ISO/NP 13535
(Main)Petroleum and natural gas industries — Drilling and production equipment — Hoisting equipment
Petroleum and natural gas industries — Drilling and production equipment — Hoisting equipment
Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipements de forage et de production — Équipement de levage
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 13535
ISO/TC 67/SC 4 Secretariat: ANSI
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2008-02-21 2008-07-21
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION • МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Petroleum and natural gas industries — Drilling and production
equipment — Hoisting equipment
Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipements de forage et de production — Équipement de levage
[Revision of first edition (ISO 13535:2000)]
ICS 75.180.10
ISO/CEN PARALLEL ENQUIRY
The CEN Secretary-General has advised the ISO Secretary-General that this ISO/DIS covers a subject
of interest to European standardization. In accordance with the ISO-lead mode of collaboration as
defined in the Vienna Agreement, consultation on this ISO/DIS has the same effect for CEN
members as would a CEN enquiry on a draft European Standard. Should this draft be accepted, a
final draft, established on the basis of comments received, will be submitted to a parallel two-month FDIS
vote in ISO and formal vote in CEN.
In accordance with the provisions of Council Resolution 15/1993 this document is circulated in
the English language only.
Conformément aux dispositions de la Résolution du Conseil 15/1993, ce document est distribué
en version anglaise seulement.
To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee secretariat.
ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at publication
stage.
Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du
secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au
Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.
THIS DOCUMENT IS A DRAFT CIRCULATED FOR COMMENT AND APPROVAL. IT IS THEREFORE SUBJECT TO CHANGE AND MAY NOT BE
REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES, DRAFT
INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO
WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN NATIONAL REGULATIONS.
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 SUPPORTING DOCUMENTATION.
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International Organization for Standardization, 2008
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ISO/DIS 13535
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ii ISO 2008 – All rights reserved
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ISO/DIS 13535
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references .2
3 Terms and definitions.3
4 Design.6
5 Design verification test.9
6 Materials requirements.12
7 Welding requirements .17
8 Quality control.19
9 Equipment .26
10 Marking .44
11 Documentation.45
Annex A (normative) Supplementary requirements .47
Annex B (informative) Guidance for qualification of heat-treatment equipment.49
Bibliography.51
© ISO 2008 – All rights reserved iii
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ISO/DIS 13535
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 13535 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum and natural gas industries, Subcommittee SC 4, Drilling and production equipment.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13535:2000), which has been technically
revised.
Annex A forms a normative part of this International Standard. Annex B is for information only.
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ISO/DIS 13535
Introduction
This International Standard is based upon API Spec 8C, Fourth Edition, February 2003.
Users of this International Standard should be aware that further or differing requirements may be needed for
individual applications. This International Standard is not intended to inhibit a vendor from offering, or the
purchaser from accepting, alternative equipment or engineering solutions for the individual application. This
may be particularly applicable where there is innovative or developing technology. Where an alternative is
offered, the vendor should identify any variations from this International Standard and provide details.
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 13535
Petroleum and natural gas industries — Drilling and production
equipment — Hoisting equipment
1 Scope
This International Standard provides requirements for the design, manufacture and testing of hoisting
equipment suitable for use in drilling and production operations.
This International Standard is applicable to the following drilling and production hoisting equipment:
a) hoisting sheaves;
b) travelling blocks and hook blocks;
c) block-to-hook adapters;
d) connectors and link adapters;
e) drilling hooks;
f) tubing hooks and sucker-rod hooks;
g) elevator links;
h) casing elevators, tubing elevators, drill-pipe elevators and drill-collar elevators;
i) sucker-rod elevators;
j) rotary swivel-bail adapters;
k) rotary swivels;
l) power swivels;
m) power subs;
n) spiders, if capable of being used as elevators;
o) wire-line anchors;
p) drill-string motion compensators;
q) kelly spinners, if capable of being used as hoisting equipment;
r) pressure vessels and piping mounted onto hoisting equipment;
s) safety clamps, if capable of being used as hoisting equipment;
t) guide dollies.
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ISO/DIS 13535
This International Standard establishes requirements for two product specification levels (PSLs). These two
PSL designations define different levels of technical requirements. All the requirements of Clause 4 through
Clause 11 are applicable to PSL 1 unless specifically identified as PSL 2. PSL 2 includes all the requirements
of PSL 1 plus the additional practices as stated herein.
Supplementary requirements apply only when specified. Annex A gives a number of standardized
supplementary requirements.
