ISO 10426-1:2009
(Main)Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well cementing — Part 1: Specification
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well cementing — Part 1: Specification
ISO 10426-1:2009 specifies requirements and gives recommendations for six classes of well cements, including their chemical and physical requirements and procedures for physical testing. ISO 10426-1:2009 is applicable to well cement classes A, B, C and D, which are the products obtained by grinding Portland cement clinker and, if needed, calcium sulfate as an interground additive. Processing additives can be used in the manufacture of cement of these classes. Suitable set-modifying agents can be interground or blended during manufacture of class D cement. ISO 10426-1:2009 is also applicable to well cement classes G and H, which are the products obtained by grinding clinker with no additives other than one or more forms of calcium sulfate, water or chemical additives as required for chromium (VI) reduction.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux pour la cimentation des puits — Partie 1: Spécification
L'ISO 10426-1:2009 spécifie des exigences et donne des recommandations pour six classes de ciments pour puits. Elle comprend les exigences chimiques et physiques, ainsi que les modes opératoires d'essais physiques. L'ISO 10426-1:2009 s'applique aux classes de ciments pour puits A, B, C et D, qui sont des produits obtenus par broyage d'un clinker de ciment Portland additionnés, si nécessaire, de sulfate de calcium. Des additions de traitement peuvent être utilisées dans la fabrication de ciment de ces classes. Des additifs adaptés à la modification de la prise peuvent être soit broyés, soit mélangés pour la fabrication de ciment de classe D. L'ISO 10426-1:2009 s'applique également aux classes G et H, qui sont des produits obtenus en broyant un clinker de ciment sans aucune addition autre que celles de sulfate de calcium sous une ou plusieurs formes, d'eau ou d'additifs chimiques nécessaires à la réduction du chrome (VI).
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10426-1
Third edition
2009-12-15
Petroleum and natural gas industries —
Cements and materials for well
cementing —
Part 1:
Specification
Industries du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux pour la
cimentation des puits —
Partie 1: Spécification
Reference number
ISO 10426-1:2009(E)
©
ISO 2009
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ISO 10426-1:2009(E)
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ISO 10426-1:2009(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .2
4 Requirements.3
4.1 Specification, chemical and physical requirements.3
4.2 Sampling frequency, timing of tests, and equipment.7
5 Sampling procedure.8
6 Fineness tests.8
6.1 Procedure.8
6.2 Requirements.8
7 Preparation of slurry for free fluid, compressive strength and thickening time tests.8
7.1 Apparatus.8
7.2 Procedure.11
8 Free-fluid test (formerly free water) .11
8.1 Apparatus.11
8.2 Calibration.16
8.3 Procedure.17
8.4 Calculation of percent free fluid .17
8.5 Acceptance requirements.18
9 Compressive strength tests .18
9.1 Apparatus.18
9.2 Procedure.19
9.3 Test procedure (after ASTM C109/C109M).21
9.4 Compressive strength acceptance criteria.21
10 Thickening-time tests.22
10.1 Apparatus.22
10.2 Calibration.28
10.3 Procedure.31
10.4 Thickening time and consistency.33
10.5 Specification acceptance requirements.33
11 Marking.33
12 Packing.34
13 Bentonite .34
Annex A (informative) Calibration procedures for thermocouples, temperature measuring
systems, and controllers .35
Bibliography.38
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ISO 10426-1:2009(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 10426-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 3, Drilling and completion fluids,
and well cements.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 10426-1:2005), which has been technically
revised.
ISO 10426 consists of the following parts, under the general title Petroleum and natural gas industries —
Cements and materials for well cementing:
⎯ Part 1: Specification
⎯ Part 2:Testing of well cements
⎯ Part 3: Testing of deepwater well cement formulations
⎯ Part 4: Preparation and testing of foamed cement slurries at atmospheric pressure
⎯ Part 5: Determination of shrinkage and expansion of well cement formulations at atmospheric pressure
⎯ Part 6: Methods for determining the static gel strength of cement formulations
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ISO 10426-1:2009(E)
Introduction
This part of ISO 10426 is based on ISO 10426-1:2005 with the intent that the 24th edition of API Spec 10A will
be identical to this part of ISO 10426.
It is necessary that users of this part of ISO 10426 be aware that further or differing requirements can be
required for individual applications. This part of ISO 10426 is not intended to inhibit a vendor from offering, or
the purchaser from accepting, alternative equipment or engineering solutions for the individual application.
This can be particularly applicable where there is innovative or developing technology. Where an alternative is
offered, it is the responsibility of the vendor to identify any variations from this part of ISO 10426 and provide
details.
In this part of ISO 10426, where practical, US Customary (USC) or other units are included in brackets for
information. The units do not necessarily represent a direct conversion of SI to USC units, or USC to SI.
Consideration has been given to the precision of the instrument making the measurement. For example,
thermometers are typically marked in 1° increments, thus temperature values have been rounded to the
nearest degree.
In this part of ISO 10426, calibrating an instrument refers to assuring the accuracy of the measurement.
Accuracy is the degree of conformity of a measurement of a quantity to its actual or true value. Accuracy is
related to precision, or reproducibility, of a measurement. Precision is the degree to which further
measurements or calculations will show the same or similar results. Precision is characterized in terms of the
standard deviation of the measurement. The results of calculations or a measurement can be accurate, but
not precise, precise but not accurate, neither or both. A result is valid if it is both accurate and precise.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10426-1:2009(E)
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials
for well cementing —
Part 1:
Specification
1 Scope
This part of ISO 10426 specifies requirements and gives recommendations for six classes of well cements,
including their chemical and physical requirements and procedures for physical testing.
