Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production — Part 1: General principles for selection of cracking-resistant materials

This document describes general principles and gives requirements and recommendations for the selection and qualification of metallic materials for service in equipment used in oil and gas production and in natural-gas sweetening plants in H2S-containing environments, where the failure of such equipment can pose a risk to the health and safety of the public and personnel or to the environment. It can be applied to help to avoid costly corrosion damage to the equipment itself. It supplements, but does not replace, the materials requirements given in the appropriate design codes, standards, or regulations. This document addresses all mechanisms of cracking that can be caused by H2S, including sulfide stress cracking, stress corrosion cracking, hydrogen-induced cracking and stepwise cracking, stress-oriented hydrogen-induced cracking, soft zone cracking, and galvanically induced hydrogen stress cracking. Table 1 provides a non-exhaustive list of equipment to which this document is applicable, including exclusions. This document applies to the qualification and selection of materials for equipment designed and constructed using load controlled design methods. For design utilizing strain-based design methods, see Clause 5. This document is not necessarily applicable to equipment used in refining or downstream processes and equipment.

Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S) dans la production de pétrole et de gaz — Partie 1: Principes généraux pour le choix des matériaux résistant à la fissuration

Le présent document décrit les principes généraux, spécifie des exigences et donne des recommandations concernant le choix et la qualification de matériaux métalliques destinés à être exposés à des environnements contenant de l'H2S, dans les équipements utilisés dans la production de pétrole et de gaz ainsi que dans les installations de traitement du gaz naturel, où la rupture d'un équipement peut présenter un risque pour la santé et la sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Il peut être appliqué pour aider à prévenir les dommages coûteux occasionnés par la corrosion aux équipements. Il complète, sans toutefois s'y substituer, les exigences concernant les matériaux des codes de construction, normes ou autres réglementations appropriées. Le présent document traite de tous les mécanismes de fissuration pouvant être induits par l'H2S, à savoir la fissuration sous contrainte par l'H2S et/ou tout autre agent dépassivant, la décohésion interne et la fissuration en gradins, la décohésion interne sous contrainte, la fissuration des zones de plus faible dureté et la fissuration en milieu hydrogénant induite par couplage galvanique. Le Tableau 1 donne une liste non exhaustive d'équipements relevant du domaine d'application du présent document et comprenant une liste d'équipements pouvant en être exclus. Le présent document s'applique à la qualification et au choix des matériaux pour les équipements conçus et construits sur la base des méthodes de calcul sous charge contrôlée. Pour les conceptions effectuées sur la base de méthodes de calcul basées sur le niveau de déformation acceptable, voir l'Article 5. L'application du présent document ne convient pas nécessairement aux processus et équipements de raffinage ou en aval.

General Information

Status

Published

Publication Date

16-Nov-2020

ICS

75.180.01 - Equipment for petroleum and natural gas industries in general

Technical Committee

ISO/TC 67 - Materials, equipment and offshore structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries

Drafting Committee

ISO/TC 67/WG 7 - Corrosion resistant materials

Current Stage

6060 - International Standard published

Start Date

17-Nov-2020

Due Date

07-Oct-2021

Completion Date

17-Nov-2020

Ref Project

Relations

Consolidates

ISO 683-3:2016 - Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 3: Case-hardening steels

Effective Date

06-Jun-2022

Revises

ISO 15156-1:2015 - Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production — Part 1: General principles for selection of cracking-resistant materials

Effective Date

23-Apr-2020

Buy Standard

ISO 15156-1:2020 - Petroleum and natural gas industries -- Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production

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ISO 15156-1:2020 - Petroleum and natural gas industries -- Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production

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ISO 15156-1:2020 - Industries du pétrole et du gaz naturel -- Matériaux pour utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S) dans la production de pétrole et de gaz

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ISO 15156-1:2020 - Industries du pétrole et du gaz naturel -- Matériaux pour utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S) dans la production de pétrole et de gaz

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ISO/FDIS 15156-1:Version 09-jun-2020 - Petroleum and natural gas industries -- Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production

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Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15156-1
Fourth edition
2020-11
Petroleum and natural gas
industries — Materials for use in H₂S-
containing environments in oil and
gas production —
Part 1:
General principles for selection of
cracking-resistant materials
Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation
dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H₂S) dans
la production de pétrole et de gaz —
Partie 1: Principes généraux pour le choix des matériaux résistant à la
fissuration
Reference number
ISO 15156-1:2020(E)
ISO 2020
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ISO 15156-1:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 15156-1:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ......................................................................................................................................................................................2

3 Terms and definitions .....................................................................................................................................................................................2

