我国石油生产井已进入中后期,由于腐蚀、地层运动以及大型增产技术使得套管出现不同程度损伤的情况也越来越多,随之也相继出现了许多套管损伤检测的方法。由于政府管控的加强和油田安全要求的提高,多层管柱(管串)被广泛应用于井下以保护油气、水井井身,因此给探测带来了很大困难。高效测井要求在不提起油管的情况下实现过油管损伤检测,许多套管损伤检测方法无法实现多层管柱的检测,但电磁检测法可以实现。本文首先介绍了瞬变电磁原理,并推导了瞬变电磁测井原理。在此基础上建立了井下多层管柱损伤检测模型,分析了电磁探头在双极性阶跃电流激励下产生的一次场信号以及各层介质中产生的二次响应信号,推导了电磁探头的感应电动势公式,并利用仿真软件对多层管柱的瞬变电磁响应进行了仿真。在此基础上研究了电磁探头的铁芯材料、长度、直径、线圈匝数等结构参数和发射信号的持续时间、周期、电流等物理参数及各探头空间分布对探测性能的影响,优化了发射与接收系统的参数,并设计了横向多分量电磁探头以及纵向阵列电磁探头。此外还针对多探头探测机制功耗增加的问题,优化设计了井下探测系统中各模块的处理电路以及各个探头的供电模式,从而在不影响探测性能的同时减小整个探测系统的功耗。最后在研制样机的基础上,进行了室内外的试验,对套管损伤进行了刻度标定,验证了理论的正确性。试验结果表明,本文提出的瞬变电磁多层管柱损伤检测方法能够有效的提高内层管柱的水平分辨率以及多层管柱的柱状分层能力,可有效提高探测信噪比。