ISO 20312:2011

Petroleum and natural gas industries — Design and operating limits of drill strings with aluminium alloy components

ISO 20312:2011 applies to design and operating limits for drill strings containing aluminium alloy pipes manufactured in accordance with ISO 15546.

Industries du pétrole et du gaz naturel — Conception et limites de fonctionnement des garnitures de forage en alliage d'aluminium

L'ISO 20312:2011 s'applique à la conception et aux limites de fonctionnement des rames contenant des tiges en alliage d'aluminium fabriquées conformément à l'ISO 15546.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 06-Oct-2011
• ICS: 75.180.10 - Exploratory, drilling and extraction equipment
• Technical Committee: ISO/TC 67 - Materials, equipment and offshore structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries
• Drafting Committee: ISO/TC 67/WG 5 - Aluminium alloy pipes
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 01-Oct-2024

Relations

• Consolidates: ISO 14680-1:2000 - Paints and varnishes — Determination of pigment content — Part 1: Centrifuge method
• Effective Date: 06-Jun-2022
• Consolidated By: ISO 22600-3:2014 - Health informatics — Privilege management and access control — Part 3: Implementations
• Effective Date: 06-Jun-2022

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20312
First edition
2011-10-15
Petroleum and natural gas industries —
Design and operating limits of drill
strings with aluminium alloy components
Industries du pétrole et du gaz naturel — Conception et limites de
fonctionnement des garnitures de forage en alliage d'aluminium

Reference number
©
ISO 2011
©  ISO 2011
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1  Scope . 1
2  Normative references . 1
3  Terms, definitions, symbols and abbreviated terms . 1
3.1  Terms and definitions . 1
3.2  Symbols . 3
3.3  Abbreviated terms . 7
4  Properties of ADP and tool joints . 8
4.1  General . 8
4.2  New pipes and tool joints data . 8
4.3  Buoyant weight . 8
4.4  Mechanical properties . 8
4.5  ADP with integral tool joint and heavy wall ADP . 11
5  Considerations and limitations of drill string design using ADP . 15
5.1  Application aspects of aluminium alloy drill pipe . 15
5.2  General principles of aluminium drill string assembly design . 16
5.3  Influence of temperature on choice of material for drill pipe . 17
5.4  Resistance to hydroabrasive and corrosive damage . 23
5.5  Buckling . 24
6  Basic requirements for calculation of drill strings containing ADP . 26
7  Drill pipe operation . 27
7.1  Operations management . 27
7.2  General drill pipe operating recommendations . 27
7.3  Fatigue strength limitations . 31
7.4  Combined load capacity limitation . 32
8  Wear-based inspection, identification and classification of aluminium drill pipe . 36
8.1  Inspection . 36
8.2  Wear-based marking and identification of pipe and tool joints. 38
8.3  Wear-based pipe classification . 39
8.4  Wear-based tool joints classification . 40
8.5  Pipe repairing and discarding . 40
9  Transportation and storage of pipe . 41
9.1  Transportation of pipe . 41
9.2  Storage of pipe . 41
Annex A (informative) Drill pipe design, range and technical properties of integral tool joint ADP
and heavy wall ADP . 42
Annex B (normative) Calculations . 47
Annex C (informative) Conversion of SI units to USC units . 58
Bibliography . 59

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 20312 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries.
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Introduction
The function of this International Standard is to define operating limits of aluminium drill pipes and recommend
design criteria for the drill stem containing such aluminium drill pipes. This International Standard contains
formulas and figures to aid in the design and selection of equipment to meet a specific drilling condition.
In this International Standard, data are expressed in the International System of units (SI).
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 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.
This International Standard includes provisions of various nature. These are identified by the use of certain
verbal forms:
 “shall” is used to indicate that a provision is mandatory;
 “should” is used to indicate that a provision is not mandatory, but recommended as good practice;
 “may” is used to indicate that a provision is optional.

INTERNATIONAL STANDARD ISO 20312:2011(E)

Petroleum and natural gas industries — Design and operating
limits of drill strings with aluminium alloy components
1 Scope
This International Standard applies to design and operating limits for drill strings containing aluminium alloy
pipes manufactured in accordance with ISO 15546.
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 9712, Non-destructive testing — Qualification and certification of personnel
ISO 15546, Petroleum and natural gas industries — Aluminium alloy drill pipe
ASNT Recommended Practice No. SNT-TC-1A, Personnel Qualification and Certification in Non-destructive
Testing
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1.1
aluminium alloy pipe body
aluminium alloy pipe formed by extrusion, including upsets and protector thickening
3.1.2
aluminium alloy drill pipe
aluminium alloy pipe body with threaded steel tool joints
3.1.3
box
tool joint part that has internal tool-joint thread
3.1.4
buckling
unstable lateral deflection of a drill stem component under compressive effective axial force
3.1.5
corrosion
adverse chemical alteration or destruction of a metal by air, moisture or chemicals
3.1.6
critical buckling load
load level associated with initiation of drill stem components buckling
3.1.7
dogleg
sharp change of direction in a well bore
3.1.8
dogleg severity
measure of the amount of change in the inclination and/or direction of a borehole, usually expressed in
degrees per 30 m interval
3.1.9
drill string
complete assembly from the swivel or top drive to the drill bit, which can contain the kelly, drill pipes, subs, drill
collars and other bottom hole assembly (BHA) members, such as stabilizers, reamers and junk baskets
3.1.10
effective axial force
force created by adverse combinations of axial load and pressure
3.1.11
helical buckling
buckling in which drill stem components form a helix or spiral shape
3.1.12
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.
3.1.13
new class pipe
wear-based classification of pipe not having been put in service
3.1.14
pin
tool joint part that has external tool-joint thread
3.1.15
premium class, class 2 pipe
wear-based classification of pipe worn to an extent listed in Tables 12 and 13
3.1.16
sinusoidal buckling
buckling of drill stem components in a sinusoidal shape
3.1.17
slip area
area within a small distance along the pipe body from the box end, clamped by the pipe slips during the pulling
and running operations
3.1.18
tool joint
steel tool joint element for drill pipes consisting of two parts (pin and box)
2 © ISO 2011 – All rights reserved