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 11960, Petroleum and natural gas industries – Steel pipes for use as casing or tubing for wells
1)
API RP 9B, Application, Care, and Use of Wire Rope for Oil Field Service
API Spec 5B, Threading, Gauging, and Thread Inspection of Casing, Tubing, and Line Pipe Threads
API Spec 7, Rotary Drill Stem Elements
2)
ASME B31.3, Process Piping
ASME V, Non-destructive Examination
ASME VIII, DIV 1, Rules for Construction of Pressure Vessels
ASME IX, Welding and Brazing specification
3)
ASTM A 370, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products
ASTM A 388, Standard Practice for Ultrasonic Examination of Heavy Steel Forgings
ASTM A 488, Standard Practice for Steel Castings, Welding, Qualifications of Procedures and Personnel
ASTM A 770, Standard Specification for Through-Thickness Tension Testing of Steel Plates for Special
Applications
ASTM E 4, Standard Practices for Force Verification of Testing Machines
ASTM E 125, Standard Reference Photographs for Magnetic Particle Indications on Ferrous Castings
ASTM E 165, Standard Test Method for Liquid Penetrant Examination
ASTM E 186, Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (2 to 4 1/2-in. (51 to 114-mm)) Steel
Castings
ASTM E 280, Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (4 1/2 to 12-in. (114 to 305-mm)) Steel
Castings
1) American Petroleum Institute; 1220 L St. N.W.; Washington, DC 20005; USA.
2) American Society of Merchanical Engineers; 345 East 47st St; New York, NY 10017; USA.
3) American Society for Testing and Materials; 100 Barr Harbor Dr.; West Conshohocken, PA 19428; USA.
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ISO/DIS 13535
ASTM E 428, Standard Practice for Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic
Inspection
ASTM E 446, Standard Reference Radiographs for Steel Castings Up to 2 in. (51 mm) in Thickness
ASTM E 709, Standard Guide for Magnetic Particle Examination
ASNT SNT-TC-1A, Recommended practice for personnel qualification and certification in non-destructive
4)
testing
5)
AWS D1.1, Structural welding code
AWS QC1, Standard for AWS Certification of Welding Inspectors
EN 287 (all parts), Approval testing of welders – Fusion welding
EN 288 (all parts), Specification and qualification of welding procedures for metallic materials
MSS SP-55, Quality standard for steel castings for valves, flanges and fittings and other piping components –
6)
Visual method for evaluation of surface irregularities
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms, definitions, and abbreviated terms apply.
3.1 Terms and definitions
3.1.1
bearing-load rating
calculated maximum load for bearings subjected to the primary load
3.1.2
design load
sum of static and dynamic loads that would induce the maximum allowable stress in an item
3.1.3
design safety factor
factor to account for a certain safety margin between the maximum allowable stress and the specified
minimum yield strength of a material
3.1.4
design verification test
test performed to validate the integrity of the design calculations used
3.1.5
dynamic load
load applied to the equipment due to acceleration effects
4) American Society for Nondestructive Testing; 4153 Arlingate Plaza; Box 28518, Columbus, OH 43228; USA.
5) American Welding Society; 550 N.W. LeJeune Road, Miami, Florida 33126; USA.
6) Manufacturers' Standardization Society of the Valve and Fittings Industry; 127 Park St. N.E.; Vienna, VA 22180; USA.
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ISO/DIS 13535
3.1.6
equivalent-round
standard for comparing various shaped sections to round bars, used for determining the response to
hardening characteristics when heat-treating low-alloy and martensitic corrosion-resistant steels
3.1.7
identical design concept
property of a family units whereby all units of the family have similar geometry in the primary load carrying
areas
3.1.8
linear indication
indication revealed by NDE, having a length of at least three times the width
3.1.9
load rating
maximum operating load, both static and dynamic, to be applied to the equipment
NOTE The load rating is numerically equivalent to the design load.
3.1.10
maximum allowable stress
specified minimum yield strength divided by the design safety factor
3.1.11
primary load
axial load which equipment is subjected to in operations
3.1.12
primary-load-carrying component
component of the equipment through which the primary load is carried
3.1.13
product specification level
degree of controls applied on materials and processes for the primary-load-carrying components of the
equipment
NOTE The two product specification levels are identified by the code PSL 1 or PSL 2.
3.1.14
proof load test
production load test performed to validate the load rating of a unit
3.1.15
repair
removal of defects from, and refurbishment of, a component or assembly by welding, during the manufacture
of new equipment
NOTE The term "repair", as referred to in this International Standard, applies only to the repair of defects in materials
during the manufacture of new equipment.
