T/CPI 11027-2024 连续管作业机 注入头

2024 07 01 发布2024 09 01 实施
中国石油和石油化工设备工业协会 发布

I
目 次
前言…………………………………………………………………………………………………………… Ⅱ
1 范围 ……………………………………………………………………………………………………… 1
2 规范性引用文件 ………………………………………………………………………………………… 1
3 术语和定义 ……………………………………………………………………………………………… 1
4 型式和型号表示方法 …………………………………………………………………………………… 2
5 基本参数 ………………………………………………………………………………………………… 2
6 配置要求 ………………………………………………………………………………………………… 3
6.1 设备（系统）配置要求 …………………………………………………………………………… 3
6.2 健康、安全和环境控制配置要求 ………………………………………………………………… 3
7 技术要求 ………………………………………………………………………………………………… 4
7.1 设计准则 …………………………………………………………………………………………… 4
7.2 强度分析 …………………………………………………………………………………………… 4
7.3 总体技术要求 ……………………………………………………………………………………… 4
7.4 液压系统 …………………………………………………………………………………………… 5
7.5 电气系统 …………………………………………………………………………………………… 5
8 试验项目及记录 ………………………………………………………………………………………… 6
8.1 试验项目 …………………………………………………………………………………………… 6
8.2 记录 ………………………………………………………………………………………………… 8
9 检验规则 ………………………………………………………………………………………………… 8
9.1 型式检验 …………………………………………………………………………………………… 8
9.2 出厂检验 …………………………………………………………………………………………… 8
9.3 检验项目及判定规则 ……………………………………………………………………………… 8
10 标志、包装、运输和贮存……………………………………………………………………………… 9
10.1 标志 ………………………………………………………………………………………………… 9
10.2 包装 ………………………………………………………………………………………………… 9
10.3 运输和贮存 ………………………………………………………………………………………… 9
附录A（资料性） 导向器半径与连续管直径的关系 …………………………………………………… 10
参考文献……………………………………………………………………………………………………… 11
II
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的
规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国石油和石油化工设备工业协会提出并归口。
本文件起草单位：中石油江汉机械研究所有限公司、中石化四机石油机械有限公司、中国石油集
团川庆钻探工程有限公司井下作业公司、宝鸡石油机械有限责任公司、中国石油集团长城钻探工程有
限公司井下作业分公司。
本文件主要起草人：刘菲、杨高、张富强、殷长江、房伟、董方平、袁文才、徐杰、刘远波、雷
宇奇、盖志亮、郭宇。
1
连续管作业机 注入头
1 范围
