井下控制工程学导论

本书对井下控制工程学进行了系统介绍，涵盖了理论基础、技术基础、产品开发、实验室建设和实验方法4个部分，具有较强的创新性和应用性。本书共分7章，主要内容包括井下系统动力学模型与求解、可控信号分析、井下控制机构与系统设计、井下信息的随钻测量与传输等，还举例阐释了几种井下系统，并对井下控制工程实验设施与实验方法进行了详细介绍。本书可供从事井下控制领域的工程技术人员和科研人员使用，也可作为高等院校相关专业师生的参考用书。

1 绪论
1.1 井下控制工程学的性质、目的和任务
1.1.1 井下控制问题的普遍性
1.1.2 井下控制问题的特征和难点
1.2 井下控制工程学的基本问题与学科框架
1.2.1 井下控制工程学的若干基本问题
1.2.2 井下控制工程学的学科框架
1.3 井下控制工程学产生的背景与发展过程
1.3.1 钻井技术的百年发展及认识
1.3.2 井眼轨道控制技术的新问题及其思考
1.4 井下控制工程学的提出
1.5 井下控制工程学的主要研究内容
1.6 主要研究进展和技术发展趋势
参考文献
2 井下系统动力学模型与求解
2.1 井下系统动力学的补充假设和边界条件处理
2.2 钻柱系统动力学建模
2.2.1 基于欧拉四元数的刚体建模
2.2.2 基于欧拉四元数的ANCF梁建模
2.2.3 钻柱系统的边界条件
2.2.4 井眼轨迹预测方法
2.3 钻井液系统动力学建模
2.3.1 液体的质量方程
2.3.2 液体的动量方程和对钻柱的反作用力
2.3.3 液体的本构方程
2.3.4 液体的流动压力损耗
2.3.5 液体的动力学方程组和液体反作用力
2.3.6 液体单元有限元动力学方程及其对管道的反作用力
2.4 钻井液和钻柱耦合的系统动力学方程
2.4.1 井下系统动力学方程的建立
2.4.2 退化算例检验
2.5 井下系统动力学模型的应用研究
2.5.1 钻柱系统的力学分析
2.5.2 钻井液对钻柱导向系统的导向能力影响研究
2.5.3 起下钻时的井底波动压力分析
2.5.4 井下控制信号的研究
2.6 小结
参考文献
3 井下控制系统与可控信号
3.1 控制工程的基础知识
3.1.1 控制系统的工作原理
3.1.2 控制系统的组成和概念
3.1.3 控制系统的分类与基本要求
3.1.4 系统分析与设计
3.2 井下控制系统的构成与几个特殊概念
3.2.1 井眼轨道控制系统的构成
3.2.2 几个特殊概念
3.3 井下控制信号与典型控制信号分析
3.3.1 井下控制信号
3.3.2 典型控制信号分析
3.3.3 钻柱中的弹性波
3.4 井眼轨道自动控制系统设计的几个基本问题
3.4.1 井眼轨道自动控制的目标及控制系统的基本结构
3.4.2 井眼轨道自动跟踪分系统
3.4.3 地面监控分系统
3.4.4 井眼轨道自动控制系统的基本设计原则和几点认识
3.5 井下控制系统的井下控制器与控制方法的初步研究
3.5.1 井下控制器的初步研究
3.5.2 用于井下闭环控制的几种控制方法研究
3.6 井眼轨道遥控系统简述
3.6.1 研究目的及内容
3.6.2 钻井过程控制系统总体方案研究
3.6.3 钻井过程控制系统的地面系统
3.6.4 钻井过程控制系统的井下控制子系统
3.7 井下控制系统设计案例
3.7.1 可控结构弯角类井眼轨道自动控制系统的分析与综合方法
3.7.2 模糊控制在自动跟踪分系统中的应用
3.7.3 井眼轨道自控系统仿真设计与结果分析
参考文献
4 井下控制机构与系统设计
4.1 井下控制系统和机构设计方法概述
……
5 井下信息随钻测量与传输
6 典型井下控制系统及应用
7 井下控制工程实验设施与实验方法
附录1 BHA静态小挠度分析的纵横弯曲简介
附录2 近钻头地质导向钻井技术
附录3 多体系统动力学基本理论
附录4 接触模型与接触力计算
附录5 自主开发的井下控制工具和系统性能与参数