声波技术是固井质量评价主要手段之一,其中超声技术能进行井周360度精细成像和评价。低密度水泥以及轻质水泥在固井储层保护、地层防裂、泥浆防漏中的应用越来越广泛,然而采用现有的垂直入射超声技术在这类井中难以得到更深的探测深度。垂直入射的超声纵波对层状介质中的缺陷不敏感,而倾斜入射的纵波在套管中激发的弯曲型Lamb波在沿着套管传播时其衰减对水泥环与套管胶结状况以及套后介质声阻抗很敏感。基于上述原理和认识,本文通过数值模拟和实验室物理实验分析了套管井泄漏弯曲型Lamb波传播特征,为低声阻抗水泥固井质量评价及套管井环空窜槽的识别提供了一定的理论和实验基础。本文根据套管井超声传播特性,首先将圆柱径向分层模型简化为水平层状模型。研究了测井频段内薄板中存在的模式波的频散和衰减,以及弯曲型Lamb波(A0)和拉伸型Lamb波(S0)在不同水泥胶结状况下传播特征差异。模拟结果表明弯曲型Lamb波更有利于进行轻质水泥固井质量评价。并进一步研究了弯曲型Lamb波在水泥不同胶结状况以及不同水泥声阻抗下衰减的变化规律。采用Gaussian声束理论,数值模拟了发射器定向辐射和接收器定向接收时的全波波形,计算结果表明,全波波形是镜面反射和泄漏Lamb波相位相干叠加的结果,并探讨了探头倾斜角、探头距离套管内壁距离、套管外耦合水泥的声阻抗、套管厚度和水泥胶结状况对接收的全波波形的影响,得到了接收弯曲型Lamb波的适合源距,为国内研制弯曲型Lamb波的测量仪器奠定了理论基础。在数值模拟基础上,本文进行了套管井物理模拟研究。实验验证了弯曲型Lamb波有效激发方式。通过挡板实验,考察了镜面反射对全波的影响,实验测量的全波幅度随源距的变化规律和弯曲型Lamb波衰减与套后声阻抗变化规律与理论计算结果一致。本文的研究工作将为基于弯曲型Lamb波评价轻质水泥的仪器声系设计奠定理论和实验基础。