机井常见故障与修复方法探讨

-0-机井常见故障与修复方法探讨赵秉恒（平凉市水文地质工程局，甘肃平凉，744000）【摘要】：本文针对机井在长年使用中经常出现的故障或损坏事故，结合平凉市范围内机井常见故障的类型及发生原因进行了具体分析、梳理和归纳。并针对机井故障原因详细介绍了修复方法。同时，从机井设计重点技术指标到施工工艺的每项环节以及在机井使用、维修与管理等方面提出了具体意见。【关键词】：机井事故故障类型损坏原因修复方法机井管理一、概述机井工程作为水利设施的重要组成部分，是农作物灌溉的主要设施之一，关系当地农业生产的发展，成为井灌区农村经济发展的决定因素。目前，全市6县一区共有各类机井（1970～2015年期间）8000多眼，这些机井，为当地合理开发和综合利用水资源、保护生态环境、防旱抗旱和人们日常生活等方面发挥着重要作用。但在机井使用过程中常常出现各种各样的故障和人为损害事故。仅截止1995年底，由于各种原因报废的机井近5000眼，现真正发挥效益的不足3000眼，约占机井总数的38%；还有相当一部分机井长期带病运行，得不到合理修复和改造而成为“病井”；有的机井则因为管理使用不善，缺乏维修保养而产生涌砂、淤积、坍塌等，导致出水量逐年减少，成为“干井”。对此现象应引起我们高度重视和深思探讨。二、故障类型及原因根据工作实践，机井在使用管理方面出现的故障及原因，经分析、梳理，归纳为以下常见的15种类型。1、洗井不彻底机井钻孔时由于泥浆泵排量不足，携岩屑（岩粉）不彻底，致使部分岩屑和泥皮残留于孔内，下管前没有换浆、破壁和刮洗泥皮就下管，使得井内泥浆过稠，-1-残留在孔壁的岩屑和泥皮堵塞了含水层裂缝和孔隙，从而阻止了地下水进入井内，影响出水量。2、井管腐蚀腐蚀与结垢是相互伴生的，腐蚀产生沉淀堆积于缝隙处，堆积物加速了缝隙腐蚀，最终造成滤水管孔隙封闭。（1）PH值偏低，酸度高，对金属滤水管腐蚀过快。（2）地下水中游离的二氧化碳在金属氧化过程中起催化作用，游离二氧化碳含量越高，腐蚀性越强。（3）地下水中含有硫化氢和二氧化硫、铁以及硫酸盐和有机酸时，腐蚀会加快。（4）地下水矿化度高、含氧量大时，水中的铁、钙、镁、铝的氧化物易胶结，在滤水管周围形成不透水的胶结块；地下水中的碳酸氢钠，当压力减小，二氧化碳逸出转化成碳酸钙沉淀在过滤水管表面和水泵吸入口处结垢而堵塞。3、水泵配套不合理（1）井内涌水量未经抽水试验提供的参考数据而合理配套水泵，盲目采用大泵量水泵强烈抽水，形成井管内外压力差，使井管外砂砾涌入井内而损坏。（2）根据机井深度、动水位和井底沉淀高度来确定下入水泵的深度。水泵下入静水位以下过深（超过70m），泵超载过量水压而损坏电机球磨石墨盘和叶轮。（3）水泵电动机深入沉淀层，影响了电机正常散热。（4）水泵吸入口低于动水位，或高于动水位不足1m，水泵吸入空气减少了出水量。4、水泵电机过热（1）电压偏高或偏低，在特定负载下，若电压变动范围超过额定值时，会造成电动机过热；电源三相电压不对称，会引绕组过热。（2）经验表明电动机被烧毁的80%以上是由于缺相运行造成的，应对电动机安装缺相保护装置。（3）水泵长时间过载运行，使电动机温度过高。-2-（4）电机接法错误，将△形误接成Y形，使电动机的温度迅速升高。5、水泵不上水或出水量不足（1）井内动水位下降过低（低于水泵吸入口1m以下）。（2）泵管漏水严重或泵管脱开缝隙。（3）管路堵塞。（4）滤水管淤积堵塞。6、泵管脱落、泵头卡死（1）深井潜水泵脱落事故时有发生,在提下电泵检修过程中，操作失误引起猛拉、猛放，造成泵管脱落、护绳拉断，泵体与护绳掉入井底互相交织被卡死。（2）在水质差的机井中,深井泵因年久失修,造成连接泵管法兰盘的螺栓锈蚀严重，最后在抽水的震动下断裂脱落。7、井内涌砂（1）滤水管、缝隙太大不能有效阻砂。（2）砾料规格不符合要求，井内大量涌砂。（3）滤水管对应的含水层透水系数低，地下水入管流速过高，带动粉砂涌入。（4）水泵长期使用出现密封硬化，失去密封功能，高速水流穿透滤水管，造成涌砂。