随着钻井工程技术的提高和钻井设备的改进,近些年来,钻井技术发展迅速。定向井作为一种非常重要而又实用的钻井方法,也受到了极大的关注。目前关于井身轨迹的设计和计算方法很多,发表的文章和专著也不少,涉及到二维设计方法和三维设计方法,但是它们都有一个共同的特点,设计出来的轨迹能够满足现场施工的要求,却不能肯定它是一条可行的最优轨迹。所谓最优轨迹就是在满足现场工具能力的要求下,设计出来的轨迹具有最小的井斜变化率和方位变化率、最短的井身长度、最小的扭矩和摩阻力等特点。作者在总结前人经验的基础上,做了以下重要工作。归纳总结了几种常用的定向井轨迹计算方法,利用计算机编程语言做成一个实用的计算软件,使用方便,计算快速,准确。在研究定向井轨迹计算方法的基础上,把非线性不等式约束下非线性目标函数的非线性数学规划理论引入到定向井井身轨迹的最优化设计中,提出了定向井井身轨迹设计定量意义上的最优化方法,建立了定向井轨迹的最优化数学模型。针对定向井井身轨迹的不同数学模型,给出了应用实例,分析了计算过程,并对不同的数学模型进行了求解。同时,作者编写了利用常规方法设计定向井轨迹的软件,可以作为研究定向井轨迹最优化方法的辅助工具。最后,通过把常规方法设计的数据和最优化方法设计的数据相比较而得出结论:最优化设计方法确实比常规方法设计的井身轨迹要短,利用最优化方法设计的井身轨迹将大大减少可能的井下事故,缩短钻井周期,降低钻井成本。