ISO 15156-1:2020
(Main)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
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.
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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
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ISO 2020
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ISO 15156-1:2020(E)
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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
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Published in Switzerland
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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
2
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 2020 – All rights reserved iii
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ISO 15156-1:2020(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.
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,
2
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.
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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,
2
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
2
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
2
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.
2
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
2
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.
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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
2
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
2
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
2
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
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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
a
equipment composition
Drill bits
b
Blowout preventer (BOP) shear blades
Drilling riser systems
Work strings
c
Wireline and wireline equipment
Surface and intermediate casing
d
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
a
See ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.3 for more information.
b
See ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.1 for more information.
c
Wireline lubricators and lubricator connecting devices are not excluded.
d
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
2
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
2
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
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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
2
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-
2
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
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ISO 15156-1:2020(F)
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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
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Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 15156-1:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
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
2
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
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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
2
de l'ISO 15156-2:2020 pour les systèmes en phase gazeuse utilisant la fugacité de l'H S (comme
2
alternative à la pression partielle d'H S) et l'application de règles thermodynamiques non idéales
2
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
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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
2
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
2
l'H S (SSC, Sulfide Stress Cracking) ont toujours été jugées nécessaires. Elles ont également fourni
2
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
2
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.
2
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
2
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
2
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
2
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
2
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
2
savoir la fissuration sous contrainte par l'H S et/ou tout autre agent dépassivant, la décohésion interne
2
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
a
d'entretien des puits forage de composition contrôlée
Trépans
b
Bloc d'obturation de puits (BOP, Blowout Preventer)
Systèmes de tubes prolongateurs de forage
Colonnes de travail
c
Câble et équipement de travail au câble
Tubes de cuvelage de surface et intermédiaires
d
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
a
Voir l'ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.3 pour plus d'informations.
b
Voir l'ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.1 pour plus d'informations.
c
Les lubrificateurs des câbles et les dispositifs de liaison des lubrificateurs ne sont pas exclus.
d
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
2
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
2
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
2
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
2
«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
2
exposition à des milieux pétroliers contenant suffisamment d'hydrogène sulfuré (H S) pour engendrer
2
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
2
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)
2
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.
© ISO 2020 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 15156-1:2020(F)
3.24
fissuration sous contrainte par l'H S
2
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)
2
Note 1 à l'article: La fissuration sous contrainte par l'H S est une forme de fissuration en milieu hydrogénant (3.13);
2
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.
2
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)
SSC fissuration sous contrainte par l'H S (sulfide stress cracking)
2
6 © IS
...
FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 15156-1
ISO/TC 67
Petroleum and natural gas
Secretariat: NEN
industries — Materials for use in H S-
2
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
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
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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CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/FDIS 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 H S service . 8
2
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 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/FDIS 15156-1:2020(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.
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,
2
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
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/FDIS 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,
2
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
2
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
2
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.
2
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
2
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 ----------------------
FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 15156-1:2020(E)
Petroleum and natural gas industries — Materials
for use in H S-containing environments in oil and gas
2
production —
Part 1:
General principles for selection of cracking-resistant
materials
WARNING — Metallic materials selected using this document are resistant to cracking in defined
H S-containing environments in oil and gas production but not necessarily immune to cracking
2
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
2
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
2
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/FDIS 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
a
equipment composition
Drill bits
b
Blowout preventer (BOP) shear blades
Drilling riser systems
Work strings
c
Wireline and wireline equipment
Surface and intermediate casing
d
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
a
See ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.3 for more information.
b
See ISO 15156-2:2020, A.2.3.2.1 for more information.
c
Wireline lubricators and lubricator connecting devices are not excluded.
d
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
2
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
2
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/FDIS 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.
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ISO/FDIS 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 impu
...
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