Visão geral

Desde sua introdução em 2015, a tecnologia Quantitative Optical Gas Imaging (QOGI) passou da adoção limitada e precoce para uso mais amplo em setores selecionados. Na última década, vários estudos avaliaram o desempenho do QOGI, com resultados influenciados por diferenças no design do teste, condições ambientais e contexto da aplicação.

Resultados de um teste recente na instalação da Total Energies Anomalies Detection Initiatives (TADI) em Lacq, França, adicionam-se a esse crescente corpo de pesquisa. A avaliação se concentrou tanto em liberações fugitivas (menos de 1 kg/h) quanto em liberações de ventilação de alto volume (5 kg/h até 50 kg/h), complementando estudos controlados anteriores enquanto expandia a percepção em uma gama mais ampla de cenários de liberação. 

Nesse teste, a Flir G-Series com quantificação na câmera foi avaliada quanto às taxas de liberação dentro das curvas calibradas da tecnologia atual (12 g/h a 12 kg/h), que serão expandidas como resultado desse teste. Os testes da tecnologia Gx320 QOGI da Flir na câmera incluíram 198 resultados de teste de 15 locais de teste de vazamento e demonstraram desempenho consistente com os resultados relatados em estudos independentes anteriores.

Quantificação de emissões de metano

O metano (CH4) é um gás de efeito estufa altamente potente, com um potencial de aquecimento global mais de 80 vezes maior do que o dióxido de carbono (CO2) em um período de 20 anos. Apesar de sua vida útil atmosférica relativamente curta, o metano acelera significativamente as mudanças climáticas devido à sua intensa capacidade de retenção de calor. As principais fontes de emissões de metano incluem agricultura (particularmente cultivo de gado e arroz), produção de combustíveis fósseis, distribuição, aterros sanitários e pântanos naturais. 

A urgência de medir as emissões de metano deriva da necessidade de identificar e quantificar essas fontes com precisão, permitindo estratégias de mitigação direcionadas. A medição confiável é essencial para acompanhar o progresso em direção às metas climáticas, informar decisões políticas e garantir transparência e responsabilidade nos esforços de redução de emissões. Sem monitoramento robusto (e medição eficiente), os esforços para reduzir as emissões de metano correm o risco de serem ineficazes ou mal direcionados.

A QOGI se baseia em décadas de desenvolvimento de imagens de infravermelho na indústria de petróleo e gás. A Flir comercializou pela primeira vez a tecnologia de Imagens Ópticas de Gás em 2005 com a introdução do GasFindIR, fornecendo um meio seguro e eficiente de visualizar as colunas de gás durante as inspeções de detecção e reparo de vazamentos (LDAR). Esses primeiros sistemas de OGI eram qualitativos por design, permitindo a visualização sem medir as taxas de emissão.

Essa tecnologia proporcionou uma capacidade única de visualizar as emissões de gás e realizar inspeções de detecção e reparo de vazamentos (LDAR) a partir de distâncias seguras e de forma muito mais eficiente. No entanto, esses sistemas eram qualitativos, capazes de visualizar as colunas de gás, mas não medir as taxas de emissão. A mudança para quantificação começou em meados da década de 2010, especialmente com o desenvolvimento dos comprimidos Providence Photonics QL100 e QL320, que poderiam ser emparelhados com câmeras de infravermelho Flir para estimar as taxas de vazamento de metano usando análise de nível de pixel da radiação infravermelha.

As primeiras implantações de campo do QOGI para quantificação de metano ocorreram por volta de 2015, com estudos de validação conduzidos por organizações como a Concawe e o Alberta Methane Field Challenge (AMFC) e estudos mais recentes como a avaliação METEC. Esses estudos testaram a precisão dos sistemas QOGI sob condições controladas, mostrando erros de quantificação variando de +6% a -18%, para os estudos Concawe e AMFC, respectivamente. 

Em 2019, após uma parceria formal entre a Providence Photonics e a Flir, a indústria de petróleo e gás começou a usar QOGI em campanhas de amostragem de campo em grande escala em bacias de petróleo e gás no Colorado, Novo México e Texas, demonstrando sua aplicação prática para medições de emissão de metano no nível de equipamento.

