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JP7489043B2 - Detention prediction method and system - Google Patents
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Description

本発明は、陸上および海洋における掘削技術に係り、より詳しくは、掘削中の異常検知に関するものである。 The present invention relates to onshore and offshore drilling technology, and more specifically to anomaly detection during drilling.

地球環境への考慮からエネルギー供給の再生可能エネルギーへのシフトが進んでいるが、化石燃料への依存の割合は依然として大きい。資源開発のための掘削技術は高い難度の克服と経済合理性が求められる。また、科学調査・研究においても、同様に掘削技術の向上が求められている。 While there is a shift towards renewable energy sources in energy supply due to considerations of the global environment, the proportion of dependency on fossil fuels remains high. Drilling technology for resource development must overcome significant challenges and be economically rational. Similarly, improvements in drilling technology are required in scientific surveys and research.

掘削においては坑内トラブルが大きな課題である。代表的な坑内トラブルとして、抑留が知られている。抑留は、ドリルストリングが坑内で押さえつけられ、回転および/あるいは引き抜きが出来なくなる事象である。抑留は坑井の破棄にも繋がるため大きなリスクであるが、その予兆が捉えられれば効果的な対策が可能であると考えられる。 During drilling, underground troubles are a major issue. A typical underground trouble is known as detention. Detention occurs when the drill string is pressed down inside the well, making it impossible to rotate and/or pull out. Detention is a major risk as it can lead to the abandonment of the well, but it is believed that effective countermeasures can be implemented if the signs of detention can be detected.

掘削における従来の異常検知技術としては、計測データの外れ値や事前シミュレーションからの乖離を検出する手法が取り組まれているが、掘削挙動が地層により大きく異なること、また地層情報は未知な場合が多いことから手法の精度に限界がある。実際、False Alarmが多く、作業員の勘が優先されることが多い。 Conventional anomaly detection techniques for drilling involve detecting outliers in measurement data and deviations from prior simulations, but the accuracy of these techniques is limited because drilling behavior varies greatly depending on the geological layer and geological information is often unknown. In fact, there are many false alarms, and workers' intuition often takes precedence.

掘削時にリアルタイムで得られるデータを活用した効果的な予測手法が提案されている。非特許文献1には、キックの早期検知において、掘削時の泥水量やフローレートに対してアラームの閾値を動的に設定することで、False Alarmを低減させることが開示されている。非特許文献2には、実掘削データ学習による抑留状態の検知が開示されている。これらの先行研究の結果から、データ駆動型モデルによる異常検知の精度改善が期待できる。 Effective prediction methods have been proposed that utilize data obtained in real time during drilling. Non-Patent Document 1 discloses that in early detection of kicks, false alarms are reduced by dynamically setting alarm thresholds for the amount of mud water and flow rate during drilling. Non-Patent Document 2 discloses detection of detention states by learning from actual drilling data. Based on the results of these previous studies, it is expected that the accuracy of anomaly detection using data-driven models will improve.

抑留検知に関する特許文献も存在する。特許文献1には、3つ以上の機械学習プログラムを用いた抑留のアンサンブル予測が開示されている。なお、非特許文献2で採用した機械学習モデルは、特許文献1に記載されたアンサンブル予測に類似するものである。また、特許文献2は、ビット深度に対するフック荷重の線形回帰モデルを用いて抑留を予測する手法が開示されている。 There are also patent documents related to detention detection. Patent Document 1 discloses an ensemble prediction of detention using three or more machine learning programs. The machine learning model adopted in Non-Patent Document 2 is similar to the ensemble prediction described in Patent Document 1. Patent Document 2 also discloses a method of predicting detention using a linear regression model of hook load against bit depth.

データ駆動型アプローチにおいては、計測データが異常時・正常時に示すパラメタの関係性やパターンといった特徴量を抽出することが重要である。本発明者等が検討したところでは、一般的な時間領域や周波数領域をベースとした手法では異常時の特徴を必ずしもうまく掴めないことが判った。また、効率的に学習するためには、利用可能な計測データの長さは有限であり、限られたデータ量において効率的に特徴を抽出する必要がある。
WO2013/066746 WO2016/034945 Unrau, S., Torrione, P., Hibbard, M., Smith, R., Olesen, L., Watson, J., et al. (2017). Machine learning algorithms applied to detection of well control events. In SPE Kingdom of Saudi Arabia Annual Technical Symposium and Exhibition. Society of Petroleum Engineers. Alshaikh, A., Magana-Mora, A., Gharbi, S. A., Al-Yami, A., et al. (2019). Machine learning for detecting stuck pipe incidents: Data analytics and models evaluation. In International Petroleum Technology Conference. International Petroleum Technology Conference.
In the data-driven approach, it is important to extract features such as the relationship and pattern of parameters that the measurement data shows when it is abnormal and normal. The inventors have found that general methods based on the time domain or frequency domain do not necessarily capture the features of abnormal conditions well. In addition, in order to learn efficiently, the length of the available measurement data is limited, and it is necessary to efficiently extract features from a limited amount of data.
WO2013/066746 WO2016/034945 Unrau, S., Torrione, P., Hibbard, M., Smith, R., Olesen, L., Watson, J., et al. (2017). Machine learning algorithms applied to detection of well control events. In SPE Kingdom of Saudi Arabia Annual Technical Symposium and Exhibition. Society of Petroleum Engineers. Alshaikh, A., Magana-Mora, A., Gharbi, SA, Al-Yami, A., et al. (2019). Machine learning for detecting stuck pipe incidents: Data analytics and models evaluation. In International Petroleum Technology Conference. International Petroleum Technology Conference.

本発明は、抑留の予測に有用な特徴量を備え、かつ、限定的なサイズの入力データを用いて、抑留の予測を行うことを目的とする。 The present invention aims to predict detention using features that are useful for predicting detention and input data of a limited size.

本発明の第1の形態は、掘削時に得られる複数の掘削パラメタに基づいて入力データを生成し、前記入力データを抑留予測モデルに与えて抑留リスクを提供する、抑留予測方法であって、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度とビット深度以外の少なくとも1つ掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値の2Dヒストグラムを入力データとして生成し、
現時点のビット深度に基づいて生成された前記2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供する。
A first aspect of the present invention is a method for predicting detention, comprising: generating input data based on a plurality of excavation parameters obtained during excavation; and providing the input data to a detention prediction model to provide a detention risk, the method comprising:
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
Generate a 2D histogram of values of the one drilling parameter corresponding to a relative depth set based on the current bit depth value as input data;
The retention risk is provided according to the input of the 2D histogram generated based on the current bit depth.

本発明の第2の形態は、プロセッサと、メモリと、を備えた抑留予測システムであって、
前記メモリは、
掘削時に得られる複数の掘削パラメタに基づいて入力データを生成する入力データ生成プログラムと、
前記入力データの入力に応じて、抑留リスクを提供する抑留予測プログラムと、
を備え、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度とビット深度以外の少なくとも1つ掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
前記入力データ生成プログラムは、前記プロセッサに実行されることで、現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値の2Dヒストグラムを入力データとして生成し、
前記抑留予測プログラムは、前記プロセッサに実行されることで、現時点のビット深度に基づいて生成された前記2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供する。
A second aspect of the present invention is a detention prediction system comprising a processor and a memory,
The memory includes:
an input data generation program that generates input data based on a plurality of drilling parameters obtained during drilling;
A detention prediction program that provides a detention risk in response to input of the input data;
Equipped with
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
The input data generation program is executed by the processor to generate, as input data, a 2D histogram of values of the one drilling parameter corresponding to a relative depth set based on a current bit depth value;
The retention prediction program is executed by the processor to provide a retention risk as a function of input of the 2D histogram generated based on a current bit depth.

本発明の第3の形態は、掘削時に得られる複数の掘削パラメタに基づいて入力データを生成し、前記入力データに基づいて抑留リスクを提供する抑留予測プログラムであって、
前記プログラムは、プロセッサに実行されることで、当該プロセッサに、
前記複数の掘削パラメタを取得させるに、前記複数の掘削パラメタは、ビット深度とビット深度以外の少なくとも1つ掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値の2Dヒストグラムを入力データとして生成させ、
現時点のビット深度に基づいて生成された前記2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供させる。
1つの態様では、抑留予測プログラムは、コンピュータ可読媒体に格納された形態で提供される。
A third aspect of the present invention is a detention prediction program that generates input data based on a plurality of excavation parameters obtained during excavation, and provides a detention risk based on the input data,
The program, when executed by a processor, causes the processor to:
When acquiring the plurality of drilling parameters, the plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
generating, as input data, a 2D histogram of values of the one drilling parameter corresponding to a relative depth set based on the current bit depth value;
The retention risk is provided in response to the input of the 2D histogram generated based on the current bit depth.
In one aspect, the detention prediction program is provided in a form stored on a computer-readable medium.

1つの態様では、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は、時系列データとして取得される。時系列データは所定間隔でサンプリングされており、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応している。
1つの態様では、前記抑留リスクは、抑留予兆確率として提供される。
1つの態様では、前記抑留リスクは、抑留予兆確率に基づいて生成されたアラームとして提供される。
1つの態様では、現時点のビット深度の値に対して設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値(現時点以前に取得されたデータである)は、
現時点の直近の所定期間内に得られた第1散布データと、前記第1散布データよりも前に得られた第2散布データと、に分けられ、
前記第1散布データに基づく第1の2Dヒストグラムと、前記第2散布データに基づく第2の2Dヒストグラムと、が生成され、前記第1の2Dヒストグラムと前記第2の2Dヒストグラムは色によって識別可能であり、
前記入力データは、前記第1の2Dヒストグラムと前記第2の2Dヒストグラムを重ねた重畳2Dヒストグラムである。
In one embodiment, the bit depth value and the one drilling parameter value are acquired as time series data. The time series data is sampled at a predetermined interval, and the bit depth value and the one drilling parameter value correspond to each other by time information.
In one aspect, the detention risk is provided as a detention prediction probability.
In one aspect, the detention risk is provided as an alarm generated based on a detention prediction probability.
In one aspect, the value of the one drilling parameter corresponding to the relative depth set with respect to the current bit depth value (which is data acquired before the current time) is:
The data is divided into first distribution data obtained within a predetermined period immediately preceding the current time point and second distribution data obtained prior to the first distribution data,
a first 2D histogram based on the first scatter data and a second 2D histogram based on the second scatter data are generated, the first 2D histogram and the second 2D histogram being distinguishable by color;
The input data is a superimposed 2D histogram in which the first 2D histogram and the second 2D histogram are superimposed.

1つの態様では、前記ビット深度以外の1つの掘削パラメタは、ビット回転数、ドリルパイプの回転トルク、フック荷重、泥水注入圧から選択される。
1つの態様では、前記入力データには、相対深度に対するビット回転数の2Dヒストグラム、相対深度に対するドリルパイプの回転トルクの2Dヒストグラム、相対深度に対するフック荷重の2Dヒストグラム、相対深度に対する泥水注入圧の2Dヒストグラムが含まれる。
In one embodiment, the one drilling parameter other than bit depth is selected from bit speed, drill pipe rotation torque, hook load, and mud injection pressure.
In one embodiment, the input data includes a 2D histogram of bit rotation speed versus relative depth, a 2D histogram of drill pipe rotation torque versus relative depth, a 2D histogram of hook load versus relative depth, and a 2D histogram of mud injection pressure versus relative depth.

1つの態様では、前記抑留予測モデルは、学習用掘削データに基づいて生成された2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供するように機械学習されている。
1つの態様では、前記抑留予測モデルは、教師あり学習モデルである。
1つの態様では、前記抑留予測モデルは、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いて抑留リスクを提供する。
1つの態様では、前記抑留予測モデルは、教師無し学習モデルである。
In one aspect, the retention prediction model is machine-learned to provide retention risk in response to input of a 2D histogram generated based on training drilling data.
In one aspect, the retention prediction model is a supervised learning model.
In one embodiment, the detention prediction model uses a convolutional neural network (CNN) to provide detention risk.
In one aspect, the retention prediction model is an unsupervised learning model.

1つの態様では、複数の掘削パラメタに基づいて得られた複数の2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクが提供され、
抑留リスクに対する各掘削パラメタの寄与度を可視化してディスプレイ上に表示する。
1つの態様では、入力データのうち、アラーム生成に寄与した領域をGrad-CAM (Gradient-based Class Activation Map)を用いて可視化し、アラーム生成の根拠を示す。
In one aspect, the detention risk is provided in response to an input of a plurality of 2D histograms obtained based on a plurality of drilling parameters;
The contribution of each drilling parameter to the detention risk is visualized and displayed on the display.
In one aspect, the area of the input data that contributed to the generation of the alarm is visualized using a gradient-based class activation map (Grad-CAM) to show the reason for the alarm generation.

