کاربرد ژئوسنتتیک ها در صنعت نفت و گاز

همانند خیلی از زمینه های مهندسی نظیر ژئوتکنیک، حفاظت ساحلی، معدنکاری و راه سازی، در صنعت نفت و گاز نیز کاربرد محصولات ژئوسنتتیک به دلیل خواص ویژه شان، در سال های اخیر با اقبال بیشتری روبرو شده است. مهمترین محصولات ژئوسنتتیکی که در صنعت نفت و گاز به کار گرفته می شوند، ژئوگرید، ژئوتکستایل و ژئوسل هستند. کاربرد ژئوسنتتیک ها با توجه به نوع آن ها در هر صنعتی متنوع است. در ادامه به نحوه ی به کارگیری این محصولات به منظورهای مختلف در پروژه های نفت و گاز پرداخته می شود.

کاربرد ژئوسنتتیک

به کارگیری ژئوگرید در ساخت راه های دسترسی و سایت های میادین نفت و گاز

نیاز به مصرف انرژی همواره در جهان در حال افزایش است و صنعتگران نفت و گاز همواره به دنبال روش هایی هستند تا با سرعت و کیفیت بیشتری به منابع نفت و گاز دست یابند. میادینی که نزدیک به مناطق شهری بوده اند تا کنون شناخته شده و در حال بهره برداری هستند. میادین جدید اغلب در نواحی دور واقع شده اند که دسترسی به این مناطق از چالش های بزرگ صنعتگران نفتی بوده است. این مناطق که در آن ها راه های دسترسی ساخته می شوند و ابزار آلات سنگین حفاری سوار می شوند، اغلب سست هستند و تحت شرایط بد جوی نیز قرار می گیرند. در این جا به راحتی می توان یک کاربرد ژئوسنتتیک ها را به راحتی مشاهده نمود.

با توجه به اینکه این زمین ها تحت بارگذاری های سنگین قرار می گیرند، استفاده از روش های تقویت بستر سنتی بسیار پرهزینه خواهد بود. حمل مصالح سنتی نظیر سنگ و بتن به این مناطق جهت تقویت بستر بسیار سخت، زمان بر و پرهزینه خواهد بود. راه حلی که محصولات ژئوسنتتیک برای حل این مشکل ارائه می دهند بسیار مقرون به صرفه می باشد همچنین امکان انجام عملیات در هر شرایط جوی وجود خواهد داشت.

اگر این زمین ها بدون تقویت شدن مورد بهره برداری قرار گیرند به زودی دچار از هم گسیختگی خواهند شد. خوشبختانه محصولات ژئوسنتتیکی از قبیل ژئوتکستایل و ژئوگرید ها ابزار مناسبی برای مقاوم سازی این زمین ها در کمترین زمان ممکن و با کمترین هزینه می باشند.

ژئوسنتتیک در عمران

مزایای به کارگیری ژئوگرید در راه های دسترسی به میادین نفت و گاز را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

  • افزایش کیفیت سطح جاده در نتیجه افزایش ایمنی
  • کاهش تعداد دفعات تعمیر و نگهداری های مداوم سطح جاده
  • کاهش میزان مصالح دانه ای مورد نیاز
  • افزایش سرعت احداث مسیرهای دسترسی
  • کاهش نیروی کار و تجهیزات مورد نیاز
  • حذف نیاز به حفاری و برداشت خاک های ضعیف
  • کاهش فرو رفتگی سطح جاده در اثر لاستیک ماشین آلات سنگین

پیمانکاران نفت و گاز در سراسر دنیا توانسته اند با به کارگیری ژئوگرید هزینه های پروژه ها را به طور قابل توجهی کاهش دهند. چرا که استفاده از ژئوگرید سبب کاهش 40 تا 60 درصدی مصالح دانه ای مورد نیاز برای احداث جاده می شود.
به کارگیری ژئوگرید تنها سبب کاهش هزینه ها نمی شود بلکه سبب می شود تا حوادث منجر به مرگ هم به شدت کاهش یابد. متاسفانه این حوادث می توانند در شب و هنگامی که جاده ها دچار شسته شدگی شده اند، رخ دهند. این شسته شدگی ها و ناهمواری ها که معمولا در اثر رفت و آمد متناوب ماشین آلات سنگین رخ می دهند سبب می شوند تا راننده کنترل ماشین را از دست دهد.

وقتی که برای ساخت این جاده ها از ژئوگرید استفاده می شود، مصالح دانه ای درون شبکه های ژئوگرید دچار قفل شدگی شده و سطحی ثابت و یکنواخت را ایجاد می کنند. این سطح یکنواخت سبب توزیع بهتر تنش ها شده و تنش های انتقالی به زیر اساس را به شدت کاهش می دهد. همین امر سبب می شود تا احتمال تشکیل چاله ها و شسته شدگی های ناگهانی به شدت کاهش یابد.

راه های دسترسی به چاه های نفت وقتیکه حفاری هم به اتمام می رسد باز هم حائز اهمیت هستند و بسیار مورد استفاه قرار می گیرند. زیرا این چاه ها دائما نیاز به تعمیر و نگهداری دارند. بنابراین راه های دسترسی باید ایمن و با کیفیت مناسب باشند. استفاده از ژئوگرید تا حد زیادی به این مهم کمک می کند.

مهم ترین مزیت ژئوگریدها این است که قابلیت به کارگیری در مناطقی با خاک های ضعیف و مرطوب را دارند و همچنین توانایی تحمل بارهای بسیار زیاد را نیز دارند.