3.1.16
rounded indication
indication revealed by NDE, with a circular shape or with an elliptical shape having a length of less than three
times the width
3.1.17
safe working load
the design load minus the dynamic load
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ISO/DIS 13535
3.1.18
size class
designation by which dimensionally-interchangeable equipment of the same maximum load rating is identified
3.1.19
size range
range of tubular diameters covered by an assembly
3.1.20
special process
operation which may change or affect the mechanical properties, including toughness, of the materials used in
the equipment
3.1.21
test unit
prototype unit upon which a design verification test is conducted
3.2 Abbreviated terms and symbols
3.2.1 Abbreviated terms
ER equivalent-round
HAZ heat-affected zone
PSL product specification level
NDE non-destructive examination
PLC principal loading condition
PWHT post-weld heat-treatment
3.2.2 Symbols
AS maximum allowable stress
max
B bottom bore
B
B top bore
T
D diameter
D nominal rope diameter
R
D square shoulder neck diameter
SE
D tread diameter
t
D taper shoulder neck diameter
TE
G total groove depth
l length
l gauge length
o
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L breaking load
B
L design verification test load
DVT
N number of sheaves in the block
r radius
r maximum new groove radius
max
r minimum new groove radius
min
r nominal rope radius
rope
R load rating
SF design safety factor
D
t maximum thickness
T yield-to-ultimate strength ratio
R
TS actual ultimate tensile strength
a
TS minimum specified ultimate tensile strength
min
W calculated block bearing rating
B
W individual sheave bearing rating
R
W calculated main bearing thrust rating
S
YS minimum specified yield strength
min
4 Design
4.1 General
Hoisting equipment shall be designed, manufactured and tested so that it is in every respect fit for its intended
purpose. The equipment shall safely transfer the load for which it is intended. The equipment shall be
designed for simple and safe operation.
4.2 Design conditions
The following design conditions shall apply:
a) the operator of the equipment shall be responsible for determination of the safe working load for any
hoisting operation;
b) the design and minimum operating temperature shall be – 20 °C (– 4 °F), unless supplementary
requirement SR 2 has been applied (see Clause A.3).
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CAUTION — The equipment should not be used at the full load rating at temperatures below – 20 °C
(– 4 °F) unless appropriate materials with the required toughness properties at lower design
temperatures have been used (see Clause A.3).
4.3 Strength analysis
4.3.1 General
The equipment design analysis shall address excessive yielding, fatigue and buckling as possible modes of
failure.
The strength analysis shall be generally based on the elastic theory. An ultimate strength (plastic) analysis
may, however, be used where appropriate. Finite-element mesh analysis, in conjunction with analytical
methods, may be used.
All forces that may govern the design shall be taken into account. For each cross-section to be considered,
the most unfavourable combination, position and direction of forces shall be used.
4.3.2 Simplified assumptions
Simplified assumptions regarding stress distribution and stress concentration may be used, provided that the
assumptions are made in accordance with generally accepted practice or based on sufficiently comprehensive
experience or tests.
4.3.3 Empirical relationships
Empirical relationships may be used in lieu of analysis, provided such relationships are supported by
documented strain gauge test results that verify the stresses within the component. Equipment or components
which, by their design, do not permit the attachment of strain gauges to verify the design shall be qualified by
testing in accordance with 5.5.
4.3.4 Equivalent stress
The strength analysis shall be based on elastic theory. The nominal equivalent stress, according to the
Von Mises-Hencky theory, caused by the design load shall not exceed the maximum allowable stress AS as
max
calculated by Equation 1.
YS
min
AS = (1)
max
SF
D
where
YS is the specified minimum yield strength;
min
SF is the design safety factor.
D
4.3.5 Ultimate strength (plastic) analysis
An ultimate strength (plastic) analysis may be performed under any one of the following conditions:
a) for contact areas;
b) for areas of highly localized stress concentrations caused by part geometry, and other areas of high stress
gradients where the average stress in the section is less than or equal to the maximum allowable stress
as defined in 4.3.4.
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In such areas, the elastic analysis shall govern for all values of stress below the average stress.
In the case of plastic analysis, the equivalent stress as defined in 4.3.4 shall not exceed the maximum
allowable stress AS as calculated by Equation 2.
max
TS
min
AS = (2)
max
SF
D
where
TS is the specified minimum ultimate tensile strength;
min
SF is the design safety factor.
D
4.3.6 Stability analysis
The stability analysis shall be carried out according to generally accepted theories of buckling.
4.3.7 Fatigue analysis
The fatigue analysis shall be based on a period of time of not less than 20 years, unless otherwise agreed.
The fatigue analysis shall be carried out according to generally accepted theories. A method that may be used
is defined in reference [3].
4.4 Size class
The size class shall represent the dimensional interchangeability and the load rating of equipment.
4.5 Contact surface radii
Figure 7, Figure 8, Figure 9 and Table 6 show radii of hoisting-tool contact surfaces. These contact radii are
applicable to hoisting tools used in drilling (including tubing hooks), but all other work-over tools are excluded.
4.6 Rating
All hoisting equipment furnished under this International Standard shall be rated as specified herein.
Such ratings shall consist of a load rating for all equipment and a bearing-load rating for all equipment
containing bearings within the primary load path.
The bearing-load rating is intended primarily to achieve consistency of ratings, but is also intended to provide
a reasonable service life for bearings when used at loads within the equipment-load rating.
The load rating shall be based on the design safety factor as specified in 4.7, the specified minimum yield
strength of the material used in the primary-load-carrying components and the stress distribution as
determined by design calculations and/or data developed in a design verification load test as specified in 5.5.
The load rating shall be marked on the equipment (refer to Clause 10).
4.7 Design safety factor
The design safety factor shall be established from Table 1 as follows.
