鐵盤浮力器在大口徑鉆孔下沉套管施工中的應用

白光金 胡彥斌

（山東方大工程有限責任公司，山東 淄博 255150）

1 工程概況

高家堡礦井具有井深水大的特點。為增加礦井排水能力，設計施工地面直排鉆孔。鉆孔深度808m，表土段孔徑Φ1400mm，基巖段孔徑Φ950mm，全孔下Φ720×24～32mm無縫鋼管（重量達367t）并注漿固管。

2 浮力器下管方案的提出

Φ950mm鉆頭擴孔結束后，將進行排水套管的下放工作。由于在下管過程中，巖粉始終以不同程度的速率沉降，擴孔實際深度811m，超出設計深度3m，為孔內巖粉留下足夠沉淀空間。

施工采用的鉆機為河北永明地質工程機械有限公司生產的GZ-2600型鉆機，該鉆機單繩提升能力10t，當采用10根繩提升時，其提升能力為100t。采用27m加重A型鉆塔，該鉆塔承載力為90t。由于排水套管重達367t之多，遠遠大于鉆塔和鉆機的承受重量，如果采用普通方法根本無法下放套管，因此其底部必須使用浮力器。

3 浮力器的選擇

使用浮力器后，套管下放至孔底浮力將達到408t（泥漿密度按1.24g/cm3計算），浮力大于套管重量，還需要向套管內加入一定量的泥漿來增加套管重量，克服泥漿浮力才能保證套管順利下放。以往使用的浮力器由水泥漿在套管內提前半個月灌制好，本次下管選擇采用厚40mm圓盤鐵板制作浮力器。

浮力器：由大小兩個厚度為40mm的圓盤鐵板組成，大盤Φ720mm，小盤Φ150mm。大盤中心預留一個Ф130mm的圓孔用來鑲嵌加工成“凸字形”的小盤，兩盤用螺絲連接在一起，整個裝置牢牢焊接在套管下口上。為防止兩鐵盤交接處漏漿，在其交接處膠貼青稞紙。由于孔內泥漿的壓力作用，兩盤會緊緊鑲嵌在一起（結合緊密，不漏漿）。套管下放至孔底，需要注漿固管時，只需下鉆搗開小盤即可通過圓孔注漿。

支撐裝置：浮力器下頭焊接支撐裝置。支撐裝置由1條長1.5m、Φ720×32mm的排水套管制成。從底部向上0.5～1m處割3組出漿口，每組3個，呈插花狀布置。為防止套管下放至孔底，沉淀的巖粉進入支撐裝置而封堵出漿口，其下端口用厚20mm的鐵板焊封。

4 浮力器下管施工工藝

擴孔結束后，泥漿密度達到1.46g/cm3，粘度66s，如此稠的泥漿根本無法下管，必須要將泥漿調稀，性能調好，達到排水套管的下放標準：密度在1.24g/cm3以內，粘度36s左右。如果只加水稀釋，不但增加了排漿費用，而且泥漿性能會降低，時間長了會造成固相成分的沉淀。因為排水套管下放時間長達8～9d，沒有性能很好的泥漿，套管難以下放至孔底。下套管之前必須用離心機調漿，除去多余的固相成分，使其比重下降至1.24g/cm3以內，再加入純堿、銨鹽，降低其粘度、失水量。由于孔壁泥皮較厚，使孔徑減小，為保證排水套管順利下放，用Φ950mm擴孔鉆頭多次上下刮去孔壁泥皮，并長時間調漿沖孔，直至提下鉆具順暢后開始試下排水套管。

試下管時，將四條排水套管焊接（長48m左右），用Φ127mm鉆桿下放至孔底，暢通無阻后，正式下排水套管。

排水套管為Q345B#鋼材制作的直縫管，規格：Φ720×24～32mm。下管采用割孔穿管法，使用J422×4.0普通焊條焊接。每根套管都要用水平尺四個方向進行找正，配合經緯儀下放，保證套管下放的垂直度。為提高焊接速度，由5人對焊，焊縫必須達到Ⅰ級標準，每個焊縫至少焊接五遍，焊縫要略高于套管表面，并由專人檢查，防止出現遺漏。割孔必須焊堵，每個割孔至少焊接三遍。

一根12m長的Φ720×32mm套管重量為6.462t，一根12m長的Φ720×24mm套管重量為4.909t，其所受的浮力均為6.055t（泥漿密度按1.24t/m3計算）。

開始下Φ720×32mm套管時，由于其重力大于所承受浮力，無需添加泥漿來增加套管自重。隨著Φ720×24mm套管的逐漸下放，其浮力會逐漸上升，最終會超過套管自重。為保證套管順利下放，需要向套管內加泥漿以增加重量，但所加泥漿量要嚴格控制，鉆機拉力表不能超過5t。如果加入泥漿量過多，加上泥漿的吸附力，會造成鉆機拉力過大，超過鉆機的提升能力，釀成事故，因此泥漿要少量多次添加，保證下管安全。

為保證套管焊縫強度，焊接Φ720×24mm套管時，焊縫處均勻焊接4～5塊加強筋。排水套管下放至終深度811m，用泥漿、清水將套管灌滿，下帶扶正的尖底鉆具將浮力器中間的小盤搗開，孔口返水。提出鉆具，下注漿鉆具至距套管底部20m左右，將套管口用鐵板連同鉆桿接箍焊封。鉆桿接箍連接閥門，與泥漿泵相接。打開閥門，循環泥漿，等待注漿固管。

5 鐵盤浮力器的優越性

（1）由于本工程套管所受浮力達到408t之多，減去套管內加入的平衡浮力的泥漿重量86.6t，實際作用于套管底部浮力器的浮力達到321.4t。到底灌制多長的水泥浮力塞才能承受住如此大的浮力需求，找不到相應的公式進行計算，全憑經驗。灌制的水泥塞出現問題，使浮力失去作用，不但會拉倒鉆塔、造成跑管使鉆孔報廢，而且有可能造成人員傷亡，因此，浮力器的制作必須安全可靠。經過計算，用厚40mm的鐵盤制作浮力器，完全能承受住該浮力作用。

（2）套管下至孔底后，水泥浮力塞還要專門下鉆全部掃除才可以注漿固管。堅硬的水泥附著在套管內壁難以掃除干凈；掃除的水泥粉和泥漿混合使泥漿變稠，容易吸卡鉆；掃落的水泥塊下沉至孔底容易堵塞出漿口造成注漿固管困難。鐵盤制作的浮力器由于焊接在套管最下頭，下放深度超過礦方要求的808m，留在孔底不需要專門處理，減少一道工序。注漿前下鉆（帶扶正）搗開中間小鐵盤即可。

（3）水泥浮力器制作工藝復雜，占用人工、材料多，價格相對較高。鐵盤浮力器制作簡單，節省人力物力財力。

6 結束語

采用鐵盤制作的浮力器，使高家堡礦井地面直排鉆孔的排水套管順利漂浮下沉至孔底，既安全可靠，又簡便易行，不但節省了人力物力財力，又縮短了工期。該工程為施工同類工程浮力器的制作開拓了新思路、新方法，取得了較好的經濟效益和社會效益，具有較高的推廣利用價值。