Descripción general

Desde su introducción en 2015, la visualización óptica cuantitativa de imágenes de gas (QOGI) ha pasado de una adopción limitada y temprana a un uso más amplio en sectores seleccionados. Durante la última década, varios estudios han evaluado el rendimiento de QOGI, con resultados influenciados por diferencias en el diseño de las pruebas, las condiciones ambientales y el contexto de la aplicación.

Los resultados de una prueba reciente en las instalaciones de Total Energies Anomalies Detection Initiatives (TADI) en Lacq, Francia, se suman a este creciente conjunto de investigación. La evaluación se centró tanto en emisiones fugitivas (menos de 1 kg/h) como en emisiones de ventilación de alto volumen (de 5 kg/h a 50 kg/h), complementando estudios controlados anteriores a la vez que ampliaba la información en una gama más amplia de escenarios de liberación. 

En estas pruebas, se evaluaron las tasas de liberación de la  G-Series con cuantificación integrada en la cámara dentro de las curvas calibradas de la tecnología actual (de 12 g/h a 12 kg/h), que se ampliarán como resultado de estas pruebas. Las pruebas de la tecnología integrada en la cámara Gx320 QOGI de Flir incluyeron 198 resultados de pruebas de 15 ubicaciones de prueba de fugas y demostraron un rendimiento coherente con los resultados notificados en estudios independientes anteriores.

Cuantificación de emisiones de metano

El metano (CH4) es un gas de efecto invernadero muy potente, con un potencial de calentamiento global más de 80 veces mayor que el dióxido de carbono (CO2) durante un período de 20 años. A pesar de su vida útil atmosférica relativamente corta, el metano acelera significativamente el cambio climático debido a su intensa capacidad de atrapamiento del calor. Las principales fuentes de emisiones de metano incluyen la agricultura (especialmente el cultivo de ganado y arroz), la producción de combustibles fósiles, la distribución, los vertederos y los humedales naturales. 

La urgencia de medir las emisiones de metano surge de la necesidad de identificar y cuantificar estas fuentes con precisión, lo que permite estrategias de mitigación dirigidas. Una medición fiable es esencial para realizar un seguimiento del progreso hacia los objetivos climáticos, informar de las decisiones políticas y garantizar la transparencia y la responsabilidad en los esfuerzos de reducción de emisiones. Sin una supervisión sólida (y una medición eficiente), los esfuerzos para frenar las emisiones de metano corren el riesgo de ser ineficaces o mal dirigidos.

QOGI se basa en décadas de desarrollo de imágenes infrarrojas en la industria del petróleo y el gas. Flir comercializó por primera vez la tecnología de detección óptica de gas en 2005 con la introducción de GasFindIR, que proporciona un medio seguro y eficiente para visualizar las columnas de gas durante las inspecciones de detección y reparación de fugas (LDAR). Estos primeros sistemas OGI eran cualitativos por diseño, lo que permite la visualización sin medir las tasas de emisión.

Esta tecnología proporcionó una capacidad única para visualizar las emisiones de gas y realizar inspecciones de detección y reparación de fugas (LDAR) desde distancias seguras y mucho más eficientemente. Sin embargo, estos sistemas eran cualitativos, capaces de visualizar columnas de gas pero no medir las tasas de emisión. El cambio hacia la cuantificación comenzó a mediados de la década de 2010, especialmente con el desarrollo de las tabletas Providence Photonics QL100 y QL320, que podrían emparejarse con cámaras de infrarrojos Flir para estimar las tasas de fuga de metano mediante el análisis a nivel de píxeles de la radiación infrarroja.

Las primeras implementaciones sobre el terreno de QOGI para la cuantificación del metano tuvieron lugar alrededor de 2015, con estudios de validación realizados por organizaciones como Concawe y Alberta Methane Field Challenge (AMFC) y estudios más recientes como la evaluación METEC. Estos estudios probaron la precisión de los sistemas QOGI en condiciones controladas, mostrando errores de cuantificación que oscilaban entre +6 % y -18 %, para los estudios Concawe y AMFC, respectivamente. 

En 2019, tras una asociación formal entre Providence Photonics y Flir, la industria del petróleo y el gas comenzó a utilizar QOGI en campañas de muestreo de campo a gran escala en cuencas de petróleo y gas en Colorado, Nuevo México y Texas, lo que demuestra su aplicación práctica para mediciones de emisiones de metano a nivel de equipo.

