ISO 15546:2002
(Main)Petroleum and natural gas industries — Aluminium alloy drill pipe
Petroleum and natural gas industries — Aluminium alloy drill pipe
ISO 15546:2002 specifies the technical delivery condition, manufacturing process, material requirements, configuration and dimensions, and verification and inspection procedures for aluminium alloy drill pipes with or without attached steel tool joints for use in drilling and production operations in the petroleum and natural gas industries.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Tige de forage en alliage d'aluminium
L'ISO 15546:2002 spécifie les conditions techniques de livraison, le procédé de fabrication, les exigences de matériau, la configuration et les dimensions, les procédures de vérification et d'inspection pour les tiges de forage en alliage d'aluminium, avec ou sans raccords vissés en acier, convenant à l'emploi dans les opérations de forage et de production dans les industries du pétrole et du gaz naturel.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15546
First edition
2002-12-15
Petroleum and natural gas industries —
Aluminium alloy drill pipe
Industries du pétrole et du gaz naturel — Tige de forage en alliage
d'aluminium
Reference number
ISO 15546:2002(E)
©
ISO 2002
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Published in Switzerland
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ISO 15546:2002(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
3.1 Terms and definitions. 1
3.2 Symbols . 2
4 Information to be supplied by purchaser . 3
5 Process of manufacture and delivery condition. 4
5.1 General. 4
5.2 Heat treatment . 4
5.3 Traceability . 4
5.4 Delivery condition. 5
6 Material requirements. 5
6.1 Material groups . 5
6.2 Metallographic examination. 6
6.3 Chemical composition. 6
6.4 Steel tool joints . 6
7 Configuration and dimensions of pipes . 6
7.1 Configuration. 6
7.2 Length . 6
7.3 Dimensions of pipes and tool joints . 7
7.4 Design mass . 7
7.5 Upset run-out. 17
7.6 Straightness . 17
7.7 Ovality and eccentricity of pipes. 17
7.8 Drift requirements . 17
7.9 Internal coating . 18
7.10 Drill pipe–tool joint assembly . 18
8 Test methods. 18
9 Measuring methods . 19
10 Inspection . 19
11 Marking . 20
12 Packaging, transport and storage. 21
13 Documents. 21
13.1 Certification . 21
13.2 Retention of records. 21
14 Delivery conditions. 21
Annex A (normative) Purchaser inspection. 22
Annex B (normative) Supplementary requirement — Full scale fatigue design verification test. 23
Annex C (normative) Corrosion test. 25
Bibliography . 26
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ISO 15546:2002(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 15546 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries.
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ISO 15546:2002(E)
Introduction
Users of this International Standard need to be aware that further or differing requirements could be needed
for individual applications. This International Standard is not intended to inhibit a manufacturer from offering,
or the purchaser from accepting, alternative equipment or engineering solutions for the individual
application — particularly applicable where there is innovative or developing technology. Where an alternative
is offered, the manufacturer will need to identify any variations from this International Standard and provide
details.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15546:2002(E)
Petroleum and natural gas industries — Aluminium alloy drill
pipe
1 Scope
This International Standard specifies the technical delivery condition, manufacturing process, material
requirements, configuration and dimensions, and verification and inspection procedures for aluminium alloy
drill pipes with or without attached steel tool joints for use in drilling and production operations in the petroleum
and natural gas industries.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 2566-1, Steel — Conversion of elongation values — Part 1: Carbon and low alloy steels
ISO 6892, Metallic materials — Tensile testing at ambient temperature
ISO 9303, Seamless and welded (except submerged arc-welded) steel tubes for pressure purposes — Full
peripheral ultrasonic testing for the detection of longitudinal imperfections
ISO 11484, Steel tubes for pressure purposes — Qualification and certification of non-destructive testing
(NDT) personnel
1)
ASTM A370, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products
ASTM G1, Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens
ASTM G44, Standard for Exposure of Metals and Alloys by Alternate Immersion in Neutral 3,5 % Sodium
Chloride Solution
2)
API Spec 7, Specification for Rotary Drill Stem Elements
Manual on Statistical Planning and Analysis for Fatigue Experiments — STP-588, ASTM
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
1) American Society for Testing and Materials, 1916 Race Street, Philadelphia, Pennsylvania 19103-1187, USA.
2) American Petroleum Institute, 1220 L Street NW, Washington D.C. 20005, USA.
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ISO 15546:2002(E)
3.1.1
defect
imperfection of sufficient magnitude to warrant rejection of the product
NOTE Rejection will be based on the provisions of this International Standard.
3.1.2
drill pipe
seamless pipe used to rotate the drill bit and circulate the drilling mud, pipes being coupled together by means
of tool joints
3.1.3
heat
metal produced by a single cycle of a batch melting process
3.1.4
imperfection
discontinuity or irregularity in the product
NOTE Imperfections are detected by methods outlined in this International Standard.
3.1.5
lot
lengths of pipe with the same specified dimensions and grade, heat treated as part of a continuous operation
(or batch), and which are of a single heat or from different heats grouped according to documented procedure
NOTE The documented procedure will ensure that the appropriate requirements of this International Standard are
met.
