機井常見故障與修復方法探討

1、機井常見故障與修復方法探討趙秉恒（平?jīng)鍪兴牡刭|(zhì)工程局，甘肅平?jīng)觯?44000）【摘 要】：本文針對機井在長年使用中經(jīng)常出現(xiàn)的故障或損壞事故，結(jié)合平?jīng)鍪蟹秶鷥?nèi)機井常見故障的類型及發(fā)生原因進行了具體分析、梳理和歸納。并針對機井故障原因詳細介紹了修復方法。同時，從機井設(shè)計重點技術(shù)指標到施工工藝的每項環(huán)節(jié)以及在機井使用、維修與管理等方面提出了具體意見?！娟P(guān)鍵詞】：機井事故 故障類型 損壞原因 修復方法 機井管理 一、概述機井工程作為水利設(shè)施的重要組成部分，是農(nóng)作物灌溉的主要設(shè)施之一，關(guān)系當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，成為井灌區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的決定因素。目前，全市6縣一區(qū)共有各類機井（19702015年期間）80

2、00多眼，這些機井，為當?shù)睾侠黹_發(fā)和綜合利用水資源、保護生態(tài)環(huán)境、防旱抗旱和人們?nèi)粘Ｉ畹确矫姘l(fā)揮著重要作用。但在機井使用過程中常常出現(xiàn)各種各樣的故障和人為損害事故。僅截止1995年底，由于各種原因報廢的機井近5000眼，現(xiàn)真正發(fā)揮效益的不足3000眼，約占機井總數(shù)的38%；還有相當一部分機井長期帶病運行，得不到合理修復和改造而成為“病井”；有的機井則因為管理使用不善，缺乏維修保養(yǎng)而產(chǎn)生涌砂、淤積、坍塌等，導致出水量逐年減少，成為“干井”。對此現(xiàn)象應(yīng)引起我們高度重視和深思探討。 二、故障類型及原因根據(jù)工作實踐，機井在使用管理方面出現(xiàn)的故障及原因，經(jīng)分析、梳理，歸納為以下常見的15種類型。1、洗

3、井不徹底機井鉆孔時由于泥漿泵排量不足，攜巖屑（巖粉）不徹底，致使部分巖屑和泥皮殘留于孔內(nèi)，下管前沒有換漿、破壁和刮洗泥皮就下管，使得井內(nèi)泥漿過稠，殘留在孔壁的巖屑和泥皮堵塞了含水層裂縫和孔隙，從而阻止了地下水進入井內(nèi)，影響出水量。2、井管腐蝕腐蝕與結(jié)垢是相互伴生的，腐蝕產(chǎn)生沉淀堆積于縫隙處，堆積物加速了縫隙腐蝕，最終造成濾水管孔隙封閉。（1）ph值偏低，酸度高，對金屬濾水管腐蝕過快。（2）地下水中游離的二氧化碳在金屬氧化過程中起催化作用，游離二氧化碳含量越高，腐蝕性越強。（3）地下水中含有硫化氫和二氧化硫、鐵以及硫酸鹽和有機酸時，腐蝕會加快。（4）地下水礦化度高、含氧量大時，水中的鐵、鈣、鎂、

4、鋁的氧化物易膠結(jié)，在濾水管周圍形成不透水的膠結(jié)塊；地下水中的碳酸氫鈉，當壓力減小，二氧化碳逸出轉(zhuǎn)化成碳酸鈣沉淀在過濾水管表面和水泵吸入口處結(jié)垢而堵塞。3、水泵配套不合理（1）井內(nèi)涌水量未經(jīng)抽水試驗提供的參考數(shù)據(jù)而合理配套水泵，盲目采用大泵量水泵強烈抽水，形成井管內(nèi)外壓力差，使井管外砂礫涌入井內(nèi)而損壞。（2）根據(jù)機井深度、動水位和井底沉淀高度來確定下入水泵的深度。水泵下入靜水位以下過深（超過70m），泵超載過量水壓而損壞電機球磨石墨盤和葉輪。（3）水泵電動機深入沉淀層，影響了電機正常散熱。（4）水泵吸入口低于動水位，或高于動水位不足1m，水泵吸入空氣減少了出水量。 4、水泵電機過熱（1

