在油田勘探与开发过程中,大型高耸的钻机井架结构是必不可少的承载构件。它工作的环境远比一般的钢结构物恶劣,特别是随着海洋石油工业的发展,井架在风荷载作用下的风致振动安全问题倍受关注。目前,对井架结构振动的研究一般采用等效静力法,仅仅能满足井架设计阶段的基本要求,对井架在动载下的振动性能研究却很少。为了更有效地减少或避免油田生产中发生的井架动力失稳或被风刮倒而造成的安全事故,在动载下对井架进行振动响应分析成为有效解决问题的关键。开展风荷载特别是由脉动风引起的风致振动响应研究,对井架结构抗风设计和油田安全生产有着重要指导意义。本文应用结构有限元方法进行了井架结构分析。利用有限单元法,通过确立合理的基本假设,建立了井架结构有限元模型。采用ANSYS 软件对该模型进行了模态分析,提取了理想井架结构前10 阶的固有频率与振型,通过动力系数法进一步考察了井架结构的自振特性。结果表明,当转盘工作转速在2 档和4 档时,可能引起井架共振。运用空气动学原理,研究了大庆油田的陆地风场特性,进行了井架结构风载荷谱理论分析。现场采集大庆油田从1960～2003 年间44 年的年最大风速气象资料,建立了极值Ⅰ型概率分析数学模型,对钻机井架的设计风速进行概率统计分析。根据油田生产实际,建立了9 种模拟井架结构力学行为的载荷工况,运用结构随机振动理论计算了4 段井架结构的风振系数和等效脉动风荷载。用能量法系统分析了各种脉动风速谱和风力谱的基本规律,给出了基于三角级数叠加谐波合成法的脉动风模拟方法,并采用Matlab6.5软件给出了风荷载的数值模拟结果。探讨了钻机井架风致振动的安全评价方法。通过分析风荷载与井架结构的相互作用和破坏形式,运用安全度和疲劳验算方法,评价了井架结构风振安全性能。用风玫瑰图描述了大庆地区冬季、夏季、全年的主导风向,建立了油田安全生产中的井位安装方位图。安全评价结果表明,井架结构在飓风情况下,井架顶部已经超过安全度控制极限,可能出现第一风向倾倒,但不会发生疲劳破坏。