100 великих изобретений - Константин Рыжов

На свое изобретение Эру в апреле 1886 года получил первый патент. В нем он еще не отказался от внешнего нагревания ванны с электролитом для поддержания нужной температуры расплава. Но уже в следующем году он взял второй патент на способ получения алюминиевой бронзы, в котором отказался от внешнего нагрева и писал, что «электрический ток производит достаточное количества тепла для того, чтобы глинозем поддерживать в расплавленном состоянии».

Поскольку никто во Франции не заинтересовался его открытием, Эру уехал в Швейцарию. В 1887 году компания «Сыновья Негер» подписала с ним контракт о реализации его изобретения. Вскоре было основано Швейцарское металлургическое общество, которое на заводе в Нейгаузене развернуло производство сначала алюминиевой бронзы, а потом чистого алюминия.

Промышленную установку для электролиза алюминия, также как и всю технологию производства, разработал Эру. Печь представляла собой железный ящик, изолированно установленный на земле. Поверхность ванны изнутри была покрыта толстыми угольными пластинами, которые являлись отрицательным электродом (катодом). Сверху в ванну опускался положительный электрод (анод), который представлял собой пакет угольных стержней. Электролиз происходил при очень сильном токе (порядка 4000 ампер), но при небольшом напряжении (всего 12-15 вольт). Большая сила тока, как уже говорилось в предыдущих главах, приводила к значительному повышению температуры. Криолит быстро плавился, и начиналась электрохимическая реакция восстановления, в ходе которой металлический алюминий собирался на угольном полу ванны.

Уже в 1890 году завод в Нейгаузене получил свыше 40 тонн алюминия, а вскоре стал выпускать по 450 тонн алюминия в год. Успехи швейцарцев вдохновили французских промышленников. В Париже образовалось электротехническое общество, которое в 1889 году предложило Эру стать директором вновь основанного алюминиевого завода. Через несколько лет Эру основал в разных частях Франции, где имелась дешевая электрическая энергия, еще несколько алюминиевых заводов. Цены на алюминий постепенно упали в десятки раз. Медленно, но неуклонно этот замечательный металл стал завоевывать свое место в человеческой жизни, сделавшись вскоре столь же необходимым, как известные с глубокой древности железо и медь.

63. БУРЕНИЕ НА НЕФТЬ

До появления керосина во многих странах основным средством освещения служили восковые свечи и китовый жир. Ради последнего были истреблены сотни тысяч китов. Вскоре киты стали редкостью, и появилась необходимость в замене китового жира каким-нибудь другим маслом. Тогда прибегли к смеси скипидара со спиртом; делали также попытки добывать масло из угля посредством перегонки. В 1844 году американский химик Абрам Геснер получил из угля осветительное масло, которое он назвал «керосином». Но впоследствии название «керосин» закрепилось за очищенной нефтью. Способ получения керосина из нефти был открыт в 1857 году Феррисом. В отличие от сырой нефти (которую тоже пытались применять для освещения) керосин горел намного лучше, причем без копоти и чада, что и обеспечило успех новому изобретению. С этого времени темпы добычи нефти стали неуклонно возрастать.

Тогда же в Нью-Йорке было основано общество для разработки нефтяных источников в штате Пенсильвания. Добыча поначалу велась самым примитивным колодезным способом, при котором рабочие-нефтяники вырывали глубокую яму и черпали из нее нефть как воду ведрами. У одного из руководителей общества, Бисселя, вскоре явилась мысль добывать нефть при помощи буровых скважин. Идея эта кажется очень простой, однако прежде она никому не приходила в голову. Биссель узнал, что с помощью бурения уже много лет добывают воду из глубинных соляных источников (из этой воды потом выпаривали соль), причем многие из этих источников были брошены, потому что вместе с водой содержали нефть. Таким образом, можно было заключить, что нефть и вода находятся под землей поблизости друг от друга и ничего не мешает выкачивать из скважины нефть с помощью насосов точно так же, как это делали с водой. Многие, впрочем, отнеслись к этому предложению с недоверием.

