Ключи от недр

История развития технологий бурения в России

Текст: Александр Матвейчук
Фото: ТАСС

В Средние века нефть не пользовалась на Руси большим спросом. Куда более важным и прибыльным делом был соляной промысел, и бурение долгое время применялось именно для добычи соли. Но время шло, промышленность развивалась и значение ископаемых энергоносителей увеличивалось. Постепенное совершенствование старинной технологии привело к тому, что в 1866 году на Кубани был получен первый на территории нашей страны нефтяной фонтан

Первая «азбука» трубных мастеров

Архивные документы свидетельствуют, что в Средние века на Руси были известны технологии разрушения горных пород ударным способом. Первоначально их распространение было связано с развитием соляных промыслов. В грамоте новгородского князя Святослава Ольговича, дарованной им в 1137 году Софийскому собору, упоминаются «соляные варницы» Двинской земли. В Новгородских летописях также содержится информация о «соляных колодцах и варницах», находившихся в начале XII века в районе Старой Руссы. В XIII веке новым центром русского солеварения стала Тотьма. Затем в XIV— XVII веках на территории Московского государства появились Нерехотские соляные промыслы возле Костромы, Сольвычегодские возле Архангельска, Балахнинские недалеко от Нижнего Новгорода, Строгановские в Прикамье. Здесь добыча соляного раствора активно велась из большого числа «труб рассольных», ручное бурение которых осуществлялось весьма длительный период.

К концу XVI века отечественные историки относят создание в России первого рукописного технического руководства по бурению скважин под названием «Роспись, как зачать делать новая труба на новом месте». Здесь подробно освещалось, как «трубы класти уметь», то есть как бурить скважины для получения рассола, какой применять инструмент, как брать пробу и вести записи о ходе бурения. В рукописи встречается 128 технических и специальных выражений, исключительно русских, среди них: «напарьи, что трубы вертят», «долота росолных труб», «трубные тесла», «буравы» и др.

По заветам Петра Великого

С именем императора Петра I связаны большие экономические, социальные и административные преобразования в России. При нем была создана горнозаводская промышленность, установлено горное законодательство, введено начальное горное образование. Согласно указу Петра I от 24 августа 1700 года для руководства горным делом был создан особый Приказ рудокопных дел.

В январе 1716 года Петр I отправился в продолжительное путешествие в Европу, где встречался с выдающимися представителями науки и горного дела. После его возвращения в системе государственных учреждений произошли новые важные структурные преобразования. Так, по царскому указу от 10 декабря 1719 года было образовано самостоятельное горное учреждение — Берг-коллегия, с местными органами — берг-амтами. В тот же день царь утвердил и Берг-привилегию, законодательный акт, вплоть до 1807 года определявший политику правительства в горнорудной промышленности. Согласно ее положениям, всякому россиянину давалось право «всюду искать, плавить, варить и чистить металлы и минералы» при условии платежа «горной подати».

Автором первой технической книги по горному делу на русском языке стал великий русский ученый Михаил Ломоносов, издавший в 1763 году классический труд «Первые основания металлургии, или рудных дел». В 1785 году в Санкт-Петербурге была опубликована книга «Первые основания искусства горных и соляных производств» директора Старорусского солеваренного завода Франца Канкрина, в которой содержался раздел с кратким описанием техники ручного бурения скважин и применяемого инструмента. Уже в 1843 году в Санкт-Петербурге вышел в свет энциклопедический труд капитана Корпуса горных инженеров Алексея Узатиса «Курс горного искусства». В нем были подробно освещены вопросы разведки месторождений полезных ископаемых, горной механики, креплений горных выработок, дано аналитическое обоснование ряда процессов, сопутствующих процессу добычи полезных ископаемых (водоотлив, подъем, доставка). Отдельная глава была посвящена буровым работам. На многие годы именно эта книга стала энциклопедическим руководством, обобщающим теоретические и практические проблемы горной техники первой половины XIX века.

Автором первой технической книги по горному делу на русском языке стал Михаил Ломоносов

Русские нефтяники Монька и Таран

После завершения Русско-турецкой войны в состав Российской империи вошли территории Причерноморья, включая Кубань. 30 июня 1792 года императрица Екатерина II подписала «Высочайшую грамоту, жалованную Черноморскому казачьему войску», в которой ему в вечное владение передавался «в области Таврический остров Фанагория со всей землею, лежащей по правую сторону реки Кубань от устья ее, к Усть-Лабинскому редуту, так чтобы с одной стороны р. Кубань, а с другой Азовское море до Ейского городка служили границей войсковой земли...»