本発明の第4の形態は、抑留予測モデルへの入力データの生成方法であり、
複数の掘削パラメタを含む掘削データを取得し、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度と、ビット深度以外の少なくとも1つの掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
ある時点tのビット深度の値に基づいて設定した相対深度を第1軸とし、前記相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値を第2軸として、ある時点t以前の掘削データを用いて、散布データを取得し、
前記散布データを2Dヒストグラムに変換して入力データを生成する。
掘削データに基づいて生成された入力データは、学習用モデル、学習済みモデルの両方の入力データとして用いられる。
1つの態様では、前記掘削データ(前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値)は、時系列データである。時系列データは所定間隔でサンプリングされており、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応している。
1つの態様では、前記ビット深度以外の1つの掘削パラメタは、ビット回転数、ドリルパイプの回転トルク、フック荷重、泥水注入圧から選択される。
A fourth aspect of the present invention is a method for generating input data for a detention prediction model, comprising:
acquiring drilling data including a plurality of drilling parameters;
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
The relative depth set based on the bit depth value at a certain time t is set as a first axis, and the value of the one excavation parameter corresponding to the relative depth is set as a second axis, and the scatter data is acquired using the excavation data before a certain time t;
The scatter data is converted into a 2D histogram to generate input data.
The input data generated based on the drilling data is used as input data for both the training model and the trained model.
In one embodiment, the drilling data (the bit depth value and the one drilling parameter value) is time-series data. The time-series data is sampled at a predetermined interval, and the bit depth value and the one drilling parameter value correspond to each other by time information.
In one embodiment, the one drilling parameter other than bit depth is selected from bit speed, drill pipe rotation torque, hook load, and mud injection pressure.

1つの態様では、前記散布データは、
ある時点tの直近の所定期間内に得られた第1散布データと、前記第1散布データより前に得られた第2散布データと、に分けられ、
前記第1散布データに基づく第1の2Dヒストグラムと、前記第2散布データに基づく第2の2Dヒストグラムと、が生成され、前記第1の2Dヒストグラムと前記第2の2Dヒストグラムは色によって識別可能であり、
前記入力データは、前記第1の2Dヒストグラムと前記第2の2Dヒストグラムを重ねた重畳2Dヒストグラムである。
In one aspect, the scatter data comprises:
The data is divided into first scatter data obtained within a predetermined period immediately before a certain time point t and second scatter data obtained before the first scatter data,
a first 2D histogram based on the first scatter data and a second 2D histogram based on the second scatter data are generated, the first 2D histogram and the second 2D histogram being distinguishable by color;
The input data is a superimposed 2D histogram in which the first 2D histogram and the second 2D histogram are superimposed.

本発明の第5の形態は、学習済み抑留予測モデルの生成方法であり、
複数の掘削パラメタ及び抑留情報を含む学習用掘削データを取得し、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度と、ビット深度以外の少なくとも1つの掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
ある時点tのビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値の2Dヒストグラムを生成して入力データとし、
抑留前の一定期間内に予兆が現れると仮定し、学習用掘削データに基づいて生成された入力データに応じて抑留リスクを提供するように学習用モデルに学習させる。
1つの態様では、前記学習用掘削データ(前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値)は、時系列データである。時系列データは所定間隔でサンプリングされており、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応している。
1つの態様では、前記学習用掘削データには、ビット回転数、ドリルパイプの回転トルク、ビット深度、フック荷重、泥水注入圧の時系列データを含み、抑留情報(抑留の開始時刻、終了時刻)が記録されており、前記ビット深度以外の1つの掘削パラメタは、ビット回転数、ドリルパイプの回転トルク、フック荷重、泥水注入圧から選択される。
1つの態様では、前記入力データには、相対深度に対するビット回転数の2Dヒストグラム、相対深度に対するドリルパイプの回転トルクの2Dヒストグラム、相対深度に対するフック荷重の2Dヒストグラム、相対深度に対する泥水注入圧の2Dヒストグラムが含まれる。
A fifth aspect of the present invention is a method for generating a trained detention prediction model,
Acquire learning drilling data including a plurality of drilling parameters and detention information;
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
A 2D histogram of values of the one drilling parameter corresponding to a relative depth set based on the bit depth value at a certain time point t is generated and used as input data;
Assuming that warning signs appear within a certain period of time before detention, the learning model is trained to provide detention risk according to input data generated based on the training drilling data.
In one aspect, the learning drilling data (the bit depth value and the one drilling parameter value) is time-series data. The time-series data is sampled at a predetermined interval, and the bit depth value and the one drilling parameter value correspond to each other by time information.
In one aspect, the learning drilling data includes time series data on bit rotation speed, drill pipe rotation torque, bit depth, hook load, and mud injection pressure, and detention information (detention start time and end time) is recorded, and one drilling parameter other than the bit depth is selected from the bit rotation speed, drill pipe rotation torque, hook load, and mud injection pressure.
In one embodiment, the input data includes a 2D histogram of bit rotation speed versus relative depth, a 2D histogram of drill pipe rotation torque versus relative depth, a 2D histogram of hook load versus relative depth, and a 2D histogram of mud injection pressure versus relative depth.

1つの態様では、ある時点tのビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値(ある時点t以前に取得されたデータである)は、
ある時点tの直近の所定期間内に取得された第1散布データと、前記第1散布データより前に取得された第2散布データと、に分けられ、
前記第1散布データに基づく第1の2Dヒストグラムと、前記第2散布データに基づく第2の2Dヒストグラムと、が生成され、前記第1の2Dヒストグラムと前記第2の2Dヒストグラムは色によって識別可能であり、
前記入力データは、前記第1の2Dヒストグラムと前記第2の2Dヒストグラムを重ねた重畳2Dヒストグラムである。
In one aspect, the value of the one drilling parameter corresponding to the relative depth set based on the bit depth value at a certain time t (data acquired before a certain time t) is
The data is divided into first scatter data acquired within a predetermined period immediately before a certain time point t and second scatter data acquired before the first scatter data,
a first 2D histogram based on the first scatter data and a second 2D histogram based on the second scatter data are generated, the first 2D histogram and the second 2D histogram being distinguishable by color;
The input data is a superimposed 2D histogram in which the first 2D histogram and the second 2D histogram are superimposed.

1つの態様では、前記学習用モデルは、抑留前の一定期間内に予兆が現れると仮定し、抑留前の一定期間内の入力データに1、抑留前の一定期間内及び抑留状態を除く入力データに0という正解ラベルを与えることで学習される。
後述する実験例では、抑留前の一定期間は6分間であるが、6分間は例示であって、前記「一定期間」の長さは当業者において適宜設定し得る。
1つの態様では、前記学習用モデルは、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いて学習する。
In one aspect, the learning model is trained by assuming that warning signs appear within a certain period of time before detention, and by assigning a correct answer label of 1 to input data within the certain period of time before detention, and a correct answer label of 0 to input data excluding the certain period of time before detention and the detention state.
In the experimental example described below, the certain period before detention is 6 minutes, but 6 minutes is merely an example, and the length of the "certain period" can be appropriately set by those skilled in the art.
In one embodiment, the training model is trained using a convolutional neural network (CNN).

1つの態様では、前記学習用モデルは、学習済モデルが異常データを判別して抑留リスクを出力できるように、学習用掘削データに基づいて生成された入力データであって、抑留前の一定期間内及び抑留状態を除く入力データを正常データとして学習する。
1つの態様では、自己符号化器(Auto encoder)を用いて、入力データと出力データの誤差が最小化されるような学習モデルを生成する。
In one aspect, the learning model learns input data generated based on learning excavation data, excluding input data for a certain period before detention and the detention state, as normal data so that the trained model can identify abnormal data and output a detention risk.
In one aspect, an autoencoder is used to generate a learning model that minimizes the error between the input data and the output data.

本発明の第5の形態は、掘削データの圧縮方法であって、
複数の掘削パラメタを含む掘削データを取得し、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度と、ビット深度以外の少なくとも1つの掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
前記掘削データを用いて、現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度を第1軸とし、前記相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値を第2軸として、現時点以前の掘削データを用いて、散布データを取得し、
前記散布データは、現時点の直近の所定期間に取得された第1散布データと、前記第1散布データより前に取得された第2散布データと、に分けられ、
前記第1散布データと前記第2散布データは、識別可能に1つの散布図としてディスプレイに表示される。
1つの態様では、前記第1散布データと前記第2散布データは、色分けして1つの散布図としてディスプレイに表示される。
1つの態様では、前記掘削データは時系列データである。
A fifth aspect of the present invention is a method for compressing drilling data, comprising the steps of:
acquiring drilling data including a plurality of drilling parameters;
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
Using the excavation data, a relative depth set based on the current bit depth value is set as a first axis, and the value of the one excavation parameter corresponding to the relative depth is set as a second axis, and scattering data is acquired using excavation data before the current time;
The scatter data is divided into first scatter data acquired during a predetermined period immediately preceding the current time point and second scatter data acquired prior to the first scatter data,
The first scatter data and the second scatter data are displayed on a display as one scatter diagram in a distinguishable manner.
In one embodiment, the first scatter data and the second scatter data are color-coded and displayed on a display as one scatter plot.
In one aspect, the drilling data is time series data.

本発明では、掘削パラメタを深度領域に変換することで、掘削パラメタにおける特徴抽出を実行し、かかる特徴を備えた入力データを用いて、抑留を予測する。 In the present invention, by converting the drilling parameters into the depth domain, feature extraction is performed on the drilling parameters, and input data with such features is used to predict retention.

本実施形態に係る抑留予測システムの全体概略図である。1 is an overall schematic diagram of a detention prediction system according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る抑留予測システムの学習フェーズ、及び、抑留予測フェーズを示す図である。A diagram showing the learning phase and detention prediction phase of the detention prediction system of this embodiment. 本実施形態に係る抑留予兆の教師あり学習を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating supervised learning of a detention sign according to the present embodiment. 比較実験1、2の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of comparative experiments 1 and 2. 左図は、時刻tのビット深度に基づいて設定された相対深度に対するフック荷重の値を示す散布図である。実際には、左図はカラー画像であって、時刻tの直近データが赤、直近データより前の履歴データが緑で表示されている。右図は、時刻tの直近データに基づいて生成された第1の2Dヒストグラムと、履歴データに基づいて生成された第2の2Dヒストグラムを重畳した重畳2Dヒストグラムを示している。実際には、右図はカラー画像であって、第1の2DヒストグラムのRBG値セットと第2の2DヒストグラムのRBG値セットは識別可能である。The left figure is a scatter plot showing hook load values for relative depths set based on bit depths at time t. In reality, the left figure is a color image, with the most recent data at time t displayed in red and historical data prior to the most recent data displayed in green. The right figure shows a superimposed 2D histogram in which a first 2D histogram generated based on the most recent data at time t is superimposed on a second 2D histogram generated based on historical data. In reality, the right figure is a color image, and the RGB value sets of the first 2D histogram and the RGB value sets of the second 2D histogram are distinguishable. 図5左図における履歴データを取り出して表示する図である。FIG. 6 is a diagram showing the history data in the left diagram of FIG. 5 . 図5左図における直近データを取り出して表示する図である。FIG. 6 is a diagram showing the most recent data in the left diagram of FIG. 5 . 左図は、直近データに基づいて生成された第1の2Dヒストグラムを表示し、中央図は、履歴データに基づいて生成された第2の2Dヒストグラムを表示し、右図は、第1の2Dヒストグラムを第2の2Dヒストグラムを重ねた重畳2Dヒストグラムを表示する。The left image shows a first 2D histogram generated based on the most recent data, the center image shows a second 2D histogram generated based on historical data, and the right image shows an overlaid 2D histogram in which the first 2D histogram is overlaid on the second 2D histogram. 掘削パラメタを深度領域に変換することによる散布図の生成、及び、散布データに基づく重畳2Dヒストグラムの生成を示すフローチャートである。13 is a flow chart illustrating the generation of scatter plots by converting drilling parameters to the depth domain and the generation of overlaid 2D histograms based on the scatter data. 本実施形態に係るCNNへの入力データ(重畳2Dヒストグラム)の生成方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing a method for generating input data (superimposed 2D histogram) to CNN according to the present embodiment. 本実施形態に係るCNNへの入力データ(重畳2Dヒストグラム)の生成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing generation of input data (superimposed 2D histogram) to the CNN according to the present embodiment. 入力データ(重畳2Dヒストグラム)を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating input data (superimposed 2D histogram). 3D-CNNモデルへの入力データの生成プロセスを示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the process of generating input data for a 3D-CNN model. 3D-CNNモデルへの5D入力テンソルの自由度/転置を示し、上側は(B, P, T, V, H)、下側は(B, T, P, V, H)を示す。The degrees of freedom/transposition of the 5D input tensors to the 3D-CNN model are shown, with the top showing (B, P, T, V, H) and the bottom showing (B, T, P, V, H). 検証データ(ケース3)を用いたリアルタイム抑留リスク予測を示す図である。FIG. 13 shows real-time detention risk prediction using validation data (Case 3). 学習データを用いたリアルタイム抑留リスク予測を示す図である。FIG. 13 illustrates real-time detention risk prediction using learning data. 入力データとGrad-CAMヒートマップを比較して示す図である。実際には、ヒートマップはカラー画像として表示される。A comparison of input data and the Grad-CAM heatmap is shown in Fig. 1. In practice, the heatmap is displayed as a color image.

