鑽塔

鑽塔是一種具有一定高度和跨度的金屬桁架，是鑽井設備的重要組成部分，分為天車、塔身主體、二層台、起塔架、副腿、底盤六個主要部分（可以根據實際需要增減結構部分）。鑽塔在鑽井過程中，用於安放和懸掛提升系統，承受鑽具重量，存放鑽桿或鑽鋌等，必須具有足夠的承載能力、強度、剛度、整體穩定性和必要的操作使用空間。 鑽塔的基本技術參數包括：有效高度、有效負荷、二層台高度及立根容量、安裝鑽機設備的所需的基本尺寸等。還詳細介紹了鑽塔的發展趨勢。

基本介紹

• 中文名：鑽塔
• 外文名： rig
• 類型：金屬桁架
• 本質：鑽井設備的重要組成部分
• 領域：能源
• 學科：礦業

定義

鑽塔是一種具有一定高度和跨度的金屬桁架，是鑽井設備的重要組成部分，分為天車、塔身主體、二層台、起塔架、副腿、底盤（底座）六個主要部分（可以根據實際需要增減變化這些結構部分），鑽塔在鑽井過程中，用於安放和懸掛提升系統，承受鑽具重量，存放鑽桿或鑽鋌等，必須具有足夠的承載能力、強度、剛度、整體穩定性和必要的操作使用空間。

分類

系列鑽塔從結構上分為單管兩腳塔、三角塔、四角塔、A型塔、K型塔、桅桿型塔、門字型塔、動態型塔等；從起塔方式上分為液壓式、機械式、組裝式、伸縮式、摺疊式等；從鑽塔工作角度上分為直立式和傾斜式；從選材上分為角鋼塔、管子塔、型鋼塔；從安裝型式分為散裝型、整體車裝型等；從用途上分為石油鑽井、水文鑿井、岩土工程、地質找礦、煤田勘探、工程勘察等；從提升有效高度上分為8米~55米；從提升能力上分為5噸到1000噸等。

新疆地礦局AY22型鑽塔

技術參數

鑽塔的基本技術參數包括：有效高度、有效負荷、二層台高度及立根容量、安裝鑽機設備的所需的基本尺寸等

鑽塔有效高度

鑽塔有效高度決定於起下鑽時立根的長度和總的立根數，鑽塔越高，一次起下鑽的擰卸立根次數就越少，起下鑽的時間和工人勞動強度也相應減少，但隨著鑽塔高度增大，不僅增加了鑽塔的構件數量，還必須加大桿件和整體斷面尺寸，也就相應地增大鑽塔的自重以及金屬材料的消耗和搬遷、安裝、拆卸的工作量。因此，根據鑽孔深度選配鑽桿立根長度，合理地確定鑽塔高度具有重要意義。

鑽塔額定負荷

鑽塔的額定負荷是鑽塔基本載荷的最重要因素，是鑽塔強度的重要標誌，它決定鑽塔最大提引載荷。
鑽塔基本載荷包括：鑽塔恆定載荷F_H、鑽塔最大提升載荷F_T、鑽塔工作繩載荷F_S、風載F_F、立根載荷F_L、繃繩載荷F_B和鑽塔額定負荷F_E。

設計結構特點

摘要：結合XY系列立軸式岩心鑽機的特點，研製開發了與之配套的AY8-15m系列液壓起塔定向施工A型鑽塔，並獲得了國家實用新型專利。介紹了定向施工液壓鑽塔的結構形式、產品特點及套用實例。

四角鑽塔

關鍵字：立軸式岩心鑽機；AY系列鑽塔；液壓起塔；定向施工

XY系列立軸式岩心鑽機突出特點是便於解體和搬運，可以實現0～90°任意角度斜孔鑽進，特別適合於在交通不便，場地不充裕的山區工作。結合此系列鑽機特點，研製開發了與之配套的AY8～15m系列定向施工液壓鑽塔。該鑽塔結構簡單、設計合理，已獲國家實用新型專利。

