自上世纪末，可在随钻测量工程中应用无线电磁波随钻测量系统(以下简称：EM-MWD)技术出现后，在近二十年的时间里已日趋成熟，EM-MWD技术与其他随钻测量技术相比，最大的优越性在于：可在任何钻井液中使用，如泥浆、气体、泡沫等(MWD仅能在泥浆中传输信号);停钻、停泵时仍可传输井下数据(MWD在停泵时无法传输信号); 可在滑行钻和转盘钻中使用(有线随钻测斜仪只能在滑行钻中使用)。但EM-MWD技术也有弱点，就是在不同电阻率的地层中信号的传输深度和传输速率是不一样的，也就是说EM-MWD的信道可靠性很大程度上受地层电阻率的影响。

　　不良导体降低EM-

　　MWD信息传输效率

　　在钻井过程中，钻柱作为驱动钻头钻进的连接管线要随着钻头进入地层，当钻柱深入地下时就类似于埋入地层的长电极或是裸导线，如果将这深入地层的钻柱在下部某一位置断开再加入一绝缘短节将断开的钻柱连接上，同时将信号源的电压加到断开的两钻柱上，绝缘短节两侧的钻柱就形成了两个电极。

　　由于地层是电阻性的半导电体，相当于加载到两电极上的负载，这样钻柱与地层形成一个回路，使信号电流在回路中传导(见图1、图2)，因为钻柱是导电体在钻井过程中通过泥浆或直接接触井壁与地层联通，就像埋入地下的裸导线，钻柱中的电流在上传过程中也向地层扩散，如果钻柱是垂直地心的，其电流扩散形态在垂直刨面上就如图1所示。当电流沿钻柱扩散时，在地层中产生的电流场在地面上就会形成以钻柱为中心的同心圆状的电势(电压)场(见图1)，这就是井下信号向地面的传送过程。

　　接收井下向上传送的信号，需要在离钻柱一定距离之外的大地上打下一接地极，用电压测量装置跨接在钻柱与接地极间，即可测量到以钻柱为中心的同心圆状信号辐射电压，从而获取到井下上传的信号。由上所述分析可知，EMMWD的传输机理就是以“钻柱——地层”构成电流信号传导回路，在地面通过测量电流流过地层时产生电压降来接收信号。

　　EM-MWD信道模型

　　及主要参数分析

　　当信号电流沿鉆柱上传时，电流就会向与钻柱接触的地层传导扩散致使上传电流不断衰减，其衰减的规律遵从下式：(1)式中：I(z)为信号电流在z点的有效值，A;Io为源点处信号电流的有效值，A;z为钻柱上某一点距信号电流源的距离，m; 为磁导率，一般取4π•10-7(H/m); 为地层电阻率， Ω•m;f为信号电流频率，Hz;n为电阻率的分层数,为正整数;i为不同电阻率的分层标号，从1、2、…n 。从上式可知决定上传到地面信号电流大小的主要参数是：Io 、 、f、z ，在这几个参数中 、z是由井况决定的是客观存在，而Io、f是由设计而定的。

　　由于EM-MWD信道构成的其中一部分是客观环境，从根本上决定了EM-MWD信道在信号传输的衰减量上存在不确定性，从一算例的曲线(见图3)看出当地层电阻率 变化时信号传输受到的影响，即在同样深的传输距离下，Io、f不变时 越小信号衰减的就越快。为了尽可能减小地层对EM-MWD信道的影响，就要增大Io减小f但f不宜太小否则信号的传输速率太低影响随钻测量的实时性。

　　根据对EM-MWD信道特性分析，为使它具有更好的适用性与可靠性，建立EM-MWD信道必须从两个方面进行，首先是增大井下信号的发射强度，即增大(1)式中的Io，Io增大了将减缓电流的沿程扩散。下面再通过一算例来说明增大Io对井下上传信号的作用，在图4中绘出了Io分别为1A和10A时 I(z)传输地面的变化，图中曲线坐标的横轴是井深，纵轴是沿钻柱传导的发射信号电流 ，在横轴上选定一井深点其后通过Io=1A和Io=10A两曲线找出在纵轴上的对应值，例如，在横轴上取一点 z=5739(米)，Io=1A的曲线在纵轴上对应的I(z)=100nA, Io=10A的曲线在纵轴上对应的I(z)=1000nA，可见传到地面的信号强度亦增大了10倍，这十分有利于地面信号的接收。

