针对水平井变密度射孔和分段射孔对延缓水平井水气脊进的重要作用及目前设计方法的局限性，基于油藏数值模拟技术，耦合油藏渗流、井壁流体入流、井筒流体管流，建立了三维三相的水平井分段变密度射孔优化设计模型。分析了水平井两端与中部渗流差异、避射段、渗透率非均质分布、油层厚度非均质分布、孔隙度非均质分布、井筒压降、最大射孔密度、射孔优化原则等8个因素对水平井分段变密度射孔孔密与入流剖面的影响；分析了井筒压降对流体粘度、套管直径、管壁粗糙度的敏感性。研究表明，两端与中部渗流差异、避射段、渗透率非均质性、油层厚度非均质性对分段变密度射孔有显著影响；考虑与不考虑水平井两端与中部渗流差异可能会得出相反的孔密优化结果；避射段的存在会减弱近井流体汇聚效应，从而影响流体入流剖面；国内陆上绝大多数水平井分段变密度射孔设计时不必考虑井筒压降的影响。与现场水平井生产效果对比表明该模型具有较高的预测精度，为水平井射孔完井设计与效果预测提供了设计理论和计算模型。