4 Abbreviated terms .............................................................................................................................................................................................. 6

5 General principles ............................................................................................................................................................................................... 6

6 Evaluation and definition of service conditions to enable material selection .....................................7

7 Selection of materials resistant to SSC/SCC in the presence of sulfides from existing

lists and tables ........................................................................................................................................................................................................ 8

8 Qualification of materials for HS service .................................................................................................................................. 8

8.1 Material description and documentation ........................................................................................................................ 8

8.2 Qualification based upon field experience ...................................................................................................................... 8

8.3 Qualification based upon laboratory testing ................................................................................................................. 8

8.3.1 General...................................................................................................................................................................................... 8

8.3.2 Sampling of materials for laboratory testing .......................................................................................... 9

8.3.3 Selection of laboratory test methods ............................................................................................................. 9

8.3.4 Conditions to be applied during testing ...................................................................................................... 9

8.3.5 Acceptance criteria ........................................................................................................................................................ 9

9 Report of the method of selection or qualification ........................................................................................................... 9

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................11

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.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

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. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore

structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, in collaboration with the European

Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 12, Materials, equipment and

offshore structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, in accordance with the

Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).

This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 15156-1:2015), which has been

technically revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:

— new definition on "galvanically induced hydrogen stress cracking" (see 3.14), "chemical activity"

(see 3.27) and "fugacity" (see 3.28);

— inclusion of an expanded description of factors affecting the susceptibility of materials to cracking

caused by H S. The expanded description includes specific guidance provided in ISO 15156-2:2020,

Annex C for gas phase containing systems using H S fugacity (as an alternative to H S partial

2 2

pressure) and application of non-ideal thermodynamic rules for gas-free liquid systems.

A list of all parts in the ISO 15156 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 15156-1:2020(E)
Introduction

The consequences of sudden failures of metallic oil and gas field components, associated with their

exposure to H S-containing production fluids, led to the preparation of the first edition of NACE MR0175,

which was published in 1975 by the National Association of Corrosion Engineers, now known as NACE

International.

The original and subsequent editions of NACE MR0175 established limits of H S partial pressure above

which precautions against sulfide stress cracking (SSC) were always considered necessary. They

also provided guidance for the selection and specification of SSC-resistant materials when the H S

thresholds were exceeded. In more recent editions, NACE MR0175 has also provided application limits

for some corrosion-resistant alloys, in terms of environmental composition and pH, temperature, and

H S partial pressures.

In separate developments, the European Federation of Corrosion issued EFC Publication 16 in 1995 and

EFC Publication 17 in 1996. These documents are generally complementary to those of NACE though

they differed in scope and detail.

In 2003, the publication of the ISO 15156 series and NACE MR0175/ISO 15156 was completed for the

first time. These technically identical documents utilized the above sources to provide requirements

and recommendations for materials qualification and selection for application in environments

containing wet H S in oil and gas production systems. They are complemented by NACE TM0177 and

NACE TM0284 test methods.

The revision of this document, i.e. ISO 15156-1, involves a consolidation of all changes agreed and

published in the Technical Circular 1, ISO 15156-1:2015/Cir.1:2017, published by the ISO 15156 series

Maintenance Agency secretariat at DIN.

The changes were developed by, and approved by the ballot of, representative groups from within

the oil and gas production industry. The great majority of these changes stem from issues raised by

document users. A description of the process by which these changes were approved can be found at

the ISO 15156 series maintenance website: www .iso .org/ iso15156maintenance.

When found necessary by oil and gas production industry experts, future interim changes to this

document will be processed in the same way and will lead to interim updates to this document in

the form of Technical Corrigenda or Technical Circulars. Document users should be aware that such

documents can exist and can impact the validity of the dated references in this document.

The ISO 15156 series Maintenance Agency at DIN was set up after approval by the ISO Technical

Management Board given in document 34/2007. This document describes the makeup of the agency,

which includes experts from NACE, EFC, and ISO/TC 67, and the process for approval of amendments.

It is available from the ISO 15156 series maintenance website and from the ISO/TC 67 Secretariat. The

website also provides access to related documents that provide more detail of the ISO 15156 series

maintenance activities.
© ISO 2020 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15156-1:2020(E)
Petroleum and natural gas industries — Materials
for use in H₂S-containing environments in oil and gas
production —
Part 1:
General principles for selection of cracking-resistant
materials

WARNING — Metallic materials selected using this document are resistant to cracking in defined

HS-containing environments in oil and gas production but not necessarily immune to cracking

under all service conditions. It is the equipment user's responsibility to select materials suitable

for the intended service.
1 Scope

This document describes general principles and gives requirements and recommendations for the

selection and qualification of metallic materials for service in equipment used in oil and gas production

and in natural-gas sweetening plants in H S-containing environments, where the failure of such

equipment can pose a risk to the health and safety of the public and personnel or to the environment.

