随钻方位声波测井仪器在井周不均匀地层方位成像测量中至关重要。针对随钻过程中,对地层进行方位速度测量这一问题,本文基于瓦片状随钻方位换能器,综合考虑了压电-井孔调制作用,从理论及实验两个方面展开了研究。根据随钻方位换能器的性能要求,分析了结构、材料参数对其性能的影响,最终设计出了符合随钻方位测井要求的声源,指出了该随钻方位声波仪器在井周不均匀地层及跨界面地层中的综合应用。全文分为以下两个部分:第一部分基于随钻方位声波测井的特殊要求设计出了性能良好的方位换能器。首先为了使隔声体更好地压制钻铤波,使得换能器谐振频率落在隔声体的有效隔声阻带之内,研究了谐振频率与尺寸、材料参数的关系规律。然后为了提高方位测井在地层中方位速度分辨率,研究了方位声源指向性曲线的波束角随换能器开角的变化规律。为了克服随钻测井中较大噪声环境的缺陷,研究了辐射能量与激励频率之间的关系,并且与单极声源进行了对比。综合上述的分析,确定了换能器中压电陶瓷的结构参数为开角?=60°、高度h=90mm、厚度T=6mm,材料为PZT-4材料,封装外壳结构参数为开角?=64°、高度h=122mm、厚度T=10mm,材料为环氧树脂材料。第二部分基于上述理论设计的随钻方位换能器,研究了其在随钻方位测井中的应用效果。首先分析了上述换能器的谐振频率、指向性、辐射能量等声源参数,然后实验研究了隔声体对该方位声源的隔声效果,并且数值研究了基于该声源的方位声波仪器在均匀地层、各向异性地层及跨界面地层中的地层信息评价能力,并且在实验井中进行了实验验证。结果表明,该换能器声源性能与数值研究结果吻合,并且刻槽隔声体对方位声源产生钻铤波具有较强压制能力。基于该声源的方位仪器在均匀地层中可以准确测量地层纵波,在各向异性地层中可对井周方位纵波进行准确识别,在跨界面地层中可以准确确定地层界面位置,并且可以确定界面两侧地层的纵波速度。本文的研究对于随钻方位声源的设计及随钻方位声波测井仪器的开发使用具有指导作用。