井下工具与信息化研究团队

井下工具与信息化研究团队

1 团队简介：

本团队依托长江大学机械工程学院组建，聚焦石油天然气钻完井装备与井下工具、井筒智能监测与信息化技术、高温防护涂层与材料失效机理等方向，形成了以“欠平衡钻井技术与装备”“井下动力钻具与随钻工程参数测量技术工具”“抗高温耐磨涂层与防护材料”为特色的多学科交叉研究团队。团队现有专任教师6人，其中教授1人、副教授2人、特聘副教授2人、讲师1人，均具有博士学位，专业背景涵盖机械、材料、电子、大数据等学科，各具技术专长，协同支撑团队研究方向的开展。团队围绕钻完井装备与井下工具设计理论、钻井信息化与智能化技术、装备结构可靠性、材料与结构失效机理等核心方向开展研究，推动基础理论、关键技术与实验平台协同建设。近五年主持及参与国家自然科学基金、国家重点实验室开放课题、省部级科研项目及企业委托课题50余项，发表SCI、EI及中文核心论文60余篇，获授权国家发明专利35余项，获省级科技进步二等奖2项，形成了结构清晰、特色突出的研究体系，服务石油工程装备智能化升级与安全高效钻井作业。

2.1 团队负责人及简介：

刘先明，男，1983年12月生，教授、高级工程师，硕士生导师，博士毕业于西南石油大学油气田开发工程专业，现任长江大学机械工程学院副院长，兼任学院教工第一党支部书记，带领支部获批第四批全国样板党支部创建单位；同时担任湖北省机电工程学会第二届理事会理事，《钻采工艺》《石油机械》杂志青年编委。曾先后任职于中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，历任工程师、高级工程师，具有丰富的钻采装备研发与工程实践经验。长期致力于欠平衡钻井技术与装备、井下动力钻具、高效破岩与钻井提速机理与关键技术等方向的科研与教学工作，主持及参与国家科技重大专项、省部级基金及油田企业课题20余项，发表论文30余篇，授权发明专利15件，制定企业标准2项。研制的XK21/35（220）型高压大通径旋转防喷器获中石油集团公司自主创新重要产品；相关成果获湖北省科技进步二等奖（排名1）、四川省科技进步二等奖（排名5）。指导研究生获全国研究生能源装备大赛一等奖1项、三等奖2项。主讲“石油钻采机械”“井口自动化装备及井控工艺技术”“油气装备前沿技术讲座”“钻完井工程与工具”等本科生及研究生课程。 联系邮箱：lxming2002@163.com

