Usure thermique et élimination du cobalt de PDC

I. Usure thermique et élimination du cobalt de PDC

Dans le processus de frittage à haute pression du PDC, le cobalt agit comme un catalyseur pour promouvoir la combinaison directe de diamant et de diamant, et faire de la couche de diamant et de la matrice de carbure de tungstène, ce qui entraîne des dents de coupe PDC pour le forage géologique avec une forte ténacité et une excellente résistance à l'usure,

La résistance à la chaleur des diamants est assez limitée. Sous pression atmosphérique, la surface du diamant peut se transformer à des températures autour de 900 ℃ ou plus. Pendant l'utilisation, les PDC traditionnels ont tendance à se dégrader à environ 750 ℃. Lors du forage à travers les couches de roche dures et abrasives, les PDC peuvent facilement atteindre cette température en raison de la chaleur par friction, et la température instantanée (c'est-à-dire la température localisée au niveau microscopique) peut être encore plus élevée, dépassant de loin le point de fusion du cobalt (1495 ° C).

Comparé au diamant pur, en raison de la présence de cobalt, le diamant se convertit en graphite à des températures plus basses. En conséquence, l'usure du diamant est causée par la graphitisation résultant d'une chaleur de friction localisée. De plus, le coefficient de dilatation thermique du cobalt est beaucoup plus élevé que celui du diamant, donc pendant le chauffage, la liaison entre les grains de diamant peut être perturbée par l'expansion du cobalt.

En 1983, deux chercheurs ont effectué un traitement d'élimination du diamant à la surface des couches de diamant PDC standard, améliorant considérablement les performances des dents PDC. Cependant, cette invention n'a pas reçu l'attention qu'elle méritait. Ce n'est qu'après 2000 que, avec une compréhension plus approfondie des couches de diamant PDC, les fournisseurs de forages ont commencé à appliquer cette technologie aux dents PDC utilisées dans le forage rocheux. Les dents traitées avec cette méthode conviennent aux formations très abrasives avec une usure thermique importante et sont communément appelées dents «désamortisées».

Le soi-disant «dé-cobalt» est fabriqué de la manière traditionnelle pour fabriquer le PDC, puis la surface de sa couche de diamant est immergée dans de l'acide fort pour éliminer la phase de cobalt à travers le processus de gravure acide. La profondeur de l'élimination du cobalt peut atteindre environ 200 microns.

Un test d'usure robuste a été effectué sur deux dents PDC identiques (dont l'une avait subi un traitement d'élimination du cobalt sur la surface de la couche de diamant). Après avoir coupé 5000 m de granit, il a été constaté que le taux d'usure du PDC non cobalt a commencé à augmenter fortement. En revanche, le PDC-Removed COBALT a maintenu une vitesse de coupe relativement stable tout en coupant environ 15 000 m de roche.

2. Méthode de détection de PDC

Il existe deux types de méthodes pour détecter les dents PDC, à savoir les tests destructeurs et les tests non destructifs.

1. Test destructeur

Ces tests sont destinés à simuler des conditions de fond de trou aussi réaliste que possible pour évaluer les performances de la coupe de dents dans de telles conditions. Les deux principales formes de tests destructeurs sont les tests de résistance à l'usure et les tests de résistance à l'impact.

(1) test de résistance à l'usure

Trois types d'équipements sont utilisés pour effectuer des tests de résistance à l'usure PDC:

A. Lathe vertical (VTL)

Pendant le test, fixez d'abord le bit PDC au tour VTL et placez un échantillon de roche (généralement du granit) à côté du bit PDC. Faites ensuite pivoter l'échantillon de roche autour de l'axe du tour à une certaine vitesse. Le bit PDC se coupe dans l'échantillon de roche avec une profondeur spécifique. Lorsque vous utilisez du granit pour les tests, cette profondeur de coupe est généralement inférieure à 1 mm. Ce test peut être sec ou humide. Dans «Dry VTL Testing», lorsque le bit PDC coupe à travers la roche, aucun refroidissement n'est appliqué; Toute la chaleur par friction générée entre dans le PDC, accélérant le processus de graphitisation du diamant. Cette méthode de test donne d'excellents résultats lors de l'évaluation des bits PDC dans des conditions nécessitant une pression de forage élevée ou une vitesse de rotation élevée.

Le «test VTL humide» détecte la durée de vie du PDC dans des conditions de chauffage modérées en refroidissant les dents PDC avec de l'eau ou de l'air pendant les tests. Par conséquent, la principale source d'usure de ce test est le broyage de l'échantillon de roche plutôt que le facteur de chauffage.

B, tour horizontal

Ce test est également effectué avec du granit, et le principe du test est fondamentalement le même que le VTL. Le temps de test n'est que quelques minutes et le choc thermique entre le granit et les dents PDC est très limité.

Les paramètres de test de granit utilisés par les fournisseurs d'équipement PDC varieront. Par exemple, les paramètres de test utilisés par Synthetic Corporation et DI Company aux États-Unis ne sont pas exactement les mêmes, mais ils utilisent le même matériau de granit pour leurs tests, une roche ignée en polycristalline grossière à moyenne à moyenne avec très peu de porosité et une résistance à la compression de 190MPA.

C. Instrument de mesure du rapport d'abrasion

Dans les conditions spécifiées, la couche de diamant de PDC est utilisée pour réduire la roue de broyage en carbure de silicium, et le rapport du taux d'usure de la roue de broyage et le taux d'usure du PDC sont considérés comme l'indice d'usure du PDC, qui est appelé rapport d'usure.

(2) test de résistance à l'impact

La méthode de test d'impact consiste à installer des dents PDC à un angle de 15-25 degrés, puis à laisser tomber un objet d'une certaine hauteur pour frapper la couche de diamant sur les dents PDC verticalement. Le poids et la hauteur de l'objet en chute indiquent le niveau d'énergie d'impact subi par la dent d'essai, qui peut progressivement augmenter jusqu'à 100 joules. Chaque dent peut être impactée 3 à 7 fois jusqu'à ce qu'elle ne puisse pas être testée plus loin. Généralement, au moins 10 échantillons de chaque type de dent sont testés à chaque niveau d'énergie. Puisqu'il existe une plage de résistance des dents à impact, les résultats des tests à chaque niveau d'énergie sont la zone moyenne de l'écaillage du diamant après impact pour chaque dent.

2. Test non destructif

La technique de test non destructive la plus utilisée (autre que l'inspection visuelle et microscopique) est le balayage ultrasonique (CSCAN).

C La technologie de balayage peut détecter de petits défauts et déterminer l'emplacement et la taille des défauts. Lorsque vous faites ce test, placez d'abord la dent PDC dans un réservoir d'eau, puis scannez avec une sonde à ultrasons;

Cet article est réimprimé de «Réseau international de travail des métaux"