Бурение артезианских скважин
(скважин на воду) О
французском вкладе в развитие буровой техники Одним из вопросов, постоянно
привлекающих внимание исследователя истории нефтяной промышленности, является
история создания бурового инструмента. И здесь, в силу исторических причин, выявляется
значительный вклад французской инженерной мысли. Интересно отметить, что использовавшийся
в России буровой инструмент до 80-х годов XIX века был, как нам представляется,
производным от французской продукции. В этом легко убедиться, сравнив рис. 1,
2, взятые из Французской энциклопедии, составленной Дидро и другими французскими
просветителями приблизительно в 1760 г., а также рис. 3-6.
Рис.1.
Гравюрное изображение инструмента для ручного “сухого” бурения скважин в 1750-1780
гг.
Винтовой бур (см. рис. 1) с кованой штангой 2 квадратного сечения и
с закрепленной поперечиной 3 служил для забуривания скважины. Штанга подвешивалась
хомутом к крюку 4 вертлюжного типа над устьем скважины, огражденным зажимным приспособлением
5. Бурение осуществлялось вращательным усилием двух и более бурильщиков, прикладываемым
к поперечине. После разрыхления породы на достаточную глубину винтовой бур извлекался
на поверхность и заменялся ложечным буром, при помощи которого разбуренная порода
поднималась на поверхность. Этот процесс продолжался до достижения необходимой
глубины под длину специально изготовленного деревянного кондуктора 6 квадратного
сечения. Кондуктор вбивался в пробуренную скважину с помощью направляющего приспособления
7. При этом удары копра 8 приходились на крышку 9. После установки кондуктора
бурение скважины продолжалось с использованием соответствующих буров (см. рис.
2)
Рис.2. Ложечный или ложковый бур 1, называвшийся в России “сверлящий
снаряд-желонка”, буры сверлящего действия разного вида (2, 3, 5) и сверлящий бур
с желонкой (4)
Французская инженерная мысль с начала XVI века находилась
под непосредственным благотворным влиянием гения великого итальянца Леонардо да
Винчи, последние годы жизни которого, годы неустанного творчества, прошли во Франции
под подчеркнуто восторженным покровительством короля Франциска I. Леонардо оставил
множество рисунков, набросков и схем различных приспособлений для сверления и
бурения поверхности, которые послужили основой создания технических средств при
сооружении разработанного им в 1517 г. проекта водоснабжения долины р. Луары.
Его талант был могучим импульсом, генерировавшим творческую фантазию французов
в столь важной для страны области знаний, как бурение артезианских скважин и сооружение
ирригационных систем. Это нашло подтверждение в последующие века. Так, в 1750
г. французы, используя идею Леонардо, изготовили и начали широко применять долота
спирально-винтового типа при бурении артезианских колодцев. Французские колодцы
имели значительно больший диаметр чем американские. Еще до 60-х годов XIX века,
начиная забуривание на поверхности с диаметра до 120 см (48’’), они на 550-м глубине
заканчивали скважину диаметром 38-50 см (15-20’’), достигая более значительных
результатов. Например, пробуренный с предполагаемым использованием энергии пара
в течение 1,5 лет в марте 1857 г. колодец питьевой воды “Пааси” в окрестностях
Парижа имел глубину 586 м и диаметр 71 см.
Рис.3. Ложечный или ложковый
бур, который применялся при бурении артезианской скважины в Гренелле (Франция,
1841 г.)
Французские технические новшества успешно распространялись
в различные страны для бурения артезианских, солевых, а впоследствии нефтяных
скважин. Во Франции первая нефтяная скважина (колодец) была пробурена (вырыта)
в 1745 г. Шаблоньером, а до 1785 г. на открытом в 1498 г. месторождении нефтенасыщенных
песков Пешельбронн в Эльзасе было сооружено еще несколько скважин глубиной 10-25
м.
Из огромного множества различных конструкций Леонардо особенно
значительным для нефтяников представляется, так называемый “ложечный” или “ложковый”
бур, пришедший в Россию из Франции и называвшийся в 40-е годы XIX века “сверлящим
снарядом-желонкой” диаметром 152-355 мм. Он повсеместно используется при ручном
и механическом бурении неглубоких скважин различного назначения с извлечением
разбуриваемой породы. Рассуждая о французском вкладе в развитие буровой техники
и технологии бурения, не могу не вспомнить интереснейшую беседу летом 1967 г.
двух выдающихся организаторов нефтяной промышленности, министра нефтедобывающей
промышленности СССР Валентина Дмитриевича Шашина с французом Рэнэ Наварром - почетным
Президентом Французского института нефти. Беседа, в которой я участвовал, являясь
ответственным за научно-технические связи с капиталистическими странами, проходила
в Москве и была посвящена обсуждению перспектив сотрудничества по разработке нового
шлангокабельного способа бурения нефтяных и газовых скважин. Р.Наварр приводил
удивительные данные об истории бурения скважин в его стране.
Рис.4.
Ложковые буры, сконструированные прибывшим в США французским инженером и выкованные
на месте. С их помощью в 1823 г. на плантациях землевладельца Прудома были пробурены
артезианские скважины. В исследованиях эти и другие буры, сконструированные тем
же французом, упоминаются как “инструмент Прудома”.
