Wärmeverschleiß und Kobaltentfernung von PDC

I. Wärmeverschleiß und Kobaltentfernung von PDC

Im Hochdruck -Sinterprozess von PDC wirkt Kobalt als Katalysator für die direkte Kombination von Diamant und Diamant und wird die Diamantschicht und die Wolframkarbidmatrix zu einem Ganzen, was dazu führt

Die Wärmebeständigkeit von Diamanten ist ziemlich begrenzt. Unter atmosphärischem Druck kann sich die Oberfläche des Diamanten bei Temperaturen um 900 ° oder höher verwandeln. Während des Gebrauchs neigen herkömmliche PDCs dazu, sich bei etwa 750 ℃ ​​zu verschlechtern. Beim Bohren durch harte und abrasive Gesteinsschichten können PDCs diese Temperatur aufgrund von Reibungswärme leicht erreichen, und die momentane Temperatur (dh lokalisierte Temperatur auf mikroskopischer Ebene) kann sogar noch höher sein, was den Schmelzpunkt des Kobalts weit überschreitet (1495 ° C).

Im Vergleich zu reinem Diamanten konvertiert Diamond aufgrund des Vorhandenseins von Kobalt bei niedrigeren Temperaturen in Graphit. Infolgedessen wird der Verschleiß auf Diamant durch die Graphitisierung aufgrund lokalisierter Reibungswärme verursacht. Darüber hinaus ist der thermische Expansionskoeffizient von Kobalt viel höher als der von Diamant. Während des Erhitzens kann die Bindung zwischen Diamantkörnern durch die Expansion von Kobalt gestört werden.

1983 führten zwei Forscher eine Diamantentfernungsbehandlung auf der Oberfläche von Standard -PDC -Diamantschichten durch, was die Leistung von PDC -Zähnen erheblich verbesserte. Diese Erfindung erhielt jedoch nicht die Aufmerksamkeit, die sie verdient hatte. Erst nach dem Jahr 2000 begannen Bohrlieferanten mit einem tieferen Verständnis der PDC -Diamantschichten, diese Technologie auf PDC -Zähne anzuwenden, die bei Felsbohrungen verwendet wurden. Die mit dieser Methode behandelten Zähne eignen sich für stark abrasive Formationen mit signifikanten mechanischen thermischen Verschleiß und werden üblicherweise als „dekobale“ Zähne bezeichnet.

Das sogenannte „De-Cobalt“ wird in der traditionellen Weise zur Herstellung von PDC hergestellt, und dann wird die Oberfläche seiner Diamantschicht in starke Säure eingetaucht, um die Kobaltphase durch den Säureetching-Prozess zu entfernen. Die Tiefe der Kobaltentfernung kann etwa 200 Mikrometer erreichen.

Ein Hochleistungs-Verschleiß-Test wurde an zwei identischen PDC-Zähnen durchgeführt (von denen einer auf der Diamantschichtoberfläche eine kobaltentfernte Behandlung unterzogen wurde). Nach dem Abschneiden von 5000 m Granit wurde festgestellt, dass die Verschleißrate des nicht kobaltreiche PDC stark zunahm. Im Gegensatz dazu hielt der kobaltreiche PDC eine relativ stabile Schneidgeschwindigkeit bei, während etwa 15000 m Gestein geschnitten wurden.

2. Nachweisverfahren von PDC

Es gibt zwei Arten von Methoden zum Nachweis von PDC-Zähnen, nämlich zerstörerische Tests und nicht zerstörerische Tests.

1. Destruktive Tests

Diese Tests sollen die Bedingungen so realistisch wie möglich simulieren, um die Leistung von Zähne unter solchen Bedingungen zu bewerten. Die beiden Hauptformen destruktiver Tests sind Verschleißfestigkeitstests und Schlagfestigkeitstests.

