斜入射超聲波固井質(zhì)量評價的并行有限差分模擬.pdf

1、目前，國內(nèi)對于固井質(zhì)量的評價主要采用聲幅-變密度測井等方法。盡管這些傳統(tǒng)方法對一界面（套管/水泥界面）膠結(jié)狀況的判別效果尚可，但對二界面（水泥/地層界面）容易出現(xiàn)誤判。為此，本文針對國外最新提出的一種基于斜入射超聲波的新型固井質(zhì)量檢測方法，進行波場數(shù)值模擬研究。分析它的工作原理，及其判別一、二界面膠結(jié)狀況的依據(jù)和效果，儀器設(shè)計要點等。
　　本文從經(jīng)典的彈性動力學(xué)波動方程入手，推導(dǎo)速度-應(yīng)力交錯網(wǎng)格的時域有限差分（Finite-di

2、fference time-domain，F(xiàn)DTD）表達式，使用Fortran語言編寫并行FDTD程序。在此基礎(chǔ)上，通過該程序計算井孔聲波、超聲波問題，并著重計算斜入射超聲波測井儀在井內(nèi)工作時的波場傳播規(guī)律。主要內(nèi)容包括：
　　由于使用簡單串行算法計算高頻超聲波耗時太長，難以滿足研究需求，本文基于MPI(Message Passing Interface)技術(shù)設(shè)計，將原有柱坐標(biāo)系下的串行FDTD算法進行了改進，實現(xiàn)了高效的并行程序

3、。第2章介紹了MPI技術(shù)以及算法實現(xiàn)流程，并以簡單模型（軸對稱裸眼井、套管井）的單極源聲場模擬為例，詳細對比了并行與串行算法的模擬結(jié)果，驗證了并行程序的正確性。
　　第3章以斜入射超聲波固井質(zhì)量檢測為背景，實現(xiàn)了3維直角坐標(biāo)系下的FDTD算法，與第2章用于計算井孔聲波的柱坐標(biāo)系算法相比，其計算更符合實際情況。對于中心頻率在250kHz的斜入射超聲波，其波長遠小于井孔內(nèi)徑，可忽略井孔效應(yīng)，進而將三維平面波問題簡化為二維情況，并進一步

4、計算了多種模型下井孔超聲波的傳播情況，分析了斜入射超聲固井檢測方法對于一、二界面膠結(jié)狀況的判別依據(jù)和判別效果等問題。計算結(jié)果表明：井孔超聲波中兩個先后到達波群（首至彎曲波和次至彎曲波）的幅度和到時可分別作為一、二界面水泥膠結(jié)狀況的判別依據(jù)。具體是：當(dāng)一界面竄槽時，首至彎曲波幅度增大，且隨著竄槽厚度增大其衰減系數(shù)減?。划?dāng)二界面竄槽時，次至彎曲波幅度增大，且隨著竄槽厚度增大其波群到時提前。上述結(jié)論適用于大部分水泥參數(shù)情況，只是無法用于檢測高