高德利

現任石油大學（北京）油氣井工程學科負責人、博士生導師，教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授（2001年受聘），並擔任中國石油天然氣集團公司石油管力學和環境行為重點實驗室副主任，當選為中國科協第六屆全國委員會委員、北京市科協第六屆委員會委員、中國高科技產業化研究會第二屆理事、中國石油學會第六屆理事兼青年工作委員會主任等。

長期從事石油與天然氣工程領域的教學和科研工作，以“井下力學/信息與控制工程”為主攻方向，迄今已完成省部級以上重點研究課題20餘項，在油氣井管柱力學與工程（BHA分析方法、井下管柱屈曲理論、高溫高壓效應與控制、井下摩阻/扭矩預測、複合套管柱優化設計理論和技術等）、井眼軌跡控制理論和技術（包括定向控制及高效防斜）及實鑽地層可鑽性及其各向異性的評估方法等方面取得創新性研究成果，獲省部級及其以上科技獎勵8項，併合作發表學術論文130多篇及出版《井眼軌跡控制》等專著3本，主編《地下鑽掘采工程不穩定理論與控制技術》等論文集5部。負責國家“211工程”石油大學油氣井工程學科的重點建設，並以優異成績使該學科點被評選為國家級重點學科。先後榮獲首屆“孫越崎科技教育基金”能源大獎、第四屆中國青年科技獎、首屆“清華大學優秀博士后”獎及全國留學回國人員成就獎（2003年），並獲得“國家教委跨世紀優秀人才培養基金”（1994年度）及“國家傑出青年科學基金”（1998年度）的資助。1993年被評選為北京市高等學校（青年）學科帶頭人，1995年被評選為首批中國石油天然氣總公司跨世紀學術、技術帶頭人，1996年首批入選國家“百千萬人才工程”（第一、二層次）。1993年開始享受國務院頒發的政府特殊津貼。

1 獲人才獎勵情況

國家自然科學基金委創新研究群體（51221003）學術帶頭人，2012

首批教育部創新團隊（IRT0411）學術帶頭人，2004

全國“留學回國人員成就獎”，2003

教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，2001

“國家傑出青年科學基金”獲得者，1998

首批國家跨世紀“百千萬人才工程”第一、二層次人選，1996

中國石油天然氣總公司跨世紀學術、技術帶頭人，1995

第四屆中國青年科技獎，1994

國家教委“跨世紀優秀人才基金”獲得者，1994

國務院頒發的政府特殊津貼，1993

北京市高等學校（青年）學科帶頭人，1993

首屆“孫越崎科技教育基金”能源大獎，1992

2 社會與學術兼職情況

國家能源專家諮詢委員會委員

中國科協第六屆、第七屆全國委員會委員

中國科協第七屆、第八屆繼續教育專門委員會副主任

國家自然科學基金委員會第八屆、第九屆學科評審組成員

中國高科技產業化研究會理事

中國石油學會第七屆、第八屆理事會常務理事

中國石油學會青年工作委員會主任、石油工程專業委員會副主任

CNPC石油管工程重點實驗室副主任及學術委員會副主任

化學品安全控制國家重點實驗室學術委員會委員

《Petroleum Science》《Computer Modeling in Engineering & Sciences》《石油學報》《中國海上油氣》《非常規油氣》等國內外學術期刊的編委

1 井眼軌跡控制理論和技術研究

油氣井，是人類探查與開發地下油氣資源必要的信息和物質通道。油氣鑽井，就是圍繞油氣井的建設和測量而實施的技術和資金密集型工程。石油工業由垂直井發展到定向井、叢式井，是一個歷史性的飛躍。這一飛躍帶來了土地資源的節約和鑽井成本的降低，解決了諸如救險、繞障及海洋鑽探等複雜工程問題，並特別有利於特殊油氣藏的勘探與開發。特別是石油鑽井從定向井發展到水平井，更是被譽為當今石油工業的革命性技術進步，在全世界受到高度重視。然而，在定向井、叢式井及水平井鑽井工程中，如何控制井眼軌跡沿設計軌道鑽達地下目標，卻是一個複雜的科學和技術難題。高德利緊密結合兩個國家重點科技攻關項目－“定向井、叢式井鑽井技術研究”及“石油水平井鑽井成套技術研究”，連續十年不間斷地研究這一難題。他從研究地層的各向異性及井下鑽井系統的造斜特性入手，在國內外首次建立了鑽頭與正交各向異性地層的相互作用模型，提出了有效鑽力的新概念及正交各向異性鑽井理論，並將地層按各向異性劃分為12類（前人只提出其中的2類），分別探討了它們對井眼軌跡漂移的影響規律。這一研究成果合理地解決了井眼軌跡漂移的客觀認識及定向控制準則等問題，在前人研究的基礎上向前邁進了一大步，在國內外同行中引起關注。為了提出定向控制的技術對策，他對井下鑽井系統（或稱“底部鑽具組合”）進行了深入研究，建立了相應的三維非線性動態控制方程，採用加權殘值法對底部鑽具組合三維大撓度縱橫彎曲非線性力學問題進行了成功的求解，並研製出數值模擬計算系統（軟體），在國內外獨樹一幟。同時，他還突破傳統靜力學防斜理論（基於鑽柱自轉）的限制，提出了基於鑽柱渦動的“動力學防斜理論”，為攻克複雜地層防斜打快的技術難題提供科學依據。在此基礎上，他開發出井眼軌跡預測和控制的軟體技術，並在大港、江漢、四川、新疆及海洋等油田得到廣泛應用。該項研究成果發表學術論文40多篇，1994年出版《井眼軌跡控制》專著1部，並先後獲得中國石油天然氣總公司（部級）科技進步特等獎及國家科技進步一等獎等科技獎勵。

