PVC－U井管常見事故分析及對策

2012-10-08 05:23:00張秋冬嚴珊珊郭應航

地質裝備 2012年2期

張秋冬，嚴珊珊，魏慶，郭應航，孟翔，程宇

（1．河南省地質礦產勘查開發局第二水文地質工程地質隊，河南鄭州450053；2．鄭州市自來水總公司，河南鄭州450007）

1 引言

鉆井用硬聚氯乙烯（PVC－U）井管，是采用無毒聚氯乙烯樹脂為主要材料制作而成的，具有較多的使用優勢，是取代鋼管、水泥管開采地下水的主要成井材料之一，適用于飲用水源的水井和工農業用水的水井工程。歐洲、美國和日本等發達國家和地區，其水文水井幾乎全采用PVC－U塑料管。使用PVC－U井管、濾水管可以節約66～80%鋼材；節能68．3%；還可節省成井費用和運輸費用。近年來，隨著人們對PVC－U井管認識上的偏見改變及其自身的環保，無二次污染等優良的特性，在我國500m以淺的供水管井及城市飲用水供水井中，都不同程度的開始推廣使用PVC－U井管作為成井管材。這在全球鐵礦資源的供求矛盾日益突出的嚴峻形勢下，尋求新的成井材料、推進水文水井鉆探技術和工藝的發展，達到自主創新和“以塑代鋼”之目的，具有重要的意義。

2 PVC－U井管的物理特性

與傳統管材相比，PVC－U管材具有以下特點：①重量輕、運輸和安裝方便。PVC－U塑料管比重略大于1，在1．35～1．46之間，管材自重略大于泥漿的浮力，一次下管時不需很大的提吊力即可順利下管，安全可靠，勞動強度小，井管的搬運更是省力方便。②抗腐蝕能力強，耐久性好。塑料是一種十分穩定的高分子聚合物，幾乎不與酸堿鹽等化學物質反應，在太陽紫外線照射不到的井水中，使用壽命至少50年以上，適用于各種水質的水井，尤其近年來潛水電泵的廣泛應用，在水中產生的感應電流加速了傳統井管的腐蝕，而塑料井管卻不受此影響。③水質好。衛生級PVC－U管材衛生、無毒、不滋生細菌，不污染水質。④管材便宜，成井造價低。⑤內壁光滑，水力條件好。摩阻系數僅為0．0008，能耗小。⑥常溫柔性好，抗沖擊強度高。⑦耐磨損。⑧熱脹系數大。PVC－U塑料管的線膨脹系數很大，幾乎比鋼大5～7倍，約為5．9×10－5／℃。隨著溫度升高，PVC－U塑料管的強度成直線下降；溫度降低時，耐沖擊強度降低。所以，PVC－U塑料管不宜在60℃以上環境中使用，在低溫條件下避免受沖擊和捶擊。國產PVC－U井管的物理力學性質如表1。

由于PVC－U井管自身材質限制，與普通鋼管相比在成井過程中較易出現井管破碎、柔性變形等事故。

3 PVC－U井管常見事故分析及對策

3．1 下管過程中的井管破碎事故

PVC－U井管破碎、爆管事故一般發生在下管、填礫固井或洗井過程中。根本原因是井壁管在內外受力不平衡時形成較大的壓力差造成的。

下管中出現的井管破碎事故，一般是由于PVC－U井管在運輸過程中受到碰撞存在內傷或細微的裂縫，下管前檢查不周，使得在下管過程中井管與井壁碰撞而破裂。

表1 常用的三種國產PVC－U塑料井管力學性能指標

1）井管地面檢查

PVC－U井管在搬運過程中不能摔，輕拿輕放。下井前，要仔細的對每一根井管進行檢查，看絲扣是否完整，表面有無外傷。然后將井管兩端支起來，中間懸空用木棍敲擊，聽聲音是否異常。發現異常的井管要及時挑出來，嚴禁入井。

2）下管中的注意事項

（1）PVC－U塑料井管非常輕，400m深時在井內的最大重量僅1．2t，從開始下管到結束，在井內重量一般都在0．2～1．2t之間。在下管時需要考慮與井同心，避免井管下偏或碰撞井壁。所以，在下管過程中在過濾器上下部位用鐵絲捆綁8～10組木制扶正器（每組3片），如圖1。

圖1 木制扶正器

（2）下管時井內泥漿比重必須控制在1．05左右，粘度在18～25s。泥漿比重大使得井管受到的浮力大，下管困難。

中西方因歷史和社會因素不同，英國偏向直線思維方式，我國則偏向曲線思維，因此中西方人認識事物的出發點不同，語言表達習慣也有所不同，這也是商務英語翻譯中易出問題的關鍵。

（3）每下一根管（6m）都必須觀察管內外是否存在泥漿液面差，如果泥漿液面差過大時，塑料管一方面由于浮力過大下不去，另一方面在下管過程中就可能出現井管爆裂或擠毀事故。所以，在下管時準備好泵和回灌管線，當PVC－U塑料井管下入困難或管內外出現壓力差時，立即向井管內回灌泥漿或清水，以保證井管的安全下入。

3．2 填礫與固井過程中的井管破碎

3．2．1 事故原因

由于PVC－U井管脆性高，耐單方向的沖擊能力較低。濾料或固井石投放速度過快容易中途架橋，不密實，當架橋失穩，濾料或固井石瞬時下沉時，將產生較大的沖擊力。這個沖擊力很容易將井管沖碎。如圖2就是2008年施工某井時井管破碎處理時打撈出來的井管殘片。

圖2 PVC－U井管殘片

3．2．2 填礫、固井方法

為了防止填礫過程中的架橋現象，將濾料填實，必須采用動水填礫。動水填礫的過水通道是沉淀管上的進漿孔。進漿孔個數及尺寸至少為6×30mm。管柱設計如圖3。

3．2．3 預防措施

①填礫過程中要適當控制填礫速度，保持濾料均勻下沉、密實，嚴禁采用翻斗車強力填礫。②填礫結束后，及時進行固井工作，以防濾料上部環空塌方，砸毀井管。③堅持全井固井，以防井孔坍塌。④固井中要根據井孔環空體積，計算固井石的用量，并用測繩每10m測量孔深一次。當計算與實際出入較大時要停止固井，輕輕地活動井管，使固井石架橋破壞。

3．3 洗井過程的井管事故

2009年在某井的洗井過程中，采用潛水泵下入70m進行大降深洗井和抽水。由于泥漿原因地層沒有徹底打開，在出現“斷流”現象時，把水泵下入120m進行強力洗井抽水，結果當水位急劇下降至87m時，井內出現爆炸聲并造成塑料管爆裂。

由此實際情況，PVC－U井管水位降深不能超過80m。因此，下泵位置盡量控制在80m以內。以防降深太大使得井管爆裂。當洗井出現“掉泵”想象時要及時向井孔內補水，控制井內負壓，引出含水層中的水。

3．4 溫升造成的井管事故

PVC－U井管的熱力學性質如表2所示。

圖3 PVC－U塑料成井管柱設計示意圖

表2 PVC－U井管材料性質

由表中試驗數據，PVC－U井管的熱穩定性較差。軟化點為80℃，于130℃開始分解變色，并析出HCL。原則上這種材料不能在水溫大于50℃的井水條件中使用。2010年7月某水廠300m水井實際使用過程中發現，由于潛水泵漏電，使得井水局部溫度上升，高溫造成了井管變形，卡死潛水泵及泵管，造成井報廢事故。圖4為井管熱變形事故示意圖，圖5為井下電視實測圖。