基于速度管柱工艺非常规气排采设备设计得到了国家重大科技专项:国家油气科技重大专项“同井‘三气’合采关键设备研制”(编号2016ZX05066-004-002)、“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非常规气地层高压气藏产气特征和低压煤层气藏产水、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,按照煤系地层气排采节能、连续、稳定的要求,针对高压煤系气(页岩气、致密气)排采提出了基于速度管柱工艺煤系地层多气合采设备的排采方案。针对低压煤层气提出了基于速度管工艺的人工举升—速度管不停井连续转换装置的排采方案。该研究给出了适用于不同压力下煤系气井连续排采要求的速度管柱设计方案,给出了高压气携低压水合采的排采方案,以及煤层气人工举升排采连续转换为速度管排采的方案,为煤系气藏的连续、高效排采奠定了基础。首先,本文总结了目前生产作业中常规三抽设备在非常规气井进入稳定生产时期排采情况,分析了高产时间短、稳产难以长期持续的原因。明确了非常规气井应用速度管柱的可行性。并分别针对高低压非常规气排采,提出了应用于相应气藏特点的排水采气生产的速度管柱生产工艺分析及设计。其次,给出了适用于非常规气井基于速度管柱生产的临界产气速度及临界产气量的计算方法。根据管柱选型设计的相关理论方法,给出便于现场设计应用的速度管柱选型设计诺模图,并进一步根据临界产气量计算方法结合哈格多恩模型,针对低压产水地层设计了以日产水量为标准的速度管选型方法。同时根据以上理论,编程设计出关键部位选型程序。再次,针对高低压气藏合采:通过调研非常规煤系气的生产特点以及常规油气井生产中速度管柱生产工艺技术的原理,分析非常规气井中应用速度管柱工艺理论可行性。结合目前煤层气井的常规三抽排采设备使用情况,提出基于速度管柱排采的高、低压气合采工艺方案设计,在管柱内部形成两个压力体系,实现了高压气体携低压水合采,并给出了相关的转换作业工艺流程,完成了对关键结构进行设计校核及流场分析。同理,针对低压气藏连续排采:根据煤层气井排采实际情况,给出了维持气井连续生产的解决方案,完成了基于人工举升-速度管工艺不停井连续转换泵的设计。实现了在不停井状态下,人工举升与速度管工艺的连续快速转换。主要成果包括:基于人工举升-速度管工艺连续转换泵整体作业工艺可行性分析、整体工艺设计、速度管柱选型方法设计、转换条件分析、连续转换泵结构设计、关键装置力学分析、仿真校核以及装配体的流场分析。优化物理模型,完成了整体设计。最后,结合工程实际,根据现场需要,针对人工举升-速度管工艺连续转换泵整体装配图纸绘制。通过与厂家交流,完成了整体生产图纸绘制,满足了现场需要。本文提出的排采设备、工艺,实现了煤系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。对于高压气体携带低压气层积水可实现高压能量充分利用,形成了高压气体携水从内部空间生产,低压气体从管套环空生产的“两个压力体系”的生产模式。实现了“两气合采”的既定目标。对于低压煤层气井,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。