Еще во 2 веке до нашей эры в эпоху династии Хань китайцы научились бурить скважины на глубину несколько сот метров к подземным бассейнам с соляным раствором. Соль была важнейшим ресурсом в древние времена, с помощью которого хранили пищу задолго до изобретения холодильников. Для ее добычи жители Поднебесной создали буровой инструмент из стеблей бамбука и железного долота, а поднимали же рассол на поверхность по трубопроводам из того же бамбука и с использованием системы кожаных клапанов.
Аналогичным способом уже в XII веке в провинции Артуа французы бурили скважины на воду, что дало название известной "артезианской воде". Однако эти исторические примеры к бурению в современном понимании слова имеют опосредованное отношение. С помощью многократных ударов о землю металлического бруска, подвешенного на канате или цепи, невозможно было бы получить ни Кольскую сверхглубокую (более 12 тыс м), ни любую из сегодняшних морских скважин. Поистине семимильными шагами техника начала совершенствоваться, только когда бурение стали применять для разведки полезных ископаемых.
В России буровое дело развивалось, как и многое, достаточно самобытно: скважины долгое время назывались «трубами», желонки – «тюриком», долота изготавливали из стали, а штанги и обсадные трубы – из дерева. И хотя первое рукописное руководство по бурению было напечатано в журнале «Летопись» еще в год отмены крепостного права, вплоть до прихода советской власти, потребовавшей многократного увеличения объема геологоразведочных работ, все совершенствование технологической базы происходило в категории «творческая мысль». То есть на уровне личных стремлений исследователей.
В 1859 году - впервые была применена паровая машина для привода буровых станков, в 1876 году - создан ручной бур для бурения разведочных скважин большого диаметра, в 1890-х - оригинальный алмазный буровой станок и первая мелкоалмазная коронка, в 1892 году - первый в мире турбобур, в 1898 году - первый погружной электробур.
Все перечисленное - дело рук отечественных ученых, поэтому встречающиеся в литературе утверждения, что наиболее прогрессивные станки приобретались исключительно за рубежом, являются крайне спорными, а в части нефтяной промышленности, - так и вовсе не соответствующими действительности. К концу 1920-х годов накопленный опыт позволил сотрудникам Геолкома совместно с Ижорским заводом выпустить первый русский механический алмазный буровой станок КА-300, получивший впоследствии чрезвычайно широкое применение.
Но для разведки минерального сырья в значительных объемах мало было произвести оборудование и заменить им ручные комплекты. Необходимы были квалифицированные кадры, способные его внедрять и совершенствовать. Где же их взять, когда даже в самых престижных горнотехнических вузах отсутствовала как таковая научная школа по данному профилю? Ее основателем в Горном институте, разработавшим азы теории и технологии разведочного бурения, стал молодой инженер Филипп Шамшев.
Кем был этот амбициозный ученый?
Уроженец Ростовской области после окончания реального училища в 1913 году поступил на геологоразведочное отделение Донского политехнического института. Студентом он устроился в «Донуголь», где быстро достиг значительных успехов. Биографы утверждают, что в 1926 году Шамшев пробурил самую глубокую для того времени разведочную скважину на уголь. С 1922 по 1931 годы он успел поработать в организации разведок на уголь и другие полезные ископаемые на Урале, в Хибинах, Подмосковье, Кузбассе и Донбассе.
В 1929 году наступил переломный момент – опытного производственника пригласили в центральный аппарат Геологического комитета. Параллельно по совместительству Филипп Аристархович получил ставку доцента в Ленинградском горном институте. Переключившись с практики на научно-исследовательскую работу, он одним из первых в стране понял исключительную важность бурения для развития практической геологии и направил все свое внимание на данную область.
В 1931 году Филипп Аристархович в Центральном научно-исследовательском геологоразведочном институте ЦНИГРИ-ВСЕГЕИ основал и возглавил горнобуровую группу ЦНИГРИ и первую в СССР лабораторию разрушения горных пород при бурении разведочных скважин.
Вся последующая деятельность Шамшева была непосредственно связана с его работой в ЛГИ и ЦНИГРИ.
Среди первоочередных задач стояли разработка теории бурового процесса и основ технологии. Так как изначально не было даже фактического материала для обобщений, в лаборатории закипела экспериментальная работа. В частности ученого интересовало разрушение горных пород самыми различными породоразрушающими инструментами и установление режимных параметров, отражающихся на скорости проходки.
Особенно большое внимание Шамшев уделял разработке основ технологии твердосплавного бурения (более 50% объёма бурения геологоразведочных скважин в России осуществляется с применением инструмента, армированного твёрдыми сплавами), вопросам алмазного и дробового бурения.
