮอริเคนขนาดใหญ โดยสายยึดโยงเหลานี้จะถูกยึดกับพื้นทะเลดวยสมอเข็ม (Anchor pile) และ สมอถวงน้ำหนัก
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
100
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
(Clump weight) โครงสรางหอสูงนอกฝง LENA นี้ถูกติดตั้งในระดับความลึก 305 เมตรจากระดับน้ำ
ทะเล (ความสูงทั้งหมดเทากับ 397 เมตร) ในบริเวณอาวเม็กซิโก ซึ่งสวนสำคัญของโครงสรางหอสูง
LENA นี้จะสามารถรับแรงกระทำไดจากสวนสำคัญ 4 สวน ไดแก เสาเข็ม สายยึดโยง (Guylines) แรงลอยตัว (Bouyancy) และแรงเฉื่อย (Inertia) โดยเสาเข็มและแรงลอยตัวชวยรับแรงจากโครงสรางดาน
บนตามแนวดิ่ง สายยึดโยงและแรงลอยตัวชวยเพิ่มเสถียรภาพการเคลื่อนตัวทางดานขาง และแรงเฉื่อย
ชวยลดคาบการเคลื่อนตัวแบบสายขาง (Sway period) ของโครงสราง รวมถึงการเคลื่อนที่แบบ
พลศาสตรของสายยึดโยงและเสาเข็ม
5 Copyright © 2008 by ASME
Fig. 4 GUYED AND COMPLIANT TOWERS
� installed in 1983 in 305-m waters in the Gulf of Mexico. The slender space frame with constant cross-section dimension of 36 x 36 m² provides enough stiffness to alleviate concern over bending and fatigue. Twelve buoyancy tanks, providing a net buoyancy of 90 MN, are centrally clustered well below the water surface to minimize wave forces. The tower is vertically supported by eight piles grouped in a small circle with a diameter of 17 m near the center of the tower. These main piles, which are conventionally driven to penetration depths of 170 m, are not connected to the tower on the seabed, but extend upwards through ring guides to the pile sleeves at the top of the tower about 17 m above water surface, acting like giant axial springs supporting the compliant tower like crutches. The tower is laterally supported by 20 guylines connected to a heavy truss frame transferring deck loads to the central core of pile sleeves which are welded to the main piles. An examination of the LENA guyed tower design shows that gravity and environmental loads are reacted by four major resisting elements: pile elasticity, guyline weight, buoyancy, and inertia. Deck loads are carried through the structure to the piles and supported by buoyancy. Lateral stability is provided by extended axial ‘spring’ piles, by buoyancy, and by guylines. The inertia of the tower, including its
hydrodynamic ‘added mass’ component, increases its sway period and, consequently, reduces tower motions as well as dynamic loads on guylines and piles.
A critical review of the highly redundant, complicated and expensive LENA guyed tower design reveals that axial ‘spring’ piles are quite sufficient to stabilize the structure. Consequently, the further developed compliant towers BALDPLATE and PETRONIUS use ‘flexpiles’ which are integrated into the main piles (Fig. 4). Depending on its length and pretension the natural period of the compliant tower is tuned to 33 s – like a string instrument. As a consequence, the structures behave like rigid platforms in short waves whereas in rough seas the towers may gently and imperceptibly follow extreme waves – and no resonance effects are observed. Wonders of the maritime World – the examples prove quite impressively the brilliant achievements of the offshore technology. A water depth of 500 m, however, may be the limitation of bottom supported structures, but not the boundary of offshore oil and gas activities – and not the limit of the ingenuity of ocean engineers. Fig. 5 illustrates the development of offshore platforms and underwater completions over a period of 60 years – the history of conquering the inner space: The basic concept for oil and gas production in deep water is not just the ship but a variety of different species like semisubmersibles, tension leg platforms, SPAR-buoys and huge mono-buoys.
รูปที่ 3.5 โครงสรางหอสูงนอกฝงแบบยึดโยง (Guyed tower) ชื่อเรียกวา “LENA” [Clauss, 2008]
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
101
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
ในป ค.ศ. 1988 การกอสรางหอสูงโอนเอน (Compliant tower) ก็ไดถือกำเนิดขึ้นในบริเวณอาวเม็กซิโก
โดยหอสูงโอนเอนแทนแรกมีชื่อวา Amerada Hess Baldpate กอสรางและติดตั้งที่ความลึกจากระดับ
น้ำทะเลเทากับ 502 เมตร โดยตัวโครงสรางมีความสูงทั้งสิ้นเทากับ 580 เมตร และหอสูงโอนเอนแทนที่ที่สองมีชื่อวา Chevron Texaco Petronius กอสรางและติดตั้งที่ความลึกจากระดับน้ำทะเลเทากับ 535
เมตร ซึ่งในเวลานั้น Petronius ถูกบันทึกวาเปนโครงสรางที่สูงที่สุดในโลก โดยโครงสรางหอสูงมีความสูง
ทั้งสิ้นเทากับ 610 เมตร ซึ่งแนนอนวาหอสูงโอนเอนทั้งสองแทนนี้ไดมีแนวคิดในการกอสรางมาจากหอสูง
นอกฝงแบบยึดโยง LENA นั่นเอง คาบการเคลื่อนตัวตามธรรมชาต ิ(Natural period) ของหอสูงโอนเอน
นั้นจะขึ้นอยูกับความสูง โดยสวนใหญจะมีคาบการเคลื่อนตัวตามธรรมชาติอยูประมาณ 33 วินาที เปนผลใหแทนโครงสรางหอสูงโอนเอนมีความแข็งแรงและแข็งเกร็ง (Rigid platforms) หากตองเผชิญกับ
คลื่นที่มีคาบการเคลื่อนที่ตามธรรมชาติต่ำหรือคลื่นสั้น (Short waves) และในขณะเดียวกันในสภาพ
แวดลอมที่รุนแรง โครงสรางหอสูงโอนเอนนั้นจะสามารถเคลื่อนตัวไปตามกระแสคลื่นที่รุนแรงโดยไมมีผล
ของการพองกัน (Resonance) ระหวางกระแสคลื่นและตัวโครงสรางแตอยางใด รูปที่ 3.6 แสดงความสูง
และลักษณะของโครงสรางหอสูงนอกฝงแบบยึดโยงและหอสูงโอนเอนเปรียบเทียบกับหอไอเฟล ตึกปโตรนัสสูง 452 เมตร (ค.ศ. 1997) ตึก SWF Center สูง 492 เมตร (ค.ศ. 2007) อาคารไทเป 101 สูง 508
เมตร (ค.ศ. 2004) อาคาร Freedom tower สูง 541 (ค.ศ. 2009) และ อาคาร Burj Dubai สูง 560
เมตร (ค.ศ. 2008)
5 Copyright © 2008 by ASME
Fig. 4 GUYED AND COMPLIANT TOWERS
� installed in 1983 in 305-m waters in the Gulf of Mexico. The slender space frame with constant cross-section dimension of 36 x 36 m² provides enough stiffness to alleviate concern over bending and fatigue. Twelve buoyancy tanks, providing a net buoyancy of 90 MN, are centrally clustered well below the water surface to minimize wave forces. The tower is vertically supported by eight piles grouped in a small circle with a diameter of 17 m near the center of the tower. These main piles, which are conventionally driven to penetration depths of 170 m, are not connected to the tower on the seabed, but extend upwards through ring guides to the pile sleeves at the top of the tower about 17 m above water surface, acting like giant axial springs supporting the compliant tower like crutches. The tower is laterally supported by 20 guylines connected to a heavy truss frame transferring deck loads to the central core of pile sleeves which are welded to the main piles. An examination of the LENA guyed tower design shows that gravity and environmental loads are reacted by four major resisting elements: pile elasticity, guyline weight, buoyancy, and inertia. Deck loads are carried through the structure to the piles and supported by buoyancy. Lateral stability is provided by extended axial ‘spring’ piles, by buoyancy, and by guylines. The inertia of the tower, including its
hydrodynamic ‘added mass’ component, increases its sway period and, consequently, reduces tower motions as well as dynamic loads on guylines and piles.
A critical review of the highly redundant, complicated and expensive LENA guyed tower design reveals that axial ‘spring’ piles are quite sufficient to stabilize the structure. Consequently, the further developed compliant towers BALDPLATE and PETRONIUS use ‘flexpiles’ which are integrated into the main piles (Fig. 4). Depending on its length and pretension the natural period of the compliant tower is tuned to 33 s – like a string instrument. As a consequence, the structures behave like rigid platforms in short waves whereas in rough seas the towers may gently and imperceptibly follow extreme waves – and no resonance effects are observed. Wonders of the maritime World – the examples prove quite impressively the brilliant achievements of the offshore technology. A water depth of 500 m, however, may be the limitation of bottom supported structures, but not the boundary of offshore oil and gas activities – and not the limit of the ingenuity of ocean engineers. Fig. 5 illustrates the development of offshore platforms and underwater completions over a period of 60 years – the history of conquering the inner space: The basic concept for oil and gas production in deep water is not just the ship but a variety of different species like semisubmersibles, tension leg platforms, SPAR-buoys and huge mono-buoys.