Hoy en día, QOGI es reconocida como una valiosa herramienta para programas de detección y reparación de fugas (LDAR), que ofrece una cuantificación rápida y sin contacto de las emisiones de metano desde distancias seguras fuera de la propia columna. Se integra cada vez más en marcos normativos y prácticas industriales, especialmente a medida que la mitigación del metano se convierte en una prioridad en virtud de políticas como la Asociación de Metano de Petróleo y Gas (OGMP) 2.0 y las reglas de metano tanto en EE. UU. como en la UE. 

A pesar de su promesa, facilidad de uso y flexibilidad para fuentes difíciles de medir (DTM), QOGI sigue enfrentándose a algunos obstáculos en la aplicabilidad en determinadas condiciones ambientales, lo que impulsa la investigación continua para refinar sus algoritmos y ampliar sus capacidades.

Metodología tecnológica

Desde su introducción, los flujos de trabajo de QOGI normalmente requerían dos dispositivos separados: una cámara de visualización óptica de imágenes de gas Flir y una tableta de alto rendimiento que ejecutaba análisis de cuantificación patentados. La medición se realizó a través de una conexión de cable directa o mediante el posprocesamiento de imágenes grabadas.

En abril de 2023, Flir presentó las cámaras OGI de la serie G para la detección de hidrocarburos, COV y metano. Estas cámaras integran la cuantificación directamente en el dispositivo, lo que elimina la necesidad de hardware secundario.

Con QOGI integrada en la cámara, los operadores pueden realizar inspecciones estándar de LDAR mientras obtienen resultados cuantitativos inmediatos sobre el terreno. Este enfoque integrado agiliza los flujos de trabajo, reduce la complejidad de la configuración y permite una medición más eficiente en toda la cadena de suministro de petróleo y gas.

Configuración para pruebas de campo

La instalación de pruebas TADI ubicada en Lacq, Francia, es reconocida mundialmente por probar y calificar tecnologías innovadoras de detección y cuantificación de fugas de gas, principalmente emisiones de CO₂ y metano. Esta instalación tiene amplias capacidades para facilitar tanto pequeñas emisiones fugitivas, en este rango de un solo dígito gramos por hora, hasta liberaciones de ventilación de muy alto volumen, hasta 50 kilogramos por hora, en el mismo sitio de prueba.

Los técnicos de Flir en TADI realizaron las pruebas durante cuatro días, separando los tipos de emisiones en dos categorías: emisiones fugitivas y emisiones de ventilación.

• Para las emisiones fugitivas, las tasas de emisión oscilaron entre 5 gramos/hora (uno de los experimentos de prueba fue para un experimento falso negativo de 0 gramos/hora) hasta 612 gramos/hora. 
• Con las liberaciones de ventilación, las tasas de emisión oscilaron entre 5 kg/h y 50 kg/h.

Durante estas pruebas de campo, los técnicos de Flir realizaron más de 1100 mediciones de más de 30 muestras de prueba para comprender mejor las capacidades de QOGI como tecnología y para mejorar las soluciones cuantitativas líderes en el sector de Flir.

Figura 1: Condiciones meteorológicas en Lacq durante las pruebas

Durante la prueba, el operador de la cámara midió desde una variedad de distancias representativas de la práctica de campo, desde 2,5 m a 16 m para fugas fugitivas y desde 4 m a 16 m para fugas de ventilación. Las condiciones también reflejaban la variabilidad típica del día a día, con la cobertura de la nube matutina y tardes más claras, y temperaturas que oscilaban entre aproximadamente 10 y 24 °C (50-75 °F). Las condiciones del viento fueron generalmente de ligeras a moderadas, permaneciendo por debajo de 16 km/h (10 mph).

El operador de cámara principal tenía una experiencia previa limitada en el campo utilizando sistemas OGI y fue supervisado por un operador certificado con más de 20 años de experiencia en OGI. Esta configuración permitió evaluar el rendimiento en un rango realista de dominio del usuario.

Aprendizajes y perspectivas clave

Con las extensas pruebas realizadas, hubo varias oportunidades para obtener más información sobre la aplicación, ajustar la tecnología e incluso crear nuevas funciones para satisfacer las necesidades del mercado.

