随着常规油气能源的日益紧缺，煤层气作为一种清洁能源广泛受到了人们的重视，煤层气开发成为了研究的热点。多分支水平井技术是一种高效的煤层气开发方式，具有控制面积大、单井产量高及经济效益好等特点。分支井井眼轨道优化设计理论能够帮助减少煤层气单井的开发成本、降低钻井风险和增加轨道设计的合理性，可为煤层气多分支水平井开发方案提供理论依据和指导方案。　　本文基于目前煤层气分支井的应用情况和开发特点，研究了煤层气多分支水平井轨道设计的影响因素，对现有的煤层气开发井型进行归类，提出了分支井轨道设计原则。　　在此基础上，进一步对煤层气多分支水平井的井身结构进行优化，利用多井段模型建立分支井的数值模型，考虑了轨迹不规则性和井筒两相流等特征，预测不同井身结构的煤层气分支井产能，对比分析分支对称性、分支数目、分支间距、分支与主支长度、分支夹角等参数对产能的影响，并提出了产出效果最佳的煤层气分支井井型。　　通过对比常规水平井的轨道设计方法，建立了煤层气多分支水平井二维和三维井眼轨道非线性优化设计模型，目标函数为井眼长度，约束条件包括造斜点垂深、造斜率、套管下深、井斜角、方位角等，并采用序列二次规划法(SQP)进行求解，编制了轨道优化设计软件，可满足不同煤层气分支井井型的设计要求。　　针对煤层气分支井结构特点和煤岩易垮塌的特征，研究了分支连接井段的力学特征，分析得出：除了煤岩力学参数外，地应力场和分支井结构对分支连接处的井壁稳定性影响很大，并分析了井斜角和井眼曲率与破坏深度的对应关系，确定了煤层气分支井连接井段的最佳结构。