Base de dados e benchmarks para prognóstico de anomalias em sistemas de elevação de petróleo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Vargas, Ricardo Emanuel Vaz
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Doutorado em Engenharia Elétrica
Centro Tecnológico
UFES
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/13455
Resumo: The oil industry considers that prognosis of anomalies in oil-producing wells can help to reduce production losses, environmental accidents, and human casualties and reduce maintenance costs. An oil well refers to a set of sensors and mechanical, pneumatic, and hydraulic systems. As in virtually any industrial process, several types of anomalies also occur in the process of oil lifting and flow assurance. This thesis formulates and evaluates the hypothesis that anomalies in naturally flowing wells can be detected with Machine Learning and that the use of expert hand-drawn and simulated instances is a feasible solution for the training of rare actual anomalies' detectors. The scarcity of measurements in such processes is a drawback due to the low reliability of instrumentation in such hostile environments. Another issue is the absence of anomalies' data – in quantity, quality, and adequately structured – in naturally flowing wells. To contribute to Machine Learning-based approaches to the prognosis of this type of anomaly, this work prepared and made public an original and realistic dataset with instances of eight types of anomalies characterized by eight process variables. Many hours of working together with experts from Petróleo Brasileiro S.A. were required to validate historical instances and to produce simulated and hand-drawn instances. The methodology developed and used in this preparation is detailed. Specific challenges that researchers can explore with the published dataset are defined. Experimental results related to these challenges suggest that the formulated hypotheses are true. This work has resulted in two relevant contributions. A challenging public dataset that can be used as a benchmark for the development of (i) machine learning techniques related to inherent difficulties of actual data, and (ii) methods for specific tasks associated with anomalies' classification in naturally flowing wells. The other contribution is the proposal of the defined benchmarks.
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This thesis formulates and evaluates the hypothesis that anomalies in naturally flowing wells can be detected with Machine Learning and that the use of expert hand-drawn and simulated instances is a feasible solution for the training of rare actual anomalies' detectors. The scarcity of measurements in such processes is a drawback due to the low reliability of instrumentation in such hostile environments. Another issue is the absence of anomalies' data – in quantity, quality, and adequately structured – in naturally flowing wells. To contribute to Machine Learning-based approaches to the prognosis of this type of anomaly, this work prepared and made public an original and realistic dataset with instances of eight types of anomalies characterized by eight process variables. Many hours of working together with experts from Petróleo Brasileiro S.A. were required to validate historical instances and to produce simulated and hand-drawn instances. The methodology developed and used in this preparation is detailed. Specific challenges that researchers can explore with the published dataset are defined. Experimental results related to these challenges suggest that the formulated hypotheses are true. This work has resulted in two relevant contributions. A challenging public dataset that can be used as a benchmark for the development of (i) machine learning techniques related to inherent difficulties of actual data, and (ii) methods for specific tasks associated with anomalies' classification in naturally flowing wells. The other contribution is the proposal of the defined benchmarks.A indústria de petróleo considera que prognóstico de anomalias em poços produtores de petróleo pode ajudar a reduzir custos de manutenção e a evitar perdas de produção e acidentes ambientais e à vida humana. Um poço de produção de petróleo se refere a um conjunto de sensores e de sistemas mecânicos, elétricos e hidráulicos. Como em praticamente qualquer processo industrial, também ocorrem variados tipos de anomalias em processo de elevação e escoamento de petróleo. Esta tese formula e avalia as hipóteses que anomalias em sistemas de elevação natural de petróleo podem ser detectadas com Aprendizado de Máquina e que o uso de instâncias simuladas e desenhadas à mão por especialistas é uma solução viável para treinamento de detectores de anomalias reais raras. A escassez de medições nesse tipo de processo, devido à baixa confiabilidade da instrumentação em tais ambientes hostis, é uma desvantagem. Outra questão é a ausência de dados de anomalias – em quantidade, em qualidade e adequadamente estruturados – em sistemas de elevação natural de petróleo. Para contribuir com abordagens para prognóstico desse tipo de anomalia baseadas em Aprendizado de Máquina, este trabalho preparou e tornou público um conjunto de dados original e realista com instâncias de oito tipos de anomalias caracterizadas por oito variáveis de processo. Muitas horas de trabalho conjunto com engenheiros da Petróleo Brasileiro S.A. especialistas na área Elevação e Escoamento de Petróleo foram necessárias para validar instâncias históricas e para produzir instâncias simuladas e desenhadas à mão. A metodologia desenvolvida e utilizada nessa preparação é detalhada. Desafios específicos que pesquisadores podem explorar com o conjunto de dados publicado são definidos. Resultados experimentais relacionados a esses desafios sugerem que as hipóteses formuladas são verdadeiras. Este trabalho resultou em duas contribuições relevantes. Um conjunto de dados público e desafiador que pode ser utilizado como referência para desenvolvimento de (i) técnicas de Aprendizado de Máquina para tratamento de dificuldades inerentes a dados reais e (ii) métodos para tarefas específicas associadas a classificação de anomalias em sistemas de elevação natural de petróleo. A outra contribuição são os desafios específicos que foram propostos.Universidade Federal do Espírito SantoBRDoutorado em Engenharia ElétricaCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaSalles, Evandro Ottoni Teatinihttps://orcid.org/0000000282873045http://lattes.cnpq.br/5893731382102675https://orcid.org/0000-0001-6243-4590http://lattes.cnpq.br/1658300192778908Schnitman, Leizerhttps://orcid.org/0000-0002-0399-6689http://lattes.cnpq.br/0473342349140026Campos, Mario Cesar Mello Massa dehttps://orcid.org/0000-0002-5746-6915http://lattes.cnpq.br/6108445696913310Rauber, Thomas Walterhttps://orcid.org/0000000263806584http://lattes.cnpq.br/0462549482032704Orosa, Luis MartiVargas, Ricardo Emanuel Vaz2024-05-29T22:11:17Z2024-05-29T22:11:17Z2019-08-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/13455porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-08-20T15:37:37Zoai:repositorio.ufes.br:10/13455Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082024-08-20T15:37:37Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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