Fundamentals of coaxial and coplanar coil arrays in induction tools

Until about ten years ago, all commercial borehole induction devices were built up with the traditional coaxial coil arrays. Since then, those apparatus incorporated the unconventional coplanar coil arrays, in order to investigate thinly laminated reservoirs and to locate axially asymmetrical anomalies like vugs and fractures. In order to comprehend the fundamentals of the coplanar array in induction probes, we present a comparative study with the coaxial array through one-dimensional modeling of some borehole environments, like: 1) homogeneous, isotropic and unlimited conducting media; 2) invaded thick bed with annulus; 3) horizontal and dipping multilayer sequences; 4) gradational transition zone between two thick beds; and 5) thinly laminated formations. The comparative study allows us to conclude that: 1) the skin effect is strongest in the coplanar array responses; 2) the coplanar array responses are more sensitive to mud filtrate invasion and annulus zones, which are direct indicators of movable oil; 3) polarization "horns" on the coplanar array profiles can be good bed boundary indicators; 4) coplanar arrays present the greatest sensitivity to detect and delineate thinly laminated reservoirs. Por meio século, dede sua criação, todas as sondas comerciais por indução eletromagnética (EM) utilizavam o tradicional arranjo coaxial de bobinas. Somente a partir da virada do século XX que estas sondas passaram a incorporar o arranjo coplanar, devido a necessidade de investigar reservatórios finamente laminados ou anomalias sem simetrias de rotação (fraturas ou cavidades). Com o objetivo de melhor compreender a aplicação do arranjo coplanar nas sondas de indução, elaboramos um estudo comparativo de suas respostas com as do tradicional arranjo coaxial, através de modelagem unidimensional, em alguns ambientes comuns à geofísica de poço: 1) meios homogêneos, isotrópicos e ilimitados; 2) camadas espessas com invasão de filtrado de lama e formação de annulus, 3) sequências de multicamadas horizontais e inclinadas; 4) transição gradacional entre duas camadas espessas; e 5) formações finamente laminadas. Este estudo comparativo entre os arranjos coaxial e coplanar permite concluir que: 1) o efeito pelicular é mais acentuado nas respostas do arranjo coplanar; 2) as respostas do arranjo coplanar são mais sensíveis a movimentação de fluidos na formação, principalmente nas zonas de annulus, 3) os perfis do arranjo coplanar apresentam picos devidos à polarização nas interfaces, que podem ser bons indicadores das fronteiras entre camadas; 4) o arranjo coplanar é mais sensível para detectar e delinear reservatórios finamente laminados.