2 實鑽地層特性的評估方法及其應用研究

在中國石油天然氣總公司（CNPC）的“石油科技中青年創新基金”及重點科技攻關項目的支持下，高德利帶領所屬課題組以實鑽地層可鑽性及其正交各向異性為主要研究對象，開展了深入、系統的理論和方法研究，建立了基於實鑽信息資料的地層特性參數優化反演模型和計算方法，並研製了相應的計算軟體系統。取得的主要創新成果如下：

1）基於鑽頭與正交各向異性地層的相互作用模型，提出了實鑽地層特性參數的評估方法，建立了地層正交各向異性指數的優化反演模型。同時，還建立了描述井下過程動態特性的（時序分析）預測模型，並且利用神經網路的非線性特性和逆系統辨識原理，建立了反演實鑽地層特性參數的神經網路模型。

2）地層可鑽性，是指在一定的鑽井條件下地層岩石破碎的難易程度。在實際鑽井過程中，鑽時錄井攜帶著大量地層信息，其中鑽時變化最能反映地層可鑽性的影響。針對深井鑽井問題，提出了用微可鑽性係數表徵實鑽地層可鑽性的新思路，並且建立了微可鑽性係數的反演模型，從而可利用錄井數據隨鑽提取地層的微可鑽性係數。

3）系統分析了實鑽地層可鑽性與聲波波速、頻譜特徵值之間的關係，建立了根據縱波波速計算地層可鑽性及其各向異性的公式；提出了描述地層可鑽性序列形態特徵的關聯維數指標和描述趨勢特徵的Hurst指數指標，從而可定量描述地層可鑽性序列的特徵，這對於區域地層可鑽性規律預測具有重要意義。

4）綜合考慮鑽頭結構、地層特性、水力參數及鑽井參數等影響，建立了地層抗鑽強度和鑽頭磨損程度的評估模型，以自定義參數描述鑽進過程中牙齒磨損與地層抗鑽強度變化的耦合作用，利用新鑽頭的實鑽數據確定鑽頭破岩的基本特性參數，從而為區分地層變化和鑽頭磨損的影響提供了基礎。這種方法既可隨鑽監測地層變化和鑽頭工況，也可為鑽後分析和鑽頭優選提供定量依據。

5）針對深部地層壓力評測問題，從地層壓力時間序列演化特徵分析出發，探討了建立神經網路地層壓力智能辨識模型的方法，並編製了基於MATLAB神經網路工具箱的地層壓力智能辨識軟體系統。同時，研究和應用“岩石強度法”對地層孔隙壓力進行隨鑽監測。

基於以上研究成果不僅發表學術論文近30篇，而且在現場獲得成功應用，有兩個項目分別獲得1998年度北京市科技進步一等獎及2000年度中國高校科技進步二等獎。

3 油氣井管柱力學與工程研究

高德利博士因科研成績突出而榮獲1998年度“國家傑出青年科學基金”資助（批准號：59825115），並結合CNPC“石油管力學和環境行為”重點實驗室的應用基礎研究課題，帶領所屬課題組重點開展了油氣井管柱的力學行為與優化控制研究，經過4年多不懈的努力，取得了如下主要創新成果：

1）綜合考慮油氣井管柱的結構和材料性能、載荷特徵及井眼約束條件等諸多因素的影響，通過建立和求解管柱屈曲微分控制方程，得到了受不同井眼約束管柱的正弦和螺旋屈曲構型，給出了在壓扭作用下管柱屈曲行為的臨界載荷及管柱軸向變形與載荷之間的關係（獲得實驗驗證，不同於前人的假設），從而確定了油氣井管柱的后屈曲路徑及其內力分佈。

