顿钻钻井技术（机械顿钻）

封面文章

顿钻钻井技术（机械顿钻）

顿钻钻井技术发展经历了大口径浅井、卓筒井以及近代顿钻3个阶段。中国卓筒井技术在清代末已经趋于成熟，是世界钻井发展史上的一次重大技术革命。在卓筒井阶段中国就引入了简单的机械设备如用牲畜拉的畜力绞车，用于提升顿钻用的钻柱，大大减轻了人力，顿钻效率有所提高，完成了多口深井。但随着井的加深，其使用的竹麻绳索和铁质工具无法适应生产需求。此项技术19世纪传到美国后，在1859年，美国开始应用工业革命的成果，将蒸汽机作为动力应用在钻机上，使用了硬度更高的钢铁制造钻井设备和工具，用钢丝绳代替竹绳或麻绳，发明了蒸汽动力绳索顿钻钻机，形成了近代顿钻钻井技术，也称机械顿钻钻井技术，能够钻出口径小而且深度更深的井。

蒸汽动力顿钻钻机工作原理是：由蒸汽机皮带轮通过皮带带动一大皮带轮进行变速，通过曲轴将动力传递给钢丝绳带动的钻柱和冲击钻头，并使钻头做上下往复运动，冲击破碎岩石。1859年，美国人缀克（E.H.Drake）在宾夕法尼亚石油湾，使用蒸汽动力绳索顿钻钻机钻出了美国的第1口具有开采价值的石油井，井深为21.64 m。1902年，中国欧阳显荣首先在今自贡市的自流井试用蒸汽机作动力提升卤水，李佐孙在《自流井盐矿之论说》中提出“若以机器开掘，岂但事半而功倍乎”；1924年2月15日，在自贡市大坟堡试用蒸汽机作动力、以冲击钻方法钻凿昌福井，这是中国采用机械动力进行盐井钻探施工的第1口井；1925年，李敬才在上海向美国通用电器公司订购美国蒸汽动力冲击钻机，钻探能力约1 220 m，从而改变了中国以人力畜力近千年来的传统方法。这种顿钻钻井技术先后应用于世界各国的石油钻井，机械设备、蒸气机、钢丝绳及钢铁工具的应用，提高了钻井能力；工具的进步使井眼尺寸进一步缩小，提升了钻进的速度，钻井深度大大增加。但由于机械顿钻钻井还是靠顿钻钻头向下冲击岩石进行钻进，钻头冲击力较小，随着打击深度的增加，岩石越来越难打穿，所需的时间也会相应延长。同时，顿钻钻进工艺是破岩和清岩相间进行，每打碎一些岩石积累到一定数量，就需要停止冲击，取出钻头，下入捞砂筒捞出岩屑，如此交替进行直至钻到预定深度，这就制约了钻进深度和速度，一般打一口1 000 m的井需要几年，最大深度不超过1 500 m。因此近代机械顿钻钻井技术已经不能适应当代油气开发生产与技术发展的需求，针对这些问题，研究者不断改进钻井工具、设备、钻井工艺，为后来旋转钻井技术的出现奠定了基础。

〔长江大学 孙天宇〕