目前我国多数的稠油油藏以有杆泵举升工艺为主,由于系统效率普遍偏低,从而增加了原油开采的成本,降低了原油生产的经济效益。因此,针对稠油油藏开展有杆泵抽油系统优化设计研究,进而提高有杆泵抽油机井的系统效率,对于开发稠油油藏具有重要意义。本文首先在流体热力学和传热学理论的基础上,应用质量守恒方程和能量守恒方程建立了井筒内温度分布的数学模型,求解了各模型的解析解,计算了井筒内粘度分布和压力分布。然后,针对稠油油藏有杆泵井的特点,考虑了井筒内粘温关系的变化,在油井满足供排协调前提下,以系统效率最高为目标函数,采用了多变量(包括抽汲参数组合、泵挂深度、动液面深度等)、多重循环设计,进行稠油油藏机采井系统优化设计方法研究,开发了机采井系统优化设计软件。最后,结合塔河油田实际生产数据进行了实例计算,分析了含水率、掺稀点深度、掺稀量、电加热功率、加热点深度等因素对井筒内流体粘度分布的影响,为进一步采用掺稀降粘、电加热等辅助工艺提高稠油油藏的开采效果提供了技术支持。塔河油田5口试验井参数优化结果表明,最大、最小载荷和最大扭矩计算结果与现场实际情况相比,平均相对误差仅为10%,优化后的平均系统效率提高了9.6%,平均单井增产11.3m~3/d,增产增效显著,说明该优化设计方法满足稠油油藏现场实际需求,且具有较好的应用空间和推广前景。