3.1.6
manufacturer
firm, company or corporation responsible for marking the product
NOTE Marking by the manufacturer warrants that the product conforms to this International Standard, and it is the
manufacturer who is responsible for compliance with all of its applicable provisions.
3.1.7
pipe mill
firm, company or corporation that operates pipe-making facilities
3.1.8
processor
firm, company or corporation that operates facilities capable of cutting the threads and assembly of the pipe
with the tool joints
3.1.9
seamless pipe
wrought tubular product made without a welded seam, manufactured by hot working and, if necessary, by
subsequent cold finishing of the tubular product to produce the desired shape, dimensions and properties
3.2 Symbols
The following symbols are used in this International Standard.
D Pipe body outside diameter, expressed in millimetres
D Outside diameter of upset end, expressed in millimetres
1
D Diameter, thread end groove in the pipe end plane, expressed in millimetres
2
D Pipe end outside diameter, expressed in millimetres
3
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ISO 15546:2002(E)
D Pipe thread outside diameter in the end plane, expressed in millimetres
4
D Minor diameter of the pipe thread at the gauge point, expressed in millimetres
5
D Diameter of the tapered seal at the gauge point of the pipe, expressed in millimetres
6
D Outside diameter of protector thickening, expressed in millimetres
pt
D Tool joint bevel diameter, expressed in millimetres
s
D Tool joint elevator bevel diameter, expressed in millimetres
se
D Tool joint outside diameter, expressed in millimetres
tj
d Pipe body inside diameter, expressed in millimetres
d Diameter of the tapered seal at the plane of the end of the tool joint, expressed in millimetres
3
d Tool joint thread inside diameter in the end plane, expressed in millimetres
4
d Minor diameter of the tool joint thread at the gauge point, expressed in millimetres
5
d Diameter of the tapered seal at the gauge point of the tool joint, expressed in millimetres
6
d Tool joint pin inside diameter, expressed in millimetres
tp
d Tool joint box inside diameter, expressed in millimetres
tb
l Distance from tool joint end plane to inside shoulder face, expressed in millimetres
l Length of upset end, expressed in millimetres
1
l Length of upset end transition zone, expressed in millimetres
2
l Length of protector thickening, expressed in millimetres
3
l Length of protector thickening transition zone, expressed in millimetres
4
l Unfinished surface, expressed in millimetres
5
l Pipe length without tool joint, expressed in metres (the distance between the pipe ends)
p
l Pipe length with tool joint, expressed in metres (the distance between the tool joint box face and
pj
pin shoulder)
l Tool joint box length, expressed in millimetres
tb
l Tool joint pin length, expressed in millimetres
tp
t Wall thickness of pipe body, expressed in millimetres
t Wall thickness of upset end, expressed in millimetres
1
4 Information to be supplied by purchaser
4.1 In placing orders for drill pipe without threads, with threads but without tool joints, or with tool joints
attached, the purchaser shall specify the following on the purchase order:
a) reference to this International Standard (i.e. “ISO 15546”);
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b) quantity;
c) internal upset, external upset, external or internal upset and protector thickening (see Tables 4 to 7);
d) drill pipe delivery condition (see 5.4 and Clause 14);
e) outside diameter (see Tables 4 to 7);
f) wall thickness (see Tables 4 to 7);
g) material group (see Table 1);
h) length (see 7.2, Table 3);
i) delivery date and shipping instruction;
j) inspection by purchaser (see Annex A);
k) alternatives of tool joints (see Figure 7).
4.2 The purchaser should also state on the purchase order any requirements concerning the following
stipulations, which are at the option of the purchaser:
a) pipe coatings (see 7.9);
b) marking requirements (see Clause 11);
c) non-destructive inspection (see 10.4);
d) corrosion rate test for Group IV chemistry (see Table 1);
e) test certificates (see 13.1);
f) alloy system (see Table 1).
5 Process of manufacture and delivery condition
5.1 General
Drill pipe furnished to this International Standard shall be made by the seamless process.
5.2 Heat treatment
Drill pipes shall be heat-treated by solution heat treatment followed by artificial or natural ageing. The
aluminium pipe shall not be subjected to cold working after the final heat-treatment process, except for that
which is incidental to normal straightening or threading operations.
The temperature and time requirements for the solution and ageing heat-treatment cycles shall be determined
in accordance with the manufacturer's documented practice. Actual furnace temperatures and transfer timing
shall be documented in order to verify that each heat-treatment lot meets the manufacturer’s documented
requirements.
5.3 Traceability
The manufacturer shall establish and follow procedures for maintaining heat or lot identity or both until all
required heat/lot tests have been performed and conformance with specification requirements has been
verified.
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5.4 Delivery condition
Aluminium alloy drill pipes are normally supplied as
a) plain end pipe (with external or internal upsets but without threads),
b) threaded pipe (with external or internal upsets but without tool joints), or
c) with tool joints attached (with external or internal upsets).
6 Material requirements
6.1 Material groups
Materials for aluminium alloy drill pipes after heat treatment shall be in accordance with Table 1. They are
divided into four material groups:
Group 1, without additional requirements for high strength or corrosion resistance;
Group II, with improved strength;
Group III, with high temperature mechanical properties;
Group IV, with improved corrosion resistance.
