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你妹什么意思北宋“圜刃”锉:人类钻探史上发明的第1个钻头

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北宋中期,卓筒工艺的首创,乃是我国也是世界最早发明的钻井技术。这类工艺技术,与现代石油(包括天然气)工业中利用的顿钻钻井方法类同。它比美国创造的顿钻技术最少要早7个多世纪。

关于卓筒井的出现,北宋苏东坡、文同、范镇3位4川名人,在他们的著作中,都有明确的记载,其中苏轼记叙最详实:

“自庆历、皇祐(1041⑴054)以来,蜀始创筒井。用圜刃,凿如碗大,深者数10丈。以巨竹去节,牝牡相衔(公母榫连接)为井,以隔横入淡水,则咸泉自上。又以竹之差小者出入井中为桶,无底而窍其上,悬熟皮数寸,出入井中,气自呼吸而启闭之,1筒致水数斗。凡筒井皆用机械,利之所在,人无不知”。

苏轼不愧为文豪,文笔非常简练,介绍卓筒井的内容10分丰富。卓筒井的发明,其工艺技术主要特点和成绩,是首创了现代深井(如盐井油气井)的维形,即包括了现代钻井3大基本程序,或称3大基本要素:第1,用圜刃钻头破碎岩石;第2,用泥筒取出井内的岩砂(岩屑);第3,下木竹套管固井保全井壁。

1、世界钻井史上发明的第1个钻头——“圜刃”锉

“圜刃”锉是人类钻探史上发明的第1个钻头。它的发明,创造了现代深井钻头的雏形,因此,成为现代钻头的始祖。

凿井钻头的发明和发展,同其事物进展1样,由简单到复杂,由低级到高级,即初期的“圜刃”钻头发展真爱黑白配全集到现代的鱼尾钻头、齿轮钻头、涡轮钻头及巴拉斯钻头。

现代深井钻探技术,特别目前世界上超深井的钻井钻头和基本原理,追根溯源,它的先人乃是我国北宋初发明的“圜刃”钻头和“卓筒井”工艺的继承和发展。

11世纪中叶,中国4川井研盐区的井匠技师们,经太长期的探索和实验,在世界上最早研制成功了第1个深井钻头——“圜刃”锉。

“圜刃”是首创卓筒井的钻头,它的形制和结构,根据苏文的记载和古代钻头及钻井原理等进行考证,认为:苏轼以“圜刃,凿如碗大”6个字,描绘了“圜刃”钻头的基本形状。其1,圜刃钻头原始形状呈圆形;其2,在圆形的钻头上有刃锋;其3,锉头的直径与碗口(径)相当;其4,碗的口径就是“卓筒井”的井径。

因圜圆相通,圜和刃的结合,故名“圜刃”锉,即“圜刃”钻头。圆为主体,其底部横凸“1”字刃,锋利,易于破碎岩石。由于这类钻头先进,井匠在地面操作机械,钻凿卓筒井,比汉唐时期,人工手持锄、锸、锹等原始农用工具于井下艰苦作业,发掘大口盐井,具有钻井工艺先进、工效高、劳动负荷轻、获利丰富等优越性。因此,“圜刃”钻头的问世和卓筒井的诞生,是世界钻井史上1次大革命。同时为现代深井钴头的出现和发展奠定了基础。

无独有偶,继我国圜刃钻头和卓筒井发明700多年后,美国人拉夫纳兄弟俩开始用冲击式钻井的方法,即1种10分简单的机械原理,首创了“卓筒井”似的盐井,其井深18米(59英尺),凿井钻头直径7.6⑴0.2厘米(3⑷英寸),是用铸钢制作的,它的规格、形制与“圜刃”钻头大致类同。

2、世界钻井史上最早研制的第1个井下取岩(屑)工具——“泥筒”

北宋初,用圜刃钻头首创的卓筒井,是1种冲击式顿钻方法,它与现代石油(天然气)工业中所用的绳式顿钻钻头技术基本相同。

在冲击式顿钻钻井中,及时取出井内粉碎的岩屑,10分重要。1是能提高钻井速度,加快进度;2是能及时考察井身质量是不是符合要求(即是不是出现井斜或并身不圆的情况),如钻井质量不符合要求,便立即采取措施,进行处理、纠正;3是在钻井时,发现了新的来水(卤水)和天然气的征象,必须推水或多搧泥,直到井底泥砂(岩屑)搧净,推水把气拉顺,以避免所出的西水或天然气遭到泥砂的阻塞和影响。

