浮力塞自平衡浮力法探究范文

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《四川建材雜志》2014年第四期

1原下管方案

原設計采用單塞自平衡下管法下管，水泥浮力塞的結構見圖1。先下150m長度836×20mm套管、浮重50.7t，再下45m長度836×18mm套管、浮重16.5t，接著下9m充填混凝土浮力塞的鋼管、浮力塞加鋼管總浮重10t。不考慮下管阻力，鋼管及浮力塞總浮重約77t，接近鉆塔設定的80t安全吊重。可見，塞下最大充氣段長度185m。(管子最下部10m開孔，固井時用)。經計算，所下鋼管每m內容積為0.5m3，泥漿密度取1200kg/m3，每m空管提供的浮力為0.6t。算得185m空管提供的總浮力為111t，而此時所下鋼管的重力為77t，浮力遠大于重力，導致鋼管上浮。為了保證鋼管不上浮，算得塞下最大充氣段長度為106m。隨著下管深度進一度加大，塞下106m空氣柱進一步壓縮，使得后期下管時，鉆塔總吊重超負荷。這樣需尋找一種塞下充氣量更大的下管方法，既能保證充氣后浮力小于鋼管重力，又要整體下管過程中提供的浮力足以滿足鉆塔不超載，為此提出加設臨時浮力塞的下管方法。

2加設臨時浮力塞的下管方案

2.1加臨時浮力塞下管方案若按照原下管方案，則會出現鉆塔超負荷情況，且有鉆塔傾覆的風險。在總結以往的下管施工經驗的基礎上，參照相關資料提出了加設臨時浮力塞的新型下管方案。1)理論計算，主要計算出套管的每延米的重量及在泥漿中的浮重。2)模擬下管施工過程，并計算每個施工過程中的各項參數，為實際的下管施工做好理論準備。3)在鋼管內焊接臨時浮力塞。4)制作充填混凝土的水泥浮力塞鋼管。5)采用加臨時浮力塞的自平衡下管技術下管。6)下管完成后，下鉆頭將水泥浮力塞和臨時浮力塞鉆透。

2.2臨時浮力塞制作與工作原理臨時浮力塞作為下管過程中的一個臨時構件，應該具有簡單可行、制作方便與結構簡單的特點。所下臨時浮力塞如圖2所示。臨時浮力塞設在單塞自平衡浮力塞同一位置。臨時浮力塞就是在瓦斯抽排管內焊接一塊隔板。隔板中部焊接一節串氣鋼管。將鋼球放置串氣鋼管下方，鋼球的直徑略大于通氣鋼管內徑，并且用黃油將鋼球粘在串氣鋼管下方，防止在起吊過程中鋼球掉落。臨時浮力塞工作原理為:下管時，當臨時浮力塞接觸泥漿后，泥漿產生的浮力頂住鋼球，鋼球不脫落;當瓦斯抽排管下放到設定深度后，向水泥浮力塞和臨時浮力塞間的空管段充氣時，鋼球在氣壓的作用下脫落，空氣進入臨時浮力塞下部，排出瓦斯抽排管內的泥漿。

2.3下管施工過程1)測量機高，機高為孔口泥漿面至吊卡上方套管口的垂直距離;使用比重計稱量泥漿比重，泥漿比重為1200kg/m3;校核拉力表初始讀數(包含吊鉤重量);接通空氣壓縮機電源及輸氣管線并試車。2)采用穿杠懸吊法下管，下管195m時，鋼管內焊接臨時浮力塞隔板。下完帶有臨時浮力塞的鋼管后，繼續使用穿杠懸吊的方法下管，所下鋼管總長度為205m。3)繼續使用穿杠懸吊法下管100m，且保持這100m鋼管為空管，即不向鋼管內注泥漿。然后，下帶有水泥浮力塞的鋼管，下管總長度達到315m。4)將水泥浮力塞的注氣口與大型空氣壓縮機出氣口連接。并將輸氣管依次穿過預備下的所有鋼管，開始對鋼管進行充氣。經計算得到此時已經下的鋼管的總浮重為101t，需要168m空氣柱產生的浮力才可以抵消鋼管的浮重。由此可得，注氣的氣壓應為2MPa。當注氣完畢后，鉆塔的油壓表顯示吊載接近于0。5)繼續下管100m，并在下管過程中往上部空管段注入泥漿。隨著下管深度的增加，水泥浮力塞下的空氣柱長度不斷被壓縮。油壓表顯示接近80t負載，停止下管，已經下管長度為415m。經計算，此時空氣柱的長度為102m。6)此時進行第二次注氣，此時所有已經下鋼管浮重為130t。需要的空氣柱長度為216m，空氣柱下端面距離地面泥漿的深度為316m，因此，充氣氣壓控制為3.8MPa。7)充氣完畢后，將余下的205m鋼管依次下完，并保持上部空管段長度約為100m。8)將所有鋼管下完后，解除鋼管懸吊。固定管口，為下一步排氣做準備。在以上的下管過程中，要隨時記錄已經下管的長度及每根鋼管的長度，及時記錄鉆塔油壓表的負載讀數，并與模擬下管過程中的理論計算數值進行對比分析。

2.4排氣步驟在所有鋼管下完之后，要將浮力塞下的空氣排出，具體的排氣步驟如下:1)在套管內下入450mm鉆頭至水泥塞處，鉆出位于浮力法中間膠管。2)取出高壓膠管。3)排氣結束后浮力塞鉆通后提鉆，下鉆桿至孔底20m處井口悶蓋固井。

3關鍵技術措施

1)焊縫要密實，特別是穿杠孔必須要先焊兩遍后再焊加強板，所有焊接部位要焊接牢固，防止跑氣，經技術人員檢驗后方可下入孔內。2)塞下240m套管下井前要徹底檢查，以防砂眼或裂縫漏氣。3)浮力塞在下井前，檢查充氣管路絲扣連接部位及壓力閥是否漏氣。4)充氣時密切注意管外泥漿是否有氣泡冒出，若有氣泡冒出，立即拔起套管檢查原因。5)由于地面充氣時間較長，在確保充氣安全的情況下，下入孔內的套管要間斷活動，以防鋼管外壁與孔壁相粘。6)下管前仔細檢查鉆塔、天輪、穿杠、鋼絲繩及提拉系統、鉆機各連接部位等每一個環節，合格后方可進行下一步工作。7)浮力塞充氣后下管要緩緩入井，防止擊穿浮力塞。8)套管下至離孔底之上100m左右，在取下套管時除機長及班長外，其他人員撤離到安全地帶。9)認真做好各項現場記錄，將每一項參數與理論參數對照。

4下管過程主要控制量

1)下管195m加臨時浮力塞，第一次充氣壓力為2MPa，空氣柱高度168m，空氣浮力與套管浮重相等，皆為81.3t。2)水泥塞上段加管100m，并加入泥漿，第二次充氣壓力3.8MPa，空氣柱高度216m，空氣浮力、套管與水泥塞總浮重皆為130t。3)下管結束，水泥浮力塞的塞上空管段最大高度控制在100m。

5結論

山西省柳林縣曲家溝煤礦瓦斯孔采用加臨時浮力塞法下管，取得成功，證明該方法可行。使得吊管設備投入減少，節約運行成本。縮短了下管施工周期，獲得了業主好評。

作者：余大有陳月化唐志宏單位：安徽省煤田地質局第一勘探隊