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Enregistrement W4406362399 · doi:10.1016/j.rineng.2025.104035

Toward accurate prediction of carbon dioxide (CO2) compressibility factor using tree-based intelligent schemes (XGBoost and LightGBM) and equations of state

2025· article· en· W4406362399 sur OpenAlexaff
Behnam Amiri-Ramsheh, Aydin Larestani, Saeid Atashrouz, Elnaz Nasirzadeh, Meriem Essakhraoui, Ali Abedi, Mehdi Ostadhassan, Ahmad Mohaddespour, Abdolhossein Hemmati‐Sarapardeh

Notice bibliographique

RevueResults in Engineering · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiquePhase Equilibria and Thermodynamics
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCompressibility factorCompressibilityEquation of stateState (computer science)Carbon dioxideDecision treeComputer scienceTree (set theory)Data miningThermodynamicsMathematicsAlgorithmChemistryPhysicsMathematical analysisOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

• Maximizing the oil recovery factor through CO 2 injection, with potential for greenhouse gas reduction. • Precise estimation of CO 2 compressibility factor (Z-factor) is crucial for process design. • LightGBM and XGBoost algorithms are used for accurate CO 2 Z-factor prediction. • LightGBM model outperforms, demonstrating the highest accuracy (0.42 %) and R 2 of 0.999. Enhancing efficiency and boosting output from oil reservoirs has consistently captured the attention of engineers and industrialists within the energy sector. In recent years, there has been a notable increase in the application of enhanced oil recovery (EOR) techniques. EOR methods refer to operations which are designed in order to maximize the oil recovery factor. Among various gas mixtures that are proposed as candidates to be injected into mature oil reservoirs, CO 2 gas attains miscibility with the resident hydrocarbon fluid at a reasonable pressure and increases the oil recovery factor. CO 2 injection, as an EOR method, has the potential of being coupled with CO 2 sequestration and reducing the emission of greenhouse gas. To design a successful CO 2 injection process, it is very important to have precise knowledge about the compressibility factor (Z-factor) of CO 2 as it directly affects material balance calculations, pipeline design, design of surface facilities, and CO 2 compression. Z-factor, also defined as the gas deviation factor, is mathematically explained as the ratio of actual gas volume to that of an ideal gas at a given temperature and pressure. In this study, two powerful and robust tree-based machine learning (ML) algorithms, namely light gradient boosted machine (LightGBM) and extreme gradient boosting (XGBoost) were utilized to precisely estimate CO 2 Z-factor. To this end, a comprehensive databank from the literature is employed, which contains 2118 data points over extensive ranges of pressures and temperatures. The proposed models predict the CO 2 Z-factor with respect to reduced temperature (T r ) and reduced pressure (P r ). Moreover, the results of the developed techniques were compared with those of Patel-Teja (PT) and Peng-Robinson (PR) equations of state (EoSs) applying various graphical and statistical error tests. The results demonstrated that the LightGBM intelligent technique has the highest accuracy with the lowest error value of 0.42 % and R 2 of 0.999. The trend analysis illustrated that the LightGBM model could verify the actual variation of CO 2 Z-factor with pressure (direct relationship) and accurately forecast the physical behavior of the CO 2 Z-factor variation. Lately, outlier detection utilizing the Leverage approach illustrated that nearly all data points, except only 39 points, were statistically reliable and located in the valid zone. The results of this research can extremely help for better understanding of CO 2 sequestration, decreasing the greenhouse gas emission, and exploring EOR techniques especially CO 2 injection.

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)0,002
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,015
Score d'incertitude au seuil0,030

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,001
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 Opus0,029
Tête enseignante GPT0,253
Écart entre enseignants0,224 · 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

Citations17
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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