有杆泵抽油是国内外石油工业的传统采油方式之一,在我国石油开采中有杆抽油系统一直占主导地位。在我国各油田中,大约80%以上的油井采用有杆抽油系统。其中,60%的产液量、75%的产油量均依靠该采油方式进行采油生产。有杆抽油机以其结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点,在采油机械中占有举足轻重的地位。但有杆抽油机也存在很多缺点,如系统的效率低、能耗大、抽油时间以及平衡性能差等。其中,有杆抽油机的主要问题是能耗大,效率低。我国油田在用的常规型游梁式抽油机系统效率较低,其平均系统效率仅有16%～23%。因此,有杆抽油系统的节能问题已成为国内外研究者关注的热点和重点,油田推广应用各种节能型抽油机、电机及电控箱,虽然这些节能产品的使用提高了抽油机井系统效率,但也随之产生一些问题,如它们能否组合使用,组合使用后的节能效果是否是单个节能产品节能效果的算术叠加等。因此,研究有杆抽油系统经济运行措施组合优化问题具有非常重要的经济效益和社会意义。为此,本文针对有杆抽油系统的结构特点和能耗大的问题,按照可独立进行节能改造或实施节能措施的原则,将整个有杆抽油系统分为6个单元:电控箱单元、电机单元、抽油机单元、井口单元、抽油杆单元以及抽油泵单元,把有杆抽油系统的系统总效率分解为各单元的分效率,研究了各单元能耗分布规律。结合试验条件和测试点的分析,分别针对电控箱、电动机、抽油机以及节能设备的组合试验制定出相应的测试流程,并制定出有杆抽油系统节能效果的评价方法。其次,在对电机的功率及运行效率、抽油机V带传动效率、光杆效率以及盘根效率进行分析的基础上,为了对抽油机井地面设备内部能量损失作深入的研究,将地面设备效率分解为电控箱单元、电动机单元、皮带减速箱和四连杆机构(抽油机单元)三部分,系统分析了电机功率正传的平均效率、皮带减速箱功率正传的平均效率、四连杆机构正传的平均效率以及抽油机有效载荷系数。然后,对电控箱单元、电机单元和抽油机单元所涉及的节能设备的节能原理和节能特性进行了理论分析和试验研究,得到了模拟试验井条件下,不同节能设备及节能设备组合配置工况下的有杆抽油系统的系统效率和综合节电率的试验数据,为构建有杆抽油系统多目标组合优化数据库奠定了基础。在上述工作的基础上,分别以系统效率最高为目标、生产成本最低为目标、系统整体效益最优为目标建立了有杆抽油系统经济运行措施优化数学模型。研究分析了抽油机井经济运行管理界限和节能管理实施标准,以及抽油机井技术改造措施实施效果和适应条件,在这些约束条件的基础上,利用优化数学模型可以对生产井进行优化诊断,从而确定技术改造的可行性,提出改造实施方案。最后,在C++Builder集成开发环境下,开发了基于Windows操作系统的有杆抽油系统经济运行措施优化软件。利用开发的软件对在用抽油机井进行了优化和诊断,选取了5口运行状态较差的井进行了技术改造,对改造前后的运行测试数据进行了对比分析,结果表明节能优化改造效果显著。