This part of ISO 10426 is applicable to well cement classes A, B, C and D, which are the products obtained by
grinding Portland cement clinker and, if needed, calcium sulfate as an interground additive. Processing
additives can be used in the manufacture of cement of these classes. Suitable set-modifying agents can be
interground or blended during manufacture of class D cement.
This part of ISO 10426 is also applicable to well cement classes G and H, which are the products obtained by
grinding clinker with no additives other than one or more forms of calcium sulfate, water or chemical additives
as required for chromium (VI) reduction.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 3310-1, Test sieves — Technical requirements and testing — Part 1: Test sieves of metal wire cloth
ISO 13500, Petroleum and natural gas industries — Drilling fluid materials — Specifications and tests
ISO 24450, Laboratory glassware — Wide-necked boiling flasks
ASTM C109/C109M, Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars
(Using 2-in or [50-mm] Cube Specimens)
ASTM C115, Standard Test Method for Fineness of Portland Cement by the Turbidimeter
ASTM C465, Standard Specification for Processing Additions for Use in the Manufacture of Hydraulic
Cements
ASTM E1404-94(2008), Standard Specification for Laboratory Glass Conical Flasks
EN 196-1, Methods of testing cement — Part 1: Determination of strength
EN 196-2, Methods of testing cement — Part 2: Chemical analysis of cement
EN 196-6, Methods of testing cement — Part 6: Determination of fineness
EN 196-7, Methods of testing cement — Part 7: Methods of taking and preparing samples of cement
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ISO 10426-1:2009(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
additive
material added to a cement slurry to modify or enhance some desired property
NOTE Properties that are commonly modified include setting time (by use of retarders or accelerators), fluid loss,
viscosity, etc.
3.2
atmospheric pressure consistometer
device used for stirring and conditioning the cement slurry
NOTE The device is not intended to measure thickening time.
3.3
Bearden unit of consistency
B
c
measure of the consistency of a cement slurry when determined on a pressurized consistometer
3.4
cement
Portland cement
ground clinker generally consisting of hydraulic calcium silicates and aluminates and usually containing one or
more forms of calcium sulfate as an interground additive
3.5
cement class
designation achieved under the ISO system for classification of well cement according to its intended use
3.6
cement grade
designation achieved under the ISO system for denoting the sulfate resistance of a particular cement
3.7
cement blend
mixture of dry cement and other dry materials
3.8
clinker
fused materials produced in the kiln during cement manufacturing that are interground with calcium sulfate to
make cement
3.9
compressive strength
force per unit area required to cause a set cement sample to fail under compression
3.10
consistometer
device used to measure the thickening time of a cement slurry under temperature and under pressure
3.11
filtrate
liquid that is forced out of a cement slurry during a fluid loss test
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ISO 10426-1:2009(E)
3.12
free fluid
coloured or colourless liquid that separates from a cement slurry under static conditions
3.13
slurry container
slurry cup
container in an atmospheric or pressurized consistometer used to hold the slurry for conditioning purposes or
for the thickening-time test
3.14
thickening time
time after which the consistency of a cement slurry has become so high that the slurry is considered
unpumpable
NOTE The results of a thickening-time test provide an indication of the length of time a cement slurry remains
pumpable under the test conditions.
4 Requirements
4.1 Specification, chemical and physical requirements
4.1.1 Classes and grades
4.1.1.1 General
Well cement shall be specified using classes A, B, C, D, G and H and the grades: ordinary (O), moderate
sulfate-resistant (MSR) and high sulfate-resistant (HSR).
A well cement that has been manufactured and supplied in accordance with this part of ISO 10426 may be
mixed and placed in the field using water ratios or additives at the user's discretion. It is not intended that
manufacturing compliance with this part of ISO 10426 be based on such field conditions.
Processing additives, set modifying agents or chemical additives used to reduce chromium (VI) shall not
prevent a well cement from performing its intended functions.
4.1.1.2 Class A
This product is obtained by grinding clinker, consisting essentially of hydraulic calcium silicates, usually
containing one or more forms of calcium sulfate as an interground additive. At the option of the manufacturer,
processing additives may be used in the manufacture of class A cement, provided that such materials in the
amounts used have been shown to meet the requirements of ASTM C465.
This product is intended for use when special properties are not required and is available only in O grade,
similar to ASTM C150, type I.
4.1.1.3 Class B
This product is obtained by grinding clinker, consisting essentially of hydraulic calcium silicates, usually
containing one or more forms of calcium sulfate as an interground additive. At the option of the manufacturer,
processing additives may be used in the manufacture of class B cement, provided that such materials in the
amounts used have been shown to meet the requirements of ASTM C465.
This product is intended for use when conditions require moderate or high sulfate resistance and is available
in both MSR and HSR grades, similar to ASTM C150, type II.
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ISO 10426-1:2009(E)
4.1.1.4 Class C
This product is obtained by grinding clinker, consisting essentially of hydraulic calcium silicates, usually
containing one or more forms of calcium sulfate as an interground additive. At the option of the manufacturer,
processing additives may be used in the manufacture of class C cement, provided that such materials in the
amounts used have been shown to meet the requirements of ASTM C465.
This product is intended for use when conditions require high, early strength and is available in O, MSR and
HSR grades, similar to ASTM C150, type III.
4.1.1.5 Class D
This product is obtained by grinding clinker, consisting essentially of hydraulic calcium silicates, usually
containing one or more forms of calcium sulfate as an interground additive. At the option of the manufacturer,
processing additives may be used in the manufacture of class D cement, provided that such materials in the
amounts used have been shown to meet the requirements of ASTM C465. Further, at the option of the
manufacturer, suitable set-modifying agents may be interground or blended during manufacture.
