Покорители земных недр - [12]
Глубина наших первых скважин не превышала 100 м, а диаметр их достигал 1 м. По размерам это были скорее не скважины, а шахты или глубокие шурфы. Проходка подобных выработок даже при современной технике — дело далеко не простое. Бурение выполнялось тем же ударным способом, но качание снаряда осуществлялось не упругим балансиром, а с помощью поперечной балки длиной до 20 м, действующей по принципу старорусского колодезного, «журавля» (рис. 12).
На одном конце коромысла «журавля» укреплялся контргруз, к другому подвешивался ударный инструмент. Ручной ворот особой конструкции с вертикальным расположением оси сообщал всей системе колебательные движения. Соляной раствор поднимался по деревянным трубам, которыми были обсажены стенки скважины на всю глубину. Высота конструкции достигала 18 м. И вообще, масштабы сооружения по тем временам были более чем значительными, в определенном смысле даже монументальными. Для сравнения можно отметить, что высота средней по размерам современной буровой вышки, применяемой при разведке твердых полезных ископаемых, не больше 12–14 м.
Ударный способ бурения на первых порах был настолько прост и эффективен, что о проходке скважин с вращением снаряда даже не задумывались. Особой потребности в таком способе не было. Первые вращательные устройства для проходки колодцев появились в Италии в середине XV века, а чуть позднее, в 1517 г., гениальным Леонардо да Винчи была изобретена первая буровая установка с треногой (рис. 13). В торце бурового снаряда находился наконечник в виде змеевика (аналогичный наконечник в модернизированном виде применяется и в настоящее время; сейчас он называется шнеком). Вращение снаряда выполнялось вручную с помощью рукоятки-крестовины, перемещаемой вверх по штанге по мере углубки скважины.
Вращательным методом во Франции и Италии бурились многие скважины на воду, и к середине XIX века во Франции уже была возможность бурить на глубину до 550–570 м с помощью ручных приводов. В 1845 г. Робертом Беартом запатентован первый роторный станок с промывкой, опробованный также во Франции. К середине XIX века по технологии бурения Европа опережала Америку, но все модели буровых станков работали еще в основном на мускульном усилии человека.
Все это относится к бурению скважин в мягких породах, где их разрушение на забое не является главной трудностью. Гораздо больше проблем для бурения в таких породах возникает при операции крепления стенок и при подъеме — опускании бурового снаряда в скважину.
Но как же быть, если необходимо пробурить граниты, кварциты, диабазы и другие твердые и очень твердые породы? Использовать для бурения таких пород алмазы — самые твердые из известных на Земле веществ — предложил в 1862 г. швейцарец Георг Лешо. Его сын Рудольф вместе с механиком Пиге усовершенствовали предложенный метод, создав специальный станок для бурения и способ закрепления алмазов в буровом инструменте. Алмазное бурение было с успехом применено при проходке железнодорожных тоннелей в Швейцарских Альпах и при бурении шпуров на мраморных карьерах.
Буровой станок Лешо — Пиге представлял собой трубу, на конце которой закреплялись кристаллы технических алмазов. Труба соединялась с металлической пустотелой штангой, вращаемой паровой машиной через систему передач. С помощью массивного чугунного груза на штангу передавалась необходимая осевая нагрузка. Очистка забоя скважины от разрушенной породы осуществлялась струей воды, нагнетавшейся насосом в скважину через полую штангу. Этот принцип лег в основу всех последующих (и современных) конструкций станков вращательного бурения.
Так в горной практике началась эра алмазного бурения — одного из эффективнейших современных способов разрушения горных пород при бурении скважин, и все последующие (до наших дней) наиболее существенные изобретения и технические усовершенствования в области бурения на твердые полезные ископаемые были связаны с этим способом.
У нас в России вращательное бурение по-настоящему было впервые применено в 30-х годах прошлого века при поисках нефти на Кубани. Именно при поисках, поскольку добыча нефти в то время осуществлялась из колодцев, пройденных ручным способом. Добывать нефть через скважины из-за отсутствия насосов, надежных труб и другого оборудования было тогда практически невозможно. Поэтому для начала отбуривали скважину, а уж потом — при появлении признаков нефти — на месте скважины рыли колодец.
В 1869 г. из бурившейся на Апшеронском полуострове скважины вырвался могучий фонтан газа. Вместе с газом начал вылетать песок с обломками камней. Фонтанирование сопровождалось невероятным шумом, даже ревом. По всей вероятности, скважина вошла в залежь с огромным пластовым давлением. Столь простое и логичное объяснение мы можем дать сейчас, вооруженные современными знаниями и имеющие опыт, полученный на сотнях фонтанирующих скважин. А тогда, во время первого взрыва, подобное явление могло вызвать только ужас, и естественно, что оно было списано на нечистую силу, — дескать, скважина достигла преисподней. Бурение и на Апшероне, и в других местах было полностью прекращено, и нефтяники вернулись к лопате и к рытью колодцев.
