高德利-中国科学院院士介绍

人物小结

高德利，男，1958年生，2013年增选为中国科学院院士。

个人简介

1982年元月大学毕业于华东石油学院开发系并获得工学学士学位

1984年获得西南石油学院矿场机械硕士学位（仅仅只用了两年时间就获得了硕士学位）

1990年获得石油大学油气井工程专业工学博士学位

1992年在清华大学力学站完成博士后研究并被晋升为清华大学固体力学副教授，年底当选钻井研究所长

1993年被晋升为石油大学石油工程教授，系主任

1995年赴美国University of Texas at Austin和Texas A&M University访问学者

1996赴莫斯科古勃金油气科技大学高级访问学者

2005赴英国BGS各向异性研究室高级研究学者

2005年任中国石油大学（北京）校学术委员会，副主任、主任

2006年任中国石油大学石油工程教育部重点实验室主任

2008年任油气资源与探测国家重点实验室，学术委员、油气钻探方向带头人

2013年当选中国科学院院士

个人成就

现任石油大学（北京）油气井工程学科负责人、博士生导师，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授（2001年受聘），并担任中国石油天然气集团公司石油管力学和环境行为重点实验室副主任，当选为中国科协第六届全国委员会委员、北京市科协第六届委员会委员、中国高科技产业化研究会第二届理事、中国石油学会第六届理事兼青年工作委员会主任等。

长期从事石油与天然气工程领域的教学和科研工作，以“井下力学/信息与控制工程”为主攻方向，迄今已完成省部级以上重点研究课题20余项，在油气井管柱力学与工程（BHA分析方法、井下管柱屈曲理论、高温高压效应与控制、井下摩阻/扭矩预测、复合套管柱优化设计理论和技术等）、井眼轨迹控制理论和技术（包括定向控制及高效防斜）及实钻地层可钻性及其各向异性的评估方法等方面取得创新性研究成果，获省部级及其以上科技奖励8项，并合作发表学术论文130多篇及出版《井眼轨迹控制》等专著3本，主编《地下钻掘采工程不稳定理论与控制技术》等论文集5部。负责国家“211工程”石油大学油气井工程学科的重点建设，并以优异成绩使该学科点被评选为国家级重点学科。先后荣获首届“孙越崎科技教育基金”能源大奖、第四届中国青年科技奖、首届“清华大学优秀博士后”奖及全国留学回国人员成就奖（2003年），并获得“国家教委跨世纪优秀人才培养基金”（1994年度）及“国家杰出青年科学基金”（1998年度）的资助。1993年被评选为北京市高等学校（青年）学科带头人，1995年被评选为首批中国石油天然气总公司跨世纪学术、技术带头人，1996年首批入选国家“百千万人才工程”（第一、二层次）。1993年开始享受国务院颁发的政府特殊津贴。

获人才奖励情况

[1]国家自然科学基金委创新研究群体（51221003）学术带头人，2012

[2]首批教育部创新团队（IRT0411）学术带头人，2004

[3]全国“留学回国人员成就奖”，2003

[4]教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，2001

[5]“国家杰出青年科学基金”获得者，1998

[6]首批国家跨世纪“百千万人才工程”第一、二层次人选，1996

[7]中国石油天然气总公司跨世纪学术、技术带头人，1995

[8]第四届中国青年科技奖，1994

[9]国家教委“跨世纪优秀人才基金”获得者，1994

[10]国务院颁发的政府特殊津贴，1993

[11]北京市高等学校（青年）学科带头人，1993

[12]首届“孙越崎科技教育基金”能源大奖，1992

社会与学术兼职情况

[1]国家能源专家咨询委员会委员

[2]中国科协第六届、第七届全国委员会委员

[3]中国科协第七届、第八届继续教育专门委员会副主任

[4]国家自然科学基金委员会第八届、第九届学科评审组成员

[5]中国高科技产业化研究会理事

[6]中国石油学会第七届、第八届理事会常务理事

[7]中国石油学会青年工作委员会主任、石油工程专业委员会副主任

[8]CNPC石油管工程重点实验室副主任及学术委员会副主任

[9]化学品安全控制国家重点实验室学术委员会委员

[10]《Petroleum Science》《Computer Modeling in Engineering & Sciences》《石油学报》《中国海上油气》《非常规油气》等国内外学术期刊的编委

