以水平井为主的特殊结构井是一项有广阔发展前景的应用技术,在油气田开发领域迅速推广,已成为世界石油工业勘探开发的主要热点。水平井可以提高单井产量,降低操作成本,显著提高油气田勘探开发的综合效益。水平井技术的应用给油田开发带来了巨大效益,也给开发设计带来了全新的理念。本文论述了二维井眼轨道设计、绕障三维井眼轨道设计及三维漂移轨道设计的数学模型,计算公式和算法步骤,并着重讨论了在三维漂移轨道设计模型的求解问题。由于三维漂移轨道的约束方程组是非线性的,一般的迭代格式往往是发散的,给求解带来了困难。文中通过改进迭代格式,保证了迭代求解过程的收敛性。在研究井眼轨道的优化问题时,引入了非线性不等式约束下的非线性数学规划理论。建立了二维水平井轨道设计的非线性优化数学模型;给出了水平井待钻井眼轨道的最优化设计方法,不仅能够满足现场施工条件的限制和待钻井眼轨道设计的要求,而且能够确保得到的待钻井眼轨道为一条最光滑的、最短的、可行的最优待钻井眼轨道。最后,归纳总结了几种常用的定向井轨道设计的计算方法,编写了相应的轨道设计程序。通过调节各种关键参数,可以设计出一条可行的井身轨道,使用简便,计算准确、迅速,可以作为研究井身轨道优化设计方法的辅助工具。