MWD的技术也是分三六九等：

一线是MWD厂商是传统油服巨头斯伦贝谢、贝克休斯、哈利伯顿和威德福。二线是国民油井华高，GE能源等油田设备公司及SDI国际科学钻井公司等数百家的欧美中小型专业公司，三线应该就是国内的数十家MWD仪器公司了。

在上一篇《远离地面三万英尺的距离——斯伦贝谢工程师是这样讲述随钻测量MWD的》（点击查看）我们回顾了MWD代表的测量仪器的发展史，本篇我们来聊一聊现代MWD的关键技术以及各家公司产品的特点。

那到底什么是核心呢？

精度重要但不再是竞争力的关键

世界上主流MWD，井斜的测量精度已经能精确到0.1度。方位的误差在0.5～1度左右。目前最先进的定向井仪器对井斜的控制能力在0.5度之内，每根30米的立柱的垂深误差在0.25米之内。对于1～2米的超薄油层来讲，工程上能基本满足。一般油层对水平方位不敏感，仪器精度能满足施工需求。

对于海上导管架的浅层防碰，由于离地面实际井口距离很近，MWD的累积误差很少，忽略不计。对于几千米深层防碰，用概率上来定义的行业防碰标准来要求，必须满足井斜方位的高标准。但是位置不确定性更多的误差是来自系统和其他设备引进的误差，而不是仪器传感器自身的误差。

国内产品目前的主要市场应该是面向陆地井队的中低端、大容量市场。电子重力计，电子磁力计罗盘，电子陀螺仪都已经能集成到硬币大的智能手表中了，所以从电子行业来看技术早已非常成熟，移植到钻井行业难度不大。所以仪器的精度不是竞争力的关键。

高温高压——终极的挑战

在高温高压区块，特别是浅水或者陆地的高温区块，钻深3000多米就会达到150度（温度均以摄氏度为单位）左右的高温。另外在地热井钻探中，高压沸腾的温泉水也足以在几分钟内把仪器烫坏。在墨西哥湾，每年有近千口井会钻探到150度的高温，在离水面7000多米的深度，就可能遇到200度的井底温度。

通常钻井循环温度135度，仪器生存温度150度就算普通仪器的温度极限，最近也有几家大公司达到仪器生存温度175度的高温标准，甚至200度的超高温。在高温下，全部的机械、电子元件都要重新设计并使用特殊材料。斯伦贝谢的TeleScope ICE和哈利伯顿的Quasar Pulse已经商业化，能达到 200度的超高温生存温度，处于行业尖端。据新闻报道，胜利油田钻井院在2016年左右实验的随钻MWD SinoMACS高温175度仪器已经进行测试，期待后续报道。

钻井仪器依靠团战讲究兵种配合

在MWD问世的八十年代，电缆测井已经成熟，电缆测井仪器不断的跨界转变成随钻测井仪器LWD，导向仪器机械水力螺杆钻具进化成电子机械的旋转导向RSS。MWD从诞生后10年起就逐渐负担起井下仪器串司令官、后勤炊事员和信号兵的位置，为井下仪器提供命令中转发布、发电供电、信号传输等功能，与技术兵种LWD，RSS相配合。

现在斯伦贝谢，贝克休斯都有数十种LWD，RSS与MWD匹配，所以不仅能测量井斜方位，还可以获取LWD伽玛、电阻、孔隙度、中子密度、核磁密度、声波等众多数据，并与高效的RSS配合来精确制导靶点。

暂且不谈高技术市场，即使要在中等技术领域取得市场，必须在MWD研发同时进行LWD和RSS的研究，配套进入。

永无止境的传输速度

泥浆脉冲技术是主流的信号传送方式。

哈利伯顿和贝克休斯都使用正脉冲或者负脉冲的方式进行信号发射，斯伦贝谢使用专利保护的连续脉冲。但是发射方式并不是关键性的因素，与之配套的地面传感器，以及解码降噪技术是关键技术。很多国际厂商在地面使用2个压力接收器，相互比较可以去除泵噪，并且使用人工智能自我学习，自动屏蔽井下噪音。