This product is intended for use under conditions of moderately high temperatures and pressures and is
available in MSR and HSR grades.
4.1.1.6 Class G
This product is obtained by grinding clinker, consisting essentially of hydraulic calcium silicates, usually
containing one or more forms of calcium sulfate as an interground additive. No additives other than calcium
sulfate or water, or both, shall be interground or blended with the clinker during manufacture of class G well
cement.
This product is intended for use as a basic well cement and is available in MSR and HSR grades.
4.1.1.7 Class H
This product is obtained by grinding clinker, consisting essentially of hydraulic calcium silicates, usually
containing one or more forms of calcium sulfate as an interground additive. No additives other than calcium
sulfate or water, or both, shall be interground or blended with the clinker during manufacture of class H well
cement.
This product is intended for use as a basic well cement and is available in MSR and HSR grades.
4.1.2 Chemical requirements
Well cements shall conform to the respective chemical requirements of classes and grades referenced in
Table 1. It is not intended that this manufacturing compliance be applicable to field conditions. This part of
ISO 10426 is not applicable to the use of cements that do not conform to the chemical requirements of
classes and grades as set forth in Table 1.
Chemical analyses of hydraulic cements shall be carried out as specified in EN 196-2.
NOTE For the purposes of this provision, ASTM C114 is equivalent to EN 196-2.
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ISO 10426-1:2009(E)
Table 1 — Chemical requirements
Cement class
A B C D G H
Ordinary grade (O)
a
Magnesium oxide (MgO), maximum, percent 6,0 NA 6,0 NA NA NA
b
Sulfur trioxide (SO ), maximum, percent 3,5 NA 4,5 NA NA NA
3
Loss on ignition, maximum, percent 3,0 NA 3,0 NA NA NA
Insoluble residue, maximum, percent 0,75 NA 0,75 NA NA NA
d c
Tricalcium aluminate (C A), maximum, percent NR NA 15 NA NA NA
3
Moderate sulfate-resistant grade (MSR)
Magnesium oxide (MgO), maximum, percent NA 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0
b
Sulfur trioxide (SO ), maximum, percent NA 3,0 3,5 3,0 3,0 3,0
3
Loss on ignition, maximum, percent NA 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
Insoluble residue, maximum, percent NA 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
d
Tricalcium silicate (C S) maximum, percent NA NR NR NR 58 58
3
d
minimum, percent NA NR NR NR 48 48
d
Tricalcium aluminate (C A), maximum percent NA 8 8 8 8 8
3
Total alkali content, expressed as sodium oxide
NA NR NR NR 0,75 0,75
e
(Na O) equivalent, maximum, percent
2
High sulfate-resistant grade (HSR)
Magnesium oxide (MgO), maximum, percent NA 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0
b
Sulfur trioxide (SO ), maximum, percent NA 3,0 3,5 3,0 3,0 3,0
3
Loss on ignition, maximum, percent NA 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
Insoluble residue, maximum, percent NA 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
d
Tricalcium silicate (C S) maximum, percent NA NR NR NR 65 65
3
d
minimum, percent NA NR NR NR 48 48
d
Tricalcium aluminate (C A), maximum, percent NA 3 3 3 3 3
3
Tetracalcium aluminoferrite (C AF) plus twice the
4
NA 24 24 24 24 24
d
tricalcium aluminate (C A), maximum, percent
3
Total alkali content expressed as sodium oxide (Na O)
2
NA NR NR NR 0,75 0,75
e
equivalent, maximum, percent
a
NA indicates “not applicable”.
b
When the tricalcium aluminate content (expressed as C A) of the cement is 8 % or less, the maximum SO content shall be 3 %, or
3 3
3,5 % for class C cement.
c
NR indicates “no requirement”.
d
The expressing of chemical limitations by means of calculated assumed compounds does not necessarily mean that the oxides are
actually or entirely present as such compounds. The compounds are calculated according to the ratio of the mass percentages of Al O
2 3
to Fe O , where w is the percentage mass fraction of the compound indicated in the subscript:
2 3
— When w /w is greater than 0,64, the compounds shall be calculated as follows:
Fe O
Al O
2 3 2 3
C A = 2,65w − 1,69w
3 O Fe O
Al
2 3 2 3
C S = 4,07w − 7,60w − 6,72w − 1,43w − 2,85w
3 SiO
CaO Al O Fe O SO
2 2 3 2 3 3
C AF = 3,04w
4
Fe O
2 3
— When w /w is 0,64 or less, the C A content is zero.
Al O Fe O 3
2 3 2 3
— The C S and C AF shall be calculated as follows:
3 4
C S = 4,07w − 7,60w − 4,48w − 2,86w − 2,85w
3
CaO SiO Al O Fe O SO
2 2 3 2 3 3
C AF = 3,04w
4 Fe O
2 3
e
The sodium oxide equivalent, expressed as Na O equivalent, shall be calculated by the formula:
2
Na O equivalent is equal to 0,658w + w .
2
K O Na O
2 2
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ISO 10426-1:2009(E)
4.1.3 Physical and performance requirements
Well cement shall conform to the respective physical and performance requirements specified in Table 2 and
in Clauses 6 through 10.