Petron
as
SWF
Cent
er
Taipei 1
01
Free
dom
tow
er
Burj
Duba
i
รูปที่ 3.6 แสดงความสูงและลักษณะของโครงสรางหอสูงนอกฝงแบบยึดโยงและหอสูงโอนเอน
เปรียบเทียบกับอาคารที่สูงที่สุดในโลกที่ตั้งอยูบนฝงในประเทศตาง ๆ [Clauss, 2008]
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
102
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
แมวาโครงสรางนอกฝงของแทนผลิตโดยสวนใหญที่กลาวมาขางตนจะประกอบขึ้นจากเหล็ก แตอยางไร
ก็ตาม โครงสรางนอกฝงที่ทำขึ้นจากโครงสรางคอนกรีตถวงน้ำหนัก (Concrete Gravity Base
Structure, GBS) จำนวนไมนอยก็ถูกกอสรางและติดตั้งในทะเลเหนือที่บางชวงอาจตองเผชิญสภาพอากาศที่เลวรายมาก โดยมีจำนวนโครงสรางคอนกรีตขนาดใหญทั้งสิ้นประมาณ 12 แทนที่ถูกติดตั้งและ
กอสรางในชวงป ค.ศ. 1980s ถึง ชวงตนของ ป ค.ศ. 1990s และยังมีโครงสรางคอนกรีตขนาดใหญบาง
สวนถูกกอสรางขึ้นนอกฝงของประเทศบราซิล แคนาดา และฟลิปปนส ในชวงป ค.ศ. 1986 - 1990
โครงสราง GBS ชื่อ Gullfaks A, Gullfaks B และ Gullfaks C (รูปที ่ 3.7) ไดถูกกอสรางขึ้นใน
ทะเลเหนือนอกชายฝงประเทศนอรเวย โดยโครงสราง GBS Gullfaks A (1986) นั้นมีความสูงทั้งสิ้นประมาณ 270 เมตร Gullfaks B (1988) นั้นมีความสูงทั้งสิ้นประมาณ 262 เมตร และ Gullfaks C
(1990) นั้นมีความสูงทั้งสิ้นประมาณ 380 เมตร โดยติดตั้งที่ระยะความลึกจากระดับน้ำทะเลประมาณ
217 เมตร
A) B) C)
รูปที่ 3.7 โครงสราง GBS A) Gullfaks A B) Gullfaks B และ C) Gullfaks C [http://www.epcengineer.com และ http://en.structurae.de]
อยางไรก็ตามแทนโครงสราง GBS ที่สูงที่สุดในจำนวนแทนที่ถูกกอสรางขึ้นนี้มีชื่อวา Troll A ซึ่งเปนแทน
ผลิตกาซธรรมชาติขนาดใหญตั้งอยูนอกชายฝงของประเทศนอรเวย กอสรางเสร็จประมาณ ป ค.ศ. 1995 โดยมีความสูงทั้งสิ้น 472 เมตร (รูปที่ 3.8) ใชคอนกรีตจำนวน 245,000 ลูกบาศกเมตร (เทียบเทากับการ
กอสรางฐานรากของบานจำนวน 215,000 หลัง) และเหล็กจำนวน 100,000 ตัน มีน้ำหนักโครงสรางรวม
ประมาณ 683,000 ตัน โดยใชเสาเข็มแบบ Skirted piles มีความยาวปลายเสาเข็มลึกลงไปจากผิวพื้น
ทะเลประมาณ 36 เมตร การกอสรางโครงสรางแทนผลิต Troll A นี้จะแยกออกเปนสองสวน คือ สวน
ฐาน (Base) และสวนบนแทนผลิต (Deck) โดยสวนฐานกอสรางใกลชายฝงในหมูบาน Vats ซึ่งอยูทางเหนือของเมือง Rogaland บริเวณฝงนอรเวยตะวันตก และถูกลากไปติดตั้งในบริเวณแหลงกักเก็บ
ปโตรเลียม Troll field เปนระยะทางกวา 200 กิโลเมตร รูปที ่ 3.9 แสดงการกอสราง การลากจูง และ
โครงสรางภายในของฐานโครงสราง GBS Troll A
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
103
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
รูปที่ 3.8 โครงสราง GBS Troll A เทียบกับอาคารปโตรนัสของมาเลเซีย[http://thehelpfulengineer.com]
รูปที่ 3.9 การกอสราง การลากจูง และโครงสรางภายในของฐาน Troll A [http://www.hrc-usa.com และ http://urbanity.blogsome.com]
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
104
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
โครงสรางแทนผลิตนอกฝงแบบ GBS นั้นจะมีลักษณะสำคัญที่แตกตางจากโครงสรางยึดแนนแบบอื่น ๆ
คืือ ตัวโครงสราง GBS จะถูกฝงและยึดติดลงไปในพื้นทะเลดวยน้ำหนักของตัวมันเอง ตัวอยางเชน ฐาน
ของโครงสรางแทนผลิต Troll ถูกฝงลงไปจากน้ำหนักของตัวโครงสรางลงบนพื้นทะเลเปนระยะลึกกวา 36 เมตร รูปที ่3.10 แสดงการเปรียบเทียบความสูงและความลึกของติดตั้งโครงสรางนอกฝงแบบยึดแนน
กับพื้นทะเล หรือ Fixed structure แบบ GBS, Jacket, Guyed and Compliant tower ใน
ทะเลเหนือและอาวเม็กซิโก ซึ่งโครงสรางแบบ Guyed and Compliant tower อาจเรียกไดอีกอยางวา
Flexible structure เนื่องจากโครงสรางดานบนสามารถโอนเอนและเคลื่อนตัวไดในระดับหนึ่งตาม
กระแสคลื่นที่เกิดขึ้นในทะเลโดยที่ฐานรากของโครงสรางเหลานี้ยังถูกยึดติดอยูกับพื้นทะเล
เนื่องจากการคนพบแหลงปโตรเลียมในทะเลที่มีความลึกไดเพิ่มมากขึ้น ทำใหอุตสาหกรรมนอกฝงตอง
พัฒนาโครงสรางนอกฝงใหมีความสามารถในการสำรวจและผลิตปโตรเลียมไดดีขึ้นกวาเดิม โดยมีคาใช
จายในการกอสรางโครงสรางเหลานั้นไมสูงเกินความคุมทุนกับโครงการ ซึ่งการใชโครงสรางแบบยึดแนน
แบบเดิม ๆ จะมีคากอสรางที่สูงมาก ทำใหมูลคาการลงทุนไมคุมคาในเชิงธุรกิจ รวมถึงการใชโครงสรางแบบยึดแนนนั้น เมื่อการผลิตปโตรเลียมในแหลงกักเก็บแตละแหลงสิ้นสุดลง (Depletion reservoir) คา
ใชจายในการรื้อถอนโครงสรางเหลานั้นก็คอนขางสูง รวมถึงความยุงยากในการถอดประกอบและเคลื่อน
ยาย นอกจากนี้การใชวัตถุระเบิด (Explosive materials) ในการรื้อถอนก็เปนผลกระทบที่สำคัญกับ
สภาวะแวดลอมและสัตวทะเลเปนจำนวนมาก Ekins et al. (2005) ไดคำนวณและประมาณคาใชจาย
สำหรับการรื้อถอนโครงสรางนอกฝงในบริเวณบาทวีปของประเทศอังกฤษ (UK Continental Shelf) ซึ่งจากผลการวิเคราะหแสดงใหเห็นวา ในป ค.ศ. 2001 คาใชจายในการรื้อถอนโครงสรางนอกฝงสะสม
(Cumulative decommissioning cost) ในบริเวณบาทวีปของอังกฤษมีจำนวนถึงประมาณ 8.4 พัน
ลานปอนด และจะเพิ่มขึ้นเปน 8.8 พันลานปอนดในป ค.ศ. 2002 นอกจากนี้ในรายงานยังระบุวา คาใช
จายในการรื้อถอนโครงสรางนอกฝงทั้งหมดที่ถูกติดตั้งในทะเลเหนือจะสูงถึงประมาณ 13 - 20 พันลาน
ปอนด ดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยีโครงสรางนอกฝงแบบลอยน้ำโดยมีการยึดโยงกับพื้นทะเลจึงไดรับความนิยมเพิ่มมากขึ้น และไดถูกนำมาใชงานกันอยางแพรหลายในอุตสาหกรรมการผลิตปโตรเลียมนอก
ฝงจนถึงปจจุบัน
ระบบแทนผลิตนอกฝงลอยน้ำหรือโครงสรางนอกฝงลอยน้ำ (Floating structure) ไดถูกติดตั้งและใช
ปฏิบัติงานครั้งแรกประมาณป ค.ศ. 1975 ในบริเวณทะเลเหนือนอกชายฝงประเทศอังกฤษเหนือแหลงกักเก็บปโตรเลียม Argyle Field โดยเปนโครงสรางลักษณะแบบกึ่งลอยกึ่งจม หรือ Semi-submersible
และในป ค.ศ. 1977 บริษัท Shell International ไดใชระบบเรือดัดแปลงสำหรับการผลิตและกักเก็บ
ปโตรเลียมจากหลุมผลิตใตพื้นทะเล (Ship-shaped floating production and storage system) เปน
ครั้งแรกในโลกในบริเวณแหลงกักเก็บปโตรเลียม Castellon นอกชายฝงของประเทศสเปน จากสถิติ
ขอมูลที่ผานมาพบวา ถึงป ค.ศ. 2002 ไดมีการติดตั้งและการปฏิบัติงานของโครงสรางแทนผลิตนอกฝง
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
105
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
ลอยน้ำแบบกึ่งลอยกึ่งจม (Semi-submersible Floating Production System, FPSs) ทั่วโลกแลว 40
แทน และระบบเรือดัดแปลงสำหรับการผลิตและกักเก็บปโตรเลียมจากหลุมผลิตใตพื้นทะเล (Ship-
shaped Floating Production, Storage and Offloading System, FPSOs) ในทะเลลึกทั่วโลกแลวทั้งหมด 91 ลำ
3.2 แนวคิดในการเลือกรูปแบบโครงสรางนอกฝงสำหรับการผลิตปโตรเลียมในทะเล(Selection of Deepwater Production Concepts)
รูปแบบโครงสรางนอกฝงที่ถูกใชในอุตสาหกรรมปโตรเลียมสามารถแสดงไดดังรูปที่ 3.11 โดยจะเห็นไดวา
ระบบโครงสรางนอกฝงลอยน้ำจะถูกใชติดตั้งในพื้นทะเลที่มีระดับความลึกที่เพิ่มมากขึ้น โดยโครงสราง
ลอยน้ำทั้งแบบ ขายึดสลิง (Tension Legs Platform, TLP), Semi-submersible, SPAR, FPSs และ FPSOs จะผลิตน้ำมันดิบและกาซธรรมชาติจากหลุมผลิตที่อยูบนพื้นทะเล (Seabed) เรียกวา Subsea
wellsv ซึ่งจะมีความแตกตางจากหลุมผลิตที่ใชสำหรับโครงสรางแบบยึดแนนหรือหลุมผลิตบนฝง
Schlumberger (2006) ไดรายงานไววา Subsea well หลุมแรกไดเริ่มดำเนินการในป ค.ศ. 1960 และ
ในป ค.ศ. 2008 ม ี Subsea well ถึงประมาณ 4,000 หลุมติดตั้งอยูทั่วโลก โดยเพิ่มจากป ค.ศ. 2003
กวาเทาตัว ลักษณะของ Subsea wells จะมีการติดตั้งทอและวาลวควบคุมการไหลของปโตรเลียม (Christmas tree) และอุปกรณควบคุมความดันไวบนพื้นทะเลทำใหผูปฏิบัติงานไมสามารถบำรุงรักษา
หลุมเจาะไดโดยตรง รวมถึงไมสามารถขุดเจาะหาแหลงปโตรเลียมใหมไดจากหลุมผลิตเดิม อุปกรณที่ถูก
ติดตั้งบริเวณปากหลุมผลิตบนพื้นทะเล (Subsea wellhead) นั้นจะเปนสวนรองรับน้ำหนักของทอกรุที่
ถูกติดตั้งอยูในหลุมผลิต รวมถึงมีวาลวเปดปดและวาลวควบคุมการไหลของปโตรเลียมที่ถูกผลิตขึ้นจาก
แหลงกักเก็บเชนเดียวกับ Wellhead ที่ติดตั้งอยูบนปากหลุมผลิตบนฝง หากมีการรั่วไหลของปโตรเลียมบริเวณปากหลุมในกรณีฉุกเฉิน ผูปฏิบัติงานสามารถหยุดยั้งการรั่วไหลของปโตรเลียมเหลานั้นไดในทันที
ซึ่งทอและวาลวควบคุมการไหลของปโตรเลียมที่ติดตั้งอยูบนพื้นทะเลนี้จะถูกเรียกวา Submerged
Christmas tree หรือ Wet tree นอกจากนี้ในบริเวณ Subsea wellhead จะมีการติดตั้ง Subsea
manifoldv ที่เปนศูนยรวมของทอและวาลวเพื่อใชสำหรับการควบคุม การจาย และการตรวจสอบการ
ไหลของปโตรเลียมที่ถูกผลิตขึ้นจากหลุมผลิต รูปที่ 3.12 แสดงลักษณะการติดตั้ง Subsea wellhead และ Subsea manifold บนพื้นทะเล สำหรับการผลิตปโตรเลียมโดยโครงสรางนอกฝงแบบ FPSO
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
106
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
3
Cop
yrig
ht ©
200
8 by
ASM
E
Fig.
