本学位论文结合国家科技重大专项“柳林示范区煤层气井高效排采工艺技术研究”(编号:2011ZX05062-004)课题和国家自然科学基金(51174224),针对目前煤层气井小修作业中存在的问题,结合煤层气储层和排采工艺要求,设计了适用于煤层气生产的小修不压井作业工艺,给出了关键设备的设计,完善了煤层气排采工艺与装备。首先介绍了国内外油气田用不压井修井作业的工艺和设备现状以及煤层气储层特征和作业要求,给出了不能直接将油气田用不压井修井设备移植到煤层气井的原因;提出了煤层气不压井小修作业技术,该技术可在不压井、不放空的前提下,快速高效地完成小修作业,有利于煤层气井作业后的产能恢复和稳产高产。接着对煤层气不压井小修作业系统的整体方案进行了设计,并详细介绍了其工作原理,完成了煤层气不压井小修作业工艺的设计,该工艺的核心是采用气胎式环形防喷器保证管柱密封,避免了压井或放空对煤层气井的伤害,同时可实现油管接箍的直接通过,作业效率高,作业后煤层气井产能恢复好。为完成上述作业要求,创新性地提出了气胎式环形防喷器的结构方案,该防喷器采用气体作为控制防喷器开闭的动力,利用气体的可压缩性实现管柱接箍的直接通过,可以显著地提升防喷器的密封性能和通过性;确定了防喷器的最大工作压力、通径、胶芯的抱紧力以及油管起下过程中的平衡点;对防喷器的核心零部件进行了结构设计和校核,计算表明,气胎式环形防喷器的各核心部件均能满足作业要求。为了完成作业,对强行起下装置的起下液压缸和游动卡瓦进行了方案和结构设计,完成了相应的设计和校核计算;根据起下油缸和游动卡瓦的作业要求,设计了强行起下装置的液压控制回路;对煤层气不压井作业系统进行了完善,并根据煤层气小修作业工艺流程,对煤层气不压井小修作业系统进行了作业效率评估。结果表明煤层气不压井小修系统可在规定时间内完成作业,其作业效率可达到作业要求。本文提出的煤层气不压井小修作业工艺及作业装置,可以在不压井不放空的前提下,使用小型修井车快速完成不压井小修作业,解决目前煤层气小修作业伤害储层、效率低等问题,这对于提升煤层气的开发效益,促进煤层气的商业化开发,意义重大。