随钻测井仪器(LWD)通过实际的地质特征来判断和控制钻进过程实时的井眼轨迹,对于目标地层有很精确的指向性。一般来说,在正常的钻速下,随钻仪器的移动速度比电缆测井的速度低,因此单位时间内数据获取量大,不仅实时性高,还避免了电缆测井先钻井后测井所产生的时间间隔而导致的泥浆及钻井液对于井眼冲蚀的影响。因而,随钻测井仪能提供更详细、准确的测井资料。居中伽马随钻测井仪(CGR)是在随钻条件下测量地层自然伽马射线强度,并将测量值由随钻测量(MWD)系统实时上传至地面系统,地面系统为现场地质工程师提供分析钻头当前钻进的地层岩性的数据,进行地层评价和评估。目前国内仅有引进少数LWD仪器以及带有近钻头参数与地质参数的导向钻井工具仪器,随钻居中伽马测井仪国内尚属空白。所以研制一种配套国产LWD系统的随钻伽马仪器具有重要的意义。本文首先系统地介绍了放射性随钻测井的理论基础、国内外技术发展现状,阐述了随钻居中伽马井下测量仪器的设计方法及提高可靠性的措施。对于随钻居中伽马测井仪器的研制意义、放射性测井的地质基础、射线与物质的相互作用原理、闪烁探测器工作原理、信号处理方法、软件控制流程、刻度方法和测量值的校正等进行了深入的分析。论文主要包括:第一,研究探测器原理以及主要通过大量试验来进行探测器及高压模块的选型,在完成基础功能电路的条件下,着重针对伽马探测器的特性进行电路部分细节的设计,使伽马探测器计数率保持可靠和稳定;第二,采集板选取型号为MC9S12DJ64的Freescale芯片,用C语言在CodeWarrior IDE环境下开发,通过IIC总线连接存储器,SCI串口通信,实时响应MWD井下主控命令,实现测量数据实时存储、参数的存储、数据初步处理等功能;第三,基于机电一体化设计规范,与机械设计人员确定CGR居中伽马机械部分的加工设计方案,使抗振抗压达到统一标准,供电、通讯接口保持一致;第四,将环境与井壁厚度给仪器测量的伽马值带来的影响进行相应的刻度及修正,将得到的刻度因子写入仪器,最大可能的降低误差。本课题为石油地质勘探与石油开发钻井提供了一种新型的随钻测量工具,对提高钻遇率和大幅降低勘探开发的总成本具有重要的作用。