与一维核磁共振测井相比，二维核磁共振测井可以从两个维度来对储层流体进行识别，能够更好地对油、气、水复杂地层进行评估。目前的二维核磁共振测井技术大多数还限于原理和方法的研究，并未能够广泛应用到实际测井应用中。本文首先介绍了二维核磁共振测井的原理和方法，针对二维DE序列的测量原理，设计出了便于二维核磁共振测井实现的基本观测模式。并对比一维核磁共振的测量时序，分析了二维核磁共振测井应用中轴向地层测量深度、测速和信噪比的关系。针对二维核磁共振的测量原理，研究了二维核磁共振测井对梯度磁场的要求。在详细地比较现有的几种静磁场实现方式基础上，给出了二维核磁共振测井的梯度场实现方式，并完成了梯度静磁场的仿真。针对二维核磁共振测井的系统结构，提出了以数字化集成的设计方式，充分发挥DSP和FPGA的优势完成了二维核磁共振测井仪控制电路的各个模块设计。最后在实验室条件下，结合二维核磁共振测井样机，完成了控制电路的系统功能测试。二维核磁共振测井样机的测试结果表明，所设计的控制电路以及相应的测井时序能够满足二维核磁共振测井应用的功能需求。