中國鉆探技術(shù)發(fā)展綜述

李遠(yuǎn)龍 賈一凡 史小萌

（中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

1 古代鉆探技術(shù)的演變

在新石器時(shí)代早期的遺址中，發(fā)現(xiàn)了一些一米左右的豎坑，主要是儲藏東西用的窖穴，此時(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能稱為鉆探技術(shù)。

夏商周時(shí)代繼承了夏以前的開拓方法，并給予開拓，發(fā)展起了古代采礦業(yè)，此時(shí)的采礦井已由豎井、斜井與平巷結(jié)合而成，而且有支護(hù)結(jié)構(gòu)，以防止碎石塌落，在采掘工具和礦井的規(guī)格上也是有很大的進(jìn)步。

秦滅巴蜀，李冰入蜀,不僅開發(fā)了都江堰水利，更掘鑿了廣都的鹽井，開啟了巴蜀鹽井的新篇章。當(dāng)時(shí)鹽井的掘鑿技術(shù)主要依賴當(dāng)時(shí)的鐵器工具，并推廣了北方中原的掘井技術(shù)。

時(shí)至漢代，小口井淺井的掘鑿非常流行，并提升裝置已屬單轆轤型，同時(shí)，大口徑鹽井的開發(fā)也很具特色，具代表性的有東漢仁壽的陵井和晉以后的毒狼井，以及南陵井。

到了唐代，鹽井的規(guī)模和深度猛增，工藝技術(shù)也有改進(jìn)和進(jìn)步。（1）應(yīng)用工具在品種和熱處理技術(shù)方面的提高；（2）采用了“大絞車提升運(yùn)輸”；（3）大口井的支護(hù)技術(shù)和井的結(jié)構(gòu)有所創(chuàng)新；（4）發(fā)明了“魚盤”，解決了井底有害氣體的問題。這種改進(jìn)使得當(dāng)時(shí)已經(jīng)能夠在堅(jiān)硬的砂巖層中開井。

至北宋慶歷年間，在繼承漢唐以來大口徑淺井成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)明了竹篦繩索沖擊式鉆探法，出現(xiàn)了一宗全新型式的鉆井方法——卓筒井。這時(shí)的探井技術(shù)才能真正被稱為鉆探技術(shù)。

明朝初期由于社會不穩(wěn)定，鉆進(jìn)技術(shù)沒什么發(fā)展，到了明朝中后葉，鉆井技術(shù)及規(guī)模得到了發(fā)展。（1）馬驥的《鹽井圖流》中把鉆井工程劃分了六道工序；（2）在鉆井深度最深可達(dá)百丈；（3）鉆井結(jié)構(gòu)有宋卓筒井單一的“二徑結(jié)構(gòu)”發(fā)展為“三徑”或“多徑”結(jié)構(gòu)；（4）開始用鐵錐鉆頭和“鐵釬”鉆頭，同時(shí)還發(fā)明了諸如撞子釬、鐵五爪、攪鐮、搜子等的處理井內(nèi)事故工具；（5）在揚(yáng)和動力系統(tǒng)方面開始出現(xiàn)牛為動力，極大地提高了工作效率。

伴隨著鹽井的鉆探，氣、油井的開發(fā)受到了重視，當(dāng)時(shí)也掌握了使用一些采氣裝置和導(dǎo)線，用于燒鍋煮鹽。并且在四川自流井開發(fā)了歷史上第一個(gè)工業(yè)開采的氣水田。

明末清初，戰(zhàn)亂不斷，鉆井技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)收到了嚴(yán)重的影響，清朝建立后，采取了一系列利民政策，自貢市的井鹽達(dá)到了全盛時(shí)期。在道光十五年，在自貢市大安區(qū)鉆成了深達(dá)1001.42m的世界上第一口超1000m深井——海井。并在光緒十八年鉆成了第一口巖鹽水溶開采的廣元井。

我國古代鉆井技術(shù)在此時(shí)相當(dāng)成熟，逐漸形成了一整套具有中國特色的深鉆井工藝技術(shù)。除了鹽井之外，天然氣開采技術(shù)也得到了極大的發(fā)展，1855年，鉆成了一口最大的天然氣井——磨子井。

2 近代鉆探技術(shù)的西化

鴉片戰(zhàn)爭和甲午戰(zhàn)爭失敗后，帝國主義的大舉入侵，政治受壓迫，經(jīng)濟(jì)受剝奪，民生凋敝。民國以后，中國人民受三座大山的重重壓迫，人民的創(chuàng)造收到空前壓抑，以至于自先民遺留下來的鉆探技術(shù)創(chuàng)造發(fā)明，不僅沒有繼續(xù)開發(fā)進(jìn)步，反而被資本主義國家作為鋪墊，予以引用、改造、開發(fā)。

1897年，“福公司”取得了河南焦作優(yōu)質(zhì)煤田的開采權(quán)，為了勘探地下煤炭資源，20世紀(jì)從英國運(yùn)來了幾臺蒸汽鉆機(jī)，并訓(xùn)練了中國第一批機(jī)械巖心鉆探工人，開啟了中國機(jī)械巖心鉆探的序幕。同時(shí)，鋼繩沖擊鉆探技術(shù)和旋轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)也引進(jìn)了中國。

20世紀(jì)初，長年公司開發(fā)了立軸式給進(jìn)“UG”型金剛石鉆機(jī)，此鉆機(jī)以具有現(xiàn)代鉆機(jī)的雛形，并在1947年開始引進(jìn)中國。