Table 1 — Material requirements for aluminium alloy drill pipes
Characteristic Unit Material group
I II Ill IV
Alloy system AI-Cu-Mg AI-Zn-Mg AI-Cu-Mg-Si-Fe AI-Zn-Mg
Yield strength, min. MPa 325 480 340 350
(0,2 % offset method)
Tensile strength, min. MPa 460 530 410 400
Elongation, min. % 12 7 8 9
Operational temperature, max. °C 160 120 220 160
2
Corrosion rate in 3,5 % sodium chloride g/(mh) — — — 0,08
solution, max.
It is permitted to use an alternative aluminium alloy system, provided there is purchaser agreement and that it conforms
to the requirements of one of the four material group categories.
The manufacturer shall have a documented procedure that demonstrates the minimum yield strength which can be
achieved at the maximum operational temperature defined in Table 1.
Mechanical testing shall be in accordance with ISO 6892.
Users need to be aware that the yield strength at ambient temperature might be reduced by up to 30 % at the maximum
operational temperature for exposure times greater than 500 h.
NOTE The mechanical properties of the alloys given in this table are for a test temperature of 21 °C ± 3 °C.
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6.2 Metallographic examination
Each heat treatment lot sample shall undergo metallographic examination. The macrostructure shall be
homogeneous, without cracks, pits, laminations, shrinkage cavities, surface tears or sponginess. The
microstructure shall not contain porosities or grain boundary eutectic melting resulting from solution heat
treatment.
For terminology relating to microstructure examination, see ASTM B 579.
6.3 Chemical composition
Chemical analysis shall be undertaken on each heat. The residual lead content shall be limited to 0,005 % wt.
for all material groups.
6.4 Steel tool joints
Material for steel tool joints shall be in accordance with Table 2.
Table 2 — Mechanical property requirements for steel tool joints
Characteristic Unit Requirement
Tensile strength, min. MPa 880
Yield strength, min. (0,2 % offset method) MPa 735
Elongation after fracture, min. (see Note 2) % 13
Longitudinal Charpy V notch absorbed energy J 70 average
a
requirement, min. of three tests
(47 single value)
Brinell hardness, min. HBW 285
Determination of the mechanical properties of the pin shall be in accordance with
ASTM A370.
Other gauge lengths may be used with purchaser agreement. In such cases, the
corresponding elongation values shall be obtained in accordance with ISO 2566-1. In cases
of dispute, the gauge length, lS= 5,65 shall be used.
oo
For location of test-pieces, see API Spec 7.
NOTE The mechanical properties of the tool joint material given in Table 2 are for a test
temperature of 21 °C ± 3 °C.
a
By agreement between the purchaser and the manufacturer, and when specified on the purchase
order, the Charpy impact testing shall be carried out at − 10 °C ± 3 °C and shall meet these
requirements.
7 Configuration and dimensions of pipes
7.1 Configuration
The configuration of the aluminium alloy drill pipe shall be in accordance with Figure 1 for pipes with internal
upset ends, with Figure 2 for pipes with external upset ends, and with Figure 3 for pipes with protector
thickening.
7.2 Length
Drill pipe length ranges shall be in accordance with Table 3 and Figure 1.
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ISO 15546:2002(E)
Table 3 — Pipe length (see Figure 1)
Dimensions in metres
Range
Pipe condition at delivery
1 2 3
+ 0,25
With tool joint, l
6,20 9,10 12,40
pj
− 0,15
+ 0,25
Without tool joint, l
5,80 8,70 12,00
p
− 0,15
Other pipe lengths may be ordered by agreement between the manufacturer
and purchaser.
7.3 Dimensions of pipes and tool joints
7.3.1 Pipe dimensions
The dimensions of the pipe body and upset ends, together with the tolerances, shall be in accordance with
Table 4, for pipes with external upset ends (see also Figure 4),
Table 5, for pipes with internal upset ends (see also Figure 5), and
Table 6 and Table 7, for pipes with protector thickening (see also Figure 6).
7.3.2 Tool joint dimensions
The dimensions for the tool joints shall be in accordance with Figure 7 and Table 8. If rotary shouldered
threads are used, they shall be in accordance with ISO 10424.
Other dimensions and design of tool joints may be used by agreement between purchaser and manufacturer.
7.3.3 TT-type thread dimensions (pipe to tool joint connection)
The thread dimensions of the tool joint [see Figure 8 a)] are given in Table 9.
The thread dimensions for pipes [see Figure 8 b)] are given in Table 10.
The dimensions of thread form are given for the tool joints in Figure 9 a), and for the pipe in Figure 9 b).
7.4 Design mass
Calculated mass of the plain pipe per unit length, mass increase of the upset ends and protector thickening
are indicated in Tables 4 to 7.
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ISO 15546:2002(E)
Figure 1 — Drill pipe with Figure 2 — Drill pipe with Figure 3 — Drill pipe with
internal upset external upset protector thickening
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ISO 15546:2002(E)
a
Drill pipe axis.
