随钻声波测井技术近年来发展很快,并在深海及陆地钻探中开始大量使用。针对地层纵、横波速度的随钻测量这一重大课题,本文从理论、实验和现场数据处理方面开展了深入、细致的研究,明确了测量原理及影响测量的主控因素,发展了测量方法和技术,特别地是一套创新型的变径隔声声系及其最优化设计的方法。全文共分以下三部分:第一部分研究了随钻声波测井钻铤模式波的传播规律及隔声理论。首先研究了随钻多极子声波测井的理论基础和数值模拟方法,考察分析了钻铤拉伸波的传播规律及固有阻带特征。接下来,用有限差分数值模拟方法研究了刻槽钻铤拓宽阻带的隔声原理,在此基础上,研究了一种长度大于一个波长的变径组合钻铤的新的隔声理论,并通过实际尺寸的物理模拟实验验证了变径组合钻铤可以有效地拓宽阻带这一隔声思想。第二部分提出了一种随钻声系的最优化设计方法,设计出了一种创新型不刻槽的随钻多极子测井声系。首先设计了一种在钻铤上周期性刻槽的随钻声波隔声体,将此设计用于现场测试,试验的成功真正实现了随钻环境下的声波测井技术,并获得了良好的地层纵波测量数据。在此基础上进一步设计变径隔声体,根据单极子变径隔声理论和厚壁钻铤低频四极子横波测井理论,构造钻铤拉伸波振幅谱的目标函数,利用最优化方法设计了两种尺寸(外径6.75in和4.75in)的不刻槽的随钻多极子声系,研制了一种外径4.75in的随钻多极子实验样机。在实验室利用补偿声衰减法测量出该声系的最佳隔声阻带为13.5~19k Hz,最大衰减量-58dB。进一步用厚壁玻璃钢管来模拟井孔条件,测量到了信噪比较高的单极子和四极子管波,有效地消除了钻铤直达波的干扰,分别获得了玻璃钢管的纵波和横波速度。第三部分研究并实现了随钻多极子声波测井的数据处理方法。首先研究了适用于随钻声波测井时差处理的能量阈值相关方法,并将其算法优化后用于井下实时处理。通过随钻声波科研样机的现场试验,验证了井下处理并实时传输的地层纵波时差比较稳定可靠。现场实际随钻数据处理实例也表明该方法有效地压制了钻铤直达波相干性的干扰,有利于软地层单极纵波和四极子横波的时差提取。接下来,本文提出了一种利用随钻四极子波频散数据反演钻井附近地层横波速度径向变化剖面的方法,并提出将这种钻井过程中的反演结果用于指导致密储层的岩石脆性或可压裂性。我们利用一种频散数据高频约束反演方法,解决了反演问题的多解性。现场实测数据的反演结果验证了该方法的有效性,并清晰地表明了钻井过程中岩石脆性好的致密储层容易发生声速径向变化,由此可得到一种由随钻测量获得岩石脆性的方法。