Table 2 — Summary of physical and performance requirements
Well cement class A B C D G H
Mix water, % mass fraction of cement (Table 5) 46 46 56 38 44 38
Fineness tests (alternative methods) (Clause 6)
2
a
Turbidimeter (specific surface, minimum, m /kg)
150 160 220 NR NR
NR
2
Air permeability (specific surface, minimum, m /kg) 280 280 400 NR NR NR
Free-fluid content, maximum, percent (Clause 8) NR NR NR NR 5,9 5,9
Compressive Schedule Final curing Curing Minimum compressive strength
strength test number temperature pressure MPa (psi)
(8 h curing time) Table 6 °C (°F) MPa (psi)
b
(Clause 9) 38 (100) atm. 1,7 1,4 2,1 NR 2,1 2,1
NA
(250) (200) (300) (300) (300)
(Clause 9) NA 60 (140) atm. NR NR NR NR 10,3 10,3
(1 500) (1 500)
(Clause 9) 6S 110 (230) 20,7 NR NR NR 3,4 NR NR
(3 000) (500)
Compressive Schedule Final curing Curing Minimum compressive strength
strength test number temperature pressure MPa (psi)
(24 h curing (Table 6) °C (°F) MPa (psi)
time)
(Clause 9) NA 38 (100) atm. 12,4 10,3 13,8 NR NR NR
(1 800) (1 500) (2 000)
(Clause 9) 4S 77 (170) 20,7 NR NR NR 6,9 NR NR
(3 000) (1 000)
(Clause 9) 6S 110 (230) 20,7 NR NR NR 13,8 NR NR
(3 000) (2 000)
Thickening- Specifi- Maximum consistency Thickening time (minimum/maximum)
time test cation test (15 min to 30 min stirring min
c
schedule period) B
c
number
Tables 9
through 11
d d d d
(Clause 10) 4 30 90 90 90 90 NR NR
d d
(Clause 10) 5 30 NR NR NR NR 90 90
e e
(Clause 10) 5 30 NR NR NR NR 120 120
d
(Clause 10) 6 30 NR NR NR 100 NR NR
a
NR indicates “no requirement”.
b
NA indicates “not applicable”.
c
Bearden units of consistency, B , obtained on a pressurized consistometer as defined in Clause 10 and calibrated in accordance
c
with the same clause.
d
Minimum thickening time.
e
Maximum thickening time.
6 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 10426-1:2009(E)
4.2 Sampling frequency, timing of tests, and equipment
4.2.1 Sampling frequency
4.2.1.1 For well cement classes C, D, G, and H, a sample for testing shall be taken by either of the following
methods:
a) over an interval of 24 h;
b) on a 1 000 ton (maximum) production run.
4.2.1.2 For well cement classes A and B, a sample for testing shall be taken by either of the following
methods:
a) over a 14-day interval;
b) on a 25 000 ton (maximum) production run.
4.2.1.3 These samples shall represent the product as produced. At the choice of the manufacturer, either
sampling method may be used.
4.2.2 Time from sampling to testing
Each sample shall be tested for conformance to this part of ISO 10426. All tests shall be completed within
seven working days after sampling.
4.2.3 Specified equipment
Equipment used for testing well cements shall comply with Table 3. Dimensions shown in Figures 5 through 7
and Figures 10 through 12 are for the purposes of manufacturing the cement-specification test equipment.
Dimensional recertification is not required.
4.2.4 Calibration
Equipment calibrated in accordance with the requirements of this part of ISO 10426 is considered accurate if
the calibration is within the specified limits.
Table 3 — Specification test equipment for well-cement manufacturers
Test or preparation Well cement Clause Required equipment
classes reference
Sampling All 5 Apparatus as specified in EN 196-7
NOTE For the purposes of this provision, ASTM C183 is equivalent to
EN 196-7.
Fineness A, B, C 6 Turbidimeter and auxiliary equipment as specified in ASTM C115 or
air permeability apparatus and auxiliary equipment as specified in
EN 196-6.
NOTE For the purposes of this provision, ASTM C204 is equivalent to
EN 196-6.
Slurry preparation All 7 Apparatus as specified in 7.1
Free fluid G, H 8 Apparatus as specified in 8.1
Atmospheric pressure A, B, C, G, H 9 Apparatus as specified in 9.1, except pressure vessel of 9.1.3.2
compressive strength
Pressure cured D 9 Apparatus as specified in 9.1,except curing bath of 9.1.3.3
compressive strength
Thickening time All 10 Pressurized consistometer specified in 10.1
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ISO 10426-1:2009(E)
5 Sampling procedure
One or more of the procedures in accordance with EN 196-7 shall be used to secure a sample of well cement
for specification testing purposes.
NOTE For the purposes of this provision, ASTM C183 is equivalent to EN 196-7.
6 Fineness tests
6.1 Procedure
Tests for fineness of well cement shall be carried out in accordance with either the procedure in ASTM C115
for the turbidimeter test or the procedure in EN 196-6 by air permeability apparatus for the air permeability test.
NOTE For the purposes of this provision, ASTM C204 is equivalent to EN 196-6.
6.2 Requirements
Acceptance requirements for the fineness test are a minimum specific surface area (expressed in square
metres per kilogram) as given in Table 2. Classes D, G and H cements have no fineness requirement.
At the discretion of the manufacturer, either of the two fineness test methods (turbidimeter or air permeability
test) shall be used to determine the fineness.
