碳纤维抽油杆具有其特有的优势,目前油田中使用的有杆抽油系统普遍采用碳纤维抽油杆,而游梁式抽油机作为有杆抽油系统最主要的地面设备,寻求两者的配套成为当下的研究热点。本文以有杆抽油系统为基础,抽油杆采用碳纤维抽油杆,以常规游梁式抽油机为铺垫,进行其运动学和动力学分析,对应用碳纤维抽油杆的游梁式抽油机进行仿真并分析仿真结果,充分挖掘应用碳纤维抽油杆之后游梁式抽油机各主要结构存在的问题,针对这些问题,以仿真分析数据为基础,以实现碳纤维抽油杆采油系统的节能降耗为目标,分别优化其几何结构参数和各项性能参数,主要研究内容如下所示:详细分析游梁式抽油机的悬点运动规律,给出悬点位移、悬点速度、悬点加速度的推导和计算公式,详细分析游梁式抽油机运行上、下冲程两个阶段悬点静载荷与悬点动载荷的变化规律及推导计算;对游梁式抽油机的游梁、连杆等关键部件进行受力分解并给出计算公式,为后续的动力学仿真及零部件有限元分析提供基础;对以钢杆为配重杆的碳纤维-钢混合抽油杆柱组合进行动力学分析,基于一维带阻尼波动方程建立杆柱组合数学模型并给出分析条件。建立游梁式抽油机三维实体模型,施加悬点载荷,此悬点载荷是以碳纤维抽油杆运作实测示功图而得到的,运用ADAMS软件进行仿真得到游梁式抽油机关于悬点位移、速度、加速度及其关键部件的受力状况等一系列曲线,比较以碳纤维抽油杆运作实测示功图与理论示功图施加载荷的变化,深入探讨游梁式抽油机悬点运动规律和关键部件的受力状况对其主要性能的影响。建立游梁式抽油机优化设计数学模型,综合各项性能指标确定以减速器净扭矩的均方根值为目标函数,选择设计变量,采用MATLAB优化工具箱编制优化设计程序对游梁式抽油机进行优化。基于优化设计得到的游梁式抽油机四连杆结构几何尺寸,建立优化后游梁式抽油机的三维实体模型,同样施加悬点载荷,悬点载荷仍以碳纤维抽油杆运作实测示功图而得到。并对优化后的游梁式抽油机进行仿真分析,比较优化前后仿真结果的不同。运用ANSYS Workbench对游梁式抽油机的关键部件进行有限元分析,验证优化设计后游梁式抽油机的可靠性。