Figure 4 — Drill pipe end with external upset
a
Drill pipe axis.
Figure 5 — Drill pipe end with internal upset
a
Drill pipe axis.
Figure 6 — Drill pipe protector thickening
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ISO 15546:2002(E)
Dimensions in millimetres
Key
1 TT-type thread
2 rotary shouldered type thread
NOTE For symbols, see 3.2.
Figure 7 — Tool joint for aluminium alloy drill pipe
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ISO 15546:2002(E)
Dimensions in millimetres
a) Tool joint
b) Drill pipe
Key
1 TT-type thread
NOTE For symbols, see 3.2.
a
Thread axis.
Figure 8 — Drill pipe-to-tool joint thread connection
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ISO 15546:2002(E)
Dimensions in millimetres
a) Tool joint (box)
b) Drill pipe (pin)
Thread pitch (5,08 mm) is measured parallel to the thread axis.
The bisectrix of thread angle shall be perpendicular to the thread axis.
All tolerances on thread parameters, excluding depth of thread, are given for designing the thread-cutting tool.
The thread run-out may be on the chamfer located between the thread and stabilizing taper band.
NOTE For symbols, see 3.2.
a
Thread axis.
Figure 9 — TT-thread form for drill pipes and tool joints
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ISO 15546:2002(E)
Table 4 — Drill pipe with external upset ends (see Figure 4)
Dimensions in millimetres
Dimensions of pipe body Calculated mass Dimensions of upset ends
Length of
Plain Upset
transition
end (both Length of upset end
Outside Inside
Wall thickness Outside diameter zone
ends)
diameter diameter
(both
kg/m kg
ends)
D t d D l l
1 1 2
Box Pin
+ 150 + 300
± 1 % Tol. Tol. ± 50
− 100 − 450
+ 2,5
90 8 ± 1,0 74 5,726 4,525 100 350 350 500
− 1,0
+ 2,5
114 10 94 9,078 10,512 132 350 350 500
± 1,0
− 1,0
+ 2,5
129 9 ± 1,0 111 9,428 11,117 147 1 300 350 500
− 1,0
+ 3,5
133 11 111 11,715 16,165 147 1 300 350 500
± 1,0
− 2,0
+ 3,5
140 13 ± 1,5 114 14,412 8,965 147 1 300 350 850
− 2,0
+ 3,5
147 11 ± 1,5 125 13,059 29,433 168 1 300 350 500
− 2,0
+ 3,5
151 13 ± 1,5 125 15,66 24,156 168 1 300 350 500
− 2,0
+ 3,5
155 15 125 18,331 18,724 168 1 300 350 500
± 1,5
− 2,0
+ 3,5
164 9 ± 1,5 146 12,177 32,628 185 1 300 350 500
− 2,0
+ 3,5
168 11 ± 1,5 146 15,075 26,742 185 1 300 350 500
− 2,0
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ISO 15546:2002(E)
Table 5 — Drill pipe with internal upset ends (see Figure 5)
Dimensions in millimetres
Dimensions of pipe body Calculated mass Dimensions of upset ends
Upset end
Length of
kg
transition zone
Plain
Outside Inside Wall
end
diam- Wall thickness diam- thick- Length of upset end
Coup-
eter eter ness
Pin
kg/m
Coup-
ling
Pin
end
ling
end
end
end
D t d t l l
1 1 2
Box Pin
+2
± 1 % Tol. Tol. ± 50 ± 30
−3
64 8 ± 1,0 48 3,911 0,518 0,713 26 250 ± 50 350 50 250
73 9 ± 1,0 55 5,028 0,810 1,118 32 250 ± 50 350 50 250
90 9 ± 1,0 72 6,364 1,096 1,507 32 250 ± 50 350 50 250
103 9 ± 1,0 85 7,385 4,889 1,805 32 1 000 ± 100 350 50 250
114 10 ± 1,0 94 9,078 5,149 1,565 30 1 300 ± 100 350 50 300
129 9 ± 1,0 111 9,428 7,289 2,216 20 1 300 ± 100 350 50 300
129 11 ± 1,0 107 11,331 4,766 1,446 20 1 300 ± 100 350 50 300
147 11 ± 1,0 125 13,059 8,261 2,509 34 1 300 ± 100 350 50 300
147 13 ± 1,5 121 15,206 9,233 2,808 40 1 300 ± 100 350 50 300
147 15 ± 1,5 117 17,284 8,910 2,710 44 1 300 ± 100 350 50 300
170 11 ± 1,5 148 15,267 9,857 2,991 34 1 300 ± 100 350 50 300
170 13 ± 1,5 144 17,816 6,478 1,962 34 1 300 ± 100 350 50 300
Table 6 — Drill pipe with external upset and protector thickening (see Figure 6)
Dimensions in millimetres
a
Protector thickening
Drill pipe outside
diameter Length of protector Length of transition
Outside diameter
thickness zone
D D l l
pt 3 4
+ 3,0
± 50 ± 150
− 2,8
129 146 300 1 800
133 146 300 1 800
140 172 300 1 800
147 172 300 1 800
151 172 300 1 800
155 172 300 1 800
164 185 300 1 800
168 185 300 1 800
a
The mid-point of the protector thickening shall be located at the centre of the non-upset tube length (tolerance ± 100 mm).