7 Preparation of slurry for free-fluid, compressive strength an
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10426-1
Troisième édition
2009-12-15
Industries du pétrole et du gaz naturel —
Ciments et matériaux pour la cimentation
des puits —
Partie 1:
Spécification
Petroleum and natural gas industries — Cements and materials for well
cementing —
Part 1: Specification
Numéro de référence
ISO 10426-1:2009(F)
©
ISO 2009
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ISO 10426-1:2009(F)
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Version française parue en 2010
Publié en Suisse
ii © ISO 2009 – Tous droits réservés
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ISO 10426-1:2009(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
4 Spécifications .3
4.1 Spécifications, exigences chimiques et physiques.3
4.2 Fréquence d'échantillonnage, programmation des essais et équipement .8
5 Échantillonnage.9
6 Essais de finesse.9
6.1 Mode opératoire.9
6.2 Exigences.9
7 Préparation du coulis de ciment pour les essais de fluide libre, de résistance à la
compression et du temps de pompabilité .10
7.1 Appareillage .10
7.2 Mode opératoire.12
8 Essai du fluide libre (anciennement eau libre).12
8.1 Appareillage .12
8.2 Étalonnage .17
8.3 Mode opératoire.18
8.4 Calcul du pourcentage de fluide libre .18
8.5 Exigences d'acceptation.19
9 Essais de résistance à la compression.19
9.1 Appareillage .19
9.2 Mode opératoire.20
9.3 Mode opératoire de l'essai (d'après l'ASTM C109/C109M) .22
9.4 Critères d'acceptation de la résistance à la compression .22
10 Essais de temps de pompabilité.23
10.1 Appareillage .23
10.2 Étalonnage .29
10.3 Mode opératoire.32
10.4 Temps de pompabilité et consistance .35
10.5 Exigences d'acceptation relatives aux spécifications.35
11 Marquage.35
12 Conditionnement .36
13 Bentonite .36
Annexe A (informative) Procédures d'étalonnage des thermocouples, des systèmes de mesurage
de la température et des régulateurs .37
Bibliographie.40
© ISO 2009 – Tous droits réservés iii
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ISO 10426-1:2009(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 10426-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 3, Fluides de forage et de
complétion, et ciments à puits.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 10426-1:2005), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
L'ISO 10426 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Industries du pétrole et du gaz
naturel — Ciments et matériaux pour la cimentation des puits:
⎯ Partie 1: Spécification
⎯ Partie 2: Essais de ciment pour puits
⎯ Partie 3: Essais de formulations de ciment pour puits en eau profonde
⎯ Partie 4: Préparation et essais en conditions ambiantes des laitiers de ciment mousse
⎯ Partie 5: Détermination du retrait et de l'expansion à la pression atmosphérique des formulations de
ciments pour puits
⎯ Partie 6: Méthodes de détermination de la force du gel statique des formulations de ciment
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ISO 10426-1:2009(F)
Introduction
e
La présente partie de l'ISO 10426 est basée sur l'ISO 10426-1:2005, avec l'intention que la 24 édition de la
Spécification API 10A soit identique à la présente partie de l'ISO 10426.
Il est nécessaire que les utilisateurs de la présente partie de l'ISO 10426 soient informés que des exigences
différentes ou complémentaires peuvent être nécessaires pour des applications particulières. La présente
partie de l'ISO 10426 n'a pas pour intention d'empêcher un vendeur d'offrir, ou un acheteur d'accepter, des
équipements ou des solutions d'ingénierie alternative dans le cas de cette application particulière. Cela peut
particulièrement s'appliquer lorsque l'on se trouve en présence d'une technologie innovante ou en cours de
développement. Lorsqu'une autre solution est offerte, le vendeur est tenu d'identifier toutes les différences
avec la présente partie de l'ISO 10426 et de fournir des détails.
Dans la présente partie de l'ISO 10426, pour plus de commodité, les unités américaines (USC) ou d'autres
unités couramment utilisées sont données entre parenthèses. Les unités ne représentent pas nécessairement
une conversion directe des unités internationales en unités USC ou inversement. Une grande attention a été
portée sur la précision des instruments effectuant les mesures. Par exemple, les thermomètres étant
normalement gradués par incréments de 1°, les valeurs des températures ont été arrondies au degré le plus
proche.
Dans la présente partie de l'ISO 10426, étalonner un instrument revient à garantir l'exactitude de la mesure.
L'exactitude est le degré de conformité de la mesure d'une grandeur par rapport à sa valeur vraie ou réelle.
L'exactitude est liée à la fidélité ou à la reproductibilité d'une mesure. La fidélité est le degré auquel de
nouvelles mesures ou de nouveaux calculs donneront des résultats identiques ou similaires. La fidélité se
caractérise en termes d'écart-type des mesures. Les résultats d'un calcul ou d'une mesure peuvent être
exacts mais pas fidèles, ils peuvent être fidèles mais inexacts, ou fidèle et exacts, ou encore ni l'un ni l'autre.
Un résultat est valide s'il est à la fois exact et fidèle.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10426-1:2009(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Ciments et matériaux
pour la cimentation des puits —
Partie 1:
Spécification
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10426 spécifie des exigences et donne des recommandations pour six classes de
ciments pour puits. Elle comprend les exigences chimiques et physiques, ainsi que les modes opératoires
d'essais physiques.
La présente partie de l'ISO 10426 s'applique aux classes de ciments pour puits A, B, C et D, qui sont des
produits obtenus par broyage d'un clinker de ciment Portland additionnés, si nécessaire, de sulfate de calcium.
Des additions de traitement peuvent être utilisées dans la fabrication de ciment de ces classes. Des additifs
adaptés à la modification de la prise peuvent être soit broyés, soit mélangés pour la fabrication de ciment de
classe D.
