JP2022514742A - リグ活動の監視 - Google Patents

Abstract

複数の画像センサがリグフロアの周りに配置されている。オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイが複数の画像センサと通信可能に結合されている。オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイは、１つ又は複数のプロセッサと、１つ又は複数のプロセッサに結合され、１つ又は複数のプロセッサが実行するプログラミング命令を格納する、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体とを含む。プログラミング命令は、１つ又は複数のプロセッサに対し、以下のことを行うように命令する。複数の画像センサの少なくとも１つから画像ストリームを受信し、画像ストリームから動作状態を決定し、自動化ルールが画像ストリームから決定された動作状態を含んでいると特定し、この特定に応えて制御可能な装置を駆動するための命令を送信し、この命令の送信に応えて制御可能な装置を駆動する。

Description

本願は、２０１８年１２月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／７８０，８３３号、２０１８年１２月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／７８０，８４３号、及び２０１８年１２月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／７８０，８５６号に基づく優先権を主張し、当該米国仮特許出願の記載内容を援用する。

本開示は、リグフロア上の活動の監視に適用する。

掘削リグは、掘削して坑井から炭化水素類を生産するために用いられ、複雑でしかも時間がかかることの多い作業を実行する多くのコンポーネント及びツールを含む。坑井の掘削は、坑井の軌道、岩層、及び過酷な環境にあるダウンホールを確認できないため、挑戦的な作業となる。これらの要因並びにリグでの掘削作業中の多くの不確実性及び不確定要素により、動的な（絶えず変化し進展する）掘削工程が作成される。リグでの掘削及び他の作業に関連するプロセスを監視することは困難かつ非効率である可能性があり、機械及びコンポーネントの遅れや故障は、掘削作業時の時間とコストに大きな影響を及ぼす可能性がある。

ドリルリグは、遠隔サイトで迅速に設置されることが多い。迅速な組み立てと分解を容易にするために、コンポーネント間での無線（通常は無線周波）通信を用いるのが一般的である。そうすることにより、設置及び解体中に取り扱かわねばならない有線接続の数を減らすことができる。

本開示は、リグ活動の監視に利用できる技術を説明する。

本開示内に記載された主題の例示の実施は、以下の特徴を有するシステムである。複数の画像センサが、リグ（例えばリグフロアや掘削リグ上の他の場所）の周りに配置されている。オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイが、有線又は無線で、前記複数の画像センサと通信可能に結合されている。オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイは、１つ又は複数のプロセッサと、前記１つ又は複数のプロセッサに結合され、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行するためのプログラミング命令を格納する、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体と、を含む。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサから画像ストリームを受信するように命令する。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、前記画像ストリームから動作状態を決定するように命令する。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、自動化ルール（自動化規則）が前記画像ストリームから決定された前記動作状態を含んでいる、と特定するように命令する。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、自動化ルールが前記動作状態を含んでいると特定したことに応えて、制御可能な装置（操縦可能装置）を駆動するための命令を有線又は無線で送信するように命令する。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、前記制御可能な装置を駆動するための命令の送信に応えて、前記制御可能な装置を駆動するように命令する。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記プログラミング命令は、前記決定された動作状態（抑留のリスクなど）の優先順位又は緊急度を特定すると共に、前記動作状態を未然に防止又は回復して正常化された動作にするように構成された自動化システムへ、検出された動作状態を伝達し、次に推奨されるタスクに優先順位を付けるための動作の順序を特定するように構成されたランク付け基準を、前記動作状態に、前記動作状態（抑留、逸泥、坑井流入など）が生じる重大度及び発生確率に基づいて、適用する；命令を含むことができる。前記プログラミング命令は、アクション（動作）を自動的に実行して前記動作状態に対処（又は解決）する、又は、手動で介入して前記動作状態に対処するためのガイダンスを提供することができる。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記複数の画像センサと前記オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイとの間の、第１の有線又は無線の通信可能な結合装置（有線又は無線の通信可能な第１の結合装置）と、前記オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイと前記制御可能な装置との間の、第２の有線又は無線の通信可能な結合装置（有線又は無線の通信可能な第２の結合装置）と、を含むことができる。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。複数のＬＥＤアレイが、前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサの視野に入っている。複数のＬＥＤドライバが、前記複数のＬＥＤアレイの１つ１つに電子的に結合されている。各ＬＥＤドライバはデータを転送するために前記ＬＥＤアレイを変調するように構成されている。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。ＬＥＤアレイはモノクロＬＥＤを含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。システムは、前記複数の画像センサによる検出のために構成された泥水システムに添加される光学特性を有するトレーサ粒子を含む複数の粒子を含むことができ、前記複数の画像センサのうちの１つの画像センサは、粒子を視覚化するように、かつ、前記粒子の流速及び前記粒子のｐＨのうちの少なくとも一方を特定するように構成された粒子画像流速測定法（ＰＩＶ）を含み、システムは、前記泥水システムの流入ライン及び流出ラインに近接した反射体を有するホイールを更に含むことができ、前記複数の画像センサは前記泥水の流れに応じて回転する前記ホイールの速度を監視するように構成され、システムは、前記複数の画像センサによって検出するために構成されたレベル計を有するタンクを含む自動流体管理システムと、前記リグ上のケリーセーバーサブに取り付けられたターゲット（目標、対象物）であって、前記ターゲットは、反射体及びＬＥＤのうちの少なくとも一方を含む識別子を含み、前記識別子は前記画像センサによって検出されるように構成されたターゲットとを含むことができる。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記画像センサは、前記ＬＥＤアレイから前記データを受信し、かつ、前記画像ストリームに含まれるべく前記命令を変換するように構成されている。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記決定された動作状態は、前記命令を含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置はバルブを含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置は、ドローワーク、ケリー、スイベル、回転テーブル、トップドライブ、又は噴出防止装置バルブを含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置は、ポンプ、モータ、ミキサ、又は循環システムを含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置は、坑井シャットダウンシステムを含む。

本開示内に記載された主題の例示の実施は、以下の特徴を有する方法である。画像ストリームを、いくつかの画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサから受信する。動作状態を、前記画像ストリームから決定（生成）する。前記画像ストリームから決定された前記動作状態を含むように、自動化ルールを特定する。自動化ルールが前記画像ストリームから決定された前記動作状態を含むと特定することに応えて、制御可能な装置を駆動するための命令を送信する。前記制御可能な装置を駆動するための命令を送信することに応えて、前記制御可能な装置を駆動する。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。命令のセットがＬＥＤドライバによって符号化される。ＬＥＤアレイが前記ＬＥＤドライバによって変調され、前記命令のセットを発する。前記命令のセットを、前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサが受信する。前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサによって、前記命令のセットを前記画像ストリームに変換する。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記命令を符号化することは、オンオフキー変調を含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記オンオフキー変調は、アンダーサンプリングされた周波数シフトオンオフキーイング（オンオフ変調）を含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記命令を受信することは、アンダーサンプリングされた周波数シフトオンオフキーイングを用いることを含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記ＬＥＤアレイは第１のＬＥＤアレイであり、前記命令のセットは第１の命令のセットである。前記画像センサによって、第２のＬＥＤアレイから第２の命令のセットを受信し、同時に、前記第１のＬＥＤアレイから命令を受信する。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置は、送信された命令に応えて駆動される。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置はバルブを含む。前記制御可能な装置を駆動することは、前記バルブの位置を変更することを含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置は回転テーブルを含む。前記制御可能な装置を駆動することは、ドローワークの張力を変更すること、ケリー、スイベル、回転テーブル、トップドライブ、又は噴出防止装置ラムを含む。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含むことができる。前記制御可能な装置は回転テーブルを含むことができ、前記制御可能な装置を駆動することは、前記回転テーブルの速度を変更することを含むことができる。前記制御可能な装置はトップドライブを含むことができ、前記制御可能な装置を駆動することは、ドリルビットの重量を変更することを含むことができる。前記制御可能な装置はトップドライブを含むことができ、前記制御可能な装置を駆動することは、前記トップドライブの回転速度を変更することを含むことができる。前記制御可能な装置はモータを含むことができ、前記制御可能な装置を駆動することは、前記モータによって加えられるトルクを変更することを含むことができる。前記制御可能な装置は噴出防止装置を含むことができ、前記制御可能な装置を駆動することは、前記噴出防止装置のラムを閉じることを含むことができる。前記制御可能な装置はマッドモータ（泥水電動機）を含むことができ、前記制御可能な装置を駆動することは、前記マッドモータの回転速度を変更することを含むことができる。前記制御可能な装置はマッドミキサ（泥水撹拌機）を含むことができ、前記制御可能な装置を駆動することは、前記マッドミキサの混合速度及び周波数を変更することを含むことができる。前記制御可能な装置は泥水循環システムを含むことができ、前記制御可能な装置を駆動することは、前記システムの循環速度及び周波数を変更することを含むことができる。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置はポンプを含むことができる。前記制御可能な装置を駆動することは、前記ポンプ、モータ、ミキサ、又は循環システムの回転速度を変更することを含むことができる。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記制御可能な装置はポンプを含むことができる。前記制御可能な装置を駆動することは、前記ポンプ、モータ、ミキサ、又は循環システムの回転速度を変更することを含むことができる。

本開示内に記載された主題の例示の実施は、以下の特徴を有するシステムである。複数の画像センサが、リグ（例えばリグフロアや掘削リグ上の任意の場所）の周りに配置されている。複数のＬＥＤアレイが、前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサの視野に入っている。複数のＬＥＤドライバが、複数のＬＥＤアレイに電子的に結合されている。各ＬＥＤドライバは、データを転送するために前記ＬＥＤアレイを変調するように構成されている。オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイが、前記複数の画像センサと通信可能に結合され、１つ又は複数のプロセッサと、前記１つ又は複数のプロセッサに結合されて前記１つ又は複数のプロセッサによって実行するためのプログラミング命令を格納する、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体と、を含む。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサから画像ストリームを受信するように命令する。前記画像ストリームは、前記複数のＬＥＤアレイの少なくとも１つからのデータを含む。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、前記画像ストリームから動作状態を決定するように命令する。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、自動化ルールが前記画像ストリームから決定された前記動作状態を含んでいる、と特定するように命令する。前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し、自動化ルールが前記動作状態を含んでいると特定したことに応えて、制御可能な装置を駆動するための命令を送信するように命令する。

例示の実施と単独で又は部分的に結合し得る例示の実施の態様は、以下の特徴を含む。前記プログラミング命令は、前記決定された動作状態（抑留のリスクなど）の優先順位又は緊急度を特定すると共に、前記動作状態を未然に防止又は回復して正常化された動作にするように構成された自動化システムへ、検出された動作状態を伝達し、次に推奨されるタスクに優先順位を付けるための動作の順序を特定するように構成されたランク付け基準を、前記動作状態に、前記動作状態（抑留、逸泥、坑井流入など）が生じる重大度及び発生確率に基づいて、適用する；命令を含むことができる。前記プログラミング命令は、アクションを自動的に実行して前記動作状態に対処（又は解決）する、又は、手動で介入して前記動作状態に対処するためのガイダンスを提供することができる。

前述の実施は、コンピュータにより実施される方法、非一時的なコンピュータ読取可能媒体、及びコンピュータにより実施されるシステムを用いて実施可能である。非一時的なコンピュータ読取可能媒体は、コンピュータにより実施される方法を実行するコンピュータ読取可能な命令を格納する。コンピュータにより実施されるシステムは、コンピュータにより実施される方法／非一時的なコンピュータ読取可能媒体に格納された命令を実行するように構成されたハードウェアプロセッサと相互に利用可能に結合されたコンピュータメモリを含む。

本明細書の主題の１つ又は複数の実施の詳細を、詳細な説明、添付する図面、及び請求項に記載する。本主題の他の特徴、態様及び利点は、詳細な説明、請求項、及び添付する図面から明らかになるであろう。

掘削作業に用いられる例示のリグシステムの斜視概略図である。

本開示内で説明する主題の概観的なシステム図である。

画像センサ及びエッジゲートウェイを含む、図１の例示の監視システムの概略図である。

掘削作業に用いられる例示のリグフロアの斜視概略図である。 掘削作業に用いられる例示のリグフロアの斜視概略図である。

本開示の態様で使用できる例示のケリー及びケリーサブの側面概略図である。

本開示の態様で使用できる例示のリグシステムコンポーネントの斜視概略図である。 本開示の態様で使用できる例示のリグシステムコンポーネントの斜視概略図である。 本開示の態様で使用できる例示のリグシステムコンポーネントの斜視概略図である。 本開示の態様で使用できる例示のリグシステムコンポーネントの斜視概略図である。 本開示の態様で使用できる例示のリグシステムコンポーネントの斜視概略図である。 本開示の態様で使用ができる例示のリグシステムコンポーネントの斜視概略図である。

作業者がいる例示のリグフロアの斜視概略図である。

本開示の態様で使用できる例示の可視光通信システムのブロック図である。

本開示の態様で使用できる例示の可視光通信システムの概略図である。

本開示の態様で使用できる例示の可視光通信システムの概略図である。

本開示の態様で使用できる例示のシステムのシステムブロック図である。

本開示の態様で使用できる例示の方法のフローチャートである。

本開示の態様で使用できる例示の方法のフローチャートである。

本開示のいくつかの実施に従う、本開示に記載されるように、記載されたアルゴリズム、方法、機能、プロセス、フロー、及び手順に関するコンピュータ上の機能を提供するために使用される例示のコンピュータシステムを説明するブロック図である。

種々の図面における類似の参照番号及び記号は、同様の要素を指す。

以下の詳細な説明では、リグフロア上での活動を監視するための手法について説明する。開示の実施に対して様々な改変、変更、及び置換が可能であるが、それは当業者にとって容易に明らかなことである。また、定義される一般的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施及び応用に適用できる。場合によっては、記載する主題の理解にとって不必要な詳細は、記載する１つ又は複数の実施を不必要な詳細によって不明瞭にしないように、そのような詳細が当業者の技術の範囲内である限り、省略するかもしれない。本開示は、記載又は図示する実施に限定する意図はなく、記載する原理及び特徴に整合する最も広い範囲が付与されるべきである。

