石油的开采需要采油装置、技术工艺、集输储运等设备和措施,经过炼化分离后再提供给用户。在采油装置中,需要的设备有抽油机、抽油杆、抽油泵等机构,柱塞是决定抽油泵工作效率的核心结构,属于消耗件。采油生产时,抽油泵一般被下至1000m-3000m不等深度井段,由于油井频繁地进行酸化、压裂、压井、堵漏等作业,导致原有地质条件和地层胶结状态被破坏,地层逐渐开始出砂和出水,经一系列化学反应后井筒中聚集大量杂物,柱塞在泵筒内持续的做往复运动时,一些粒径较小的砂粒就会有进入到泵筒间隙内,在柱塞和泵筒间发生砂粒磨损,长时间如此抽油泵就会出现卡泵或磨损失效。虽然,目前油田使用的抽油泵柱塞设置有防砂槽,也做了表面处理,取得一定成果,但仍然与油田开发技术应用和发展速度不相匹配,柱塞在入井后的磨损问题依然没有更好解决,检泵周期甚至缩短为三个月左右,导致单井开发成本增加,经济效益不高,因此有必要对柱塞进行深入研究,利用仿生非光滑的防粘、耐磨、减阻作用解决上述问题是油田长期开发的需要。近些年,仿生非光滑理论在工程实践中不断得到应用,解决了工程领域很多技术难题。本设计利用仿生非光滑理论,分析几种土壤生物体表结构规律,研究了出条纹型和凹坑型两种新型结构的抽油泵柱塞,柱塞材料经过优选和表面经过处理,通过柱塞磨损试验验证,在减阻耐磨性能和抗腐蚀能力方面取得了一定效果,比常规光滑柱塞具有一定得优越性。本文主要从以下几个方面来开展研究:一是对国内外柱塞发展研究调研,得出柱塞是以粘着磨损为主要失效形式;二是利用非光滑理论设计出具有减阻耐磨性能的仿生柱塞;三是为了在室内实现对仿生柱塞的性能测试,设计一套井筒模拟管串,满足了本设计的试验需求;四是完成仿生柱塞加工和表面工艺处理,完成模拟管串的加工并对其进行试验研究,得出仿生柱塞的综合性能比常规的光滑柱塞更好。