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          探礦工程在線 > 正文

          鉆探技術——中國古代的第五大發明

          發布時間:2020年11月03日
          來源:中國礦業報(2020-10-29) 作者:張金虎,高永進,楊有星,孫智超,苗苗青(中國地質調查局油氣

          鉆探技術發源于古代中國的四川,首要用途是找水喝,其次作用是找鹽吃。公元前255251年,蜀郡太守李冰拉開了人類鑿井采鹵熬鹽、發掘地下資源的歷史序幕。公元618907年間,四川成為大口淺井采鹵的集中地區,井深最深可達178米,每掘一井,成百上千人勞作,場面壯觀。北宋慶歷年間(10411048年)的四川大英縣卓筒井鉆探取鹽技術,使地下深處的鹵水第一次得到科學開采,在開采鹵水的過程中,人們發現了埋藏在地下的油氣資源。卓筒井開創了人類機械鉆井的先河,是“世界石油鉆井之父”,是繼火藥、造紙、印刷術、指南針之后,堪稱是中國古代的第五大發明。

          隨著科學技術的迅猛發展,人類社會的文明與進步被不斷推進,鉆探技術由早期的機械傳動手把給進鉆機到機械傳動液壓給進立軸鉆機,發展到今天的全液壓動力頭鉆機以及自動化、智能化地質巖心鉆機,不斷開辟著鉆探的新天地。

          時至今日,人類既可以上天登陸月球,又可以向下鉆地萬米。1990年,前蘇聯在摩爾曼斯克地區北極圈以北250公里外的科拉半島上,打了一口世界上最深的鉆井,完鉆井深12262米,為現今世界上最深的鉆井。20201月,由中石油鉆探的輪探1井在塔里木古老克拉通超深層油氣勘探獲得重大突破,完鉆垂深8882米刷新了亞洲井深紀錄。經過100多年的快速發展,鉆探技術不僅在傳統工程領域起到不可估量的作用,還應用于新能源開發中,比如地熱能、天然氣水合物、干熱巖、頁巖油、核能、油頁巖等非常規能源領域的勘探,并不斷取得新的突破。

          現代科學技術對于鉆探的定義是利用鉆機、鉆具和一整套工藝措施,在地層內鉆鑿出圓柱形井筒,取出巖礦樣品,探明礦產的賦存狀態和分布規律,或者實現其他地質和技術的目的。在眾多礦產資源勘探技術方法中,鉆探技術仍然是唯一能從地下取出實物巖礦樣品的勘查技術方法,通過拿到實物樣品才能驗證礦藏的存在,只有通過大量的鉆探工作量才能獲得可信的儲量。值得一提的是,傳統鉆探也是石油勘探開發最直接的技術手段。

          石油鉆探是利用石油鉆井設備從地面開始沿設計軌道鉆穿多套地層到達預定目的層(油氣層),形成油氣采出或注入所需流體(水、氣、汽)的穩定通道,并在鉆進過程中和完鉆后,完成取心、錄井、測井和測試工作,取得勘探、開發和鉆井所需各種信息的系統工程。

          一口油井從開鉆到完成,破碎巖石是鉆探生產過程的主要工序,可分為鉆前、鉆進和完井3個不同階段。鉆前階段指的是開鉆前的工作,包括定井位、修路、修井場、打基礎、安裝設備;鉆進階段指的是從第一次開鉆起到鉆完全部井深的工作,包括接單根、起下鉆、固井,處理事故;完井階段指的是從鉆完全部井深起到交井或棄井的工作,包括測井、確定完井方式、下生產套管固井、下油管、射孔、裝油管頭和采油樹。

          鉆探技術在服務常規的找礦勘查的同時,也關注著新的服務領域,如深部科學鉆探、地熱能及非常規清潔能源勘查、海洋鉆探、地質災害防治、生態環境鉆探、地外天體和極地鉆探等。

          地外天體取樣技術研究方興未艾,鉆探技術已成為人類探索宇宙的首批技術之一,助力深空探測。了解其它行星內部的物質成分,行星的演化規律,解開生命起源的秘密已不僅是科學家們感興趣的問題,也是與人類文明前途息息相關的重大課題。隨著技術的進步,宇宙探索過程本身已表現出越來越明顯的工程性質,第一步就是通過鉆探取回天體的巖樣。其實早在1969年~1976年,美國的阿波羅計劃、前蘇聯的Luna計劃就先后在月球上完成了鉆探取樣并返回的壯舉。也就是說,從1969年開始的月球鉆探是鉆探技術實質性用于深空探索的里程碑。2005年,美國的的“火星計劃”利用“勇氣”號和“機遇”號火星車登上了火星,通過一個名叫Bit Carousel的采集器,自動鉆成了人類火星第一鉆,進一步打開了地外天體取樣鉆探技術的大門。

          鉆探這門古老的技術會在未來各領域發揮其功能,比如探深部干熱巖鉆探面臨安全、質量、經濟、工期等方面的挑戰,需要先進鉆探技術裝備應對;以受控定向鉆進技術為依托的對接井、水平井技術需求越來越廣泛;海洋地質鉆探、極地鉆探、地外天體取樣以及深部高地應力巖石取樣、海洋水合物保壓取樣等方向的科技創新都還需要進一步發展。

          [責任編輯:dc]

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