随着我国大斜度井、水平井数量的增多,传统游梁式有杆抽油系统杆柱偏磨严重的问题越来越突出,电潜柱塞泵作为一种重要的新型无杆举升设备,具有良好的应用前景。但随着电潜柱塞泵系统在石油开采中被广泛的应用,其系统效率较低、故障繁多且难以诊断等诸多问题日趋严重,实际生产过程中,缺少一套系统的优化设计与工况诊断方法以及相关软件指导生产,限制了电潜柱塞泵的推广和应用。本文对电潜柱塞泵的结构和基本原理做了简单的介绍,以系统效率为目标函数,建立电潜柱塞泵井的优化设计模型,循环控制泵径、冲次、下泵深度、直线电机型号等参数进行组合,算出每组组合的系统效率并选出最大系统效率组合,提高了电潜柱塞泵井的系统效率;研究了电潜柱塞泵井常见工况类型,分析其产生原因和泵筒内压力变化规律,得到不同工况下的仿真示功图版,并研究直线电机动子运动规律与输入功率转换模型,建立了基于电参数求解井下泵功图的模型,通过与仿真功图的对比实现了工况诊断。通过理论研究,编制了“电潜柱塞泵系统优化设计与工况诊断软件”。对S油田某采油厂10口电潜柱塞泵井进行优化设计后,系统效率平均提高6.28个百分点。对8口可能存在故障的电潜柱塞泵井进行工况分析与诊断,准确率为75%。本论文研究了电潜柱塞泵井的优化设计与诊断方法,并形成了相应软件,促进了该举升技术在油田上的推广与应用。