伴随着石油的持续开采,越来越多的油田已经进入到中后期开发阶段,地层能量的减少,导致开采原油逐步向深层转移。加深泵挂后将带来一系列问题,主要表现在:超长的钢质抽油杆给抽油机带来大载荷、高扭矩的负载;井下抽油杆柱受力情况更加复杂;抽油系统耗电量急剧增加;机采效率处于较低水平等。为了解决这一难题,本文在传统抽油系统基础上,提出采用碳纤维杆常规加重抽油系统和碳纤维杆泵下加重抽油系统。碳纤维杆抽油系统不仅可以加深泵挂,开采深层油井资源,还能减小抽油机上负载和扭矩,达到节能节电的效果。建立碳纤维杆抽油系统的动态参数仿真模型,对抽油系统工作时的性能进行研究,主要开展以下几个方面的工作:首先,分析碳纤维杆抽油系统的结构组成。重点分析了游梁式抽油机、皮带式抽油机的结构形式和工作原理,建立不同类型抽油机悬点运动规律;碳纤维抽油杆的力学性能;常规抽油泵和特种抽油泵的工作原理以及泵端载荷。其次,考虑温度对碳纤维杆弹性模量的影响,建立了混合杆柱纵向振动的力学模型和数学模型。运用有限元差分法求解连续系统纵向振动模型,运用Newmark-β法求解离散系统纵向振动模型,分析了两种方法下杆柱节点和泵端处稳态响应。建立悬点示功图,并将仿真结果与实测示功图进行验证,得出仿真模型的准确性。分析柱塞运动规律,准确的得到抽油泵柱塞的有效冲程。然后,在纵向振动基础上建立整个系统的动态参数仿真模型,并对钢杆抽油系统、碳纤维杆常规加重抽油系统和碳纤维杆泵下加重抽油系统性能进行仿真对比分析,在仿真评价基础上选出最适宜的抽油系统。最后,将抽油系统进行优化设计。以系统效率为优化目标,在特定约束下选择出合适的杆柱组合和抽汲参数。对抽油系统进行仿真,在悬点载荷约束、曲柄扭矩约束和杆柱强度约束条件下将下泵深度进行迭代,仿真预测抽油设备深抽极限值。