抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一,也是油田耗电大户,其用电量约占油田总用电量的40%。抽油机可分为两类:一类是有杆采油设备,另一类是无杆采油设备。生产中常见的游梁式抽油机、皮带机和地面驱动螺杆泵等属于有杆采油设备;电动潜油离心泵,水力活塞泵等属于无杆采油设备。本文通过介绍、分析有杆采油系统和无杆采油系统的优缺点,提出现有的无杆潜油电泵采油系统所存在的问题,并针对这些问题做了优化。现有的无杆潜油电泵变频驱动时存在谐波,并且驱动电机位于地下深处,谐波经过长线电缆的放大作用,导致电机过电压并且发热,对井下设备有很大的不利影响:机械减速器由于本身的结构特点和使用材料强度不够的原因,其使用寿命也比较短。针对这些问题,文中主要做了以下工作:首先从分析长线三相潜油电缆本身的参数着手。通常情况下是采用将电缆视为电抗组件加到定子绕组电抗中的方法,但因为该方法并没有获取到井下电机的真实电压电流数据而无法实现矢量控制。本文基于三相电缆传输等效电路模型,分析了长线潜油电缆的构造特征和电磁机理,分析了长线电缆寄生的电感电容,并以此建立数学模型,导出了传输矩阵及任意长电缆出口端电量自适应逼近式采集算法,以接近真实的电机电压电流值。其次是将长线三相潜油电缆的数学模型与电机的传输特性相结合,利用Clark和Park变换,进而建立了一种基于转子磁场定向矢量控制的转速开环变频调速控制模型和效率优化控制方法。据此研发的电动潜油螺杆泵变频调速控制系统,经过一年多现场实际运行验证,收到了理想的控制效果。最后根据实际生产的要求和特殊工况,对感应电机进行了电磁设计,并对机械减速器和驱动电源进行了优化。文中给出了电机设计的计算步骤和结果,减速器采用双级并联输出,可以使机械减速器的寿命延长;电源增加一级有源滤波装置,优化电源波形。经过优化和转矩补偿的潜油电动螺杆泵在一年多的实验中效果明显。电机启动运行平稳,电压电流波形明显改善,没有杆管偏磨问题。实验结果也证实了通过分析长线三相电缆的寄生电感电容建立的长线三相电缆数学模型是正确的;通过将长线电缆数学模型嵌入到电机矢量控制,建立的驱动模型也是可行的;结合实际需求和工况设计的电机以及优化后的潜油电动螺杆泵系统,能够满足生产,运行性能优良,节能高效。