Usura termica è rimozione di cobaltu di PDC

I. Usura termica è rimozione di cobaltu di PDC

In u prucessu di sinterizazione à alta pressione di PDC, u cobalt agisce cum'è catalizatore per prumove a cumbinazione diretta di diamante è diamante, è fà chì u stratu di diamante è a matrice di carburo di tungstenu diventinu un inseme, risultendu in denti di taglio PDC adatti per a perforazione geologica di campi petroliferi cù alta tenacità è eccellente resistenza à l'usura.

A resistenza à u calore di i diamanti hè abbastanza limitata. Sottu a pressione atmosferica, a superficia di u diamante pò trasfurmà si à temperature intornu à 900 ℃ o più. Durante l'usu, i PDC tradiziunali tendenu à degradà si à circa 750 ℃. Quandu si perforanu strati di roccia dura è abrasiva, i PDC ponu facilmente ghjunghje à sta temperatura per via di u calore di frizione, è a temperatura istantanea (vale à dì, a temperatura lucalizzata à u livellu microscopicu) pò esse ancu più alta, superendu di gran lunga u puntu di fusione di u cobalt (1495 ° C).

In paragone cù u diamante puru, per via di a presenza di cobaltu, u diamante si cunverte in grafite à temperature più basse. Di cunsiguenza, l'usura di u diamante hè causata da a grafitizazione risultante da u calore di frizione lucalizatu. Inoltre, u coefficientu di dilatazione termica di u cobaltu hè assai più altu ch'è quellu di u diamante, dunque durante u riscaldamentu, u ligame trà i grani di diamante pò esse interrottu da l'espansione di u cobaltu.

In u 1983, dui circadori anu realizatu un trattamentu di rimuzione di diamanti nantu à a superficia di strati di diamanti PDC standard, migliurendu significativamente e prestazioni di i denti PDC. Tuttavia, sta invenzione ùn hà micca ricevutu l'attenzione chì meritava. Ùn hè statu chè dopu à u 2000 chì, cù una cunniscenza più prufonda di i strati di diamanti PDC, i fornitori di trapani anu cuminciatu à applicà sta tecnulugia à i denti PDC utilizati in a perforazione di roccia. I denti trattati cù stu metudu sò adatti per furmazioni altamente abrasive cù una usura termica meccanica significativa è sò cumunemente chjamati denti "de-cobaltati".

U cusì dettu "de-cobalt" hè fattu in a manera tradiziunale per fà PDC, è dopu a superficia di u so stratu di diamante hè immersa in acidu forte per rimuovere a fase di cobalt per mezu di u prucessu di incisione à l'acidu. A prufundità di rimozione di u cobalt pò ghjunghje à circa 200 micron.

Una prova di usura pesante hè stata realizata nantu à dui denti PDC identichi (unu di i quali avia subitu un trattamentu di rimozione di cobaltu nantu à a superficia di u stratu di diamante). Dopu avè tagliatu 5000 m di granitu, hè statu trovu chì a velocità di usura di u PDC senza cobaltu eliminatu hà cuminciatu à aumentà bruscamente. In cuntrastu, u PDC cù cobaltu eliminatu hà mantinutu una velocità di taglio relativamente stabile mentre tagliava circa 15000 m di roccia.

2. Metudu di rilevazione di PDC

Ci sò dui tipi di metudi per rilevà i denti PDC, vale à dì i testi distruttivi è i testi non distruttivi.

1. Pruve distruttive

Sti testi sò destinati à simulà e cundizioni di u fondu di u pozzu u più realisticamente pussibule per valutà e prestazioni di i denti di taglio in tali cundizioni. E duie forme principali di testi distruttivi sò i testi di resistenza à l'usura è i testi di resistenza à l'impattu.

(1) Prova di resistenza à l'usura

Trè tippi d'attrezzatura sò aduprati per eseguisce testi di resistenza à l'usura PDC:

A. Tornu verticale (VTL)

Durante a prova, prima fissate a punta PDC à u tornu VTL è piazzate un campione di roccia (di solitu granitu) accantu à a punta PDC. Dopu, girate u campione di roccia intornu à l'asse di u tornu à una certa velocità. A punta PDC taglia u campione di roccia cù una prufundità specifica. Quandu si usa u granitu per a prova, sta prufundità di tagliu hè generalmente inferiore à 1 mm. Questa prova pò esse sia secca sia umida. In a "prova VTL secca", quandu a punta PDC taglia a roccia, ùn hè applicatu alcun raffreddamentu; tuttu u calore di frizione generatu entra in u PDC, accelerendu u prucessu di grafitizazione di u diamante. Stu metudu di prova dà risultati eccellenti quandu si valutanu e punte PDC in cundizioni chì richiedenu una pressione di perforazione elevata o una velocità di rotazione elevata.

A "prova VTL umida" rileva a vita di u PDC sottu cundizioni di riscaldamentu moderate raffreddendu i denti PDC cù acqua o aria durante a prova. Dunque, a principale fonte di usura di sta prova hè a macinazione di u campione di roccia piuttostu chè u fattore di riscaldamentu.

B, tornu urizzuntale

Questa prova hè ancu realizata cù u granitu, è u principiu di a prova hè basicamente u listessu cum'è VTL. U tempu di prova hè solu uni pochi di minuti, è u shock termicu trà u granitu è i denti PDC hè assai limitatu.

I parametri di prova di granitu utilizati da i fornitori di ingranaggi PDC varieranu. Per esempiu, i parametri di prova utilizati da Synthetic Corporation è DI Company in i Stati Uniti ùn sò micca esattamente listessi, ma utilizanu u listessu materiale di granitu per i so testi, una roccia ignea policristallina di gradu grossu à mediu cù pochissima porosità è una resistenza à a compressione di 190 MPa.

C. Strumentu di misurazione di u rapportu di abrasione

Sutta e cundizioni specificate, u stratu di diamante di PDC hè adupratu per taglià a mola di carburo di siliciu, è u rapportu trà a velocità di usura di a mola è a velocità di usura di PDC hè pigliatu cum'è l'indice di usura di PDC, chì hè chjamatu rapportu di usura.

(2) Prova di resistenza à l'impattu

U metudu per a prova d'impattu implica l'installazione di denti PDC à un angulu di 15-25 gradi è poi lascià cascà un ughjettu da una certa altezza per colpisce verticalmente u stratu di diamante nantu à i denti PDC. U pesu è l'altezza di l'ughjettu chì cade indicanu u livellu d'energia d'impattu sperimentatu da u dente di prova, chì pò aumentà gradualmente finu à 100 joule. Ogni dente pò esse impattatu 3-7 volte finu à ch'ellu ùn pò più esse testatu. In generale, almenu 10 campioni di ogni tipu di dente sò testati à ogni livellu d'energia. Siccomu ci hè una gamma in a resistenza di i denti à l'impattu, i risultati di a prova à ogni livellu d'energia sò l'area media di scheggiatura di diamante dopu l'impattu per ogni dente.

2. Pruve non distruttive

A tecnica di prova non distruttiva più aduprata (oltre à l'ispezione visuale è microscopica) hè a scansione ultrasonica (Cscan).

A tecnulugia di scansione C pò rilevà picculi difetti è determinà a situazione è a dimensione di i difetti. Quandu si face sta prova, prima mette u dente PDC in un serbatoiu d'acqua, è dopu scansiona cù una sonda à ultrasoni;

Questu articulu hè ristampatu da "Rete Internaziunale di Metallurgia"