Termiskt slitage och koboltborttagning av PDC

I. Termiskt slitage och koboltborttagning av PDC

I högtryckssintringsprocessen för PDC fungerar kobolt som en katalysator för att främja den direkta kombinationen av diamant och diamant, och göra diamantskiktet och volframkarbidmatrisen till en helhet, vilket resulterar i PDC-skärtänder lämpliga för geologisk borrning på oljefält med hög seghet och utmärkt slitstyrka.

Diamanters värmebeständighet är ganska begränsad. Under atmosfärstryck kan diamantens yta förändras vid temperaturer runt 900 ℃ eller högre. Under användning tenderar traditionella PDC-element att brytas ner vid cirka 750 ℃. Vid borrning genom hårda och slipande berglager kan PDC-element lätt nå denna temperatur på grund av friktionsvärme, och den momentana temperaturen (dvs. lokaliserad temperatur på mikroskopisk nivå) kan vara ännu högre och vida överstiga smältpunkten för kobolt (1495 °C).

Jämfört med ren diamant omvandlas diamant till grafit vid lägre temperaturer på grund av närvaron av kobolt. Som ett resultat orsakas slitage på diamant av grafitiseringen till följd av lokal friktionsvärme. Dessutom är kobolts värmeutvidgningskoefficient mycket högre än diamants, så under uppvärmning kan bindningen mellan diamantkornen störas av koboltens expansion.

År 1983 utförde två forskare diamantborttagningsbehandling på ytan av vanliga PDC-diamantlager, vilket avsevärt förbättrade prestandan hos PDC-tänder. Denna uppfinning fick dock inte den uppmärksamhet den förtjänade. Det var inte förrän efter år 2000 som borrleverantörer, med en djupare förståelse av PDC-diamantlager, började tillämpa denna teknik på PDC-tänder som används vid bergborrning. Tänder behandlade med denna metod är lämpliga för mycket abrasiva formationer med betydande termiskt mekaniskt slitage och kallas ofta för "avkobolterade" tänder.

Den så kallade "avkobolten" tillverkas på traditionellt sätt för att tillverka PDC, och sedan doppas ytan av dess diamantskikt i stark syra för att avlägsna koboltfasen genom syraetsningsprocessen. Koboltavlägsningen kan nå cirka 200 mikrons djup.

Ett kraftigt slitagetest utfördes på två identiska PDC-tänder (varav en hade genomgått koboltborttagningsbehandling på diamantlagrets yta). Efter att ha sågt 5000 m² granit fann man att slitagehastigheten för den icke-koboltborttagna PDC:n började öka kraftigt. Däremot bibehöll den koboltborttagna PDC:n en relativt stabil skärhastighet vid sågning av cirka 15000 m² berg.

2. Detektionsmetod för PDC

Det finns två typer av metoder för att detektera PDC-tänder, nämligen destruktiv testning och icke-destruktiv testning.

1. Destruktiv provning

Dessa tester är avsedda att simulera borrhålsförhållanden så realistiskt som möjligt för att utvärdera prestandan hos skärande tänder under sådana förhållanden. De två huvudsakliga formerna av destruktiv provning är slitstyrka och slagtålighet.

(1) Slitstyrketest

Tre typer av utrustning används för att utföra PDC-slitagemotståndstester:

A. Vertikal svarv (VTL)

Under testet, fäst först PDC-borren på VTL-svarven och placera ett bergprov (vanligtvis granit) bredvid PDC-borren. Rotera sedan bergprovet runt svarvens axel med en viss hastighet. PDC-borren skär in i bergprovet med ett specifikt djup. Vid användning av granit för testning är detta skärdjup i allmänhet mindre än 1 mm. Detta test kan vara antingen torrt eller vått. Vid "torr VTL-testning", när PDC-borren skär genom berget, appliceras ingen kylning; all genererad friktionsvärme kommer in i PDC, vilket accelererar diamantens grafitisering. Denna testmetod ger utmärkta resultat vid utvärdering av PDC-borrkronor under förhållanden som kräver högt borrtryck eller hög rotationshastighet.

Det "våta VTL-testet" mäter livslängden på en PDC under måttliga uppvärmningsförhållanden genom att kyla PDC-tänderna med vatten eller luft under testningen. Därför är den huvudsakliga slitagekällan i detta test slipningen av bergprovet snarare än uppvärmningsfaktorn.

B, horisontell svarv

Detta test utförs också med granit, och principen för testet är i princip densamma som VTL. Testtiden är bara några minuter, och termisk chock mellan granit och PDC-tänder är mycket begränsad.

De granittestparametrar som används av leverantörer av PDC-växlar kommer att variera. Till exempel är de testparametrar som används av Synthetic Corporation och DI Company i USA inte exakt desamma, men de använder samma granitmaterial för sina tester, en grov till medelhög polykristallin magmatisk bergart med mycket låg porositet och en tryckhållfasthet på 190 MPa.

C. Instrument för mätning av nötningsförhållande

Under de angivna förhållandena används diamantskiktet av PDC för att trimma kiselkarbidslipskiva, och förhållandet mellan slipskivans slitagehastighet och PDC:s slitagehastighet tas som PDC:s slitageindex, vilket kallas slitageförhållande.

(2) Slaghållfasthetstest

Metoden för slagprovning innebär att man installerar PDC-tänder i en vinkel på 15–25 grader och sedan släpper ett föremål från en viss höjd för att träffa diamantlagret på PDC-tänderna vertikalt. Vikten och höjden på det fallande föremålet indikerar den slagenerginivå som testtanden upplever, vilken gradvis kan öka upp till 100 joule. Varje tand kan träffas 3–7 gånger tills den inte kan testas ytterligare. Generellt testas minst 10 prover av varje tandtyp vid varje energinivå. Eftersom det finns ett varierande motståndskraft mot slag, är testresultaten vid varje energinivå den genomsnittliga ytan av diamantspjälkning efter slag för varje tand.

2. Icke-förstörande provning

Den mest använda oförstörande testtekniken (förutom visuell och mikroskopisk inspektion) är ultraljudsskanning (Cscan).

C-skanningsteknik kan upptäcka små defekter och bestämma defekternas placering och storlek. När du utför detta test, placera först PDC-tanden i en vattentank och skanna sedan med en ultraljudssond;

Denna artikel är återgiven från “Internationellt nätverk för metallbearbetning"