主要贡献

1 井眼轨迹控制理论和技术研究

油气井，是人类探查与开发地下油气资源必要的信息和物质通道。油气钻井，就是围绕油气井的建设和测量而实施的技术和资金密集型工程。石油工业由垂直井发展到定向井、丛式井，是一个历史性的飞跃。这一飞跃带来了土地资源的节约和钻井成本的降低，解决了诸如救险、绕障及海洋钻探等复杂工程问题，并特别有利于特殊油气藏的勘探与开发。特别是石油钻井从定向井发展到水平井，更是被誉为当今石油工业的革命性技术进步，在全世界受到高度重视。然而，在定向井、丛式井及水平井钻井工程中，如何控制井眼轨迹沿设计轨道钻达地下目标，却是一个复杂的科学和技术难题。高德利紧密结合两个国家重点科技攻关项目－“定向井、丛式井钻井技术研究”及“石油水平井钻井成套技术研究”，连续十年不间断地研究这一难题。他从研究地层的各向异性及井下钻井系统的造斜特性入手，在国内外首次建立了钻头与正交各向异性地层的相互作用模型，提出了有效钻力的新概念及正交各向异性钻井理论，并将地层按各向异性划分为12类（前人只提出其中的2类），分别探讨了它们对井眼轨迹漂移的影响规律。这一研究成果合理地解决了井眼轨迹漂移的客观认识及定向控制准则等问题，在前人研究的基础上向前迈进了一大步，在国内外同行中引起关注。为了提出定向控制的技术对策，他对井下钻井系统（或称“底部钻具组合”）进行了深入研究，建立了相应的三维非线性动态控制方程，采用加权残值法对底部钻具组合三维大挠度纵横弯曲非线性力学问题进行了成功的求解，并研制出数值模拟计算系统（软件），在国内外独树一帜。同时，他还突破传统静力学防斜理论（基于钻柱自转）的限制，提出了基于钻柱涡动的“动力学防斜理论”，为攻克复杂地层防斜打快的技术难题提供科学依据。在此基础上，他开发出井眼轨迹预测和控制的软件技术，并在大港、江汉、四川、新疆及海洋等油田得到广泛应用。该项研究成果发表学术论文40多篇，1994年出版《井眼轨迹控制》专著1部，并先后获得中国石油天然气总公司（部级）科技进步特等奖及国家科技进步一等奖等科技奖励。

2 实钻地层特性的评估方法及其应用研究

在中国石油天然气总公司（CNPC）的“石油科技中青年创新基金”及重点科技攻关项目的支持下，高德利带领所属课题组以实钻地层可钻性及其正交各向异性为主要研究对象，开展了深入、系统的理论和方法研究，建立了基于实钻信息资料的地层特性参数优化反演模型和计算方法，并研制了相应的计算软件系统。取得的主要创新成果如下：

1）基于钻头与正交各向异性地层的相互作用模型，提出了实钻地层特性参数的评估方法，建立了地层正交各向异性指数的优化反演模型。同时，还建立了描述井下过程动态特性的（时序分析）预测模型，并且利用神经网络的非线性特性和逆系统辨识原理，建立了反演实钻地层特性参数的神经网络模型。

2）地层可钻性，是指在一定的钻井条件下地层岩石破碎的难易程度。在实际钻井过程中，钻时录井携带着大量地层信息，其中钻时变化最能反映地层可钻性的影响。针对深井钻井问题，提出了用微可钻性系数表征实钻地层可钻性的新思路，并且建立了微可钻性系数的反演模型，从而可利用录井数据随钻提取地层的微可钻性系数。

3）系统分析了实钻地层可钻性与声波波速、频谱特征值之间的关系，建立了根据纵波波速计算地层可钻性及其各向异性的公式；提出了描述地层可钻性序列形态特征的关联维数指标和描述趋势特征的Hurst指数指标，从而可定量描述地层可钻性序列的特征，这对于区域地层可钻性规律预测具有重要意义。

4）综合考虑钻头结构、地层特性、水力参数及钻井参数等影响，建立了地层抗钻强度和钻头磨损程度的评估模型，以自定义参数描述钻进过程中牙齿磨损与地层抗钻强度变化的耦合作用，利用新钻头的实钻数据确定钻头破岩的基本特性参数，从而为区分地层变化和钻头磨损的影响提供了基础。这种方法既可随钻监测地层变化和钻头工况，也可为钻后分析和钻头优选提供定量依据。

