随着绿色油田的推进和开发方式的转变,大斜度井、平台井的数量快速增多,传统的抽油机等有杆举升方式偏磨严重,电潜泵等无杆举升设备不适应我国低产井开采。潜油直驱螺杆泵作为一种新型无杆举升技术得到快速应用,但目前缺少一套系统的优化诊断方法和相关软件指导生产,限制了潜油直驱螺杆泵的推广和应用。本文考虑定子溶胀、温度等因素,分析井下螺杆泵扭矩、泵效、功率运行规律,建立了设备特性曲线,并基于供排协调原理,形成了潜油直驱螺杆泵优化设计方法。该方法以产量和系统效率为目标,实现了对泵型、转速和下泵深度的优化。本文考虑螺杆泵定转子及井液之间的相互作用,建立潜油直驱螺杆泵电功率计算模型,并通过理论分析与实测曲线对比,形成故障诊断图版,应用K-means聚类算法,实现了故障智能识别。基于理论研究,编制了“潜油直驱螺杆泵系统优化设计和工况诊断软件”。应用本文提出的优化设计方法对T油田15口潜油直驱螺杆泵井进行优化设计,优化后系统效率平均提高了2.5个百分点。用D油田12口潜油直驱螺杆泵井进行工况诊断和验证,诊断符合率90%。本论文研究了潜油直驱螺杆泵井的优化和诊断方法,并形成了相关软件,促进了该技术在油田的推广应用。