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Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Sensoriamento remoto hiperespectral aplicado à identificação remota de solos e rochas impregnados com hidrocarbonetos
Title Alternative: Hyperspectral remote sensing applied to remote identification of soils and rocks impregnated with hydrocarbons
Author: Scafutto, Rebecca del Papa Moreira, 1988
Advisor: Souza Filho, Carlos Roberto de, 1965-
Filho, Carlos Roberto de Souza
Abstract: Resumo: No cenário econômico atual, as matrizes energéticas são peças fundamentais nas movimentações de mercado. O petróleo e produtos derivados, em especial, estão relacionados a diversas áreas da economia e, tendo em vista que a abundância destes produtos condiciona as variações na estabilidade econômica global, a descoberta de novos reservatórios é de extrema importância. Contudo, a descoberta e exploração de novos campos de petróleo estão vinculadasàa elevado risco de contaminação ambiental, sendo necessário também o monitoramento e remediação das áreas contaminadas. Apesar do grande avanço e pesquisas relacionadas às atividades petrolíferas em regiões marítimas (offshore), a identificação precoce de ocorrências de petróleo oriundas de exsudações naturais ou vazamentos acidentais em regiões continentais (onshore) é ainda um tema pouco explorado na literatura. A localização e mapeamento de áreas contaminadas, seja por micro exsudações ou vazamentos, podem direcionar as operações de exploração petrolífera. Por outro lado, as ocorrências superficiais de HCs podem indicar também a presença de danos em oleodutos e a localização de pequenos vazamentos pode guiar as operações contenção, reparo e limpeza. Neste cenário, as ferramentas de sensoriamento remoto (SR) hiperespectral são uma opção extremamente promissora para o desenvolvimento de técnicas que auxiliem simultaneamente na descoberta de novos reservatórios e na identificação precoce de vazamentos. A elevada resolução espectral dos dados hiperespectrais permitem a localização direta e monitoramento da dispersão de vazamentos, gerando informações valiosas, de baixo custo, adquiridas em um curto espaço de tempo que podem auxiliar nas operações de exploração ou contenção. Simultaneamente, em função da elevada quantidade de dados gerada por estes equipamentos, o processamento dos dados espectrais com técnicas de análise multivariada de dados apresenta potencial para alavancar programas de prospecção voltados a descoberta de novas ocorrências de petróleo, tornando-os mais rápidos e eficientes. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de metodologias que auxiliem na detecção direta, mapeamento remoto e classificação de áreas continentais afetadas por exsudações naturais de petróleo ou vazamentos de hidrocarbonetos. Para atingir os objetivos propostos, as propriedades de reflectância espectral de misturas de substratos minerais diversos impregnados com etanol, diesel, gasolina e óleos crus de variadas densidades foram analisadas dentro do intervalo do Infravermelho Próximo e de Ondas Curtas; através de três experimentos controlados realizados em laboratório e campo. Os primeiros dois experimentos elaborados em laboratório permitiram a construção de uma ampla biblioteca espectral de referência, de substratos minerais impregnados com hidrocarbonetos, proposta pela primeira vez na literatura. O terceiro experimento consistiu em um estudo de caso no qual os dados gerados com as bibliotecas foram utilizados para a identificação e mapeamento de regiões continentais impregnadas com hidrocarbonetos, através da aplicação de algoritmos de classificação espectral. As técnicas de espectroscopia, análise multivariada e mapeamento espectral aplicadas aos dados hiperespectrais investigados nesta pesquisa demonstraram, num conjunto de experimentos originais, a possibilidade de caracterizar remotamente substratos minerais impregnados com HCs. Considerando-se os resultados positivos obtidos com experimentos controlados, as bibliotecas espectrais e modelos desenvolvidos nesta pesquisa têm potencial inovador para auxiliar na caracterização remota de HCs, bem como o uso de dados aerotransportados hiperespectrais para a prospecção petrolífera e monitoramento ambiental em regiões continentais. O desenvolvimento desta técnica, aliada a outras ferramentas exploratórias, abre caminhos para descoberta de novos campos de exploração onshore, bem como para o monitoramento ambiental de regiões afetadas por vazamentos de dutos em subsuperfície através de uma ferramenta rápida, eficaz e de baixo custo operacional

Abstract: In the current economic scenario, energy matrices are essential pieces in the market. Petroleum and derivatives, in particular, are related to several branches of the economy. Once the availability of these products determines variations in the stability of global economy, the discovery of new reservoirs is extremely important. However, the discovery and exploration of new oil fields are related to high risks of environmental contamination, making the monitoring and remediation of contaminated areas required. Despite the advance and increasing researches related to oil activities in offshore areas, the early identification of oil occurrences arising from natural seepage or accidental leaks in continental regions (onshore) is still a topic poorly studied. The location and mapping of contaminated areas, by either micro seepage or leaks, can lead oil exploration operations. On the other hand, occurrences of hydrocarbons (HCs) in the surface may also indicate the presence of cracks in pipelines and the identification of small leaks can guide operations of contention, restoration and cleaning. In this scenario, hyperspectral remote sensing tools (SR) appear as a promising option for the development of techniques to support both the discovery of new reservoirs and the early identification of leaks. The high spectral resolution of hyperspectral data allows the direct location and monitoring of oil occurrences, generating valuable and low cost information in real-time that can assist in exploration or containment operations. At the same time, due to the high amount of data generated by these equipment, the processing of spectral data with chemometric techniques has the potential to leverage exploration programs focused on the discovery of new oil occurrences, making them faster and more efficient. Therefore, the aim of this research was the development of new methodologies to assist in the direct detection, remote mapping and classification of continental areas affected by natural oil seepage or leaks. To achieve the proposed objectives, the spectral reflectance properties of mixtures of various mineral substrates impregnated with ethanol, diesel, gasoline and crude oils of varying densities were analyzed within the range of Near and Shortwave Infrared; through three controlled experiments performed in the laboratory and field. The first two experiments developed in laboratory enabled the building of a wide reference spectral library of mineral substrates impregnated with hydrocarbons, first proposed in the literature. The third experiment consisted of a case study in which the generated libraries were used for the remote identification and mapping of continental sites impregnated with HCs, through the application of spectral classification algorithms. The processing of hyperspectral data with techniques of spectroscopy, chemometry and spectral mapping investigated in this study, demonstrated the possibility to remotely characterize mineral substrates impregnated with HCs. Considering the optimistic results of controlled experiments, the spectral libraries and models developed in this research have the potential to assist in the remote characterization of hydrocarbons, as well as the use of airborne hyperspectral data to support oil exploration and environmental monitoring in continental regions. The development of this technique, combined with other exploratory tools, enables the discovery of new onshore exploration fields, as well as the environmental monitoring of onshore areas affected by pipeline leakages through a fast, effective and low operating cost too
Subject: Sensoriamento remoto
Processamento de imagens - Técnicas digitais
Hidrocarbonetos
Solos
Análise espectral
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IG - Tese e Dissertação

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