5、）電壓偏高或偏低，在特定負載下，若電壓變動范圍超過額定值時，會造成電動機過熱；電源三相電壓不對稱，會引繞組過熱。（2）經(jīng)驗表明電動機被燒毀的80%以上是由于缺相運行造成的，應(yīng)對電動機安裝缺相保護裝置。（3）水泵長時間過載運行，使電動機溫度過高。（4）電機接法錯誤，將形誤接成y形，使電動機的溫度迅速升高。  c* t" k# n. ( b4 ! z' t3 s% f  g3 ?- q! g; t, y; , j! q0 l) q7 f" n3 x( " b7 z& k% + _9 a( c9 s& l;

6、 e 5、水泵不上水或出水量不足（1）井內(nèi)動水位下降過低（低于水泵吸入口1m以下）。（2）泵管漏水嚴重或泵管脫開縫隙。（3）管路堵塞。（4）濾水管淤積堵塞。6、泵管脫落、泵頭卡死（1）深井潛水泵脫落事故時有發(fā)生, 在提下電泵檢修過程中，操作失誤引起猛拉、猛放，造成泵管脫落、護繩拉斷，泵體與護繩掉入井底互相交織被卡死。（2）在水質(zhì)差的機井中, 深井泵因年久失修 ,造成連接泵管法蘭盤的螺栓銹蝕嚴重，最后在抽水的震動下斷裂脫落。 7、井內(nèi)涌砂（1）濾水管、縫隙太大不能有效阻砂。（2）礫料規(guī)格不符合要求，井內(nèi)大量涌砂。（3）濾水管對應(yīng)的含水層透水系數(shù)低，地下水入管流速過高，帶動粉砂涌入。（4）水泵長期

7、使用出現(xiàn)密封硬化，失去密封功能，高速水流穿透濾水管，造成涌砂。8、井內(nèi)淤積（1）成井后，沒有建井房、井臺、加設(shè)井蓋。雨水攜帶泥砂流入井內(nèi)淤積。（2）長期抽水，地下水流動時攜帶的泥砂過多，沉淀在井內(nèi)。（3）井管破裂或含水層井段坍塌，大量碎屑物沉淀。9、濾水管淤積堵塞（1）地下水含砂量過多，長時間沉淀使濾水管淤積掩埋。（2）深井底部的濾水管鈣化堵塞水道，水井在成井后，如長時間的閑置，井管深部的濾水管和過濾層會被水中的碳酸鈣堵塞。10、地層坍塌超負荷開采，導致井內(nèi)外壓力不平衡，造成含水層井段坍塌。11、水位下降大量無序地開采地下水，使地下水位快速下降，形成“下降漏斗”，從而造成地下水資源枯竭。12、

8、井管破裂（1）地殼水平或垂直變動時，處在這一地段的機井也會承受同樣的擠壓力，當擠壓力超過井管的承受力時，出現(xiàn)斷裂或移位。（2）井管絲扣連接或焊接部位，在地下水的腐蝕、水泵磨損、碰撞井管等原因致使井管破裂，產(chǎn)生涌砂。常見的破裂處是鋼管絲扣連接或焊接部位、變徑部位、泵頭位置以及動水位上下位置。一般在下管過程中，焊接存在隱患時，隨著重量增加拉應(yīng)力增大，造成井管疲勞破壞，使井管開縫或斷裂，同時焊接時產(chǎn)生的應(yīng)力容易引起應(yīng)力腐蝕。 （3）井管在運輸途中受損已經(jīng)有了裂隙，下入井孔后地層對套管的擠壓力造成裂隙加劇，同時，在地下水的長期浸泡下出現(xiàn)砂眼，井內(nèi)受力后開裂。（4）下入井內(nèi)濾水管沒有按設(shè)計工藝要求，片面

9、追求大指數(shù)出水量，濾管圓孔總面積過大，嚴重降低了管材強度和抗腐蝕性，長期受力和腐蝕及洗井提拉活塞等導致井管錯位、折斷。 13、礫石濾料蓬堵（1）濾料規(guī)格不符合要求，礫石粒徑偏大，投放礫料時出現(xiàn)架橋、蓬堵現(xiàn)象，使得礫料不能全部投放到過濾器部位，不能有效阻砂。輕則水量減少，嚴重則井淤積埋泵管。（2）填礫方法不正確，長期抽水會使礫料下沉密實，在管外與井壁間隙中出現(xiàn)礫石濾料“空白”段，形成空洞，造成井壁坍塌。（3）開口孔徑小，井管直徑大，填礫厚度薄。不能形成人工過濾層，出現(xiàn)渾水或涌砂現(xiàn)象。14、長期超量抽水引起涌砂長期強力過量采水，即大泵量抽水引起動水位急劇下降，使井內(nèi)含水層流速超過了允許(

