APPLIED RESEARCH

Use of artificial intelligence for emission monitoring and control in hydrocarbon production

Authors

  • Ilya I. Karpets Moscow Institute of Modern Academic Education, 52 Bolshaya Tulskaya St., Moscow, 115191, Russia
  • Yana N. Lozovskaya University of Science and Technology MISIS, 4 Leninsky Ave., Moscow, 119049, Russia

How to cite

GOST Karpets I. I., Lozovskaya Y. N. Use of artificial intelligence for emission monitoring and control in hydrocarbon production // Academic Research Journal. 2025. Vol. 3. No. 9. P. 171-180. DOI: 10.25726/j4443-9581-8192-p
APA Karpets, I. I. & Lozovskaya, Y. N. (2025). Use of artificial intelligence for emission monitoring and control in hydrocarbon production. Academic Research Journal, 3(9), 171-180. https://doi.org/10.25726/j4443-9581-8192-p

Abstract

The article addresses the problem of greenhouse emissions, primarily methane and CO₂, during hydrocarbon production and aims to develop and test an integrated artificial-intelligence-based platform for continuous monitoring and proactive management of emissions, capable of replacing reactive and discrete approaches with continuous intelligent control. The empirical base covers 75 sites (50 onshore and 25 offshore) from 2018 to 2022, combining satellite data from Sentinel 5P and Landsat 8/9, UAV aerial surveys with LIDAR/hyperspectral equipment, telemetry from more than 15,000 IoT sensors (CH₄, CO₂, VOC, pressure, temperature, vibration, acoustics), and SCADA/MRO datasets totaling over 5 PB; preprocessing includes stream synchronization, cleaning, and normalization. The methodological framework combines CNNs (U-Net, Faster R-CNN) for segmentation/detection of gas plumes, LSTM for time series analysis, as well as XGBoost/LightGBM and Random Forest for anomaly and failure prediction with cross-validation and testing at test sites simulating leaks. The following results were obtained: the accuracy of unorganized emissions detection reached 98.72% with 1.15% false alarms and an average detection time of 0.25 h, which reduces the reaction window from 24 hours to 15 minutes and increases the efficiency of maintenance teams; after the platform’s implementation, CH₄ emissions decreased by 45.64% (versus 8.31% under traditional practices), CO₂ by 21.89%, VOC by 35.17%, and the average annual reduction exceeded 12 thousand tons of CO₂ equivalent per facility. The economic analysis notes a reduction in product loss costs from $4.88 million to $1.35 million per year and in environmental fees from $2.15 million to $0.44 million per year, alongside an increase in planned preventive maintenance costs to $2.75 million per year, resulting in a total net effect of $5.09 million per facility (payback less than 2 years). Predictive modules provide a 30-day forecasting horizon for compressors (Precision 94.11%; Recall 91.56%), 14 days for valve systems (97.43%; 92.81%), and 21 days for pumping stations (95.89%; 94.22%). The discussion highlights the synergy of multimodal fusion analytics, integration with PCS/EAM systems, and prospects for applying transformers, federated learning, digital twins, and robotic tools for rapid leak mitigation.

Keywords

artificial intelligence emission monitoring methane oil and gas production predictive analytics

References

Алдамжарова В.Т. Искусственный интеллект в химической технологии нефти и газа // 74-я Международная студенческая научно-техническая конференция. Материалы. Астрахань, 2024. С. 1197–1199.

Волков А.В. Применение искусственного интеллекта для разработки нефтегазовых месторождений // Актуальные проблемы нефти и газа. Тезисы докладов 4-й Всероссийской молодежной научной конференции. Москва, 2021. С. 67–68.

Волков В.Ю., Барков А.А., Спицын Р.Г. Повышение эффективности мониторинга атмосферного воздуха за счет использования систем искусственного интеллекта // Вестник Международной академии системных исследований. Информатика, экология, экономика. 2012. Т. 14. № 1. С. 166–171.

Гайлитис В.С. Влияние искусственного интеллекта на нефтегазовую отрасль // Новые технологии нефтегазовому региону. Материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 2-х томах. Тюмень, 2024. С. 208–211.

Еремин Н.А., Столяров В.Е. Применение интеллектуальных технологий на цифровом нефтегазовом месторождении // О новой парадигме развития нефтегазовой геологии. Материалы Международной научно-практической конференции. 2020. С. 359–362.

Зебзеев А.Г. Реинжиниринг и интеллектуализация систем сбора, обработки и передачи промысловой информации на нефтегазодобывающих предприятиях: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск, 2017. 20 с.

Земенкова М.Ю., Чижевская Е.Л. Интеллектуальная модульная система мониторинга и управления состоянием объектов транспорта и хранения углеводородов // Научная территория: технологии и инновации. Материалы Международной научно-практической конференции. Отв. редактор В.А. Чейметова. Тюмень, 2022. С. 158–161.

Зозуля В.А., Веревкин А.П. Анализ проблемы типизации средств автоматизации для интеллектуального контроля и управления процессами добычи нефти // 61-ая научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. 2010. С. 374.

Кузяков О.Н., Андреева М.А. Применение интернета вещей при мониторинге нефтегазовых объектов // Нефть и газ: технологии и инновации. Материалы Национальной научно-практической конференции. В 3-х томах. Отв. редактор Н.В. Гумерова. 2020. С. 78–80.

Кутуков С.Е., Бадиков Ф.И., Самигуллин Г.Х. Использование интеллектуальных систем в мониторинге режимов эксплуатации нефтепроводов // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2001. № 2. С. 17.

Лукьянченко А.А. Новые методы селективного измерения сопутствующих углеводородов для раннего обнаружения аварии, пожара, взрыва и осуществления экологического мониторинга на основе газоаналитического контроля // Экологическая безопасность в газовой промышленности (ESGI-2023). Тезисы докладов VIII Международной научно-технической конференции и выставки. Москва, 2023. С. 56.

Понкратов А.Ю. Об использовании когнитивных технологий в задачах поиска и анализа данных в нефтегазовой отрасли // Информационные системы и технологии в геологии и нефтегазодобыче. Материалы докладов Международной научно-практической конференции. Тюмень, 2024. С. 188–192.

Судаков А.В. Применение информационных систем и искусственного интеллекта в оптимизации работы морских нефтегазовых платформ // Неделя науки Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2019. Т. 1. № 1. С. 23.

Тынчеров К.Т., Мухаметова А.Р., Шагалеева Е.Г. Роль искусственного интеллекта в нефтегазовой отрасли // Материалы 52-й Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием. Уфа, 2025. С. 599–602.

Хамитова Н.П. Новые технологии в нефтегазовой сфере на основе искусственного интеллекта // Новые технологии нефтегазовому региону. Материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 2-х томах. Тюмень, 2024. С. 238–239.

Issue

Section

APPLIED RESEARCH

Metrics

83 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.