自上世紀末，可在隨鉆測量工程中應用無線電磁波隨鉆測量系統(以下簡稱：EM-MWD)技術出現后，在近二十年的時間里已日趨成熟，EM-MWD技術與其他隨鉆測量技術相比，最大的優越性在于：可在任何鉆井液中使用，如泥漿、氣體、泡沫等(MWD僅能在泥漿中傳輸信號);停鉆、停泵時仍可傳輸井下數據(MWD在停泵時無法傳輸信號); 可在滑行鉆和轉盤鉆中使用(有線隨鉆測斜儀只能在滑行鉆中使用)。但EM-MWD技術也有弱點，就是在不同電阻率的地層中信號的傳輸深度和傳輸速率是不一樣的，也就是說EM-MWD的信道可靠性很大程度上受地層電阻率的影響。
不良導體降低EM-
MWD信息傳輸效率
在鉆井過程中，鉆柱作為驅動鉆頭鉆進的連接管線要隨著鉆頭進入地層，當鉆柱深入地下時就類似于埋入地層的長電極或是裸導線，如果將這深入地層的鉆柱在下部某一位置斷開再加入一絕緣短節將斷開的鉆柱連接上，同時將信號源的電壓加到斷開的兩鉆柱上，絕緣短節兩側的鉆柱就形成了兩個電極。
由于地層是電阻性的半導電體，相當于加載到兩電極上的負載，這樣鉆柱與地層形成一個回路，使信號電流在回路中傳導(見圖1、圖2)，因為鉆柱是導電體在鉆井過程中通過泥漿或直接接觸井壁與地層聯通，就像埋入地下的裸導線，鉆柱中的電流在上傳過程中也向地層擴散，如果鉆柱是垂直地心的，其電流擴散形態在垂直刨面上就如圖1所示。當電流沿鉆柱擴散時，在地層中產生的電流場在地面上就會形成以鉆柱為中心的同心圓狀的電勢(電壓)場(見圖1)，這就是井下信號向地面的傳送過程。
接收井下向上傳送的信號，需要在離鉆柱一定距離之外的大地上打下一接地極，用電壓測量裝置跨接在鉆柱與接地極間，即可測量到以鉆柱為中心的同心圓狀信號輻射電壓，從而獲取到井下上傳的信號。由上所述分析可知，EMMWD的傳輸機理就是以“鉆柱——地層”構成電流信號傳導回路，在地面通過測量電流流過地層時產生電壓降來接收信號。
EM-MWD信道模型
及主要參數分析
當信號電流沿鉆柱上傳時，電流就會向與鉆柱接觸的地層傳導擴散致使上傳電流不斷衰減，其衰減的規律遵從下式：(1)式中：I(z)為信號電流在z點的有效值，A;Io為源點處信號電流的有效值，A;z為鉆柱上某一點距信號電流源的距離，m; 為磁導率，一般取4π•10-7(H/m); 為地層電阻率， Ω•m;f為信號電流頻率，Hz;n為電阻率的分層數,為正整數;i為不同電阻率的分層標號，從1、2、…n 。從上式可知決定上傳到地面信號電流大小的主要參數是：Io 、 、f、z ，在這幾個參數中 、z是由井況決定的是客觀存在，而Io、f是由設計而定的。
由于EM-MWD信道構成的其中一部分是客觀環境，從根本上決定了EM-MWD信道在信號傳輸的衰減量上存在不確定性，從一算例的曲線(見圖3)看出當地層電阻率 變化時信號傳輸受到的影響，即在同樣深的傳輸距離下，Io、f不變時 越小信號衰減的就越快。為了盡可能減小地層對EM-MWD信道的影響，就要增大Io減小f但f不宜太小否則信號的傳輸速率太低影響隨鉆測量的實時性。
根據對EM-MWD信道特性分析，為使它具有更好的適用性與可靠性，建立EM-MWD信道必須從兩個方面進行，首先是增大井下信號的發射強度，即增大(1)式中的Io，Io增大了將減緩電流的沿程擴散。下面再通過一算例來說明增大Io對井下上傳信號的作用，在圖4中繪出了Io分別為1A和10A時 I(z)傳輸地面的變化，圖中曲線坐標的橫軸是井深，縱軸是沿鉆柱傳導的發射信號電流 ，在橫軸上選定一井深點其后通過Io=1A和Io=10A兩曲線找出在縱軸上的對應值，例如，在橫軸上取一點 z=5739(米)，Io=1A的曲線在縱軸上對應的I(z)=100nA, Io=10A的曲線在縱軸上對應的I(z)=1000nA，可見傳到地面的信號強度亦增大了10倍，這十分有利于地面信號的接收。