2.2 团队教师成员及简介：

	张先炼，男，重庆人，工学博士，副教授，硕士生导师，现任材控系副主任。主要从事材料成型工艺、井控技术及装备、机械结构疲劳与断裂、可靠性设计等方向研究。主持和参与国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、省级重点研发课题及企业委托课题等纵横向课题10余项；以第一作者及通讯作者发表学术论文20余篇，其中SCI检索8篇、EI检索4篇，中文核心论文10余篇；获授权国家发明专利2项。担任Thin-Walled Structures、Journal of Manufacturing Processes、Journal of Materials Processing Technology等SCI期刊特邀审稿人。主讲《机械设计基础》《工程材料》《工程材料与机械制造基础》等专业核心课程。曾获长江大学第十一届青年教师教学竞赛特等奖、长江大学优秀班主任、优秀共产党员等荣誉。
	王超，男，汉族，湖北公安人，1991年9月生，博士，副教授，硕士生导师。2015年至2021年在中国石油大学（北京）油气井工程专业硕博连读，2019年至2020年赴挪威科技大学从事机器学习、深度学习方向联合培养。主要研究方向为数据可视化与解释、机器学习与深度学习、控压钻井与控温钻井、智能钻井及智能钻完井工具、油气井力学与控制等。先后主持国家自然科学基金青年项目“深井气侵井下原位实时识别与定量解释方法研究”、渤海钻探工程院“井筒循环温度场动态传热机理研究”等项目，并作为主研参与国家重大科研仪器项目、国家自然科学基金重点项目及多项企业委托课题。主讲《PYTHON程序设计》《C语言程序设计》《机器人操作系统》等课程。 联系邮箱：1062139470@qq.com
	陈昌雄，长江大学机械工程学院讲师，硕士生导师，博士毕业于华中科技大学。重点关注基于模型的故障诊断方法及其工程应用研究，研究方向涉及机械制图、模糊控制、信号监测、人工智能等。主持自然资源部天津中低温地热野外科学观测研究站开放课题“地热井钻井卡钻-漏失故障监测关键技术研究”、湖北省本科高校省级教学改革研究项目“新工科背景下赛教互促的‘工程制图’课程教学模式研究”等项目。以第一作者或通讯作者在《Journal of Process Control》《European Journal of Control》《Expert Systems with Applications》等期刊发表论文多篇。
	严刚，中共党员，长江大学机械工程学院特任副教授，硕士生导师。博士毕业于西安电子科技大学。主要从事高温热防护涂层服役环境模拟、隔热效果、失效机制与服役可靠性预测等方面研究，深度参与多项国家自然科学基金重大项目、重点项目及技术基础项目研究。目前正聚焦于油气勘探和开发领域的涂层新材料研究与应用。已在Applied Surface Science、Journal of the European Ceramic Society、Journal of Advanced Ceramics等期刊发表论文16篇，申请国家发明专利16项，已授权9项。获“设计点燃新质生产力-新科技应用场景/科创作品设计赛”全国二等奖。 联系邮箱：gyan3303@163.com
	黄文浪，长江大学机械工程学院特聘副教授，博士毕业于昆明理工大学材料学专业。主要针对热障涂层在高温下的失效行为和涂层长时服役寿命模型的预测展开研究。在 Corrosion Science、Surface & Coatings Technology、Ceramics International 等国内外高水平期刊上发表 14 篇学术论文，获授权专利 2 项。其中以第一作者在高温氧化腐蚀顶刊Corrosion Science 上发表论文 3 篇，与东方汽轮机等企业合作以第一通讯作者的身份发表 SCI 论文 1 篇。论文引用量上百次，总影响因子达55。长期以来从事燃汽轮机防护涂层材料相关研究，近5年来参与并完成了7项科研项目的研究，其中2项科技厅重大专项，1项科技厅面上项目，2项国家自然科学基金项目，2项国家重点实验室横向项目。独自研究完成并结题了其中2项国家重点实验室横向项目。获中国有色金属学会2024年“新材料优秀青年”特等奖。 联系邮箱：274466854@qq.com

3 团队研究方向与特色：

团队稳定形成三个特色研究方向。一是欠平衡钻井技术与装备，聚焦井口压力控制装备、井底压力精确控制与溢流识别等核心难题，针对塔里木、四川等盆地深层海相碳酸盐岩储层埋深7000—9000米、地层压力窗口狭窄、井壁失稳与井涌井漏风险交织的难点，研发高压大通径旋转防喷器、井下多参数测量短节及地面智能节控系统，实现井底当量循环密度（ECD）的秒级调控与溢流早期预警。二是井下动力钻具与随钻工程参数测量技术工具，针对深层井段7500—10000米温度超过175℃、常规提速工具寿命短且测量信号易受干扰等痛点，研发抗高温低转速大扭矩涡轮钻具和随钻工程参数测量工具，实现近钻头处钻压、扭矩、振动频谱、转速及环空压力温度的同步采集与实时上传，并对异常冲击、黏滑振动、卡钻、溢流、漏失等风险进行超前预警。三是高温服役涂层与材料失效机理，深井高温装备热防护涂层服役环境，开展涂层隔热效果、高温氧化机理、长时服役失效模型构建与无损检测技术研究。团队特色在于“机械—信息—材料”多学科交叉，坚持基础理论、工具研制与现场应用一体化，成果已在多口超深探井成功应用。

