Thermische slijtage en kobaltverwijdering van PDC

I. Thermische slijtage en kobaltverwijdering van PDC

In het hoge drukproces van PDC werkt kobalt als een katalysator om de directe combinatie van diamant en diamant te bevorderen en de diamantlaag en wolfraamcarbidematrix een geheel te laten, resulterend in PDC -snijtanden die geschikt zijn voor olieveldgeologisch boren met hoge taaiheid en uitstekende draagweerstand,

Diamanten hitteweerstand is vrij beperkt. Onder atmosferische druk kan het oppervlak van diamant transformeren bij temperaturen rond 900 ℃ of hoger. Tijdens het gebruik zijn traditionele PDC's meestal afgebroken op ongeveer 750 ℃. Bij het boren door harde en schurende gesteentenlagen kunnen PDC's deze temperatuur gemakkelijk bereiken als gevolg van wrijvingswarmte, en de momentane temperatuur (dwz gelokaliseerde temperatuur op microscopisch niveau) kan nog hoger zijn, ver boven het smeltpunt van kobalt (1495 ° C).

Vergeleken met pure diamant, vanwege de aanwezigheid van kobalt, converteert diamant naar grafiet bij lagere temperaturen. Als gevolg hiervan wordt slijtage op diamant veroorzaakt door de grafitisatie als gevolg van gelokaliseerde wrijvingswarmte. Bovendien is de thermische expansiecoëfficiënt van kobalt veel hoger dan die van diamant, dus tijdens het verwarmen kan de binding tussen diamantkorrels worden verstoord door de uitbreiding van kobalt.

In 1983 voerden twee onderzoekers een diamantverwijderingsbehandeling op het oppervlak van standaard PDC -diamantlagen, waardoor de prestaties van PDC -tanden aanzienlijk worden verbeterd. Deze uitvinding kreeg echter niet de aandacht die het verdiende. Het was pas na 2000 dat, met een dieper begrip van PDC -diamantlagen, boorleveranciers deze technologie begonnen toe te passen op PDC -tanden die werden gebruikt bij het boren van rotsen. Tanden behandeld met deze methode zijn geschikt voor zeer schurende formaties met significante thermische mechanische slijtage en worden gewoonlijk aangeduid als "de-gecobaliseerde" tanden.

De zogenaamde "de-cobalt" wordt gemaakt op de traditionele manier om PDC te maken, en vervolgens wordt het oppervlak van zijn diamantlaag ondergedompeld in sterk zuur om de kobaltfase te verwijderen door het zuuretsenproces. De diepte van kobaltverwijdering kan ongeveer 200 micron bereiken.

Een zware slijtagetest werd uitgevoerd op twee identieke PDC-tanden (waarvan er één kobaltverwijderingsbehandeling had ondergaan op het oppervlak van de diamantlaag). Na het snijden van 5000 m graniet werd vastgesteld dat de slijtage van de niet-cobalt-verwijderde PDC scherp begon te stijgen. Daarentegen hield de Cobalt-Removed PDC een relatief stabiele snijsnelheid handhaaf terwijl hij ongeveer 15000 m gesteente sneed.

2. Detectiemethode van PDC

Er zijn twee soorten methoden om PDC-tanden te detecteren, namelijk destructieve testen en niet-destructieve testen.

1. Destructief testen

Deze tests zijn bedoeld om de omstandigheden in het boorgat zo realistisch mogelijk te simuleren om de prestaties van het snijden van tanden onder dergelijke omstandigheden te evalueren. De twee belangrijkste vormen van destructieve testen zijn slijtvastheidstests en impactweerstandstests.

(1) Draagweerstandstest

Drie soorten apparatuur worden gebruikt om PDC -slijtvastheidstests uit te voeren:

A. Verticale draaibank (VTL)

Plaats tijdens de test eerst de PDC -bit op de VTL -draaibank en plaats een rotsmonster (meestal graniet) naast het PDC -bit. Draai vervolgens het rotsmonster rond de draaibankas op een bepaalde snelheid. De PDC -bit snijdt met een specifieke diepte in het rotsmonster. Bij het gebruik van graniet voor testen is deze snijdiepte over het algemeen minder dan 1 mm. Deze test kan droog of nat zijn. In "droge VTL -testen", wanneer de PDC -bit door de rots snijdt, wordt geen koeling aangebracht; Alle gegenereerde wrijvingswarmte komt de PDC binnen en versnellen het grafitisatieproces van de diamant. Deze testmethode levert uitstekende resultaten op bij het evalueren van PDC -bits onder omstandigheden die een hoge boordruk of hoge rotatiesnelheid vereisen.

De "natte VTL -test" detecteert de levensduur van PDC onder matige verwarmingsomstandigheden door de PDC -tanden te koelen met water of lucht tijdens het testen. Daarom is de belangrijkste slijtagebron van deze test het slijpen van het rotsmonster in plaats van de verwarmingsfactor.

B, horizontale draaibank

Deze test wordt ook uitgevoerd met graniet en het principe van de test is in principe hetzelfde als VTL. De testtijd is slechts enkele minuten en de thermische schok tussen graniet en PDC -tanden is zeer beperkt.

De granieten testparameters die worden gebruikt door PDC -versnellingsleveranciers zullen variëren. De testparameters die worden gebruikt door Synthetic Corporation en DI Company in de Verenigde Staten zijn bijvoorbeeld niet precies hetzelfde, maar ze gebruiken hetzelfde granietmateriaal voor hun tests, een grove tot middelgrote polykristallijne stollings gesteente met zeer weinig porositeit en een compressieve sterkte van 190MPA.

C. Abraseverhouding Meetinstrument

Onder de gespecificeerde omstandigheden wordt de diamantlaag van PDC gebruikt om siliciumcarbide -slijpende wiel te knippen en de verhouding van de slijtage van het slijpwiel en de slijtage van PDC wordt genomen als de slijtage -index van PDC, die draagverhouding wordt genoemd.

(2) Impactweerstandstest

De methode voor impacttesten omvat het installeren van PDC-tanden onder een hoek van 15-25 graden en vervolgens een object van een bepaalde hoogte laten vallen om de diamantlaag op de PDC-tanden verticaal te slaan. Het gewicht en de lengte van het vallende object geven het impact van energieniveau aan dat wordt ervaren door de testtand, die geleidelijk tot 100 joules kan toenemen. Elke tand kan 3-7 keer worden beïnvloed totdat deze niet verder kan worden getest. Over het algemeen worden ten minste 10 monsters van elk type tand getest op elk energieniveau. Aangezien er een bereik is in de weerstand van tanden om te beïnvloeden, zijn de testresultaten op elk energieniveau het gemiddelde gebied van diamanten afzuigers na impact voor elke tand.

2. Niet-destructieve tests

De meest gebruikte niet-destructieve testtechniek (anders dan visuele en microscopische inspectie) is ultrasoon scannen (CSCAN).

C -scantechnologie kan kleine defecten detecteren en de locatie en grootte van defecten bepalen. Plaats bij deze test de PDC -tand eerst in een watertank en scant vervolgens met een ultrasone sonde;

Dit artikel is herdrukt van “Internationaal metaalbewerkingsnetwerk'