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卓筒井盐与钻井工艺:现代石油开采的奠基者

在中国古代的四大发明中,造纸、指南针、火药和印刷术广为人知,但鲜有人知,钻井技术也曾被誉为“中国第五大发明”。 人类
在中国古代的四大发明中,造纸、指南针、火药和印刷术广为人知,但鲜有人知,钻井技术也曾被誉为“中国第五大发明”。 人类历史的发展,始终伴随着对盐资源的不断探索。 早在数百万年前的原始社会时期,人们就已将盐视为与水源同等重要的资源,成为定居的重要因素。为了争夺宝贵的盐源,黄帝与蚩尤部落之间的战争不断。春秋时期,拥有丰富盐产的齐国利用盐的利润壮大军费,齐桓公也成为中国历史上的第一位霸主。此后,各朝各代都流传着关于盐商巨富的传奇故事。 盐的主要来源包括海盐、井盐、矿盐、湖盐和土盐等,而井盐的开采技术起源于中国。中国的井盐产业,特别是在四川地区,拥有悠久的历史。 所谓井盐,是通过打井抽取地下卤水(天然盐水或盐矿注水形成)制成的盐。生产井称为盐井。四川的井盐历史源远流长,大英县人民发明的卓筒井开采技术,更是在欧洲领先了八百余年。 大英县与卓筒井镇的地理位置示意图 四川井盐的悠久历史,在那些古老深邃的盐井中得以生动展现。 战国末期,秦国蜀郡太守李冰修建都江堰的事迹众所周知,但鲜有人知,正是在这项工程中,李冰发现了盐卤,随后在成都平原开凿盐井,用于提取盐水。史书记载:“李冰……又识齐水脉,穿广都盐井、诸陂池,蜀于是盛有养生之饶焉。”据记载,李冰于公元前255年至公元前251年,在四川双流县东南的华阳镇开凿了我国历史上的第一口盐井——“广都盐井”。 赵蕴玉的《李冰像》 以李冰开凿的广都盐井为代表,之后的很长一段时间里,井盐的开采技术基本未有突破,主要依靠浅井大口开采。这种方法受限于技术,井壁易塌方,没有保护措施,深度也有限,只能采集浅层盐卤。直到卓筒井的出现,井盐的开采技术才迎来了重大变革。 北宋庆历年间,四川大英县的工匠发明了卓筒井采卤技术。苏轼在《蜀盐说》中提到:“自庆历、皇祐以来,蜀始创‘筒井’”,这里的“筒井”即指卓筒井。书中还描述了具体工艺:“用圜刃凿如碗大的钻头,深者可达数十丈,竹子去节后,用作井筒,竹筒上下套接,外缠麻绳,涂以油灰,下入井中作为套管,以防井壁崩塌。井内设有悬挂的皮囊,用以呼吸和调节压力。” 卓筒井的钻井工艺,是其最具创新性的技术突破。虽原理简单甚至原始,但其巧妙之处在于利用古人舂米时的杠杆原理,通过脚踏带动钻头上下运动,从而实现钻井。 简图:卓筒井的平面示意图 根据苏轼的描述,钻头为圆形,锋利易碎岩石,便于操作。钻井分为两个阶段:先打大孔(大眼),再打小孔(小眼)。 卓筒井的上部是直径15至20厘米的“大眼”,深约50米。大眼的作用是放入楠竹筒——去节、首尾相连、外缠麻绳、涂油灰的竹筒,用作套管,防止井壁崩塌,同时隔绝淡水。这样可以在井内继续钻探更深层次的盐卤。 当井深达能汲取盐水的层位时,工匠会选择一根长约一丈的竹子,将其内部的节凿穿,只保留底部一节,并在竹节底端装上单向阀,以便汲取盐水。用绳索将竹筒沉入井底,盐水就会被吸入竹筒内。随后,利用桔槔或辘轳等提水工具,将盐水提上来。 村民操作卓筒井的场景:左下角是井口 卓筒井的创新在于用小口深井取盐,井径仅如碗口大小,极大地减少了井壁崩塌的风险。圜刃钻头的发明,使得钻井效率大大提升,劳动强度减轻。采用木竹套管固井的技术,也是在当时的首创。 卓筒井的出现,标志着中国古代深井钻探技术的成熟。此后,盐井的深度不断增加。清道光十五年(1835年),四川自贡盐区成功钻出了当时世界上第一口超过千米深的“燊海井”。 燊海井 卓筒井技术的成功,使得地下深层的卤水资源得以科学开采。在这个过程中,人类首次发现了埋藏在地下的油气资源。 其钻井工艺,甚至在一定程度上启发了西方近代的油井钻探技术,被誉为“世界石油钻井之父”,被《中国钻探技术史》《中国科学技术史》《中国井盐科技史》等著作尊为“开创机械钻井的先河”和“中国第五大发明”。 如今,尽管经过数百年的发展,这一古老工艺仍基本得以传承,成为世界钻探史上的重要起点和宝贵遗产。