在油田生产井中,位于套管与井壁之间的水泥环胶结质量(固井质量)是确保井下分层封隔开采的关键因素,直接影响了油气井的开采效率和生产安全。声波测井是评价固井质量最主要的手段。传统的套管导波幅度测量方法只能定性评价套管和水泥环之间界面的胶结质量,对水泥环和井壁之间界面的检测则无能为力,并且无法识别胶结缺失的方位。超声泄漏兰姆波是检测多层介质粘接缺失的有力工具。本研究通过时域有限差分数值模拟,考察了多层介质中由定向声波换能器激发的弹性波场特征。当发射器入射倾角大于横波临界折射角时,在套管井中可激励出最低阶的泄漏兰姆波(又称为"弯曲波")。在定向接收器记录的全波列中,可得到先后到达的首至弯曲波和后续弯曲波。数值模拟结果表明,首至弯曲波的衰减率大小对套管和水泥环界面的间隙厚度具有明确对应关系,可应用于该界面胶结质量的定量评价;而后续弯曲波则对水泥和井壁界面敏感,该界面间隙的存在会导致后续弯曲波幅度的显著增强,且其到时也与该界面间隙宽度相关,如图1所示。在人工缩尺模型井中开展的超声实验,也验证了这一结论。因此通过激励和接收超声泄漏兰姆波信号,可望对井中任意方位角的水泥环两侧界面的胶结质量作综合的定量检测评价。