2 F
IXE
D P
LATF
OR
MS
, GU
YE
D A
ND
CO
MP
LIA
NT
TOW
ER
S
th
ird o
f th
e m
ass
of t
he G
reat
Pyr
amid
of
Khu
fu (
or
C
heop
s). H
ence
she
is th
e he
avie
st o
bjec
t eve
r mov
ed
by
man
. Fi
g. 3
illu
stra
tes
the
plat
form
as
wel
l as
deta
ils o
f co
nstru
ctio
n an
d in
stal
latio
n. E
rect
ed i
n
217-
m w
ater
s th
e ho
rizon
tal f
orce
and
the
over
turn
ing
m
omen
t re
ach
peak
va
lues
of
71
2 M
N
and
65
.440
MN
m, r
espe
ctiv
ely,
requ
iring
con
cret
e sk
irts
at
th
e fo
unda
tion
with
a p
enet
ratin
g de
pth
of 2
2 m
. x
Tow
erin
g 47
2 m
th
e G
BS
plat
form
TR
OLL
is
su
bsta
ntia
lly t
alle
r, re
quiri
ng c
oncr
ete
skirt
s w
hich
pe
netra
te e
ven
deep
er i
nto
the
sea
floor
to
36 m
(F
ig. 3
). In
stal
led
in 3
05-m
wat
ers
she
prod
uces
80
mill
ion
m³
natu
ral
gas
per
day
– ab
out
1.3
trilli
on
cubi
c m
eter
s dur
ing
its 5
0-ye
ars o
pera
tion
off N
orw
ay.
x W
ith a
tota
l hei
ght o
f 49
2 m
the
Bul
lwin
kle
plat
form
in
the
Gul
f of
Mex
ico
in 4
12-m
wat
ers
is t
he w
orld
hi
ghes
t rig
id s
teel
pla
tform
, ris
ing
even
abo
ve t
he
Sear
s Tow
er in
Chi
cago
by
50 m
(Fig
. 2).
The
45 0
00 t
jack
et-ty
pe s
truct
ure
has
twel
ve m
ain
legs
and
is
anch
ored
in
plac
e by
28
sing
le-p
iece
bat
tere
d sk
irt
pile
s pe
netra
ting
120
m in
to th
e se
a be
d to
cou
nter
act
the
31 3
00 M
Nm
ove
rturn
ing
mom
ent a
ssoc
iate
d w
ith
a la
tera
l for
ce o
f 82
MN
. Tw
o ce
ntra
l leg
s, 42
m a
part,
ru
n pa
ralle
l and
act
as
crad
le ru
nner
s fo
r lau
nchi
ng th
e pl
atfo
rm f
rom
a 2
60-m
lon
g an
d 63
-m w
ide
laun
ch
barg
e.
The
anal
ysis
of
the
dyna
mic
s of
lar
ge o
ffsho
re s
truct
ures
re
veal
s th
at fi
xed
plat
form
s ca
n be
des
igne
d up
to w
ater
dep
ths
of
450
m
in
mod
erat
e en
viro
nmen
ts.
At
this
de
pth
the
reso
nanc
e ph
enom
ena
with
nat
ural
per
iods
in th
e ra
nge
of 5
-6 s
and
the
asso
ciat
ed f
atig
ue p
robl
ems
can
still
be
cont
rolle
d. A
t gr
eate
r w
ater
dep
ths
thes
e pr
oble
ms
beco
me
insu
rmou
ntab
le
for
fixed
pla
tform
s as
the
ene
rgy-
inte
nsiv
e pa
rt of
the
sea
sp
ectru
m
at
high
er
reso
nanc
e pe
riods
w
ould
da
mag
e th
e st
ruct
ure.
To
jum
p ac
ross
the
ener
gy p
eak
of th
e sp
ectru
m, t
he
reso
nanc
e pe
riod
cmT R
S2
(1
) m
ust b
e su
bsta
ntia
lly in
crea
sed
to a
per
iod
rang
e of
25-
100
s by
trans
form
ing
the
wid
e m
assi
ve a
nd s
tiff
fixed
stru
ctur
e in
to a
fle
xibl
e, s
lend
er to
wer
whi
ch is
con
nect
ed to
the
sea
bed
eith
er
by a
n ar
ticul
ated
join
t or
by e
last
ic ‘
sprin
g’ p
iles
exte
ndin
g to
th
e de
ck l
evel
. Th
is c
an b
e ac
hiev
ed b
y in
crea
sing
the
tot
al
mas
s (o
r m
ass
mom
ents
of
iner
tia –
inc
ludi
ng a
dded
mas
s te
rms)
and
a re
duct
ion
of th
e re
stor
ing
forc
es (o
r mom
ents
). x
The
com
plia
nt to
wer
s B
ALD
PATE
and
PET
RO
NIU
S w
ith h
eigh
ts o
f 580
m a
nd 6
10 m
in 5
03-m
and
535
-m
deep
wat
ers,
resp
ectiv
ely,
are
the
high
est s
truct
ures
on
our
plan
et (
Figs
. 2 a
nd 4
). Th
e de
sign
is b
ased
on
the
expe
rienc
e w
ith t
he p
roto
type
, th
e 27
000
t LE
NA
gu
yed
tow
er, a
397
m h
igh
spac
e-fr
ame
jack
et,
รูปที่ 3.10 แสดงการเปรียบเทียบความสูงและความลึกของติดตั้งโครงสรางนอกฝงแบบยึดแนนกับพื้นทะเล หรือ Fixed structure แบบ GBS, Jacket, Guyed and Compliant tower ในทะเลเหนือและอาวเม็กซิโก
[Clauss, 2008]
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
107
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
รูปที่ 3.11 ลักษณะและรูปแบบโครงสรางนอกฝงที่ติดตั้งในทะเล[Offshore magazine, 2002]
รูปที่ 3.12 ลักษณะการติดตั้ง Subsea wellhead และ Subsea manifold บนพื้นทะเล[http://www.jdrcables.com]
แตอยางไรก็ตาม Subsea wellhead มีราคาคาติดตั้งและคาดำเนินการในการปฏิบัติงานที่คอนขางสูง
ดังนั้นความพยายามในการใชโครงสรางลอยน้ำนอกฝงที่มีการติดตั้ง Christmas tree ไวบนโครงสราง
โดยมีลักษณะการทำงานเหมือนกับการติดตั้ง Christmas tree บนหลุมผลิตบนฝงหรือโครงสรางขุดเจาะ
แบบ Fixed support structure เชน Jacket และ Compliant tower หรือที่เรียกกันวา Dry tree ซึ่ง
จากพื้นทะเล ทอกรุนำ หรือ Conductor pipe จะถูกติดตั้งสูโครงสรางดานบน โดยทอกรุนำนี้จะตองมีความสามารถที่จะตานทานแรงกระทำจากกระแสคลื่นและกระแสน้ำในทะเลไดตลอดชวงความยาวทอ
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
108
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
ทอกรุนำจากพื้นทะเลสูโครงสรางพื้นดาดฟาของโครงสรางแทน (Deck platform) จะถูกติดตั้งผานแผน
นำทอ (Subsea template) ที่ยึดติดกับพื้นทะเลโดยการตอกเข็ม โดย Subsea template มีหนาที่ที่
สำคัญสำหรับบงบอกตำแหนงของหลุมเจาะ (Guide frame) ใหมีความถูกตองมากยิ่งขึ้น โดยลักษณะของ Subsea template แสดงไดดังรูปที่ 3.13
นอกจากนี้ในการออกแบบทอกรุนำดังกลาวจะไมอนุญาติใหมีการเคลื่อนตัวของทออยางอิสระไปตามการ
เคลื ่อนตัวแบบพลศาสตรของกระแสคลื ่นเหมือนการออกแบบทอสงที ่มีความยืดหยุ นหรือโคงงอ
(Flexible risers) ไดเชนเดียวกับระบบ Wet tree ที่จะไดกลาวถึงตอไป โดยอุปกรณสำหรับการควบคุมความดันและการไหลของปโตรเลียม หรือ Wellhead ในระบบ Dry tree จะถูกติดตั้งบนพื้นดาดฟาของ
แทนผลิต ซึ่งขั้นตอนในการผลิตและลำเลียงปโตรเลียมจากหลุมผลิตนั้นจะเหมือนกับการทำงานจากหลุม
ผลิตบนฝง
รูปที่ 3.13 ลักษณะของ Subsea template ที่ติดตั้งอยูบนพื้นทะเล[Mather, 1995]
ประมาณป ค.ศ. 1970 กลุมวิศวกรในรัฐแคลิฟอเนียรไดคิดคนระบบโครงสรางนอกฝงลอยน้ำที่สามารถ
ถูกผูก (Tethered) และยึดโยงเขากับพื้นทะเลไดอยางมั่นคงและมีลักษณะเหมือนแทนโครงสรางโอนเอน
(Compliant platform) โดยเรียกโครงสรางนี้วา โครงสรางลอยน้ำแบบขายึดสลิง (Tension Legs
Platform, TLP) ในป ค.ศ. 1984 ระบบ Dry tree ไดถูกติดตั้งเขากับโครงสรางลอยน้ำแบบ TLP เปนครั้งแรกโดยบริษัท Conoco Hutton กลุมประเทศอังกฤษ บริเวณทะเลเหนือ ซึ่งการติดตั้งระบบ Dry
tree เขากับโครงสราง TLP ไดนั้นเนื่องจากการทิศทางเคลื่อนตัวแบบเหวี่ยง (Heave) ของ TLP จะถูก
จำกัดโดยเชือกสลิงหรือเสนเอ็น (Tendon) ที่ใชยึดตัวโครงสรางลอยน้ำในแนวตั้งเขากับพื้นทะเล ซึ่งการ
จำกัดการเคลื่อนตัวนี้เปนผลใหการเคลื่อนที่สัมพัทธ (Relative motion) ระหวางทอ Riser และตัว