[A]掘削技術の概要
[A-1]掘削システム
掘削システムは、複数本のドリルパイプを長さ方向に連結して構成されたドリルストリングと、ドリルストリングの下端に設けたビットと、ドリルストリングの上端に設けたトップドライブと、を備えている。掘削は、トップドライブによりドリルストリング及びビットを回転させて、地層を掘り進める作業であり、ドリルパイプを付け足しながら目標深度まで掘進する。また、坑内に掘削流体を循環させることで坑内圧と地層圧とのバランスをとり、坑内事故を防ぐようにしている。以下、掘削システムを構成する各要素について、より詳細に説明する。
[A] Overview of Drilling Technology [A-1] Drilling System The drilling system includes a drill string formed by connecting multiple drill pipes in the longitudinal direction, a bit provided at the lower end of the drill string, and a top drive provided at the upper end of the drill string. Drilling is the process of drilling the strata by rotating the drill string and the bit with the top drive, and drilling is performed to the target depth while adding drill pipes. In addition, drilling fluid is circulated in the well to balance the well pressure and the strata pressure, thereby preventing accidents in the well. Each element constituting the drilling system will be described in more detail below.

ドリルストリングは、複数本のドリルパイプを連結してなるドリルパイプ組立体であり、ドリスストリングの長さは数千メートルにも及び得る。ドリスストリングは中空であって、ドリルストリング内部を通って掘削泥水が供給可能となっている。ドリルストリングの下端にはBHA(Bottom Hole Assembly)と称する機構が配置されている。BHAは、複数のドリルカラー及び複数のスタビライザを接続して構成されている。BHAの構成は、意図する掘削オペレーションに適合するように変更され得る。BHAの下端には、ビットが固定されており、回転するビットによって岩盤層を突き貫くようになっている。 A drill string is a drill pipe assembly consisting of multiple drill pipes connected together, and the length of the drill string can reach several thousand meters. The drill string is hollow, allowing drilling mud to be supplied through the inside of the drill string. A mechanism called a Bottom Hole Assembly (BHA) is located at the bottom end of the drill string. The BHA is composed of multiple drill collars and multiple stabilizers connected together. The configuration of the BHA can be changed to suit the intended drilling operation. A bit is fixed to the bottom end of the BHA, and the rotating bit is used to penetrate the rock layer.

ビットは、トップドライブ、および/あるいは、マッドモータによって回転する。トップドライブは、地上ないし洋上に設けられ、ドリルストリング及びビットを回転させる装置である。マッドモータは、BHAの内部に設けられ、注入された泥水の流体動力によって作動する装置であり、ビットは、マッドモータを用いることでも回転可能となっている。マッドモータによって生成されるビットの回転速度は、泥水のフローレートに依存する。ビットを回転させるにあたり、トップドライブとマッドモータは別個に作動される場合も、あるいは同時に作動される場合もある。 The bit is rotated by a top drive and/or a mud motor. The top drive is a device located on land or offshore that rotates the drill string and bit. The mud motor is a device located inside the BHA that is powered by the fluid power of the injected mud, and the bit can also be rotated using the mud motor. The bit rotation speed generated by the mud motor depends on the flow rate of the mud. The top drive and mud motor may be operated separately or simultaneously to rotate the bit.

フックは、リフティングシステムないしホイストの要素であって、そこからトップドライブが懸下される。フックは、可動プーリであるトラベリングブロックの下端に設けられる。トラベリングブロックはドローワークスによって昇降可能となっている。 The hook is the element of the lifting system or hoist from which the top drive hangs. The hook is attached to the lower end of the traveling block, which is a movable pulley. The traveling block can be raised and lowered by the drawworks.

スタンドパイプは、マッドポンプとトップドライブを接続する要素である。マッドポンプは、スタンドパイプ及びドリルストリングを介して、掘削泥水を坑井に供給する。 The standpipe is the element that connects the mud pump to the top drive. The mud pump delivers drilling mud to the well through the standpipe and the drill string.

デリックは、掘削フロア上に立設された塔である。デリックの高さは、一度に坑内に挿入されるドリルパイプユニットの長さを決定する。デリックの高さは通常数十メートルであり、ドリルパイプユニットの長さは通常30~40メートルである。掘削フロアは人間の作業場であって、デリックの下方に位置している。 The derrick is a tower erected above the drilling floor. The height of the derrick determines the length of the drill pipe unit that is inserted into the mine at one time. The height of the derrick is usually several tens of meters, and the length of the drill pipe unit is usually 30-40 meters. The drilling floor is the human workspace and is located below the derrick.

掘削システムは、泥水循環システムを備えている。坑井の圧力制御は、安全な掘削のために必須であり、そのために、坑井に高圧で掘削泥水が注入される。掘削泥水は、スタンドパイプ及びドリルストリング内を流れ、ドリスストリングと坑壁間に形成されたアニュラスを通って地上に戻る。掘削泥水は所定の処理を施した後、循環して使用される。 The drilling system is equipped with a mud circulation system. Well pressure control is essential for safe drilling, so drilling mud is injected into the well at high pressure. The drilling mud flows through the standpipe and the drill string, and returns to the surface through the annulus formed between the drill string and the well wall. The drilling mud is circulated for reuse after undergoing the required treatment.

掘削システムの全体図については、例えば、特許文献1、あるいは、”Wang, N. et el.(2015). A multibody dynamics model of contact between the drillstring and the wellbore and the rock penetration process. Advances in Mechanical Engineer.”を参照することができる。なお、掘削システムに係る上記記載は陸上掘削についてものであるが、本発明の対象となる掘削データは海洋掘削データも含み、海洋掘削においては、海洋掘削リグやライザーが用いられることが当業者に理解される。掘削システムは当業者によく知られているので、さらなる詳細な説明は省略する。 For an overall view of the drilling system, for example, refer to Patent Document 1 or "Wang, N. et al. (2015). A multibody dynamics model of contact between the drillstring and the wellbore and the rock penetration process. Advances in Mechanical Engineer." Note that while the above description of the drilling system is about land drilling, the drilling data that is the subject of the present invention also includes offshore drilling data, and it will be understood by those skilled in the art that offshore drilling uses offshore drilling rigs and risers. Since drilling systems are well known to those skilled in the art, further detailed description will be omitted.

[A-2]掘削作業
掘削作業は、タスクに特有の複数のアクションからなる。典型的な作業としては、掘進(ビットを回転させて掘り進める作業)や揚降管(ドリルストリングの引き抜き作業、降下作業)がある。掘削作業の典型的なアクションを例示する。
[A-2] Drilling work Drilling work consists of multiple actions specific to the task. Typical actions include drilling (the work of rotating the bit to dig) and hoisting (the work of pulling out the drill string and lowering). The following are examples of typical actions in drilling work.

(a)Drilling
泥水をポンピングし、ドリルパイプを回転させながら、ビット深度を増大させる作業である。
(b)Sliding
ドリルパイプを回転させずに、坑内マッドモータによって、ビット深度を増大させる作業である。
(c)Reaming
坑内を安定させるため、泥水をポンピングし、ドリルパイプを回転させながら、ドリルパイプの昇降を繰り返す作業である。
(d)Tripping
坑内を安定させるため、ドリルパイプを回転させずに、ドリルパイプの昇降を繰り返す作業である。ビットは、ポンピングされた泥流体によって坑内マッドモータによって回転する。
(e)Survey
MWD (Measuring While Drilling)ツールを用いて、坑井の方向や傾きを測定する作業である。
(f)Circulation
計測されたサーベイデータを坑内から地表に搬送するために泥流体をポンピングする作業である。
(g)Connection/Disconnection
ドリルパイプの連結、取り外し作業である。
(h)RIH(Run-in-hole)
掘削によって獲得されている坑内のある深さまでドリルストリングを到達させるために、ドリルパイプを連結し、パイプを下降させる作業である。
(i)POOH(Pull-out-of-hole)
坑内のある深さからドリルストリングを引き抜くために、ドリルパイプを取り外し、パイプを上昇させる作業である。
(a) Drilling
This involves pumping mud and rotating the drill pipe to increase the bit depth.
(b)Sliding
This is the process of increasing the bit depth using an underground mud motor without rotating the drill pipe.
(c)Reaming
In order to stabilize the mine, mud is pumped in and the drill pipe is rotated while it is raised and lowered repeatedly.
(d)Tripping
In order to stabilize the inside of the well, the drill pipe is raised and lowered repeatedly without rotating. The bit is rotated by the mud motor inside the well by the pumped mud fluid.
(e) Survey
This is the process of measuring the direction and inclination of a wellbore using a Measuring While Drilling (MWD) tool.
(f) Circulation
This involves pumping mud fluid to transport measured survey data from underground to the surface.
(g) Connection/Disconnection
This involves connecting and disconnecting drill pipes.
(h) RIH (Run-in-hole)
This is the process of connecting the drill pipe and lowering the pipe to reach the drill string to a certain depth in the wellbore that has been achieved by drilling.
(i) POOH (Pull-out-of-hole)
The process of removing the drill pipe and raising it in order to withdraw the drill string from a certain depth inside the mine.

[A-3]掘削データ(掘削パラメタ)
掘削システムは、所定箇所において、複数のセンサや測定器を備えており、掘削作業中に表1に示すようなパラメタを計測し、坑内環境の状態の把握や予測のためにモニタリングする。これらのパラメタの値は時系列データとして取得され、データベースに格納される。なお、表1に示すパラメタは例示であって、掘削パラメタを限定するものではない。

Figure 0007489043000001
[A-3] Drilling data (drilling parameters)
The drilling system is equipped with a number of sensors and measuring instruments at predetermined locations, and measures parameters such as those shown in Table 1 during drilling operations and monitors them to understand and predict the state of the underground environment. The values of these parameters are acquired as time-series data and stored in a database. Note that the parameters shown in Table 1 are merely examples and do not limit the drilling parameters.
Figure 0007489043000001

(a)TD_trq
トップドライブにおいて測定された値であり、ドリスストリングないしドリルパイプの回転トルクを示す値である。TD_trqは、坑内状態の影響を強く受けるため、抑留の重要な指標の1つであると考えられる。
(b)TD_spd
トップドライブの速度、すなわち、ドリルビットの回転速度を示す値である。但し、TD_spd(ドリルビットの回転速度を示す値)と実際のトップドライブの回転速度は、坑内マッドモータが使用されている時には同等でない。TD_spdは、実際のトップドライブ速度と坑内マッドモータ速度との合計となる。
(c)Bitdepth
ビット深度は、掘削フロアからドリルストリングの下端までの長さを表す。坑井は必ずしも垂直であるとは限らないので、必ずしも坑井の鉛直距離とは限らない。
(d)Hookheight
フック高は、フックの鉛直方向の位置を表す。フックは、掘削フロアからデリックの上部まで可動であり、例えば、下限位置は0[m]、上限位置では40[m]である。
(e)Hookload
フック荷重は、フックに作用する質量を表す。フック荷重は、例えば、ドリルストリングと地層との摩擦のような坑内状態の影響を受けるので、抑留の重要な指標の1つであると考えられる。
(f)WOB
WOBは、Surface-WOBと称される推定値であり、Downhole-WOBとは区別される。Downhole-WOBは、坑内センサによって測定されるビットにかかる重量の測定値であり、Surface-WOBよりも信頼性が高いが、坑内から地表への信号送信等において、リアルタイム測定は困難である。
(g)MRetFlow
MRetFlowは泥水リターンのパーセンテージ値である。現場での器具に依存して、MRetFlowはリターンラインの泥水面レベルで測定されるか、あるいは、Gumboセパレータのバルブ開口から測定される。
(h)SPP_pressA, SPP_pressB
スタンドパイプ圧は、スタンドパイプのマニホールドで観測される泥水注入圧を示す値である。通常、冗長性のため複数のフローラインがあることから、同じタグネームにおいて、A,Bの2つの測定値がある。スタンドパイプ圧(泥水注入圧)は、抑留の重要な指標の1つであると考えられる。泥水注入圧は、フローラインブロッケージのような坑内状態に対するリアクションを示す。
(i)MPP_SPM1, MPP_SPM2, MPP_SPM3
MPP_SPMは、各泥水タンクで観測されるマッドポンプのストロークの頻度である。通常、冗長性のための2~3個の泥水タンクを備えており、同じタグネームにおいて複数の変数が存在する。
(j)FlowIn
FlowInは、MPP_SPMと対応するタンク容積との積和である推定値である。
(a)TD_trq
This is a value measured at the top drive and indicates the rotational torque of the drill string or drill pipe. TD_trq is strongly affected by the underground conditions, so it is considered to be one of the important indicators of detention.
(b)TD_spd
This is the top drive speed, i.e. the rotational speed of the drill bit. However, TD_spd (the rotational speed of the drill bit) and the actual top drive rotational speed are not equal when a downhole mud motor is used. TD_spd is the sum of the actual top drive speed and the downhole mud motor speed.
(c)Bitdepth
Depth to bit refers to the length from the well floor to the bottom of the drill string, not necessarily the vertical distance in the well, since wells are not always vertical.
(d) Hook height
The hook height represents the vertical position of the hook. The hook can move from the drilling floor to the top of the derrick, for example, the lower limit position is 0 [m] and the upper limit position is 40 [m].
(e) Hookload
The hook load represents the mass acting on the hook and is considered one of the important indicators of containment since it is affected by downhole conditions such as, for example, friction between the drill string and the formation.
(f) WOB
WOB is an estimate called Surface-WOB, which is distinct from Downhole-WOB, which is a measurement of the weight on the bit measured by an underground sensor and is more reliable than Surface-WOB, but it is difficult to measure in real time due to the need to transmit signals from the well to the surface.
(g)MRetFlow
MRetFlow is the percentage of mud return. Depending on the field instrument, MRetFlow is measured at the mud level in the return line or from the valve opening of the Gumbo separator.
(h) SPP_pressA, SPP_pressB
Standpipe pressure is a value that indicates the mud injection pressure observed at the standpipe manifold. Usually, there are two measurements, A and B, for the same tag name because there are multiple flowlines for redundancy. Standpipe pressure is considered one of the important indicators of containment. Mud injection pressure indicates reaction to downhole conditions such as flowline blockage.
(i) MPP_SPM1, MPP_SPM2, MPP_SPM3
MPP_SPM is the frequency of mud pump strokes observed in each mud tank. Typically, there are two or three mud tanks for redundancy, so there are multiple variables with the same tag name.
(j)FlowIn
FlowIn is an estimate that is the sum of products of MPP_SPM and the corresponding tank volume.

