起钻是通过钻机的起升系统将钻杆柱按立根（三根钻杆组成一个立根）从井里取出排靠在井架的二层台，并立在井架底座的立根盒上，而下钻是将之前取出的钻杆柱再下回井内，整个作业统称为起下钻作业。钻井过程中为什么要进行起下钻作业呢？一是经综合判断钻头已经磨损，需要将井下钻头取出并更换新钻头；二是为实现不同的钻进目的需要更换不同的底部钻具组合，如在水平井段需要接入旋转导向工具；三是发生了井下事故，如钻具刺漏等；四是进行取心作业，起钻取岩心；五是钻达本井段目的层位；六是有时根据钻井工艺的需要进行短起下钻，即从井内只起出若干钻具，再将它们下入井内的作业。
起下钻时控制起下钻速度非常重要，如果起钻速度过快产生抽吸压力（井下的井筒和钻头形成一个巨型“抽水筒”）使地层中的流体侵入井中造成井侵、井涌，甚至引起井喷，下钻时如果速度过快则会产生激动压力引起井漏等复杂事故。在特殊地层钻井起下钻作业往往会碰到各种问题需要采取相应的措施，如在复合膏盐层等井段钻井，裸眼段起下钻应控制速度，上提遇卡以下放为主，下放遇阻以上提为主，首次遇阻卡不超过10吨，根据对井下判断，在遇卡放脱和遇阻上提开后可适当增加吨位，必要时通过划眼和倒划眼解除。另外，起下钻作业时还常常倒换钻杆在钻杆柱的位置，即为改变钻具受力状况，下钻时变换部分钻杆原先的下入顺序或替换一定数量钻杆的作业；起钻错扣，即起钻时，改变形成立根的卸扣位置，从而有利于保护钻杆连接螺纹。
起下钻作业需要将钻杆柱按立根一柱一柱地从井里取出和下入，对于几千米的深井超深井，需要起下钻趟数多、上卸扣停顿次数多，起下钻花费的时间比较长，从而钻井周期往往比较长。为了减少起下钻的时间，中国研制了四单根立柱钻机，采用四单根起下钻作业。实际上采用四单根代替三单根并不是简单地立根长度增加，技术人员从钻机的结构、强度、作业工艺等进行了大量的研发工作，取得的成果主要包括发明了四单根立柱施工工艺方法和特殊的钻机结构，突破了钻柱稳定作业长度38米极限，保障井架有限空间内弹性薄壁长管柱安全移运；创建了超高井架及底座起升下放、大荷载施工动态响应模型，形成液压高支架辅助钻机起升下放施工方法，解决了世界最高K型井架（74．5米）细长重荷结构件安全作业难题。
钻机起升系统由绞车、井架、底座、天车、游车、钢丝绳及大钩组成。缠绕在绞车滚筒上的钢丝绳，通过由天车和游动滑车组成的游动系统，将大钩悬挂在井架内。通过天车游车把钻机动力系统的旋转运动转换为游车、大钩的往复运动，配合一些辅助设备、工具，如吊环、吊卡、卡瓦、吊钳及钻杆移运机构等，完成起下钻杆柱、更换钻头、控制送钻和下套管等功能。
为了减少起下钻时间，一些新型钻机采用了许多新的技术，如中国研制的世界首台8000米超深井四单根立柱钻机采用小钻具四单根立柱的移运及靠放解决方案和四单根立柱钻机管柱自动化处理方案，实现二层台、管柱堆场无人值守，配备全套四单根立柱自动化系统、大功率直驱绞车、新型倾斜立柱式双升底座等新型设备，实现了大小钻具四单根立柱自动化作业，双司钻安全、高效操控，可适用于戈壁、山地、平原及海洋等多地形地区进行钻井作业。