数控直线往复式井下采油泵----世界石油开采史上具有划时代意义的技术创新成果
---------沈阳新城石油机械厂董事长冯春国访谈录
10月下旬的一天，辽宁省企业技术创新促进会和沈阳市中小企业服务中心组织“专家行”服务活动，专家队伍一行五人来到沈阳新城石油机械厂。这是坐落在沈阳城边上的一个小厂，生产石油开采类机械装备，职工只有100多人，去年销售收入2000多万元，是一个极其普通的小企业。专家们在厂办坐定之后，厂办主任把一个５０多岁、农民模样的干部从里屋引了出来，并介绍说这是企业董事长冯春国。专家们做了自我介绍并表达了此行的宗旨后,冯董事长开始介绍企业和产品的情况。
“我们企业生产的主要产品是‘数控直线往复式井下采油泵”，董事长说，“我们产品的主体部件是一个永磁动子直线电机，每台电机的功率为30—50瓩。它可以直接驱动柱塞泵在2000多米深的油井下作业，提供2000多公斤的推力，每分钟XX次、上下X米左右冲程，把地下的石油间歇式泵出地面。它的功用就是完全取代油田传统的采油设备---俗称‘磕头机’。由于这种采油设备把动力装置和抽油泵结合为一体，下潜到地下油层中，能在地面在线按采油机理和实际需要随意调整参数，取消了原采油机地面设备及地下机械传动部分，增加了有效载荷，节省了电能和设备成本，克服了磕头机的种种弊端，目前已经在大庆油田、辽河油田、胜利油田等油田推广应用，实际在用设备已达200多台套，取得很好成效，受到油田用户的高度评价。目前这种产品供不应求。而这种产品我个人拥有自主知识产权”。
这一番话，说得专家们来了情绪。因为专家队伍中的一位专家是学石油开采的，另一位专家是学电机技术的。他们知道用直线电机带动油泵在井下直接采油是一个世界性的难题，目前在世界上没有哪个国家或者哪位专家实际上解决过这个问题。而如果有一天全国、甚至全世界所有油田采油区的数以几十万计的磕头机都消失了，他们全部被冯董的地下采油设备所取代，这无疑是世界石油开采方式的一场革命。这个企业是一个十分不起眼的乡镇小企业，这位董事长似乎也不是技术专家。大家对于这位农民企业家如何解决这个世界性技术难题都都非常感兴趣，于是一个接一个问题向冯董事长提了出来。
问：“你是如何创意直线往复式油泵，开发井下采油设备的？”
答：“我多年从事油田采油设备产品的生产经营，比较了解油田采油对设备的技术要求，也了解目前普遍使用的油井采油设备---磕头机存在的缺点。一是，磕头机的工效比较低，大约只有20%左右。就是说设备消耗的电能只有20%实际用在了泵油上，80%消耗在摩擦力上了；二是，磕头机抽油杆自重大，延伸率高，经常因有偏帮、偏磨的情况发生而拉断，甚至将泵筒磨漏；三是，磕头机采油设备消耗钢材多，一台磕头机大约需要40吨钢材，运输、安装费时费力。所以我就开始研究把采油的电机从地面上搬到地面下去，让它直接把油从地下往上泵。传统的电机是提供旋转动力的，但是也可以制造提供直线动力的电机—直线电机。上海的磁悬浮列车的动力就是一种直线电机。我的思路就是想制造一种可以在油井下使用的直线电机，让它直接带动柱塞油泵抽油。”
问：“你们目前开发、生产的往复式井下采油泵与磕头机比较有什么优点呐？”
答：“经过大庆油田的测试，我的井下采油泵的工效可以达到89%，比磕头机的工效提高69个百分点；实现井下采油后，取消了抽油杆，与抽油杆相关的弊病全都解决了；井下采油泵采油设备总重量只有12吨，比磕头机减少28吨，只是磕头机重量的30%。使用井下采油泵与磕头机相比每天可以节电120多度，每台采油设备一年可以节电4万多度电，折合人民币3万多元。”
问：“你的往复式井下采油泵产品是什么时候开发成功的，在油田实际应用的情况如何？”
答：“２００４年我就开发出第一批样机，随即投入油田实际使用，并取得成功。从那时到现在，这批设备已经运行了将近４年了，运行情况一直十分正常。这几年，我们先后生产了２００台产品，分别应用在大庆油田、辽河油田、胜利油田等大型石油企业，每一台产品都非常成功，没有发生过一次技术故障。油田对我的产品都非常认可。大庆油田表示愿意投资，和我合作在大庆建生产企业，专门生产这种井下油泵设备，但是我没有同意。”
问：“你说油田认可你的产品，有一些文字材料可以证明吗？”
答：“我有在这些油田成功应用的报道材料，包括油田的报纸和一些杂志，你们可以看一下。”
