自动控向钻井技术是在工程钻井钻进时随钻测量钻孔的偏斜，确定孔斜后随即通过控制系统给出纠斜力，使得钻孔轨迹沿着设计的方向前进。目前自动控向钻井技术的研究成为现代钻探技术发展的热点。在实际的钻探工程中，各种高垂直度要求的钻孔越来越多，自动控向垂直钻进技术也就成为目前钻探工程界研究和工程实践的一个重要方向。美国、德国、英国等许多国家在此领域投入大量人力物力，成功地研制出产品并应用到了垂直钻井中，很好的解决了井斜问题。由于国外高科技研究的封锁，使得我国无法获取该技术，因此自主研发我国的垂直钻井工具，可以从根本上解决国内的需要，同时增强我国在勘探开采领域的国际竞争力。在我国，有关高校和研究单位正积极研究井下闭环钻井系统和井眼轨道自动控制系统，但主要局限在理论研究、系统仿真阶段、样机试制等阶段，还没有投入实用的产品。 自动垂直钻井系统主要由测斜、信号传输、控制、钻具纠斜等4个基本的单元组成。测量单元用于测量钻孔的井斜角与相对方位角等参数；信号传输单元将井下的参数信息传送到地面监控中心，并接收地面控制指令；井下控制单元对井斜角和相对方位角等信息进行处理和比较，检测实际倾角与垂直度的偏差，然后发出纠斜控制指令驱动纠斜机构；钻具纠斜单元按纠斜控制指令动作，给出一个适当的合力矢量指向高边，保持钻具向垂直方向钻进。 论文主要分析自动垂钻钻具的基本构成及工作原理，探讨利用三轴磁液悬浮重力加速度计构成的井斜探测部件的测斜原理。根据信号特点设计了相应的信号采集电路，依据相应的测斜算法，在井下ARM7微控制器中完成对井斜角与相对方位角的检测。对以ARM7微控制器为核心的井下闭环控制系统的设计进行了讨论，研究目前不同纠斜控制策略，对比不同纠斜控制策略的利弊，最后选用连续直线方式的纠斜控制策略，并在井下的ARM7微控制器中实现了这种算法。在软件方面，分为下位机软件与上位机软件两部分，下位机软件采用了嵌入式C高级语言基于μC/OS-Ⅱ进行程序设计，实现软件编程的模块化和独立性，具有良好的可测试性、可靠性和可维护性。上位机软件选择虚拟仪器技术，开发环境是LabVIEW8.20，实现了与下位机通信、数据处理与显示等功能，其界面友好，操作简单。 在室内对井下控制器的主要模块与关键的测斜算法、控制算法做了测试，进行了井下控制器单元与地面监测软件的联机测试。测试表明整个自动垂钻钻具的测控系统设计基本合理，具有一定的参考价值。