Las mediciones de agregados son más consistentes que las lecturas individuales

Las pruebas respaldaron tanto la teoría subyacente como la investigación anterior, mostrando una precisión de cuantificación mejorada en los resultados agregados junto con el aumento esperado en la variabilidad entre las mediciones individuales de QOGI.

Las fugas fugitivas pequeñas muestran un mayor porcentaje de error, un menor impacto absoluto

Las fugas fugitivas pequeñas tienden a mostrar un porcentaje de error más alto debido a su baja magnitud absoluta, incluso cuando las desviaciones son mínimas. Sin embargo, cuando se agregan, estas emisiones producen resultados de inventario más fiables. Las liberaciones de ventilación más grandes suelen mostrar un menor porcentaje de error, pero representan un mayor impacto absoluto de las emisiones, lo que subraya la importancia de una cuantificación precisa en todo el espectro de emisiones.

Las liberaciones de ventilación más grandes producen un menor porcentaje de error, pero un mayor impacto en las emisiones

Hay varias aplicaciones en las que se podrían aplicar resultados agregados en los mercados en los que se utiliza QOGI. Los operadores podrían considerar su uso en una situación espacial promediando lecturas en múltiples sitios o en una región amplia donde prestan servicio o de forma más temporal tomando lecturas durante una semana, un mes o incluso un año, como se requiere a menudo para los inventarios anuales de emisiones. Aunque los resultados individuales pueden tener un error, alto o bajo, el resultado de usar tecnología como QOGI para medir emisiones de una sola fuente, cuando se agregan, es probablemente más preciso que usar factores de emisión predeterminados. 

Los enfoques basados en mediciones preparan a los operadores para regulaciones en evolución

Al adoptar enfoques basados en mediciones antes, los operadores se posicionan por delante de los marcos normativos y de informes en evolución que enfatizan cada vez más la cuantificación, la transparencia y la comprensión a nivel de fuente. A medida que las regulaciones continúan desarrollándose, estos operadores están mejor preparados para satisfacer los requisitos futuros sin cambiar fundamentalmente sus flujos de trabajo. Los enfoques basados en mediciones permiten que esas inversiones se reflejen con el tiempo, lo que demuestra un progreso real a medida que las expectativas de informes cambian hacia la cuantificación.

La formación del operador y la experiencia influyen en la calidad de la medición

Aunque QOGI es fácil de usar, la formación y la experiencia del operador influyen en la calidad de la medición. Durante este ensayo, la experiencia limitada contribuyó a cierta variabilidad. La formación práctica mejora la interpretación de las columnas, la conciencia medioambiental y la aplicación de las mejores prácticas, todo lo cual respalda resultados más fiables.

La conciencia de escena es fundamental para la cuantificación 

Imagen QOGI que muestra los desafíos de objetos extraños, como etiquetas LDAR, que cuelgan en la escena que se está midiendo con un generador de imágenes OGI.

Comprender los factores aplicables implicados en QOGI como tecnología también es fundamental para obtener resultados positivos. No son desafiantes ni abrumadoras, pero requieren una comprensión mínima de la tecnología en su conjunto. Un ejemplo está relacionado con lo que hay en la escena en la que se mide una fuga. Con bastante frecuencia, una fuga puede haberse identificado previamente y debe medirse con tecnología avanzada, como QOGI. En tal caso, puede haber una etiqueta o cinta que identifique la fuga que necesita reparación después de la medición. En la imagen anterior, hay una etiqueta LDAR que sopla por la escena y entra y sale del área de medición para la tecnología QOGI. La comprensión básica de la tecnología garantizaría que un operador retirara esta etiqueta antes de la medición.

Las condiciones ambientales pueden sesgar los resultados pero son detectables

Imagen QOGI que muestra efectos de agrupación cuando una fuga permanece en un lugar y no viaja desde dentro del límite de medición para cruzar el anillo.