La présente partie de l'ISO 10426 s'applique également aux classes G et H, qui sont des produits obtenus en
broyant un clinker de ciment sans aucune addition autre que celles de sulfate de calcium sous une ou
plusieurs formes, d'eau ou d'additifs chimiques nécessaires à la réduction du chrome (VI).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 3310-1, Tamis de contrôle — Exigences techniques et vérifications — Partie 1: Tamis de contrôle en
tissus métalliques
ISO 13500, Industries du pétrole et du gaz naturel — Produits pour fluides de forage — Spécifications et
essais
ISO 24450, Verrerie de laboratoire — Fioles coniques et ballons à col large
ASTM C109/C109M, Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using
2-in or [50-mm] Cube Specimens)
ASTM C115, Standard Test Method for Fineness of Portland Cement by the Turbidimeter
ASTM C465, Standard Specification for Processing Additions for Use in the Manufacture of Hydraulic
Cements
ASTM E1404-94(2008), Standard Specification for Laboratory Glass Conical Flasks
EN 196-1, Méthodes d'essais des ciments — Partie 1: Détermination des résistances mécaniques
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ISO 10426-1:2009(F)
EN 196-2, Méthodes d'essai des ciments — Partie 2: Analyse chimique des ciments
EN 196-6, Méthodes d'essai des ciments — Partie 6: Détermination de la finesse
EN 196-7, Méthodes d'essai des ciments — Partie 7: Méthodes de prélèvement et d'échantillonnage du
ciment
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
NOTE En français, les termes «coulis» et «coulis de ciment» sont communément appelés «laitier» et «laitier de
ciment».
3.1
additif
matériau ajouté au coulis de ciment pour en modifier ou en améliorer certaines propriétés souhaitables
NOTE Les propriétés communes qui sont modifiées comprennent: modification du temps de prise (grâce à
l'utilisation de retardateurs ou d'accélérateurs), contrôle du filtrat, modification de la viscosité, etc.
3.2
consistomètre atmosphérique
appareil utilisé pour brasser et conditionner le coulis de ciment
NOTE Cet appareil n'est pas conçu pour mesurer le temps de pompabilité.
3.3
unité de consistance Bearden
B
c
mesure de la consistance du coulis de ciment lorsqu'elle est déterminée avec un consistomètre pressurisé
3.4
ciment
ciment Portland
clinker broyé, composé généralement de silicates de calcium hydrauliques et d'aluminates, contenant
généralement une ou plusieurs formes de sulfate de calcium en addition au broyage des produits
3.5
classe de ciment
désignation ISO destinée à définir les différentes classifications des ciments pour puits conformément à leur
utilisation prévue
3.6
qualité de ciment
désignation ISO destinée à définir la résistance aux sulfates d'un ciment particulier
3.7
mélange de ciment
mélange de poudre de ciment et d'autres matériaux secs
3.8
clinker
dans la fabrication du ciment, matériaux fondus au four et qui sont broyés avec du sulfate de calcium pour
fabriquer le ciment
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ISO 10426-1:2009(F)
3.9
résistance à la compression
force par unité de surface nécessaire pour briser par compression un échantillon de ciment pris
3.10
consistomètre
appareil utilisé pour mesurer le temps de pompabilité d'un coulis de ciment en conditions de température et
sous pression
3.11
filtrat
liquide extrait d'un coulis de ciment au cours de l'essai de filtration
3.12
fluide libre
liquide coloré ou non, qui se sépare d'un coulis de ciment en conditions statiques
3.13
cellule à coulis
cuve à coulis
cuve dans un consistomètre atmosphérique ou pressurisé utilisée pour contenir le coulis en vue de son
conditionnement ou de l'essai de temps de pompabilité
3.14
temps de pompabilité
durée au terme de laquelle la consistance d'un coulis de ciment est devenue si élevée que le coulis est réputé
impossible à pomper
NOTE Les résultats de l'essai du temps de pompabilité donnent une indication sur la durée pendant laquelle un
coulis de ciment est pompable dans les conditions d'essai.
4 Spécifications
4.1 Spécifications, exigences chimiques et physiques
4.1.1 Classes et qualités
4.1.1.1 Généralités
Un ciment pour puits doit être spécifié selon l'une des classes A, B, C, D, G et H et des qualités suivantes:
ciment ordinaire (O), ciment à résistance modérée aux sulfates (MSR, moderate sulfate-resistant) et ciment à
haute résistance aux sulfates (HSR, high sulfate-resistant).
Les applications sur chantier d'un ciment pour puits fabriqué et fourni conformément à la présente partie de
l'ISO 10426 peuvent être effectuées en utilisant des quantités d'eau ou d'additifs qui sont laissées au choix de
l'utilisateur. Il n'est pas prévu que la conformité de la fabrication avec la présente partie de l'ISO 10426 soit
basée sur les conditions de mise en place sur chantier.
L'addition de traitement ou l'utilisation d'agents modifiants la prise ou d'additifs chimiques utilisés pour réduire
le chrome (VI) ne doit pas empêcher un ciment pour puits de remplir les fonctions auxquelles il est destiné.
4.1.1.2 Classe A
Ce produit est obtenu par broyage d'un clinker, composé essentiellement de silicates de calcium hydrauliques,
et contenant habituellement une ou plusieurs formes de sulfate de calcium, comme adjuvant broyé et mêlé.
Au choix du fabricant, des additifs de procédé de fabrication peuvent être utilisés dans la fabrication du ciment
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ISO 10426-1:2009(F)
de classe A, à condition qu'il ait été prouvé que la quantité utilisée de ces matériaux a montré satisfaire aux
exigences de l'ASTM C465.
Ce produit est destiné à être utilisé lorsque des propriétés spécifiques ne sont pas requises. Il est disponible
uniquement en qualité O, semblable au type I de l'ASTM C150.
