近年来,钻井技术由以“开环控制”为特征的“几何导向”逐步向以“闭环控制”为特征的“地质导向”转变,需要实时由井下上传地面的数据越来越多,而现有的随钻数据传输技术无法满足要求。本文借助成熟的水声通信技术解决井下数据的随钻高速传输问题,主要从理论研究、仿真分析、实验测试三个方面开展工作。首先,介绍了随钻数据传输技术的发展历程,总结现有随钻数据传输技术的国内外研究现状,分析了基于钻井液的随钻声波数据传输原理与比较优势。其次,确定了基于钻井液的随钻声波数据传输系统的整体方案,分析了方案的可行性,详细论述了声速、频率、钻井液粘度等因素对声波传输的影响。第三,按照通信系统的信源、信道、信宿基本结构,运用有限元仿真分析系统特性。分别研究了纵振式换能器在钻杆钻井液中不同频率下的发射特性,对比了换能器在管道和开阔水域中的发射性能;研究了声波频率、钻井液粘度、钻杆变径与弯曲对声波传输的影响;最后分析了接收换能器特性对声波数据传输系统的影响。第四,设计了声波数据传输实验系统,包括发射驱动模块的缓冲电路、隔离电路、功放电路、脉冲变压器以及换能器阻抗匹配电路,接收模块的前置放大电路、带通滤波电路等,利用NI公司的Labview实现了数据采集和信号处理。最后,开展了声波传输的实验研究,主要包括发射性能对比实验、传输衰减实验、钻杆变径实验以及声波数据传输的水力循环实验。结果表明设计的实验系统可以稳定运行,实验结果与理论研究、仿真分析基本一致,验证了基于钻井液的随钻声波数据传输技术的可行性,为进一步研究奠定了良好基础。