Искусство бурения земли к середине XIX века прошло долгий путь развития, но в целом стояло еще на достаточно примитивном уровне. Преобладающим способом было так называемое ударное бурение, при котором скважина выдалбливалась в породе ударами клинообразного разрушающего инструмента — плоского долота или бура. Бурение происходило при этом следующим образом. Сначала выбирали место под скважину. Затем строили вышку и тщательно устанавливали направляющую трубу. Буровая вышка служила станком для подъема бура. Бурение осуществлялось ударами. На конце шеста укреплялась тяжелая головка с резцами: при помощи каната, перекинутого через блок, ее опускали, а затем снова поднимали. Силой своей тяжести она дробила породу. Чтобы скважина получила правильную форму, долото перед каждым ударом поворачивали на определенный угол. Когда бур углублялся в землю на всю свою длину, к нему прикручивали штангу длиной около 3 м. В пробуренную скважину для крепления стенок опускали железные трубы. Для извлечения раздробленных частиц породы их смачивали водой и превращали в грязь, которую периодически извлекали наверх при помощи желонки — длинного ведра с клапаном на конце. Понятно, что каждый раз для этого приходилось вынимать из скважины бурильный инструмент и развинчивать его на части. На эту работу (подъем, развинчивание и свинчивание ударного инструмента) уходило огромное количество рабочего времени. Если грунт был мягкий, за день можно было пройти до 18 м, но обычно успевали пробурить не более 3-4 м. Чем большей глубины достигал бур, тем медленнее шла работа.

В 1846 году Фовель изобрел способ промывки скважин водяной струей. Он начал употреблять полые штанги и нагнетать в них воду, которую затем выкачивали между стенок бура и скважины вместе с обломками размельченной породы. Это изобретение составило эру в истории буровой техники. При таком устройстве бурения не могло быть никогда скопления грязи на дне скважин и не было надобности в постоянном подъеме инструмента. Этим изобретением Фовеля трудности бурения были уменьшены на 9/10, и оно сразу начало бурно развиваться. Стоимость буровых работ уменьшилась в 10 раз.

В таком положении находились дела, когда Биссель решил применить буровую технику для поиска и добычи нефти. Тогда он еще не подозревал, какой переворот в экономике совершит его идея. Проведение бурения было поручено инженеру Дрейку. В марте 1858 года близ города Тайтесвилла в Пенсильвании была вырыта глубокая открытая шахта, со дна которой приступили к бурению.

История этой первой нефтяной скважины полна драматических эпизодов, Дрейку с самого начала приходилось преодолевать множество затруднений из-за недостатка нужных людей и инструментов. Никто не питал доверия к человеку, который хотел добывать нефть из водоподъемной шахты. Наконец Дрейк нашел опытного бурильщика, который занимался своим делом уже в течение 30 лет. Тот взялся довести скважину до конца. Но едва начав работу, бурильщики наткнулись на водяной пласт, причем вода хлынула из скважины с такой силой, что им пришлось в панике покинуть шахту — иначе они бы просто утонули. Чтобы поправить положение, Дрейк велел провести через водоносный слой и песок большую железную трубу, после чего бурение могло продолжаться дальше. В конце апреля 1859 года, когда бурильщики достигли глубины в 21 м, из скважины пошла нефть. Таким образом, опыт удался. Когда установили насос, он стал выкачивать по 8 бочек нефти в день. Спустя неделю это количество выросло до 20 бочек. В конце октября того же года на первой скважине случился пожар и весь пункт сгорел. Однако предприниматели не отчаялись и установили на том же месте новую вышку, которая с первого дня стала давать 30 бочек в день — количество, остававшееся в течение многих лет непревзойденным.

Удачный опыт Дрейка положил начало нефтяной промышленности США. Известие об успехе его нефтяных установок быстро распространилось по всей стране. Биссель арендовал новые нефтяные участки. Другие предприниматели последовали его примеру. Вскоре начался настоящий нефтяной бум. Нефтедобыча оказалась прибыльнейшим предприятием. Бывало, что земельные участки, стоившие накануне 30-40 долларов, за несколько дней взлетали в цене до 10 тысяч долларов. Это привлекло в нефтяной бизнес множество спекулянтов и капиталистов. Огромная концентрация капиталов в этой сфере позволила творить чудеса. Со сказочной быстротой прокладывались нефтепроводы и железные дороги, как бы из-под земли в пустыне возникали города, на нефтяных полях как грибы вырастали тысячи нефтяных вышек.

Техника нефтедобычи быстро совершенствовалась. С 1858 года при ударном бурении для вытаскивания бура стали употреблять паровую машину. Но еще большее значение имел переход к более производительному роторному (вращательному) бурению. При этом способе бурения цилиндрическое отверстие как бы высверливалось непрерывно вращающимся долотом, а раздробленные частицы в процессе бурения выносились на поверхность постоянно циркулирующей струей промывочной жидкости, беспрерывно закачиваемой в скважину специальным насосом. В 1889 году Чепмен изобрел установку для роторного бурения, устройство которой принципиально не изменилось до сегодняшнего дня. Ротор (вращающий механизм) получал здесь движение от мощного двигателя внутреннего сгорания и передавал его ведущей трубе, а через нее — бурильным трубам и долоту. Сначала установку Чепмена использовали для бурения на воду. В 1901 году на ней была пробурена первая нефтяная скважина.