本文件规定了连续管作业机注入头的术语和定义、型式和型号表示方法、基本参数、配置要求、
技术要求、试验项目及记录、检验规则、标志、包装、运输和贮存。
本文件适用于连续管作业机注入头的设计、制造和检验。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文
件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适
用于本文件。
GB 2894 安全标志及其使用导则
GB/T 3766 液压传动 系统及其元件的通用规则和安全要求
GB/T 3836.1 爆炸性环境 第1 部分：设备 通用要求
GB/T 3836.2 爆炸性环境 第2 部分：由隔爆外壳“d”保护的设备
GB 4053.3 固定式钢梯及平台安全要求 第3 部分：工业防护栏杆及钢平台
GB/T 4798.6 环境条件分类 环境参数组分类及其严酷程度分级 船用
GB/T 7935 液压元件 通用技术条件
GB/T 8196 机械安全 防护装置 固定式和活动式防护装置的设计与制造一般要求
GB/T 15622 液压缸 试验方法
JB/T 5947 工程机械 包装通用技术条件
JB/T 7845 陆地钻机用装有电子器件的电控设备
JB/T 10205 液压缸
SY/T 5595 油田链条和链轮
SY/T 6671 石油设施电气设备场所Ⅰ级0 区、1 区和2 区的分类推荐作法
SY/T 6761 连续管作业机
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
注入头 injector
夹持及起下连续管的装置。
3.2
导向器 tubing guide arch
起下连续管作业时，将连续管从滚筒上导入注入头内或从注入头内导向滚筒的装置。
2
3.3
最大提升力 maximum pulling force
注入头能够提供的作用在连续管上的最大上拉力。
3.4
最大注入力 maximum snubbing force
注入头能够提供的作用在连续管上的最大下推力。
3.5
最大速度 maximum speed
注入头从井中起出或下入连续管能达到的最大速率。
3.6
夹持块 gripper block
连接在注入头驱动链条上，靠外加正压力夹持连续管进行起下作业的块状物。
3.7
推板 skate
位于注入头夹紧装置上，成对安装的长条形钢制零件，用于推动链条及链条上的夹持块夹紧连
续管。
3.8
防喷盒连接座 adapter stripper
连接在注入头底座上，可快速连接防喷盒的装置。
3.9
管重 pipe heavy
连续管对注入头有向下拉力的状态。
3.10
管轻 pipe light
连续管对注入头有上顶力的状态。
4 型式和型号表示方法
连续管注入头型号表示方法如图1 所示。
ZR □ □ □
驱动方式代号，Y—液压（可省略），D—电动
改进序号，用阿拉伯数字 表示
最大提升力，单位为千牛（kN）
注入头代号
示例：ZR3603 表示最大提升力为360kN 的第三次改型的液压驱动注入头。
图1 连续管注入头型号的表示方法
5 基本参数
注入头按最大提升力分为11 个等级，各级别注入头的主要基本参数应符合表1 的规定。
3
表1 注入头基本参数
注入头级别ZR30 ZR50 ZR90 ZR180 ZR270 ZR360 ZR450 ZR580 ZR680 ZR770 ZR900
最大提升力
kN
30 50 90 180 270 360 450 580 680 770 900
最大注入力
kN
15 25 45 90 135 180 225 270 270 270 270
最大速度
m/min
30 30 30 60 60 60 55 45 35 30 30
最大适用连续
管管径
mm
25.4 25.4 60.3 60.3 60.3 88.9 88.9 88.9 88.9 114.3 114.3
6 配置要求
6.1 设备（系统）配置要求
6.1.1 注入头配置应包括（但不限于）以下部件：驱动系统、链条系统、夹紧系统、被动轴系统、张
