頓鉆鉆井技術(shù)（機(jī)械頓鉆）

封面文章

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個階段。中國卓筒井技術(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。在卓筒井階段中國就引入了簡單的機(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)工具無法適應(yīng)生產(chǎn)需求。此項(xiàng)技術(shù)19世紀(jì)傳到美國后，在1859年，美國開始應(yīng)用工業(yè)革命的成果，將蒸汽機(jī)作為動力應(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。

蒸汽動力頓鉆鉆機(jī)工作原理是：由蒸汽機(jī)皮帶輪通過皮帶帶動一大皮帶輪進(jìn)行變速，通過曲軸將動力傳遞給鋼絲繩帶動的鉆柱和沖擊鉆頭，并使鉆頭做上下往復(fù)運(yùn)動，沖擊破碎巖石。1859年，美國人綴克（E.H.Drake）在賓夕法尼亞石油灣，使用蒸汽動力繩索頓鉆鉆機(jī)鉆出了美國的第1口具有開采價(jià)值的石油井，井深為21.64 m。1902年，中國歐陽顯榮首先在今自貢市的自流井試用蒸汽機(jī)作動力提升鹵水，李佐孫在《自流井鹽礦之論說》中提出“若以機(jī)器開掘，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)作動力、以沖擊鉆方法鉆鑿昌福井，這是中國采用機(jī)械動力進(jìn)行鹽井鉆探施工的第1口井；1925年，李敬才在上海向美國通用電器公司訂購美國蒸汽動力沖擊鉆機(jī)，鉆探能力約1 220 m，從而改變了中國以人力畜力近千年來的傳統(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，巖石越來越難打穿，所需的時(shí)間也會相應(yīng)延長。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)代油氣開發(fā)生產(chǎn)與技術(shù)發(fā)展的需求，針對這些問題，研究者不斷改進(jìn)鉆井工具、設(shè)備、鉆井工藝，為后來旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

〔長江大學(xué) 孫天宇〕