能源问题是当今世界最热门的话题之一，而石油更是一个国家的经济命脉。改革开放以来随着经济的高速增长，我国己成为世界上第三大石油消费国，已由过去的石油净出口国成为了世界上第二大进口国。随着能源消耗的不断增加，我国必须大幅度提高油气田的产量，以弥补国内供给的不足。 众所周知，用定向斜井和大位移水平井开采石油天然气资源是二十一世纪的一场技术革命，是钻采工业科技进步的优先发展方向。在定向斜井和水平井钻进中必然需要及时的、准确的获取地质导向信息，而为这种复杂钻井提供此项服务的是可随钻测量井底钻具导向信息的随钻测量仪(MWD)。随钻测量是实现定向钻探的前提保障，应用随钻导航技术监控井眼轨迹是钻井技术与电子信息技术相结合的重大成果，是实现用大位移定向斜井、水平井及分枝井合理开采地下油气藏的重要技术手段，同时，在固体矿床勘探、地热开发、非开挖铺管等工程领域也有着广泛的应用前景。 无线MWD是当今钻井工程界的发展趋势。我国目前还处在引进和消化国外无线MWD技术，逐渐走向国产化的阶段。市场上已经有了商品化的国产泥浆脉冲式MWD仪器产品。虽然其测量精度仍低于进口仪器，但价格便宜，故在国内普遍应用。但对于“欠平衡钻井”、“含气层钻井”，以及采用小井眼钻进和固体矿层钻进口径较小的要求，泥浆脉冲无法正常使用，引进和研发适用中国钻井实际的电磁MWD是解决这些问题的有效手段。 电磁随钻测量技术是现代石油钻井和随钻测量技术中的一项新技术，相对于目前比较成熟的且在生产中已经大量应用的泥浆脉冲随钻测量技术，具有无法比拟的显著优越性，是真正意义上的随钻测量。然而，由于电磁随钻测量技术在原理上与泥浆脉冲随钻测量技术有着显著的不同，其相应的关键技术一直是人们研究的重点，这些关键技术中有两点最受关注： 第一，电磁信号在传输过程中存在明显的衰减，电磁随钻测量信号的传输与接收成为制约技术发展的关键，该技术不仅与电磁随钻测量技术研究开发有着密切的联系，同时，对电磁随钻测量技术的应用也会产生重要影响，甚至是决定电磁随钻测量技术能否成功应用的决定性因素。 第二，井下仪器系统的供电技术是电磁随钻测量技术的另一个关键问题，在传统的石油钻井中，由于井眼直径较大，井下仪器采用大直径涡轮发电机在技术上是可行的，并在实际应用上已经实现大直径涡轮发电机长时间连续供电，但在小井眼钻井和固体矿床勘探中，由于涡轮发电机的输出性能与涡轮直径的减小成五次方关系衰减，因此，对系统的供电则很少采用涡轮发电机，一般是采用锂电池供电，但由于供电时间相对较短，对钻井工程产生一定制约，同时，频繁的更换电池与充电等，也造成应用繁琐等问题，因此，小直径涡轮发电机的研究开发也已成为电磁随钻测量技术的另一重要课题。 本文就是针对上面讲到的第二个问题井下电源的小直径化提出的。文章首先简要介绍俄罗斯ZTS系列MWD及其井下电源涡轮发电机的工作原理，然后以ZTS-108系统使用的SG074型发电机做为参考原型进行发电机的小直径化设计，通过计算比较，总结出涡轮发电机系统的设计方法，确定出小直径发电机合理的结构和水力参数。 全文共分五章，各章的研究内容如下： 第一章绪论部分。主要介绍了论文的来源和背景，论文研究的目的和意义，论文研究的主要内容。 第二章ZTS系列电磁随钻测量系统简介。主要介绍电磁MWD的发展历史以及国内外研究和应用现状，在此基础上，重点介绍俄罗斯ZTS EM-MWD的工作原理和结构特性，结合俄罗斯ZTS系统对电磁MWD的关键技术进行分析，其中重点介绍井底电源涡轮发电机的结构和工作特性以及现有发电机存在的问题。 第三章涡轮发电机小直径化设计理论模型。首先通过介绍交流发电机的电学和力学工作原理，指出发电机小直径化的工作重点：涡轮小直径化和线圈设计。由于涡轮钻具用涡轮马达和工业用轴流泵涡轮水力原理与涡轮发电机近似，综合分析介绍上面两种机具的涡轮结构和工作原理，做为涡轮发电机涡轮设计的理论基础。 第四章涡轮发电机小直径化设计。使用第三章的分析结果辅以相应的理论讨论，进行发电机涡轮的设计计算，最终得出小直径化后发电机两个关键部件涡轮和线圈的结构尺寸，以及小直径发电机的工作参数。 第五章结论与建议。在总结和归纳全文的基础上，对今后的工作提出建议和展望。