紧系统、箱体、框架及防护系统、底座、液压及控制系统或电气传动及控制系统、监测系统、导向
器等。
6.1.2 驱动系统主要包括动力设备（电动机或液压马达）、制动器、链轮、轴承等。
6.1.3 链条系统主要包括夹持块、托架、轴承、销轴、链条等。
6.1.4 注入头夹紧系统主要包括夹紧液压缸、夹紧梁和推板等。
6.1.5 注入头链条被动轴系统主要包括张紧链轮、轴承、张紧液压缸、导向块等。
6.1.6 注入头链条张紧系统主要包括张紧链轮、轴承等。
6.1.7 框架上配置用于注入头上部导向器安装的滑座和防坠落装置、踏板、护栏等安全防护装置。
6.1.8 底座上配置防喷盒连接装置。
6.1.9 注入头的液压系统主要包括驱动液路、马达排量控制液路、制动器液路、夹紧液路、张紧液
路、链条润滑系统等。
6.1.10 对于电动注入头，电气传动与控制的核心部分分为驱动和控制两部分，驱动部分包括驱动装
置及连接附件，而控制部分包括配电系统、控制系统及连接附件等。
6.1.11 监测系统主要包括编码器、里程计、载荷传感器、摄像头等。
6.1.12 导向器主要包括滚轮、主架、喇叭口、压盒、辊轮、液缸等。
6.2 健康、安全和环境控制配置要求
6.2.1 注入头整体设计中有关健康、安全、环保的规定参见API RP 54。
6.2.2 电气设施应符合GB/T 3836.1 和GB/T 3836.2 规定的防爆电气设施。
6.2.3 宜在注入头上安装防爆视频监控系统，满足SY/T 6671 规定的相关区域防爆要求。
6.2.4 应配备自动刹车系统。
6.2.5 转动链条应配备护罩，护罩应固定牢靠，运转中不应有振动等引起的响声和与链条的碰撞声，
并符合GB/T 8196 的规定。
6.2.6 注入头底座应设置踏板及防护栏保护设施，符合GB 4053.3 的规定。
4
6.2.7 注入头框架顶部应设置人员高空操作防坠落等安全保护设施，符合GB 4053.3 的规定。
6.2.8 安全标志应符合GB 2894 的规定，安装在设备醒目位置处。
6.2.9 注入头底部应设置必要的废液收集装置。
6.2.10 所有吊装用钢丝绳、安全绳应在绳头标明安全工作载荷标记。
7 技术要求
7.1 设计准则
7.1.1 除非有特殊要求，常规产品设计及最低工作温度应为-20℃，低温环境用注入头应满足所处低
温环境下的性能要求。
7.1.2 特殊环境用注入头的材料应满足所处环境下的性能要求，液压和电气系统应在所处环境下可靠
工作。海洋环境用注入头应满足耐腐蚀、防盐雾、隔爆阻燃的要求。
7.2 强度分析
7.2.1 概述
强度分析通常以弹塑性理论为基础，可采用有限元法一起分析。
所有可以影响设计的力均应予以考虑。对于所考虑的每个横截面，应采用力的作用位置与方向的
最不利的组合方式。
7.2.2 等效应力
根据冯· 米塞斯- 亨克（Von Mises-Hencky）理论，由额定载荷引起的名义等效应力，不应超
过由公式（1）计算的最大允许应力Rmax，Rmax 值由公式（1）计算：
ei
max
s
R
R
n
 ………………………………………（1）
式中：
Rmax——最大允许应力，单位为兆帕（MPa）；
Rei——最小屈服强度，单位为兆帕（MPa）；
ns——设计安全系数。
7.3 总体技术要求
7.3.1 原材料、外购件、标准件应符合相关的国家标准、行业标准的规定。影响安全及整机主要性能
的特殊产品和零部件应提供相关的产品认证证书及合格证。
7.3.2 注入头的设计应符合SY/T 6761 的要求。
7.3.3 注入头的布局应合理，便于操作控制、观测检查及维护保养。
7.3.4 注入头应具有记录连续管起下速度和深度、显示连续管管重和管轻数值的功能。
7.3.5 所有零部件应连接牢固，在承受振动和冲击的情况下，无变形、脱落。
7.3.6 注入头上的电、气、液管线应排列整齐，标识明确。
7.3.7 注入头的转动和移动部位，应运动自如，不应有卡阻现象。
7.3.8 注入头最大提升力和最大注入力设计余量应不小于20%。
