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Enregistrement W4401466494 · doi:10.1002/cjce.25433

Advanced <scp>EOR</scp> screening methodology based on <scp>LightGBM</scp> and random forest: A classification problem with imbalanced data

2024· article· en· W4401466494 sur OpenAlexaffvenue
Masoud Seyyedattar, Majid Afshar, Sohrab Zendehboudi, Stephen Butt

Notice bibliographique

RevueThe Canadian Journal of Chemical Engineering · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueOil and Gas Production Techniques
Établissements canadiensUniversity of WindsorMemorial University of Newfoundland
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésEnhanced oil recoveryDecision treeComputer scienceRandom forestArtificial liftPetroleum engineeringMachine learningArtificial intelligenceEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract In an unstable oil market with volatile prices due to various natural and geopolitical factors, it is crucial for oil‐producing companies to enhance the value of their assets by improving the recovery factors of petroleum reservoirs. Primary recovery through natural depletion or artificial lift and secondary recovery using waterflooding and immiscible gas injection typically recover no more than 10%–40% of the available reserves. A significant portion of the hydrocarbons remain unproduced if enhanced oil recovery (EOR) methods are not implemented. EOR projects are extremely costly, complex, and usually have long lead times from the decision‐making and design phases to pilot and full‐field implementations. Therefore, oil and gas operator companies need reliable insights into the best possible EOR options from the early stages of any field development planning. Since screening potential EOR choices is the first step in deciding future production scenarios, a smart EOR screening tool can add significant value by streamlining the EOR decision‐making process. In this study, we developed an EOR screening tool based on two advanced machine learning classification algorithms, random forest and light gradient boosting machine (LightGBM). These tree‐based ensemble learning classifiers were trained on an extensive dataset of 1384 worldwide EOR implementations, encompassing various reservoir conditions and reservoir rock and fluid properties as the feature space, to predict the EOR type as the class label. Considering EOR screening as a classification problem, an essential aspect of model development would be addressing the data imbalance of EOR datasets. To tackle this issue, the adaptive synthetic (ADASYN) sampling method was used to reduce classification bias by oversampling the training sets to achieve uniform class distributions. We designed an iterative model development procedure in which the classifiers were trained and tested on various training and test subsets split by stratified random sampling. For each classifier, the classification results at each iteration were used to build the confusion matrix and calculate model evaluation metrics (accuracy, precision, recall, and F1–score), which were then averaged over all independent runs to provide a fair assessment of classification performance. Moreover, binary receiver operating characteristic (ROC) curves were used to evaluate the classifier predictions and improvements obtained by oversampling. The results showed that both random forest and LightGBM classifiers made accurate class predictions, with LightGBM achieving slightly better classification performance in each modelling scenario (with or without oversampling). In both cases, the oversampling of the training dataset resulted in significant improvement of the classifiers, as evidenced by higher values of the evaluation metrics, leading to considerably more accurate EOR type predictions; specifically, oversampling boosted the prediction accuracy of the random forest model from 78.3% to 89.5% and the LightGBM model from 77.5% to 90.2%. Additionally, feature importance rankings provided valuable insights into which input variables had the greatest impact on model development.

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)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,009
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,032

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,009
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,027
Tête enseignante GPT0,238
Écart entre enseignants0,211 · 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
GenreMéthodes

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

En bref

Citations15
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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