冲击式顿钻凿井法的操作方式
就是设立木缺迟质碓架、由人在碓架上一脚一脚地踩动（捣碓），运用杠杆原理,带动锉头上下碧扮乎运动凿进。
位于自贡市大安区长堰塘的燊海井，是国家的重点文物保护单位。这口井始凿于公元1835年（清道光十五年），三年后见功，井深达1001.42米。这个深度，将燊海井定格悔悉在一个光辉的位置--人类钻井史上第一口超千米深井！ 而燊海井就是用冲击式顿钻凿井法开凿的.
美国在1808年才发现这种方法. 中国比美国早了750年!
北宋“卓筒井”工艺，是一种怎样的技术？
北宋中期，卓筒工艺的开创，乃是我国也是世界最早发明的钻井技术。这种工艺技术，与现代石油(包括天然气)工业中应用的顿钻钻井方法类同。它比美国创造的顿钻技术至少要早七个多世纪。
关于卓筒井的出现，北宋苏东坡、文同、范镇三位四川名人，在他们的著作中，都有明确的记载，其中苏轼记述最详尽：
“自庆历、皇祐(1041-1054)以来，蜀始创筒井。用圜刃，凿如碗大，深者数十丈。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，一筒致水数斗。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，介绍卓筒井的内容十分丰富。卓筒井的发明，其工艺技术主要特点和成就，是开创了现代深井(如盐井油气井)的维形，即包含了现代钻井三大基本程序，或称三大基本要素：第一，用圜刃钻头破碎岩石；第二，用泥筒取出井内的岩砂(岩屑);第三，下木竹套管固井保全井壁。
一、世界钻井史上发明的第一个钻头——“圜刃”锉
“圜刃”锉是人类钻探史上发明的第一个钻头。它的发明，创造了现代深井钻头的雏形，因而，成为现代钻头的始祖。
凿井钻头的发明和发展，同其事物进展一样，由简单到复杂，由低级到高级，即早期的“圜刃”钻头发展到现代的鱼尾钻头、齿轮钻头、涡轮钻头及巴拉斯钻头。
现代深井钻探技术，尤其目前世界上超深井的钻井钻头和基本原理，追根溯源，它的祖先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，中国四川井研盐区的井匠技师们，经过长期的探索和实验，在世界上最早研制成功了第一个深井钻头—— “圜刃”锉。
“圜刃”是开创卓筒井的钻头，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”六个字，描绘了“圜刃”钻头的基本形状。其一，圜刃钻头原始形状呈圆形；其二，在圆形的钻头上有刃锋；其三，锉头的直径与碗口(径)相当；其四，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“一”字刃，锐利，易于破碎岩石。由于这种钻头先进，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，挖掘大口盐井，具有钻井工艺先进、工效高、劳动负荷轻、获利丰厚等优越性。因此，“圜刃”钻头的问世和卓筒井的诞生，是世界钻井史上一次大革命。同时为现代深井钴头的御蔽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，即一种十分简单的机械原理，开创了“卓筒井”似的盐井，其井深18米(59英尺)，凿井钻头直径7.6-10.2厘米(3-4英寸)，是用铸钢制作的，它的规格、形制与“圜刃”钻头大致类同。
二、世界钻井史上最早研制的第一个井下取岩(屑)工具——“泥筒”
北宋初，用圜刃钻头开创的卓筒井，是一种冲击式顿钻方法，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液拆历。
在冲击式顿钻钻井中，及时取出井内粉碎的岩屑，十分重要。一是能提高钻井速度，加快进度；二是能及时考察井身质量是否符合要求(即是否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；三是在钻井时，发现了新的来水(卤水)和天然气的征兆，必须推水或多搧泥，直到井底泥砂(岩屑) 搧净，推水把气拉顺，以免所出的西水或天然气受到泥砂的阻塞和影响。
在长期的钻井实践过程中，四川自贡盐场的匠师总结了一条宝贵的经验：“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，卤气流动畅通，可获取丰富的卤气。
为取出进底的岩屑，我们的先民发明了“泥筒”。苏轼在《蜀闹搜盐说》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，一筒致水数斗。”
由此得知，当时不仅发明推卤汲筒，而且也发明了搧“泥筒”。汲筒和泥筒有区别，但工作原理完全相同，两者都是竹制，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。通过泥简在井底一上一下来回往复运动，水与岩屑混合，由阀门进入筒内，然后提出地面，以达到清除井底岩屑之目的。如果没有发明搧“泥筒”，卓筒井也是无法钻成的。为此，搧“泥筒”的发明，十分巧妙地解决了钻井取砂的一大关键问题，从而为向地层深部开拓提供了可靠保障，标志着我国古代钻井技术已达到了一个新阶段。
现代西方如美国标准顿钻凿井应用的“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”基本一致。
而现代旋钴法钻进，则采用机械动力加压力，促使井内液体循环流动，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”取砂法之后又一次重大的突破。
三、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：其一，保护井壁。竹制套管下入井内固井，可防止因井壁(松软地层)的垮塌，发生井下卡钻事故，从而保证了大口(窍)以下裸眼井段钻井的安全；其二，止水。封隔上部地层淡水渗入井中，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’深者数十丈，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四川荣州(今四川荣县)做官时，亲自看到的卓筒井“绝小”:“荣州，则井绝小，仅容一筒，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一致的。