โครงสรางหลัก (Hull) มีนอยมาก จึงไมกอใหเกิดอันตรายตอการปฏิบัติงานแมในขณะที่เกิดสภาวะแวดลอมอันเลวรายมากก็ตาม นอกจากนี้โครงสรางลอยน้ำนอกฝงแบบ Spar ที่ถึงแมจะไมไดถูกจำกัดใน
การเคลื่อนตัวแบบ Heave เหมือน TLP ก็ตาม แตลักษณะการเคลื่อนตัวของโครงสราง Spar ตาม
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
109
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
ธรรมชาตินั้นก็มีไมมากนัก ซึ่งเพียงพอที่จะรองรับทอ Riser ที่ถูกเชื่อมตอจากพื้นทะเลสูระบบ Dry tree
บนแทนผลิตของ Spar ไดเชนกัน ดังนั้นอาจสรุปไดวา ระบบ Dry tree ไดถูกติดตั้งอยูในโครงสรางนอก
ฝงทั้งแบบยึดแนน เชน Jacket และ Compliant tower รวมถึงในโครงสรางนอกฝงแบบลอยน้ำ เชน TLP และ Spar Natarajan (2010) ไดรายงานไววา ปจจุบันมีโครงสรางนอกฝงแบบ TLP 16 แทน ถูก
ติดตั้งที่ระดับความลึกสูงสุดประมาณ 4,700 ฟุต และโครงสรางนอกฝงแบบ Spar 14 แทน ถูกติดตั้งที่
ระดับความลึกสูงสุดประมาณ 5,600 ฟุต โดยแทนโครงสรางลอยน้ำนอกฝงเหลานี้ไดติดตั้งระบบ Dry
tree ดวยระบบเทคโนโลยีระบบทอสง Riser และทอกรุนำ (Conductor) จากพื้นทะล
บริเวณที่เรียกวาสามเหลี่ยมทองคำ (Golden triangle) เปนบริเวณที่มีระบบการผลิตปโตรเลียมนอกฝง
ในน้ำทะเลลึก (Deepwater floating production systems) จำนวนมากติดตั้งอยู ซึ่งเปนบริเวณของ
อาวเม็กซิโก แอฟริกาตะวันตก และประเทศบราซิล และจากสถิติขอมูลที่ผานมาพบวา ระบบการผลิต
ปโตรเลียมลอยน้ำนอกฝงไดเพิ่มจำนวนขึ้นอยางตอเนื่องเรื่อยมา ซึ่งสวนที่สำคัญประการหนึ่งของการเพิ่ม
จำนวนอยางรวดเร็วของโครงสรางลอยน้ำนี ้ คือ การคนพบแหลงกักเก็บปโตรเลียมไดในบริเวณที่มีระดับความลึกของพื้นทะเลเพิ่มมากขึ้นเปนผลจากการพัฒนาเทคโนโลยีในการสำรวจ การขุดเจาะ และการ
ผลิตนั่นเอง รูปที่ 3.14 แสดงใหเห็นถึงการติดตั้งโครงสรางนอกฝงทั้งแบบยึดแนนและแบบลอยน้ำใน
บริเวณทะเลเหนือ อาวเม็กซิโก นอกฝงประเทศบราซิลและประเทศแอฟริกา โดยถึงประมาณป ค.ศ.
2004 การติดตั้งโครงสรางนอกฝงแบบลอยน้ำสามารถติดตั้งไดถึงที่ระดับความลึกกวา 2,000 เมตรใต
ระดับผิวน้ำทะเล โดยเปนการติดตั้งโครงสรางลอยน้ำแบบ Semi-submersible ในบริเวณอาวเม็กซิโก ซึ่งขอมูลจะพบไดอีกวา นอกชายฝงประเทศบราซิลซึ่งเปนบริเวณที่มีการคนพบแหลงกักเก็บปโตรเลียม
ในระดับพื้นทะเลที่ลึกมาก จะมีการใชโครงสรางลอยน้ำแบบ FPS กันอยางแพรหลาย ในสวนบริเวณอาว
เม็กซิโก การใชโครงสรางลอยน้ำแบบ Spar ไดถูกติดตั้งถึงที่ระดับความลึกประมาณ 1,700 เมตรใต
ระดับน้ำทะเล
ในการตัดสินใจเลือกใชระบบการผลิตปโตรเลียมในทองทะเลลึกนั้นเปนสิ่งที่คอนขางซับซอน การตัดสิน
ใจอาจตองใชความพยายามเปนเวลาหลายปเพื่อใหสามารถเลือกระบบที่เหมาะสมที่สุดในแตละพื้นที่การ
ผลิตซึ่งตองอาศัยการศึกษา รวบรวมขอมูลและการวิเคราะหอยางเปนระบบ เพื่อใหครอบคลุมกับตัวแปร
ในทุกดาน โดยสิ่งสำคัญที่ตองอยูในตัวแปรสำหรับการพิจารณา คือ ลักษณะและปริมาณของแหลงกัก
เก็บปโตรเลียม (Reservoir characteristics) ซึ่งจะมีผลกระทบตอการวิเคราะหขนาดของโครงสรางนอกฝง จำนวนหลุมเจาะ ตำแหนงที่ตั้งในการติดตั้ง และการเลือกใชระบบการผลิต เชน Dry tree หรือ Wet
tree เปนตน นอกจากนี้โดยสวนใหญแลวคาใชจายสำหรับการขุดเจาะหลุมผลิตปโตรเลียมในทะเลลึกนั้น
จะมีมูลคามากกวา 50% ของโครงการ ดังนั้นการเลือกวิธีในการขุดเจาะจะเปนตัวกำหนดการเลือกใช
โครงสรางสำหรับการดำเนินการขุดเจาะ เชน การใชโครงสรางที่จะรองรับแทนขุดเจาะ หรือ การใช
โครงสรางขุดเจาะนอกฝงแบบเคลื่อนที่ได (Mobile Offshore Drilling Unit, MODU) เปนตน
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
110
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
6 Copyright © 2008 by ASME
Fig. 5 OFFSHORE PLATFORMS AND UNDERWATER COMPLETIONS (CLAUSS ET AL., 2004)
6 Copyright © 2008 by ASME
Fig. 5 OFFSHORE PLATFORMS AND UNDERWATER COMPLETIONS (CLAUSS ET AL., 2004)
รูปที่ 3.14 การติดตั้งโครงสรางนอกฝงตั้งแตป ค.ศ. 1950 จนถึงป ค.ศ. 2004 ทั้งแบบยึดแนนและแบบลอยน้ำในบริเวณทะเลเหนือ อาวเม็กซิโก นอกฝงประเทศบราซิลและประเทศแอฟริกา
[Clauss, 2008]
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
111
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
3.3 ลักษณะการปฏิบัติงานของโครงสรางนอกฝง(Functions of Offshore Structures)
โครงสรางนอกฝงสามารถอธิบายไดโดยใชความหมายที่มีความเกี่ยวเนื่องกันระหวางหนาที่ในการปฏิบัติ
งานและรูปรางของโครงสราง (Function and configuration) ตัวอยางเชน แทนผลิต (Production
unit) สามารถทำหนาที่ไดหลากหลายประเภท เชน เปนแทนขุดเจาะ (Drilling) แทนผลิตปโตรเลียม (Processing) แทนสำหรับเปนที่พักอาศัยของวิศวกรและผูปฏิบัติงาน (Accommodation) แทนกักเก็บ
ปโตรเลียม (Storage) และแทนสำหรับรองรับทอ Riser โดยมีตัวแปรที่สำคัญในการเลือกขนาดและ
ประเภทของโครงสรางรวมถึงอุปกรณสำหรับการผลิตปโตรเลียมนอกฝงที่ตองพิจารณา เชน ลักษณะของ
แหลงกักเก็บและสถานะของปโตรเลียมในแหลงกักเก็บ ความลึกของพื้นทะเล และสภาพแวดลอมของ
ทะเล เปนตน แตอยางไรก็ตามแมวาตัวแปรดังกลาวขางตนจะมีความสำคัญตอการเลือกโครงสรางนอกฝงในการปฏิบัติงานเพียงใดก็ตาม ตัวแปรในดานอื่น ๆ ก็มีความสำคัญไมแพกัน เชน รูปแบบในการ
จัดการโครงการ ความมั่งคงทางการเงิน รวมถึงกฎระเบียบ ขอกำหนด กฎหมายของประเทศที่ออกสัป
ทานปโตรเลียม และกฎหมายระหวางประเทศ ลวนเปนตัวแปรที่สำคัญที่ตองถูกพิจารณาในการเลือก
โครงสรางนอกฝงเพื่อการปฏิบัติงานในโครงการใด ๆ ใหสำเร็จลุลวงไปดวยด ี นอกจากนี้ในการออกแบบ
โครงสรางของโครงสรางนอกฝง วิศวกรควรตองพิจารณาถึงรูปแบบและประเภทของโครงสราง (Type of structure) มากกวาหนาที่ในการปฏิบัติงานของโครงสรางนั้น ๆ เราสามารถจำแนกโครงสรางนอกฝง
ตามลักษณะของการปฏิบัติงานในทะเลไดดังนี้
3.3.1 โครงสรางนอกฝงสำหรับการสำรวจและขุดเจาะ (Exploratory drilling structures)
ลักษณะที่สำคัญที่สุดสำหรับโครงสรางนอกฝงเพื่อใชในการสำรวจและการขุดเจาะหลุมผลิตปโตรเลียมในทะเล คือ ความมีเสถียรภาพในการเคลื่อนตัวของโครงสรางซึ่งควรมีการเคลื่อนตัวที่
นอยมากหรือถูกจำกัดการเคลื่อนที่ในระดับที่เหมาะสม รวมทั้งมีการรักษาตำแหนงในการปฏิบัติ
งานไดเปนอยางดีแมในสภาวะแวดลอมที่รุนแรงในทะเล โครงสรางนอกฝงที่เหมาะสมสำหรับการ
ปฏิบัติการสำรวจและขุดเจาะหลุมปโตรเลียมในทะเล ไดแก เรือขุดเจาะ (Drillships) ทุนลำเลียง
แทนขุดเจาะแบบสามขา (Jack-up barges) และโครงสรางแบบกึ่งลอยกึ่งจม (Semi-submersible) โดยเรือขุดเจาะนั้นจะมีรูปรางลักษณะเหมือนเรือลำหนึ่งและสามารถเคลื่อนที่ได
เองโดยการใชใบพัดที่ติดตั้งอยูภายในตัวเรือ ซึ่งบนดาดฟาเรือจะถูกติดตั้งอุปกรณสำหรับการขุด
