碳纤维复合材料连续抽油杆具有密度低、强度高,能够降低悬点载荷、增加下泵深度以及耐腐蚀等优势,在油田得到越来越广泛的应用。但目前碳纤维-钢杆抽油系统的杆柱设计理论相对较简单,抽汲参数优化设计理论不够完善,且缺乏配套的工况诊断技术。针对上述问题,首先结合现场数据资料,对比其与常规有杆泵井的差异,结合理论分析,总结碳纤维抽油杆对生产工况的影响规律,结果表明相同生产条件下,碳杆系统悬点最大载荷、最小载荷降低39.3%、63.9%,最大扭矩降低49.2%,光杆功率降低20.7%;在产量相差不大时,碳杆系统有效功率和系统效率相对于对比井分别提高24.0%、8.41%,百米吨液耗电下降1.09k W·h,应用碳纤维杆起到很好的节能作用。在前人研究的基础上,建立了碳纤维-钢杆抽油系统行为预测模型,结合胜利油田三口试验油井生产实际资料,选用浙江大学推导的阻尼系数计算公式可使预测结果平均误差均处于5%以下;对7口试验井杆柱组合进行强度校核,均满足安全要求。基于Gibbs方程推导了基于典型泵功图的地面示功图预测模型,并形成特征图集,以试验井为例对7种典型工况进行特征分析,结果表明不同工况下碳杆井功图中载荷均低于钢杆井,冲程损失均大于钢杆井,其他特征与钢杆井基本相似。以试验井4#现场多组试验结果为例,选取下泵深度、泵径、冲程、冲次等参数对泵效和系统效率的影响进行敏感性分析,基于自主研发的碳纤维-钢杆抽油系统优化设计软件,对3口试验井预测出可行的方案及工况指标,以系统效率最大为目标进行方案的筛选,结果表明,冲程、冲次仍有优化调节的空间,可以根据油井实际工作要求进行相应调整,为提高碳纤维杆油井的系统效率提供了理论指导和依据。结合Gibbs方程,建立碳纤维-钢杆抽油系统工况诊断模型。根据油井实测的地面示功图计算对应的泵功图,选择矢量法与基于规则的诊断法相结合的方法进行功图特征识别,并对胜利油田试验故障井3#井、5#井功图,正常试验井1#井5个不同时刻功图,7种典型功图等累计14井次进行工况诊断,主要工况诊断符合率达到100%,为碳纤维-钢杆抽油系统工况诊断提供理论支持和技术保障。