[A-3]抑留
抑留は、ドリルストリングが坑内で押さえつけられ、回転および/あるいは引き抜きが出来なくなる事象である。抑留メカニズム及び抑留の原因を表2に示す。

Figure 0007489043000002
表2では、抑留のメカニズムを、パックオフ/ブリッジ、差圧抑留、幾何抑留(坑井の幾何学的要因による抑留)に分類しているが、抑留の原因には様々なものが考えられ、この分類は1つの態様を示すに過ぎないものである。 [A-3] DetentionDetention is an event in which the drill string is pressed down inside the well and cannot be rotated and/or pulled out. The detention mechanism and causes of detention are shown in Table 2.
Figure 0007489043000002
In Table 2, the mechanisms of detention are classified into pack-off/bridging, differential pressure detention, and geometric detention (detention due to geometric factors of the wellbore), however, there are various possible causes of detention, and this classification represents only one aspect.

パックオフ/ブリッジは、坑壁崩落によって、ドリスストリングと坑壁間に形成されたアニュラスを閉塞したりすることで生じる。予兆の一例としては、泥水注入圧上昇として現れる場合がある。 Pack-off/bridging occurs when a well wall collapses, blocking the annulus formed between the well string and the well wall. One early sign of this is an increase in mud injection pressure.

差圧抑留は、坑内と地層の浸透率との間の圧力が大きくなって平衡が失われた時に、発生し得る。ドリルストリングが泥壁に接触した状態が継続すると、差圧抑留が生じ得る。急な坑壁崩落等に比べて、差圧抑留は、緩やかに発生するため、予兆の例示としては、回転トルク緩やかな上昇、フック荷重の緩やかな上昇(揚管時)に現れる場合がある。 Differential pressure arrest can occur when the pressure between the wellbore and the permeability of the formation increases and balance is lost. If the drill string continues to be in contact with the mud wall, differential pressure arrest can occur. Compared to a sudden collapse of the wellbore, differential pressure arrest occurs gradually, so examples of signs that may appear include a gradual increase in the rotational torque and a gradual increase in the hook load (when lifting the pipe).

坑井の幾何学的形状による抑留は、坑井の方向の変化等によって生じ得る。典型的な要因の1つとして、キーシート(key seat)が挙げられる。坑井が急に曲がっている部分(例えば、ドッグレッグ)では、掘進中あるいは揚管中にドリルストリングが坑壁を削り取り、坑内の断面形状が鍵穴形状に似ていることからキーシートと称される。幾何抑留の予兆の一例としては、揚管時急激なフック荷重上昇として現れ得る。 Retention due to the geometry of the wellbore can occur due to a change in the direction of the wellbore, etc. One typical cause is a key seat. In a section of the wellbore where there is a sudden bend (for example, a dogleg), the drill string scrapes the wellbore wall during drilling or lifting, and the cross-sectional shape of the wellbore resembles a keyhole, hence the name key seat. One example of a sign of geometric retention is a sudden increase in hook load during lifting.

抑留の予兆として、3つの指標(ドラッグ、トルク、泥水圧)が知られている。ドラッグは、ドリルストリングが坑内で昇降する際に生成される軸方向の摩擦力であり、重要な指標である。坑内状態が悪化するとドラッグが上昇して、ドリルストリングの抑留リスクが高くなる。ドラッグは、RIH(Run-in-hole)動作とPOOH(Pull-out-of-hole)動作の間のフック荷重の値を比較することで観測し得る。高いドラッグは、坑内との大きな接触を表し、抑留の主要な指標となり得る。トルクは、ドリスストリングが回転する時に生成される接線方向の摩擦力である。過度のトルクは、ドラッグと同様に、坑内との大きな接触を示す。泥水圧は、掘削泥水の注入圧である。過度の泥水圧は、泥水ラインのブロッケージを示唆し、この場合、パックオフ/ブリッジが発生しているか、発生しつつある可能性がある。 Three indicators are known to predict impoundment: drag, torque, and mud pressure. Drag is the axial frictional force generated as the drill string moves up and down the wellbore and is a key indicator. Deteriorating wellbore conditions will increase drag and increase the risk of drill string impoundment. Drag can be observed by comparing the hook load values between run-in-hole (RIH) and pull-out-of-hole (POOH) operations. High drag indicates significant downhole contact and can be a key indicator of impoundment. Torque is the tangential frictional force generated as the drill string rotates. Excessive torque, like drag, indicates significant downhole contact. Mud pressure is the injection pressure of the drilling mud. Excessive mud pressure indicates mud line blockage, where pack-off/bridging may have occurred or is occurring.

抑留予兆は複雑で、予兆の現れ方や現れるタイミングは抑留メカニズムや掘削作業によって異なる。抑留予兆を量的に決めることは難しく、また、予兆の存在は、抑留が発生した後に確認されるものである点に留意されたい。また、予兆が観測されない場合もあり得る(急な坑壁崩落によるパックオフ等)ことに留意されたい。 Indications of detention are complex, and the way and timing of their appearance vary depending on the detention mechanism and excavation work. It is difficult to quantify detention indications, and it should be noted that the presence of indications is confirmed after detention has occurred. It should also be noted that there may be cases where indications are not observed (e.g. packing off due to sudden collapse of the mine wall).

[B]実掘削データを活用した抑留予測(抑留予兆検知)
[B-1]全体構成
本実施形態に係る抑留予測システムは、1つあるいは複数のコンピュータから構成されたコンピュータシステムである。図1に示すように、コンピュータは、掘削システムからの掘削データが入力される入力と、掘削データや加工データを含む各種データ、及び、コンピュータを動作させるプログラムが記憶されるメモリと、各種の演算や制御を行うプロセッサと、演算結果を含む各種データを提供する出力と、を備えている。掘削システムにおいて、各センサや測定器によって、各掘削パラメタが測定され、有線又は無線でコンピュータシステムに送信される。掘削システムから得られた掘削データは、コンピュータのメモリに記憶され、所定のプログラムに従って、プロセッサで所定の計算が実行されて、抑留予兆検知が実行され、抑留リスクを代表する抑留予兆確率が提供される。掘削データは、典型的には掘削パラメタの値の時系列データである。本明細書において、時系列データには、時系列データに基づいて算出された時刻情報を含んだ2次データ(例えば、時刻情報を含んだ深度ベースデータ)も含まれる。1つの態様では、コンピュータのメモリには、抑留予兆確率及び所定のアラーム生成条件(閾値や確率値の継続時間等)に基づいてアラームを生成するプログラムが格納されており、アラーム生成プログラムに従って、プロセッサで所定の計算が実行されて、アラーム生成条件を満たす場合に、アラームを生成する。この場合、抑留リスクがアラームの形式として提供される。測定データや演算結果を含む各種データは、モニタリングのため、適宜、ディスプレイに表示され得る。コンピュータシステムが配置される位置は限定されず、掘削現場に配置してもよく、あるいは、掘削現場から離隔した管理ステーションに配置してもよい。コンピュータシステムはクラウドベースでもよい。
[B] Detention prediction using actual excavation data (detection of detention signs)
[B-1] Overall Configuration The detention prediction system according to this embodiment is a computer system composed of one or more computers. As shown in FIG. 1, the computer includes an input for inputting drilling data from a drilling system, a memory for storing various data including drilling data and processing data, and a program for operating the computer, a processor for performing various calculations and control, and an output for providing various data including the calculation results. In the drilling system, each drilling parameter is measured by each sensor or measuring device and transmitted to the computer system by wire or wirelessly. The drilling data obtained from the drilling system is stored in the computer memory, and a predetermined calculation is performed in the processor according to a predetermined program, detention sign detection is performed, and a detention sign probability representative of the detention risk is provided. The drilling data is typically time series data of the values of the drilling parameters. In this specification, the time series data also includes secondary data including time information calculated based on the time series data (for example, depth-based data including time information). In one aspect, a program for generating an alarm based on the probability of a detention sign and a predetermined alarm generation condition (such as a threshold value or duration of the probability value) is stored in the memory of the computer, and a predetermined calculation is performed in the processor according to the alarm generation program, and an alarm is generated when the alarm generation condition is satisfied. In this case, the detention risk is provided in the form of an alarm. Various data including the measurement data and the calculation results may be displayed on a display as appropriate for monitoring. The location where the computer system is placed is not limited, and may be placed at the drilling site or in a management station remote from the drilling site. The computer system may be cloud-based.

図2に示すように、本実施形態に係る抑留予測システムは、掘削データを用いた学習済みモデルの生成と、掘削データを学習済みモデルに入力することによる抑留リスクの出力と、を含む。抑留予測システムの抑留予測モデルは、データ駆動型予測モデルであり、掘削中に当該モデルに計測データがリアルタイムで入力され、抑留リスクをリアルタイムで提供する。後述するように、本実施形態では、学習済みモデルの生成、及び、抑留リスクの出力のために、データ駆動型予測モデルに入力される入力データの特徴エンジニアリングが実行される。 As shown in FIG. 2, the detention prediction system according to this embodiment includes generating a trained model using excavation data, and outputting the detention risk by inputting the excavation data into the trained model. The detention prediction model of the detention prediction system is a data-driven prediction model, and measurement data is input into the model in real time during excavation to provide the detention risk in real time. As described below, in this embodiment, feature engineering is performed on the input data input into the data-driven prediction model to generate the trained model and output the detention risk.

図3に、本実施形態に係る教師あり学習の概念図を示す。本実施形態に係る抑留予測システムは、抑留予兆検知システムである。抑留直前に予兆が現れると仮定し、抑留直前の信号のパターンを学習する。抑留直前(例えば直前6分間)に得られたデータをラベル1(positive)、それ以前のデータをラベル0(negative)と分類し、正解ラベルを2値で学習させる。抑留発生後のデータは無視する。抑留予兆検知モデルは、2値にラベル化されたデータで学習され、学習済みモデルは、未知の入力に対して抑留の予兆確率、すなわち、抑留リスクを提供する。 Figure 3 shows a conceptual diagram of supervised learning according to this embodiment. The detention prediction system according to this embodiment is a detention sign detection system. Assuming that signs appear just before detention, the system learns the signal pattern just before detention. Data obtained just before detention (for example, the last 6 minutes) is classified as label 1 (positive), and data obtained before that is label 0 (negative), and the correct label is learned as a binary value. Data obtained after detention occurs is ignored. The detention sign detection model is trained with binary labeled data, and the trained model provides the detention sign probability, i.e., detention risk, for an unknown input.

[B-2]データ収集
複数の企業から提供されたフォーマットが統一された実際の掘削データを用いる。

Figure 0007489043000003
掘削データの形式は19変数の時系列データであり(表1参照)、センサから直接得られたもの(一次データ)、およびそれらから計算された二次データの両方が含まれる。上記時系列データとともに、各抑留ケースの開始時刻・終了時刻の情報が与えられている。抑留時刻は、掘削日報のフォーマットに基づき15分精度で与えられた。 [B-2] Data Collection: Actual drilling data in a unified format provided by multiple companies will be used.
Figure 0007489043000003
The drilling data is in the form of 19 variables of time series data (see Table 1), including both data obtained directly from the sensors (primary data) and secondary data calculated from them. Along with the time series data, the start and end times of each detention case are given. Detention times are given with 15-minute accuracy based on the format of the daily drilling report.

データ前処理として、データクレンジングを行った。データのサンプリング間隔は4秒で統一した。また、15分精度の時刻情報では、数分間に現れる抑留予兆を学習することはできないと考え、ラベル精度向上のため、個々の抑留ケースにつき時系列を解析し、4秒精度で抑留時刻を特定した。前処理後の掘削データは、コンピュータのメモリに格納される。 Data cleansing was performed as data preprocessing. The data sampling interval was standardized to 4 seconds. In addition, since it was thought that it would be impossible to learn the signs of detention that appear within a few minutes with time information with an accuracy of 15 minutes, in order to improve the accuracy of the labels, the time series of each detention case was analyzed and the detention time was identified with an accuracy of 4 seconds. After preprocessing, the excavation data was stored in the computer's memory.

