随着钻井工厂化作业的日益兴起,利用丛式水平井开发低渗透、非常规油气藏和海洋油气资源已成为石油工程师的共识。井眼轨道设计是丛式水平井钻井技术的关键问题之一。在总结前人研宄成果的基础上,针对丛式水平井轨道设计问题,首先,根据不同的优化指标与原则,研究了井口-靶点的优选与单平台的井口布局优选方法。采用不相交水平位移最小距离法,建立相应的约束模型,实现井口与靶点的优选与分配,既保证了丛式水平井各单井轨道之间不发生交碰,又初步保证了丛式水平井单井轨迹最短:根据设计水平井段走向与水平最小主应力方向一致原则,为满足偏移距需要’优选平行布井方式布置平台井口。其次,考虑丛式水平井施工中摩阻的影响,结合长庆油田丛式水平井当前工艺设备条件,分析研究了偏移距与摩阻的关系,考虑施工可行性,首次进行了丛式水平井偏移距对轨道设计影响的研究,提出了浅层丛式水平井偏移距设计的原则和方法,并给出了下入失效性问题的解决方案;以降低井眼交碰风险和防碰井段总长度最小为优化指标,应用空间几何学方法,建立了丛式水平井组钻井顺序的数学优化模型,优选出了最优钻井顺序。最后,以最优化理论为基础,以设计井深最短为优化目标函数,以工具造斜率、造斜点垂深、井斜角、方位角为优化设计变量,以中靶精度、地层条件、设计变量边界等为约束条件,建立了丛式水平井单井井眼轨道最优化设计模型。在最优化设计模型求解上,利用Matlab优化工具箱中的frnincon函数进行求解,经过实例计算验证了设计模型的合理性、准确性,可作为进行井眼轨道优化设计的辅助工具。