ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................	6
1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ..........................................................................................................	10
1.1 Сущность процесса бурения скважин......................................................................	11
1.2 Классификация способов бурения.............................................................................	12
1.3 Буровая скважина и ее элементы...............................................................................	14
1.4 Классификация буровых скважин.............................................................................	15
1.5 Турбобур и электробур..................................................................................................................	16
1.6 Классификация и анализ систем контроля геолого-геофизичеких и технологических параметров при бурении скважин....................................................................	18
1.7 Основные сведения о передаче сигналов между забоем скважины и ее поверхностью.........................................................................................................................	23
1.8 Скважинные автономные информационно-измерительные системы контроля геофизических и технологических параметров при бурении скважин....................................................................................................................................	32
1.9 Наземные автоматизированные системы контроля геолого­геофизических и технологических параметров бурения.................................................................................	39
1.10 Системы телеконтроля в процессе бурения...........................................................	41
2. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ................................................................................................	49
2.1 Исследование гидравлического канала связи...........................................................	50
2.2 Граничные условия в начале линии (х = 0)...............................................................	54
2.3 Граничные условия в конце линии (x = L)................................................................	56
3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ................................................................................................................	63
3.1 Колебательные системы для построения забойных датчиков....................................	64
3.2 Обоснование необходимости и перспективы использования частотного метода телеметрии забойных параметров....................................................................................................	64
3.3 Механические колебательные системы с распределенными параметрами............	69
3.4 Камертонные преобразователи...................................................................................	74
3.5 Устройство для измерения температуры в скважине.................................................	76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................................................	83
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................................................	85
ПРИЛОЖЕНИЕ......................................................................................................................	88

Введение

В процессе бурения и при эксплуатации скважин требуется проводить исследования, заключающиеся в измерении и контроле так называемых глубинных параметров, которые характеризуют состояние самой скважины или происходящие в ней технологические процессы.

При бурении необходимо контролировать направление скважи­ны в пространстве, обороты долота, осевое давление, вращающий момент на долоте, состояние забойного инструмента и бурового двигателя, выявлять геологические свойства проходимых пород.

При эксплуатации нефтяных скважин требуется определять пластовое и забойное давления, динамический уровень, температуру, удельный вес скважинной жидкости и ряд других глубинных параметров, а также контролировать состояние глубиннонасосно­го оборудования.

До настоящего времени режим бурения контролируют в основ­ном по показаниям приборов, измеряющих наземные парамет­ры: вес инструмента на крюке, давление в насосной линии, ток бурового двигателя и другие, что не всегда отражает истинное значение забойных параметров бурения, особенно при увеличении глубины бурения и при искривлении скважин.

Применяющиеся способы непосредственного измерения глубин­ных параметров связаны с периодическим спуском в скважину специальной измерительной аппаратуры. При этом, как правило, приходится приостанавливать технологический процесс и подни­мать рабочий инструмент из скважины, что приводит к существен­ным затратам времени и средств. Периодичность глубинных из­мерений не позволяет непрерывно контролировать технологиче­ский режим.

Растущие темпы разработок нефтяных, газовых, угольных и рудных месторождений связаны с бурением сверхглубоких и на­клонно-направленных скважин, а также скважин, проводимых в осложненных условиях. В этих случаях необходимо иметь непре­рывный и автоматический контроль глубинных параметров на протяжении всего технологического цикла бурения и эксплуатации скважины. При больших глубинах скважины спуск обычной изме­рительной аппаратуры на кабеле иногда вообще невозможен. Исключительно важное значение приобретает автоконтроль глубинных параметров в связи с проблемой бурения скважин на мантию земной коры глубиной 15—18 км[1]. Эта проблема, имею­щая большое научное и народнохозяйственное значение, требует совершенствования всей техники бурения. Автоконтроль глубин­ных технологических параметров и геофизические исследования в процессе бурения — одно из основных технических условий про­ходки таких скважин.

Если в первый период развития техника бурения и эксплуата­ции скважин совершенствовалась за счет применения более мощ­ных установок и механизации трудоемких работ, то в последнее время первостепенное значение приобретает совершенствование управления процессами.

Без автоконтроля глубинных параметров невозможна автома­тизация процессов бурения и эксплуатации скважин[5]. В настоя­щее время разработаны и выпускаются промышленностью регуля­торы подачи долота при бурении нескольких типов. Однако, как показал опыт, регуляторы не могут обеспечить в полной мере ав­томатизацию режима бурения, так как они реагируют на назем­ные параметры, лишь косвенно отображающие действительный ре­жим бурения на забое. Реализация в регуляторах сигналов, опре­деляющих забойные параметры бурения, значительно повысит ка­чество и расширит область применения автоматических регулято­ров для бурения.

Автоматический контроль глубинных параметров в скважинах связан с разработкой специальных устройств, которые содержат глубинный прибор, встроенный в рабочий инструмент на забое скважины. Прибор замеряет глубинные параметры, преобразует их в измерительный сигнал и передает его на поверхность земли по линии связи между забоем и Поверхностью. На поверхности сигнал воспринимается вторичным прибором, формируется для визуального наблюдения или регистрации, или подается в авто­матическую установку, или ретранслируется по наземным линиям связи на диспетчерский пункт.

При разработке таких устройств контроля очень трудно соз­дать специальную глубинную измерительную аппаратуру и линию связи между забоем и поверхностью, которые должны обеспечи­вать телеизмерение глубинных параметров необходимой, часто высокой, точностью и быть надежными в течение продолжитель­ного времени работы. Глубинная аппаратура и канал связи при бурении и эксплуатации скважин находятся в специфических, очень тяжелых условиях. Создание линии связи — первостепен­ная задача, так как от типа линии связи и ее параметров зави­сят выбор схемы телеизмерительного устройства и конструкция глубинного и наземного приборов.

Если для погружных электроустановок в скважинах уже име­ется готовая линия связи и задача заключается в разработке те­леизмерительных устройств, то .при турбинном и роторном спо­собах бурения, а также при фонтанном, компрессорном, глубиннонасосном и других способах эксплуатации линия связи еще не отработана.

В последние годы ведутся исследования беспроводной линии связи с передачей электрического сигнала по колонне труб и ок­ружающей ее породе. В результате теоретиче­ского анализа и экспериментального исследования этой линии связи (гальванической) получены данные, позволяющие перейти к решению отдельных инженерных задач по разработке забойных датчиков и телеизмерительных систем.