Page 41 - 《应用声学》2021年第6期

第 40 卷 第 6 期 陈雪莲等： 偶极子声波测井在套管井中的声场特征 837

2.2 套管与水泥环 (第 I 界面) 胶结差时井孔模式 的全波波形特征，图5(c) 还显示了套管弯曲波的激
波的传播特征 发强度。随着流体环厚度的增加，套管弯曲波的激

在套管与水泥环之间加入一层流体环 (泥浆) 发强度逐渐增大，同一流体环下其随着频率的增加
模拟第一界面胶结差的状况。图 4 为 I 界面胶结差、 逐渐降低，流体环厚度越薄幅度下降得越快。
II 界面 (水泥环与地层) 胶结好时地层弯曲波的频
0.01mm
散曲线和衰减曲线。结果显示，随着流体环厚度的 0.1 mm
1 mm
增加，频散曲线向低频偏移，且流体环的存在使得截 1800 2 mm
5 mm
止频率附近地层弯曲波的衰减 (1/Q) 增加，艾里相 1600 10mm
15mm
1400 ᒭႀݓኮ
附近的衰减降低。 1200
2400 ᤴए/(m·s -1 ) 1000
0.01mm 800
2200 ڡࡏᄊ ഷฉᤴए 0.1 mm 600
1 mm
2 mm
2000
ᤴए/(mSs -1 ) 1800 5 mm 400 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
10 mm
200
15 mm
ᒭႀݓኮ
0
ᑛፇᓢݞ
1600
1400 f/kHz
(a) ᮠஙజጳ
1200
0.0088
1000 0.0080
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0.0072
f/kHz
0.0064
(a) ᮠஙజጳ 0.0056
ᛰѓ 0.0048
0.01mm 10 mm
0.024 0.1 mm 15 mm 0.0040
1 mm ᒭႀݓኮ 0.0032
2 mm ᑛፇᓢݞ
5 mm 0.0024 0.01 mm 5 mm
0.020 0.1 mm 10mm
0.0016 1 mm 15mm
0.0008 2 mm ᒭႀݓኮ
ᛰѓ 0.016 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
f/kHz
0.012
(b) ᛰѓజጳ
0.008 12
0.01mm
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.1 mm
f/kHz 10 1 mm
2 mm
(b) ᛰѓజጳ 8 5 mm
10mm
图 4 I 界面胶结差、II 界面胶结好时地层弯曲波频 ༏ԧूए 6 15mm
ᒭႀݓኮ
散曲线和衰减曲线
4
Fig. 4 Formation flexural wave in cased borehole
with poor bonding at the first interface and good 2
bonding at the second interface 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
当I 界面存在流体环时便可以激发出套管弯曲 f/kHz
(c) ༏ԧूएజጳ
波，图 5 是 I 界面胶结差、II 界面胶结好时套管弯曲
图 5 I 界面胶结差、II 界面胶结好时套管弯曲波频
波 (最低阶) 的频散曲线和衰减 (1/Q) 曲线。图 5(a)
散、衰减和激发强度曲线
显示，随着流体环厚度的增加，最低阶套管弯曲波的
Fig. 5 Casing flexural wave in cased borehole with
相速度和群速度均逐渐增大，并且其对流体环厚度
poor bonding at the first interface and good bond-
变化非常敏感，这一特征为利用套管弯曲波的相速
ing at the second interface
度反演流体环厚度提供了可能。与图 4(b) 相比，套
管弯曲波的衰减值明显低于地层弯曲波的衰减值， 为了进一步考察流体环厚度对激发波场的影
这与套管弯曲波的相速度较低且几乎不泄漏能量 响，对第 I 界面流体环厚度变化时偶极子声源激发
有关。为了进一步分析偶极子声源在套管井中激发 的全波波形进行模拟，结果如图6所示。源距为3 m、