高德利-中國科學(xué)院院士介紹

人物小結(jié)

高德利，男，1958年生，2013年增選為中國科學(xué)院院士。

個人簡介

1982年元月大學(xué)畢業(yè)于華東石油學(xué)院開發(fā)系并獲得工學(xué)學(xué)士學(xué)位

1984年獲得西南石油學(xué)院礦場機械碩士學(xué)位（僅僅只用了兩年時間就獲得了碩士學(xué)位）

1990年獲得石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位

1992年在清華大學(xué)力學(xué)站完成博士后研究并被晉升為清華大學(xué)固體力學(xué)副教授，年底當(dāng)選鉆井研究所長

1993年被晉升為石油大學(xué)石油工程教授，系主任

1995年赴美國University of Texas at Austin和Texas A&M University訪問學(xué)者

1996赴莫斯科古勃金油氣科技大學(xué)高級訪問學(xué)者

2005赴英國BGS各向異性研究室高級研究學(xué)者

2005年任中國石油大學(xué)（北京）校學(xué)術(shù)委員會，副主任、主任

2006年任中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室主任

2008年任油氣資源與探測國家重點實驗室，學(xué)術(shù)委員、油氣鉆探方向帶頭人

2013年當(dāng)選中國科學(xué)院院士

個人成就

現(xiàn)任石油大學(xué)（北京）油氣井工程學(xué)科負責(zé)人、博士生導(dǎo)師，教育部“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授（2001年受聘），并擔(dān)任中國石油天然氣集團公司石油管力學(xué)和環(huán)境行為重點實驗室副主任，當(dāng)選為中國科協(xié)第六屆全國委員會委員、北京市科協(xié)第六屆委員會委員、中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會第二屆理事、中國石油學(xué)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(lǐng)域的教學(xué)和科研工作，以“井下力學(xué)/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余項，在油氣井管柱力學(xué)與工程（BHA分析方法、井下管柱屈曲理論、高溫高壓效應(yīng)與控制、井下摩阻/扭矩預(yù)測、復(fù)合套管柱優(yōu)化設(shè)計理論和技術(shù)等）、井眼軌跡控制理論和技術(shù)（包括定向控制及高效防斜）及實鉆地層可鉆性及其各向異性的評估方法等方面取得創(chuàng)新性研究成果，獲省部級及其以上科技獎勵8項，并合作發(fā)表學(xué)術(shù)論文130多篇及出版《井眼軌跡控制》等專著3本，主編《地下鉆掘采工程不穩(wěn)定理論與控制技術(shù)》等論文集5部。負責(zé)國家“211工程”石油大學(xué)油氣井工程學(xué)科的重點建設(shè)，并以優(yōu)異成績使該學(xué)科點被評選為國家級重點學(xué)科。先后榮獲首屆“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(xué)優(yōu)秀博士后”獎及全國留學(xué)回國人員成就獎（2003年），并獲得“國家教委跨世紀優(yōu)秀人才培養(yǎng)基金”（1994年度）及“國家杰出青年科學(xué)基金”（1998年度）的資助。1993年被評選為北京市高等學(xué)校（青年）學(xué)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(xué)術(shù)、技術(shù)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(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼。

獲人才獎勵情況

[1]國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體（51221003）學(xué)術(shù)帶頭人，2012

[2]首批教育部創(chuàng)新團隊（IRT0411）學(xué)術(shù)帶頭人，2004

[3]全國“留學(xué)回國人員成就獎”，2003

[4]教育部“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授，2001

[5]“國家杰出青年科學(xué)基金”獲得者，1998

[6]首批國家跨世紀“百千萬人才工程”第一、二層次人選，1996

[7]中國石油天然氣總公司跨世紀學(xué)術(shù)、技術(shù)帶頭人，1995

[8]第四屆中國青年科技獎，1994

[9]國家教委“跨世紀優(yōu)秀人才基金”獲得者，1994

[10]國務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼，1993

[11]北京市高等學(xué)校（青年）學(xué)科帶頭人，1993

[12]首屆“孫越崎科技教育基金”能源大獎，1992

社會與學(xué)術(shù)兼職情況

[1]國家能源專家咨詢委員會委員

[2]中國科協(xié)第六屆、第七屆全國委員會委員

[3]中國科協(xié)第七屆、第八屆繼續(xù)教育專門委員會副主任

[4]國家自然科學(xué)基金委員會第八屆、第九屆學(xué)科評審組成員

[5]中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會理事

[6]中國石油學(xué)會第七屆、第八屆理事會常務(wù)理事

[7]中國石油學(xué)會青年工作委員會主任、石油工程專業(yè)委員會副主任

[8]CNPC石油管工程重點實驗室副主任及學(xué)術(shù)委員會副主任

[9]化學(xué)品安全控制國家重點實驗室學(xué)術(shù)委員會委員

[10]《Petroleum Science》《Computer Modeling in Engineering & Sciences》《石油學(xué)報》《中國海上油氣》《非常規(guī)油氣》等國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊的編委

