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在对实测井眼曲线进行三次样条拟合和对地面驱动螺杆泵杆柱在定向井中受力与变形进行分析的基础上，建立了空心抽油杆系统的优化设计模型。模型以杆柱可靠性最佳和扶正器数目最少为优化目标，采用分层优化的求解方法，第一层次以扶正器数目最少为目标；第二层次以杆柱疲劳寿命最长和静强度安全系数最大为目标，由井深最大的设计井段向上逐段求解。根据优化设计方法编制了通用设计程序，并对某定向井做了优化设计实例计算，给出了该井空心抽油杆杆径、杆长、根数及扶正器布置方案。