A computer technique for interpreting geophysical logs of drill-holes in quantitative lithologic terms has been developed and tested on the deposits of the late Eocene Coaledo Formation, a well-studied fluvio-deltaic complex in southwestern Oregon. The technique involves the use of induced and natural gamma logs for separation of coal and claystone from coarse-grained detrital rocks and the use of the ratio of resistivity and natural gamma responses (defined here as the "grain size index") to divide the coarse elastic rocks into a series of textural classes corresponding to the Wentworth-Odden particle size scale.

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[pt] Este trabalho apresenta um estudo abrangente sobre novas técnicas para modelagem de sensores eletromagnéticos usados na prospecção de petróleo. Estes sensores normalmente ficam imersos em formações geofísicas complexas (não homogêneas, dissipativas e anisotrópicas) com dimensões e parâmetros constitutivos do meio envolvendo múltiplas escalas, e isso representa um problema desafiador para as técnicas tradicionais de eletromagnetismo computacional. Nossa proposta supera esses problemas e contribui para uma melhor compreensão dos fenômenos eletromagnéticos físicos que ocorrem nessas estruturas. Analisamos o problema de propagação usando: a) uma técnica de onda completa baseada no método de casamento de modos, b) soluções perturbacionais para a equação integral de Fredholm vetorial baseadas na aproximação de Born, e c) métodos variacionais para o cálculo da impedância dos sensores eletromagnéticos de interesse para a exploração geofísica. Nós apresentamos resultados que demostram a capacidade das técnicas introduzidas nesta tese para modelar de forma acurada e eficiente sensores eletromagnéticos de forma mais realista do que as alternativas disponiveis na literatura. O custo computacional dos algoritmos desenvolvidos é relativamente baixo comparado com técnicas puramente numéricas tradicionais (tais como os métodos de elementos e diferenças finitas ou o método dos momentos). / [en] This work presents a comprehensive study on some techniques for modeling electromagnetic sensors used in well prospecting. These sensors are usually immersed in complex geophysical formations (inhomogeneous, dissipative, and anisotropic) with multiscale dimensions and constitutive parameters of the medium abruptly varying, resulting in a challenging problem for conventional computational electromagnetic techniques. Our proposal overcomes these problems and contributes to a better understanding of the physical electromagnetic phenomena that occur in these structures. We analyzed the propagation problem by using: a) a fullwave method based on the mode-matching technique, b) perturbational solutions for solving a Fredholm integral equation on the grounds of the Born approximation, and c) variational methods for calculating the sensor impedance. We present results that demonstrate the ability of the techniques introduced in this dissertation to accurately and efficiently modeling electromagnetic sensors in a more realistic fashion when compared with other methods available in the literature.The computational cost of the numerical algorithms developed in this work is relatively low if compared to that required in traditional techniques (such as finite elements, finite differences, and method of moments).

[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.