中国古代钻探技术简介.docx

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简介 Zhongguo gudai zuantan jishu 中国古代钻探技术 ancient drilling techniques in China 中国古代钻探技术始自钻凿井盐。井盐钻探　按照生产技术发展水平，井盐钻探大体经历了3个阶段： ① 大口浅井阶段（公元前 3～11世纪）口径大到二三十丈（古长度单位），井身浅，每挖一井投入几百人,凿挖工具都是铲锄等农用工具。自秦汉至南北朝,凿挖的都是上土下石的裸眼井；南北朝至五代，始用木制井筒护壁。 ② 钻探形成阶段(1041～1368)。亦称卓筒井阶段。口径小，一般如碗大（5～9寸），深度自几十丈到百余丈。到北宋仁宗庆历、皇(1041～1054)年间已形成较完善的人力冲击式钻井技术。当时共有盐井728口,到南宋绍兴二年(1132)达到4900余口。钻头为铁质圜刃锉，吸卤筒和卓筒（即套管）为凿通节隔的楠竹。这是中国古代钻探技术的形成阶段，也是中国古代深井冲击式钻井技术逐渐传入西方的时期（约11世纪）。 ③ 深井发展阶段(1369～1911)明宋应星著《天工开物》(1637)对钻井工艺有详细的叙述，凿井、打捞、治井工具形式多样。钻井工序分为6道:选择井位和初开井口；下石圈（下石制导管）；锉大口；制木竹（制套管）；下木竹（下木或竹套管）;钻小口（图1[明清时期井盐钻探钻小口图]）和见功（钻小井眼和完井）。 2古代主要钻凿工具古代主要钻凿工具（图2[ 古代凿井工具图]）为鱼尾锉、财神锉等；主要治井、打捞工具为提须子、柳穿鱼、霸王鞭等；传递动力和升降锉进工具用斑竹所制的篾索，堵漏和补腔（井）主要材料为桐油、石灰。钻进一口三百丈左右的井一般要四、五年。 3历史与发展深井钻凿工艺发展到明清时期已日趋完善，清道光年间(1835), 四川自贡著名的海井钻凿成功 (见彩图[自贡盐场的海井，1835年用人力冲击式顿钻法凿深达]海井，1835年用人力冲击式顿钻法凿深达" class=image>[1001.42米,是中国也是世界上第一口超过千米的深井]),井深1001.4米，创造了当时中国以及世界盐井井深的最高纪录。石油天然气钻探　中国古代劳动人民远在汉末、晋初(200～300)年间,在四川邛州一带钻成了天然气井,左思（约250～305）在《蜀都赋》中描述其景象为“火井沉荧于幽泉,高焰飞煽于天垂”。隋朝(589)在邛州设立大井县，发现了石油。据明代《蜀中广记》记载，1521年（明正德年间），中国第一口油井在四川嘉州用钻凿盐井器具钻成；1840年，四川自流井地区钻成深达1200米的天然气井磨子井。近代使用动力机械钻探石油始于1907年（清光绪三十三年）。　 1 古代钻探技术的演变在新石器时代早期的遗址中，发现了一些一米左右的竖坑，主要是储藏东西用的窖穴，此时还远远不能称为钻探技术。夏商周时代继承了夏以前的开拓方法，并给予开拓，发展起了古代采矿业，此时的采矿井已由竖井、斜井与平巷结合而成，而且有支护结构，以防止碎石塌落，在采掘工具和矿井的规格上也是有很大的进步。秦灭巴蜀，李冰入蜀 , 不仅开发了都江堰水利，更掘凿了广都的盐井，开启了巴蜀盐井的新篇章。当时盐井的掘凿技术主要依赖当时的铁器工具，并推广了北方中原的掘井技术。