多分支井技术起源于20世纪50年代，但直到1995年以后，多分支井技术才得到了迅速的发展。该项技术与丛式井和单一的水平井相比，在某些条件下，可以节约成本和时间，目前已成为热门技术，引起了全球石油界的广泛关注。本文在总结现有分支井技术研究成果的基础上，对分支井轨迹设计技术做了详细的理论分析并开发了分支井轨迹设计软件，同时探讨了分支井连接井段的力学特性，为进一步研究奠定一定的理论基础。 本文首先根据国内外已钻分支井的情况，结合油藏地质，详细讨论了分支井的轨迹类型及其油藏适应性，以及轨迹设计需要考虑的油藏地质因素及其之间的相互影响，总结出分支井轨迹设计的原则、方法和步骤。 针对分支井的三维特性，本文重点研究了其三维设计计算方法。对于三维扭方位设计中提出了完整的绕向判断准则，给出完善的曲率校核模型；并推导出一种双靶(靶段)设计的简易新方法和空间圆弧设计计算方法，这两种方法可以广泛用于分支井空间三维轨迹设计；同时，本文给出了轨迹分段设计计算的方法，该方法为计算机程序化提供理论基础，可广泛运用于实际设计中；同时在概念设计的基础上，建立全井眼轨迹最优化设计模型，并首次在轨迹设计中引入最优化方法中的乘子法求解。 针对分支井分支处连接段井壁力学特性，首次研究了分支连接处的应力分布规律，应用有限元法分析了造斜半径和造斜方位对连接段井壁应力分布的影响，以及连接处破坏的程度及变化规律，同时总结出连接井段井眼最稳定时的最佳分支造斜方位是沿着最大水平主应力方向，这些研究结果国内尚属首次。 同时，本文基于轨迹设计研究的理论，用VB结合OpenGL三维可视化技术，编制了分支井轨迹设计和三维可视化软件，软件引入虚拟现实技术，可以在虚拟的油藏地质环境中显示轨迹的空间展布和轨迹之间的关系，为设计人员提供更直观的设计与轨迹控制平台。 本文的研究成果可广泛应用于分支井以及定向井、水平井、大位移井的设计计算。