游梁式抽油机由于其安全可靠、结实耐用、适应面广等优异的特点，从其诞生以来一直是最主要的机械采油生产方式。但是，游梁式抽油机在恒速驱动时，由于其固有结构特点，导致悬点和减速箱都要承受剧烈的周期性交变载荷的冲击。为实现减载降耗的目的，国内外各油田均在开展动态变速优化驱动抽油机技术的研究。但变速优化运行技术的理论模型还不完善、节能机理亦不清晰，应用中还存在一些不利影响，如：减速箱的超载，抽油机时常无法启动，这是其没有推广的原因之一。因此有必要进行变速优化运行的控制策略和节能机理的研究。通过对抽油机四连杆机构进行运动学分析和对抽油机工作特性分析，建立了抽油机运动学模型和悬点载荷的计算模型。以抽油机系统节电率为优化目标，以电动机、减速箱和杆柱不超载为约束条件，通过理论与试验相结合的方式确定变速运行曲线，提出了一套变速优化运行的策略和预测计算方法，并编制一套抽油机井系统变速优化运行设计程序。为提高抽油机各传动部件的传动效率计算精度，通过室内电机试验平台和室外抽油机试验平台测试了抽油机各传动部件的瞬时扭矩和转速，并拟合出电机、皮带、减速箱和四连杆的效率公式。变速优化运行控制技术在大庆油田进行了小范围的应用，根据测试的10口油井的运行数据分析表明：执行措施后的平均综合节电率为15.84%，减速箱峰值扭矩平均降低率为16.04%，系统效率平均提高2.88个百分点。通过本优化方法进行抽油机井系统动态变速驱动运行，在满足抽油机运行安全可靠的前提下，能够实现降载节能、改善机采系统工作条件的目标。研究成果对于促进抽油机变速运行耦合动力学理论的发展具有重要意义，为油田机械采油方式实现降载节能提供可靠的理论基础和科学依据。