斜入射超聲波固井質(zhì)量評(píng)價(jià)的并行有限差分模擬.pdf

1、目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于固井質(zhì)量的評(píng)價(jià)主要采用聲幅-變密度測(cè)井等方法。盡管這些傳統(tǒng)方法對(duì)一界面（套管/水泥界面）膠結(jié)狀況的判別效果尚可，但對(duì)二界面（水泥/地層界面）容易出現(xiàn)誤判。為此，本文針對(duì)國(guó)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(cè)方法，進(jìn)行波場(chǎng)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(jì)要點(diǎn)等。
　　本文從經(jīng)典的彈性動(dòng)力學(xué)波動(dòng)方程入手，推導(dǎo)速度-應(yīng)力交錯(cuò)網(wǎng)格的時(shí)域有限差分（Finite-di

2、fference time-domain，F(xiàn)DTD）表達(dá)式，使用Fortran語(yǔ)言編寫并行FDTD程序。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)該程序計(jì)算井孔聲波、超聲波問(wèn)題，并著重計(jì)算斜入射超聲波測(cè)井儀在井內(nèi)工作時(shí)的波場(chǎng)傳播規(guī)律。主要內(nèi)容包括：
　　由于使用簡(jiǎn)單串行算法計(jì)算高頻超聲波耗時(shí)太長(zhǎng)，難以滿足研究需求，本文基于MPI(Message Passing Interface)技術(shù)設(shè)計(jì)，將原有柱坐標(biāo)系下的串行FDTD算法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)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(shí)現(xiàn)流程，并以簡(jiǎn)單模型（軸對(duì)稱裸眼井、套管井）的單極源聲場(chǎng)模擬為例，詳細(xì)對(duì)比了并行與串行算法的模擬結(jié)果，驗(yàn)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(cè)為背景，實(shí)現(xiàn)了3維直角坐標(biāo)系下的FDTD算法，與第2章用于計(jì)算井孔聲波的柱坐標(biāo)系算法相比，其計(jì)算更符合實(shí)際情況。對(duì)于中心頻率在250kHz的斜入射超聲波，其波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于井孔內(nèi)徑，可忽略井孔效應(yīng)，進(jìn)而將三維平面波問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維情況，并進(jìn)一步

4、計(jì)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(cè)方法對(duì)于一、二界面膠結(jié)狀況的判別依據(jù)和判別效果等問(wèn)題。計(jì)算結(jié)果表明：井孔超聲波中兩個(gè)先后到達(dá)波群（首至彎曲波和次至彎曲波）的幅度和到時(shí)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(shí)，首至彎曲波幅度增大，且隨著竄槽厚度增大其衰減系數(shù)減小；當(dāng)二界面竄槽時(shí)，次至彎曲波幅度增大，且隨著竄槽厚度增大其波群到時(shí)提前。上述結(jié)論適用于大部分水泥參數(shù)情況，只是無(wú)法用于檢測(cè)高