2014年1月12日星期日

北宋时发明的深井钻探技术--卓筒井

天工开物:

井盐

  凡滇、蜀两省远离海滨,舟车艰通,形势高上,其咸脉即韫藏地中。凡蜀中石山去河不远者,多可造井取盐。盐井周围不过数寸,其上口一小盂覆之有余,深必十丈以外乃得卤性,故造井功费甚难。

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  其器冶铁锥,如碓嘴形,其尖使极刚利,向石山舂凿成孔。其身破竹缠绳,夹悬此锥。每舂深入数尺,则又以竹接其身使引而长。初入丈许,或以足踏锥梢,如舂米形。太深则用手捧持顿下。所舂石成碎粉,随以长竹接引,悬铁盏挖之而上。大抵深者半载,浅者月余,乃得一井成就。

  盖井中空阔,则卤乞游散,不克结盐故也。井及泉后,择美竹长丈者,凿净其中节,留底不去。其喉下安消息,吸水入筒,用长ㄌ系竹沉下,其中水满。井上悬桔槔、辘轳诸具,制盘驾牛。牛曳盘转,辘轳绞ㄌ,汲水而上。入于釜中煎炼,(只用中釜,不用牢盆。)顷刻结盐,色成至白。

  西川有火井,事奇甚。其井居然冷水,绝无火气,但以长竹剖开去节合缝漆布,一头插入井底,其上曲接,以口紧对釜脐,注卤水釜中。只见火意烘烘,水即滚沸。启竹而视之,绝无半点焦炎意。未见火形而用火神,此世间大奇事也,凡川、滇盐井逃课掩盖至易,不可穷诘。
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这段描写是讲明朝时四川如何进行深井钻探,获取卤水,这种盐井(卓筒井)直径很小,但却很深,和一般的井截然不同,书中描写,必须深达十丈以上才可以获得卤水,钻探的主要方法是用很重的尖锥高高落下,借住重力,钻开土石层,敲碎的泥沙、碎石,用中空的大竹吸上来,卤水也一样,使用竹子抽取卤水,再提上来。

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清朝四川盐井的钻探工具。清朝中期,四川的盐井据说深达二三百丈,这种深度钻探极为困难,获取卤水的成本也太高,是不是真实,还有待继续考察。

 
引:

古代开凿深井,主要用于开采井盐卤水,称盐井;后来发展到开采 天然气,称火井。战国末期秦国蜀太守李冰在今四川省双流县境内开凿盐井,汲卤煮盐。北宋以前的盐井都是大口径的以陵井为例,井口“周回四丈”(《陵州图经》),井深最大达到80丈。

  卓筒井 北宋庆历(1041~1048)皇(1049~1054)年间,在今四川五通桥盐区和自贡盐井出现了小口径深井,称为卓筒井。“卓筒”是直如竹筒的意思。凿井时,用圆刃铁锉,凿出的井口如碗大,深数十丈,用巨竹去节,套接成为井壁。再用较细的竹子制成水桶,提取卤水,一桶可提数斗(《东坡志林》卷四)。四川各盐区的卓筒井,有盐井、火井和水火井三种,以盐井为主。盐井又有岩盐井和卤水井之分。前者在钻到盐层后,注水浸卤,然后汲出。后者直接汲卤煮盐。火井引出天然气,作为煮盐的燃料,水火井则兼采卤水和天然气。卓筒井最初深数十丈,从明末到清中叶,井深迅速发展到二三百丈。清末,井深已达到三百二十丈。表明在这段时间内,凿井技术出现了重大突破,这主要是发明了多种处理井中事故的工具,使井深有可能超过千米。


凿井工具

  开凿卓筒井所用各种工具的形制和规格首见于明代马骥《盐井图记》,但文存图佚。后来,清丁宝桢等《四川盐法志》及近人吴受彤等《四川盐政史》都有详细的凿井器具图说。《四川盐法志》卷 3所载凿井器具达41种,《四川盐政史》卷2所载器具达72种(图1[凿井工具图])。

