本書將定向鉆井中的若干科學與工程問題凝練為一系列幾何學命題，構建了井眼軌道表征、井眼軌道定位、井眼軌道設計、實鉆軌跡監測和隨鉆軌跡控制等5個研究主題，應用微分幾何、曲線論等理論建立了油氣井工程的成套技術方法。本書匯集了作者多年來的創新性研究成果，其中部分內容系首次發表。
目錄
第二版序
第一版序
第二版前言
第一版前言
第一章 井眼軌道表征 1
第一節 井眼軌道表述 1
一、井眼軌道圖示法 1
二、井眼軌道表征參數 5
第二節 井眼軌道基本方程 12
一、微分積分方程 12
二、基本向量方程 13
三、彎曲扭轉方程 14
四、撓曲特性方程 16
五、近似坐標方程 18
第三節 二維井眼軌道模型 23
一、二維直線模型 23
二、圓弧線模型 24
三、懸鏈線模型 25
四、拋物線模型 29
第四節 三維井眼軌道模型 32
一、三維直線模型 32
二、空間圓弧模型 33
三、圓柱螺線模型 37
四、自然曲線模型 40
五、恒主法線模型 42
六、三維懸鏈線模型 44
七、三維拋物線模型 45
第五節 井眼軌道特征及通用模型 47
一、特征參數及求取方法 47
二、模型及參數間的關系 49
三、井眼軌道通用模型 51
參考文獻 54
第二章 井眼軌道定位 57
第一節 地球橢球及幾何參數 57
一、地球橢球的幾何形狀 57
二、大地測量坐標系統 59
三、橢球面上的曲率半徑 64
四、橢球面上的弧長 69
第二節 地圖投影及投影變換 71
一、地圖投影方法 71
二、高斯-克呂格投影 72
三、通用橫軸墨卡托投影 79
第三節 井眼軌道定位方法 82
一、井眼軌道坐標系統 82
二、子午線收斂角和磁偏角 89
三、傳統定位方法 97
四、精準定位方法 99
第四節 井眼軌跡不確定性 101
一、測斜儀工作原理 102
二、井眼軌跡誤差模型 107
三、井眼軌跡誤差橢球 111
附錄一 國際地磁參考場的高斯球諧系數 125
附錄二 井眼軌跡的誤差源及權函數 130
參考文獻 136
第三章 井眼軌道設計 138
第一節 設計原則及步驟 138
一、設計原則 138
二、設計步驟及要求 139
第二節 定向井及水平井軌道設計 141
一、傳統設計方法 141
二、通用交互式設計方法 144
第三節 大位移井軌道設計 156
一、懸鏈線剖面設計 156
二、拋物線剖面設計 159
第四節 繞障井軌道設計 160
一、三維繞障井軌道設計 160
二、側鉆繞障井軌道設計 164
三、二維繞障井軌道設計 169
第五節 方位漂移軌道設計 176
一、方位漂移特性表征 176
二、直井漂移軌道設計 177
三、定向井漂移軌道設計 179
四、水平井漂移軌道設計 181
五、大位移井漂移軌道設計 182
第六節 井下管柱摩阻分析 183
一、井下管柱的穩態力學模型 183
二、主要影響因素及確定方法 187
三、穩態力學模型的解算方法 191
四、簡化的管柱摩阻扭矩模型 192
五、摩阻系數反演 194
參考文獻 195
第四章 實鉆軌跡監測 197
第一節 實鉆軌跡測斜計算 197
一、測斜計算方法 197
二、計算方法優選 211
第二節 實鉆軌跡偏差分析 212
一、法面掃描法 212
二、柱面投影法 214
三、靶心距 218
第三節 鄰井防碰分析 221
一、鄰井定位方法 221
二、鄰井距離表征 223
三、鄰井距離通用算法 229
四、鄰井距離解析算法 232
五、鄰井防碰評價 236
參考文獻 239
第五章 隨鉆軌跡控制 241
第一節 空間圓弧軌跡演化規律 241
一、井斜角和方位角方程 242
二、空間坐標方程 244
三、主法線角方程 245
四、空間斜平面姿態 247
五、井斜角極值 248
六、井斜演化規律 250
七、井眼軌跡控制模式 250
第二節 井眼方向控制 251
一、一般控制方案 251
二、特殊控制方案 255
第三節 井眼位置控制 259
一、目標點位置 259
二、單井段控制方案 260
三、多井段控制方案 262
第四節 軟著陸軌跡控制 265
一、一般軟著陸控制方案 265
二、連續導向控制方案 266
第五節 導向鉆具幾何造斜率 269
一、三點定圓原理 269
二、幾何造斜率預測 270
三、導向鉆具結構尺寸設計 274
第六節 地層–鉆具–軌跡系統 276
一、系統構成及特性表征 276
二、系統內相互作用及約束關系 279
三、井眼軌跡預測 281
四、井眼軌跡控制 281
五、地層自然造斜特性反演 282
參考文獻 283
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