Первый отряд строевых казаков под командованием полковника Саввы Белого прибыл в Тамань 25 августа 1792 года на гребных судах. За ними последовали новые партии казаков, ставших надежной сторожевой опорой этого края. С того же года Черноморское казачье войско начало кустарную добычу нефти из нефтяных источников Таманского полуострова для собственных нужд. Настоятельная потребность в поставках нефти возникла и у Черноморского флота, созданного из кораблей и судов Азовской флотилии.

До наших дней дошел документ, хранящийся в Краснодарском краевом государственном архиве, свидетельствующий о зарождении нефтяного промысла. Это прошение одного из первых кубанских нефтяников — казака Ивана Тарана, — который в течение 30 лет занимался этим промыслом, на имя императрицы Екатерины II. Из архивных документов стало известно и еще одно имя кубанского нефтяника — казака по прозвищу Монька. В 1822 году по решению казачьего правления он осуществлял надзор за состоянием нефтяных колодцев. В его команду входили несколько человек, и с помощью шанцевого инструмента они искали нефть и ремонтировали старые колодцы. По инициативе атамана Черноморского казачьего войска генерал-майора Николая Завадовского на Кубани были сделаны первые шаги по упорядочению нефтяного дела. В 1829 году в Черноморском казачьем войске введена должность смотрителя нефтяных колодцев, стали осуществляться и другие целенаправленные мероприятия по обустройству нефтяных промыслов. В отчете обер-гиттенфервалтера Павла Фолледорфа, направленного летом 1835 года на Кубань, содержится важный факт: в середине 30-х годов XIX века кубанскими казаками при поисковых работах уже на постоянной основе применялось ручное бурение. Поскольку на нефтяных промыслах Апшеронского полуострова, находившихся в составе Российской империи, в то время велась только колодезная добыча нефти, то можно с уверенностью говорить о зарождении отечественного бурения на нефть именно на Кубани.

Нефтяная вышка вблизи г. Керчи

Буровые инновации Романовского

Среди выдающихся представителей российского горного дела Геннадий Романовский занимает особое место как специалист, внесший весомый вклад в разведку российских нефтяных месторождений и становление машинного бурения в стране. В 1851 году он окончил Институт Корпуса горных инженеров в Санкт-Петербурге и получил предписание по «дальнейшему прохождению службы» в Подмосковном регионе. Его увлечение бурением в ходе учебы было замечено руководством Горного департамента и совпало с необходимостью активизировать в Центральной России создание систем устойчивого снабжения губернских и уездных городов питьевой водой. Для этого в течение двух лет, с 1851 по 1853 год, поручик Романовский проводил геологические исследования в Тульской, Рязанской, Калужской и Московской губерниях. В 1853 году он успешно руководил бурением артезианской скважины в Серпухове.

Инженер Геннадий Романовский впервые применил мобильный паровой двигатель для проходки твердых пород ударно-штанговым способом

Именно Романовский обратил внимание на существенные недостатки долот, закупаемых за границей. После кратковременного употребления они затуплялись, и для их восстановления приходилось производить дорогостоящую наварку сталью. Горный инженер нашел достаточно простое и эффективное решение, впервые в России предложив оригинальную конструкцию долота с вставными лезвиями. Еще одной новинкой стало усовершенствование способа тампонажа буровых скважин. Использование изобретенного поручиком Романовским цементировочного желоночного устройства позволило обеспечить надежное закрепление цементом стенки скважины.

Примером его новаторского подхода стало бурение скважины недалеко от Подольска в Московской губернии летом 1859 года. Здесь для проходки твердых пород ударно-штанговым способом он впервые применил мобильный паровой двигатель.

Романовский был активным пропагандистом новых методов и передовой техники бурения и опубликовал немало статей. Неудивительно, что, когда директор Горного департамента Владимир Рашет выбирал кандидатуру специалиста для ответственной командировки за границу, он остановился именно на Геннадии Романовском. В 1865 году «по высочайшему повелению» подполковник Романовский первым из русских специалистов был направлен в десятимесячную командировку в США для «изучения геологического характера месторождений нефти, способов разведки и добычи».

Романовский принял участие в машинном бурении нефтяных скважин неподалеку от городка Паркерсбург в Пенсильвании, колыбели нефтяной отрасли. Увиденное произвело на него сильное впечатление. Вот что записал он в своем путевом дневнике: «При открытии некоторых источников горного масла в Пенсильвании оно выбрасывалось из скважин вместе с грязью и водою, притом иногда с такою силою, что срывало крыши буровых зданий, имеющих от 50 до 70 футов высоты». После американской командировки Геннадий Романовский предложил свою конструкцию оригинального бурового инструмента — «самопада».

Кубанский прорыв

Знаковым событием в истории бурения на нефть стало получение в феврале 1866 года первого нефтяного фонтана в России.