2）考慮高溫（>180°C）高壓（>100MPa）影響，應用塑性力學增量理論，並通過試驗驗證，建立了測試管柱軸向力與變形的有效計算模型。建立了高溫高壓油氣井測試等作業中因井筒溫度發生變化導致的套管附載入荷的綜合計算模型，它考慮了套管的溫度效應、膨脹效應、屈曲效應和流體的熱膨脹效應、體積壓縮效應等因素，適合計算溫度變化引起的套管的圍壓與軸向力變化。

3）提出複雜地質條件下油氣井複合管柱的優化設計理論，為新型高抗擠套管產品的開發與應用提供了工程科學依據。同時，建立了把載荷和套管強度作為時間和空間函數的複合套管柱優化設計模型，以及更準確的套管內壓力計算模型、通用的軸向力計算模型和描述不連續外壓力分佈的組合外壓力模型等，形成了一套先進的複合套管柱優化設計理論和計算方法（排序篩選法），並開發出功能完善的優化設計系統（軟體）。

4）建立了通用的井下摩阻和扭矩計算模型和演演算法，其中特別考慮了井下管柱的屈曲效應，因而能夠更精確地計算三維井眼中管柱的摩阻和扭矩分佈。在此基礎上，開發出功能完善的井下摩阻和扭矩計算系統（軟體）。

基於以上研究成果不僅發表學術論文40多篇，而且在油田套損鑽井防治、大位移井工程及高溫高壓深井工程中獲得成功應用，其中有2個項目已分別獲省部級科技進步一等獎。

1 科技成果獎勵情況

中國近海高水垂比大位移鑽井關鍵技術研究及應用，國家科技進步二等獎,2007

新型高抗擠套管與複合管柱技術，國家科技進步二等獎,2005

定向井、叢式井技術研究，中國石油天然氣總公司（部級）科技進步特等獎，1990

中國近海高水垂比大位移鑽井關鍵技術研究及應用，中國海洋石油總公司科技進步一等獎，2006

新型高抗擠套管（TP130TT）與複合管柱技術，天津市科學技術進步一等獎，2002

實鑽地層正交各向異性的評估方法，北京市科學技術進步一等獎，1998

井口脈衝振動固井新技術研究與應用，中國石油和化學工業聯合會技術發明一等獎，2012

實鑽地層鑽井特性的評估方法及其應用，中國高校科技進步二等獎，2000

淺層稠油熱采井套管設計、完井工具的研製及應用，新疆維吾爾自治區科技進步二等獎，2005

高溫高壓氣井油套管柱密封性及安全性研究，陝西省科技進步二等獎，2004

南海西江邊際油田大位移井開發技術，深圳市科技進步一等獎，2002；2003年度廣東省科技進步二等獎

大港低滲塊狀砂岩油藏水平井鑽井技術，中國石油天然氣集團公司科技進步二等獎，1999

複雜工況下鑽柱安全性關鍵因素研究，國家安全生產科技成果二等獎，2009

授權發明專利16件

登記軟體著作權12項

2 第一作者發表的部分論著

Modeling & Simulation in Drilling and Completion for Oil & Gas.Tech Science Press,Duluth,USA,2012

複雜結構井優化設計與鑽完井控制技術。中國石油大學出版社，2011

油氣井管柱力學與工程。中國石油大學出版社，2006

井眼軌跡控制。石油大學出版社，1994

複雜地質條件下深井超深井鑽井技術。石油工業出版社，2004

油氣鑽探新技術。石油工業出版社，1998

Displacement and Hydraulic Calculation of the SMD System in Ultra-deepwater Condition.Petroleum Science and Technology, 2013

The Post-Buckling Behavior of A Tubular String in An Inclined Wellbore.Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2013

Research into Magnetic Guidance Technology for Directional Drilling in SAGD Horizontal Wells.Petroleum Science, 2013

無隔水管深水鑽井作業管柱的力學分析。科技導報，2012

On Improving the Accuracy of Prediction of the Down-hole Drag & Torque in Extended Reach Drilling (ERD). Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2012

New Method for Predicting Casing Wear in Horizontal Drilling .Petroleum Science and Technology, 2012

On a Method of Prediction of the Annular Pressure Buildup in Deepwater Wells for Oil & Gas. Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2012

Numerical Simulation of Sensitivity to Loads and Strength of Casing under Complicated Conditions.Petroleum Science and Technology, 2012

On Appropriately Matching the Bottomhole Pendulum Assembly with the Anisotropic Drill Bit, to Control the Hole-Deviation.Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2012