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ISO/DIS 13535
Table 1 — Design safety factor
Load rating
Design safety factor
R
SF
D
kN (ton)
1 334 kN (150 short tons) and less 3,00
a
1 334 kN (150 short tons) to 4 448 kN (500 short tons) inclusive 3,00 – [0,75 × (R – 1 334)/3 114]
Over 4 448 kN (500 short tons) 2,25
a
In this formula, the value of R shall be in kilonewtons.
The design safety factor is intended as a design criterion and shall not under any circumstances be construed
as allowing loads on the equipment in excess of the load rating.
4.8 Shear strength
For purposes of design calculations involving shear, the ratio of yield strength in shear to yield strength in
tension shall be 0,58.
4.9 Specific equipment
Refer to Clause 9 for all additional equipment-specific design requirements.
4.10 Design documentation
Documentation of the design shall include methods, assumptions, calculations and design requirements.
Design requirements shall include, but not be limited to, those criteria for size, test and operating pressures,
material, environmental and specification requirements, and pertinent requirements upon which the design is
to be based.
The requirements shall also apply to design change documentation.
5 Design verification test
5.1 General
To assure the integrity of equipment design, design verification testing shall be performed as specified below.
Design verification testing of equipment shall be carried out and/or certified by a department or organization
independent of the design function.
Equipment which, by virtue of its simple geometric form, permits accurate stress analysis through calculation
only shall be exempted from design verification testing.
5.2 Sampling of test units
To qualify design calculations applied to a family of units with an identical design concept but of varying sizes
and ratings, the following sampling options apply.
⎯ A minimum of three units of the design shall be subjected to design verification testing. The test units
shall be selected from the lower end, middle and upper end of the size/rating range.
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ISO/DIS 13535
⎯ Alternatively, the required number of test units shall be established on the basis that each test unit also
qualifies one size or rating above and below that of the selected test unit.
NOTE The second option generally applies to limited product size/rating ranges.
5.3 Test procedures
5.3.1 Functional test
Load the test unit to the design load. After this load has been released, check the unit to verify that the
functions of the equipment and its components have not been impaired by this loading.
5.3.2 Design verification test
Apply strain gauges to the test unit at all places where high stresses are anticipated, provided that the
configuration of the units permits such techniques. Tools such as finite-element analysis, models, brittle
lacquer, etc. should be used to confirm the proper location of the strain gauges. Three element strain gauges
should be applied in critical areas to permit determination of the shear stresses and to eliminate the need for
exact orientation of the strain gauges.
The design verification test load, L , to be applied to the test unit shall be determined in Equation 3.
DVT
L = 0,8× R⋅ SF , but not less than 2R (3)
D
DVT
where
R is the load rating, expressed in kilonewtons;
SF is the design safety factor as defined in 3.1.3 and 4.7.
D
Load the unit to the design verification test load. This test load should be applied carefully, reading the strain
gauge values and observing the yield. The test unit should be loaded as many times as necessary to obtain
adequate data.
The stress values computed from the strain gauge readings shall not exceed the values obtained from design
calculations (based on the design verification test load) by more than the uncertainty of the testing apparatus
specified in 5.6. Failure to meet this requirement or premature failure of any test unit shall be cause for a
complete reassessment of the design followed by additional testing of an identical number of test units as
originally required, including a test unit of the same size and rating as the one that failed.
Upon completion of the design verification test, disassemble the unit and check the dimensions of each part
for evidence of yielding.
Individual parts of a unit may be tested separately if the holding fixtures simulate the load conditions
applicable to the part in the assembled unit.
5.4 Determination of load rating
Determine the load rating from the results of the design verification test and/or the design and
stress-distribution calculations required by Clause 4. The stresses at that rating shall not exceed the values
allowed in 4.3. Localized yielding is permitted at areas of contact. In a test unit that has been
design-verification tested, the critical permanent deformation determined by strain gauges or other suitable
means shall not exceed 0,2 %, except in contact areas. If the stresses exceed the allowable values, redesign
the affected part or parts to obtain the desired rating. Stress-distribution calculations may be used to establish
the load rating of equipment only if the results of the analysis are shown to be within acceptable engineering
allowances as verified by the design verification test prescribed by Clause 5.
10 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO/DIS 13535
5.5 Alternative design verification test procedure and rating
Destructive testing of the test unit may be used, provided an accurate yield and tensile strength of the material
used in the equipment has been determined. Each component of an assembly shall
...
PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 13535
ISO/TC 67/SC 4 Secrétariat: ANSI
Début de vote: Vote clos le:
2008-02-21 2008-07-21
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Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipements de forage
et de production — Équipement de levage
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ENQUÊTE PARALLÈLE ISO/CEN
Le Secrétaire général du CEN a informé le Secrétaire général de l'ISO que le présent ISO/DIS couvre un
sujet présentant un intérêt pour la normalisation européenne. Conformément au mode de
collaboration sous la direction de l'ISO, tel que défini dans l'Accord de Vienne, une consultation
sur cet ISO/DIS a la même portée pour les membres du CEN qu'une enquête au sein du CEN sur
un projet de Norme européenne. En cas d'acceptation de ce projet, un projet final, établi sur la base
des observations reçues, sera soumis en parallèle à un vote de deux mois sur le FDIS au sein de l'ISO et
à un vote formel au sein du CEN.