7.3.9 驱动链条各链节运转正常，不应有异响。
5
7.3.10 应配备链条润滑系统，并确保整挂链条可充分润滑。
7.3.11 链条静强度设计安全系数不低于3。
7.3.12 链条及链轮齿廓部位尺寸及链条和链轮的安装应符合SY/T 5595 的规定。
7.3.13 驱动链轮工作齿面硬度应为40HRC ～ 50HRC。
7.3.14 夹持块表面应经过耐磨处理，提高耐磨性能。
7.3.15 夹持段长度应保证能提供足够的提升或注入力以起下连续管，同时不会夹伤或挤毁连续管。
7.3.16 两推板平行，偏差不超过±0.5mm。
7.3.17 底座、箱体、防喷盒连接座、框架中心偏差不超过±1.5mm。
7.3.18 导向器的弯曲半径应尽可能减少工作时连续管的弯曲变形，导向器半径与连续管直径的对应
关系参见附录A。
7.3.19 导向器的安装应使连续管和注入头夹持块对正，并能正确地支承和引导连续管顺畅地进出注
入头夹持块。
7.3.20 导向器滚轮应转动灵活，滚轮的材质应具有减磨性。
7.4 液压系统
7.4.1 通则
7.4.1.1 注入头液压系统符合GB/T 3766 的要求，各执行和控制元件应布局合理，管线走向应整齐顺
畅，管线两端严禁同时扣压弯头。
7.4.1.2 液压元件应符合GB/T 7935 的规定。
7.4.1.3 夹紧液路各夹紧液压缸支路均应配备蓄能器，用于吸收压力脉冲及保持压力。
7.4.1.4 夹紧液路回路油压需封闭，确保在管轻状态时张紧液压缸不回缩。
7.4.1.5 驱动液路中液压马达的进口处设置带逆流功能的高压过滤器，防止快速接头在对接过程中混
入的污染物造成马达故障。
7.4.1.6 液压马达需配装双向平衡阀，用于防止发生管重及管轻时动力失效而造成失控。
7.4.2 液压源
液压源应能满足注入头装置中液压系统对压力和流量的需求，应包括适宜的净化和防护功能，并
满足环境温度的要求。
7.4.3 管线与接头
7.4.3.1 管线与接头的材质应适于所传输的流体介质，并且能承受所在支路的最大工作压力。
7.4.3.2 软管的额定压力不应低于所在回路的工作压力。
7.4.3.3 软管总成每批抽量检验，应使用软管额定工作压力的1.5 倍对软管组件进行承压测试。
7.4.4 液压缸
液压缸零部件的设计应参照JB/T 10205，液压缸试验应按GB/T 15622 的规定进行。
7.5 电气系统
7.5.1 通则
7.5.1.1 电气系统的设计制造应符合JB/T 7845 的规定，所配套的电器元件及电磁阀件应符合GB/T
3836.1 和GB/T 3836.2 中的防爆要求。
6
7.5.1.2 注入头选用的电气设备安装区域的分类应符合SY/T 6671 的规定。
7.5.1.3 所有元器件均应满足在所处环境中全天候100% 负荷下连续工作。
7.5.1.4 所有电气元件应能在名义电压的±10% 范围内正常工作。
7.5.1.5 导线的额定绝缘电压应与电路的额定工作电压或对地电压相适应。
7.5.1.6 挠性电缆的最小弯曲半径不应小于电缆厂家根据其产品所处环境温度范围所规定的弯曲
半径。
7.5.1.7 强弱电应分开布线，信号线缆进行可靠屏蔽，不得受到强电磁干扰。
7.5.2 安全性
7.5.2.1 控制电路的设计应保障人身安全，采取措施减小引发操作失误的概率，增强系统的安全性。
7.5.2.2 系统中所有控制柜及外部安装的元器件应通过专门的接地导线连接到接地系统中。如有可
能，所有电气控制及电力回路要与上述接地系统绝缘。上述系统所有接地导线的尺寸要根据最大接地
故障电流值来进行设计。
7.5.2.3 电控柜，包括接入电控柜的导管和进入电控柜的电缆压盖，其设计应满足或超过所安装区域
的特殊防爆要求。
7.5.2.4 电气系统应具备加热及去凝露装置。
7.5.2.5 对可能危及人身安全、损坏设备的情况，应采取联锁装置，使设备停止运行或采取其他应急
措施。
7.5.2.6 控制电路的电源引入端应装有熔断器或断路器做短路保护。
8 试验项目及记录
8.1 试验项目
8.1.1 液压系统试验
