全金属螺杆泵在传统螺杆泵的基础上发展而来,但可克服传统螺杆泵的一些局限性,目前作为一种新型举升设备逐渐受到关注。近年来全金属螺杆泵已在国内外陆续开展油田现场试验,但由于全金属螺杆泵的诞生相对较晚,其相关理论研究相对滞后,一定程度上制约了全金属螺杆泵举升技术的进一步推广。为此,基于全金属螺杆泵的结构特点,深入研究全金属螺杆泵的工作特性,在此基础上开展全金属螺杆泵油井举升优化设计,对全金属螺杆泵的油田现场应用具有重要的指导意义。首先,通过引入配合参数对定转子采用不同配合方式的螺杆泵进行系统研究,基于不同配合结构提出了考虑配合方式的螺杆泵理论排量综合计算方法,通过考虑腔室密封问题对比分析了不同配合方式螺杆泵的排液特点,同时分析了定转子配合程度对螺杆泵排液能力的影响。在此基础上,对采用间隙配合方式的全金属螺杆泵应用于油井采油的可行性及发展潜力进行了分析。其次,结合定转子间隙配合的结构特点,分析了全金属螺杆泵腔室间的漏失通道,根据线接触润滑理论对漏失结构参数进行定量化计算,基于缝隙流动原理建立了全金属螺杆泵间隙漏失模型。漏失模型围绕压差与剪切共同作用的层流漏失、综合考虑不同流动型态的漏失两类情况建立,据此研究了不同参数对间隙漏失的影响,同时讨论了全金属螺杆泵正常工作过程中应注意的漏失相关问题。再次,通过室内实验研究了全金属螺杆泵排量、负载、效率等工作特性,并进行相应的能量损失评价与分析。与此同时,基于负载特性实验结果考虑泵内摩擦情况建立了全金属螺杆泵负载特性数学模型,基于间隙漏失模型考虑多因素影响建立了全金属螺杆泵排量特性数学模型,据此开展全金属螺杆泵工作特性的综合分析,并提出了保证全金属螺杆泵工作性能的可行性方法。最后,建立了全金属螺杆泵油井杆柱力学模型,据此提出抽油杆柱的强度计算及杆柱设计方法,同时结合杆柱力学分析建立了举升系统效率计算模型,在此基础上针对全金属螺杆泵油井举升系统进行优化设计,并编制相应的软件模块。本文研究有利于深入认识全金属螺杆泵这一新型举升设备,同时也为全金属螺杆泵油井举升技术的进一步研究及未来发展提供了理论基础。