8、井内淤积（1）成井后，没有建井房、井台、加设井盖。雨水携带泥砂流入井内淤积。（2）长期抽水，地下水流动时携带的泥砂过多，沉淀在井内。（3）井管破裂或含水层井段坍塌，大量碎屑物沉淀。9、滤水管淤积堵塞（1）地下水含砂量过多，长时间沉淀使滤水管淤积掩埋。（2）深井底部的滤水管钙化堵塞水道，水井在成井后，如长时间的闲置，井管深部的滤水管和过滤层会被水中的碳酸钙堵塞。10、地层坍塌-3-超负荷开采，导致井内外压力不平衡，造成含水层井段坍塌。11、水位下降大量无序地开采地下水，使地下水位快速下降，形成“下降漏斗”，从而造成地下水资源枯竭。12、井管破裂（1）地壳水平或垂直变动时，处在这一地段的机井也会承受同样的挤压力，当挤压力超过井管的承受力时，出现断裂或移位。（2）井管丝扣连接或焊接部位，在地下水的腐蚀、水泵磨损、碰撞井管等原因致使井管破裂，产生涌砂。常见的破裂处是钢管丝扣连接或焊接部位、变径部位、泵头位置以及动水位上下位置。一般在下管过程中，焊接存在隐患时，随着重量增加拉应力增大，造成井管疲劳破坏，使井管开缝或断裂，同时焊接时产生的应力容易引起应力腐蚀。（3）井管在运输途中受损已经有了裂隙，下入井孔后地层对套管的挤压力造成裂隙加剧，同时，在地下水的长期浸泡下出现砂眼，井内受力后开裂。（4）下入井内滤水管没有按设计工艺要求，片面追求大指数出水量，滤管圆孔总面积过大，严重降低了管材强度和抗腐蚀性，长期受力和腐蚀及洗井提拉活塞等导致井管错位、折断。13、砾石滤料蓬堵（1）滤料规格不符合要求，砾石粒径偏大，投放砾料时出现架桥、蓬堵现象，使得砾料不能全部投放到过滤器部位，不能有效阻砂。轻则水量减少，严重则井淤积埋泵管。（2）填砾方法不正确，长期抽水会使砾料下沉密实，在管外与井壁间隙中出现砾石滤料“空白”段，形成空洞，造成井壁坍塌。（3）开口孔径小，井管直径大，填砾厚度薄。不能形成人工过滤层，出现浑水或涌砂现象。14、长期超量抽水引起涌砂长期强力过量采水，即大泵量抽水引起动水位急剧下降，使井内含水层流速超过了允许(临界)流速，扰动了流砂和粉砂层，从而引起涌砂。-4-15、井身弯曲，孔径缩小（1）在成井前对井斜孔段未处理或处理未达到要求。井身弯曲，孔径缩小，使滤水管缠丝和包网脱落。（2）开口孔径不直，斜井偏差太大，给下管带来困难，如果强行下管，会造成井管错口、折断、滤料回填不均匀，引起井内涌砂。（3）井管随井筒偏斜，泵管和潜水泵无法到位，如勉强安装上水泵，也会出现水泵不好启动，容易损坏等现象。三、机井修复方法上述机井在使用方面出现的故障及原因很多，但主要原因是成井质量问题。凡机井出水量少、含砂量高、井管破裂、水质变坏以及泥砂淤井，无一不与成井质量有关。所以要从机井的规划布局、钻井施工、水泵选择、成井管理等人手，在成井工艺和提高成井质量上下功夫，做到科学打井，合理用井。1、设计井身结构时应注意的几项技术指标（1）开口孔径应根据井管和过滤层厚度确定。一般孔径应大于井管外径200mm为宜,以保证过滤层的厚度。（2）井型和井管直径主要根据抽水设备类型、规格而定。有时机井上部和下部采用不同的口径,即上大下小,中间用变径管连接,这样可以安装深井泵和较大规格的水泵,充分发挥井的作用。（3）滤水管要选择有抗压、抗拉强度和透水性良好的管材。（4）滤水管的规格及安装位置主要根据当地含水层的条件而定。（5）砾石滤料层应以天然砂砾筛选成标准粒径作为填料。根据含水层的岩性情况,分层填入相应的粒径规格,砾料规格根据多年来实践认为，砾料的直径就为含水层岩性主要粒径的8～10倍较为合适。能较好的起到增加透水性能及拦砂作用。如果含水层较多，应按含水层岩性细的粒径级配。（6）填砾高度应超过机井最上部滤水管的高度5～10米。2、提高打井质量施工质量直接关系到机井的使用寿命。因此，要抓住施工这一关键环节。（1）以合理开发和综合利用水资源、保护生态为原则，合理布局，科学定-5-位。