现阶段，国内大部分陆上油田已进入开发后期，油田开发初期未动用的薄、差油层如今开始开采。由于油藏的地理和环境因素限制，这部分新投产油井以定向井为主。螺杆泵的诸多优点适用于油田中后期开采，所以在生产中需要将螺杆泵举升方式应用于定向井中。而目前定向井螺杆泵系统的设计计算仍沿用直井的设计方法，下泵深度仅设置在造斜点附近，扶正器布置采用传统的均布法。实际上，螺杆泵采油系统在定向井中与在直井中存在较多差异，为建立适用于定向井螺杆泵采油系统的优化设计方法，本文展开了对螺杆泵在定向井中的通过性分析、抽油杆柱力学分析、扶正器优化布置等方面的研究。借助三次样条插值描述井眼轨迹，建立定向井螺杆泵抽油杆柱力学模型，从轴向力、扭矩、弯矩三个方面对抽油杆柱进行力学分析，并分别从静强度和疲劳强度进行校核。提出扶正器优化布置方法，根据抽油杆柱强度、井眼轨迹、杆管尺寸限定的约束条件，对不同井段布置不同数目的扶正器，从而实现扶正器合理布置。在不改变泵长的前提下，向泵体施加轴向力，使泵所在杆柱发生挠曲变形，以此提高泵的通过能力，分别建立简支梁单元模型和曲梁单元模型并分别计算，得到在特定条件下泵挂深度的最大允许值，对下入过程中的泵所在杆件进行压杆稳定、泵缸体强度、泵定子强度校核。提出适用于定向井螺杆泵系统的优化计算方法，建立系统优化设计模型。将螺杆泵采油系统分为五个子模块，分别建立各个模块参数、设备数据库，利用Visual C#语言编制了定向井螺杆泵优化设计软件，实现对定向井螺杆泵系统的优化设计或评价。对于未投产井，根据油井参数和现有设备，得到油井设计方案，系统效率达到44.18%；对平均系统效率为21.88%的已投产井，分别通过改变转速、增加下泵深度、更换螺杆泵和复合调整的方式改变工况，均可提高系统效率，最高可提高33.06%。本文所做研究为油田后期开采提供了参考，为定向井螺杆泵系统设计提供了手段。