掘削の自動化及びデジタル化でなされる研究（活動、課題、作業、仕事）の大部分を、センサと、計装と、アルゴリズムとの統合に焦点を当てることにより、生データを抽出し、分析し、そして有用な情報へ変換する方法を改善してきた。このことを使って掘削作業を最適化することができる。これらの研究の目的は、リアルタイムデータを用いて掘削工学の知識と経験を活用し、掘削前のシミュレーションモデルに基づく自動化／デジタル化プラットフォームを作り出すことであり、これによりガイダンスが提供され、重要な決定を行うために掘削工学からの入力が可能となる／要求される。アルゴリズムは、ＷＯＢ、ＲＯＰ、トルク、振動などの掘削ダイナミクス、坑井洗浄などの掘削流体液圧、安定性と保全性（インテグリティ、完全性とも言われる）、及び傾斜坑井を掘削する際の坑井ステアリングなどを改善するために開発されてきた。これらのモデルをリアルタイムの掘削システムに組み込む長期的な観点は、掘削工学の応答をシミュレートし、サイト外にいて絶対的に必要な場合に限って介入する掘削エンジニアからの最小限の入力で意思決定プロセスを自動化することである。

これまでに行われた研究は、掘削効率を高めるために、センサ、計装、及びアルゴリズムに焦点が当てられている。自動化／デジタル化のアルゴリズムの質は、アルゴリズムを構築するために利用されるデータと同程度に良好であるが、他の産業や用途に比べ、掘削におけるセンサと計装の進歩は、掘削の一部の領域では最小限であるか、ゆるやかであるか、又は皆無であった。掘削リグのインフラと掘削文化を変えることも困難である。掘削担当者の全体的な経験と知識に基づき何十年にもわたって運用上の決定がなされてきているので、変更に抵抗があることは当然である。本開示は、掘削における自動化／デジタル化の現在の限界／課題と、すべての分野、経済、及び産業に影響を及ぼすことが見込まれる４ＩＲ（第４次産業革命）とを考慮に入れている。結果として生じる転換と混乱に適応及び対応し、４ＩＲに関連付けられた技術から充分に恩恵を得るには、掘削は技術の一歩ではなく、技術の飛躍を遂げる必要があると考えられている。本開示は、掘削作業のための道を開き、第４次産業革命と連携した新たな技術を利用するために、掘削リグ上のモノのインターネット（ＩｏＴ）プラットフォームのレイアウトについて説明する。４ＩＲ技術には、スマートセンサ／デバイス、ビッグデータ分析、人工知能、先端材料、ロボット工学が含まれ、これらすべてが主要な柱として、４ＩＲ、ＩｏＴのプラットフォームを構築する。ＩｏＴシステムには、スマートセンサ／デバイスを利用してデータを取得する動的に相互リンクされたコンポーネントのネットワーク、センサ情報に応じるアクチュエータ、デバイス間のデータ転送を容易にする通信、及び動作（アクション）を開始するための方法でデータを処理、補強、提示するための機械学習／人工知能／ビッグデータ分析が含まれる。

本開示は、掘削リグで用いられるＩｏＴプラットフォームについて説明し、画像／ビデオキャプチャのための、スマート（高性能の、コンピュータ制御の、ハイテクの）で防水性のある高解像度のワイヤレスカメラ又は他の画像若しくはビジョンセンサ、並びに、画像／ビデオ処理及びインテリジェント分析のためのエッジ／フォグコンピューティングハードウェア及びソフトウェアを含む。カメラは、プロセスを監視する非侵襲性方法を提供し、リグの多数の動作を監視する人工眼として機能することができる。今あるカメラを利用する掘削リグは単純な監視に限定されており、カメラによって取得されたビデオ／画像を観察及び分析するために多数の人員が関与する必要があるため、純粋に監視のためにカメラを利用することは経済的及び時間的に実現可能ではない。カメラは、小型でスマートなものへと急速に進歩しており、スマートフォンへの高解像度カメラの搭載は今や一般的になっている。これらの進歩により、リグのどこにでも設置できるので、カメラは掘削環境に理想的な検知デバイスにもなっている。これまで、カメラは単に画像／ビデオを取得するためのデバイスであったが、フォグ／エッジコンピューティングにより、これらのカメラは「コンシャス」及び「インテリジェント」になり、動作のリモート管理を容易にする自動化／デジタル化において重要な役割を果たせるようになっている。本開示で提案するＩｏＴ設定の利点は、自動化とデジタル化のためのインフラを４ＩＲを見据えたリグ上に配置するだけでなく、現在確立されている掘削作業に対して侵襲性が極めて低いこと又は非侵襲性であることである。

本開示は、リグにおける坑井プロセスのインテリジェント監視（インテリジェントな（自動制御ができる）監視）及び検査を説明し、リグプロセス及び坑井コンポーネント及び故障モード用機器の画像ベースの検査（画像に基づく検査）及び分析を含む。監視システムには、リグに配置された、画像センサと、オンサイトエッジゲートウェイとが含まれ、設備及びリグプロセスを補う他の坑井コンポーネントを監視し、リグプロセスに影響を与えるコンポーネントの保全性における現在又は潜在的な故障を識別し、プロセスの識別された故障又は欠陥に対して修理を提案（及び場合によっては実行）し、すべて実質的にリアルタイムで行われる。本監視システムが監視するプロセスは、画像センサの目標物（例えば、ドリルストリング上のツール、ケーシングコンポーネント、他の坑井ツール、又は掘削プロセスに関係するリグ上の他の坑井コンポーネントなど）に基づいて変わる可能性がある。１つ又は複数のカメラなどの画像センサは、リグの周囲に配置され、目標コンポーネント又は一群のコンポーネント（例えばある掘削プロセスを補う掘削コンポーネントとして）に向けられ、画像又はビデオフィードなどのリアルタイムの画像フィードを、リグのオンサイト（施設内）に配置されたゲートウェイコンピューティングシステムに提供する。ゲートウェイは、画像センサから画像フィードを受信し、画像フィードの処理と分析とを実行することにより、対象の坑井設備の動作パラメータを識別し、識別された動作パラメータに基づいて対象の坑井設備の動作状態を特定し、そして、特定された動作状態に基づいて修理を提案し、又は実行し、又は提案及び実行の両方を行う。オンサイトエッジゲートウェイはエッジ－フォグゲートウェイであり、分析を実行するゲートウェイのコンピューティングシステムコンポーネントは、リグ上にローカルに（その場所に）配置されているので、例えば、特定された動作状態の修理を提案又は実行するために、遠隔のコンピューティングシステムに、情報及びデータを転送したり、分析をアウトソース（外部委託）したりする必要がない。この監視システムは、坑井コンポーネントをリアルタイムで連続的に監視することができ、これにより掘削リグ上の掘削プロセスを監視し、連続的な画像及び信号処理を実行して、動作パラメータ情報を抽出することができ、坑井コンポーネントの故障及び異常等の動作状態を識別することができ、識別された動作状態が坑井コンポーネントの故障閾値に達した場合には修理を提案することができる。

従来の掘削リグにおいて、ドリルストリングプロセスの検査は、監視が届かないか、目視検査が直接行われており、不正確かつ人為的ミスが発生しやすい。また、ドリルストリングコンポーネント又はその他のコンポーネントの検査は、直接目視検査により、又は超音波ベース若しくは電磁ベースの検査などの非破壊検査によって行われていることが多い。交換部品の注文では、直接目視検査で故障が識別されてから部品番号及びその他の情報を手で入力する必要がある。これらの検査及び注文は、時間がかかり、非効率で、人為的ミスが発生しやすく、時間と掘削コストの想定外に大きな損失につながる可能性がある。本開示の監視システムは、画像センサと高度な処理技術とを用いてリグプロセスのリアルタイム監視を提供し、画像センサの画像フィードからリグシステム又は坑井コンポーネントの故障モードを識別する。監視システムは、識別された故障モードに基づいて、坑井オペレータにアクションアイテム（やるべきこと）選択肢を提案することができ、又は、アクションアイテムを能動的に実行することができる。実行するアクションアイテムは、例えば、故障モード（例えば、メーカに交換部品を注文したり、保管庫からの交換部品出荷を依頼したり、プリンタ（３Ｄプリンタなど）で交換部品を製造したりするなど）に対処する。監視システムは、掘削作業と資材供給作業との同期を図り、リグ上の坑井コンポーネントの切れ目のない統合と予知保全とを実現する。例えば、監視システムは、ドリルストリング及びケーシングコンポーネント並びに掘削リグの様々な機器及び設備を監視し、検査すると共に、エッジ－フォグコンピューティングベースのスマート分析を利用して、リグプロセス及びコンポーネントのメンテナンス、在庫、及びサプライチェーン管理の間の関係を合理化する。監視システムは、データを得るためにスマートセンサ及びスマートデバイスを利用する動的な相互リンクされたコンポーネントのネットワークを提供し、センサ情報に応答するアクチュエータ、デバイス間のデータ転送を容易にする通信、及び、オペレータに対し自動的なアクション又は迅速なアクションを開始できる方法でデータを処理し、充実させ提示する機械学習／人工知能／ビッグデータ分析、を提供する。

ドリルリグは遠隔サイトで迅速に設置されることが多いので、コンポーネント間の無線通信を採用すると、リグの迅速な設置と分解に役立つことが多い。無線スマートデバイスによる帯域幅の需要の高まりにより、無線周波（ＲＦ）スペクトルは急速に飽和状態になり、２Ｇ、３Ｇ、４ＧなどのＲＦ技術は、インターネットに接続されるスマートデバイスの数の指数関数的な増加に対応するための課題に直面している。更に、ＲＦ通信は、電磁干渉、電磁放射による安全性の問題、及び外部の第三者によって信号が傍受される可能性があることによるプライバシとセキュリティの懸念に悩まされている。

本開示では、光学カメラ通信（ＯＣＣ）と呼ばれる無線可視光通信（ＶＬＣ）方式を用いて、リグにおける既存の及び新たなセンサとカメラとの間でデータを転送する方法についても説明する。ＯＣＣには、ＲＦ通信に比べて多くの利点がある。例えば、通信に使われておらず、ライセンスがない／規制がない光学スペクトル（電磁干渉がなく、固有のセキュリティにつながる明確に定義されたカバレッジゾーンを有する）、ＬＥＤの使用による低消費電力、及び、送信中に電磁放出がないユーザの安全性、などの利点がある。

低電力ＬＥＤを用いて、カメラへのセンサ出力を表示し及び転送することができる。ＬＥＤは、非常に低い電流で駆動して高強度の光を提供することができ、寿命が長い。ＬＥＤは、臨界フリッカ周波数より高い周波数でオンとオフを切り替えることができるため、実行可能な通信形式であり、人間の目には見えないデータ送信が可能になる。これにより、バイナリコードシーケンスでのデータ送信が可能になる。更に、ＬＥＤは異なる強度レベルに切り替えることができ、ＬＥＤの色を変更する機能を利用して、ＬＥＤアレイのディスプレイに多岐にわたるカラーパターンを再現することでデータを送信することもできる。

図１は、坑井を掘削及び生成するための例示のリグシステム１００の部分概略斜視図である。坑井は、地表から地中を通って１つ又は複数の関心のある地下ゾーンまで延在することができる。例示のリグシステム１００は、地面１０１の上方に配置されたドリルフロア１０２と、坑口１０４と、リグ構造及びトラベリングブロックによって支持されたドリルストリングアセンブリ（組立体）１０６と、坑井からの使用済み掘削流体を濾過してクリーンな掘削流体をドリルストリングアセンブリ１０６へ供給する流体循環システム１０８と、リグシステム１００上の１つ又は複数のコンポーネントをリアルタイムで監視するための監視システム２００（画像センサ２０２及びオンサイトエッジゲートウェイ２０４を含み、より詳細には後で説明する）と、を含む。例えば、図１の例示のリグシステム１００は、坑井上でドリルストリングアセンブリ１０６を支持するリグシステム１００を用いて掘削作業を実行できるドリルリグとして示されている。坑口１０４を利用して、ケーシング又は他の坑井コンポーネント若しくは坑井機器を、坑井の坑井穴の中に支持することができる。

デリック又はマストは、ドリルフロア１０２に取り付けられて坑井穴の上方に配置された支持フレームワークであり、掘削作業中にドリルストリングアセンブリ１０６のコンポーネントを支持する。クラウンブロック１１２は、デリックの長手方向に固定された上部を形成し、ワイヤロープ又はケーブルのセットを含む掘削ラインでトラベリングブロック１１４に接続する。クラウンブロック１１２及びトラベリングブロック１１４は、スイベル１１６、ケリー１１８、又はトップドライブシステム（不図示）を介してドリルストリングアセンブリ１０６を支持する。ドリルストリングアセンブリ１０６のクラウンブロック１１２に対するトラベリングブロック１１４の長手方向の動きは、ドリルストリングアセンブリ１０６を長手方向に上下に動かすように作用する。トラベリングブロック１１４及び回転フックに接続されて吊るされたスイベル１１６は、ドリルストリングアセンブリ１０６の自由な回転を可能にし、ケリーホース１２０への接続を提供する。ケリーホース１２０は、循環システム１０８の掘削流体供給部からドリルストリングアセンブリ１０６へ掘削流体を流すホースである。ドリルフロア１０２に取り付けられたスタンドパイプ１２２は、ケリーホース１２０の少なくとも一部をドリルストリングアセンブリ１０６に近接した位置に導く。ケリー１１８は、スイベル１１６から吊り下げられ、ドリルストリングアセンブリ１０６の長手方向の上部に接続された六角形の装置である。ケリー１１８は、ドリルストリングアセンブリの回転テーブル（後に説明する図３Ａ及び図３Ｂの符号３０６）が回転するときに、回転運動及びトルクをドリルストリングアセンブリ１０６に伝達する。

