地面驅動(dòng)單螺桿泵舉升系統作為一種性好、運行費用低、投資少的人工舉升方法，適用于淺井、稠油井、含砂井和含氣井。但是目前工藝設計理論不夠完善，致使油井生產(chǎn)能力得不到充分發(fā)揮，并造成系統資源和能源浪費，所以不銹鋼螺桿泵提高該工藝設計技術(shù)水平，對其推廣應用具有重要意義。

在深入分析單螺桿泵采油機理和環(huán)空內流體流動(dòng)規律的基礎上，以垂直同軸圓柱環(huán)形空間內的螺旋流流場(chǎng)作為抽油桿一油管形成的環(huán)空內流體流場(chǎng)的簡(jiǎn)化模型，得出了粘性流體螺旋流的速度及排量計算方法?；谫|(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒原理及井筒徑向傳熱理論，建立了預測環(huán)空螺旋流壓力溫度分布的綜合數學(xué)模型。模型中考慮了焦耳一湯姆遜效應、井身結構、環(huán)空傳熱介質(zhì)及其物理性質(zhì)沿井深的變化。采用以井口溫度作為未知量的數值求解方法，通過(guò)迭代求解，可以避免因井口溫度參數輸入不準引起的計算誤差，模型求解考慮了因保溫螺桿泵發(fā)熱引起的流體溫升。

基于抽油桿柱的斷脫失效形式、原因和動(dòng)力學(xué)分析結果，建立了以波動(dòng)方程為基礎的抽油桿柱運動(dòng)數學(xué)模型。離散分析該模型，結合初始條件和邊界條件，應用有限差分方法進(jìn)行數值求解。利用該模型，可以根據在地面測試的光桿扭矩變化規律計算出井筒中任意部位及螺桿泵處抽油桿扭矩的變化情況，也可以根據三螺桿泵處抽油桿扭矩變化來(lái)預測光桿扭矩的變化，為進(jìn)一步研究地面驅動(dòng)單螺桿泵抽油桿柱的運動(dòng)特性和采油系統的工作狀況提供了理論基礎。

根據3G螺桿泵舉升系統的工作特點(diǎn)，以螺桿泵為函數節點(diǎn)，提出了工藝設計方法。結合舉升流體所需功率和螺桿泵特性曲線(xiàn)，以泵效為優(yōu)化目標函數，泵型；并對泵掛進(jìn)行敏感性分析，確定合理的泵掛。應用第四強度理論，求解桿柱在扭矩和軸向力條件下的復合應力，設計抽油桿柱。由舉升流體所需功率和螺桿泵轉速預測電動(dòng)機軸的負載功率，確定地面電機額定功率。

基于單螺桿泵舉升系統地面部分和井下部分能量損失情況分析，建立系統效率分析模型。并將其分解為電機效率、減速箱和皮帶效率、抽油桿效率、螺桿泵效率及管柱效率，分別研究影響系統效率的各個(gè)因素。

分別以華北二連油田巴18-55油井和蜀南氣礦合8有水氣井為例，對單螺桿泵舉升系統進(jìn)行采油和排水采氣工藝設計。計算了在給定生產(chǎn)條件下(產(chǎn)量、油壓等)所需的泵功率及級數，選擇合理的螺桿泵、抽油桿柱和地面電機功率，并且分析了生產(chǎn)氣油比、含水率等敏感性參數對舉升效率、抽油桿柱扭矩和軸向力的影響。