14 © ISO 2002 — All rights reserved
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ISO 15546:2002(E)
Table 7 — Drill pipe with internal upset and protector thickening (see Figure 6)
Dimensions in millimetres
a
Protector thickeni
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15546
Première édition
2002-12-15
Industries du pétrole et du gaz naturel —
Tige de forage en alliage d'aluminium
Petroleum and natural gas industries — Aluminium alloy drill pipe
Numéro de référence
ISO 15546:2002(F)
©
ISO 2002
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ISO 15546:2002(F)
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Version française parue en 2003
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles. 2
4 Informations à fournir par l'acheteur . 4
5 Procédé de fabrication et conditions de livraison.4
5.1 Généralités. 4
5.2 Traitement thermique. 4
5.3 Traçabilité. 5
5.4 Conditions de livraison . 5
6 Exigences des matériaux . 5
6.1 Groupes de matériaux . 5
6.2 Examen métallographique. 5
6.3 Composition chimique. 6
6.4 Raccords en acier. 6
7 Configuration et dimensions des tiges. 7
7.1 Configuration. 7
7.2 Longueur. 7
7.3 Dimensions des tiges et des raccords . 7
7.4 Masse de conception. 13
7.5 Dégagement du refoulement. 17
7.6 Rectitude. 17
7.7 Ovalité et excentricité des tiges . 17
7.8 Exigences de passage du mandrin . 17
7.9 Revêtement interne. 18
7.10 Assemblage tige de forage-raccord. 18
8 Méthodes d'essai. 18
9 Méthodes de mesure . 19
10 Inspection. 20
11 Marquage. 20
12 Emballage, transport et stockage . 21
13 Documentations. 21
13.1 Certificats. 21
13.2 Conservation des archives. 21
14 Conditions de livraison . 22
Annexe A (normative) Inspection par l'acheteur. 23
Annexe B (normative) Exigence supplémentaire — Essai de vérification du calcul de la fatigue en
vraie grandeur . 24
Annexe C (normative) Essai de corrosion . 26
Bibliographie . 27
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 15546 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement, structures en mer, pour
les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel.
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Introduction
Il convient d'informer les utilisateurs de la présente Norme internationale que des exigences différentes ou
complémentaires peuvent être nécessaires pour des applications particulières. La présente Norme
internationale n'a pas pour intention d'empêcher un vendeur de proposer, ou un acheteur d'accepter d'autres
équipements ou solutions techniques pour une application particulière — ce qui peut notamment s'appliquer
dans le cas de technologies innovantes ou en cours de développement. Lorsqu'une alternative est proposée,
il sera nécessaire au fabricant d'identifier toutes les différences par rapport à la présente Norme internationale,
et de fournir une description détaillée.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15546:2002(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Tige de forage en
alliage d'aluminium
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie les conditions techniques de livraison, le procédé de fabrication, les
exigences de matériau, la configuration et les dimensions, les procédures de vérification et d'inspection pour
les tiges de forage en alliage d'aluminium, avec ou sans raccords vissés en acier, convenant à l'emploi dans
les opérations de forage et de production dans les industries du pétrole et du gaz naturel.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 2566-1, Acier ― Conversion des valeurs d'allongement ― Partie 1: Aciers au carbone et aciers
faiblement alliés
ISO 6892, Matériaux métalliques ― Essai de traction à température ambiante
ISO 9303, Tubes en acier sans soudure et soudés (sauf à l'arc immergé) pour service sous pression ―
Contrôle par ultrasons sur toute la circonférence pour la détection des imperfections longitudinales
ISO 11484, Tubes en acier pour service sous pression ― Qualification et certification du personnel d'essais
non destructifs (END)
1)
ASTM A370, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products
ASTM G1, Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens
ASTM G44, Standard Practice for Exposure of Metals and Alloys by Alternate Immersion in Neutral 3,5 %
Sodium Chloride Solution
2)
API Spec 7, Rotary Drill Stem Elements
Manual on Statistical Planning and Analysis for Fatigue Experiments — STP-588, ASTM
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
1)
ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, Pennsylvania, USA, 19428-2959.
2)
American Petroleum Institute, 1220 L Street NW, Washington D.C. 20005, USA.
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3.1.1
défaut
imperfection d'une gravité suffisante pour entraîner le rejet du produit
NOTE Le rejet sera fait sur la base des stipulations de la présente Norme internationale.
3.1.2
tige de forage
tube sans soudure utilisé pour entraîner l'outil de forage et pour la circulation des fluides de forage, les tiges
de forage étant assemblées entre elles au moyen de raccords
3.1.3
coulée
métal produit par un seul cycle d'un procédé discontinu de fusion
3.1.4
imperfection
discontinuité ou irrégularité dans le produit
NOTE Les imperfections sont détectées par les méthodes exposées dans la présente Norme internationale.