4.1.1.3 Classe B
Ce produit est obtenu par broyage d'un clinker, composé essentiellement de silicates de calcium hydrauliques,
et contenant habituellement une ou plusieurs formes de sulfate de calcium, comme adjuvant broyé et mêlé.
Au choix du fabricant, des additifs de procédé de fabrication peuvent être utilisés dans la fabrication du ciment
de classe B, à condition qu'il ait été prouvé que la quantité utilisée de ces matériaux a montré satisfaire aux
exigences de l'ASTM C465.
Ce produit est destiné à être utilisé lorsque les conditions requièrent une résistance aux sulfates modérée ou
forte. Il est disponible dans les deux qualités MSR et HSR, semblables au type II de l'ASTM C150.
4.1.1.4 Classe C
Ce produit est obtenu par broyage d'un clinker, composé essentiellement de silicates de calcium hydrauliques,
et contenant habituellement une ou plusieurs formes de sulfate de calcium, comme adjuvant broyé et mêlé.
Au choix du fabricant, des additifs de procédé de fabrication peuvent être utilisés dans la fabrication du ciment
de classe C, à condition qu'il ait été prouvé que la quantité utilisée de ces matériaux a montré satisfaire aux
exigences de l'ASTM C465.
Ce produit est destiné à être utilisé lorsque les conditions requièrent un développement rapide de la
résistance. Il est disponible en qualités O, MSR et HSR, semblables au type III de l'ASTM C150.
4.1.1.5 Classe D
Ce produit est obtenu par broyage d'un clinker, composé essentiellement de silicates de calcium hydrauliques,
et contenant habituellement une ou plusieurs formes de sulfate de calcium, comme adjuvant broyé et mêlé.
Au choix du fabricant, des additifs de procédé de fabrication peuvent être utilisés dans la fabrication du ciment
de classe D, à condition qu'il ait été prouvé que la quantité utilisée de ces matériaux a montré satisfaire aux
exigences de l'ASTM C465. De plus, au choix du fabricant, des agents de modification de prise adaptés
peuvent être broyés ou mélangés durant la fabrication.
Ce produit est destiné à être utilisé dans des conditions de températures et de pression modérées. Il est
disponible en qualités MSR et HSR.
4.1.1.6 Classe G
Ce produit est obtenu par broyage d'un clinker, composé essentiellement de silicates de calcium hydrauliques,
et contenant habituellement une ou plusieurs formes de sulfate de calcium, comme adjuvant broyé et mêlé.
Aucune addition autre que celle de sulfate de calcium ou d''eau, ou des deux, ne doit être broyée ou
mélangée avec le clinker pendant la fabrication du ciment pour puits de classe G.
Ce produit est conçu pour être utilisé comme ciment pour puits de base. Il est disponible en qualités MSR et
HSR.
4.1.1.7 Classe H
Ce produit est obtenu par broyage d'un clinker, composé essentiellement de silicates de calcium hydrauliques,
et contenant habituellement une ou plusieurs formes de sulfate de calcium, comme adjuvant broyé et mêlé
Aucune addition autre que celle de sulfate de calcium ou d'eau, ou des deux, ne doit être broyée ou mélangée
avec le clinker pendant la fabrication du ciment pour puits de classe H.
4 © ISO 2009 – Tous droits réservés
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ISO 10426-1:2009(F)
Ce produit est conçu pour être utilisé comme ciment pour puits de base. Il est disponible en qualités MSR et
HSR.
4.1.2 Exigences chimiques
Les matériaux pour la cimentation des puits doivent être conformes aux exigences chimiques respectives en
fonction des classes et des qualités données en référence dans le Tableau 1. Il n'est pas prévu que cette
conformité de fabrication soit applicable aux conditions de chantier. Cette partie de l'ISO 10426 n'est pas
applicable pour l'usage de ciments ne satisfaisant pas aux exigences chimiques des classes et des qualités
telles que présentées dans le Tableau 1.
Les analyses chimiques des ciments hydrauliques doivent être effectuées comme spécifiées dans l'EN 196-2.
NOTE Pour les besoins de cette disposition, l'ASTM C114 est équivalente à l'EN 196-2.
Tableau 1 — Exigences chimiques
Classe de ciment
A B C D G H
Qualité ordinaire (O)
a
Oxyde de magnésium (MgO), maximum en %
6,0 6,0 NA NA NA
NA
b
Trioxyde de soufre (SO ), maximum en % 3,5 NA 4,5 NA NA NA
3
Perte au feu, maximum en %
3,0 NA 3,0 NA NA NA
Résidu insoluble, maximum en % 0,75 NA 0,75 NA NA NA
d
c
Aluminate tricalcique (C A), maximum en %
AE NA 15 NA NA NA
3
Ciment à résistance modérée aux sulfates (MSR)
Oxyde de magnésium (MgO), maximum en %
NA 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0
b
Trioxyde de soufre (SO ), maximum en %
NA 3,0 3,5 3,0 3,0 3,0
3
Perte au feu, maximum en % NA 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
Résidu insoluble, maximum en % NA 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
d
Silicate tricalcique (C S) maximum en % NA AE AE AE 58 58
3
d
minimum en %
NA AE AE AE 48 48
d
Aluminate tricalcique (C A), maximum en % NA 8 8 8 8 8
3
Teneur totale en alcalis, exprimée en équivalent
NA AE AE AE 0,75 0,75
e
d'oxyde de sodium (Na O), maximum en %
2
Ciment à haute résistance aux sulfates (HSR)
Oxyde de magnésium (MgO), maximum en % NA 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0
b
Trioxyde de soufre (SO ), maximum en %
NA 3,0 3,5 3,0 3,0 3,0
3
Perte au feu, maximum en % NA 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
Résidu insoluble, maximum en % NA 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
d
Silicate tricalcique (C S) maximum en %
NA AE AE AE 65 65
3
d
minimum en % NA AE AE AE 48 48
d
Aluminate tricalcique (C A), maximum en %
NA 3 3 3 3 3
3
«à suivre»
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ISO 10426-1:2009(F)
Tableau 1 (suite et fin)
Classe de ciment
A B C D G H
Aluminoferrite tétracalcique (C AF) plus le double
4
NA 24 24 24 24 24
d
d'aluminate tricalcique (C A), maximum en %
3
Teneur totale en alcalis, exprimée en équivalent
NA AE AE AE 0,75 0,75
e
d'oxyde de sodium (Na O), maximum en %
2
a
NA signifie «Non Applicable».
