油气井工程力学与结构安全

油气井工程力学与结构安全

1 团队简介：

本团队是长江大学机械工程学院一支以管柱力学与钻完井技术为核心、机电融合为特色、并积极拥抱数字化与智能化前沿技术的高水平科研队伍。团队依托“机械工程”学科及湖北省非常规协同创新中心等平台，紧密对接国家能源战略和油气田工程实际需求，致力于解决深部油气钻采中的工程力学、井下工具设计、结构安全性及智能化应用等关键科技问题。团队现有核心成员8人，全部具有博士学位，学缘背景覆盖石油工程、机械工程、材料科学、力学及计算机科学等多个学科，具备从基础理论创新、关键技术突破到现场工程服务全链条的攻关能力。团队近五年在管柱力学、防砂完井、智能压裂、增材制造等方向承担了国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题及油田横向项目多项，在复杂工况井下工具研发、天然气水合物开采、储氢库安全性评估及智能焊接制造等领域形成了鲜明特色，相关成果在油气田及新能源领域得到广泛应用。

2.1 团队负责人及简介：

夏成宇，男，四川眉山人，博士，教授，博士生导师。现任长江大学机械工程学院力学系主任。主要研究方向为管柱力学、钻完井工具研发及技术服务、人工智能算法在油气工程中的应用、新能源锂电池热管理等。兼任科技部评审专家、国家自然科学基金评审专家、湖北省科技重大项目评审专家、湖北省非常规协同创新中心成员、国际石油工程师协会（SPE）会员，担任《Engineering Failure Analysis》《Journal of Petroleum Science and Engineering》《应用力学学报》等多个知名期刊审稿人。主持国家自然科学基金、国家重大专项子课题、湖北省重点研发计划等纵向项目及油田技术研发与技术服务项目共30余项。研发的螺杆式水力振荡器、全金属水力振荡器、扭力冲击器、岩屑床破坏器、高效冲击螺杆钻具等设备在中石油、中石化和中海油各大油田应用400余口井。发表论文50余篇（其中SCI/EI收录20余篇），第一获批发明专利20余项（其中技术转让4项、产品化5项），出版教材及专著5部，获省部级奖励4项（一等奖1项、二等奖1项、三等奖2项）。

2.2 团队教师成员及简介：

	邓福成，男，博士，教授。毕业于中国石油大学（北京），现为国际石油工程师协会（SPE）会员、中国机械工程协会会员、中国岩石力学学会会员及水合物专委会会员，担任《石油机械》《油气藏评价与开发》青年编委，以及《Applied Energy》《SPE Journal》《Fuel》等二十余个SCI/EI期刊审稿人。研究方向为井下工具设计与力学分析、石油工程岩石力学及防砂完井工艺。在天然气水合物防砂、盐穴储氢库围岩变形特性等方面取得重要进展，相关成果发表于《Fuel》《Powder Technology》等权威期刊。
	李欢，男，博士，副教授。毕业于华南理工大学机械电子工程专业（焊接方向），曾在浙江吉利汽车有限公司等企业从事技术工作。主要研究方向为绿色智能焊接技术、金属电弧增材制造、超声波焊接工艺及数值模拟。主持国家重点研发计划子任务、国家工程技术中心开放基金、湖北省教育厅重点项目等科研项目10余项。以第一作者或通讯作者发表SCI/EI论文25篇，获中国发明协会发明创业奖创新奖二等奖、中国科技产业促进会科技进步奖二等奖等奖励。兼任中国机械工程学会焊接分会青年委员会委员、湖北省焊接学会常务理事、《电焊机》编委等学术职务。
	赵金，男，湖北荆州人，博士，副教授，硕士生导师。研究方向包括机器学习和深度学习在油气开采领域的应用、数字孪生与智能井下工具与工艺、智能压裂理论与技术。主持国家自然科学青年基金1项，参与国家及省部级科研项目10余项，获中石油科技进步一等奖1项、中石油工程技术研究院新技术推广一等奖2项。以第一作者或通讯作者发表SCI/EI收录论文10余篇，授权专利10余项。
	刘洋，男，汉族，湖北荆州，博士，副教授，机械设计制造工程师，硕士生导师，主要从事计算机辅助设计、机构动力学、管柱力学、计算流体力学方法教学研究工作。目前主要从事计算机辅助设计与分析、机构动力学、油气井管柱力学、计算流体力学方法教学与科研工作。擅长机械结构设计与分析及软件编程工作，自主开发了井下作业柱力学系 列软件、管件疲劳寿命及磨损预测软件、螺杆钻具线型优化软件、PDC钻头设计软件等。近三年来先后主持科研项目7项。2021年获湖北省科技进步二等奖1项/排名第5，指导2023年大学生工创大赛获湖北省一等奖/全国三等奖。指导2024年大学生机械设计创新大赛获湖北省一等奖。以第一作者身份及指导学生发表权威期刊论文13篇，其中SCI收录7篇，授权发明专利3项，专利转化1项。
	张磊，男，博士，硕士生导师，机器人系教师，主要从事智能化故障诊断、图像识别、数字孪生、机器学习、管柱流致振动、电化学传感器、智慧农业等研究。主持纵向项目1项，横向课题2项，参与主研国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目4项。主持校级教研项目1项。获湖北省科技进步二等奖1项，发表学术论文10余篇，其中SCI4篇，EI2篇，授权发明专利2项，软件著作权4项。荣获学院谈心育人先进老师称号；获学院青年教师讲课比赛三等奖，比赛指导学生竞赛获国家级B类三等奖2项，校级二等奖2项；指导本科毕业设计获优秀毕业论文1项。
	缪鹏程，男，博士，副教授。主要研究方向为工程力学、一般力学与力学基础。主持或参加的国家自然科学基金项目有：1、高速列车系统的非光滑分岔和混沌研究，国家自然科学基金青年基金项目，在研。2、非光滑动力系统的遍历论和大范围变分方法研究，国家自然科学基金面上项目，在研。3、非光滑动力系统的吸引子分岔和多稳态动力学研究，国家自然科学基金面上项目，在研。4、多自由度碰撞振动系统的激变及其阵发性研究，国家自然科学基金面上项目，结题。5、非光滑系统全局动力学及其应用研究，国家自然科学基金重点项目，结题。
	王杰，男，博士，讲师，工程力学系教师，主要研究方向为机械结构强度、智能算法与结构优化、油气井多物理场建模与分析。

