随钻声波测井是在钻井的同时对井孔周围的地层进行探测,并为地质导向提供信息,该技术具有实时测量特性,有望减少测量成本。现有的测井资料表明,随钻声波测井中到时较早且幅度很大的钻铤波信号掩盖了来自地层的声波信号,导致无法提取到准确的地层纵波速度。前人采用在钻铤上刻槽的方式来消除钻铤波,但刻槽的隔声机理仍不明确,有必要深入研究随钻声波测井中钻铤波的传播规律和刻槽钻铤结构的隔声机理。本文采用三维直角坐标系下并行时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）算法,研究了随钻声波测井中钻铤波的传播规律,模拟了钻铤刻槽情况下的随钻声场。主要在以下几个方面取得了进展:编程实现了高声阻抗差异的流-固组合结构下三维直角坐标系FDTD算法,并采用这种算法模拟了随钻声场响应。为了检验FDTD算法的正确性,依据弹性动力学互易性原理,建立了井内环形片状声源在井外某点处产生的体应变与井外该点处单极源在井内环形片状声源处产生的径向位移通量之间的关系。在钻铤刻槽和钻铤偏心等没有解析解可供对比的情况下,利用互易性原理检验了FDTD算法模拟随钻声场响应的正确性。采用FDTD算法模拟了随钻声波测井和钻铤置于无限大流体中的全波波形,发现钻铤外表面处反射钻铤波（从钻铤向井孔中传播,到达井壁后反射回钻铤外表面的仪器波）幅度占钻铤波总幅度比重不可忽略。为了分析钻铤结构对钻铤波传播的影响,模拟钻铤在中间截断和钻铤在端部截断的声场全波,结果表明钻铤被截断后,在截断处钻铤波消失,但截断后钻铤波转化为斯通利波。为了说明随钻声波测井中应力响应和位移响应的差异,采用FDTD算法模拟了应力响应和位移响应的波场,分析了应力波形和位移波形的特征。径向应力全波中斯通利波的相对幅值最大、钻铤波幅值其次;但径向位移全波中钻铤波的相对幅值最大;值得注意的是,井壁处轴向位移全波中观察到了显著的地层纵波波群。研究了钻铤波幅值沿径向的分布规律,发现径向位移响应中钻铤波最大幅值位于钻铤外表面处;但径向应力响应中钻铤波最大幅值位于钻铤内部,且井壁处钻铤波幅值大于钻铤外表面处。分析了应力响应和位移响应的钻铤波幅值在沿井孔径向分布上随地层参数的变化规律,发现径向位移响应对地层参数的变化更敏感,地层的波阻抗越大,钻铤外表面处径向位移响应中钻铤波幅值越大,但井壁处钻铤波幅值越小。针对三种周期性刻槽结构的钻铤模型（内刻槽,外刻槽以及内外交错刻槽）,采用FDTD算法模拟了不同刻槽钻铤结构的声场响应,发现刻槽能削弱钻铤波的幅度,但刻槽会导致部分钻铤波转化成斯通利波。研究了不同刻槽参数下钻铤波与转化斯通利波幅值随频率的变化规律,发现内刻槽导致钻铤波与转化斯通利波幅值低点向低频移动,但外刻槽导致钻铤波与转化斯通利波的幅值低点向高频移动,内外刻槽导致钻铤波与转化斯通利波幅度低点既向低频移动也向高频移动。认识到内外交错刻槽钻铤结构下随钻声场全波可提取地层纵波速度的频率范围大于其他两种刻槽结构。为了分析钻铤刻槽对偶极和四极随钻声场的影响,采用FDTD算法计算了刻槽钻铤结构下偶极和四极随钻声场全波,发现外刻槽与内刻槽对多极随钻声场的影响存在显著差异。偶极随钻声场情况下,外刻槽时流-固界面波速度增大,钻铤弯曲波速度减小;但内刻槽时流-固界面波速度不变,钻铤弯曲波速度减小。四极随钻声场情况下,外刻槽时地层螺旋波速度增大,但内刻槽时地层螺旋波速度不变。基于刻槽对多极随钻声场影响的认识,提出了刻槽钻铤情况下偶极和四极随钻声波测井的声源频率范围:当偶极随钻声测井中声源频率介于4.5k Hz～6.5k Hz时,才可利用流-固界面波速度来反演地层横波速度;当四极随钻声测井中声源频率介于2.0k Hz～6.0k Hz时,才可利用地层螺旋波速度来反演地层横波速度。为了分析钻铤偏心对多极随钻声场的影响,采用FDTD算法模拟了钻铤偏心时单极、偶极以及四极随钻声波测井声场响应,发现钻铤偏心对不同激发模式下随钻声场的影响程度不同。钻铤偏心时单极随钻声波测井中,钻铤波与斯通利波的幅度在近偏心位置大而远偏心位置小,斯通利波速度则是近偏心位置小而远偏心位置大。钻铤偏心时,可从刻槽钻铤结构下单极随钻声波测井全波中提取出地层纵波速度,还可根据斯通利波速度变化规律辨识偏心距离。钻铤偏心时偶极随钻声波测井中流-固界面波速度近偏心位置小而远偏心位置大。然而,钻铤偏心时四极随钻声波测井不同偏心位置下应力全波中地层螺旋波的频散程度各异,利用地层螺旋波速度反演地层横波速度存在显著误差。本文关于钻铤波传播特性的分析与钻铤刻槽隔声性能的研究对随钻声波测井仪器的研制和信号的处理具有指导意义。