二戰(zhàn)后，工業(yè)發(fā)達(dá)國家鉆探工業(yè)得到了極大發(fā)展，已經(jīng)用新型水壓給進(jìn)鉆進(jìn)代替了蒸汽驅(qū)動鉆機(jī)，并發(fā)明了用粉末冶重技術(shù)燒結(jié)制成的“鑄鑲”天然金剛石表鑲、孕鑲鉆頭，并在1947年引入，開始了中國的鉆探歷史。

3 當(dāng)代鉆探技術(shù)的飛越

建國初期，全國地質(zhì)力量弱，底子薄，更沒有鉆探、掘進(jìn)工程和地球物理探礦人員，無法進(jìn)行多學(xué)科多工種綜合勘探。中國和蘇聯(lián)的合作，對我國鉆探起了很大作用。當(dāng)時(shí)主要是引進(jìn)和仿制手把鉆機(jī)，比如前蘇聯(lián)的XB-300、XB-500及瑞典的XB-1000型手把鉆機(jī)，后期引進(jìn)了BW100/30、BW200/400型泥漿泵和四腳金屬鉆塔，鉆探技術(shù)得到了不斷提高。

1953年開始了第一個(gè)五年計(jì)劃，重點(diǎn)勘探項(xiàng)目多是國家工業(yè)建設(shè)的命脈，成果非常顯著，過程中對74種礦產(chǎn)進(jìn)行了勘探，有63種取得了可供工業(yè)設(shè)計(jì)使用的儲量。

1954年12月，國務(wù)院責(zé)成地質(zhì)部（1952年成立）從1955年起承擔(dān)石油普查任務(wù)。1956年3月3日至6月22日，我國第一口定向雙筒井鉆成。

1958年的“大躍進(jìn)”運(yùn)動，忽視地質(zhì)效果，盲目追求進(jìn)尺，一度造成很大浪費(fèi)。60年代初，蘇聯(lián)停止供應(yīng)中國鉆探設(shè)備和器材。

1970年初在上海城里“六二七工程籌備組”，經(jīng)過四年努力，建成了我國第一條鉆井船——“勘探一號”。1974年6月，在黃海試鉆成功，譜寫了海上油氣鉆探的新篇章。1978年我國第一條坐地式鉆井船——“勝利一號”開始作業(yè)。

1963年研制成功的第一顆人造金剛石，開啟了中國人造金剛石鉆進(jìn)的篇章，并在1998年生產(chǎn)量達(dá)到4-5億克拉，居世界首位，成為人造金剛石大國。

“六五”期間探礦工程立足于“打基礎(chǔ)”、“上水平”，五年來，完成了“五大改變”、“五大配套”，形成了“六大系列”，其得了七項(xiàng)接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平的成果。

“七五”期間，金剛石鉆探技術(shù)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆探、受控定向鉆探、氣舉、泵吸、潛空錘等各種反循環(huán)鉆探和多工藝空氣鉆探、反循環(huán)中心連續(xù)取樣、繩索取芯及繩索取芯沖擊回轉(zhuǎn)技術(shù)、電鍍金剛石鉆頭制造工藝、小口徑螺桿鉆、射流式?jīng)_擊回轉(zhuǎn)鉆具、不提鉆鉆頭裝置、改進(jìn)膨脹潤土等技術(shù)都取得了巨大成效。

“八五”期間，地礦部強(qiáng)調(diào)“科學(xué)興地（質(zhì)）”的號召，將地質(zhì)找礦和開采礦業(yè)和工程鉆探掘進(jìn)工程列為部的支柱產(chǎn)業(yè)，在探礦工程完成任務(wù)情況、科研等方面取得佳績。如定向?qū)硬甥u井、壓電陀螺測斜儀、微機(jī)自控金剛石攢頭燒結(jié)技術(shù)、貫通式潛孔錘技術(shù)等，已走在世界前列；“新奧法”掘進(jìn)即使和“多工藝重點(diǎn)鉆進(jìn)技術(shù)”得到推廣并產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；瞄桿鉆機(jī)、新型泥漿材料、新型超硬材料及其鉆頭、非開挖鋪管技術(shù)、淺層石油天然氣開發(fā)技術(shù)和對接井等已形成商品技術(shù)，贏得了國內(nèi)外市場。

“九五”期間我國面臨的資源和環(huán)境形勢是嚴(yán)峻的，找礦難度日益增大，地質(zhì)環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害的防治任務(wù)葉日益加重，科學(xué)技術(shù)稱為振興地堪工作的關(guān)鍵。《90年代發(fā)展地質(zhì)勘查工作的關(guān)鍵技術(shù)》中，明確90年代地勘行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向、科研和開發(fā)工作的重點(diǎn)，為行業(yè)技術(shù)的發(fā)展起到了導(dǎo)向作用。

2000年以后，鉆探技術(shù)在原有基礎(chǔ)上，積極思考科學(xué)鉆探的發(fā)展和未來，并將地球科學(xué)的研究領(lǐng)域延伸到了地球深部、海洋底部、冰川、冰層凍土層等，同時(shí)擴(kuò)大了地質(zhì)學(xué)的范疇，形成了全新的、多學(xué)科多工種東層次的地球科學(xué)。

[1]劉廣志.《中國鉆探科學(xué)技術(shù)史》ISBN7-116-02611-8.

[2]勵美恒.《探礦工程學(xué)概論》IBSN7-116-00948-5/P.811.

[3]劉廣志.《劉廣志鉆探工程文集》IBSN7-116-00990-6/P.849.

[4]李巨龍，于宗仁.《鉆探設(shè)備與工藝講義》.

[5]李巨龍，楊偉峰，于宗仁.《巖土鉆掘工程學(xué)》IBSN7-81107-064-2.

[6]周圓榮.《中國鉆探發(fā)展簡史》

[7]林元雄.《中國井鹽科技史》