Otro ejemplo de comprensión de la tecnología es saber cómo pueden afectar los factores ambientales externos a los resultados. Al medir en condiciones de viento, siempre es mejor intentar la medición cuando la fuga viaja horizontalmente a través de la escena, ya que estamos utilizando una tecnología bidimensional para medir un evento tridimensional. Y cuando las condiciones de viento son mínimas, un usuario de QOGI desearía asegurarse de que la emisión no se “acumule” dentro del centro de la imagen o se mueva dentro del círculo mientras cambiamos de dirección varias veces antes de salir del anillo de medición, lo que afectaría negativamente a la lectura. Arriba se incluye un ejemplo de agrupación de una imagen que muestra una fuga que se mueve dentro del límite de medición antes de salir del anillo. En este caso, la medición sería mucho más baja de lo esperado, pero un usuario capacitado vería esto cuando se opera la cámara en el campo. Para evaluar todas las condiciones que un usuario puede experimentar, incluimos

QOGI continúa evolucionando para abordar las condiciones del mundo real

Aunque la formación y la comprensión adecuadas de la tecnología ayudarán a los operadores en muchos escenarios, hay algunos desafíos al utilizar QOGI en el campo que son más difíciles de superar. Incluso con una formación sólida y una comprensión sólida de QOGI, algunas condiciones de campo siguen siendo inherentemente difíciles de ayudar a los operadores a navegar por estas realidades, los proveedores de tecnología, incluidos los de Flir, tienen características adicionales diseñadas para reducir el impacto de entornos desafiantes y mejorar la confianza en la medición. 

Las condiciones ambientales se pueden mitigar pero no eliminar

Un ejemplo específico son las condiciones nubladas. Debido a que las nubes están compuestas por gotitas finas de agua, pueden aparecer en la escena infrarroja y, en algunos casos, su movimiento puede parecerse al movimiento de la columna, lo que hace que la cuantificación sea más compleja y, en este estudio, tiende a sesgar las mediciones bajas. Dado que los operadores no pueden limitar las mediciones a condiciones perfectas y de cielo claro, es importante comprender estos efectos y aplicar las herramientas disponibles para mitigarlos. En la imagen anterior, la columna se mueve de izquierda a derecha mientras hay nubes en el fondo; por lo tanto, el operador enmascaró parte del anillo de medición (aproximadamente de “6 en punto” a “11 en punto”) para reducir la influencia en el fondo. 

Los entornos de prueba difíciles no siempre reflejan las condiciones de campo

Aunque TADI y METEC son excelentes ubicaciones de prueba para evaluar tecnologías, un desafío observado en estos entornos de prueba es la vegetación, que no es tan común en aplicaciones de petróleo y gas del mundo real.

En la siguiente imagen, la tecnología podría confundir pequeños movimientos de hierba en el anillo de medición, como se ve en la mitad inferior del anillo, como gas en movimiento a través del círculo. Esto casi siempre da como resultado una medición muy alta al observar pequeñas emisiones fugitivas, como esta. Un operador capacitado sabría:

a) elegir un ángulo de medición diferente, si es posible, o
b) enmascarar la mitad inferior del anillo.

Desafortunadamente, si esta fuga se estuviera moviendo del equipo en el centro a la parte inferior de este anillo, la medición de esto sería desafiante y probablemente causaría resultados negativos; en la práctica, los operadores deben considerar la repetición de las mediciones, una mayor duración de la medición cuando sea apropiado, además del uso de enmascaramiento/posición de escena para mejorar la confianza en el resultado.

Pruebas de campo informadas Mejoras significativas del producto

Durante las pruebas en TADI, los operadores de cámaras Flir también observaron algunas cosas que se pueden implementar y mejorar en la tecnología. Como se ha comentado anteriormente, el enmascaramiento es fundamental para una medición exitosa, pero antes solo estaba disponible en la antigua tableta de cuantificación Flir QL320. Esta función se ha añadido a la cámara y mejorado al permitir también el movimiento del anillo a cualquier ubicación de la imagen. 

También observamos situaciones en las que la pantalla QOGI integrada en la cámara mostró coloración de fuga sobresaturada en áreas en las que no había fuga. En el ejemplo anterior, la lectura es muy alta porque el generador de imágenes está coloreando el equipo, a pesar de que no hay emisiones visuales en el anillo. Esto puede mitigarse mediante el enmascaramiento, pero sería extremadamente evidente para un operador capacitado. Tras aprender de esta prueba de campo, la tecnología QOGI de Flir se ha mejorado para reducir la coloración de equipos sin fugas. 