Experimental study on mechanical properties degradation of TP110TS tube steel in high H2S corrosive environment.Computers, Materials & Continua, 2011

Study of a Mechanism for Well Deviation in Air Drilling and Its Control. Petroleum Science and Technology, 2011

Evaluation Method for Anisotropic Drilling Characteristics of the Formation by Using Acoustic Wave Information.Acoustic Waves,InTech,2011,ISBN 978-953-307-572-3

海洋石油大位移鑽井關鍵技術研究. 世界石油工業，2010

Prediction of Casing Wear in Extended-Reach Drilling. Petroleum Science, 2010

Limit analysis of extended reach drilling in South China Sea. Petroleum Science, 2009

地層自然造斜特性的測井評價方法研究. 石油學報，2008

Study and experiment on the vibration characters of BHA. SPE114634,2008

煤層氣多分支井身結構設計模型研究. 石油學報，2007

南海流花超大位移井摩阻/扭矩及導向鑽井分析。石油鑽采工藝，2006

Experimental study of rock drill-ability anisotropy by acoustic velocity. Petroleum Science, 2006

易斜地層防斜打快鑽井理論與技術探討。石油鑽探技術，2005

南海西江大位移井鑽完井工藝分析研究。石油鑽采工藝，2004

南海西江大位移井定向控制技術研究。石油鑽采工藝，2004

南海西江大位移井鑽頭選型技術研究。石油鑽采工藝，2004

鑽井科技發展的歷史回顧回顧、現狀分析與建議。石油科技論壇，2004

A Method for Calculating Tubing Behavior in HPHT Wells，Journal of Petroleum Science & Engineering，2004

油氣鑽井技術展望。石油大學學報（自然科學版），2003

含鹽膏層井複合管柱優化設計技術。石油鑽探技術，2003

Buckling Behavior of Pipes in Oil & Gas Wells. Progress in Natural Science, 2002

Inversion Method of the Formation Anisotropy.IMMM2001,Japan,27-31 May 2001

水平井管柱屈曲與摩阻分析。石油大學學報(自然科學版)， 2000

On Instability of Wellbore & Its Trajectory.ISSST 2000

套管載荷分析與強度設計軟體研究。石油鑽采工藝， 1999

油氣鑽井中井眼系統的不穩定性與控制問題//高德利等：中國科協第46次“青年科學家論壇”報告文集。北京：中國科學技術出版社，1999

地下資源勘探開發與鑽井問題//中國科學技術協會:中國科協第三屆青年學術年會論文集。北京：中國科學技術出版社,1998

An analysis of helical buckling of long tubulars in horizontal wells.SPE50931,1998

談談定向井井壁穩定性問題. 石油鑽采工藝，1997

油氣勘探開發中的若干工程問題//高德利等：中國科協第21次“青年科學家論壇”文集。北京：石油工業出版社, 1997

鑽柱渦動特性分析。石油鑽采工藝，1996

井眼軌跡控制問題的力學分析方法。石油學報，1996

鑽壓防斜技術的實踐與理論探討。石油鑽采工藝，1995

Predicting and Scanning of Wellbore Trajectory in Horizontal Well Using Advanced Models.SPE 29982, 1995

石油鑽井底部鑽具組合大撓度三維分析。應用力學學報，1995

鑽頭和地層各向異性鑽井特性的一種表達方法。石油學報，1994

鄰井距離掃描計算與繪圖原理。石油鑽采工藝，1994

談談石油鑽柱失效問題。石油鑽采工藝，1994

典型導向鑽具組合的力學分析方法。石油大學學報（自然科學），1993

地層各向異性的評估方法。石油學報，1993

下部鑽具組合大撓度問題的權余法分析。石油學報, 1992

石油鑽井底部鑽具組合平面縱橫彎曲大撓度分析。工程力學，1992

鑽頭各向異性鑽井特性的理論分析與實驗。石油大學報（自然科學版），1991

帶彎接頭井下動力鑽具組合的造斜特性.石油鑽探技術，1991

正交各向異性地層對井斜的影響。石油學報，1990

典型地層的各向異性鑽井特性。石油大學學報（自然科學版），1990

A mechanical analysis of BHA behavior in a horizontal well with the Method of Wghted Residuals.Second China-Canada Heavy Oil Symposium,1990

鑽頭與地層相互作用的三維宏觀分析。石油大學學報（自然科學版），1989

鑽頭與地層相互作用的新模型。石油鑽采工藝, 1989

井眼軌跡控制的多功能微機程序。石油鑽采工藝，1989

彈性鑽柱兩個特殊點的意義及計算方法.華東石油學院學報（自然科學版），1987

受內壓異厚度截錐～圓柱組合薄殼的塑性極限分析。機械強度，1986