La présente version française de ce document correspond à la version anglaise qui a été
distribuée précédemment, conformément aux dispositions de la Résolution du Conseil 15/1993.
Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du
secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au
Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.
To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee secretariat.
ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at publication
stage.
CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT
ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
OUTRE LE FAIT D'ÊTRE EXAMINÉS POUR ÉTABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE
PROPRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE.
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Organisation internationale de normalisation, 2008
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ISO/DIS 13535
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.2
3 Termes et définitions .3
4 Conception.6
5 Essai de vérification de la conception .10
6 Exigences relatives aux matériaux.13
7 Exigences relatives au soudage.18
8 Contrôle qualité .21
9 Équipement .29
10 Marquage.48
11 Documentation .49
Annexe A (normative) Exigences supplémentaires .51
Annexe B (informative) Guide pour la qualification de l’équipement de traitement thermique .53
Bibliographie.56
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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 13535 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 4, Équipement de forage et de
production en collaboration avec le CEN/TC 12, Matériel, équipement et structures en mer pour les industries
du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13535:2000), qui a fait l’objet d’une
révision technique
L'Annexe A constitue une partie normative de la présente Norme internationale. L'Annexe B est uniquement
informative.
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Introduction
La présente Norme internationale est basée sur la Spécification 8C de l'API, quatrième édition, février 2003.
Il convient que les utilisateurs de la présente Norme internationale soient informés 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 d'offrir, ou un acheteur d'accepter,
d'autres équipements ou solutions techniques pour une application particulière. Ceci est d'autant plus vrai
lorsque la technologie est innovante ou en cours de développement. Lorsqu'une autre solution est proposée,
il convient que le vendeur identifie tous les écarts par rapport à la présente Norme internationale et en
fournisse les détails.
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 13535
Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipements de forage
et de production — Équipement de levage
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale fournit des exigences relatives à la conception, à la fabrication et aux essais
des équipements de levage aptes à être utilisés dans les opérations de forage et de production.
La présente Norme internationale est applicable aux équipements de levage suivants employés pour le forage
et la production :
a) poulies de levage ;
b) moufles mobiles et moufles crochets ;
c) adaptateurs entre moufle et crochet ;
d) connecteurs et adaptateurs pour élévateur ;
e) crochets de forage ;
f) crochets pour tubes de production et crochets de tiges de pompage ;
g) bras élévateurs ;
h) élévateurs pour tubes de cuvelage, élévateurs pour tubes de production, élévateurs de tiges de forage et
élévateurs de masses-tiges ;
i) élévateurs pour tiges de pompage ;
j) adaptateurs d’anse de tête d’injection de rotary ;
k) têtes d’injection de rotary ;
l) têtes d'injection motorisées ;
m) raccords motorisés ;
n) colliers à coins, s’ils peuvent être utilisés comme élévateurs ;
o) réas ;
p) compensateurs de pilonnement ;
q) dispositifs de vissage de la tige d’entraînement, s’ils peuvent être utilisés comme un équipement de
levage ;
r) récipients sous pression et tuyauterie montés sur un équipement de levage ;
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s) colliers de sécurité, s’ils peuvent être utilisés comme un équipement de levage ;
t) chariots de guidage.
La présente Norme internationale détermine des exigences pour deux niveaux de spécification de produits
(PSL). Ces deux désignations PSL définissent différents niveaux d’exigences techniques. Toutes les
exigences spécifiées de l’Article 4 à l’Article 11 sont applicables à PSL 1, sauf si elles sont spécifiquement
identifiées en tant que PSL 2. PSL 2 inclut toutes les exigences PSL 1 plus les pratiques supplémentaires
mentionnées dans le présent document.
Les exigences supplémentaires ne s’appliquent que lorsque cela est spécifié. L’Annexe A donne un certain
nombre d’exigences supplémentaires normalisées.
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 11960, Industries du pétrole et du gaz naturel — Tubes d'acier utilisés comme cuvelage ou tubes de
production dans les puits.
1)
API RP 9B, Application, Care, and Use of Wire Rope for Oil Field Service .
API Spec 5B, Threading, Gauging, and Thread Inspection of Casing, Tubing, and Line Pipe Threads.
API Spec 7, Rotary Drill Stem Elements.
2)
ASME B31.3, Process Piping .
ASME V, Non-destructive Examination.
ASME VIII, DIV 1, Rules for Construction of Pressure Vessels.
ASME IX, Welding and Brazing specification.
3)
ASTM A 370, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products .
ASTM A 388, Standard Practice for Ultrasonic Examination of Heavy Steel Forgings.
ASTM A 488, Standard Practice for Steel Castings, Welding, Qualifications of Procedures and Personnel.
