水平井具有泄油面积大、单井产量高等优点，在提高低渗透油气臧的产量和最终采收率方面发挥了巨大的作用。但有时由于油气藏的渗透率极低、渗流阻力大、连通性差的原因，有时水平井的单井产量也很低，满足不了经济开发的要求。为了进一步提高水平井的产量和最终采收率，改善开采的经济效益，这时通常需要对水平井采用水力压裂增产技术，一般是压开多条裂缝来增加油气渗流通道。目前，尽管直井的水力压裂技术已经比较成熟。但是，由于水平井的井身结构相对直井非常复杂，对于水平井的压裂不能完全照搬直井的压裂技术，现有的理论模型也还不能完全满足水平井压裂设计的需要，这使得水平井水力压裂的成功率不高而且风险也比较大。本文通过研究试图解决水平井压裂过程中存在的难题，使水平井水力压裂理论得到提高，更好的指导水平井水力压裂优化设计，提高水平井压裂的效果和成功率。 在前人研究的基础上，本文提出了一种压裂水平井优化设计的新方法，该方法从产量较大和起裂压力较低的角度出发，可以对压裂水平井方案进行优化。从该优化方法出发，本文主要进行了以下几方面内容的研究： (1)根据弹性力学理论，建立了裸眼完井和射孔完井条件下水平井井筒周围应力场分布的数学模型；根据断裂力学理论的张性破裂准则，建立了水平井裂缝起裂压力和起裂角的数学模型并进行了求解。 (2)根据能量守恒原理，建立了完整的水平井井筒温度分布的数值算法，并利用“追赶法”对模型进行了求解；在裂缝温度场方面，结合K-D-R模型和裂缝三维延伸模型，建立了三维裂缝温度分布模型并进行了求解。 (3)根据体积守恒、能量守恒以及迭加原理，建立了一套适用于非对称应力，考虑了流体沿缝高方向压降的单裂缝三维延伸数学模型；根据各控制方程之间的相互耦合关系，对该模型进行了求解。 (4)根据水平井压后的裂缝形态和生产过程中油气在裂缝中的渗流机理，应用复位势理论和叠加原理等基本理论，推导建立了考虑水平井筒压降和压后形成的多裂缝同时生产时，裂缝相互干扰的产能预测新模型。 (5)利用上述模型的研究成果，采用VB6.0编程方式，开发了压裂水平井优化设计软件系统。该软件能同时从产量较大和裂缝起裂压力较低的角度出发，对压裂水平井进行优化设计：除此之外，该软件还具有对水平井分级压裂时的裂缝起裂压力、压裂过程中井筒和裂缝温度场分布的模拟、裂缝三维延伸形态模拟、压裂井多裂缝产能预测的功能。