其次，提升地面接收機的接收靈敏度和信噪比，使接收機能拾取到由井下傳到地面的微弱信號。盡可能的增大井下信號的發射強度或是發射功率，以及提高地面接收機前置放大器的接收靈敏度，是研究開發EM-MWD技術的兩條重要原則。
EM-MWD在
不同井況下的適用性
2009年6月2～4日和6月25～27日以及2010年5月23～27日，中國石油集團鉆井工程技術研究院研制的EM-MWD系統，先后在重慶“同福 001-X1”井”、四川“秋林001-X4”井和“龍107井”進行了現場試驗。EM-MWD在隨鉆過程中井下信號上傳良好，三井次實驗均獲得成功。
在實驗的三口井中“同福001-X1”、“秋林001-X4”井是泥漿液鉆井，“龍107井”是氣體鉆井。其中“秋林001-X4井”井況：井眼直徑8.5吋;二開完井井深2910米;泥漿電阻率小于0.1Ω•米;“同福001-X1井”井況：井眼直徑8.5吋;完井井深1348米;泥漿電阻率約5Ω•米;“龍107井”;井況：井眼直徑8.5吋;隨鉆測量井深2880米;鉆井液為氣體;EM-MWD在“秋林001-X4井”實驗中，泥漿電阻率小于0.1Ω•米，并且在用電池供電的情況下，信號的最大傳輸深度是2310米，傳輸速率是0.7bit/秒(載頻頻率0.7Hz)。
在“龍107井”氣體鉆井的隨鉆測量實驗中，同樣是在電池供電的情況下，信號的最大傳輸深度是2876米，傳輸速率達到3.5 bit/秒(載頻頻率3.5Hz)。從現場實驗的結果可看出：不論是泥漿井還是氣體井EM-MWD均可應用;EM-MWD在泥漿井中應用時受到泥漿電阻率的影響其傳輸深度和傳輸速率不如氣體鉆井;在泥漿鉆井的條件下不論是停泵還是開泵，是下鉆還是起鉆，只要EM-MWD井下發射鉆鋌與井筒內的泥漿接觸 EM-MWD信道就可以建立，井下信號就可以向上傳送。
在氣體鉆井中，因為氣體是絕緣的，所以連接在EM-MWD井下發射鉆鋌下部的鉆頭必須接觸井底或井壁信道才能建立。
發射功率左右信號
傳輸深度和速率
在現場實驗的EM-MWD系統中，井下部分配有最大發射功率為500W的電流信號發射器，為發射器提供電功率的是井下500W泥漿渦輪發電機，該系統在 “秋林001-X4”井用發電機供電時信號的最大傳輸深度是2910米(此深度是二開完井井深)，并且傳輸速率達到3.5 bit/秒(載頻頻率3.5Hz)。
此外，在“同福001-X1”井的隨鉆測量實驗中，在1000米深度點將泥漿泵停泵時EM-MWD依靠電池供電，地面接收機收到的信號波形與泥漿泵開泵時發電機為EM-MWD供電，地面接收機收到的信號波形進行對比(見圖5)，對比后看出電池供電時信號的平均幅度(峰-峰值)大約是0.03V，發電機供電時信號的平均幅度(峰-峰值)大約是0.12V，后者幅度比前者增大了3倍。此時用電池供電的井下信號發射功率是3.6W，用發電機供電的井下信號發射功率是200W。經以上的數據和圖形對比充分說明，增大井下信號電流的強度或是發射功率對提高EM-MWD傳輸深度和傳輸速率作用是明顯的，因此在同樣的深度下，井下發射功率越大，地面收到的信號就越強，越有利于提高傳輸速率減少誤碼率。
通過對EM-MWD傳輸機理的分析和現場實驗的實踐可得出，要建立一個受地層影響較小的、傳輸距離較深的、傳輸速率較快的EM-MWD信道，必需從兩個方面進行，一方面提高井下信號的發射功率，另一方面提高地面接收機的接收靈敏度，這樣構成的EM-MWD系統其可靠性將會進一步的提升，在不同井況的隨鉆測量中適用性將會更強，只有這樣EM-MWD技術才能得到更大范圍的推廣。
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