3.1.5
lot
tubes de mêmes dimensions spécifiées et de même nuance qui sont traités à chaud dans une même
opération continue (ou discontinue) et qui proviennent d'une même coulée, ou de différentes coulées
regroupées conformément à une procédure écrite
NOTE La procédure écrite donnera l'assurance que les exigences appropriées de la présente Norme internationale
sont satisfaites.
3.1.6
fabricant
firme, compagnie ou société responsable du marquage du produit
NOTE Le marquage du fabricant garantit que le produit est conforme à la présente Norme internationale, et c'est le
fabricant qui est responsable de la conformité à toutes ses dispositions applicables.
3.1.7
usine à tubes
firme, compagnie ou société qui exploite des installations de fabrication de tubes
3.1.8
transformateur
firme, compagnie ou société qui exploite des installations capables de fileter et d'assembler les tiges aux
raccords
3.1.9
tube sans soudure
produit tubulaire corroyé fabriqué sans cordon de soudure par déformation à chaud et, si nécessaire, par
finition ultérieure à froid du produit tubulaire en vue d'obtenir la forme, les dimensions et les propriétés
souhaitées
3.2 Symboles
Les symboles suivants sont utilisés dans la présente Norme internationale.
D Diamètre extérieur du corps de la tige, exprimé en millimètres
D Diamètre extérieur de l'extrémité refoulée, exprimé en millimètres
1
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D Diamètre de la rainure de l'extrémité filetée dans le plan de l'extrémité de la tige, exprimé en
2
millimètres
D Diamètre extérieur de l'extrémité de la tige de forage, exprimé en millimètres
3
D Diamètre extérieur du filetage de la tige dans le plan de l'extrémité, exprimé en millimètres
4
D Diamètre minimal du filetage de la tige au point de mesure, exprimé en millimètres
5
D Diamètre du joint conique au point de mesure de la tige, exprimé en millimètres
6
D Diamètre extérieur du renflement de protection, exprimé en millimètres
pt
D Diamètre de chanfrein des raccords, exprimé en millimètres
s
D Diamètre de chanfrein sur la partie élévateur des raccords, exprimé en millimètres
se
D Diamètre extérieur des raccords, exprimé en millimètres
tj
d Diamètre intérieur du corps de la tige, exprimé en millimètres
d Diamètre du joint conique au plan de l'extrémité du raccord, exprimé en millimètres
3
d Diamètre intérieur du filetage des raccords au plan de l'extrémité, exprimé en millimètres
4
d Diamètre minimal du filetage du raccord au point de mesure, exprimé en millimètres
5
d Diamètre du joint conique au point de mesure du raccord, exprimé en millimètres
6
d Diamètre intérieur du raccord mâle, exprimé en millimètres
tp
d Diamètre intérieur du raccord femelle, exprimé en millimètres
tb
l Distance depuis le plan de l'extrémité du raccord jusqu'à la face intérieure d'épaulement, exprimée
en millimètres
l Longueur de l'extrémité refoulée, exprimée en millimètres
1
l Longueur de la zone de transition de l'extrémité refoulée, exprimée en millimètres
2
l Longueur du renflement de protection, exprimée en millimètres
3
l Longueur de la zone de transition du renflement de protection, exprimée en millimètres
4
l Surface non finie, exprimée en millimètres
5
l Longueur de la tige sans raccord, exprimée en mètres (distance entre les extrémités)
p
l Longueur de la tige avec raccord, exprimée en mètres (distance entre l'extrémité du raccord
pj
femelle et l'épaulement du raccord mâle)
l Longueur du raccord femelle, exprimée en millimètres
tb
l Longueur du raccord mâle, exprimée en millimètres
tp
t Épaisseur de la paroi du corps de la tige, exprimée en millimètres
t Épaisseur de la paroi de l'extrémité refoulée, exprimée en millimètres
1
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4 Informations à fournir par l'acheteur
4.1 En passant commande de tiges de forage sans filetage, avec filetage mais sans raccords, ou avec
raccords attachés, l'acheteur doit, dans sa commande, préciser les points suivants:
a) référence à la présente Norme internationale (c'est-à-dire «ISO 15546»);
b) quantité;
c) refoulement intérieur, refoulement extérieur, refoulement extérieur ou intérieur et renflement de protection
(voir Tableaux 4 à 7);
d) condition de livraison des tiges de forage (voir 5.4 et Article 14)
e) diamètre extérieur (voir Tableaux 4 à 7);
f) épaisseur de paroi (voir Tableaux 4 à 7);
g) groupe du matériau (voir Tableau 1);
h) longueur (voir 7.2, Tableau 3);
i) date de livraison et instructions d'expédition;
j) inspection par l'acheteur (voir Annexe A);
k) autres types de raccords (voir Figure 7).
4.2 Il convient que l'acheteur précise en outre, dans sa commande, toutes exigences relatives aux
indications suivantes, qui sont au choix de l'acheteur:
a) revêtements des tubes (voir 7.9);
b) exigences de marquage (voir Article 11);
c) contrôles non destructifs (voir 10.4);
d) essai de vitesse de corrosion pour le Groupe IV chimie (voir Tableau 1);
e) certificats d'essai (voir 13.1);
f) système d'alliage (voir Tableau 1).
