石大名师--长江学者高德利
高德利，男，1958年生。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，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，1993年被晋升为石油大学石油工程教授。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。 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(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。
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