煤层气作为21世纪的新型洁净能源，是缓解常规油气紧张状况的重要接替能源。高效开发利用煤层气，不仅可以增加高效能源供给，缓解中国面临的严峻能源供需矛盾，而且可有效缓解温室效应。然而，作为国内外最重要的煤层气藏增产改造措施的水平井开采技术和水力压裂技术，特别是二者的结合，其开采效果受国内匮乏的理论研究和实践经验，以及落后的技术设备等条件限制，效果仍不尽人意。因此，对煤层气水平井和压裂水平井进行更多的优化研究很有必要。本文基于我国最早进行煤层气勘探开发试验，最有前景的地区之一—沁水盆地南部的优越性，对柿庄南区块煤层气储层特征、吸附解析特征等展开讨论，运用煤层气藏数值模拟方法，对水平井开发煤层气适应性和影响水平井开采的因素进行系统分析。进一步分析了水平井压裂可行性，并对压裂缝参数作优化；在讨论双分支水平井分层合采可行性基础上，预测了柿庄南区块3号与15号煤层合采情况。柿庄南区块区域内地层整体为一向西倾的单斜构造，区块内稳定发育的主要煤层为山西组的3号煤层和太原组的15号煤层。通过柿庄南区块煤样等温吸附实验、注入压降试井分析，结合测井解释、单井基础数据等成果，分析比较了煤层气藏与常规气藏存在的较大差异，指出其中最本质的差异是煤层气的吸附解吸现象。通过研究区煤层等温吸附实验分析，认为煤层对甲烷具有很强的吸附能力，其含气性均较好，表明柿庄南区块资源具有很大的开发潜力。从煤层气开发的不同钻井井型优缺点、适应性条件以及水平井开采的增产能力等方面，对水平井开采煤层气的适应性作论证。接着分别从地质和工程两大方面，讨论了煤层厚度、渗透率、各向异性，以及水平井水平段长度和方位等因素对水平井增产的影响。并优化得出：煤层厚度、平均渗透率均对水平井生产能力有很大影响，与其呈正相关关系；渗透率各向异性比越大，水平井生产能力越小；水平井累产量随水平段长度增加逐渐增加，但累产增大幅度逐渐变小；对于各向异性气藏，水平段方位应尽量垂直于天然裂缝的发育方向；对于柿庄南区块，水平段最佳长度为1000m，水平段方位应近似南北方向。在优化水平井基础上建立煤层气压裂水平井数值模拟模型，分析水平井压裂的必要和可行性，并对压裂缝的参数进行了优化。优化参数结果为：压裂缝半长为120m，导流能力为15.61μm2.cm，裂缝条数为5-7条时开发效益较好。评价了两煤层合采的可行性及敏感因素，并对合采柿庄南区块3号与15号煤层进行生产动态预测。分析认为煤层渗透率、储层压力及含气饱和度等参数不同对合采影响较大，进行分层合采时其两层敏感性参数差异不应太大。模拟分析表明，3号与15号煤层储层参数差异很小，合采效果好。通过对柿庄南区块煤层气藏水平井优化设计，对不同井型水平井开采煤层气的影响因素及关键参数等有了较为明确的认识。为今后同类煤层气藏开发提供理论依据和指导方案，尤其为煤层气水平井开发方案提供了可靠的依据。