3 团队研究方向与特色：

团队紧密围绕“机械工程”学科建设，聚焦“机械工程”博士点二级学科方向，形成了四个特色鲜明的研究方向：

（1）管柱力学与钻完井技术：涵盖管柱力学分析、井下工具设计与力学分析、钻完井工具研发及相关现场技术服务。

（2）智能化与数字化前沿方向：聚焦机器学习与深度学习在油气开采领域的应用、数字孪生技术、智能井下工具与工艺、智能压裂理论，以及基于智能算法的机械结构优化。

（3）岩石力学与工程安全方向：涉及石油工程岩石力学、防砂完井工艺、机械结构强度分析，以及复杂工况下（如盐穴储气库注采周期）围岩变形特性与结构安全性研究。

（4）先进制造与材料工艺方向：包括绿色智能焊接技术开发、金属电弧增材制造研究、超声波焊接工艺及数值模拟、焊接缺陷智能检测及成像等。

团队特色在于：以管柱力学与钻完井技术为核心基础，深度融合机电一体化技术，并积极拥抱数字化、智能化前沿，形成了“基础研究—工具研发—技术服务”全链条创新能力。

4 近五年代表性成果（代表性奖项、专利、论文著作等）：

代表性奖项

夏成宇：获省部级科技奖励一等奖1项、二等奖1项、三等奖2项；第一发明人授权发明专利20余项（其中技术转让4项、产品化5项）；

李欢：2025年获中国发明协会发明创业奖创新奖二等奖（排名第2）；

2025年获中国科技产业促进会科技进步奖二等奖（排名第2）；

赵金：获中石油科技进步一等奖1项、中石油工程技术研究院新技术推广一等奖2项。

（2）论文著作

Jie Wang, Quanying Guo, Chenglong Fu, et al. A novel optimization scheme for structure and balance of compound balanced beam pumping units using the PSO, GA, and GWO algorithms[J]. Petroleum Science, 2025, 22: 1340-1359. (T1)

Fucheng Deng, Feilong Jiang, Jifang Wan, et al. Analysis of the deformation characteristics of surrounding rock due to interlayers during cyclic injection-production period of salt cavern hydrogen storage[J]. Fuel, 2025, 385: 134115. (T2)

Fucheng Deng, Zhuowei Liu, Gang Li. Study on the mechanism of gravel layer blockage in sand control for natural gas hydrate reservoirs[J]. Powder Technology, 2025, 452: 120523. (T2)

Jin Zhao. Study on the mechanism of decomposition of methane hydrate by the compound inhibitor[J]. Scientific Reports, 2025. (T2)

Lianglin Guo, Chengyu Xia*. Fatigue optimization of rotary control head rubber core based on steady sealing[J]. Engineering Failure Analysis, 2021. (SCI, EI)

Huan Li, et al. Characteristics of ultrasonic spot welding of Cu/Ni dissimilar metals[J]. Science and Technology of Welding and Joining, 2021.

Huan Li, et al. 铝合金大功率超声波焊接界面及接头性能研究[J]. 机械工程学报, 2021.

Huan Li, et al. Effects of welding pressure on high-power ultrasonic spot welding of Cu/Al dissimilar metals[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2019.

5 近五年承担项目：

国家自然科学青年基金项目：多物理场流固耦合支撑剂动态架桥缝网时空演化规律研究（赵金主持）

国家自然科学面上项目：天然气水合物防砂砾石充填层渗透性演化规律研究（邓福成主持）

国家重大专项外协课题：深水环空压力释放系统加工方案设计及功能测试（夏成宇主持）

国家重点研发计划子任务：大尺寸精密复杂构件增材制造组织与性能测试（李欢主持）

湖北省重点研发计划：智能耐高温全旋转导向钻头及配套井眼控制技术研究（夏成宇主持）

横向项目：水力射流泵内部流场分析及性能参数优化（王杰主持）

横向项目：锂电池组极耳超声波焊接动态缺陷检测与性能测试（李欢主持）

湖北省教育厅重点项目（D20221306）及多项工程技术中心开放基金（李欢主持