4 近五年代表性成果（代表性奖项、专利、论文著作等）：

近五年，团队成员在国内外期刊发表SCI、EI及中文核心论文60余篇，获授权国家发明专利35余项，制定企业标准2项，获省部级科技奖励2项。代表性成果如下：

代表性奖项

“页岩气长水平段安全高效钻井关键技术和工业化应用”获湖北省科技进步二等奖（刘先明，排名1；王超，排名5）。

“XK型旋转防喷器研制和应用”获四川省科技进步二等奖（刘先明，排名5）。

XK21/35（220）型高压大通径旋转防喷器，获中国石油集团公司自主创新重要产品（刘先明）。

黄文浪获中国有色金属学会“新材料优秀青年”特等奖（2024年）。

严刚获“设计点燃新质生产力——新科技应用场景/科创作品设计赛”全国二等奖。

指导研究生获全国研究生能源装备大赛一等奖1项、三等奖2项（刘先明）；张先炼获长江大学第十一届青年教师教学竞赛特等奖。

（2）专利

1. 团队共获授权国家发明专利35余项，其中刘先明15件、严刚9项（申请14项）、张先炼2项、黄文浪1项。

2. 主持制定企业标准2项（刘先明）。

（3）论文著作

1. Xianming Liu; Wen Jia; Zhilin Li; Chao Wang; Feng Guan; Kexu Chen; Lichun Jia ; Prediction of Lost Circulation in Southwest Chinese Oil Fields Applying Improved WOA-BiLSTM, Processes, 2023, 11(09) 

2. Zhang Xianlian, Lin Jiaqin, Han Fei, et al. Hemming self-piercing riveting process for robust Al/CFRP joints. Composites Part B-Engineering, 2026, 311: 113243.

3. Zhang Xianlian, Gao Yijin, Zhang Qing, et al. Reshaping, performance optimization and failure mechanisms of self-piercing riveted joints in 5083 aluminum alloys under axial compressive loads. Engineering Failure Analysis, 2025, 176: 109631.

4. Zhang Xianlian, Zhang Qing, Xing Baoying, et al. Fatigue and fretting behaviors of self-piercing riveting in carbon-fiber-reinforced polymer laminates and titanium sheets with pre-drilling operation. Journal of Materials Engineering and Performance, 2025, 34(16): 17420-17430.

5. Wang C, Ke P, Cao C, et al. Study on the downhole measurement method of weight on bit with a near-bit measurement tool. Geoenergy Science and Engineering, 2023, 224: 211633.

6. Wang C, Liu H, Yu G W, et al. Wellbore-heat-transfer-model-based optimization and control for cooling downhole drilling fluid[J]. Petroleum Science, 2023.

7. Wang C, Liu G, Li J, et al. Downhole mud loss transient simulation and detection with downhole dual measurement points. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2021, 198: 108184.

8. Chen Changxiong, Chen Liping, Cheng Xianjuan, Ding Jianwan. A new method for identifying redundant sensors based on completely consistent fault isolability properties. European Journal of Control, 2023, 70: 100766.

9. Yan G, Zhang X, Yan WL, Yang L, Liu ZY, Zhou YC. Real-time monitoring of damage evolution in C/SiC composites under gas thermal shock conditions by acoustic emission. Journal of Alloys and Compounds, 2026,189624.

10. Luo JH, Yan G, Xu GN, Zhang CX, Cao K, Liu JK, Zhou YC, Yang L. Dense core-shell eutectic Zr-Ta-O as sacrificial layer of YSZ topcoat for enhanced CMAS resistance via dynamic sealing and self-removal. Journal of Advanced Ceramics, 2026, 15(6): 9221300.

11. Yan G, Liu W, Sun Y, Li C, Tan ZY, Yang L, Zhou YC. Failure behavior of RE2M2O7/YSZ TBCs prepared by EB-PVD in gas thermal shock-CMAS corrosion environment. Journal of the European Ceramic Society, 2025, 45:117027.

12. Yan G, Liu W, Li C, Tan ZY, Yang L, Zhou YC. Alternating load failure analysis under the high-temperatures vibration of thermal barrier coatings. Surface and Coatings Technology, 2024: 130972.

13. Liu W, Yan G, Li C, et al. Analysis of the thermal insulation performance of turbine blade thermal barrier coatings considering inlet non-uniformity. Case Studies in Thermal Engineering, 2024, 53: 103872.

