核磁共振测井是评价地下油气资源的一种重要地球物理测井方法,已广泛用于常规储层评价。但非常规致密砂岩储层微小孔隙发育,流体赋存状态复杂,现有的核磁共振测井理论在致密砂岩储层应用中存在问题,主要表现为:致密砂岩储层孔隙中的流体受限扩散明显,常规的核磁共振谱流体识别方法在致密砂岩储层应用中受到限制;致密砂岩储层孔隙度低,核磁共振测井采集的回波数据信噪比低,现有的核磁共振数据反演方法反演结果误差大。由于饱和两相流致密砂岩核磁共振实验困难,本文从基于数字岩心的核磁共振响应数值模拟研究出发,探究致密砂岩核磁共振响应规律,研究受限扩散条件下核磁共振扩散-弛豫谱的流体识别方法,并发展低信噪比条件下高精度的核磁共振数据反演方法。首先,应用X射线CT法和马尔可夫链-蒙特卡洛(MCMC)法构建了致密砂岩三维数字岩心模型。由于致密砂岩非均质性强,提出了将致密砂岩数字岩心分成多个子岩心,然后根据选取的每个子岩心二维切面利用MCMC法分别进行子岩心的三维重构,最后将重构的子岩心按顺序进行叠加得到最终的三维数字岩心模型。并将其与X射线CT法构建的三维数字岩心进行比较,验证了该方法构建致密砂岩三维数字岩心的有效性。随后,基于X射线CT法构建的致密砂岩三维数字岩心,对随机游走方法进行相应地改进,模拟了扩散编辑脉冲序列,饱和恢复-CPMG脉冲序列以及饱和恢复-扩散编辑脉冲序列的测量,研究了致密砂岩的二维和三维核磁共振响应特征,并探究了受限扩散条件下核磁共振扩散-弛豫谱中流体识别问题。数值模拟研究表明,致密砂岩孔隙中润湿相流体存在受限扩散现象,核磁共振扩散-弛豫谱中流体受限扩散系数线可以用于识别润湿相流体。为了提高核磁共振数据反演的速度,提出了一种快速奇异值分解的核磁共振数据压缩方法。该方法通过降低核矩阵的维数之后再对其进行奇异值分解,具有快速和高压缩率的特点,且该方法中运用不同的Hadamard矩阵不会影响数据压缩的速度和准确性。为了发展低信噪比条件下高效、准确的核磁共振数据反演方法,构建了不同类型的反演目标函数,包括不含正则化参数的目标函数、L1正则化目标函数以及同时施加L2正则化和最大熵正则化的双参数正则化目标函数,并提出归一化的迭代硬阈值方法求解不含正则化参数的目标函数,两步迭代软阈值方法求解L1正则化目标函数以及一种求取最优双参数正则化参数的方法来实现核磁共振数据的反演,最后通过数值模拟评价了这些反演方法的有效性。