古代井匠利用竹制套管是与四川盛产楠竹、斑竹密切相关的。四川土地肥沃，气候温和，雨量充沛，地下湿润，宜于竹子生长，因而竹林遍布，各地竹子用途非常广泛，民众就地取材，用竹子制成日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。
北宋四川大文学家苏东坡，目睹了竹子的广泛用途，尤其是与人们生活有着密切关系，曾深有体会地说：“可使食无肉，不可居无竹”。
四川竹子材源丰富，同时又有独特的优点：伸直挺拔，具有天然圆形管状；质密坚硬，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，仍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”发明之后，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，仍是一种小井，同我国北宋发明的卓筒井非常近似。
据俄国和美国早期的钻井史看来，俄国的钻井技术，始于12世纪，至少比我国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，我国北宋中期开创的“卓筒井”工艺，是世界上最早发明的钻井技术，理应推崇为现代钻井技术的先驱。
钻井方法及原理是什么？
1 人工挖井方法
1973年出土于浙江余姚县的河姆渡古井是世界上目前已知的最古老的水井，经14C测定表明它是5700多年前的产物。
挖掘井阶段大约从远古到西周末年，我们的祖先用原始的工具，诸如石铲等手工挖井，井的深度很浅。在公元前15世纪前后我国的甲骨文中就出现有“井”字。
2 冲击钻井方法
冲击钻井方法经过了三个阶段，即顿钻大口井阶段、顿钻小口井（卓筒井）阶段和机械顿钻阶段。
1）顿钻大口井阶段
最初的顿钻设备，主要由“踩架”和井架组成。“踩架”上有碓板，碓板一端悬挂着钻头，它是直接钻凿岩石的工具；碓板另一端供人踩踏，使钻头反复上提、下顿，产生冲击运动。
2）顿钻小口井（卓筒井）阶段
从北宋开始，我国古代钻井技术又有了新的发展。一是顿钻大口井发展为顿钻小口井。当时把口径只有“碗口大小”的小口井称为卓筒井，卓筒井地面设备、井身结构示意图如图6-11所示。
图6-11 卓筒井地面设备、井身结构示意图
3）机械顿钻阶段
从19世纪中叶到20世纪初是用钢铁工具和设备，用蒸汽机作动力，进行冲击钻井的近代顿钻阶段，也称机械顿钻阶段。1842年，蒸汽动力用于石油钻井；1859年，德雷克使用蒸汽动力的绳式顿钻钻机钻出第一口具有商业开采价值的油井。绳式顿钻钻机此后独占主流，20世纪初被旋转钻机所取代。机械顿钻与卓筒井技术一脉相承，是在中国人的原创技术上，应用工业社会的成果发展起来的。
3 旋转钻井方法
石油钻井是在钻头上给所钻的地层加一定的压力，使钻头的牙齿嵌入地层，然后旋转钻头，利用旋转钻头的扭矩来切削岩石，并用循环的钻井液将岩屑带出井眼，以保证持续钻进。
转盘旋转钻井示意图见图6-12，石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组，它的每一种设备和机构都是为有针对性地满足钻井过程中某一工艺需要而设置的，整套钻井设备由六个系统组成：
图6-12 转盘旋转钻井示意图
1—天车；2—游动滑车；3—大钩；4—动力机；5—钻井泵；6—空气包；7—钻井液池；8—钻井液槽；9—旋流除砂器；10—钻井液振动器；11—表层套管；12—钻杆；13—钻塌宏铤；14—钻头；15—井眼；16—防喷器；17—转盘；18—绞车；19—方钻杆；20—水龙头
（1）动力系统。
钻井好像是一座流动性大的独立作业的小型工厂。钻机所需的各工作系统大多数是用柴油机作发动机，通过变速箱直接驱动或由柴油机发电来驱动钻井设备的。动力系统的作用是产生动力，并把动力传递给钻井泵、绞车和转盘。
（2）起升系统。
起升系统主要用来起升、下放或悬吊钻柱、套管柱等，主要完成起下钻、接单根和钻进时的钻压控制任务。这个系统主要由井架、天车、游车、大绳、大钩、吊环及绞车等组成。一般用最小的提升速度和最大的负载来确定提升系统的能力。
（3）旋转系统。
旋转系统主要由转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻杆组成，主要功能是保证在洗井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下的其他要求。旋转系统还有接、卸钻柱和钻具的功能。
（4）循环系统。
钻机循环系统最主要的功能是在钻进中通过循环洗井液从井底清除岩屑、冷却钻头和润滑钻具。钻机循环系统主要包括钻井泵、钻井液净化装置（固相控制设备）和钻井液槽、罐等。整个循做羡环系统的中心设备是钻井泵。
（5）气控系统。纯衫拍
气控系统主要包括控制面板（控制机构）、传输管线和阀门、执行机构（如气动离合器、气缸和气马达等）以及压风机等。气控系统的功能是确保对整个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致地工作。
（6）井控系统。
在整个钻井作业过程中，井控系统要对井下可能发生的复杂情况进行控制和处理，以恢复正常作业。井控系统包括四个主要部分：防喷器组、储能器机组和防喷器组遥控面板、节流管汇、压井管汇。
古代人是怎么制作出钻井工具的？
由于天然气层较深，要开凿气井必须有优良的钻井设备。我国当时已有先进的铁制业，为钻井提供了铸铁冲枯燃造的钻头。动力则用人力。人先跳到杠杆的一端把钻头抬高，再跳下来使钻头砸下去。钻井用的竹缆是由竹条制成的。竹缆具有很强的抗拉强度，与一些钢缆的抗拉强度相当。而且竹缆有极好的挠性，容易绕在钻头提升鼓上，而且遇水后强度增加，恰好用来冲击岩石。在不断的劳动实败咐践中，古巴蜀人民发明了一系列专用的钻井工具，总结出一整套钻井技术，开凿出一大批很深的天然气井。这些深井钻探技术迅速传播开散虚来，被世界各国仿效采用。
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