煤层气排采设备的选型与优化设计是煤层气开发的关键技术,是保障煤层气井连续稳定、经济高效生产的重要因素。本课题结合国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发专题“基于井筒流场的排采自适应控制技术研究与推广示范”子课题“排采设备优化设计”的研究内容展开。通过文献调研,研究煤层气井排采原理,分析了煤层气解吸、渗流、扩散的产出过程及各开采过程的特点,搞清煤层气井排水采气的影响因素,以及对排采设备的要求,结合不同排采设备的适应性分析,给出煤层气排采设备的优化原则,为设备优化打下基础。以四连杆机构为模型对游梁式抽油机进行运动学和动力学分析。结合煤层气井动液面持续降低,产液量变化范围大的特点,建立了三抽排采系统的优化设计模型;根据电机的功率与负载能力,选择合理的电动机型号;针对煤层气井杆柱工况与受力实际,提出基于API、威尔诺夫斯基相结合的杆柱设计方法,多级杆+扶正器的杆柱设计,延长了杆柱的工作寿命。完成有杆排采设备的优化设计方法研究,为有杆设备选配设计提供计算方法和计算依据。利用VB语言开发了优化设计软件,以三抽排采设备的选型与设计为主要模块,考虑煤层气排采设备的评价与优选、煤粉排出条件分析、杆柱防偏磨设计等功能,编制了煤层气排采设备选型与优化设计专家系统,实现了排采设备选型与设计计算机化。通过现场近20口煤层气排采井使用情况的验证与对比,发现利用该软件进行排采设计与分析,可以提高系统效率30%~50%,并能较好解决杆柱的偏磨、断裂与脱扣问题,减少了设备投入,延长了检泵周期,对提高设备无故障运行周期,提升煤层气的开发的整体效益,具有重要意义。