Hoje, a QOGI é reconhecida como uma ferramenta valiosa para programas de detecção e reparo de vazamentos (LDAR), oferecendo quantificação rápida e sem contato de emissões de metano a distâncias seguras fora da própria pluma. Ela está cada vez mais integrada a estruturas regulatórias e práticas do setor, especialmente à medida que a mitigação de metano se torna uma prioridade de acordo com políticas como a Parceria de Metano de Petróleo e Gás (OGMP) 2.0 e as regras de metano nos EUA e na UE. 

Apesar de sua promessa, facilidade de uso e flexibilidade para fontes difíceis de medir (DTM), a QOGI ainda enfrenta alguns ventos contrários na aplicabilidade sob certas condições ambientais, levando a pesquisas contínuas para refinar seus algoritmos e expandir suas capacidades.

Metodologia de tecnologia

Desde sua introdução, os fluxos de trabalho QOGI normalmente exigiam dois dispositivos separados: uma câmera de imagens ópticas de gás Flir e um tablet de alto desempenho executando análises de quantificação proprietárias. A medição foi realizada por meio de uma conexão direta de cabo ou por imagens gravadas pós-processamento.

Em abril de 2023, a Flir apresentou as câmeras OGI da série G para detecção de hidrocarbonetos, VOC e metano. Essas câmeras integraram a quantificação diretamente no dispositivo, eliminando a necessidade de hardware secundário.

Com QOGI na câmera, os operadores podem realizar inspeções LDAR padrão, obtendo resultados quantitativos imediatos em campo. Essa abordagem integrada simplifica os fluxos de trabalho, reduz a complexidade da configuração e permite medições mais eficientes em toda a cadeia de suprimentos de petróleo e gás.

Configuração para teste de campo

A instalação de testes TADI localizada em Lacq, França, é mundialmente conhecida por testar e qualificar tecnologias inovadoras de detecção e quantificação de vazamentos de gás, principalmente emissões de CO₂ e metano. Esta instalação tem amplos recursos para facilitar emissões fugitivas pequenas, nesta faixa de gramas por hora de um dígito, a liberações de ventilação de volume muito alto, até 50 quilogramas por hora, no mesmo local de teste.

Os técnicos da TADI realizaram os testes ao longo de quatro dias, separando os tipos de emissões em duas categorias: emissões fugitivas e liberações de ventilação.

• Para as emissões fugitivas, as taxas de emissão variaram de 5 gramas/hora (um dos experimentos de teste foi para um experimento falso negativo de 0 gramas/hora) até 612 gramas/hora. 
• Com as liberações de ventilação, as taxas de emissão variaram de 5 kg/h a 50 kg/h.

Durante esse teste de campo, os técnicos da Flir realizaram mais de 1.100 medições de mais de 30 amostras de teste para entender melhor os recursos da QOGI como tecnologia e melhorar as soluções quantitativas líderes do setor da Flir.

Figura 1: Condições climáticas em Lacq durante o teste

Durante o teste, o operador da câmera mediu de uma variedade de distâncias representativas da prática de campo, variando de 2,5 m a 16 m para vazamentos fugitivos e de 4 m a 16 m para liberações de ventilação. As condições também refletiram a variabilidade típica do dia a dia, com cobertura de nuvem matinal e tardes mais claras, e temperaturas variando de aproximadamente 10 a 24 °C (50 a 75 °F). As condições do vento eram geralmente leves a moderadas, permanecendo abaixo de 16 km/h (10 mph).

O operador principal da câmera tinha experiência prévia limitada em campo usando sistemas OGI e foi supervisionado por um operador certificado com mais de 20 anos de experiência em OGI. Essa configuração permitiu que o desempenho fosse avaliado em uma faixa realista de proficiência do usuário.

Aprendizados e principais percepções

Com os testes expansivos realizados, houve várias oportunidades de aprender mais sobre a aplicação, ajustar a tecnologia e até mesmo criar novos recursos para atender às necessidades do mercado.

