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[摘 要]随着油气田生产开发的需要，欠平衡井开始大量应用。但在可压缩钻井介质中 ，钻井液脉冲信号无法正常接收井下随钻测量信息，限制了欠平衡钻井技术的发展应用。因此，对钻井液性能与排量稳定性要求低，发送信息受钻井液均质性影响较小的电磁波成为了随钻测试的主要传输方式。本文主要介绍EM-MWD电磁波随钻仪器的结构及工作原理。阐述了EM-MWD系统的技术特点，并对EM-MWD系统的使用条件进行了归纳总结，
[关键词]电磁波随钻测量；测试原理；使用要求
中图分类号：P634.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0329-01
1 概述
电磁波随钻测量（EM-MWD，EM为泥浆推动涡轮发电），是20世纪80年代进入工业化应用的一项新技术，具有信号传输速率高、无需通过钻井液便可实现信号传输、测量时间短、成本低等特点，特别是：EM-MWD系统不受钻井液介质的影响，它不仅使用于常规钻井液中的随钻测量，还适合于在气体﹑泡沫﹑雾化﹑空气﹑充气等钻井液中使用。同时，随着电磁波技术和信号处理技术的不断进步及对复合式传输技术的不断完善，EM-MWD系统的测量深度及可靠性不断提高。因而，其良好的市场需求和应用前景，已成为国内外很多石油公司和技术服务公司的研究热点，EM-MWD技术必将对随钻测量技术的发展产生重要影响。
2 仪器结构及工作原理
EM-MWD系统主要由涡轮，信号传输控制部件，井斜仪，测井仪器，无磁管，绝缘连杆与地质导向短节等组件构成，如图1：
其具体工作过程如下：用专用的绝缘短节把钻具分为上下两极，仪器、绝缘短节的下端与绝缘短节下部钻具连接；仪器的发射天线通过绝缘短节的上端与上部钻具连接到钻台线，地面钻台连接线与处理器连接。这样形成电磁波传输的电势回路。仪器测量的参数转换成电磁波信号，当仪器天线发射信号时，电磁波透过地层传输到地面后被接受装置的接地线接收到，完成信号的传输。
3 EM-MWD系统的技术特点
3.1 不受可压缩钻井液介质的影响
在地层压力比较低或者存在漏失的情况下，进行欠平衡井钻井是最佳选择。通常靠加入气体来减轻钻井液的密度，井眼环空液柱的不连续和多相介质会抑制泥浆脉冲的传递，导致无法在地面进行可靠解码。EM-MWD不受可压缩钻井流体介质的影响，适合在欠平衡井、充气钻井和环空压耗比较大的水平井中使用。
3.2 井下信息传输速度快
EM-MWD可以在钻进、循环及起下钻过程中随时接收数据，不必停钻进行测量；常规的钻井液脉冲随钻测量工具的数据传输速率在8位/秒左右，而电磁随传输可以达到100位/秒以上。所以，电磁波随钻测量系统可以大大提高传输数据量和速度，为精确控制井眼轨迹创造条件。
3.3 可以实现地面与井下的双向通讯
对钻井液脉冲MWD，所有操作参数都要预先在地面设定好，工具一旦入井这些参数就不能再改变。虽然已开始进行常规泥浆脉冲MWD工具双向通讯能力的研究，但到目前还没有商业化的产品。EM-MWD可以比较容易地实现地面与井下的双向通讯，实现对井下仪器的直接控制，大大提高井眼轨迹控制精度节约钻井时间。
3.4 地层中的信号衰减
虽然电磁随钻测量工具具有适用钻井液类型广泛、数据传输速率快等优点，但由于电磁波要经过地层进行传输，受地层电阻率的影响很大。通常情况下，地层电阻率越小，信号的衰减就越严重，当达到一定深度时，在地面将难以检测到有效的电磁波信号。接收天线通过地面电极间的电场进行检测，而接收到的信号一般只有几十微伏。为解决这一问题，采用的技术措施有：提高发射功率、降低載波频率、利用高效检波降噪技术和使用扩展天线。
4 EM-MWD系统的使用要求
4.1 对钻井液和净化设备的要求
①钻井液的含砂量必须小于0.5%；②若调整钻井夜性能，应预先通知仪器工程师作好准备，因为调整钻井液性能，有可能造成井下仪器一段时间工作不正常；③禁止在钻井液中加堵漏剂和玻璃球等大颗粒物质，以免损坏井下仪器或造成井下仪器工作不正常；⑤正常钻进时，必须保证两级（震动筛，除沙器）以上钻井液净化设备正常工作。
4.2 对钻井泵和循环系统的要求
①钻井泵的上水要好，泵的效率要求在95%以上；②钻井泵的空气包压力要稳定，按要求补充其压力为钻井泵正常工作时压力的三分之一，若使用双泵，两台泵的空气包压力应一直；③泵的阀体、阀座、凡尔、缸体、缸套、活塞和弹簧要完好，确保泵上水良好，如发现某一部分有不正常工作迹象，应及时检修泵，否则会影响仪器正常工作；④整个循环系统所使用的滤网要干净，泵出口滤网在使用仪器前要进行清洗，确保钻井液通过自如；⑤需使用钻杆滤清器，以防大颗粒或其它物质卡住仪器，造成仪器不工作或损坏。
4.3 钻进过程中仪器使用要求
①起下钻过程中如遇井下复杂情况，请立即联系定向井程师，由定向井工程师配合井队选择较安全措施处理井下复杂情况，防止损坏仪器造成更大损失；②仪器使用中进行转盘复合钻进时，如果钻具中配有动力钻具，转盘转数不超过60转/分钟；③在使用MWD仪器随钻过程中，泥浆泵每次停止、再启动时间间隔不得小于1分钟。
参考文献
[1] 张辛耘，王敬农，郭彦军.随钻测井进展和发展趋势[J].测井技术，2006，（4）：14-19，104
[2] 刘修善，侯绪田，涂玉林，等..电磁随钻测量技术现状及发展趋势[J].石油钻探技术，2006.
