有杆泵抽油举升方法是世界上应用最为广泛的人工举升方法.抽油杆作为将地面能量传递到井下抽油泵的纽带,是有杆抽油系统中重要的一环.近年来,国内定向井和水平井数量不断增加,老油田油井含水不断上升,油井杆管偏磨成为油井正常生产的重要影响因素.为了减轻油井偏磨,扶正器的应用越来越广泛.安装扶正器后抽油杆柱的力学状况将更为复杂,为了提高杆柱、扶正器设计的合理性和有杆抽油系统诊断的准确性,有必要研究有杆抽油系统的三维动力学模型. 针对有杆抽油系统的特点,引入非线性刚度矩阵和动力间隙元理论,建立了考虑扶正器影响的有杆抽油系统杆柱力学模型.研究了力学模型的双重迭代解法,基于新模型建立了杆柱组合和扶正器的新设计方法,最后研究了示功图的频谱识别方法.主要内容包括: 1.建立了装有扶正器的有杆抽油系统的三维有限元动力学模型.新模型考虑了非线性因素对于刚度矩阵的影响,用非线性的应变矩阵代替线性的刚度矩阵,完善了模型,更为准确地描述了杆柱力学状况.为了防止细长杆缺乏约束或杆管发生碰撞导致刚度矩阵出现奇异性,本文引入了动力间隙元方法,构建了一套抽油杆柱三维有限元-动力间隙元耦合动力学模型. 2.将有限元-边界元模型与抽油杆柱的实际工况特点相结合，以Newmark方法为出发点,研究了抽油杆柱动力学有限元模型的时域-空域双重迭代求解方法,提高了求解的速度和准确性. 3.在新建的有杆抽油系统三维有限元动力学模型的基础上,结合拟静态的抽油杆柱力学模型,给出了抽油杆柱组合和扶正器的设计方法.根据研究出的方法步骤编制了应用设计软件,在油田进行了试用,验证了模型的准确性. 4.针对当前示功图识别技术中存在的特征参数不尽合理的问题,通过频谱分析方法找出了能反应典型工况差别的示功图特征参数,分析了各种示功图的频谱特征的影响因素,得到了各种典型示功图的频谱信号特征.根据模糊数学理论建立了示功图识别新方法.根据此方法编写了软件,并在油田进行了试用.