b
Si la teneur en aluminate tricalcique (exprimée en C A) du ciment est inférieure ou égale à 8 %, la teneur maximale en SO doit
3 3
être de 3 %, ou de 3,5 % pour un ciment de classe C.
c
AE signifie «Aucune Exigence».
d
L'expression des limitations chimiques à partir de celui du calcul de composants supposés ne signifie pas nécessairement que les
oxydes sont effectivement ou totalement présents en tant que tels. Les composés sont calculés selon le rapport des pourcentages en
masse d'Al O et de Fe O , où w est la fraction massique en pourcentage du composé indiqué dans l'indice:
2 3 2 3
— si w /w est supérieur à 0,64, les composés doivent être calculés selon les formules suivantes:
Fe O
Al O
2 3 2 3
C A = 2,65w − 1,69w
3 O Fe O
Al
2 3 2 3
C S = 4,07w − 7,60w − 6,72w − 1,43w − 2,85w
3 SiO
CaO Al O Fe O SO
2 2 3 2 3 3
C AF = 3,04w
4
Fe O
2 3
— si w /w est inférieur ou égal à 0,64, la teneur en C A est égale à zéro.
Al O Fe O 3
2 3 2 3
— C S et C AF doivent être calculés selon les formules suivantes:
3 4
C S = 4,07w − 7,60w − 4,48w − 2,86w − 2,85w
3
CaO SiO Al O Fe O SO
2 2 3 2 3 3
C AF = 3,04w
4 Fe O
2 3
e
L'équivalence en oxyde de sodium, exprimée en Na O équivalent, doit être calculée selon la formule:
2
Na O équivalent = 0,658w + w .
2 K O Na O
2 2
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ISO 10426-1:2009(F)
4.1.3 Exigences physiques et relatives aux performances
Le ciment pour puits doit être conforme aux exigences physiques et à celles relatives aux performances
spécifiées dans le Tableau 2 et dans les Articles 6 à 10.
Tableau 2 — Récapitulatif des exigences physiques et relatives aux performances
Classe de ciment pour puits
A B C D G H
Eau de gâchage, en % de fraction de masse du ciment (Tableau 5)
46 46 56 38 44 38
Essais de finesse (autres méthodes possibles) (Article 6)
2
a
150 160 220 AE AE AE
Turbidimètre (surface spécifique spécifiée, minimum m /kg)
2
Perméabilité à l'air (surface spécifique spécifiée, minimum m /kg) 280 280 400 AE AE AE
Teneur en fluide libre, maximum en % (Article 8)
AE AE AE AE 5,9 5,9
Essai de résistance Numéro de Température de Pression de Résistance à la compression minimale
à la compression programme vieillissement vieillissement
MPa (psi)
(8 h de temps de finale en MPa (psi)
Tableau 6
vieillissement) en °C (°F)
b
(Article 9) NA 38 (100) atm. 1,7 1,4 2,1 AE 2,1 2,1 (300)
(250) (200) (300) (300)
(Article 9) NA 60 (140) atm. AE AE AE AE 10,3 10,3
(1 500) (1 500)
(Article 9) 6S 110 (230) 20,7 AE AE AE 3,4 AE AE
(500)
Essai de résistance Numéro de Température de Pression de Résistance à la compression minimale
à la compression programme vieillissement vieillissement
MPa (psi)
(24 h de temps de Tableau 6 finale MPa (psi)
vieillissement) de °C (°F)
(Article 9) NA 38 (100) atm. 12,4 10,3 13,8 AE AE AE
(1 800) (1 500) (2 000)
(Article 9) 4S 77 (170) 20,7 (3 000) AE AE AE 6,9 AE AE
(1 000)
(Article 9) 6S 110 (230) 20,7 (3 000) AE AE AE 13,8 AE AE
(2 000)
Essai de temps de Numéro de Consistance maximale (durée du Temps de pompabilité (minimal/maximal) min
c
pompabilité programme brassage 15 min à 30 min) B
c
de l'essai de
spécification
Tableaux 9
à 11
d d d d
(Article 10) 4 30 90 90 90 90 AE AE
d d
(Article 10) 5 30 AE AE AE AE 90 90
e e
(Article 10) 5 30 AE AE AE AE 120 120
d
(Article 10) 6 30 AE AE AE 100 AE AE
a
AE signifie «Aucune exigence».
b
NA signifie «Non Applicable».
c
Unités Bearden de consistance, B , obtenues avec un consistomètre pressurisé, conforme à la définition de l'Article 10 et étalonné
c
conformément à ce même article.
d
Temps de pompabilité minimal.
e
Temps de pompabilité maximal.
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ISO 10426-1:2009(F)
4.2 Fréquence d'échantillonnage, programmation des essais et équipement
4.2.1 Fréquence d'échantillonnage
4.2.1.1 Dans
...
Questions, Comments and Discussion
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