ASTM A 770, Standard Specification for Through-Thickness Tension Testing of Steel Plates for Special
Applications.
ASTM E 4, Standard Practices for Force Verification of Testing Machines.
ASTM E 125, Standard Reference Photographs for Magnetic Particle Indications on Ferrous Castings.
ASTM E 165, Standard Test Method for Liquid Penetrant Examination.
1) American Petroleum Institute; 1220 L St. N.W.; Washington, DC 20005; USA.
2) American Society of Merchanical Engineers; 345 East 47st St; New York, NY 10017; USA.
3) American Society for Testing and Materials; 100 Barr Harbor Dr.; West Conshohocken, PA 19428; USA.
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ASTM E 186, Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (2 to 4 1/2-in. (51 to 114-mm)) Steel
Castings.
ASTM E 280, Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (4 1/2 to 12-in. (114 to 305-mm)) Steel
Castings.
ASTM E 428, Standard Practice for Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic
Examination.
ASTM E 446, Standard Reference Radiographs for Steel Castings Up to 2 in. (51 mm) in Thickness.
ASTM E 709, Standard Guide for Magnetic Particle Examination.
ASNT SNT-TC-1A, Recommended practice for personnel qualification and certification in non-destructive
4)
testing .
5)
AWS D1.1, Structural welding code .
AWS QC1, Standard for AWS Certification of Welding Inspectors.
EN 287 (toutes les parties), Épreuve de qualification des soudeurs — Soudage par fusion.
EN 288 (toutes les parties), Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux
métalliques.
MSS SP-55, Quality standard for steel castings for valves, flanges and fittings and other piping components –
6)
Visual method for evaluation of surface irregularities .
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1 Termes et définitions
3.1.1
charge nominale sur les paliers
charge maximale calculée pour les paliers subissant la charge primaire
3.1.2
charge de calcul
somme des charges statiques et dynamiques induisant la contrainte maximale admissible dans un élément
3.1.3
coefficient de sécurité théorique
coefficient permettant de tenir compte d’une certaine marge de sécurité entre la contrainte maximale
admissible et la limite d’élasticité minimale spécifiée d’un matériau
3.1.4
essai de vérification de la conception
essai réalisé pour valider l’intégrité des calculs de conception utilisés
4) American Society for Nondestructive Testing; 4153 Arlingate Plaza; Box 28518, Columbus, OH 43228; USA.
5) American Welding Society; 550 N.W. LeJeune Road, Miami, Florida 33126; USA.
6) Manufacturers' Standardization Society of the Valve and Fittings Industry; 127 Park St. N.E.; Vienna, VA 22180; USA.
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3.1.5
charge dynamique
charge s’exerçant sur l’équipement du fait des effets de l’accélération
3.1.6
section circulaire équivalente
étalon permettant de comparer des sections de différentes formes à des barres rondes, utilisé pour
déterminer la réponse à des caractéristiques de trempe lors du traitement thermique d’aciers faiblement alliés
et d’aciers martensitiques résistants à la corrosion
3.1.7
concept théorique identique
propriété des unités d’une famille par laquelle toutes les unités de la famille ont une géométrie similaire dans
les principales zones porteuses
3.1.8
indication linéaire
indication révélée par un contrôle non destructif, dont la longueur est au moins égale au triple de la largeur
3.1.9
charge nominale
charge maximale, aussi bien statique que dynamique, devant s’exercer sur l’équipement en service
NOTE La charge nominale est numériquement équivalente à la charge de calcul.
3.1.10
contrainte maximale admissible
limite d'élasticité minimale spécifiée divisée par le coefficient de sécurité théorique
3.1.11
charge primaire
charge axiale à laquelle est soumis un équipement pendant les opérations
3.1.12
composant porteur principal
composant de l’équipement supportant la charge primaire
3.1.13
niveau de spécification de produit
degré des contrôles appliqués aux matériaux et aux procédés utilisés pour les composants porteurs
principaux de l’équipement
NOTE Les deux niveaux de spécification de produits sont identifiés par les codes PSL 1 et PSL 2.
3.1.14
essai de charge d’épreuve
essai de charge de production réalisé pour valider la charge nominale d’une unité
3.1.15
réparation
élimination des défauts, et remise en état, d’un composant ou d’un assemblage par soudage au cours de la
fabrication d’un nouvel équipement
NOTE Le terme « réparation », tel que mentionné dans la présente Norme internationale, ne s’applique qu’à la
réparation de défauts dans les matériaux au cours de la fabrication d’un nouvel équipement.