10、臨界)流速，擾動了流砂和粉砂層，從而引起涌砂。 15、井身彎曲，孔徑縮?。?）在成井前對井斜孔段未處理或處理未達到要求。井身彎曲，孔徑縮小，使濾水管纏絲和包網(wǎng)脫落。（2）開口孔徑不直，斜井偏差太大，給下管帶來困難，如果強行下管，會造成井管錯口、折斷、濾料回填不均勻，引起井內(nèi)涌砂。（3）井管隨井筒偏斜，泵管和潛水泵無法到位，如勉強安裝上水泵，也會出現(xiàn)水泵不好啟動，容易損壞等現(xiàn)象。  c* t" k# n. ( b4 ! z' t3 s% f  g3 ?- q! g; t, y; , j! q0 l) q7 f" n3 x( &q

11、uot; b7 z& k% + _9 a( c9 s& l; e 三、機井修復方法上述機井在使用方面出現(xiàn)的故障及原因很多，但主要原因是成井質(zhì)量問題。凡機井出水量少、含砂量高、井管破裂、水質(zhì)變壞以及泥砂淤井，無一不與成井質(zhì)量有關(guān)。所以要從機井的規(guī)劃布局、鉆井施工、水泵選擇、成井管理等人手，在成井工藝和提高成井質(zhì)量上下功夫，做到科學打井，合理用井。1、設(shè)計井身結(jié)構(gòu)時應(yīng)注意的幾項技術(shù)指標（1）開口孔徑應(yīng)根據(jù)井管和過濾層厚度確定。一般孔徑應(yīng)大于井管外徑200mm為宜,以保證過濾層的厚度。  （2）井型和井管直徑主要根據(jù)抽水設(shè)備類型、規(guī)格而定。有時機井上部和下部采用不同的口徑,

12、即上大下小,中間用變徑管連接,這樣可以安裝深井泵和較大規(guī)格的水泵,充分發(fā)揮井的作用。 （3）濾水管要選擇有抗壓、抗拉強度和透水性良好的管材。（4）濾水管的規(guī)格及安裝位置主要根據(jù)當?shù)睾畬拥臈l件而定。（5）礫石濾料層應(yīng)以天然砂礫篩選成標準粒徑作為填料。根據(jù)含水層的巖性情況,分層填入相應(yīng)的粒徑規(guī)格, 礫料規(guī)格根據(jù)多年來實踐認為，礫料的直徑就為含水層巖性主要粒徑的810倍較為合適。能較好的起到增加透水性能及攔砂作用。如果含水層較多，應(yīng)按含水層巖性細的粒徑級配。（6）填礫高度應(yīng)超過機井最上部濾水管的高度510米。 2、提高打井質(zhì)量施工質(zhì)量直接關(guān)系到機井的使用壽命。因此，要抓住施工這

13、一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（1）以合理開發(fā)和綜合利用水資源、保護生態(tài)為原則，合理布局，科學定位。（2）擇優(yōu)選擇施工企業(yè)，對無資質(zhì)的施工隊堅決不用。施工中嚴格規(guī)范操作，嚴把施工質(zhì)量關(guān)。（3）按照管井施工工藝流程施工。（詳見下表水源管井施工工藝流程圖）（4）機井驗收時，使用單位要認真做好驗收交接工作，對出水量、含沙量和井孔彎曲度等主要指標嚴格把關(guān)。3、合理配套水泵水泵是機井配套的主要設(shè)備，許多地方由于對水泵的配套、安裝、管理及使用不當，降低了機井效率，增加了電耗，縮短了使用壽命。選擇水泵時，一定要井深與泵揚程配套，井深與泵的揚程比應(yīng)大于75%，這樣既能保證適量開采，正常供水，又能節(jié)約用電。4、舊井改造上世紀70

14、80年代初，用沖擊錐打成的機井，井內(nèi)多為混凝土井管，其外徑360mm，內(nèi)徑280mm，這類機井因年久失修或人為損壞，井內(nèi)沉淀和淤積大量泥沙及磚石瓦塊等。對這類機井的修復，首先要淘砂清淤，然后采用安裝雙層井管的方法，即在井內(nèi)再下一套外徑比原井管內(nèi)徑小12個規(guī)格（外徑273mm）的鋼制管插入原井管中。井管長度，靜水位以上全部安裝井壁管；靜水位以下井段全采用濾水管。再按照井深和井管與井壁間的環(huán)狀間隙計算出應(yīng)回填的礫石濾料量進行填礫。填到距地面1m為止，濾料上面用c15混凝土封閉和井口平臺的處理。下管填礫及井口封閉后開始洗井。洗井的目的是清除鉆孔過程中堵塞含水層的泥漿，同時排出濾管周圍含水層的細粒，以