钻具

  名目繁多,通称为锉(钻头)。自贡井富荣盐场凿大口主要用“鱼尾锉”,长一丈,重一二百斤不等。凿小口主要用“银锭锉”,重100斤到300斤不等。有时也用马蹄锉。

清孔工具

  名为“吞筒”,长一丈余,用南竹制成,去节中空,底端内部装有“皮钱”(阀门),可以启闭,用来汲取井中泥水及岩屑。

打捞工具

  用来处理锉井事故,种类甚多。最常用的“扫镰”,是用来打捞掉落井中的锉柄、篾索等,“五股须”,用来打捞钎头等。

扫孔工具

  最常用的有“海螺”和“刮筒”两种。如井被泥塞住,可用海螺凿通,然后用刮筒刮去井身附着的泥土。

护井装备

  卓筒井井身须用石圈和套管保护。

石圈

  为方形石块,中开圆孔,直径一尺左右。

套管

  宋代所用套管是用“巨竹去节”制成。明代套管有“木竹”和“竹”两种。木竹是把圆木剖成两半,中间挖空,然后用麻捆在一起,成为圆筒,再用油灰填塞缝隙。竹产于马湖山,也要用麻捆裹,防止破裂。套管可以阻止井壁四周淡水入井(《蜀中广记》)卷66引《盐井图记》。清代套管全用坚实圆木制成。


地面装置

  在地面竖立钻架,装置地滚、盘车和天车等。钻架竖于井口之侧,高一丈左右,上装花滚子,后附长短踩架,架前另置一横木,称为碓板。碓板前端安装一个可以转动的铁环,碓板上有麻绳,用来系住垂入井中的篾片。篾片首尾联接,联接处锯有衔口,用苎麻缚牢。篾片长度由数丈以至数百丈,上端由花滚子通过地滚,系于盘车上。锉井时,浅井常用人力挽车,深井用水牛拖车,开始用牛一、二头,以后逐渐加至六、七头。


施工程序

开井口

  井位选定后,先开一圆井,深度以达到基岩为止。

下石圈

  将石圈层垒于基岩之上,砌至与地相平。

锉大口

  用鱼尾锉等大型铁锉,通过石圈向基岩冲击。锉井时,数人在踩架上,用脚踏碓板末端,使之贴地,碓头抬高,井下铁锉系在碓头上,也被抬高。脚松开后,碓和铁锉下坠。这样一起一落,连续不断,即可将岩石舂碎。锉井时,一人在井前转动碓头上的环,锉在井下也随之转向,锉出圆孔(《四川盐政史》卷2)。大口深度以锉至坚硬岩层,无淡水渗出为止。

扇泥

  即清孔。将吞筒放入井底,使碎石泥砂随水冲开皮钱进入筒中,然后用盘车提出。

下木竹

  木竹每段长八、九尺,依次下入井中,上与地平。

锉小口

  木竹安置后,换用银锭锉等小型铁锉,向含卤水岩层凿进。在锉井过程中,随锉随即扇泥。扇起的泥,必须详加考察属于何种岩层,并详细记录,作为以后修理井身和另锉新井的参考。在凿穿含卤水、岩盐或天然气的岩层后,即终止锉孔

  总观全井结构,下段(小口)井壁是坚硬的岩石,中段(大口)凿孔较大,井壁为木竹;上段在木竹之外又加箍石圈。从地面至井底,井眼的大小是一样的。

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自贡燊海井

核心提示:自贡燊海井座落在大安区阮家坝山下,占地面积3亩,井位海拨341.4米。该井开钻于清代道光十五年(公元1835年),历时3年,方始凿成。井深1001.42米,既产卤,又产气。

  自贡燊海井座落在大安区阮家坝山下,占地面积3亩,井位海拨341.4米。该井开钻于清代道光十五年(公元1835年),历时3年,方始凿成。井深1001.42米,既产卤,又产气。

  地理位置

  它最令盐都人引以自豪的,是这口被称作世界上第一口最早由人工钻凿的超千米深井。它在钻井技术之上,堪称世界之最。

  中国古盐井,位于四川省自贡市大安区长堰塘,占地面积3亩,井位海拔341.4米,处在一口叫做长堰塘的堰塘旁边。
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开凿作用


历史资料

  燊海井凿成于1835年,深1001.42米,占地面积约1500平方米,是世界上第一口超1000米深井。至今仍保留着19世纪初的布局和风貌,是一处典型的清代井盐生产现场。其主要生产天然气和黑卤物质,原日产天然气8500立方米和黑卤14立方米,现日产天然气只有1000多立方米。燊海井是中国古代钻井工艺成熟的标志,是世界科技发展史上的重要里程碑,具有独特的历史价值和科学价值。1988年1月,国务院还将其列入了全国重点文物保护单位。

  历史发展

  该井开钻于清代道光十五年(公元1835年),历时3年,方始凿成。井深1001.42米,既产卤,又产气。当时,卤水自喷量每日约14立方米,并且能日产4800-8000立方米天然气,可供14吨盐的燃烧。据有关资料记载,当 海井钻成11年后,俄国的谢苗诺夫都于1846年钻成了口浅井,采出少量井油。再过13年之后,美国的狄拉克才于1859年8月,钻成一口21.69米深的井,而且只从井里采出1.8吨多的井油。由此看来,中华民族不仅是一个勤劳勇敢的民族,而且具有昭著于世界的聪明才智。