図１の例示のリグシステム１００では、ドリルストリングアセンブリ１０６は、ドリルストリングの長手方向の下端にドリルビット（不図示）を備えたドリルパイプ１２８で構成されている。ドリルパイプは、中空鋼管を含むことができる。ドリルビットは、ブレード、ディスク、ローラ、カッタ、又はこれらの組み合わせなどの切削工具を含み、地層を掘り込み、坑井穴を形成することができる。ドリルビットは、軸方向荷重とドリルストリングアセンブリ１０６の回転との複合効果の下で、回転し、地表下の岩層を貫通する。ケリー１１８もまた、回転運動、トルク、及びビット上の重量をドリルビットに伝達する。実施によっては、ケリー１１８及びスイベル１１６を、ドリルストリングアセンブリ１０６が回転及び掘削できるようにするトップドライブと交換することができる。リグシステム１００は、ドローワークス１２４及びデッドラインアンカ１２６も含むことができる。ドローワークス１２４は、掘削ラインを巻いて出し入れして、ドリルストリングアセンブリ１０６をファストライン１２５によって上下させる巻き上げシステムとして機能するウインチを含む。デッドラインアンカ１２６は、デッドライン１２７によってドローワークス１２４の反対側の掘削ラインを固定し、回転フックの吊り荷重（又はフック荷重）を測定できる。ドリルビットが坑井穴の底にあるときに、ビット上の重量（ＷＯＢ）を測定できる。リグシステム１００は、坑井の地表１０１で、ドリルフロア１０２の下に（接続されることが多いが）配置された噴出防止装置１１０も含む。噴出防止装置１１０は、地層流体が坑井穴に入り、掘削流体を押しやり、大気圧よりも高い圧力で地表に流れることによって引き起こされる坑井の噴出を防止するように作用する。噴出防止装置１１０は、ドリルストリングアセンブリ１０６の周りを（及び場合によってはそのドリルストリングを通して）閉じて、ドリルストリングと坑井穴の壁との間の空間を密閉することができる。

坑井の掘削作業中、循環システム１０８は、掘削流体を坑井穴からドリルストリングアセンブリ１０６に循環させ、坑井穴からの使用済みの掘削流体を濾過し、クリーンな掘削流体をドリルストリングアセンブリ１０６に供給する。例示の循環システム１０８は、ケリーホース１２０及びスタンドパイプ１２２を介してドリルストリングアセンブリ１０６に対して流体的に接続しかつ掘削流体を供給する流体ポンプ１３０を含む。循環システム１０８は、流出ライン１３２、シェールシェーカ１３４、沈下ピット１３６、及び吸引ピット１３８も含む。掘削作業において、循環システム１０８は、掘削流体を、地表から、ドリルストリングアセンブリ１０６を通して、ドリルビットの外へ汲み上げ、坑井穴の環状部を逆流させる。ここで、環状部は、ドリルパイプと地層又はケーシングとの間の空間である。掘削流体の密度は、地層流体が環状部に入って地表へ流れるのを防ぐために地層圧力よりも大きくなるように、かつ、地層の機械的強度よりも小さくなるように意図されている。というのは、より大きな密度は地層に亀裂を入れ、掘削流体が地層へ流れ込むための通路を生成する可能性があるからである。坑井制御とは別に、掘削流体は、ドリルビットも冷却し、岩屑を、掘削された地層から環状部を上り、地表まで上昇させ、掘削流体が再びドリルストリングアセンブリ１０６にポンプダウンされる前に濾過及び処理されるようにする。掘削流体は、岩屑とともに環状部に戻り、シェールシェーカ１３４に接続して流体を供給する流出ライン１３２へ流出する。フローラインは、掘削流体を環状部からシェールシェーカ１３４へ導く傾斜したパイプである。シェールシェーカ１３４は、粗い岩屑を掘削流体から分離するためのメッシュ状の表面を含む。より細かい岩屑及び掘削流体は、次に、沈下ピット１３６を通って吸引ピット１３６へ進む。循環システム１０８はマッドホッパ１４０を含む。マッドホッパ１４０の中には、材料（例えば、分散、迅速な水和、及び均一な混合を供給するためのもの）を入れて循環システム１０８へ導入することができる。流体ポンプ１３０は、掘削流体を、スイベル１１６を通してスタンドパイプ１２２を上げ、ドリルストリングアセンブリ１０６の中へ戻るように循環させて坑井の中へ戻す。

例示のリグシステム１００は、様々な形式をとることができ、いくつかの異なるコンポーネントを含むことができる。例えば、ドリルストリングアセンブリ１０６は、図１に示す例に追加の又は異なるコンポーネントを含むことができる。同様に、循環システム１０８は、図１に示す例に追加の又は異なるコンポーネントを含むことができる。

例示のリグシステム１００には監視システム２００も含まれ、監視システム２００は、ドリルストリングアセンブリ１０６のコンポーネントを使用する掘削作業などのリグシステム上のプロセスを監視し、プロセスを連続的に検査し、プロセスの動作状態の故障モードが故障閾値を超える場合の是正処置を提案（場合によっては実行）する。監視システムは、図１にカメラとして略示する画像センサ２０２と、オンサイトエッジゲートウェイ２０４とを含む。画像センサ２０２は、リグの周りに配置され、例えば、リグフロア１０２に配設されていて、リグフロア１０２上に配置されたドリルストリングアセンブリ１０６のコンポーネントに向けられて、コンポーネントに関連するプロセスを監視する。画像センサ２０２は、ドリルストリングアセンブリ１０６のコンポーネントの、１つ又は複数の画像又はビデオフィードなどの画像フィードを提供する。オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、画像センサ２０２に通信可能に結合され、画像センサ２０２から画像フィードを受信する。画像センサ２０２は、有線接続又は無線接続を介するなど、様々な方法でオンサイトエッジゲートウェイ２０４と通信することができる。例えば、無線の通信可能な結合は、ブルートゥース（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、セルラー又は近距離無線通信（ＮＦＣ）、これらの組み合わせ、又はその他の通信方法を含む。いくつかの例では、有線の通信可能結合は、光ファイバ、パワーオーバーイーサネット、又は他の有線通信方法を含む。

監視システム２００が監視できるプロセスは変更可能である。例示のプロセスは、以下を含むことができる。
１）坑井に出入りするドリルパイプジョイント、トラベリングブロック、スイベル、ケリー、又はトップドライブを監視することによる、ドリルビットが坑井の底より上にあって掘削していないときのトリッピングイン／アウト速度。ドリルパイプジョイントは、ドリルストリングアセンブリ（組立体）のドリルパイプよりも約２０％大きくすることができ、分析のために画像で検出して抽出することができる。
２）坑井に出入りするドリルパイプジョイント、トラベリングブロック、スイベル、ケリー、又はトップドライブを監視することによる、岩層を通って掘進するドリルビットが底部にあるときの掘進率。
３）坑井に出入りするドリルパイプジョイント、トラベリングブロック、スイベル、ケリー、又はトップドライブを監視することによる、岩層を掘進するドリルビットが底部にあるときのドリルパイプの毎分回転数。
４）人間の目には見えないドリルストリングアセンブリの振動と衝撃の分析。監視システムを利用して、例えば画像内のピクセルを分析することによって、ドリルストリングアセンブリのたわみ、変位、及び動きを分析できる。
５）ダウンホールと地表との両方で発生する多くの異なる掘削プロセスを分離し、特定の音を強調して特定の掘削プロセスを特定する、掘削プロセスの音の分析。この分析は、ドリルビットが異なる地層を通って掘進してドリルストリングを上に地表まで移動し、ＩｏＴシステムによって分析されることによって発生する音から、掘削される地層を認識及び予測するなど、非常に重要な意味を持つ。
６）ドリルフロアの上部から取得した画像から水平面上のドリルストリングの動きを監視することによるドリルストリングの偏心の分析。
７）トラベリングブロックの移動方向及びファストラインの張力に関係なく、掘削ラインとデッドラインの張力を監視することによる、掘削ラインとファストラインとデッドラインの張力の分析。更に、カメラを用いて、ドローワークとデッドラインアンカを観察し、ドラムとスチールスプールが期待どおりに機能していることを確認することもできる。
８）坑井に出入りする掘削流体のレベルを監視するための流入／流出ラインとトリップタンク。
９）坑井に出入りする掘削流体の瞬間的な流速を監視するための流入／流出ライン。この流速の監視は、例えばベルニップル近くの流出ラインで、侵襲性が極めて低い方法で流体の流れに粒子を加え、粒子画像流速測定法（ＰＩＶ）などの光学的方法を利用して流れを可視化し、流速を計算することによって行える。この場合、粒子は光学特性を備えたトレーサ粒子とすることができるため、光を当てると、カメラから簡単に見ることができる。流速の監視は、反射体を備えたホイールを流出ラインに取り付け、流体に接触するか、流体に半分沈めるかして、カメラがホイールの回転速度を監視することにより行える。
１０）ＰＩＶの助けを借りて掘削流体のｐＨを監視するための流入／流出ライン。
１１）地層の掘り屑（カッティングス）の大きさを監視し、掘り屑の種類を識別し、掘削されている特定のダウンホール岩層を確立するためのシェールシェーカ。
１２）掘削流体に添加される化学物質の種類と量を監視するための、沈下ピットと吸引ピットとの間の化学物質タンク。理想的には、化学添加剤システムは、カメラから見えるレベル計を備えた、異なる化学物質タンクで自動化される。
１３）掘削流体への化学物質及びその他の添加剤の混合及び添加を監視するためのマッドミキシングホッパ。理想的には、このマッドミキシングホッパは、レベル計を有する、異なる化学物質タンクを備えた自動システムとなる。そのレベル計は、カメラから見え、マッドホッパ内のベンチュリパイプの上に配置され、及びマッドホッパ内のベンチュリパイプに接続される。
監視システム２００による上記のプロセスのうちの１つ又は複数のプロセスの監視を用いて、抑留、逸泥、坑井制御、掘削ダイナミクスの問題、ダウンホール岩層形成の地質力学、これらの組み合わせ、又は他の課題など、掘削中に遭遇するいくつかの課題を識別できる。

画像センサ２０２は、プロセス監視を提供し、１つ又は複数の構成要素のステージング又は動作中に、リグ上の１つ又は複数の構成要素の画像フィードを捕捉（キャプチャ）する。画像センサ２０２は、様々な形態をとることができる。例えば、画像センサ２０２は、スマート、防水、本質安全、防爆、高解像度、無線、又はこれらの機能の組み合わせ、であるカメラなどのカメラを含むことができる。場合によっては、画像センサ２０２は、紫外線（ＵＶ）フィルタ、赤外線（ＩＲ）フィルタ、これらの組み合わせ、又は別のフィルタタイプ、などの光学フィルタを含む。画像センサ２０２は、コンポーネントの非侵襲的な画像捕捉（キャプチャ）であり、オンサイトエッジゲートウェイ２０４へ画像フィードを提供する。図１の監視システム２００は１つの画像センサ２０２のみを示すが、監視システムは複数の画像センサを含むことができ、例えばドリルストリングコンポーネントの周りに配置された複数のカメラなどを含むことができる。実施によっては、複数の画像センサは、コンポーネント又はプロセスにおける他のコンポーネントの３次元モデルを表す画像フィードをオンサイトエッジゲートウェイ２０４に提供できる。例えば、複数の画像センサ２０２をコンポーネントの周りへ均等に又は不均等に配置して、コンポーネントの３次元ビューを表す画像フィードをオンサイトエッジゲートウェイ２０４に提供できる。画像センサ２０２は、コンポーネントの画像フィードを提供するためにコンポーネントへ向けられていれば、リグシステム１００の周りのどこにでも配設できる。実施によっては、画像センサ２０２は、例えば、複数のビュー（画像表示）にわたって特定のコンポーネントを追跡するように、又はコンポーネントの移動中にあるコンポーネントから別のコンポーネントへ切り替えるように、又は、これらの組み合わせのように、画像センサ２０２を移動し及び配置することができる可動支持体に取り付けられる。実施によっては、監視システム２００は、オンサイトエッジゲートウェイ２０４に音響フィードを提供するために、画像センサ２０２に加えて、又は画像センサ２０２に代えて、音響センサを含む。

オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、オンサイト（施設内）又はローカル（その場所）でリグ上に配置され、エッジコンピューティングシステム／フォグコンピューティングシステムとして機能する。言い換えれば、オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、オンサイトに配置されたコンピューティングコンポーネントを含み、そこでは、画像センサ２０２からの画像フィードの分析を実行するコンピューティングコンポーネントがリグ上にローカルに配置されている。オンサイトエッジゲートウェイ２０４のこのエッジ／フォグコンピューティングセットアップは、例えば、機能するために、リモートコンピューティングシステムへ、情報及びデータを転送したり、分析をアウトソーシングしたりする必要もなく、オンサイトエッジゲートウェイ２０４での処理及び分析をローカライズする。オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、より詳細に後で説明するように、画像センサ２０２からの入力を受信し及び分析するのに用いられる１つ又は複数のプロセッサ及び非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含む。画像センサ２０２は、１つ又は複数の坑井コンポーネントの画像フィードをオンサイトエッジゲートウェイ２０４に提供し、オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、コンポーネントの保全性における現在の又は潜在的な故障を識別する。オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、コンポーネントにおいて識別された故障に対する修理も、すべて実質的にリアルタイムで提案する（及び、場合によってはそれに基づいて実行する）ことができる。リアルタイムは、例えば、画像フィードが画像センサ２０２からオンサイトエッジゲートウェイ２０４へ連続的且つ実質的に瞬時に提供されることを意味し、また、特定の動作パラメータ、動作状態、及びコンポーネントの特徴部の故障モードを識別すること及び特定することが実質的に瞬時に生じることを意味する。

オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、画像センサ２０２から画像フィードを受信し、画像フィードの処理及び分析を実行する。画像フィードの処理及び分析は、対象となる坑井コンポーネントの動作パラメータを識別（特定）し、動作パラメータから坑井コンポーネントの動作状態を決定（生成）し、場合によっては、動作状態がコンポーネントの故障閾値を満たしていると判定することを含む。例えば、動作パラメータは、坑井コンポーネントの保全性、坑井コンポーネントの方向又は位置、又は坑井コンポーネントの別のパラメータであり得る。動作状態には、コンポーネントの損耗、損傷、又は故障、のタイプが含まれることがある。例えば、動作状態には、亀裂、打こん、へこみ、ピッチング（穴開き）、腐食、これらの組み合わせ、又は坑井コンポーネントの特徴部の他の損耗及び損傷、の存在が含まれることがある。動作状態がコンポーネントの故障閾値を満たしていると判定することは、コンポーネントの特定のタイプの摩耗、損傷、又は故障が、コンポーネントの修理、交換、又はその他の是正処置を促すのに重要であるという判定を含むことができる。この重要度の制限は、コンポーネントの故障閾値であり、テストデータと実験とに基づいて識別できる。例えば、識別された亀裂、打こん、又はへこみのサイズ（幅、長さ、深さなど）が、故障閾値を定義する一組みのサイズ寸法よりも大きい場合、コンポーネントの修理、交換、又は別の是正処置が必要であると判定できる。識別された亀裂、打こん、又はへこみのサイズが、故障閾値を定義する一組のサイズ寸法よりも小さい場合、コンポーネントの修理、交換又はその他の是正処置は必要ないと判定できる。より詳細に後で説明するように、この判定に基づいて、オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、自動化ルールを促すことができ、制御可能なデバイスを駆動するための命令を送信できる。

コンポーネントの動作状態が故障閾値を満たしている場合、オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、コンポーネントの故障に対処するための是正措置を提案、実行、又は提案と実行との両方を行うことができる。是正措置は、故障の深刻さに基づいて変わる可能性がある。

監視システム２００が検査する坑井コンポーネントは、例えば、画像センサ２０２の目標物（ターゲットオブジェクト）に基づいて変わる可能性がある。図１の例示のリグシステムでは、画像センサ２０２は、ドリルパイプ１２８やドリルビットなどの、ドリルストリングアセンブリ１０６のコンポーネントに向けられている。しかしながら、画像センサ２０２は、ドリルストリングアセンブリ１０６の異なるコンポーネントの、又はリグシステム１００上の別のコンポーネントの、画像フィードに向けられ、その画像フィードを提供できる。例えば、坑井コンポーネントには、ドリルパイプ、ドリルパイプコネクタ、ドリルパイプカラー、重量のあるドリルパイプとカラー、クロスオーバーサブ、管状体、スタビライザ、パッカ、ドリルジャー、ダウンホールモータ、リーマ、ドリルビット、ドリルビットサブ、ケーシングコンポーネント（ケーシング、ライナ、ケーシングカラー、ケーシングセントラライザなど）、これらのコンポーネントの組み合わせ、又はその他のコンポーネントを含むことができる。例によっては、画像センサ２０２は坑口組立体１０４のコンポーネントに向けられ、これによって監視システム２００がリグシステム１００の動作中に坑口組立体１０４のコンポーネントの保全性を検査及び監視する。

図２Ａは、本開示内で説明する主題の概観的なシステム図２２０である。一般に、監視システム２００は、データの監視／取得部分２２２を含み、このデータの監視／取得部分は、リグシステム１００上の様々なリグ装置の画像を記録するカメラ２０２を含むことができる。システムは分析部２２４も有し、そこでは、画像が、オンサイトエッジゲートウェイ２０４によって処理される画像ストリームに変換される。処理された画像ストリームは、視覚表示部２２８（坑井オペレータに表示するための視覚分析ダッシュボードなど）へ、無線通信部２２６に示すように無線送信できる。オンサイトエッジゲートウェイ２０４の詳細については、本開示の後半で説明する。オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、オンサイトに配置された様々な自動化システムを介して処理されたデータに作用することができる。必要に応じて、オンサイトエッジゲートウェイは、処理されたデータを短縮し、短縮されたデータをオフサイトの場所へ送信して、履歴の傾向と分析を行うことができる。このようなプロセスにより、オンサイトの場所の帯域幅要件が軽減される。

本開示に記載するシステムは、掘削リグのいくつかの動作を監視及び分析するために使用できる。実施によっては、システムは、問題のリストを識別してオペレータに提供できる。問題のリストを提供することに加え、システムは、各問題の重要度の観点から問題をランク付けすることができる。システムは、存在する問題に応じて、すべての問題、一部の問題、又はまったく問題がない場合に対するアクションのセットをオペレータに提供できる。実施によっては、システムは提供されたアクションのセットから最適なアクションを選択できる。実施によっては、システムは、検出された問題を解決するためにステップを通してオペレータを導くのに役立つ。実施によっては、システムは、問題を解決するための特定のアクションを実行するために、オペレータから承認を得ることができる。実施によっては、システムは、特定のアクションを自動的に実行して問題を解決してから、オペレータに通知する。実施によっては、システムは、特定のアクションを自動的に実行して問題を解決し、オペレータがそのように要求した場合にのみオペレータに通知することができる。実施によっては、システムは完全に自動化された意思決定能力を備える。

画像処理に関連する一般的なステップは、画像の取得、前処理と画像補正、画像セグメンテーション、特徴部分抽出、画像分類、目標検出である。静止又は動的設定での、特定のオブジェクト、ターゲット、特徴部分、又は状態、の検出は、様々な画像処理技術によって実行することでき、様々な画像処理技術は、例えば、パターン認識、エッジ検出、ウェーブレット、ピクセル化、テクスチャ、接続コンポーネントベースのアプローチ、原理及び独立コンポーネント分析、記述子ベースの方法、線形フィルタリング、異方性拡散、並びに従来のグレーレベルセグメンテーション又は閾値処理方法である。機械学習と人工知能を備えたエッジ／フォグコンピューティングにより、掘削を含む様々な産業における画像処理の幅広い採用が可能となり、今や、リアルタイムのデータセットを迅速に処理するためのアルゴリズムを構築できる。

図２Ｂは、例示の監視システム２００の概略図２５０であり、画像センサ２０２及びエッジゲートウェイ２０４を含む。その監視には、追加の画像センサ（センサ２０２ａ、２０２ｂ、・・・２０２ｎなど）を含むことができる。追加のセンサは、１つ又は複数の追加の画像センサ、１つ又は複数の音響センサ、又は掘削リグの表面上の別のセンサ（例えば、圧力、温度、トルク、ビット上の重量、回転速度、掘進率、流量又は流体流動、掘削同時測定又は掘削同時検層サブの部分としてのダウンホールセンサ）を含むことができる。図２Ｂの概略プロセス図２５０の例示のシナリオは、坑井プロセスまたはコンポーネントの例示の検出、故障、及び予知のモデルを提供するものであり、例示の監視システム２００のプライベートクラウド２５２で実行することができる。オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、プライベートクラウド２５２に通信可能に結合することができ、そのプライベートクラウドは、オンサイトエッジゲートウェイ２０４によって取得されたデータを提供又は格納するために用いることができる。クラウド２５２は、例えば、テラバイトデータなどの大量データを格納するために用いることができる。オンサイトエッジゲートウェイ２０４とは別に、クラウド２５２内で様々な動作を実行できる。例えば、深層学習アルゴリズム、機械学習アルゴリズム、人工知能アルゴリズム、ビッグデータ分析、又はこれらの任意の組み合わせを、クラウド２５２で実行できる。実施によっては、１つ又は複数の最適化パラメータを、プライベートクラウド２５２上でのそのような操作のいずれか１つ又は複数によって特定することができ、１つ又は複数の最適化パラメータをオンサイトエッジゲートウェイ２０４に送信して、オンサイトエッジゲートウェイ２０４が実行する動作及び計算を改善できる。クラウド２５２で実行される動作は、リグ上でローカルに行われる必要はない。

エッジゲートウェイ２０４は、リグフロア１０２上の画像センサ２０２又は任意の他のセンサからデータを取得するためのデータ取り込みモジュールを有するコンピュータシステムを含むことができる。生データはプロセスレイヤへ送信でき、そこで１つ又は複数の処理動作を実行することができる。例えば、信号、ビデオ、又は画像処理のためのプロセスレイヤにおける処理動作は、アナログ又はデジタル信号処理、パターン認識、エッジ検出、ウェーブレット変換処理、ピクセル化処理、画像テクスチャ処理、コンポーネントベースのアプローチ接続処理、主成分分析、独立成分分析、記述子ベースの方法、線形フィルタリング、異方性拡散操作、従来のグレーレベルセグメンテーション、画像閾値方法、又はこれらの動作の任意の組み合わせを含むことができる。処理されたデータは、ゲートウェイ２０４の分析モジュールへ送信することができ、そこで分析モジュールは、１つ又は複数の分析操作を実行することができる。例えば、分析モジュールにおける分析操作は、機械学習アルゴリズム又は人工知能アルゴリズムを含むことができる。このようなアルゴリズムは、坑井コンポーネントの状態を取得するために利用される、開発された検出、故障、及び予知のモデルに基づくことができる。機械学習／人工知能アルゴリズムは、データ駆動型、物理学、又はハイブリッドモデル（又はこれらの組み合わせ）に基づくことができ、これらは、データ内の隠れたパターンを識別し、掘削に関する問題（例えば、抑留、逸泥、坑井制御、掘削ダイナミクスの問題、ダウンホール岩層形成の地質力学、又はこれらの組み合わせ）を軽減／防止するための予測を行うために使用される。

オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、リグシステム１００又は他の場所のプロセス又はコンポーネントと通信してそのコンポーネントを作動させることができる。例えば、例示の概略図２５０は、オンサイトエッジゲートウェイ２０４に接続されたリグサイトアクショナブルインサイトモジュール（リグサイトの実用的な洞察モジュール）２６０を含む。オンサイトエッジゲートウェイ２０４から獲得したアクショナブルインサイトモジュール２６０の実用的な洞察は、掘削ダイナミクス、掘削液圧及びレオロジー（流動）、健康と安全、オンサイト（現地での）保守、オンサイト生産、オフサイト（現地外の）工場での製造プロセス、輸送と物流との調整メカニズム、又はこれらの組み合わせのためのプロセスの作動、制御、又はトリガ（引き起こす）のための手動又は自動の介入に使用できる。実用的な洞察、ストレージ内の処理されたデータ、又はその両方、をプライベートクラウド２５２へ送信して、ビッグデータ分析と深層学習、及び履歴データの保存を行うこともできる。検出、故障、及び予知モデルを定期的に更新して、依存関係を見つけ、機械学習データセットのパターンと洞察を見つけることができる。画像センサ２０２が、図１の例示のリグシステム１００のような掘削リグで及び倉庫で取得する新しいデータは、要望又は必要に応じて、改訂、再トレーニング、及び再テストを行うために利用される。

図３Ａ及び図３Ｂは、様々なカメラ角度での掘削リグシステム１００の異なる領域を示し、リグ上の任意の場所に非侵襲性／極めて低い侵襲性で取り付けられたカメラの能力を説明し、任意の角度でリグシステム１００の多数の動作を観察するものである。例えば、坑井を出入りするドリルパイプジョイント１４０、トラベリングブロック１１４、スイベル１１６、ケリー１１８、又はトップドライブ、を監視することによって、ドリルビットが坑井の底より上にあり、掘削していないときの、トリッピングイン／アウト速度を、システムは観察することができる。ドリルパイプジョイント１４０は、ドリルストリングアセンブリ１０６においてドリルパイプ１２８の主な長さ部分よりも約２０％大きく、分析のために画像で検出して抽出することができる。

ドリルビットが底部にあって岩層を通って掘進しているときの掘進率は、坑井に出入りするドリルパイプジョイント１４０、トラベリングブロック１１４、スイベル１１６、ケリー１１８、又はトップドライブ、を監視することによって特定できる。ドリルパイプ１２８の毎分回転数は、ドリルビット（不図示）が底部にあって岩層を通って掘進しているときに、回転しながら坑井を出入りするドリルパイプ１２８又はドリルパイプジョイント１４０又はその両方、トラベリングブロック１１４、スイベル１１６、ケリー１１８、又はトップドライブ、を監視することによって特定することができる。

人間の目には見えないドリルストリングアセンブリ１０６の振動と衝撃の分析を行うことができる。監視システムを利用して、例えば画像内のピクセルを分析することによって、ドリルストリングアセンブリ１０６のたわみ、変位、及び動きを分析できる。ドリルストリングの偏心の分析は、図３Ｂに示すように、ドリルフロアの上部から取得した画像から、水平面上でのドリルストリングの動きを監視することによって行える。

トラベリングブロックの移動方向及びファストライン１４６の張力に関係なく、掘削ライン１４２とデッドライン１４４の張力を監視することによって、掘削ライン１４２、ファストライン１４６、及びデッドライン１４４の張力の分析を行うことができる。更に、カメラを用いて、ドローワークとデッドラインアンカを観察し、ドラムとスチールスプールが期待どおりに機能していることを確認することもできる。

代替として又は加えて、掘削プロセスの音を分析できる。このような分析により、ダウンホールと地表の両方で発生する多くの異なる掘削プロセスを分離し、特定の音を強調して特定の掘削プロセスを特定できる。これは、ドリルビットが異なる地層を通って掘進するドリルストリングアセンブリ１０６を上に地表まで移動し、監視システム２００が分析することによって発生する音から、掘削される地層を認識及び予測するなど、非常に重要な意味を持つ。

図４は、トップドライブの下でドリルストリングアセンブリ１０６の上部に配置されたケリーセーバーサブ４０４に取り付けられたターゲット４０２を示す。ターゲット４０２は、任意の基準点とすることができ、例えば画像を処理するときに検出される対象として機能するように取り付けられた反射体又は発光ダイオード（ＬＥＤ）などである。ターゲット４０２を取り付けることは、前に説明したドリルストリングコンポーネントを直接監視することの代替又は追加とすることができる。

図５Ａは、リグシステム１００上に流体循環システム１０８を含む掘削サブシステムを示す。掘削流体は、環状部から出て、流出ライン５０２を通り、シェールシェーカ５０４（図５Ｃ）へ流入し、地層の大きな掘り屑を濾過してこれを取り除く。次に、濾過された掘削流体は、沈下ピット５０６を通って吸引ピット５０８及び吸引部５０１に入り、流体ポンプ１３０によって循環されて、スタンドパイプ１２２を通ってドリルストリングアセンブリ１０６へ戻される。