It can be applied to help to avoid costly corrosion damage to the equipment itself. It supplements, but

does not replace, the materials requirements given in the appropriate design codes, standards, or

regulations.

This document addresses all mechanisms of cracking that can be caused by H S, including sulfide stress

cracking, stress corrosion cracking, hydrogen-induced cracking and stepwise cracking, stress-oriented

hydrogen-induced cracking, soft zone cracking, and galvanically induced hydrogen stress cracking.

Table 1 provides a non-exhaustive list of equipment to which this document is applicable, including

exclusions.

This document applies to the qualification and selection of materials for equipment designed and

constructed using load controlled design methods. For design utilizing strain-based design methods,

see Clause 5.

This document is not necessarily applicable to equipment used in refining or downstream processes

and equipment.
© ISO 2020 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 15156-1:2020(E)
Table 1 — List of equipment
This document is applicable to materials used for Exclusions
the following equipment

Drilling, well construction, and well-servicing Equipment exposed only to drilling fluids of controlled

equipment composition
Drill bits
Blowout preventer (BOP) shear blades
Drilling riser systems
Work strings
Wireline and wireline equipment
Surface and intermediate casing
Wells, including subsurface equipment, gas-lift Sucker rod pumps and sucker rods
equipment, wellheads, and christmas trees
Electric submersible pumps
Other artificial lift equipment
Slips

Flowlines, gathering lines, field facilities, and field Crude-oil storage and handling facilities operating at a

processing plants total absolute pressure below 0,45 MPa (65 psi)
Water-handling equipment Water-handling facilities operating at a total absolute
pressure below 0,45 MPa (65 psi)
Water injection and water disposal equipment
Natural-gas treatment plants —

Transportation pipelines for liquids, gases, and Lines handling gas prepared for general commercial

multiphase fluids and domestic use
For all equipment above Components loaded only in compression
See ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.3 for more information.
See ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.1 for more information.
Wireline lubricators and lubricator connecting devices are not excluded.
For sucker rod pumps and sucker rods, reference can be made to NACE MR0176.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements 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 15156-2, Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H S-containing environments in

oil and gas production — Part 2: Cracking-resistant carbon and low alloy steels, and the use of cast irons

ISO 15156-3, Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H S-containing environments in

oil and gas production — Part 3: Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys

3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
2 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 15156-1:2020(E)
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
blowout preventer
BOP

mechanical device capable of containing pressure, used for control of well fluids and drilling fluids

during drilling operations
3.2
brazing

joining metals by flowing a thin layer (of capillary thickness) of a lower-melting-point non-ferrous filler

metal in the space between them
3.3
carbon steel

alloy of carbon and iron containing up to 2 % mass fraction carbon and up to 1,65 % mass fraction

manganese and residual quantities of other elements, except those intentionally added in specific

quantities for deoxidation (usually silicon and/or aluminium)

Note 1 to entry: Carbon steels used in the petroleum industry usually contain less than 0,8 % mass fraction carbon.

3.4
christmas tree
equipment at a wellhead for the control of fluid production or injection
3.5
cold work

plastic deformation of metal under conditions of temperature and strain rate that induce strain

hardening, usually, but not necessarily, conducted at room temperature
3.6
corrosion-resistant alloy
CRA

alloy intended to be resistant to general and localized corrosion of oilfield environments that are

corrosive to carbon steels (3.3)
3.7
ferrite
body-centred cubic crystalline phase of iron-based alloys
3.8
ferritic steel

steel whose microstructure (3.16) at room temperature consists predominantly of ferrite (3.7)

3.9
hardness
resistance of metal to plastic deformation, usually measured by indentation
3.10
heat-affected zone
HAZ

portion of the base metal that is not melted during brazing, cutting, or welding, but whose microstructure

(3.16) and properties are altered by the heat of these processes
3.11
heat treatment

heating and cooling a solid metal or alloy in such a way as to obtain desired properties

Note 1 to entry: Heating for the sole purpose of hot working is not considered heat treatment.