（2）择优选择施工企业，对无资质的施工队坚决不用。施工中严格规范操作，严把施工质量关。（3）按照管井施工工艺流程施工。（详见下表水源管井施工工艺流程图）（4）机井验收时，使用单位要认真做好验收交接工作，对出水量、含沙量和井孔弯曲度等主要指标严格把关。3、合理配套水泵水泵是机井配套的主要设备，许多地方由于对水泵的配套、安装、管理及使用不当，降低了机井效率，增加了电耗，缩短了使用寿命。选择水泵时，一定要井深与泵扬程配套，井深与泵的扬程比应大于75%，这样既能保证适量开采，正常供水，又能节约用电。4、旧井改造上世纪70—80年代初，用冲击锥打成的机井，井内多为混凝土井管，其外径360mm，内径280mm，这类机井因年久失修或人为损坏，井内沉淀和淤积大量泥沙及砖石瓦块等。对这类机井的修复，首先要淘砂清淤，然后采用安装双层井管的方法，即在井内再下一套外径比原井管内径小1～2个规格（外径273mm）的钢制管插入原井管中。井管长度，静水位以上全部安装井壁管；静水位以下井段全采用滤水管。再按照井深和井管与井壁间的环状间隙计算出应回填的砾石滤料量进行填砾。填到距地面1m为止，滤料上面用C15混凝土封闭和井口平台的处理。下管填砾及井口封闭后开始洗井。洗井的目的是清除钻孔过程中堵塞含水层的泥浆，同时排出滤管周围含水层的细粒，以疏通地下水入管通道，减少进水阻力，以达到应有的出水量。最后下泵进行抽水。5、机井掏沙清淤（1）掏砂管清淤。掏砂管类似冲击钻机所配的掏砂筒，一般用现有钢管制成，直径应根据井内安装的井管类型及规格（常用的井管有：￠203mm铸铁管、￠219mm、￠245mm、￠273mm、￠325mm钢制管和￠360mm钢筋混凝土管）确定。长度1.5-2.0m不等，掏砂管上部联接提引环或钻杆接头，底部进沙口有活门（朝里开关的单开门或双开门）挡砂板，底部端头镶焊合金块，这样就构成掏砂管。-6-水源管井施工工艺流程图接通临时电路、水管施工准备查明地下管线测量放点确定井位平整场地确定结构方案钻机对准井位钻机就位调整水平、垂直度检查钻头直径配制泥浆钻进成孔确定成井方案探井检查，丈量深度扩钻通孔刮洗泥皮，排渣换浆检查井管，编排滤水管井管安装记录填砾深度及数量围填滤料观测滤料下降及返水情况洗井补填滤料，上部封井水泵安装，抽水试验水质分析资料整编拆卸设备，清理钻场竣工验收-7-清淤时先立好井架，在滑车上穿上钢丝绳下放掏砂管，至淤积面时，提拉掏砂管反复冲击淤砂层，冲击几次，提出井口。如此反复操作，直至井底。掏砂清淤之前，应先了解井内淤积情况。井如内有坍塌或有砖石瓦块，应先进行打捞，然后再掏砂。（2）泥浆泵与空压机联合冲洗清淤。对于深机井清淤，采用泥浆泵和空压机联合使用。其操作方法是，在钻杆下端安装小钻头，把高压胶管和泥浆泵连接，从钻杆中送入高压水流，同时通过空压机风管向孔内压风，使淤积物从井口排至泥浆池。清淤至井底处，应停止泥浆泵送高压水，改用拉活塞或喷枪反冲洗，配合空压机抽水洗井，以清除过滤器及含水层中的泥砂。6、水泵不上水或出水量不足（1）更换适合的泵管和重新选泵。（2）提出水泵，清除堵塞水泵吸入口处的杂物；重新更换脱开的泵管。（3）检查上水管路，清除故障。（4）管外注水、管内活塞上下提拉，清除滤水管周围的堵塞物。7、井管破裂（1）井壁管破裂修补法：先测好井管断裂、移位的漏水部位以及破裂的面积、井管内径、水泵外径等数据，根据测得的数据，加工一段长短适宜的套管，套管外径要小于井管内径，而其内径要大于水泵外径。在做好套管的外层绕上棕碗，绕好后立即下到井管的破漏部位固定。根据该井的出水量、井管内径、井下动水位等数据，选择相应的潜水泵。（2）滤水管破裂修补法：深机井过滤器无论金属滤水管或钢筋混凝土条孔滤水管，若损坏以后，修复很困难。即修好后水量仍然不足，此时，可采用改变滤水结构和井型的方法，即：大口径管井加深成小口径深井、大口井改建辐射井以及大口井下部再成管井等措施，以增加或恢复机井出水量。8、砾石滤料蓬堵（1）采用循环水填滤料为好。（2）无论采