钻塔是一种具有一定高度和跨度的金属桁架，是钻井设备的重要组成部分，分为天车、塔身主体、二层台、起塔架、副腿、底盘六个主要部分（可以根据实际需要增减结构部分）。钻塔在钻井过程中，用于安放和悬挂提升系统，承受钻具重量，存放钻杆或钻铤等，必须具有足够的承载能力、强度、刚度、整体稳定性和必要的操作使用空间。 钻塔的基本技术参数包括：有效高度、有效负荷、二层台高度及立根容量、安装钻机设备的所需的基本尺寸等。还详细介绍了钻塔的发展趋势。

钻塔是一种具有一定高度和跨度的金属桁架，是钻井设备的重要组成部分，分为天车、塔身主体、二层台、起塔架、副腿、底盘（底座）六个主要部分（可以根据实际需要增减变化这些结构部分），钻塔在钻井过程中，用于安放和悬挂提升系统，承受钻具重量，存放钻杆或钻铤等，必须具有足够的承载能力、强度、刚度、整体稳定性和必要的操作使用空间。

系列钻塔从结构上分为单管两脚塔、三角塔、四角塔、A型塔、K型塔、桅杆型塔、门字型塔、动态型塔等；从起塔方式上分为液压式、机械式、组装式、伸缩式、折叠式等；从钻塔工作角度上分为直立式和倾斜式；从选材上分为角钢塔、管子塔、型钢塔；从安装型式分为散装型、整体车装型等；从用途上分为石油钻井、水文凿井、岩土工程、地质找矿、煤田勘探、工程勘察等；从提升有效高度上分为8米~55米；从提升能力上分为5吨到1000吨等。

钻塔的基本技术参数包括：有效高度、有效负荷、二层台高度及立根容量、安装钻机设备的所需的基本尺寸等

钻塔有效高度决定于起下钻时立根的长度和总的立根数，钻塔越高，一次起下钻的拧卸立根次数就越少，起下钻的时间和工人劳动强度也相应减少，但随着钻塔高度增大，不仅增加了钻塔的构件数量，还必须加大杆件和整体断面尺寸，也就相应地增大钻塔的自重以及金属材料的消耗和搬迁、安装、拆卸的工作量。因此，根据钻孔深度选配钻杆立根长度，合理地确定钻塔高度具有重要意义。

钻塔的额定负荷是钻塔基本载荷的最重要因素，是钻塔强度的重要标志，它决定钻塔最大提引载荷。

钻塔基本载荷包括：钻塔恒定载荷FH、钻塔最大提升载荷FT、钻塔工作绳载荷FS、风载FF、立根载荷FL、绷绳载荷FB和钻塔额定负荷FE。

摘要：结合XY系列立轴式岩心钻机的特点，研制开发了与之配套的AY8-15m系列液压起塔定向施工A型钻塔，并获得了国家实用新型专利。介绍了定向施工液压钻塔的结构形式、产品特点及应用实例。

关键词：立轴式岩心钻机；AY系列钻塔；液压起塔；定向施工

XY系列立轴式岩心钻机突出特点是便于解体和搬运，可以实现0～90°任意角度斜孔钻进，特别适合于在交通不便，场地不充裕的山区工作。结合此系列钻机特点，研制开发了与之配套的AY8～15m系列定向施工液压钻塔。该钻塔结构简单、设计合理，已获国家实用新型专利。