Durante las pruebas TADI, también hubo algunos escenarios en los que se midió una fuga, e incluso se observó en la cámara, pero no se coloreó en el generador de imágenes QOGI. Con la imagen anterior, había una pequeña fuga de 100 g/h procedente de la brida en la parte superior de este tanque que se midió con la cámara pero no se coloreó. Este fenómeno se ha mejorado enormemente en la revisión tecnológica más reciente.

Después de realizar pruebas en las instalaciones de TADI, se realizaron varias mejoras en la tecnología QOGI integrada en la cámara de Flir. Como se ha comentado anteriormente, se añadió enmascaramiento a la solución con la capacidad de alejar el anillo de medición del centro de la imagen. Los análisis se mejoraron para ayudar a garantizar la precisión de la medición, mientras que las capacidades de coloración de la columna se mejoraron para garantizar la coloración de las emisiones visibles y definir mejor el movimiento y la dinámica de las emisiones. En la imagen anterior, tanto el enmascaramiento como el nuevo color de la columna se muestran en una pequeña fuga de encendedor de butano.

Conclusiones y próximos pasos

La tecnología QOGI integrada en la cámara de Flir demostró tener éxito en proporcionar estimaciones de emisiones agregadas durante las pruebas TADI. Los resultados mostraron que las estimaciones de emisiones agregadas, ya sean temporales o espaciales, pueden proporcionar buenos resultados generales de inventario de emisiones; pero, de forma singular, la medición de emisiones que son tanto turbulentas como dinámicas pueden ser inconsistentes en sus resultados, lo que puede ser más desafiante con QOGI. Para representar mejor los resultados de medición individuales, la tecnología de las soluciones QOGI integradas en la cámara G-Series de Flir ha añadido una función de medición de incertidumbre para cada lectura. Esto es para ayudar a comprender los valores de emisión a nivel de fuente y alinearse con los requisitos en algunos estándares de medición globales, como la adición de OGMP 2.0.In, la QOGI como tecnología permite a los usuarios no solo medir sus emisiones, sino también comprender mejor su situación de emisiones, como separar las mediciones de emisiones fugitivas de eventos operativos.

También aprendimos que hay algunas características excelentes en la tecnología heredada Flir QOGI que pueden ser beneficiosas si se añaden a la cámara, como el enmascaramiento. A medida que Flir evoluciona en la tecnología, habrá características más avanzadas actualmente disponibles en el QL320 que se trasladarán a la cámara después de algunas pruebas, como la herramienta de calibración de superemisores y la función de estabilización que permite el uso de QOGI sin un trípode.

Otro aprendizaje de las pruebas es la necesidad de ajustar nuestras curvas de calibración de mayor volumen (ventilación) que se ha implementado en la tecnología QOGI integrada en la cámara.

Al observar el panorama de la medición de metano en los últimos 10 años, cuando Flir y Providence Photonics inventaron QOGI como tecnología, muchas cosas han cambiado en este tiempo. Hace diez años, el principal énfasis en el mundo de la medición de metano se centraba en las emisiones fugitivas con poco enfoque en emisiones más grandes de tipo ventilación. Hoy en día, existe el deseo de tener una comprensión más amplia de todas las emisiones dentro de la cadena de suministro de metano, desde pequeñas fugas fugitivas hasta grandes ventilaciones emissions.As Flir ha hecho durante 20 años en el mundo OGI, habrá un enfoque continuo en las mejoras de innovación condicionales e iterativas de la tecnología integrada en la cámara QOGI para hacer que sea más fácil de usar, más precisa y ampliamente aceptada en aplicaciones de mitigación de metano.

Referencias:

1. Energías totales (n.d.). TADI: centro de pruebas con alcance internacional (Lacq).
2. Providence Photonics. (n.d.)
3. Concawe. (2017). Informe 17/2. 
4. Petroleum Technology Alliance Canada. (2024). Informe final de Alberta Methane Field Challenge (AMFC). 
5. Centro de Evaluación de Tecnología de Emisiones de Metano (METEC). (2024). Evaluación METEC. ChemRxiv. 
6. Sistemas de Flir. (n.d.). Flir Systems completa la inversión estratégica en Providence Photonics LLC. Flir News Center.
7. Cable comercial. (2023, 4 de abril). Teledyne FLIR presenta las cámaras de visualización óptica de imágenes de gas G-Series con una cuantificación de gas superior y transferencia inalámbrica de datos.