主要貢獻

1 井眼軌跡控制理論和技術(shù)研究

油氣井，是人類探查與開發(fā)地下油氣資源必要的信息和物質(zhì)通道。油氣鉆井，就是圍繞油氣井的建設(shè)和測量而實施的技術(shù)和資金密集型工程。石油工業(yè)由垂直井發(fā)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(jié)約和鉆井成本的降低，解決了諸如救險、繞障及海洋鉆探等復(fù)雜工程問題，并特別有利于特殊油氣藏的勘探與開發(fā)。特別是石油鉆井從定向井發(fā)展到水平井，更是被譽為當(dāng)今石油工業(yè)的革命性技術(shù)進步，在全世界受到高度重視。然而，在定向井、叢式井及水平井鉆井工程中，如何控制井眼軌跡沿設(shè)計軌道鉆達地下目標，卻是一個復(fù)雜的科學(xué)和技術(shù)難題。高德利緊密結(jié)合兩個國家重點科技攻關(guān)項目－“定向井、叢式井鉆井技術(shù)研究”及“石油水平井鉆井成套技術(shù)研究”，連續(xù)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鉆井系統(tǒng)的造斜特性入手，在國內(nèi)外首次建立了鉆頭與正交各向異性地層的相互作用模型，提出了有效鉆力的新概念及正交各向異性鉆井理論，并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(guī)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(chǔ)上向前邁進了一大步，在國內(nèi)外同行中引起關(guān)注。為了提出定向控制的技術(shù)對策，他對井下鉆井系統(tǒng)（或稱“底部鉆具組合”）進行了深入研究，建立了相應(yīng)的三維非線性動態(tài)控制方程，采用加權(quán)殘值法對底部鉆具組合三維大撓度縱橫彎曲非線性力學(xué)問題進行了成功的求解，并研制出數(shù)值模擬計算系統(tǒng)（軟件），在國內(nèi)外獨樹一幟。同時，他還突破傳統(tǒng)靜力學(xué)防斜理論（基于鉆柱自轉(zhuǎn)）的限制，提出了基于鉆柱渦動的“動力學(xué)防斜理論”，為攻克復(fù)雜地層防斜打快的技術(shù)難題提供科學(xué)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，他開發(fā)出井眼軌跡預(yù)測和控制的軟件技術(shù)，并在大港、江漢、四川、新疆及海洋等油田得到廣泛應(yīng)用。該項研究成果發(fā)表學(xué)術(shù)論文40多篇，1994年出版《井眼軌跡控制》專著1部，并先后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 實鉆地層特性的評估方法及其應(yīng)用研究

在中國石油天然氣總公司（CNPC）的“石油科技中青年創(chuàng)新基金”及重點科技攻關(guān)項目的支持下，高德利帶領(lǐng)所屬課題組以實鉆地層可鉆性及其正交各向異性為主要研究對象，開展了深入、系統(tǒng)的理論和方法研究，建立了基于實鉆信息資料的地層特性參數(shù)優(yōu)化反演模型和計算方法，并研制了相應(yīng)的計算軟件系統(tǒng)。取得的主要創(chuàng)新成果如下：

1）基于鉆頭與正交各向異性地層的相互作用模型，提出了實鉆地層特性參數(shù)的評估方法，建立了地層正交各向異性指數(shù)的優(yōu)化反演模型。同時，還建立了描述井下過程動態(tài)特性的（時序分析）預(yù)測模型，并且利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性特性和逆系統(tǒng)辨識原理，建立了反演實鉆地層特性參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

2）地層可鉆性，是指在一定的鉆井條件下地層巖石破碎的難易程度。在實際鉆井過程中，鉆時錄井?dāng)y帶著大量地層信息，其中鉆時變化最能反映地層可鉆性的影響。針對深井鉆井問題，提出了用微可鉆性系數(shù)表征實鉆地層可鉆性的新思路，并且建立了微可鉆性系數(shù)的反演模型，從而可利用錄井?dāng)?shù)據(jù)隨鉆提取地層的微可鉆性系數(shù)。

3）系統(tǒng)分析了實鉆地層可鉆性與聲波波速、頻譜特征值之間的關(guān)系，建立了根據(jù)縱波波速計算地層可鉆性及其各向異性的公式；提出了描述地層可鉆性序列形態(tài)特征的關(guān)聯(lián)維數(shù)指標和描述趨勢特征的Hurst指數(shù)指標，從而可定量描述地層可鉆性序列的特征，這對于區(qū)域地層可鉆性規(guī)律預(yù)測具有重要意義。

