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第 38 卷 第 3 期 牛德成等： CBMT 第二界面成像理论和实验研究 421

套管、水泥环第一界面胶结差、第二界面胶结差、水 的流体层；水泥环第一、第二界面均胶结差模型为
泥胶结良好等不同类型的水泥胶结状态，自由套管 套管与地层、水泥与地层均充填不同厚度及方位的
模型设置为套管外无水泥和地层，套管内外均为清 流体层；水泥胶结良好模型指套管外水泥分布均匀，
水；水泥环第一界面胶结差模型设置为套管与水泥 第一界面和第二界面均胶结良好、无流体层充填的
之间充填不同厚度及方位的流体层，水泥与地层之 模型。采用有限差分方法 [6−7] 对建立的不同理论模
间胶结良好；水泥环第二界胶结差模型为套管与地 型进行模拟计算，计算时的主要模型及参数如表 1
层胶结良好、水泥与地层之间充填不同厚度及方位 所示。

350
T 1 T 3 T 5
300
R120 R60
Subcycle
Subcycle
Subcycle
250
1 R 2 3 R 4 5 R 6
Six Two y/mm T
Four 200
Five
One
Three
2 4 6 150
R 1 R 3 R 5
Subcycle Subcycle Subcycle 100
50
T 2 T 4 T 6
50 100 150 200 250 300 350
x/mm
(a) CBMT́٨໏౜֗᠛ܞЛฉ฾᧚வर (b)஝ϙവલവیο᜽ڏ
图 1 水泥环第二界面成像数值模拟的模型
Fig. 1 Model of numerical simulation of second interface imaging of cement

表 1 模型计算参数
Table 1 Model calculation parameters

流体参数 (套管尺寸/壁厚)/ 水泥环 地层参数 水泥胶结情况
模型
速度/ 密度/ (in/mm) 厚度/mm 纵波速度/ 密度/ 扇区大小/ 流体层
(m·s −1 ) (g·cm −3 ) (m·s −1 ) (g·cm −3 ) ( ) 厚度/mm
◦
自由套管 1500 1.0 7/10.3
胶结良好 1500 1.0 7/10.3 10, 24, 40 2700 2.0

第一界面胶结差 1500 1.0 7/10.3 10, 24, 40 2700 2.0 20, 40, 60 1, 2
第二界面胶结差 1500 1.0 7/10.3 10, 24, 40 2700 2.0 20, 40, 60 1, 2

1.2 CBMT 贴壁声源全波波形的数值仿真结 快照图，由图 2(a) 可以清晰地观测到在水泥环和
果分析 地层之间的界面存在流体环时，从套管泄漏到水

CBMT 仪器在套管中主要激发对称性 Lamb 泥环中的大部分声波能量被此流体环又反射回套
波，该波由套管中 P 波(纵波) 和 SV 波(垂直偏振的 管，透射到地层的声波能量大大降低。若套管和
横波) 在自由边界上的耦合形成，由于对称性 Lamb 地层之间的两个水泥界面均胶结良好，泄漏到水
波速度较高，泄漏到水泥环中的声波既有纵波也 泥环中的声波能量大部分会辐射到地层中去，见
有横波 [8−9] ，这些泄露到地层中的纵波和横波遇 图 2(b)。因此，利用水泥环第二界面的反射波可以
到水泥和地层之间的第二界面时，又会发生反射 开展水泥环第二界面的胶结评价。由于 CBMT 可
和透射现象。通过第 1.1 节建立的理论模型，对水 记录 6 个扇区的贴壁波形，因此利用 6 个扇区的贴
泥环第二界面胶结好和胶结差的套管井模型进行 壁全波波列进行水泥环第二界面评价还具有周向
数值模拟，图 2 为两种胶结情况下的 xOy 平面声场 分辨率。