Page 137 - 《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 779

内外刻槽对钻铤波的衰减，图 5 中只考虑前 1.6 ms 外刻槽。为了更加直观地比较内外刻槽在不同频率
波形。图6(a)为声源中心频率 7 kHz ∼ 10 kHz 时内 下隔声性能，分别计算内外刻槽在凹槽深度为2 cm
外刻槽后的前 1.6 ms 接收波形，图6(b) 为声源中心 时的频谱曲线，如图 6(c) 所示。频谱曲线的计算方
频率11 kHz ∼ 14 kHz时的接收波形。图中c代表钻 法可参考隔声量计算的方法。图 6(c) 显示，内刻槽
铤波，p 代表地层纵波。图中可以看到，内刻槽后 的频谱幅度在7 kHz ∼ 10 kHz频率范围内与外刻槽
的钻铤波波形幅度在7 kHz ∼ 10 kHz范围内要略小 相当，在 10 kHz ∼ 15 kHz 范围内明显低于外刻槽，
于外刻槽，在 10 kHz 以上频率范围内明显要小于 这与波形幅度的结果是一致的。所以在凹槽深度
为 2 cm 的内刻槽在本文考虑的频率范围内隔声效
کӉЯ҉യ 果是要好于外刻槽的。该结果与之前的结论是一
کӉܱ҉യ
致的。
7 kHz 本文还计算了凹槽深度为 2.5 cm 时内外刻槽
ॆʷӑࣨए 8 kHz 后钻铤外表面 4 m源距处接收波形。图7(a)为声源

9 kHz 中心频率7 kHz ∼ 10 kHz时内外刻槽后的前1.6 ms
接收波形，图7(b)为声源中心频率11 kHz ∼ 14 kHz
10 kHz c
p 时的接收波形，图 7(c) 为内外刻槽在凹槽深度为
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.5 cm 时的频谱曲线。此时在 7 kHz ∼ 10 kHz 频
௑ᫎ/ms
率范围内，外刻槽后的钻铤波波形略小于内刻槽。
(a)˗ॷᮠဋ7 kHz~10 kHz௑ЛฉҒ1.6 msฉॎࠫඋ
图 7(c)的频谱曲线表面，外刻槽在10 kHz 以下的频
谱幅度要略小于内刻槽，在11 kHz ∼ 16 kHz频率范
کӉЯ҉യ
کӉܱ҉യ
围内要大于外刻槽。频谱曲线的结果与波形比较的
11kHz 结果也是一致的。所以在凹槽深度为 2.5 cm 时，外
ॆʷӑࣨए 12 kHz 刻槽在 10 kHz 频率以下时要好于内刻槽的。此结

13 kHz 果与凹槽深度为2 cm时是不一样的，说明凹槽变化
会影响内外刻槽的隔声性能好坏比较。为进一步研
14 kHz c p 究凹槽深度变化是会怎么影响两者隔声好坏的，下
面再考虑凹槽深度为3 cm的情况。
0 0.4 0.8 1.2 1.6
௑ᫎ/ms 最后计算了凹槽深度为 3 cm 时内外刻槽后钻
(b)˗ॷᮠဋ11 kHz~14 kHz௑ЛฉҒ1.6 msฉॎࠫඋ 铤外表面 4 m源距处接收波形。图8(a)为声源中心
1.2 频率7 kHz ∼ 10 kHz时内外刻槽后的前1.6 ms接收
کӉЯ҉യ 波形，图8(b)为声源中心频率11 kHz ∼ 14 kHz时的
1.0 کӉܱ҉യ
接收波形，图8(c)为内外刻槽在凹槽深度为3 cm时
0.8 的频谱曲线。此时在7kHz ∼ 11 kHz频率范围内，外
ॆʷӑࣨए 0.6 刻槽后的钻铤波波形明显小于内刻槽。尤其中心频

0.4 率为10 kHz时，外刻槽后的钻铤波形相比于内刻槽
0.2 小很多。图 8(c) 的频谱曲线显示，外刻槽在 10 kHz
以下的频谱幅度要小于内刻槽，在11 kHz ∼ 16 kHz
0
5 10 15 20 频率范围内要大于外刻槽。频谱曲线的结果与波形
ᮠဋ/kHz
比较的结果也是一致的。槽深在 2.5 cm 以上时，均
(c)کӉЯܱ҉യᄊᮠ៨උᣗ
匀内刻槽和外刻槽对钻铤波衰减的结论确实与钻
图 6 硬地层中 FDTD 模拟的均匀内刻槽与外刻槽
铤波能量峰值偏向钻铤内径不相符合。原因可能是
槽深 2 cm 时波形和频谱对比
与外径变化相比，钻铤内径变化使得钻铤波能量峰
Fig. 6 Waveform and spectrum comparison of uni-
form internal grooves simulated by FDTD with 值在钻铤上的分布更加显著地向右偏移，即钻铤外
external grooves 2 cm deep in hard formation 表面接收到的钻铤波幅度相对较大。