【科研百人】冯定：博观而约取 厚积而薄发

人物名片：冯定，博士、二级教授、博士生导师。机械工程学院院长、湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心主任、机械工程学科首席负责人。现从事油气装备及井下工具的设计、诊断及动态仿真的科研、教学，并负责研究生工作。

湖北省有突出贡献中青年专家、湖北省新世纪高层次人才工程第二层次人选、湖北省跨世纪学术骨干、湖北省船舶与海洋工程领域专家。兼任湖北省机械工程学会常务理事、湖北省力学学会常务理事、湖北省机械工程学会教育工作委员会常务理事、湖北无损检测学会常务理事，亚洲流体机械学会（AFMC）技术委员，《石油钻探技术》、《石油机械》、《大庆石油学院学报》和《石油天然气学报》编委。

先后给博士生、硕士生和本科生主讲《机械CAD/CAM》等11门课程；已培养50多名硕士和博士研究生，其中大部分已成为专业技术骨干，部分成为业务主管；目前指导在读硕士研究生15名，在读博士研究生3名，在职博士后2名。

冯定教授及其科研团队一直致力于油气装备和钻完井工具的产品设计、诊断与动态仿真方面的研究工作，是湖北省科技创新团队和湖北省重点产业创新团队；作为项目负责人承担了国家重大专项、国家自然科学基金以及各油田科研课题近70余项，通过与科技部和中石油等三大石油公司开展模块化油气装备和钻完井工具的研究工作，取得了一批开创性的研究成果：一方面填补了我国在该领域研究的一些空白，同时很好地为我国石油工业的油气钻采与开发技术提供了装备支撑，取得了巨大的经济效益。由其主持完成的“海洋轻型模块式钻修机”项目在2010年获湖北省科技进步一等奖，另外还获省部级科技进步一、二、三等奖共11项，获专利38项；先后在《Mechanical Engineering and Materials》、《石油学报》等刊物上发表论文176篇，其中《EI》收录32篇，《ISTP》收录6篇，《PA》收录87篇，提出的优化前馈网络模型—OBP算法，被许多国际同行所引用，被收录到“当代中国科学家和发明家大辞典”中，“基于模块化的采油机械设计”等20篇论文被湖北省评为优秀学术论文特、一、二等奖。

公开出版《神经网络专家系统》等学术专著3部。作为国际会议主席，成功主办了2013年机械、材料科学与能源工程国际学术会议，编辑出版的论文全部被《EI》收录。

在长期的科学研究过程中，冯定教授领导的研究团队被评为湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队，依托“湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心”、“非常规油气湖北省协同创新中心”和“湖北省中小企业共性技术石油及化工机械工程研发推广中心”三大平台，立足湖北省石油骨干企业，面向地方科技开展科学研究，形成了大挠度和大长径比机械系统及井下工具的诊断理论与应用、石油井下机具的计算机仿真技术与钻采设备的检测诊断三个特色鲜明的研究方向。

针对石油管杆柱在井下工作空间狭小（径向尺寸受限制）、环境恶劣、管柱和井下工具的运动状态复杂等特点，冯定教授提出了基于多相流、地层异性和产出液作用下的综合诊断理论，并建立了相应的综合诊断模型。以“潜油电泵机组综合工况诊断系统研究”、“电潜泵井防垢配套工具”、“重要油田设备技术发展状况研究”等项目为代表，在国际上提出了井下机组综合诊断概念，针对不同的油井、动液面、产出液物性以及电机和电泵的参数，对井下动力与电泵、电泵与产层实现耦合分析；同时，以“保安全、求经济”为目标，创立了潜油电泵机组综合诊断分析方法和诊断模型，为新技术的开发与应用奠定了科学基础。另外，将潜油电机的故障划分为本体故障和附体故障，尤其对油层温度过高等原因，探讨了阈值与报警设定以及相关的定性和定量研究，为潜油电泵机组的故障分析、监测和诊断提供了可靠的分析基础；完成了三种泵型在35～85℃条件下，7种不同含水比例原油的粘度对潜油电泵特性影响的室内实验研究，建立了含水、温度和粘度对潜油电泵性能的影响规律，提出了基于粘—温特性的潜油电泵诊断方法，完善了潜油电泵机组受产出液影响的综合故障诊断方法。2007年通过湖北省鉴定，认为“该研究取得了创新性成果，对推动我国石油工业的技术进步具有重要意义，其成果达到同类技术的国际先进水平”。该项目首先在渤海、江汉和华北油田的开发生产中获得成功应用，截止2006年12月底，在这三个油田诊断了772口油井，检泵周期平均延长了30～70天左右，减少了一次检泵作业，增加了原油的生产时间，有效地解决了海上油田和陆地油田石油生产过程中潜油电泵机组经常出现故障的重大技术难题，为在全国油田有效诊断井下工具的故障问题开辟了一条新路。该项目在油田应用获得的效益非常显著，迄今已增产原油443639桶（81024吨），并可节省巨大的直接费用和材料费，创经济效益4.014亿元人民币。

