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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 423

水泥胶结良好时的反射波幅度相比，水泥环胶结 1.2.2 径向探测深度研究
差扇区大小为 20 时的反射波幅度明显增大，随着 为了研究 CBMT 仪器探测水泥环第二界面反
◦
胶结差扇区所对的圆心角逐渐增大，反射波的幅
射波成像的径向探测范围，建立了水泥环厚度分别
度逐渐增大。另外，在探测水泥环第二界面胶结状
为 40 mm、24 mm 和 10 mm 下第一界面胶结好，第
况时，从模型图 3(c) 可知，图中的 AB 段和 CD 段，
二界面胶结差扇区为60 的理论模型。图4(a)、4(b)、
◦
泄漏到水泥中的纵波 (或横波) 没有覆盖到，也就是
4(c) 分别为水泥环厚度为 40 mm、24 mm、10 mm
胶结差扇区与声系所对应的位置会影响反射波的
厚度下第二界面胶结良好 (蓝色曲线) 和胶结差 (红
幅度，CBMT 探测水泥环第二界面存在一定区域的
色曲线)情况时模拟的全波波列图。由图可知，随着
盲区，其大小与水泥纵波或横波的速度有关，长度
水泥环厚度的增加，水泥环第二界面胶结差时全波
AB = d 2 · tan(arcsin(v cement /v S0 ))。在CBMT评价
列曲线上来自于第二界面的反射波到时与胶结良
水泥环第一界面的胶结状况时，发射器在套管中激
发了套管波后，套管波在传播的过程中每个时刻均 好相比在时间域上易于区分，比较易于提取反射波
在向外辐射声波，也即发射和接收声系所在的扇区 幅度用于第二界面评价。另一个需要注意的问题就
的胶结质量都会对测量的衰减值产生影响，但在水 是在水泥环厚度为 10 mm 时，第二界面反射波的到
泥环第二界面胶结状况的评价时，利用水泥环第二 时明显与套管波首波在时间域上不易区分，这不仅
界面的反射波，接收到的反射波所覆盖的扇区小于 会影响套管波衰减率的可靠提取，也会使得无法提
声系所对应的第二界面的扇区。 取反射波幅度。即在应用水泥环第二界面的反射波

0.34 0.34
0.32 0.32
0.30 0.30

ູᡰ/m 0.28 ູᡰ/m 0.28
0.26
0.26
0.24 0.24

0.22 0.22
0.20 0.20
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14
௑ᫎ/ms ௑ᫎ/ms
(a) 40 mmᄊඵซဗ (b) 24 mmᄊඵซဗ
0.34 0.10
ݓኮጫฉ҂௑జጳ
0.32 0.09 ඵซဗጫฉ҂௑జጳ
ඵซဗഷฉ҂௑జጳ
0.30 0.08

0.28 0.07
ູᡰ/m 0.26 ௑ᫎ/ms 0.06

0.24
0.05
0.22
0.04
0.20
0.03
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0 10 20 30 40 50
௑ᫎ/ms ඵซဗԒए/mm
(c) 10 mmᄊඵซဗ (d) ࣢᜻ඵซʾᤠऄᄊత࠵ඵซဗԒए

图 4 CBMT 第二界面径向探测深度理论模拟结果分析
Fig. 4 Analysis of theoretical simulation results of CBMT second interface radial detection depth