Page 135 - 《应用声学》2020年第5期

第 39 卷 第 5 期 杨培年等： 随钻声波测井隔声体刻槽影响的数值模拟研究 777

接收器间距为 0.05 m，采样时间长度为 4 ms。需要 的波场，分析表明钻铤波在刻槽界面透射的斯通
说明的是，本文假设井内流体为理想流体，地层为各 利波同样会掩盖地层纵波。但是截断后的钻铤与
向同性均匀弹性固体。由于模拟过程中地层没有设 刻槽的钻铤并不一样，钻铤刻槽后钻铤波的散射
置 Q 值衰减，实际随钻声波测井的钻铤波对地层波 更加符合实际隔声体的情况。因为钻铤在有地层
的干扰更加显著。 时，除了钻铤波以外还有地层波、伪瑞利波和斯通

Z 利波，此时钻铤波的散射波会与地层波混叠，不容
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易分析其类型。为了便于分析钻铤波的传播特征
以及在刻槽界面的散射特性，本文假想了如图 2(a)
所示的只刻一个较深凹槽的钻铤隔声体结构，并
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且假想钻铤在无限大流体中，然后计算整个波场。
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为了方便显示散射波波形，接收器阵列源距选取
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为4 ∼ 5 m。
图 2(a) 为只刻一个小槽的隔声体模型，槽宽
R
为 0.1 m，槽深 5 cm，刻槽起始位置在与声源相距
图 1 随钻声波测井示意图
1.5 m。声源中心频率为8 kHz，脉冲宽度为 0.5 ms。
Fig. 1 The diagram of acoustic logging while drilling
图 2(b) 为钻铤在无限大流体中刻单个凹槽隔声体
表 1 随钻声波测井的介质参数和尺寸 后 5 m 源距处全波波形。图 2(c) 为不刻槽时 5 m
Table 1 Medium parameters and dimen- 源距处全波波形，由于没有地层，在无限大流体
sions of acoustic logging while drilling 模型中，光滑钻铤模型中的全波波形只有钻铤波
和斯通利波。很明显，在图 2(b) 中钻铤波和斯通
纵波速度/ 横波速度/ 密度/
半径/m 利波之间还有一个由刻槽后引起的散射波波形。
(m·s −1 ) (m·s −1 ) (kg·m −3 )
内环流体 1470 1000 0.027 图 3(a) 为不同源距波形叠加在一起，相邻波形源距
钻铤 5860 3130 7800 0.090 为 0.05 m。容易看出，“多余” 的波包本身包含多模
外环流体 1470 1000 0.117
式频散，其主要部分和斯通利波的速度很接近。然
地层 I 3970 2455 2320 ∞
后通过时间相关叠加，得到上述波形的时间慢度
图，如图 3(b) 所示。从慢度图中也可以看出，该波
2 钻铤在无限大流体中的数值模拟
的慢度基本与斯通利波的慢度一致。经以上分析可
隔声体刻槽以后，钻铤波会在刻槽界面进行来 知，该波主要是钻铤波在刻槽界面散射形成的斯通
回的反射。Yang 等 [10] 通过计算假想截断钻铤模型 利波。

2.0 6
R i
1.5
4
R  ᨛᨿฉ
R  1.0 ᨛᨿฉ ளᤰѾฉ 2
ࣨए/10 4 kPa ࣨए/10 4 kPa
ᨛᨿ 0.5
ืʹ 0 0
߹Ꮏ -0.5 -2
Ӝᦡࡏ ளᤰѾฉ
-1.0
ႍ᭧ங࠱ฉ
-4
-1.5
T
-2.0 -6
0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
௑ᫎ/ms ௑ᫎ/ms
(a) ӭ˔Ѣയᬦܦʹവی
(b) ҉യՑ5 mູᡰЛฉฉॎ (c) ˀ҉യ௑5 mູᡰЛฉฉॎ
图 2 钻铤在无限大流体中单个凹槽隔声体模型及 5 m 源距全波波形
Fig. 2 Acoustic insulation model with a single groove in infinite fluid and full waveform at source
distance of 5 m