地面驱动单螺杆泵采油系统是一种新兴的人工举升方式。由于其具有维护管理方便、系统效率高、成本低等众多优点，它在油田的应用逐步在扩大。但因应用时间较短，目前其配套技术研究滞后于实际应用，尤其是动态预测及工况诊断技术研究相对滞后，这制约了螺杆泵采油技术的进一步发展。为充分发挥螺杆泵井高效节能的优势，对地面驱动单螺杆泵采油系统动态预测及工况诊断技术进行深入研究具有重要现实意义。 首先，根据螺杆泵井井液运动特点，借鉴钻井液流动规律研究方法，建立了地面驱动单螺杆泵井杆管环空幂律流体稳态及非稳态螺旋流模型，克服目前多数研究中将螺杆泵井井液流动仅考虑为多相流体轴向流动的缺点。该模型考虑了杆管同心和偏心两种情况，运用有限差分法及线性迭代法对其进行了数值求解，并对流场参数进行了敏感性分析。实例计算表明，螺杆泵井杆管同心环空幂律流体稳态螺旋流的轴向速度、周向速度、合速度以及压力梯度随转速的增加而增加，视粘度随转速的增加而减小；压力梯度随杆管直径比的增加而增大；泵型对压力梯度、轴向速度、合速度影响很大。对于杆管偏心环空幂律流体稳态螺旋流动，压力梯度随着偏心距增加而下降，随着转速增加近似线性增加，随着杆管直径比的增加而增加。螺杆泵井启动时，角速度、轴向速度速度不断增加。停机时，角速度、轴向速度速度不断减小，视粘度逐渐增加。 其次，根据螺杆泵井抽油杆柱运动和受力特点，并考虑液柱影响，建立了螺杆泵井启动、正常工作及停机时杆、液柱耦合的动力学模型，以井口驱动头运动规律和杆柱的井底受力情况为边界条件，利用有限差分方法进行求解。该模型可求出任意时刻、任意位置处杆柱扭矩、转角的大小以及任意时刻井液流动参数变化情况，利用该模型可进行杆柱优化设计以及抽汲参数优选。 最后，在上述研究基础上，建立了螺杆泵井计算机诊断数学模型。对螺杆泵井故障形式进行划分，基于对造成螺杆泵井各种故障原因的分析，结合层次分析法和模糊数学原理，提出了一种循序渐进的螺杆泵井故障诊断方法，该方法首先用对比诊断法进行初步诊断，而后利用层次分析诊断法对故障的可能性进行排序，最后利用计算机诊断模型进行较精确的诊断。编制了相应的计算软件。实例验证结果表明，故障诊断结果与实际情况基本吻合；动态预测模型的扭矩计算结果平均误差为3.21％。本文的研究将对螺杆泵井在油田的进一步应用提供指导意义。