Desgaste térmico e eliminación de cobalto de PDC

I. Desgaste térmico e eliminación de cobalto de PDC

No proceso de sinterización de alta presión de PDC, o cobalto actúa como catalizador para promover a combinación directa de diamantes e diamantes, e facer que a capa de diamantes e a matriz de carburo de tungsteno se convertan nun enteiro, obtendo os dentes de corte PDC adecuados para a perforación xeolóxica do campo petrolífero con alta dureza e unha excelente resistencia ao desgaste.

A resistencia á calor dos diamantes é bastante limitada. A presión atmosférica, a superficie do diamante pode transformarse a temperaturas ao redor de 900 ℃ ou superior. Durante o uso, os PDC tradicionais tenden a degradarse a uns 750 ℃. Cando a perforación a través de capas de rocha dura e abrasiva, os PDC poden alcanzar facilmente esta temperatura debido á calor fricción e a temperatura instantánea (é dicir, a temperatura localizada no nivel microscópico) pode ser aínda maior, superando con moito o punto de fusión do cobalto (1495 ° C).

En comparación co diamante puro, debido á presenza de cobalto, o diamante convértese en grafito a temperaturas máis baixas. Como resultado, o desgaste do diamante é causado pola grafitización derivada da calor de fricción localizada. Ademais, o coeficiente de expansión térmica de cobalto é moi superior ao do diamante, polo que durante o quecemento, a unión entre os grans de diamantes pode verse perturbada pola expansión do cobalto.

En 1983, dous investigadores realizaron un tratamento de eliminación de diamantes na superficie das capas estándar de diamantes PDC, aumentando significativamente o rendemento dos dentes PDC. Non obstante, esta invención non recibiu a atención que merecía. Non foi ata despois do 2000 que, cunha comprensión máis profunda das capas de diamantes PDC, os provedores de perforación comezaron a aplicar esta tecnoloxía aos dentes PDC usados ​​na perforación en rocha. Os dentes tratados con este método son adecuados para formacións altamente abrasivas con importante desgaste mecánico térmico e adoitan denominarse dentes "de-cobalados".

O chamado "de-cobalt" faise do xeito tradicional de facer PDC, e entón a superficie da súa capa de diamante está inmersa en ácido forte para eliminar a fase de cobalto a través do proceso de gravado de ácido. A profundidade da eliminación do cobalto pode alcanzar uns 200 micras.

Realizouse unha proba de desgaste pesado en dous dentes PDC idénticos (un dos cales sufriu un tratamento de eliminación de cobalto na superficie da capa de diamantes). Despois de cortar 5000 m de granito, comprobouse que a taxa de desgaste do PDC non eliminado por cobalto comezou a aumentar drasticamente. En contraste, o PDC eliminado polo cobalto mantivo unha velocidade de corte relativamente estable mentres cortaba aproximadamente 15.000 m de rocha.

2. Método de detección de PDC

Hai dous tipos de métodos para detectar dentes PDC, é dicir, probas destrutivas e probas non destrutivas.

1. Probas destrutivas

Estas probas están destinadas a simular as condicións de descenso o máis realista posible para avaliar o rendemento dos dentes de corte en tales condicións. As dúas formas principais de probas destrutivas son as probas de resistencia ao desgaste e as probas de resistencia ao impacto.

(1) Proba de resistencia ao desgaste

Utilízanse tres tipos de equipos para realizar probas de resistencia ao desgaste PDC:

A. Torno vertical (VTL)

Durante a proba, primeiro fixa o bit PDC no torno VTL e coloque unha mostra de rocha (normalmente granito) xunto ao bit PDC. A continuación, xira a mostra de rocha ao redor do eixo do torno a unha certa velocidade. O bit PDC corta na mostra de rocha cunha profundidade específica. Cando se usa granito para a proba, esta profundidade de corte xeralmente é inferior a 1 mm. Esta proba pode estar seca ou mollada. En "probas en seco VTL", cando o bit PDC corta a rocha, non se aplica ningún arrefriamento; Toda a calor fricción xerada entra no PDC, acelerando o proceso de grafitización do diamante. Este método de proba obtén excelentes resultados á hora de avaliar os bits de PDC en condicións que requiren unha alta presión de perforación ou alta velocidade de rotación.

A "proba VTL húmida" detecta a vida de PDC en condicións de calefacción moderadas arrefriando os dentes PDC con auga ou aire durante as probas. Polo tanto, a fonte principal de desgaste desta proba é a moenda da mostra de rocha en vez do factor de calefacción.

B, torno horizontal

Esta proba tamén se realiza con granito e o principio da proba é basicamente o mesmo que VTL. O tempo de proba é de poucos minutos e o choque térmico entre o granito e os dentes PDC é moi limitado.

Os parámetros de proba de granito empregados polos provedores de engrenaxes PDC variarán. Por exemplo, os parámetros de proba empregados por Synthetic Corporation e DI Company nos Estados Unidos non son exactamente os mesmos, pero usan o mesmo material de granito para as súas probas, unha rocha ígna policristalina de grado ou medio con moi pouca porosidade e unha resistencia compresiva de 190MPA.

Instrumento de medición da relación de abrasión

Nas condicións especificadas, a capa de diamantes de PDC úsase para recortar a roda de moenda de carburo de silicio e a relación da velocidade de desgaste da roda de moer e a velocidade de desgaste de PDC tómase como índice de desgaste de PDC, que se chama relación de desgaste.

(2) Proba de resistencia ao impacto

O método para as probas de impacto implica instalar os dentes PDC nun ángulo de 15-25 graos e logo caer un obxecto desde unha certa altura para golpear a capa de diamantes nos dentes PDC verticalmente. O peso e a altura do obxecto caído indican o nivel de enerxía de impacto que experimenta o dente de proba, que pode aumentar gradualmente ata 100 joules. Cada dente pódese impactar 3-7 veces ata que non se poida probar aínda máis. Xeralmente, proban polo menos 10 mostras de cada tipo de dente en cada nivel de enerxía. Dado que hai un rango na resistencia dos dentes para impactar, os resultados das probas en cada nivel de enerxía son a superficie media do diamante que se acumulan despois do impacto para cada dente.

2. Probas non destrutivas

A técnica de proba non destrutiva máis utilizada (que non sexa a inspección visual e microscópica) é a dixitalización ultrasónica (CSCAN).

A tecnoloxía de dixitalización C pode detectar pequenos defectos e determinar a situación e o tamaño dos defectos. Ao facer esta proba, primeiro coloque o dente PDC nun depósito de auga e logo busca cunha sonda ultrasónica;

Este artigo está reimpreso de "Rede internacional de traballo de metal"