カメラを様々な場所に取り付けて、動作の様々な側面を監視できる。例えば、流入／流出ライン５０２、沈下ピット５０６、吸引タンク５０８、又はその組み合わせを観察するようにカメラを配置して、坑井へ流入する及び坑井から流出する掘削流体のレベルを監視できる。実施によっては、流体循環システム１０８は、システム２００によって実行できるバルブ動作を含むことができる。例えば、バルブは、システム２００によって制御、駆動、又はその両方が可能である、アクチュエータなどの駆動可能な装置を含むことができる。実施によっては、システム２００は、流体ポンプ１３０に作用して、例えば、モーターコントローラ又は可変周波数ドライブを調整することができる。

代替として又は加えて、図５Ｂに示すように、流入ライン（吸引部５０１）、流出ライン（排出５０２）、又はその両方を用いて、直接的に又はパドルタイプの掘削流体フローセンサなどの既存のセンサを介して、坑井へ流入する及び坑井から流出する掘削流体の瞬間的な流速を監視することができる。この監視は、例えばベルニップル近くの流出ラインで、流体の流れに粒子を添加し、粒子画像流速測定法（ＰＩＶ）などの光学的方法を利用して、流れを視覚化し、流速を計算することによって行える。この場合、粒子は光学特性を備えたトレーサ粒子とすることができるため、光を当てると、カメラで簡単に見ることができる。流速は、反射体を備えたホイールを流出ラインに取り付け、流体に接触する又は流体に半分沈め、次にカメラがホイールの回転速度を監視することによっても監視できる。代替として又は加えて、流入／流出ラインを用いて、ＰＩＶの助けを借りて掘削流体のｐＨを監視できる。ＰＩＶは、トレーサ粒子を用いて流れを視覚化し、流速を計算する。ｐＨは、ｐＨに敏感な蛍光粒子又はｐＨに敏感な官能化トレーサ粒子などの特定のトレーサ粒子を用いて特定できる。次に、色又はサイズの変化をカメラで検出し、ｐＨ値に関連付けることができる。

代替として又は加えて、図５Ｃに示すように、シェールシェーカを観察し、地層の掘り屑５１６の大きさを監視するとともに、掘り屑の種類を識別し、掘削されている特定のダウンホール岩層を確立することができる。実施によっては、システム２００は、ドローワーク１２４に作用して、観察された掘り屑５１６に基づいたビット上の重量を調整できる。例えば、ドローワーク１２４は、システム２００によって制御、駆動、又はその両方が可能である、モータードライバなどの、駆動可能な装置を含むことができる。

代替として又は加えて、図５Ｄに示すように、沈下ピット５０６と吸引ピット５０８との間の化学物質タンク５１０を観察して、掘削流体に添加される化学物質の種類及び量を監視できる。実施によっては、化学添加剤システムは、カメラから見えるレベル計を備えた、異なる化学物質タンクで自動化されている。実施によっては、システムは、化学物質を監視及び分配できる。実施によっては、システム２００は、観察された化学物質レベルに応じて、注入ポンプ、バルブ、又はそれらの組み合わせを調整することによって、化学物質タンク５１０に作用することができる。例えば、ポンプ、バルブ、又はその両方は、システム２００によって制御、駆動、又はその両方が可能な、モータードライバ又はバルブアクチュエータなどの、駆動可能な装置を含むことができる。

代替として又は加えて、図５Ｄ及び図５Ｅに示すように、マッドミキシングホッパ５１２は、掘削流体への化学物質及び他の添加剤の、混合及び添加を監視するために観察することができる。実施によっては、ミキシングホッパ５１２は、レベル計を備えた、異なる化学物質タンクを備えた自動システムである。そのレベル計は、カメラから見え、マッドホッパ内のベンチュリパイプの上に配置され、及びマッドホッパ内のベンチュリパイプに接続されている。実施によっては、システム２００は、観察された化学物質レベルに応じて、注入ポンプ、バルブ、又はそれらの組み合わせを調整することによって、ホッパ５１２に作用することができる。例えば、ポンプ、バルブ、又はその両方は、システム２００によって制御、駆動、又はその両方が可能な、モータードライバ又はバルブアクチュエータなどの、駆動可能な装置を含むことができる。

代替として又は加えて、図５Ｆに示すように、カメラは、掘削流体液圧システムを接続する様々なパイプを通る流れを制御するバルブ５１４がカメラからはっきりと見えるように配置できる。例えば、バルブ５１４は、システム２００によって制御、駆動、又はその両方が可能である、バルブアクチュエータなどの、駆動可能な装置を含むことができる。

図６は、作業者６０２がいるリグフロアを示す。カメラを配置して、衛生上及び安全上の危険要因がないかドリルフロアを観察できる。カメラを利用して、掘削リグの多くの可動コンポーネントと掘削作業員６０２との間の潜在的な衝突リスク、複雑な機械類及び管状物取り扱いの安全性、レッドゾーン（危険区域）での人員追跡、及び作業員６０２の転倒及び危険な作業行動、の監視を行うことができる。赤外線カメラを利用して、ドリルフロアの作業員６０２の体温及び一般的な健康状態（衛生状態）を監視することもできる。

図３Ａ～図６に関して、以下の例を提供する。以下の例では、カメラを利用して、既存の掘削インフラと装置を用いて様々な掘削プロセスを監視及び検出できる、異なるシナリオについて説明する。説明する例では、戦略的に配置されたカメラによって観察可能な変化を説明する。カメラで生成された画像ストリームはゲートウェイで処理することができ、ゲートウェイは処理に応じて動作特性と動作パラメータを特定できる。そして、ゲートウェイは、特定された動作パラメータ又は動作特性に基づいてアクションを実行することができる。

例１：抑留

抑留は、ホールパックオフ／ブリッジ、異なる固着、又は坑井の形状の変化が原因で発生する。ホールパックオフ／ブリッジの状況は、掘削中の抗力とトルクの不規則な増加、圧力の増加、ＲＯＰのゆるやかな減少によって、地表で検出できる。ホールパックオフ／ブリッジ関連の抑留事象（イベント）中の掘削流体は、塑性粘度と流体の降伏点の増加、低重力固形物の増加、及び掘削流体密度の減少によって特徴付けられる。シェールシェーカでは、掘進率に対して地層の掘り屑の戻り率が低くなる、掘り屑の戻り率が不安定になる、又は掘り屑の戻りがなくなる。ファインシェーカスクリーンとデシルタ／マッドクリーナでは掘り屑の戻りが多い場合がある。シェールシェーカで観察された掘り屑の種類は、ホールパックオフのための特定の理由も提供する可能性がある。「ガンボ」と呼ばれる柔らかい粘土球と湿った粘土は、反応性の掘り屑、機械的に応力がかかった頁岩（シェール）につながる大量の塊状又は大きな割れやすい頁岩の洞窟、未固結層へつながる大量の砂、破砕層へつながる塊状又は角ばった岩片に結合している。ディファレンシャルスティッキングの場合、ドリルストリングの動きを開始するために、オーバープル、スラックオフの荷重又はトルクが増加する。また、泥水の重量、塑性粘度、低重力の固形物が増加し、ＡＰＩの水分損失が大きくなる。

例２：逸泥

循環する掘削泥水が破砕層へ部分的に又は完全に失われるため、逸泥が発生する。破砕部は、自然的又は誘発性的、バグ状又は洞窟状、高い透過性又は固結していない、可能性がある。逸泥は、掘削流体のゆっくりとした戻り、ピット容積の減少、過剰な（坑井）穴充填、又は坑井が閉じられたときの突然の圧力損失、によって識別できる。

例３：坑井制御

坑井制御は、坑井から地表への地層流体の制御されていない流れを管理するシステムである。坑井制御のインシデント（事件）は、トルクと抗力の増加、掘削流体の戻りとピット容積、掘削流体の重量密度と頁岩の密度の減少、掘削流体の汚染物質、地層圧力の変化、及びシェールシェーカでの割れやすい頁岩の掘り屑、によって識別できる。

例４：掘削ダイナミクス

ドリルストリングシステムに適用されるすべてのエネルギーは意図したターゲットであるドリルビットに向けられるわけではないので、不規則な振動、衝撃、及び揺れがドリルストリングコンポーネントの疲労を加速する。更に、不規則な振動、衝撃、及び揺れは、ダウンホール電子モジュールの故障をより起こしやすくする。軸線方向の大きな加速度は、軸線方向の振動によるドリルビットの跳ね（バウンシング）を示している可能性がある。横方向の高い平均加速度はビット旋回の兆候である可能性があり、これは回転中に求心力をもたらすドリルストリングの偏心によって引き起こされる。平均加速度値とピークｘ、ｙ加速度値が離れていることは、ドリルビットのスティックスリップの兆候である可能性があり、これは、ドリルビットの高速回転の停止とインターバル（時間間隔）とを交互にもたらすドリルストリングのねじれ振動による。

例５：地質力学

岩層を通って掘進するドリルビット中のドリルストリングシステムの振動及び音を利用して、特定の岩層とその地質力学的特徴を予測及び明らかにすることができる。

図７Ａは、本開示の態様で使用できる例示の可視光通信システム７００のブロック図である。図７Ｂは、本開示の態様で使用できる例示の可視光通信システム７００の概略図である。ＬＥＤ送信機７０２は、ＬＥＤドライバ７０３ａ及びＬＥＤアレイ７０３ｂを含む。ＬＥＤドライバ７０３ａは、例えば、センサからデータストリームを受信し、そのデータストリームを符号化（エンコード）することができる。実施によっては、データストリームは命令を含むことができる。次に、ＬＥＤドライバ７０３ａは、ＬＥＤアレイ７０３ｂを変調して、ストリームのセットを放出できる。次に、ストリームを、画像センサ７０４ａなどの受信機７０４によって受信できる。実施によっては、センサ７０４ａは、カメラ２０２などの、ＣＭＯＳ画像センサを備えたビデオカメラであり得る。画像センサ７０４ａは、命令のセットを画像ストリームに変換する。

ＬＥＤドライバ７０３ａは、受信したデータストリームに応じて、ＬＥＤアレイ７０３ｂへの電力を調整する。実施によっては、ＬＥＤアレイ７０３ｂの変調は、オンオフキー（ＯＯＫ）変調に基づいており、ＬＥＤアレイ７０３ｂは、受信されたデータストリームのバイナリシーケンスに従ってオン及びオフに切り替えられる。ＬＥＤアレイ７０３ｂは、点滅することなく光強度を変更できるモノクロＬＥＤ又は白色ＬＥＤのいずれかを含む。実施によっては、ＬＥＤアレイ７０３ｂは、回路設計にほとんど又はまったく変更を加えることなく、ＶＬＣに使えるパルス幅変調（ＰＷＭ）調光回路を事前に装備することができる。ＯＯＫ変調技術には、ローリングシャッタ効果ベースの変調、アンダーサンプリングされた周波数シフトオンオフキーイング（ＵＦＳＯＯＫ）、及びアンダーサンプリングされた位相シフトＯＯＫ（ＵＰＳＯＯＫ）が含まれる。ＵＦＳＯＯＫでは、変調データは、周波数の異なる２つの矩形波パターンとして送信される。ＵＰＳＯＯＫでは、データは、矩形波サブキャリア位相シフトキーイング変調信号として、視覚的な臨界フリッカ周波数よりも高いがカメラの最大フレームレートよりも低い搬送波周波数と共に、送信される。送信機は、主にＬＥＤアレイ７０３ｂを使用するものとして説明されているが、同様の影響を与える単一のＬＥＤを使用できる。

実施によっては、受信機７０４は、送信されたデータを受信し、信号処理を通じてデータを理解可能なフォーマットに復号（デコード）するインテリジェントカメラ２０２である。カメラ２０２は、異なる方法によってＬＥＤアレイを検出できる。ＣＭＯＳ画像センサを採用したカメラは、短い露光時間を設定し、センサの感度を上げることにより、変調されたＬＥＤアレイ７０３ｂにより生成されるローリングシャッタ効果を観察することによって、送信された情報を受信できる。ここで、ＬＥＤアレイ７０３ｂのパルス周波数は、ローリングシャッタのサンプリング周波数よりも低い。カメラ２０２によって受信された各フレームについて、ＬＥＤアレイ７０３ｂは、関心のある領域を抽出し、画像及び信号処理を実行して送信されたセンサ出力を検索するアルゴリズムによって順次に復号される。ＵＦＳＯＯＫでは、カメラは、ＬＥＤ信号に連続的にアンダーサンプリングを実行して、定常状態（オン又はオフ）又は点滅状態（オン－オフ又はオフ－オン）を生成する。ＵＰＳＯＯＫでは、同期フレームの周波数は、カメラ画像センサでの半分の照明点灯に対応する矩形波で表される。

図７Ｃは、本開示の態様で使用できる例示の可視光通信システムの概略図である。実施の例では、複数の送信機７０２が、カメラ２０２のそれぞれの視野に入っている。第１の送信機７０２ａ、第２の送信機７０２ｂ、及び第３の送信機７０２ｃは、第１のカメラ２０２ａの視野に入っている。第４の送信機７０２ｄ及び第５の送信機７０２ｅは、第２のカメラ２０２ｂの視野に入っている。各送信機７０２を用いて、センサからのデータストリーム又は別のコンポーネントからの命令などの異なる情報ストリームを、転送することができる。カメラ２０２は、それらの視野内の複数の送信機から同時に情報ストリームを受信することができる。

一般に、ＯＣＣは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信に採用できる。例えば、異なるセンサデータに対応するすべてのＬＥＤアレイ７０３ｂは、カメラ内の画像センサに同時に発光することができる。複数のＬＥＤアレイ７０３ｂからの信号は、カメラ２０２によって画像として受信され、ＣＭＯＳ画像センサの異なる場所に投影される。実施によっては、カメラ２０２は、その高解像度及び／又はベイヤーパターンフィルタレイアウトにより、複数の空間的に分離された及び／又はＲＧＢカラーが混合された送信機７０２を分類できる。次に、画像の個々のピクセルは、データを抽出するためにゲートウェイ２０４によって処理される。ＯＣＣは、ＭＩＭＯのために多くの多元接続手法を採用しており、例えば、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、波長分割多元接続（ＷＤＭＡ）、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）、及び光符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）などである。