เจาะไวทั้งหมด ขอไดเปรียบของเรือขุดเจาะที่สำคัญ คือ สามารถเคลื่อนยายไปสูหลุมเจาะในที่
บริเวณที่ตาง ๆ ไดอยางรวดเร็ว โดยเฉพาะอยางยิ่งหากเรือขุดเจาะมีการติดตั้งระบบการระบุ
ตำแหนงแบบพลศาสตร (Dynamically positioned system) รวมทั้งสามารถใชขุดเจาะในบริเวณทะเลที่ลึกมากได แตอยางไรก็ตามเนื่องจากเสถียรภาพของเรือขุดเจาะของการเคลื่อนตัวใน
ทะเล รวมทั้งความสามารถในการยึดโยงกับพื้นทะเลอาจทำใหการปฏิบัติงานของเรือขุดเจาะทำได
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
112
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
ไมดีนักหากเทียบกับโครงสรางลอยน้ำแบบอื่นที่มีเสถียรภาพมากกวา นอกจากนี้ในการขุดเจาะ
โดยใชเรือขุดเจาะในสภาวะอากาศที่มีคลื่นลมและพายุในระดับรุนแรง อาจทำใหเกิดปญหาใน
ระหวางการขุดเจาะไดมากกวาโครงสรางชนิดอื่น ๆ ดังนั้นการปฏิบัติการขุดเจาะโดยใชเรือขุดเจาะนั้นตองคำนึงถึงสภาพอากาศในทองทะเลใหมีความเหมาะสมเพื่อใหการปฏิบัติงานเปนไปอยาง
ราบรื่นและเกิดปญหานอยที่สุด รูปที่ 3.15 แสดงลักษณะของเรือขุดเจาะโดยทั่วไป
รูปที่ 3.15 เรือขุดเจาะ [http://www-odp.tamu.edu]
ทุนลำเลียงแทนขุดเจาะแบบสามขา หรือแทนขุดเจาะแบบสามขา (Jack-up barges) เปน
แทนขุดเจาะที่สามารถเคลื่อนยายจากบริเวณหลุมเจาะหนึ่งไปสูอีกหลุมเจาะหนึ่งโดยการใชเรือ
ลากจูง เมื่อทุนลำเลียงแทนขุดเจาะแบบสามขาถูกลากจูงไปยังบริเวณหลุมเจาะ ขาของแทน
ลำเลียงซึ่งโดยสวนใหญจะม ี3 ขาจะถูกปลอยลงอยางชา ๆ ดวยกลไกของฟนเฟองสูพื้นทะเล เมื่อ
ขาทั้งหมดถูกยึดเขากับพื้นทะเลอยางมั่นคงแลว ลำตัวของทุนลำเลียง (Deck) จะถูกยกตัวสูงขึ้นจากระดับน้ำทะเลในระดับที่เหมาะสมเพื่อใหลำตัวของทุนลำเลียงหรือแทนขุดเจาะพนจากแนว
แรงกระทำของคลื่นและกระแสน้ำเปนการเพิ่มเสถียรภาพของแทนขุดเจาะใหมีความมั่นคงและ
สามารถปฏิบัติการขุดเจาะโดยอุปกรณขุดเจาะที่ติดตั้งอยูบนลำตัวไดตอไป ดวยเหตุนี้เองแทนขุด
เจาะแบบสามขาจะสามารถปฏิบัติงานขุดเจาะไดเหมือนกับโครงสรางนอกฝงแบบยึดแนน เชน
โครงสราง Jacket โดยมีเสถียรภาพและความมั่นคงที่ดี และมีขอไดเปรียบคือสามารถเคลื่อนยายไปสูบริเวณหลุมเจาะอื่นไดอยางงายดายและรวดเร็วกวาโครงสรางแบบยึดแนนที่ตองใชระยะเวลา
นานและคาใชจายในการรื้อถอนสูง (High decommissioning cost) แตอยางไรก็ตาม เนื่องดวย
ขอจำกัดของความสูงของขา Jack-up ก็ตองไมสูงเกินไปจึงทำใหแทนขุดเจาะแบบสามขาจะ
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
113
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
สามารถปฏิบัติงานไดในระดับน้ำทะเลที่อยูในระดับปานกลาง (ประมาณ 150 เมตร) นอกจากนี้
ลักษณะทางกายภาพของระดับพื้นทะเล (Seafloor terrain) ที่ไมเปนแนวราบ หรือชนิดของดินที่
สะสมตัวอยูบนพื้นทะเลก็มีผลที่ทำใหการติดตั้ง Jack-up ทำไดยากมากขึ้นดวยเชนกัน รูปที ่3.16 แสดงแทนขุดเจาะแบบสามขา
รูปที่ 3.16 แทนขุดเจาะแบบสามขา (Jack-up barges) [http://static2.stuff.co.nz]
โครงสรางแทนขุดเจาะลอยน้ำแบบกึ่งลอยกึ่งจม (Semi-submersible drilling unit
hulls) จะประกอบไปดวยดาดฟา (Deck) ขนาดใหญที่รองรับดวยเสาจำนวน 4 ถึง 6 ตน โดยเสาในแตละแนวจะถูกเชื ่อมตอกันในแนวนอนโดยทุนลอย (Pontoon) โครงสราง Semi-
submersible นี้จะสามารถเคลื่อนที่ไดดวยตัวเอง ดังนั้นการเคลื่อนยายโครงสรางตองอาศัยการ
ลากจูงโดยเรือลากจูงหรือเรือขนสงขนาดใหญ (Transport vessels) ขอดีของโครงสราง Semi-
submersible คือ สามารถรักษาเสถียรภาพในการเคลื่อนตัวในน้ำไดด ีแมในสภาวะอากาศอันเลว
ราย ดังนั้นโครงสราง Semi-submersible จึงสามารถปฏิบัติการขุดเจาะในทะเลไดดีและสามารถปฏิบัติงานไดยาวนานมากกวาเรือขุดเจาะโดยทั่วไป รูปที่ 3.17 แสดงโครงสรางแทนขุดเจาะลอย
น้ำแบบกึ่งลอยกึ่งจม
โครงสรางแทนขุดเจาะทั้งสามประเภทดังกลาวขางตนอาจถูกดัดแปลงใหมีความเหมาะสม
เพื่อเปนโครงสรางแทนผลิตปโตรเลียมไดเชนกันดังจะไดกลาวถึงตอไป
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
114
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
รูปที่ 3.17 โครงสรางแทนขุดเจาะลอยน้ำแบบกึ่งลอยกึ่งจม (Semi-submersible drilling unit hulls)
[www.offshore-technology.com]
3.3.2 โครงสรางนอกฝงสำหรับการผลิต (Production structures)
แทนผลิตจะแตกตางจากแทนขุดเจาะตรงที่แทนผลิตนั้นตองประจำการอยูในทองทะเล
ตลอดอายุของโครงการในการผลิตปโตรเลียม ซึ่งโดยปกติจะมีชวงอายุประมาณ 20 ถึง 30 ป ใน
ชวงระดับน้ำทะเลตื้น แทนผลิตแบบ Jacket ที่เปนโครงสรางแบบยึดแนนดวยเสาเข็มจะเปนที่
นิยมสำหรับใชประจำการในอุตสาหกรรมการผลิตปโตรเลียม โครงสราง Jacket ประกอบขึ้นจาก
โครงถักทอเหล็ก (Tubular steel) ยึดติดกับพื้นทะเลโดยเสาเข็มตอก (Driven piles) หรือเสาเข็มเจาะ (Drilled or grouted piles) ความลึกที่เหมาะสมสำหรับการติดตั้งโครงสรางแทนผลิตแบบ
ยึดแนนประเภทตาง ๆขึ้นอยูกับสภาพแวดลอมในบริเวณแหลงกักเก็บปโตรเลียมในแตละแหง ยก
ตัวอยางเชน ในทะเลเหนือ ระดับพื้นทะเลที่ลึกที่สุดที่โครงสราง Jacket (ชื่อวา BP Magnus) ถูก
ติดตั้งนั้นอยูที่ความลึกประมาณ 186 เมตร ในสวนโครงสรางแทนผลิตถวงน้ำหนักคอนกรีต
(Shell Troll) ถูกติดตั้งอยูที่ระดับความลึก 305 เมตร และในบริเวณอาวเม็กซิโก โครงสรางแทนผลิต Jacket ชื่อวา Shell Bullwinkle ถูกติดตั้งที่ระดับความลึก 412 เมตรจากระดับน้ำทะเล
ในระดับพื้นทะเลที่มีความลึกเพิ่มมากขึ้น การใชโครงสราง Jacket อาจไมเหมาะสมสำหรับ
ใชเปนแทนสำหรับการผลิตปโตรเลียม การใชโครงสรางแบบ Compliant tower หรือโครงสราง
ลอยน้ำแบบอื่น ๆ จะไดรับความนิยมมากกวา โดยความลึกที่ลึกที่สุดที่มีติดตั้ง Compliant
tower สำหรับการผลิตปโตรเลียมในปจจุบันอยูในอาวเม็กซิโก ชื่อวา Chevron Texaco
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
115
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
Petronius โดยถูกติดตั้งที่ระดับความลึกประมาณ 535 เมตร รูปที่ 3.10 แสดงความสูงและความ
ลึกของติดตั้งโครงสรางนอกฝงแบบยึดแนนกับพื้นทะเลที่ไดกลาวมาทั้ง 4 แทนผลิต
การผลิตปโตรเลียมโดยใชโครงสรางลอยน้ำ เชน TLP และ Spar นั้นมีสิ่งสำคัญที่สุดที่ตองพิจารณา คือ จุดเชื่อมตอกัน (Interfaces) ระหวางแทนผลิตและทอลำเลียง (Riser) จากหลุมผลิต
การผลิตปโตรเลียมจากหลุมผลิตอาจถูกดำเนินการโดยใชระบบการผลิตแบบ Wet tree หรือ Dry
tree ดังที่ไดกลาวมาแลวขางตน โดย Riser ของระบบ Dry tree จะมีลักษณะเปนทอเหล็กติดตั้ง
อยูในแนวตั้ง (Vertical steel pipe) ซึ่งถูกออกแบบใหมีความสามารถในการรับแรงดันไดใน
สภาพการปฏิบัติงานในทุกรูปแบบ แตการติดตั้งทอเหล็กในระบบ Dry tree นี้จะเปนขอจำกัดที่สำคัญที่ตองมีการออกแบบใหโครงสรางลอยน้ำเคลื่อนตัวอยางจำกัดเพื่อใหเกิดความเสียหายใน
จุดเชื่อมตอกันระหวางแทนผลิตและทอ Riser นอยที่สุด ดังที่กลาวมาแลววาจนถึงปจจุบัน