基本結構及特點

AY系列定向施工液壓鑽塔主要由底梁、塔梁、縱梁、龍門架、塔腿、二層台、油缸、管路、塔頂、天輪組件、副腿、引導繩組成。

總體上有以下幾個特點：

新疆地礦局桅桿式鑽塔

（1）利用鑽機液壓系統，實現液壓起塔，並與副腿配合使用，可以實現0～90°任意角度的固定，滿足0～90°任意角度的直斜孔鑽進需要。

（2）在結構儘量簡單的前提下保證各部約束有效，以滿足鑽塔在施工過程中的穩定性和足夠的強度。

（3）以可以滿足提升n根3米或n跟4.5米鑽桿的原則確定鑽塔的有效高度。

（4）與鑽機進行充分結合，除滿足結構尺寸和操作空間的要求外，儘量使操作人性化，安全舒適。

（5）對鑽塔各部分進行了合理解體，使強度得到保證的同時，每件重量都控制在200kg以內，便於複雜路況下的易於搬遷和沒有起重設備時的易於安裝。

底盤部分

AY系列定向施工液壓鑽塔由五根底梁支撐，轉盤中心前面兩根底梁中間部分用活節聯接，當鑽塔旋轉一定角度進行鑽孔作業時，可拆下妨礙作業的活節，實現了鑽機0～90°任意角度斜孔鑽進。

K型鑽塔

五根底樑上安裝龍門架組成完整的鑽塔底盤，由於XY系列鑽機迴轉器的迴轉平面垂直於鑽機方向，所以鑽機要與一般習慣的前後安裝方向旋轉90°成左右安裝方向，以便於立軸搬轉角度實現斜孔鑽進，這樣在鑽機移出時要在鑽塔側面留有一定的側移空間。獨特的龍門架結構，使鑽機順利實現側移，整機讓開孔口中心，解決了提放大徑鑽具的難題，而且鑽機迴轉器的迴轉和鑽塔的傾斜組成定向施工的一個完整配置，順利實現了塔頂-迴轉器-井孔三點一線0～90°的定向施工孔的鑽進。

根據與鑽塔配套的XY-4、XY-44、XY-5、XY-6B等鑽機的不同，設計有兩種龍門架不同的龍門架跨度，實現了鑽機側移後，鑽機仍能方便地進行操作。

二層平台

二層平台的作用一是安靠鑽桿,二是連線塔腿，增強鑽塔整體強度。二層平台一般習慣安裝在鑽塔前面，用於安靠鑽桿，考慮到鑽塔傾斜後鑽桿的安放排列問題，通過改進把二層台安裝到了鑽塔的後部，保證安放鑽具簡單、方便、合理、安全。

液壓系統

一般情況下，要實現液壓起塔必須附帶較複雜的液壓系統----動力、油箱、油泵、壓力表、高壓油管、各種控制閥、各種接頭、密封件及附屬配件，很多使用場合都因使用繁瑣、實現困難和維護要求高放棄使用液壓而改用機械。而AY系列定向施工液壓鑽塔，借用XY系列鑽機本身的液壓系統進行起落塔，充分發揮鑽機和鑽塔各自的優勢，減輕了鑽機附屬檔案的重量，結構簡單，自動化程度高，使用安全可靠。油缸兩端的鉸接處設計有關節軸承，能有效克服在起塔的過程中隨著油缸活塞桿的伸長而產生的不同心帶來的較勁現象。

另外因為獨特的龍門架結構，塔腿支點高，鑽塔安裝時塔腿如水平放置，那么每節塔腿都必須抬高進行銷子聯接，這就需要吊車配合安裝或用許多人力抬高安裝，這成為在交通不便的山區工作時準備工作中的一個難點。為此在原來單級油缸的基礎上改進為用多級油缸起塔，使每節塔腿都可以底於水平位置安裝，一端放於地面上進行安裝，節省了人力和物力。

副腿部分

副腿採用銷子連線，長度可以調整，用來在鑽機任意角度斜孔鑽進時支撐鑽塔。而且AY系列定向施工液壓鑽塔提供了兩種副腿聯接高度，鑽塔在傾斜鑽進時選擇合適高度的副腿進行支撐，會使鑽塔更加穩定、可靠。AY系列定向施工液壓鑽塔利用油缸與可調副腿配合調整，使鑽塔可以固定在0～90°任何角度位置，再配合它的獨特結構實現傾斜固定角度的鑽進工作。所以它可以根據地形和施工目的選擇經濟適宜的場地和斜度進行鑽進，使其在進行定向孔施工時，操作簡便易行，工作效率高。

天車組件

天車的設計首先要保證強度要求，同時做到了儘量減輕重量，儘量採用通用件和標準件，做到了簡單、靈活、耐用、易製作和易檢修。

引導繩部分

AY系列定向施工液壓鑽塔設計了引導繩裝置，保證鑽塔在斜孔鑽進中，提吊系統沿引導繩運動，能夠使提吊系統和鑽具的傾斜方向保持不變，避免因提吊系統重量引起鑽具下垂從而影響鑽進質量。