(1) Verschleißfestigkeitstest

Drei Arten von Geräten werden verwendet, um PDC -Verschleiß -Widerstandstests durchzuführen:

A. Vertikale Drehmaschine (VTL)

Führen Sie während des Tests zunächst das PDC -Bit in die VTL -Drehmaschine und platzieren Sie eine Rockprobe (normalerweise Granit) neben dem PDC -Bit. Drehen Sie dann die Gesteinsprobe mit einer bestimmten Geschwindigkeit um die Drehachse. Das PDC -Bit schneidet mit einer bestimmten Tiefe in die Gesteinsprobe. Bei der Verwendung von Granit zum Testen beträgt diese Schnitttiefe im Allgemeinen weniger als 1 mm. Dieser Test kann entweder trocken oder nass sein. In „Dry VTL -Test“ wird bei dem PDC -Bit durch den Felsen keine Abkühlung aufgetragen. Alle erzeugten Reibungswärme treten in die PDC ein und beschleunigen den Graphitisierungsprozess des Diamanten. Diese Testmethode liefert hervorragende Ergebnisse bei der Bewertung von PDC -Bits unter Bedingungen, die hohen Bohrdruck oder hohe Drehzahl erfordern.

Der „Wet VTL -Test“ erkennt die Lebensdauer von PDC unter mäßigen Heizbedingungen, indem die PDC -Zähne während des Tests mit Wasser oder Luft abkühlen. Daher ist die Hauptverschleißquelle dieses Tests eher das Mahlen der Gesteinsprobe als der Heizfaktor.

B, Horizontale Drehmaschine

Dieser Test wird auch mit Granit durchgeführt, und das Prinzip des Tests ist im Grunde genommen derselbe wie VTL. Die Testzeit beträgt nur wenige Minuten und der thermische Schock zwischen Granit- und PDC -Zähnen ist sehr begrenzt.

Die Granit -Testparameter, die von PDC -Zahnradanbietern verwendet werden, variieren. Beispielsweise sind die von der Synthetic Corporation und der DI -Firma in den USA verwendeten Testerparameter nicht genau gleich, verwenden jedoch das gleiche Granitmaterial für ihre Tests, ein grob bis mittelgroßer polykristalliner magmatischer Gestein mit sehr wenig Porosität und eine Druckfestigkeit von 190 MPA.

C. Abriebverhältnis Messungsinstrument

Unter den angegebenen Bedingungen wird die Diamantschicht des PDC zum Trimmen von Siliziumkarbidschleiben verwendet, und das Verhältnis der Verschleißrate des Schleifrads und die Verschleißrate von PDC als Verschleißindex von PDC, die als Verschleißverhältnis bezeichnet wird.

(2) Schlagfestigkeitstest

Bei der Methode zum Aufpralltest beinhaltet die Installation von PDC-Zähnen in einem Winkel von 15 bis 25 Grad und dann ein Objekt aus einer bestimmten Höhe, um die Diamantschicht auf den PDC-Zähnen vertikal zu treffen. Das Gewicht und die Höhe des fallenden Objekts zeigen den Auswirkungen des Testzahns, der sich allmählich um bis zu 100 Joule erhöhen kann. Jeder Zahn kann 3-7 Mal betroffen sein, bis er nicht weiter getestet werden kann. Im Allgemeinen werden mindestens 10 Proben jedes Zahntyps an jedem Energieniveau getestet. Da der Widerstand von Zähnen einen Bereich auf den Aufprall gibt, sind die Testergebnisse bei jedem Energieniveau die durchschnittliche Fläche des Diamantverdrehens nach dem Aufprall für jeden Zahn.

2. Nicht-zerstörerische Tests

Die am weitesten verbreitete nicht-zerstörerische Testtechnik (außer visueller und mikroskopischer Inspektion) ist Ultraschalltastung (CSCAN).

Die C -Scan -Technologie kann kleine Defekte erkennen und die Position und Größe der Mängel bestimmen. Legen Sie bei diesem Test den PDC -Zahn in einem Wassertank zunächst und scannen Sie dann mit einer Ultraschallsonde.

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