As medições agregadas são mais consistentes do que as leituras individuais

Os testes apoiaram tanto a teoria subjacente quanto a pesquisa anterior, mostrando maior precisão de quantificação em resultados agregados, juntamente com o aumento esperado na variabilidade entre medições individuais de QOGI.

Vazamentos fugitivos pequenos mostram erro percentual mais alto, impacto absoluto mais baixo

Pequenos vazamentos fugitivos tendem a mostrar maior porcentagem de erro devido à sua baixa magnitude absoluta, mesmo quando os desvios são mínimos. Quando agregadas, no entanto, essas emissões geram resultados de inventário mais confiáveis. As liberações de ventilação maiores normalmente exibem menor porcentagem de erro, mas representam maior impacto absoluto nas emissões, ressaltando a importância da quantificação precisa em todo o espectro de emissões.

Liberações de ventilação maiores produzem erro percentual menor, mas maior impacto nas emissões

Há várias aplicações em que os resultados agregados podem ser aplicados nos mercados em que o QOGI é usado. Os operadores podem considerar usá-lo em uma situação espacial, calculando a média das leituras em vários locais ou em uma região ampla onde atendem ou, em uma base mais temporal, fazendo leituras ao longo de uma semana, mês ou mesmo ano, como muitas vezes exigido para inventários anuais de emissões. Embora os resultados individuais possam ter um erro, alto ou baixo, o resultado do uso de tecnologia como QOGI para medir emissões de fonte única, quando agregadas, é provavelmente mais preciso do que o uso de fatores de emissão predeterminados. 

Abordagens baseadas em medição preparam os operadores para regulamentações em evolução

Ao adotar abordagens baseadas em medição mais cedo, os operadores se posicionam à frente das estruturas regulatórias e de relatórios em evolução que estão cada vez mais enfatizando a quantificação, transparência e compreensão no nível da fonte. À medida que as regulamentações continuam a se desenvolver, esses operadores estão mais bem preparados para atender aos requisitos futuros sem alterar fundamentalmente seus fluxos de trabalho. As abordagens baseadas em medição permitem que esses investimentos sejam refletidos ao longo do tempo, demonstrando progresso real à medida que as expectativas de geração de relatórios mudam para quantificação.

Treinamento do operador e experiência na qualidade da medição de influência

Embora o QOGI seja simples de usar, o treinamento do operador e a experiência influenciam a qualidade da medição. Durante este estudo, a experiência limitada contribuiu para alguma variabilidade. O treinamento prático melhora a interpretação da pluma, a consciência ambiental e a aplicação das melhores práticas, todas apoiando resultados mais confiáveis.

A consciência da cena é fundamental para a quantificação 

Imagem QOGI mostrando os desafios de objetos estranhos, como etiquetas LDAR, pendurados na cena sendo medida com um gerador de imagens OGI.

Compreender os fatores aplicáveis envolvidos no QOGI como tecnologia também é fundamental para obter resultados positivos. Isso não é desafiador ou esmagador, mas requer uma compreensão mínima da tecnologia como um todo. Um exemplo está relacionado ao que está na cena onde um vazamento está sendo medido. Com bastante frequência, um vazamento pode ter sido identificado anteriormente e precisa ser medido com tecnologia avançada, como QOGI. Nesse caso, pode haver uma etiqueta ou fita identificando o vazamento que precisa de reparo após a medição. Na imagem acima, há uma etiqueta LDAR que está atravessando a cena e entrando e saindo da área de medição para a tecnologia QOGI. A compreensão básica da tecnologia garantiria que um operador removesse essa etiqueta antes da medição.

As condições ambientais podem influenciar os resultados, mas são detectáveis

Imagem QOGI mostrando efeitos de agrupamento quando um vazamento permanece em um lugar e não se desloca de dentro do limite de medição para cruzar o anel.

