随着陆地油气开采量的下降,人们开始将视线移至海洋,深水油气田将成为未来石油产量的重要源泉。作为深海油气田勘探开采的关键性平台—浮式钻井平台的动力响应也将越来越受到关注,而平台上塔形井架作为海洋钻机起升系统的重要组成部分,工作中受到的载荷远比陆地钻机工况复杂,不仅存在常规工作载荷,而且还有复杂的海浪、洋流等动载荷的作用,工作环境更加恶劣。井架的强度和安全性是平台正常工作的基本保障,因此,研究海洋塔形井架的静动态特性很有必要。通过前期调研,将坐落于浮式钻井平台上的塔形井架进行分类,依据得到的资料,选取某浮式钻井平台上的塔形单井架作为研究对象,建立其三维原型模型和按比例缩小(1:10)的塔形模型井架。针对海洋塔形井架的工作环境,将载荷进行划分,然后进行组合载荷的计算。利用ABAQUS有限元分析软件,进行井架的静力分析计算,得到在各工况下,井架各杆件应力分布和变形等情况,通过稳定性分析,确定了该塔形井架的临界载荷;通过对井架的模态分析,获得结构的固有频率和模态阵型;对起钻工况进行模态瞬态动力学分析,研究冲击载荷下井架的动力响应;引入海浪谱,完成波浪力谱激励下的谱分析,得到响应随频率的变化规律。设计了一套试验系统,对海洋钻井设备进行环境模拟实验,包括六自由度摇摆摇摆试验台和模型井架,可模拟海浪作用下平台横摇、纵摇及升沉运动。在塔形井架上粘贴应变片,当平台运动时,采集模型井架大腿应变的变化数据;在钩载试验中,观察载荷大小对井架动应变等参数产生怎样的影响;利用锤击法检测塔形井架的固有频率;组装被动升沉测试系统,求取该试验台的升沉位移量的大小。对模型井架进行动态模拟仿真计算,对比试验结果与仿真结果,验证仿真结果。