燊海井的开凿,不仅揭开了这块三迭纪嘉陵江石灰岩地层地区的秘密,而且由此因盐兴市,各地盐绅商贾纷至沓来,凿井设灶,一时市景繁华。周围1.2平方公里的地方,就先后钻井198口,平均6060平方米就有一眼井,呈现“天车”林立,锅灶密布,视管纵横,云蒸雾蔚,一派井盐生产的繁华景象。

  燊海井灶几度更名,先为元昌灶、荣华灶、乾元灶、四义灶,后改名过益记德新灶、新记同森灶、君记同森灶、益记同森灶、金和德星灶、福记同益灶、建记同森灶7个灶名。

自贡燊海井

核心提示:自贡燊海井座落在大安区阮家坝山下,占地面积3亩,井位海拨341.4米。该井开钻于清代道光十五年(公元1835年),历时3年,方始凿成。井深1001.42米,既产卤,又产气。

  自贡燊海井座落在大安区阮家坝山下,占地面积3亩,井位海拨341.4米。该井开钻于清代道光十五年(公元1835年),历时3年,方始凿成。井深1001.42米,既产卤,又产气。

  地理位置

  它最令盐都人引以自豪的,是这口被称作世界上第一口最早由人工钻凿的超千米深井。它在钻井技术之上,堪称世界之最。

  中国古盐井,位于四川省自贡市大安区长堰塘,占地面积3亩,井位海拔341.4米,处在一口叫做长堰塘的堰塘旁边。
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开凿作用

历史资料

  燊海井凿成于1835年,深1001.42米,占地面积约1500平方米,是世界上第一口超1000米深井。至今仍保留着19世纪初的布局和风貌,是一处典型的清代井盐生产现场。其主要生产天然气和黑卤物质,原日产天然气8500立方米和黑卤14立方米,现日产天然气只有1000多立方米。燊海井是中国古代钻井工艺成熟的标志,是世界科技发展史上的重要里程碑,具有独特的历史价值和科学价值。1988年1月,国务院还将其列入了全国重点文物保护单位。

  历史发展

  该井开钻于清代道光十五年(公元1835年),历时3年,方始凿成。井深1001.42米,既产卤,又产气。当时,卤水自喷量每日约14立方米,并且能日产4800-8000立方米天然气,可供14吨盐的燃烧。据有关资料记载,当 海井钻成11年后,俄国的谢苗诺夫都于1846年钻成了口浅井,采出少量井油。再过13年之后,美国的狄拉克才于1859年8月,钻成一口21.69米深的井,而且只从井里采出1.8吨多的井油。由此看来,中华民族不仅是一个勤劳勇敢的民族,而且具有昭著于世界的聪明才智。

燊海井的开凿,不仅揭开了这块三迭纪嘉陵江石灰岩地层地区的秘密,而且由此因盐兴市,各地盐绅商贾纷至沓来,凿井设灶,一时市景繁华。周围1.2平方公里的地方,就先后钻井198口,平均6060平方米就有一眼井,呈现“天车”林立,锅灶密布,视管纵横,云蒸雾蔚,一派井盐生产的繁华景象。

  燊海井灶几度更名,先为元昌灶、荣华灶、乾元灶、四义灶,后改名过益记德新灶、新记同森灶、君记同森灶、益记同森灶、金和德星灶、福记同益灶、建记同森灶7个灶名。


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距今已一百五十多年的这些深井,到后来卤水量逐渐减少,乃至枯竭,然而天然气层却“取而代之”,源源为断,日产8500立方米。人间沧桑,一直到了20世纪50年代, 燊海井因产量减少,压力不足而停产。后来安了抽气机,用管子轴气,将气送到灶房,供现有八口圆锅煎盐之用,每班有几位盐工操作,班产量原盐两吨左右。

  1988年, 燊海井正式被四川省人民政府列为全国重点保护文物。井灶修葺一新,恢复了当年用牛汲卤,用井里产的低压天然气熬盐的真实情景;保留了那巍然挺立,用一根根圆木、蔑索捆制而成的、高达18.3米的“天车”;运用杠杆原理,由数人在碓架上一脚脚蹬踩冲击打井的木碓架。这座古盐井的旧遗迹对外开放,供中外游人参观。

