钻机井架的安全性能评估多采用试验和模拟计算比较,相互验证的方法完成。由于实际井架结构较为复杂,建立有限元模型时无法模拟所有细节。井架结构由制造和服役造成的缺陷也难以计入分析模型。井架的有限元分析常基于忽略某些细节和缺陷的常规模型进行。常规模型指忽略井架上的一些附属结构,杆件连接均视为刚性连接的无缺陷井架有限元模型。试验表明,由于实际井架中可能存在的各种缺陷的影响,常规有限元模型不能真实描述井架受力特征。因此需要根据试验测试结果对常规有限元模型进行修正,使计算结果更接近结构的真实响应。目前井架的安全性能评估,主要基于对井架立柱的应力测试。受到现场测试条件和测试成本的制约,应变测点数量有限,测得的立柱应力无法完整反映结构的受力特征。本文研究采用摄像测量方法测试井架承载时的变形特征,具有非接触测量和全局测量的优势。依据井架的应力、形变测试结果,参照井架的实际构造,确定和验证更真实的井架模型,进行有限元分析。使用改进的井架有限元模型进行数值仿真,模拟计算结果用于井架的安全性能评估。本文的主要研究内容有：1.利用MATLAB平台,编写基于张正友法的摄像机标定程序。提出并实现基于已知特征点相对距离的摄像机标定方法。张正友法具有较高的标定精度,但是标定过程依赖平面标定板进行,对测试环境和测试条件要求较高,不适合大型结构的工程测量。基于已知特征点相对距离的摄像机标定方法在假定摄像机内参数已知的基础上,根据特征点的像素坐标和它们之间的相对距离,完成摄像机标定工作。这种方法在工程测量中具有很大的实用价值,但是标定精度较低。2.对试验室K型模型井架和JJ315/45-K型在役钻机井架进行应力、形变静载测试。使用摄像测量技术测试井架承载时的变形状况,使用应变测量技术测试井架承载时的应力分布。依据测试数据分析井架受力特征。3.提出依据摄像测量和应变测试数据进行井架有限元模型修正的方法。井架修正模型的销接段使用ANSYS中具有“裂缝”属性的LINK10单元近似模拟。销接间隙引起的节点刚度降低通过适当折减销接段单元的抗压刚度实现。施加在修正模型上的载荷需考虑钩载偏心的影响。使用试验室模型井架和JJ315/45-K型在役井架的应力、形变静载测试数据对这种方法进行验证。4.使用修正后的有限元模型,对试验室模型井架和JJ315/45-K型在役钻机井架进行安全性能评估。5.初步研究井架承载时应力和形变的关联性。得到根据井架工作载荷和最大水平位移估算井架立柱轴向应力的经验公式。6.基于MATLAB平台,开发完成“井架测量及评价系统”。使用此软件可进行摄像测量数据的后处理。图形化显示井架承载时的形变,便于使用者进行井架的变形特征分析。根据本文提出的形变-应力经验公式近似计算各立柱的轴向应力,分析井架的受力特征。通过软件设置井架有限元模型修正参数,调用ANSYS软件建立修正模型并进行数值仿真。依据测试和数值计算结果对井架进行安全性能评估。经试验验证,使用修正后的井架有限元模型进行数值仿真,模拟计算结果与测试结果比较,相对误差在15%以内。数值计算结果满足工程计算的要求,能够更加真实地反映结构的受力特征,可以用于井架的安全性能评估。使用本文提出的应力-形变经验公式可根据井架的最大水平位移近似计算井架立柱轴向应力。为使用简单易行的摄像测量方法代替工作量较大的应变测量方法进行井架的安全性能评估奠定了基础。这些工作对钻机井架的承载能力研究和安全评定工作具有重要意义。