　　其次，提升地面接收机的接收灵敏度和信噪比，使接收机能拾取到由井下传到地面的微弱信号。尽可能的增大井下信号的发射强度或是发射功率，以及提高地面接收机前置放大器的接收灵敏度，是研究开发EM-MWD技术的两条重要原则。

　　EM-MWD在

　　不同井况下的适用性

　　2009年6月2～4日和6月25～27日以及2010年5月23～27日，中国石油集团钻井工程技术研究院研制的EM-MWD系统，先后在重庆“同福 001-X1”井”、四川“秋林001-X4”井和“龙107井”进行了现场试验。EM-MWD在随钻过程中井下信号上传良好，三井次实验均获得成功。

　　在实验的三口井中“同福001-X1”、“秋林001-X4”井是泥浆液钻井，“龙107井”是气体钻井。其中“秋林001-X4井”井况：井眼直径8.5吋;二开完井井深2910米;泥浆电阻率小于0.1Ω•米;“同福001-X1井”井况：井眼直径8.5吋;完井井深1348米;泥浆电阻率约5Ω•米;“龙107井”;井况：井眼直径8.5吋;随钻测量井深2880米;钻井液为气体;EM-MWD在“秋林001-X4井”实验中，泥浆电阻率小于0.1Ω•米，并且在用电池供电的情况下，信号的最大传输深度是2310米，传输速率是0.7bit/秒(载频频率0.7Hz)。

　　在“龙107井”气体钻井的随钻测量实验中，同样是在电池供电的情况下，信号的最大传输深度是2876米，传输速率达到3.5 bit/秒(载频频率3.5Hz)。从现场实验的结果可看出：不论是泥浆井还是气体井EM-MWD均可应用;EM-MWD在泥浆井中应用时受到泥浆电阻率的影响其传输深度和传输速率不如气体钻井;在泥浆钻井的条件下不论是停泵还是开泵，是下钻还是起钻，只要EM-MWD井下发射钻铤与井筒内的泥浆接触 EM-MWD信道就可以建立，井下信号就可以向上传送。

　　在气体钻井中，因为气体是绝缘的，所以连接在EM-MWD井下发射钻铤下部的钻头必须接触井底或井壁信道才能建立。

　　发射功率左右信号

　　传输深度和速率

　　在现场实验的EM-MWD系统中，井下部分配有最大发射功率为500W的电流信号发射器，为发射器提供电功率的是井下500W泥浆涡轮发电机，该系统在 “秋林001-X4”井用发电机供电时信号的最大传输深度是2910米(此深度是二开完井井深)，并且传输速率达到3.5 bit/秒(载频频率3.5Hz)。

　　此外，在“同福001-X1”井的随钻测量实验中，在1000米深度点将泥浆泵停泵时EM-MWD依靠电池供电，地面接收机收到的信号波形与泥浆泵开泵时发电机为EM-MWD供电，地面接收机收到的信号波形进行对比(见图5)，对比后看出电池供电时信号的平均幅度(峰-峰值)大约是0.03V，发电机供电时信号的平均幅度(峰-峰值)大约是0.12V，后者幅度比前者增大了3倍。此时用电池供电的井下信号发射功率是3.6W，用发电机供电的井下信号发射功率是200W。经以上的数据和图形对比充分说明，增大井下信号电流的强度或是发射功率对提高EM-MWD传输深度和传输速率作用是明显的，因此在同样的深度下，井下发射功率越大，地面收到的信号就越强，越有利于提高传输速率减少误码率。

　　通过对EM-MWD传输机理的分析和现场实验的实践可得出，要建立一个受地层影响较小的、传输距离较深的、传输速率较快的EM-MWD信道，必需从两个方面进行，一方面提高井下信号的发射功率，另一方面提高地面接收机的接收灵敏度，这样构成的EM-MWD系统其可靠性将会进一步的提升，在不同井况的随钻测量中适用性将会更强，只有这样EM-MWD技术才能得到更大范围的推广。