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頓鉆鉆井技術(shù)（機(jī)械頓鉆）

頓鉆鉆井技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了大口徑淺井、卓筒井以及近代頓鉆3個(gè)階段。中國(guó)卓筒井技術(shù)在清代末已經(jīng)趨于成熟，是世界鉆井發(fā)展史上的一次重大技術(shù)革命。在卓筒井階段中國(guó)就引入了簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)備如用牲畜拉的畜力絞車，用于提升頓鉆用的鉆柱，大大減輕了人力，頓鉆效率有所提高，完成了多口深井。但隨著井的加深，其使用的竹麻繩索和鐵質(zhì)工具無(wú)法適應(yīng)生產(chǎn)需求。此項(xiàng)技術(shù)19世紀(jì)傳到美國(guó)后，在1859年，美國(guó)開(kāi)始應(yīng)用工業(yè)革命的成果，將蒸汽機(jī)作為動(dòng)力應(yīng)用在鉆機(jī)上，使用了硬度更高的鋼鐵制造鉆井設(shè)備和工具，用鋼絲繩代替竹繩或麻繩，發(fā)明了蒸汽動(dòng)力繩索頓鉆鉆機(jī)，形成了近代頓鉆鉆井技術(shù)，也稱機(jī)械頓鉆鉆井技術(shù)，能夠鉆出口徑小而且深度更深的井。

蒸汽動(dòng)力頓鉆鉆機(jī)工作原理是：由蒸汽機(jī)皮帶輪通過(guò)皮帶帶動(dòng)一大皮帶輪進(jìn)行變速，通過(guò)曲軸將動(dòng)力傳遞給鋼絲繩帶動(dòng)的鉆柱和沖擊鉆頭，并使鉆頭做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖擊破碎巖石。1859年，美國(guó)人綴克（E.H.Drake）在賓夕法尼亞石油灣，使用蒸汽動(dòng)力繩索頓鉆鉆機(jī)鉆出了美國(guó)的第1口具有開(kāi)采價(jià)值的石油井，井深為21.64 m。1902年，中國(guó)歐陽(yáng)顯榮首先在今自貢市的自流井試用蒸汽機(jī)作動(dòng)力提升鹵水，李佐孫在《自流井鹽礦之論說(shuō)》中提出“若以機(jī)器開(kāi)掘，豈但事半而功倍乎”；1924年2月15日，在自貢市大墳堡試用蒸汽機(jī)作動(dòng)力、以沖擊鉆方法鉆鑿昌福井，這是中國(guó)采用機(jī)械動(dòng)力進(jìn)行鹽井鉆探施工的第1口井；1925年，李敬才在上海向美國(guó)通用電器公司訂購(gòu)美國(guó)蒸汽動(dòng)力沖擊鉆機(jī)，鉆探能力約1 220 m，從而改變了中國(guó)以人力畜力近千年來(lái)的傳統(tǒng)方法。這種頓鉆鉆井技術(shù)先后應(yīng)用于世界各國(guó)的石油鉆井，機(jī)械設(shè)備、蒸氣機(jī)、鋼絲繩及鋼鐵工具的應(yīng)用，提高了鉆井能力；工具的進(jìn)步使井眼尺寸進(jìn)一步縮小，提升了鉆進(jìn)的速度，鉆井深度大大增加。但由于機(jī)械頓鉆鉆井還是靠頓鉆鉆頭向下沖擊巖石進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭沖擊力較小，隨著打擊深度的增加，巖石越來(lái)越難打穿，所需的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)。同時(shí)，頓鉆鉆進(jìn)工藝是破巖和清巖相間進(jìn)行，每打碎一些巖石積累到一定數(shù)量，就需要停止沖擊，取出鉆頭，下入撈砂筒撈出巖屑，如此交替進(jìn)行直至鉆到預(yù)定深度，這就制約了鉆進(jìn)深度和速度，一般打一口1 000 m的井需要幾年，最大深度不超過(guò)1 500 m。因此近代機(jī)械頓鉆鉆井技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)代油氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)與技術(shù)發(fā)展的需求，針對(duì)這些問(wèn)題，研究者不斷改進(jìn)鉆井工具、設(shè)備、鉆井工藝，為后來(lái)旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

〔長(zhǎng)江大學(xué) 孫天宇〕