Page 81 - 《应用声学》2021年第4期

第 40 卷 第 4 期 钱玉萍等： CBMT 测井数值模拟及水泥环第二界面成像 565

小是 20 时，反射波的幅度与胶结良好相比也明显
◦
̰ඵซᑛፇੇϸ฾̌́ᝮैᄊ24᥋ฉॎ˗ᤥԩ฾᧚
ܦጇʽᦊੋʾᦊᄊ6᥋ᤃູᡰଌஆᄊЛฉฉॎ
增强。虽然数值模拟结果未考虑实际工程环境，但
在一定程度上说明 CBMT 在识别第二界面上的某
Ѭѿ̰ਫ਼ᤥԩᄊ6᥋Лฉฉॎ˗ଢԩߕฉ 一角度缺失的分辨率还是比较高的。
3.1.2 正演模拟波列成像结果及分析
ಪ૶ਫ਼ଢԩᄊߕฉ Ѿၹత࠵ࣱவԦᜮሥካขѬѿ
ଢԩ6᥋Лฉฉॎ˗౏ᒭඵซဗܱΟᄊԦ࠱ฉฉॎ 图 4(a) 是水泥环第二界面胶结良好和胶结差
两个模型下，60 方位上接收的径向分量的波列图，
◦
ѬѿᝠካՊԦ࠱ฉฉॎᄊฉॎᑟ᧚ ࣳಪ૶Պฉॎ 水泥环厚度 40 mm，纵坐标是发射和接收之间的轴
ᑟ᧚ѼࠀᄱऄԦ࠱ฉฉॎਫ਼ࠫऄᄊ੡ӝ˗ඵซဗ
ኄႍ̄᭧ᄊᑛፇ࿄ц 向源距；图 4(b) 是轴向源距 0.2 ∼ 0.35 m 波列的放

图 2 水泥环第二界面成像的工作流程图 大显示；图 4(c) 是选取拉伸波作为子波；图 4(d) 是
Fig. 2 Flow chart of imaging of the second interface 胶结良好和胶结差波列利用反褶积的处理结果。为
了对比，图4(e)是水泥厚度为 24 mm时相同胶结状
3 CBMT水泥环第二界面成像结果及分析 况的反褶积处理结果，图中标注的 Tpp-Tso 和 Tps-

Tso分别表示来自水泥环的反射纵波和反射横波的
3.1 正演模拟波列的成像结果及分析
到时减去拉伸波到时的时间差。由图 4(d)和图 4(e)
3.1.1 第二界面不同大小胶结差扇区对反射波
可知，在此计算模型参数下，胶结良好和胶结差的反
的影响
褶积结果差异明显，随着水泥环厚度的增加，来自水
以下正演模拟算例的物理模型为接收器位于
泥环外侧的反射波滞后。另外，仔细分析图 4(d) 和
距离声源方位角相差 60 的位置，在某一接收器方
◦
图 4(e) 还可知，在水泥环厚度为 24 mm 时，携带水
位上，沿着轴向排列接收器，比如图 1(a) 中滑板 1
泥环第二界面胶结状况的反射波出现在 0.01 ms 之
作发射时，在滑板 2 的方位上，放置一系列的接收
后，因此在计算反射波的能量时可从 0.01 ms 开始，
器，且接收源距是直线向上递增的。图3是在水泥环
根据反射波持续的周期数(一般取3 ∼ 5)，统计的能
第一界面胶结好的情况下，在近接收源距之间存在
量窗长可为0.09 ms，也即从0.01 ∼ 0.1 ms。根据水
0 (即胶结良好，黑色波列)、20 (绿色波列)、40 (蓝
◦
◦
◦
泥环厚度的大小，能量窗的起始和终止位置可以通
色波列) 和 60 (红色波列) 胶结差的扇区时，接收的
◦
过计算反射波的到时调节。
波列与水泥厚度无限大时的波列相减得到反射波
利用图 4(d) 的处理数据，将不同源距下反褶积
列图，胶结差的扇区分布在发射器和接收器之间的
的结果，在0.01 ∼ 0.1 ms 的时间窗内计算波形能量
中间位置。可见随着胶结差扇区度数变大，来自水
E(见式 (5))，根据波形能量得到水泥环第二界面的
泥环外侧的反射波幅度逐渐增大，在胶结差扇区大
成像图。
0.34 水泥环第一界面和第二界面不同胶结状况下
ጫฉԦ࠱ ഷฉԦ࠱
0.32 成像图如图 5 所示。可见在水泥环第一界面胶结
0.30 良好时，水泥环第二界面胶结好 (图 5(b)) 与胶结差
ູᡰ/m 0.28 (图 5(a)) 时的差异明显，这使得实现水泥环与地层
第二界面的固井质量评价成为可能。但是当套管与
0.26
水泥环第一界面胶结差时，不管水泥环第二界面胶
0.24
结好 (图 5(d)) 或是胶结差 (图 5(c))，胶结成像图上
0.22
的颜色值均很低，这在一定程度上说明在水泥环第
0.20
一界面胶结差时，较难评价水泥环第二界面的胶结
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14
௑ᫎ/ms 状况。其原因在于，拉伸波的传播特征类似于自由
图 3 第二界面某一角度缺失后的正演模拟结果 薄板中的对称模态，其质点振动主要表现为面内位
Fig. 3 The forward simulation results of the sec- 移，在第一界面胶结良好时，将向管外介质泄漏声波
ond interface when an angle is missing 能量，若管外存在微间隙，因流体不传递切向应力，