说完，冯总随手拿出了一些复印材料递给我们，我们随便翻开看了一下。材料共有四份：1、“胜利油田”机关报“胜利日报”2006年5月11日的报道，标题是“往复式潜油电泵首次使用获得成功”；2、“中国石油报”2006年9月18日的报道，题目是“往复式电潜柱塞抽油泵解决了低产水平井深抽问题”。文章的第一句话是，“9月6日大庆油田第八采油厂传出喜讯，往复式电潜柱塞抽油泵在低产水平井试验获得成功”；3、辽河石油报2008年3月5日的报道，题目是“茨榆坨采油厂往复式无杆采油工艺试验成功”，小标题是“可消除传统抽油机井管杆偏磨系列问题，泵效高，节能效果显著”； 4、某杂志2006年第二期发表的长篇文章，小标题是“世界采油方式的一场革命”，小标题是“记沈阳新城石油机械厂厂长冯春国”。
问：“井下环境对于电机和油泵来说非常恶劣，你们的产品要克服很多困难？”
答：“井下的环境对于我的产品来说确实是相当困难，这也是为什么到现在为止世界上还没有人能解决井下油泵直接采油这个技术难题的主要原因。井下环境的恶劣有几个方面：一是，压力特别大。一般油井的深度在２０００米左右，在井下的油泵必须承受超过２０兆帕，即２００个大气压的压力，一般钢材、一般壁厚的钢管套在这样的深度下都将被压扁；二是，温度特别高。在地下２０００米深处，由于接近地核，温度要达到大约摄氏４００度左右，这对于电机采用的一般永磁体材料来说，是很难承受的。钕铁硼永磁材料在摄氏６０度左右就要失磁，到４００度时一点磁性都没有了。如果电机一失磁，也就不可能再工作了；三是，周边环境差。电机和油泵的直径必须小于11厘米，在这么小的空间里实现几十瓩的功率非常困难，而且电机油泵必须长期工作在油污的条件下，有时侯会有很多水，这就对高压电机的绝缘材料和绝缘方式要求非常苛刻。”
问：“你们产品的制造技术是从哪儿来的？是企业自己开发的吗？”
答：“因为到现在为止，世界上还没有直线电机井下采油泵成功的先例，所以我们研制产品的生产工艺，包括许多技术细节，没有任何学习参考的对象，只能完全由我们自己研究解决。这项研究工作我们引进了一批高校技术专家，沈阳工业大学的一批老专家、老教授参与了我们的项目研究工作。工大材料科学与工程学院的吕振家教授和陈轩高级工程师，他们研发的“气体低温稀土多元共渗”、“整筒抽油泵耐磨耐腐蚀处理“等技术，其水平赶超了美国的垄断技术，获得过国家、省级奖项，他们多年来一直与我厂技术人员进行合作。后来工大从事电子和电脑技术的姜万钟教授也加盟我们的研究团队，这三位年过七旬“老将”的机电结合相得益彰。他们与我厂技术人员一道，反复摸索、反复试验，取得了大量数据资料，克服了研究大量困难，最后取得研究工作的突破。其中有许多诀窍是没有参加实际研制过程的人无法想象的。我们于2004年终于研制出了 “数控往复式潜油电泵”样机，其中一项技术已获国家专利，还有两项正在公告期。
问：“你是否介意讲一讲有关的技术问题――你们是如何克服新产品开发中的各种技术难题的呢？”
答：“克服技术难题的办法，许多都是很特殊的。关于克服大的压力问题，我们采用一种特殊的钢材，通过高温渗碳工艺，再经过特殊设计的淬火工艺，经过反复处理以后我们的电机钢套完全可以承受２００个以上的大气压力。高温渗碳设备、特殊淬火设备都是我们自己设计自己制作，工艺方法也都是我们反复研究出来的。关于油井下直线电机的制作，完全没有先例可循，工大的专家团队和企业技术人员进行电机自主设计，又完全依靠自己的力量完成了电机的生产制造。我们用一种特殊的可耐高温的永磁材料做动子。定子要在６６０伏线电压下工作，又是恶劣环境，所以必须有很高的绝缘强度，同时因为电机直径很小，外径只有11厘米，线圈空间非常有限，因此绝缘层又必须很薄。所以电机定子线包从导线绝缘材料选择，到绝缘线制作，电机线圈制作，完全由我们本企业自己完成。甚至２０００多米长的电机电源输入线，因为既要耐压，还要耐高温，又要承受很大的拉力，社会上没有这样的产品，只能由企业自己研究和制作。”
问：“你刚才说你的产品是数字控制往复式采油泵，数控系统又是谁给你开发的？”
答：“这种井下采油设备在井下采油时，动子要做上下往复式运动，频率必须保持每分钟X次，每次动作的采油量必须控制在XXXX毫升。而动子做上下运动时，其负载是不断变化的，电源必须是间歇性和周期性的，电流必须做相应的强度调整，这就需要用许多继电器进行控制，用数控方式对电路进行控制当然是最好的方式。但是这种数控系统的开发也有很大难度。起先我委托 XX航空研究所开发，他们说能开发，可是做了一段时间又说做不了了；后来我又委托XX仪表研究所开发，他们也说可以开发，可是最后也没有做出来。没有办法，我们也只能自己研究。后来还是我们的专家团队与企业技术人员合作，自行设计，自己安装调试，最后取得成功的。”
