具有百年历史的柱塞泵抽油机井系统占世界油田油井数的75%,仍存在功率扭矩波动大、能耗大、效率低、投资大等问题,不符合国家节能降耗、提高开采水平的要求。依据国家能源法节能降投资的要求,针对游梁式抽油机井系统存在的问题,在理论分析的基础上,以系统减载、提高系统子环节效率和结构优化为指导,研制完成了柱塞泵柔性抽油系统。主要包括地面柔性抽油机、无间隙液压井口密封装置、井底的无间隙液压自封柱塞泵、柔性抽油杆和柔性传递装置,实现了以下五个方面的突破,提高了系统效率及油田开采价值。创新研制了柔性抽油机,用柔性系统代替刚性,以轻型柔性绳为主线,代替原刚性能量传递结构,大幅度减少能量传递环节、降低能量损失,同时带动1-8口井生产。结合柔性抽油机结构和工作原理,建立了主要机型的运动学和动力学的数学模型,分析了柔性抽油机的运动规律和动力学特性以及柔性抽油机带不同井数生产时功率扭矩变化规律。根据柔性抽油机运动和动力学特性分析,提出了补偿理论,单机多井利用无效抽油杆柱载荷互为平衡的原理,实现了柔性抽油机电机正功率,减速器正扭矩,不存在零负值,延长了电机、减速器的使用寿命,降低了能耗。建立了柔性抽油机的有限元模型,利用Solidworks软件对单机单井柔性抽油机和单机多井柔性抽油机进行了稳定性分析,对柔性抽油机的结构参数进行了多元正交优化,得出最优结构参数配比,使电机功率减速器扭矩波动更加平稳,载荷交变均匀化,对柔性抽油机进一步的推广应用奠定了基础。针对以往液压自封柱塞泵现场试验存在的问题,采用正交多参数优化泵间隙参数,制定了室内试验方案,通过多次优化试验确定了合理的泵间隙值,解决了胶套溶胀、上拉载荷过大等问题,并据此研制了无间隙液压自封柱塞泵和无间隙液压井口密封装置。泵采用复合密封方式,多级扶正,具有泵效高、不漏失的特点。采用有限元静力学计算方法对泵进行了稳定性分析,确定了该泵的使用参数;通过室内试验分析了液压自封柱塞泵上行摩阻的影响因素,并拟合得出了摩阻与影响因素的函数关系式;测定了该泵的标准漏失量,为其推广应用提供了依据。提出了柔性抽油系统效率计算模型和方法,根据柔性抽油机系统构成的特点,系统的分析了柔性抽油系统效率组成,建立了柔性抽油系统中各子系统的效率计算模型,并编制了计算软件。对其影响因素有针对性地采取措施,使油井既获得较高产量,还具有较高的系统效率。根据上述理论分析和结构优化结果,进行了室内试验和现场试验,研究了系统在小排量井、丛式井组中的应用。室内实验和现场试验表明:同等生产条件下,与游梁式抽油系统相比较,柔性抽油系统装机功率、钢材用量、能耗大幅度降低,泵效由常规管式泵的40%左右提高到70%以上,系统效率由游梁系统15%提高到40%以上。整个系统实现了抽油机电机负扭矩转化为正扭矩,抽油泵无漏失、下行低摩阻、井口密封装置“无”漏失、低摩阻、无需维护;具有装机功率小、能耗小、体积小、效率高的特点。