近年来,我国对石油天然气资源的需求日益增加,常规可开采的油气资源储量逐步减少,开采重心渐渐转移到深井、超深井等非常规复杂地质条件下的钻井作业。这样的复杂油气资源开发不仅作业困难大,而且缺乏有效的全井筒环空参数监测手段,各类钻井事故时有发生,井控安全面临着巨大挑战。井筒环空压力、温度、钻井液变化参数是储层参数评价和井底工况判断的前提和关键内容之一,也是准确掌握井筒流动状况和环空流动安全控制的关键。各类参数的异常变化往往就是钻井事故的预兆,但目前世界主流的井下温度、压力监测方式中,无论是在线式监测系统还是井下存储式监测系统,都只能测量某一固定位置的参数变化,无法提供完整的全井筒环空剖面参数;而对于钻井事故目前仅能通过检测井底压力、钻井液流量、钻井液密度等方式进行判断,具有极大的滞后性,也难以准确判断事故发生的地层。为解决此难题,本文在综合考虑经济成本和测试效率的基础上,设计完成了一种新型的井下微球式随钻测试仪数据监测分析系统。系统由硬件和上位机软件两部分组成。硬件上设计了一种新型的集合了压力、温度、加速度计、陀螺仪等传感器组件,与主控电路、电源电路进行系统集成的井下微球式随钻测量仪,以及一个实现测量仪与上位机进行数据通信的数据读取基座。软件部分依靠.NET架构和SQL Server数据库技术,采用C#语言编写了一套测量仪专用的数据读取、分析、演示的上位机软件。首先对新的测量仪进行参数设置和误差标定,通过最小二乘法拟合曲线建立温度补偿模型;然后将测量仪投放入井筒中,随钻井液循环,在井下循环过程中实时采集环空内的温度、压力和三轴加速度、角速度等数据,返回至地面后进行回收和数据读取。其次上位机对读取到的数据根据建立好的温度补偿模型进行校正,并通过卡尔曼滤波进行数据处理。然后将加速度、角速度等姿态数据根据惯性导航理论,通过四元数姿态解算和积分运算得到测量仪在井筒垂直方向的运移速度、水平方向摆动频率、旋转频率等参数的变化情况,与温度、压力等数据组成全井筒环空剖面参数,一起绘制成连续的变化趋势图。当井下发生如井漏、溢流、井喷等事故时,测量仪测得的该地层环空剖面参数会有相应的异常变化,直观的展示在参数变化趋势图上,为井况判断提供参考。该技术是一项石油钻井工况检测的创新技术,为井控安全和井下事故判断提供了新的检测方式,具有广阔的市场前景。