时至汉代，小口井浅井的掘凿非常流行中国新技术新产品 2010 NO .1 China New Technologies and Products 中国新技术新产品工程技术中国钻探技术发展综述李远龙贾一凡史小萌（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116 ）时至汉代，小口井浅井的掘凿非常流行，并提升装置已属单辘轳型，同时，大口径盐井的开发也很具特色，具代表性的有东汉仁寿的陵井和晋以后的毒狼井，以及南陵井。到了唐代，盐井的规模和深度猛增，工艺技术也有改进和进步。（ 1 ）应用工具在品种和热处理技术方面的提高；（ 2 ）采用了 “ 大绞车提升运输 ” ；（ 3 ）大口井的支护技术和井的结构有所创新；（ 4 ）发明了 “ 鱼盘 ” ，解决了井底有害气体的问题。这种改进使得当时已经能够在坚硬的砂岩层中开井。至北宋庆历年间，在继承汉唐以来大口径浅井成功经验的基础上，发明了竹篦绳索冲击式钻探法，出现了一宗全新型式的钻井方法 —— — 卓筒井。这时的探井技术才能真正被称为钻探技术。明朝初期由于社会不稳定，钻进技术没什么发展，到了明朝中后叶，钻井技术及规模得到了发展。（ 1 ）马骥的《盐井图流》中把钻井工程划分了六道工序；（ 2 ）在钻井深度最深可达百丈；（ 3 ）钻井结构有宋卓筒井单一的 “ 二径结构 ” 发展为 “ 三径 ” 或 “ 多径 ” 结构；（ 4 ）开始用铁锥钻头和 “ 铁钎 ” 钻头，同时还发明了诸如撞子钎、铁五爪、搅镰、搜子等的处理井内事故工具；（ 5 ）在扬和动力系统方面开始出现牛为动力，极大地提高了工作效率。伴随着盐井的钻探，气、油井的开发受到了重视，当时也掌握了使用一些采气装置和导线，用于烧锅煮盐。并且在四川自流井开发了历史上第一个工业开采的气水田。明末清初，战乱不断，钻井技术和社会经济收到了严重的影响，清朝建立后，采取了一系列利民政策，自贡市的井盐达到了全盛时期。在道光十五年，在自贡市大安区钻成了深达 1001.42m 的世界上第一口超 1000m 深井 —— — 海井。并在光绪十八年钻成了第一口岩盐水溶开采的广元井。我国古代钻井技术在此时相当成熟，逐渐形成了一整套具有中国特色的深钻井工艺技术。除了盐井之外，天然气开采技术也得到了极大的发展， 1855 年，钻成了一口最大的天然气井 —— — 磨子井。 2 近代钻探技术的西化鸦片战争和甲午战争失败后，帝国主义的大举入侵，政治受压迫，经济受剥夺，民生凋敝。民国以后，中国人民受三座大山的重重压迫，人民的创造收到空前压抑，以至于自先民遗留下来的钻探技术创造发明，不仅没有继续开发进步，反而被资本主义国家作为铺垫，予以引用、改造、开发。 1897 年， “ 福公司 ” 取得了河南焦作优质煤田的开采权，为了勘探地下煤炭资源， 20 世纪从英国运来了几台蒸汽钻机，并训练了中国第一批机械岩心钻探工人，开启了中国机械岩心钻探的序幕。同时，钢绳冲击钻探技术和旋转钻探技术也引进了中国。 20 世纪初，长年公司开发了立轴式给进 “ UG ” 型金刚石钻机，此钻机以具有现代钻机的雏形，并在 1947 年开始引进中国。二战后，工业发达国家钻探工业得到了极大发展，已经用新型水压给进钻进代替了蒸汽驱动钻机，并发明了用粉末冶重技术烧结制成的 “ 铸镶 ” 天然金刚石表镶、孕镶钻头，并在 1947 年引入，开始了中国的钻探历史。 3 当代钻探技术的飞越建国初期，全国地质力量弱，底子薄，更没有钻探、掘进工程和地球物理探矿人员，无法进行多学科多工种综合勘探。中国和苏联的合作，对我国钻探起了很大作用。当时主要是引进和仿制手把钻机，比如前苏联的 XB-300 、 XB-500 及瑞典的 XB-1000 型手把钻机，后期引进了 BW100/30 、 BW200/400 型泥浆泵和四脚金属钻塔，钻探技术得到了不断提高。 