Desgaste térmico y eliminación de cobalto de PDC

I. Desgaste térmico y eliminación de cobalto de PDC

En el proceso de sinterización de alta presión de PDC, el cobalto actúa como un catalizador para promover la combinación directa de diamante y diamante, y hacer que la capa de diamante y la matriz de carburo de tungsteno se conviertan en un todo, lo que resulta en dientes de corte PDC adecuado para la perforación geológica de campo petrolero con alta resistencia y excelente resistencia al desgaste,

La resistencia al calor de los diamantes es bastante limitada. Bajo presión atmosférica, la superficie del diamante puede transformarse a temperaturas de alrededor de 900 ℃ o más. Durante el uso, los PDC tradicionales tienden a degradarse a aproximadamente 750 ℃. Al perforar las capas de roca duras y abrasivas, los PDC pueden alcanzar fácilmente esta temperatura debido al calor de fricción, y la temperatura instantánea (es decir, la temperatura localizada a nivel microscópico) puede ser aún mayor, excediendo con creces el punto de fusión de cobalto (1495 ° C).

En comparación con el diamante puro, debido a la presencia de cobalto, el diamante se convierte en grafito a temperaturas más bajas. Como resultado, el desgaste en el diamante es causado por la grafitización resultante del calor de fricción localizado. Además, el coeficiente de expansión térmica del cobalto es mucho más alto que el del diamante, por lo que durante el calentamiento, la unión entre los granos de diamantes puede verse interrumpido por la expansión de cobalto.

En 1983, dos investigadores realizaron un tratamiento de extracción de diamantes en la superficie de las capas de diamante PDC estándar, mejorando significativamente el rendimiento de los dientes PDC. Sin embargo, esta invención no recibió la atención que merecía. No fue hasta después de 2000 que, con una comprensión más profunda de las capas de diamantes PDC, los proveedores de perforación comenzaron a aplicar esta tecnología a los dientes PDC utilizados en la perforación de rocas. Los dientes tratados con este método son adecuados para formaciones altamente abrasivas con un desgaste mecánico térmico significativo y comúnmente se conocen como dientes "descobalizados".

El llamado "descobalto" se realiza de la manera tradicional para hacer PDC, y luego la superficie de su capa de diamante se sumerge en ácido fuerte para eliminar la fase de cobalto a través del proceso de grabado ácido. La profundidad de la eliminación de cobalto puede alcanzar aproximadamente 200 micras.

Se realizó una prueba de desgaste de servicio pesado en dos dientes PDC idénticos (uno de los cuales había sufrido un tratamiento de eliminación de cobalto en la superficie de la capa de diamantes). Después de cortar 5000 m de granito, se descubrió que la tasa de desgaste del PDC no resistente a la cobertura comenzó a aumentar bruscamente. En contraste, el PDC relacionado con el cobalto mantuvo una velocidad de corte relativamente estable mientras cortaba aproximadamente 15000 m de roca.

2. Método de detección de PDC

Hay dos tipos de métodos para detectar dientes PDC, a saber, pruebas destructivas y pruebas no destructivas.

1. Pruebas destructivas

Estas pruebas están destinadas a simular las condiciones de fondo de fondo de la manera más realista posible para evaluar el rendimiento de los dientes de corte en tales condiciones. Las dos formas principales de pruebas destructivas son las pruebas de resistencia al desgaste y las pruebas de resistencia al impacto.

(1) Prueba de resistencia al desgaste

Se utilizan tres tipos de equipos para realizar pruebas de resistencia al desgaste PDC:

A. torno vertical (VTL)

Durante la prueba, primero arregle el bit PDC en el torno VTL y coloque una muestra de roca (generalmente granito) al lado del bit PDC. Luego gire la muestra de roca alrededor del eje del torno a cierta velocidad. El bit PDC corta la muestra de roca con una profundidad específica. Cuando se usa granito para las pruebas, esta profundidad de corte generalmente es inferior a 1 mm. Esta prueba puede estar seca o húmeda. En "Pruebas de VTL secas", cuando el bit PDC corta la roca, no se aplica enfriamiento; Todo el calor de fricción generado ingresa al PDC, acelerando el proceso de grafitización del diamante. Este método de prueba produce excelentes resultados al evaluar los bits de PDC en condiciones que requieren alta presión de perforación o alta velocidad de rotación.

La "prueba de VTL húmeda" detecta la vida útil de PDC en condiciones de calentamiento moderadas al enfriar los dientes PDC con agua o aire durante la prueba. Por lo tanto, la principal fuente de desgaste de esta prueba es la molienda de la muestra de roca en lugar del factor de calentamiento.

B, torno horizontal

Esta prueba también se lleva a cabo con granito, y el principio de la prueba es básicamente el mismo que VTL. El tiempo de prueba es de solo unos minutos, y el choque térmico entre granito y dientes PDC es muy limitado.

Los parámetros de prueba de granito utilizados por los proveedores de engranajes PDC variarán. Por ejemplo, los parámetros de prueba utilizados por Synthetic Corporation y DI Company en los Estados Unidos no son exactamente los mismos, pero usan el mismo material de granito para sus pruebas, una roca ígnea policristalina gruesa a media de grado medio con muy poca porosidad y una resistencia a la compresión de 190MPA.

C. instrumento de medición de la relación de abrasión

En las condiciones especificadas, la capa de diamante de PDC se usa para recortar la rueda de molienda de carburo de silicio, y la relación de la velocidad de desgaste de la rueda de molienda y la velocidad de desgaste de PDC se toma como el índice de desgaste de PDC, que se llama relación de desgaste.

(2) Prueba de resistencia al impacto

El método para las pruebas de impacto implica instalar dientes PDC en un ángulo de 15-25 grados y luego dejar caer un objeto desde cierta altura para golpear la capa de diamante en los dientes PDC verticalmente. El peso y la altura del objeto que cae indican el nivel de energía de impacto experimentado por el diente de prueba, que puede aumentar gradualmente hasta 100 julios. Cada diente se puede afectar 3-7 veces hasta que no se puede probar más. En general, al menos 10 muestras de cada tipo de diente se prueban en cada nivel de energía. Dado que hay un rango en la resistencia de los dientes para impactar, los resultados de la prueba en cada nivel de energía son el área promedio de diamantes que se deslizan tras impacto para cada diente.

2. Pruebas no destructivas

La técnica de prueba no destructiva más utilizada (aparte de la inspección visual y microscópica) es el escaneo ultrasónico (CSCAN).

La tecnología de escaneo C puede detectar pequeños defectos y determinar la ubicación y el tamaño de los defectos. Al hacer esta prueba, primero coloque el diente PDC en un tanque de agua y luego escanee con una sonda ultrasónica;

Este artículo se reimpresa de "Red de metalurgia internacional"