在水平井技术开发致密油气藏时,利用常规井眼轨道设计方法无法完全满足某些特殊要求,主要体现在长水平段水平井和“井工厂”水平井组等方面,即长水平段水平井会不会因为设计与测量的参考系不一致而出现井眼轨道设计偏差的问题?开发背斜褶皱等复杂构造油气藏的靶区多控制点轨道设计问题以及“井工厂”水平井组的优化设计问题。地球表面是一个椭球面,以大地水准面作为大地测量的参考系,它是一个近似于地球形状的椭球面,井眼上任意一点对应的大地水准面位置与井口坐标系所在位置不在同一平面上,这就可能导致设计的井眼位置与实际位置出现偏差。为此,建立了包括垂向偏差和水平位移偏差的井眼轨道设计偏差模型,它们受纬度、水平位移和所在深度等因素的影响。通过分析不同地区的井眼轨道设计偏差得出,长水平段水平井井眼轨道存在设计偏差,且随着纬度和水平位移的增加而增大,水平位移偏差受所在深度的影响,深度越深水平位移偏差越大。特别是长水平段水平井开发高纬度地区的薄油层时,设计轨道可能穿出储层。为此,在设计时需要加上垂深偏差量和减去水平位移偏差量,以得到与实际相符的井眼轨道,减少钻井过程中的调整。利用长水平段水平井开发致密油气储层时,若遇到储层起伏,需要在靶区内设置多个控制点来保证水平段轨道在储层内延伸。目前针对这种靶区多控制点水平井轨道设计常采用试算法来完成,设计得到的轨道造斜段多,轨迹控制作业难度大,不利于快速钻井。结合国内水平井“PDC钻头+弯外壳螺杆钻具”的低成本复合钻模式,提出了靶区多控制点水平井轨道设计采用控制单元替换控制点的设计思路,即先用直线间隔连接控制点得到控制单元,再通过选择适当曲线连接相邻控制单元形成二维或三维控制单元体。计算表明,利用该方法设计的靶区多控制点水平井轨道,稳斜段总进尺长,有利于复合钻快速钻井;此外,用该方法设计的三维水平井轨道可在装置角保持不变的情况完成轨迹控制作业,有利于提高作业效率,为长水平段水平井靶区多控制点轨道优化设计提供了理论依据。在“井工厂”水平井作业模式开发致密油时,采用常规三维井眼轨道设计方法设计的水平井组,在两井排靶区之间出现了较大面积的死油区,石油资源不能被有效动用,国外采用勺形井眼轨道解决了这一问题。勺形井眼轨道在造斜点位置开始反向钻进,钻进一段后再次造斜向着靶区钻进,这能更早钻遇储层,减少死油区面积。通过研究勺形井眼轨道的特征,结合三维井眼轨道设计理论,得出勺形井眼轨道设计的关键在于优化靶前距。由于“井工厂”井眼间距很小以及勺形井眼轨道具有反向钻进特征,可能会导致井排井眼在直井段、造斜初始井段、入靶前井段等位置出现相碰风险,为了减小相碰风险,提出了优化井场布局、错开造斜点和靶区位置的“井工厂”水平井作业轨道优化设计方法。实例计算表明,相比于常规设计方法,所提方法能明显减小死油区。对井眼相碰风险和摩阻扭矩分析表明,优化设计方法能降低井眼相碰风险,勺形井眼轨道对摩阻扭矩的影响有限,水平段钻进能正常延伸。根据井眼轨道设计理论和特殊水平井井眼轨道理论模型,基于SQL Server 2008数据库平台设计了特殊水平井井眼轨道设计数据库,在Visual Studio 2013开发平台下,基于WPF框架运用C#语言开发了特殊水平井井眼轨道设计软件。该软件不仅能满足常规水平井的井眼轨道设计要求,也能满足水平井设计的特殊要求。经测试,软件运行稳定、计算可靠。