1953 年开始了第一个五年计划，重点勘探项目多是国家工业建设的命脉，成果非常显著，过程中对 74 种矿产进行了勘探，有 63 种取得了可供工业设计使用的储量。 1954 年 12 月，国务院责成地质部（ 1952 年成立）从 1955 年起承担石油普查任务。 1956 年 3 月 3 日至 6 月 22 日，我国第一口定向双筒井钻成。 1958 年的 “ 大跃进 ” 运动，忽视地质效果，盲目追求进尺，一度造成很大浪费。 60 年代初，苏联停止供应中国钻探设备和器材。 1970 年初在上海城里 “ 六二七工程筹备组 ” ，经过四年努力，建成了我国第一条钻井船 —— — “ 勘探一号 ” 。 1974 年 6 月，在黄海试钻成功，谱写了海上油气钻探的新篇章。 1978 年我国第一条坐地式钻井船 —— — “ 胜利一号 ” 开始作业。 1963 年研制成功的第一颗人造金刚石，开启了中国人造金刚石钻进的篇章，并在 1998 年生产量达到 4-5 亿克拉，居世界首位，成为人造金刚石大国。 “ 六五 ” 期间探矿工程立足于 “ 打基础 ” 、 “ 上水平 ” ，五年来，完成了 “ 五大改变 ” 、 “ 五大配套 ” ，形成了 “ 六大系列 ” ，其得了七项接近或达到国际先进水平的成果。 “ 七五 ” 期间，金刚石钻探技术、冲击回转钻探、受控定向钻探、气举、泵吸、潜空锤等各种反循环钻探和多工艺空气钻探、反循环中心连续取样、绳索取芯及绳索取芯冲击回转技术、电镀金刚石钻头制造工艺、小口径螺杆钻、射流式冲击回转钻具、不提钻钻头装置、改进膨胀润土等技术都取得了巨大成效。 “ 八五 ” 期间，地矿部强调 “ 科学兴地（质） ” 的号召，将地质找矿和开采矿业和工程钻探掘进工程列为部的支柱产业，在探矿工程完成任务情况、科研等方面取得佳绩。如定向对接采卤井、压电陀螺测斜仪、微机自控金刚石攒头烧结技术、贯通式潜孔锤技术等，已走在世界前列； “ 新奥法 ” 掘进即使和 “ 多工艺重点钻进技术 ” 得到推广并产生巨大经济效益和社会效益；瞄杆钻机、新型泥浆材料、新型超硬材料及其钻头、非开挖铺管技术、浅层石油天然气开发技术和对接井等已形成商品技术，赢得了国内外市场。 “ 九五 ” 期间我国面临的资源和环境形势是严峻的，找矿难度日益增大，地质环境保护、地质灾害的防治任务叶日益加重，科学技术称为振兴地堪工作的关键。《 90 年代发展地质勘查工作的关键技术》中，明确 90 年代地勘行业技术发展方向、科研和开发工作的重点，为行业技术的发展起到了导向作用。 2000 年以后，钻探技术在原有基础上，积极思考科学钻探的发展和未来，并将地球科学的研究领域延伸到了地球深部、海洋底部、冰川、冰层冻土层等，同时扩大了地质学的范畴，形成了全新的、多学科多工种东层次的人类最早钻井活动是从中国开始的钻井就是人们从地表向下挖掘一个筒形的通道，最初的目的是为了汲取地下水。在人类历史发展的长河中，钻井大体经过了挖掘井技术、顿钻井技术和旋转钻井技术三个发展阶段。在前两个阶段中，中华民族都是处在该项技术的最前列。公元前 1500 年前后，我国出土的甲骨文中就已经有了“井” 字，春秋战国时期的井深已达 50 余米，到唐朝时已超过 140 米。这个时期属于人工挖掘井阶段，井的直径大约为 1.5 米，人可以从井筒下到井底。中国古代钻探技术历经两千年的发展。到北宋的庆历年间（公元 1041 — 1048 年），我国古代钻井技术有了新的发展，取得具有划时代意义的突破，出现顿钻井技术。钻井井筒直径有碗口大小，井深可达 130 米左右，古称卓筒井。