石油钻机井架作为钻机起升设备的一部分,是石油工业生产设备中的重要组成部分,对油田生产起着重要作用。由于其受力复杂、工况恶劣,对钻机井架进行研究是非常重要的。为了详细准确地研究和了解井架在各种状态下的受力情况,为设计提供依据,对井架进行各种试验研究是必要的。本文以某拟采用的深水钻机塔形井架为原型,依据长度几何相似准则,设计了模型井架,对模型井架进行有限元分析和力学特性测试研究,对比了仿真结果和试验结果,验证模型井架设计的合理性；分析误差来源,进一步修正有限元模型,再与测试结果作对比,从而找到钻机井架有限元分析的方法。主要开展了以下研究：模型井架的研制：依据长度几何相似准则,按照1：14缩尺比缩放得到模型井架。通过H型钢、角钢、方管钢三种不同型材的对比,综合考虑试验场地大小、井架强度及测试安全等因素,优选角钢作为模型井架型材,定义角钢尺寸；采用电葫芦钩载标准砝码模拟实际井架上的天车、大钩等静载、作业载荷,电葫芦带动砝码运动模拟起下钻工况。有限元模拟计算分析：利用PROE软件对模型井架进行线框结构建模,并导入ANSYS有限元分析软件中,完成模型井架在恒载工况和最大钩载情况下的静载强度分析；通过对模型井架稳定性分析,得出模型井架整体稳定性安全可靠；对模型井架进行模态分析得到了前10阶固有频率和振型。测试试验及试验结果与有限元分析结果的对比分析：利用YD-88C便携式超级应变仪完成模型井架的静载试验,测试模型井架在静载条件下的应变情况；通过锤击法,利用压电式传感器、KL-1抗混滤波器、CA电荷放大器等完成模型井架的模态试验,测试得到井架固有频率。将试验测试数据与有限元分析结果进行对比分析,分析误差来源,并进一步修正有限元模型,使得有限元结果越来越接近模型井架测试结果。建立合理的井架结构有限元计算模型和求解方法,为井架结构设计和优化提供理论指导,也可以指导其他井架的研究。模型井架的试验研究验证了以往的有限元计算的可行性,其结果为井架设计提供理论依据,为今后的实际计算项目提供科学依据；模型井架有限元模型的修正有助于建立合理的井架结构有限元计算模型和求解方法；模型井架的加工也为钻井设备环境模拟试验提供科研平台。