声波测井是石油测井的主要方法之一，其在油井工程中的主要应用就是检测套管井中的水泥胶结状况，并称为声波固井质量检测。声波分扇区水泥胶结测井仪因具有较高的纵向和环向分辨率而被广泛的应用于套管—水泥界面（第一界面）的胶结质量检测，但它难以应用于水泥—地层界面（第二界面）的胶结质量检测。第二界面检测也是一个在国际上迄今尚未完全解决的技术难题和学术热点。　　为了深入研究分扇区水泥胶结测井对第二界面的检测能力，本文尝试做了以下几个方面的工作，包括对简化后的固井质量检测模型进行导波模态特性分析，三维瞬态高频声场的高精度有限差分数值计算，分析第一、二界面存在窜槽时的套管井声场，并用实验验证可靠性等，主要研究工作如下:　　(1)应用全局矩阵法计算并比较了真空钢管、充液钢管和内外均充液钢管中导波的频散特性，选取充液钢管作为固井质量检测的简化模型。然后分析了充液钢管在速度“平台”处的模态分布和波结构特征以及激励速度“平台”上模态所需的斜入射角度，最后简单的分析了采用局部非轴对称声源时声源的环向尺寸对激发模态的影响，为应用斜入射声源激励速度“平台”上的模态提供技术支撑。　　(2)应用三维有限差分算法数值模拟了分扇区水泥胶结测井仪对第一界面窜槽的检测能力，包括检测第一界面窜槽时的环向分辨率等。针对难以用首波幅度检测第二界面胶结质量的问题，提出了利用特定到时的后续波信息检测第二界面胶结质量的新方法，同时也指出新方法对第二界面检测的不足。基于此，本文在分扇区水泥胶结测井仪的基础上，将发射和接收换能器改为斜向放置，使声源按特定角度斜入射来激励速度“平台”处的特定模态。应用速度“平台”上的模态及其反射波信息来检测第一界面和第二界面的水泥胶结质量。并进一步数值模拟了第一、第二界面处环向不同大小窜槽、径向不同厚度窜槽、不同厚度水泥环和不同密度水泥环等不同情况下的套管井，计算分析这些套管井中对第一界面和第二界面窜槽的检测能力。数值分析表明，应用斜入射声源激励相应速度“平台”处模态能很好的检测第一界面的窜槽，且能在一定程度上进行第二界面的胶结质量评价。　　(3)针对以上理论分析，本文也开展了相关的实验研究，设计了一套实验测量装置，并进行了斜入射声源检测套管模型井中第二界面胶结质量的初步实验研究，从实验角度验证方法的有效性和实用性。