データ通信の頻度に応じて、単一のカメラ２０２は、複数の送信機７０２又はただ１つの送信機７０２の受信機として機能することができる。データ（例えば、掘削同時測定（ＭＷＤ）又は掘削同時検層（ＬＷＤ）活動によって取得されたデータ）は、マッドパルス（ＭＰ）テレメトリ（遠隔測定法）として知られる手法によってリグに送信できる。ＭＰテレメトリシステムは、掘削泥水の循環を利用してデータを送信する。掘削中、泥水は、リグのポンプから、ドリルストリングを下って、ボトムホール組立体（ＢＨＡ）を通って、ビットから出て、地表へ戻るように循環する。ＭＰテレメトリでは、ＢＨＡのバルブが瞬間的に閉じられ、そして、泥水の流れを妨げ、地表で検出できる背圧パルスを生成できる。データは、これらのパルスのタイミングによって表される。ＭＰユニットはＭＷＤツール内に配置され、ＭＷＤ／ＬＷＤツールの計器からのデータはＭＰユニットのマイクロプロセッサ／制御システムに移され、そこでデータが圧縮、変調、及び符号化される。ＭＰテレメトリは、ドリルストリングアセンブリ内の掘削流体の流れや掘削流体の圧力上昇など、事前にプログラムされたメカニズムによって作動する。次に、ＭＰユニットは、計器のデータに対応する圧力パルスを地表へ送信し、これらの圧力パルスは、リグでの圧力トランスデューサ及び信号処理によって理解可能なデータに変換される。地表のシステムには、データを復調、復号、解凍するためのマッチングシステムがある。このプロセスは、「アップリンク」通信の一例である。このシステムの出力はＬＥＤアレイ７０３ｂとインタフェースすることができ、また、可視光通信を用いるデータ送信の方法として、有線又はＲＦ無線セットアップの代わりに、ＯＣＣを利用できる。「ダウンリンク」通信では、使用中の特定のシステムの洗練度に応じて、表面圧力、流量、又はＲＰＭを変更することによって、圧力パルスが地表からＭＰユニットへ送信される。

図８は、本開示の態様で使用できる例示のシステム２００のシステムブロック図である。システムは、３つの主要な部分である、データ生成部分２６２、データ収集及び分析部分２６４、及びストレージ／ビッグ／ディープ分析部分２６６を含む。データ生成部分は、リグシステム１００、リグ監視システム２００、又はその両方を含むことができる。リグシステム１００は、大量のデータを生成する。この大量のデータは、リグサイトに配置されたオンサイトエッジゲートウェイ２０４に転送され、そこでオンサイトエッジゲートウェイ２０４が処理及び自動ハンドリングの大部分を実行する。データは、前述のＯＣＣシステム、Ｗｉ－Ｆｉ、ブルートゥース（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、６Ｌｏ、又はオンサイトエッジゲートウェイ２０４に送信されるデータの量に応じた他の任意の適切な通信プロトコルなど、いくつかの異なる通信プロトコルを介して、オンサイトエッジゲートウェイ２０４へ送信できる。次に、オンサイトエッジゲートウェイ２０４は、受信したデータを短縮し、リグ上でローカルに分析を実行して、特定の機械学習、人工知能アルゴリズムに基づいてデータエンリッチメント（補強）を行い、データのうち実用的な情報など一部のみを、保管、分析、及び傾向のためにオフサイトの場所へ送信できる。

短縮されたデータは、超小型衛星通信地球局（ＶＳＡＴ）又はＬＴＥなどの移動体通信標準技術によって、社内の中央データセンタとして機能するプライベートクラウド２６６へ送信できる。セキュリティ、アクセス、及びプライバシのフレームワークは、内部のポリシーと手順によって定義される。これは、リグでのセンサネットワークとエッジ／フォグコンピューティングシステムの場合と同じにすることができる。エッジ／コンピューティングがデータを迅速に処理し、リアルタイムで意思決定を実行しながら、プライベートクラウドを用いて、履歴データを格納し、大規模な深層学習及びビッグデータ分析を実行することができる。

図９Ａは、掘削リグ上の装置の画像ベースの検査のための例示の方法８００のフローチャートであり、例えば、例示のリグシステム１００上の例示の監視システム２００によって実行される。提示を明確にするため、以下の記載は、本記載中の他の図におけるコンポーネントの文脈で方法８００について一般的に説明する。しかし、方法８００は、例えば、任意の適切なシステム、環境、ソフトウェア、ハードウェア、又は、必要に応じてシステムと環境とソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで実行できることが理解されるであろう。実施によっては、方法８００の様々なステップを、並行に、組み合わせて、ループで、又は任意の順序で実行できる。

データレイヤから始めて、ステップ８０２では、監視システム２００は、リグシステム１００上のコンポーネントの画像ストリーム、ビデオストリーム、又はこれらの組み合わせを、画像センサ２０２から受信する。ステップ８０４では、坑井コンポーネントの信号／画像／ビデオストリームが、オンサイトエッジゲートウェイ２０４によって処理される。ステップ８０６では、監視システム２００は、オンサイトエッジゲートウェイ２０４によってアクセス可能な物理モデル、データ駆動モデル、又はハイブリッドモデル（又はこれらの組み合わせ）に基づいたデータ分析にアクセスする。例えば、物理モデル、データ駆動モデル、及びハイブリッドモデルは、エッジゲートウェイ２０４又は他の場所に通信可能に接続されたプライベートクラウドに格納できる。ステップ８０８では、監視システム２００は、データ内の隠れたパターンを識別し、プロセス又はコンポーネントに関する問題を軽減又は防止する予測を行う。ステップ８１０では、監視システム２００（特にエッジゲートウェイ２０４）は、リグ上の掘削ダイナミクス、掘削液圧システム、又はその両方の作動又は制御のための手動又は自動の介入を指示する。

図９Ｂは、本開示のいくつかの実施による、リグ動作を監視するための例示の方法９００のフローチャートである。提示を明確にするため、以下の記載は、本記載中の他の図の文脈で方法９００について一般的に説明する。しかし、方法９００は、例えば、任意の適切なシステム、環境、ソフトウェア、及びハードウェア、又は、必要に応じてシステムと環境とソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで実行できることが理解されるであろう。実施によっては、方法９００の様々なステップを、並行に、組み合わせて、ループで、又は任意の順序で実行できる。

ステップ９０２では、画像ストリームが、複数の画像センサのうちの少なくとも１つから受信される。方法９００は、ステップ９０２からステップ９０４へ進む。ステップ９０４では、動作状態が画像ストリームから決定される。方法９００は、ステップ９０４からステップ９０６へ進む。ステップ９０６では、自動化ルールは、画像ストリームから決定された動作状態を含む、と特定される。方法９００は、ステップ９０６からステップ９０８へ進む。ステップ９０８では、自動化ルールが動作状態を含むと特定したステップに応じて、制御可能な装置を駆動するための命令が送信される。

実施によっては、方法９００は、送信された命令に応じて制御可能な装置を駆動するステップを更に含む。実施によっては、制御可能な装置は、単一の装置であり得る。実施によっては、制御可能な装置は、複数の装置を含むことができる。複数の装置を制御する場合、複数の装置を直列、並列、又はそれらの組み合わせで制御できる。実施によっては、制御可能な装置はバルブを含むことができる。そのような場合、制御可能な装置を駆動するステップは、バルブの位置を変更するステップ、バルブの位置を報告するステップ、又はそれらの組み合わせのステップを含むことができる。実施によっては、制御可能な装置は回転テーブル３０６を含むことができる。そのような場合、制御可能な装置を駆動するステップは、回転テーブル３０６の回転速度又は位置を変更するステップを含むことができる。実施によっては、制御可能な装置はポンプを含むことができる。そのような場合、制御可能な装置を駆動するステップは、ポンプの回転速度を変更するステップを含むことができる。

実施によっては、方法９００は、ＶＬＣを介した命令を通信するステップを更に含むことができる。例えば、前述の実施と同様のＶＬＣシステムが用いられる実施では、命令のセット（一連の命令）がＬＥＤドライバによって符号化される。ＬＥＤアレイは、ＬＥＤドライバによって変調され、命令のセットを発する。その命令のセットは、少なくとも１つの画像センサによって受信される。その命令のセットは、少なくとも１つの画像センサによって画像ストリームに変換される。実施によっては、命令を符号化するステップは、オンオフキー変調を含むことができる。このような場合、オンオフキー変調は、アンダーサンプリングされた周波数シフトオンオフキーイングを含むことができる。実施によっては、命令を受信するステップは、アンダーサンプリングされた周波数シフトオンオフキーイングを用いるステップを含むことができる。このような戦術は、カメラなどのフレームレートを有する画像センサに特に役立つ。実施によっては、第１のＬＥＤアレイは第１のセットの命令を送信し、第２のＬＥＤアレイは第２のセットの命令を送信する。第１のセットの命令と第２のセットの命令との両方が画像センサによって同時に受信される。このような場合、画像ストリームは両方のセットの命令を含むことができる。１つ又は２つのＬＥＤアレイから１つ又は２つのセットの命令を受信できると説明しているが、より多くのＬＥＤアレイを用いて、単一の画像センサによって受信されるより多くの命令を送信することができる。

図１０は、本開示のいくつかの実施による、例示のコンピュータシステム１０００のブロック図であり、記述されたアルゴリズム、方法、機能、プロセス、フロー、及び本開示に記載された手順に関連付けられた計算機能を提供するために使用され得る。実施によっては、オンサイトエッジゲートウェイ３０３は、コンピュータシステム１０００であり得るか、コンピュータシステム１０００を含み得る。実施によっては、オンサイトエッジゲートウェイ３０３は、コンピュータシステム１０００と通信することができる。

図示されたコンピュータ１００２は、サーバ、デスクトップコンピュータ、組み込み型コンピュータ、ラップトップ／ノートブックコンピュータ、無線データポート、スマートフォン、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、タブレットコンピュータデバイス、又はこれらの内部にある１つ又は複数のプロセッサ（物理インスタンス、仮想インスタンス、又はこの両方を含む）といった任意のコンピューティングデバイスを包含することを意図している。コンピュータ１００２は、ユーザ情報を受け付けることができる、キーパッド、キーボード、及びタッチスクリーンなどの入力デバイスを含むことができる。また、コンピュータ１００２は、コンピュータ１００２の操作に関連付けられた情報を伝達する出力デバイスを含むことができる。この情報は、デジタルデータ、ビジュアルデータ、オーディオ情報、又は情報の組み合わせを含むことができる。この情報は、グラフィカルユーザインタフェース（ＵＩ）（又はＧＵＩ）で表示することができる。一部の実装では、入力と出力には、ディスプレイポート（ＤＶＩ－Ｉ＋２ｘディスプレイポートなど）、ＵＳＢ ３．０、ＧｂＥポート、絶縁型ＤＩ／Ｏ、ＳＡＴＡ－ＩＩＩ（６．０ Ｇｂ／ｓ）ポート、ｍＰＣＩｅスロット、これらの組み合わせ、又は他のポートを含む。エッジゲートウェイのインスタンスでは、コンピュータ１００２は、組み込みのＡＤＬＩＮＫ ＳＥＭ ２．２などのスマートエンベデッドマネジメントエージェント（ＳＥＭＡ）、ＡＤＬＩＮＫ ＭＳＤＫ＋によってサポートされるクイックシンクビデオ（Ｑｕｉｃｋ Ｓｙｎｃ Ｖｉｄｅｏ）技術などのビデオ同期化技術を含むことができる。いくつかの例では、コンピュータ１００２は、ＡＤＬＩＮＫによるＭＸＥ－５４００シリーズプロセッサベースのファンレス組み込み型コンピュータを含むことができるが、コンピュータ１００２は、他の形態をとるか、又は他の構成要素（コンポーネント）を含むことができる。

コンピュータ１００２は、本開示で説明される主題を実行するために、クライアント、ネットワークコンポーネント、サーバ、データベース、パーシスタンス、又はコンピュータシステムのコンポーネントとして役割を果たし得る。図示のコンピュータ１００２は、ネットワーク１０３０に通信可能に結合されている。いくつかの実施では、コンピュータ１００２の１つ又は複数のコンポーネントは、クラウドコンピューティングベースの環境、ローカル環境、グローバル環境、及び複数の環境の組み合わせ、を含む環境内において動作するように構成することができる。

概して、コンピュータ１００２は、記載されている主題に関連付けられたデータ及び情報を受信し、送信し、処理し、格納し、及び管理するように動作可能な電子式コンピューティングデバイスである。いくつかの実施によれば、コンピュータ１００２は、アプリケーションサーバ、電子メールサーバ、ウェブサーバ、キャッシングサーバ、ストリーミングデータサーバ、又は複数のサーバの組み合わせ、を含むことができるかこれらに通信可能に結合することができる。

コンピュータ１００２は、ネットワーク１０３０を介して、クライアントアプリケーションから（例えば、別のコンピュータ１００２上で実行している）リクエストを受けることができる。コンピュータ１００２は、ソフトウェアアプリケーションを用いて受信リクエストを処理することによって受信リクエストに応答することができる。また、リクエストは、コンピュータ１００２へ、内部ユーザ（例えば、コマンドコンソールから）、外部パーティ（又は第三者）、自動化アプリケーション、エンティティ、個人、システム、及びコンピュータから送ってもよい。

コンピュータ１００２の各コンポーネントは、システムバスを用いて通信することができる。いくつかの実施では、コンピュータ１００２のうちのいずれか又はすべてのコンポーネント（ハードウェアコンポーネント又はソフトウェアコンポーネントを含む）は、互いに又はインタフェース１００４（又は両者の組み合わせ）と、システムバス上で通信（インタフェース接続）することができる。インタフェースは、アプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）、サービスレイヤ、又はＡＰＩ及びサービスレイヤの組み合わせを用いることができる。ＡＰＩは、ルーチン、データ構造、及びオブジェクトクラスの仕様を含むことができる。ＡＰＩは、コンピュータ言語に依存しない又は依存することができる。ＡＰＩは、完全なインタフェース、単一の機能、又は一連のＡＰＩを参照することができる。