Outro exemplo de compreensão da tecnologia é saber como os fatores ambientais externos podem afetar os resultados. Ao medir em condições de vento, é sempre melhor tentar medir quando o vazamento estiver se deslocando horizontalmente pela cena, já que estamos usando uma tecnologia bidimensional para medir um evento tridimensional. E quando as condições de vento são mínimas, um usuário de QOGI gostaria de garantir que a emissão não “agrupe” dentro do centro da imagem ou se mova dentro do círculo enquanto muda de direção várias vezes antes de sair do anel de medição, o que afetaria negativamente a leitura. Acima está um exemplo de agrupamento em uma imagem mostrando um vazamento que está se movendo dentro do limite de medição antes de sair do anel. Nesse caso, a medição seria muito menor do que o esperado, mas um usuário treinado veria isso ao operar a câmera em campo. Para avaliar todas as condições que um usuário pode experimentar, incluímos esses resultados no teste sabendo que um usuário experiente poderia excluí-

QOGI continua a evoluir para abordar condições do mundo real

Embora o treinamento e a compreensão adequados da tecnologia ajudem os operadores em muitos cenários, há alguns desafios ao usar QOGI em campo que são mais desafiadores de superar. Mesmo com treinamento sólido e uma compreensão sólida da QOGI, algumas condições de campo permanecem inerentemente difíceis de ajudar os operadores a navegar por essas realidades, os provedores de tecnologia, incluídos no Flir, adicionaram recursos projetados para reduzir o impacto de ambientes desafiadores e melhorar a confiança na medição. 

As condições ambientais podem ser mitigadas, mas não eliminadas

Um exemplo específico são as condições turvas. Como as nuvens são compostas por gotículas de água finas, elas podem aparecer na cena infravermelha e, em alguns casos, seu movimento pode se assemelhar ao movimento da pluma, tornando a quantificação mais complexa e, neste estudo, tendendo a medições de viés baixas. Como os operadores não podem limitar as medições a condições perfeitas e claras, é importante entender esses efeitos e aplicar as ferramentas disponíveis para mitigá-los. Na imagem acima, a pluma se move da esquerda para a direita enquanto há nuvens no fundo; portanto, o operador mascaradou parte do anel de medição (aproximadamente “6 horas” a “11 horas”) para reduzir a influência do fundo. 

Ambientes de teste desafiadores nem sempre refletem as condições de campo

Embora TADI e METEC sejam excelentes locais de teste para avaliar tecnologias, um desafio observado nesses ambientes de teste é a vegetação, que não é tão comum em aplicações de petróleo e gás no mundo real.

Na imagem abaixo, a tecnologia poderia confundir pequenos movimentos de grama no anel de medição, como visto na metade inferior do anel, como gás em movimento através do círculo. Isso quase sempre resulta em uma medição muito alta ao observar pequenas emissões fugitivas, como esta. Um operador treinado saberia:

a) escolher um ângulo de medição diferente, se possível, ou
b) mascarar a metade inferior do anel.

Infelizmente, se esse vazamento estivesse se movendo do equipamento no centro para a parte inferior desse anel, a medição dele seria desafiadora e provavelmente causaria resultados negativos; na prática, os operadores devem considerar medições repetidas, maior duração da medição quando apropriado, além do uso de mascaramento/posicionamento da cena para melhorar a confiança no resultado.

Testes de Campo com Melhorias Significativas no Produto

Durante os testes na TADI, os operadores da câmera Flir também notaram algumas coisas que podem ser implementadas e aprimoradas na tecnologia. Como discutido anteriormente, o mascaramento é fundamental para uma medição bem-sucedida, mas anteriormente estava disponível apenas no tablet de quantificação legado Flir QL320. Esse recurso foi adicionado à câmera e aprimorado permitindo também o movimento do anel para qualquer local na imagem. 

Também observamos situações em que o display QOGI na câmera mostrou coloração de vazamento supersaturado em áreas onde nenhum vazamento estava presente. No exemplo acima, a leitura é muito alta porque o gerador de imagens está colorindo o equipamento, apesar de não haver emissões visuais no anel. Isso pode ser mitigado por meio de mascaramento, mas seria extremamente evidente para um operador treinado. Após aprender com este teste de campo, a tecnologia QOGI da Flir foi aprimorada para reduzir a coloração de equipamentos sem vazamento. 