信号速率是一个关键指标，井下涡轮或者机关物理传播速率的极限可以达到12甚至24bps。12或者24bps只是技术上可行，实际上信号比较弱，极少使用。所以6bps是行业实际的一个较高标准。6bps的速度足够传到地面电阻率，伽玛，中子密度数据实时传到地面，满足30-60米/小时中快钻进速度，但是要电阻率成像探测裂缝或者声波实时成像传输就力不从心了。

斯伦贝谢研发了一个商品名叫ORION技术，像WinZip软件一样，在井下将数据打包压缩，传送到地面后解开数据包，可以提高传输速率1～2倍。关键技术还是在于地面接收器设备的抗噪解码技术，因为一旦一个字节出错，含有数十个单独数据的压缩包就整体失效了。

除了泥浆脉冲外，另一种电磁波技术由于自身物理学的局限，主要应用于空气钻井、泡沫钻井和少部分欠平衡钻井中。各家都在不断改进中。

至于智能钻杆的数据传输配套技术，油服巨头都在大众视界之外迅速的研发。如果智能钻杆进入工业界，传播速率将会增加上百倍。不过这项技术还有待时日。

做大容易做小难

对于现代的电子元件和机械部分，制作的大尺寸仪器，足以应付8 1/2及12 1/4英寸井眼。但是对于6寸着陆水平段井眼来说，很多情况要使用4～5寸的测量仪器，小的仪器内的电子机械布局就有挑战。国际上油服巨头的产品也一般先发展6 5/8及 8 1/2寸仪器。大尺寸仪器都有最近三五年的产品，但是4～5寸产品还是20～30年前老产品的不断改进。由于连续油管钻井超细井眼技术还没有成熟，可以适用于超细井眼的MWD在世界上没有商业化产品。国内厂商也都主要着手于中、大尺寸仪器，因为应用比较广泛收益快，工具失效风险小损失也小。对于小尺寸工具还未有涉及。

测量仪器的繁殖和新生

测量井斜方位是MWD的初始使命，随着MWD的使命越来越多，基本的测量是最关键的数据。

MWD的下方一般是LWD和RSS或者螺杆钻具，这样MWD测点到钻头的距离一般在20～15m，当钻头钻过底层一段距离后，测点才取得刚才测量数据。这造成了一段距离的数据滞后。

为了缩短数据滞后型，就有了把测点传感器前移的需求。测量电子模块比较小，很容易移植安装到其他的LWD和RSS上。这样这些分布在LWD和RSS上的测点到钻头的距离可以缩短到2米之内，如斯伦贝谢的PowerDrive和贝克休斯的AutoTrack等工具。可以更好的控制井眼轨迹。

国际油服巨头的测量功能都已经分布到了LWD和RSS上，而国内还鲜有有LWD和RSS的研发的私人企业，还停留在研发集成式MWD的步骤上。

基础科学工业才是生命线

谈了很多的技术要点，关键又落回了基础科学工业上，每一个轴承的寿命，橡胶密封圈的耐温耐油，电子元件的耐温偏移，电子元件的抗震性能才是MWD产品的基石。

持续发展改进科研上持续投入

在外企油服巨头，每年投入研发的费用是营业收入的5%以上，每个季度都有研发中心与各个使用基地的产品反馈会议，来总结仪器失效分析。每年都会发布数个硬件及软件的改动。一个仪器自投入市场后几十年，有近百个硬件及软件的升级改动。只有这样，仪器的稳定性才能不断提高。现在仪器基本可以连续无事故使用200个小时以上。国内企业是否能有这样的持之以恒的长期目标，避免短期的逐利行为？ 

就像上期公众号读者留言说的一样：“自古以来，入地就比上天难”。

抬头看看天宫二号，我们脚下的技术还差多远呢？