به کارگیری ژئوگرید در پروژه های خطوط لوله

کاربرد ژئوسنتتیک ها در پروژه های خط لوله در کجاست؟ وقتی که خطوط لوله از مناطقی با خاک نرم و سست عبور می کنند، نشست افتراقی قابل انتظار است، تقویت بستر خطوط لوله به منظور توزیع یکنواخت بار وارده از طرف خط لوله، مرسوم می باشد. در گذشته تقویت بستر با برداشت خاک ضعیف تا عمق یک متری و یا استفاده از پنل های پیش ساخته بتنی صورت می گرفت.

یک روش جایگزین و اقتصادی برای تقویت بستر به روش سنتی، استفاده از ژئوگرید با مقاومت بالا و کرنش کم می باشد. وجود لایه ی ژئوگرید سبب می شود تا بار در نواحی بزرگتری و به صورت یکنواخت توزیع شود و بدین ترتیب ظرفیت باربری کمتری برای خاک مورد نیاز باشد.

بسته به نوع خاک و بارهای وارده روش ها ی مقاوم سازی متنوعی وجود دارد. زمانی که نشست افتراقی کم مورد انتظار باشد، یک یا دو لایه ژئوگرید برای تقویت بستر کفایت می کند. چنانچه ظرفیت باربری بالایی مورد نیاز باشد و یا زمین بسیار سست باشد از قطعات بتنی پیش ساخته U شکل به همراه ژئو تکستایل برای افزایش ظرفیت باربری و کاهش تنش افتراقی استفاده می شود.

نکته دیگر در رابطه با خطوط لوله این است که آن ها اغلب در عمق 1 تا 2 متری سطح زمین قرار می گیرند. به همین دلیل چنانچه نیاز به احداث سازه های جدید نظیر زیرساخت های حمل و نقلی بر روی محل عبور خطوط لوله باشد، مشکلات زیادی پیش آید چراکه در این صورت تنش های اضافی در خاک ایجاد می شود که ممکن است برای خطوط لوله بحرانی باشد. در این صورت نیاز است تا این تنش های اضافی را به نحوی کاهش داد تا تغییر شکل های لوله به حداقل برسد. استفاده از محصولات ژئوسنتتیک در این مواقع بهترین گزینه می باشد. آن ها با جذب تنش ها مانع از انتقال آن ها به سطوح پایین تر (محل قرارگیری لوله) می شوند.

به کارگیری ژئوتکستایل در پروژه های خطوط لوله

در پروژه های ساخت خطوط انتقال، ماسه حفاظتی به عنوان یک فاکتور قیمتی تاثیرگذار شناخته می شود. زیرا هزینه حمل و نقل حجم زیادی از ماسه بسیار قابل توجه خواهد بود. ژئوتکستایل نبافته، جایگزین بسیار مناسبی برای ماسه ی حفاظتی می باشد. بسته به اندازه دانه های خاک محل، ضخامت ژئوتکستایل ها متفاوت خواهد بود. هر چه خاک درشت دانه تر باشد ضخامت این محصول باید بیشتر باشد. این ژئوتکستایل ها اغلب در برابر واکنش های شیمیایی که در داخل خاک رخ می دهد مقاومت میکروبیولوژیکی کافی را دارند.

این محصولات باید در برابر حرارت هم مقاوم باشند تا بتوان از آن ها در خطوط حرارتی هم استفاده کرد. هنگامی که لوله با یک لایه ژئوتکستایل پوشانده می شود، در حقیقت این محصول مانع از تماس مستقیم لوله با خاک می شود و از خوردگی الکترولیتی جلوگیری می شود.

یکی از مشکلاتی که خطوط لوله با آن مواجه هستند اغلب نیروی شناوری در خاک هایی است که دارای سطح آب زیرزمینی متغیر هستند. در این مواقع اغلب از قطعات بتنی U شکل بر روی لوله ها استفاده می کنند تا از حرکت رو به بالای لوله جلوگیری شود. برای اینکه سطح لوله با سطوح سخت قطعات بتنی در تماس مستقیم نباشد، و دچار آسیب نشود از یک لایه ژئوتکستایل استفاده می شود.

ژئوسنتتیک در صنعت نفت

لازم به ذکر است که استفاده از ژئوتکستایل جدا کننده تا حد زیادی می تواند مانع از مخلوط شدن خاک های ریزانه و درشت دانه و در نهایت افزایش ظرفیت باربری شود. علاوه برموارد فوق از ژئوبگ های ساخته شده از ژئوتکستایل می توان به عنوان جایگزینی برای قطعات بتنی U شکل استفاده کرد. مهم ترین مزیت این ژئوبگ ها این است که نسبت به بتن ارزان تر بوده و در محل به آسانی با استفاه از مصالح موجود پر می شوند، نصب آن ها آسان است و به حفاظت الکترولیتی لوله ها هم کمک می کنند.

بنابراین کاربرد ژئوتکستایل در پروژه های خطوط لوله را می توان به این صورت خلاصه کرد:

  • جداکننده ریزدانه از درشت دانه در زیر لوله برای افزایش ظرفیت باربری
  • پوشاندن کامل لوله برای حفاظت فیزیکی و الکترولیتی
  • پوشاندن لوله برای محافظت از آسیب های قطعات بتنی
  • به صورت ژئوبگ به عنوان جایگزین قطعات U شکل بتنی که به منظور مقابله با نیروی شناوری کاربرد دارد.