โครงสรางแบบ TLP และ Spar เปนโครงสรางที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตปโตรเลียมโดยการ
ใชการผลิตระบบ Dry tree ทอสง Riser ที่ติดตั้งในโครงสราง TLP Spar และ Semi-
submersible ในการผลิตปโตรเลียมระบบ Dry tree เรียกวา Steel Catenary Risers (SCRs) ดังรูปที่ 3.18 ในทางตรงกันขาม การผลิตปโตรเลียมโดยใชระบบ Wet tree ที่มีการใชทอสงที่มี
ความโคงงอและยืดหยุน (Flexible riser) ดังนั้นการเคลื่อนตัวในระหวางการปฏิบัติงานของ
โครงสรางลอยน้ำจะไมทำใหเกิดปญหามากเทากับทอสงระบบ Dry tree รูปที ่ 3.19 แสดง
ลักษณะของ Flexible riser ที่ถูกติดตั้งในโครงสรางแทนผลิตลอยน้ำแบบ FPSO
รูปที่ 3.18 ทอสง Riser ที่ติดตั้งในโครงสราง Semi-submersible โดยใขระบบการผลิตแบบ Dry tree เรียกวา Steel Catenary Risers (SCRs)
[http://www.ogj.com]
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
116
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
Flexible risers
รูปที่ 3.19 ลักษณะของ Flexible riser ที่ถูกติดตั้งในโครงสรางแทนผลิตลอยน้ำแบบ FPSO [http://www.epmag.com]
3.3.3 โครงสรางกักเก็บปโตรเลียมจากหลุมผลิต (Storage structures)
ในการผลิตปโตรเลียมนอกฝง หากแทนผลิตไมไดมีการกอสรางทอลำเลียงปโตรเลียมสูฝง
แลว ปโตรเลียมซึ่งไดแก น้ำมันดิบหรือกาซธรรมชาติ จะถูกเก็บรักษาไว ณ บริเวณหลุมผลิตกอนที่จะถูกลำเลียงหรือขนสงไปสูฝงเพื่อทำการแยกสถานะและเขากระบวนการอื่น ๆ ตอไป ความ
สามารถในการกักเก็บปโตรเลียม ณ บริเวณหลุมผลิตนั้นจะขึ้นอยูกับความสามารถในการบรรทุก
ของเรือน้ำมัน (Tanker) รวมถึงจำนวนเที่ยวในการขนสงระหวางแทนกับบนฝง ในอดีตความ
สามารถในการกักเก็บน้ำมันจะอยูที่ประมาณ 15 ถึง 25 วัน ของอัตราการผลิตสูงสุดของหลุมผลิต
ซึ่งเปนระยะเวลาที่เหมาะสมสำหรับโครงสราง Floating Production, Storage and Offloading System (FPSOs) ที่ใชผลิตปโตรเลียมในบริเวณที่ไกลจากฝงมาก ๆ ในปจจุบันความ
สามารถในการกักเก็บของโครงสราง FPSOs จะอยูในชวงเวลาประมาณ 3 วันถึง 11 วันของการ
ผลิต โครงสราง FPSOs ซึ่งเปนโครงสรางการผลิตปโตรเลียมรูปเรือขนาดใหญจะสามารถเก็บ
รักษาปโตรเลียมไวในลำตัวเรือไดในปริมาณที่คอนขางมาก จึงเหมาะสมที่จะใชสำหรับการผลิต
และกักเก็บปโตรเลียมในบริเวณหางฝงมาก ๆ นอกจากนี้ยังมีโครงสราง FSOs หรือ Floating Storage and Offloading Vessels ที่ไมมีหนาที่ในการผลิต (Processing) จะถูกใชรวมกับ
โครงสรางแบบยึดแนนหรือแบบลอยน้ำประเภทอื่นที่เปนโครงสรางสำหรับการผลิตปโตรเลียมได
เชนกัน อยางไรก็ตาม โครงสราง FPSOs เปนระบบโครงสรางการผลิตปโตรเลียมที่มีการใชกัน
อยางแพรหลาย ในป ค.ศ. 2002 มีการติดตั้งโครงสราง FPSOs แลวทั้งหมด 91 แทน และ
โครงสรางแบบ FSOs ถูกสรางขึ้นเพื่อใชประจำการแลวประมาณ 63 แทนในป ค.ศ. 1993 รูปที่ 3.20 แสดงโครงสรางแทนผลิตปโตรเลียมแบบ FPSOs และการขนถายน้ำมันสูเรือน้ำมัน รูปที่
3.21 แสดงโครงสราง FSOs ระหวางการขนถายน้ำมันจากแทนผลิตน้ำมัน
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
117
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
FPSO
Tanker
รูปที่ 3.20 โครงสราง FPSOs และการขนถายน้ำมันสูเรือน้ำมัน (Tanker) [http://www.teekayoffshore.com]
รูปที่ 3.21 โครงสราง FSOs ระหวางการขนถายน้ำมันจากแทนผลิตน้ำมัน [www.londonmarine.co.uk]
การเก็บรักษาน้ำมันที่ผลิตขึ ้นจากหลุมผลิตในทะเลอาจถูกกักเก็บอยูในถังขนาดใหญ
(Tanks) โดยที่ดานลางของถังเปดโลง และเนื่องจากน้ำมันมีหนวยน้ำหนักที่เบากวาน้ำ เมื่อมีการปมน้ำมันที่ผลิตขึ้นไดเขาสูถัง น้ำมันจะแยกสวนออกจากน้ำและลอยตัวสูงขึ้นอยูบนชั้นของน้ำ
ทะเล ตัวอยางถังเก็บน้ำมันที่ใชสำหรับการเก็บน้ำมันในทะเลที่มีชื่อที่สุด ไดแก Khazzan storage
tank สามารถจุน้ำมันดิบไดถึงประมาณ 500,000 บารเรล มีน้ำหนักของโครงสรางทั้งสิ้นประมาณ
15,000 ตัน มีเสนผานศูนยกลางที่ใหญที่สุดเทากับ 81 เมตรและสูง 60 เมตร ถูกติดตั้งในอาว
เปอรเซียที่ระดับความลึกประมาณ 46 เมตร และยึดติดกับพื้นทะเลโดยเสาเข็มตอก ซึ่งแทนเก็บน้ำมันนี้ไมสามารถใชในกระบวนการผลิตน้ำมันแตอยางใด โดยปจจุบันยังประจำการอยูโดยบริษัท
Conoco รูปที่ 3.22 แสดงขั้นตอนการกอสรางและการลากจูงถังเก็บน้ำมัน Khazzan ในทะเล
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
118
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
รูปที่ 3.22 ขั้นตอนการกอสรางและการลากจูงถังเก็บน้ำมัน Khazzan ในทะเล
[http://www.dubaiasitusedtobe.com]
การเก็บรักษาน้ำมันที่ผลิตขึ้นจากหลุมผลิตในทะเลในโครงสรางแบบ Spar และโครงสราง
คอนกรีตถวงน้ำหนัก (Concrete GBS) ซึ่งเปนการใชหลักการเดียวกันกับการเก็บรักษาโดยถังขนาดใหญนั้นก็มีการติดตั้งในบริเวณทะเลเหนือ โดย Brent Spar กอสรางเสร็จในป ค.ศ. 1976 มี
ความสูงประมาณ 109 เมตร สามารถเก็บน้ำมันดิบไดมากกวา 1 ลานแกลลอนที่ผลิตขึ้นไดจาก
บริเวณทุงผลิตปโตรเลียม Brent เพื่อรอสงตอไปสูเรือน้ำมันตอไป รูปที่ 3.23 แสดงโครงสรางเก็บ
น้ำมัน Brent Spar ในทะเลเหนือ และในสวนของโครงสราง GBS ที่ใชเก็บน้ำมันที่ถูกผลิตขึ้นมีชื่อ
วา Gullfaks C (รูปที่ 3.10) มีความจุในการเก็บน้ำมันประมาณ 2 ลานบารเรล ถูกติดตั้งที่ระดับความลึกประมาณ 217 เมตรจากระดับน้ำทะเล
รูปที่ 3.23 โครงสรางเก็บน้ำมันแบบ Spar ในทะเลเหนือ
[http://images.pennwellnet.com]
3.3.4 ระบบการขนสงและลำเลียงจากแทนผลิต (Export systems)
ปโตรเลียมเมื่อถูกผลิตขึ้นจากแหลงกักเก็บจะตองถูกลำเลียงจากแทนผลิตหรือแทนกักเก็บ
สูบนฝง หากแทนผลิตหรือแทนกักเก็บเหลานั้นอยูหางจากฝงไมมากเกินไปนัก การลำเลียงโดยระบบทอใตทะเลอาจถูกนำมาใช ตัวอยางเชน ในบริเวณอาวเม็กซิโกผลของการพัฒนาและเชื่อม
ตอกันของระบบการลำเลียงโดยทอใตทะเลจากระดับตื้นถึงระดับปานกลางและถึงระดับพื้นทะเล
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
119
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
ที่ลึกมากทำใหเกิดโครงขายของระบบทอใตทะเลเชื่อมโยงถึงกัน แตอยางไรก็ตามในบริเวณแทน
ผลิตปโตรเลียมที่อยูหางจากฝงมากการใชทอสงใตทะเลจะมีมูลคาการลงทุนกอสรางคอนขางสูง
ทำใหไมเกิดความคุมคาในการลงทุน ดังนั้นการขนสงและลำเลียงโดยวิธีอื่นจึงถูกนำมาใช เชน ระบบการขนสงและลำเลียงโดยเรือน้ำมัน หรือ Tanker ซึ่งเรือน้ำมันอาจถูกยึดโยงเขากับทุนลอย
(Floating buoys) หรืออุปกรณชวยในการยึดโยงแบบอื่น ๆ โดยการลำเลียงน้ำมันจากแทนผลิต
หรือแทนกักเก็บสูเรือน้ำมันจะถูกลำเลียงผานทอสง (Loading hose) ตอไป
3.4 ลักษณะรูปรางของโครงสรางนอกฝง(Offshore Structures Configurations)
นอกจากการจำแนกโครงสรางนอกฝงตามหนาที่การปฏิบัติงานในหัวขอที่ 3.3 แลว โครงสรางนอกฝงอาจถูกจำแนกตามไดตามลักษณะของรูปรางหรือโครงรางของตัวโครงสรางไดเชนกัน โดยโครงสรางนอก