© ISO 2020 – All rights reserved 3
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ISO 15156-1:2020(E)
3.12
hydrogen-induced cracking
HIC

planar cracking that occurs in carbon and low alloy steels when atomic hydrogen diffuses into the steel

and then combines to form molecular hydrogen at trap sites

Note 1 to entry: Cracking results from the pressurization of trap sites by hydrogen. No externally applied stress

is required for the formation of hydrogen-induced cracks. Trap sites capable of causing HIC are commonly found

in steels with high impurity levels that have a high density of planar inclusions and/or regions of anomalous

microstructure (3.16) (e.g. banding) produced by segregation of impurity and alloying elements in the steel. This

form of hydrogen-induced cracking is not related to welding.
3.13
hydrogen stress cracking
HSC

cracking that results from the presence of hydrogen in a metal and tensile stress (residual and/or

applied)
Note 1 to entry: SSC and GHSC are forms of HSC
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15156-1
Quatrième édition
2020-11
Industries du pétrole et du gaz
naturel — Matériaux pour utilisation
dans des environnements contenant
de l'hydrogène sulfuré (H S) dans la
production de pétrole et de gaz —
Partie 1:
Principes généraux pour le choix des
matériaux résistant à la fissuration
Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H S-
containing environments in oil and gas production —
Part 1: General principles for selection of cracking-resistant materials
Numéro de référence
ISO 15156-1:2020(F)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 15156-1:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2020

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 15156-1:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 2

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 2

4 Abréviations .............................................................................................................................................................................................................. 6

5 Principes généraux ............................................................................................................................................................................................ 7

6 Évaluation et définition des conditions de service en vue du choix des matériaux .......................7

7 Choix des matériaux résistant à la SSC/SCC, en présence de sulfures, à partir des

listes et tableaux existants ......................................................................................................................................................................... 8

8 Qualification de matériaux pour service H S ......................................................................................................................... 9

8.1 Description et documentation des matériaux ............................................................................................................. 9

8.2 Qualification basée sur l'expérience sur site ................................................................................................................ 9

8.3 Qualification basée sur des essais de laboratoire ..................................................................................................... 9

8.3.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 9

8.3.2 Échantillonnage des matériaux pour les essais de laboratoire ............................................... 9

8.3.3 Choix des méthodes d'essai de laboratoire ............................................................................................10

8.3.4 Conditions d'essai ........................................................................................................................................................10

8.3.5 Critères d'acceptation ..............................................................................................................................................10

9 Rapport de la méthode de sélection ou de qualification .........................................................................................10

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................12

© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 15156-1:2020(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 (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée 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. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures

en mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, en collaboration avec le comité

technique CEN/TC 12, Matériel, équipement et structures en mer pour les industries du pétrole, de la

pétrochimie et du gaz naturel, du Comité européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de

coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).

Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 15156-1:2015), qui a fait l'objet

d'une révision technique. Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les

suivantes:

— nouvelles définitions pour «fissuration en milieu hydrogénant induite par couplage galvanique»

(voir 3.14), «activité chimique» (voir 3.27) et «fugacité» (voir 3.28);

— ajout d'une description étendue des facteurs affectant la sensibilité des matériaux à la fissuration

par l'H S. La description étendue inclut des recommandations spécifiques fournies à l'Annexe C

de l'ISO 15156-2:2020 pour les systèmes en phase gazeuse utilisant la fugacité de l'H S (comme

alternative à la pression partielle d'H S) et l'application de règles thermodynamiques non idéales

pour les systèmes liquides sans phase gazeuse.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 15156 se trouve sur le site web de l'ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 15156-1:2020(F)
Introduction

Les conséquences de la rupture soudaine des composants métalliques des champs de pétrole et de

gaz, associée à leur exposition à des fluides de production contenant de l'hydrogène sulfuré (H S), ont

conduit à l'élaboration de la première édition de la NACE MR0175. Cette norme a été publiée en 1975 par

la National Association of Corrosion Engineers (Association nationale des ingénieurs en prévention de

la corrosion), connue désormais sous l'appellation NACE International.

La première édition ainsi que les éditions suivantes de la NACE MR0175 ont établi des limites de

pression partielle d'H S au-delà desquelles des mesures contre la fissuration sous contrainte par

l'H S (SSC, Sulfide Stress Cracking) ont toujours été jugées nécessaires. Elles ont également fourni

des recommandations concernant le choix et la spécification de matériaux résistant à ce type de

fissuration lors du dépassement des seuils d'H S. Des éditions plus récentes de la NACE MR0175 ont

également spécifié des limites de résistance pour certains alliages résistant à la corrosion, en termes de

composition et de pH de milieu, de température et de pressions partielles d'H S.

