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为了满足油气勘探开发越来越高的要求，国际上的各大钻井服务公司研发了各种用途的井下随钻测量系统。然而，与国际先进水平相比，国内在该研究领域还存在较大差距，尤其在底部钻具的动态特性(包括钻头处的钻压、扭矩、振动、转速等)和磁特性(即指底部钻具组合中磁短节在岩层空间点的磁场强度)的随钻测量方面仍缺少系统的研究。
文中以底部钻具的动态特性和磁特性的测量为主线，在对底部钻具的动态特性进行了理论分析和实验研究的基础上，进行了底部钻具动态特性测量系统的初步研究;在对底部钻具中磁短节岩层空间中的磁场分布规律研究的基础上，进行了用于监控两井之间的空间距离的磁场矢量测量引导系统的理论研究和初步设计。论文的主要工作有：
(1)在建立钻头与地层相互作用简化模型和设计底部钻具三向振动实验系统的基础上，分析了近钻头钻具的钻压、扭矩、径向力及振动的部分变化规律。
(2)对底部钻具动态特性随钻测量系统从整体上进行了初步研究，按照管柱的井下环境要求设计了动态特性测量短节中的内部电路，制作了相应的电路板，研发了相应的处理软件，并进行了电路系统和井上处理软件的功能测试实验。
(3)应用永磁体空间磁场规律的基本理论，建立了底部钻具中的管柱型磁短节的空间磁场规律模型，并在该模型的基础上推导出反映磁短节空间磁场变化规律的计算公式。
(4)利用以上(3)的计算公式编制了计算软件，对管柱型磁短节在岩层空间中的磁场规律通过图形和数值相结合的方法进行了分析，并将其规律应用于煤层气连通井和稠油双水平井的两井间距离计算，阐明了磁干扰和磁导率对矢量距离计算的影响，获得了磁场矢量测量引导系统的核心算法。
(5)进行了磁场矢量测量引导系统硬件的初步设计。根据以上(3)(4)的计算公式和分析软件，进行了底部钻具中的管柱型磁短节的初步设计；在综合分析测量参数和井下工作环境的基础上进行了井底磁场测量短节内部原理分析及结构设计。