8.1.1.1 马达启动平稳，无异常噪声和过热现象，变量机构调节功能达到要求。
8.1.1.2 液压回路功能应符合设计要求，阀功能准确无误。
8.1.1.3 液压缸应伸缩平稳，无爬行、抖动等异常，有位置锁定需要的场合必须锁定可靠。
8.1.1.4 各液压回路达到工作压力时，保压10min，液压系统各元器件、接头、管线等不应有渗漏。
8.1.2 电气系统试验
8.1.2.1 管线应连接牢固、通畅。
8.1.2.2 气动回路功能应符合设计要求，气动元件各功能准确无误。
8.1.2.3 电路功能应符合设计要求，电子元件功能准确无误。
8.1.2.4 试验各控制单元的功能应正常，动作灵敏、准确可靠。
8.1.2.5 电缆及插头（含电子快接）单点测试合格之后联机试验，确保连接准确可靠，无虚接或错接。
8.1.2.6 控制和监测信号稳定，无干扰或异常现象。
8.1.2.7 用于气体的软管组件应进行气压试验。被试件完全浸没在水中，采用空气或氮气作为试验介
质，试验压力为0.7MPa，保压时间10min，保压期间任何部位不得出现气泡。
8.1.3 注入头空载试验
注入头总装完成后，进行起管和下管两个方向空运转试验，两个方向空运行时间分别不低于
7
30min，还应在最高设计转速下空运转，时间不少于5min。在空运转过程中应进行以下检验：
a）注入头运转正常，无异响或卡阻现象；
b）对注入头运转速度进行调节，测试并记录最高/ 最低速度，且速度不应有异常波动。
8.1.4 最大注入力试验
8.1.4.1 载荷传感器必须经过校验后才能作为载荷的精准检测元件。
8.1.4.2 注入头上的载荷传感器需在实际注入和提升过程中通过系数调整与载荷传感器进行对照和匹
配，确保载荷传感器测量准确。
8.1.4.3 调节导向器滑座、箱体中心及防喷盒连接座对正。在夹持块间插入一段长度适中（长度大
于注入头高度不小于300mm）的试验管，试验管要求管径与试验用夹持块匹配，且可以承受最大注
入力。
8.1.4.4 将穿过注入头的试验管与固定在加载测试平台的载荷传感器进行可靠连接。
8.1.4.5 注入头链条张紧压力调节到各厂家设计的最大注入力对应的张紧压力值并保压。
8.1.4.6 按照夹紧力与载荷的对应关系施加夹紧力，下管方向驱动注入头并增调注入头马达压力，直
至载荷传感器管径读数达到设计最大注入力值并保持稳定1min，在此期间，试验管与夹持块间不打
滑，张紧缸不应回缩，链条和夹持块不应有弯曲或堆积，以此确定系统满足最大注入力设计要求。
8.1.4.7 进行至少两次最大注入力试验，试验结果均应大于设计最大注入力数值。
8.1.5 最大提升力试验
8.1.5.1 张紧注入头，并在夹持块间插入一段长度适中（长度大于注入头高度不小于300mm）的试验
管，试验管要求管径与试验用夹持块匹配，且可以承受最大提升力。
8.1.5.2 按照夹紧力与载荷的对应关系施加夹紧力，起管方向驱动注入头并增调注入头马达压力，直
至载荷传感器管重读数达到设计最大提升力值并保持稳定1min，在此期间，试验管与夹持块间不打
滑，以此确定系统满足最大提升力设计要求。
8.1.5.3 进行至少两次最大提升力试验，试验结果均应大于设计最大提升力数值。
8.1.6 夹紧保压试验
8.1.6.1 将注入头链条张紧，张紧压力调节至3.5MPa。
8.1.6.2 操作注入头夹紧连续管，使各组夹紧压力分别达到额定工作压力，保压10min，应无渗漏且
压力降不大于设计压力的5%。
8.1.6.3 试验后检查轴承是否有裂纹、变形，转动是否灵活。
8.1.7 润滑系统试验
8.1.7.1 润滑管线应连接牢固、通畅。
8.1.7.2 在工作压力条件下，检查应无渗漏及滴漏现象。
8.1.7.3 润滑喷嘴角度合适，即润滑阀开启后可对箱体内轴承、链条等传动机构充分喷雾润滑。
8.1.8 夹管起下试验
8.1.8.1 根据连续管作业机注入头规格型号，选取1 ～ 2 口井进行整机运行试验，试验井深度不低于
1000m，下管长度不低于900m。
8.1.8.2 记录注入头的最高速度和最低速度，速度应稳定，且满足设计要求。