La Fédération européenne de la corrosion (EFC, European Federation of Corrosion) a publié séparément

la Publication EFC 16 en 1995 et la Publication EFC 17 en 1996. Ces documents sont généralement

complémentaires de ceux de la NACE, bien que différents dans leur domaine d'application et leur

contenu.

En 2003, la série de normes ISO 15156 et la NACE MR0175/ISO 15156 ont été publiées pour la première

fois. Ces documents identiques sur le plan technique ont utilisé les sources susmentionnées pour

spécifier des exigences et des recommandations concernant la qualification et le choix de matériaux

destinés à être utilisés dans des environnements aqueux contenant de l'H S dans la production de

pétrole et de gaz. Ils sont complétés par les méthodes d'essai de la NACE TM0177 et de la NACE TM0284.

La révision du présent document (ISO 15156-1) implique une consolidation de toutes les modifications

apportées qui ont été approuvées et publiées dans la Circulaire technique 1, ISO 15156-1:2015/

Cir.1:2017, publiée par le secrétariat de l'Agence de Maintenance de la série ISO 15156 au DIN.

Les modifications ont été élaborées et approuvées par le vote des groupes représentatifs issus de

l'industrie de production de pétrole et de gaz. La grande majorité de ces modifications sont issues des

questions soulevées par les utilisateurs des documents. Une description du processus ayant permis

l'approbation de ces modifications est disponible sur le site web de maintenance de la série ISO 15156, à

l'adresse www .iso .org/ iso15156maintenance.

Lorsque les experts de l'industrie de production de pétrole et de gaz les estiment nécessaires, les

futures modifications provisoires devant être apportées au présent document seront traitées de la

même manière et impliqueront des mises à jour provisoires du présent document qui se présenteront

sous la forme de Rectificatifs techniques ou de Circulaires techniques. Il convient que les utilisateurs

du présent document soient conscients que de tels documents peuvent exister et qu'ils peuvent avoir un

impact sur la validité des références datées citées dans le présent document.

L'Agence de Maintenance de la série ISO 15156 au DIN, a été créée après son approbation par le Bureau

de Gestion Technique de l'ISO, communiquée dans le document 34/2007. Ce document décrit la création

de l'Agence, qui comprend des experts de la NACE, de l'EFC et de l'ISO/TC 67, ainsi que le processus

d'approbation des amendements. Il est disponible sur le site web de maintenance de la série ISO 15156

et auprès du Secrétariat de l'ISO/TC 67. Ce site web permet également d'accéder aux documents associés

qui fournissent plus de détails sur les activités de maintenance de la série ISO 15156.

© ISO 2020 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 15156-1:2020(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux
pour utilisation dans des environnements contenant de
l'hydrogène sulfuré (H S) dans la production de pétrole et
de gaz —
Partie 1:
Principes généraux pour le choix des matériaux résistant à
la fissuration

AVERTISSEMENT — Les matériaux métalliques choisis à l'aide du présent document résistent

à la fissuration dans les conditions de service définies pour les environnements contenant de

l'H S dans la production de pétrole et de gaz, mais ils ne sont pas nécessairement insensibles

à la fissuration en toutes conditions de service. Il est de la responsabilité de l'utilisateur des

équipements de choisir des matériaux appropriés au service voulu.
1 Domaine d'application

Le présent document décrit les principes généraux, spécifie des exigences et donne des

recommandations concernant le choix et la qualification de matériaux métalliques destinés à être

exposés à des environnements contenant de l'H S, dans les équipements utilisés dans la production

de pétrole et de gaz ainsi que dans les installations de traitement du gaz naturel, où la rupture d'un

équipement peut présenter un risque pour la santé et la sécurité du public et du personnel ou pour

l'environnement. Il peut être appliqué pour aider à prévenir les dommages coûteux occasionnés par

la corrosion aux équipements. Il complète, sans toutefois s'y substituer, les exigences concernant les

matériaux des codes de construction, normes ou autres réglementations appropriées.

Le présent document traite de tous les mécanismes de fissuration pouvant être induits par l'H S, à

savoir la fissuration sous contrainte par l'H S et/ou tout autre agent dépassivant, la décohésion interne

et la fissuration en gradins, la décohésion interne sous contrainte, la fissuration des zones de plus faible

dureté et la fissuration en milieu hydrogénant induite par couplage galvanique.

Le Tableau 1 donne une liste non exhaustive d'équipements relevant du domaine d'application du

présent document et comprenant une liste d'équipements pouvant en être exclus.

Le présent document s'applique à la qualification et au choix des matériaux pour les équipements conçus

et construits sur la base des méthodes de calcul sous charge contrôlée. Pour les conceptions effectuées

sur la base de méthodes de calcul basées sur le niveau de déformation acceptable, voir l'Article 5.