英国著名学者李约瑟在研究了我国古代钻井技术后极为赞叹，在他所著的《中国古代科学技术文明史》一书中写到“今天用于开采石油与天然气的深井就是从中国人的这些技术中发展起来的”，并指出“这种技术大约在 12 世纪以前传到西方各国”。 1835 年（道光 6 年），我国打成世界第一口超千米的“卓筒井”，在四川省自贡市大安寨，深度达 1001.42 米。 19 世纪末期出现的旋转钻井技术，实际上是在我国顿钻井技术基础上发展起来的。石油天然气井，我国古代称“火井”。据《汉书——郊祀志》记载（公元 61 年）：“祠天封苑火井于鸿门。 ”即在今陕北神木县附近的鸿门火井处建立祠庙。唐朝著名诗人李贺曾有“火井温泉在何处？”的诗句。据《蜀中广记》一书记载，明正德末年（公元 1521 年），在我国四川省的嘉州，在钻盐井或天然气井的过程中，由于钻出了石油后即改为油井。明清时期，我国四川钻凿油气井的技术就很普遍了，井深都在 1000 米左右。（摘自石油工业出版社《走进石油》丛书新疆干旱地区年降水量只有50毫米左右，单靠这点降水量是远远不够的，为了解决水源问题，两千多年前，新疆当地的人们就把眼光投到天山的冰雪融水上，为了躲避烈日的烘烤，他们利用沙漠质地渗漏性强的特性，开挖暗渠，将地下水巧妙截流，为新疆绿洲农业提供源源不断的水源，这就是坎儿井的原理、构造、作用。简单说坎儿井主要是由竖井、地下暗渠、地上明渠、涝坝组成的。其中暗渠工程最为艰巨，一般要在地下开凿几公里到几十公里。极为干旱的吐鲁番有着一千五百余条总长5000多公里号称地下万里长城的坎儿井由于吐鲁番地区年蒸发量在3000毫米以上，而年降水只有16毫米，为防止天山融水从地面蒸发，古人把天山的雪水从地下引入绿洲。工程进行得异常艰辛，由于融雪冰冷刺骨，工人要跪在冰水中挖土，工人的寿命一般都不超过30岁。新疆特殊的水利工程型式——坎儿井也创始于西汉。面对国家生存和发展的巨大压力，身患重病的周恩来总理在医院里对王震说，你要把金子抓一抓。王震提出：让部队去找金子。由此，一支特殊部队——中国黄金部队诞生了。王震提出：让部队去找金子 1978年，中国黄金工业迎来了新的机遇。改革开放之初，国家百废待兴，急需增加外汇和黄金储备，总设计师邓小平审时度势，决定增加黄金的产量。他把重担再一次压在了时任国务院副总理的王震身上。新中国成立之初，我国黄金年产量仅为4.5吨，这个数字比1901年黄金产量4.51吨还小。此后长达20多年，黄金生产始终在低水平徘徊，平均年产量不足10吨，幅员辽阔的资源大国竟然是产金小国。这种状况直接导致了我国仅靠出口物资创汇充实国库的尴尬局面，远远不能满足经济建设的需要。面对找金队伍的短缺和种种条件的制约，一个大胆的想法在王震脑中出现：“让部队去找金子！”这不是他一时冲动说出来的。这个想法周总理找他抓黄金时就有，只是那时正搞“文化大革命”，条件不成熟，现在他感到条件已经成熟了。他相信中国地质学家的意见：中国不贫金；中国缺少的是专业化找金队伍。 1979年1月，经王震、谷牧副总理同意，冶金工业部上报《关于整编基建工程兵地质支队的报告》。中央军委和国务院在非常时期做出非常决策。3月7日，国务院和中央军委联合给国家建委、冶金部、基建工程兵下达批示。为了加强黄金地质普查、勘探工作，迅速发展黄金生产，同意成立中国人民解放军基本建设工程兵黄金指挥部。扩编、整编一批部队专门勘探、生产黄金。由此，一支特殊部队——中国黄金部队诞生了。

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