定向井与直井的区别在于前者的空间形状是一空间三维轨迹，除弯曲外还有扭曲。这种形状上的复杂性使得抽油杆柱在工作时处于复杂的交变应力状态，从而导致抽油杆柱易于断脱。为此根据抽油杆柱运动的特性，推导了三维井眼中抽油杆柱系统动力学微分方程，建立了抽油杆柱系统诊断和预测的数学模型及其求解方法，研究了抽油杆柱系统摩擦系数的动态拟合方法，探讨了三维弯曲井眼中抽油杆柱疲劳寿命的分析方法。通过参数的敏感性分析，发现井眼曲率、挠率对抽油杆柱的悬点载荷、支反力、屈曲应力均有较大影响。在直井段，杆柱承受较大拉应力，应力疲劳为主要失效形式。在杆柱受力中和点位置以上，杆管接触位置集中，井眼的曲率、挠率直接决定着抽油杆柱的寿命，尤其在狗腿度较大的井段，事故率极高。在杆柱受力中和点位置以下，曲率、挠率较小的井段，磨损失效或脱扣失效发生的概率大；在曲率、挠率较大的井段，井下事故多表现为交变应力导致的疲劳断脱事故。为了便于现场应用，在上述理论分析的基础上并结合油田实际开发了“抽油杆三维力学综合分析及断脱预测系统"应用软件，通过长庆靖安油田3口定向井的应用表明，分析结果与实际情况基本相符。