L'application du présent document ne convient pas nécessairement aux processus et équipements de

raffinage ou en aval.
© ISO 2020 – Tous droits réservés 1
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ISO 15156-1:2020(F)
Tableau 1 — Liste des équipements
Le présent document s'applique aux matériaux Exclusions
utilisés avec les équipements suivants

Équipements de forage, de construction des puits et Équipements exposés uniquement à des fluides de

d'entretien des puits forage de composition contrôlée
Trépans
Bloc d'obturation de puits (BOP, Blowout Preventer)
Systèmes de tubes prolongateurs de forage
Colonnes de travail
Câble et équipement de travail au câble
Tubes de cuvelage de surface et intermédiaires

Puits, y compris les équipements de subsurface, les Pompes à tiges de pompage et tiges de pompage

équipements destinés à l’allègement au gaz (gas lift),
Pompes submersibles électriques
les têtes de puits et les christmas trees
Autre équipement d'allègement artificiel
Coins

Conduites, lignes de collecte, installations et unités de Installations de stockage et de traitement du pétrole

traitement sur sites de production brut fonctionnant à une pression absolue totale infé-

rieure à 0,45 MPa (4,5 bar)

Matériel de traitement des eaux Installations de traitement des eaux fonctionnant

à une pression absolue totale inférieure à 0,45 MPa
(4,5 bar)
Matériel d'injection d'eau et de rejet d'eau
Installations de traitement du gaz naturel —

Conduites de transport de liquides, gaz et fluides poly- Conduites de gaz conditionné pour un usage commer-

phasiques cial général et domestique

Pour tous les équipements ci-dessus Composants chargés uniquement par compression

Voir l'ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.3 pour plus d'informations.
Voir l'ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.1 pour plus d'informations.

Les lubrificateurs des câbles et les dispositifs de liaison des lubrificateurs ne sont pas exclus.

Pour les pompes à tiges de pompage et les tiges de pompage, se référer à la NACE MR0176.

2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences 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 15156-2, Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des environnements

contenant de l'hydrogène sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de gaz — Partie 2: Aciers au carbone

et aciers faiblement alliés résistant à la fissuration, et utilisation de fontes

ISO 15156-3, Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des environnements

contenant de l'hydrogène sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de gaz — Partie 3: ARC (alliages

résistant à la corrosion) et autres alliages résistant à la fissuration
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

2 © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 15156-1:2020(F)

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
bloc d'obturation de puits
BOP

dispositif mécanique capable de confiner la pression, utilisé pour contrôler les fluides de puits et les

fluides de forage lors des opérations de forage
3.2
brasage

assemblage de métaux par insertion entre ces métaux d'une mince couche fondue (d'épaisseur

capillaire) d'un métal d'apport non ferreux et de point de fusion inférieur
3.3
acier au carbone

alliage de carbone et de fer contenant un pourcentage maximal de 2 % de fraction massique de carbone

et de 1,65 % de fraction massique de manganèse ainsi que des quantités résiduelles d'autres éléments, à

l'exception de ceux ajoutés délibérément en quantités spécifiques pour désoxydation (généralement du

silicium et/ou de l'aluminium)

Note 1 à l'article: Les aciers au carbone utilisés dans l'industrie du pétrole contiennent généralement moins

de 0,8 % de fraction massique de carbone.
3.4
christmas tree

équipement au niveau de la tête de puits permettant de contrôler la production ou l'injection de fluide

3.5
écrouissage

déformation plastique d'un métal dans des conditions de température et de vitesse de déformation

entraînant un durcissement par déformation, s'effectuant généralement, mais non obligatoirement, à

température ambiante
3.6
alliage résistant à la corrosion
CRA

alliage utilisé pour sa résistance à la corrosion, générale et localisée, dans des milieux pétroliers

corrodant les aciers au carbone (3.3)
3.7
ferrite
phase cristalline cubique centrée d'alliages ferreux
3.8
acier ferritique

acier dont la microstructure (3.16) à température ambiante se compose essentiellement de ferrite (3.7)

3.9
dureté

résistance d'un métal à la déformation plastique, généralement mesurée à l'aide d'une empreinte

3.10
zone affectée thermiquement
ZAT

partie du métal de base qui n'est pas en fusion lors du brasage, du découpage ou du soudage, mais dont

la microstructure (3.16) et les propriétés sont modifiées par l'énergie émise par ces différents procédés