4）綜合考慮鉆頭結(jié)構(gòu)、地層特性、水力參數(shù)及鉆井參數(shù)等影響，建立了地層抗鉆強度和鉆頭磨損程度的評估模型，以自定義參數(shù)描述鉆進過程中牙齒磨損與地層抗鉆強度變化的耦合作用，利用新鉆頭的實鉆數(shù)據(jù)確定鉆頭破巖的基本特性參數(shù)，從而為區(qū)分地層變化和鉆頭磨損的影響提供了基礎(chǔ)。這種方法既可隨鉆監(jiān)測地層變化和鉆頭工況，也可為鉆后分析和鉆頭優(yōu)選提供定量依據(jù)。

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征分析出發(fā)，探討了建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地層壓力智能辨識模型的方法，并編制了基于MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的地層壓力智能辨識軟件系統(tǒng)。同時，研究和應(yīng)用“巖石強度法”對地層孔隙壓力進行隨鉆監(jiān)測。

基于以上研究成果不僅發(fā)表學(xué)術(shù)論文近30篇，而且在現(xiàn)場獲得成功應(yīng)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(xué)與工程研究

高德利博士因科研成績突出而榮獲1998年度“國家杰出青年科學(xué)基金”資助（批準號：59825115），并結(jié)合CNPC“石油管力學(xué)和環(huán)境行為”重點實驗室的應(yīng)用基礎(chǔ)研究課題，帶領(lǐng)所屬課題組重點開展了油氣井管柱的力學(xué)行為與優(yōu)化控制研究，經(jīng)過4年多不懈的努力，取得了如下主要創(chuàng)新成果：

1）綜合考慮油氣井管柱的結(jié)構(gòu)和材料性能、載荷特征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(gòu)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(guān)系（獲得實驗驗證，不同于前人的假設(shè)），從而確定了油氣井管柱的后屈曲路徑及其內(nèi)力分布。

2）考慮高溫（>180°C）高壓（>100MPa）影響，應(yīng)用塑性力學(xué)增量理論，并通過試驗驗證，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(yè)中因井筒溫度發(fā)生變化導(dǎo)致的套管附加載荷的綜合計算模型，它考慮了套管的溫度效應(yīng)、膨脹效應(yīng)、屈曲效應(yīng)和流體的熱膨脹效應(yīng)、體積壓縮效應(yīng)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）提出復(fù)雜地質(zhì)條件下油氣井復(fù)合管柱的優(yōu)化設(shè)計理論，為新型高抗擠套管產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用提供了工程科學(xué)依據(jù)。同時，建立了把載荷和套管強度作為時間和空間函數(shù)的復(fù)合套管柱優(yōu)化設(shè)計模型，以及更準確的套管內(nèi)壓力計算模型、通用的軸向力計算模型和描述不連續(xù)外壓力分布的組合外壓力模型等，形成了一套先進的復(fù)合套管柱優(yōu)化設(shè)計理論和計算方法（排序篩選法），并開發(fā)出功能完善的優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)（軟件）。

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

基于以上研究成果不僅發(fā)表學(xué)術(shù)論文40多篇，而且在油田套損鉆井防治、大位移井工程及高溫高壓深井工程中獲得成功應(yīng)用，其中有2個項目已分別獲省部級科技進步一等獎。

成果簡介

1 科技成果獎勵情況

[1]中國近海高水垂比大位移鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用,國家科技進步二等獎,2007

[2]新型高抗擠套管與復(fù)合管柱技術(shù),國家科技進步二等獎,2005

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

[4]中國近海高水垂比大位移鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用，中國海洋石油總公司科技進步一等獎，2006

[5]新型高抗擠套管（TP130TT）與復(fù)合管柱技術(shù)，天津市科學(xué)技術(shù)進步一等獎，2002

[6]實鉆地層正交各向異性的評估方法，北京市科學(xué)技術(shù)進步一等獎，1998

[7]井口脈沖振動固井新技術(shù)研究與應(yīng)用，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會技術(shù)發(fā)明一等獎，2012