Результатом его изысканий стали первые в стране производственные инструкции по колонковому быстровращательному бурению, при котором разрушение породы происходит по кольцу, а не по всей площади забоя. Это позволяет получить внутреннюю часть породы в виде керна для дальнейших исследований.
В настоящее время данная разновидность является одним из основных технических средств разведки всех месторождений твёрдых полезных ископаемых, но до Шамшева никто не занимался подготовкой ее теоретической базы и написанием обучающей литературы.
Инструкции Филиппа Аристарховича позволили горным инженерам изучать объективные факторы, влияющие на производительность и качество опробования (например, свойства горных пород), устанавливать эффективность перехода количественных параметров технологических режимов бурения в качественные: механическую скорость бурения, выход керна и прочие.
Кроме того, ученый предложил новый принцип определения буримости пород, на основе которого был разработан известный ныне прибор ВИТР-ОТ для применения в геологоразведке.
Рассматривая весь спектр задач, стоящих перед специалистами, он не ограничивался изучением какого-то одного вида работ. Наравне с изучением кернового бурения, именно Шамшев доказал целесообразность применения бескернового метода в случаях, когда разрез достаточно изучен или однозначно может быть установлен с помощью геофизических или других методов. Первым в стране ученый показал его технико-экономическое преимущество перед колонковым, наметил пути внедрения и развил способы получения геологической информации при отсутствии керна. Для 40-х годов эта теория была революционной, и уже спустя несколько десятилетий она стала действенным способом повышения эффективности разведки.
Шамшев сочетал в себе талант исследователя, инженера и педагога. За предвоенные годы Филипп Аристархович написал первый в СССР учебник для студентов горнотехнических вузов «Курс разведочного бурения» (1933 год). В 1943 году он перешел на постоянную работу в Горный институт и после возвращения вуза в Ленинград из эвакуации работал начальником его учебной части, а также деканом геологоразведочного и нефтяного факультетов. В 1946 году профессор возглавил кафедру разведочного дела, а с 1948 по 1977 годы был бессменным руководителем организованной им кафедры техники разведки (позже технологии и техники бурения скважин).
Выдающийся геолог инициировал создание в советских институтах новой специальности - «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых».
Шамшев постоянно интересовался новыми идеями – применением неметаллического крепления скважин, вибрационным бурением, проходкой скважин с продувкой сжатым воздухом и многими другими. За годы работы в институте он собрал сильнейший научный коллектив, способный на мировом уровне разрабатывать прогрессивные технологии высокопроизводительных способов бурения. И главным примером этого успеха поистине можно считать Антарктиду.
В 1957 году под руководством Филиппа Шамшева в Горном успешно начали проводиться исследования в области бурения скважин в осложненных условиях. Год старта был выбран отнюдь не случайно, ведь именно тогда, во время второй советской антарктической экспедиции, на плато огромного ледника была основана легендарная научная станция «Восток». Перед учёными поставили задачи оценить резервы питьевой воды на материке, провести геофизические и гляциологические изыскания. Разработку технологии для бурения скважин во льдах и создание на их основе эффективного оборудования поручили специалистам Горного института. Последующие достижения вуза в Антарктиде – бурение самой глубокой в мире скважины в ледовом покрове, проникновение в крупнейшее на континенте подледниковое озеро Восток (глубина свыше 3700 метров), которое миллионы лет было изолировано от земной атмосферы, и получение проб воды с его верхнего горизонта – были бы просто невозможны без того базиса, который заложил Филипп Шамшев.
В 1979 году выдающийся ученый, чьи исследования легли в основу современной теории механического вращательного и ударного бурения, скончался. Но он оставил после себя не менее талантливых учеников – Бориса Кудряшова и Николая Васильева.
Первый – возглавил в вузе научный коллектив, который занимался разработкой технологии для бурения скважин в осложненных условиях. Сегодня в его честь назван буровой комплекс на станции Восток, что позволило сохранить в памяти потомков имя ученого. Второй - многократный участник Антарктических экспедиций, под чьим непосредственным руководством 5 февраля 2012 года специалисты гляциобурового отряда 57 Российской антарктической экспедиции (РАЭ) осуществили экологически чистое проникновение в реликтовые воды озера Восток.
В настоящее время молодые полярники Горного университета продолжают «дело первых» - на шестом континенте они добывают новые научные знания о влиянии глубинных явлений, происходящих в недрах Антарктиды, на магнитосферу Земли и климатические изменения.
