【摘 要】
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声波测井通过在井筒中采集全波形数据,可以反演出井筒结构和地层岩性等信息,按应用场景可以分为随钻声波测井（Acoustic Logging-While-Drilling,ALWD）、裸眼井电缆声波测井和套管井声波测井。伴随着电子信息技术的不断发展,国内外测井公司对声波测井仪器的研制也趋于数字化和精准化。新型测井仪器提供更多信息的同时也增加了数据处理与解释难度。ALWD仪器受重力和钻铤运动影响,很难实
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声波测井通过在井筒中采集全波形数据,可以反演出井筒结构和地层岩性等信息,按应用场景可以分为随钻声波测井（Acoustic Logging-While-Drilling,ALWD）、裸眼井电缆声波测井和套管井声波测井。伴随着电子信息技术的不断发展,国内外测井公司对声波测井仪器的研制也趋于数字化和精准化。新型测井仪器提供更多信息的同时也增加了数据处理与解释难度。ALWD仪器受重力和钻铤运动影响,很难实现严格居中,容易引起测量误差。超声波斜入射单发-双收声系可以在裸眼井中激发纵横波,实现高分辨率的地层速度测量,但相关技术细节仍需要深入研究。超声挠曲波技术在套管中激发泄漏兰姆波,可以探测多层介质参数和水泥胶结质量,但由于井下环境复杂多变,目前的应用效果并不理想。针对上述问题,本文采用时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）法对复杂井筒声场进行数值模拟,研究其分布特征和传播规律,为优化仪器设计和数据处理方法提供理论参考。主要研究内容和结论如下:（1）利用GPU并行算法加速了基于FDTD的二维和三维井筒声场数值模拟代码,并进行了算法验证和性能分析。（2）模拟了偶极子ALWD仪器居中和偏心响应,定性和定量分析了声场特征,指出根据偶极子声场特征可量化仪器偏心。（3）采用超声波斜入射单发-双收声系实现了裸眼井地层速度测量,并利用相对误差指标评估了地层参数和仪器参数对声速测井的影响,确定了模拟环境下的最佳入射角和间距范围。（4）研究了套管井模型参数、仪器位置对超声挠曲波测量的影响,结果表明:第III声学界面反射波（Third Interface Echo,TIE）到时与环空厚度呈负线性关系;地层散射A0首波没有影响,对P-P的影响最小;区分快慢水泥的临界速度介于套管挠曲波相速度和群速度之间;随着仪器偏心量线性增大,A0首波和TIE到时线性减小,套管反射波幅度呈指数衰减;仪器倾斜会引入干扰模式S0,甚至导致探测能力失效。
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