目前由于各个国家对于油气资源的大量开采,造成浅层地表的油气资源已经不能满足需求,所以超深井钻机在油田中的应用比例开始不断增加。而对于较深层的石油开采必须要拥有强大的井架做基础。故此,长期以来对井架性能水平的钻研提升到首要战略位置。而其在钻井提升系统,悬挂游动系统中发挥了多方面的功能,如可进行下钻具,排放立根、下套管及相关的操作。在钻井井架研究领域,石油钻机井架整体结构的稳定性一直是此方面的重点。本文结合ANSYS分析平台具体分析了JJ170/45-K型钻机井架,在平面和空间刚架结构模型分析的基础上,根据其结构和受力情况,利用井架的模型简化原理和各部分参数表达式在beam44平台上建立一个井架系统的数学仿真模型。分析了最大设计钩载荷和起升载荷条件下井架的静力学性能,找到了受载井架的危险区域。接着基于线性屈曲分析理论对其稳定性进行计算并讨论。按照单自由度振动系统理论,分析了其模态情况,在此基础上确定出井架固有频率和振型。接着通过有限元方法进行应力模态研究,确定出其前6阶固有振型。对比分析结果表明其基本振型为第一阶振型,在运行过程中发现一定载荷条件下主要产生受压变形,同时出现局部扭转振动。最后计算出这种井架的结构固有频率为1.58Hz,处于较低水平。通过该固有频率,可指导改变引起井架振动的转盘或大钩频率,避免发生共振,以保障人身和财产安全。最终,选择主大腿变截面加焊钢板方法对其进行优化,对比分析优化前后结果,优化后的井架最大应力下降40%左右,相应的承载性能显著改善,且整体强度也有一定幅度提高。随后对其进行实验室测试,对比分析结果发现模拟值和实测值有高重合度,由此说明其承载性能可满足要求。然后可在设计载荷条件下现场指导钻探施工。本文研究结果可为这种类型石油钻机井架的应用和设计提供支持,有一定参考价值。