Termisk slitasje og fjerning av kobolt fra PDC

I. Termisk slitasje og fjerning av kobolt fra PDC

I høytrykkssintringsprosessen til PDC fungerer kobolt som en katalysator for å fremme den direkte kombinasjonen av diamant og diamant, og gjøre diamantlaget og wolframkarbidmatrisen til en helhet, noe som resulterer i PDC-skjæretenner som er egnet for geologisk boring i oljefelt med høy seighet og utmerket slitestyrke.

Diamanters varmebestandighet er ganske begrenset. Under atmosfærisk trykk kan overflaten til diamanter transformeres ved temperaturer rundt 900 ℃ eller høyere. Under bruk har tradisjonelle PDC-er en tendens til å brytes ned ved omtrent 750 ℃. Ved boring gjennom harde og slipende berglag kan PDC-er lett nå denne temperaturen på grunn av friksjonsvarme, og den øyeblikkelige temperaturen (dvs. lokalisert temperatur på mikroskopisk nivå) kan være enda høyere, langt over smeltepunktet til kobolt (1495 °C).

Sammenlignet med ren diamant, på grunn av tilstedeværelsen av kobolt, omdannes diamant til grafitt ved lavere temperaturer. Som et resultat forårsakes slitasje på diamant av grafittisering som følge av lokalisert friksjonsvarme. I tillegg er den termiske utvidelseskoeffisienten til kobolt mye høyere enn for diamant, så under oppvarming kan bindingen mellom diamantkornene forstyrres av koboltens utvidelse.

I 1983 utførte to forskere diamantfjerningsbehandling på overflaten av standard PDC-diamantlag, noe som forbedret ytelsen til PDC-tenner betydelig. Denne oppfinnelsen fikk imidlertid ikke den oppmerksomheten den fortjente. Det var ikke før etter 2000 at boreleverandører, med en dypere forståelse av PDC-diamantlag, begynte å bruke denne teknologien på PDC-tenner som brukes i fjellboring. Tenner behandlet med denne metoden er egnet for svært slipende formasjoner med betydelig termisk mekanisk slitasje og blir ofte referert til som "dekobolterte" tenner.

Den såkalte «de-kobolten» lages på tradisjonell måte for å lage PDC, og deretter dyppes overflaten av diamantlaget i sterk syre for å fjerne koboltfasen gjennom syreetsingsprosessen. Dybden av koboltfjerningen kan nå omtrent 200 mikron.

En kraftig slitasjetest ble utført på to identiske PDC-tenner (hvorav den ene hadde gjennomgått koboltfjerningsbehandling på diamantlagets overflate). Etter å ha kuttet 5000 m² granitt, ble det funnet at slitasjehastigheten til den ikke-koboltfjernede PDC-en begynte å øke kraftig. I motsetning til dette opprettholdt den koboltfjernede PDC-en en relativt stabil skjærehastighet mens den kuttet omtrent 15 000 m² fjell.

2. Deteksjonsmetode for PDC

Det finnes to typer metoder for å oppdage PDC-tenner, nemlig destruktiv testing og ikke-destruktiv testing.

1. Destruktiv testing

Disse testene er ment å simulere forholdene nedihullet så realistisk som mulig for å evaluere ytelsen til skjæretenner under slike forhold. De to hovedformene for destruktiv testing er slitasjemotstandstester og slagmotstandstester.

(1) Slitasjetest

Tre typer utstyr brukes til å utføre PDC-slitasjemotstandstester:

A. Vertikal dreiebenk (VTL)

Under testen festes først PDC-boret til VTL-dreiebenken og en steinprøve (vanligvis granitt) plasseres ved siden av PDC-boret. Roter deretter steinprøven rundt dreiebenkens akse med en viss hastighet. PDC-boret skjærer inn i steinprøven med en bestemt dybde. Når granitt brukes til testing, er denne skjæredybden vanligvis mindre enn 1 mm. Denne testen kan være enten tørr eller våt. I "tørr VTL-testing" når PDC-boret skjærer gjennom steinen, tilføres ingen kjøling; all den genererte friksjonsvarmen går inn i PDC-en, og akselererer grafittiseringsprosessen til diamanten. Denne testmetoden gir utmerkede resultater når PDC-borekroner evalueres under forhold som krever høyt boretrykk eller høy rotasjonshastighet.

«Våt VTL-testen» måler levetiden til PDC-en under moderate oppvarmingsforhold ved å kjøle ned PDC-tennene med vann eller luft under testingen. Derfor er den viktigste slitasjekilden i denne testen sliping av steinprøven snarere enn oppvarmingsfaktoren.

B, horisontal dreiebenk

Denne testen utføres også med granitt, og prinsippet for testen er i utgangspunktet det samme som VTL. Testtiden er bare noen få minutter, og termisk sjokk mellom granitt og PDC-tenner er svært begrenset.

Granitttestparametrene som brukes av leverandører av PDC-gir vil variere. For eksempel er ikke testparametrene som brukes av Synthetic Corporation og DI Company i USA nøyaktig de samme, men de bruker det samme granittmaterialet til testene sine, en grov til middels høy polykrystallinsk magmatisk bergart med svært liten porøsitet og en trykkfasthet på 190 MPa.

C. Instrument for måling av slitasjeforhold

Under de spesifiserte forholdene brukes diamantlaget av PDC til å trimme silisiumkarbidslipeskiven, og forholdet mellom slitasjehastigheten til slipeskiven og slitasjehastigheten til PDC tas som slitasjeindeksen til PDC, som kalles slitasjeforhold.

(2) Slagfasthetstest

Metoden for slagtesting innebærer å installere PDC-tenner i en vinkel på 15–25 grader og deretter slippe en gjenstand fra en viss høyde for å treffe diamantlaget på PDC-tennene vertikalt. Vekten og høyden på den fallende gjenstanden indikerer slagenerginivået som testtannen opplever, som gradvis kan øke opptil 100 joule. Hver tann kan bli slått 3–7 ganger inntil den ikke kan testes videre. Vanligvis testes minst 10 prøver av hver tanntype på hvert energinivå. Siden det er et variasjon i tennenes motstand mot slag, er testresultatene på hvert energinivå det gjennomsnittlige området med diamantavskalling etter slag for hver tann.

2. Ikke-destruktiv testing

Den mest brukte ikke-destruktive testteknikken (bortsett fra visuell og mikroskopisk inspeksjon) er ultralydskanning (Cscan).

C-skanningsteknologi kan oppdage små defekter og bestemme plasseringen og størrelsen på defektene. Når du utfører denne testen, plasserer du først PDC-tannen i en vanntank, og skanner deretter med en ultralydsonde;

Denne artikkelen er gjengitt fra «Internasjonalt nettverk for metallbearbeiding«