ฝ งสามารถแบงประเภทออกไดเปนโครงสรางแบบยึดแนนกับพื ้นทะเล (Bottom-supported
structure) และ โครงสรางแบบลอยน้ำ (Floating structure) โครงสรางนอกฝงแบบยึดแนนกับพื้น
ทะเลจะยังสามารถแบงออกไดเปนโครงสรางแบบมั่นคงแข็งแรง (Fixed) เชน โครงสราง Jacket และ
โครงสรางคอนกรีตแบบถวงน้ำหนัก (Concrete Gravity Base Structure) และโครงสรางแบบโอนเอน (Compliant) เชน โครงสรางหอสูงนอกฝงแบบยึดโยง (Guyed tower) และ โครงสรางหอสูงแบบ
โอนเอน (Compliant tower) ในสวนของโครงสรางแบบลอยน้ำจะเปนโครงสรางที่สามารถลอยน้ำและ
เคลื่อนตัวตามกระแสคลื่นตามธรรมชาติในระดับการเคลื่อนตัวที่เหมาะสมตามการวิเคราะหและการ
ออกแบบใหเหมาะสมกับการปฏิบัติงานในแตละประเภทได เชน โครงสราง Semi-submersible
โครงสราง TLPs โครงสราง FPSOs โครงสราง FSOs และ โครงสราง Spars เปนตน
3.4.1 โครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเล (Bottom-supported Structures)
โครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเลเปนโครงสรางที่ขาหรือสวนลางของโครงสรางถูกยึดเขา
กับพื้นทะเล ซึ่งโดยสวนใหญโครงสรางขาสวนลางจะถูกประกอบขึ้นจากเหล็กกลวงที่เชื่อมติดกัน
(Welded steel tubular member) อยางมั่นคงแข็งแรง ยกเวนโครงสรางคอนกรีตแบบถวงน้ำหนัก (Concrete GBS) ที่สวนลางของโครงสรางถูกสรางและประกอบขึ้นจากคอนกรีตเสริมเหล็ก
โครงสรางขาสวนลางที่ทำขึ้นจากเหล็กกลวงจะถูกประกอบขึ้นเปนโครงถัก (Truss) ที่สามารถ
รองรับแรงกระทำเนื่องจากน้ำหนักของโครงสรางและอุปกรณที่ติดตั้งอยูดานบนรวมถึงแรงกระทำ
เนื่องจากกระแสคลื่น กระแสน้ำ และแรงลม โครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเลที่ตัวโครงสรางมี
ความมั่นคงแข็งแรง (Fixed) จะมีคาบการเคลื่อนตัวหรือคาบการสั่นไหวตามแนวราบ (Sway period) เขาใกลกับคาบการเคลื่อนตัวสูงสุดของคลื่น (Dominant wave period) หากโครงสราง
มีความสูงเพิ่มมากขึ้น ในทางตรงกันขามคาบการสั่นไหวธรรมชาติตามแนวราบของโครงสรางหอ
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
120
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
สูงนอกฝงแบบยึดโยงและโครงสรางลอยน้ำ เชน TLP จะมีคามากกวาคาบการเคลื่อนตัวสูงสุดของ
คลื่น อธิบายไดดังรูปที่ 3.24 ดังนั้นโครงสรางแบบ Fixed จะมีพฤติกรรมในการรับแรงกระทำใน
ลักษณะของวัตถุแข็งเกร็ง (Rigid body) ที่ตองสามารถทนแรงกระทำแบบพลศาสตรที่เกิดขึ้นจากสภาวะอากาศและสภาพแวดลอมอันเลวรายในทะเลไดอยางปลอดภัย ในขณะที่โครงสราง
Compliant tower โครงสราง Guyed tower หรือโครงสรางลอยน้ำแบบอื่น ๆ เมื่อถูกแรง
กระทำ ตัวโครงสรางจะสามารถโอนเอนและเคลื่อนตัวไปตามแรงกระทำเหลานั้นในระดับที่ยอม
ใหตามที่ไดออกแบบไว ซึ่งจะเปนผลใหขนาดของแรงกระทำแบบพลศาสตรเหลานั้นที่กระทำตอ
ตัวโครงสรางลดลงเปนอยางมาก ดวยเหตุนี้เองในการออกแบบโครงสรางนอกฝงที่ตองปฏิบัติงานในทองทะเลลึก เราจึงสามารถประหยัดคาใชจายในการลงทุนกอสรางโครงสรางไดเปนอยางดี
รูปที่ 3.24 คาบการสั่นไหวธรรมชาติตามธรรมชาติของโครงสรางนอกฝงและกระแสคลื่นในทะเล [Reddy and Arockiasamy, 1991]
รายละเอียดของคาบการเคลื่อนที่ตามธรรมชาติของโครงสรางนอกฝงแบบตาง ๆ มีดังนี้
• Fixed platform
- Jackets and GBS ประมาณ 1 วินาที (ความลึกนอยกวา 100 เมตร)
ประมาณ 3 - 5 วินาที (ความลึกประมาณ 200 - 250 เมตร)
- Jack-up
ประมาณ 4 - 5 วินาที (ความลึกประมาณ 90 - 150 เมตร)
• Floating platform- Semi-submersible
Heave ประมาณ 23 - 26 วินาที
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
121
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
Surge / Sway of catenary moored ประมาณ 60 - 90 วินาที
Pitch / Roll ประมาณ 30 - 50 วินาที
- Spar Heave ประมาณ 25 - 35 วินาที
Surge / Sway of taut moored ประมาณ 2 - 3 นาที
Pitch / Roll ประมาณ 1 นาที
- TLP
Heave ประมาณ 2 - 3 วินาที Surge / Sway (ความลึกประมาณ 300 - 400 เมตร) ประมาณ 1 - 2 นาที
Roll / Pitch ประมาณ 2 - 3.5 วินาที
รูปที่ 3.25 แสดงการเคลื่อนตัวของโครงสรางลอยน้ำที่เกิดขึ้นในทั้งหมด 6 ทิศทาง (6 Degrees of motion)
รูปที่ 3.25 การเคลื่อนตัวของโครงสรางลอยน้ำใน 6 ทิศทาง (6 Degrees of motion)
[Gerwick, 2000]
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
122
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
3.4.2 โครงสรางแบบลอยน้ำ (Floating Structures)
โครงสรางลอยน้ำมีความสามารถในการเคลื่อนตัวไปตามกระแสคลื่นและแรงกระทำใน
ระดับหนึ่ง โดยจะเคลื่อนตัวตามแรงกระทำไดทั้งหมด 6 ทิศทาง (6 degrees of freedom) ไดแก Heave, Surge, Sway, Pitch, Roll และ Yaw (ดังรูปที่ 3.25) โครงสรางแบบ TLP ที่ยึดโยงกับ
พื้นทะเลเพื่อถูกจำกัดการเคลื่อนตัวแบบ Heave ใหอยูในระดับที่เหมาะสม ซึ่งความสามารถใน
การเคลื่อนตัวไปตามกระแสคลื่นหรือกระแสน้ำนี้เกิดขึ้นจากการใชระบบการยึดโยงดวยเชือกสลิง
หรืออุปกรณการยึดโยงอื่น ๆ โดยตัวโครงสรางที่ลอยอยูจะมีความแข็งเกร็ง (Structurally rigid)
นอกจากนี้ขนาดของโครงสรางลอยน้ำจะขึ้นอยูกับการพิจารณาความสามารถและเสถียรภาพในการลอยตัว น้ำหนักของโครงสรางดานบน (Topsides) ที่ติดตั้งบนโครงสรางลอยน้ำเปนตัวแปรที่
สำคัญในการคำนวณและออกแบบโครงสรางโดยรวมมากกวาในกรณีของโครงสรางแบบยึดแนน
ในโครงสรางแบบ Semi-submersible และ FPSO ลำตัวโครงสราง (Hull) จะมีความสำคัญใน
การพิจารณาการออกแบบพื้นที่แนวระนาบน้ำ (Waterplane area) สำหรับการคำนวณ
เสถียรภาพของโครงสรางในการรับแรงกระทำที่เกิดขึ้นทั้งหมด โดยจุดศูนยกลางแรงโนมถวง (Center of gravity, G) จะตองอยูสูงกวาจุดศูนยกลางการลอยตัว (Center of buoyancy, B)
เสมอเพื่อรักษาใหโครงสรางลอยน้ำมีเสถียรภาพในการทรงตัวที่ด ี ในทางตรงกันขามเสถียรภาพ
ของโครงสรางแบบ Spar จะถูกออกแบบใหจุด B อยูสูงกวาจุด G เสมอ และสำหรับการพิจารณา
เสถียรภาพของโครงสรางแบบ TLP นั้นจะขึ้นอยูกับการวิเคราะหพื้นที่แนวระนาบน้ำและคาความ
แข็งแรงของเชือกยึดโยง (Tether stiffness)
3.4.3 การเปรียบเทียบโครงสรางลอยน้ำและโครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเล
ตารางที ่3.1 เปนตารางสรุปความแตกตางที่สำคัญในดานตาง ๆ ระหวางโครงสรางลอยน้ำ
และโครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเล โดยความแตกตางไมเพียงแตจะปรากฎใหเห็นโดยรูปราง
ลักษณะภายนอกแลว แตยังมีความแตกตางระหวางชิ้นสวนที่ประกอบขึ้นเปนโครงสรางดวยเชนกัน นอกจากนี้ความแตกตางยังมีอีกหลากหลายประการ เชน วิธีการในการกอสราง การประกอบ
การขนสง การติดตั้ง รูปแบบของแรงกระทำ การตอบสนองของโครงสรางตอแรงกระทำ การรื้อ
ถอน เปนตน น้ำหนักที่เกิดขึ้นจากอุปกรณที่ถูกติดตั้งอยูบนแทนของโครงสรางแบบยึดแนนกับพื้น
ทะเลจะถูกถายเทลงบนขา ฐานรากดานลาง และลงสูพื้นดินใตทะเล ดังนั้นโครงสรางแบบยึดแนน
