I. Desgaste térmico e eliminación de cobalto do PDC
No proceso de sinterización a alta presión do PDC, o cobalto actúa como catalizador para promover a combinación directa de diamante e diamante, e facer que a capa de diamante e a matriz de carburo de tungsteno se convertan nun todo, o que resulta en dentes de corte PDC axeitados para a perforación xeolóxica de campos petrolíferos con alta tenacidade e excelente resistencia ao desgaste.
A resistencia á calor dos diamantes é bastante limitada. Baixo presión atmosférica, a superficie do diamante pode transformarse a temperaturas duns 900 ℃ ou superiores. Durante o seu uso, os PDC tradicionais tenden a degradarse a uns 750 ℃. Ao perforar capas de rocha dura e abrasiva, os PDC poden alcanzar facilmente esta temperatura debido á calor por fricción, e a temperatura instantánea (é dicir, a temperatura localizada a nivel microscópico) pode ser aínda maior, superando con creces 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 débese á grafitización resultante da calor por fricción localizada. Ademais, o coeficiente de expansión térmica do cobalto é moito maior que o do diamante, polo que durante o quecemento, a unión entre os grans de diamante pode verse interrompida pola expansión do cobalto.
En 1983, dous investigadores realizaron un tratamento de eliminación de diamantes na superficie de capas de diamante PDC estándar, mellorando significativamente o rendemento dos dentes PDC. Non obstante, esta invención non recibiu a atención que merecía. Non foi ata despois do ano 2000 que, cunha comprensión máis profunda das capas de diamante PDC, os provedores de brocas comezaron a aplicar esta tecnoloxía aos dentes PDC utilizados na perforación de rocha. Os dentes tratados con este método son axeitados para formacións altamente abrasivas con desgaste térmico-mecánico significativo e denomínanse habitualmente dentes "descobaltados".
O chamado "descobalto" fabrícase do xeito tradicional para fabricar PDC e, a continuación, a superficie da súa capa de diamante mergúllase en ácido forte para eliminar a fase de cobalto mediante o proceso de gravado ácido. A profundidade de eliminación do cobalto pode alcanzar unhas 200 micras.
Realizouse unha proba de desgaste de alta resistencia en dous dentes PDC idénticos (un dos cales fora sometido a un tratamento de eliminación de cobalto na superficie da capa de diamante). Despois de cortar 5000 m de granito, comprobouse que a taxa de desgaste do PDC sen eliminación de cobalto comezou a aumentar bruscamente. Pola contra, o PDC con eliminación de cobalto mantivo unha velocidade de corte relativamente estable mentres cortaba aproximadamente 15000 m de rocha.
2. Método de detección de PDC
Existen dous tipos de métodos para detectar dentes PDC, concretamente as probas destrutivas e as probas non destrutivas.
1. Ensaios destrutivos
Estas probas teñen como obxectivo simular as condicións do fondo do pozo da maneira máis realista posible para avaliar o rendemento dos dentes de corte nesas 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
Empréganse tres tipos de equipos para realizar probas de resistencia ao desgaste PDC:
A. Torno vertical (VTL)
Durante a proba, primeiro fixa a broca PDC ao torno VTL e coloca unha mostra de rocha (xeralmente granito) xunto á broca PDC. Despois, xira a mostra de rocha arredor do eixe do torno a unha determinada velocidade. A broca PDC corta a mostra de rocha cunha profundidade específica. Cando se usa granito para as probas, esta profundidade de corte é xeralmente inferior a 1 mm. Esta proba pode ser en seco ou en húmido. Nas "probas VTL en seco", cando a broca PDC corta a rocha, non se aplica refrixeración; toda a calor por fricción xerada entra no PDC, acelerando o proceso de grafitización do diamante. Este método de proba produce excelentes resultados ao avaliar as brocas PDC en condicións que requiren unha alta presión de perforación ou unha alta velocidade de rotación.
A "proba VTL húmida" detecta a vida útil do PDC en condicións de quecemento moderadas arrefriando os dentes do PDC con auga ou aire durante a proba. Polo tanto, a principal fonte de desgaste desta proba é a moenda da mostra de rocha en lugar do factor de quecemento.
B, torno horizontal
Esta proba tamén se realiza con granito e o principio da proba é basicamente o mesmo que o VTL. O tempo da proba é de só uns 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 varían. Por exemplo, os parámetros de proba empregados por Synthetic Corporation e DI Company nos Estados Unidos non son exactamente os mesmos, pero empregan o mesmo material de granito para as súas probas, unha rocha ígnea policristalina de grao groso a medio con moi pouca porosidade e unha resistencia á compresión de 190 MPa.
C. Instrumento de medición da taxa de abrasión
Nas condicións especificadas, a capa de diamante do PDC úsase para recortar a rebarbadora de carburo de silicio, e a relación entre a taxa de desgaste da rebarbadora e a taxa de desgaste do PDC tómase como índice de desgaste do PDC, que se denomina relación de desgaste.
(2) Proba de resistencia ao impacto
O método para a proba de impacto consiste en instalar dentes PDC nun ángulo de 15-25 graos e, a continuación, deixar caer un obxecto desde unha determinada altura para golpear verticalmente a capa de diamante dos dentes PDC. O peso e a altura do obxecto que cae indican o nivel de enerxía de impacto experimentado polo dente de proba, que pode aumentar gradualmente ata 100 joules. Cada dente pode ser impactado de 3 a 7 veces ata que non se poida seguir probando. Xeralmente, próbanse polo menos 10 mostras de cada tipo de dente en cada nivel de enerxía. Dado que existe un rango na resistencia dos dentes ao impacto, os resultados da proba en cada nivel de enerxía son a área media de desconchado do diamante despois do impacto para cada dente.
2. Ensaios non destrutivos
A técnica de ensaios non destrutivos máis empregada (ademais da inspección visual e microscópica) é a exploración por ultrasóns (Cscan).
A tecnoloxía de dixitalización C pode detectar pequenos defectos e determinar a localización e o tamaño dos defectos. Ao realizar esta proba, primeiro coloque o dente PDC nun tanque de auga e, a continuación, escanee cunha sonda ultrasónica;
Este artigo está reproducido de "Rede Internacional de Metalurxia"
Data de publicación: 21 de marzo de 2025
