Page 139 - 《应用声学》2020年第5期
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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 781
波幅度更加明显。图 9 给出均匀内刻槽和均匀外刻 效地同时衰减钻铤波高频和低频部分，而外刻槽可
槽在刻槽深度为3 cm时在1 ms时刻的波场快照图， 以有效衰减钻铤波的低频部分，但对钻铤波高频部
可以明显看到，图 9(b) 中均匀外刻槽后钻铤波能量 分的衰减并不理想。
明显小于图 9(a) 中的均匀内刻槽，此结果与前面分 通过对比图6 ∼ 图8，还可发现，槽深逐渐增加，
析的结论是一致的。所以本文在考虑内外刻槽的隔 内外刻槽后的波形频谱阻带都逐渐拓宽，钻铤波衰
声效果好坏时，不仅要考虑中心频率的影响，还要考 减幅度越来愈大。中心频率较高(11 kHz以上)时钻
虑凹槽深度的变化的影响。另外，通过对比内刻槽 铤波的衰减随槽深变化更加明显，且外刻槽相对于
和外刻槽对钻铤波的衰减可以看出，内刻槽可以有 内刻槽钻铤波波形衰减随槽深变化更明显。
1.2 1.0
کӉЯ҉യ: t=1 ms (a)
य़ՔͯᎶ/m 0.5 ܦԍ/Pa
0
0 1 2 3 4 5
ᣉՔᡰሏ/m
(a) کӉЯ҉യ
1.2 1.0
کӉܱ҉യ: t=1 ms (b)
य़ՔͯᎶ/m 0.5 ܦԍ/Pa
0
0 1 2 3 4 5
ᣉՔᡰሏ/m
(b) کӉܱ҉യ
图 9 波场快照图
Fig. 9 Snapshot of wave field
槽情况下，散射波幅度更小但钻铤波幅度更大。钻
4 刻槽后钻铤波的衰减及散射波
铤波在 1/4 波长相当的槽宽中传播容易发生谐振，
前面考虑了钻铤波导结构对钻铤波传播的影 故衰减钻铤波幅度较大，相应的散射波幅度也较
响，但是实际上刻槽后的散射波也会影响后续地层 大。图12(a)为中心频率是 13 kHz时FDTD模拟的
横波和斯通利波的影响。这里着重研究刻槽后的散 渐变梯度凹槽隔声体与均匀凹槽隔声体内刻槽接
射波对后续波的影响。 收器 3 m 源距处的全波波形。渐变刻槽后衰减钻铤
图 10(a) 为均匀凹槽隔声体，凹槽宽度和间隔 波的幅度大于均匀刻槽，图 12(b) 显示渐变刻槽后
都为102 mm，共计12个。图10(b)为前面所述渐变 可以提取得到地层纵波慢度，地层参数见表 1 中地
梯度凹槽结构，每段凹槽包括前 5 个3 mm 槽宽后 6 层 I。图 12(b) 中还给出了声源放在流体中不刻槽
个5 mm槽宽增加的11个小槽，共有6 组。模拟计算 时的全波波形，此时的波形几乎无钻铤波和散射波
中所采用的空间间隔在轴向方向为0.5 mm，径向方 干扰。可以看到渐变梯度凹槽刻槽后的全波波形中
向为2 mm。图10(c)为渐变梯度凹槽结构的单个凹 3 ms 处斯通利波之前几乎没有散射波的影响，只有
槽单元，其中 L 3 = 0.11 m，保持均匀刻槽与渐变刻 在斯通利波波形后才有散射波的存在。而均匀刻槽
槽的刻槽长度相同。图 11 分别为中心频率 13 kHz 后的全波波形中明显会有杂乱波的影响。地层横波
和15 kHz 时槽宽为 0.102 m 和槽宽为 0.051 m 的均 波形已经发生明显变化，且在横波与斯通利波之间
匀凹槽隔声体的全波波形对比，槽宽较小的均匀刻 有幅度非常明显的散射波影响。散射波对地层横
