论文部分内容阅读
声波检测技术是固井质量评价的主要手段之一,其中超声波技术能对井周进行精细成像和完整评价,越来越受到广泛重视。低密度水泥和轻质水泥(统称为低阻抗水泥)在固井储层保护、泥浆防漏、地层防裂中的应用越来越广泛,然而这类井的固井质量评价难以采用垂直入射技术得到更深的探测深度,且超声波垂直入射时对层状介质的缺陷不敏感。超声波倾斜入射可在套管中激发最低阶泄漏弯曲型Lamb波(以下简称弯曲型Lamb波),弯曲型Lamb波在沿着套管传播时其频散和衰减对套后介质声阻抗以及水泥环与套管界面(第I界面)的胶结状况很敏感,对水泥环与地层界面(第II界面)的胶结状况也有一定的敏感度。本文基于套管中传播的弯曲型Lamb波对套管后介质尤其是低阻抗水泥的声学参数和胶结状况的敏感性,通过建立多层介质模型,从理论上计算了其频散和衰减与套管后介质属性及水泥环第I界面胶结状况的关系,并数值模拟了有限尺寸定向辐射探头激发和接收的全波波形和声场快照。结果表明,当声源辐射到套管内壁上的入射角度约为33度时,在套管中主要激发弯曲型Lamb波;套管后耦合慢速水泥时,弯曲型Lamb波的频散曲线存在断点,曲线分为两个分支;弯曲型Lamb波的衰减在套管后耦合慢速水泥时最大并且对水泥环第I界面胶结差时流体环厚度有很高的灵敏度。声场快照显示弯曲型Lamb波在沿着套管传播时,会向与套管耦合的泥浆或水泥中泄漏比它速度低的波,若套管后介质是纵横波速度均低于弯曲型Lamb波相速度的慢速水泥,则套管中弯曲型Lamb波的衰减较大,波形幅值很小。利用弯曲型Lamb波的频散和衰减特征可以实现对套管后介质类型(尤其是声阻抗接近的固体和液体)、水泥环第I界面胶结状况及窜槽厚度的有效判别,显著地提高了低阻抗水泥固井质量评价的效果,为国内研制弯曲型Lamb波测井仪器奠定了理论基础。