3.1.19
TT type thread
trapezoidal-shaped thread connecting aluminium pipe body and steel joint
NOTE See ISO 15546.
3.2 Symbols
A factor depending on the failure theory selected for calculations and adjusted for anisotropy of drill pipe
material
A box cross-sectional area at 9,525 mm from the bearing face
b
A drill pipe cross-sectional area
dp
A cross-sectional area circumscribed by pipe outside diameter
OD
A pin cross-sectional area at 15,875 mm from the bearing face
p
A cross-sectional area of pin A or box A , whichever is smaller
pb p b
A cross-sectional area of drill pipe in upset part
z
a coefficient of linear expansion of material
e
a cross-sectional area of pipe wall with regard to pipe ovality
w
B variable
b strain reduction factor
C pitch diameter of thread at gauge point
c area coverage coefficient
D pipe body outside diameter
dp
D average diameter of the borehole at the regarded interval
h
D maximum outside diameter of pipe
max
D minimum outside diameter
min
D protector outside diameter
pt
D tool joint outside diameter
tj
D outside diameter of drill pipe in upset part
U
D
conventional outside diameter of drilling pipe with tool joint
d pipe body inside diameter
dp
d pin inside diameter
p
E modulus of elasticity or Young’s modulus
F variable
f friction factor
g acceleration of gravity, 9,81m/s
H thread height not truncated
H drilling mud depth
dm
h fluid depth
h drilling s
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20312
Première édition
2011-10-15
Industries du pétrole et du gaz naturel —
Conception et limites de fonctionnement
des rames à composants en alliage
d'aluminium
Petroleum and natural gas industries — Design and operating limits of
drill strings with aluminium alloy components

Numéro de référence
©
ISO 2011
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT

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Version française parue en 2013
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos . iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions, symboles et abréviations . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles . 3
3.3 Abréviations . 8
4 Propriétés des ADP et des raccords de tiges . 8
4.1 Généralités . 8
4.2 Données relatives aux tiges et raccords de tiges neufs . 8
4.3 Poids de flottaison . 8
4.4 Propriétés mécaniques . 9
4.5 ADP avec raccord incorporé et ADP à paroi épaisse . 12
5 Considérations et limites de conception des rames utilisant des ADP . 16
5.1 Considérations relatives aux applications d’une tige de forage en alliage d’aluminium . 16
5.2 Principes généraux de conception de l’assemblage de rames en aluminium . 17
5.3 Influence de la température sur le choix d’un matériau pour tiges de forage . 18
5.4 Résistance aux dommages hydro-abrasifs et corrosifs . 24
5.5 Flambage . 25
6 Exigences de base relatives au calcul des rames contenant des ADP . 27
7 Fonctionnement des tiges de forage . 28
7.1 Gestion des opérations. 28
7.2 Recommandations générales relatives au fonctionnement des tiges de forage . 28
7.3 Limites de résistance à la fatigue . 33
7.4 Limite de capacité de charge combinée . 34
8 Contrôle, identification et classification des tiges de forage en aluminium, basés sur
l’usure . 38
8.1 Contrôle . 38
8.2 Marquage et identification des tiges et raccords de tiges, basés sur l’usure . 41
8.3 Classification des tiges basée sur l’usure . 41
8.4 Classification des raccords de tiges basée sur l’usure . 42
8.5 Réparation et rejet de tige . 43
9 Transport et stockage des tiges . 43
9.1 Transport des tiges . 43
9.2 Stockage des tiges . 44
Annexe A (informative) Conception des tiges de forage, gamme et propriétés techniques des ADP
à raccords incorporés et des ADP à paroi épaisse . 45
Annexe B (normative) Calculs . 51
Annexe C (informative) Conversion des unités SI en unités USC . 62
Bibliographie . 63

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 20312 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.
iv © ISO 2011 – Tous droits réservés

