Моноопора в процессе бурения подвергается воздействию на нее продольных и поперечных сил, а также крутящего момента.

Продольные силы можно подразделить на три вида: 1) тяжести непосредственно моноопоры; 2) тяжести установленных на ней буровых механизмов; 3) технологические, возникающие в процессе выполнения некоторых буровых операций. Характер действия и максимальные значения этих сил, необходимые для расчета прочности моноопоры, обычно известны.

Силы собственной тяжести распределены по высоте моноопоры. Силы тяжести буровых механизмов и создаваемые ими технологические силы приложены к ее верхнему концу. При изгибе моноопоры под действием внешних нагрузок силы тяжести остаются постоянными по величине и направлены вертикально вниз. Обычно сила тяжести механизмов для бурения разведочных и инженерно-геологических скважин, включая платформу, на которой они установлены, не превышает 25 кН.

Технологическая сила при изгибе моноопоры меняет свое направление. Но линия ее действия всегда остается перпендикулярной к верхнему сечению моноопоры. В зависимости от вида выполняемых операций технологическая сила может иметь различное значение и направление, но ее, как и силы тяжести, можно считать приложенной к моноопоре статически.

При передаче усилия на забой скважины технологическая сила направлена вверх. Обычно ее значение при вращательном бурении не превышает 15 кН, при статическом зондировании может достигать 100 кН.

При подъеме бурового снаряда из скважины механизмами на моноопоре технологическая сила направлена вниз и перпендикулярно к верхнему сечению моноопоры. Значение этой силы не должно превышать 25 кН. Извлечение из скважины колонны обсадных труб и прихваченных буровых снарядов механизмами на моноопоре недопустимо. Эти операции следует

выполнять буровыми грузоподъемными механизмами плавоснования.

Под действием поперечной нагрузки ось моноопоры деформируется. Верхние сечения моноопоры смещаются относительно нижних. В результате от действия продольных сил возникают дополнительные изгибающие моменты, приводящие к дополнительным деформациям изогнутой оси и дополнительным напряжениям изгиба. Влияние подобных дополнительных напряжений на общее напряженное состояние моноопоры может быть значительным и должно учитываться при проектировании.

Поперечные силы обусловлены главным образом силами давления от ветровых волн и морских течений. Значения поперечных сил в большой степени зависят от гидрологических условий района работ и переменчивы во времени.

Основная причина образования волн на поверхности моря - действие ветра. На величину силы волнового давления влияют такие факторы как продолжительность действия ветра, длина разгона волны, наличие зыби. Точные зависимости между ветровым режимом и волнением отсутствуют. Поэтому определение волновых нагрузок на моноопорное основание представляет собой сложную задачу.

Геологическая служба не располагает достаточным количеством экспериментальных данных и методикой для определения волновых нагрузок. В то же время в специальной технической литературе приводятся сведения и рекомендации по их расчету для разнообразных гидротехнических и нефтепромысловых сооружений.

Классические теории и нормативные методики определения сил волнового давления сложны для применения в повседневной инженерной практике. Предложенные некоторыми исследователями более простые приближенные алгоритмы основаны на данных, полученных в результате экспериментов и справедливых для частных случаев сочетания гидрологических условий, которые не соответствуют режимам эксплуатации моноопорных оснований.

Течения на конкретных акваториях, как правило, имеют постоянный или постоянный на протяжении длительного периода времени характер. В большинстве случаев силы давления от течений можно рассчитать по относительно простым формулам.

На основе обобщения имеющихся в литературе сведений по определению волновых нагрузок и сил давления течений на сооружения и преграды применительно к условиям эксплуатации цилиндрических моноопор нами рекомендуются для использования в инженерных расчетах сил волнового давления и течений относительно простые полуэмпирические формулы. Эти формулы позволяют определить максимальное значение равнодействующих этих сил, координаты их приложения, а для силы волнового давления и описать характер ее изменения во времени. Полученные формулы могут быть полезными при проектировании рациональных конструкций моноопор и выполнении расчетов на их прочность.

Крутящему моменту моноопора подвергается при вращательном бурении установленными на ней механизмами. Оценка сил, воспринимаемых моноопорой от крутящего момента, и и х влияния на ее прочность приведена ниже в отдельном разделе настоящей главы.