本论文以柳林示范区煤层气产能不理想为出发点，研究国内外提高煤层气产能的钻井、完井和排采方法。鉴于煤层气储层低孔低渗低压特点，需要扩大解吸和渗流面积才能提高单产量，目前采用直井/斜井压裂、U型井、水平井分段压裂、分支井、洞穴等钻完井技术。但这还不能满足提高产能的需要。因此，论文提出钻一口单支U型水平井，分段压裂水平井上下煤层，这样可以同时排采多个煤储层的新设想，被命名为单井多层合采技术。为了说明此设想是否具备实际可操作性，论文展开室内研究工作和现场试验工作。本论文从柳林示范区煤层物理化学性能入手，调研柳林示范区目前实施煤层气开采时钻井、完井、压裂和排采、产能现状，表明柳林示范区实施单井多层合采技术的必要性。同时，指出目前井型存在的技术难点，再结合单支U型水平井的特点，提出柳林示范区实施单支U型水平井的难点为保持215.9mm的大井眼水平井井壁稳定性及水平井套管完井、水平井纵向分段压裂以及多层合采排采参数选择。针对这些难点，论文进一步利用力学实验方法、测井信息、数值模拟软件，展开煤岩地层钻井液安全密度窗口预测研究，煤岩地层完井方法研究，煤岩地层分段压裂效果预测研究，水平井排采效果数值模拟研究，并与直井压裂比较产能后，确定单支U型水平井同时排采多个煤储层的可行性。通过两年多的研究工作，从两个方面取得了创新。一是首次提出并配套成煤层气U型井多层合采技术；二是首次利用数值模拟方法模拟煤层气U型井多层合采的产能。