PVC－U井管常见事故分析及对策

2012-10-08张秋冬严珊珊郭应航

地质装备 2012年2期

张秋冬，严珊珊，魏庆，郭应航，孟翔，程宇

（1．河南省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质队，河南郑州450053；2．郑州市自来水总公司，河南郑州450007）

1 引言

钻井用硬聚氯乙烯（PVC－U）井管，是采用无毒聚氯乙烯树脂为主要材料制作而成的，具有较多的使用优势，是取代钢管、水泥管开采地下水的主要成井材料之一，适用于饮用水源的水井和工农业用水的水井工程。欧洲、美国和日本等发达国家和地区，其水文水井几乎全采用PVC－U塑料管。使用PVC－U井管、滤水管可以节约66～80%钢材；节能68．3%；还可节省成井费用和运输费用。近年来，随着人们对PVC－U井管认识上的偏见改变及其自身的环保，无二次污染等优良的特性，在我国500m以浅的供水管井及城市饮用水供水井中，都不同程度的开始推广使用PVC－U井管作为成井管材。这在全球铁矿资源的供求矛盾日益突出的严峻形势下，寻求新的成井材料、推进水文水井钻探技术和工艺的发展，达到自主创新和“以塑代钢”之目的，具有重要的意义。

2 PVC－U井管的物理特性

与传统管材相比，PVC－U管材具有以下特点：①重量轻、运输和安装方便。PVC－U塑料管比重略大于1，在1．35～1．46之间，管材自重略大于泥浆的浮力，一次下管时不需很大的提吊力即可顺利下管，安全可靠，劳动强度小，井管的搬运更是省力方便。②抗腐蚀能力强，耐久性好。塑料是一种十分稳定的高分子聚合物，几乎不与酸碱盐等化学物质反应，在太阳紫外线照射不到的井水中，使用寿命至少50年以上，适用于各种水质的水井，尤其近年来潜水电泵的广泛应用，在水中产生的感应电流加速了传统井管的腐蚀，而塑料井管却不受此影响。③水质好。卫生级PVC－U管材卫生、无毒、不滋生细菌，不污染水质。④管材便宜，成井造价低。⑤内壁光滑，水力条件好。摩阻系数仅为0．0008，能耗小。⑥常温柔性好，抗冲击强度高。⑦耐磨损。⑧热胀系数大。PVC－U塑料管的线膨胀系数很大，几乎比钢大5～7倍，约为5．9×10－5／℃。随着温度升高，PVC－U塑料管的强度成直线下降；温度降低时，耐冲击强度降低。所以，PVC－U塑料管不宜在60℃以上环境中使用，在低温条件下避免受冲击和捶击。国产PVC－U井管的物理力学性质如表1。

由于PVC－U井管自身材质限制，与普通钢管相比在成井过程中较易出现井管破碎、柔性变形等事故。

3 PVC－U井管常见事故分析及对策

3．1 下管过程中的井管破碎事故

PVC－U井管破碎、爆管事故一般发生在下管、填砾固井或洗井过程中。根本原因是井壁管在内外受力不平衡时形成较大的压力差造成的。

下管中出现的井管破碎事故，一般是由于PVC－U井管在运输过程中受到碰撞存在内伤或细微的裂缝，下管前检查不周，使得在下管过程中井管与井壁碰撞而破裂。

表1 常用的三种国产PVC－U塑料井管力学性能指标

1）井管地面检查

PVC－U井管在搬运过程中不能摔，轻拿轻放。下井前，要仔细的对每一根井管进行检查，看丝扣是否完整，表面有无外伤。然后将井管两端支起来，中间悬空用木棍敲击，听声音是否异常。发现异常的井管要及时挑出来，严禁入井。

2）下管中的注意事项

（1）PVC－U塑料井管非常轻，400m深时在井内的最大重量仅1．2t，从开始下管到结束，在井内重量一般都在0．2～1．2t之间。在下管时需要考虑与井同心，避免井管下偏或碰撞井壁。所以，在下管过程中在过滤器上下部位用铁丝捆绑8～10组木制扶正器（每组3片），如图1。

图1 木制扶正器

（2）下管时井内泥浆比重必须控制在1．05左右，粘度在18～25s。泥浆比重大使得井管受到的浮力大，下管困难。

中西方因历史和社会因素不同，英国偏向直线思维方式，我国则偏向曲线思维，因此中西方人认识事物的出发点不同，语言表达习惯也有所不同，这也是商务英语翻译中易出问题的关键。

（3）每下一根管（6m）都必须观察管内外是否存在泥浆液面差，如果泥浆液面差过大时，塑料管一方面由于浮力过大下不去，另一方面在下管过程中就可能出现井管爆裂或挤毁事故。所以，在下管时准备好泵和回灌管线，当PVC－U塑料井管下入困难或管内外出现压力差时，立即向井管内回灌泥浆或清水，以保证井管的安全下入。

3．2 填砾与固井过程中的井管破碎

3．2．1 事故原因

由于PVC－U井管脆性高，耐单方向的冲击能力较低。滤料或固井石投放速度过快容易中途架桥，不密实，当架桥失稳，滤料或固井石瞬时下沉时，将产生较大的冲击力。这个冲击力很容易将井管冲碎。如图2就是2008年施工某井时井管破碎处理时打捞出来的井管残片。

图2 PVC－U井管残片

3．2．2 填砾、固井方法

为了防止填砾过程中的架桥现象，将滤料填实，必须采用动水填砾。动水填砾的过水通道是沉淀管上的进浆孔。进浆孔个数及尺寸至少为6×30mm。管柱设计如图3。

3．2．3 预防措施

①填砾过程中要适当控制填砾速度，保持滤料均匀下沉、密实，严禁采用翻斗车强力填砾。②填砾结束后，及时进行固井工作，以防滤料上部环空塌方，砸毁井管。③坚持全井固井，以防井孔坍塌。④固井中要根据井孔环空体积，计算固井石的用量，并用测绳每10m测量孔深一次。当计算与实际出入较大时要停止固井，轻轻地活动井管，使固井石架桥破坏。

3．3 洗井过程的井管事故

2009年在某井的洗井过程中，采用潜水泵下入70m进行大降深洗井和抽水。由于泥浆原因地层没有彻底打开，在出现“断流”现象时，把水泵下入120m进行强力洗井抽水，结果当水位急剧下降至87m时，井内出现爆炸声并造成塑料管爆裂。

由此实际情况，PVC－U井管水位降深不能超过80m。因此，下泵位置尽量控制在80m以内。以防降深太大使得井管爆裂。当洗井出现“掉泵”想象时要及时向井孔内补水，控制井内负压，引出含水层中的水。

3．4 温升造成的井管事故

PVC－U井管的热力学性质如表2所示。

图3 PVC－U塑料成井管柱设计示意图

表2 PVC－U井管材料性质

由表中试验数据，PVC－U井管的热稳定性较差。软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出HCL。原则上这种材料不能在水温大于50℃的井水条件中使用。2010年7月某水厂300m水井实际使用过程中发现，由于潜水泵漏电，使得井水局部温度上升，高温造成了井管变形，卡死潜水泵及泵管，造成井报废事故。图4为井管热变形事故示意图，图5为井下电视实测图。