丛式井作为一种经济有效的新井型,具有节省空间、投资成本低、见效快、易管理、控气面积大等特点,使得其在煤层气开采中已经受到越来越广泛的应用。利用丛式井开发煤层气过程中,一个十分重要的问题就是丛式井井眼轨道的设计,井眼轨道设计的好坏关系到钻井质量好坏、钻井成本大小、钻井周期的长短,以及施工的难易程度等。由于丛式井需要在一个钻井平台上布置多口井,因此丛式井的井口与对应靶点的匹配也是丛式井设计过程中一个十分重要的问题。因此,研究丛式井井眼轨道设计及其井口-靶点匹配对于指导利用丛式井进行煤层气高效开发具有十分重要的意义。本文对丛式井轨道设计的主要因素进行了分析,主要分为丛式井靶点以上的影响因素及靶点以下的影响因素两个方面。在分析影响因素之上,根据二维及三维井眼轨道的基本计算模型,以造斜点深度、井眼曲率和井斜角等为约束条件,以井眼轨道长度最短为优化目标,建立了二维及三维井眼轨道最优化模型以及基于虚拟靶点的三维井眼轨道最优化模型。根据最优化理论对所建立的最优化模型进行了求解,所得结果较常规井眼轨道设计具有更短的井眼轨道长度及较低的井斜角和井眼曲率。针对利用丛式井进行工厂化作业过程中的井口-靶点匹配问题建立了匹配优化模型并给出了具体的匹配流程;最后,针对利用常规丛式井开发煤层气过程中钻井平台下方存在“死气区”的问题,提出了利用勺形井眼轨道进行煤层气的开发,从而提高钻井平台下方煤层气的动用量,实现煤层气的高效低成本开发。