1.绪论
某采油作业区现有注水井300口，其中数字化注水井289口。在现场生产管理中，部分注水井生产数据采集不稳定甚至无法采集。通过水井工况系统查询，本文选取日有效注水时间严重不足且日注水量符合配注要求的注水井。从生产数据的采集到传输，通过三组现场改造试验的前后对比与理论分析，得出相应的结论。以提高注水井数据的真实性与可靠性，为日后注水管理提供了有力的数据支持。
2.数字化注水系统的构成简介
图1 远程稳流配水数据流程示意图
井场完整的注水系统包含：数据采集系统、数据传输系统与数据处理系统。
数据采集系统，即井场配水间高压稳流自控仪。主要设备包含注水井流量计、压力变送器。
数据传输系统，即生产数据从配水间至作业区服务器的完整数据链路。
数据处理系统，即作业区服务器，用以生产数据的计算、分析与SCADA客户端展示。
配水间分压、管压表通过脉冲信号将现场压力传至流量计中，流量计通过RS485通讯协议将流量与压力数据传输至协议箱。协议箱通过RS485通讯协议将生产数据传输至井场主RTU，再通过光缆传输到作业区服务器。
同时作业区根据注采平衡分析结果，将水井配注命令经SCADA站控系统利用网络传输给井场RTU，经RTU传递给水井的协议转换箱，转换箱将信号传递给注水井的流量控制器。控制器把瞬时流量值与设定值进行比较，若差值大于设定的范围，控制器发出指令，驱动电机的旋转调节阀门，使瞬时流量接近或等于设定值，从而完成远程调配任务。（如图1所示）。
3.注水井生产数据稳定性分析
注水井生产数据中断或漂移应从数据的采集到传输链路中寻找问题。
3.1流量计控制器
某采油作业区2018年产能建设使用了新版上海一诺流量计。该流量计与之前的版本对比具有以下优势：
（1）新版流量计仅在没有外接220V电源时控制器显示模块需要内置电池进行供电；旧版流量计在外接220V电源时依然需要内置表头电池对通讯及显示模块进行供电，一旦电池电量不足，数据也无法进行采集。
分析：上海一诺注水井流量计电池的使用周期大约0.5年，合计一年费用约300元/井。如果使用新版流量计，仅更换电池配件每年可节约费用4万余元。
（2）旧版流量计采用4块电路板（显示板、控制板、I/O板、通讯板）通过针式连接孔拼接而成；新版控制器仅采用了2块电路板（通讯板、控制板），功能模块集成程度高度集成，避免了多个电路板在连接过程中由于插接不牢靠、插针损失等产生的数据不稳定现象。同时由于进行强弱电分离结构极大的减少了控制器整机损坏的现象。查阅数字化日常维护日志，旧版流量计的维护频率明显高于新版。其中控制板、显示板板故障占80%。
分析：作业区2017年1-8月共更换控制板54块，故障率为34%，材料费用约34020元。厂使用新版注水流量计384台，1-8月的控制板故障率为5%。如果使用新版流量计，仅更换控制板配件每年可节约费用大约5万余元。
3.2井场的通讯方式
某采油作业区现有数字化井场155个，其中24个井场采用网桥通讯，占比8.7%。网桥在初期建设时，成本明显低于光缆。随着日后井场视频监控系统的升级，中心网桥的负荷量已无法满足日常生产需求。
现用网桥大多为奥维通SU-54,其最大传输距离10km、带宽54M。大多网桥通讯井场夜间网络延时明显增大。油、水井生产数据与视频监控数据传输丢包。
3.3注水井生产数据的传输链路
某采油作业区有数字化注水井300口，分布在95座配水间。其中凯山设备11口、安控设备22口、安特设备62口。由于贵州凯山与北京安控控制器采用有线传输，数据较为稳定。注水井累积、瞬时流量数据漂移严重主要集中在使用北京安特控制器的数字化抽油机井场。该类井场配水间协议箱至井场主RTU的通讯方式采用无线传输。配水间间协议箱与井场主RTU之间各连接一个无线通讯模块用以数据的转发。无线传输的通讯质量受通讯距离、信号的频率等因素影响较大。
3.3.1现场解决方案一
整改前：某1注水井日配注量25m³/d。查询水井工况系统有效日注水时间5.8h，日注水量20.4m³。注水井累积流量存在明显数据漂移。
整改措施：在井场通讯机柜增加1台安控的控制模块 Super32-L201，将油、水井数据分离采集，从配水间直接布线至通讯机柜，将无线传输改为有线传输。
整改后：全天注水井累积数据无中断或漂移现象，注水井有效日注水时间由5.8h上升至23.9h。跟踪整改后一个月水井工况系统状况，全月有效日注水时间超过21.6h的天数从原来的0天上升至30天。
费用明细：2980+83.5×L元（L:井场配水间至数字化配电柜的距离）
3.3.2现场解决方案二
整改前：某2注水井日配注量24m³/d。查询水井工况系统有效日注水时间9.6h，日注水量20m³。注水井累积流量存在明显数据中断现象。
整改措施：在井场通讯机柜增加1台安控的控制模块 Super32-L201，将油、水井数据分离采集，在注水阀组协议箱与数字化配电柜井场主RTU上各安装一个无线433MHz通讯模块。
整改后：注水井累积数据在全天仅出现一次中断现象，注水井有效日注水时间由9.6h上升至23.7h。跟踪整改后一个月水井工况系统状况，全月有效日注水时间超过21.6h的天数从原来的0天上升至29天。
费用明细：3380元。
3.3.3现场解决方案三
整改前：某3注水井日配注量18m³/d。查询水井工况系统有效日注水时间15.2h，日注水量14.3m³。注水井累积流量存在明显数据中断现象。
整改措施：实现ZigBee通讯模式的无线组网。以Z103替换M2、Z101替换M4，实现数据发送、接收的校验机制。
整改后：注水井累积数据在全天未出现数据中断、漂移现象，注水井有效日注水时间由15.2h上升至23.9h。跟踪整改后一个月水井工况系统状况，全月有效日注水时间超过21.6h的天数从原来的2天上升至30天。
费用明细：3100+1200×N元（N:井场的油井数量）
4.结论与建议
（1）旧版注水井流量计的故障率较高造成注水井生产数据无法采集，从而影响了水井数据的传输与应用。建议在日后的维护过程中逐步更换为新式表头，杜绝水井因流量计控制器电力因素而导致生产数据不上线现象，减少日常维护工作量。仅电池和控制板的配件更换每年节约9万余元；
（2）采出水回注井使用的叶轮流量计的机械故障对数据的采集精度影响较大。建议逐步更换为非接触式流量计；
（3）夜间网桥通讯的井场视频不稳定，油井示功图与水井数据数据有明显丢包现象，建议逐步更改井场的通讯方式为光缆；
（4）通过注水井传输链路的三种整改方案均可以明显提高注水井数据的上线率与日有效注水时间，从井场数据传输的稳定性和“降本增效”的角度，方案三最为合理。
参考文献
[1]邢建春，等.工业控制软件互操作标准 OPC 综述［J］.工业控制计算机，2000，13（1）：29-32.
[2]张云普 . 大庆油田 : 数字油田建设步伐加快［J］. 石油知识 ,2017(6)
