Desgast tèrmic i eliminació de cobalt de PDC

I. Desgast tèrmic i eliminació de cobalt de PDC

En el procés de sinterització d’alta pressió de PDC, el cobalt actua com a catalitzador per afavorir la combinació directa de diamants i diamants, i fer que la capa de diamant i la matriu de carbur de tungstè es converteixin en un tot, donant lloc a les dents de tall PDC adequades per a la perforació geològica del camp d’oli amb una gran resistència i una excel·lent resistència al desgast,

La resistència a la calor dels diamants és força limitada. Sota la pressió atmosfèrica, la superfície del diamant es pot transformar a temperatures al voltant de 900 ℃ o més. Durant l’ús, els PDC tradicionals solen degradar -se a uns 750 ℃. Quan es perfora a través de capes de roca dura i abrasiva, els PDC poden arribar fàcilment a aquesta temperatura a causa de la calor de fricció i la temperatura instantània (és a dir, la temperatura localitzada a nivell microscòpic) pot ser encara més elevada, superant amb escreix el punt de fusió del cobalt (1495 ° C).

En comparació amb el diamant pur, a causa de la presència de cobalt, el diamant es converteix en grafit a temperatures més baixes. Com a resultat, el desgast del diamant és causat per la grafitització derivada de la calor de fricció localitzada. A més, el coeficient d’expansió tèrmica del cobalt és molt superior al del diamant, de manera que durant la calefacció, l’enllaç entre els grans de diamants es pot alterar per l’expansió del cobalt.

El 1983, dos investigadors van realitzar un tractament d’eliminació de diamants a la superfície de les capes de diamants PDC estàndard, millorant significativament el rendiment de les dents PDC. Tot i això, aquesta invenció no va rebre l’atenció que mereixia. No va ser fins després del 2000 que, amb una comprensió més profunda de les capes de diamants PDC, els proveïdors de perforació van començar a aplicar aquesta tecnologia a les dents PDC utilitzades en la perforació de roques. Les dents tractades amb aquest mètode són adequades per a formacions altament abrasives amb un desgast mecànic tèrmic significatiu i es coneix com a dents “desbaltades”.

L'anomenat "des-cobalt" es fa de la manera tradicional de fer PDC, i després la superfície de la seva capa de diamant està immersa en àcid fort per eliminar la fase de cobalt a través del procés de gravat àcid. La profunditat de l’eliminació de cobalt pot arribar a uns 200 micres.

Es va realitzar un test de desgast resistent en dues dents PDC idèntiques (una de les quals havia estat sotmès a un tractament d’eliminació de cobalt a la superfície de la capa de diamants). Després de tallar 5.000 m de granit, es va trobar que la taxa de desgast del PDC no removit per cobert va començar a augmentar bruscament. En canvi, el PDC removit amb cobalt va mantenir una velocitat de tall relativament estable mentre va tallar aproximadament 15.000 m de roca.

2. Mètode de detecció de PDC

Hi ha dos tipus de mètodes per detectar dents PDC, a saber, proves destructives i proves no destructives.

1. Prova destructiva

Aquestes proves estan destinades a simular les condicions del forat de baixada el més realista possible per avaluar el rendiment de les dents de tall en aquestes condicions. Les dues principals formes de proves destructives són les proves de resistència al desgast i les proves de resistència a l’impacte.

(1) Prova de resistència del desgast

S'utilitzen tres tipus d'equips per realitzar proves de resistència al desgast PDC:

A. Lathe vertical (VTL)

Durant la prova, primer fixeu el bit PDC al torn VTL i poseu una mostra de roca (normalment granit) al costat del bit PDC. A continuació, gireu la mostra de roca al voltant de l’eix del torn a una certa velocitat. El bit PDC es talla a la mostra de roca amb una profunditat específica. Quan s'utilitza granit per fer proves, aquesta profunditat de tall és generalment inferior a 1 mm. Aquesta prova pot ser seca o humida. A la "prova VTL seca", quan la bit PDC es talla per la roca, no s'aplica cap refrigeració; Tota la calor de fricció generada entra al PDC, accelerant el procés de grafitització del diamant. Aquest mètode de prova produeix resultats excel·lents a l’hora d’avaluar bits de PDC en condicions que requereixen una pressió de perforació elevada o alta velocitat de rotació.

El "test VTL humit" detecta la vida de PDC en condicions de calefacció moderades refredant les dents PDC amb aigua o aire durant les proves. Per tant, la principal font de desgast d'aquesta prova és la mòlta de la mostra de roca en lloc del factor de calefacció.

B, torn horitzontal

Aquesta prova també es realitza amb granit i el principi de la prova és bàsicament el mateix que VTL. El temps de prova és a pocs minuts i el xoc tèrmic entre el granit i les dents PDC és molt limitat.

Els paràmetres de prova de granit utilitzats pels proveïdors d’engranatges PDC variaran. Per exemple, els paràmetres de prova utilitzats per Synthetic Corporation i DI Company als Estats Units no són exactament els mateixos, però utilitzen el mateix material de granit per a les seves proves, una roca policristal·lina policristal·lina gruixuda a mitjana amb molt poca porositat i una resistència compressiva de 190MPA.

C. Instrument de mesurament de la proporció d'abrasió

Sota les condicions especificades, la capa de diamant de PDC s’utilitza per retallar la roda de mòlta de carbur de silici i la proporció de la velocitat de desgast de la roda i la velocitat de desgast de PDC es pren com a índex de desgast de PDC, que s’anomena relació de desgast.

(2) Prova de resistència a l'impacte

El mètode per fer proves d’impacte consisteix en instal·lar dents PDC a un angle de 15-25 graus i després deixar caure un objecte d’una certa alçada per colpejar la capa de diamant a les dents PDC verticalment. El pes i l’alçada de l’objecte que cauen indiquen el nivell d’energia d’impacte que experimenta la dent de prova, que pot augmentar gradualment fins a 100 joules. Cada dent es pot afectar 3-7 vegades fins que no es pugui provar més. Generalment, es proven almenys 10 mostres de cada tipus de dent a cada nivell d’energia. Com que hi ha un rang en la resistència de les dents per impactar, els resultats de les proves a cada nivell d’energia són l’àrea mitjana de l’espolificació de diamants després de l’impacte per a cada dent.

2. Prova no destructiva

La tècnica de prova no destructiva més àmpliament utilitzada (que no sigui la inspecció visual i microscòpica) és l’escaneig d’ultrasons (CSCAN).

La tecnologia d’escaneig C pot detectar petits defectes i determinar la ubicació i la mida dels defectes. Quan feu aquesta prova, primer poseu la dent PDC en un dipòsit d’aigua i, a continuació, escanegeu amb una sonda d’ultrasons;

Aquest article està reimprès de "Xarxa Internacional de Treball de Metall)