随钻井径是钻进过程中重要的分析决策信息,对岩石物理学家、地质学家和钻井团队都有很多应用。然而在随钻过程中井径的实时测量却一直是一个难题,主要表现在随钻过程中井径的测量只能采用无接触测量方法,而可用的无接触实时测量方法非常有限。另一方面,在随钻过程中井下高温、高压、旋转、振动的环境使检测条件十分的恶劣,导致准确实时测量变得十分困难；再者,井下钻铤预留的检测仪器电路空间非常狭小,对现有方案中检测装置的集成度提出了较高要求。超声测距是目前仅有的可选方法,但是由于在钻井泥浆环境中超声波衰减很大,如何进行超声回波微弱信号检测就成为一个关键问题。本文针对随钻过程中超声井径测量这一课题进行了分析研究,重点就超声回波微弱信号检测和井下全波列数据的实时存储开展研究工作。首先根据现代数字信号处理理论提出了超声反射回波信号到达时间的相关检测方法,利用DSP技术实现了在大比重泥浆条件下微弱回波到达时间的检测。第二,针对随钻测井通信瓶颈的限制、无法将大量采集数据实时传送到地面的问题,提出了基于Nand Flash的井下大容量数据的存储方案,开发完成了相应的存储电路。第三,根据仪器低功耗的要求,处理与存储模块采用省电工作模式,大大降低了仪器的功耗。开发的仪器样机通过了高温(155℃)、高压(140MPa)和振动(20G)测试,并进行了多次现场测井试验。结果表明,该方案在大比重泥浆环境下能够准确检测微弱回波信号的首波到达时间,实时准确地存储全波列回波数据,并使整个仪器的工作电流低于150mA,满足了随钻测井的工程需求,对随钻井径测量具有重要的实用价值。