[B-3]実験1(時間領域データを用いた比較実験1)
抑留予兆が、抑留直前の時系列に特徴的に現れているとする仮説を立てて、抑留予測を行った。前処理後のデータを、1時間毎の13変数時系列に分割し、入力データとして保存した。抑留予測において、抑留の予兆は異常であると定義する。抑留直前6分間に得られた入力データを異常とみなしてラベル1(positive)と分類し、それ以前の入力データを正常とみなしてラベル0(negative)と分類した。入力データは固定されたサイズである必要があり、生信号は、入力データのサイズTcを決定することで、処理されて複数の入力データに分割される。実験では、入力データのサイズTcは1時間であり、サンプリング間隔4秒なので、入力データは900データからなる。得られた入力データは、正常あるいは異常に分類される。
[B-3] Experiment 1 (Comparative experiment 1 using time domain data)
Detention prediction was performed based on the hypothesis that signs of detention are characteristically present in the time series immediately prior to detention. The preprocessed data was divided into 13-variable time series for each hour and saved as input data. In detention prediction, signs of detention are defined as abnormal. The input data obtained in the 6 minutes immediately prior to detention was considered abnormal and classified as label 1 (positive), and the input data obtained before that was considered normal and classified as label 0 (negative). The input data must be of a fixed size, and the raw signal is processed and divided into multiple input data by determining the size Tc of the input data. In the experiment, the size Tc of the input data was 1 hour, and the sampling interval was 4 seconds, so the input data consisted of 900 data. The obtained input data was classified as normal or abnormal.

この予兆の範囲を決定するために、抑留発生時刻直前の所定長の時間領域をTr領域とする。実験では、Trを6分間とする。抑留前の入力データでTr領域と重複しない入力データをラベル0(negative)に分類し、抑留前の入力データでTr領域と重複する入力データをラベル1(positive)と分類する(図4左図参照)。抑留発生後のデータは無視する。 To determine the range of this precursor, the time region of a certain length immediately before the time of detention is defined as the Tr region. In the experiment, Tr is set to 6 minutes. Input data before detention that does not overlap with the Tr region is classified as label 0 (negative), and input data before detention that overlaps with the Tr region is classified as label 1 (positive) (see the left diagram in Figure 4). Data after detention occurs is ignored.

多変数1次元データのパターン認識になるので、時間領域の入力データを用いて、1D-CNNモデルを使用し学習・検証を行った(図4右図)。時間領域の入力データを用いた1D-CNNモデルにおいて、抑留予兆の検知で十分な性能が出なかった。モデルが抑留予兆を識別する際、時間領域の入力データを用いる手法だと参照できるデータが時間的に限定される。1時間の入力データであれば、1時間より前の情報を参照できない。このことは、時間領域の入力データを用いた1D-CNNモデルの限界でもある。 Since this involves pattern recognition of multivariate one-dimensional data, a 1D-CNN model was used for learning and verification using time-domain input data (Figure 4, right). The 1D-CNN model using time-domain input data did not perform sufficiently well in detecting signs of detention. When the model identifies signs of detention, the data that can be referenced is limited in time when using a method that uses time-domain input data. If the input data is for one hour, information from more than one hour prior cannot be referenced. This is also a limitation of the 1D-CNN model that uses time-domain input data.

[B-4]実験2(周波数領域データを用いた比較実験2)
抑留予兆が周波数領域に現れると仮説を立て抑留予測を行った。比較実験1における時系列データをパワースペクトルに変換して学習を行った。時系列データから平均を引いて定数を削除して得られた時系列データにFFTを適用し、ナイキスト周波数(0.125Hz)を超える高周波成分をカットオフした。データセットの平均と標準偏差を計算して、zスコア標準化を行って入力データとした(図4右図参照)。結果を表6に示す。6ケース中1ケースにおいてのみ抑留予兆を検知できた。
[B-4] Experiment 2 (Comparative experiment 2 using frequency domain data)
We hypothesized that signs of detention appear in the frequency domain and performed detention prediction. The time series data from comparative experiment 1 was converted to a power spectrum for learning. FFT was applied to the time series data obtained by subtracting the mean from the time series data and deleting the constants, and high frequency components above the Nyquist frequency (0.125 Hz) were cut off. The mean and standard deviation of the data set were calculated, and z-score standardization was performed to create the input data (see the right diagram in Figure 4). The results are shown in Table 6. Signs of detention were detected in only one of the six cases.

データ駆動型手法においては、計測データが異常時・正常時に示すパラメタの関係性やパターンといった特徴量を抽出することが重要である。比較実験1、2の結果に示すように、一般的な時間領域や周波数領域をベースとした異常検知手法では異常時の特徴をうまく掴めない。また効率的に学習するためには、入力可能な計測データの長さは有限であり、限られたデータ量において効率的に特徴を抽出する必要がある。すなわち、掘削データを機械学習にどのような特徴量として組み込むかという特徴量エンジニアリングが重要である。 In data-driven methods, it is important to extract features such as parameter relationships and patterns that measurement data shows when it is normal and when it is abnormal. As shown in the results of comparative experiments 1 and 2, general anomaly detection methods based on the time domain or frequency domain are unable to effectively grasp abnormal features. Furthermore, for efficient learning, the length of measurement data that can be input is finite, and it is necessary to efficiently extract features from a limited amount of data. In other words, feature engineering is important in determining what features to incorporate from drilling data into machine learning.

[B-5]深度領域アプローチの概念
掘削エンジニアの観点では、現在の各計測値を、同一坑井で得られた過去の同深度における値と比較することにより抑留予兆を確認する。比較実験で採用した「1時間」は参照できる時間として十分ではないと考えられる。掘削エンジニアの知見に基づいた特徴量エンジニアリングにおいて、深度情報に注目した。掘削作業においてはビット交換等で同じ深度を何度も通過する。これにより深度ごとに計測された値の履歴が蓄積されるため、現在の値を同一坑井の近傍深度における履歴と対比することで異常が見えることがある。深度領域というコンセプトを導入することで、同一坑井で得られる長期間の情報を効率的に圧縮する方法を検討した。
[B-5] Concept of Depth Region Approach From the perspective of drilling engineers, signs of detention are confirmed by comparing each current measurement value with past values at the same depth obtained in the same well. The "one hour" used in the comparison experiment is considered to be insufficient as a reference time. In feature engineering based on the knowledge of drilling engineers, we focused on depth information. In drilling work, the same depth is passed many times due to bit replacement, etc. This accumulates the history of values measured at each depth, so anomalies can be seen by comparing the current value with the history at nearby depths in the same well. By introducing the concept of depth region, we considered a method to efficiently compress long-term information obtained in the same well.

掘削エンジニアは、よく、掘削パラメタの値を、類似の深さで取得されて記録されたデータと比較して分析する。例えば、RIHにおいて、フック荷重が同じ深さの過去に記録されたフック荷重よりも小さい場合には、掘削エンジニアはフリクションドラッグにおける増大を検知し、このことは、坑内状態の悪化を示唆する。また、掘削エンジニアは、掘進作業時のビットの回転トルクにも着目する。同じ深さデータの記録が利用できない場合であっても、深さ方向におけるトルク挙動の急激な変化は、坑内環境が変化したことを示唆する。 Drilling engineers often analyze drilling parameter values by comparing them with recorded data obtained at similar depths. For example, in a RIH, if the hook load is smaller than previously recorded hook loads at the same depth, the drilling engineer may detect an increase in friction drag, which may indicate a worsening of downhole conditions. Drilling engineers may also look at the torque at the bit during drilling operations. Even if the same depth data records are not available, a sudden change in torque behavior with depth may indicate a change in the downhole environment.

[B-6]深度領域における掘削パラメタの散布データ(相対深度と掘削パラメタの散布図)
掘削データの深度領域における表現方法について、図9に基づいて説明する。掘削時に、複数の掘削パラメタの時系列データを含む掘削データをリアルタイムで取得してコンピュータのメモリに格納する。複数の掘削パラメタは、ビット深度と、ビット深度以外の複数のパラメタ(例えば、ドリルストリングの回転トルク、フック荷重、ビット回転数、泥水注入圧等)を含む(表1参照)。
[B-6] Scattering data of drilling parameters in the depth range (scattering diagram of relative depth and drilling parameters)
A method of expressing drilling data in the depth domain will be described with reference to Fig. 9. During drilling, drilling data including time series data of multiple drilling parameters is acquired in real time and stored in a computer memory. The multiple drilling parameters include bit depth and multiple parameters other than bit depth (e.g., rotation torque of the drill string, hook load, bit rotation speed, mud injection pressure, etc.) (see Table 1).

引き続き、図9を参照すると、現時点のビット深度の値に対して設定した相対深度を第1軸とし、前記相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタXの値を第2軸として、現時点以前の時系列データを用いて、相対深度と掘削パラメタXの散布データを取得する。第1軸の相対深度の範囲は、現時点(t)のビット深度の値D(t)を基準として設定される。各相対深度(第1軸)の値に対応する、掘削パラメタX(第2軸)の値は、時系列データから取得される。散布データは、深度領域において整理されたパラメタXのデータである。 Continuing to refer to FIG. 9, the relative depth set for the current bit depth value is set as the first axis, and the value of one drilling parameter X corresponding to the relative depth is set as the second axis, and the scattered data of the relative depth and drilling parameter X is obtained using time series data before the current time. The range of the relative depth of the first axis is set based on the bit depth value D(t) at the current time (t). The value of the drilling parameter X (second axis) corresponding to each relative depth (first axis) value is obtained from the time series data. The scattered data is the data of the parameter X organized in the depth domain.

散布データは、現時点の直近の第1長の第1散布データと、第1散布データより前の第2長の第2散布データと、に分けられる。第1長は例えば2時間であり、第1散布データは、現時点tの直近データである。第2長は例えば7日間(第1長を除く)であり、現時点tの直近データより前の履歴データである。第1散布データと第2散布データは、識別可能なRBG値を持ち、1つの散布図に表示される。 The scatter data is divided into the first scatter data of the first length closest to the current time, and the second scatter data of the second length prior to the first scatter data. The first length is, for example, 2 hours, and the first scatter data is the most recent data at the current time t. The second length is, for example, 7 days (excluding the first length), and is the historical data prior to the most recent data at the current time t. The first scatter data and the second scatter data have distinguishable RBG values and are displayed on one scatter plot.

縦軸を「ビット深度」、横軸を「他の1つの掘削パラメタ」として、散布図を描くと、時刻歴情報を失う代わりに、深度ごとに各掘削パラメタの値が整理される。この時、深度については絶対値ではなく、現在のビット深度に対する相対深度とする。例えば、ビット深度(縦軸)のレンジは、現在のビット深度-α[m]~現在のビット深度+β[m]として定義される。相対深度に対応する「他の1つの掘削パラメタ」の値は、メモリに記憶された履歴データから取得することができる。散布図において、時間情報は失われるが、過去のデータと直近のデータを色分けして表示することで、現在のデータと過去のデータを比較することができる。 When a scatter plot is drawn with "bit depth" on the vertical axis and "another drilling parameter" on the horizontal axis, the values of each drilling parameter are organized by depth, but time history information is lost. In this case, the depth is not an absolute value, but a relative depth to the current bit depth. For example, the range of bit depth (vertical axis) is defined as current bit depth - α [m] to current bit depth + β [m]. The value of "another drilling parameter" corresponding to the relative depth can be obtained from historical data stored in memory. In a scatter plot, time information is lost, but by displaying past data and most recent data in different colors, it is possible to compare current data with past data.

深度領域のフック荷重を示す散布データを図5左図に例示する。図5左図は、直近1日と過去1週間のフック荷重のデータ(深度領域)を比較して示す図である。縦軸(ビット深度)のレンジは、4000[m]~5000[m]であり、横軸(フック荷重)のレンジは100[ton]~300[ton]である。図5左図に示す散布図はカラー画像(RBG画像)であり、実際には、抑留の発生の直近1日のフック荷重データ(赤)と、1週間以内のフック荷重データ(緑)とが、色によって識別可能に表示されている点に留意されたい(特許図面として用い得る画像に制限があり、カラー画像を用いることができない)。説明の便宜上、図5左図における1週間以内のフック荷重データと、抑留の発生の直近1日のフック荷重データと、をそれぞれ図6、図7に分けて示す。図5左図、図6、図7において、4600[m]付近の水平線は抑留発生深度を示している。本明細書では、現在の時刻の直近のデータを「シグナル」、直近データより前の履歴データを「ヒストリ」と称する。シグナルは、現在データを代表しており、ヒストリは、過去データを代表している。 Scatter data showing hook loads in the depth region is illustrated in the left figure of Figure 5. The left figure of Figure 5 shows a comparison of hook load data (depth region) for the most recent day and the past week. The range of the vertical axis (bit depth) is 4000 [m] to 5000 [m], and the range of the horizontal axis (hook load) is 100 [ton] to 300 [ton]. Please note that the scatter plot shown in the left figure of Figure 5 is a color image (RBG image), and in reality, the hook load data for the most recent day before the occurrence of detention (red) and the hook load data for the past week (green) are displayed in a distinguishable manner by color (there are restrictions on the images that can be used as patent drawings, and color images cannot be used). For convenience of explanation, the hook load data for the past week in the left figure of Figure 5 and the hook load data for the most recent day before the occurrence of detention are shown separately in Figures 6 and 7, respectively. In the left figures of Figures 5, 6, and 7, the horizontal line near 4600 [m] indicates the detention occurrence depth. In this specification, the most recent data at the current time is called the "signal," and the historical data prior to the most recent data is called the "history." The signal represents the current data, and the history represents the past data.