14. Yan G, Sun Y, Zhao XL, Liu W, Wang QW, Li C, Yang L, Zhou YC. The enhanced thermal shock resistance performance induced by interface effect in blade-level La2Ce2O7/YSZ thermal barrier coating. Applied Surface Science, 2023, 619: 156723.

15. Liu W, Yan G, Sun Y, et al. Numerical assessment of thermal insulation and stress responses in film-cooled turbine vane thermal barrier coatings under CMAS deposition conditions. Surface and Coatings Technology, 2024, 489: 131158.

16. Tan ZY, Yan G, Cao K, Cheng CY, Yang L, Zhou YC. Effect of microstructure on the performance of Zr6Ta2O17 ceramics as thermal barrier coatings. Ceramics International, 2023, 49(18): 29449-29458.

17. Huang W, Kong D, Hakimi N, Qian X, Zhu K, Zhao S, Wang J, Zheng B, Huang T, Song P. High-temperature self-healing CoCrWSi coating based on defect-filling and pinning effects[J]. Corrosion Science, 2025, 245: 112705.

18. Huang W, Li Q, Song P, Huang T, Li C, Zhai R, Hua C, Hu X, Tan X, Huang Y, Wang J, Lu J. Long-term oxidation behavior for Ni-5Al coating in air-H2O at 650 ℃[J]. Corrosion Science, 2023, 217: 111152.

19. Huang W, Huang T, Song P, Chen R, Zheng B, Wang C, Li C, Lu J. CrO2(OH)2 volatilization rate and oxidation behavior prediction of the NiCr coating in air-H2O environment at 650 ℃[J]. Corrosion Science, 2021, 182: 109303.

20. Li D, Huang W, Yuan X, Huang T, Li C, Song P. Difference oxidation behaviors of Ni8Al and Ni25Cr coatings in air with water vapor at 650 ℃[J]. Modern Physics Letters B, 2021, 35(16): 2150274.

5 近五年承担项目

近五年，团队负责、承担和完成国家自然科学基金项目、国家重点实验室开放课题、省部级科研项目及企业委托项目30余项，主要项目如下：

5.1 纵向科研项目

1. 国家自然科学基金：深井气侵井下原位实时识别与定量解释方法研究。

2. 国家油气钻井装备工程技术研究中心开放基金：油基钻井液动态传热机理研究。

3. 国家重点实验室开放课题：基于钻井早期溢流监测的自动化关井技术研究。

4. 湖北省自然科学基金：铝合金自冲铆接头时效强化及微动损伤演化机理研究。

5. 湖北省工业物联网智能传感工程技术研究中心开放基金项目：自冲铆接结构疲劳损伤机理及定量检测方法研究。

6. 湖北省教育厅科学研究计划资助项目：不同钻井工况下溢流识别算法及自动化关井机理研究。

7. 自然资源部天津中低温地热野外科学观测研究站开放课题：地热井钻井卡钻-漏失故障监测关键技术研究。

8. 湖北省本科高校省级教学改革研究项目：新工科背景下赛教互促的“工程制图”课程教学模式研究。

5.2 横向科研项目

1. 中石油川庆钻探：Φ127mm涡轮钻具研制及试验，经费122万元。

2. 中石油川庆钻探：Φ197mm涡轮钻具转速、振动监测工具研制，经费80万元。

3. 中石油川庆钻探：基于磁定位和无线遥传的气井井筒剖面多参数监测与智控系统研发，经费120万元。

4. 中石化中原油田：同井采注井下流量监测仪研制及试验，经费115万元。

5. 中石油西南油气田：井筒准备一体化作业关键工具及管柱配置优化研究，经费45万元。

6. 中石油西南油气田：7+5寸组合套管井筒准备一体化工艺及关键参数优化研究，经费63万元。

7. 中石油长城钻探：地面-井下工程参数一体化融合处理与可视化分析系统测试，经费61万元。

8. 中石油渤海钻探：井筒循环温度场动态传热机理研究，经费30万元。

9. 国家管网储能公司：盐穴储气库注气排卤井口泄漏应急处置技术研究，经费88万元。