頓鉆鉆井技術（機械頓鉆）

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頓鉆鉆井技術（機械頓鉆）

頓鉆鉆井技術發展經歷了大口徑淺井、卓筒井以及近代頓鉆3個階段。中國卓筒井技術在清代末已經趨于成熟，是世界鉆井發展史上的一次重大技術革命。在卓筒井階段中國就引入了簡單的機械設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工具無法適應生產需求。此項技術19世紀傳到美國后，在1859年，美國開始應用工業革命的成果，將蒸汽機作為動力應用在鉆機上，使用了硬度更高的鋼鐵制造鉆井設備和工具，用鋼絲繩代替竹繩或麻繩，發明了蒸汽動力繩索頓鉆鉆機，形成了近代頓鉆鉆井技術，也稱機械頓鉆鉆井技術，能夠鉆出口徑小而且深度更深的井。

蒸汽動力頓鉆鉆機工作原理是：由蒸汽機皮帶輪通過皮帶帶動一大皮帶輪進行變速，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運動，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鉆出了美國的第1口具有開采價值的石油井，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作動力、以沖擊鉆方法鉆鑿昌福井，這是中國采用機械動力進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，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方法。這種頓鉆鉆井技術先后應用于世界各國的石油鉆井，機械設備、蒸氣機、鋼絲繩及鋼鐵工具的應用，提高了鉆井能力；工具的進步使井眼尺寸進一步縮小，提升了鉆進的速度，鉆井深度大大增加。但由于機械頓鉆鉆井還是靠頓鉆鉆頭向下沖擊巖石進行鉆進，鉆頭沖擊力較小，隨著打擊深度的增加，巖石越來越難打穿，所需的時間也會相應延長。同時，頓鉆鉆進工藝是破巖和清巖相間進行，每打碎一些巖石積累到一定數量，就需要停止沖擊，取出鉆頭，下入撈砂筒撈出巖屑，如此交替進行直至鉆到預定深度，這就制約了鉆進深度和速度，一般打一口1 000 m的井需要幾年，最大深度不超過1 500 m。因此近代機械頓鉆鉆井技術已經不能適應當代油氣開發生產與技術發展的需求，針對這些問題，研究者不斷改進鉆井工具、設備、鉆井工藝，為后來旋轉鉆井技術的出現奠定了基礎。

〔長江大學 孫天宇〕