在长时间的钻井实践进程中,4川自贡盐场的匠师总结了1条宝贵的经验:“黄卤推砂,黑卤推气。”即把井内泥砂取净后,岩层裂缝不受泥砂的阻塞,卤气活动畅通,可获得丰富的卤气。

为取出进底的岩屑,我们的先民发明了“泥筒”。苏轼在《蜀盐说》中述到:

“又以竹之差小者出入井中为桶,无底而窍其上,悬熟皮数寸,出入水中,气自呼吸而启闭之,1筒致水数斗。”

由此得知,当时不但发明推卤汲筒,而且也发明了搧“泥筒”。汲筒和泥筒有区分,但工作原理完全相同,二者都是竹制,筒底“悬熟皮”(即单向阀),入水则启,出水则闭。因岩砂和泥水在筒内下坠,熟皮受压紧贴简底,不泄漏。通过泥简在井底1上1下来回往复运动,水与岩屑混合,由阀门进入筒内,然后提出地面,以到达清除井底岩屑之目的。如果没有发明搧“泥筒”,卓筒井也是没法钻成的。为此,搧“泥筒”的发明,10分奇妙地解决了钻井取砂的1大关键问题,从而为向地层深部开辟提供了可靠保障,标志着我国古代钻井技术已到达了1个新阶段。

现代西方如美国标准顿钻凿井利用的“捞砂简”(又名“抽砂筒”),其工作原理、操作方法,同我国900多年前发明的搧“泥筒”基本1致。

而现代旋钴法钻进,则采取机械动力加压力,促使井内液体循环活动,不断将岩屑从井中返出地面,实现了钻井不停、除砂不断的新工艺,这是继“泥筒”取砂法以后又1次重大的突破。

3、世界钻井史上最早创造的钻井保全井壁及止水的方法——下“木竹”套管固井

卓筒井在11世纪中叶问世,同时也创造了楠竹制作成套管,下入井中,构成井壁,解决了钻井、生产两大难关:其1,保护井壁。竹制套管下入井内固井,可避免因井壁(松软地层)的垮塌,产生井下卡钻事故,从而保证了大口(窍)以下裸眼井段钻井的安全;其2,止水。封隔上部地层淡水滲入井中,避免淡水冲淡了天然水的矿化度,确保盐井下部生产层咸卤的开采。

因此,苏轼说:“‘卓筒井’深者数10丈,以巨竹去节,牝牡相衔为井,以隔横入淡水,则咸泉自上。”由此可知,竹制套管,其结构是利用大楠竹通节中空,“牝牡相衔”(即公母棒连接)的竹筒。南宋爱国诗人陆游在4川荣州(今4川荣县)做官时,亲身看到的卓筒井“绝小”:“荣州,则井绝小,仅容1筒,真海眼也。”盐井下入竹制套管止水,即“隔横入淡水”和保护井壁的功用,这同现代石油(天然气)钻井中下钢管固井的目的和作用是1致的。

古代井匠利用竹制套管是与4川盛产楠竹、斑竹密切相干的。4川土地肥沃,气候温和,雨量充分,地下湿润,宜于竹子生长,因此竹林遍及,各地竹子用处非常广泛,民众就地取材,用竹子制成平常生活需要的各种器物,如竹房、竹门、竹席、竹椅、竹筐、竹架,到农业灌溉等都广泛使用竹子,简直是竹的世界。

北宋4川大文学家苏东坡,目击了竹子的广泛用处,特别是与人们生活有着密切关系,曾深有体会地说:“可以使食无肉,不可居无竹”。

4川竹子材源丰富,同时又有独特的优点:伸直挺立,具有天然圆形管状;质密坚固,有较高的抗拉、抗压强度;耐腐蚀性能强,作套管固井寿命长达20~50年;产地广,材源丰富,价廉物美;加工制作简便等。如川北有的地区,现在遗存的卓筒井,还是用楠竹或斑竹作套管固井,为北宋“始创筒井”提供了实物见证。

为此,我国木竹固井技术的创造和发展,无疑为现代钻井固井技术开辟了道路。

在我国北宋“圜刃”钻头和“卓筒井”发明以后,俄国和美国的钻井技术相继得到发展。据两国史载,初始置的盐井,还是1种小井,同我国北宋发明的卓筒井非常近似。

据俄国和美国初期的钻井史看来,俄国的钻井技术,始于12世纪,最少比我国11世纪中叶发明的钻井技术要晚约1个世纪。美国的钻井技术肇始于19世纪初,比我国要晚7个多世纪。由此可知,我国北宋中期首创的“卓筒井”工艺,是世界上最早发明的钻井技术,理应推重为现代钻井技术的先驱。

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