本书系统地介绍了管道定向穿越施工过程中钻柱的力学特性特别是动力学特性，从疲劳预警、参数减振、结构改进优化、工艺改进等视角探索研究了钻柱系统中钻柱、钻头、接头螺纹的失效预防方法，针对动力前置工艺预防钻具失效还研制了配套的动力钻具。具体内容包括：（1）为分析定向穿越钻柱瞬态动力学特性，基于能量法建立了定向穿越导向钻进、扩孔钻进及管道回拖钻柱纵横扭耦合动力学模型。（2）分别建立了定向穿越导向孔、扩孔钻进和回拖钻进时钻柱-孔洞或钻柱-扩孔器-孔洞的模型，针对实际工程问题，综合考虑钻柱服役环境、岩土对钻柱的摩擦碰撞及泥浆的浮力等作用，研究了整个钻柱的纵横扭三向振动状态，从而得到整个钻柱在定向穿越导向孔、扩孔钻进及管道回拖时的力学特性。（3）应用第三章动力学分析结果，结合Forman模型对有裂纹的钻杆在定向穿越井眼轨迹中工作时的疲劳寿命进行计算预测。（4）基于实际工程案例，对扩孔器在软硬夹层钻进过程中的失效原因进行深入研究，提出了“参数优化抑制振动”和“优化扩孔钻具减振”两种措施。（5）定向钻穿越河流施工过程中，从动端钻杆接头螺纹粘扣失效致使钻杆大量损耗，以实际施工工况为例，研究了定向穿越钻杆接头螺纹粘扣失效机理并提出了应对建议。（6）为满足大口径扩进对大扭矩螺杆的需求，设计了更大动力的新型螺杆钻具，以提供孔底动力、缓解钻杆失效、提高扩孔钻进效率及延长扩孔钻进距离的目的。