Использование моноопор с большими внешними диаметрами на малой глубине, когда возникающие в них под действием внешней нагрузки напряжения незначительны, нерационально. Уменьшение диаметра моноопоры в пределах достаточной ее прочности снижает ее массу, габариты, стоимость изготовления и эксплуатации, повышает производительность и экономическую эффективность бурения.

При проектировании моноопоры необходимо осуществлять проверку: 1) на допустимые напряжения по ее прочности; 2) на допустимые угловые перемещения по надежности работы буровых механизмов на платформе моноопоры, удобству и безопасности выполнения ими технологических операций.

Для проектирования моноопорного основания, рационального одновременно по надежности эксплуатации, стоимости изготовления и обслуживания, необходимо иметь представление о влиянии различных факторов на его напряженно-деформированное состояние. К числу этих факторов относятся: волновая нагрузка; силы технологическая и тяжести буровых механизмов; диаметр и толщина стенки труб моноопоры; установочный угол наклона моноопоры к вертикали; эксцентриситет положения центра масс механизмов относительно оси верхнего сечения моноопоры.

Установленная на точке бурения моноопора всегда находится под воздействием сил собственной тяжести и волнового давления. В период отстоя и ожидания прекращения неблагоприятных для производства работ погодных условий, буровые механизмы с моноопоры снимают, и никакой другой нагрузке она не подвергается. В процессе подготовительных работ на верхнем конце моноопоры на платформе устанавливают буровое оборудование и какой-то промежуток времени она находится под действием трех видов сил: собственной тяжести Р₂, равнодействующей волнового давления Q_B и тяжести буровых механизмов Р₁.

При бурении механизмы на платформе создают технологические усилия. Они передаются моноопоре в виде сжимающих до 25 кН или растягивающих до 60 кН нагрузок, направленных перпендикулярно плоскости ее верхнего сечения. Таким образом, в период бурения кроме сил тяжести Р₁ и Р₂ и волновой нагрузки Q_B моноопора нагружена дополнительно растягивающей или сжимающей технологической силой Р.

Волновая нагрузка переменна во времени. Изменение того или иного фактора, способствующее улучшению статического напряженного состояния, может привести к сближению частоты собственных колебаний моноопоры с частотой приложения равнодействующей волнового давления (резонанс). Эксплуатация моноопоры в резонансных режимах сопровождается значительным ухудшением ее напряженного состояния. Поэтому отдельно необходимо рассматривать также влияние геометрии и условий нагружения на статическое напряженно-деформированное состояние моноопоры и значение ее первой собственной частоты колебаний.

При эксплуатации по схеме I в период подготовительных и буровых работ, а при эксплуатации по схеме II и в период шторма, моноопора находится в проеме плавоснования. Под действием нагрузок она деформируется и вступает в контакт со стенками его проема. В результате моноопора дополнительно подвергается воздействию реакции Р_п на это давление со стороны плавоснования. При эксплуатации по схеме II в состав внешней нагрузки следует включать также изгибающий момент М_кп, предающийся моноопоре от качающегося на волнах плавоснования.

Условия нагружения моноопоры зависят от схемы ее эксплуатации. Поэтому анализ напряженно-деформированного состояния моноопоры целесообразно производить отдельно для ее эксплуатации вне плавоснования и внутри его проема. Ниже проанализирована зависимость максимальных напряжений в моноопоре от ее геометрии и условий нагружения для экономически наиболее доступных на современном этапе эксплуатационных схем I и II.

В этом разделе рассмотрены моноопорные основания, изготовленные из буровых обсадных труб серийно выпускаемого

промышленностью сортамента с внешними диаметрами 0,1680,508 м. Если нет специальных указаний, то результаты расчетов и графики приводятся для моноопор с толщиной стенки 6 = 0,01 м при установочном угле наклона к вертикали ф = = 0,5°, эксцентриситете расположения буровых механизмов на верхнем конце моноопоры е = 0,25 м и максимальном смещении центра масс буровых механизмов вдоль направляющих стоек а₁ = 2 м. Превышение моноопоры над уровнем моря всегда принимается равным 2 м, а заглубление ее нижнего конца в грунт составляет 6 м. Следовательно, расчетная высота L моноопоры на 4 м больше глубины моря Н (обоснование см. в разделе 4.1).

Все приводимые в этом разделе результаты получены на основе численного интегрирования уравнений равновесия и малых колебаний моноопоры.