Сохранившиеся
записи беседы были впоследствии подтверждены в изданном в США в 1971 г. капитальном
американском исследовании истории бурения нефтяных скважин, с которым я познакомился
в последующие годы. Так, с 1785 по 1849 г. на месторождении Пешельбронн было пробурено
(выкопано) вручную с помощью лошадиной тяги 12 скважин глубиной 31-72 м и каждая
из них по установившейся с античных времен традиции имела свое имя (см. таблицу).
Однако дальше этого дело не пошло. Франция оказалась обделенной сколь-либо значительными
природными запасами нефти. В результате приводимый в таблице впечатляющий перечень,
по меньшей мере 11, опередивших свое время достижений в области сооружения нефтяных
скважин с использованием бурильных и землеройных средств на месторождении Пешельбронн
не привел к созданию нефтяной промышленности. Этот приоритет было суждено оспаривать
России и США, полностью использовавших достижения Франции.
Влияние
французских достижений в рассматриваемой области на американскую практику общепризнанно.
Одним из бесспорных подтверждений этого служат комплект буровых инструментов и
буровая установка, сконструированные в 1823 г. прибывшим в США безвестным французским
инженером и мастерски изготовленные местным кузнецом. Установка была предназначена
для ручного вращательного бурения артезианских скважин с целью получения воды
надежного качества, необходимой для нужд плантациях в штате Луизиана, принадлежавших
выходцам из Франции по фамилии Прудом. Этим инструментом бригада из четырех бурильщиков
пробурила 3-4 скважины глубиной 122 м (400 футов), диаметром 16,5 см (6,5’’).
“Инструмент Прудома” и буровая установка послужили основой для последовавших американских
патентов. В частности, патенты на американскую установку и схожий инструмент были
вручены в 1825 и в 1830 г. американцу Леви Дизброу (патенты сгорели при пожаре
и были вновь подтверждены в 1843 г.). Однако до наших дней прекрасно сохранился
весь комплект бурового “инструмента Прудома”, выкованного очевидно из коррозионно-стойкого
металла и экспонируемого в Музее плантации Прудома в Луизиане (см. рис.6).
Рис.6. Инструменты Прудома (1823 г.):
а – инструмент
по профилированию скважины; b - грунтоносы; c – расширяющие долота (римеры); d
– бурильные сверла и долота для ударно-канатного бурения; g – желонки для использования
в скважинах с незакрытым притоком почвенных вод и ловильный инструмент
Французы раньше американцев создали конструкцию балансира, использование которого
обеспечивало ритмические удары долота о забой при бурении артезианских скважин.
Появление балансира вызвало необходимость перехода от бурения с использованием
мускульной энергии к механическому бурению с использованием энергии пара. Хотя
прототип конструкции балансира был наглядно продемонстрирован на первых лабораторных
моделях парового двигателя в конструкциях англичан Ньюкомена (1705 г.), Уатта
(1774, 1781 г.) и нашего соотечественника Ползунова (1765 г.), а также в конструкциях
пароходных паросиловых установок американцев Эванса (1800, 1804 г.) и Фултона
(1807 г.) и в локомотивах англичанина Стивенсона (1833 г.), приоритет в использовании
балансира при бурении по-видимому принадлежит французам.
Французы
были первыми и в применении циркуляции жидкости при бурении с использованием полых
кованных труб вместо традиционных штанг в 1845 г. Правда первый патент на использование
циркуляции жидкости и конструкцию вертлюга при вращательном, с применением мускульной
силы, бурении датирован 12 июля 1844 г. и принадлежит англичанину Роберту Берту.
Однако в нем речь идет о так называемой “реверсивной циркуляции”, при которой
жидкость для очистки долота и выноса шлама предлагалось закачивать в затрубное
пространство с выносом разбуренной породы на поверхность через внутреннюю полость
трубы. К тому же патент так и не был реализован на практике. Изобретенный французом
Фавеллом в 1845 г. принцип был предназначен для ударно-штангового бурения скважин
с периодическим проворотом труб для повышения эффективности долота и предусматривал
нагнетание жидкости во внутреннюю полость трубы с выносом шлама через затрубное
пространство. В отличие от Р.Берта в том же году Фавелл собрал в местечке Перпиньян
установку и, пользуясь разработанным способом, за 140 ч чистого времени пробурил
артезианскую скважину глубиной 170 м, что явилось по тем временам выдающимся достижением.
С учетом монтажа установки общее время составило 23 дня (с 1 по 23 июля 1845 г.).
Специально откованные трубы имели резьбовое соединение. Принцип Фавелла был повсеместно
принят буровиками и до настоящего времени используется в бурении.
Именно изобретательности француза Рудольфа Лешота буровики обязаны появлением
алмазного колонкового бурения. Сконструированная им установка была впервые применена
при сооружении первого туннеля в Швейцарских Альпах. Используя свой инженерный
опыт применения алмазного инструмента и шлифовальных кругов при обработке металла,
и, возможно, разработанные Бертом и Фавеллом принципы бурения с промывкой промывочной
жидкостью, Лешот предложил свою установку для бурения взрывных шпуров. Успех превзошел
все ожидания. Изобретение установки алмазного колонкового бурения стало свершившимся
фактом и было юридически оформлено в США в 1863 г. в памятный для французов день
14 июля, когда Лешоту был вручен американский патент на изобретение.
Источник: http://www.oil-industry.ru |