  燊海井, 始凿于公元1835年(清道光十五年),3年后见功.井探达1001.42米。这个数字,一个开凿时间.一个井的深度.将燊海井定位在一个光辉的位量置——人类钻井史上第一口超千米深井!由是,燊海井蜚声中外,响誉全世界,令盐都人自豪,也为中国人争了光,它向世界昭示:勤劳智慧的中华民族.不仅为人类的进步贡献了“四大发明”等一系列重大科技成果,创造了辉煌灿烂的古代文明,而且即使在西方资本主义文明勃兴的近代,以燊海井为标志的中国钻井技术,也遥遥领先世界水平.据载.燊海井凿成9年后的l846年,俄国人谢诺夫才钻出8口浅油井.2l年后的l859年,美国人狄拉克也只钻出一口深不过21.69米的油井,采出了1.8吨石油,如果与燊海井相比,他们巳是相形见绌的,无足挂齿了.
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 制盐工艺


燊海井低压火花圆锅制盐是一种古老的传统的制盐工艺,制盐的主要原料为卤、黑卤、盐岩卤三种。燃料为燊海井自产的低天然气。制盐的锅灶型采用圆锅灶,亦称瓮笼灶。主要制盐工具有:灶笼子、铁铲、烟子扁、磨盐扁等。

  制盐工艺共分为四大流程:一是提清化净,将卤水排放入圆锅中烧热,随后把准备好的黄豆豆浆按一定比例下锅,分离出杂质,以提高盐质。二是提取杂质。三是下渣盐、铲盐。最后是淋盐、验盐。

  开凿成功  

燊海井的开凿成功不是偶然的,它是随卓筒井的出现而兴起于北宋庆历(1041一1048)年间的“冲击式顿钻凿井法”,日臻成熟的必然结果,这一传统的钻井技术、仅就设备而言、至燊海井开凿期,就巳形成了由木制碓架、井架(天车)、天地辊(滑轮)、大地车(绞车)组成的一套完整的体系,这套设备体系、即使在今天看来,也是够科学、完善的。运用这套设备钻井.先是倒碓,劳动者站在碾架上,足踏碓板,翘起碓头将连接着的锉头提起、接着劳动者跳开,锉头随着落下的碓头.在重力的作用下向着井底猛力冲击顿钻.如此一踏一跳,锉头一起一落.反复冲击顿钻.然后再推动大地车,通过滑轮天车,将扇泥筒下到井底,把钻凿出的泥浆碎石提取出来,像这样凿成一口井,往往要几年甚至一二十年时间。所以.燊海井的凿成,不仅标志着我国传统钻井技术的成熟和先进,也体现并饱含着我国劳动者的无比坚毅和艰辛。

  燊海井见功之初,日喷黑卤万余担,日产天然气8500立方米,可烧盐锅80余口.日产盐14吨左右.是一眼卤、气同采的高产井。它不仅为业主带来了直接而丰厚的经济利益.更发要的是向盐场的经营者们提供了极富价值的启示——地层深处的“三叠纪嘉陵江组石灰岩层”,是高咸黑卤和天然气含量俱丰的层位,从而吹响了盐场向地层深处进军的号角。

  此后,短短10余年间,经营者们或新钻深井.或淘复加深旧井,使当时称作富荣盐场的自贡地区.盐井如星罗棋布,天车林立.灶房毗连.地层深处的黑卤和天然气资源被源源不绝地开采出来.富荣盐场迅速走上了“水丰火旺”的鼎盛时期,其排名在四川跃而居榜首.

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燊海井天车


天车被誉为四川自贡盐场奇观之一,是将若干杉木连结,以竹篾绳捆扎成巨大的支架,竖于井口,用于采卤、淘井、治井。天车井架十分壮观,不管从采卤或者古建筑角度来说,都是盐都自贡特有的、不可多得的文物。据史书记载,自贡在近两千年的盐业生产过程中,遗存有一大批古井、天车,1914年仅自流井就有“水火两井共960眼”,而废井则有11800多眼,所以流传有“自流井盐井(天车)多如麻筛”的说法。2006年2月12日,被称为自贡标志的“东方埃菲尔铁塔”——“天车”模型和燊海井模型双双在当天开幕的中国非物质文化遗产保护成果展上亮相。


  燊海井的现在

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燊海井

1984年,在自贡市盐业公司,市文化局,市盐业历史博物馆在的共同努力下,国家文物局拨出专款.对燊悔井进行了复原性维修,从而基本上再现了燊海井十九世纪的历史风貌全面貌.

  1988年,修葺一新的燊海井被国务院正式列为全国重点文物保护单位,向中外游人开放。




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