Introduction
La présente Norme Internationale a pour fonction de définir les limites de fonctionnement des tiges de forage
en aluminium et de recommander des critères de conception pour la maîtresse-tige contenant de telles tiges
de forage en aluminium. La présente Norme Internationale contient des formules et des figures pour faciliter la
conception et le choix d’équipements adaptés à des conditions spécifiques de forage.
Dans la présente Norme Internationale, les données sont exprimées en unités du Système International (SI).
Les utilisateurs de la présente Norme Internationale doivent être 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 fabricant de proposer, ou un acheteur d’accepter, d’autres
équipements ou solutions techniques pour une application particulière, notamment lorsqu’il s’agit d’une
technologie innovante ou en cours de développement. Lorsqu’une alternative est proposée, il sera nécessaire
au fabricant d’identifier tous les écarts par rapport à la présente Norme Internationale et de fournir une
description détaillée.
La présente Norme Internationale contient des dispositions de différentes natures qui sont identifiées par
l’emploi de certaines formes verbales:
 «doit» est utilisé pour indiquer qu’une disposition est obligatoire;
 «il convient» est utilisé pour indiquer qu’une disposition n’est pas obligatoire, mais est recommandée au
titre de bonne pratique;
 «peut» est utilisé pour indiquer qu’une disposition est optionnelle.

NORME INTERNATIONALE ISO 20312:2011(F)

Industries du pétrole et du gaz naturel — Conception et limites
de fonctionnement des rames à composants en alliage
d'aluminium
1 Domaine d’application
La présente Norme Internationale s’applique à la conception et aux limites de fonctionnement des rames
contenant des tiges en alliage d’aluminium fabriquées conformément à l’ISO 15546.
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 9712, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel.
ISO 15546, Industries du pétrole et du gaz naturel — Tige de forage en alliage d’aluminium.
ASNT Recommended Practice No. SNT-TC-1A, Personnel Qualification and Certification in Non-destructive
Testing.
3 Termes, définitions, symboles et abréviations
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1.1
corps de tige en alliage d’aluminium
tige en alliage d’aluminium formée par extrusion, incluant des refoulements et un renflement de protection
3.1.2
tige de forage en alliage d’aluminium
corps de tige en alliage d’aluminium comportant des raccords filetés en acier
3.1.3
filetage femelle
partie de raccord de tige ayant un filetage interne
3.1.4
flambage
déflexion latérale instable d’un composant d’une maîtresse-tige sous une force axiale effective de
compression
3.1.5
corrosion
altération chimique défavorable ou destruction d’un métal par l’air, l’humidité ou les éléments chimiques
3.1.6
charge de flambage critique
charge associée au début du flambage des composants de la maîtresse-tige
3.1.7
déviation en patte de chien
variation brusque de direction dans un puits de forage
3.1.8
gravité d’une déviation en patte de chien
mesure de l’amplitude du changement dans l’inclinaison et/ou la direction d’un puits de forage, généralement
exprimée en degrés par intervalle de 30 m
3.1.9
rame
assemblage complet de la tête d’injection ou de la commande supérieure au trépan qui peut contenir la tige
d’entraînement, les tiges de forage, des réductions, des colliers de forage et d’autres éléments d’assemblage
de fond de puits (BHA) tels que stabilisateurs, aléseurs et souricières
3.1.10
force axiale effective
force créée par des combinaisons défavorables de charge axiale et de pression
3.1.11
flambage hélicoïde
flambage par lequel les composants de la maîtresse-tige prennent une forme hélicoïdale ou en spirale
3.1.12
fabricant
entreprise, compagnie ou société responsable du marquage du produit
NOTE Le marquage par le 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.
3.1.13
tige de classe neuve
classification, basée sur l’usure, d’une tige n’ayant pas été mise en service
3.1.14
filetage mâle
partie de raccord de tige ayant un filetage extérieur
3.1.15
tige de première classe, tige de classe 2
classification, basée sur l’usure, d’une tige usagée selon une étendue indiquée dans les Tableaux 12 et 13
3.1.16
flambage sinusoïdal
flambage des composants d’une maîtresse-tige sous une forme sinusoïdale
3.1.17
zone de contact des coins de retenue
zone située à une faible distance de l’extrémité du filetage femelle le long du corps de tige, qui est maintenue
par les coins de retenue de la tige pendant les opérations d’extraction et de descente
2 © ISO 2011 – Tous droits réservés

3.1.18
raccord de tige
élément de raccord en acier pour tiges de forage composé de deux parties (filetages mâle et femelle)
3.1.19
filetage de type TT
filetage de forme trapézoïdale permettant de raccorder un corps de tige en aluminium et un raccord en acier
NOTE Voir l’ISO 15546.
3.2 Symboles
A facteur dépendant de la théorie de défaillance choisie pour les calculs et ajusté à l’anisotropie du
matériau des tiges de forage
A aire de la section du filetage femelle à 9,525 mm de la surface d’appui
b
A aire de la section de la tige de forage
dp
A aire de la section circonscrite par le diamètre extérieur de la tige
OD
A aire de la section du filetage mâle à 15,875 mm de la surface d’appui
p
A aire de la section du filetage mâle A ou du filetage femelle A , en retenant la plus faible valeur
pb p b
...