上游工艺：钻井

钻机

钻机具有广泛尺寸，可放置在海上或陆地上，范围从移动式紧凑装置到如摩天大楼般的永久性结构不等。旋转钻台或顶部驱动器旋转整根钻柱，钻头位于该钻柱的底部。无论钻机的大小、位置或类型如何，这些机器都只有一个目的：深入油田储层以提取碳氢化合物。

为了实现安全高效的操作，每台钻机都需要无数传感器。这些传感器分布广泛，从顶轮支架总成中的温度补偿拉力/压缩力传感器到钻井液设备中的液位和压力传感器。电阻温度计采用薄膜技术，可承受剧烈的振动和脉动，有助于监测用于钻井的许多泵和电机的状况。

泥浆泵

当钻头和钻管在土壤中挖掘时，会有一台或多台泥浆泵以极高的压力将泥浆输送到钻孔中——在深孔钻探时，此压力超过7,000 psi（48.3 MPa）。这种钻井泥浆有几种功能：

• 润滑和冷却钻头
• 冲洗钻井岩屑
• 提供均衡压力，防止地层流体进入井眼

然后，该钻井液会通过环空（即，钻柱和井眼之间的空间）返回地面。

每台泥浆泵都有一个装有马达的动力端和一个带有端口的流体端。配有加厚型耐腐蚀测量元件的锤击式由壬压力变送器与IS（本质安全）屏障配对，用于监测吸入和排出端口的过程压力。此外，带有隔膜密封的压力表还可提供关于泵排放压力的本地指示。有些泥浆泵配置使用压力表来监测润滑机械轴承与密封件的油液压力。

防喷器及防喷器闭合装置

井喷是指地层流体（包括高度易燃的碳氢化合物）不受控制地流出油井。防喷器和防喷器闭合装置能够阻止这种危险情况。

防喷器是一组阀门，牢固地安装在油井顶部，以在发生井涌（流体意外流入井眼）时控制油气井，并在必要时封闭油气井。压力表以及本质安全型或防爆型压力变送器是该井控系统的关键部分。

闭合装置使用预充氮囊式蓄能器瓶、液压流体以及电动和气动泵来产生压力，以操作防喷器组的多个功能。配套的压力表、压力变送器和液位传感器可确保该安全机制在需要时正常发挥作用。

固井装置

固井在钻井作业中发挥着重要作用。在到达需要的深度后，取出钻柱并插入套管柱。初次固井将不同的地层区域（油、气、水）与井眼隔离开。还会填充环空，将套管牢牢固定在适当位置，以防止其腐蚀并保护其免受地下压力的影响。二次固井的目的是修补或纠正初次固井作业，或封堵枯竭的油井。

钻机上的固井装置安装在滑轨或半挂车上，用于接收来自储罐的水、干水泥、泥浆和特殊添加剂。然后将这些成分混合成为前导浆和尾浆，再将它们注入套管并流入环空。固井装置上的控制面板允许操作员调节泥浆的流量和密度，监测压力，并控制其他参数。锤击式由壬压力变送器是压力监测不可或缺的一部分，该变送器专为极高压力而设计，可承受水泥混合物的磨损质量。

泥浆罐

泥浆罐是大型多段式容器，用于处理、混合和储存泥浆泵在钻井过程中循环进出油井的定制流体。在返回到表面之后，用过的泥浆会被泵送穿过在用罐中的各个隔间：

• 1. 待过滤吸入罐
• 2. 固体物质控制系统，用于分离钻屑（岩屑、砂等）
• 3. 脱气器，用于去除滞留的空气和天然气
• 4. 化学罐，必要时用于额外的化学处理
• 5. 搅拌器，用于再次搅匀混合物

钻井泥浆经过清洗后可重复使用。储罐可存储多余的泥浆以及重泥浆，以应对井涌和其他紧急情况。

液位传感器允许操作员监控每个隔间中的流体。但更重要的是，液位测量结果可以反映在钻井作业期间出现的问题：

• 体积增加表明水或地层流体（油、气）正在进入井内。
• 体积减少表明钻井泥浆通过裂缝进入地层。

泥浆罐使用的任何液位传感器都必须适用于危险区域。仪表也应为重防腐型，因为钻井泥浆通常具有腐蚀性、粘性和磨蚀性，并含有悬浮固体。泥浆罐可使用多种类型的液位传感器，但最坚固耐用且免维护的选项是本质安全型投入式压力变送器，这种变送器可用于测量流体密度和静水压力。防堵塞附件提供了稳定性和额外保护，防止污泥、湍流和物理损坏。

水箱

在钻井现场，泥浆泵将流体向下注入钻孔，以润滑和冷却钻头，冲洗井中的钻屑，并提供平衡压力以避免地层流体进入井中。根据地质构造、经济因素、环境法规、泥浆的预期用途和其他因素，这种特殊混合物可以是水基的，也可以是油基的。

无论使用哪种液体作为连续相，钻井泥浆几乎都包含水（含量比例不同）。水储存在巨大的水箱中，可通过管道输送到泥浆罐，并与其他成分混合。

投入式压力传感器能够准确可靠地测量钻井现场水箱中的水位，确保无水溢出且水箱不会干涸。威卡LevelGuard^TM可增加压力传感器稳定性，并进一步保护仪表免受湍流和应变作用的影响。

节流管汇

节流管汇是钻机井控系统的重要组成部分。在井涌过程中，防喷器（BOP）闭合，同时从环空流出的地层流体和钻井泥浆被转移到节流管线，并穿过管汇的管道、配件和阀门组件。节流管汇排出轻钻井泥浆，以保持在MAASP（最大允许环空表面压力）以下，同时备用泥浆罐将重泥浆泵送到井下，以重新控制油井。节流管汇中的备用路径允许操作员根据需要关闭和打开阀门，从而重新调整流向。一些节流器是手动操作的，而另一些是液压控制的（远程）。

压力表和压力变送器——节流管汇系统不可分割的组成部分——安装在几个位置，包括：

• 节流管线与管汇（一条管线）的连接处
• 管汇将流体排放至泥浆池/泥浆罐（多条管线）

为了确保可靠性和安全性，在节流管汇上安装的压力传感器应满足下列要求：

• 高精度且响应时间最短
• 耐蚀耐磨
• 风雨防护等级高（IP等级）
• 经认证可用于危险区域（本质安全、防爆等）