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本文以地面驱动单螺杆泵杆柱运动瞬态动力学分析研究为基础，并在此基础上结合采油工程的现场需求，并结合在矿场实际中发现的前人没有发现的新现象，对提高系统效率优化设计，生产参数设计，杆柱及扶正器设计，生产参数动态预测和仿真做了深入的全新的研究，完成的理论及现场实验工作有以下几个方面：1.建立了可以描述杆柱实际运动状况的螺杆泵定向井杆柱三维瞬态动力学模型。本文从单元方程出发，按Newmark方法在时间轴上进行离散，按一定的规则组集成总体方程，考虑抽油杆的几何边界(位移边界)和力边界，考虑抽油杆在转动过程中与管壁的碰撞，最终求解出抽油杆在整个时间域内的六个方向的位移响应、结点力响应以及相应的碰撞情况，得到抽油杆柱在任意时刻、任意位置的轴向力、侧向力、扭矩以及杆管间的接触程度。
2.建立了螺杆泵采油井提高系统效率优化设计模型，根据系统效率和油井产能要求，优化螺杆泵采油系统工作参数(产量、泵型、转速、下泵深度、杆柱组合、动液面、扶正器位置和数量)，进行螺杆泵采油井提高系统效率优化设计；可根据油井的实际情况，选择不同的杆柱设计方法，设计出不同级数(1级或2级)、不同材质(H级或D级)、混合材质的实心杆柱、空心杆柱、实心和空心混合等不同的杆柱组合形式；
3.利用柱动力学模型建立了空间三维的抽油杆柱扶正设计模型，突破以前扶正器设计二维计算的局限；杆柱应力校核计算时，考虑了螺纹安全对整个杆柱系统的影响；
4.进行了地面驱动单螺杆泵采油系统生产动态预测和仿真研究，本文对螺杆泵系统各部分(杆柱和泵)启动阶段的动态特性进行分析和建模计算，从而实现对螺杆泵系统启动阶段运动参数的描述。利用螺杆泵采油井启动模型和螺杆泵杆柱动力学模型，进行了螺杆泵采油系统生产参数预测和仿真，并对实际油井的预测和仿真结果进行分析，发现了螺杆泵采油系统运行中许多前人没有发现的现象，对这些现象作出正确地分析，提出了解决的办法。
本文对地面驱动单螺杆泵采油系统杆柱动力学做了深入研究，并以此为基础形成了螺杆泵采油系统配套应用技术的三项基本技术，即优化设计技术、提高系统效率技术、动态预测技术。本文提出的方法在二连油田得到了应用，实施24井次，提高系统效率7.23％；同时预测和仿真技术也得到了现场的很好的验证。本文的研究极大地提高了国内在螺杆泵采油系统优化设计技术和提高系统效率技术方面的水平，填补了螺杆泵采油系统动态预测和仿真技术的空白，具有十分重要的理论意义和应用价值。