Приключения изобретений

ТУРБИНА-МАЛЮТКА

Изобретение, его принцип, иногда используется совершенно неожиданно.

Изобрели турбину – колесо, вращающееся в трубе силой текучей воды или пара. Турбины понадобились потому, что это двигатель более мощный, чем паровая машина, и энергия, которую даёт турбина, обходится дешевле.

Но в последние десятилетия советские инженеры нашли неожиданное применение для турбин: оказалось, их можно делать не только огромными, но и крохотными; оказалось, что не только вода и пар могут приводить в движение колесо турбины.

Вот как это произошло.

Для того чтобы добывать нефть, надо бурить в земле скважины – иногда больше трёх километров глубиной. Это непросто. Строят металлические вышки высотой с десятиэтажный дом. На вышке ставят лебёдку. А долото, которое, вгрызаясь в землю, бурит скважину, навинчивают на металлическую трубу.

Стоит на вышке двигатель, он вращает трубу вместе с долотом. А когда труба вся ушла под землю, её лебедкой приподнимают и навинчивают на неё сверху ещё одну трубу. Потом третью, пятую, десятую… Вырастает длиннейшая колонна труб. Это огромная тяжесть – металлическая труба длиной три километра. Её вес около двухсот тонн. Нужно ставить на вышке очень мощные двигатели, чтобы вращать всю колонну труб вместе с долотом.

Но ведь для того чтобы пробурить скважину, вращать нужно только долото. Как бы избавиться от необходимости вращать вместе с долотом всю колонну труб? Способ один: поставить двигатель не на вышке, а в самом низу скважины – у долота.

Легко сказать. Скважина-то узкая! Двигатель, чтобы поместиться в ней, должен быть не больше двадцати сантиметров в ширину. Ну, предположим, хоть и трудно, а можно сделать такой двигатель. Но, оказывается, этого мало. Ведь двигателю нужно топливо. Какое же? Бензин? Ничего не выйдет. Бензиновый двигатель невозможно сделать таким маленьким, чтобы он влез в скважину. И ведь его необходимо было бы изготовить герметически закрытым, чтобы не попадала в него вода из скважины и не пробилась бы наружу искра из двигателя. Понимаете, что получится, если в нефть попадёт искра? Сразу вспыхнет – и пропала вся скважина, весь потраченный на неё труд, пропала вся нефть, что тут лежит.

Над решением этой задачи – какой двигатель можно поместить в скважину – думали во всех странах много лет. Первым решил задачу советский инженер М. А. Капелюшников в 1922 году.

Для того чтобы вы поняли, что он придумал, нужно знать одну вещь: когда бурят скважину, в неё накачивают под большим давлением смешанную с водой глину, иначе говоря, глинистый раствор. Он выполняет много работ в скважине. Во-первых, смачивает породу, чтобы облегчить работу долота. Во-вторых, охлаждает разогревающееся от трения о породу долото. В-третьих, раствор очищает скважину от раздробленной долотом породы. Как он это делает? Раствор всё время накачивают в скважину. Когда он дошёл до низа, ему деться больше некуда – под давлением раствора, который продолжают накачивать, раствор, который уже спустился до дна скважины, идёт обратно, наверх, по узкому просвету между трубой и стенками скважины. А поднимаясь, он захватывает с собой раздробленную долотом породу, очищает от неё скважину.

И тут, по дороге наверх, глинистый раствор совершает четвёртую, очень важную работу. Оседая на стенках скважины, он как бы штукатурит их. Это нужно, чтобы порода не осыпалась со стенок вниз, не засоряла скважину.

Инженер Капелюшников придумал для глинистого раствора пятую работу: вращать колесо крохотной турбинки, опущенной в скважину, к долоту. Это было замечательное изобретение: использовав принцип турбины, Капелюшников создал двигатель, который может поместиться в самой узкой скважине.

Скоро всё же оказалось, что изобретение несовершенно: Капелюшников нашёл верный принцип двигателя для нефтяных скважин, но турбинку надо было переделать.

Дело было вот в чём. Раствор подаётся в скважину под большим давлением и проходит сквозь турбинку со скоростью до пяти километров в минуту. А в глинистом растворе всегда есть крупинки песка. Они, двигаясь с огромной скоростью, так сильно ударяли в колесо турбинки, что быстро разрушали его. И через несколько часов турбинка выходила из строя. Замечательное изобретение оказалось под угрозой, никак не удавалось победить неожиданное препятствие.

Нередко превосходно задуманные изобретения так и гибнут из-за обстоятельств, которые обнаруживаются, когда новая машина уже построена и пущена в ход. Какой-нибудь «пустяк», которого и предусмотреть было нельзя, сводит на нет всю многолетнюю работу изобретателя.

На этот раз с препятствием справились. Но для этого понадобилось ещё около двадцати лет работы!

Советские инженеры добились успеха, построив турбинку, в которой было не одно колесо, а девяносто шесть крохотных колёс. Почему это спасало положение? Давление, под которым накачивается глинистый раствор, теперь распределялось на все колёса. Песок не ударял так сильно в лопатки колеса и не разрушал их. Турбина получилась достаточно мощная, чтобы с огромной скоростью вращать долото, и притом прочная.

Вот как неожиданно был использован принцип турбины.

Теперь у нас изобрели и другой двигатель для нефтяных скважин – электробур. Но пока больше пользуются турбобуром, и пользуются этим советским изобретением во всём мире.