5 Procédé de fabrication et conditions de livraison
5.1 Généralités
Les tiges de forage fournies selon la présente Norme internationale doivent être fabriquées sans soudure.
5.2 Traitement thermique
Les tiges de forage doivent être soumises à un traitement thermique de mise en solution suivi d'un processus
de vieillissement artificiel ou naturel. Le tube en aluminium ne doit pas être soumis à un écrouissage à l'issue
du procédé de traitement thermique final, à l'exception de l'écrouissage consécutif aux opérations normales
de redressement ou de filetage.
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Les exigences de température et de durée, en ce qui concerne les cycles de traitement thermique de mise en
solution et de vieillissement, doivent être déterminées conformément aux spécifications écrites du fabricant.
Les températures et durées réelles de traitement thermique doivent être consignées de façon à vérifier que
chaque lot de traitement thermique satisfait les exigences documentées du fabricant.
5.3 Traçabilité
Le fabricant doit établir et appliquer des procédures garantissant l'identification de la coulée et/ou du lot
jusqu'à ce que tous les essais prescrits pour la coulée et/ou le lot aient été effectués et que la conformité aux
exigences de la spécification ait été démontrée.
5.4 Conditions de livraison
Les tiges de forage en alliage d'aluminium sont normalement fournies sous forme de
a) tiges à extrémité lisse (avec refoulement extérieur ou intérieur mais sans filetage),
b) tiges filetées (avec refoulement extérieur ou intérieur mais sans raccord), ou
c) tiges de forage avec raccord attaché (avec refoulement extérieur ou intérieur).
6 Exigences des matériaux
6.1 Groupes de matériaux
Les matériaux pour les tiges de forage en alliage d'aluminium après traitement thermique doivent être
conformes au Tableau 1. Ils sont répartis en quatre groupes de matériaux
Groupe I, sans exigences complémentaires en ce qui concerne une haute résistance ou une résistance à
la corrosion;
Groupe II, ayant une résistance améliorée;
Groupe III, ayant des propriétés mécaniques à température élevée;
Groupe IV, ayant une résistance améliorée à la corrosion.
6.2 Examen métallographique
Un échantillon de chaque lot soumis à un traitement thermique doit faire l'objet d'un examen métallographique.
La macrostructure doit être homogène, sans crique, piqûre, dédoublure, retassure, déchirures de surface ou
spongiosité. La microstructure ne doit pas contenir de porosités ou fusion eutectique de joints intergranulaires
résultant de traitement thermique par mise en solution.
Pour la terminologie relative à l'examen de microstructure, voir l'ASTM B917 et l'ASTM B918.
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Tableau 1 — Exigences des matériaux pour les tiges de forage en alliage d'aluminium
Caractéristique Unité Groupes de matériaux
I II Ill IV
Système d'alliage AI-Cu-Mg AI-Zn-Mg AI-Cu-Mg-Si-Fe AI-Zn-Mg
Limite d'élasticité, min. MPa 325 480 340 350
(méthode de limite conventionnelle à 0,2 %)
Résistance à la rupture, min. MPa 460 530 410 400
Allongement, min. % 12 7 8 9
Température d'utilisation, max. °C 160 120 220 160
2
Vitesse de corrosion dans une solution de g/(mh) — — — 0,08
chlorure de sodium à 3,5 %, max.
Il est permis d'utiliser un système d'alliage d'aluminium alternatif, s'il y a accord de l'acheteur et tant qu'il est conforme
aux exigences de l'une des catégories des quatre groupes de matériaux.
Le fabricant doit disposer d'une procédure écrite qui démontre que la limite minimale d'élasticité peut être obtenue à la
température maximale d'utilisation définie dans le Tableau 1.
Les essais mécaniques doivent être conformes à l'ISO 6892.
Les utilisateurs doivent être informés que la limite élastique à température ambiante peut être réduite jusqu'à 30 % à la
température maximale d'utilisation pour des durées d'exposition supérieures à 500 h.
NOTE Les propriétés mécaniques des alliages données dans ce tableau sont pour une température d'essai de 21 °C ± 3 °C.
6.3 Composition chimique
Une analyse chimique de chaque coulée doit être faite. La teneur en plomb résiduelle doit être limitée à
0,005 % en poids pour tous les groupes de matériaux.
6.4 Raccords en acier
Les matériaux pour les raccords en acier doivent être conformes au Tableau 2.
Tableau 2 — Exigences relatives aux propriétés mécaniques des raccords en acier
Caractéristique Unité Exigence
Résistance à la rupture, min. MPa 880
Limite d'élasticité, min. (méthode de limite MPa 735
conventionnelle à 0,2 %)
Allongement après rupture, min. (voir Note) % 13
Exigence relative à l'énergie absorbée de résilience J 70 moyenne sur trois
a
Charpy longitudinale à entaille en V, min. essais (47 pour un seul)
Dureté Brinell, min. HBW 285
La détermination des propriétés mécaniques du raccord mâle doit être en accord avec
l'ASTM A370.