5）针对深部地层压力评测问题，从地层压力时间序列演化特征分析出发，探讨了建立神经网络地层压力智能辨识模型的方法，并编制了基于MATLAB神经网络工具箱的地层压力智能辨识软件系统。同时，研究和应用“岩石强度法”对地层孔隙压力进行随钻监测。

基于以上研究成果不仅发表学术论文近30篇，而且在现场获得成功应用，有两个项目分别获得1998年度北京市科技进步一等奖及2000年度中国高校科技进步二等奖。

3 油气井管柱力学与工程研究

高德利博士因科研成绩突出而荣获1998年度“国家杰出青年科学基金”资助（批准号：59825115），并结合CNPC“石油管力学和环境行为”重点实验室的应用基础研究课题，带领所属课题组重点开展了油气井管柱的力学行为与优化控制研究，经过4年多不懈的努力，取得了如下主要创新成果：

1）综合考虑油气井管柱的结构和材料性能、载荷特征及井眼约束条件等诸多因素的影响，通过建立和求解管柱屈曲微分控制方程，得到了受不同井眼约束管柱的正弦和螺旋屈曲构型，给出了在压扭作用下管柱屈曲行为的临界载荷及管柱轴向变形与载荷之间的关系（获得实验验证，不同于前人的假设），从而确定了油气井管柱的后屈曲路径及其内力分布。

2）考虑高温（>180°C）高压（>100MPa）影响，应用塑性力学增量理论，并通过试验验证，建立了测试管柱轴向力与变形的有效计算模型。建立了高温高压油气井测试等作业中因井筒温度发生变化导致的套管附加载荷的综合计算模型，它考虑了套管的温度效应、膨胀效应、屈曲效应和流体的热膨胀效应、体积压缩效应等因素，适合计算温度变化引起的套管的围压与轴向力变化。

3）提出复杂地质条件下油气井复合管柱的优化设计理论，为新型高抗挤套管产品的开发与应用提供了工程科学依据。同时，建立了把载荷和套管强度作为时间和空间函数的复合套管柱优化设计模型，以及更准确的套管内压力计算模型、通用的轴向力计算模型和描述不连续外压力分布的组合外压力模型等，形成了一套先进的复合套管柱优化设计理论和计算方法（排序筛选法），并开发出功能完善的优化设计系统（软件）。

4）建立了通用的井下摩阻和扭矩计算模型和算法，其中特别考虑了井下管柱的屈曲效应，因而能够更精确地计算三维井眼中管柱的摩阻和扭矩分布。在此基础上，开发出功能完善的井下摩阻和扭矩计算系统（软件）。