8.1.8.3 注入头链条运转灵活，夹持块对连续管无啃咬伤痕，无异响。
8
8.1.8.4 调节导向器与注入头对正，连续管应以自然状态进出夹持块，载荷无异常波动。
8.1.8.5 注入头马达、制动器、减速器等部位温度不应超过各部件的允许工作温度。
8.1.8.6 注入头自动刹车模式下，注入头方向控制手柄回中位，注入头刹车压力应归零，并制动可靠
（连续管无下移）。
8.1.9 备用动力试验
应配置独立动力源（如手动/ 气动增压泵），可采用手动和气动两种操作方式驱动，对需要提供
备用动力源的控制回路进行压力和动作测试，动力供应过程应正常。
8.2 记录
连续管作业机注入头的试验过程及结果应予以记录，制造商对试验内容、程序、要求、结论等应
形成书面的报告。
9 检验规则
9.1 型式检验
有下列情况之一时，应进行型式检验：
a）新产品试制定型或老产品转厂生产时；
b）正常生产后，在结构、材料或制造工艺有重大改变，可能影响产品性能时；
c）产品停产二年后，恢复生产时；
d）出厂检验结果与上次型式检验结果有较大差异时；
e）用户要求时；
f）制造厂认为必要时。
9.2 出厂检验
连续管作业机注入头均应进行出厂试验，并经质检部门检验合格后，签发产品合格证方能出厂。
9.3 检验项目及判定规则
型式检验、出厂检验项目按表2 的规定进行。产品经检验，若有一项不符合本文件要求，则判定
该产品为不合格品。
同一规格型号的注入头型式试验数量不少于2 台/ 套，出厂试验要逐台进行检验。
表2 检验项目
序号检验项目及内容型式检验出厂检验本文件条款
1 液压系统试验√ √ 8.1.1
2 电气系统试验√ √ 8.1.2
3 注入头空载试验√ √ 8.1.3
4 最大注入力试验√ √ 8.1.4
5 最大提升力试验√ √ 8.1.5
6 夹紧保压试验√ √ 8.1.6
9
序号检验项目及内容型式检验出厂检验本文件条款
7 润滑系统试验√ √ 8.1.7
8 夹管起下试验√ — 8.1.8
9 备用动力试验√ √ 8.1.9
注：“√”表示检验，“—”表示不检验。
10 标志、包装、运输和贮存
10.1 标志
要求固定能永久保持的产品铭牌，铭牌至少包括如下内容：
a）产品名称及型号；
b）总质量；
c）主要技术参数；
d）外形尺寸；
e）制造厂名称；
f）出厂编号及日期。
10.2 包装
10.2.1 注入头采用裸装方式。出厂时，应将注入头固定牢固，其他要求应符合JB/T 5947 的规定。
10.2.2 随机备件和随机文件应装在防潮、防雨、防污染的包装箱内。
10.2.3 随机文件至少应包括：
a）产品合格证；
b）产品使用维护和保养手册；
c）交货清单；
d）装箱单。
10.3 运输和贮存
10.3.1 注入头在运输过程中，不应受机械性损伤。
10.3.2 注入头在运输过程中，应保证载荷传感器处于卸荷状态，防止损坏载荷传感器。
10.3.3 注入头存放时，应存放在干燥、通风的场地。长期存放时不应雨淋、暴晒，并定期检查、
保养。
表2（续）
10
附 录 A
（资料性）
导向器半径与连续管直径的关系
导向器半径与连续管直径的对应关系见表A.1 的规定值。
表A.1 导向器半径与连续管直径的关系
连续管直径导向器半径
in mm mm
1 25.4 1220 ～ 1375
11/4 31.8 1220 ～ 1830
11/2 38.1 1220 ～ 1830
13/4 44.5 1830 ～ 2440
2 50.8 1830 ～ 2440
23/8 60.3 2285 ～ 3050
25/8 66.7 2285 ～ 3050
27/8 73.0 2285 ～ 3050
31/4 82.6 2285 ～ 3050
31/2 88.9 2285 ～ 3050
参 考 文 献
［1］ API RP 54 Recommended practice for occupational safety for oil and gas well drilling and
servicing operations