在井下工具起下钻动态模拟的仿真研究方面，冯教授及其团队揭示了井下工具在起下过程的运动规律，为降低起下过程风险、减少生产事故率提供了技术依据。以“The Simulation and Design of Functionality, Mechanism and Dynamic Conditions of Deep Well Drilling and Production Tools in The Multiphase Flow”、“多相流下的深井井下工具的机理、结构与动态分析与仿真”、“潜油电泵起下工况仿真系统”、“注聚工艺过程设备与仿真技术研究” 等项目为代表，以斜井、水平井井眼轨迹为研究对象，以系统工程的理论和方法为基础，利用完井过程获得的井眼参数，采用数字模拟的转换机理和布尔逻辑运算，自动生成各种类型和结构的管柱，最终实现了潜油电泵及其井下工具起下工况的仿真，包括常用管柱、Ｙ型管柱在插入密封时，管柱的状态仿真；以及管柱在上拉和下压不同吨位时，管柱动态仿真等技术，较好地解决了潜油电泵起下工况的动态模拟问题。该技术通过了中海石油公司鉴定，认为“为采油工程在国内首次提供了潜油电泵起下工况仿真软件，思路新颖、实用性强”。目前已应用了436口井，增产原油109600方（17734桶），并可节省巨大的直接费用和材料费，已创经济效益5513.98万美元。

在钻采设备的检测诊断方面，冯教授带领团队研究钻采设备系统的故障机制，建立了故障分析与诊断的数据库，研究了故障检测诊断方法，完成了管杆防偏磨研究及应用技术等一批科研项目。其中，“管杆防偏磨器研制及应用技术”获2000年湖北省科技进步三等奖；管杆防偏磨研究及应用技术在胜利、塔里木、吐哈等油田得到广泛应用，产生经济效益3.6亿元。

实事求是、敢于质疑、勇于创新是冯定教授主持科研项目时坚持秉承的科研精神。无论是现场数据还是试验参数，他都要反复确定坚持做到有理有据。在解决现场实际问题上，冯定教授坚决抵制盲目采用现有理论，始终坚持大胆假设小心求证的原则，结合实际情况解决实际问题。先后主持并完成了“高造斜率井眼轨迹控制工具研究”、“井下流量与地面油砂分离装置研究”和“深水钻机动力定位关键设备测试及锚泊系统用锚金相分析”3项国家重大专项。主持完成的“海洋轻型模块式钻修机”项目，通过湖北省科技厅鉴定，整体技术达到国际先进水平，获湖北省科技进步一等奖。同时，冯定教授也是国家攻关项目“定向井、丛式井钻井技术研究”的主要参与者，该项目获国家科技进步一等奖和石油天然气总公司科技成果特等奖。在主持的各种科研项目中，冯定教授不断创新，改进和设计了多种新型工具，申请国家专利38项，其中发明专利15项，为石油行业创造了巨大的经济效益。

32年来，冯定教授甘做园丁，严格遵循学生之事无小事的人才培养理念，坚持秉承实事求是、敢于质疑、勇于创新的科研精神，带头实践严肃、严格、严谨的学术作风，为社会培养了一批批合格人才。作为机械工程学院院长和相关领域的知名教授，甘做人梯，助力年轻教师成长。为了培养年轻人，2007年以来，在团队的项目申报、专利申请、论文发表、成果报奖等方面，有意识地扶持年轻教师，助推他们成长成功，取得了良好的效果。

（编辑 陆峰）