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鑽機或稱鑽井架,是在地表進行鑽洞的機械設備,可以是大型戶外的水井、油井、天然氣井鑽探設備,或者是單人可移動的小型設備,稱為螺旋鑽。鑽機可以對地下礦藏進行取樣,或者用於安裝地下生產設備,例如地下機器、儀器、管道和井道。可以是安裝在卡車、拖車、軌道上的移動設備,或者是較為固定的安裝在陸地、海上結構(如鑽井平台,一般稱為「海上石油鑽機[1]」,儘管設計上並不含有鑽機)。「鑽機」這個詞一般指鑽探地球的地殼層的設備。

鑽機包括:

  • 小型、便攜型鑽機,例如礦業鑽探、水井、環境調查鑽機。
  • 大型鑽機,可對地殼進行深度超過上千米的鑽探。在鑽井過程中,泥漿泵將泥漿經鑽杆、鑽頭循環到套管環空中,對鑽頭進行冷卻並去除切屑。鑽機上的起升系統可以提升上百噸的鑽杆。其他的設備可以將酸或沙泵入油藏,進行壓裂作業,引導對原油或天然氣離開油層升到地表。在偏遠地區,鑽機可帶有永久居住設施、飲食,可提供給超過上百名員工的日常生活。海上鑽機可以在離岸幾百公里的距離作業,井上人員會進行輪換。

石油鑽探業

石油和天然氣鑽機可以用於確定地質藏層,並且鑽探底層,將石油或天然氣抽離地殼來到地表。在海上石油或天然氣田上,進行鑽井後,鑽機將從井口脫離,然後安裝一台服務鑽機(一般體積更小),進行完井,並連接井口。這樣,原來的鑽井鑽機就可以用於鑽探其他的井,同時允許提供專業服務,如完井、採油等。

歷史

直到19世紀內燃機發明以前,鑽探岩石的主要方法還是靠人或動物的體力。用於生產的水井鑽探始於中國宋朝,「和碗口一樣小」,用於深井鑽探的考古發現目前展出在自貢市的鹽業博物館內[2]。根據《鹽業世界歷史》一書,中國清朝時期的水井,也是位於自貢市,大約深度為3,300尺,是當時世界上最深的鑽井。利用機械方式鑽探這種水井一直保留到1970年,當時,還在用凸輪迅速提起和放下3 mm的鋼管。

1970年間,在油氣行業以外,使用泥漿循環的牙輪鑽頭已經被氣動活塞所替代。反循環(RC)鑽機對於淺井已經很老舊,目前只在岩石無法使用其他方法的時候使用。RC鑽機速度更快、更高效,在冶金的過程中更好用,可以承載更堅硬更持久的鑽頭,壓縮機也可提供高氣壓,進行更深、更快的鑽探。金剛石探頭從發明以來幾乎沒有變過。

移動鑽機

在早期採油過程中,鑽機一般是半永久性的,井架一旦建好會一直到完井後才拆除。後來,鑽機開始成為可以從一口井移到另一口井,造價更高。一些小型作業的鑽機更像移動起重機,一般用於鑽探水井。大型陸地鑽機必須拆成零件,然後搬運到下一口井,這個過程可能持續幾周。

小型移動鑽機一般用於鑽探深層地基,鑽機的範圍從100噸的連續旋翼式螺鑽(CFA)到採石場用的小型氣動鑽。這些鑽機的技術和大型油井鑽機類似,只是體積更小。

而下面的這些鑽機從機械學上和以前的鑽機不同,但在方法上,還是岩屑從切割面移除,並通過鑽機回收到地表上。

視頻

鑽機 相關視頻

鑽機動畫
旋挖鑽機操作演示

參考文獻

  1. 實拍海上石油鑽機工作全過程,騰訊視頻,2018-10-13
  2. 自貢鹽業博物館,雲遊網