Durante o teste TADI, também houve alguns cenários em que um vazamento foi medido e até mesmo visto na câmera, mas não colorido no gerador de imagens QOGI. Com a imagem acima, houve um pequeno vazamento de 100 g/h vindo do flange na parte superior desse tanque que foi medido pela câmera, mas não colorido. Esse fenômeno melhorou muito na mais nova revisão tecnológica.

Após os testes nas instalações da TADI, foram feitas várias melhorias na tecnologia QOGI na câmera da Flir. Como discutido anteriormente, o mascaramento foi adicionado à solução com a capacidade de mover o anel de medição para longe do centro da imagem. A análise foi aprimorada para ajudar a garantir a precisão da medição, enquanto os recursos de coloração da pluma foram aprimorados para garantir a coloração das emissões visíveis e definir melhor o movimento e a dinâmica das emissões. Na imagem acima, tanto o mascaramento quanto a nova cor da pluma são exibidos em um vazamento pequeno e mais leve de butano.

Conclusões e próximas etapas

A tecnologia QOGI na câmera da Flir provou ser bem-sucedida no fornecimento de estimativas de emissão agregadas durante os testes TADI. Os resultados mostraram que estimativas agregadas de emissões, sejam temporais ou espaciais, podem fornecer bons resultados gerais de inventário de emissões; mas, em uma base singular, a medição de emissões que são de natureza turbulenta e dinâmica pode ser inconsistente em seus resultados, o que pode ser mais desafiador com QOGI. Para melhor retratar os resultados individuais de medição, a tecnologia das soluções QOGI na câmera G-Series da Flir adicionou um recurso de medição de incerteza para cada leitura. Isso é para ajudar a entender os valores de emissão no nível da fonte e alinhar-se aos requisitos em alguns padrões de medição globais, como a adição do OGMP 2.0.In, o QOGI como tecnologia permite que os usuários não apenas meçam suas emissões, mas também entendam melhor sua situação de emissões, como separar medições de emissões fugitivas de eventos operacionais.

Também aprendemos que há alguns ótimos recursos na tecnologia legada Flir QOGI que podem ser benéficos se adicionados à câmera, como mascaramento. À medida que Flir evolui a tecnologia, haverá recursos mais avançados atualmente disponíveis no QL320 movidos para a câmera após alguns testes, como a ferramenta de calibração de superemissor e o recurso de estabilização, permitindo o uso de QOGI sem um tripé.

Outro aprendizado dos testes é a necessidade de ajustar nossas curvas de calibração de maior volume (ventilação) que foram implementadas na tecnologia QOGI na câmera.

Ao observarmos a paisagem da medição de metano nos últimos 10 anos, quando a Flir and Providence Photonics inventou a QOGI como tecnologia, muita coisa mudou neste momento. Há dez anos, a principal ênfase no mundo de medição de metano era em torno de emissões fugitivas com pouco foco em liberações maiores do tipo de ventilação. Hoje, há um desejo de ter uma compreensão mais ampla de todas as emissões dentro da cadeia de suprimentos de metano, desde pequenos vazamentos fugitivos até grandes ventilações emissions.As Flir tem feito por 20 anos no mundo OGI, haverá um foco contínuo nas melhorias condicionais e iterativas da inovação da tecnologia QOGI na câmera para tornar mais fácil de usar, mais preciso e amplamente aceito em aplicações de mitigação de metano.

Referências:

1. Total de energias. (n.d.). TADI – Centro de Testes com alcance internacional (Lacq).
2. Providence Photonics. (n.d.)
3. Preocupação. (2017). Relatório 17/2. 
4. Petroleum Technology Alliance Canada. (2024). Relatório final do Alberta Methane Field Challenge (AMFC). 
5. Centro de Avaliação de Tecnologia de Emissões de Metano (METEC). (2024). Avaliação METEC. ChemRxiv. 
6. Flir Systems. (n.d.). A Flir Systems conclui o investimento estratégico na Providence Photonics LLC. Flir News Center.
7. Transferências Comerciais. (2023, 4 de abril). A Teledyne FLIR estreia câmeras de imagens ópticas de gás G-Series com quantificação de gás superior e transferência de dados sem fio.