กับพื้นทะเล เชน Jacket จะเปนโครงสรางที่ทำขึ้นจากเหล็กประกอบและมีความสูงชะลูด (Long and slender) มีความสูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ 20 - 25 เมตร โดยน้ำหนักที่เกิดขึ้นบน
โครงสรางแบบลอยน้ำจะถูกรองรับโดยแรงลอยตัวนั่นเอง
การขุดเจาะและการเตรียมหลุมผลิตบนโครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเลจะมีลักษณะที่
เหมือนกับการปฏิบัติการของแทนขุดเจาะบนฝง โดยทอกรุนำจะยาวตอเนื่องจากปากหลุมผลิตบน
พื้นทะเลขึ้นสูบนพื้นของโครงสรางแทนผลิต ดังนั้นความแข็งแรงของทอกรุจะตองมีความแข็งแรง
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
123
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
มาก แตในทางตรงกันขาม โครงสรางแทนผลิตหรือแทนขุดเจาะแบบลอยน้ำจะใชทอสง Riser ที่มี
ความยืดหยุนและโคงงอไดมากกวา (More flexible) เพื่อลำเลียงปโตรเลียมจาก Wellhead บน
พื้นทะเลสูบนโครงสรางลอยน้ำ หรือที่เรียกกันวาระบบ Wet tree ในสวนของการกอสรางและติดตั้งโครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเล โครงสรางจะถูก
ประกอบบนชายฝงและขนสงไปบนเรือลำเลียงหรือลากลอยน้ำไปสูบริเวณหลุมผลิต และจะถูก
ปลอยเพื่อใหโครงสรางพลิกตัวจมลงสูพื้นทะเล (Launched and upended) หรือโดยการยกและ
หยอนลง (Lifted and lowered) จากนั้นโครงสรางจะถูกยึดติดกับพื้นทะเลโดยเสาเข็มตอกหรือ
เสาเข็มเจาะ โครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเล เชน Jacket ตองมีความสามารถในการลอยตัวเพื่อใหสามารถลอยตัวอยูไดในขณะปฏิบัติการติดตั้ง ดังนั้นโดยสวนใหญเหล็กกลวงที่มีขนาดเสน
ผานศูนยกลางขนาดเล็กจะถูกใชประกอบขึ ้นเปนโครงถักสำหรับโครงสรางแบบ Jacket
โครงสรางแบบลอยน้ำ (ยกเวน Spar) จะถูกสรางขึ้นบนฝง เชน บนทาเรือหรือในอูแหง โดยลำตัว
โครงสราง (Hull) จำเปนที่ตองมีแรงลอยตัวที่เพียงพอเพื่อรองรับแรงและน้ำหนักกระทำตาง ๆ ดัง
นั้น ลำตัวโครงสรางจะถูกประกอบขึ้นจากเหล็กแผน (Flat plates) หรือโครงสรางผนังบางทรงกระบอกกลวงขนาดใหญ (Large diameter cylindrical shell) เสริมความแข็งแรง ที่มีความ
สามารถในการตานทานการวิบัติเฉพาะที่ไดดี เมื่อการประกอบเสร็จสิ้นโครงสรางลอยน้ำจะถูก
ลากจูงสูบริเวณหลุมผลิตจากนั้นจะถูกยึดโยงดวยเชือกสลิงเขากับพื้นทะเลตอไป
การคำนวณแรงกระทำที่กระทำกับโครงสรางนอกฝงแบบยึดแนนกับพื้นทะเลจะประกอบ
ไปดวยแรงที่กระทำจากลม คลื่น กระแสน้ำ ซึ่งจะทำใหเกิดแรงในแนวราบ (Lateral forces) และโมเมนตคว่ำหรือโมเมนตพลิกตัว (Overturning moment) รวมถึงแรงกระทำในแนวดิ่งที่เกิดขึ้น
จากน้ำหนักของโครงสรางและอุปกรณที่ติดตั้ง ซึ่งในการออกแบบเบื้องตนการคำนวณแรงที่
กระทำแบบจร (Live load) จากลม คลื่น และกระแสน้ำอาจจะถูกทำใหอยูในรูปกึ่งสถิตศาสตร
(Quasi-statically) ในสวนของน้ำหนักบรรทุกคงที ่ (Dead load) เปนแรงที่เกิดขึ้นจากน้ำหนัก
ของตัวโครงสราง (Structural self-weight) ในกรณีของการออกแบบโครงสรางลอยน้ำ นอกจากแรงกระทำในแนวดิ่งที่เกิดขึ้นจากน้ำหนักของตัวโครงสราง รวมถึงแรงกระทำในแนวราบจากแรง
กระทำแบบจรแลว เราตองพิจารณาถึงแรงเฉื่อย (Inertial load) ที่เกิดขึ้นจากความเรงซึ่งเปนผล
จากการเคลื่อนตัวไปมาในทองทะเลตามกระแสคลื่น ลม โดยการตอบสนองของโครงสรางลอยน้ำ
ตอแรงกระทำแบบจรเหลานี้จะมีลักษณะแบบพลศาสตรที่คอนขางซับซอนเนื่องจากโครงสรางเกิด
การเคลื่อนที่ทั้งแบบเลื่อนไถล (Translation) และแบบหมุนตัว (Rotation) ดังนั้นในการวิเคราะหและออกแบบโครงสรางนอกฝงแบบยึดแนนกับพื้นทะเลในบริเวณทองทะเลตื้นและลึกไมมากนัก
เราอาจจะใชการวิเคราะหแบบสมดุลสถิตศาสตร (Static equilibrium) เพื่อหาคำตอบของปญหา
แตสำหรับการติดตั้งในบริเวณทองทะเลลึกหรือสำหรับโครงสรางลอยน้ำแลว การวิเคราะหปญหา
จำเปนตองอาศัยการวิเคราะหตามหลักการพลศาสตร (Laws of dynamics) นอกจากนี้ การ
พิจารณาควบคุมใหน้ำหนักของโครงสราง (Weight control) อยูในระดับที่เหมาะสมสำหรับการ
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
124
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา
ออกแบบโครงสรางลอยน้ำนั้นจำเปนมากกวาการออกแบบโครงสรางแบบยึดแนน เนื่องจากน้ำ
หนักของโครงสรางจะมีผลกระทบโดยตรงตอขนาดโครงสรางรวมถึงการยึดโยงกับพื้นทะเล
การรื้อถอนหรือการปลดประจำการ (Decommissioning) โครงสรางนอกฝงลอยน้ำสามารถกระทำไดในทันทีไมมีความยุงยากซับซอนหรือมีคาใชจายไมสูงนักหากตองเทียบกับการรื้อ
ถอนโครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเลที่ตองอาศัยการรื้อถอนทีละสวนหรือทั้งหมดในคราว
เดียวกันดวยเครื่องมือและอุปกรณที่มีความสามารถในการยกและเคลื่อนยายโครงสรางขนาดใหญ
ซึ่งแนนอนวาคาใชจายมีราคาสูงและใชเวลาในการรื้อถอนที่คอนขางนาน ดังนั้นโดยสวนใหญแลว
เมื่อโครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเลจะถูกเคลื่อนยายสูฝงแลว บางครั้งจะถูกแยกขายชิ้นสวนโครงเหล็กหรือดัดแปลงเพื่อใชสำหรับงานอื่น ๆ เพื่อชดเชยคาใชจายในการรื้อถอน ในทางปฏิบัติ
เมื่อเริ่มมีการวิเคราะหการลงทุนในโครงการ รายจายฝายทุน (Capital expenditure, CAPEX)
สำหรับโครงสรางนอกฝงแบบยึดแนนกับพื้นทะเลจะตองรวมเอารายจายที่ตองใชสำหรับการรื้อ
ถอนโครงสรางเขาไปในการวิเคราะหเพื่อใหครอบคลุมคาใชจายที่จำเปนสำหรับโครงการตอไป
ตารางที่ 3.1 การเปรียบเทียบตารางสรุปความแตกตางที่สำคัญในดานตาง ๆ
ระหวางโครงสรางลอยน้ำและโครงสรางแบบยึดแนนกับพื้นทะเล
[Chakrabarti, 2005]
ขอเปรียบเทียบ (Function)
โครงสรางยึดแนน (Bottom-supported)
โครงสรางลอยน้ำ(Floating structure)
การรับน้ำหนัก (Payload support)
ความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกของดินและฐานราก
แรงลอยตัว (Bouyancy)
การควบคุมและทอสงที่เชื่อมตอกับหลุมผลิต
Wellhead ติดตั้งบนแทนผลิตโดยมีทอแข็ง (Rigid conduits or conductors) ตอสูหลุมผลิตบนพื้นทะเล
Subsea Wellhead ติดตั้งอยูบนพื้นทะเล โดยมีทอสง Riser แบบยืดหยุนและโคงงอไดตอขึ้นสูโครงสรางดานบน
การรับแรงกระทำจากสภาวะแวดลอม
ตามความแข็งแรงของตัวโครงสรางและฐานราก
ตามแรงเฉื่อยของโครงสรางลอยน้ำ รวมถึงความมีเสถียรภาพในการลอยตัวและความแข็งแรงจากการยึดโยง
การประกอบและการกอสราง
โครงถักทำจากเหล็กกลวง ประกอบขึ้นบนลานประกอบบนฝง (Fabrication yards)
โครงสรางทำจากเหล็กแผนหรือเหล็กผนังบางทรงกระบอกกลวง ประกอบในอูสรางเรือ (Shipyards) หรืออูแหง (Dry docking)
การติดตั้ง ขนสง (หรือลากลอยน้ำ) โดยเรือลำเลียง ยึดกับพื้นทะเลโดยฐานรากเสาเข็ม
ขนสงโดยการลาก โครงสรางถูกยึดโยง (Mooring) เขากับพื้นทะเลโดยสมอแบบตาง ๆ
วิศวกรรมนอกฝั่ง(Offshore Engineering)
125
_________________อ.ดร.พูลพงษ พงษวิทยภานุ
วิทยาลัยพาณิชยนาวีนานาชาติมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตศรีราชา