中国古代钻探技术简介.docx

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。