煤层气井机械人工举升-速度管柱连续排采装置的设计研究得到了国家重大科技专项:“柳林示范区煤层气井高效排采工艺技术研究”(编号:2011ZX05062-004)和国家自然科学基金“煤层气排采井下泵的设计技术与理论研究”(编号51174224)的支持,该研究是在认真研究煤层气排水采气特征和煤层气藏产水、产气规律的基础上,以速度管柱工艺与常规三抽排采设备为基础,按照煤层气排采节能、连续、稳定的要求,提出了煤层气机械人工举升-速度管柱连续排水采气一体化的排采方案。该研究给出了适用于煤层气井连续排采要求的速度管柱设计方案,给出了煤层气人工举升排采连续转换为速度管排采的方案,为煤层气的连续、高效排采奠定了基础。该装置的应用,可有效延长煤层气井高产稳产时间,提高煤层气的开发效益。首先,本文介绍了煤层气井不同生产阶段内排水采气生产情况,分析了高产时间短、稳产难以长期持续的原因。总结分析常规产水气井生产、作业工艺,提出了一种可应用与煤层气井排水采气生产的速度管柱生产工艺设计技术。其次,通过分析常规气井速度管柱选型计算方法,结合煤层气井生产实际情况,给出了以空心抽油杆、连续油管作为速度生产管柱的选型方法,分析研究气水两相垂直圆管流动压降的计算模型,根据煤层气井速度管柱生产条件,给出速度管柱生产压降计算过程。结合煤层气生产井的实际数据,给出了速度管柱选型设计实例分析。再次,针对常规机械举升-速度管柱排采装置设计方案,给出了将三抽排采设备人工举升排水采气连续转换为速度管柱排采的工艺与设备;给出了抽油机悬点载荷的变化情况,为相关设备的选型提供了基础;完成了关键零部件的方案和结构设计,包括游动阀罩、转接接头,转换开关等;根据冲击动力学基本原理,给出了转换部件的设计原则;并通过LS-DYNA软件,采用SPH-FEM方法模拟了转换作业过程同理,根据煤层气井常规排采设备中地面驱动螺杆泵、潜油电泵的工作原理,设计了相应连续转换为速度管柱排采的工艺与结构方案,给出了相应的连续转换方案;利用力学原理及SPH-FEM方法,分析了连续转换过程中关键零部件的受力与变形情况。最后,给出了采用速度管柱排采工艺时的配套系统设计,包括井口设备、气水分离器选型与设计方法等。本文提出的排采设备、工艺,实现了煤层气排水采气从人工举升到利用煤储层产出气体本身的能量进行速度管排采的连续转换,不仅可满足煤层气井产水量小且不连续的要求,而且实现了无能耗、无相对运动部件排水,可有效地延长煤层气井排水设备的无故障运行时间,对减少煤层气井修井次数,避免对储层的伤害,延长煤层气井高产稳产时间具有显著意义。