D'autres longueurs de calibres peuvent être utilisées en accord avec l'acheteur. Dans de tels
cas, les valeurs d'allongement correspondantes doivent être obtenues conformément à
l'ISO 2566-1. En cas de contestation, la longueur du calibre, lS= 5,65 doit être utilisée.
oo
Pour l'emplacement des éprouvettes, se référer à l'API Spec 7.
NOTE Les caractéristiques mécaniques du matériau de raccord données dans le
Tableau 2 sont à une température d'essai de 21 °C ± 3 °C.
a
Par accord entre l'acheteur et le fabricant, et lorsque cela est spécifié dans la commande, l'essai au
choc Charpy doit être réalisé à − 10 °C ± 3 °C et doit satisfaire ces exigences.
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7 Configuration et dimensions des tiges
7.1 Configuration
La configuration de la tige de forage en alliage d'aluminium doit correspondre à la Figure 1 pour les tiges avec
extrémités avec refoulement intérieur, à la Figure 2 pour les tiges avec extrémités avec refoulement extérieur
et à la Figure 3 pour les tiges avec renflement de protection.
7.2 Longueur
Les gammes de longueur des tiges de forage doivent correspondre aux exigences spécifiées dans le
Tableau 3 et à la Figure 1.
Tableau 3 — Longueur des tiges (voir Figure 1)
Dimensions en mètres
Gamme
Condition de la tige à la
livraison
1 2 3
+ 0,25
Avec raccord, l
6,20 9,10 12,40
pj
− 0,15
+ 0,25
Sans raccord, l
5,80 8,70 12,00
p
− 0,15
D'autres longueurs de tige peuvent faire l'objet d'une commande par accord
entre le fabricant et l'acheteur.
7.3 Dimensions des tiges et des raccords
7.3.1 Dimensions des tiges
Les dimensions du corps de la tige et des extrémités refoulées, ainsi que les tolérances, doivent être
conformes aux tableaux suivants:
Tableau 4, pour les tiges avec extrémités à refoulement extérieur (voir également Figure 4),
Tableau 5, pour les tiges avec extrémités à refoulement intérieur (voir également Figure 5), et
Tableau 6 et Tableau 7, pour les tiges avec renflement de protection (voir également Figure 6).
7.3.2 Dimensions des raccords
Les dimensions des raccords doivent être conformes à la Figure 7 et au Tableau 8. Les filetages à
épaulement rotary, s'ils sont utilisés, doivent être conformes à l'ISO 10424.
D'autres dimensions et conception de raccords peuvent être utilisées par accord entre l'acheteur et le
fabricant.
7.3.3 Dimensions de filetage de type TT (connexion tige-raccord)
Les dimensions du filetage du raccord [voir Figure 8 a)] sont données au Tableau 9.
Les dimensions du filetage des tiges [voir Figure 8 b)] sont données au Tableau 10.
Les dimensions du profil de filetage sont données pour les raccords à la Figure 9 a), et pour les tiges à la
Figure 9 b).
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Figure 1 — Tige de forage à Figure 2 — Tige de forage à Figure 3 — Tige de forage avec
refoulement intérieur refoulement extérieur renflement de protection
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a
Axe de la tige de forage.
Figure 4 — Extrémité de tige de forage à refoulement extérieur
a
Axe de la tige de forage.
Figure 5 — Extrémité de tige de forage à refoulement intérieur
a
Axe de la tige de forage.
NOTE Pour les symboles, voir 3.2.
Figure 6 — Tige de forage avec renflement de protection
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Dimensions en millimètres
Légende
1 filetage de type TT
2 filetage de type à épaulement rotary
NOTE Pour les symboles, voir 3.2.
Figure 7 — Raccord pour tige de forage en alliage d'aluminium
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Dimensions en millimètres
a) Raccord
b) Tige de forage
Légende
1 filetage de type TT
NOTE Pour les symboles, voir 3.2.
a
Axe de filetage.
Figure 8 — Connexion filetée entre tige de forage et raccord
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Dimensions en millimètres
a) Raccord (filetage femelle)
b) Tige de forage (filetage mâle)
Le pas de filetage (5,08 mm) est mesuré parallèlement à l'axe de filetage.
La bissectrice de l'angle de filetage doit être perpendiculaire à l'axe de filetage.
Toutes les tolérances relatives aux paramètres de filetage, à l'exception de la profondeur de filetage, sont données afin de
concevoir l'outil de coupe du filetage.
Le dégagement du filetage peut se situer sur le chanfrein entre le filetage et la bride conique de stabilisation.
NOTE Pour les symboles, voir 3.2.
a
Axe de filetage.
Figure 9 — Profil de filetage de type TT pour tiges de forage et raccords
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7.4 Masse de conception
La masse calculée des corps de tige par unité de longueur, l'augmentation de la masse des extrémités
refoulées et des renflement de protections sont indiquées dans les Tableaux 4 à 7.
Tableau 4 — Tige de forage avec extrémités à refoulement extérieur (voir Figure 4)
Dimensions en millimètres
Dimensions du corps de la tige Masse calculée Dimensions des extrémités refoulées
Diamètre Épaisseur de Diamètre Corps R
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Questions, Comments and Discussion
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