基于以上研究成果不仅发表学术论文40多篇，而且在油田套损钻井防治、大位移井工程及高温高压深井工程中获得成功应用，其中有2个项目已分别获省部级科技进步一等奖。

成果简介

1 科技成果奖励情况

[1]中国近海高水垂比大位移钻井关键技术研究及应用,国家科技进步二等奖,2007

[2]新型高抗挤套管与复合管柱技术,国家科技进步二等奖,2005

[3]定向井、丛式井技术研究，中国石油天然气总公司（部级）科技进步特等奖，1990

[4]中国近海高水垂比大位移钻井关键技术研究及应用，中国海洋石油总公司科技进步一等奖，2006

[5]新型高抗挤套管（TP130TT）与复合管柱技术，天津市科学技术进步一等奖，2002

[6]实钻地层正交各向异性的评估方法，北京市科学技术进步一等奖，1998

[7]井口脉冲振动固井新技术研究与应用，中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖，2012

[8]实钻地层钻井特性的评估方法及其应用，中国高校科技进步二等奖，2000

[9]浅层稠油热采井套管设计、完井工具的研制及应用，新疆维吾尔自治区科技进步二等奖，2005

[10]高温高压气井油套管柱密封性及安全性研究，陕西省科技进步二等奖，2004

[11]南海西江边际油田大位移井开发技术，深圳市科技进步一等奖，2002；2003年度广东省科技进步二等奖

[12]大港低渗块状砂岩油藏水平井钻井技术，中国石油天然气集团公司科技进步二等奖，1999

[13]复杂工况下钻柱安全性关键因素研究，国家安全生产科技成果二等奖，2009

[14]授权发明专利16件

[15]登记软件著作权12项

2 第一作者发表的部分论著

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

[2]复杂结构井优化设计与钻完井控制技术.中国石油大学出版社，2011

[3]油气井管柱力学与工程.中国石油大学出版社，2006

[4]井眼轨迹控制.石油大学出版社，1994

[5]复杂地质条件下深井超深井钻井技术.石油工业出版社，2004

[6]油气钻探新技术.石油工业出版社，1998

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

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

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

[10]无隔水管深水钻井作业管柱的力学分析.科技导报，2012

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

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

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

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

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

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

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

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

[19]海洋石油大位移钻井关键技术研究. 世界石油工业，2010

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

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

[22]地层自然造斜特性的测井评价方法研究. 石油学报，2008

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

[24]煤层气多分支井身结构设计模型研究. 石油学报，2007

[25]南海流花超大位移井摩阻/扭矩及导向钻井分析.石油钻采工艺，2006

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

[27]易斜地层防斜打快钻井理论与技术探讨. 石油钻探技术，2005

[28]南海西江大位移井钻完井工艺分析研究.石油钻采工艺，2004

[29]南海西江大位移井定向控制技术研究.石油钻采工艺，2004

[30]南海西江大位移井钻头选型技术研究.石油钻采工艺，2004

[31]钻井科技发展的历史回顾回顾、现状分析与建议.石油科技论坛，2004

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

[33]油气钻井技术展望.石油大学学报（自然科学版），2003

[34]含盐膏层井复合管柱优化设计技术.石油钻探技术，2003

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

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

[37]水平井管柱屈曲与摩阻分析.石油大学学报(自然科学版)， 2000

[38]On Instability of Wellbore & Its Trajectory.ISSST 2000

[39]套管载荷分析与强度设计软件研究.石油钻采工艺， 1999

[40]油气钻井中井眼系统的不稳定性与控制问题//高德利等:中国科协第46次“青年科学家论坛”报告文集.北京：中国科学技术出版社，1999

[41]地下资源勘探开发与钻井问题//中国科学技术协会:中国科协第三届青年学术年会论文集.北京：中国科学技术出版社,1998

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

[43]谈谈定向井井壁稳定性问题. 石油钻采工艺，1997

[44]油气勘探开发中的若干工程问题//高德利等:中国科协第21次“青年科学家论坛”文集.北京：石油工业出版社, 1997

[45]钻柱涡动特性分析.石油钻采工艺，1996

[46]井眼轨迹控制问题的力学分析方法.石油学报，1996

[47]钻压防斜技术的实践与理论探讨.石油钻采工艺，1995

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

[49]石油钻井底部钻具组合大挠度三维分析.应用力学学报，1995

[50]钻头和地层各向异性钻井特性的一种表达方法.石油学报，1994

[51]邻井距离扫描计算与绘图原理.石油钻采工艺，1994

[52]谈谈石油钻柱失效问题.石油钻采工艺，1994

[53]典型导向钻具组合的力学分析方法.石油大学学报（自然科学），1993

[54]地层各向异性的评估方法.石油学报，1993

[55]下部钻具组合大挠度问题的权余法分析.石油学报, 1992

[56]石油钻井底部钻具组合平面纵横弯曲大挠度分析.工程力学，1992

[57]钻头各向异性钻井特性的理论分析与实验.石油大学报（自然科学版），1991

[58]带弯接头井下动力钻具组合的造斜特性.石油钻探技术，1991

[59]正交各向异性地层对井斜的影响.石油学报，1990

[60]典型地层的各向异性钻井特性.石油大学学报（自然科学版），1990

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

[62]钻头与地层相互作用的三维宏观分析.石油大学学报（自然科学版），1989

[63]钻头与地层相互作用的新模型.石油钻采工艺, 1989

[64]井眼轨迹控制的多功能微机程序.石油钻采工艺，1989

[65]弹性钻柱两个特殊点的意义及计算方法.华东石油学院学报（自然科学版），1987

[66]受内压异厚度截锥～圆柱组合薄壳的塑性极限分析.机械强度，1986