© ISO 2020 – Tous droits réservés 3
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ISO 15156-1:2020(F)
3.11
traitement thermique

opérations de chauffage et de refroidissement d'un métal ou d'un alliage solide visant à obtenir les

propriétés souhaitées

Note 1 à l'article: Le chauffage dans le seul but de procéder à une déformation à chaud n'est pas considéré comme

un traitement thermique.
3.12
décohésion interne
HIC

fissuration dans le sens du laminage des aciers au carbone et des aciers faiblement alliés due à la

recombinaison au voisinage de sites de piégeage d'hydrogène protonique en hydrogène moléculaire

Note 1 à l'article: La fissuration est due à la pressurisation des pièges par l'hydrogène. La formation de décohésions

internes ne requiert l'application d'aucune contrainte extérieure. Les pièges pouvant engendrer une décohésion

interne se rencontrent généralement dans les aciers présentant des niveaux élevés d'impureté et une densité

élevée d'inclusions et/ou régions de microstructure (3.16) hétérogènes (par exemple structure en bandes), dues

à la ségrégation des impuretés et des éléments d'alliage dans l'acier. Cette forme de fragilisation par l'hydrogène

n'a aucun rapport avec le soudage.
3.13
fissuration en milieu hydrogénant
HSC

fissuration due à la présence d'hydrogène dans un métal et à une contrainte de traction (résiduelle et/

ou appliquée)

Note 1 à l'article: La fissuration sous contrainte par l'H S et la fissuration en milieu hydrogénant induite par

couplage galvanique sont des formes de fissuration en milieu hydrogénant.
3.14
fissuration en milieu hydrogénant induite par couplage galvanique
GHSC (Galvanically induced Hydrogen Stress Cracking)

fissuration due à la présence d'hydrogène dans un métal, induite dans la cathode d'un couple galvanique,

et à une contrainte de traction (résiduelle et/ou appliquée)
3.15
acier faiblement allié

acier dont la teneur totale en élément d'alliage ne dépasse pas 5 % de fraction massique environ mais

est supérieure à celle définie pour l'acier au carbone (3.3)
3.16
microstructure

structure d'un métal observée par examen microscopique d'une éprouvette convenablement préparée

3.17
pression partielle

pression qu'exercerait un constituant individuel d'un gaz s'il occupait seul, à la même température, tout

le volume offert au mélange

Note 1 à l'article: Pour un mélange de gaz parfaits, la pression partielle de chaque constituant est égale à la

pression totale multipliée par sa fraction molaire dans le mélange, sa fraction molaire étant égale à la fraction

volumique du constituant.
3.18
contrainte résiduelle

contrainte s'exerçant sur un composant non soumis à des forces extérieures ou à des gradients

thermiques
4 © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 15156-1:2020(F)
3.19
fissuration des zones de plus faible dureté
SZC

forme de fissuration sous contrainte par l'H S (SSC) pouvant se produire lorsqu'un acier comporte une

«zone de plus faible dureté» correspondant localement à un matériau de faible limite d'élasticité

Note 1 à l'article: Sous l'effet des contraintes en service, les zones de plus faible dureté peuvent subir et accumuler

une déformation plastique locale, ce qui augmente la sensibilité à la SSC d'un matériau qui, sans cela, aurait été

résistant à ce type de rupture. Les zones de plus faible dureté sont généralement associées aux soudures des

aciers au carbone (3.3).
3.20
service H S

exposition à des milieux pétroliers contenant suffisamment d'hydrogène sulfuré (H S) pour engendrer

la fissuration des matériaux par des mécanismes spécifiques

Note 1 à l'article: Ces mécanismes spécifiques sont traités dans le présent document.

3.21
fissuration en gradins
SWC

fissuration qui relie les décohésions internes (HIC) présentes dans des plans adjacents d'un acier

Note 1 à l'article: L'expression «fissuration en gradins» décrit l'aspect de la fissure. La liaison entre les

décohésions internes produisant la fissuration en gradins dépend de la déformation locale entre les fissures et

de la fragilisation de l'acier environnant par l'hydrogène dissous. La HIC/SWC est généralement associée aux

produits plats en acier à faible résistance mécanique utilisés dans la fabrication des tuyauteries et des appareils

à pression.
3.22
corrosion fissurante sous contrainte
SCC

fissuration d'un métal impliquant des processus anodiques de corrosion localisée et une contrainte de

traction (résiduelle et/ou appliquée), en présence d'eau, d'hydrogène sulfuré (H S) et/ou d'halogénures

