本文利用超声脉冲回波对套管-水泥界面间隙层定征和套管-水泥界面超声成像评价问题进行了研究。　　在套管-水泥界面间隙层定征方面，文中采用层状介质超声谱分析方法计算了利用超声脉冲垂直套管井内壁入射时分层系统的反射波频谱;并利用灵敏度函数，对比分析了反射频谱的谐振频率点处的相位跳变值较谐振频率点作为反演特征量的优势;进一步通过目标函数分析证明了反演可行性，并研究了各层介质声学参数误差对特征量的影响以及不同种类水泥固井情况下特征量的灵敏度和目标函数。　　本文从信号处理角度，分析了引入时间窗函数对相位特征量的影响。并通过实验测量和信号处理实现了特征量的提取。然后分别利用神经网络和支持向量机，对间隙层厚度进行了定征。其中采用3～10阶谐振频率处的相位跳变值作为特征量，应用BP神经网络对间隙层厚度进行反演，真实值与反演值之间的平均相对误差为4.6％，相对误差的标准偏差为4.5％，最小的反演厚度为波长的18％;采用3～5阶特征量，利用支持向量机对微间隙定性分类，正确判定了23个实验样本。　　在套管-水泥界面超声成像评价方面，本文通过K-均值聚类方法对刻度井固井质量超声检测系统的成像结果图进行统计特征聚类处理。在套管外介质参数未知或低密度水泥固井的条件下，实现了对胶结良好与胶结不良两种情况的自动界定，并给出两种情况在统计意义上的区分度，实现了对套管-水泥界面胶结质量的自适应定性评价。