基本结构及特点

AY系列定向施工液压钻塔主要由底梁、塔梁、纵梁、龙门架、塔腿、二层台、油缸、管路、塔顶、天轮组件、副腿、引导绳组成。

总体上有以下几个特点：

（1）利用钻机液压系统，实现液压起塔，并与副腿配合使用，可以实现0～90°任意角度的固定，满足0～90°任意角度的直斜孔钻进需要。

（2）在结构尽量简单的前提下保证各部约束有效，以满足钻塔在施工过程中的稳定性和足够的强度。

（3）以可以满足提升n根3米或n跟4.5米钻杆的原则确定钻塔的有效高度。

（4）与钻机进行充分结合，除满足结构尺寸和操作空间的要求外，尽量使操作人性化，安全舒适。

（5）对钻塔各部分进行了合理解体，使强度得到保证的同时，每件重量都控制在200kg以内，便于复杂路况下的易于搬迁和没有起重设备时的易于安装。

AY系列定向施工液压钻塔由五根底梁支撑，转盘中心前面两根底梁中间部分用活节联接，当钻塔旋转一定角度进行钻孔作业时，可拆下妨碍作业的活节，实现了钻机0～90°任意角度斜孔钻进。

五根底梁上安装龙门架组成完整的钻塔底盘，由于XY系列钻机回转器的回转平面垂直于钻机方向，所以钻机要与一般习惯的前后安装方向旋转90°成左右安装方向，以便于立轴搬转角度实现斜孔钻进，这样在钻机移出时要在钻塔侧面留有一定的侧移空间。独特的龙门架结构，使钻机顺利实现侧移，整机让开孔口中心，解决了提放大径钻具的难题，而且钻机回转器的回转和钻塔的倾斜组成定向施工的一个完整配置，顺利实现了塔顶-回转器-井孔三点一线0～90°的定向施工孔的钻进。

根据与钻塔配套的XY-4、XY-44、XY-5、XY-6B等钻机的不同，设计有两种龙门架不同的龙门架跨度，实现了钻机侧移后，钻机仍能方便地进行操作。

二层平台的作用一是安靠钻杆,二是连接塔腿，增强钻塔整体强度。二层平台一般习惯安装在钻塔前面，用于安靠钻杆，考虑到钻塔倾斜后钻杆的安放排列问题，通过改进把二层台安装到了钻塔的后部，保证安放钻具简单、方便、合理、安全。

一般情况下，要实现液压起塔必须附带较复杂的液压系统----动力、油箱、油泵、压力表、高压油管、各种控制阀、各种接头、密封件及附属配件，很多使用场合都因使用繁琐、实现困难和维护要求高放弃使用液压而改用机械。而AY系列定向施工液压钻塔，借用XY系列钻机本身的液压系统进行起落塔，充分发挥钻机和钻塔各自的优势，减轻了钻机附件的重量，结构简单，自动化程度高，使用安全可靠。油缸两端的铰接处设计有关节轴承，能有效克服在起塔的过程中随着油缸活塞杆的伸长而产生的不同心带来的较劲现象。

另外因为独特的龙门架结构，塔腿支点高，钻塔安装时塔腿如水平放置，那么每节塔腿都必须抬高进行销子联接，这就需要吊车配合安装或用许多人力抬高安装，这成为在交通不便的山区工作时准备工作中的一个难点。为此在原来单级油缸的基础上改进为用多级油缸起塔，使每节塔腿都可以底于水平位置安装，一端放于地面上进行安装，节省了人力和物力。

副腿采用销子连接，长度可以调整，用来在钻机任意角度斜孔钻进时支撑钻塔。而且AY系列定向施工液压钻塔提供了两种副腿联接高度，钻塔在倾斜钻进时选择合适高度的副腿进行支撑，会使钻塔更加稳定、可靠。AY系列定向施工液压钻塔利用油缸与可调副腿配合调整，使钻塔可以固定在0～90°任何角度位置，再配合它的独特结构实现倾斜固定角度的钻进工作。所以它可以根据地形和施工目的选择经济适宜的场地和斜度进行钻进，使其在进行定向孔施工时，操作简便易行，工作效率高。

天车的设计首先要保证强度要求，同时做到了尽量减轻重量，尽量采用通用件和标准件，做到了简单、灵活、耐用、易制作和易检修。

AY系列定向施工液压钻塔设计了引导绳装置，保证钻塔在斜孔钻进中，提吊系统沿引导绳运动，能够使提吊系统和钻具的倾斜方向保持不变，避免因提吊系统重量引起钻具下垂从而影响钻进质量。

