在当今的油气勘探开发过程中,随着各种复杂结构井、特殊工艺井不断涌现及迅速发展与推广应用,要求在钻井过程中可以实时采集和传输地质、工程参数等井下信息,进而能够及时调整施工工艺,确保钻井过程的安全快速高效,因此对随钻测量技术的要求越来越高。为了尽可能获得详尽的井下地质、工程等参数信息,随钻测量仪器采集的参数不断增多,数据量也越来越大,那么在井下和地面之间的信息通道的数据传输能力就必须相应提高。国外已经成功研制出智能钻杆系统,该系统可实现信号的非接触式传输,有效解决了有线传输方式的线路磨损和接触不良等应用问题。该系统的最高通信速率可达2Mbps,远远高于目前随钻测量应用的电磁波或泥浆脉冲等传输方式,突破了随钻数据传输的技术瓶颈,真正实现了钻井过程中井下与地面之间信息的高速传输。但目前还只能了解到该传输系统的大体结构组成,其核心的磁感应传输方法尚未公开,本文就对该技术进行系统的基础理论研究和实验验证。建立磁感应传输的信道模型、设计信号传输钻杆,制作样机、搭建实验系统,缩短我国在该技术领域与国外先进技术的差距,为该技术在我国的创新发展及下一步推广应用打下基础。首先研究分析了感应耦合线圈的磁感应传输机理,以成熟的高频变压器电路模型为基础,采用软件仿真与实际耦合器测量结果比对和修正的研究方法,获得了感应耦合器的电路模型,进而建立了磁感应信道的传输模型。研究了多级耦合器信号传输衰减的补偿这一关键技术问题,给出了整个信道的信号传输频率特性曲线,确定了磁感应传输系统的信号传输频率。在磁感应传输系统中,若信息的传输以传统载波方式,则至少要用十几个波形周期表示一个信息位才能保证通信的可靠性。如果信道的传输频带位于低频段,则磁感应传输系统的通信速率将会很低。基于类正弦原理的通信技术则通过构造与正弦波极其相似的波形来表示要传输的信息,信号解调时则利用波形间极其微小的差异来区别信息位0和1;一个波形周期就可以表示一位信息,在相同的频带内可极大提高信号传输速率。深入研究了类正弦通信的工作原理,结合磁感应信道特有的频带特性,在磁感应传输系统中实现了类正弦通信方式,进而在同样的信道传输频带内,大幅度提高了磁感应传输系统的通信速率。根据对钻杆和接头磁感应信号传输功能的需求,对钻杆和磁感应接头的结构进行了全新设计。并建立力学仿真模型,对磁感应接头、钻杆等的强度进行了分析校核,仿真结果证明结构设计及强度可满足施工需求。对磁感应传输耦合器的结构、磁芯材料以及耦合线圈进行了详细的研究与设计优选,利用有限元仿真的方法分别构建了磁感耦合器的二维和三维模型,得到了耦合器的磁场分布。设计了基于频移键控原理和类正弦技术的调制、解调电路,搭建了磁感应传输技术实验平台,分别对两种通信方式进行了测试。制作了全尺寸磁感应信号传输钻杆样机。在多功能钻井实验平台,模拟钻井井下工况对采用全尺寸磁感应信号传输钻杆样机搭建的传输系统进行了实验研究与通信验证。