为进一步满足低压、低产气井的排水采气作业需求,降低运行成本,完善排水采气工艺,本文提出了一种适用于直井、斜井、水平井,仅依靠储层中的天然气作为动力来源的新型井下排水采气泵。该泵基于气动增压原理,利用多级气缸增压并以机械闭环的控制方式驱动往复泵机构工作,从而将井筒内的积液泵送至地面。本文主要完成的研究工作有以下几个方面:(1)在充分调研国内外关于天然气井排水采气工艺技术研究现状的前提下,提出了一种基于气动增压原理的井下排水采气泵,并结合川西气田的实际情况,确定了井下排水泵的技术指标。(2)对井下排水采气泵的结构组成、工作原理、控制回路以及基本参数进行了理论分析和初步计算。基于合理假设并在适当简化的前提下,利用连续性方程、能量守恒方程、动力学方程与气体状态方程建立了排水采气泵动态系统的数学模型。(3)在MATLAB/Simulink环境中利用数学模型搭建了排水采气泵的系统动态仿真模型,并通过动态仿真研究讨论了包括:驱动气缸直径、活塞行程、气道直径等主要结构参数对系统动态的影响规律,并最终确定主要结构参数的取值。通过仿真还对井下排水采气泵的频率、流量、功率以及效率特性进行了研究,并验证了该井下排水采气泵的性能满足技术指标要求。(4)通过利用仿真所确定的结构参数完成了井下排水采气泵的总体结构设计。利用有限元分析软件ABAQUS对井下排水采气泵驱动气缸模块所用的气动密封圈进行了分析:采用二维轴对称模型分析了密封圈的几何参数和工作参数对其静密封和往复动密封性能的影响;采用三维实体模型分析环向接触应力分布和活塞“偏缸”对密封性能的影响。本文所设计的新型井下排水采气泵的性能可满足低压、低产气井的排水采气作业要求,该泵改善了现有排水采气装备的不足,具有较好的实用价值。