散布図においてシグナルとヒストリを色分けして表示することで、過去と現在の深度領域の掘削パラメタの値を重ねて比較可能となり、掘削エンジニアの知見に基づいた特徴抽出が可能となる。図5左図(図6+図7)において、シグナルがヒストリの左端に現れていることが観察される。シグナルは、図5左図における縦長矩形内で散布している。このことは、現在のフック荷重が同じ深さでの過去の記録データに比べて比較的小さいことを意味している。また、ヒストリは、抑留深さ近傍で水平状に拡がっている。掘削日報によると、抑留は、RIH作業中に4600 [m]近傍で発生した。RIH作業中の比較的小さいフック荷重が抑留予兆の一般的なパターンであると考えられる。坑内状況が悪化すると、ドリスストリングと坑井との間の摩擦が増大すると考えられるからである。また、4600 [m]近傍の散布データの水平状の拡がりは、過去数日において坑内状況が既に悪化していたことを示している。実際の深度データを見ることで、深度データは、抑留予兆の有意義な特徴を抽出していることが示される。このような深度領域における掘削パラメタの散布図は、リアルタイムでディスプレイに表示することで、掘削時の坑内状況の把握に用いることができる。 By displaying the signal and history in different colors in the scatter plot, the values of drilling parameters in the past and present depth regions can be overlaid and compared, and features can be extracted based on the knowledge of the drilling engineer. In the left figure of Figure 5 (Figures 6 + 7), it can be observed that the signal appears at the left end of the history. The signal is scattered within a vertical rectangle in the left figure of Figure 5. This means that the current hook load is relatively small compared to the past recorded data at the same depth. In addition, the history spreads horizontally near the detention depth. According to the drilling daily report, the detention occurred near 4600 [m] during RIH operation. A relatively small hook load during RIH operation is considered to be a general pattern of detention precursor. This is because it is thought that friction between the drilling string and the wellbore increases when the underground conditions deteriorate. In addition, the horizontal spread of the scattered data near 4600 [m] indicates that the underground conditions had already deteriorated in the past few days. Looking at the actual depth data, it is shown that the depth data extracts meaningful features that indicate impoundment. By displaying a scatter plot of drilling parameters in such a depth range on a display in real time, it can be used to understand the underground conditions during drilling.

[B-7]相対深度と掘削パラメタの2Dヒストグラム
図9のフローチャートの後半に示すように、ビット深度と各掘削パラメタの散布図に対し、縦軸・横軸のビン数を設定することで2Dヒストグラム(いわば、深度領域2Dヒストグラム)を作成可能である。2Dヒストグラムを、図5右図、図8、図11~図13に示す。これらの2Dヒストグラムは、実際にはカラー画像(RBG画像)である点に留意されたい。図10を参照しつつ、本実施形態に係る深度領域の2Dヒストグラムの作成ステップについて説明する。本実施形態では、掘削エンジニアが注目するパラメタであるビット回転数、ドリルパイプの回転トルク、ビット深度、フック荷重、泥水注入圧の値を用いて、深度領域の2Dヒストグラムを作成する。すなわち、深度領域におけるビット回転数の2Dヒストグラム、深度領域における回転トルクの2Dヒストグラム、深度領域におけるフック荷重の2Dヒストグラム、深度領域における泥水注入圧の2Dヒストグラムを作成する。
[B-7] 2D histogram of relative depth and drilling parameters As shown in the latter half of the flowchart in FIG. 9, a 2D histogram (so to speak, a depth region 2D histogram) can be created by setting the number of bins on the vertical and horizontal axes for the scatter diagram of bit depth and each drilling parameter. 2D histograms are shown in the right diagram of FIG. 5, FIG. 8, and FIG. 11 to FIG. 13. Please note that these 2D histograms are actually color images (RBG images). With reference to FIG. 10, the creation step of the depth region 2D histogram according to this embodiment will be described. In this embodiment, the 2D histogram of the depth region is created using the values of the bit rotation speed, the rotation torque of the drill pipe, the bit depth, the hook load, and the mud injection pressure, which are parameters of interest to drilling engineers. That is, a 2D histogram of the bit rotation speed in the depth region, a 2D histogram of the rotation torque in the depth region, a 2D histogram of the hook load in the depth region, and a 2D histogram of the mud injection pressure in the depth region are created.

時点(t)直近の掘削データ(直近データ)を用いて、第1軸(縦軸):ある時点(t)の深度(Dt)に対する相対深度(ビット深度から取得)、第2軸(横軸):ビット回転数、回転トルク、フック荷重、泥水注入圧、から選択した1つのデータ、として、第1の散布データを取得する。縦軸・横軸のビン数を設定することで、第1の散布データを2Dヒストグラムへ変換して第1の2Dヒストグラム(第1のRBG値セットを備える)を作成する。 Using the drilling data (most recent data) immediately prior to time (t), first scatter data is obtained with the first axis (vertical axis): relative depth (obtained from bit depth) for the depth (Dt) at a certain time (t), and the second axis (horizontal axis): one piece of data selected from bit rotation speed, rotation torque, hook load, and mud injection pressure. By setting the number of bins on the vertical and horizontal axes, the first scatter data is converted into a 2D histogram to create a first 2D histogram (having a first RBG value set).

直近データより前の掘削データ(履歴データ)を用いて、第1軸(縦軸):ある時点(t)の深度(Dt)に対する相対深度(ビット深度から取得)、第2軸(横軸):ビット回転数、回転トルク、フック荷重、泥水注入圧、から選択した1つのデータ、として、第2の散布データを取得する。縦軸・横軸のビン数を設定することで、第2の散布データを2Dヒストグラムへ変換して第2の2Dヒストグラム(第2のRBG値セットを備える)を作成する。第1のRBG値セットと第2のRBG値セットは識別可能である。 The second scatter data is obtained using drilling data (historical data) from before the most recent data, with the first axis (vertical axis) being the relative depth (obtained from the bit depth) for the depth (Dt) at a certain point in time (t), and the second axis (horizontal axis) being one data selected from bit rotation speed, rotation torque, hook load, and mud injection pressure. By setting the number of bins on the vertical and horizontal axes, the second scatter data is converted into a 2D histogram to create a second 2D histogram (having a second RBG value set). The first RBG value set and the second RBG value set are distinguishable.

第1の2Dヒストグラム(第1のRBG値セットを備える)と、第2の2Dヒストグラム(第2のRBG値セットを備える)と、を重ねて、重畳2Dヒストグラムを作成する(図8右図、図11、図13)。深度領域で整理された掘削パラメタの値は、縦軸のビン (V)と横軸のビン (H)の数を設定することで、2Dヒストグラムに変換される。 シグナルとヒストリの両方について2Dヒストグラムを生成し、これらを新しい軸に沿って重ねることで、深度領域データは、3Dテンソル(重畳2Dヒストグラム)に変換される(図8参照)。テンソルの全ての要素にlog(1+x)を適用することで、低頻度のビンを強調し、高頻度のビンを抑制(抑圧)している。重畳2Dヒストグラムは、画像データと同様に、CNNで処理することができ、CNNモデルへの入力データとして用いられる(図11~図13参照)。本明細書において、CNNモデルへの入力データをクリップ(clip)と称する場合がある点に留意されたい。 The first 2D histogram (with the first set of RBG values) and the second 2D histogram (with the second set of RBG values) are overlaid to create a superimposed 2D histogram (Fig. 8 right, Fig. 11, Fig. 13). The drilling parameter values organized in the depth domain are converted to a 2D histogram by setting the number of bins (V) on the vertical axis and the number of bins (H) on the horizontal axis. The depth domain data is converted to a 3D tensor (superimposed 2D histogram) by generating 2D histograms for both the signal and the history and overlaying them along the new axis (see Fig. 8). Low frequency bins are emphasized and high frequency bins are suppressed (suppressed) by applying log(1+x) to all elements of the tensor. The superimposed 2D histogram can be processed by CNN like image data and used as input data to the CNN model (see Figs. 11 to 13). Please note that in this specification, the input data to the CNN model may be referred to as a clip.

本実施形態では、深度領域アプローチに基づいた特徴エンジニアリングによって、任意の時間のデータを一定のサイズの2Dヒストグラムに圧縮する。2Dヒストグラムにおいて、縦軸(深度領域)は、絶対値ではなく、現在のビット深度に対する相対深度である(図12参照)。この2Dヒストグラムは、深度領域において整理された入力データとして用いることができる。深度領域のデータ分布(散布データ)を2Dヒストグラムに変換して生成したデータクリップを入力とすることで、無限長の時間データを有限サイズに変換して用いることができる。このとき捨象される時間領域の情報については、画像のRBG値を使って過去・現在という形で分けることができる。このように、深度領域アプローチの利点は、長時間に亘る情報が、所定のサイズの2Dヒストグラムに圧縮され、モデルパラメータを増やすことなく、現在の情報を同じ坑井の過去のデータと比較できることである。時間領域の情報を、現在データを代表する「シグナル」と過去データを代表する「ヒストリ」におおまかに分けて、それぞれに色情報を与えることで識別可能とし、色の違いとして画像内で表現された「シグナル」と「ヒストリ」を比較することで、抑留予兆を示すデータ特徴を強調することができる。 In this embodiment, data of any time is compressed into a 2D histogram of a certain size by feature engineering based on the depth domain approach. In the 2D histogram, the vertical axis (depth domain) is not an absolute value but a relative depth to the current bit depth (see FIG. 12). This 2D histogram can be used as input data organized in the depth domain. By converting the data distribution (scattered data) in the depth domain into a 2D histogram and generating a data clip as input, infinitely long time data can be converted into a finite size and used. The time domain information that is discarded at this time can be divided into past and present using the RBG values of the image. Thus, the advantage of the depth domain approach is that information over a long period of time is compressed into a 2D histogram of a certain size, and current information can be compared with past data of the same well without increasing the model parameters. The time domain information is roughly divided into "signals" that represent current data and "history" that represent past data, and color information is assigned to each to make them identifiable. By comparing the "signals" and "history" expressed in the image as differences in color, data features that indicate signs of detention can be highlighted.

3D-CNNモデルのためのデータ前処理についてまとめる。深度領域の各掘削パラメタのデータの散布図を、CNNで処理できる入力データ(クリップ)に変換する。具体的には、散布図に縦軸・横軸のビンの数を設定することで、2Dヒストグラムを作成し、これを入力データとする。深度領域の各掘削パラメタのデータは時刻歴情報が失われるが、直近データ(シグナル)とそれ以前のデータ(ヒストリ)に分けて描くことで時間方向の比較を可能にした。さらに現在時刻の近傍深度のみを抽出することで、深度方向の解像度を保ち、現在深度に対する相対深度に着目したクリップを作成する(図12参照)。本実施形態では、直近2時間、過去7日間のデータに基づいて生成された各2Dヒストグラムを重ねた3Dクリップを3D-CNNで学習する(図11参照)。回転数、回転トルク、フック荷重、泥水注入圧の4つの掘削パラメタそれぞれにつき3Dクリップを作成した(図13参照)。 The data preprocessing for the 3D-CNN model is summarized below. The scatter plot of the data for each drilling parameter in the depth region is converted into input data (clips) that can be processed by CNN. Specifically, a 2D histogram is created by setting the number of bins on the vertical and horizontal axes of the scatter plot, and this is used as the input data. Although the data for each drilling parameter in the depth region loses time history information, it is possible to compare the data in the time direction by dividing it into the most recent data (signal) and the previous data (history). Furthermore, by extracting only the depth near the current time, the resolution in the depth direction is maintained and a clip focusing on the relative depth to the current depth is created (see Figure 12). In this embodiment, a 3D clip in which each 2D histogram generated based on the data of the last two hours and the past seven days is superimposed is learned by 3D-CNN (see Figure 11). A 3D clip was created for each of the four drilling parameters: rotation speed, rotation torque, hook load, and mud injection pressure (see Figure 13).

本実施形態に係る特徴量エンジニアリングで採用したシグナル及びヒストリの長さ、2Dヒストグラムの空間範囲及び解像度を表4に示す。

Figure 0007489043000004
本実施形態では、水平方向の解像度は垂直方向の解像度よりも高く設定してあり、水平方向の偏差のより正確な情報を取得するようになっている。垂直方向の範囲は、現在のビット深度に対して設定することで、着目している深さにフォーカスしている。表4に示す値は例示であって、これらの値は、掘削エンジニアによって適宜設定ないしチューニングされ得る。 The signal and history lengths, spatial range and resolution of the 2D histograms employed in the feature engineering of this embodiment are shown in Table 4.
Figure 0007489043000004
In this embodiment, the horizontal resolution is set higher than the vertical resolution to obtain more accurate information of the horizontal deviation. The vertical range is set relative to the current bit depth to focus on the depth of interest. The values shown in Table 4 are examples, and these values can be set or tuned appropriately by the drilling engineer.

