岩层中层理、地层界面复杂多样,实际压裂过程中水力裂缝除在缝长方向形成转向延伸裂缝外,在裂缝高度方向延伸与层理、地层界面等相遇,会形成多种复杂形态裂缝,并且裂缝延伸的高度会涉及多个地层,所以能否准确描述裂缝垂向扩展形态已经成为能否准确预测压裂有效改造体积的关键。以往国内外学者有提出多地层水力裂缝高度延伸模型,但是由于裂缝高度延伸问题比较复杂,相关参数获取困难,现有的裂缝高度模型过于简化,与实际水力压裂裂缝高度生长有所差别。本论文首先通过查阅大量国内外水力压裂缝高方面的论文,分析总结垂向裂缝在多层地层中扩展的延伸类型及规律。应用断裂力学理论发现裂缝尖端塑形区对裂缝高度生长有显著影响,通过求解有效裂缝高度来表现裂尖塑形区的影响。另外,地层断裂韧性随围压变化明显,应用弹塑性力学理论来表示地层断裂韧性与围压的关系,并加入到裂缝高度生长的判断中。再依据断裂力学、流体力学和岩石力学等理论,建立多地层水力压裂裂缝垂向延伸净压力计算模型、多地层贯穿裂缝尖端应力强度因子计算模型以及裂缝扩展过程中特殊物理性质地层对裂缝高度的影响模型,最后得到裂缝垂向延伸高度模型,再通过编制相应求解程序计算并模拟垂向裂缝延伸高度随不同影响因素的变化规律。本文裂缝高度生长模型通过与以往MFEH等裂缝高度模型相比,总体高度生长趋势相符,并且本文模型考虑更多影响因素,使之与实际裂缝延伸更加贴合。然后开展真三轴岩心水力压裂物理模拟实验,分析实验结果,验证及补充垂向裂缝扩展高度理论。本论文的研究成果能够为水力压裂缝高设计和压后产能预测提供可靠理论依据。