随着各国油气资源开采强度的加大,浅中层的油气资源在日益衰竭,深层油气资源的勘探开发将成为解决未来世界能源供应的一个有效途径。要实现对深部油气资源的勘探开发,必须有承载能力足够大的钻机作保证,未来超深井钻机的需求会越来越多。井架是钻机重要的承载部件,随着钻机钻探深度的增大,井架所承受的钩载在急剧的增加,井架尺寸和高度也有所增加,井架既不能设计得太过笨重,又要满足其强度和刚度的要求,井架的安全与否涉及到设备、人身、财产等的安全问题,这就对超深井钻机井架的强度、刚度和稳定性提出更高的要求,井架本身的安全可靠性,对整个钻井工程而言有着非常重要的意义。针对上述问题,本文以宝石机械研制的ZJ90/6750DB超深井钻机井架为研究对象,利用ANSYS Workbench有限元分析软件,在以下几个方面对井架进行研究:(1)根据井架的原始图纸和技术参数,根据相关规定对井架进行简化,建立井架的模型;(2)井架静力学分析:根据井架的实际工况,对井架不同工况下进行静力分析,得到井架结构的位移变形及应力分布规律,并根据计算结果对井架所有构件进行强度校核,分析井架应力集中的薄弱部位;(3)井架动态特性的研究:对井架进行自振特性分析,得到井架结构前十阶自有频率和振型,避免井架发生共振;对井架进行瞬态动力学分析、谐响应分析,分析井架在冲击载荷下井架随时间随频率变化的振动幅值响应,分析井架抵抗振动冲击载荷的能力;(4)井架整体稳定性分析:从理论计算和有限元分析两方面对井架的稳定性进行了分析,计算井架的临界失稳载荷,校核井架的整体稳定性。整个分析结果表明,井架强度、刚度和整体稳定性符合API设计要求,井架安全可罪。本文的研究结果可为超深井钻机井架的设计计算、结构优化以及在役井架承载能力的安全评定和维修改进方案提供一定的参考价值。