Page 143 - 《应用声学》2023年第3期

第 42 卷 第 3 期 孙志峰等： 超声脉冲窄带激励的水泥环第二界面探测方法 581

点，由图可见，随着水泥环厚度的增加，第二界面超 1 mm，扫描范围60 mm × 60 mm。采用波形反演的
声反射回波时延明显增大，同时由于超声波信号传 方法，对记录的波形进行参数反演。
播的路径增加，第二界面超声反射回波的幅度略有
降低。
40
20
5.0
0 mm
7.5
10.0 -20
ඵซဗԒए/mm 15.0 50 mm 0 -50 0 50 -40
12.5
17.5
20.0
22.5
mm
-50
25.0
27.5 B ኄႍ̄᭧ඵซᎥܿನֶ
30.0
60
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
40
௑ᫎ/µs
20
图 4 不同水泥环厚度时超声脉冲反射回波
mm 0
Fig. 4 Ultrasonic pulse echo calculated with dif-
ferent cement sheath thickness -20
-40
3 实验室测量分析 -60
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 mm
在实验室制作了第一界面胶结质量良好、第 C ኄႍ̄᭧Ꭵܿ̄፥ڏ
二界面具有缺陷的实验样品，实验样品的模型如 图 5 实验样品模型图
图5 所示。由图 5(a) 可见实验样品自上到下分别钢 Fig. 5 Experimental sample model
板、有机玻璃、玻璃，采用双组份环氧树脂把 3 种
图 6 分别绘制了共振波幅度 (反映第一界面胶
材料胶结固化而成，胶层厚度小于 0.1 mm。其中
结情况)、钢板厚度及第二界面回波幅度 (反映第二
钢板尺寸为 120 mm × 120 mm × 6 mm，有机玻璃
界面胶结情况) 成像图。由图可见，共振波幅度均
尺寸为 120 mm × 120 mm × 30 mm，玻璃尺寸为
匀，因此第一界胶结质量良好。测量的钢板厚度成
120 mm × 120 mm × 50 mm。在有机玻璃下表面中
像结果图像均匀，厚度为 6 mm，与样品实际情况有
心加工一个深 5 mm、直径为 20 mm 的圆型平底孔，
很理想的吻合。第二界面反射波幅度除了中心的圆
代表缺陷，圆型平底孔尺寸见图5(b)所示。
形缺陷外，其余部分胶结完好。测量的第二界面的
采用实验室超声检测系统进行超声脉冲反
圆形缺陷直径约为24 mm，略大于样品中的20 mm
射回波实验，该系统激励采用 Tektronix 公司研
的圆形缺陷半径，这是由于每一个检测点都是换能
制的 AFG3000B 信号发生器，声源为中心频率为
器辐射的声束覆盖范围的平均效果，因此第二界面
0.5 MHz 的猝发正弦信号，其中信号的峰峰值为
反射回波的波及范围略大于在圆形缺陷边界。
10 V。激励 Panametric A391S聚焦换能器，产生超
声波信号并接收，该换能器中心频率为 0.5 MHz，
4 刻度井实验研究
焦距为 53 mm，晶片直径 28.5 mm。由 Tektronix
TDS3032 数字荧光示波器接收电信号并数字化后 中海油田服务股份有限公司设计并建造了 11
传输到个人计算机。实验室把换能器和实验样品 口固井质量刻度井，用于模拟第一、第二界面多种
均浸入水中，换能器距离样品表面距离约 53 mm， 不同的水泥胶结情况，其中一口刻度井用于第二
两者保持平行放置。通过计算机编程控制步进电 界面固井质量测量 [14] 。该井选用外径为 17.78 cm
机移动，对样品进行 xy 二维扫描测量，步进距离为 (7 in) 的套管，套管厚度为 10.36 mm，水泥环厚度