油田井固井后,水泥环将套管与地层紧紧粘接为一体,既起到保护套管不受腐蚀的作用又能保证油气井的正常生产。随着我国石油天然气开发技术的不断进步,地势形态日益复杂、钻采方式多样,油田固井技术的发展也突飞猛进,对固井质量的要求也越来越高。因此,在实际生产中,有效评价固井质量是至关重要的。固井质量的评价主要是水泥胶结质量的检测,由于界面发生应变或者水泥石本身密度等原因导致界面结构疏松,出现不同程度的缺陷。研究界面缺陷对固井质量的影响有助于在实际问题中更合理设计出检测方案和提高检测结果的准确性。声波测井是通过研究声波在井下岩层和介质中的传播特性,从而了解岩层的地质特性和判断固井质量的一种测井方法。基于井孔中的超声波传播特性及其在无损评价中的应用,本文的主要研究内容及结果如下:(1)研究了不同界面缺陷对套管井超声响应的影响。采用ANSYS有限元软件,分别建立了32组第一、第二界面不同缺陷尺寸模型,并对接收到的超声回波进行波形分析和频谱转化。结果表明:胶结良好情况下地层回波明显,随着缺陷的增大,回波逐渐减弱直至不明显;界面缺陷回波FFT峰值随着缺陷尺寸的增加先增大后减小,当缺陷增至一定程度后,能透过套管到达水泥层的能量大大减弱,频谱表现为自身固有频率。(2)研究了水泥环缺失范围对声场的影响以及缺失方位的判定。采用ANSYS有限元软件,建立了套管井胶结良好和沿x轴周向缺失不同范围水泥环有限元模型,对回波信号的套管波、首波幅度及对FFT变换峰值进行分析,结果表明:无缺陷模型首波幅度最小,但随着缺失角度的增大,首波幅度、不同方位回波FFT幅值都随之增大,到180°后幅度急剧减小并保持平稳;不同方位的缺陷有不同的敏感频率。(3)研究了不同椭圆形套管井声场的传播特征及时频分析。采用ANSYS有限元软件软件,分别建立不同椭圆形井场有限元模型,并通过FRFT对接收到的超声回波信号进行分析。结果表明:圆形井场分数阶傅里叶变换最优p值较大;随着椭圆度的增大,信号在分数阶域上的第一主峰值越来越大,但总体幅值比越来越小。通过本文的研究,对套管井结构进行超声波检测在理论和实践应用中都有一定的参考和指导意义。