[pt] Os sistemas eletromagnéticos de telemetria através de formações geológicas têm sido cada vez mais estudados na última década devido às importantes aplicações de engenharia para a indústria de exploração de óleo e gás. Várias técnicas computacionais puramente numéricas têm sido utilizadas para modelar esses cenários. No entanto, elas exigem um tratamento ardiloso para às bruscas mudanças na condutividade elétrica presente nas formações geológicas. Além disso, o custo computacional necessário para o processo de discretização é muito grande, e as instabilidades em baixas frequências se tornam críticas para problemas em que largas escalas estão envolvidas. Esta pesquisa apresenta uma formulação semianalítica para analisar a propagação dos campos eletromagnéticos em um meio estratificado, dissipativo, e com anisotropia biaxial. A solução proposta emprega uma nova abordagem no domínio espectral onde uma integral baseada na transformada de Hankel é apresentada para modelar a propagação de ondas devido a fontes de corrente do tipo anel com simetria azimutal. O método proposto é empregado para a análise de cenários geofísicos análogos aos do Pré-Sal brasileiro, onde rochas carbonáticas de alta condutividade são predominantes. Além disso, o efeito das formações do pré e pós-sal nos campos eletromagnéticos e sua interação com o tubo metálico que reveste o poço de petróleo é então computado para ambientes isotrópicos e anisotrópicos. É apresentada uma série de resultados de validação que mostram que a técnica proposta é numericamente estável, robusta e computacionalmente eficiente para modelar vários problemas representativos de telemetria sem fio em poços de petróleo. / [en] Electromagnetic telemetry systems through complex geological formations have been increasingly investigated in the last decade due to important engineering applications for the oil and gas industry exploration. Many brute-force computational electromagnetic techniques have been used for modeling this scenario. However, they require a tricky treatment of the large conductivity contrasts present in the soil formations. Also, high-cost computational resources are required for the discretization process and the low-frequency instabilities become critical for such large-scale problems. This research presents a semi-analytic formulation for analyzing the electromagnetic field propagation in a biaxially anisotropic and lossy stratified media. The proposed solution employs a novel spectral domain approach where a Hankel-based integral transform is introduced for modeling wave propagation due to azimuthally symmetric current loop sources. The proposed method is employed for analyzing geophysical scenarios analogous to those of the Brazilian Pre-Salt, where high conductivity carbonate rocks are prevalent. Also, the effect of the pre and post-salt formations on the electromagnetic fields and its interaction with the metallic casing of an oil well is then computed for both isotropic and anisotropic environments. It is presented a series of validation results which show that the proposed technique is numerically stable, robust and computationally efficient for modeling several representative problems of wireless oil well telemetry.

[pt] Neste trabalho são analisadas junções entre guias coaxiais não homogêneos com perdas. A expansão modal dos campos eletromagnéticos em um guia coaxial com duas camadas radiais é detalhadamente deduzida, e posteriormente a formulação é generalizada para guias com multicamadas radiais. As constantes de propagação para guias com perdas são determinadas pelo método do winding number, garantindo que todos os autovalores possam ser encontrados. O método do casamento de modos é aplicado na análise e projeto de estruturas coaxiais. A formulação é aplicada na otimização de estruturas de acoplamento e cornetas radiantes com carregamento dielétrico não homogêneo. O preenchimento não homogêneo é empregado nas estruturas radiantes a fim de minimizar a perda de retorno, e principalmente controlar e melhorar o formato do diagrama de radiação para operação em banda larga. Adicionalmente, a formulação é utilizada para analisar a propagação eletromagnética em sistemas de telemetria sem fio para poços de petróleo. / [en] In this work, we analyzed junctions between coaxial waveguides heterogeneously filled with lossy dielectrics. The modal expansion of the electromagnetic fields in a coaxial waveguide with two radial layers is derived in detail, and afterward the formulation is generalized for a multilayer waveguide. The propagation constants for lossy waveguides are determined through the method of winding number, ensuring that all eigenvalues can be found. The mode matching technique is applied in the analysis and design of coaxial structures. The formulation is applied in the optimization of coupling structures and radiating horns with heterogeneous dielectric loading. The heterogeneous filling is used in radiating structures in order to reduce the return loss, and especially to control and improve the shape of the radiation pattern for broadband operation. Additionally, the formulation is used to analyze the electromagnetic propagation in wireless telemetry systems for oil wells.