近年来,能源紧缺和环境污染已成为制约中国经济发展的重要因素,发展清洁能源、调节能源形式结构的问题亟待解决,以地热能为代表的可再生能源越来越受到人们的重视。以大庆地区为例,在油田开发的地面工程中,由于周围环境温度以及原油的凝固点较低,为防止原油在管道中凝固、析蜡,原油集输系统常采用双管掺水或伴热的方式,保证集油过程中原油的正常流动。传统的掺水加热主要采用加热炉对水进行加热的方式,能耗较大,加热效率较低,本文因地制宜,利用大庆地区现有的废井资源,将废弃油井改造成地埋管换热器,通过套管方式获取中深层地热能,用中深层地源热泵代替加热炉,在考虑输送管道散热模型的基础上,构建了一种中深层地源热泵原油集输系统,并对新型的原油集输系统进行了可行性设计研究和运行特性分析。套管式地埋管传热模型建立和求解。根据不同形式地热能取热特点,确定了套管式地埋管的取热方式,分析其传热过程,分别建立了套管式地埋管井孔内、外传热解析模型,在此基础上采用有限差分法的方法对地埋管换热器进行数值模型的建立,并用高斯-赛德尔迭代（Gauss–Seidel method）对数值模型进行求解。通过工程实例对模型进行验证,数值模拟得到的出口温度与实际温度的误差范围在5%以内。套管式地埋管传热特性分析。提出热短路值、单位延米取热量、钻孔当量热阻的评价指标,采用控制变量法分析了运行参数（流体流量、进口温度）,结构参数（内、外管径等）和土壤参数（地热梯度）对套管式地埋管取热效率的影响,发现适当提高流体流量,降低进口温度,采用较小直径和较大内阻的内管等方式,有利于提高地埋管取热性能。中深层地源热泵原油集输系统的构建和设计。研究了原油集输系统的工艺流程,确定了中深层地源热泵原油集输的系统结构,对系统内油水混合物的物性参数进行计算。根据质量守恒、能量守恒、传热方程、热力状态方程,建立了原油集输子系统模型、输送管道散热模型和热泵循环子系统模型,将三种模型及套管式地埋管换热器各连接部分进行参数耦合,从而建立中深层地源热泵原油集输系统的数学模型,并对其进行可行性的设计研究。中深层地源热泵原油集输系统运行特性研究。将数值模型的套管式地埋管出口温度与解析解出口温度进行拟合,构建了中深层地源热泵原油集输系统的运行特性模型,采用迭代计算的方法进行求解,分析了地埋管换热器运行参数和原油集输子系统参数对中深层地源热泵原油集输系统运行特性的影响,并以压缩机消耗的电量与冷凝器放出的热量的比值作为系统性能参数COP（Coefficient of Performance）的大小。结果显示地埋管换热器运行参数能更大程度上改变COP的大小,调节系统的取热效果,而原油集输子系统运行参数的改变,对系统负荷大小和压缩机的输入功率影响较小。本文对套管式地埋管换热器进行了数值模型建立和求解,深入分析了地埋管换热器取热效率的影响因素,提出了评价方法,研究得到了中深层地源热泵原油集输系统的设计方法和运行特性分析,为系统在实际工程中的设计和高效化运行提供了理论依据和指导。