サービスレイヤは、コンピュータ１００２に、又はコンピュータ１００２に通信可能に結合された他のコンポーネント（図示されているか否かにかかわらず）に、ソフトウェアサービスを提供することができる。コンピュータ１００２の機能は、このサービスレイヤを利用しているすべてのサービス消費者にアクセス可能であり得る。サービスレイヤによって提供されるサービスといったソフトウェアサービスは、定義されたインタフェースを介して再利用可能な定義された機能を提供することができる。例えば、そのインタフェースは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ＋＋、パイソン（Ｐｙｔｈｏｎ）、Ｒ、又は拡張マークアップ言語（ＸＭＬ）フォーマット、で記述されたソフトウェアであり得る。ＡＰＩ又はサービスレイヤは、コンピュータ１００２の統合コンポーネントとして示されているが、代替の実施は、コンピュータ１００２の他のコンポーネント及びコンピュータ１００２に通信可能に結合された他のコンポーネントに関して、スタンドアロンコンポーネントであり得る。さらには、ＡＰＩ又はサービスレイヤのいずれか又はすべての部分は、本開示の範囲から逸脱することなく、別のソフトウェアモジュール、企業アプリケーション、又はハードウェアモジュールの、子モジュール又はサブモジュールとして実現することができる。

コンピュータ１００２は、インタフェース１００４を含む。図１０では、単一のインタフェース１００４として示されているが、コンピュータ１００２及び記載された機能の特定のニーズ、要求、又は特定の実施に従って２以上のインタフェース１００４を使用することができる。インタフェース１００４は、分散環境においてネットワーク１０３０（図示されているか否かにかかわらず）に接続された他のシステムと通信するために、コンピュータ１００２によって使用される。一般に、インターフェ－ス１００４は、ネットワーク１０３０と通信するように作動可能なソフトウェア又はハードウェア（又はソフトウェア及びハードウェアの組み合わせ）においてエンコードされたロジックを含むことができるか、当該ロジックを用いて実施することができる。より具体的には、インタフェース１００４は、通信に関連付けられた１つ又は複数の通信プロトコルをサポートするソフトウェアを含むことができる。このように、ネットワーク１０３０又はインタフェースのハードウェアは、図示のコンピュータ１００２の内側及び外側において物理信号を送受信するように動作可能であり得る。

コンピュータ１００２は、プロセッサ１００５を含む。図１０では、単一のプロセッサ１００５として示されているが、コンピュータ１００２及び記載された機能の特定のニーズ、要望、又は特定の実施に従って、２以上のプロセッサ１００５を使用することができる。一般的には、プロセッサ１００５は、命令を実行し、データを操作して、本開示において説明された任意のアルゴリズム、方法、機能、プロセス、フロー、及び手順を用いる動作を含むコンピュータ１００２の動作を実行することができる。

コンピュータ１００２は、コンピュータ１００２のための及びネットワーク１０３０に接続された他のコンポーネント（図示されているか否かにかかわらず）のためのデータを保持することができるデータベース１００６をも含むことができる。例えば、データベース１００６は、インメモリ、従来型、又は本開示に整合するデータを格納するデータベースであり得る。いくつかの実施では、データベース１００６は、コンピュータ１００２及び記載された機能の特定のニーズ、要望、又は特定の実施に従って、二又はそれより多くの異なるデータベースタイプの組み合わせ（例えば、インメモリと従来型とのハイブリッドデータベース）であり得る。図１０では、単一のデータベース１００６として示されているが、二又はそれより多くのデータベース（同様のタイプ、異なるタイプ、又は複数のタイプの組み合わせ）を、コンピュータ１００２及び記載された機能の特定のニーズ、要望、又は特定の実施に従って使用することができる。データベース１００６は、コンピュータ１００２の内部コンポーネントとして示されているが、代替の実施では、コンピュータ１００２の外部にあってもよい。

また、コンピュータ１００２は、コンピュータ１００２のための又はネットワーク１０３０に接続された複数のコンポーネントの組み合わせ（図示されているか否かにかかわらず）のためのデータを保持することができるメモリ１００７を含む。メモリ１００７は、本開示に整合する任意のデータを格納することができる。いくつかの実施では、メモリ１００７は、コンピュータ１００２及び記載された機能の特定のニーズ、要望、又は特定の実施に従って二又はそれより多くの異なるタイプのメモリの組み合わせ（例えば、半導体及び磁気ストレージの組み合わせ）であり得る。図１０では、単一のメモリ１００７として示されているが、二又はそれより多くのメモリ１００７（同様のタイプ、異なるタイプ、又は複数のタイプの組み合わせ）を、コンピュータ１００２及び記載された機能の特定のニーズ、要望、又は特定の実施に従って使用することができる。メモリ１００７は、コンピュータ１００２の内部コンポーネントとして示されているが、代替の実施では、メモリ１００７はコンピュータ１００２の外部にあってもよい。

アプリケーションは、コンピュータ１００２及び記載された機能の特定のニーズ、要望、又は特定の実施に係る機能を提供するアルゴリズムソフトウェアエンジンであり得る。例えば、アプリケーションは、１つ又は複数のコンポーネント、モジュール、又はアプリケーションとして機能することができる。複数のアプリケーションをコンピュータ１００２上に実装してもよい。それぞれのアプリケーションは、コンピュータ１００２の内部又は外部に存在し得る。

また、コンピュータ１００２は、電源１０１４を含むことができる。電源１０１４は、ユーザによる交換可能又はユーザによる交換不可能に構成できる充電式又は非充電式バッテリを含むことができる。いくつかの実施では、電源１０１４は、電力変換及び管理回路（再充電、スタンバイ、及び電力管理の機能を含む）を含むことができる。いくつかの実施では、電源１０１４は、コンピュータ１００２を壁のソケットや別の電源に接続できる電源プラグを含み、これにより例えばコンピュータ１００２に電力を供給したり充電式バッテリを再充電したりすることができる。

コンピュータ１００２を含むコンピュータシステムに関連付けられ、又は該コンピュータシステムの外部にあるいくつものコンピュータ１００２があってもよく、各コンピュータ１００２はネットワーク１０３０を介して通信する。さらに、用語「クライアント」、「ユーザ」、及び他の適切な用語は、本開示の範囲から逸脱することなく、必要に応じて、交換可能に使用されてもよい。さらに、本開示では、多くのユーザが１台のコンピュータ１００２を使用できることや、１人のユーザが複数のコンピュータ１００２を使用できることを想定している。

本明細書で記述された主題及び機能的な作動の実施は、デジタル電子回路、有形に具体化されたコンピュータのソフトウェア又はファームウェア、コンピュータハードウェアに、又はそれらの１つ又は複数の組み合わせで実施でき、これらデジタル電子回路、ソフトウェア、ファームウェア、及びコンピュータハードウェアは、本明細書に開示される構造及びそれらの構造的な同等物を含む。記載された主題のソフトウェアの実装を、１つ又は複数のコンピュータプログラムとして実施することができる。各コンピュータプログラムは、データ処理装置が実行するために、あるいはデータ処理装置の動作を制御するために、有形の非一時的なコンピュータ読取可能媒体上にエンコードされたコンピュータプログラム命令の１つ又は複数のモジュールを含むことができる。代替的に又は追加的に、プログラム命令を、人工的に生成された伝播信号内／上にエンコードすることができる。例えば、この信号は、データ処理装置による実行のために受信器装置への送信用の情報をエンコードするために生成された、マシン生成の電気的、光学的、又は電磁気的な信号であり得る。コンピュータ記憶媒体は、機械により読取可能な記憶装置、機械により読取可能な記憶基板、ランダム若しくはシリアルアクセスのメモリデバイス、又はコンピュータ記憶媒体の組み合わせであり得る。

用語「データ処理装置」、「コンピュータ」、又は「電子コンピュータデバイス」（又は当業者によって理解される同等のもの）は、データ処理ハードウェアを指す。例えば、データ処理装置は、あらゆる種類の装置、デバイス、及びマシンを包含し、これらの種類は、データを処理するためのものであり、例示として、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータを含む。装置は、また、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を包含する専用ロジック回路を含むことができる。いくつかの実施では、データ処理装置又は専用ロジック回路（又はデータ処理装置と専用ロジック回路との組み合わせ）は、ハードウェア系又はソフトウェア系（又はソフトウェア系及びハードウェア系の両方の組み合わせ）であり得る。装置は、オプションとして、コンピュータプログラムの実行環境を生成するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又は実行環境の組み合わせを構成するコード、を含むことができる。本開示は、例えば、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）、ＭＡＣ ＯＳ、ＡＮＤＲＯＩＤ（登録商標）、又はＩＯＳ等の従来のオペレーティングシステムを有する又は有さないデータ処理装置の使用を想定している。

コンピュータプログラムは、プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、又はコードとして参照され又は記述され得るものであり、あらゆる形式のプログラミング言語で記載できる。プログラミング言語は、例えば、コンパイル言語、インタープリタ言語、宣言型言語、又は手続き型の言語を含むことができる。プログラムは、例えば、スタンドアロンプログラム、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、又はユニットを含む任意の形式で、コンピューティング環境における使用のために、展開することができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステム内のファイルに対応してもよいが、必ずしも対応する必要はない。プログラムは、他のプログラム又はデータ（例えばマークアップ言語ドキュメントに格納された１つ又は複数のスクリプト）を保持するファイルの一部に保存でき、又は問題のプログラム専用の単一ファイル内に保存でき、又は１つ又は複数のモジュール、サブプログラム、又はコードの一部を格納する複数の連携したファイルに保存できる。コンピュータプログラムは、一つのコンピュータ上で実行されるように、又は、一のサイトに位置する又は通信ネットワークによって相互接続された複数のサイトに分散されて配置された複数のコンピュータ上で実行されるように展開することができる。様々な図面に例示されたプログラムの部分は、様々なオブジェクト、方法、又は他のプロセスを通して様々な特徴及び機能を実施する個々のモジュールとして説明することができるが、プログラムは、それらの代わりに、いくつかのサブモジュール、サードパーティのサービス、コンポーネント、及びライブラリを含むことができる。逆に、様々なコンポーネントの機能及び特徴は、必要に応じて、単一のコンポーネントに組み合わせることができる。計算上の特定を為すために使用された閾値は、静的に、動的に、又は静的と動的との両方で特定できる。

本明細書に記載された方法、プロセス、又は論理フローは、１つ又は複数のプログラム可能なコンピュータによって実行でき、該コンピュータは、入力データを操作して出力データを生成することによって機能を実行する１つ又は複数のコンピュータプログラムを実行する。方法、プロセス、又は論理フローは、特定用途のロジック回路、例えばＣＰＵ、ＦＰＧＡ、又はＡＳＩＣにより実行でき、また装置も、特定用途のロジック回路、例えばＣＰＵ、ＦＰＧＡ、又はＡＳＩＣとして実施できる。

コンピュータプログラムを実行するのに適したコンピュータは、汎用用途のマイクロプロセッサ及び特定用途のマイクロプロセッサの１つ又は複数、並びに他の種類のＣＰＵに基づくことができる。コンピュータの要素は、命令を行い又は実行するためのＣＰＵ、及び命令及びデータを保存するための１つ又は複数のメモリデバイスである。一般に、ＣＰＵは、命令及びデータをメモリから受け取る（及びメモリに書き込む）ことができる。コンピュータは、データを保存するための１つ又は複数の大容量記憶装置を含むことができ、或いはこの大容量記憶装置に動作可能に結合することができる。実施によっては、コンピュータは、例えば磁気、光磁気ディスク、又は光ディスクを含む大容量記憶装置からデータを受信し、及びこの大容量記憶装置にデータを転送することができる。さらには、コンピュータは、別のデバイス（例えば携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、モバイルオーディオ若しくはビデオプレーヤー、ゲームコンソール、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、又はユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）フラッシュドライブなどのポータブルメモリストレージデバイス）に組み込まれることができる。

コンピュータプログラム命令及びデータを格納するのために適したコンピュータ読取可能な媒体（必要に応じて一時的又は非一時的）は、あらゆる形態の常設／非常設又は揮発／不揮発性のメモリ、媒体、及びメモリデバイスを含むことができる。コンピュータ読取可能な媒体は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、相変化メモリ（ＰＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、及びフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイスを含むことができる。コンピュータ読取可能な媒体は、また、例えば、テープ、カートリッジ、カセット、及び内部／リムーバブルディスクなどの磁気デバイスを含むことができる。コンピュータ読取可能な媒体は、また、光磁気ディスク及び光学メモリデバイス、並びに、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ＋／－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＨＤ－ＤＶＤ、及びＢＬＵＲＡＹ（登録商標）などを含む技術を含むことができる。メモリは、キャッシュ、クラス、フレームワーク、アプリケーション、モジュール、バックアップデータ、ジョブ、ウェブページ、ウェブページテンプレート、データ構造、データベーステーブル、リポジトリ、及び動的情報を含む様々なオブジェクト又はデータを格納することができる。メモリに格納されたオブジェクト及びデータの種類は、パラメータ、変数、アルゴリズム、命令、ルール、制約、及び参照を含むことができる。さらに、メモリは、ログ、ポリシー、セキュリティ又はアクセスのデータ、レポートファイルを含むことができる。プロセッサ及びメモリは、特定用途ロジック回路によって補完され又は特定用途ロジック回路に組み込むことができる。

本開示で記載された主題の実施は、ユーザとのインタラクション（やりとり）を提供するためのディスプレイデバイスを有するコンピュータ上で実施でき、情報をユーザに表示すること（及びユーザから入力を受信すること）を含む。ディスプレイデバイスの種類は、例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びプラズマモニターを含むことができる。ディスプレイデバイスは、例えば、マウス、トラックボール、又はトラックパッド、を含むキーボード及びポインティングデバイスを含むことができる。ユーザの入力は、感圧性を有するタブレットコンピュータの表面又は静電容量式若しくは電気式のセンシングを使用したマルチタッチスクリーンなどのタッチスクリーンを用いて提供することができる。他の種類のデバイスを用いてユーザとインタラクションすることができ、例えば、感覚のフィードバック（視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバック、を含む）を含むユーザフィードバックを受信することを含む。ユーザからの入力は、音響入力、音声入力、又は触覚入力の形式で受信できる。さらに、コンピュータは、ユーザによって使用されるデバイスにドキュメントを送信し及び当該デバイスから当該ドキュメントを受信することによって、ユーザとインタラクションできる。例えば、コンピュータは、Ｗｅｂブラウザから受けたリクエストに応答して、ユーザのクライアントデバイス上のウェブブラウザにウェブページを送ることができる。

