История развития бурения скважин

На основании археологических находок и исследований установлено, что первобытный человек около 25 тыс. лет назад при изготовлении различных инструментов сверлил в них отверстия для прикрепления рукояток. Рабочим инструментом при этом служил кремневый бур.

В Древнем Египте вращательное бурение (сверление) применялось при строительстве пирамид около 6000 лет назад. Скважины бурились для добычи соляных растворов и питьевой воды. Иногда вместе с ними получали нефть и газ.

Первые сообщения о китайских скважинах для добычи воды и соляных рассолов содержатся в работах философа Конфуция, написанных около 600 г. до нашей эры. Скважины сооружались методом ударного бурения и достигали глубины 900 метров. Это свидетельствует о том, что до этого техника бурения развивалась в течение, по крайней мере, еще нескольких сот лет. Иногда при бурении китайцы натыкались на нефть и газ. Так в 221…263 годах нашей эры в Сычуане из скважин глубиной около 240 метров добывали газ, который использовался для выпаривания соли.

Документальных свидетельств о технике бурения в Китае мало. Однако, судя по древней китайской живописи, барельефам, гобеленам, панно и вышивкам на шелке, эта техника находилась на довольно высокой стадии развития.

Бурение первых скважин в России относится к IX веку и связано с добычей растворов поваренной соли в районе города Старая Русса. Соляной промысел получил большое развитие в XV—XVII вв.еках, о чем свидетельствуют обнаруженные следы буровых скважин в окрестностях города Соликамска. Их глубина достигала 100 метров при начальном диаметре скважин до 1 метра.

Стенки скважин часто обваливались. Поэтому для их крепления использовались или полые стволы деревьев или трубы, сплетенные из ивовой коры. В конце XIX века стенки скважин стали крепить железными трубами. Их гнули из листового железа и склепывали. При углублении скважины трубы продвигали вслед за буровым инструментом (долотом); для этого их делали меньшего диаметра, чем предшествующие. Позднее эти трубы стали называть обсадными. Конструкция их со временем была усовершенствована: вместо клепанных они стали цельнотянутыми с резьбой на концах.

Первая скважина в США была пробурена для добычи соляного раствора близ города Чарлстона в Западной Вирджинии, в 1806 году. При дальнейших поисках рассолов в 1826 году близ города Бернсвилла в штате Кентукки случайно была найдена нефть.

Первые упоминания о применении бурения для поисков нефти относятся к 30-м годам XIX века. На Тамани, прежде чем рыть нефтяные колодцы, производили предварительную разведку буравом. Очевидец оставил следующее описание: «Когда предполагают выкопать в новом месте колодец, то сначала пробуют буравом землю, вдавливая оный и подливая немного воды, дабы он ходше входил и по вынятию оного, есть ли будет держаться нефть, то на сем месте начинают копать четырехугольную яму».

В декабре 1844 года член Совета Главного Управления Закавказского края В. Н. Семенов направил своему руководству рапорт, где писал о необходимости … углубления посредством бура некоторых колодцев … и произведения вновь разведки на нефть также посредством бура между балаханскими, байбатскими и кабристанскими колодцами". Как признавал сам В. Н. Семенов, эту идею подсказал ему управляющий бакинских и ширванских нефтяных и соляных промыслов горный инженер Н. И. Воскобойников. В 1846 году министерство финансов выделило необходимые средства и были начаты буровые работы. О результатах бурения говорится в докладной записке наместника Кавказа графа Воронцова от 14 июля 1848 году: «…на Биби-Эйбате пробурена скважина, в которой найдена нефть». Это была первая нефтяная скважина в мире!

Незадолго до этого в 1846 году французский инженер Фовель предложил способ непрерывной очистки скважин — их промывку. Сущность метода заключалась в том, что с поверхности земли по полым трубам в скважину насосами закачивалась вода, выносящая кусочки породы наверх. Этот метод очень быстро получил признание, так как не требовал остановки бурения.

Первая нефтяная скважина в США была пробурена в 1859 году. Сделал это в районе города Тайтесвилл, штат Пенсильвания Э. Дрейк, работавший по заданию фирмы «Сенека Ойл Компани». После двух месяцев непрерывного труда рабочим Э. Дрейка удалось пробурить скважину глубиной всего 22 метра, но она дала-таки нефть. Вплоть до недавнего времени эта скважина считалась первой в мире, но найденные документы о работах под руководством В. Н. Семенова восстановили историческую справедливость.

Многие страны связывают рождение своей нефтяной промышленности с бурением первой скважины, давшей промышленную нефть. Так, в Румынии отсчет ведется с 1857 года, в Канаде — с 1858 года, в Венесуэле — с 1863 года. В России долгое время считалось, что первая нефтяная скважина была пробурена в 1864 году на Кубани на берегу реки Кудако под руководством полковника А. Н. Новосильцева.

В конце 80-х годов прошлого века близ города Новый Орлеан (штат Луизиана, США) было применено вращательное бурение на нефть с промывкой скважин глинистым раствором. В России вращательное бурение с промывкой впервые применили близ города Грозного в 1902 году, и нашли нефть на глубине 345 метров.

Первоначально вращательное бурение осуществлялось вращением долота вместе со всей колонной бурильных труб непосредственно с поверхности. Однако при большой глубине скважин вес этой колонны весьма велик. Поэтому еще в XIX веке появились первые предложения по созданию забойных двигателей, т. е. двигателей, размещаемых в нижней части бурильных труб непосредственно над долотом. Большинство из них осталось нереализованными.

Впервые в мировой практике советским инженером М. А. Капелюшниковым в 1922 году был изобретен турбобур, представлявший собой одноступенчатую гидравлическую турбину с планетарным редуктором. Турбина приводилась во вращение промывочной жидкостью. В 1935;1939 годах конструкция турбобура была усовершенствована группой ученых под руководством П. П. Шумилова. Турбобур, предложенный ими, представляет собой многоступенчатую турбину без редуктора.

В 1899 году в России был запатентован электробур, представляющий собой электродвигатель, соединенный с долотом и подвешенный на канате. Современная конструкция электробура была разработана в 1938 году советскими инженерами А. П. Островским и Н. В. Александровым, а уже в 1940 г. электробуром была пробурена первая скважина.

В 1897 году в Тихом океане в районе острова Сомерленд (штат Калифорния, США) впервые было осуществлено бурение на море.

В 1934 году Н. С. Тимофеевым на острове Артема в Каспийском море было осуществлено кустовое бурение, при котором несколько скважин (порой более 20) бурятся с общей площадки. Впоследствии этот метод стал широко применяться при бурении в условиях ограниченного пространства (среди болот, с морских буровых платформ и т. д.).

С начала 60-х годов с целью изучения глубинного строения Земли в мире стали применять сверхглубокое бурение.

Даже при небольших глубинах буровые скважины проходятся во много раз быстрее горно-разведочных выработок (шурфов, дудок, разведочных шахт и др.), а при разведке на значительных глубинах бурение остается незаменимым способом. Так, максимально достигнутая скорость проходки вертикальных шахт глубиной до 500 м не превышает 200 м в месяц, а скорость бурения скважин глубиной свыше 1000 м нередко достигает 2500−3000 м на станко-месяц. Разведочное бурение остается единственным способом разведки при тяжелых гидрогеологических условиях района, когда проведение горно-разведочных выработок весьма затруднительно.