我国古代的天然气开发和利用(图)

  ——四川开凿盐井和钻井技术探索漫谈

  [中国石化新闻网2019-04-03]

  ▲1835年，自贡燊海井成为世界上第一口超千米深井。

  ▲在今天邛崃火井镇的油榨乡，埋藏地下的古代陶制天然气管道。

  ▲古人用牛作为动力钻井。

  王志明
  充满智慧的古人早已发现，食用盐不一定来自海洋，也可以从地下卤水中获取。古代制盐业最辉煌的成就之一是火井煮盐。火井即现今我们所讲的天然气井，古时多用于煮盐，也被称为盐井。四川是我国开凿盐井最早的地区，这种方法为石油与天然气的钻采提供了借鉴。
  大口井
  据东晋史学家常璩在《华阳国志·蜀志》中记载，秦代孝文王时期（公元前250年），任蜀守的李冰率领当地居民在广都（今四川省成都市天府新区和双流区）一带开凿盐井，在钻井过程中遇到天然气并引起大火——火井就这样诞生了。那时的川盐开采还处于非常原始的状态，多依赖天然咸泉、咸石。凿井汲卤煮盐法结束了巴蜀盐业生产的原始状况。
  这些盐井为大口浅井的雏形。大口井的井径一般在5米至8米，井深一般不超过15米。东汉是中国大口浅井型盐井蓬勃发展的时期，不但能开采自然盐泉、盐岩所标示的地下盐卤，而且能开采没有自然盐泉标示的地下盐卤。
  三国时，刘备实行联吴抗魏的政策。为表示对确立蜀吴联盟关系的祝贺，蜀国派邓芝带去了当时四川的特产——蜀锦。而孙权因对四川了解太少，以为蜀汉缺盐，就派回访官员张温随身携带两担盐作为礼物。秦宓是蜀国著名的谋士，他十分生气，让人抬上来200担井盐，还让县令陪张温参观了临宏火井——一个类似现代化的工厂。
  工厂里热气腾腾，一口口大锅依次摆开，锅内的卤水滚滚地开着。张温十分好奇为何锅下面没有柴火，仅有几根管子，便问那是什么。陪同的官员告诉他，那是地底下冒出的可以燃烧的气，叫作地气，这套工艺叫作火井煮盐。
  卓筒井
  进入宋代以后，统治者沿用了唐以后的盐井制度。大口井开凿技术已经不能适应当时的经济发展水平，其最大的开凿深度不过200多米，在长期开采的情况下，浅层卤水已逐渐枯竭，而埋藏在深处的卤水受技术限制无法开采使用，因而大口井逐步走向衰落。
  在这种环境下，卓筒井（又称“私井”）诞生了。卓筒井的钻凿口径只有碗口那么大，除了钻井的动力是用人力或畜力，其他的都与现代的钻井程序类似，主要包括开井口、下石圈、锉大口、制木竹、下木竹、扇泥和锉小井口。
  宋代杨佐到陵州（今四川省眉山市仁寿县）任推官后，产盐的陵井破败不堪，急需修护。但其中毒气弥漫，下人修井又必死无疑。《宋史·杨佐传》记载，佐教工人以木盘贮水，穴窍洒之，如雨滴然，谓之雨盘。如是累月，井干一新，利复其旧。这里所说的毒气为硫化氢，常伴随着天然气一同产出，只要吸入一点点就足以让人丢掉性命。杨佐观察到，下雨天的时候陵井内的毒气会减弱，于是便发明了雨盘，用于洒水。
  从现代科学知识来讲，是因为硫化氢气体易溶于水，雨天时雨滴会将大部分硫化氢溶解，从而将其浓度降低到使人致命的程度以下。等到天气放晴，气温升高，溶于水中的硫化氢又会重新释放出来，加上天然气喷出时重新携带新的硫化氢，它的浓度又会急剧提高。雨盘的发明是人类征服天然气过程中的重要一步，也为作业工匠的安全作业提供了保障。
  清吴鼎立《自流井风物名实说》记载，水火油得其一者，谓之见功。在这一阶段，由于井越来越深，地下淡水不断地渗入到井筒里面，为避免渗水，人们就发明了一种叫木竹的东西。木竹是用木材或者珠子做成的，下到井里来隔绝某一个深度上的水层，它的作用相当于现在的套管。
  清《四川盐法志》引《盐井图记》记载，因为井口只有碗口那么大，所以刚开始钻凿时，从井口灌水，钻到二三丈地下水层的时候，地下水就会从四周的岩石里流出来，就不用继续灌水了，每次钻进一两尺，就需要提起钻头，用竹筒把泥沙提上来。用来捞沙的竹筒大约有一丈长，把中间的竹节全都弄通透，用绳系住竹筒的一端，其底部用一块皮钱（具有启闭功能的圆形皮制器具）遮住。待竹筒到达泥水所在的地方，其底部就会张开，注满泥水。受到水的压力，竹筒底部会封闭起来，这样井里的泥水就被排出井外了。
  古人还学会了依据钻井内捞取出的岩石碎屑分析各种岩层情况，留下了原始的井下地层记录。从清朝开始，井上建立了岩口薄，相当于现在的录井。
  卓筒井的钻井设备与工艺在实践中逐渐被完善。踩架相当于现在的井台，天车滑轮相当于现在的井架，只是当时没有电动机，绞盘只能用畜力来作为动力。这在世界石油开发史上是一大进步。到11世纪末，我国已在陕北延安等地钻了第一批采油井。
  随着顿钻钻井技术的发展，到了清朝道光年间，1835年四川地区钻成世界上第一口井深超过千米的天然气盐井。
  火井王
  四川省自贡市因盐设市，自、贡两个字就是由自流井和贡井两个盐井名字合称而来。自贡盐场钻出了数千口天然气井，其中以磨子井产气量最大、压力最高，素有火井王之称，由在清朝陕西籍杨姓商人于清道光三十五年（1855年）开凿成功。
  杨家在今自贡市自流井区五星街东方锅炉公司招待所附近开凿盐井，但几年下来，耗尽家里所有积蓄，盐井仍然未开凿成功。眼看就要前功尽弃，杨家对工人说，他家只剩下一副石磨可卖了，把它抬去卖了一起打顿牙祭，大家就散伙。工人有感于杨家开凿盐井的执着，在酒足饭饱后都愿意再为杨家凿一个时辰，不料竟然几下就把井打穿，大火喷射而出，声音惊天动地。该井也因此被命名为磨子井。
  磨子井是一口天然气井，开凿之初每天气流量在100万立方米以上。20余年后的光绪二年（1876年），清朝湖南布政使李榕到这里考察时，亲见该井还可烧盐裹400余口。