基本參數

AY系列定向施工液壓鑽塔的基本參數見表1

表1 AY系列定向施工液壓鑽塔的基本參數

套用實例

AY系列定向施工液壓鑽塔結合地質勘探施工實際，力求做到結構緊湊，設計合理。已在北京、河北、山東、吉林、新疆、寧夏、湖北、湖南、福建等地的煤田地質勘探、有色金屬礦勘探以及地質結構勘探方面得到廣泛套用，並出口到蒙古國進行煤礦、有色金屬礦的地質勘探，鑽塔強度、承載能力、靈活性、各角度下鑽進都滿足設計要求。

北京中資環公司、新疆有色706地質大隊、新疆地礦四隊、中國煤田地質局等配套XY-4、XY-44、XY-5 、XY-6鑽機，在新疆地區進行煤礦和金礦等有色金屬勘探工程施工，鑽進了25°～90°定向孔，深度500～1000米，鑽進效率滿足了甲方設計要求，取得了較好經濟效益和社會效益。

（1）定向施工、斜孔鑽進的套用範圍越來越廣，它可以根據岩脈分布、地形和施工取芯目的來選擇經濟適宜的場地和斜度進行鑽進，AY系列定向施工液壓鑽塔與XY系列鑽機配套使用，使鑽機的適用性、可靠性得到了進一步驗證，使其良好的使用性能得到更充分的發揮，是XY鑽機配套的良好設備。

（2）AY系列定向施工液壓鑽塔與XY系列鑽機配套使用，可以實現垂直於岩脈的定向施工鑽進，可以準確探明礦藏儲量，同時縮小鑽進深度，降低施工成本，滿足探礦工程施工需要。

（3）XY系列鑽機配套使用與AY系列定向施工液壓鑽塔配套使用，能夠節省人力、物力，提高施工效率，取得了良好的社會效益和經濟效益，具有廣闊的套用前景。

發展趨勢

在對各類型鑽塔結構特點進行分析的基礎上，結合施工生產實際，淘汰S型四角鑽塔，優先發展A型或K型鑽塔，積極開展頂驅鑽塔的理論研究，大力開發鑽塔配套的機械化、自動化設施，著手研究超深井大型鑽塔，應該是目前鑽塔研製的發展趨勢。

頂驅鑽井系統鑽塔

自1982年頂驅系統問世以來，鑽井效益大幅度提高，事故率和鑽井成本明顯下降，因此該項技術得到快速發展，預計十年內我國鑽機配備頂驅系統將會有大幅度的增加。頂驅裝置的使用和發展勢必要求研製新的鑽塔或對舊鑽塔進行改造。配套頂驅系統的鑽塔是一門新技術，因此應立即開展對該種鑽塔的研究工作。應以K型鑽塔作為研究對象，分析結構特點，建立設計理論，而海洋鑽塔將主要是對舊鑽塔的改造，加大有效高度及頂部開檔尺寸等。

多種起塔型式鑽塔的研究

直斜兩用液壓鑽塔的研製及套用的研究使鑽塔和鑽機有效結合，各自功能得到進一步最佳化升級，可以安裝起塔方便並能安裝塔衣的鑽塔的研究也將為安全施工創造條件，要在多種起塔型式鑽塔和滿足多種鑽探工藝的鑽塔的研究方面加大力度，一定能有所收穫。

超深井鑽塔的研究

目前世界上最大的鑽機鑽井深度已達15000米，鑽塔最高達74米。我國在用的鑽機也有從美國引進的9000米鑽機。國產鑽機的最大鑽井深度為12000米，鑽塔高度為52米，底座高度12米，與國外相比尚有一定差距。因此對超高鑽塔在截面設計、起升機構合理性研究及振動研究等方面應作更多的工作，使我國鑽塔的設計水平再上一個新台階。

鑽塔自動化配套研究

實現鑽機的自動化，如配備動力大鉗、動力卡瓦等，是提高鑽機工作效率，減輕工人勞動強度的重要途徑。從目前的鑽井作業情況來看，應在鑽塔上配備小型機械化裝備，如自動排放立根系統、自動套管台、二層台逃生器及液壓緩衝器等，以提高鑽機作業的機械化、自動化程度和安全可靠性。