Термичко хабање и уклањање кобалта из ПДЦ-а

I. Термичко хабање и уклањање кобалта из PDC-а

У процесу синтеровања под високим притиском ПДЦ-а, кобалт делује као катализатор који промовише директно спајање дијаманта и дијаманта, и чини да дијамантски слој и матрица волфрам карбида постану целина, што резултира ПДЦ резним зубима погодним за геолошко бушење нафтних поља са високом жилавошћу и одличном отпорношћу на хабање.

Отпорност дијаманата на топлоту је прилично ограничена. Под атмосферским притиском, површина дијаманта може се трансформисати на температурама око 900℃ или више. Током употребе, традиционални ПДЦ-ови имају тенденцију да се деградирају на око 750℃. Приликом бушења кроз тврде и абразивне слојеве стена, ПДЦ-ови могу лако достићи ову температуру због топлоте трења, а тренутна температура (тј. локализована температура на микроскопском нивоу) може бити чак и виша, далеко превазилазећи тачку топљења кобалта (1495°C).

У поређењу са чистим дијамантом, због присуства кобалта, дијамант се претвара у графит на нижим температурама. Као резултат тога, хабање дијаманта је узроковано графитизацијом која настаје услед локализоване топлоте трења. Поред тога, коефицијент термичког ширења кобалта је много већи него код дијаманта, тако да током загревања, веза између зрна дијаманта може бити поремећена ширењем кобалта.

Године 1983, два истраживача су извршила третман уклањања дијаманата са површине стандардних PDC дијамантских слојева, значајно побољшавајући перформансе PDC зубаца. Међутим, овај изум није добио пажњу коју је заслужио. Тек након 2000. године, са дубљим разумевањем PDC дијамантских слојева, добављачи бургија почели су да примењују ову технологију на PDC зубе који се користе у бушењу стена. Зуби третирани овом методом су погодни за високо абразивне формације са значајним термичким механичким хабањем и обично се називају „декобалтованим“ зубима.

Такозвани „де-кобалт“ се прави на традиционалан начин за производњу ПДЦ-а, а затим се површина његовог дијамантског слоја урања у јаку киселину да би се уклонила фаза кобалта кроз процес нагризања киселином. Дубина уклањања кобалта може достићи око 200 микрона.

Тест хабања у великим условима рада спроведен је на два идентична PDC зуба (од којих је један прошао третман уклањања кобалта са површине дијамантског слоја). Након сечења 5000 м гранита, утврђено је да је стопа хабања PDC-а са кобалта почела нагло да расте. Насупрот томе, PDC са кобалтом је одржао релативно стабилну брзину сечења док је секао приближно 15000 м стене.

2. Метод детекције ПДЦ-а

Постоје две врсте метода за откривање ПДЦ зуба, наиме деструктивно испитивање и недеструктивно испитивање.

1. Деструктивно испитивање

Ови тестови су намењени да што реалније симулирају услове у бушотини како би се проценили перформансе резних зубаца под таквим условима. Два главна облика деструктивних испитивања су тестови отпорности на хабање и тестови отпорности на удар.

(1) Тест отпорности на хабање

За извођење тестова отпорности на хабање PDC-а користе се три врсте опреме:

А. Вертикални струг (VTL)

Током теста, прво се причвршћује PDC бургија на VTL струг и поставља узорак стене (обично гранит) поред PDC бургије. Затим се узорак стене ротира око осе струга одређеном брзином. PDC бургија сече узорак стене до одређене дубине. Када се гранит користи за испитивање, ова дубина сечења је генерално мања од 1 мм. Овај тест може бити сув или мокар. Код „сувог VTL тестирања“, када PDC бургија сече кроз стену, не примењује се хлађење; сва генерисана топлота трења улази у PDC, убрзавајући процес графитизације дијаманта. Ова метода испитивања даје одличне резултате приликом процене PDC бургија у условима који захтевају висок притисак бушења или велику брзину ротације.

„Мокри VTL тест“ детектује век трајања PDC-а под умереним условима загревања хлађењем зуба PDC-а водом или ваздухом током испитивања. Стога је главни извор хабања код овог теста брушење узорка стене, а не фактор загревања.

Б, хоризонтални струг

Овај тест се такође спроводи са гранитом, а принцип теста је у основи исти као и код VTL-а. Време теста је само неколико минута, а термички шок између гранита и PDC зуба је веома ограничен.

Параметри испитивања гранита које користе добављачи PDC зупчаника ће се разликовати. На пример, параметри испитивања које користе Synthetic Corporation и DI Company у Сједињеним Државама нису потпуно исти, али користе исти гранитни материјал за своје тестове, крупну до средње крупну поликристалну магматску стену са врло малом порозношћу и чврстоћом на притисак од 190 MPa.

C. Инструмент за мерење коефицијента абразије

Под наведеним условима, дијамантски слој ПДЦ-а се користи за обраду брусног точка од силицијум карбида, а однос брзине хабања брусног точка и брзине хабања ПДЦ-а узима се као индекс хабања ПДЦ-а, који се назива коефицијент хабања.

(2) Тест отпорности на удар

Метода за испитивање ударом подразумева постављање ПДЦ зубаца под углом од 15-25 степени, а затим испуштање предмета са одређене висине како би вертикално ударио у слој дијаманта на ПДЦ зубцима. Тежина и висина падајућег предмета указују на ниво енергије удара који зуб за испитивање доживљава, а који се постепено може повећавати и до 100 џула. Сваки зуб може бити ударен 3-7 пута док се даље не може испитати. Генерално, најмање 10 узорака сваке врсте зуба се тестира на сваком енергетском нивоу. Пошто постоји распон отпорности зуба на удар, резултати испитивања на сваком енергетском нивоу представљају просечну површину љуштења дијаманта након удара за сваки зуб.

2. Недеструктивна испитивања

Најшире коришћена техника недеструктивног испитивања (осим визуелног и микроскопског прегледа) је ултразвучно скенирање (Cscan).

C технологија скенирања може открити мале дефекте и одредити локацију и величину дефеката. Приликом овог теста, прво ставите PDC зуб у резервоар за воду, а затим скенирајте ултразвучном сондом;

Овај чланак је прештампан са „Међународна мрежа за обраду метала„