実験例では、シグナルの長さTsは直近2時間、ヒストリThの長さは過去7日間であるが、これらの時間長は例示であって、例えば、Tsを直近1時間、あるいは、直近1日としたり、Thをもっと長く設定してもよい。Thは過去の全期間(抑留状態等の異常時を除く)であってもよい。Thは、必ずしも連続した期間である必要はなく、複数の期間の組み合わせで良い。垂直軸のビン数Vは32、水平軸のビン数Hは128であるが、これらの数は例示であって、V,Hのいずれか一方あるいは両方を変更して、2Dヒストグラムの解像度を変更してもよい。ヒストグラムの垂直軸(相対深度)のレンジは、現在のビット深度-α[m]~現在のビット深度+β[m]において、α=100、β=10であるが、α、βの値は当業者において適宜設定し得る。ヒストグラムの水平軸のレンジにおいて、実験例では、ビット回転数(TD_spd)は[0, 300] rpm、回転トルク(TD_trq)は[0, 100] kNm、フック荷重(Hookload)は[0, 500] ton、泥水注入圧(SPP_pressA)は[0, 50] MPaであるが、これらの数値も例示であり、当業者において適宜設定し得る。 In the experimental example, the signal length Ts is the last two hours, and the history Th is the last seven days, but these time lengths are examples. For example, Ts may be the last hour or the last day, or Th may be set longer. Th may be the entire past period (excluding abnormal times such as detention). Th does not necessarily have to be a continuous period, and may be a combination of multiple periods. The number of bins V on the vertical axis is 32, and the number of bins H on the horizontal axis is 128, but these numbers are examples. Either or both of V and H may be changed to change the resolution of the 2D histogram. The range of the vertical axis (relative depth) of the histogram is α = 100, β = 10 from the current bit depth -α [m] to the current bit depth +β [m], but the values of α and β can be set appropriately by those skilled in the art. In the range of the horizontal axis of the histogram, in the experimental example, the bit speed (TD_spd) is [0, 300] rpm, the rotational torque (TD_trq) is [0, 100] kNm, the hook load (Hookload) is [0, 500] ton, and the mud injection pressure (SPP_pressA) is [0, 50] MPa, but these values are also examples and can be set appropriately by those skilled in the art.

本実施形態では、4つのパラメタ、すなわち、ビット回転数(TD_spd)、回転トルク(TD_trq)、フック荷重(Hookload)、泥水注入圧(SPP_pressA)、を用い、モデルが過度に複雑化することを回避している。これらのパラメタは、掘削の異常が疑われる場合に、掘削エンジニアが、一般に調査するパラメタである。本実施形態では、上記4つのパラメタを全て用いてモデル学習を行っているが、いずれか1つ、あるいは2つないし3つの組み合わせを用いてモデル学習を行ってもよい。また、上記4つのパラメタから選択した1つ以上のパラメタに加えて上記4つのパラメタ以外のパラメタを採用してもよい。 In this embodiment, four parameters, namely, bit rotation speed (TD_spd), rotation torque (TD_trq), hook load (Hookload), and mud injection pressure (SPP_pressA), are used to avoid overly complex models. These parameters are typically investigated by drilling engineers when drilling abnormalities are suspected. In this embodiment, model training is performed using all four of the above parameters, but model training may also be performed using any one, or a combination of two or three of the above parameters. Furthermore, parameters other than the above four parameters may be used in addition to one or more parameters selected from the above four parameters.

[B-8]3D-CNNモデル
本実施形態に係る3D-CNNモデルは、掘削エンジニアの知見に基づく特徴量エンジニアリングにより得られた深度領域データのパターン学習を行うことで、同一坑井の履歴情報を活かすことを可能とするデータ駆動型抑留予測モデルである。3D-CNNアプローチにおいて、抑留予兆は、深度データに局所的に表れると仮定され、3D-CNNモデルは、局所化された特徴を用いることで、深度領域に特徴が現れる抑留の予兆検知を実行する。
[B-8] 3D-CNN model The 3D-CNN model according to this embodiment is a data-driven detention prediction model that makes it possible to utilize historical information of the same well by performing pattern learning of depth-area data obtained by feature engineering based on the knowledge of drilling engineers. In the 3D-CNN approach, it is assumed that detention signs appear locally in the depth data, and the 3D-CNN model uses the localized features to perform detention sign detection where features appear in the depth area.

モデルへの入力データの生成プロセスを図13に示す。各掘削パラメタについて、シグナルとヒストリが2Dヒストグラムにそれぞれ変換され、新しい次元軸に沿って重ねることで、モデルへの入力データは、サイズ(T, P, V, H)の4Dテンソルとなる。ここで、T(time)=2(シグナルとヒストリ)、 P(掘削パラメタ)=4、V(縦軸解像度)=32、H(横軸解像度)=128である。 複数のクリップ(clip)がさらに新しい軸に沿って重ねられ、ミニバッチが形成され、したがって、3D-CNNの入力データはサイズ (B, T, P, V, H)の5Dテンソルとなる。Bは、バッチサイズ(=16)である。 The process of generating input data for the model is shown in Figure 13. For each drilling parameter, the signal and history are converted into 2D histograms, respectively, and stacked along new dimension axes, so that the input data for the model becomes a 4D tensor of size (T, P, V, H), where T (time) = 2 (signal and history), P (drilling parameter) = 4, V (vertical axis resolution) = 32, and H (horizontal axis resolution) = 128. Multiple clips are further stacked along new axes to form mini-batches, so that the input data for the 3D-CNN becomes a 5D tensor of size (B, T, P, V, H), where B is the batch size (=16).

3D-CNNモデルは、入力として、4Dテンソル(シングルチャネル)ないし 5Dテンソル(マルチチャネル)を採用することができる。ここでは、マルチチャネル3D-CNNを採用して、5D-クリップをモデルに与える3D-CNN は、shape (B, P, T, V, H)のテンソルに畳み込みを適用して、後から3つの次元の特徴を抽出する。入力データは5Dなので、局所的な特徴抽出が必要な3つの次元を選択する必要がある。バッチ次元を無視し、VとHについて局所的特徴抽出が必要であり、PとTについての局所的特徴抽出が必要でないとすると、3D-CNNモデルは、(B, P, T, V, H)と(B, T, P, V, H)のいずれでも動作する。 3D-CNN models can take 4D tensors (single channel) or 5D tensors (multi-channel) as input. Here, we adopt a multi-channel 3D-CNN and feed the 5D-clip to the model. 3D-CNN applies convolution to a tensor of shape (B, P, T, V, H) to extract features in three dimensions later. Since the input data is 5D, we need to select the three dimensions for which local feature extraction is required. If we ignore the batch dimension and assume that local feature extraction is required for V and H, but not for P and T, the 3D-CNN model can work with either (B, P, T, V, H) or (B, T, P, V, H).

本実施形態では、Grad-CAM分析を考慮し、テンソルのshapeを、(B, T, P, V,H)に転置する(図14参照)。2番目の次元は、第1層において、単一の特徴に圧縮されるので、P(掘削パラメタ次元)が2番目の次元にセットされると、最終の畳み込み層において、各掘削パラメタの寄与を分析することができない。3D-CNNモデルは、3Dカーネルを用いて、(P,V,H)軸における5Dテンソルのパターンを学習する。本実施形態に係る3D-CNNモデルのモデルアーキテクチャを表5に示す。P軸の局所特徴抽出は必要ないため、3Dカーネルは実質的には2Dカーネルである。3D-CNNを用いた目的は、3Dパターン認識というよりは、マルチパラメタのGrad-CAM分析を可能とすることにある。

Figure 0007489043000005
In this embodiment, the Grad-CAM analysis is considered, and the shape of the tensor is transposed to (B, T, P, V, H) (see FIG. 14). Since the second dimension is compressed to a single feature in the first layer, when P (the drilling parameter dimension) is set to the second dimension, the contribution of each drilling parameter cannot be analyzed in the final convolutional layer. The 3D-CNN model uses a 3D kernel to learn the pattern of the 5D tensor in the (P, V, H) axis. The model architecture of the 3D-CNN model according to this embodiment is shown in Table 5. Since local feature extraction of the P axis is not required, the 3D kernel is effectively a 2D kernel. The purpose of using 3D-CNN is to enable multi-parameter Grad-CAM analysis rather than 3D pattern recognition.
Figure 0007489043000005

[B-9]実験3(深度領域データを用いた実験)
多変数の3Dクリップ(4Dクリップ)を入力とし、3D-CNNモデルを用いて抑留予測を行った(図13参照)。4Dクリップは、低頻度部分の強調、正規化処理を適用後に3D-CNNモデルに入力される。抑留直前6分間に得られた4D-clipをラベル1(positive)、それ以前のものをラベル0(negative)と分類し学習・検証を行った。モデルの出力は、入力クリップが抑留予兆である確率(0~1の連続値)である。
[B-9] Experiment 3 (Experiment using depth region data)
A multivariate 3D clip (4D clip) was used as input, and detention prediction was performed using a 3D-CNN model (see Figure 13). The 4D clip was input to the 3D-CNN model after applying emphasis and normalization of low-frequency parts. 4D clips obtained within 6 minutes before detention were classified as label 1 (positive), and those obtained before that were classified as label 0 (negative), and learning and validation were performed. The model output is the probability (continuous value from 0 to 1) that the input clip is a detention predictor.

[B-10]実験結果
表6は、実験で用いた6つのケースの抑留メカニズム及び抑留予兆の検知の成否を3D-CNNモデル(深度領域)と1D-CNNモデル(周波数領域)で比較して示す。抑留予兆の検知は、抑留直前6分以内における予兆検知である。各モデルは、4秒間隔で抑留リスクを計算し、すなわち、抑留前6分間で90回のアラームを発出する機会がある。抑留前6分以内に少なくとも1回のアラームが生成された場合には、予兆検知が成功したと決定する。1D-CNNモデル(周波数領域)では、6ケース中1ケースにおいてのみ抑留予兆を検知できたのに対して、3D-CNNモデル(深度領域)では、6ケース中3ケースにおいて抑留予兆を検知できた。予兆が緩やかに現れる差圧抑留は、深度データに特徴が現れやすいため深度領域のアプローチが有効であったと考えられる。この3/6という成功率から、本モデルの性能を評価できるものではない点に留意されたい。例えば、抑留の中には突然発生するものもあり、抑留予兆の検知が困難ないし不可能なものもある点に留意されたい。

Figure 0007489043000006
[B-10] Experimental Results Table 6 shows the success or failure of the detention mechanism and detention prediction detection for the six cases used in the experiment, compared between the 3D-CNN model (depth domain) and the 1D-CNN model (frequency domain). The detention prediction detection is within 6 minutes immediately before detention. Each model calculates the detention risk at 4-second intervals, that is, there is an opportunity to issue 90 alarms in the 6 minutes before detention. If at least one alarm is generated within 6 minutes before detention, it is determined that the prediction detection is successful. The 1D-CNN model (frequency domain) was able to detect the detention prediction in only one case out of six cases, whereas the 3D-CNN model (depth domain) was able to detect the detention prediction in three cases out of six cases. It is considered that the depth domain approach was effective for differential pressure detention, whose predictions appear gradually, because the characteristics are likely to appear in the depth data. Please note that the success rate of 3/6 does not allow us to evaluate the performance of this model. For example, it should be noted that some detentions may occur suddenly and that the warning signs may be difficult or impossible to detect.
Figure 0007489043000006

ケース3について、1D-CNNモデルと3D-CNNモデルのリアルタイム予測を図15に示す。ケース3では、1D-CNNモデルは抑留予兆を検知できなかったのに対して、3D-CNNモデルは抑留予兆を検知できた。3D-CNNモデルの出力において、抑留の発生(1)の30分前から抑留リスクが高い状態が続いている。3D-CNNモデルは、揚管時に抑留予兆を捉えており、抑留発生時も揚管の最中である。数時間前の作業から予兆を検知できていたと考えられる。 Figure 15 shows real-time predictions of the 1D-CNN model and the 3D-CNN model for Case 3. In Case 3, the 1D-CNN model was unable to detect the signs of detention, whereas the 3D-CNN model was able to detect them. In the output of the 3D-CNN model, the high risk of detention continued from 30 minutes before the occurrence of detention (1). The 3D-CNN model captured the signs of detention at the time of lifting, and the lifting was still in progress when the detention occurred. It is believed that the signs could have been detected from the work several hours earlier.

学習データを用いた図16を見ると、本実施形態では、抑留予兆の学習に用いたのは抑留直前6分間のみである(23:54より前のデータを用いていない)にもかかわらず、抑留発生の1時間前である23:00から抑留リスクが上昇を始めていることが観察される。本実施形態に係るモデルは、抑留6分前より前から徐々に表れる予兆を検知できている。 Looking at Figure 16, which uses learning data, it can be seen that in this embodiment, even though only the six minutes immediately prior to detention were used to learn the signs of detention (no data prior to 23:54 was used), the risk of detention begins to rise from 23:00, one hour before the occurrence of detention. The model according to this embodiment is able to detect signs that gradually appear from six minutes prior to detention.