基本参数

AY系列定向施工液压钻塔的基本参数见表1

表1 AY系列定向施工液压钻塔的基本参数

应用实例

AY系列定向施工液压钻塔结合地质勘探施工实际，力求做到结构紧凑，设计合理。已在北京、河北、山东、吉林、新疆、宁夏、湖北、湖南、福建等地的煤田地质勘探、有色金属矿勘探以及地质结构勘探方面得到广泛应用，并出口到蒙古国进行煤矿、有色金属矿的地质勘探，钻塔强度、承载能力、灵活性、各角度下钻进都满足设计要求。

北京中资环公司、新疆有色706地质大队、新疆地矿四队、中国煤田地质局等配套XY-4、XY-44、XY-5 、XY-6钻机，在新疆地区进行煤矿和金矿等有色金属勘探工程施工，钻进了25°～90°定向孔，深度500～1000米，钻进效率满足了甲方设计要求，取得了较好经济效益和社会效益。

（1）定向施工、斜孔钻进的应用范围越来越广，它可以根据岩脉分布、地形和施工取芯目的来选择经济适宜的场地和斜度进行钻进，AY系列定向施工液压钻塔与XY系列钻机配套使用，使钻机的适用性、可靠性得到了进一步验证，使其良好的使用性能得到更充分的发挥，是XY钻机配套的良好设备。

（2）AY系列定向施工液压钻塔与XY系列钻机配套使用，可以实现垂直于岩脉的定向施工钻进，可以准确探明矿藏储量，同时缩小钻进深度，降低施工成本，满足探矿工程施工需要。

（3）XY系列钻机配套使用与AY系列定向施工液压钻塔配套使用，能够节省人力、物力，提高施工效率，取得了良好的社会效益和经济效益，具有广阔的应用前景。

在对各类型钻塔结构特点进行分析的基础上，结合施工生产实际，淘汰S型四角钻塔，优先发展A型或K型钻塔，积极开展顶驱钻塔的理论研究，大力开发钻塔配套的机械化、自动化设施，着手研究超深井大型钻塔，应该是钻塔研制的发展趋势。

顶驱钻井系统钻塔

自1982年顶驱系统问世以来，钻井效益大幅度提高，事故率和钻井成本明显下降，因此该项技术得到快速发展，预计十年内我国钻机配备顶驱系统将会有大幅度的增加。顶驱装置的使用和发展势必要求研制新的钻塔或对旧钻塔进行改造。配套顶驱系统的钻塔是一门新技术，因此应立即开展对该种钻塔的研究工作。应以K型钻塔作为研究对象，分析结构特点，建立设计理论，而海洋钻塔将主要是对旧钻塔的改造，加大有效高度及顶部开档尺寸等。

多种起塔型式钻塔的研究

直斜两用液压钻塔的研制及应用的研究使钻塔和钻机有效结合，各自功能得到进一步优化升级，可以安装起塔方便并能安装塔衣的钻塔的研究也将为安全施工创造条件，要在多种起塔型式钻塔和满足多种钻探工艺的钻塔的研究方面加大力度，一定能有所收获。

超深井钻塔的研究

世界上最大的钻机钻井深度已达15000米，钻塔最高达74米。我国在用的钻机也有从美国引进的9000米钻机。国产钻机的最大钻井深度为12000米，钻塔高度为52米，底座高度12米，与国外相比尚有一定差距。因此对超高钻塔在截面设计、起升机构合理性研究及振动研究等方面应作更多的工作，使我国钻塔的设计水平再上一个新台阶。

钻塔自动化配套研究

实现钻机的自动化，如配备动力大钳、动力卡瓦等，是提高钻机工作效率，减轻工人劳动强度的重要途径。从钻井作业情况来看，应在钻塔上配备小型机械化装备，如自动排放立根系统、自动套管台、二层台逃生器及液压缓冲器等，以提高钻机作业的机械化、自动化程度和安全可靠性。