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Enregistrement W4297916564 · doi:10.2118/210406-ms

Failure Pressure Prediction of Defective Pipeline Using Finite Element Method and Machine Learning Models

2022· article· en· W4297916564 sur OpenAlexaff
Wei Liu, Zhangxin Chen, Yuan Hu

Notice bibliographique

RevueSPE Annual Technical Conference and Exhibition · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueStructural Integrity and Reliability Analysis
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPipeline transportPipeline (software)Artificial neural networkMachine learningArtificial intelligenceFinite element methodComputer scienceApproximation errorComputationFailure mode and effects analysisEngineeringReliability engineeringStructural engineeringAlgorithmMechanical engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Oil and gas pipeline failure and leakage can seriously damage people's lives and the ecosystem. The prediction of failure pressure for pipelines with damage is one of the most important and challenging tasks faced by industry, which affects the assessment of pipeline safety. Previous studies widely used industrial models or the finite element (FE) method to predict the failure pressure. However, the industrial models may give limited information, and the FE method has much heavy computation burden. In this work, three machine learning models - artificial neural network (ANN), XGBoost (XGB) and CatBoost (CAT) are developed for forecasting the failure pressure of pipelines with defects. Firstly, the simulation results of the FE method are validated by real failure pressure and compared with the calculation results of industrial models (ASME-B31G and DNV). Then 180 pipeline samples including pipeline attributes and defect sizes collected from real in-line inspection data in a pipeline company and the corresponding FE simulation results of failure pressure of these 180 defective pipelines are used for the training and testing of the machine learning models. The results show that the simulation accuracy of the FE method is higher than the calculation accuracy of the industrial models, and the FE simulation results are suitable to be the outputs of machine learning models. The three machine learning methods all provide satisfactory prediction accuracy in failure pressure. Specifically, CAT is the best machine learning method in this study for its lowest relative error (3.11% on average), mean absolute error (0.53), root mean square error (0.78) and highest coefficient of determination (R2) up to 98% in testing. Moreover, the machine learning models present better performance on average relative errors compared to the industrial models. CAT shows higher accuracy than the industrial models and FE simulation on minimum and average relative errors. Finally, the prediction result of CAT is used to discuss the effect of input features on failure pressure of pipelines, which demonstrates that the importance of features follows the order of pipeline thickness > pipeline outside diameter > defect depth > defect length > defect width. Once the above machine learning methods are used in industry, more and more real data will be collected to train a model and make it more accurate. In this way, these methods will provide an efficient way to evaluate the safety of defective pipelines. In addition, the failure pressure of pipeline could be estimated to help operators figure out a pipeline condition and further prioritize the pipelines for maintenance.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,020
Score d'incertitude au seuil0,040

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,033
Tête enseignante GPT0,260
Écart entre enseignants0,227 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations10
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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