現(xiàn)階段，國內(nèi)大部分陸上油田已進入后期，油田初期未動用的薄、差油層如今開始開采。由于油藏的地理和環(huán)境因素限制，這部分新投產(chǎn)油井以定向井為主。3GR螺桿泵的諸多優(yōu)點適用于油田中后期開采，所以在生產(chǎn)中需要將3GR螺桿泵舉升方式應用于定向井中。而目前定向井螺桿泵系統(tǒng)的設計計算仍沿用直井的設計方法，下泵僅設置在造斜點附近，扶正器布置采用傳統(tǒng)的均布法。實際上，螺桿泵采油系統(tǒng)在定向井中與在直井中存在較多差異，為建立適用于定向井螺桿泵采油系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法，本文展開了對螺桿泵在定向井中的通過性分析、抽油桿柱力學分析、扶正器優(yōu)化布置等方面的研究。

借助三次樣條插值描述井眼軌跡，建立定向井螺桿泵抽油桿柱力學模型，從軸向力、扭矩、彎矩三個方面對抽油桿柱進行力學分析，并分別從靜強度和疲勞強度進行校核。提出扶正器優(yōu)化布置方法，根據(jù)抽油桿柱強度、井眼軌跡、桿管尺寸限定的約束條件，對不同井段布置不同數(shù)目的扶正器，從而實現(xiàn)扶正器合理布置。

在不改變泵長的前提下，向泵體施加軸向力，使泵所在桿柱發(fā)生撓曲變形，以此提高泵的通過能力，分別建立簡支梁單元模型和曲梁單元模型并分別計算，在特定條件下泵掛的大允許值，對下入過程中的泵所在桿件進行壓桿穩(wěn)定、泵缸體強度、泵定子強度校核。

提出適用于定向井螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化計算方法，建立系統(tǒng)優(yōu)化設計模型。將螺桿泵采油系統(tǒng)分為五個子模塊，分別建立各個模塊參數(shù)、設備數(shù)據(jù)庫，利用Visual C#語言編制了定向井螺桿泵優(yōu)化設計軟件，實現(xiàn)對定向井螺桿泵系統(tǒng)的優(yōu)化設計或評價。對于未投產(chǎn)井，根據(jù)油井參數(shù)和現(xiàn)有設備，油井設計方案，系統(tǒng)效率達到44.18%；對平均系統(tǒng)效率為21.88%的已投產(chǎn)井，分別通過改變轉(zhuǎn)速、增加下泵、更換螺桿泵和復合調(diào)整的方式改變工況，均可提高系統(tǒng)效率，高可提高33.06%。本文所做研究為油田后期開采提供了參考，為定向井螺桿泵系統(tǒng)設計提供了手段。