用語「グラフィカルユーザインタフェース」又は「ＧＵＩ」は、単数又は複数で使用して、１つ又は複数のグラフィカルユーザインタフェース及び特定のグラフィカルユーザインタフェースのディスプレイの各々を説明できる。したがって、ＧＵＩは、ウェブブラウザ、タッチスクリーン、又はコマンドラインインタフェース（ＣＬＩ）を含むが、これらに限定されることなく、任意のグラフィカルユーザインタフェースを提示することができる。コマンドラインインタフェースは、情報を処理すると共に情報の結果をユーザに効率的に提示する。一般的に、ＧＵＩは、複数のユーザインタフェース（ＵＩ）要素を含むことができ、これらのいくつか又はすべては、インタラクティブフィールド、プルダウンリスト、ボタンなどのウェブに関連付けられる。これら及び他のＵＩ要素は、ウェブブラウザの機能に関連付けられまたウェブブラウザの機能を表すことができる。

本明細書で記述された主題の実施は、バックエンドコンポーネント（例えばデータサーバとして）を含むコンピューティングシステム、ミドルウェアコンポーネント（例えばアプリケーションサーバとして）を含むコンピューティングシステムにおいて実施できる。さらに、コンピュータシステムは、フロントエンドコンポーネント（例えば、グラフィカルユーザインタフェース、及びユーザがコンピュータとインタラクションできるウェブブラウザ、の１つ又は両方を有するクライアントコンピュータ）を含むことができる。システムのコンポーネントは、通信ネットワークに、任意の形式又は有線又は無線のデジタルデータ通信（又はデータ通信の組み合わせ）の媒体によって相互接続することができる。通信ネットワークの例示は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、マイクロ波アクセスの世界的な相互運用性（ＷＩＭＡＸ）、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）（例えば８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ又は８０２．２０又はプロトコルの組み合わせ）、インターネットのすべて若しくは一部、他の通信システム又は１つ若しくは複数の場所のシステム（又は通信ネットワークの組み合わせ）を含む。通信ネットワークは、例えば、インターネットプロトコル（ＩＰ）パケット、フレームリレーフレーム、非同期転送モード（ＡＴＭ）セル、音声、映像、データ、又はネットワークアドレス間の通信タイプの組み合わせと通信できる。

コンピューティングシステムは、クライアント及びサーバを含むことができる。クライアント及びサーバは、一般的には、互いに離れており、また典型的には、通信ネットワークを介してインタラクションする。クライアント及びサーバの関係は、それぞれのコンピュータ上で動作すると共にクライアント・サーバ関係にあるコンピュータプログラムのおかげで生じる。

クラスタファイルシステムは、読み取り及び更新のために複数のサーバからアクセス可能な任意のファイルシステムタイプであり得る。ロッキング又は一貫性追跡は、エクスチェンジファイルシステムのロックキングがアプリケーションレイヤで実行できるため、必要でないかもしれない。さらに、ユニコードデータファイルは、非ユニコードデータファイルとは異なる可能性がある。

本明細書は多くの特定の実施の詳細を含む一方で、これらは、請求される得る範囲の制限として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の実施に固有の特徴の説明として解釈されるべきである。個別の実施の観点で本明細書において説明された特徴は、組み合わせて又は単一の実施で、実現できる。逆に、単一の実施の観点で既述された様々な特徴は、複数の実施で、個別に、又は任意の適切なサブコンビネーションで実施され得る。さらには、既述の特徴は特定の組み合わせで動作するものとして説示され、最初はそのようなものとして請求されているかもしれないが、請求された組合せからの１つ又は複数の特徴は、請求された組み合わせから場合によっては削除され、また請求された組合せはサブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形に導かれ得る。

主題の特定の実施が説明された。記載された実施の他の実施、変更、及び置換は、当業者には明らかであるように以下の請求の範囲内である。動作は、図面又は特許請求の範囲に特定の順序で描かれているが、これは、望ましい結果を達成するために、示された特定の順序で又は一連の順番でそのような動作が実行されることを要求するものとして理解されるべきではなく、又はすべての図示された動作が実行される（いくつかの操作は随意的と見なすことができる）ことを要求するものとして理解されるべきではない。ある状況では、マルチタスク又は並列処理（又はマルチタスク及び並列処理の組み合わせ）を行うことが有利であり、適切と思われる場合に実行される。

さらに、既述の実施における様々なシステムモジュール及びコンポーネントの分離又は統合が、すべての実施においてそのような分離又は統合を必要とするものとして理解されるべきではない。また、記載されたプログラムコンポーネント及びシステムは、一般的には、単一のソフトウェア製品に統合でき、又は複数のソフトウェア製品にパッケージ化できることが理解されるべきである。

これに従って、既述の例示的な実施は、本開示を定義し又は制約しない。他の変更、置換、及び変更も、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく可能である。

さらには、請求された任意の実施は、少なくとも、コンピュータにより実施される方法、非一時的なコンピュータ読取可能媒体、及びコンピュータシステムに適用可能であると考えられ、非一時的なコンピュータ読取可能媒体は、コンピュータにより実施される方法を実行するコンピュータにより読取可能な命令を格納し、またコンピュータシステムは、ハードウェアプロセッサに相互に動作可能に結合されたコンピュータメモリを含み、ハードウェアプロセッサは、非一時的なコンピュータ読取可能媒体に格納されたコンピュータにより実施される方法又は命令を実行するように構成される。

Claims (34)

1. リグの周りに配置された複数の画像センサと；
   前記複数の画像センサと通信可能に結合されたオンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイと；を備え、
   前記オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイは：
   １つ又は複数のプロセッサと；
   前記１つ又は複数のプロセッサに結合され、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行するためのプログラミング命令を格納する、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体と；を備え、
   前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し：
   前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサから画像ストリームを受信し；
   前記画像ストリームから動作状態を決定し；
   自動化ルールが前記画像ストリームから決定された前記動作状態を含んでいる、と特定し；
   自動化ルールが前記動作状態を含んでいると特定したことに応えて、制御可能な装置を駆動するための命令を送信し；
   前記制御可能な装置を駆動するための命令の送信に応えて、前記制御可能な装置を駆動する；ように命令する、
   システム。
2. 前記プログラミング命令は、更に：
   前記決定された動作状態の優先順位を特定すると共に、前記動作状態を未然に防止又は回復して正常化された動作にするように構成された自動化システムへ、検出された動作状態を伝達し；
   次に推奨されるタスクに優先順位を付けるための動作の順序を特定するように構成されたランク付け基準を、前記動作状態に、前記動作状態が生じる重大度及び発生確率に基づいて、適用する；命令を含む、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記プログラミング命令は：
   アクションを自動的に実行して前記動作状態に対処する、又は、手動で介入して前記動作状態に対処するためのガイダンスを提供する、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記複数の画像センサと前記オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイとの間の、第１の有線又は無線の通信可能な結合装置と；
   前記オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイと前記制御可能な装置との間の、第２の有線又は無線の通信可能な結合装置と；を更に備える、
   請求項１に記載のシステム。
5. 前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサの視野に入っている複数のＬＥＤアレイと；
   複数のＬＥＤドライバと；を更に備え、
   各ＬＥＤドライバは前記複数のＬＥＤアレイのうちの１つに電子的に結合され、各ＬＥＤドライバはデータを転送するために前記ＬＥＤアレイを変調するように構成された、
   請求項１に記載のシステム。
6. 前記複数の画像センサによる検出のために構成された泥水システムに添加される光学特性を有するトレーサ粒子を含む複数の粒子；を更に備え、
   前記複数の画像センサのうちの１つの画像センサは、粒子を視覚化するように、かつ、前記粒子の流速及び前記粒子のｐＨのうちの少なくとも一方を特定するように構成された粒子画像流速測定法（ＰＩＶ）を備え；
   前記泥水システムの流入ライン及び流出ラインに近接した反射体を有するホイールを更に備え、前記複数の画像センサは前記泥水の流れに応じて回転する前記ホイールの速度を監視するように構成され；
   更に、前記複数の画像センサによって検出するために構成されたレベル計を有するタンクを備える自動流体管理システムと；
   前記リグ上のケリーセーバーサブに取り付けられたターゲットであって、前記ターゲットは、反射体及びＬＥＤのうちの少なくとも一方を含む識別子を含み、前記識別子は前記画像センサによって検出されるように構成されたターゲットと；を備える、
   請求項１に記載のシステム。
7. 前記複数のＬＥＤアレイはモノクロＬＥＤで構成されている、
   請求項５に記載のシステム。
8. 前記画像センサは、前記ＬＥＤアレイから前記データを受信し、かつ、前記画像ストリームに含まれるべく前記命令を変換するように構成された、
   請求項５に記載のシステム。
9. 前記決定された動作状態は、前記命令を含む、
   請求項１に記載のシステム。
10. 前記制御可能な装置はバルブを備える、
    請求項１に記載のシステム。
11. 前記制御可能な装置は、ドローワーク、ケリー、スイベル、回転テーブル、トップドライブ、又は噴出防止装置ラムを備える、
    請求項１に記載のシステム。
12. 前記制御可能な装置は、ポンプ、マッドモータ、マッドミキサ、又はマッド循環システムを備える、
    請求項１に記載のシステム。
13. 前記制御可能な装置は、坑井シャットダウンシステムを備える、
    請求項１に記載のシステム。
14. 複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサから画像ストリームを受信するステップと；
    前記画像ストリームから動作状態を決定するステップと；
    自動化ルールが、前記画像ストリームから決定された前記動作状態を含む、と特定するステップと；
    自動化ルールが前記画像ストリームから決定された前記動作状態を含むと特定するステップに応えて、制御可能な装置を駆動するための命令を送信するステップと；
    前記制御可能な装置を駆動するための命令を送信するステップに応えて、前記制御可能な装置を駆動するステップと；を備える、
    方法。
15. ＬＥＤドライバによって命令のセットを符号化するステップと；
    前記命令のセットを発するために、前記ＬＥＤドライバによってＬＥＤアレイを変調するステップと；
    前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサによって前記命令のセットを受信するステップと；
    前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサによって、前記命令のセットを前記画像ストリームに変換するステップと；を更に備える、
    請求項１４に記載の方法。
16. 前記命令を符号化するステップは、オンオフキー変調を含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記オンオフキー変調は、アンダーサンプリングされた周波数シフトオンオフキーイングを含む、
    請求項１６に記載の方法。
18. 前記命令を受信するステップは、アンダーサンプリングされた周波数シフトオンオフキーイングを用いるステップを備える、
    請求項１５に記載の方法。
19. 前記ＬＥＤアレイは第１のＬＥＤアレイであり、前記命令のセットは第１の命令のセットであり；
    前記画像センサによって、第２のＬＥＤアレイから第２の命令のセットを受信し、同時に、前記第１のＬＥＤアレイから命令を受信するステップを更に備える、
    請求項１５に記載の方法。
20. 送信された命令に応えて前記制御可能な装置を駆動するステップを更に備える、
    請求項１４に記載の方法。
21. 前記制御可能な装置はバルブを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記バルブの位置を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
22. 前記制御可能な装置はドローワークを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記ドローワークの張力を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
23. 前記制御可能な装置は回転テーブルを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記回転テーブルの速度を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
24. 前記制御可能な装置はトップドライブを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、ドリルビットの重量を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
25. 前記制御可能な装置はトップドライブを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記トップドライブの回転速度を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
26. 前記制御可能な装置はモータを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記モータによって加えられるトルクを変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
27. 前記制御可能な装置は噴出防止装置を備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記噴出防止装置のラムを閉じるステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
28. 前記制御可能な装置はポンプを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記ポンプの回転速度を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
29. 前記制御可能な装置はマッドモータを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記マッドモータの回転速度を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
30. 前記制御可能な装置はマッドミキサを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記マッドミキサの混合速度及び周波数を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
31. 前記制御可能な装置は泥水循環システムを備え、前記制御可能な装置を駆動するステップは、前記システムの循環速度及び周波数を変更するステップを備える、
    請求項２０に記載の方法。
32. リグの周りに配置された複数の画像センサと；
    前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサの視野に入っている複数のＬＥＤアレイと；
    複数のＬＥＤドライバであって、各ＬＥＤドライバは前記複数のＬＥＤアレイのうちの１つに電子的に結合され、各ＬＥＤドライバはデータを転送するために前記ＬＥＤアレイを変調するように構成された、複数のＬＥＤドライバと；
    前記複数の画像センサと通信可能に結合されたオンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイと；を備え、
    前記オンサイトのエッジ又はフォグコンピューティングゲートウェイは：
    １つ又は複数のプロセッサと；
    前記１つ又は複数のプロセッサに結合され、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行するためのプログラミング命令を格納する、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体と；を備え、
    前記プログラミング命令は前記１つ又は複数のプロセッサに対し：
    前記複数のＬＥＤアレイの少なくとも１つからのデータを含む画像ストリームを、前記複数の画像センサのうちの少なくとも１つの画像センサから受信し；
    前記画像ストリームから動作状態を決定し；
    自動化ルールが前記画像ストリームから決定された前記動作状態を含んでいる、と特定し；
    自動化ルールが前記動作状態を含んでいると特定したことに応えて、制御可能な装置を駆動するための命令を送信する；ように命令する、
    システム。
33. 前記プログラミング命令は：
    前記決定された動作状態の優先順位を特定すると共に、前記動作状態を未然に防止又は回復して正常化された動作にするように構成された自動化システムへ、検出された動作状態を伝達し；
    次に推奨されるタスクに優先順位を付けるための動作の順序を特定するように構成されたランク付け基準を、前記動作状態に、前記動作状態が生じる重大度及び発生確率に基づいて、適用する；命令を含む、
    請求項３２に記載のシステム。
34. 前記プログラミング命令は：
    アクションを自動的に実行して前記動作状態に対処する、又は、手動で介入して前記動作状態に対処するためのガイダンスを提供する、
    請求項３３に記載のシステム。
    

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