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3.1.16
indication arrondie
indication révélée par un contrôle non destructif, ayant une forme circulaire ou une forme elliptique dont la
longueur est inférieure au triple de la largeur
3.1.17
charge de travail admissible
charge de calcul moins la charge dynamique
3.1.18
classe de dimension
désignation permettant d’identifier des équipements de même charge nominale maximale interchangeables
d’un point de dimensionnel
3.1.19
gamme de dimensions
gamme de diamètres de tubes couverte par un assemblage
3.1.20
procédé spécial
opération susceptible de modifier ou d’avoir une incidence sur les propriétés mécaniques, y compris la
ténacité, des matériaux utilisés dans l’équipement
3.1.21
unité d’essai
prototype sur lequel est réalisé un essai de vérification de la conception
3.2 Abréviations et symboles
3.2.1 Abréviations
ER section circulaire équivalente
ZAT zone affectée thermiquement
PSL niveau de spécification de produits
CND contrôle non destructif
CCP condition de charge principale
PWHT traitement thermique après soudage
3.2.2 Symboles
AS contrainte maximale admissible
max
B alésage inférieur
B
B alésage supérieur
T
D diamètre
D diamètre nominal du câble
R
D diamètre de collerette à épaulement droit
SE
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D diamètre d’enroulement
t
D diamètre de collerette à épaulement conique
TE
G profondeur totale de gorge
l longueur
l longueur entre repères
o
L charge de rupture
B
L charge d’essai de vérification de la conception
DVT
N nombre de poulies dans le moufle
r rayon
r rayon maximal d’une nouvelle gorge
max
r rayon minimal d’une nouvelle gorge
min
r rayon nominal du câble
câble
R charge nominale
SF coefficient de sécurité théorique
D
t épaisseur maximale
T rapport de la limite d’élasticité à la limite de rupture
R
TS résistance à la rupture réelle
a
TS résistance à la rupture minimale spécifiée
min
W charge nominale calculée des paliers du moufle
B
W charge nominale des paliers d’une poulie individuelle
R
W poussée nominale calculée du palier principal
S
YS limite d’élasticité minimale spécifiée
min
4 Conception
4.1 Généralités
L’équipement de levage doit être conçu, fabriqué et soumis à essai de manière à être, à tous égards, adapté
à l’usage prévu. L’équipement doit transporter en toute sécurité la charge pour laquelle il est prévu.
L’équipement doit être conçu pour un fonctionnement simple et en toute sécurité.
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4.2 Conditions de conception
Les conditions de conception suivantes doivent s'appliquer :
a) l’opérateur de l’équipement doit être responsable de la détermination de la charge de travail admissible
pour toute opération de levage ;
b) la température minimale de calcul et de service doit être de – 20 °C (– 4 °F), sauf si l’exigence
supplémentaire SR 2 a été appliquée (voir A.3).
ATTENTION — Il convient de ne pas utiliser l’équipement à pleine charge à des températures
inférieures à – 20 °C (– 4 °F), sauf si des matériaux appropriés ayant les propriétés de ténacité
prescrites à des températures de calcul plus basses ont été utilisés (voir A.3).
4.3 Analyse de la résistance
4.3.1 Généralités
L’analyse de conception d’un équipement doit envisager un fléchissement, une fatigue et un flambage
excessifs comme modes de défaillance possibles.
L’analyse de la résistance doit en général être basée sur la théorie élastique. Une analyse (plastique) de la
limite de rupture peut néanmoins être utilisée, le cas échéant. Une analyse par éléments finis, combinée à
des méthodes analytiques, peut être utilisée.
Toutes les forces susceptibles d’avoir une incidence sur la conception doivent être prises en compte. Pour
chaque section transversale devant être considérée, la combinaison, la position et la direction des forces les
plus défavorables doivent être utilisées.
4.3.2 Hypothèses simplifiées
En ce qui concerne la distribution et la concentration des contraintes, des hypothèses simplifiées peuvent être
utilisées, à condition qu’elles soient conformes à la pratique généralement acceptée ou qu’elles soient basées
sur une expérience ou des essais suffisamment étendus.
4.3.3 Relations empiriques
Des relations empiriques peuvent être utilisées à la place de l’analyse, à condition que ces relations soient
étayées par des résultats d’essais de contrainte documentés qui vérifient les contraintes dans le composant.
Les équipements ou composants qui, de par leur conception, ne permettent pas de fixer des extensomètres
pour vérifier la conception doivent être qualifiés par des essais conformément à 5.5.
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4.3.4 Contrainte équivalente
L’analyse de la résistance doit être basée sur une théorie élastique. Selon la théorie de Von Mises-Hencky, la
contrainte nominale équivalente provoquée par la charge de calcul ne doit pas dépasser la contrainte
maximale admissible AS telle que calculée par l’Equation 1.
max
YS
min
AS = (1)
max
SF
D
où
YS est la limite d'élasticité minimale spécifiée ;
min
SF est le coefficient de sécurité théorique.
D
4.3.5 Analyse (plastique) de la limite de rupture
Une analyse (plastique) de la limite de rupture peut être effectuée dans l’une des conditions suivantes :
a) pour les zones de contact ;
b) pour les zones où la concentration des contraintes est extrêmement localisée du fait de la géométrie de
la pièce, et les autres zones à forts gradients de contrainte dans lesquelles la contrainte moyenne dans la
section est inférieure ou égale à la contrainte maximale admissible telle que définie en 4.3.4.