データ駆動型抑留予測モデルを用いた抑留予測システムでは、当該モデルから出力される抑留予兆確率に基づいてアラームが生成される。実際には、アラーム生成に応じて操業の判断を下すのは人間なので、アラーム生成の原因が追跡可能であることは適切な判断を下すうえで重要である。本実施形態では、Grad-CAM(Gradient-based Class Activation Map)を用いることで、アラーム生成のベースとなった抑留予兆確率の根拠が追跡可能となっている。入力データのうち、アラーム生成のベースとなった抑留予兆確率に寄与した領域をGrad-CAMで可視化し、アラーム生成の根拠を示す。具体的には、畳み込み層により入力の特徴が抽出された特徴量マップに対し、抑留予兆確率への感度で重み付けをしたものを描画する。Grad-CAMは畳み込みを行った後のものなので入力よりも解像度は低い。図17に示すように、フック荷重に特に強く反応しており(降管作業中)、理に適ったアラームを生成できていることがわかる。 In a detention prediction system using a data-driven detention prediction model, an alarm is generated based on the detention prediction probability output from the model. In reality, since it is humans who make operational decisions in response to alarm generation, it is important to be able to trace the cause of alarm generation in order to make appropriate decisions. In this embodiment, the basis of the detention prediction probability on which the alarm was generated is traceable by using Grad-CAM (Gradient-based Class Activation Map). The area of the input data that contributed to the detention prediction probability on which the alarm was generated is visualized by Grad-CAM to show the basis of the alarm generation. Specifically, a feature map in which the input features are extracted by the convolution layer is weighted by the sensitivity to the detention prediction probability and drawn. Grad-CAM has a lower resolution than the input because it is after convolution. As shown in Figure 17, it reacts particularly strongly to the hook load (during the dismounting work), and it can be seen that a reasonable alarm has been generated.

[C]教師無し学習モデル
実験では、教師あり学習モデルを用いて、抑留の開始直前の6分のデータセットにラベル1(positive)のラベルを与えた。抑留予兆が生じていると仮定されるこの6分間という期間は任意である。実際にどの時点で抑留予兆が始まったかを特定することは困難であり、すべての抑留予兆にラベルを与えることはできない。
[C] In the unsupervised learning model experiment, a supervised learning model was used to give the data set of 6 minutes just before the start of detention a label of 1 (positive). This 6-minute period during which it is assumed that detention premonitions occur is arbitrary. It is difficult to identify when the detention premonitions actually began, and it is not possible to give a label to all detention premonitions.

本実施形態に係る入力データ(クリップ)を用いて、negativeデータセットに着目することで、教師無し学習を行うことも可能である。すなわち、抑留予兆の特徴をよく捉える深度領域データとラベルに依存しない教師なし学習とを組み合わせることで、教師なし学習によって、正常時のパターンのみを学習し、そのパターンからの乖離で予兆検知を行う。1つの態様では、教師なし学習が対象とする正常データは、「抑留状態」と「抑留予兆が生じていると仮定した期間」を除いた期間のデータである。学習用モデルは、学習済モデルが異常データを判別して抑留リスクを提供できるように、学習用掘削データに基づいて生成された入力データであって、抑留前の一定期間内及び抑留状態を除く入力データを正常データとして学習する。1つの態様では、入力データと出力データの誤差が最小化されるような学習モデルを自己符号化器(Auto encoder)によって生成する。自己符号化器(Auto encoder)は例示であって、教師なしモデルにより正常データの特徴を学ばせることで、特徴量抽出、分類、誤差判別などの手法により異常時のデータを判別する手法であればよい。


Using the input data (clip) according to this embodiment, it is also possible to perform unsupervised learning by focusing on the negative data set. That is, by combining the depth region data that captures the characteristics of the detention sign well with the label-independent unsupervised learning, only the normal pattern is learned by the unsupervised learning, and the sign is detected by deviation from the pattern. In one aspect, the normal data targeted by the unsupervised learning is data for a period excluding the "detention state" and the "period in which the detention sign is assumed to occur". The learning model is input data generated based on the learning excavation data so that the learned model can discriminate abnormal data and provide the detention risk, and learns the input data within a certain period before the detention and the detention state as normal data. In one aspect, a learning model that minimizes the error between the input data and the output data is generated by an autoencoder. The autoencoder is an example, and any method may be used to discriminate abnormal data by methods such as feature extraction, classification, and error discrimination by having the unsupervised model learn the characteristics of normal data.


Claims (12)

掘削時に得られる複数の掘削パラメタに基づいて入力データを生成し、前記入力データを抑留予測モデルに与えて抑留リスクを提供する、抑留予測方法であって、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度とビット深度以外の少なくとも1つ掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値の2Dヒストグラムを入力データとして生成し、
現時点のビット深度に基づいて生成された前記2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供する、
抑留予測方法。
1. A method for predicting detention risk, comprising: generating input data based on a plurality of drilling parameters obtained during drilling; and providing the input data to a detention prediction model to provide a detention risk, the method comprising:
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
Generate a 2D histogram of values of the one drilling parameter corresponding to a relative depth set based on the current bit depth value as input data;
providing a retention risk in response to the input of the 2D histogram generated based on a current bit depth;
Internment prediction methods.
現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値は、
現時点の直近の所定期間内に得られた第1散布データと、前記第1散布データよりも前に得られた第2散布データと、に分けられ、
前記第1散布データに基づく第1の2Dヒストグラムと、前記第2散布データに基づく第2の2Dヒストグラムと、が生成され、前記第1の2Dヒストグラムと前記第2の2Dヒストグラムは色によって識別可能であり、
前記入力データは、前記第1の2Dヒストグラムと前記第2の2Dヒストグラムを重ねた重畳2Dヒストグラムである、
請求項1に記載の抑留予測方法。
The value of the one drilling parameter corresponding to the relative depth set based on the current bit depth value is:
The data is divided into first distribution data obtained within a predetermined period immediately preceding the current time point and second distribution data obtained prior to the first distribution data,
a first 2D histogram based on the first scatter data and a second 2D histogram based on the second scatter data are generated, the first 2D histogram and the second 2D histogram being distinguishable by color;
The input data is a superimposed 2D histogram in which the first 2D histogram and the second 2D histogram are superimposed.
The method for predicting detention according to claim 1 .
前記ビット深度以外の1つの掘削パラメタは、ビット回転数、ドリルパイプの回転トルク、フック荷重、泥水注入圧から選択される、
請求項1、2いずれか1項に記載の抑留予測方法。
The one drilling parameter other than the bit depth is selected from a bit rotation speed, a rotation torque of a drill pipe, a hook load, and a mud injection pressure.
The method for predicting detention according to claim 1 or 2.
前記抑留予測モデルは、学習用掘削データに基づいて生成された2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供するように機械学習されている、
請求項1~3いずれか1項に記載の抑留予測方法。
The detention prediction model is machine-learned to provide detention risk in response to an input of a 2D histogram generated based on training drilling data.
The method for predicting detention according to any one of claims 1 to 3.
プロセッサと、メモリと、を備え、
前記メモリは、
掘削時に得られる複数の掘削パラメタに基づいて入力データを生成する入力データ生成プログラムと、
前記入力データの入力に応じて、抑留リスクを提供する抑留予測プログラムと、
を備え、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度とビット深度以外の少なくとも1つ掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
前記入力データ生成プログラムは、前記プロセッサに実行されることで、現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値の2Dヒストグラムを入力データとして生成し、
前記抑留予測プログラムは、前記プロセッサに実行されることで、現時点のビット深度に基づいて生成された前記2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供する、
抑留予測システム。
A processor and a memory,
The memory includes:
an input data generation program that generates input data based on a plurality of drilling parameters obtained during drilling;
A detention prediction program that provides a detention risk in response to input of the input data;
Equipped with
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
The input data generation program is executed by the processor to generate, as input data, a 2D histogram of values of the one drilling parameter corresponding to a relative depth set based on a current bit depth value;
The retention prediction program is executed by the processor to provide a retention risk in response to an input of the 2D histogram generated based on a current bit depth.
Detention prediction system.
前記抑留予測プログラムは、複数の掘削パラメタに基づいて得られた複数の2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供し、
前記メモリには、前記プロセッサに実行されることで、抑留リスクに対する各掘削パラメタの寄与度を可視化して表示するプログラムを備えている、
請求項に記載の抑留予測システム。
the detention prediction program provides a detention risk in response to an input of a plurality of 2D histograms obtained based on a plurality of drilling parameters;
The memory includes a program that, when executed by the processor, visualizes and displays the contribution of each drilling parameter to the detention risk.
The detention prediction system according to claim 5 .
掘削時に得られる複数の掘削パラメタに基づいて入力データを生成し、前記入力データに基づいて抑留リスクを提供する抑留予測プログラムであって、
前記プログラムは、プロセッサに実行されることで、当該プロセッサに、
前記複数の掘削パラメタを取得させるに、前記複数の掘削パラメタは、ビット深度とビット深度以外の少なくとも1つ掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値の2Dヒストグラムを入力データとして生成させ、
現時点のビット深度に基づいて生成された前記2Dヒストグラムの入力に応じて、抑留リスクを提供する、
コンピュータに抑留予測を実行させるプログラム。
A detention prediction program that generates input data based on a plurality of excavation parameters obtained during excavation, and provides a detention risk based on the input data,
The program, when executed by a processor, causes the processor to:
When acquiring the plurality of drilling parameters, the plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
generating, as input data, a 2D histogram of values of the one drilling parameter corresponding to a relative depth set based on the current bit depth value;
providing a retention risk in response to the input of the 2D histogram generated based on a current bit depth;
A program that enables a computer to perform detention predictions.
複数の掘削パラメタを含む掘削データを取得し、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度と、ビット深度以外の少なくとも1つの掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
ある時点tのビット深度の値に基づいて設定した相対深度を第1軸とし、前記相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値を第2軸として、ある時点t以前の掘削データを用いて、散布データを取得し、
前記散布データを2Dヒストグラムに変換して入力データを生成する、
抑留予測モデルへの入力データの生成方法。
acquiring drilling data including a plurality of drilling parameters;
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
The relative depth set based on the bit depth value at a certain time t is set as a first axis, and the value of the one excavation parameter corresponding to the relative depth is set as a second axis, and the scatter data is acquired using the excavation data before a certain time t;
converting the scatter data into a 2D histogram to generate input data;
A method for generating input data for the detention prediction model.
複数の掘削パラメタ及び抑留情報を含む学習用掘削データを取得し、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度と、ビット深度以外の少なくとも1つの掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
ある時点tのビット深度の値に基づいて設定した相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値の2Dヒストグラムを生成して入力データとし、
抑留前の一定期間内に予兆が現れると仮定し、学習用掘削データに基づいて生成された入力データに応じて抑留リスクを提供するように学習用モデルに学習させる、
学習済み抑留予測モデルの生成方法。
Acquire learning drilling data including a plurality of drilling parameters and detention information;
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
A 2D histogram of values of the one drilling parameter corresponding to a relative depth set based on the bit depth value at a certain time point t is generated and used as input data;
Assuming that a warning sign appears within a certain period of time before detention, the learning model is trained to provide a detention risk according to input data generated based on the training drilling data;
How to generate a trained detention prediction model.
前記学習用モデルは、学習済モデルが異常データを判別して抑留リスクを提供できるように、学習用掘削データに基づいて生成された入力データであって、抑留前の一定期間内及び抑留状態を除く入力データを正常データとして学習する、
請求項に記載の学習済み抑留予測モデルの生成方法。
The learning model learns input data generated based on the learning excavation data, excluding input data for a certain period before detention and input data for a detention state, as normal data so that the learned model can distinguish abnormal data and provide detention risk.
A method for generating a trained detention prediction model as described in claim 9 .
複数の掘削パラメタの時系列データを含む掘削データを取得し、
前記複数の掘削パラメタは、ビット深度と、ビット深度以外の少なくとも1つの掘削パラメタを含み、前記ビット深度の値と前記1つの掘削パラメタの値は時刻情報により対応しており、
前記掘削データを用いて、現時点のビット深度の値に基づいて設定した相対深度を第1軸とし、前記相対深度に対応する前記1つの掘削パラメタの値を第2軸として、現時点以前の掘削データを用いて、散布データを取得し、
前記散布データは、現時点の直近の所定期間に取得された第1散布データと、前記第1散布データより前に取得された第2散布データと、に分けられ、
前記第1散布データと前記第2散布データは、識別可能に1つの散布図としてディスプレイに表示される、
深度領域に着目して、同一坑井で得られる長期間の情報を圧縮する、掘削データの圧縮方法。
acquiring drilling data including time series data of a plurality of drilling parameters;
The plurality of drilling parameters include a bit depth and at least one drilling parameter other than the bit depth, and the value of the bit depth and the value of the one drilling parameter correspond to each other by time information;
Using the excavation data, a relative depth set based on the current bit depth value is set as a first axis, and the value of the one excavation parameter corresponding to the relative depth is set as a second axis, and scattering data is acquired using excavation data before the current time;
The scatter data is divided into first scatter data acquired during a predetermined period immediately preceding the current time point and second scatter data acquired prior to the first scatter data,
The first scatter data and the second scatter data are displayed on a display as one scatter diagram in an identifiable manner.
A method for compressing drilling data that focuses on the depth domain and compresses information obtained from the same well over a long period of time .
請求項5、6いずれか1項に記載の抑留予測システムを備えた掘削装置。 An excavation rig comprising the retention prediction system according to any one of claims 5 and 6 .
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