В 1863 году войсковое правление Кубанского казачьего войска заключило три откупных договора с гвардии полковником Ардалионом Николаевичем Новосильцевым на эксплуатацию имеющихся нефтяных источников, а также разведку новых с монопольным правом добычи нефти до 1 мая 1872 года на обширной территории. После полного провала в 1864 году приглашенной им американской буровой бригады, Новосильцев обратился к опыту отечественных специалистов. По рекомендации горного инженера Фридриха Кокшуля было принято решение о сосредоточении разведки на нефть в районе притоков Кубани — рек Кудако и Псиф. 15 февраля 1866 года из скважины № 1 с глубины 123,5 футов (37,6 м) был получен первый в истории России нефтяной фонтан, ознаменовавший начало индустриального этапа в истории нефтяной промышленности. «3-го сего февраля пробит был камень, и с необыкновенным шумом открылась сильная струя чистой нефти, дающая без помощи локомобиля и пособий рабочих посредством одних только труб от 1500 до 2000 ведер в каждые двадцать четыре часа», — говорилось в донесении командиру Адагумского полка в связи с этим событием.

В конце XIX века российские буровые специалисты разработали собственную технику штангового бурения со свободнопадающим инструментом

План нефтепромысла Новосильцева на Кубани

Нефтяной фонтан бил в течение 24 суток, затем приток нефти значительно ослабел, но 14 апреля при достижении глубины 242 фута (73,8 м) был получен еще более мощный фонтан, который бил в течение 28 суток.

Кубанская нефть стала весомой прибавкой к выходу России на новые рубежи в нефтедобыче. Если в 1865 году в России было добыто всего 556,9 тыс. пудов нефти, то в 1870 году уровень добычи вырос более чем в три раза — 1,704 млн пудов. В том году кубанские промыслы Новосильцева дали 14% от общего объема российской добычи нефти.

Нефтяной фонтан на Кубани в феврале 1866 года дал мощный толчок к развитию отрасли. В последующие годы российская нефтяная промышленность постоянно сокращала свое отставание от американской и к концу XIX века по объему нефтедобычи вышла на первое место в мире.

Технологии совершенствуются

Развитие техники бурения в России в последней трети XIX века было связано в основном с совершенствованием буровых станков и инструментов. Если в начале 1870-х годов буровое оборудование завозилось в Россию из США и Румынии, то через несколько лет отечественные предприниматели стали от него отказываться, так как оно оказалось не приспособлено для работы в геологических условиях российских нефтеносных территорий. Российские буровые специалисты стали работать над созданием нового способа бурения и разработкой более совершенных буровых станков и инструмента. В результате была предложена техника штангового бурения со свободнопадающим инструментом, которая в технической литературе XIX века получила название «бакинский способ».

Одним из первопроходцев здесь стал талантливый изобретатель, механик судоходной компании «Кавказ и Меркурий» Отто Ленц. Свободнопадающий инструмент его конструкции (фрейфал Ленца) стал первым созданным на нефтепромыслах Апшеронского полуострова автоматическим устройством. Безбалансирный буровой станок с зубчатыми передачами был создан Ленцем в 1874 году и предназначался для ударно-канатного бурения с помощью фрейфала. Станок в целом удовлетворительно работал в сложных условиях Апшерона, а кроме того, был сравнительно недорог. Другим его достоинством была легкость ремонта. Но в конструкции имелись и недостатки: большие габариты и недостаточная устойчивость во время рабочего процесса против ударных нагрузок, из-за чего нередко случались поломки зубчатых колес и подшипников.

Буровые станки бакинского подрядчика Муртузы Мухтарова поставлялись даже на экспорт

Конкуренцию изобретению Ленца составили появившиеся вскоре станки производства механических заводов товарищества «Молот» и известного бакинского бурового подрядчика Муртузы Мухтарова. По сведениям российской печати того времени, это оборудование не только с успехом использовалось в отечественном нефтяном бурении, но даже поставлялось в зарубежные страны.

Внедрение роторного бурения стало ключевой вехой в развитии отрасли

Наряду с развитием конструкций станков российские инженеры и техники совершенствовали буровые инструменты и приспособления. В связи с неустойчивостью пород и необходимостью тщательного крепления скважин была разработана техника расширения скважин и созданы оригинальные типы расширителей. Были улучшены ловильные инструменты. Серьезной проблемой долгое время оставалось «смятие труб». Лишь к концу XIX века эта проблема начала решаться заменой тонких клепаных труб на более толстые сварные. В последнее десятилетие XIX века на российских нефтяных промыслах начали разрабатывать различные способы тампонажа скважин путем их цементирования.

В начале ХХ века на российских нефтяных промыслах на смену ударному пришло более производительное вращательное бурение. Внедрение технологии роторного, а затем и высокопроизводительного турбинного бурения стало ключевым событием последующего ускоренного развития отечественной нефтяной промышленности.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