Note 1 à l'article: La présence de chlorures et/ou d'oxydants ainsi que d'une température élevée peut augmenter

la sensibilité des métaux à ce mécanisme d'attaque.
3.23
décohésion interne sous contrainte
SOHIC

empilement de petites décohésions internes (HIC) se développant perpendiculairement à la contrainte

principale (résiduelle ou appliquée) et entraînant un faciès final en «échelle de perroquet», reliant les

(parfois très petites) décohésions internes initiales

Note 1 à l'article: Ce mode de fissuration peut être défini comme une fissuration sous contrainte par l'H S (SSC)

engendrée par une combinaison de contrainte externe et de déformation locale au niveau des HIC. La décohésion

interne sous contrainte est donc liée à la fois à la SSC et à la HIC/SWC. Ce type de fissuration a été observé dans

le métal de base de tuyauteries soudées longitudinalement et au niveau de la zone affectée thermiquement (3.10)

des soudures dans des appareils à pression. La décohésion interne sous contrainte est en fait un phénomène

relativement rare qui est généralement associé aux aciers ferritiques à faible résistance mécanique utilisés dans

la fabrication de tuyauteries et d'appareils à pression.
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ISO 15156-1:2020(F)
3.24
fissuration sous contrainte par l'H S
SSC

fissuration d'un métal associée à la combinaison d'un milieu corrosif et d'une contrainte de traction

(résiduelle et/ou appliquée), en présence d'eau et d'hydrogène sulfuré (H S)

Note 1 à l'article: La fissuration sous contrainte par l'H S est une forme de fissuration en milieu hydrogénant (3.13);

elle implique la fragilisation du métal par l'hydrogène protonique produit par le processus de corrosion acide à

la surface du métal. Le flux de chargement en hydrogène est facilité par la présence de sulfures. L'hydrogène

protonique se diffuse dans tout le métal, réduisant la ductilité de ce dernier et augmentant sa sensibilité à la

fissuration. Les matériaux métalliques à haute résistance mécanique et les zones dures des soudures sont

particulièrement sensibles à la fissuration sous contrainte par l'H S.
3.25
soudure

assemblage de deux pièces de métal ou plus par chauffage et/ou pression avec ou sans métal d'apport,

afin d'effectuer une liaison par fusion locale des métaux sous-jacents et solidification des interfaces

3.26
limite d'élasticité

contrainte à laquelle un matériau présente un écart défini par rapport à la proportionnalité de la

contrainte à la déformation

Note 1 à l'article: L'écart s'exprime en termes de déformation, soit avec la déformation résiduelle après décharge

(généralement 0,2 %), soit avec la déformation totale sous charge (généralement 0,5 %).

3.27
activité chimique

rapport (sans unité) de la fugacité réelle d'une espèce gazeuse divisée par sa fugacité à un état de

référence adéquatement défini

Note 1 à l'article: Dans le présent document, l'expression «activité chimique» est surtout utilisée comme une

propriété d'espèce en phase liquide ou aqueuse, une «pseudo-fraction molaire». Voir également les Notes dans

l'ISO 15156-2:2020, C.1.3.
3.28
fugacité

pression effective d'une espèce gazeuse idéale, dont le potentiel chimique (énergie libre de Gibbs

partielle) est identique à celui de l'espèce gazeuse réelle

Note 1 à l'article: Dans le présent document, l'expression «fugacité» est surtout utilisée comme une

propriété d'espèce en phase gazeuse, une «pression partielle effective». Voir également les Notes dans

l'ISO 15156-2:2020, C.1.2.
4 Abréviations
BOP bloc d'obturation de puits
CRA alliage résistant à la corrosion (corrosion-resistant alloy)
HIC décohésion interne (hydrogen-induced cracking)
HSC fissuration en milieu hydrogénant (hydrogen stress cracking)
SCC corrosion fissurante sous contrainte (stress corrosion cracking)

SOHIC décohésion interne sous contrainte (stress-oriented hydrogen-induced cracking)

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 15156-1
ISO/TC 67
Petroleum and natural gas
Secretariat: NEN
industries — Materials for use in H S-
Voting begins on:
2020-06-19 containing environments in oil and
gas production —
Voting terminates on:
2020-09-11
Part 1:
General principles for selection of
cracking-resistant materials
Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation
dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S)
dans la production de pétrole et de gaz —
Partie 1: Principes généraux pour le choix des matériaux résistant à la
fissuration
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 15156-1:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020
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ISO/FDIS 15156-1:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

6 Evaluation and definition of service conditions to enable material selection .....................................7

7 Selection of materials resistant to SSC/SCC in the presence of sulfides from existing

8 Qualification of materials for H S service .................................................................................................................................. 8