地层电阻率是油气解释评价的重要参数。地层电阻率测量方法分为井眼电阻率测量和实验室岩心电阻率测量两种。井眼电阻率测量受井眼和侵入影响,不能直接反映井下真实情况。实验室岩心电阻率测量将岩心从井下取至地面再进行测量,岩心与地层分离,样本体积小;温度、压力、应力等条件由地面模拟,不能反映真实地层条件下岩石物理性质;从钻井取心到实验、应用,周期至少3个月,应用滞后。本文提出井下原位实验概念,设计一种井下岩石物理原位测量新方法,在深入地层的侧向孔的真实环境中测量地层电阻率参数,避免井眼和侵入影响。研究成果为下一步井下机器人研制提供理论和方法依据。主要研究内容包含以下几部分。第一部分研究井下孔内电阻率测量新方法。在分析现有岩样电阻率测量的问题和井下原位电阻率测量的优点基础上,提出井下孔内电阻率测量新方法。详细研究了测量原理、仪器常数确定方法和描述径向探测特性的伪几何因子。第二部分基于COMSOL软件的电阻率测量探头结构优化设计。首先,研究COMSOL有限元仿真软件基于恒定电流场的计算原理以及COMSOL软件中AC/DC模块解决实际问题的步骤;其次,基于COMSOL软件研究三种不同结构的电阻率探头模型结构优化设计的计算方法,通过进行合理的网格剖分设计,分别对三种不同结构电阻率探头的探测深度进行数值计算,通过结果分析比较确定了最佳电阻率探头结构;最后,研究最佳电阻率探头的信号发射与采集设计方案并对电阻率探头进行机械设计与加工。第三部分为孔内电阻率测量数值模拟与物理实验对比研究。首先,基于COMSOL软件实现电阻率探头在九种不同地层电阻率下以及六种不同岩石孔中的测量,基于物理实验平台实现电阻率探头在九种不同矿化度溶液中以及六种不同岩石孔中的测量。其次,对数值模拟和实验结果进行分析,结果表明在九种不同矿化度溶液中的测量两者误差较小,证明了所设计探头的可行性;在六种不同岩石中的电阻率测量,发现疏松岩样的结果基本一致,说明了实验测量的准确性。最后,将实验测量得到的电阻率与通过测井重点实验室测量得到的柱塞岩心电阻率进行比较,通过定量分析两者相对误差小于0.5%,说明可以直接进行井下岩石物理原位测量。第四部分为基于试验井的试验与模拟研究。首先,分析试验井设计目的、电阻率测量实验的详细过程、指出应注意的问题,保证试验测量结果的正确性。其次,进行仪器调试与岩样饱和的测前准备,开展井下岩石原位测量室内试验,完成井下钻孔、井壁取心、孔内测量的试验。最后,基于COMSOL软件建立模型井试验的模型,并将数值模拟结果与模型井室内试验结果进行比较,结果表明两者基本一致,说明了模型试验井的可行性,为井原位实验测量系统的研制奠定基础。