15、疏通地下水入管通道，減少進水阻力，以達到應(yīng)有的出水量。最后下泵進行抽水。5、機井掏沙清淤（1）掏砂管清淤。掏砂管類似沖擊鉆機所配的掏砂筒，一般用現(xiàn)有鋼管制成，直徑應(yīng)根據(jù)井內(nèi)安裝的井管類型及規(guī)格（常用的井管有：203mm鑄鐵管、219mm、245mm、273mm、325mm鋼制管和360mm鋼筋混凝土管）確定。長度1.5-2.0m不等，掏砂管上部聯(lián)接提引環(huán)或鉆桿接頭，底部進沙口有活門（朝里開關(guān)的單開門或雙開門）擋砂板，底部端頭鑲焊合金塊，這樣就構(gòu)成掏砂管。水源管井施工工藝流程圖接通臨時電路、水管施 工 準 備 查明地下管線測 量 放 點確 定 井 位平 整 場 地確定結(jié)構(gòu)方案鉆機對準井位鉆 機

16、就 位調(diào)整水平、垂直度檢查鉆頭直徑配 制 泥 漿鉆 進 成 孔確定成井方案探井檢查，丈量深度擴 鉆 通 孔刮洗泥皮，排渣換漿檢查井管，編排濾水管井 管 安 裝記錄填礫深度及數(shù)量圍 填 濾 料觀測濾料下降及返水情況洗井補填濾料，上部封井水泵安裝，抽水試驗水 質(zhì) 分 析資 料 整 編拆卸設(shè)備，清理鉆場竣 工 驗 收清淤時先立好井架，在滑車上穿上鋼絲繩下放掏砂管，至淤積面時，提拉掏砂管反復沖擊淤砂層，沖擊幾次，提出井口。如此反復操作，直至井底。掏砂清淤之前，應(yīng)先了解井內(nèi)淤積情況。井如內(nèi)有坍塌或有磚石瓦塊，應(yīng)先進行打撈，然后再掏砂。（2）泥漿泵與空壓機聯(lián)合沖洗清淤。對于深機井清淤，采用泥漿泵和空壓機聯(lián)

17、合使用。其操作方法是，在鉆桿下端安裝小鉆頭，把高壓膠管和泥漿泵連接，從鉆桿中送入高壓水流，同時通過空壓機風管向孔內(nèi)壓風，使淤積物從井口排至泥漿池。清淤至井底處，應(yīng)停止泥漿泵送高壓水，改用拉活塞或噴槍反沖洗，配合空壓機抽水洗井，以清除過濾器及含水層中的泥砂。6、水泵不上水或出水量不足（1）更換適合的泵管和重新選泵。（2）提出水泵，清除堵塞水泵吸入口處的雜物；重新更換脫開的泵管。（3）檢查上水管路，清除故障。（4）管外注水、管內(nèi)活塞上下提拉，清除濾水管周圍的堵塞物。7、井管破裂（1）井壁管破裂修補法：先測好井管斷裂、移位的漏水部位以及破裂的面積、井管內(nèi)徑、水泵外徑等數(shù)據(jù)，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，加工一段長

18、短適宜的套管，套管外徑要小于井管內(nèi)徑，而其內(nèi)徑要大于水泵外徑。在做好套管的外層繞上棕碗，繞好后立即下到井管的破漏部位固定。根據(jù)該井的出水量、井管內(nèi)徑、井下動水位等數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的潛水泵。（2）濾水管破裂修補法：深機井過濾器無論金屬濾水管或鋼筋混凝土條孔濾水管，若損壞以后，修復很困難。即修好后水量仍然不足，此時，可采用改變?yōu)V水結(jié)構(gòu)和井型的方法，即：大口徑管井加深成小口徑深井、大口井改建輻射井以及大口井下部再成管井等措施，以增加或恢復機井出水量。8、礫石濾料蓬堵（1）采用循環(huán)水填濾料為好。（2）無論采用哪種方法回填濾料，都要沿井管周圍連續(xù)均勻緩慢的填入。（3）回填濾料時，要提前計算好用料方量，便于及時與實際填料數(shù)量核對，以此檢查礫料是否到位和密實。四、機井管理1、加強機井管理機井維護管理及使用方法正確與否，直接關(guān)系到機井的使用壽命。因此，要做到建管并重，充分發(fā)揮機井效益。2、完善管理組織各級管理組織要制定規(guī)章制度，實行分級負責制。3、建立健全機井檔