[关键词]电磁波随钻测量；测试原理；使用要求
中图分类号：P634.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0329-01
1 概述
电磁波随钻测量（EM-MWD，EM为泥浆推动涡轮发电），是20世纪80年代进入工业化应用的一项新技术，具有信号传输速率高、无需通过钻井液便可实现信号传输、测量时间短、成本低等特点，特别是：EM-MWD系统不受钻井液介质的影响，它不仅使用于常规钻井液中的随钻测量，还适合于在气体﹑泡沫﹑雾化﹑空气﹑充气等钻井液中使用。同时，随着电磁波技术和信号处理技术的不断进步及对复合式传输技术的不断完善，EM-MWD系统的测量深度及可靠性不断提高。因而，其良好的市场需求和应用前景，已成为国内外很多石油公司和技术服务公司的研究热点，EM-MWD技术必将对随钻测量技术的发展产生重要影响。
2 仪器结构及工作原理
EM-MWD系统主要由涡轮，信号传输控制部件，井斜仪，测井仪器，无磁管，绝缘连杆与地质导向短节等组件构成，如图1：
其具体工作过程如下：用专用的绝缘短节把钻具分为上下两极，仪器、绝缘短节的下端与绝缘短节下部钻具连接；仪器的发射天线通过绝缘短节的上端与上部钻具连接到钻台线，地面钻台连接线与处理器连接。这样形成电磁波传输的电势回路。仪器测量的参数转换成电磁波信号，当仪器天线发射信号时，电磁波透过地层传输到地面后被接受装置的接地线接收到，完成信号的传输。
3 EM-MWD系统的技术特点
3.1 不受可压缩钻井液介质的影响
在地层压力比较低或者存在漏失的情况下，进行欠平衡井钻井是最佳选择。通常靠加入气体来减轻钻井液的密度，井眼环空液柱的不连续和多相介质会抑制泥浆脉冲的传递，导致无法在地面进行可靠解码。EM-MWD不受可压缩钻井流体介质的影响，适合在欠平衡井、充气钻井和环空压耗比较大的水平井中使用。
3.2 井下信息传输速度快
EM-MWD可以在钻进、循环及起下钻过程中随时接收数据，不必停钻进行测量；常规的钻井液脉冲随钻测量工具的数据传输速率在8位/秒左右，而电磁随传输可以达到100位/秒以上。所以，电磁波随钻测量系统可以大大提高传输数据量和速度，为精确控制井眼轨迹创造条件。
3.3 可以实现地面与井下的双向通讯
对钻井液脉冲MWD，所有操作参数都要预先在地面设定好，工具一旦入井这些参数就不能再改变。虽然已开始进行常规泥浆脉冲MWD工具双向通讯能力的研究，但到目前还没有商业化的产品。EM-MWD可以比较容易地实现地面与井下的双向通讯，实现对井下仪器的直接控制，大大提高井眼轨迹控制精度节约钻井时间。
3.4 地层中的信号衰减
虽然电磁随钻测量工具具有适用钻井液类型广泛、数据传输速率快等优点，但由于电磁波要经过地层进行传输，受地层电阻率的影响很大。通常情况下，地层电阻率越小，信号的衰减就越严重，当达到一定深度时，在地面将难以检测到有效的电磁波信号。接收天线通过地面电极间的电场进行检测，而接收到的信号一般只有几十微伏。为解决这一问题，采用的技术措施有：提高发射功率、降低載波频率、利用高效检波降噪技术和使用扩展天线。
4 EM-MWD系统的使用要求
4.1 对钻井液和净化设备的要求
①钻井液的含砂量必须小于0.5%；②若调整钻井夜性能，应预先通知仪器工程师作好准备，因为调整钻井液性能，有可能造成井下仪器一段时间工作不正常；③禁止在钻井液中加堵漏剂和玻璃球等大颗粒物质，以免损坏井下仪器或造成井下仪器工作不正常；⑤正常钻进时，必须保证两级（震动筛，除沙器）以上钻井液净化设备正常工作。
4.2 对钻井泵和循环系统的要求
①钻井泵的上水要好，泵的效率要求在95%以上；②钻井泵的空气包压力要稳定，按要求补充其压力为钻井泵正常工作时压力的三分之一，若使用双泵，两台泵的空气包压力应一直；③泵的阀体、阀座、凡尔、缸体、缸套、活塞和弹簧要完好，确保泵上水良好，如发现某一部分有不正常工作迹象，应及时检修泵，否则会影响仪器正常工作；④整个循环系统所使用的滤网要干净，泵出口滤网在使用仪器前要进行清洗，确保钻井液通过自如；⑤需使用钻杆滤清器，以防大颗粒或其它物质卡住仪器，造成仪器不工作或损坏。
4.3 钻进过程中仪器使用要求
①起下钻过程中如遇井下复杂情况，请立即联系定向井程师，由定向井工程师配合井队选择较安全措施处理井下复杂情况，防止损坏仪器造成更大损失；②仪器使用中进行转盘复合钻进时，如果钻具中配有动力钻具，转盘转数不超过60转/分钟；③在使用MWD仪器随钻过程中，泥浆泵每次停止、再启动时间间隔不得小于1分钟。
参考文献
[1] 张辛耘，王敬农，郭彦军.随钻测井进展和发展趋势[J].测井技术，2006，（4）：14-19，104
[2] 刘修善，侯绪田，涂玉林，等..电磁随钻测量技术现状及发展趋势[J].石油钻探技术，2006.