Page 10 - 《应用声学》2020年第1期

6 2020 年 1 月

低于 A0 的群速度，因此图 6 显示的 S0 波泄漏的声 0.03
波到时滞后于 A0 泄漏的声波。若增大声束入射角 A0
为 33 ，且降低工作频率至 250 kHz，可明显见到记 0.02
◦
༏ԧूए
录的全波波形中仅可见A0模式，见图7所示。 S1
35 0.01
30
25
A1
S0
20
0 0 100 200 300 400 500
ູᡰ/cm 15 ᮠဋ/kHz
图 8 各模式波的激发强度曲线
10 Fig. 8 Excitation curves of mode waves

2 对比拉伸波、套管共振波以及弯曲波对水
40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0
௑ᫎ/ms 泥微环的响应特征
(a) ࢻΟ
微环一般指套管与水泥环之间存在小于或等
35
30 于0.1 mm厚的流体层，仅利用 CBL以及 VDL很难
25 将微环与胶结差两种胶结状况直接区分，但两者对
20 油气井的开发影响不同。目前固井中的声波测井技
ູᡰ/cm 15 术得到了快速发展，综合研究不同仪器激发的各模
式波的响应差异可以帮助区分复杂的胶结状况。这
里以微环的测井响应为例。
10
弯曲型 Lamb波的衰减随着套后介质阻抗的增
加，一开始呈近似线性增加的趋势，当套后介质声
40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 200.0
௑ᫎ/ms 阻抗增加到 4.7 MRayls左右时其衰减达到峰值，随
(b) ԿΟ
着套后介质声阻抗的继续增加，其衰减急剧下降后
图 7 33 入射时钢板两侧实测波形对比 又缓慢逐渐减小，见图9。在临界值附近很小的范围
◦
Fig. 7 The contrast of received waveforms between 内，衰减率灵敏度非常高。当水泥声阻抗高于这个
left side and right side with 33 incident angle 临界值后，弯曲型 Lamb波的衰减迅速降低，套管中

贝克休斯的扇区水泥胶结测井仪 SBT 采用了 弯曲型 Lamb 波只向套后水泥中辐射横波。对于存
贴井壁式的测量方式，每个发射器有两个辐射单元， 在微环的情况，在临界值之前，弯曲型Lamb波的衰
距离相邻滑板接收器较远的发射单元先发射，另外 减值呈现了与胶结良好时相同的特点，只是数值上
一个延迟一定的时间再发射，此相位控制可以使得 稍有降低；在临界值左侧附近随着声阻抗的增加，微
两个辐射单元辐射的主声束沿着相邻滑板接收器 环厚度的增加会使得衰减明显降低；在临界值右侧
的方向传播。但每个发射单元均类似点声源，此时 附近，随着微环厚度的增加衰减有增大的趋势；在临
其辐射的声场在套管中激发的模式波很难直接从 界值右侧较远的区域，有微环时的衰减值在急速下
图2确定。图8显示了0 ∼ 500 kHz时各个模式的激 降后又呈明显增大的趋势。可见，对于临界值以下
发强度，在 SBT 的工作频率附近 (约 100 kHz)，A0 的低阻抗水泥，弯曲型 Lamb波对微环不敏感，但对
的激发强度远大于 S0，但贴壁滑板的存在会压制套 于常规水泥或高阻抗水泥，弯曲型 Lamb 波的衰减
管的弯曲形变，也即削弱了反对称 Lamb 波 A0，相 对微环非常灵敏，会使得衰减与胶结良好时相比明
对的增强了对称 Lamb波 S0 ，因此 SBT 测井仪器 显增大。但拉伸波，主要依靠剪切耦合向套后介质
[5]
与 CBL 一样均是利用套管中的拉伸波 (准 S0) 的衰 辐射声波，微环一出现，其在套管中的传播衰减会降
减或幅度评价套后水泥的胶结状况。 低到与套后是流体时相当。