固井是石油工业中必不可少的环节,关乎油、水井的完整性与油气开采的可持续性,因此固井质量评价尤为重要。随着勘探环境日益复杂,深水、深层钻井逐渐增多,常规电缆固井质量检测技术成本高,难度大且大量占用井架时间;对于大斜度(大位移)井和水平井,由于井斜太大轨迹太深,电缆测井很难甚至无法进行测量。随钻测井可在下放或上提仪器时进行多次测量,既保证测井数据质量,又能提高时效且节约经济成本,适合深水、深层的环境;随钻测井仪器的特点也可弥补大斜度井和水平井中电缆测井爬行器无法深入测量的不足。目前,主要有斯伦贝谢公司开展了随钻声波测井在套管井水泥检测方面的研究工作。但其研究主要参照了常规电缆固井质量评价方法,并未从理论上深入分析随钻声波测井在套管井中的声场响应特征。本文从弹性波传播理论出发,详细分析了套管井随钻声波测井的声场响应特征,并将模拟结果应用于实际数据的处理与解释,为随钻固井质量评价提供了理论指导。主要分为以下三个部分:第一部分基于弹性波传播理论,建立了柱状分层弹性介质的套管井随钻声波测井模型,导出了套管井随钻声波测井的井孔声场表达式,研究了套管波和钻铤波的频散特性,并利用实轴积分方法模拟了随钻测井环境下套管与地层在不同胶结情况下的声波响应,结合慢度-时间相关方法,分析了套管波、钻铤波和地层波的到时及幅度特征。第二部分分析了套管井随钻声波阵列的影响因素,主要包括微环厚度的变化和水泥环声学参数的变化,发现通过改变水泥环剪切模量能更好地模拟随胶结程度变化的波形响应。参考常规的固井质量评价方法,在特定时间窗内计算套管波幅度(能量)和衰减,统计了幅度和衰减随胶结质量变化的规律。第三部分数值模拟并对比不同水泥胶结程度下随钻与电缆测井的套管波幅度和衰减与胶结指数的关系,形成了一种同时利用套管波幅度和衰减的随钻声波测井水泥胶结指数计算方法,实现了随钻条件下各种胶结指数的划分,并引用现场随钻声波测井固井质量评价实例验证了理论计算的正确性,取得了良好的应用效果。