[8]實鉆地層鉆井特性的評估方法及其應(yīng)用，中國高�？萍歼M步二等獎，2000

[9]淺層稠油熱采井套管設(shè)計、完井工具的研制及應(yīng)用，新疆維吾爾自治區(qū)科技進步二等獎，2005

[10]高溫高壓氣井油套管柱密封性及安全性研究，陜西省科技進步二等獎，2004

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

[12]大港低滲塊狀砂巖油藏水平井鉆井技術(shù)，中國石油天然氣集團公司科技進步二等獎，1999

[13]復(fù)雜工況下鉆柱安全性關(guān)鍵因素研究，國家安全生產(chǎn)科技成果二等獎，2009

[14]授權(quán)發(fā)明專利16件

[15]登記軟件著作權(quán)12項

2 第一作者發(fā)表的部分論著

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

[2]復(fù)雜結(jié)構(gòu)井優(yōu)化設(shè)計與鉆完井控制技術(shù).中國石油大學(xué)出版社，2011

[3]油氣井管柱力學(xué)與工程.中國石油大學(xué)出版社，2006

[4]井眼軌跡控制.石油大學(xué)出版社，1994

[5]復(fù)雜地質(zhì)條件下深井超深井鉆井技術(shù).石油工業(yè)出版社，2004

[6]油氣鉆探新技術(shù).石油工業(yè)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]無隔水管深水鉆井作業(yè)管柱的力學(xué)分析.科技導(dǎo)報，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]海洋石油大位移鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究. 世界石油工業(yè)，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]地層自然造斜特性的測井評價方法研究. 石油學(xué)報，2008

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

[24]煤層氣多分支井身結(jié)構(gòu)設(shè)計模型研究. 石油學(xué)報，2007

[25]南海流花超大位移井摩阻/扭矩及導(dǎo)向鉆井分析.石油鉆采工藝，2006

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

[27]易斜地層防斜打快鉆井理論與技術(shù)探討. 石油鉆探技術(shù)，2005

[28]南海西江大位移井鉆完井工藝分析研究.石油鉆采工藝，2004

[29]南海西江大位移井定向控制技術(shù)研究.石油鉆采工藝，2004

[30]南海西江大位移井鉆頭選型技術(shù)研究.石油鉆采工藝，2004

[31]鉆井科技發(fā)展的歷史回顧回顧、現(xiàn)狀分析與建議.石油科技論壇，2004

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

[33]油氣鉆井技術(shù)展望.石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003

[34]含鹽膏層井復(fù)合管柱優(yōu)化設(shè)計技術(shù).石油鉆探技術(shù)，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]水平井管柱屈曲與摩阻分析.石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2000

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

[39]套管載荷分析與強度設(shè)計軟件研究.石油鉆采工藝， 1999

[40]油氣鉆井中井眼系統(tǒng)的不穩(wěn)定性與控制問題//高德利等:中國科協(xié)第46次“青年科學(xué)家論壇”報告文集.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1999

[41]地下資源勘探開發(fā)與鉆井問題//中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會:中國科協(xié)第三屆青年學(xué)術(shù)年會論文集.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社,1998

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

[43]談?wù)劧ㄏ蚓�井壁穩(wěn)定性問題. 石油鉆采工藝，1997

[44]油氣勘探開發(fā)中的若干工程問題//高德利等:中國科協(xié)第21次“青年科學(xué)家論壇”文集.北京：石油工業(yè)出版社, 1997

[45]鉆柱渦動特性分析.石油鉆采工藝，1996

[46]井眼軌跡控制問題的力學(xué)分析方法.石油學(xué)報，1996

[47]鉆壓防斜技術(shù)的實踐與理論探討.石油鉆采工藝，1995

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

[49]石油鉆井底部鉆具組合大撓度三維分析.應(yīng)用力學(xué)學(xué)報，1995

[50]鉆頭和地層各向異性鉆井特性的一種表達方法.石油學(xué)報，1994

[51]鄰井距離掃描計算與繪圖原理.石油鉆采工藝，1994

[52]談?wù)勈�油鉆柱失效問題.石油鉆采工藝，1994

[53]典型導(dǎo)向鉆具組合的力學(xué)分析方法.石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），1993

[54]地層各向異性的評估方法.石油學(xué)報，1993

[55]下部鉆具組合大撓度問題的權(quán)余法分析.石油學(xué)報, 1992

[56]石油鉆井底部鉆具組合平面縱橫彎曲大撓度分析.工程力學(xué)，1992

[57]鉆頭各向異性鉆井特性的理論分析與實驗.石油大學(xué)報（自然科學(xué)版），1991

[58]帶彎接頭井下動力鉆具組合的造斜特性.石油鉆探技術(shù)，1991

[59]正交各向異性地層對井斜的影響.石油學(xué)報，1990

[60]典型地層的各向異性鉆井特性.石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)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]鉆頭與地層相互作用的三維宏觀分析.石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1989

[63]鉆頭與地層相互作用的新模型.石油鉆采工藝, 1989

[64]井眼軌跡控制的多功能微機程序.石油鉆采工藝，1989

[65]彈性鉆柱兩個特殊點的意義及計算方法.華東石油學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），1987

[66]受內(nèi)壓異厚度截錐～圓柱組合薄殼的塑性極限分析.機械強度，1986