Dans ces zones, l’analyse élastique doit prédominer pour toutes les valeurs de contrainte inférieures à la
contrainte moyenne.
Dans le cas d’une analyse plastique, la contrainte équivalente telle que définie en 4.3.4 ne doit pas dépasser
la contrainte maximale admissible AS telle que calculée par l’Equation 2.
max
TS
min
AS = (2)
max
SF
D
où
TS est la résistance à la rupture minimale spécifiée ;
min
SF est le coefficient de sécurité théorique.
D
4.3.6 Analyse de stabilité
L’analyse de stabilité doit être effectuée conformément à des théories de flambage généralement acceptées.
4.3.7 Analyse de fatigue
Sauf accord contraire, l’analyse de fatigue doit être basée sur une période d’au moins 20 ans.
L’analyse de fatigue doit être effectuée conformément à des théories généralement acceptées. Une méthode
pouvant être utilisée est définie dans la référence [3].
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4.4 Classe de dimension
La classe de dimension doit représenter l’interchangeabilité dimensionnelle et la charge nominale de
l’équipement.
4.5 Rayons des surfaces de contact
La Figure 7, la Figure 8, la Figure 9 et le Tableau 6 indiquent les rayons des surfaces de contact des outils de
levage. Ces rayons de contact sont applicables aux outils de levage utilisés lors du forage (y compris les
crochets de tubes de production), mais tous les autres outils de reconditionnement sont exclus.
4.6 Caractéristiques nominales
Tous les équipements de levage fournis conformément à la présente Norme internationale doivent être
calculés comme spécifié dans le présent document.
Ces caractéristiques nominales doivent comprendre une charge nominale pour tous les équipements et une
charge nominale sur les paliers pour tous les équipements comportant des paliers dans la voie de contrainte
principale.
La charge nominale sur les paliers a essentiellement pour but d’obtenir des caractéristiques nominales
compatibles, mais aussi de conférer une durée de vie raisonnable aux paliers lorsqu’ils sont utilisés dans les
limites de la charge nominale de l’équipement.
La charge nominale doit être basée sur le coefficient de sécurité théorique, tel que spécifié en 4.7, la limite
d'élasticité minimale spécifiée du matériau utilisé dans les composants porteurs principaux et la distribution de
contrainte telle que déterminée par les calculs de conception et/ou les données obtenues lors d’un essai de
charge de vérification de la conception tel que spécifié en 5.5.
La charge nominale doit être marquée sur l’équipement (voir Article 10).
4.7 Coefficient de sécurité théorique
Le coefficient de sécurité théorique doit être déterminé à partir du Tableau 1 suivant.
Tableau 1 — Coefficient de sécurité théorique
Charge nominale
Coefficient de sécurité
R
théorique
SF
kN (tonne) D
3,00
1 334 kN (150 tonnes courtes) et moins
a
1 334 kN (150 tonnes courtes) à 4 448 kN (500 tonnes courtes) 3,00 – [0,75 × (R – 1 334)/3 114]
inclus
Plus de 4 448 kN (500 tonnes courtes) 2,25
a
Dans cette formule, la valeur de R doit être en kilonewtons.
Le coefficient de sécurité théorique sert de critère de conception et ne doit en aucun cas être considéré
comme une autorisation à soumettre l’équipement à des charges supérieures à la charge nominale.
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4.8 Résistance au cisaillement
Pour les besoins des calculs de conception impliquant un cisaillement, le rapport de la limite d'élasticité en
cisaillement à la limite d'élasticité en traction doit être de 0,58.
4.9 Exigences propres aux équipements
Se reporter à l’Article 9 pour toutes les exigences de conception supplémentaires propres aux équipements.
4.10 Documentation relative à la conception
La documentation relative à la conception doit inclure les méthodes, les hypothèses, les calculs et les
exigences de conception. Les exigences de conception doivent comprendre, sans toutefois s’y limiter, les
critères relatifs aux dimensions, aux pressions d’essai et de service, aux matériaux, les exigences et
spécifications environnementales, ainsi que les exigences applicables sur lesquelles la conception doit être
basée.
Les exigences doivent également s’appliquer à la documentation relative à une modification de la conception.
5 Essai de vérification de la conception
5.1 Généralités
Pour garantir l’intégrité de la conception d’un équipement, des essais de vérification de la conception doivent
être effectués, comme spécifié ci-dessous.
Les essais de vérification de la conception d’un équipement doivent être effectués et/ou certifiés par un
service ou un organisme indépendant de la fonction de conception.
Un équipement qui, du fait de sa forme géométrique simple, permet une analyse de contrainte précise
uniquement par des calculs doit être dispensé d’essai de vérification de la conception.
5.2 Echantillonnage des unités d’essai
Pour qualifier les calculs de conception appliqués à une famille d’unités basée sur un
...
Questions, Comments and Discussion
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